CN106392253A - 具有多焊接输出的焊接系统 - Google Patents

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Abstract

一种发动机驱动的焊机包括与所述发电机耦合的发动机，其中所述发动机驱动所述发电机。所述发动机驱动的焊机采用耦合至所述发电机的第一功率模块和耦合至所述发电机的第二功率模块，并且所述第一功率模块提供第一焊接输出，所述第二功率模块提供第二焊接输出。采用单个处理器的控制器可操作地耦合至第一功率模块和第二功率模块中的每一个。

Description

具有多焊接输出的焊接系统
技术领域
本发明总体上涉及一种发动机驱动的焊机，并且更具体地讲，涉及一种多操作员发动机驱动的焊机系统。焊接是所有行业中变得越来越普遍的工艺。焊接就其本质而言仅仅是结合两件金属的方法。较大型的焊接系统会产生超过100安培的焊接电流输出，而微型焊接可采用低于几安培的微弧。
背景技术
焊接系统可以耦合至电网，或者使用燃料动力的发动机来驱动发电机，发电机继而产生用于特定的焊接操作所需的电流。发动机和发电机的大小由焊机的最大焊接电流输出额定值确定。例如，额定产生300安培、33.3伏特电弧的焊机会需要至少10千瓦的功率来产生这种电弧。实际上，电源通常被配置成输出比电弧所需的功率更高的功率(例如，大约高出30％)以将例如焊接电缆的电压降可能引起的功率损失考虑在内。因此，这种焊机中的发动机必须具有足够的马力来驱动发电机以产生约13千瓦的功率以便在任何给定时间供应焊机的最大焊接电流输出额定值。
在某些方面，有利的是提供具有多个输出的焊接系统，通常称之为多操作员焊接系统。例如，共同享有的美国专利公开No.2014/0238966，题为“多操作员发动机驱动的焊机系统(Multi-Operator Engine Driven Welder System)”，公开了一种多操作员发动机驱动的焊机系统。这种多操作员焊接系统能够产生多个电弧，每个电弧可供单独的人或机器操作员使用。多操作员焊接系统提供许多优点，包括，特别是，通过增大(例如，两倍、三倍等)单个机器的焊接输出提高的生产率，与多个单独的机器相比更低的所有权总成本，厂址周围运输和移动的设备更少，与多个单元相比噪声减小，与多个单元相比减少的排放，以及减少的维护成本。
然而，现有的多操作员焊接系统会面临许多缺点，包括，例如，形成输出波纹和不希望的可闻拍频。因此，本公开涉及一种多操作员发动机驱动的焊机系统，并且更具体地涉及用于控制多操作员焊接系统或设备中的多个焊接输出以实现成本节约并且提高电弧/焊接质量的系统、方法和设备。
发明内容
本发明涉及多操作员焊接系统。更具体地，本发明涉及用于控制多操作员焊接系统或设备中的多个焊接输出以实现成本节约并且提高电弧/焊接质量的系统、方法和设备，基本上由至少一个附图所示并且/或者结合至少一个附图所描述，如权利要求书中更完整地阐述。
根据第一方面，一种发动机驱动的焊机包括：被配置成提供电输出的发电机；与所述发电机耦合的发动机，其中所述发动机驱动所述发电机；与所述发电机耦合的第一功率模块，所述第一功率模块提供第一焊接输出；与所述发电机耦合的第二功率模块，所述第二功率模块提供第二焊接输出；以及控制器，所述控制器与所述第一功率模块和所述第二功率模块耦合，其中所述控制器采用单个处理器。
在某些方面，在独立模式中，所述第二焊接输出独立于所述第一焊接输出，或者在并联模式中，所述第二焊接输出与所述第一焊接输出结合作为结合的焊接输出。
根据第二方面，一种发动机驱动的焊机包括：被配置成提供电输出的发电机；与所述发电机耦合的发动机，其中所述发动机驱动所述发电机；与所述发电机耦合的第一功率模块，所述第一功率模块提供第一焊接输出；与所述发电机耦合的第二功率模块，所述第二功率模块提供第二焊接输出；与所述第一功率模块可操作地耦合的第一控制器，所述第一控制器包括第一处理器；以及与所述第二功率模块可操作地耦合的第二控制器，所述第二控制器包括第二处理器，其中所述第一处理器和所述第二处理器共享共同时钟信号。
根据第三方面，一种焊接设备包括：供电，所述供电被配置成提供电输出；与所述供电耦合的第一功率模块，所述第一功率模块提供第一焊接输出；与所述供电耦合的第二功率模块，所述第二功率模块提供第二焊接输出；与所述第一功率模块可操作地耦合的第一控制器，所述第一控制器包括第一处理器；以及与所述第二功率模块可操作地耦合的第二控制器，所述第二控制器包括第二处理器，其中所述第一处理器和所述第二处理器共享高速总线。
在某些方面，所述第一功率模块包括控制所述第一焊接输出的第一控制板，所述第二功率模块包括控制所述第二焊接输出的第二控制板，并且所述第一控制板是在所述并联模式中控制所述第二控制板的部件。
在某些方面，所述第一功率模块包括调节所述第一焊接输出的第一操作界面，并且所述第二功率模块包括调节所述第二焊接输出的第二操作界面。
在某些方面，第一操作界面是调节结合的焊接输出的部件。
