JPS6021186A - 高周波溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 可聴周波数範囲を越えた出力周波数を持つインバータと
、そしてそのインバータに接続されるセンター・タップ
付１次巻線および電極並びに溶接されるべき工作物に対
する電気的接続のだめの出力端子を伴なう２次巻線を持
つ変圧器とを含む溶接装置を構成することが本出願人に
より提案された。

この溶接機は本出願人の雨アフリカ特許第８１７２６１
１号の課題を形成する。

この種溶接機の動作中、その１次巻線にはそれを横切っ
て供給電圧の２倍の電圧が印加される。もしも供給電圧
が、例えば、６８０ｖの整流された６相交流電圧から得
られるとすると、動作中における１次巻線はそれを横切
って約１０００Ｖの電圧を持つことになる。動作電流に
おいてこの電圧を取扱えるトランジスタ化されたスイッ
チング装置は作るのが困難でしかも高価である。

特許文献は多くの溶接回路配列を開示している。本出願
人が知っている関連の特許明細書としては、英国特許第
２０４６５５７号、同第２０１９１６５号、同第１５９
１１８５号、同第１５７０６１４号、同第１５４１０６
８号、同第１５３０９０６号、同第１４３１３７９号、
同第１４２０３１９号、同第１３６２１６３号、同第１
３０８６９号および同第７２２４９４号；米国特許第４
２０１９０６号、同第４１５９４０９号、同第４１１７
３０３号、同第４０４８４６８号、同第４０４７０９６
号、同第４０３８５１５号、同第４００−４２０９号、
同第３９７５１６５号、同第３８１８１７７号、同第３
７２８５１６号、同第３５１８４０１号、同第３３０４
４８５号、同第３２３１７１１号、同第３２’１１９５
３号；およびドイツ特許第２３２５７９４号などがある
。

か＼る多くの特許での回路は前述の不都合を有している
。

英国特許第２０４６５３７号の明細書は、各々が１次巻
線に接続され、共に並列に作動される２つの制御ブリッ
ジ型サイリスタ・インバータを使用した異なる方式を開
示している。そこでのインバータｌｄ［Ｊ：圧倍増作用
を示さない。しかしながら、それらインバータは外部的
に制御されるので、それらは負荷に無関係な割合におい
て機能するか又は切換えられる。このことは回路のコン
ポーネントにとって望ましくなく、そしてもしも過負荷
が生じるとすると、そこでのサイリスタは、付加的な予
防対策が取られているのでなければ焼損されることがあ
る。

本発明の目的は、可聴周波数範囲を越えた周本発明は、
直列における第１および第２のスイッチング素子と、直
列における第３および第４のスイッチング素子とを含み
、前記第１少よび第２のスイッチング素子とそして第５
および第４のスイッチング素子とは電源に対して並列に
それぞれ接続されており、更に、前記第１および第２の
スイッチング素子とそして前記第６および第４のスイッ
チング素子とのｋｇ点点間接続される１次巻線および溶
接電流が引出される２次巻線を持つ変圧器と、そして前
記第１お工び第４のスイッチング素子とそして前記第２
および第３のスイッチング素子とを交互にターン・オン
し、それＫよシ前記電源からの電流をその１次巻線を通
して反対方向に交互に流させるための自励スイッチング
手段とを含んでいる溶接装置を提供する。

スイッチング手段は、変圧器の鉄心容積が小さくなるよ
うに、好ましくは可聴範囲にあるか又はそれ以上にある
変圧器の動作周波数を制御する。

スイッチング手段は自己振動型であるので、それは、溶
接装置の動作中、その溶接装置の回路が本質的にフリー
・ランニング・ブリッジ型式となシ、その回路の動作が
負荷自体にて決定されて結果的に自己保「ダするように
自動的に動作する。例えば、過負荷又は故障状態中、そ
の回路は振動を停止しそしてそのコンポーネントに対す
る破損はそれによって未然に防止される。

