JP4037247B2

JP4037247B2 - コンデンサ式抵抗溶接機

Info

Publication number: JP4037247B2
Application number: JP2002335857A
Authority: JP
Inventors: 純吉島田; 昌裕木村
Original assignee: Origin Electric Co Ltd
Current assignee: Origin Electric Co Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP2004167541A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路を含む充電回路で充電されたコンデンサの電荷を急激に放電して被溶接物同士を抵抗溶接するコンデンサ式抵抗溶接機の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
インバータ回路を含む充電回路で充電されたコンデンサのエネルギーを急激に放電して被溶接物同士を抵抗溶接するコンデンサ式スポット溶接機を開示した特許文献として下記のようなものがある。
【特許文献１】
特公平６−８１６７２号（２−３頁、図１）
この特許文献１に開示されたコンデンサ式抵抗溶接機について、図５を用いて説明すると、１は商用交流電源と整流回路とからなる直流電源、２は一対のコンデンサと一対のＦＥＴとをブリッジに接続してなるハーフブリッジインバータとトランスなどからなるインバータ回路、３はインバータ回路２からの高周波交流電力を整流して直流変換する整流回路、４は１個又は並列接続された複数個の電解コンデンサからなるエネルギー蓄積用コンデンサ、５は１次巻線５aと２次巻線５bとを有する溶接トランス、６は１次巻線５aに直列に接続された放電用スイッチであり、サイリスタからなる。なお、７はインバータ回路２の制御回路であり、この制御回路７の制御によりエネルギー蓄積用コンデンサの充電開始時期と充電量は決定される。
【０００４】
直流電源１からの直流電力は、制御回路７により制御されるインバータ回路により制御された高周波交流電力に変換され、その制御された高周波交流電力は整流回路３により整流されてエネルギー蓄積用コンデンサ４を充電する。エネルギー蓄積用コンデンサ４の充電電圧が設定値に達すると、制御回路７はインバータ回路２への制御・駆動信号の送出を止める。自動機の場合には、その後で直ぐに制御回路７から放電用スイッチ６にオン駆動信号が供給され、放電用スイッチ６がオンすることにより、エネルギー蓄積用コンデンサ４は放電され、溶接トランス５の１次巻線５aを急峻な電流が流れる。これに伴い、２次巻線５bには例えば、数十万アンペアの急峻な大電流が流れ、１００ミリ秒以下の短時間で溶接を行う。このようなインバータ回路を含む充電回路を有する抵抗溶接機にあっては、インバータ回路が充電開始のスイッチの役割を果たすと共に、エネルギー蓄積用コンデンサ４の充電電圧をかなりの精度で制御できるというメリットがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、放電用スイッチ６のオンにより、エネルギー蓄積用コンデンサ４が溶接トランス５の１次巻線５aを介して放電されると、溶接トランスのインダクタンスなどの影響により次の瞬間、充電電圧に比べてかなり電圧値は小さいが、エネルギー蓄積用コンデンサ４は図示とは逆の極性で充電される。この逆極性の充電電圧、ここでは逆電圧というが、この逆電圧により整流回路３のダイオードを介して充電電流に比べて大きな電流が流れることが分かった。特に、エネルギー蓄積用コンデンサ４の静電容量が大きな場合には、充電電流に比べてはるかに大きな電流が流れるため、余裕をみて電流容量の大きなダイオードを用いても整流回路３が熱的に破損することがある。この破損を防ぐためには、充電電流に見合った電流容量をもつダイオードを必要個数並列接続する必要があり、コストが大幅にアップすると共に、装置が大型化する欠点がある。
【０００６】