在某些方面，一操作员输入被提供且被配置成选择所述独立模式或所述并联模式，其中所述操作员输入被配置成在所述并联模式中使所述第一功率模块与所述第二功率模块之间的开关接合，并且在所述独立模式中使所述开关脱开。
在某些方面，一种辅助功率电路与所述发电机耦合，其中所述辅助功率电路提供辅助功率输出。
在某些方面，所述附件包括一个或多个静态焊机。
附图说明
根据对本发明以及为了说明的目的选择的并且在附图中示出的本发明的优选实施例的详细描述，将最好地理解本发明的特征，在附图中：
图1a和图1b图示了根据本公开的一方面的示例性多操作员的手动电弧焊接系统。
图2图示了根据本公开的一方面的示例性多操作员机器人电弧焊接系统。
图3图示了根据本公开的一方面的示例焊接设备。
图4图示了具有控制两个供电的单个控制器的示例性控制器系统的方框图。
图5图示了具有两个控制器并且与共同时钟信号同步的第一示例性控制器系统的方框图。
图6图示了具有经由高速总线连接的两个控制器的第二示例性控制器系统的方框图。
图7图示了具有经由高速总线连接并且与共同时钟信号同步的两个控制器的第三示例性控制器系统的方框图。
具体实施方式
本公开涉及一种用于控制多操作员焊接系统或设备中的多个焊接输出以实现成本节约并且提高电弧/焊接质量的系统、方法和设备。下面将参照附图中的各个图描述本发明的优选实施例。相同的附图标记在所有附图中用于表示相同或相似的要素。在以下描述中，未详细描述熟知的功能或构造，因为这些描述会以不必要的细节使本发明变得晦涩。
为了促进理解要求保护的技术的原理并且展现其目前理解的最佳操作方式，现在将参照附图图示的实施例并且将使用具体语言对其进行描述。然而，将理解，这并非旨在对要求保护的技术的范围进行限制，图示的设备的这些变化和进一步修正以及本文所述的要求保护的技术的原理的这种进一步应用被认为是要求保护的技术所属领域的技术人员通常能够想到的。
如本文所用的词语“示例性的”是指“用作示例、实例或说明”。本文所述的实施例并非是限制性的，相反仅仅是示例性的。应当理解，所描述的实施例不一定被解释为比其他实施例更优或更有利。此外，术语“本发明的实施例”、“实施例”或“本发明”不要求本发明的所有实施例都包括所讨论的特征、优点或操作方式。
如本文所用的术语“电路”和“线路”指的是物理电子器件(即，硬件)以及可以配置硬件、由硬件执行和/或以其他方式与硬件关联的任何软件和/或固件(代码)。如本文所用，例如，特定的处理器和存储器可以包括在执行第一组一行或多行的代码时的第一“电路”，并且可以包括在执行第二组一行或多行的代码时的第二“电路”。如本文所用，“和/或”的意思是由“和/或”连接的列表中的诸个项目中的任何一个或多个。例如，“x和/或y”的意思是三要素组{(x)、(y)、(x,y)}中的任何要素。换句话讲，“x和/或y”的意思是“x和y的一者或两者”。又如，“x、y和/或z”的意思是七要素组{(x)、(y)、(z)、(x,y)、(x,z)、(y,z)、(x,y,z)}中的任何要素。换句话讲，“x、y和/或z”的意思是“x、y和z的一个或多个”。如本文所用，术语“示例性的”是指用作非限制性示例、实例或说明。如本文所用，术语“如”和“例如”引出一个或多个非限制性示例、实例或说明的列表。如本文所用，电路是“可操作的”以在每当电路包括执行功能所必需的硬件和代码(如果需要的话)时执行该功能，不管此功能的性能是被禁用的还是未启用的(例如，操作员可配置的设置、出厂预设等)。
应当理解，根据本发明的一方面的多输出焊接设备可以采用单个控制器(例如，处理器)来控制多个焊接输出。使用单个控制器得到紧密耦合的焊接系统和供电控制架构以允许更好的焊接质量、更低的电磁兼容性(EMC)放射和降低的成本。另外，单个控制器对于并联供电实现成本节约以及焊接工艺控制同步以提高电弧/焊接质量。虽然采用术语“单个控制器”，但是应当理解，单个控制器可以采用具有单个处理内核、多个处理内核或协处理器内核的处理器。这种多输出焊接设备还可以通过控制从单个控制器的切换以使并联的供电模块之间的供电切换同步来消除并联的功率模块的波纹，从而提高电弧/焊接质量。另外，多输出焊接设备通过从单个控制器控制多个功率模块的切换时序而减小了EMC放射。如同具有多个并联开关的单个功率模块的情况，可以完成从多相交织(即，彼此不同相地切换)到同步切换(即，同相切换)地改变切换方案以满足第三方的EMC要求。
另一方面，现有的多操作员机器对于每个焊接输出采用单独的控制器(和微处理器)。然而，采用单独的控制器和微处理器面临许多弊端。例如，当使用单独控制器并联输出以使焊接输出翻倍时，并联的供电的开关设备不同步，从而导致输出波纹和不希望的可闻拍频。本公开通过从单个控制器(例如单个处理器)控制并同步所有的供电开关来解决这个问题，以使得可以在纳秒精度下精确地同步开关。