スイッチング手段は、第１、第２、第３および第４のス
イッチング手段とそれぞれ連動されていて、それがオン
にあるときには各スイッチング素子の少なくとも１部分
を横切った電圧を検知して、もしもその電圧が予め決め
られたレベル以上であるならばその素子の遮断を開始さ
せるための第１、第２、第５および第４の検知手段を含
んでいる。そのそれぞれの検知手段はオンにある他のス
イッチング素子の遮断を同時に開始させるものである。

スイッチング手段は前記１次巻線に対して好ましくは誘
導的に連結されている手段によってターン・オンされる
。

各スイッチング素子は１つ又はそれ以上のトランジスタ
を含んでいる。

こ＼での電圧検知手段は、各トランジスタのベースを予
め決められた電圧に接続するための、好ましくは電界効
果トランジスタを含む電子スイッチを利用してい′る。

装置は、好ましくは単一のコンデンサによって構成され
そして１次巻線を横切って設けられるエネルギ蓄積手段
を含んでいる。

変圧器の２次巻線の出力は直流溶接電流を与えるべく整
流され、その溶接電流は２次巻線の出力リードにおける
可変誘導子によって制御きれる。

以下、本発明は、その好ましき実施例による溶接装置の
回路を示している添付図面を参照して詳細に記述される
。

図面には、溶接用変圧器１０．４つのトランジスタ・ス
イッチ１２，１４．１６および１８、そしてそれらトラ
ンジスタ・スイッチ１２，１４゜１６．１８の各々に対
応されて設けられたバイアス回路２０および検知回路２
２が例示されている。

溶接用変圧器１０は１次巻線２４および２次巻線２６を
含んでいる。１次巻線２４はコンデンサ２８によって分
路され、そして２次巻線２６は、参照数字６０でもって
集合的に示すブリッジ構成の４つの整流器に接続されて
いる。

ブリッジ構成の整流路５０は出力端子６２および３３を
持ち、使用に際して、それらの端子３２、　！＋３は溶
接用電極とそして溶接されるべき工作片に接続される。

バイアス回路２０は、検知回路２２の場合と同様に同じ
構成のものがトランジスタスイッチ１２．１４，１６．
１８に対してそれぞれ設けられている。かくして、以下
においては、唯１つのバイアス回路２０および唯１つの
検知回路２２の構成が記述される。

バイアス回路２０は溶接変圧器の１次巻線２４に誘導的
に連結されている巻線６４を含んでいる。その巻線は直
列にあるコンデンサ３６とダイオード５８とによシ分路
され、そしてダイオード４０によって連動のトランジス
タ・スイッチのベースに接続されている。実際の場合に
おける各トランジスタ・スイッチ１２，１４゜１６．１
８は並列に接続された多くのトランジスタから構成され
るが、こ＼では、便宜上、各トランジスタ・スイッチ１
２，１４，１６．１８は１つのトランジスタから成るも
のとして取扱われる。

検知回路２２は電界効果トランジスタ４２を含み、ゼナ
ーダイオード４４および巻線４６がその電界効果トラン
ジスタ４２のゲートとソースとを横切って並列に接続さ
れている。ゲートは第２のゼナーダイオード４８とＲｅ
回路網とを通して連動されたトランジスタ・スイッチの
コレクタに接続されている２゜ トランジスタ１２および１８とをそれぞれ連動されてい
るバイアス回路２０の巻線３４は１つの意味において１
次巻線２４に連結されるが、トランジスタ１４および１
６と連動されている他の２つのバイアス回路２０の巻線
３４は別な意味において１次巻線２４に連結されている
。

更に、トランジスタ１２および１８と連動されている検
知回路２２の巻線４６は互いに誘導的に連結されており
、他方、トランジスタ１４および１６と連動されている
検知回路２２０巻線４６は互いに誘導的に連結されてい
る。

トランジスタ１２．１４．１／ｉ、１８の各々はフリー
・ホイール・ダイオード５２．５４．５６．５８のそれ
ぞれによりそのコレクタとエミッタとを横切って分路さ
れる。

ブリッジ構成におけるトランジスタ１２，１４゜１６．
１８は、接地と、そして例えば、整流された６相源から
引出される供給電圧Ｖとの間に接続されている。

溶接装置の動作中、トランジスタ対１２および１８、そ
して１４および１６はそれぞれ交互にターン・オンされ
るので、電源がその１次巻線２４に対して反対の極性に
おいて接続される。

