兼用作直流电抗器的耦合线圈

摘要

本发明提供一种兼用作直流电抗器的耦合线圈(11)，即便以较大施加压力卷绕次级绕线(18)也不会损伤第1芯(15)和初级绕线(16)。本发明的兼用作直流电抗器的耦合线圈(11)在焊接电弧启动时作为耦合线圈动作，在焊接电弧启动后作为直流电抗器动作，并具备：由形成为圆柱状的铁氧体芯构成的第1芯(15)、初级绕线(16)、剖面被形成为コ字状的由具有凹部(17a)的硅钢板构成的第2芯(17)、和次级绕线(18)。通过在第1芯(15)的周围卷绕初级绕线(16)、将初级绕线(16)卷绕于第1芯(15)而成为一体的结构设置到凹部(17a)、在第2芯的周围卷绕次级绕线而被制作出。其结果，能够以预先规定的适当施加压力将次级绕线卷绕于第2芯的周围。

权利要求

1.一种兼用作直流电抗器的耦合线圈，用于TIG焊接用电源中，在焊接电弧启动时作为耦合线圈进行动作，在焊接电弧启动后作为直流电抗器进行动作，所述兼用作直流电抗器的耦合线圈的特征在于，具备：由形成为圆柱状的铁氧体芯构成的第1芯；

初级绕线；

剖面形成为コ字状的由具有凹部的硅钢板构成的第2芯；和次级绕线，

所述兼用作直流电抗器的耦合线圈通过在所述第1芯的周围卷绕所述初级绕线、将所述初级绕线卷绕于所述第1芯而成为一体的结构设置到所述凹部、在所述第2芯的周围卷绕所述次级绕线而被制作出。

2.根据权利要求1所述的兼用作直流电抗器的耦合线圈，其特征在于，所述初级绕线卷绕于所述第1芯而成为一体的结构的外周与所述凹部的内面相接触。

说明书

兼用作直流电抗器的耦合线圈

技术领域

[0001] 本发明涉及使用于TIG(Tungsten Inert Gas)焊接用电源中的被改善后的兼用作直流电抗器的耦合线圈。

背景技术

[0002] 图5是表示现有技术的用于TIG焊接用电源中的兼用作直流电抗器的耦合线圈的图。在该图中，兼用作直流电抗器的耦合线圈4的第1芯1是使用了在例如20MHz以上的频域的情况下导磁率也不会下降的材料的芯，例如为铁氧体芯。第2芯2是使用了在例如0.1MHz左右的情况下也可确保高导磁率的材料的芯，例如为由硅钢板构成的堆叠铁芯(pile iron core)。将这些第1芯1和第2芯2排列起来形成合体芯3，在该合体芯3的周围卷绕叠加高频电压的初级绕线5，在该初级绕线5的周围设置绝缘材料6，在该绝缘材料6的周围卷绕通入了焊接电流的次级绕线7。

[0003] 上述兼用作直流电抗器的耦合线圈4，在焊接电弧启动时作为以第1芯1为合体芯3的耦合线圈进行动作，在焊接电弧启动后作为以第2芯2为合体芯3的直流电抗器进行动作。即，通过排列第1芯1和第2芯2，从而构成了具备直流电抗器和耦合线圈的功能的兼用作直流电抗器的耦合线圈4(例如参照专利文献1)。

[0004] 在先技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：日本特开平2-200377号公报

发明内容

[0007] (发明所要解决的课题)

[0008] 上述的现有技术的兼用作直流电抗器的耦合线圈4，在将第1芯1和第2芯2排列而得到的合体芯3的周围卷绕初级绕线5，在该初级绕线5的周围隔着绝缘材料6卷绕次级绕线7。因为次级绕线中会流过大电流所以次级绕线为粗且硬的绕线，因而需要将卷绕次级绕线
7时的绕线机的施加压力设定得较大。在该情况下，因为由铁氧体芯构成的第1芯1较脆，所以当施以次级绕线7的施加压力时容易断裂。另外，与次级绕线中会流动大电流所以次级绕线为粗且硬的绕线这一情况相对，因为对初级绕线5仅施加高频电压所以初级绕线5为细的绕线。在该情况下，若在初级绕线5的周围卷绕次级绕线7，则存在次级绕线7的施加压力会使初级绕线5断线、或者会使初级绕线5的绝缘纸破裂的不良情况。