另外，在现有的多操作员机器中，当使用单独的控制器使输出并联以使焊接输出翻倍时，各个控制器运行单独的不同步的焊接工艺控制(如，电弧控制)算法，从而导致可能降低某些焊接工艺的焊接质量，因为一个控制器在焊接工艺期间滞后于另一个控制器对改变的电弧条件作出反应。根据本发明的一方面的多输出焊接设备通过从单个控制器运行单个焊接控制程序并且控制多个功率模块而消除了所有焊接控制算法的同步问题。也就是说，在单个功率模块中，存在共享电流的并联开关。
目前，开关方案(无论单相降压、多相交织等)是永久设置的并且针对所有焊接条件都是相同的，并且可导致现在或将来会超出一些第三方极限的在焊接时的EMC放射。另外，在传统的并联供电中，来自并联的功率模块的开关频率的微小变化所引起的输出波纹会降低焊接质量。对于多个焊接输出使用单个控制器还允许完全控制单个功率模块(或并联的功率模块)中每个开关的开关事件的开关方案和时序(以低至纳秒的方式)，以便调节多个功率模块中的多个开关间的切换方案和切换时序，从而减少EMC放射并且减小不同步切换引起的输出波纹。
根据本发明的一方面的多输出焊接设备通过减少控制多个(如，两个或更多个)焊接电弧所需的硬件器件的数量而提高了并联的功率模块的电弧质量并且节省了资金和空间。单个控制器采用微处理器，该微处理器被配置成提供足够的计算能力以适当地控制开关装置，该开关装置用于向两个或更多个操作员提供焊接输出，并且针对每个焊接输出同步和驱动多个开关装置，例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并且调节多个功率模块间的多个开关的切换特性以给予最佳电弧质量和最低的EMC放射。
参见图1a和图1b，示出了示例的手动多输出焊接设备110，其中每个操作员102a、102b戴着焊接头戴品104a、104b，并且使用焊接工具108a、108b(例如，焊炬)来焊接工件106a、106b，多输出焊接设备110经由导管118a、118b将功率传递到焊接工具108a、108b(对于电气焊接，接地导管120a、120b提供返回路)。多输出焊接设备110可以包括电源(统称为“供电”)，任选地，包括惰性保护气体源，并且在焊丝/填料要被自动提供的情况下，包括送丝机。
图1a的多输出焊接设备110可以被配置成切割材料(例如，等离子切割机)，或者使用例如电焊接技术(例如，保护气体金属极电弧焊(SMAW)、更通常称之为粘结焊)、金属极惰性气体保护焊(MIG)、药芯焊丝电弧焊(FCAW)、钨极惰性气体保护焊(TIG)和电阻焊形成焊接接头112a、112b。TIG焊可以不涉及外部填充金属，或者可以涉及手动、自动或半自动的外部金属填料。任选地，在任何实施例中，多输出焊接设备110可以是弧焊设备，该弧焊设备提供直流电(DC)或交流电(AC)到焊接工具108a、108b的可消耗或不可消耗的电极114(例如图1b中更好地示出)，焊接工具108a、108b可以是TIG焊炬、MIG焊炬、药芯焊丝焊炬(通常称为MIG“焊枪”)或电焊条焊钳(通常称为“导管架(stinger)”)。
在操作中，电极114输送电流到工件106a、106b上的焊接点。在多输出焊接设备110中，操作员102a、102b通过操纵焊炬108a、108b并且经由例如位于焊炬108a、108b上的扳机触发电流流动的开始和停止来控制电极114的位置和操作。当电流流动时，在电极114与工件106a、106b之间形成电弧116。导管118a、118b和电极114因此输送足以在电极114与工件106a、106b之间形成电弧116的电流和电压。电弧116在电极114与工件106a、106b之间的焊接点处局部地熔化工件106a、106b以及被供应到焊接接头112a、112b的焊丝(或焊条)(在可消耗的电极的情况下是电极114，或者在不可消耗的电极的情况下是单独的的焊丝或焊条)，从而在金属冷却时形成焊接接头112a、112b。等离子切割机以类似的方式工作。具体地讲，从喷嘴128导出惰性或半惰性气体柱，同时穿过该气体从喷嘴128到待切割的工件106a、106b形成电弧，从而使一些气体转变成等离子。等离子足够热以熔化待切割的工件106a、106b，并且足够快速地移动以从切口吹走熔化的材料。
在某些方面，代替人类操作员102a、102b，机器人202a、202b(例如，机械臂)可以控制电极114的位置和操作。图2中示出了这种配置的示例，图2示出了根据本公开的一方面的示例性的多操作员机器人电弧焊接系统200。在多操作员焊接系统200中，机器人202a、202b通过操纵焊接工具108a、108b并且触发电流流动的开始和停止来控制电极114的位置和操作。
图3图示了与手工焊接一起使用的便携式发动机驱动的多输出焊接设备110。如图所示，根据示例性实施例，便携式发动机驱动的多输出焊接设备110具有发电机302，该发电机驱动地耦合至单个外壳306中的发动机304。虽然本主题的发动机驱动的多输出焊接设备110被描述为便携式的并且被配置在单个外壳306内，但是这些主题教导不应当限于便携式发动机驱动的供电，而是可以应用于固定的和/或更大型发动机驱动的供电，例如，与多操作员的机器人电弧焊接系统200结合使用的那些供电。
