(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの一次巻線（１３）とセンタータップを有する少なくとも１つの二次巻線（１４）とを有する大電流変圧器（１２）であって、
少なくとも４つの接触部（２０，２１，２２，２３）は設けられて多点接触を形成し、形成された前記多点接触によって電流は少なくとも半減されて接触損失がしたがって低減され、前記接触部（２０，２１，２２，２３）は４つの接触面によって形成され、当該４つの接触面の内側では、前記少なくとも１つの一次巻線（１３）および前記少なくとも１つの二次巻線（１４）は直列／並列接続で配置される、
ことを特徴とする、大電流変圧器（１２）。
【請求項２】
前記大電流変圧器（１２）は、抵抗溶接装置（１）の溶接電流を供給するための電源（１０）のための大電流変圧器（１２）である、
ことを特徴とする、請求項１記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項３】
直列に接続される複数の一次巻線（１３）と、並列に接続される、センタータップを有する複数の二次巻線（１４）と、は配置される、
ことを特徴とする、請求項１または２記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項４】
直列に接続される少なくとも１０個の一次巻線（１３）と、並列に接続される、センタータップを有する少なくとも１０個の二次巻線（１４）と、は配置される、
ことを特徴とする、請求項１または２記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項５】
導電性材料からなるＩビーム（２５）が配置され、前記Ｉビーム（２５）の凹部（２５ａ）において、少なくとも１つの個別のリングコア（１５）が配置され、
各二次巻線（１４）の１つの個別の接続部は、前記Ｉビーム（２５）の１つの内面および接触板（２９）と直接接触され、
前記Ｉビーム（２５）の外面（２８）は、２つの接触部（２０，２１）を形成し、
前記大電流変圧器（１２）の前記少なくとも１つの二次巻線（１４）のセンタータップは、線路を用いることなく前記Ｉビーム（２５）と接続される、
ことを特徴とする、請求項１〜４のうちのいずれか一項記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの一次巻線（１３）は、前記少なくとも１つのリングコア（１５）を貫通して伸び、前記Ｉビーム（２５）の中央ウェブの周囲を伸びるように配置される、
ことを特徴とする、請求項５記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項７】
それぞれの複数の接触板（２９）は、前記Ｉビーム（２５）の凹部（２５ａ）およびそこに配置された前記二次巻線（１４）の上に位置づけられ、
前記複数の接触板（２９）は、導電性材料からなり、同期整流器（１６）および作動回路（１７）を介して各二次巻線（１４）のそれぞれ他の複数の接続部と接続され、
前記複数の接触板（２９）の外面は、前記電源（１０）の２つの付加的な接触部（２２，２３）を形成する、
ことを特徴とする、請求項５または６記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項８】
センタータップを有する１つの二次巻線（１４）は、２つの金属シート（４４，４５）によってそれぞれ形成され、前記２つの金属シート（４４，４５）は、互いに絶縁され、導電性材料からなり、また、リングコア（１５）の断面の周囲に、前記リングコア（１５）を通る、実質的にＳ字形状の鏡面反転された経路を有し、
前記金属シート（４４，４５）の外面（４７）は接触部を形成する、
ことを特徴とする、請求項１〜７のうちのいずれか一項記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項９】
前記Ｉビーム（２５）および複数の接触板（２９）は、キューブまたは切石形状のユニットを形成し、
電気的絶縁部は、前記Ｉビーム（２５）と前記複数の接触板（２９）との間に配置され、
カバー板（３１）は、前記Ｉビーム（２５）の前面に配置され、
前記カバー板（３１）は、前記複数の接触板（２９）が電気的に接続されるように、導電性材料で形成されるとともに、前記複数の接触板（２９）にねじで取り付けられるように適合される、
ことを特徴とする、請求項５〜８のうちのいずれか一項記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項１０】
前記Ｉビーム（２５）、および／または複数の接触板（２９）、および／またはカバー板（３１）、および／または前記二次巻線（１４）を形成する前記金属シート（４４，４５）は、銅または銅合金で形成される、
ことを特徴とする、請求項５〜９のうちのいずれか一項記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項１１】
前記Ｉビーム（２５）、および／または複数の接触板（２９）、および／またはカバー板（３１）、および／または前記二次巻線（１４）を形成する前記金属シート（４４，４５）は、銅または銅合金で形成され、銀コーティングを有する、
ことを特徴とする、請求項５〜９のうちのいずれか一項記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項１２】
前記Ｉビーム（２５）の各側部の第１の二次巻線（１４）において、各電流変換器（１８）は、当該二次巻線（１４）に流れる電流を測定するように配置される、
ことを特徴とする、請求項１〜１１のうちのいずれか一項記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項１３】
冷却流体を供給するための経路（３９）は、前記Ｉビーム（２５）および前記複数の接触板（２９）に設けられ、
冷却流体を供給するための２つの注入口（３２）および、冷却流体を排出するための１つの排出口（３３）は、前記Ｉビーム（２５）の外面において配置され、
前記冷却路（３９）は、各注入口（３２）から複数の接触板（２９）に、そして前記Ｉビーム（２５）を介して前記排出口（３３）に延びるように設けられる、
ことを特徴とする、請求項５〜１２のうちのいずれか一項記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項１４】
複数の回路要素（２４）を有する同期整流器（１６）、および前記同期整流器（１６）の前記複数の回路要素（２４）を作動する回路（１７）は、前記少なくとも１つの二次巻線（１４）と接続される、
ことを特徴とする、請求項１〜１３のうちのいずれか一項記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項１５】
前記作動回路（１７）は、前記二次巻線（１４）における電流のゼロ交差の到達よりも前のあらかじめ設定された時点において、前記同期整流器（１６）の前記複数の回路要素（２４）を活性化するように設計される、
ことを特徴とする、請求項１４記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項１６】
前記同期整流器（１６）の前記複数の回路要素（２４）は、線路を用いることなく前記少なくとも１つの二次巻線（１４）と接続される、
ことを特徴とする、請求項１４または１５記載の大電流変圧器（１２）。
【請求項１７】
作動回路（１７）および前記同期整流器（１６）は、少なくとも１つの回路基板（３５）上に配置され、当該少なくとも１つの回路基板（３５）は、少なくとも１つの接触板（２９）の内面に配置され、
前記同期整流器（１６）および前記作動回路（１７）の各回路基板（３５）は、複数の開口（３７）を有し、前記複数の開口（３７）の上に前記複数の回路要素（２４）が配置され、
前記複数の接触板（２９）の内面は、前記同期整流器（１６）の前記回路基板（３５）における前記複数の開口（３７）の位置において、複数の突出部（３６）を有することによって、前記複数の回路要素（２４）が、線路を用いることなく、前記回路基板（３５）上の前記複数の開口（３７）の中に突出する前記複数の突出部（３６）を介して、前記複数の接触板（２９）の内面上に接触可能である、
ことを特徴とする、請求項１５または１６記載の大電流変圧器（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの一次巻線と少なくとも１つの二次巻線を備えた、特に抵抗溶接装置の溶接電流を供給するための電源のための、大電流変圧器に関する。
【０００２】
本発明はさらに、少なくとも１つの一次巻線とセンタータップを有する少なくとも１つの二次巻線とを備えた大電流変圧器のための変圧器要素に関する。
【０００３】
本発明はまた、少なくとも１つの一次巻線およびセンタータップを有する少なくとも１つの二次巻線を備えた大電流変圧器のための接触板と、特に抵抗溶接装置のための溶接電流を供給するための電源のための大電流変圧器のための二次巻線と、に関する。
【０００４】
最後に、本発明は、少なくとも１つの一次巻線と、接触のための面を有する少なくとも１つの二次巻線とを備えた大電流変圧器を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００５】
本発明は主として、抵抗溶接装置のための、特に数ｋＡのオーダーの特に大きい直流電流を発生するスポット溶接装置のための大電流変圧器およびその構成要素に関するが、これに限らない。そのような直流大電流が用いられる他の装置のための大電流変圧器はまた、本特許出願の主題にカバーされる。そのような装置の例は、充電装置、粒子加速器、電気メッキのための設備、または同様のものである。ＷＯ２００７／０４１７２９Ａ１（特許文献１）には、例えば、対応して大きい直流電流を生成するための充電装置および変圧器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００７／０４１７２９Ａ１号
【特許文献２】ＤＥ  １０  ２００７  ０４２  ７７１  Ｂ３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
抵抗溶接装置において、必要とされる直流大電流は、適切な大電流変圧器および整流器を用いて供給される。発生する大電流によって、ダイオード整流器は、相対的に高い損失のために不利である。したがって、個々のトランジスタによって形成される制御要素を備える能動的（アクティブ）な整流器が主として使用される。しかしながら、例えば同期整流器である能動的な整流器を有する抵抗溶接装置はまた、相対的に高い損失を有し、したがって、相対的に低い効率を有する。例えば大電流変圧器および整流器の通常の分離した設計による従来技術においては、著しい線路長と、したがって電力損失を被るため、非常に低い効率が大電流によって引き起こされる。
【０００８】
例えば、ＤＥ  １０  ２００７  ０４２  ７７１  Ｂ３（特許文献２）には、それを用いて電力損が低減可能であり且つ効率が改善可能である同期整流器を使用することによって、抵抗溶接装置の電力供給装置を動作させる方法が記載されている。
【０００９】
自動車産業における生産ラインにおいて、製造されるべき自動車の車体およびシャーシ上の種々の接続を整えるために、（多くの場合、数百〜数千個の個別のユニットの）複数のスポット溶接装置が使用される。個別のスポット溶接装置は、大電流変圧器および電力供給線路および回路要素によって既に、高い損失を引き起こし、全損失は、そのような生産ラインにおいて、非常に高い次元の範囲で、例えば１ＭＷと５０ＭＷの間の範囲で生じている。損失は熱損失の形式で主として反映されるため、この場合も測定は、エネルギーバランス全体をさらに悪化させる熱を分散するように行われる必要がある。
【００１０】
もう１つの不利な点は、電力網の非常に高い接続される消費電力がそのような設備の高い損失によって必要とされるという事実から生じ、結果として、そのような設備の製造、試運転、および動作のための非常に高いコストが引き起こされる。
【００１１】
