具有帶間隔件和梳狀件的l型和t型芯部元件的電感器,使用用于維持焊弧的電感器的焊 ...的制作方法
【專利說明】具有帶間隔件和梳狀件的L型和T型芯部元件的電感器，使用用于維持焊弧的電感器的焊接系統(tǒng)和焊接方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請是于2012年7月27日提交的題為“用于維持焊弧的電感器和焊接系統(tǒng)”的美國臨時(shí)申請?zhí)?1/676，663的非臨時(shí)美國專利申請，該申請的全部內(nèi)容通過引用的方式并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明總體上涉及電力電子裝置以及用于調(diào)制電力的電路。
[0004]許多系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成用于工業(yè)電力電子設(shè)備，通常用于產(chǎn)生電力并將電力轉(zhuǎn)換成用于特定負(fù)載和應(yīng)用的有用形式。例如，電力電子裝置用于例如焊接、馬達(dá)控制、電力分配等應(yīng)用。許多這種電路利用大功率裝置，例如變壓器、電容器和電感器以適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換并調(diào)制交流(AC)電和直流(DC)電。在這種系統(tǒng)中通常發(fā)現(xiàn)的一種特定的元件是電感器。這些電感器有時(shí)候被稱為“扼流圈”，并且通常被設(shè)置用于平滑化或調(diào)制直流總線以及直流和交流輸出的電力。一般而言，電感器包括傳輸電力的線圈或傳導(dǎo)繞組。與這些電感器相關(guān)的芯部允許以電磁通量的形式存儲電力。根據(jù)特定的應(yīng)用選擇線圈和芯部的組合的電感。已經(jīng)設(shè)計(jì)了用于這些裝置的許多不同的設(shè)計(jì)，并且這些設(shè)計(jì)目前正在使用中。
[0005]然而，還需要在特定類型的應(yīng)用中使用電感器設(shè)計(jì)。例如，在發(fā)動機(jī)型發(fā)電機(jī)驅(qū)動的焊機(jī)中，輸出電感器通常用于存儲輸出電力。需要特定的電感器設(shè)計(jì)來適應(yīng)不同類型的焊接電極和焊接工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種適于這些需求的電感器設(shè)計(jì)。具體地講，本發(fā)明的實(shí)施例允許在不影響使用XX18電極的性能的同時(shí)存儲足以維持與XXlO電極的焊弧的能量。根據(jù)某些實(shí)施例，適于焊接電力的電感器包括L型芯部元件和T型芯部元件。T型芯部元件具有中央延伸體和頂部部分，所述中央延伸體的端部設(shè)置成與L型芯部元件的短側(cè)面相鄰，并且所述頂部部分設(shè)置成與L型芯部元件的長側(cè)面相鄰。間隔件設(shè)置在L型芯部部分與T型芯部部分之間在芯部部分彼此靠近的位置處。梳狀件圍繞T型芯部元件的中央延伸體設(shè)置。繞組設(shè)置在梳狀件中并且與芯部元件間隔開。電感器具有足以存儲用于維持與XXlO電極的弧的能量的電感，例如在700mH的量級。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種焊接系統(tǒng)包括:電力轉(zhuǎn)換電路，該電力轉(zhuǎn)換電路配置成提供適于實(shí)施焊條焊接操作的輸出電力；焊炬，該焊炬聯(lián)接到電源并且配置成保持焊條電極并且將輸出電力輸送到焊條電極用于焊條焊接應(yīng)用。電感器聯(lián)接在電力轉(zhuǎn)換電路與焊炬之間，并且具有足以存儲用于維持與XXlO電極的弧的能量的電感。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種焊接方法包括:經(jīng)由電力轉(zhuǎn)換電路提供適于實(shí)施焊條焊接操作的電能；使用由電力轉(zhuǎn)換電流輸出的電力在XXlO電極與工件之間啟動并維持??；并且在設(shè)置在電力轉(zhuǎn)換電路與電極之間的電感器中存儲能量，電感器具有足以存儲用于維持與XXlO電極的弧的能量的電感。
【附圖說明】
[0009]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)說明時(shí)，會更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)附圖中，附圖中相同的附圖標(biāo)記代表相同的部件，其中:
[0010]圖1是用于以焊接系統(tǒng)的形式的電力轉(zhuǎn)換電路的示例性應(yīng)用的概略圖示；
[0011]圖2是圖1中的電力轉(zhuǎn)換電路的一部分的電路示意圖，特別圖示了某些功能性電路構(gòu)件；
[0012]圖3是在前述附圖中圖示的類型的系統(tǒng)中使用的示例性輸出電感器的立體圖；
[0013]圖4是圖3中的電感器的分解圖，示出了某些結(jié)構(gòu)性和功能性構(gòu)件；
[0014]圖5是立體圖，示出了圖3所示的電感器的相對側(cè)；以及
[0015]圖6和圖7是詳細(xì)視圖，示出了電感器的芯部部分之間的間隔件。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，并且參見圖1，圖示了示例性焊接系統(tǒng)10，該焊接系統(tǒng)包括電源12，其用于為焊接、等離子切割和類似應(yīng)用提供電力。圖示實(shí)施例中的電源12包括發(fā)動機(jī)型發(fā)電機(jī)組14，該發(fā)電機(jī)組自身包括內(nèi)燃機(jī)16和發(fā)電機(jī)18。內(nèi)燃機(jī)16可以為任何合適的類型，例如汽油機(jī)或柴油機(jī)，并且一般具有適合應(yīng)用中期望的電力輸出的尺寸。發(fā)動機(jī)將具有特別適合驅(qū)動發(fā)電機(jī)18的尺寸，以產(chǎn)生一種或多種形式的輸出電力。在預(yù)期的申請中，發(fā)電機(jī)18被卷繞以用于產(chǎn)生多種類型的輸出電力，例如焊接電力，以及用于照明、動力工具等的輔助電力，并且這些電力可以采用交流和直流兩種輸出形式。圖1中未具體圖示發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)的各種支承構(gòu)件和系統(tǒng)，但是這些構(gòu)件和系統(tǒng)通常包括電池、電池充電器、燃料和排氣系統(tǒng)等。
[0017]電力調(diào)制電路20聯(lián)接到發(fā)電機(jī)18，以接收在操作期間產(chǎn)生的電力，并且將電力轉(zhuǎn)換成負(fù)載或應(yīng)用所需的形式。在圖示的實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)18產(chǎn)生應(yīng)用于電力調(diào)制電路20的三相電力。然而，在某些實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生單相電力。電力調(diào)制電路包括接收進(jìn)線電力的構(gòu)件、轉(zhuǎn)換成直流形式的構(gòu)件，以及進(jìn)一步地將電力濾波并轉(zhuǎn)換成所需的輸出形式的構(gòu)件。在以下討論中將更多地說明電力調(diào)制電路20。
[0018]發(fā)動機(jī)16、發(fā)電機(jī)18和電力調(diào)制電路20都聯(lián)接到總體上由附圖標(biāo)記22圖示的控制電路。實(shí)際上，控制電路22可以包括一個(gè)或多個(gè)實(shí)際的電路，以及配置成監(jiān)測發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電力調(diào)制電路的操作以及具體應(yīng)用中的某些負(fù)載的固件和軟件?？刂齐娐返牟糠挚梢匀鐖D所示位于中央，或者電路可以分開以單獨(dú)地控制發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電力調(diào)制電路。然而，在大多數(shù)應(yīng)用中，這些分開的控制電路可以按照一些形式相互通信，以便這些系統(tǒng)構(gòu)件的協(xié)調(diào)控制。控制電路22聯(lián)接到操作者界面24。在大多數(shù)應(yīng)用中，操作者界面將包括表面安裝的控制面板，該控制面板允許系統(tǒng)操作者控制操作和輸出的方面，并且監(jiān)測或讀取系統(tǒng)操作的參數(shù)。在焊接應(yīng)用中，例如，操作者界面可允許操作者選擇各種焊接工藝，電流和電壓水平，以及用于焊接操作的具體方案。這些與控制電路通信，該控制電路自身包括一個(gè)或多個(gè)處理器和支承存儲器。然后，根據(jù)操作者的選擇，控制電路將通過處理器來實(shí)施存儲于存儲器中的特定控制方案。這種存儲器也可存儲操作期間的臨時(shí)參數(shù)，例如以便于反饋控制。