单个外壳306可以在一个便携式系统中包括多个功能以提高生产率并且减小空间消耗。具体地讲，多输出焊接设备110被配置成输出用于各种应用的电功率，所述各种应用包括焊接、切割、电池充电、跨接起动等。此外，多输出焊接设备110包括智能(例如，软件和/或硬件形式的逻辑)以基于多输出焊接设备110以及接收来自供电模块(例如，发动机304)的电功率的任何外部设备的各种反馈来调节输出。也就是说，多输出焊接设备110不随机地提供用于焊接和/或充电的输出功率，而是多输出焊接设备110的控制器分析各种参数，执行各种逻辑，并且摄取所感测的反馈以作出有关输出的智能决策。然而在一些实施例中，多输出焊接设备110可在不调节或分析任何参数或反馈的情况下提供输出功率。控制器调节由供电提供到第一功率模块404a和第二功率模块404b的电功率，但也可允许将供电用于焊接工艺和/或其他设备或工具的辅助功率。控制器包括电路(如，微控制器和存储器)，该电路可操作以处理来自操作界面、发电机302、一个或多个传感器、送丝机和/或供气装置的数据，并且输出数据和/或控制信号到操作界面、发电机302、送丝机和/或供气装置。例如，控制器可以与发动机(或电动机)速度控制电路和/或变压器控制电路可操作地耦合。
外壳306可以包括前面板308、后面板310、右侧312和左侧314，它们全部与底部316相接合以形成外壳306。外壳306保护(尤其是)供电(例如，耦合至发动机304的发电机302、或耦合至电网的变压器)免受灰尘、碎屑和粗暴操纵的影响。外壳306还减小噪声，并且通过抽取空气通过外壳306的内部容积而防止经由前面板308上的冷空气入口318的热空气循环而帮助冷却发动机304。在某些实施例中，后面板310还可以包括用于空气吸入和/或废气流出的空气入口。
供电包括电路，该电路用于生成(或者以其他方式提供)要经由导管118a、118b输送到焊接电极的功率。多输出焊接设备110可以包括，例如，一个或多个发电机、电压调节器、电流调节器、开关模式供电和/或类似物。可以通过来自控制电路的控制信号控制由供电输出的电压和/或电流。在示例性实施例中，供电包括发动机304和发电机302，其中发动机304提供输出功率(例如，机械输出)以驱动焊接发电机302。在某些实施例中，来自发动机304的功率经由驱动轴操作发电机302。驱动轴可以直接或间接地耦合至一个或多个被驱动机构。例如，间接耦合可以包括皮带和皮带轮系统、齿轮系统或链条和链条轮系统。在本实施例中，驱动轴直接耦合至发电机302。然而，任一布置均可用于发动机304与发电机302之间的连接。
实施例可包括耦合至发动机304的发电机302，由此发电机302可以将发动机304的功率输出(例如，机械能)转换成电能。一般来讲，发电机302包括被配置成将旋转磁场转换成电流的装置(例如，交流发电机)。发电机302包括转子(发电机的旋转部分)和定子(发电机的静止部分)。例如，发电机302的转子可以包括布置在单个定子中的发动机304的旋转驱动轴，该定子被配置成通过磁场的旋转产生电流(例如，焊接电流)。在实施例中，发电机可以包括四极转子以及被配置成提供有益的焊接特性的三相焊接输出。此外，发电机302可以包括转子和/或定子中的多个独立的绕组部分，以使得发电机302被配置成输出具有不同特性的多个电输出。例如，发电机302可以包括被配置成驱动焊接电流到焊机的第一部分以及被配置成驱动用于其他交流输出的电流的第二部分。在一些实施例中，多个发电机12可以连接至驱动轴。在示例的实施方式中，供电可以包括用于测量导管118a、118b(导管118a、118b任一端或两端)上的电压和/或电流的电路，以使得报告的电压和/或电流是实际值而不仅仅是基于校准的期望值。在实施例中，发动机304可以包括由气体或柴油、液化石油(LP)燃料、天然气或其他燃料提供动力并且驱动一个或多个驱动轴的内燃机。例如，发动机304可以包括被配置成在任何地点输出约9马力(Hp)至约65Hp或更多的工业汽/柴油发动机。一般来讲，这种发动机304的重量可以随着发动机304的大小和马力额定值而变化。例如，65马力的发动机可以重约1000磅，23马力的发动机可以重约100磅，而类似的9马力的发动机可以具有小于约50磅的重量。因此，便携式多输出焊接设备110可以得益于较小发动机304的使用。
在其他实施例中，变压器式供电可以代替前述发电机式供电使用。变压器式供电将来自市电(例如，230V或115V交流电)的中等电压和中等电流供应转换成高电流和低电压供应，通常17V至45V(开路)并且55A至590A。在某些配置中，可以提供整流器以将交流电转换成直流电。变压器式设计通常允许操作员选择输出电流，这是例如通过下列步骤实现的：选择性地靠近或远离次级绕组地移动初级绕组，移动磁分路到变压器铁心之中和之外，使用与二次电流输出串联的具有可变饱和技术的一系列饱和电抗器，或者仅仅通过允许操作员从变压器的次级绕组上的一组抽头选择输出电压。纯变压器式机器通常不太贵，但是通常更大且更笨重，因为它们在50Hz或60Hz的市电频率工作。因此，这种低频变压器必须具有高磁化电感以避免无用的分流。