２０ｋＡの溶接電流を用いたシングルスポット溶接を生じさせるために、最大１５０ｋＷの電力網の接続される消費電力が、例えば現在の視点からの従来技術に照らして必要とされる。溶接電流を使用することで最大１３５ｋＷの損失が発生し、およそ１０％だけの非常に低い効率がもたらされる。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、損失が低減可能であり且つエネルギーバランスおよび効率が改善可能である、大電流変圧器、変圧器要素、接触板、そのような大電流変圧器のための二次巻線、およびそのような大電流変圧器を製造する方法を作り出すことである。公知の装置および方法の不利益は低減または回避されるはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る目的は、特に抵抗溶接装置の溶接電流を供給するための電源のための、上述の大電流変圧器によって解決される。当該大電流変圧器において、多点接触を形成するための少なくとも４つの接触部は設けられ、上記接触部は４つの接触面によって形成され、当該４つの接触面の内側では、少なくとも１つの一次巻線および少なくとも１つの二次巻線は直列／並列接続で配置される。そのような多点接触によって、大電流変圧器の二次側を消費負荷に接続するために通常必要とされる線路は避けることができ、またはその長さは低減可能である。したがって、接触損失に加えて抵抗損失は著しく低減可能である。したがって、好ましくは大きな断面を有する好ましくは短い線路が使用可能である。さらなる利点は、そのような接触によって、損失、特に接触抵抗損失が低減されるという点にある。少なくとも４つの接触部により、伝送されるべき電流は半減されることができ、これによってまた、接触損失が低減をもたされる。これはまた、活性状態の（アクティブな）接触領域が実質的に増加され、したがって、この場合も接触抵抗が低減されることを達成する。本発明に係るそのような大電流変圧器の手段によって、２０ｋＡの電流を発生するための接続される消費電力は、例えば、（従来技術の装置に相当する１５０ｋＷに比較して）７５ｋＷだけに低減可能であり、６０ｋＷの損失が生じることが達成される。したがって、従来技術と比較して、最大で約２０％またはそれ以上の、近似的に２倍の高さの効率が達成可能である。
【００１４】
大きい二次側電流を発生する大電流変圧器における必要とされる伝送比（トランスミッション比）を達成するために、大電流変圧器は、本発明のさらなる特徴によれば、直列に接続される複数の、好ましくは少なくとも１０個の一次巻線と、並列に接続される、センタータップを有する複数の、好ましくは少なくとも１０個の二次巻線と、を備える。一次電流は、直列接続された大電流変圧器の複数の一次巻線を流れるとともに、相対的に大きい二次側電流は、並列接続された複数の、好ましくは少なくとも１０個の二次巻線の間で分割される。二次側上の部分的な電流は、同期整流器における対応する複数の回路要素に供給される。そのような分割を用いることによって、低い一次側および二次側の巻数にもかかわらず、対応して高い伝送比が得られる。上記構成を用いることによって、従来の大電流変圧器とは対照的に一次側ではより低い巻数が必要とされ、それによって一次巻線の長さは低減可能であり、またこれによって抵抗損失は低減可能である。巻線の低減された巻数によって、したがって、結果として線路長の低減が得られ、システムに対して典型的である大電流変圧器の漏れインダクタンスが次いで低減され、それによって大電流変圧器が、より高いスイッチング周波数で、例えば１０ｋＨｚで動作可能である。次いで、より高いスイッチング周波数は、大電流変圧器の全体寸法および重量の低減をもたらし、したがって、有利な導入オプションをもたらす。したがって、大電流変圧器は、例えば、消費負荷、例えば抵抗溶接装置の複数の電極に、可能な限り近くに位置づけられることが可能である。したがって、小さなより安価な溶接ロボットで十分となるように、大電流変圧器の低い重量によって溶接ロボットの負荷さえも低減可能である。
【００１５】
大電流変圧器の伝送比は１０から１０００であり、好ましくは少なくとも１００である、大きい二次側電流の発生が確実となる。
【００１６】
大電流変圧器の特に有利な構成は、以下の点において達成される。すなわち、大電流変圧器は、導電性材料からなるＩビームを備え、その凹部において少なくとも１つの個別のリングコアが配置され、各二次巻線の１つの個別の接続部は、Ｉ字形状部の内面および接触板と直接接触され、Ｉビームの外面は、大電流変圧器の２つの第１の接触部を形成する。Ｉビームはしたがって大電流変圧器の基礎を形成し、その周囲において、接続線路が必要とされないように複数の二次巻線が配置される。Ｉビームの外面は大電流変圧器の２つの第１の接触部を表し、これらは、直接にすなわち線路を用いることなく、個別の消費負荷に接続される。リングコアが円形に設計されず、しかし楕円形に設計されるという点において、省スペースの配置が達成される。好ましくは、閉じたリングコアが使用される。上記設計を用いることによって、複数の一次巻線および複数の二次巻線の直列／並列接続は達成可能であり、それによって、複数の一次巻線および複数の二次巻線の低減された巻数を用いて供給されるべき直流大電流のための大電流変圧器の必要とされる伝送比が達成される。そのような設計は、並列接続された少なくとも３つの二次巻線がＩビームの各側部に配置されるときに、特に有用である。
【００１７】
有利に、大電流変圧器の少なくとも１つの二次巻線のセンタータップは、線路を用いることなく、Ｉビームに接続される。したがって、個別の複数の構成要素の間の対応する線路は省略可能である。二次巻線をＩビームの中央に直接接続することによって、接続面の実質的な増加はまた達成され、したがって、接触損失および線路損失がこの場合も低減可能である。
【００１８】
Ｉビームを有する大電流変圧器の上述の構成において、大電流変圧器の少なくとも１つの一次巻線は、少なくとも１つのリングコア、特にＩビームの凹部における両側に対称的に配置される複数のリングコアを貫通して伸びるように配置される。一次巻線のそのような配置を使用することによって、二次巻線の最適な磁気結合が達成可能である。
【００１９】
すでに上述したように、複数の二次巻線は、大電流変圧器のＩビームを介して互いに電気的に接続される。各二次巻線のそれぞれの他の接続部は、非同期整流器および作動回路を介して、それぞれ導電性材料からなる１つの接触板に、好ましくは直接に、接続される。上記複数の接触板は、Ｉビームにおける複数の凹部およびそこに配置される複数の二次巻線の上に位置付けられ、これらの複数の接触板の複数の外面は、電源の２つの付加的な接触部を形成する。
【００２０】
大電流変圧器の少なくとも１つの一次巻線の複数の接続部は、本発明の更なる特徴によれば、Ｉビームの外面における少なくとも１つの開口を通って導かれる。そこから、大電流変圧器の一次巻線の複数の接続部は、対応する電源または電源ユニットに接続されてもよい。
【００２１】
大電流変圧器の有利な実施形態はまた、以下のように得られる。すなわち、センタータップを有する１つの二次巻線は、２つの金属シートによってそれぞれ形成される。また、当該２つの金属シートは、互いに絶縁され、導電性材料からなり、また、リングコアの断面の周囲に、リングコアを通る、実質的にＳ字形状の鏡面反転された経路（層）を有する。当該２つ金属シートの外面は、同期整流器の複数の回路要素またはＩビーム、したがって抵抗溶接装置の複数の電極との接続のための複数の接触部を形成する。このことは、非常に省スペース且つコンパクトな構成を達成する。同時に、非常に大きな接触面は、可能な限り少ない損失を有する大電流を確保するように、センターを有する二次巻線またはＩビームの中央ウェブと同期整流器の複数の回路要素との接続を可能にする。
【００２２】
大電流変圧器の二次巻線を形成する複数の金属シートは、絶縁層、例えばペーパー層によって互いに絶縁される。すなわち、２つの二次巻線を１つのリングコア上に配置すること、およびしたがって全体寸法、重量、および損失を著しく低減することが可能である。そのような配置によって、中央整流器は二次側上で実施され、Ｉビームは、１つの接続された、特にはんだ付けされた複数の二次巻線の終端を有するセンターを形成する。
【００２３】
大電流変圧器のＩビームおよび複数の接触板は好ましくは、キューブまたは切石形状のユニットを形成し、電気的絶縁部は、Ｉビームと複数の接触板との間に配置される。Ｉビームの２つの外面は２つの第１の接触部を表し、複数の接触板の２つの外面は電源の２つの付加的な接触部を表し、当該２つの付加的な接触部はそこから９０度だけオフセットする。同期整流器、作動回路、同期整流器および作動回路のための複数の供給回路などの、直流電流を供給するための電源のさらなる複数の構成要素が、このキューブまたは切石形状のユニットに統合される場合、自律ユニットが形成される。ここで、自律ユニットの入力側は単に電力ユニットに接続される必要があり、自律ユニットの出力側は単に個々の消費負荷に接続される必要がある。電源の個別の複数の回路の間の普通の線路は省略されることができ、または、少なくともそれらの長さは実質的に低減可能である。
【００２４】
カバー板がＩビームの前面上に配置されるとき、キューブまたは切石形状の大電流変圧器のより頑丈なユニットが形成されることができる。
【００２５】
カバー板はまた、導電性材料で形成され、かつ複数の接触板にねじで取り付けられるように適合されるとき、複数の接触板の電気的な接続が達成されることができる。したがって、電圧および電位の均等化を引き起こしてしたがって２つの接触板の不均衡を避けるために、２つの接触板を互いに電気的に接続する分離した電線路は、省かれることができる。カバー板はしたがって、直流電流を供給するための大電流変圧器または電源の対称的な配置の２つの接触板の電気的接続を確立する。
【００２６】
カバー板は、大電流変圧器のＩビームから電気的に絶縁される。
【００２７】
大電流変圧器におけるＩビームおよび／または複数の接触板および／またはカバー板および／または二次巻線を形成するための複数の金属シートは好ましくは、銅または銅合金で形成され、好ましくは銀コーティングを有する。銅または銅合金は最適な電気的特性を有し、また良好な熱伝導性を示す。それによって、発生する熱損失は、より速く放出されることが可能である。銀コーティングは、銅または銅合金の酸化を防ぐ。銅または銅合金に代えてアルミニウムまたはアルミニウム合金が考慮され、これは銅に勝る重量の利点を有するが、耐腐食性はそれほど高くない。銀コーティングに代えて、錫および他の材料または合成物のコーティングまたはそれらのレイヤーもまた可能である。
【００２８】
Ｉビームの外面上において、および、複数の接触板の外面上において、接続デバイス、好ましくはねじを受けるためのねじ山を有するボアホールが設けられることが可能である。これらの接続デバイスを介して、消費負荷の複数の構成要素、例えば抵抗溶接装置のガンアームへの、電源の機械的および電気的な接続の両方が確立されることが可能である。さらに、種々の他の要素は、そのような接続デバイスによって、Ｉビームまたは複数の接触板の外面に装着されることができる。
【００２９】
本発明のさらなる特徴によれば、Ｉビームの各側部の第１の二次巻線において、各電流変換器は、この二次巻線を流れる電流を測定するために配置され、上記複数の電流変換器は作動回路に接続される。複数の電流変換器は二次側電流を測定し、それにより、同期整流器の複数の回路要素は活性化されて導通損失およびスイッチング損失を最小化する。大電流変圧器の対称的な配置の場合、または、大電流変圧器の基礎として、大電流変圧器を備える、Ｉビームを有する電源の対称的な配置の場合において、複数の二次巻線はＩビームの両側に配置され、複数の電流変換器はまた両側に配置される。複数の電流変換器はそれぞれ、当該複数の電流変換器に隣接して配置される作動回路と直接接触され、適切な複数の線路を介してそれぞれ反対側の作動回路と接続される。複数の二次巻線の並列接続により、常に同一の電流が各巻線に流れており、電流の流れはしたがって、電流の流れの全体に関する結果を得るために、１つの二次巻線のみからタップされる必要があるということが本質的である。１０個の複数の二次巻線の並列接続において二次側の電流の流れの全体の１０分の１だけがしたがって複数の電流変換器によって測定され、このことは、これらが実質的により小さなサイズとされることが可能であることの理由である。したがって、この場合も、大電流変圧器または電源の全体寸法の低減が達成される。
【００３０】
外部の磁界からの干渉を回避するために、各電流変換器は、ハウジングによって、および好ましくは磁気伝導性材料からなるシールド部材によって、遮蔽（シールド）される。そのような遮蔽のために、フェライトは特に好適な材料である。
【００３１】
抵抗溶接装置の電源において発生する熱損失を放出するために、冷却流体を導く複数の経路は好ましくは、Ｉビームおよび複数の接触板に設けられる。冷却流体として水が特に適切であるが、ガス冷却剤もまた複数の冷却路を通って輸送されてもよく、熱損失はそこを介して放出されることができる。
【００３２】
冷却路の好ましい実施形態は以下の点において与えられる。すなわち、冷却流体を供給するための２つの注入口と、冷却流体を排出するための１つの排出口とは、Ｉビームの外面において配置され、複数の冷却路は、各注入口から複数の接触板に、そしてＩビームを介して排出口に延びるように設けられる。排出口の断面は、全ての注入口の断面の合計に対応する。複数の冷却路のこの経路は、まず第一に、複数の接触板には、対応して影響を受けやすい（感度の高い）複数の構成要素を有する同期整流器および作動回路の回路基板が配置され、当該複数の接触板が、対応して冷えた冷却流体を用いて冷却される、ことを達成する。次いで、影響を比較的受けにくい（感度の低い）複数の構成要素、特に複数の二次巻線と接続するＩビームは、冷却される。