交番する磁束は２次巻線２６に電圧を誘起し、これは溶
接電流を溶接電極に供給するのに使用される。

い手段によって２つのトランジスタ１２．ｉ８のベース
に印加されるパルスによってターン・オンされる。そこ
で、電流は電源Ｖからトランジスタ１２．１次巻線２４
およびトランジスタ１８を通して接地へと流れる。その
後、それらのトランジスタ１２．１８は、１次巻線２４
に連結されている巻線６４から引き出されるベース電流
によって一層の飽和へと駆動される。

トランジスタ１２および１８はそのまＸオンし続けるの
で、１次巻線２４には全電圧Ｖが印加され、フェライト
・コアである変圧器の鉄心における磁束は直線的に増加
する。磁束が飽和するとき５．１次巻線２４により引出
される磁化電流は、２つのトランジスタ１２および１８
を通して流れるコレクタ電流であるその１次巻線２４に
よって引かれる全電流が電流利得とベース電流との積に
等しくなるまで急激に増加する。

コレクタ電流がこの値を越える状態になると、２つのト
ランジスタ１２．１８は飽和から抜は出ようとし、電力
消散が増加する。

トランジスタ１２．１８が飽和状態から移動するにつれ
て、それらのコレクターエミッタ間電圧が増加する。ト
ランジスタ１２および１８の電流利得は同一でないので
、結果的に、それらトランジスタ１２および１８のうち
の一方が他方に先立ってその最大コレクタ電流に到達す
る。

かくして、関連せるトランジスタのコレクターエミッタ
間箪、圧は他のトランジスタのものよシも一層迅速に増
加する。例として、こ＼ではこの先行するトランジスタ
をトランジスタ１２と仮定する。このトランジスタ１２
のコレクターエミッタ間電圧はそれぞれの検知回路２２
によって絶え間なく監視され、その電圧がゼナーダイオ
ード４８のゼナー電圧を越えると、１１：界効果トラン
ジスタ４２がターン・オンされ、それにより、そのトラ
ンジスタ１２のベースが、ダイオード３８を介して負に
充電されるコンデンサ３６ｉＣ接続される。トランジス
タ１２の帯電されたベース領域はそれにより放電されそ
してそのトランジスタ１２はかなυ短かいコレクタ電流
降下時間でもってターンメツされる。

トランジスタ１８はなおもオン状態にあるので、コンデ
ンサ２８は放電を開始する。コンデンサ２８の右側はト
ランジスタ１８を介して接地にクランプされるので、循
環電流はそのコンデンサと１次巻線２４とにおいて樹立
される。

この時点において、電源Ｖからの又はそこへの電流の流
れはない。コンデンサ２８が極性を変え始めるにつれて
、すなわち、その左側が負になるにつれて、ダイオード
５ｔけトランジスタ１８がまだオンにあることを条件に
オンになる。

そこで、電流はトランジスタ１８を通して接地へ流れ、
そして接地からダイオード５４を通してそのコンデンサ
へと流れる。もしも、他方、トランジスタ１８が、その
間に、それぞれの交差連結された巻線４６の作用によっ
てターン・オフされるとすると、コンデンサ２８の２つ
の端子を横切った電位は浮動する。コンデンサ２８を横
切っての電圧が極性において完全に反転されてそｌ、７
て供給電圧Ｖを越える場合、ダイオード５４および５６
が同時にターン・オンされ、そして余分なエネルギはそ
の変圧器から電源へと戻される。

蓄えられた磁気エネルギが電源に戻された後、導通し始
めつ＼あるトランジスタ１４および１６はベース巻線３
４を横切った電圧によってターン・オンされる。故に、
電源Ｖからの電流は１次巻ｆｉ！２４を通して反対方向
において流れる。この様にして、如上のプロセスが繰返
されて、交番する磁束フィールドが変圧器の鉄心内に樹
立される。

２次巻線２６に訪島される電圧はブリッジ整流器３０に
おいて整流されて、そしてｆＢｋ用として端子３２およ
び３６に供給される。引き出される溶接電流は２次巻線
の出力リードに接続されている可変誘導子６４によって
制御される。