不论供电的类型如何，供电还可以包括用于向控制器报告焊接电流输出的当前电流和/或电压的电路。在示例的实施方式中，供电可以包括用于测量导管118a、118b(导管118a、118b任一端或两端)上的电压和/或电流的电路，以使得报告的电压和/或电流是实际值而不仅仅是基于校准的期望值。
前面板308可以提供操作界面，该操作界面可以包括机电界面部件(例如，屏幕、扬声器、麦克风、按钮/开关、触摸屏、照相机、语音识别或手势识别输入设备、工业个人计算机(IPC)或可编程逻辑控制器(PLC)、条形码扫描器等)和相关的驱动电路。操作界面可以响应于操作员输入(如，屏幕触摸、按钮/开关按压、声音命令、远程传感器输入等)产生电信号。操作界面的驱动电路可以调节(如，放大、数字化等)信号并且将其通信到控制电路。操作界面可以响应于来自控制电路的信号生成可闻的、视觉的和/或触觉的输出(如，通过扬声器、显示器和/或电动机/致动器/伺服机构/等)。在某些方面，操作界面的一个或多个部件可以被定位在焊接工具上，和/或由此来自一个或多个部件的控制信号经由导管218或经由网络被通信到控制电路。
供气装置经由导管118a、118b提供气体(如，保护气体)以供焊接或切割工艺期间使用。保护气体通常是在若干焊接工艺(最值得注意的是，气体保护金属极弧焊和气体保护钨极弧焊(例如，MIG和TIG))中使用的惰性或半惰性气体。保护气体的目的是保护焊接区域免受氧气和水蒸汽的影响。根据被焊接的材料，这些大气气体会降低焊接质量或者使焊接变得更困难。供气装置可以包括用于控制气流速率的电控阀。电控阀可以由来自控制器的控制信号(可以路由通过送丝机，或者直接来自控制器)控制。供气装置还可以包括用于向控制器报告当前气流速率的电路。就等离子切割机而言，供气装置可以被配置成提供用于切割目的的气体。在示例的实施方式中，供气装置可以包括用于测量气流速率的电路和/或机械部件，以使得所报告的气流速率是实际气流值而不仅仅是基于校准的期望气流值，从而提供增加的可靠性和精度。虽然图示了供气装置，但是某些焊接工艺可以使用保护焊接免受大气影响的其他方法。例如，保护气体金属极弧焊使用包裹在焊药中的电极，焊药在消耗时产生二氧化碳，这是用于焊接钢可接受的保护气体的半惰性气体。因此，该供气装置不需要用于所有焊接技术，并且在这种情况下，不需要存在于焊接设备110中。
送丝机可以被配置成输送可消耗的焊丝电极到焊接接头112a、112b。送丝机模块可以包括，例如，用于保持焊丝的线轴，用于从线轴抽取焊丝以输送到焊接接头112a、112b的致动器，以及用于控制致动器输送焊丝的速率的电路。可以基于来自控制电路的控制信号控制致动器。送丝机模块还可以包括用于向控制电路报告当前的送丝速度和/或剩余的焊丝量的电路。在示例的实施方式中，送丝机模块可以包括用于测量送丝速度的电路和/或机械部件，以使得所报告的速度是实际速度而不仅仅是基于校准的期望值，从而提供增加的可靠性。针对TIG焊或粘结焊，可以不使用送丝机模块(或甚至可以不存在于多输出焊接设备110中)。
在一个实施例中，前面板308可以包括各种指示器320以向用户提供反馈。例如，指示器320可以包括LCD以显示电压、安培数、气压等。此外，在一些实施例中，操作界面322可以包括被配置成用于操作模式、输出水平或类型等的触摸屏、旋钮和/或按钮。例如，操作界面322可以包括可旋转以选择操作模式的拨盘，所述操作模式例如为，直流焊接、交流焊接、电池充电或工具操作。前面板308的实施例包括任意数量的输入和输出，例如，焊接方法、油压、油温和系统功率。
如图3所示，外壳306可以包括各种通达面板以允许维护、维修等。例如，侧面通达面板324可以被配置成附连在外壳306的相反侧上。外壳306的顶部可以包括通达面板或舱口326，其可以在供电模块304的部件上方的打开位置和关闭位置之间旋转。顶部舱口326可以旋转打开以允许对发动机304的通达。类似地，侧面通达面板324可以旋转打开以允许在使用发电机式供电时通达到发动机304、油过滤器、火花塞等。
图示的多输出焊接设备110还包括多个外部连接328。因此，多输出焊接设备110可以包括耦合至发电机的辅助功率电路。辅助功率电路可以提供辅助功率输出以便向(特别是)一个或多个附件供电，例如，固定焊机、送丝机(例如，傻瓜送丝机和智能送丝机)以及其他设备和工具。外部连接328可以包括各种出口和耦合器，其被配置成提供对供电模块304产生的电功率的接入。例如，外部连接328可以包括可以耦合至各种附件的交流功率输出和直流功率输出。例如，交流功率输出可以提供辅助功率到各种设备或工具，它们被集成在供电模块304内或与供电模块304耦合。直流功率输出可以耦合至多个焊接及切割工具，例如，两个或更多个焊炬。焊接设备可以经由外部连接328接收来自发电机302的电流。对于与用于转换焊接设备中的电流以便给附件供电的技术的相关的额外信息，参见例如于2011年5月26日提交的共同享有的题为“模块化直流电源(Modular Direct Current PowerSource)”的美国专利公开No.20110309054。