【００３３】
好ましくは、複数の回路要素を有する同期整流器、および同期整流器の複数の回路要素を作動する回路は、大電流変圧器の少なくとも１つの二次巻線と接続される。この好ましい直接接続、すなわち線路を用いない接続により、大電流変圧器と同期整流器および作動回路との間において、抵抗損失およびそのような線路によって引き起こされるさらなる損失は回避可能である。同期整流器および作動回路のための可能な供給回路はまた、好ましくは、大電流変圧器に統合される。好ましくは、大電流変圧器に供給するための電力ユニットは、複数の接続線路の、またしたがって線路損失および線路インダクタンスの、可能な限りの短縮を達成するために、可能な限り大電流変圧器の近くに位置付けられる。
【００３４】
同期整流器の複数の回路要素の導通損失およびスイッチング損失を最小化するために、作動回路は、二次巻線における電流のゼロ交差の到達よりも前のあらかじめ設定された時点において、同期整流器の複数の回路要素を活性化するように設計される。このあらかじめ設定された時点の手段によって、二次側電流のゼロ交差の検出から、それぞれの複数の回路要素の活性化まで発生する遅延を等しくすることが可能である。このことは、同期整流器の複数の回路要素のスイッチオン時およびスイッチオフ時が、二次側電流のゼロ交差によって決定されないが、しかし規定されたスイッチオンしきい値およびスイッチオフしきい値の達成によって決定されることを意味する。スイッチオンしきい値およびスイッチオフしきい値は、予期されるスイッチング遅延に応じて、規定される。スイッチオンしきい値およびスイッチオフしきい値は、損失をさらに低減するために、最良の状態で、調整可能に設計される。２０ｋＡの大電流変圧器において、スイッチング時間は例えば、ゼロ交差の１００ｎｓ（ナノ秒）だけ前に設定可能であるため、全ての構成要素、特に同期整流器の複数の回路要素は、この時間周期内でスイッチングされる必要がある。
【００３５】
同期整流器の複数の回路要素は好ましくは、線路を用いることなく、大電流変圧器の少なくとも１つの二次巻線に接続される。
【００３６】
作動回路および同期整流器は好ましくは、少なくとも１つの回路基板上に配置され、当該少なくとも１つの回路基板は、少なくとも１つの接触板の内面に配置される。少なくとも１つの接触板の内面上における作動回路および同期整流器のこの配置は、複数の二次巻線の複数の接続部の、同期整流器の複数の回路要素との、直接接触または線路を用いない接触を可能にし、また、同期整流器の複数の出力の、接触板との、直接接触すなわち線路を用いない接触を可能にする。好ましくは、大電流変圧器、または直流電流を供給するための当該大電流変圧器を備えた電源は、対称的に構成され、それぞれが同期整流器および作動回路の部分を各々有する１つの回路基板は、それぞれの接触板の下の対称的に配置された複数の二次巻線の両側において配置される。
【００３７】
同期整流器および作動回路の各回路基板は、好ましくは複数の開口を有し、その上に複数の回路要素が配置される。また、複数の接触板の内面は、同期整流器の回路基板における複数の開口の位置において、複数の突出部、特に尖塔形状の複数の突出部を有する。それによって、複数の回路要素は、線路を用いることなく、回路基板上の複数の開口の中に突出する複数の突出部を介して、複数の接触板上の内面上に接触可能である。したがって、同期整流器の複数の回路要素と接触板との間の接続線路は省略可能である。それによって、一方では抵抗損失が低減可能であり、他方では複数の回路要素と複数の接触板との間の熱伝導が向上する。最後に、いかなる接続線路も配線され接続される必要はないが複数の回路要素は複数の突出部と直接接続され、好ましくははんだ付けされるため、製造努力はまた軽減される。また、複数の突出部によって回路基板の簡単な位置決めが可能となり、したがって、製造は実質的に簡単化可能である。
【００３８】
複数の電界効果トランジスタによって形成される複数の回路要素の複数のソース接続部が、複数の突出部、特に尖塔形状の複数の突出部を介して、接触板と、電気的および熱的に、直接接続される、という設計はまた有利である。なぜならば、ここで再び、対応する線路を避けることができるからである。
【００３９】
各回路基板は好ましくは、必要な電気的絶縁部を形成するように、Ｉビームと複数の接触板との間に配置される。したがって、個別の電気的絶縁部をＩビームと複数の接触板との間に配置する必要がない。
【００４０】
本発明に係る目的はまた、上述の大電流変圧器のための変圧器要素によっても解決される。当該変圧器要素は、導電性材料からなるＩ字形状ビームを備える。当該Ｉ字形状ビームにおいて、その凹部は、そこに配置された二次巻線を有する少なくとも１つの個別のリングコアを受けるように設計され、その反対側の（複数の）内面は、各二次巻線のそれぞれの接続部に直接接触するように設計される。Ｉビームはしたがって大電流変圧器の基礎を形成し、その周囲において、接続線路が必要とされないように複数の二次巻線が配置される。Ｉビームの外面は２つの第１の接触面を表し、これらは、対応する複数の構成要素に直接に、すなわち複数を用いることなく接続される。複数のリングコアが円形に設計されず、しかし楕円形に設計されるという点において、省スペースの配置が達成される。したがって、Ｉビームの複数の接触部の間の位置決めが可能である。好ましくは、複数の閉じたリングコアが使用される。上記設計を用いることによって、複数の一次巻線および複数の二次巻線の直列／並列接続は実施可能であり、それによって、複数の一次巻線および複数の二次巻線の低減された巻数を用いて供給されるべき直流大電流のための大電流変圧器の要求される伝送比が達成される。そのような設計は、並列接続された少なくとも３つの二次巻線がＩビームの各側部に配置されるときに、特に有用である。
【００４１】
少なくとも１つの一次巻線の複数の接続部を導く少なくとも１つの開口は、Ｉビームの外面において設けられる。大電流変圧器の一次巻線の複数の接続部は、この開口を通って導かれることが可能であり、また、対応する電源または電源ユニットと接続可能である。
【００４２】
Ｉビームは好ましくは、銅または銅合金で形成され、好ましくは銀コーティングを有する。銅または銅合金は最適な電気的特性を有し、また良好な熱伝導性を示す。それによって、発生する熱損失は、より速く放出されることが可能である。銀コーティングは、銅または銅合金の酸化を防ぐ。銅または銅合金に代えて、アルミニウムまたはアルミニウム合金がまた考慮され、これは銅に勝る重量の利点を有するが、耐腐食性はそれほど高くない。銀コーティングに代えて、錫および他の材料または合成物のコーティングまたはそれらのレイヤーもまた可能である。
【００４３】
Ｉビームの外面上において、接続デバイス、好ましくはねじを受けるためのねじ山を有するボアホール、が設けられることが可能である。これらの接続デバイスを介して、機械的および電気的な接続の両方が確立されることが可能である。さらに、種々の他の要素は、そのような接続デバイスによって、Ｉビームの外面に装着されることができる。
【００４４】
抵抗溶接装置において発生する熱損失を放出するために、冷却流体を導く複数の経路は好ましくは、Ｉビームに設けられる。冷却流体として、特に水が、しかしガス冷却剤もまた、複数の冷却路を通って輸送されてもよく、熱損失はそこを介して放出されることができる。
【００４５】
この点において、好ましくは、冷却流体を供給するための２つの注入口および、冷却流体を排出するための１つの排出口は、Ｉビームの外面において配置される。排出口の断面は、全ての注入口の断面の合計に対応する。複数の冷却路の適切な経路は、まず第一に、影響をより受けやすい（感度の高い）位置が、冷えた冷却流体を用いて冷却されて、次いで、影響を比較的受けにくい（感度の低い）構成要素が冷却されることを達成する。
【００４６】
本発明に係る目的はまた、上述の大電流変圧器のための接触板を用いても解決される。当該接触板において、複数の突出部、特に尖塔形状の複数の突出部は、一面上において、回路基板を受けるように、また複数の回路要素に直接接触するように設けられる。したがって、接触面を用いた回路基板の安全な接続が可能である。同時に、複数の突出部の設計は、回路基板が対応する複数の開口を有するために、回路基板の厳密な位置決めを可能にする。複数の突出部はしかしながらまた、それらが回路基板における複数の開口を貫通して突出し、したがって回路基板の反対側に配置された複数の回路要素と接触可能である、特にはんだ付けされることが可能である、ということを達成する。
【００４７】
少なくとも１つの回路基板上において、好ましくは、大電流変圧器の自律動作のために、同期整流器および作動回路、ならびに場合により供給回路が配置される。したがって、これ以上の制御線路は何であれ必要とされず、取り扱いが実質的に容易になる。
【００４８】
複数の突出部は好ましくは、線路を用いることなく、同期整流器の複数の回路要素に接触するように、以下の点において設計される。すなわち、複数の突出部は、回路基板上に設けられた複数の開口に対応して配置され、それによって、複数の開口の上に配置された、同期整流器の複数の回路要素は接触可能である。複数の突出部の手段によって、線路を用いることなく、同期整流器の複数の回路要素に接触することが可能である。したがって、同期整流器の複数の回路要素と接触板との間の接続線路は省略可能である。それによって、一方では抵抗損失が低減可能であり、他方では複数の回路要素と複数の接触板との間の熱伝導が向上する。最後に、いかなる接続線路も配線され接続される必要がないが複数の回路要素は複数の突出部と直接接続され、好ましくははんだ付けされるため、製造努力はまた軽減可能である。これは、自動化された製造を可能にする。
【００４９】
複数の回路要素が複数の突出部上に直接はんだ付けされる場合、有利である。なぜならば、これはロボット支援されたまたは自動化された設備またははんだ付けを可能にするためである。はんだ付けによる好ましい直接接続に代えて、短い接続配線、いわゆるボンディングワイヤが配置されることも可能である。
【００５０】
接触板は好ましくは、銅または銅合金で形成され、好ましくは銀コーティングを有する。銅または銅合金は最適な電気的特性を有し、また良好な熱伝導性を示す。それによって、発生する熱損失は、より速く放出されることが可能である。銀コーティングは、銅または銅合金の酸化を防ぐ。銅または銅合金に代えてアルミニウムまたはアルミニウム合金がまた考慮され、これは銅に勝る重量の利点を有するが、耐腐食性はそれほど高くない。銀コーティングに代えて、錫および他の材料または合成物のコーティングまたはそれらのレイヤーもまた可能である。
【００５１】
接触板の外面上に、接続デバイス、好ましくはねじを受けるためのねじ山を有するボアホールが設けられることが可能である。これらの接続デバイスを介して、機械的および電気的な接続の両方が確立されることが可能である。さらに、種々の他の要素は、そのような接続デバイスによって、接触板の外面に装着されることができる。
【００５２】
複数の突出部が、接触板上に並んで配置される場合、複数の回路要素は対応して並列に接触されることが可能である。そのような並列接続によって、能動的な整流器の順方向抵抗が低減される。またさらに、複数の回路要素の並列接続は、より小さく大きさが調整された複数の回路要素を用いて、より高いスイッチング電流または溶接電流がスイッチングされることができることをを達成する。この点において、並列に接続された複数の、特に１０個の回路要素に対して、線路長は、例えば両側の側面に沿って配置された複数の作動回路によって、半減されることが本質的であり、したがって、より速くよりバランスのとれた、複数の回路要素の作動と当該複数の回路要素を通じた接続とが達成される。したがって、個々の複数の回路要素のスイッチング時点はほぼ同一であることも、達成される。この目的のために、例えば、さらなるゲート作動回路が、さらに速いスイッチング処理を達成するように、中央に配置されることが可能である。
【００５３】
しかしながら、複数の、特に１０個の突出部が、並列に接続された対応する複数の回路要素のために一行で配置され、複数の突出部の複数の、特に１０個の行が、１つが他の上にあるように配置される場合、有利である。したがって、実質的により大きい電流がスイッチングされるように可能な限り多くの複数の回路要素が小さな領域に配置されてもよく、または、より小さく大きさが調整された複数の回路要素が使用可能である。
【００５４】
