启停式焊机发电机的制作方法

发明背景

发明领域

本发明涉及一种由发电机供电并且具有辅助功率输出以用于为辅助负载(如灯、电动工具以及类似物)供应电能的焊机。

相关技术说明

电弧焊接机器可以由发动机-发电机供电，从而允许电弧焊接机器独立于公用电源来运行。这样的电弧机器可以具有允许其他电气设备(辅助负载)运行的辅助功率输出(例如，插座)。某些辅助负载可以间歇地运行，并且当辅助负载关闭时保持发动机发电机运转可能是浪费的。为了节省燃料，可以在辅助负载没有开启或没有启用时关闭发动机-发电机；然而，当辅助负载随后运行时，发动机-发电机则将必须重新开动。将期望提供一种具有发动机-发电机和由所述发动机-发电机供电的辅助输出的电弧焊接系统，其中所述发动机-发电机可以基于辅助负载的功率需要而自动启动和停机。

发明简要概述

以下概述呈现了简化的总结，以提供对本文所讨论的系统和方法的一些方面的基本理解。本概述不是对在此讨论的系统和方法的广泛的综述。这并不旨在确定关键的要素或限定这样的系统和方法的范围。其唯一的目的是以简化的形式呈现一些概念，作为稍后呈现的更详细的说明的序言。

以下总结了本发明的实例方面和实施例。应理解，可以单独地或彼此组合地提供这些实例方面和/或实施例。

根据本发明的一个方面，提供了一种电弧焊接系统。所述系统包括焊接电源，所述焊接电源包括开关型功率转换器。焊接电极操作性地连接至该开关型功率转换器以从该开关型功率转换器接收电能并从该电弧焊接系统产生电弧。辅助电源通过所述电弧焊接系统的辅助功率输出向辅助负载供应电能。发动机-发电机操作性地连接至所述焊接电源和所述辅助电源，以向所述焊接电源供应电能从而产生电弧，并且进一步将电能供应至所述辅助电源。发动机启动电池被配置成用于启动所述发动机-发电机。所述发动机启动电池操作性地连接至所述辅助电源以在所述发动机-发电机启动过程中向所述辅助电源供应电能。所述发动机启动电池与所述焊接电源电隔离以便不向所述焊接电源供应电能来产生电弧。辅助负载传感器被配置成用于检测所述辅助电源上存在电负载并输出指示所述辅助电源上所述电负载的所述存在的信号。速度传感器被配置成用于感测所述发动机-发电机的速度并输出与所述发动机-发电机的速度相对应的信号。控制器被配置成用于接收指示所述辅助电源上存在所述电负载的信号和与所述发动机-发电机的速度相对应的所述信号。当检测到所述辅助电源上存在所述电负载时，所述控制器自动启动所述发动机-发电机，并且在所述发动机-发电机已经达到预定速度之后，自动将所述辅助电源从所述发动机启动电池切换到所述发动机-发电机。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电弧焊接系统。所述系统包括焊接电源，所述焊接电源包括开关型功率转换器。焊接电极操作性地连接至该开关型功率转换器以从该开关型功率转换器接收电能并从该电弧焊接系统产生电弧。辅助功率输出向辅助负载供应电能。发动机-发电机操作性地连接至所述焊接电源和所述辅助功率输出，以向所述焊接电源供应电能从而产生所述电弧，并且进一步将电能供应至所述辅助功率输出。发动机启动电池被配置成用于启动所述发动机-发电机。所述发动机启动电池操作性地连接来在所述发动机-发电机启动过程中向所述辅助功率输出供应电能。所述发动机启动电池与所述焊接电源电隔离以便不向所述焊接电源供应电能来产生电弧。辅助负载传感器被配置成用于检测所述辅助功率输出上存在电负载并输出指示所述辅助功率输出上所述电负载的所述存在的信号。速度传感器被配置成用于感测所述发动机-发电机的速度并输出与所述发动机-发电机的速度相对应的信号。控制器被配置成用于接收指示所述辅助功率输出上存在所述电负载的信号和与所述发动机-发电机的速度相对应的所述信号。当检测到所述辅助功率输出上存在所述电负载时，所述控制器自动启动所述发动机-发电机，并且在所述发动机-发电机已经达到预定运行状况之后，自动将所述辅助功率输出从所述发动机启动电池切换到所述发动机-发电机。