記述された回路構成は自励型ブリッジ回路の構成を有し
ている。４つのトランジスタ１２゜１４．１６．１８は
１次巻線２４を通して反対方向に且つ交互に流れる電流
を制御するのに使用される。バイアス回路２０は適当な
トランジスタ対１２．１８及び１４．１６をターン・オ
ンさせるのに使用されている。このバイアス回路２０け
又、それぞれのトランジスタ１２．１４．１６゜１８を
ターン・オンさせるのを助ける適当な電圧を与える。検
知回路２２は各トランジスタ１２、１４．−Ｌ６．１Ｂ
のコレクターエミッタ間電圧を監視し、そしてそのトラ
ンジスタの１つのコレクターエミッタ間電圧が予め決め
られた値に到達するとき（それぞれのトランジスタ対１
２゜１８及び１４．１６をターン・オフさせるのに使用
されている。いずれかのトランジスタのコレクターエミ
ッタ間電圧の最大変化率は、正しい瞬間に負荷電流に対
する通路を与え、そして正しいコレクターエミッタ間電
圧がスイッチング中に制御された率において変化するこ
とを保証するコンデンサ２Ｂによって制御される。故に
、この自己振動回路は負荷依存型である。ｄの設計は、
過負荷又は故障動作の場合に、その振動動作が停止され
るか或はその回路から引き出される電流を極力制限する
ように成されている。

これは、その回路のコンポーネントが完全に保護される
点で重要な利点である。

本発明の構成において、１次巻線２４を横切って交互に
逆極性でもって印加される最大電圧は電源電圧に等しい
。従って、そこには電圧の増倍動作がないので、スイッ
チング素子として使用されるトランジスタとしては、供
給電圧に等しい電圧定格のものを選ぶことができる。緩
衝用として使用される単体のコンデンサは、実質的に廉
価であシ且つトランジスタの保詳用としての等価な再生
成回路網よりもはるかに簡単で、しかも等しく有効であ
る。

本発明の原理に従って形成された溶接機において、平均
出力電流は２００Ａで、０から２０ＯＡまで連続して調
整可能で、そして短絡電流は３００Ａであった。開回路
電圧は８０Ｖで、そして浴接機の重量は６　Ｋｇであっ
た。溶接機は、３８０Ｖ、５０Ｈｚ　３相電源か又は２
２０Ｖ、５０Ｈｚ単相電源にて作動され、その出力周波
数は１５〜２０ＫＨｚであった。

本発明の回路が自励型である限り、正確な動作周波数は
運転状態によって決められる点に注目されたい。しかし
ながら、回路の設計に関しては、鉄心を小さくするため
に、動作周波数を十分に高くする点に注意を払っている
。その反面、その周波数は鉄心における電気的損失が重
大になる程高くてはならない。