本発明に係る目的はまた、上述の大電流変圧器のための二次巻線によっても解決される。当該二次巻線において、実質的にＳ字形状の経路（層）を有する、導電性材料からなる金属シートは、リングコアの断面の周囲に、リングコアを通って配置され、金属シートの外面は、複数の接触部または複数の接続部を形成する。したがって、大電流変圧器の、例えばＩビームの形式の変圧器要素への統合が簡単な、非常にコンパクトな構成が達成される。１つまたは複数の回路要素およびＩビームのセンターを用いて、線路を用いない安全な接続が確保されるように、複数の巻線の接触部が大きな面を有するように設計されることが、付加的に達成される。これらの接続は、好ましくははんだ付けによって行われる。
【００５５】
しかしながら、互いに絶縁され、導電性材料からなり、また、リングコアの断面の周囲に実質的にＳ字形状の鏡面反転された経路（層）を有する２つの金属シートが配置されるように、さらなる金属シートが、さらなる二次巻線を形成するようにリングコアにおいて配置されて、複数の金属シートが接触部を形成する場合は、また有利である。したがって、大電流変圧器における二次巻線の数は、簡単な方法で２倍にすることが可能である。このことはまた、Ｉビームがセンターを構成する中央回路（整流器）を達成する。
【００５６】
複数の金属シートは好ましくは、絶縁層、例えばペーパー層によって、互いに絶縁される。したがって、２つの二次巻線を１つのリングコア上に配置すること、およびしたがって全体寸法、重量、および損失を著しく低減することが可能である。そのような配置によって、中央整流器は二次側で実施され、Ｉビームは、接続された、特にはんだ付けされた複数の二次巻線の一端を有するセンターを形成する。
【００５７】
複数の金属シートは好ましくは、銅または銅合金で形成され、好ましくは銀コーティングを有する。銅または銅合金は最適な電気的特性を有し、また良好な熱伝導性を示す。それによって、発生する熱損失は、より速く放出されることが可能である。銀コーティングは、銅または銅合金の酸化を防ぐ。銅または銅合金に代えて、アルミニウムまたはアルミニウム合金がまた考慮され、これは銅に勝る重量の利点を有するが、耐腐食性はそれほど高くない。銀コーティングに代えて、錫および他の材料または合成物のコーティングまたはそれらのレイヤーもまた可能である。
【００５８】
さらにまた、本発明に係る目的は、少なくとも１つの一次巻線、および接触のための複数の面を有する少なくとも１つの二次巻線を備えた大電流変圧器を製造する方法によって解決される。本方法において、まず、少なくとも１つの二次巻線の内面は、第１の、より高い融解温度において、第１のはんだ付け材料を用いて、大電流変圧器の導電性材料からなるＩビームと接続される。続いて、導電性材料からなる少なくとも１つの接触板は、第１の融解温度に比較してより低い第２の融解温度において、第２のはんだ付け材料を用いて、少なくとも１つの二次巻線の外面とはんだ付けされる。製造、特にはんだ付けが自動化されることは有利である。なぜならば、異なる複数の融解温度により、より高い融解温度における第１のはんだ付け工程においてすでに生成された接続部は、より低い融解温度における第２のはんだ付け工程の間には融解し得ないからである。したがって、製造コストは実質的に低減される。また、可能な限り小さな遷移損失が生じるように、最良の種類の接続が用いられることが達成される。第１の、より高い融解温度における第１のはんだ付け材料の手段によって回路基板が少なくとも１つの接触板と接続される１つの手段において、接触板は、任意のときにおいて、さらなるはんだ付け工程を、実質的に受けることができることが、有利に達成される。
【００５９】
少なくとも１つの接触板を回路基板と接続した後、複数の回路要素は、第１の、より高い融解温度において、第１のはんだ付け材料を使用することによって、回路基板および／または接触板と、特に接触板上の複数の突出部と、接続されることが可能である。複数の回路要素およびさらなる電子構成要素（電子部品）の位置決めおよびはんだ付けは、完全に自動化された手段において実行されることが可能である。
【００６０】
複数の回路要素、特に複数の回路要素の複数の接続部または複数のハウジングが、第２の、より低い融解温度において、第２のはんだ付け材料を用いて、少なくとも１つの二次巻線の面に接続される手段によれば、接触板と回路基板との間の接続がこれ以上融解し得ないことが達成される。すなわち、はんだ付けのコスト効率および安全な製造のために、ユニット全体をはんだ槽に通すことが可能である。ここで、ユニット全体は、接触板、回路基板、複数の回路要素、およびさらなる複数の構成要素を意味する。
【００６１】
第１のはんだ付け材料は、２２０度と３００度との間、特に２６０度の第１の、より高い融解温度において、使用され、第２のはんだ付け材料は、１２０度と２２０度との間、特に１８０度の第２の、より低い融解温度において、使用される場合、有利である。これは、より低い融解温度における第２のはんだ付け工程の間に、第１のはんだ付け工程の間に固定された複数の部品が緩まないこと、または接続部の品質が損なわれないことを確実にする。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】ロボットおよびそこに固定された溶接ガンを有する従来技術の抵抗溶接装置の概略図である。
【図２】溶接電流を供給するための電源を有する抵抗溶接装置の概略ブロック図である。
【図３】抵抗溶接装置、特に、溶接電流を供給するための統合された電源を有する溶接ガンの概略図である。
【図４】溶接電流を供給するための電源の概略ブロック図である。
【図５】直流電流を供給するための電源の実施形態を示す。
【図６】図５に係る電源の分解図を示す。
【図７】冷却路のプロットされた経路を有する図５に係る電源を示す。
【図８】電源における大電流変圧器のＩビームの斜視図である。
【図９】図８に係るＩビームの断面図を示す。
【図１０】同期整流器および作動回路の印刷回路基板を含む電源の大電流変圧器の接触板である。
【図１１】図１０に係る接触板の断面図を示す。
【図１２】電流変換器を有する大電流変圧器の二次巻線の分解図を示す。
【図１３】大電流変圧器における二次巻線の設計の分解図を示す。
【図１４】同期整流器および作動回路に電気エネルギーを供給するための回路のブロック図である。
【図１５】図１４に係る供給回路の供給電圧の時間経過を示す。
【図１６】大電流変圧器の二次側電流に依存した、同期整流器における複数の回路要素の作動を示すための時間経過を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
本発明は、添付の図面を用いてより詳細に説明される。
【００６４】
図１から図１６において示される実施形態において、基本的な複数の構成要素を有する抵抗溶接装置１の設計が説明される。図面において、いくつかの部分には同一の参照文字が付される。
【００６５】
図１において、操作のためのロボットを有する少なくとも２つのワークピース２，３の抵抗溶接のための抵抗溶接装置１が斜視図で示される。抵抗溶接装置１は、ロボットに装着され且つ２つのガンアーム５を有する溶接ガン４から構成され、溶接ガン４には、それぞれ電極７を保持するための複数のホルダー６が配置される。複数の電極７はそれぞれ、抵抗溶接において接触抵抗を低減するとともに複数の電極７を保護するバンド８によって、循環される。さらに、生成されたスポット溶接のバンド８上における結果として得られる画像（イメージ）は分析可能であり、溶接品質を評価するために使用されることができる。複数の電極７の保護のためのバンド８は、それぞれ、溶接ガン４または複数のガンアーム５上に配置されることができる巻線装置９からの巻きがなく、また、複数のガンアーム５、複数の電極ホルダー６、および複数の電極７に沿って巻線装置９に戻るように導かれる。ここで、バンド８は再びらせん状に巻かれる。スポット溶接を行うために、対応する電力ユニット１９によって供給される溶接電流は、複数の電極７を流れて導通する。これによって、複数のワークピース２，３は、スポット溶接工程の間に生成されるスポット溶接によって共に接続される。通常、溶接電流を供給するための電力ユニット１９は、図１に模式的に示すように、抵抗溶接装置１の外側に設置される。溶接電流は、適切な複数の線路１１を介して、導電性に形成される複数の電極７または複数のガンアーム５に供給される。溶接電流の振幅が数ｋＡの範囲内にあるために、複数の線路１１のための、対応して大きい複数の断面が必要とされ、結果として対応して高い抵抗損失をもたらす。
【００６６】
またさらに、長い複数の一次供給線路は、複数の線路１１の増加されたインダクタンスを導き、したがって、電源１０の大電流変圧器１２が動作されるときのスイッチング周波数は制限され、結果として非常に大きな複数の大電流変圧器１２をもたらす。従来技術において、大電流変圧器１２への例えば最長３０ｍの非常に長い複数の供給線路がロボット上の溶接ガン４のために必要とされるように、電力ユニット１９は溶接ロボットに隣接するスイッチングキャビネットに位置付けられる。
【００６７】
本発明に係る解決方法において、重量および寸法の顕著な削減が達成され、特にガンホルダーの断面における、電力ユニット１９のロボット上への直接的な位置決めが可能となる。また、電力ユニット１９は好ましくは水冷式に設計される。
【００６８】
図２は、溶接電流を供給するための電源１０を有する抵抗溶接装置１の概略ブロック図を示す。示される実施形態において、電源１０は溶接電流を抵抗溶接装置１に提供するために使用されるが、電源１０、特に電力供給装置の全体設計はまた、直流電流を他の複数の応用のために提供するために使用可能である。電源１０は、少なくとも１つの一次巻線１３、センタータップを有する少なくとも１つの二次巻線１４、およびリングコア１５を有する大電流変圧器１２を含む。大電流変圧器１２の手段によって伝送される電流は、同期整流器１６において整流されて、抵抗溶接装置１の複数のガンアーム５または複数の電極７に供給される。同期整流器１６を制御するために、作動回路１７が配置される。作動回路１７は、例えば電流変換器１８を介して測定される大電流変圧器１２の複数の二次側電流に基づいて、トリガーパルスを同期整流器１６の複数の回路要素２４に送信する。
【００６９】
一般的に知られているように、大きい溶接電流により、必要とされる線路長の合計の結果として、著しい抵抗損失および／または誘導損失、並びに導通損失およびスイッチング損失の両方が、同期整流器１６の複数の回路要素２４において生じる。その上また、整流器において、同期整流器１６および作動回路１７のための電力供給において、損失が発生する。したがって、そのような複数の抵抗溶接装置１の結果として得られる効率は低い。
【００７０】
大電流変圧器１２の一次側電流を生成するために電力ユニット１９が提供され、電力ユニット１９は、電力網と電源１０との間に設置される。電力ユニット１９は、所望の振幅および所望の周波数を用いて、一次側電流を、大電流変圧器１２または電源１０に供給する。
【００７１】
図３は、統合された電源１０を有する抵抗溶接装置１の概略図を示す。溶接電流を複数の電極７に導くための、複数の線路１１の少なくとも一部分が、省略可能となるように、電源１０は、特に支持部材として、抵抗溶接装置１の溶接ガン４上または複数のガンアーム５上に直接配置され、したがって、１つのガンアーム５との接続が必要とされるのみであるために線路長は著しく短縮される。電源１０は、少なくとも４つの接触部２０，２１，２２，２３を有して多点接触を形成する。１つの極における２つの第１の接触部２０，２１は、１つのガンアーム５に接続され、反対の極性における２つの付加的な接触部２２，２３は、別のガンアーム５に接続される。有利に、１つの極性の２つの第１の接触部２０，２１と、他の極性の他の２つの接触部２２，２３とはそれぞれ、互いに反対側に配置される。２つの他の接触部２２，２３は実質的に、２つの第１の接触部２０，２１に比較して、９０度だけ互いにオフセットするように配置される。そのような多点接触によって、大電流変圧器１２の二次側１４を抵抗溶接装置１の複数のガンアーム５または複数の電極６に接続するために通常必要とされる線路は抑制され、または、線路の長さを低減できる。したがって、抵抗損失および接触損失は大幅に低減可能である。したがって、溶接ガン４の自由度が維持されると同時に、好ましくは大きな複数の断面を有する好ましくは短い線路が使用されることができる。さらなる利点は、そのような接触によって、損失、特に接触抵抗が低減されるという点にある。少なくとも４つの接触部２０，２１，２２，２３により、送出されるべき溶接電流は半減されることができ、これによってまた、活性状態の（アクティブな）複数の接触領域の実質的な増加により接触抵抗が低減されるために、接触損失の低減がもたらされる。例えば、２０ｋＡの直流電流を供給するための大電流変圧器１２または電源１０の大きさの調整において、４つの接触部２０，２１，２２，２３の各々は、１５ｃｍ×１５ｃｍから２５ｃｍ×２５ｃｍの面積を有し、好ましくは２０ｃｍ×２０ｃｍの面積を有する。