したがって、本発明ではエネルギー蓄積用コンデンサ４の逆電圧により充電電流よりも大きな過電流が流れないように、整流回路３とエネルギー蓄積用コンデンサ４との間に保護用スイッチを備え、過電流が流れようとする期間、保護用スイッチを開いておくことを特徴としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明に係る請求項１の発明では、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、その交流電力を直流に変換する整流回路を含む充電回路と、この充電回路により充電されるエネルギー蓄積用コンデンサと、そのエネルギー蓄積用コンデンサと並列又は直列に接続された１次巻線と２次巻線とを有する溶接トランスと、選択的にオンオフして前記エネルギー蓄積用コンデンサに蓄えられたエネルギーを前記１次巻線を介して放出する放電用スイッチとを備え、前記放電用スイッチがオンする前に前記インバータ回路がオフして前記エネルギー蓄積用コンデンサの充電電流の通流を終了させるコンデンサ式抵抗溶接機において、前記インバータ回路のオフに同期してオフし、前記放電用スイッチがオンの期間中はオフであり、前記溶接トランスのインダクタンスによって生じる逆電圧による前記エネルギー蓄積用コンデンサからの過電流が前記充電回路の前記整流回路側に流れるのを防止する保護用スイッチを、前記充電回路と前記エネルギー蓄積用コンデンサとの間に備えることを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機を提案するものである。
【０００８】
また、請求項２の発明では、請求項１において、前記エネルギー蓄積用コンデンサと並列に、ダイオードと抵抗とを直列接続してなる放電回路を接続したことを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機を提案するものである。
【０００９】
また、請求項３の発明では、請求項１において、前記溶接トランスの１次巻線と前記エネルギー蓄積用コンデンサは、並列または直列に接続されていることを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機を提案するものである。
【００１０】
また、請求項４の発明では、請求項１において、前記溶接トランスの１次巻線と前記エネルギー蓄積用コンデンサは互いに直列に接続され、前記溶接トランスの１次巻線と前記エネルギー蓄積用コンデンサの両端に跨ってダイオードと抵抗とを直列接続してなる放電回路を並列に接続したことを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機を提案するものである。
【００１１】
また、請求項５の発明では、請求項１において、前記保護用スイッチと並列にインピーダンスが接続されていることを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機を提案するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態及び実施例】
以下、図１、図２により本発明の一実施例について説明する。図５で示した記号と同一の記号は相当する手段を示すものとする。この発明は、インバータ回路２がオンの期間は必ずオンで、放電用スイッチ６がオンの期間はオフである保護用スイッチ８を、整流回路３とエネルギー蓄積用コンデンサ４との間に接続したことを特徴としている。保護用スイッチ８はサイリスタ又はＩＧＢＴ、あるいは電界効果トランジスタのようなスイッチング半導体素子が用いられ、充電電流に等しい電流容量とエネルギー蓄積用コンデンサ４の充電電圧の１/２−２/３程度の順方向耐圧を有する。なお、エネルギー蓄積用コンデンサ４に並列接続された抵抗９とダイオード１０との直列接続体は、エネルギー蓄積用コンデンサ４の逆電圧を放電し、消費するための放電回路を構成する。
【００１３】
