专利名称：等离子电弧焊炬的位置调节装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于硅连续铸造装置的等离子电弧焊炬，更详细地，涉及一种通过简单的操作就能够调节以原料投入部为中心配置成放射状的多个等离子电弧焊炬的位置的等离子电弧焊炬的位置调节装置。
背景技术：
以前，用作太阳能电池的基板的硅片是通过较薄地切割单向凝固的硅锭而制成的。这里，硅片的质量和成本是由硅锭的质量和成本决定的。因此，为了提高硅片的质量且降低成本，需要降低制造高质量的单向凝固硅锭的成本，作为该方法，开始使用电磁连续铸造法，该电磁连续铸造法使用作为用于凝固锭的模具的材料的石墨或石英坩埚而无模具损失。这种电磁连续铸造法中，原料硅是熔点非常高而电导率低的半导体材料，虽然由辐射热释放引起的冷却效果很明显，但由感应发热引起的加热效果不明显，因此需要有效供给加热源以有效地连续熔解所装入的原料。为了供给加热源而提供与等离子电弧并用的辅助热源时，需要熔解热以对在顶部熔体表面装入等离子热源的固体原料进行加热至熔融温度1414°C后，使其表面发生熔融而相变成液态，并且需要使持续投入的被装入原料连续进行被加热至熔融温度并熔解的过程。现有的结合单一等离子电弧焊炬的水平方向注射方法的电磁连续铸造法具有如下问题熔融初始固态硅而形成用于连续铸造的熔体所需的时间较长，并且在等离子焊炬与内侦彳壁之间会发生侧向电弧。此外，等离子焊炬和内侧壁之间发生侧向电弧的问题，以及利用水平注射方法的情况下单一焊炬移动时产生的部位间的热不均衡和局部的热密度变化会造成原料的可熔性受到限制。而且，如果为了提高熔解性能而增加水平方向注射等离子焊炬的容量，则施加到受热面上的热量会过多，从而导致更多的硅熔体挥发及硅粉(fume :烟雾状的固体颗粒)的产生，这会造成可熔性及熔融物的纯度降低。
发明内容
发明要解决的技术问题因此，为了解决上述现有技术的问题，本发明的目的在于设置多个等离子电弧焊炬，提闻娃的铸造速度。本发明的另一目的在于等离子电弧焊炬设置成能够均匀地加热原料，且通过简单的操作调节电弧焊炬的位置。本发明要解决的技术问题不仅限于上面提到的技术问题，至于未提到的其它技术问题，本领域的技术人员可以从以下记载内容清楚地了解。
解决技术问题的技术手段为了实现上述目的，本发明的等离子电弧焊炬的位置调节装置的特征在于，包括升降装置，该升降装置使等离子电弧焊炬相对于硅熔体升降；旋转装置，该旋转装置使等离子电弧焊炬相对于所述硅熔体在圆周方向上旋转；以及角度调节装置，该角度调节装置调节相对于所述硅熔体的等离子电弧焊炬的角度，并且多个所述等离子电弧焊炬以指定的间隔配置成放射状。所述升降装置的特征在于，包括升降电机；驱动齿轮，该驱动齿轮与所述升降电机连接且传递能量；起重螺杆，该起重螺杆与所述驱动齿轮啮合并旋转；以及升降板，该升降板与所述起重螺杆连接且随着所述起重螺杆的旋转而升降。所述旋转装置的特征在于，包括旋转电机；驱动皮带，该驱动皮带接收所述旋转电机传递的动力并旋转；以及旋转板，该旋转板被所述驱动皮带缠绕且随着所述驱动皮带的旋转而旋转。所述角度调节装置的特征在于，包括角度调节电机；凸轮齿轮，该凸轮齿轮将从所述角度调节电机传递的动力转换成直线运动；以及焊炬连接部件，该焊炬连接部件随着所述凸轮齿轮的旋转在直径方向上可以移动，并且与所述等离子电弧焊炬可旋转地连接。所述角度调节装置的特征在于，还包括固定部，该固定部为所述等离子电弧焊炬的旋转中心，并且固定到所述旋转板。所述角度调节电机的特征在于，所述角度调节电机的电机轴上具有锥齿轮，所述锥齿轮向所述凸轮齿轮传递动力。所述焊炬连接部件的特征在于，具有插入在所述凸轮齿轮上形成的凸轮缝中的插入销。