[0019]圖1中還示出用于焊接應(yīng)用的可選的送絲機(jī)26。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，這種送絲機(jī)通常在氣體保護(hù)金屬極弧焊(GMAW)工藝(通常被稱為熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)工藝)中使用。在這種工藝中，電極絲連同焊接電力(在合適的時(shí)候)和保護(hù)氣體一起從送絲機(jī)饋送到焊炬28。然而，在其他應(yīng)用中，也可不需要送絲機(jī)，例如通常被稱為鎢極惰性氣體保護(hù)焊(TIG)和焊條焊接的工藝。然而，在所有這些工藝中，在一些點(diǎn)處，電極30用于完成穿過工件32和工件夾34的回路。電極因此用于與工件建立并且維持電弧，該電弧有助于熔化工件，并且在一些工藝中熔合電極，以完成所需的焊接。
[0020]為了允許反饋控制，系統(tǒng)通常配備有多個(gè)傳感器，這些傳感器在工作期間為控制電路提供信號。圖1中示意性地示出了某些傳感器，包括發(fā)動機(jī)傳感器36、發(fā)電機(jī)傳感器38、電力調(diào)制電路傳感器40和應(yīng)用傳感器42。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)際上，可以采用各種各樣的這種傳感器。例如，發(fā)動機(jī)傳感器36通常包括速度傳感器、溫度傳感器、節(jié)流閥傳感器等。發(fā)電機(jī)傳感器38通常包括電壓和電流傳感器，電力調(diào)制電路傳感器40也是如此。應(yīng)用傳感器42通常也包括電流和電壓感測能力的至少一種，以檢測應(yīng)用在負(fù)載上的電力。
[0021]圖2圖示了可包含在圖1中所示的電力調(diào)制電路20中的電子電路。如圖2所示，該電路可以包括發(fā)電機(jī)繞組44，這里圖示為布置成三角構(gòu)造，該發(fā)電機(jī)繞組將三相電力輸出到整流器46。在圖示的實(shí)施例中，三相整流器是被動整流器，該被動整流器包括一系列二極管，這些二極管為直流總線48提供直流波形。然后將直流總線上的電力施加于濾波及調(diào)制電路50，該濾波及調(diào)制電路有助于使波形平滑化，避免過度擾動直流波形等。直流電最終施加于開關(guān)模塊52，該開關(guān)模塊實(shí)際上包括一系列開關(guān)以及相關(guān)聯(lián)的電子構(gòu)件，例如二極管。在焊接應(yīng)用中，特定的控制方案可以允許用于產(chǎn)生脈沖輸出、交流輸出、直流輸出，以及適于特定工藝的特別適合的方案。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以采用各種開關(guān)模塊設(shè)計(jì)，并且這些設(shè)計(jì)可以使用現(xiàn)成的構(gòu)件，例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBTs)、硅可控整流器(SCRs)、變壓器等。許多這些元件可以用于包括合適構(gòu)造的開關(guān)和/或二極管兩者的封裝中。
[0022]最終，輸出電感器54通常用于焊接應(yīng)用。焊接領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，選擇輸出電感器的尺寸及能量存儲容量以適應(yīng)期望的應(yīng)用的輸出電力(電壓和電流)。盡管圖中未示出，還應(yīng)當(dāng)注意到，在此布置中可以提供某些其他的電路，并且電力可以以其他形式消耗和調(diào)制。
[0023]盡管本文中已示出并描述了示例性系統(tǒng)的僅僅某些特征，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行許多修改和變化。例如，除圖2中圖示的輸出端子之外，電力可以從用于其他轉(zhuǎn)換過程的直流總線消耗。例如，這樣可以允許用于直流焊接，例如，以及用于為各輔助應(yīng)用供給合成的交流電。例如，合成的輔助電力可以適于單相電力工具、照明等。在設(shè)置的情況下，這種電力可以通過單獨(dú)的端子或者甚至與用于電力網(wǎng)分布的插座相似的常規(guī)插座輸出。
[0024]本發(fā)明提供了一種新的電感器結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)成充當(dāng)圖2中的輸出電感器54的作用。圖3是目前想到的用