次に、この回路の動作について説明すると、制御回路７が制御信号をインバータ回路２に供給すると共に、駆動信号（２）を保護用スイッチ８に与え、インバータ回路２をオン動作させると共に保護用スイッチ８をオンさせる。これに伴い、充電電流は整流回路３からエネルギー蓄積用コンデンサ４及び保護用スイッチ８を通して流れ、エネルギー蓄積用コンデンサ４を充電する。その充電電圧が設定値に達すると、制御回路７はインバータ回路２をオフさせて充電電流の通流を終了させる。このとき同時に、あるいは所定時間後に保護用スイッチ８をオフにする。しかる後に、制御回路７から駆動信号（１）が放電用スイッチ６に送られて、放電用スイッチ６がオンし、エネルギー蓄積用コンデンサ４に充電されているエネルギーが溶接トランス５の１次巻線５ａ及び放電用スイッチ６を通してエネルギー蓄積用コンデンサ４の逆極性側に流れ、図示とは逆極性にエネルギー蓄積用コンデンサ４を充電し、逆電圧を発生する。エネルギー蓄積用コンデンサ４と並列に抵抗９とダイオード１０とからなる放電回路が接続されているものの、保護用スイッチ８が設けられていなかったり、設けられていたとしてもそれがオンしていれば、前記逆電圧により保護用スイッチ８を介して整流回路３のダイオードに過大な電流が流れて破損してしまう。
【００１４】
しかしこの発明では、エネルギー蓄積用コンデンサ４の逆電圧により過大な電流が流れようとするときには保護用スイッチ８がオフ、つまり開いているので、整流回路３側に過大な電流は流れず、したがって整流回路３が破損することはない。エネルギー蓄積用コンデンサ４の逆電圧は、抵抗９とダイオード１０を通して放電され消費されるのに伴って急激に減少する。なお、エネルギー蓄積用コンデンサ４が放電された時点で、放電用スイッチ６はオフとなる。制御回路７は、エネルギー蓄積用コンデンサ４の逆電圧が問題なく低下した時点で再びインバータ回路２をオンさせると共に、保護用スイッチ８をオンさせて、エネルギー蓄積用コンデンサ４の充電を再び開始する。
【００１５】
次に、図３により本発明の別の一実施例について説明する。図１と図５で用いられた記号と同一の記号は相当する手段を示すものとする。この実施例では、溶接トランス５の１次巻線５ａと直列にエネルギー蓄積用コンデンサ４を接続し、これら１次巻線５ａとエネルギー蓄積用コンデンサ４との間に跨って放電用スイッチ６と、抵抗９とダイオード１０とからなる放電回路とを接続したことが特徴となっている。直流電源１は商用交流電源又は交流発電機１ａとダイオードＤをブリッジ接続してなる整流回路１ｂとからなる。インバータ回路２は、コンデンサＣ１とＣ２とＭＯＳＦＥＴＱ１とＱ２をブリッジ接続し、かつそれらの接続点ＡとＢとの間に共振インダクタＬと共振コンデンサＣｒとを直列接続してなる共振形のハーフブリッジ型インバータ２ａ、及びトランス２ｂからなる。動作については、図１に示した実施例の回路とほぼ同じであるので、簡単に説明する。
【００１６】
制御回路７からの信号により、インバータ回路２がオン動作を開始すると共に、保護用スイッチ８がオンすると、充電々流がエネルギー蓄積用コンデンサ４及び溶接トランス５の１次巻線５ａを通して流れ、エネルギー蓄積用コンデンサ４を図示極性で充電する。このとき放電用スイッチ６は勿論オフである。エネルギー蓄積用コンデンサ４の充電々圧が設定値に達すると、インバータ回路２と保護用スイッチ８がオフする。しかる後、制御回路７からのオン信号又は不図示の作業者のオン指令により、放電用スイッチ６がオンし、エネルギー蓄積用コンデンサ４のエネルギーはエネルギー蓄積用コンデンサ４及び溶接トランス５の１次巻線５ａを通して短時間で放電される。この放電に伴い、エネルギー蓄積用コンデンサ４には図示極性とは異なる逆電圧が発生するが、このとき保護用スイッチ８がオフであるので、整流回路３へ過大な電流が流れることはない。その逆電圧の放電は抵抗９とダイオード１０とからなる放電回路により放電される。なお、保護用スイッチ８のオン時刻はインバータ回路２と必ずしも一緒でなくとも良く、オンしても充電々流値と同等程度以下の電流が流れるだけの時点でオンしても支障はない。この実施例では放電用スイッチ６に逆並列に抵抗９とダイオード１０を接続しているので、放電用スイッチ６としてサイリスタを用いても確実にターンオフさせることができる。なお、抵抗９とダイオード１０との直列回路をエネルギー蓄積用コンデンサ４の両端に直接並列接続しても良い。
【００１７】
次に図４により本発明の別の実施例について説明する。この実施例は、保護用スイッチ８に放電用抵抗９を並列接続したことを特徴としている。保護用スイッチ８の動作は前記実施例と同じであり、放電用スイッチ６が閉じているときは開いている。したがって、エネルギー蓄積用コンデンサ４の放電に伴って、図示とは逆の極性にエネルギー蓄積用コンデンサ４が充電されると、その逆電圧により電流は放電用抵抗９を通して整流回路３に流れるが、放電用抵抗９の抵抗値を適当に設定することにより、過大な電流は流れない。この場合には、エネルギー蓄積用コンデンサ４と並列に接続したダイオード１０は不要になるが、必要に応じて整流回路３をバイパスして前記逆電圧による電流を流すダイオードを整流回路３と放電用抵抗９との間に接続しても良い。