【００７２】
示される実施形態において、電源１０は実質的にキューブ形状に形成され、キューブの側面は複数の接触部２０，２１，２２，２３を形成する。２つの第１の接触部２０，２１は１つの電極７に接続されて、２つの他の接触部２２，２３は複数のガンアーム５を介して抵抗溶接装置１の他の電極７に接続される。部分分解図に見られるように、少なくとも１つのガンアーム５、特に下側のガンアーム５は、下側のガンアーム５の支持部材２３ａを介して接続されると同時に、他方、特に上側のガンアーム５は、柔軟な接続クランプ２３ｂを介して付加的な複数の接触部２２，２３に接続される。少なくとも１つのガンアーム５はしたがって、大電流変圧器１２に直接接続され、別のガンアーム５は、例えば５０ｃｍよりも短い非常に短い線路を介して大電流変圧器１２に接続される。省略されるまたは特に短い、電源１０と抵抗溶接装置１の複数の電極７または複数のガンアーム５との間の複数の線路１１を用いて、抵抗損失および誘導損失は大幅に低減可能である。
【００７３】
少なくとも２つの接触部２０，２１が、直接にまたは線路を用いることなく、したがって接触抵抗を有することなく、ガンアーム５に接続されるときに、特別な利点は生じる。このことは、そのような２つの接触部２０，２１が電源１０に実質的に統合され、且つ、抵抗溶接装置１の対応する複数の部分に、特に複数のガンアーム５に直接に、すなわち複数の供給線路によることなく接続されるという点において達成可能である。したがって、ガンアーム５を大電流変圧器１２の複数の接触部２０，２１に直接接続することによって、線路を用いない接続が達成され、その一方で、第２のガンアーム５は、非常に短い線路によって２つの接触部２２，２３に接続される必要がある。このように、線路長が最小に低減されるため、線路損失の非常に高い低減が達成可能である。従来技術では、大電流変圧器は理想的には可能な限り溶接ガン４の近くに位置付けられるため、線路はしたがって大電流変圧器１２から溶接ガン４に配される必要がある。その一方で、本発明に係る解決方法では、大電流変圧器１２は溶接ガン４に統合されると同時に、１つのガンアーム５は大電流変圧器１２上に直接装着されるため、第２のガンアーム５のみが１つまたは２つの短い線路によって接続される必要がある。もちろん、例えば、複数の摺動接点または他の複数の接触要素はまた、線路に代えて使用されることが可能である。また、電源１０内の損失は、電源１０の複数の構成要素の、コンパクトな設計および直接的接続すなわち線路を用いない接続によって、著しく低減可能である。
【００７４】
有利に、同期整流器１６、作動回路１７、電流変換器１８、ならびに同期整流器１６および作動回路１７のための全ての供給回路を含む、電源１０の全ての構成要素は、キューブまたは切石形状のユニットに含まれる。すなわち、複数の電子構成要素（電子部品）／回路の統合によって、構成ユニットはキューブの形状に生成され、ここでユーザは、高い性能を有する適切に大きさが調整された二次側上の直流電流または直流電圧を得るために、一次側の対応する交流電圧または対応する交流電流の形式のエネルギーを供給する必要があるのみである。制御および調整は、キューブまたは電源１０において自律的に実行される。したがって、キューブおよび電源１０は、複数の構成要素に直流大電流を供給するために万能に適用可能である。特に、電源１０は、抵抗溶接工程において平常通り、低い電圧および大電流を供給することに役立つ。
【００７５】
抵抗溶接工程において使用されるとき、キューブ形状の電源１０の複数の部分はまた、抵抗溶接装置１の複数の構成要素によって、例えば図示のように複数のガンアーム５または同様のものの複数の部分によって形成されることが可能である。キューブまたは電源１０は、ガンアーム５をキューブに直接装着することによって支持機能を担う。別のガンアーム５は、複数の接続線路を介して接続される（図示せず）。上記設計も用いることによって、長い供給線路は防ぐことが可能であり、したがって損失の実質的な低減が得られる。しかしながら、キューブをそのような溶接ガン４に統合させるために、そのサイズを可能な限り小さく保つことが要求される。例えば、最大２０ｋＡの供給されるべき直流電流の大きさの調整において、キューブまたは電源１０は、１０ｃｍと２０ｃｍとの間の辺長を有し、好ましくは１５ｃｍの辺長を有する。キューブ形状の電源１０の上記コンパクトな設計を用いることによって、例えば溶接ガン４のベース体において、これを統合することが簡単に可能である。
【００７６】
図４は、直流電流、特に溶接電流を供給するための電源１０の概略ブロック図を示す。電源１０のこの好ましい実施形態において、大電流変圧器１２の１０個の一次巻線１３は直列接続され、また、センタータップを有する大電流変圧器１２の１０個の二次巻線１４は、並列接続される。大電流変圧器１２のそのような設計を用いることによって、二次側上の対応する大電流を達成するための、対応する高い伝送比（トランスミッション比）は、複数の一次巻線１３の低い数の巻数および複数の二次巻線１４の低い数の巻数を用いたとしても達成可能である。例えば、１００の伝送比は、１０個の一次巻線１３そして１０個の二次巻線１４も用いて達成可能である。一次電流は、直列接続された大電流変圧器１２の複数の一次巻線１３を通って流れるとともに、相対的に大きい二次側電流は、並列接続された１０個の二次巻線１４の間で分割される。二次側上の部分的な電流は、同期整流器１６の複数の対応する回路要素２４に供給される。そのような分割を用いることによって、対応して高い伝送比（ここで１００）は、低い一次側の巻数および二次側の巻数にもかかわらず得られる。上記構成を用いることによって、従来の複数の大電流変圧器とは対照的に一次側上ではより少ない巻数が要求され、それによって一次巻線１３の長さは減少可能であり、これによって抵抗損失が低減可能である。一次巻線１３の低減された巻数のために、したがって結果として線路長の短縮が得られ、システムにとって典型的である大電流変圧器１２の漏れインダクタンスが次いで低減され、それによって大電流変圧器１２が、例えば１０ｋＨｚの、より高いスイッチング周波数で動作可能である。次いで、従来型の複数の大電流変圧器に比較してより高いスイッチング周波数は、大電流変圧器１２の全体寸法および重量の低減をもたらし、したがって、有利な複数の導入オプションをもたらす。したがって、大電流変圧器１２は、例えば、抵抗溶接装置１の複数の電極７に非常に近くに位置付けられることが可能である。したがって、小さなより安価な溶接ロボットで十分となるように、大電流変圧器１２のより低い重量によって溶接ロボットの負荷さえも低減可能である。
【００７７】
一次巻線および二次巻線の直列／並列接続がない従来型の複数の変圧器は、対応してより多くの複数の一次巻線を必要とし得る。このことは、一次側上で実質的により長い配線長をもたらすであろう。より大きな配線長によって、一方では抵抗損失が増加し、また他方ではより高い漏れインダクタンスがもたらされる。このことは、従来技術の変圧器が動作可能な周波数が数ｋＨｚに制限される理由である。
【００７８】
対照的に、本明細書において説明される大電流変圧器１２の構成において、システムに固有の、複数の一次巻線１３および複数の二次巻線１４の抵抗損失および漏れインダクタンスは低く、このことは１０ｋＨｚおよび上述の範囲の周波数が使用可能である理由である。これにより、大電流変圧器１２の実質的により小さな全体寸法が同じく達成可能である。大電流変圧器１２または電源１０のより小さな全体寸法は、それを、生成される電流が必要とされる位置、例えば抵抗溶接装置１における複数のガンアーム５上の位置のより近くに配置することを同じく可能とする。
【００７９】
大電流変圧器１２の複数の二次巻線１４を並列接続することによって、二次側上の結果として得られる大電流は、いくつかの部分的な電流に分割される。これらの部分的な電流は、模式的に図示するように、同期整流器１６の複数の回路要素２４に伝送される。複数の回路要素２４を活性化（アクティベート）するために、作動回路１７は配置されて一次巻線１３および二次巻線１４の断面に引き込まれ、関連する複数のセンサを含む同期整流器１６および作動回路１７の両方は、キューブ内、すなわち大電流変圧器１２内に配置される。同期整流器１６および作動回路１７は、それらが自律的に、すなわち外部の影響を受けることなく、電源１０の調整および制御を実行するように、形成されて大きさが調整される。したがって、キューブは好ましくは、外部からの介入のための複数の制御線路を有しないが、単に、一次側供給のための複数の接続または複数の接触のため、および発生される二次側電気エネルギー、特に大きい二次直流電流の送出のための複数の接続または複数の接触のための複数の制御線路を有する。
【００８０】
しかしながら、作動回路１７の対応する接続が配線されて作動回路１７に所与の値が供給されることが可能である。外部の複数の調整を行うことによって、電源１０は理想的には、応用の分野に向けて調整されることが可能である。従来技術から知られるように、データを変更または伝送するシステムはしかしながら、いかなる制御接続も配線される必要がないように無線で動作して使用可能であり、好ましくは誘導的に、磁気的に、またはブルートゥースを介して動作するように使用可能である。
【００８１】
電源１０の制御および／または調整は、統合された複数のセンサを介して行われる。対応する電流変換器１８を使用して二次巻線１４の複数の二次側電流を測定することによって、作動回路１７は、同期整流器１６の複数の回路要素２４がスイッチングされるべき時点における情報を取得する。電流変換器１８は、大電流変圧器１２の二次側電流の一部、ここで１０分の１、を測定するのみであるため、それらはより小さく設計されることが可能であり、再び電源１０の全体寸法に良い影響を与える。
【００８２】
導通損失およびスイッチング損失を低減するために、同期整流器１６の複数の回路要素２４は好ましくは、大電流変圧器１２の複数の二次巻線１４を流れる複数の二次側電流のゼロ交差においてスイッチングされる。ある遅延が、電流変換器１８による二次側電流のゼロ交差の検出から、本発明に係る同期整流器１６の複数の回路要素２４の活性化まで発生するため、作動回路１７は、二次巻線１４における電流のゼロ交差の到達よりも前のあらかじめ設定された時点において同期整流器１６の複数の回路要素２４をスイッチングするように構成される。したがって、作動回路１７は、電流変換器１８によって測定される大電流変圧器１２の二次巻線１４における電流があるスイッチオンしきい値およびスイッチオフしきい値を下回るまたは超える時点において、同期整流器１６における複数の回路要素２４のスイッチングを引き起こす。上記方法を使用することによって、同期整流器１６の複数の回路要素２４が、大電流変圧器１２の二次巻線１４を流れる電流のゼロ交差の間に実質的にスイッチングされることが達成可能であり、それによって導通損失およびスイッチング損失が最小化可能である（図１６も参照）。
【００８３】
図４において、また、同期整流器１６および作動回路１７に電気エネルギーを供給する供給回路４８は、一次巻線１３および二次巻線１４のために引き込まれる。また、この供給回路４８は好ましくは、電源１０に、すなわちキューブに統合される。電源１０の同期整流器１６および作動回路１７への十分な電気エネルギーの供給は、例えば溶接電流である直流電流の送出が望まれる時点において確実にされる必要があるため、供給回路４８の十分に速い活性化が必要とされ（図１５参照）、またそれは、電源１０の活性化を用いて十分に高い供給電圧が可能な限り速く供給されて、続いて要求される電力または要求される電流が送出されるように、構成される。
【００８４】