所述等离子电弧焊炬的特征在于，四个所述等离子电弧焊炬沿圆周方向以90度的间隔设置。有益效果本发明中以放射状设置有多个等离子电弧焊炬，各电弧焊炬设置成可以实现与硅熔体的距离及角度的调节。因此，本发明具有如下效果可以根据硅原料的投入量的增加或原料的粒度的变化容易地调节等离子电弧焊炬的位置，从而缩短熔融固体硅而形成初始熔体所消耗的时间，并且提闻铸造速度。此外，本发明还具有如下效果由于以放射状设置的等离子电弧焊炬可以整体均匀地加热熔体，因此可以提高熔解性，且可以稳定地熔解原料，从而能够经济且连续地铸造生产用于太阳能电池的高质量的硅锭。
图I是根据本发明的等离子电弧焊炬的位置调节装置的结构图；图2是构成本发明实施例的角度调节装置的结构的平面图；图3为示出根据现有的实施例的硅熔体表面的加热区域的结构图；图4为示出根据本发明的实施例的硅熔体表面的加热区域的结构图。
具体实施方式
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下文，参照附图详细说明根据本发明的等离子电弧焊炬的位置调节装置的优选实施例。图I是根据本发明的等离子电弧焊炬的位置调节装置的结构示意图；图2是构成本发明实施例的角度调节装置的结构的平面图；图3为示出根据现有的实施例的硅熔体表面的加热区域的结构图；图4为示出根据本发明的实施例的硅熔体表面的加热区域的结构图。根据这些附图所示，根据本发明的等离子电弧焊炬的位置调节装置包括升降装置，该升降装置使等离子电弧焊炬18相对于硅熔体14升降；旋转装置，该旋转装置使等离子电弧焊炬18相对于所述硅熔体14在圆周方向上旋转；以及角度调节装置，该角度调节装置调节相对于所述硅熔体14的等离子电弧焊炬18的角度。而且，多个所述等离子电弧焊炬18以指定的间隔设置成放射状。 首先，在腔室10的中心以垂直方向形成较长的用于供给原料的原料供给部11。而且，在所述腔室10的内部设置有用于熔融硅的坩埚12。而且，在所述坩埚12的内部以预定的高度形成硅熔融后的硅熔体14。所述硅熔体14的高度可以随着投入的原料的量和粒度变化。此外，所述坩埚12的侧面设置有感应线圈16。在所述坩埚12的侧面纵向形成多个狭缝，所述狭缝使得由流入感应线圈16的高频电流产生的磁场穿透至坩埚12的内部，从而在原料上产生感应电流。通过根据所述感应电流的焦耳热效应，不仅对连续供给的装入原料进行加热并熔解，而且在坩埚12的内壁侧产生电磁力，从而减少熔体与坩埚12内壁的接触。因此，熔解后的硅熔液在凝固的同时从坩埚12的下方被提取，如果继续提供原料，则可以连续生产单向凝固的硅锭。同时，在所述硅熔体14的上方设置有等离子电弧焊炬18，所述等离子电弧焊炬与硅熔体14相隔预定的距离。本实施例中，优选地将多个所述等离子电弧焊炬18以指定间隔设置成放射状。这是为了与单一等离子电弧焊炬18相比能更有效地加热硅熔体14。参照图2及图4，所述等离子电弧焊炬18设置成在圆周方向上相隔90度形成4个所述等离子电弧焊炬18。这样设置成的等离子电弧焊炬18的加热区域如图4所示。相反，至于图3所示的现有的单一等离子电弧焊炬18，由于在向箭头方向移动的同时被加热，因此具有硅熔体14不均匀受热的问题。然而，本发明以放射状设置有多个等离子电弧焊炬18，因此在各个部位固定的状态下也易于均匀地加热硅熔体14。然后，参照图1，说明用于调节所述等离子电弧焊炬18和硅熔体14之间的距离的升降装置20的结构。所述升降装置20包括升降电机22 ;驱动齿轮24，该驱动齿轮24与所述升降电机22连接且传递动力；起重螺杆26，该起重螺杆26与所述驱动齿轮24啮合并旋转；以及升降板28，该升降板28与所述起重螺杆26连接且随着所述起重螺杆26的旋转升降。在所述升降板28上固定地结合所述等离子电弧焊炬18。