【００１８】
なお、以上の実施例ではインバータを共振型のハーフブリッジインバータで説明したが、出力の小さい溶接機であればスイッチング素子が一つの公知のシングルエンデッドタイプ、あるいは出力容量が大きければスイッチング素子をブリッジ接続した公知のフルブリッジ形のインバータ、又は更に容量の増大を図るためにこれらインバータを並列接続したインバータなどでも良く、実施例に限定されるものでない。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のコンデンサ式抵抗溶接機によれば、インバータ回路のオフ時に保護用スイッチをオフさせているので、エネルギー蓄積用コンデンサの放電直後に発生する逆電圧による過大な電流が出力側の整流回路を通して流れることがない。したがって、充電々流に比べて大幅に大きな電流容量を持つダイオードを別途備えたり、出力側の整流回路に使用する必要がなく、小型化、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンデンサ式抵抗溶接機の一実施例を示す図である。
【図２】本発明に係るコンデンサ式抵抗溶接機の１実施例を説明するための図である。
【図３】本発明に係るコンデンサ式抵抗溶接機の別の一実施例を示す図である。
【図４】本発明に係るコンデンサ式抵抗溶接機の別の一実施例を示す図である。
【図５】従来のコンデンサ式抵抗溶接機の一例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・直流電源
２・・・インバータ回路
３・・・整流回路
４・・・エネルギー蓄積用コンデンサ
５・・・溶接用トランス
６・・・放電用スイッチ
７・・・制御回路
８・・・保護用スイッチ

Claims

直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、その交流電力を直流に変換する整流回路を含む充電回路と、該充電回路により充電されるエネルギー蓄積用コンデンサと、該エネルギー蓄積用コンデンサと並列又は直列に接続された１次巻線と２次巻線とを有する溶接トランスと、選択的にオンオフして前記エネルギー蓄積用コンデンサに蓄えられたエネルギーを前記１次巻線を介して放出する放電用スイッチとを備え、前記放電用スイッチがオンする前に前記インバータ回路がオフして前記エネルギー蓄積用コンデンサの充電電流の通流を終了させるコンデンサ式抵抗溶接機において、
前記インバータ回路のオフに同期してオフし、前記放電用スイッチがオンの期間中はオフであり、前記溶接トランスのインダクタンスによって生じる逆電圧による前記エネルギー蓄積用コンデンサからの過電流が前記充電回路の前記整流回路側に流れるのを防止する保護用スイッチを、前記充電回路と前記エネルギー蓄積用コンデンサとの間に備えることを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機。
請求項１において、
前記エネルギー蓄積用コンデンサと並列に、ダイオードと抵抗とを直列接続してなる放電回路を接続したことを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機。
請求項１において、
前記溶接トランスの１次巻線と前記エネルギー蓄積用コンデンサは、並列または直列に接続されていることを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機。
請求項１において、
前記溶接トランスの１次巻線と前記エネルギー蓄積用コンデンサは互いに直列に接続され、前記溶接トランスの１次巻線と前記エネルギー蓄積用コンデンサの両端に跨ってダイオードと抵抗とを直列接続してなる放電回路を並列に接続したことを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機。
請求項１において、
前記保護用スイッチと並列にインピーダンスが接続されていることを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機。