図５は、図３に係る電源１０の実施形態の拡大図を示す。例えば溶接電流である直流電流を供給するための電源１０は、キューブまたは切石の形状を実質的に有する。キューブまたは切石の複数の側面は、複数の接触部２０，２１，２２，２３を表し、そこを介して、発生される直流電流は、抵抗溶接装置１の複数のガンアーム５または複数の電極７などの、関連する消費負荷に伝送されることが可能である。電源１０の全ての構成要素、すなわち大電流変圧器１２、同期整流器１６、作動回路１７、電流変換器１８、供給回路４８などは、電源１０のこのキューブまたは切石形状の部材に含まれる、または統合される。上記コンパクトな設計を使用することによって、電源１０の損失は、線路の最適な短縮のために、特に低く保たれることが可能であり、したがってその効率は実質的に向上する。また、したがって、複数の電子構成要素の統合によって、特に同期整流器１６、作動回路１７および供給回路４８を備える複数の印刷回路基板の統合によって、スイッチング時間がキューブにおいて達成される。同期整流器１６および作動回路１７ならびに電源１０の複数の供給線路４８を大電流変圧器１２に統合することによって、また同期整流器１６のいくつかの回路要素２４を並列接続することによって、また線路を用いることなく複数の回路要素２４を大電流変圧器１２の複数の二次巻線１４に接続することによって、いかなる線路も、同期整流器１６と大電流変圧器１２の二次側１４との間において必要とされず、それによって、そのような線路を用いることで発生する、可能性のある抵抗損失および他の損失はまた省かれる。大電流変圧器１２に供給するための電力ユニット１９は、可能な限り大電流変圧器１２の近くに位置付けられて可能な限り短い接続線路が達成され、したがって、可能な限り短い線路損失および線路インダクタンスが達成される。全ての構成要素を統合することによって自律ユニットが形成され、それは入力側で電力ユニット１９に接続される必要があり、また出力側で、−抵抗溶接装置１の場合において−複数のガンアーム５または複数の電極７のみに接続される必要がある。電源１０の個々の回路の間の共通の線路はもはや必要とされない、または少なくとも実質的にその長さは低減される。
【００８５】
電源１０の大電流変圧器１２の基礎は、導電性材料で作られたＩビーム（Ｉ型梁）２５の形式の変圧器要素であり、ここで、上記導電性材料は特に銅または銅合金であり、最良の状態で、例えば銀のコーティングを有する。Ｉビーム２５の複数の凹部２５ａにおいて、大電流変圧器１２の複数の二次巻線１４を備える複数のリングコア１５が両側に配置される。スペースの観点において、複数のリングコア１５が円形を有さず、しかし楕円形または平坦な断面を有するときが有利である。図示される実施形態において、Ｉビーム２５の各凹部２５において、５つのリングコア１５はそれぞれ、それぞれの複数の二次巻線１４と並列に配置される。一次巻線１３または直列に相互接続される複数の一次巻線１３は（一点鎖線）、Ｉビーム２５の複数の凹部２５ａに配置される複数のリングコア１５を貫通して伸び、Ｉビーム２５のウェブの周囲を伸びる。一次巻線１３のそのような経路を使用することによって、またＩビーム２５の２つの凹部２５ａにおいて特に対称的に配置される複数のリングコア１５によって、複数の二次巻線１４への最適な磁気結合が達成可能である。一次巻線１３の複数の接続部２６は、Ｉビーム２５の外面２８上の少なくとも１つの開口２７を通って導かれる。大電流変圧器１２の一次巻線１３は、上記複数の接続部２６を介して、対応する電力ユニット１９に接続可能である。Ｉビーム２５の複数の外面２８は電源１０の２つの第１の接触部２０，２１を形成し、これらは例えば、抵抗溶接装置１における複数の電極７のうちの１つに接続される。
【００８６】
Ｉビーム２５における複数の凹部２５ａの上に複数の接触板２９が配置され、そこの複数の外面は、電源１０における他の２つの接触部２２，２３を形成して、Ｉビーム２５に対して絶縁される。複数の接触板２９はまた導電性材料で作られ、例えば銅または銅合金で作られ、最良の状態で、コーティングを有し、例えば銀で作られたコーティングを有する。銅または銅合金は最適な電気的特性を有し、また良好な熱伝導性を示す。それによって、発生する熱損失は、より速く放出されることが可能である。銀コーティングは、銅または銅合金の酸化を防ぐ。銅または銅合金に代えてアルミニウムまたはアルミニウム合金が考慮され、これは銅に勝る重量の利点を有するが、耐腐食性はそれほど高くない。銀コーティングに代えて、錫および他の材料または合成物のコーティングまたはそれらのレイヤーもまた可能である。複数の接触板２９と、大電流変圧器１２における複数の二次巻線１４の、対応する複数の接続との間に、同期整流器１６および作動回路１７の複数の回路基板３５が配置される。上記複数の回路基板３５または複数の印刷回路基板は、複数の接触板２９に直接装着されまたははんだ付けされ、続いて、絶縁される方法でＩビーム２５に装着されることとなる。上記設計を使用することによって、大電流変圧器１２の複数の二次側接続は、線路を敷く必要なく直接に、同期整流器１６の複数の回路要素２４に接続されまたは接触されることが可能である。同期整流器１６の出力はまた好ましくは複数の接触板２９に直接接続され、それによって線路は必要とされない。複数の接触板２９は、Ｉビーム２５に接続され、好ましくは所定の位置にねじで取り付けられる（図示せず）。Ｉビーム２５の複数の外面２８上に、また複数の接触板２９の複数の外面上に、ねじを受けるための対応するねじ山を有する複数のボアホールなどの、複数の接続デバイス３０が配置可能である。例えば、直流電流が供給されるべき、抵抗溶接装置１または他の複数の装置における複数のガンアーム５への複数の線路は、上記複数の接続デバイス３０を介して装着可能であり、または、ガンアーム５は、Ｉビーム２５に、または複数の接触板２９に直接装着可能である。
【００８７】
複数のカバー板３１は、キューブまたは切石形状の電源１０の上側および下側に装着可能であり、また、例えばねじで取り付けられて（図６参照）、Ｉビーム２５および複数の接触板２９に接続可能である。好ましくは、複数のカバー板３１はまた導電性材料で作られて、複数の接触板２９にねじで取り付けられ、結果として、複数のカバー板３１を介した複数の接触板２９の間の電気的接続に加えて、大電流変圧器１２の頑丈なユニットが得られる。したがって、荷電均等化がカバー板３１を介して生じることが達成され、よって大電流変圧器１２の不平衡な負荷は引き起こされない。したがって、電圧および電位の均等化を引き起こして不均衡を避けるために、２つの接触板２９を互いに電気的に接続する分離した電線路は、省かれることが可能である。そのようなことは、溶接電流を供給するための大電流変圧器１２または電源１０のバランスがとれた（平衡な）レイアウトの、両方の複数の接触板２９の電気的接続が、複数のカバー板３１を介して確立されることを意味する。この場合において、もちろん、Ｉビーム２５上の適切な絶縁は提供される必要がある。Ｉビーム２５および複数の接触板２９に加えて複数の接触板３１も、好ましくは銅または銅合金で作られ、好ましくは銀コーティングを有する。
【００８８】
電源１０における複数の構成要素の冷却を可能とするために、Ｉビーム２５の外面２８上に、特に第１の接触部２０上に、冷却流体を供給するための２つの注入口３２が配置され、また冷却流体を排出するための排出口３３が配置される。冷却流体を排出するための排出口３３の断面は、冷却流体を供給するための全ての注入口３２の複数の断面の合計を示す。冷却流体の最適な経路のために、複数の冷却路３９は、対応して配置される（図９および１１参照）。冷却流体として、水または他の液体が使用可能であり、またガス冷却剤も使用可能である。
【００８９】
図６に係る電源１０の分解図に見られるように、大電流変圧器１２の複数の二次側電流を測定するための電流変換器１８は、上部に配置された複数の二次巻線１４上に直接位置付けられ、このことは、この二次巻線１４を流れる電流が誘導される電流によって決定可能であるように、Ｉビーム２５の両側における各第１のまたは最上部の二次巻線１４上に、電流変換器１８が配置されることを意味する。外部の磁界による、電流変換器１８によって測定される電流の動作を回避するために、好ましくは例えばフェライトである磁気伝導性材料で作られたハウジング３４は、遮蔽（シールド）のために電流変換器１８の上に配置される。
【００９０】
電流変換器１８は、第１および第２の二次巻線１４の、各々のＩビーム２５の両側上に配置される。複数の一次巻線１３を通って流れる電流により、電流はＩビーム２５の一方の側上に放電され、それによって最上部の二次巻線１４はしたがって第１の二次巻線１４を形成する。その一方で、反対側では、電流は今度は最上部の二次巻線１４に流入し、したがって、第２の二次巻線を形成する。フルブリッジを使用することによって、電流に応じて同期変圧器１６の対応する複数の回路要素２４が作動されるように、常に互いに独立な第１のおよび第２の二次巻線１４からの電流の流れを検出することが要求される。したがって、電流変換器１８によって誘導される制御パルスによってほぼ同期してＩビーム２５の両側の複数の回路要素２４を作動することが可能である。
【００９１】
複数の接触板２９とＩビーム２５との間に、同期整流器１６および作動回路１７の複数の回路基板３５は配置される。同時に、複数の回路基板３５は、Ｉビームと複数の接触板２９との間の必要とされる絶縁を確立する。同期整流器１６の複数の対応する回路要素２４は、大電流変圧器１２の複数の二次巻線１４と直接接触される。接触板２９の内側上の対応する複数の突出部３６、特に尖塔形状の複数の突出部と、回路基板３５上の対応する複数の開口３７とを介して、複数の回路要素２４の複数の接触板２９との直接接触が行われることが可能である。複数の回路要素２４は好ましくは、適切な複数の電界効果トランジスタで形成され、それらのドレインはそのハウジングによって形成される。複数の電界効果トランジスタの複数のハウジングは、これらのユニットの間でいかなる線路も必要とされないように、線路を用いることなく直接に、大電流変圧器１２の少なくとも１つの二次巻線１４に接続される。例えば、ケイ素または窒化ガリウムで作られた複数の電界効果トランジスタは使用される。電流変換器１８は、並んで配置される同期整流器１６および作動回路１７の回路基板３５に直接接続され、適切な線路３８を介して同期整流器１６および作動回路１７の反対側の回路基板３５に接続される。
【００９２】
図５および６に係る電源１０の組み立ては好ましくは、２つの異なるはんだ付け温度を用いた、はんだ付け工程によって行われる。まず、複数の二次巻線１４は、はんだ付け材料を用いて、特に、例えば２６０度の第１のより高い温度ＴＳ１で融解するはんだ錫を用いて、Ｉビーム２５の複数の凹部２５ａに接続される。また、複数の接触板２９は、例えば２６０度の第１のより高い融解温度ＴＳ１で融解するはんだ付け材料を用いて、複数の回路基板３５と接触される。そして次いで、例えば２６０度の第１の融解温度ＴＳ１で融解するはんだ付け材料を用いて、同期整流器１６および作動回路１７の複数の構成要素は回路基板３５に装着される。接触板２９上の回路基板３５における毛管作用のために、回路基板３５が接触板２９から外れるリスクはない。これらのステップに続いて、複数の二次巻線１４の外側の接触部および複数の回路基板３５上の接触部は、例えば１８０度の、第１の融解温度ＴＳ１に比較してより低い第２の融解温度ＴＳ２のはんだ付け材料が点在され（散りばめられ）、複数の回路基板３５を備える複数の接触板２９はＩビーム２５に接続され、好ましくはねじで取り付けられ、続いて、複数の二次巻線１４の、同期整流器１６の複数の回路要素２４への接続が確立されるように、はんだ付け材料の第２の融解温度ＴＳ２、例えば１８０度を用いて、加熱される。上記第２のより低い融解温度ＴＳ２のはんだ付け材料を使用することによって、より高い融解温度ＴＳ１のはんだ付け材料を使用して生成されるはんだ接合部は、晶出過程によって融解しないまたは高い耐温度性を有するようになることが確保されることができる。最後に、一次巻線１３は複数のリングコア１５を通され、続いて、複数の電力変換器１８は装着されて接触されて、線路３８が配線される。複数のカバー板３１を装着することによって、電源１０は完成する。電源１０の複数の構成要素への張力および曲げの力を低減するために、全ての空洞は、複数のカバー板３１の組み立てよりも前にカプセル化されることが可能である。したがって例えば複数のカバー板３１において与えられた複数の開口を介して（図示せず）、カプセル化はまた、複数のカバー板３１の組み立ての後に行われることが可能である。
【００９３】
図７は、複数の冷却路３９の経路（破線）を示す図５および６の電源１０を示す。したがって、複数の冷却路３９はまず、対称的に配置された２つの注入口３２から複数の接触板２９内に延び、当該複数の接触板２９内では、最も強力な熱源（同期整流器１６の複数の回路要素２４および作動回路１７の複数の構成要素）および最も影響を受けやすい（感度の高い）複数の構成要素が、冷えた冷却流体を用いて冷却される。その後、複数の冷却路３９は、Ｉビーム２５の複数の外部の要素内にわたり、大電流変圧器１２の複数の巻線が冷却されるＩビーム２５のウェブ内にわたる。側部において流れ込む両方の複数の冷却路３９は、ウェブにおいて１つの単一の冷却路３９に合流する。そして、複数の冷却路３９は、冷却流体の共通の排出口３３において終わる。複数の接触板２９における、およびＩビーム２５における複数の冷却路は好ましくは対応する複数のボアホール４０によって形成され、当該複数のボアホール４０は、対応する位置において、複数のクロージャ部材４１によって閉じられる。Ｉビーム２５および複数の接触板２９の間において、複数の冷却路３９をシーリングするための対応する複数のシーリング部材４２、例えば複数のＯリング（オーリング）が配置される（図８参照）。
【００９４】