将理解，焊炬可以包括各种焊接设备，例如，TIG(钨极惰性气体)焊炬、MIG(金属极惰性气体)焊枪、等离子切割炬等。多输出焊接设备110还可以包括使焊炬连接到外部连接328的焊接电缆。另外，多输出焊接设备110可以包括焊接设备操作所需的其他部件，例如，送丝机、保护气体供气装置和/或任何其他部件或它们的组合。多输出焊接设备110还包括燃料槽，该燃料槽容纳将被提供给发动机304的燃料。燃料槽包括用于向燃料槽添加燃料的开口。燃料盖330用于覆盖燃料槽的开口并且可以用于排出燃料蒸气。例如，燃料盖330可以包括泄压阀，该泄压阀用于当燃料槽内的压力超过阈值压力时释放燃料蒸气。燃料盖可以进一步包括止回阀以当燃料槽内的压力为负时允许空气进入燃料槽。
图4示出了具有单个控制器402的示例性控制器系统的方框图400，该单个控制器控制多个功率模块404a、404b。尽管仅图示了两个功率模块404a、404b，但是本领域技术人员将认识到可以增加额外的功率模块。如图所示，通过多个开关器件406可以控制功率模块404a、404b中的每一个。合适的开关器件406包括，例如，IGBT和MOSFET。例如，控制器402可以被配置成针对每个焊接输出同步并驱动开关器件406，并且调节跨功率模块404a、404b的多个开关的切换特性以得到最佳的电弧质量和最低的EMC放射。在一个方面，单个控制器402可以包括同步的多个分立的多处理器并且控制多个功率模块404a、404b。在另一方面，单个控制器402可以完全由同步的模拟电路组成，以使得针对并联的功率模块404a、404b并且在每个功率模块404a、404b的开关之间紧密地控制功率模块切换的时序和/或电弧控制状态。在再一个方面，单个处理器可以在单个控制器中采用多内核，该控制器控制多个功率模块404a、404b和多个电弧。最后，单个处理器可以在单个控制器中采用内部或外部协处理器以控制多个功率模块404a、404b和多个电弧。示例的外部协处理器包括微控制器、数字信号处理(DSP)装置、现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
在操作中，第一功率模块404a可以处理来自供电的电输出的第一部分以向多操作员发动机驱动的焊机110的第一组端子(其继而可以耦合至导管118a)提供第一焊接输出。类似地，第二功率模块404b可以处理来自供电的电输出的第二部分以提供多操作员发动机驱动的焊机110的第二组端子(其继而可以耦合至导管118b)。第一功率模块404a和第二功率模块404b允许操作员执行来自同一组端子(如，第一组端子、第二组端子)的多种类型的焊接应用。在一些实施例中，第一功率模块404a和/或第二功率模块404b可以将直流电输入转换成具有受控波形的焊接输出，例如，脉冲焊接工艺或短路焊接工艺(例如，受调节的金属沉积(RMDTM))。在一些实施例中，第一焊接输出和第二焊接输出可以是恒电流(CC)或恒电压(CV)焊接输出。在一些实施例中，第一焊接输出或第二焊接输出可以是交流焊接输出。
通过使多个焊炬经由导管118a、118b耦合至多操作员发动机驱动的焊机110可以利于多个焊接系统，例如图1a和图2中图示的那些焊接系统。第一功率模块404a和第二功率模块404b可以单独连接至供电，从而允许多个操作员执行来自同一个多操作员发动机驱动的焊机110的焊接应用。因此，第一功率模块404a和第二功率模块404b可以彼此电绝缘以成为独立的。在一些实施例中，第一功率模块404a可以独立于从第二功率模块404b供应第二焊接输出到第二组端子地供应第一焊接输出到第一组端子。因此，第一操作员可以使用与第一组端子连接的第一焊炬执行第一焊接(例如，TIG焊接)应用，而第二操作员使用与第二组端子连接的第二焊炬执行第二焊接(例如，脉冲MIG)应用。换句话讲，第一功率模块404a和第二功率模块404b可以同时提供独立的焊接输出，从而允许多个操作员同时执行焊接应用。第一功率模块404a和第二功率模块404b还可以在互不相同的时间提供焊接输出。
多操作员发动机驱动的焊机110的第一功率模块404a和第二功率模块404b可配置成独立模式或结合(例如，并联)模式。模式输入装置(如，控制杆、拨盘、按钮等)可以被定位在操作界面上以控制多操作员发动机驱动的焊机110的模式。在独立模式中，第一焊接输出受到控制并且独立于供应到第二组端子的第二焊接输出被供应到第一组端子。也就是说，利用第一功率模块404a的第一操作员可以使用具有与利用第二功率模块404b的第二操作员不同的电气输出参数(如，电压、安培数、CC、CV、受控波形)的不同工艺(如，粘结焊、TIG、MIG、电弧抛削)。在结合模式中，来自第二功率模块404b的第二焊接输出与来自第一功率模块404a的第一焊接输出结合(例如，汇总)成结合的焊接输出。可以基于开关的位置将结合输出提供给第一组端子或第二组端子。结合输出可以针对相同的工艺(例如，粘结焊、TIG、MIG、电弧抛削)使用以及被用作具有更大功率的第一或第二焊接输出。可供结合模式下的焊接应用使用的功率可以大约是单独的焊接系统可用的功率的总和。