根据本发明的另一个方面，提供了一种非混合电弧焊接系统。所述系统包括焊接电源，所述焊接电源包括开关型功率转换器。焊接电极操作性地连接至该开关型功率转换器以从该开关型功率转换器接收电能并从该电弧焊接系统产生电弧。辅助功率输出向辅助负载供应电能。发动机-发电机操作性地连接至所述焊接电源和所述辅助功率输出，以向所述焊接电源供应电能从而产生所述电弧，并且进一步将电能供应至所述辅助功率输出。发动机启动电池被配置成用于启动所述发动机-发电机。所述发动机启动电池操作性地连接来在所述发动机-发电机启动过程中向所述辅助功率输出供应电能。所述发动机启动电池与所述焊接电源电隔离以便不向所述焊接电源供应电能来产生电弧。辅助负载传感器被配置成用于检测所述辅助功率输出上存在电负载并输出指示所述辅助功率输出上所述电负载的所述存在的信号。速度传感器被配置成用于感测所述发动机-发电机的速度并输出与所述发动机-发电机的速度相对应的信号。控制器被配置成用于接收指示所述辅助功率输出上存在所述电负载的信号和与所述发动机-发电机的速度相对应的所述信号。当在焊接间歇期间检测到所述辅助功率输出上存在所述电负载时，所述控制器自动启动所述发动机-发电机，并且在所述发动机-发电机已经达到预定速度之后，自动将所述辅助功率输出从所述发动机启动电池切换到所述发动机-发电机。当在所述或另一个焊接间歇期间没有检测到所述辅助功率输出上存在所述电负载时，所述控制器自动使所述发动机-发电机停机。

附图简要说明

图1是实例电弧焊接系统的示意图；

图2是实例电弧焊接系统的示意图；

图3是实例电弧焊接系统的示意图；并且

图4是实例电弧焊接系统的示意图。

发明详细说明

本发明涉及一种由发动机-发电机供电并且具有用于向辅助负载供应电能的一项或多项辅助功率输出的电弧焊机。现在将参照附图描述本发明，其中相同的参考编号通篇被用来指代相同的要素。将理解的是，这些不同附图不必以彼此按比例的方式来绘制，在给定的附图内也同样是这样，并且特别地，部件的尺寸被任意地绘制，以便于对附图加以理解。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了多个具体的细节以便提供对本发明的全面理解。然而，可能明显的是，可以不需要这些具体的细节地实践本发明。此外，本发明的其他实施例是可能的并且能够以除了如所描述的方式之外的方式来实践和实施本发明。在描述本发明中采用的术语和短语是出于促进对本发明的理解的目的，并且不应该被认为是限制性的。

如在此使用的，术语“焊接”指代电弧焊接工艺。实例电弧焊接工艺包括金属保护电弧焊(smaw)(例如，手弧焊)、药芯焊丝电弧焊(fcaw)以及其他焊接工艺，如气体保护金属电弧焊(gmaw)、气体保护钨极电弧焊(gtaw)等等。

图1中示意性地示出了实例电弧焊接系统10。焊接系统10包括由发动机14驱动的发电机12，由此形成发动机-发电机。实例发动机包括柴油发动机、汽油发动机、lp燃气发动机等等。发电机12产生用于为焊接电源16(下文中未“焊机”)供电的电能。发电机12可以是同步3相交流发电机。然而，发电机不需要就是同步3相交流发电机。例如，如果期望的话，发电机可以是单相交流发电机或直流发电机。在某些实施例中，发电机12可以具有用于除了向焊机16外还向辅助负载提供电功率的辅助绕组。

焊机16包括用于在电弧焊接过程中生成焊接波形的电路。图1中将焊接操作示出为在焊接电极20(耗材或非耗材)和工件22之间延伸的电弧18。

焊机16还包括用于向一个或多个辅助功率输出24、26(例如，图1中的aux1和aux2)提供交流或直流功率的电路。辅助功率输出24、26典型地由发电机12供电并且向辅助负载28、30提供电功率。可以由焊机16供电的实例辅助负载包括工具、灯、泵、装料机等等。

辅助功率输出24、26可以包括用于帮助连接至辅助负载28、30的适当的出口。实例出口包括例如在北美常见的nema标准出口、在欧洲常见的cee出口、以及其他类型的出口。辅助功率输出24、26可以包括轻易适应在全世界不同地理地点使用的多种样式的出口，或者焊机16可以包括用于将一种样式出口转换到另一种样式出口的适当的适配器。