図８において、大電流変圧器１２のＩビーム２５は、大電流変圧器１２または電源１０の他の複数の構成要素から分離して示される。複数の冷却路３９の複数の端位置において、例えば複数のＯリングの形式の、上述の複数のシーリング部材４２が配置される。Ｉビーム２５における複数の凹部２５ａは、リングコア１５を精密に受けるように設計され、非常にコンパクトな設計が達成される。同時に、Ｉビーム２５のウェブは、大電流変圧器１２の複数の二次巻線１４のセンタータップのための接触面を形成する。複数の二次巻線１４の複数のセンタータップは、線路を用いることなくＩビーム２５のウェブに接続され、それによって、対応する線路は省略可能である。複数の二次巻線１４をＩビーム２５に直接接続することによって、接続面の実質的な増加はまた達成され、したがって、接触損失および線路損失はこの場合も回避することが可能である。
【００９５】
Ｉビーム２５は大電流変圧器１２の基礎を形成し、大電流変圧器１２の周囲には、接続線路が必要とされないように複数の二次巻線１４が配置される。Ｉビーム２５の複数の外面は、電源１０の２つの第１の接触部２０，２１を表し、これらは直接に、すなわち線路を用いることなく、抵抗溶接装置１の複数のガンアーム５に接続される。複数のリングコア１５が円形に設計されず、しかし楕円形または平坦に設計されるという点において、省スペースの配置が達成される。好ましくは、複数の閉じたリングコア１５が使用される。上記設計を用いることによって、複数の一次巻線１３および複数の二次巻線１４の直列／並列接続は実施可能であり、それによって、複数の一次巻線１３および複数の二次巻線１４の低減された巻数を用いて供給されるべき直流大電流のための大電流変圧器１２の要求される伝送比が達成される。そのような設計は、並列接続された少なくとも３つの二次巻線１４がＩビーム２５の各側部に配置されるときに特に有用である。
【００９６】
図９は、交線ＩＸ−ＩＸに沿った図８のＩビーム２５の断面図を示す。この図において、冷却流体の共通の排出口３３への複数の冷却路３９の経路が明確に見られる。
【００９７】
図１０は、回路基板３５の上に配置される同期整流器１６および作動回路１７のための回路基板３５に加えて、大電流変圧器１２または電源１０の接触板２９を示す拡大図である。すでに上述したように、同期整流器１６の複数の回路要素２４は、一方の側上において、大電流変圧器１２の対応する複数の二次巻線１４に直接接続され、また他方の側上において、接触板２９に直接接続される。この目的のために、複数の突出部３６、特に尖塔形状の複数の突出部は接触板２９の内面上に配置され、それらは、回路基板３５上の対応する複数の開口３７の中に突出し、それらは、直接にまたは線路を用いることなく、複数の開口３７の上に配置される複数の回路要素２４の複数のソース接続に接触する。複数の突出部３６のために、同期整流器１６の複数の回路要素２４と複数の接触板２９との間の接続線路は省略可能である。それによって、一方では抵抗損失は低減可能であり、他方では複数の回路要素２４と複数の接触板２９との間の熱伝導が向上する。最後に、いかなる接続線路も配線され接続される必要がないが複数の回路要素２４は複数の突出部３６に直接接続され、好ましくははんだ付けされるため、製造努力はまた軽減可能である。また、回路基板３５の簡単な配置（位置決め）が可能であり、したがって、製造は実質的に簡単化される。
【００９８】
接触板２９の内側に配置される回路基板３５上に作動回路１７および同期整流器１６を配置することによって、線路を用いない同期整流器１６の出力の接触板２９への直接接触または接触に加えて、線路を用いない複数の二次巻線１４の、同期整流器１６の複数の回路要素２４への接続の直接接触または接触が達成可能である。好ましくは、直流電流を供給するための大電流変圧器１２または電源１０は対称的に設計され、対称的に配置される複数の二次巻線１４の両側上において、１つの回路基板３５それぞれは、１つの接触板２９それぞれの下の同期整流器１６および作動回路１７の部分とともに配置される。
【００９９】
図１０に係る同期整流器１６において、１０個の回路要素２４は行に並んでそれぞれ配置される。並列接続される全ての回路要素２４が実質的に同時に作動され、且つ、実行時損失がほんのわずかな影響を有することを確実にするために、両側からの複数の回路要素２４の対称的な作動が行われ、このことは、好ましくは５つの回路要素２４がそれぞれ両側に配置された複数のゲートドライバを介して右および左から作動されることを意味する。また、中央に延びる付加的なゲートドライバなどの異なる複数の作動オプションは配置可能であり、それによって線路長およびそれらのインダクタンスは３つに分割される。同期整流器１６の複数の回路要素２４の複数のゲートのそのような並列動作によって、実行時損失は発生しないまたはほとんど発生しないため、短い作動パス、およびしたがって複数の回路要素２４のほぼ同期したスイッチング時間が確保されることが可能である。
【０１００】
回路基板３５の接触板２９上への装着の間に、接触板２９の複数の突出部３６は回路基板３５の複数の開口３７を貫通して突出する。それによって、回路基板３５の背面は同時に、接触板２９にしっかりと接続またははんだ付けされることが可能であり、また、反対側に配置される複数の回路要素２４はまた、接触板２９に接続またははんだ付けされることができる。したがって、通常の大量の配線は省略可能である。また、接触板２９上の回路基板３５の簡単な位置決めが可能であり、それはもはやはんだ付け時において滑らない。同期整流器１６、作動回路１７、および供給回路４８が回路基板３５上に配置されるとき、自律設計は、大電流変圧器１２回路基板３５の統合において達成されることが可能である。個別の複数の回路要素２４への線路の短縮が達成されるため、作動回路１７が、並列および直列で配置される複数の回路要素２４の両側に配置されることはさらなる利点である。したがって、並列接続された全ての回路要素２４が、非常に短い時間の周期内においてスイッチがオンされることを確実とすることが可能である。作動回路１７の上記両側配置を用いて、線路長の半減、またそれ故の線路インダクタンスの低減、またしたがってスイッチング時間の顕著な短縮が達成される。回路基板３５の一方の側上で、はんだ付け可能な面は、接触板（２９）にはんだ付けされるために、好ましくは全面に設けられ、それによって、接触板２９へのしっかりと固定される接続が達成される。したがって、回路基板３５の全面接続はより低い接触抵抗を有するため、接触抵抗はまた著しく低減可能である。はんだ付けによる好ましい直接接続に代えて、短い複数の接続配線、いわゆる複数のボンディングワイヤが配置されることも可能である。
【０１０１】
供給回路４８は好ましくは、対応して大きいスイッチング電流、例えば８００Ａと１５００Ａとの間の大きいスイッチング電流、特に１０００Ａの大きいスイッチング電流を形成して複数の構成要素に、対応する供給電圧を供給するように、設計される。非常に大きいスイッチング電流により、特にｎｓ（ナノ秒）範囲における、非常に短いスイッチング時間が達成される。これによって、いかなるスイッチング損失も引き起こされないように、またはスイッチング損失がほとんど引き起こされなように、複数の回路要素２４がゼロ交差において、または低い出力電流におけるゼロ交差のすぐ直前に、常にスイッチングされることが確保されることが可能である。好ましくは誘導的な、磁気的な、またはブルートゥースを介したデータの無線通信のためのデータ通信回路が配置される場合、データは、回路基板３５から、および回路基板３５へ、無線で伝送されることが可能である（図示せず）。したがって、複数のスイッチング時点の調節は、大電流変圧器１２の応用の種々の領域において行われることが可能である。同様に、データは、さらに処理されるために、もしくは制御または品質制御それぞれのために、回路基板３５上に配置された記憶装置（図示せず）から読み出されることが可能である。
【０１０２】
同期整流器１６の複数の回路要素２４のための過電圧保護を提供するために、それらが必要とされないときに複数の回路要素２４をスイッチオンすることは有利である。これは、抵抗溶接装置１における応用の場合において、複数の回路要素２４の損傷を回避するために、能動的な同期整流器１６が溶接の中断において活性化されることを意味する。一次電流または二次電流が大電流変圧器１２を通って流れるているかが監視され、溶接ガン４が新たな溶接スポットに対応して位置付けられる間に電流の流れがない場合において、作動回路１７は、複数のゲートの対応する作動によって全ての回路要素２４を活性化させる。電源１０が溶接ガン４の位置決めの後に活性化されるときは、手動または自動の溶接工程が開始されるときを意味する。このとき、交流電圧は、大電流変圧器１２の一次巻線１３に印加され、これは次に電流の流れによって作動回路１７によって検出され、したがって、複数の回路要素２４の保護モードが非活性化（デアクティベート）される。もちろん、同期整流器１６の複数の回路要素２４の活性化および非活性化はまた、複数の制御信号を介して行われ、当該複数の制御信号は、無線を介してもしくは誘導的にまたは磁気的に、作動回路１７に送信される。可能性がある過電圧は、スイッチがオンされている複数の回路要素２４に害を及ぼさない。また、複数のツェナーダイオードの手段による複数の回路要素２４のある最小保護は、提供可能である。
【０１０３】
図１１は、交線ＸＩ−ＸＩに沿った図１０に係る接触板２９の断面図を示す。この図において、複数の冷却路３９の経路は明確に見られる。複数の冷却路３９を形成するための、製造工程から得られる複数のボアホール４０における複数の開口は、対応する複数のクロージャ部材４１によってシーリングされる。複数のクロージャ部材４１は、複数のボアホール４０内の対応するねじ山に取り付けられる適切な複数のねじによって、実施可能である。
【０１０４】
図１２は、そこに配置された大電流変圧器１２の２つの二次巻線１４を有するリングコア１５と、その上に配置された電流変流器１８との分解図を示す。二次巻線１４を流れる二次側電流が、可能な限り精密に測定可能であるように、且つ、同期整流器１６の複数の回路要素２４を制御するために作動回路１７に供給可能であるように、電流変換器１８は、シールドハウジング３４およびシールド部材４３によって外部の磁界から保護される。磁場からの遮蔽のために、フェライトは特に好適な材料である。電流変換器１８は、配置される２つの二次巻線１４のうちの１つの部分上に位置付けられまたは固定される。従来技術から知られるように、電流変換器１８は、そこに配置された巻線を有する磁心で形成され、巻線の接触部は作動回路１７に接続される。さらに、リングコア１５と二次巻線１４との間に、電流変換器１８のためのコア板に加えてシールド部材４３が配置され、電流変換器１８のコアは上記コア板上に配置される。
【０１０５】
大電流変圧器１２のこの設計において、作動回路１７が、両側に並列接続されて位置付けられる複数の二次巻線１４のうちの１つを通って流れる電流を測定するように、そのような設計の２つの二次巻線１４は、Ｉビーム２５の両側に配置される。作動回路１７がこれらの電流変換器１８に接続されるとき、大電流変圧器１２における状態が電流変換器１８を介して検出可能であるため、精密な制御または調整が可能になる。
【０１０６】
上述の複数の二次巻線１４の並列接続により、全ての二次巻線１４において、同一の電流が流れている。したがって、電流の流れの全体に関する結果を得るために、電流は１つの二次巻線１４からタップされる必要があるのみである。１０個の二次巻線１４の並列接続において、電流の流れの全体の１０分の１だけが電流変換器１８によって測定され、このことはこれらが実質的により小さなサイズとされることが可能であることの理由である。したがって、次に、大電流変圧器１２または電源１０の全体寸法の低減が達成される。電流変換器１８が、直流電流、特に溶接電流の方向に対して実質的に９０度の向きに配置される点が有利であり、なぜならばそれにより、直流電流によって誘導された磁場による干渉が低減されるからであり、また、したがって測定誤差が低減されるからである。したがって、非常に精密な測定を行うことが可能である。
【０１０７】