[0009] 相反地，若将卷绕次级绕线7时的绕线机的施加压力设定得较小，则由于次级绕线7不会密接在作为第2芯2的堆叠铁芯上，因而次级绕线7的各绕线容易活动。在兼用作直流电抗器的耦合线圈4作为直流电抗器进行动作之时，由于流经次级绕线7的电流大、其电磁力也大，因而次级绕线7的各绕线相互吸引，从而绕线间的距离变小。在该情况下，因为发热集中在相互吸引而靠近的次级绕线7的绕线间，所以存在次级绕线7会燃烧的顾虑。

[0010] 本发明的目的在于提供一种即便以较大施加压力卷绕次级绕线也不会损伤第1芯和初级绕线的兼用作直流电抗器的耦合线圈。

[0011] (用于解决课题的手段)

[0012] 为了解决上述技术问题，技术方案1的发明为一种兼用作直流电抗器的耦合线圈，用于TIG焊接用电源中，在焊接电弧启动时作为耦合线圈进行动作，在焊接电弧启动后作为直流电抗器进行动作，其特征在于，具备：由形成为圆柱状的铁氧体芯构成的第1芯；初级绕线；剖面形成为コ字状的由具有凹部的硅钢板构成的第2芯；和次级绕线，所述兼用作直流电抗器的耦合线圈通过在所述第1芯的周围卷绕所述初级绕线、将所述初级绕线卷绕于所述第1芯而成为一体的结构设置到所述凹部、在所述第2芯的周围卷绕所述次级绕线而被制作出。

[0013] 技术方案2的发明在技术方案1所述的兼用作直流电抗器的耦合线圈中，其特征在于，按照所述初级绕线卷绕于所述第1芯而成为一体的结构的外周与所述凹部的内面相接触的方式形成了所述凹部。

[0014] (发明效果)

[0015] 本发明的兼用作直流电抗器的耦合线圈，即便将卷绕次级绕线的绕线机的施加压力设定为最佳值而以较大施加压力卷绕次级绕线也不会损伤第1芯和初级绕线。

附图说明

[0016] 图1是使用了本发明的兼用作直流电抗器的耦合线圈的TIG焊接用电源的框图。

[0017] 图2是使用了本发明的兼用作直流电抗器的耦合线圈11的TIG焊接用电源的高频产生电路HF的框图。

[0018] 图3是说明本发明的兼用作直流电抗器的耦合线圈11的第1芯15、初级绕线16和第2芯17的构造的图。

[0019] 图4是说明本发明的兼用作直流电抗器的耦合线圈11的构造的图。

[0020] 图5是表示现有技术的被使用于TIG焊接用电源中的兼用作直流电抗器的耦合线圈的图。

具体实施方式

[0021] [实施方式1]

[0022] 基于实施例，参照附图来说明发明的实施方式。图1是使用了本发明的兼用作直流电抗器的耦合线圈的TIG焊接用电源的框图。在该图中，TIG焊接用电源PS的电源主电路PM将3相200V等的商用电源(省略图示)作为输入，按照后述的驱动信号Dv来进行基于逆变器控制的输出控制，并输出适于电弧焊接的焊接电流Iw以及焊接电压Vw。

[0023] 虽然省略了图示，但是电源主电路PM构成为包括例如对商用电源进行整流的一次整流器、对被整流后的直流进行平滑的电容器、将被平滑后的直流变换成高频交流的逆变器电路、将高频交流降压成适于电弧焊接的电压的高频变压器、和对被降压后的高频交流进行整流的二次整流器。在焊接电弧启动时，使电极13与母材W不接触地起弧。为此，在被电源主电路PM整流后的直流中，高频产生电路HF所产生的高频电压通过兼用作直流电抗器的耦合线圈11被施加在焊炬12与母材W之间，由此产生电弧。在焊接电弧启动后，被电源主电路PM整流后的直流通过兼用作直流电抗器的耦合线圈11被平滑。

[0024] 清理(cleaning)单元CU是为了从高频火花有效地向电弧14过渡而设置的单元，由电阻和电容器构成。蓄积在清理单元CU的电容器中的电荷，与火花放电同时且迅速地流到电弧14的电路，以补充来自电源主电路PM的电流不足，从而能够稳定地向电弧14过渡。

[0025] 电流设定电路IR输出期望值的电流设定信号Ir。电流检测电路ID检测焊接电流Iw，并输出电流检测信号Id。误差放大电路IA将上述的电流设定信号Ir与上述的电流检测信号Id之间的误差放大，并输出误差放大信号Ia。驱动电路DV按照上述的误差放大信号Ia来输出驱动信号Dv。由此，焊接电流Iw被控制成电流设定信号Ir的值。