【図面の簡単な説明】

唯一の添付図面は、本発明の原理に従って構成された好
ましき実施例の概略回路図である。 １０：変圧器 １２、１４．１６．１８　：　）ランジスタ・スイッチ
２０：バイアス回路　２２：検知回路 ２４：変圧器１００１次巻線 ２６：変圧器１０の２次巻線 ２８：コンデンサ　５０：整流器ブロック３４二巻　線
　３６：コンデンサ ６ｓ、４．ｏ：ダイオード ４２：電界効果トランジスタ ４４：ダイオード　４６：巻　線 ４８：ゼナーダイオード ５２〜５８二フリー・ホイール・ダイオード６６、６２
　：接続点　６４：可変誘導子特許出願人　アンクル　
アメリカン コーポレーション　オフ　サウス （外１名） 手続補正書（勿べ） ＋Ｉｉ（和５８　年１１月１４日 ２°発明（Ｄ　名１３４ゝ高周波溶接装置３、補正する
者 事件どの関係　付許出顯人 名称　アングロ　アメリカン　コーポレーション　オプ
サウス　アフリカ　リミテッド （ほか　ｌ　名） ５　補正命令の１１何 昭和５８年年Ｏ月　１　日　（発送日：昭和５８年１０
月２５日）６、補正の対版 ７、補正の内容 （１）願書を別紙の通電補正する。 （２）委任状及び訳文を提出する。 （３）　図面の＃書（内容に変更なし）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）直列に接続された第１および第２のスイッチング素
   子（１２，１４）と、直列に接続された第５および第４
   のスイッチング素子（１６゜１８）とを含み、前記第１
   および第２のスイッチング素子（１２，１４）と、前記
   第５および第４のスイッチング素子（１６，１８）とは
   電源Ｍに対して互いに並列にそれぞれ接続され、更に、
   前記第１および第２のスイッチング素子（１２，１４）
   、および前記第６および第４のスイッチング素子（１６
   ，１８）の接続点（６０，６２）間に接続されている１
   次巻線０ａおよび溶接電流がそこから引出される２次巻
   線（ホ）を持つ変圧器ｔｔｎを含み、前記第１および第
   ４のスイッチング素子（１２，１８）と前記第２および
   第３のスイッチング素子（１４゜１６）とを交互にター
   ン・オンし、これにより、前記電源Ｍからの電流を前記
   １次巻線ｃ！４１を通して反対の方向に交互に流すため
   の自励スイ２）前記１次巻線Ｆ２４に連結されていて、
   前記スイッチング素子（１２，１４，１６，１８）をタ
   ーン・オンさせるだめの手段（財）を更に含んでい５）
   前記スイッチング手段も優は前記第１、第２、第３およ
   び第４のスイッチング素子（１２゜１４．１６．　ｉａ
   　）とそれぞれ連動されている第１、第２、第６および
   第４の検知手段翰を含み、各前記検知手段（イ）はそれ
   ぞれのスイッチング素子がオンにある間では少なくとも
   その１部分を横切った電圧を検知し、そしてもしもその
   電圧が予め決められたレベル以上にあるならば前記スイ
   ッチング素子のスイッチング・オフを開始させるように
   なっていること４）前記第１および第４の検知手段Ｑ２
   を連結している手段（４６’ｌと、そして前記第２およ
   び第５の検知手段（ハ）を連結している手段Ｇｌ（ｉｔ
   とを更に含んでおり、以って、前記第１および第４のス
   イッチング素子（１２，＋ａ　）の１つのスイッチング
   ・オフが開始されるときには前記第１および第４のスイ
   ッチング素子の他のもの＼スイッチング・オフが実質的
   に同時に開始され、そして前ｌ己第２および第６のスイ
   ッチング素子（１４，１６）の１つのスイッチング・オ
   フが開始されるときには前記第２および第５のスイッチ
   ング素子の他のもの＼スイッチ溶接装置。 ５）前記スイッチング素子（１２゜１４，１６．１８）
   の各々は少なくとも１つのトランジスタを含み、そして
   各前記検知手段（２ｚは、前記スイッチング素子のそれ
   ぞれのスイッチング・オフが開始されるときに、その各
   々のトランジスタのペースを予め決められた電圧に接続
   する６）前記１次巻線（財）を横切って接続されたエネ
   ７）前記２次巻線（イ）の出力リードに、その溶接電流
   を制御するための可変誘導子（６４）を更に置。 ８）４つのスイッチング素子（１２，１４，１６゜１８
   ）と、１次巻線（財）および溶接電流を引き出すための
   ２次巻線（ハ）を持つ変圧器０〔とを含み、前記スイッ
   チング素子と前記１次巻線とはブリッジ構成において接
   続されている溶接装置において、前記１次巻線（財）を
   通しての交流を樹立するべく前記スイッチング素子を自
   動的にオンおよびオフに切換えるだめのものであって、
   しかも前記スイッチング素子の切換え率が該スイッチン
   グ素子を通過する電流に依存するように前記１次巻線の
   電流に応動する９）各前記スイッチング素子（１２，１
   ４，１６゜１８）の少なくとも１部分を横切った電圧は
   そこを通過する電流に依存し、前記制御手段（２０，２
   ２）は前記電圧を検知しそして該電圧が予め決められた
   レベルを越えるときに前記スイッチング素子のターン・
   オフを開始さ