図１３に係る分解図に見られるように、大電流変圧器１２の複数の二次巻線１４は好ましくは２枚の金属シート４４，４５で形成される。金属シート４４，４５は、絶縁層４６、例えばペーパー層によって互いに絶縁される。金属シート４４，４５は、リングコア１５の断面の周囲に、互いに配置されるリングコア１５を貫通する、実質的にＳ字形状の鏡面反転された経路（層）を有する。このことは、１つのリングコア１５上に、２つの二次巻線１４、またはセンタータップを有する二次巻線１４の部分が、配置されることを意味する。複数の二次巻線１４の金属シート４４，４５の複数の外面４７は、同期整流器１６の複数の回路要素２４に接触するための複数の接触面と、整流のセンターとして動作（作用）するＩビーム２５とを同時に形成する。したがって、いかなる線路も、大電流変圧器１２の複数の二次巻線１４を同期整流器の複数の回路要素２４に接続するために、必要とされない。複数の二次巻線１４、特に複数の二次巻線１４を形成する金属シート４４，４５は、線路を用いることなく直接に、同期整流器１６の複数の回路要素２４に接続され、また、Ｉビーム２５のウェブまたは整流のセンターに接続される。したがって、非常に省スペース且つコンパクトな、低い損失を有する軽量設計が達成される。同時に、二次巻線１４をＩビーム２５のウェブおよび同期整流器１６の複数の回路要素２４に接続するための相対的に大きな複数の面４７は、可能な限り少ない損失を有する大電流の流れを確実にするために接触のために配置される。そのような配置によって、センター整流器は二次側で実施され、Ｉビーム２５は複数の二次巻線１４の１つの接続された端子を有するセンターを形成している。
【０１０８】
リングコア１５は、フェライト、アモルファス材料、またはナノ結晶原材料で作られる。使用されるより良い材料は磁気特性に関し、より小さなリングコア１５が設計可能である。しかしながら、リングコア１５の価格は、もちろん上昇している。複数の金属シート４４，４５の設計において、それらが少なくとも１回だけリングコア１５を貫通するような方法においてそれらが折り曲げられまたは曲げられることとなることが実質的である。２枚の金属シート４４，４５または１つのリングコア１５上に配置される複数の二次巻線１４は、鏡面反転される方法において設計され、互いに絶縁される。
【０１０９】
図１４は、同期整流器１６および作動回路１７に電気エネルギーを供給するための供給回路４８、特に電力供給ユニットのブロック図を示す。供給回路４８は、大電流変圧器１２の二次巻線１４の二次側または複数の接続部に接続され、また、ピーク値整流器４９、昇圧器（電圧インクリーザー）５０、リニア電圧レギュレータ５１、および分圧器５２を含む。昇圧器５０または電圧ブースターは、電源１０の複数の構成要素への供給が迅速に提供されることを確実にする。同時に、活性化された同期整流器１６の内部供給電圧は、可能な限り迅速に発生される。昇圧器５０を用いることによって、活性化の初期フェーズにおいて、大電流変圧器１２に統合される同期整流器１６の確実な機能を可能な限り早いときにおいて確保するために、供給電圧の要求される振幅が可能な限り早くまず発生されることが確実になる。
【０１１０】
図１５は、図１４に係る供給回路４８の供給電圧Ｖの時間経過を示す。電圧上昇の傾きΔＶ／Δｔは、十分に急に選択されて、要求される電圧ＶＣＣが同期整流器１６および作動回路１７において最大遅延Ｔｄを有して印加されることを確実にする。例えば、遅延Ｔｄは２００μｓ未満である必要がある。ピーク値整流器４９および昇圧器５０の複数の回路の適切な構成ならびに適度に低い容量によって、電圧の十分なスルーレートが達成される。したがって、まず急激な増加を有する供給電圧の最小高さが確保され、そして適切な供給のみが生成される、と言うことができる。
【０１１１】
図１６は、損失がない作動の説明のための、大電流変圧器１２の二次側電流ＩＳの時間経過と、同期整流器１６の複数の回路要素２４のための複数の制御信号Ｇ１およびＧ２の時間経過と、を示す。対応する電流変換器１８を用いて二次巻線１４の複数の二次側電流ＩＳを測定することによって、作動回路１７は、同期整流器１６の複数の回路要素２４がスイッチングされる必要がある時点において、情報を取得する。導通損失およびスイッチング損失を低減するために、同期整流器１６の複数の回路要素２４は好ましくは、大電流変圧器１２の複数の二次巻線１４を流れる複数の二次側電流のゼロ交差においてスイッチングされる。ある遅延ｔＰｒｅは、電流変換器１８による二次側電流ＩＳのゼロ交差の検出から、同期整流器１６の複数の回路要素２４の活性化まで発生するため、本発明に係る作動回路１７は、二次巻線１４における電流のゼロ交差の到達よりも前のあらかじめ設定された時間において、同期整流器１６の複数の回路要素２４を作動するように構成される。したがって、作動回路１７は、電流変換器１８によって測定される大電流変圧器１２の二次巻線１４における電流ＩＳが、あるスイッチオンしきい値ＩＳＥおよびスイッチオフしきい値ＩＳＡを下回るまたは超える時点において、同期整流器１６の複数の回路要素２４のスイッチングを引き起こす。この方法を用いることによって、大電流変圧器１２の複数の二次巻線１４を通る電流ＩＳの実質的にゼロ交差の間に、同期整流器１６の複数の回路要素２４がスイッチングされ、それによって同期整流器１６の複数の回路要素２４の導通損失およびスイッチング損失が最小化されることが達成可能である。同期整流器１６の複数の回路要素２４のスイッチオン時およびスイッチオフ時はしたがって、二次側電流のゼロ交差によって決定されないが、しかし規定されたスイッチオンしきい値ＩＳＥおよびスイッチオフしきい値ＩＳＡの達成によって決定可能である。スイッチオンしきい値ＩＳＥおよびスイッチオフしきい値ＩＳＡは、予期されるスイッチング遅延に応じて、規定される。スイッチオンしきい値ＩＳＥおよびスイッチオフしきい値ＩＳＡは、損失をさらに低減するために、最良の状態で、調整可能に設計される。２０ｋＡの大電流変圧器１２において、スイッチング時間は例えば、同期整流器１６の複数の回路要素２４がこの時間周期内でスイッチングされる必要があるように、ゼロ交差の１００ｎｓだけ前に設定可能である。
【０１１２】
例えば２０ｋＡの溶接電流を供給するための抵抗溶接装置のための慣用の従来技術の大電流変圧器は、およそ４０〜５０ｋＷの損失を示す。従来技術に係る２０ｋＡの溶接電流を供給するために、最大１５０ｋＷの接続される消費電力が全体で必要とされ、全損失は合計でおよそ１３５ｋＷであり、結果としておよそ１０％の効率が得られる。対照的に、本発明の大電流変圧器１２は、およそ５〜６ｋＷだけの損失を示す。線路損失は、通常３０ｋＷから２０ｋＷに低減可能である。したがって、本発明に係る抵抗溶接装置１において、２０ｋＡの溶接電流を発生するための接続される消費電力は、全損失が合計でおよそ６０ｋＷだけであるため、７５ｋＷに低減可能である。したがって、およそ２０％を有する得られる効率は、従来技術のおよそ２倍の高さである。この比較から、潜在的な節約は明確に見られ、特に複数の抵抗溶接装置を備える自動車産業における生産ラインにおいて明確に見られる。
【０１１３】
基本的には、説明された電源１０または大電流変圧器１２は、キューブまたは切石の形状で設計され、２つの側面はＩビーム２５によって形成され、その複数の側面上において、第３の側面および第４の側面を形成するために電気的に絶縁される複数の接触板２９は配置される。前面において、カバー板３１はそれぞれ、４つの側面に向かって配置され、カバー板３１は、キューブまたは切石の第５の側面および第６の側面を形成するように、Ｉビーム２５に対して電気的に絶縁される。キューブ内において、特に複数の側面の内側において、同期整流器１６および作動回路１７は、少なくとも１つの回路基板３５または印刷回路基板上に配置される。したがって、キューブのみは、大電流変圧器１２の複数の一次巻線１３のための複数の接続部２６と、直流電流または直流電圧の消費のための複数の接触面としての複数の側面と、を有する。また、冷却接続部、特に冷却流体の複数の注入口３２および排出口３３は配置される。このシステムは自律的に動作し、したがって電力ユニット１９または本システムの制御装置への接続が必要ではないため、キューブにおいて統合される同期整流器１６および作動回路１７のための複数の制御線路は、好ましくは配置されない。そのような設計において、好ましくはいかなる制御線路も不要であるが、電源１０は、一次側の電力ユニット１９のみに接続され、その結果、二次側で、例えば１５ｋＡから４０ｋＡまでの、対応して大きさが調整された直流電流が得られる。したがって、ユーザはいかなる調整も行う必要はなく、電源１０を接続する必要があるのみである。実際に独立した個別の複数の構成要素のそのような共通ユニットへの統合は、全体寸法の実質的な低減をもたらし、また、したがって電源１０の重量の低減をもたらす。同時に、ユニットはまた、応用において、特に溶接ガン４において、支持要素として、直接使用されることが可能である。また、利用者の利便性は実質的に向上する。
【０１１４】
本設計において、線路を用いることなく複数の回路要素２４を対応する複数の構成要素に接続することがさらに重要である。すなわち、溶接配線に導通する複数の電界効果トランジスタによって形成される複数の回路要素２４のソース接続部は、接触板２９の複数の突出部３６に、直接に接続またははんだ付けされ、複数の回路要素２４の複数のゲート接続はまた、回路基板３５およびその上に構築される作動回路１７（ゲートドライバ）に、直接配置されまたははんだ付けされる。したがって、高いスイッチング速度と非常に低い導通損失が達成可能となるように、線路インダクタンスは、線路の完全な省略によって低減可能である。
【０１１５】
図示され説明された実施形態において、大電流変圧器１２は、５Ｖと１０Ｖとの間の出力電圧での２０ｋＡの電流のために、大きさが調整された。Ｉビーム２５は、両側に、複数のリングコア１５を有する５つの二次巻線１４が配置可能なように、１５ｃｍの全高を有する。対応する１００の伝送比を得るために、示される実施形態において、１０個の一次巻線１３は必要とされる。
【０１１６】
大電流変圧器１２が次に、例えば３０ｋＡのより大きな大電流のために、大きさが調整されるとき、使用される複数の二次巻線１４の数は、簡単に増加可能である。例えば、Ｉビーム２５の両側の複数の凹部２５ａにおいて、７つの二次巻線１４はそれぞれ配置されることが可能であり、ここでＩビーム２５の高さは対応して拡張され、例えば５ｃｍだけより高くするように設計され、または、対応してより大きなベース体が使用される。したがって、大電流変圧器１２のＩビーム２５は、より大きな大電流を供給することができるようにするために、２つの二次巻線１４のみによって、両側で補充される。上記拡大によって、複数の接触冷却面はまた拡大可能である。さらに、対応してより多い複数の回路要素２４は並列に配置されることとなる。一次巻線１３は、例えば９８の伝送が達成されるように、より低い巻数に、例えば７回の巻数に低減可能である。断面の可能性がある増大により、また線路長の低減により、より高い一次巻線損失は、より大きい一次電流によって補償される。
【０１１７】
したがって、２０ｋＡから３０ｋＡへの二次溶接電流の増大は、例えば５ｃｍだけのキューブまたは大電流変圧器１２の伸長をもたらすのみである。
【０１１８】
大電流変圧器１２は好ましくは自律的に動作していかなる制御線路も備えないため、可能性があるエラーメッセージのための外部の複数の構成要素、特に制御装置、との外部への通信は可能とされるべきである。この目的のために、複数の二次巻線１４ならびに同期整流器１６および作動回路１７で構成される二次回路は、使用可能である。大電流変圧器１２のある状態において、特に大電流変圧器１２のアイドル状態において、複数の一次線路におけるアイドル状態の電流の流れが外部モニタリングユニットまたは制御装置によって検出可能であるように、上記大電流変圧器１２は、同期整流器１６を用いて、意識的に短絡されることが可能であり、したがって、電流により通信またはエラーメッセージが達成される。
【０１１９】
例えば、温度センサを、大電流変圧器１２に、特に同期整流器１６上に統合することによって、温度が検出されて評価されることが可能となる。温度が例えば規定されたしきい値を超えるとき、アイドル状態にあるすなわち複数の溶接の中断の間の同期整流器１６は当然、作動回路１７によって短絡される。外部の制御装置は溶接が行われていないアイドル状態を知るため、それは大電流変圧器１２の複数の一次線路における増加した電流の流れによって検出または認識される。今や、外部の制御装置によって、冷却回路が活性化されたか、不具合を示すか、または、冷却効果が増加したか、が検討されることが可能であるため、より良好な冷却が行われる。
【０１２０】
もちろん、対応するスイッチングまたはパルスパターン、すなわちアイドル状態における同期整流器１６の複数の回路要素２４において規定される開放（オープン）または短絡（クローズ）を介して、種々のエラーメッセージが外部に伝えられる。例えば、種々の温度値、２次電圧、電流、エラーメッセージなどが外部に送信されることが可能である。
【０１２１】
しかしながら、そのような通信は溶接の間に行われることがまた可能であるが、そのような検出は明らかに困難である。例えば、対応する複数の信号は、特に複数の一次巻線１３によって、一次側電流に変調されること可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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