[发明专利]耦合线圈以及具有该耦合线圈的电弧焊机

说明书

技术领域

本发明涉及通过高频生成方式启动电弧放电的电弧焊机以及该电弧焊机中所使用的高频输入用耦合线圈。

背景技术

以往，有利用放电现象进行金属焊接的电弧焊机。电弧焊机在母材和电极之间产生电弧放电，利用由电弧放电产生的热量将母材熔化，进行焊接。在开始产生电弧放电时，需要在母材和电极之间生成所规定值以上的电场强度来引起绝缘破坏。作为用于绝缘破坏的方法，在启动电弧焊机时，在母材和电极之间外加由高频发生装置生成的高频电压的高频生成方式为人所知。

图8是高频生成方式的电弧焊机的一个例子的说明图。电弧焊机100具有：提供用于电弧放电的功率的电源装置200；在开始产生电弧放电时，生成高频电压的高频发生装置300；以及用于使高频发生装置300所提供的高频电压与电源装置200所提供的直流电压叠加的耦合线圈400。

电弧焊机100在电弧放电开始时，启动电源装置200，在母材500和电极600之间外加低电压的直流电压(例如数10“V”的电压)，然后，通过启动高频发生装置300，在该直流电压上叠加高电压(例如，数千～数万“V”的电压)的高频电压，在母材500和电极600之间产生绝缘破坏。

图9是以往的耦合线圈的一个例子的说明图。耦合线圈400具有：高频发生装置300的一对输出端子被连接的初级线圈401；连接于电源装置200的一个输出端子和电极600之间的次级线圈402；形成初级线圈401以及次级线圈402的芯403。耦合线圈400将输入到初级线圈401的高频电压，升压至与初级线圈401和次级线圈402的匝数比相应的高电压的高频电压，向次级线圈402一侧输出。高频发生装置300所生成的高频电压通过耦合线圈400被升压，而后与从电源装置200输出的直流电压叠加。通过在直流电压上叠加非常高的高频电压，母材500和电极600之间的绝缘被破坏，产生电弧放电。由此，在母材500和电极600之间形成电流路径，从电源装置200提供焊接用的直流功率。

在产生电弧放电之后，由于在母材500和电极600之间没有必要外加高频电压，因此，高频发生装置300被停止，仅通过电源装置200提供的直流功率继续电弧放电，通过该发热将母材500熔化，进行焊接。如果高频发生装置300被停止，则母材500和电极600之间的电位差会下降数10V，因此，在电弧焊接过程中，在母材500和电极600之间流动数百A的高电流。例如，在电弧焊机100的输出电流为400A的情况下，连接电源装置200和电极600的连接线中流动400A的电流。

因此，形成耦合线圈400的次级线圈402的次级绕组402a也需要使用能流过400A以上的电流的线材。另外，在使用大容量的线材的情况下，由于发热量大，所以为了尽量增大电弧焊机100的额定使用率，也需要将次级绕组402a设置为尽可能地抑制温度上升的结构。因此，在图9的例子中，作为次级绕组402a，采用以下的结构，即，使用截面面积大、电阻率低的材料的电线(一般为铜线)，在芯403的支脚(图9中上侧的支脚)上，设置所规定的间隔，将该电线卷成螺旋状。

专利文献1：JP实开平5-46014号公报

但是，在增大次级绕组402a的截面面积的情况下，存在耦合线圈400的尺寸变大的问题。例如，当次级绕组402a的材料为铜的情况下，为了流过400A的电流，需要将直径设置为10mm以上，如果还包括绝缘涂层，则直径为13mm以上。与铝等相比，铜的可挠性低，直径变大会导致可挠性进一步降低。因此，不能使该次级绕组402a紧贴芯403卷绕，次级线圈402的直径变大。另一方面，在次级绕组402a的材料为铝的情况下，铝的电阻率为铜的电阻率的大约1.6倍，因此，需要将直径设为铜的情况下的大约1.6倍。虽然铝的可挠性比铜高，但是由于直径变大会导致可挠性降低，因此，将该次级绕组402a卷绕在芯403上的次级线圈402的直径变得更大，并且，卷成螺旋状的次级绕组402a的长度也变长。

另外，次级线圈402的次级绕组402a和芯403的间隔变大，同时，需要考虑散热来设置螺旋的间距(pitch)，因此，漏磁通增多，在次级绕组402a侧感应的高频电压降低。因此，为了将在次级绕组402a侧感应的高频电压设为所规定的高电压，需要增加匝数。由于次级线圈402的直径变大，并且需要增加匝数，因此，次级线圈402变大，包含它的耦合线圈400整体变大。