辅助功率输出24、26处的输出电压由焊机16内的一个或多个逆变器提供。焊机16包括操作性地连接至逆变器的控制器32来控制辅助功率输出24、26处的输出电压的特征(例如，频率和电压水平)。通过已知的脉宽调制技术，控制器32可以提供辅助功率输出24、26处的不同电压电平、和频率。例如，当在北美使用时，可以控制辅助功率输出24、26以所期望的电压水平(例如，120v、240v等)提供60hz的功率。当在欧洲使用时，可以控制辅助功率输出24、26以所期望的电压水平(例如，220v等)提供50hz的功率。其他频率和电压是有可能的。例如，当在机场使用时，可以控制辅助功率输出以120v提供400hz的功率。

控制器32可以是电子控制器并且可以包括处理器。控制器32可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑控制器等等中的一者或多者。控制器32可以包括存储致使该控制器提供在此赋予它的功能的程序指令的存储器部分(例如，ram或rom)。

电弧焊接系统10包括用于启动发动机14的发动机启动电池34。控制器32可以自动启动或可以经由发动机-发电机或焊机16上的适当用户界面部件手动地启动发动机14。除了操作性地连接至发动机14(例如，连接至启动电机，所述启动电机附接至所述发动机)，启动电池34还连接至焊机16以在发动机14启动时并且在发电机12的输出电压达到其正确量级和频率之前向辅助功率输出24、26提供临时功率。

电弧焊接系统10是非混合焊接系统。也就是，电弧焊接系统没有用于供应供焊接用的电功率的电池或电池组。启动电池34与焊机16内的生成焊接波形的焊接电源电隔离。启动电池34仅临时性地(例如，在发动机启动时)向辅助功率输出24、26供应电功率，但不供应用于电弧焊接的功率。

控制器32操作性连接至焊机16、发动机-发电机、和可选地电池(例如，以监测电池电压、电流、电量等)。控制器32可以确定辅助负载28、30何时需要功率，诸如辅助负载何时开启并从电池抽取电流。如果发动机-发电机当前是关闭的(未运转)而辅助负载28、30需要功率，则控制器32将通过向发动机-发电机发送启动信号来自动启动发动机-发电机。发动机-发电机通常将快速达到速度，诸如在60秒、30秒、10秒等，在此时间期间，辅助负载将由启动电池34供应。当发动机-发电机达到预定运行状况时，诸如正确运行速度、生成的电压电平和/或频率，控制器32自动将辅助功率输出24、26从启动电池34切换到发电机12，诸如通过将适当的命令信号发送至焊机16中的电子或机电切换设备。

一些辅助负载28、30可以自动和间歇地开启，从而使发动机-发电机不方便手动激活。例如，如果液位控制泵(例如，浮动开关激活式油槽泵)连接至辅助功率输出24、26，则可以试图自动间歇地开启。如果控制器32不能自动开启发动机-发电机，则可以使发动机14保持运转以适应间歇负载，由此就不必要地消耗燃料并且产生废气或噪声。为此，控制器32可以感测辅助负载28、30是活动的并且启动发动机-发电机。而且，当发动机-发电机提升速度时，启动电池34可以立即为辅助负载28、30供电，由此在辅助负载需要功率与发动机-发电机最初停机焊接系统10正变得能够递送功率之间避免时间滞后。

在主动焊接操作之间的间歇期间(即，在焊接间歇期间)，可以手动地或自动地关闭发动机-发电机。在这样的焊接间歇期间，可以试图开启辅助负载28、30，在这种情况下，在焊接间歇期间，控制器32可以自动启动发动机-发电机，同时辅助负载由启动电池34供电。当发动机-发电机达到预定速度(例如，预定rpm或发电机输出频率)时，控制器自动将辅助负载28、30从启动电池功率切换到发电机功率。在发动机14运行的同时，接着将通过发电机12或通过由发动机驱动的单独的交流发电机来对启动电池34再充电。当辅助负载28、30在焊接间歇期间关闭时，控制器32可以感测到辅助负载不再消耗电功率并且使发动机14自动停机。如果辅助负载28、30在主动焊接操作过程中打开，则发动机-发电机应已经在运转，并且控制器32将不试图启动发动机14。

图2以额外细节提供实例电弧焊接系统10的另一个示意图。发电机12中的电枢绕组向焊机内的开关型功率转换器40供应电功率。实例开关型功率转换器包括直流斩波器、逆变器等等。来自发电机的交流功率由功率转换器40内的整流器42整流。整流器42的直流输出供应焊机的直流总线43。直流总线43进而将电功率供应给开关电路，如斩波器或逆变器44。