因此，如果操作者使所述升降电机22进行正向或反向旋转，则所述升降板28在箭头A方向上进行升降，同时使等离子电弧焊炬18升降。即，如果所述硅熔体14的高度改变，则驱动所述升降电机22以相应地改变等离子电弧焊炬18的高度，使得可以在适合的高度实现有效的加热。然后，参照图2，说明用于旋转所述等离子电弧焊炬18的旋转装置30的结构。所述旋转装置30包括旋转电机32 ;驱动皮带34，该驱动皮带34接收所述旋转电机32传递的动力并旋转；以及旋转板36，该旋转板36被所述驱动皮带34缠绕且随着所述驱动皮带34的旋转而旋转。所述旋转板36的外圆周上具有旋转齿轮38，所述驱动皮带34与所述旋转齿轮38啮合并且缠绕在所述旋转齿轮38上。而且，在所述旋转板36上固定地结合等离子电弧焊炬18。同时，所述升降板28与所述旋转板36可以相互固定地结合，也可以分别设置，并分别由所述升降电机22及所述旋转电机32驱动。
如果操作者使所述旋转电机32进行正向或反向旋转，则所述旋转板36在箭头B方向上旋转，使固定在旋转板36上的所述等离子电弧焊炬18在圆周方向上移动。这样，由于所述等离子电弧焊炬18可以位于侧壁乃至角落部分以根据等离子电弧焊炬18的固定位置对所述硅熔体14顺畅地进行加热，因此有利于从硅熔体14的表面投入的装入原料等的干涉乃至加热面积的分配，从而可以活用等离子电弧焊炬18整体上确保均匀的加热面以有利于硅的熔融。最后，参照图I及图2，说明用于调节所述等离子电弧焊炬18的角度的角度调节装置40的结构。所述角度调节装置40包括角度调节电机42 ;凸轮齿轮48，该凸轮齿轮48将从所述角度调节电机42传递的动力转换成直线运动；以及焊炬连接部件52，该焊炬连接部件52随着所述凸轮齿轮48的旋转在直径方向上可以移动，并且与所述等离子电弧焊炬18连接。所述角度调节电机42的电机轴43的前端具有锥齿轮44。而且，所述锥齿轮44与在凸轮齿轮48的外圆周形成的齿轮部50相互啮合。同时，所述凸轮齿轮48设置到凸轮齿轮箱46的内部，起到将从所述角度调节电机42传递的旋转运动力转换成直线运动力的作用。为此，所述凸轮齿轮48上形成多个凸轮缝49。所述凸轮缝49具有预定的曲率，在本实施例中，以大致上正交的方向设置有四个所述凸轮缝49。所述焊炬连接部件52的连接销53插入所述凸轮缝49中以被引导。因此，如果所述凸轮齿轮48旋转，所述焊炬连接部件52在直径方向上直线运动，同时调节等离子电弧焊炬18的角度。具体地，所述焊炬连接部件52与所述等离子电弧焊炬18的连接部19连接成可以通过旋转销P进行特定方向的轴旋转。而且，参照图1，所述等离子电弧焊炬18通过旋转销P与设置在升降板28上的固定部55可旋转连接。这里，所述固定部55是所述等离子电弧焊炬18的旋转中心。因此，如果所述焊炬连接部件52在图I中的左右方向上直线运动，则所述等离子电弧焊炬18以固定部55为中心在箭头C方向上旋转。因此，所述角度调节装置通过调节相对于硅熔体14的等离子电弧焊炬18的角度，可以实现加热硅熔体14的侧壁或中心。同时，上文中，所述角度调节装置设置成由锥齿轮44传递动力，但并不一定仅限于此，也可以设置成由正齿轮、涡齿轮等传递动力。下文，详细说明具有上述结构的根据本发明的等离子电弧焊炬的位置调节装置的作用。首先，本发明中以放射状设置有四个等离子电弧焊炬18。因此，如图4所示，相比图3所示的现有技术加热区域变宽，可以整体均匀地加热硅熔体14。此外，所述等离子电弧焊炬18设置成操作者可以通过上述升降装置、旋转装置及角度调节装置很容易地进行操作。因此，可以根据所供给的原料的量和粒度调节等离子电弧焊炬18相对于硅熔体14的距离和/或角度，还可以对不易于加热的侧壁、边缘及中心部位进行充分的加热，因此，可以提高原料的可溶性及熔融物的纯度。