[0026] 图2是使用了本发明的兼用作直流电抗器的耦合线圈11的TIG焊接用电源的高频产生电路HF的框图。在该图中，说明高频产生电路HF的动作。若省略了图示的焊炬开关接通(ON)，则启动信号St被输入至AND门。此时，因为图1示出的电流检测信号Id未被输入至NOT门，所以NOT门的输出信号S1为高电平(HIGH)，其结果AND门的输出信号S2为高电平。之后，开关SW将AND门的输出信号S2作为输入从而处于接通状态。若开关SW变为接通状态，则商用交流电源AC的电力被通入，从而被全波整流电路FB进行整流。由于被全波整流电路FB整流后的电力，而经由电容器C1在回扫变压器FT的端子1与端子2之间流动电流，从而电容器C1被充电。

[0027] 在电容器C1被充电、且电容器C1的电压达到了预先规定的电压之时，在一定电压下接通的齐纳二极管变为导通状态(ON)。若齐纳二极管变为导通状态，则闸流晶体管SR被点弧，充电至电容器C1的电压经由闸流晶体管SR被施加在回扫变压器FT的端子2与端子1之间。其结果，充电至电容器C1的能量移动到回扫变压器FT中。

[0028] 若电容器C1完全放电，则由于回扫变压器FT的初级绕线的电感和电容器C1的LC谐振，而在与闸流晶体管SR并联连接的二极管D1中流动电流，闸流晶体管SR被反向偏置从而变为截止状态(OFF)。与此同时，在回扫变压器FT的次级侧绕线处产生作为高电压的回扫电压。所产生的回扫电压经由内置于回扫变压器FT的二极管D2，对与回扫变压器FT的次级侧连接的电容器C2进行充电。反复进行上述的电容器C1被充电之后电容器C2被充电为止的动作。在商用交流电源的半周期内反复进行十几次左右。

[0029] 通过反复进行上述的电容器C1被充电之后电容器C2被充电为止的动作，由此若电容器C2的电压超过放电间隙DG的放电开始电压，则在电容器C2、放电间隙DG和兼用作直流电抗器的耦合线圈11的初级绕线的闭环中流动电流，从而向兼用作直流电抗器的耦合线圈11的初级绕线的两端施加高频电压。所施加的高频电压经由兼用作直流电抗器的耦合线圈
11的次级绕线被施加在图1示出的焊炬12与母材W之间，由此产生电弧。

[0030] 若产生电弧并通入了焊接电流，则图1示出的电流检测电路ID检测焊接电流并输出电流检测信号Id。若该电流检测信号Id被输入至NOT门，则NOT门的输出信号S1变为低电平(LOW)，AND门的输出信号S2也变为低电平。其结果，开关SW将AND门的输出信号S2作为输入从而变为断开状态，停止了高频电压的产生。

[0031] 图3是说明本发明的兼用作直流电抗器的耦合线圈11的第1芯15、初级绕线16和第2芯17的构造的图，图3(A)为主视图，图3(B)为俯视图，图3(C)为侧视图，图3(D)为立体图。
在该图中，由铁氧体芯构成的第1芯15，使用了在例如20MHz以上的频域的情况下导磁率也不会下降的材料并被形成为圆柱状。由硅钢板构成的第2芯17是使用了在例如0.1MHz左右的情况下仍可保持高导磁率的材料、且剖面被形成为コ字状的堆叠铁芯，并具有被形成为コ字状的凹部17a。在第1芯15的周围卷绕初级绕线16例如5圈。并且，初级绕线16卷绕于第1芯而成为一体的结构，被嵌入并固定于第2芯的凹部17a中。

[0032] 按照初级绕线16卷绕于第1芯而成为一体的结构在凹部17a内被固定的方式，且按照初级绕线16卷绕于第1芯15而成为一体的结构的外周与凹部17a的内面相接触的方式，形成了凹部17a。另一方面，相对于初级绕线16卷绕于第1芯15而成为一体的结构而言，若在该一体的结构与凹部17a的内面之间存在间隙，则由于为了避免焊接电源的大型化而不能将第2芯17设定得较大，因而第2芯的截面面积变小，第2芯的自感变小。为了尽量增大第2芯17的截面面积，按照初级绕线16卷绕于第1芯15而成为一体的结构的外周与凹部17a的内面相接触的方式形成了凹部17a。