第一功率模块404a通常包括控制第一焊接输出的第一控制板408a，而第二功率模块404b包括控制第二焊接输出的第二控制板408b。第一控制板408a控制第一转换电路以将电气输出的第一部分转换成第一焊接输出。相应地，第二控制板408b控制第二转换电路以将电气输出的第二部分转换成第二焊接输出。第一和第二转换电路可以通过一个或多个开关器件406、供电、开关、升压转换器、降压转换器、整流器或它们的任意组合转换来自电气输出的各个焊接输出。在一些实施例中，第一转换电路利用一个或多个开关器件406，并且第二转换电路利用一个或多个开关器件406。在一些实施例中，第一和第二焊接电路可以具有散热器以耗散来自各个转换电路的热量。
控制器402至少部分地基于一个或多个所需焊接输出(例如，第一焊接输出、第二焊接输出、结合的焊接输出)的工艺类型和电气输出参数向第一控制板408a和第二控制板408b提供指令。在独立模式中，控制器402指示第一控制板408a以独立于第二控制板408b来控制第一转换电路从而产生第一焊接输出，所述第二控制板408b控制第二转换电路以产生第二焊接输出。在具有或没有控制器402的一些实施例中，第一控制板408a被配置成主控制板以便向被配置为从属控制板的第二控制板408b提供指令。因此，第一控制板408a(例如，主控制板)可以直接控制第一转换电路，并且通过第二控制板408b(例如，从属控制板)间接地控制第二转换电路。在控制板之间没有主从关系的一些实施例中，结合模式中的控制器402可以指示第一控制板408a以控制第一转换电路，并且控制器402指示第二控制板408b以控制第二转换电路。在一些实施例中，第一控制板和第二控制板408b可以直接地接收来自操作界面322的焊接输出和工艺设置，并且在没有来自控制器402的指令的情况下控制第一和第二转换电路。
控制器402可以监测供电的负载。在一些实施例中，例如，当使用发动机驱动的供电时，可以基于负载调节发动机的发动机速度。例如，控制器402可以指示发动机在高负载期间增大发动机的转速，并且在空载期间减小发动机转速。控制器402可以通过减小被提供给第一和第二焊接系统的电气输出和/或使压缩机或辅助系统与传动轴脱离来指示发动机减小发动机上的负载。在一些实施例中，压缩机或辅助系统可以通过离合器从传动轴脱离。
控制器402至少部分地基于通过操作界面322的操作员输入提供的设置而向第一控制板408a和第二控制板408b提供指令。通过操作员输入，操作员可以调节焊接工艺类型(例如，粘结焊、MIG、TIG)、电气输出参数(例如，安培数、电压)以及气动输出和辅助输出的参数。操作员可以在独立模式与结合模式之间调节模式输入以控制供电端子(例如，第一组端子和/或第二组端子)的数量。调节模式输入切换多操作员发动机驱动的焊机110的开关的接触。模式输入可以是操作杆，该操作杆旋转以在独立模式与结合模式之间改变模式。在独立模式中，接触引导将第二焊接输出从第二转换电路引导到第二组端子以及与第二组端子连接的第二焊炬。在结合模式中，接触使第二转换电路连接至第一组端子以将第二焊接输出和第一焊接输出引导到与第一组端子连接的第一焊炬。
在一些实施例中，第一功率模块404a和第二功率模块404b具有相同的独立模式输出范围(例如，最大电压、最大安培数)。例如，第一功率模块404a和第二功率模块404b可以提供高达大约400A的焊接输出；由第一焊接输出和第二焊接输出形成的结合焊接输出可以具有高达大约800A的结合焊接输出范围。在一些实施例中，第一功率模块404a和第二功率模块404b具有不同的独立模式输出范围，这些输出范围可以被结合以提供结合的模式输出范围。结合的模式输出范围由此可以大于多操作员发动机驱动的焊机110的第一功率模块404a和第二功率模块404b的单独的独立模式输出范围。
图4的系统提供许多优点。第一，当通过使用单工艺控制算法或将讨论的硬同步控制算法使每个功率模块对变化的电弧条件的响应同步来并联功率模块时，电弧质量得到提高。第二，并联模式中供电的同步切换能够：消除由于开关频率的非共同时钟引起的令人不愉快的可闻拍频；通过将单独的供电视为单个供电(现在通过双倍的栅极晶体管)允许多相开关以减小输出波纹——导致更高的焊接质量；通过调节每个功率模块内的切换方案并且使多个功率模块之间的时序同步来减小EMC放射；更低成本的控制器，因为硬件会更少，即，一个外壳(如，库室)、更少的连接器、铠装线、PC板等；还实现了空间节省，因为不需要封装多个控制器；减小了重量，因为更少的零件的缘故；以及简化的系统架构，因为避免了两个控制器之间的协调设置和同步操作的需要。因此，多输出系统通过减少控制多个焊接电弧所需的硬件部件的数量而改善了并联功率模块的电弧质量并且节省了资金和空间。