同时，下文示出利用现有的单一等离子电弧焊炬18和本发明的多个等离子电弧焊炬18加热时测量值比较的实验数据。参照该实验数据，首先，可以获知初始熔体的形成时间比现有的显著减小。因此，可以通过减小初始熔体的形成时间加快整体的工艺速度。此外，还可以知道感应输出功率比现有的减小约200kW。相反，可以获知由于使用四个而不是一个等离子电弧焊炬18，因此等离子输出增加，但是整体输出的和比现有的减小。综上所述，可以确认可以根据本发明的等离子电弧焊炬的位置调节装置减少连续铸造的初始准备时间，增加提取速度，并且 有利于铸造闻质量的娃淀。本发明的权利范围并不限于上述实施例，而是由权利要求的范围定义，本领域的技术人员应该理解，在权利要求的范围内可以对本发明进行各种变型及改编。
权利要求
1.一种等离子电弧焊炬的位置调节装置，其特征在于，包括 升降装置，所述升降装置使等离子电弧焊炬相对于硅熔体升降； 旋转装置，所述旋转装置使等离子电弧焊炬相对于所述硅熔体在圆周方向上旋转；以及 角度调节装置，所述角度调节装置调节相对于所述硅熔体的等离子电弧焊炬的角度， 其中，以放射状设置多个所述等离子电弧焊炬。
2.如权利要求I所述的等离子电弧焊炬的位置调节装置，其特征在于，所述升降装置包括 升降电机； 驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述升降电机连接且传递动力； 起重螺杆，所述起重螺杆与所述驱动齿轮啮合并旋转；以及 升降板，所述升降板与所述起重螺杆连接且随着所述起重螺杆的旋转而升降。
3.如权利要求I或2所述的等离子电弧焊炬的位置调节装置，其特征在于，所述旋转装置包括 旋转电机； 驱动皮带，所述驱动皮带接收所述旋转电机传递的动力并旋转；以及 旋转板，所述旋转板被所述驱动皮带缠绕且随着所述驱动皮带的旋转而旋转。
4.如权利要求I所述的等离子电弧焊炬的位置调节装置，其特征在于，所述角度调节装置包括 角度调节电机； 凸轮齿轮，该凸轮齿轮将从所述角度调节电机传递的动力转换成直线运动；以及焊炬连接部件，该焊炬连接部件随着所述凸轮齿轮的旋转在径向方向上可以移动，并且与所述等离子电弧焊炬连接成以使所述等离子电弧焊炬可以旋转。
5.如权利要求4所述的等离子电弧焊炬的位置调节装置，其特征在于，还包括 固定部，所述固定部为所述等离子电弧焊炬的旋转中心，并且固定到所述旋转板。
6.如权利要求4所述的等离子电弧焊炬的位置调节装置，其特征在于，所述角度调节电机的电机轴上具有锥齿轮，所述锥齿轮向所述凸轮齿轮传递动力。
7.如权利要求6所述的等离子电弧焊炬的位置调节装置，其特征在于，所述焊炬连接部件具有插入在所述凸轮齿轮上形成的凸轮缝中的插入销。
8.如权利要求I所述的等离子电弧焊炬的位置调节装置，其特征在于，沿圆周方向以90度的间隔设置四个所述等离子电弧焊炬。
全文摘要
本发明涉及一种等离子电弧焊炬的位置调节装置。本发明的等离子电弧焊炬的位置调节装置包括升降装置，该升降装置使等离子电弧焊炬相对于硅熔体升降；旋转装置，该旋转装置使等离子电弧焊炬相对于所述硅熔体在圆周方向上旋转；以及角度调节装置，该角度调节装置调节相对于所述硅熔体的等离子电弧焊炬的角度。而且，多个所述等离子电弧焊炬以指定的间隔配置成放射状。因此，本发明具有如下效果缩短使固状硅熔融形成初始熔体所消耗的时间，并且提高铸造速度；另外，还可以提高原料的熔解性，且稳定地熔解原料，从而能够经济且连续地铸造生产用于太阳能电池的高质量的硅锭。
文档编号C30B15/16GK102639760SQ201080055193
公开日2012年8月15日 申请日期2010年12月14日 优先权日2009年12月16日
发明者石光木, 赵成大 申请人:株式会社Kcc