[0033] 图4是说明本发明的兼用作直流电抗器的耦合线圈11的构造的图，图4(A)为俯视图，图4(B)为主视图，图4(C)为侧视图。在该图中，如参照图2进行说明过的那样，在第1芯15的周围卷绕初级绕线16，卷绕了初级绕线16的第1芯15被嵌入并固定于第2芯的凹部17a中。之后，在第2芯17的周围，次级绕线18隔开预先规定的间隔，以预先规定的施加压力卷绕例如18圈。

[0034] 以下，说明动作。在焊接电弧启动时，若将省略了图示的焊炬开关接通，则高频产生电路HF所产生的高频电压被施加给兼用作直流电抗器的耦合线圈11的初级绕线16，经由铁氧体芯构成的第1芯15被施加给次级绕线18。此时为无负载的状态，不通入焊接电流。此时，因为由硅钢板构成的第2芯17在高频下不动作，所以实质上成为第1芯15、初级绕线16和次级绕线18的构造。其结果，作为耦合线圈进行动作。

[0035] 之后，若通入了焊接电流，则高频产生电路HF变为断开状态，在兼用作直流电抗器的耦合线圈11的次级绕线18中通入了大电流。此时，由铁氧体芯构成的第1芯15为磁饱和，所以不作为芯进行动作。因而，实质上等效于在由硅钢板构成的第2芯17上卷绕了次级绕线18的情形。其结果，作为直流电抗器进行动作。

[0036] 因此，通过组合第1芯15和第2芯17，从而构成了具备直流电抗器和耦合线圈的功能的兼用作直流电抗器的耦合线圈11。而且，因为初级绕线16卷绕于第1芯15而成为一体的结构被嵌入并固定于第2芯的凹部17a中，所以第1芯15被第2芯17保护。之后，以预先规定的较大施加压力将次级绕线18卷绕于第2芯17的周围。

[0037] 其结果，本发明的兼用作直流电抗器的耦合线圈11，即便将卷绕次级绕线18的绕线机的施加压力设定为最佳值而以较大施加压力卷绕次级绕线18也不会损伤第1芯15和初级绕线16。因为次级绕线18以预先规定的施加压力卷绕于第2芯17的周围，所以次级绕线18密接在第2芯17的周围，从而在次级绕线18中流过较大电流使得其电磁力大时，次级绕线18的各绕线也不会相互吸引，因此能够维持次级绕线18的各绕线的间隔，发热也不会过度集中，不存在次级绕线18会燃烧的顾虑。

[0038] 在图5示出的现有技术的兼用作直流电抗器的耦合线圈4的第2芯2和第1芯1的组合中，因为第2芯2和第1芯1只是接触地排列，所以由第2芯2和第1芯1构成的合体芯3的外周的形状为变形的。因而，难以在合体芯3的周围维持次级绕线7的各绕线的间隔来卷绕次级绕线7。然而，本发明的兼用作直流电抗器的耦合线圈11因为将次级绕线18卷绕于被形成为コ字状的第2芯17的周围，所以易于卷绕次级绕线18，提高了生产效率。

[0039] 符号说明

[0040] 1    第1芯

[0041] 2    第2芯

[0042] 3    合体芯

[0043] 4    兼用作直流电抗器的耦合线圈

[0044] 5    初级绕线

[0045] 6    绝缘材料

[0046] 7    次级绕线

[0047] 11   兼用作直流电抗器的耦合线圈

[0048] 12   焊炬

[0049] 13   电极

[0050] 14   电弧

[0051] 15   第1芯

[0052] 16   初级绕线

[0053] 17   第2芯

[0054] 17a  第2芯的凹部

[0055] 18   次级绕线

[0056] C1   电容器

[0057] C2   电容器

[0058] CU   清理单元

[0059] D1   二极管

[0060] D2   二极管

[0061] DG   放电间隙

[0062] DV   驱动电路

[0063] Dv   驱动信号

[0064] FB   全波整流电路

[0065] FT   回扫变压器

[0066] HF   高频产生电路

[0067] IA   误差放大电路

[0068] Ia   误差放大信号

[0069] ID   电流检测电路

[0070] Id   电流检测信号

[0071] IR   电流设定电路

[0072] Ir   电流设定信号

[0073] Iw   焊接电流

[0074] PM   电源主电路

[0075] PS   TIG焊接用电源

[0076] S1   输出信号

[0077] S2   输出信号

[0078] SR   闸流晶体管

[0079] St   启动信号

[0080] SW   开关

[0081] Vw   焊接电压

[0082] W    母材