出自斩波器/逆变器44的电引线46、48提供用于电弧焊接电流的完整电路。电弧焊接电流从斩波器/逆变器44流动通过电极20、跨过电弧18、并通过工件22。焊接电极20和工件22经由电引线46、48操作性地连接至开关型功率转换器40。焊接电极20从开关型功率转换器40接收电能(如由发动机-发电机供应)，以用于产生电弧18。

在某些实施例中，控制器32操作性连接至开关型功率转换器40以向开关型功率转换器提供控制信号来控制焊接波形。控制器32可以经由反馈信号监测焊接工艺的多个不同方面(例如，焊接电流/电压)并因此在电弧焊接过程中调节焊接参数。

控制器32进一步操作性地连接至用于通过辅助功率输出24向辅助负载28供应电能的辅助电源50。辅助电源50可以包括用于将从发电机12接收的交流电功率和从启动电池34接收的直流电功率转换成辅助负载28期望的输出电压(例如，交流)和频率的整流器/逆变器52。辅助电源50可以包括检测辅助电源50上存在电负载的辅助负载传感器54。辅助负载传感器54将信号输出至控制器32，从而指示存在电负载。在图2中，作为辅助负载传感器示出了辅助负载传感器。然而，可以使用其他类型的电负载传感器，或者辅助电源50可以直接将辅助负载的这种存在传递给控制器，诸如经由数字通信、触点闭合等。

控制器32可以如上讨论的基于辅助负载28的需求来控制发电机12的启停。具体而言，控制器32可以与发动机-发电机中的启动/停机电路56通信以控制发电机12的运行。发动机-发电机可以包括感测发动机或发电机的速度和向控制器32输出对应的信号的速度传感器58(例如，转速计)。控制器32可以将来自速度传感器58的速度信号与预定速度相比较，以确定发动机-发电机是否已经达到期望的运行速度。不是直接测量发动机-发电机的rpm，而速度传感器58可以测量发电机的输出频率，并且所述速度传感器可以位于发动机-发电机或焊机中。

一旦发动机-发电机达到正确的速度和/或产生正确的输出电压，控制器32就可以对辅助电源50内的整流器/逆变器52发出从电池功率切换到发电机功率的信号。在图2中的实例电弧焊接系统10中，始终通过辅助电源50内的功率电子设备、而不是直接从发电机的输出来供应辅助功率输出24。然而，如果期望的话，焊机可以包括适当的开关电路，诸如接触器，以用于绕开整流器/逆变器52，使得直接从发电机12供应辅助功率输出24。

控制器32自动将辅助电源50从发动机启动电池34相当快速地切换到发动机-发电机，诸如在启动发动机60秒内，在30秒内，在10秒内等。如果发动机-发电机没有在预定时间段内启动(例如，如以上注意到的)，或者没有正确运行(例如，发电机没有输出电压或输出电压低)，控制器32可以生成警报信号来提供本地或远程警报60以警告使用者。

图2示意性地示出了启动电机62和连接至启动电池34并且联接至发动机14的交流发电机64。启动电机62由电池34经由适当的控制电路来激励以启动发动机14。交流发电机64由发动机14驱动来对电池62再充电并且向与发动机-发电机和焊机相关联的其他装置提供电功率。

图3提供了实例电弧焊接系统10的另一个示意图。发电机12的输出被提供给开关型功率转换器40和辅助电源50。辅助电源50包括用于使得逆变器52a旁路的开关电路70。开关电路70的运行由控制器32控制，使得当发动机-发电机运转时将逆变器52a旁路开并且辅助功率输出24直接连接至发电机12。在发动机启动过程中，开关电路70通过逆变器52a将启动电池34连接至辅助功率输出24。

图4提供了实例电弧焊接系统10的另一个示意图。图4示意性地示出了发电机12可以具有单独的输出72、74和用于向开关型功率转换器40和辅助电源50供应功率的电枢绕组。发电机12可以具有向开关型功率转换器40供应信号或三相功率的主电枢绕组、和向辅助电源50供应功率的辅助绕组。

应该明显的是，本披露是通过举例的方式的并且可以通过添加、更改或消除来作出多种不同改变而不脱离本披露内容中的教导的合理范围。因此，本发明不限于本披露的特定的细节，除非以下权利要求书必要地如此限定。