图5图示了具有两个控制器502a、502b的第一示例性控制器系统的方框图500。在某些情形中，维修单独的控制器可以是优选的。例如，当只有低性能控制器可用时。如上所述，这种布置会面临许多缺点。然而，为了减少这些缺点，各个控制器可以共享共同时钟信号。也就是说，可通过外部设备或从多个控制器的系统中的主控制器产生单个时钟同步信号，并且在多个控制器502a、502b之间共享以同步功率模块切换并且消除波纹、可闻的拍频，改善EMC覆盖面积。
图6图示了具有两个控制器602a、602b的第二示例性控制器系统的方框图600。不是共享共同的时钟信号，高速总线或并联晶体管-晶体管逻辑(TTL)信号可以利于多个控制器602a、602b之间的通信以使电弧控制状态同步。
最后，图7图示了具有两个控制器702a、702b的第三示例性控制器系统的方框图700。第三示例性控制器系统共享用于功率模块同步切换的共同时钟信号，并且在多个控制器702a、702b之间采用高速总线或并联TTL信号通信以使电弧控制状态同步。
前述描述和附图图示了本发明的原理、优选实施例和操作模式。然而，本发明不应当被理解成限于以上讨论的特定实施例。本领域的技术人员将认识到以上讨论的实施例的额外变型。因此，以上描述的实施例应当被视为说明性的而不是限制性的。因此，应当理解，本领域的技术人员在不脱离以下权利要求书所限定的本发明的范围的情况下可以对这些实施例作出变化。
本文中引用的所有文献，包括期刊文章或摘要，公布或对应的美国或外国专利申请，公告的或外国专利，或任何其他文献，均通过引用的方式全部并入本文中，包括引用的文献中出现的所有数据、表格、附图和文字。

Claims (23)

1.一种发动机驱动的焊机，包括：
发电机；
与所述发电机耦合的发动机，其中所述发动机驱动所述发电机；
与所述发电机耦合的第一功率模块，所述第一功率模块提供第一焊接输出；
与所述发电机耦合的第二功率模块，所述第二功率模块提供第二焊接输出；以及
控制器，所述控制器与所述第一功率模块和所述第二功率模块耦合，其中所述控制器采用单个处理器。
2.根据权利要求1所述的发动机驱动的焊机，其中在独立模式中，所述第二焊接输出独立于所述第一焊接输出，并且在并联模式中，所述第二焊接输出与所述第一焊接输出结合作为结合的焊接输出。
3.根据权利要求2所述的发动机驱动的焊机，其中所述控制器包括多个控制板，其中每个焊接输出采用一个控制板和处理器，所述多个控制板连接在一起以使焊接程序和用于切换的时钟信号同步。
4.根据权利要求1所述的发动机驱动的焊机，其中所述第一功率模块包括调节所述第一焊接输出的第一操作界面，并且所述第二功率模块包括调节所述第二焊接输出的第二操作界面。
5.根据权利要求4所述的发动机驱动的焊机，其中所述第一操作界面调节所述结合的焊接输出。
6.根据权利要求1所述的发动机驱动的焊机，包括操作员输入，所述操作员输入被配置成选择所述独立模式或所述并联模式，其中所述操作员输入在所述并联模式中使所述第一功率模块与所述第二功率模块之间的开关接合，并且在所述独立模式中使所述开关脱开。
7.根据权利要求1所述的发动机驱动的焊机，包括与所述发电机耦合的辅助功率电路，其中所述辅助功率电路提供辅助功率输出。
8.根据权利要求7所述的发动机驱动的焊机，其中所述辅助功率输出给一个或多个附件供电。
9.根据权利要求7所述的发动机驱动的焊机，其中所述一个或多个附件包括一个或多个送丝机或静止焊机。
10.一种发动机驱动的焊机，包括：
发电机；
与所述发电机耦合的发动机，其中所述发动机驱动所述发电机；
与所述发电机耦合的第一功率模块，所述第一功率模块提供第一焊接输出；
与所述发电机耦合的第二功率模块，所述第二功率模块提供第二焊接输出；
与所述第一功率模块可操作地耦合的第一控制器，所述第一控制器包括第一处理器；以及
与所述第二功率模块可操作地耦合的第二控制器，所述第二控制器包括第二处理器，
其中所述第一处理器和所述第二处理器共享共同的时钟信号。
11.根据权利要求10所述的发动机驱动的焊机，其中在独立模式中，所述第二焊接输出独立于所述第一焊接输出，并且在并联模式中，所述第二焊接输出与所述第一焊接输出结合作为结合的焊接输出。
12.根据权利要求11所述的发动机驱动的焊机，其中所述第一功率模块包括控制所述第一焊接输出的第一控制板，所述第二功率模块包括控制所述第二焊接输出的第二控制板，并且所述第一控制板在所述并联模式中控制所述第二控制板。
13.根据权利要求11所述的发动机驱动的焊机，其中所述第一功率模块包括调节所述第一焊接输出的第一操作界面，并且所述第二功率模块包括调节所述第二焊接输出的第二操作界面。
14.根据权利要求13所述的发动机驱动的焊机，其中所述第一操作界面调节所述结合的焊接输出。
15.根据权利要求10所述的发动机驱动的焊机，包括与所述发电机耦合的辅助功率电路，其中所述辅助功率电路提供辅助功率输出。
16.一种焊接设备，包括：
供电；
与所述供电耦合的第一功率模块，所述第一功率模块提供第一焊接输出；
与所述供电耦合的第二功率模块，所述第二功率模块提供第二焊接输出；
与所述第一功率模块可操作地耦合的第一控制器，所述第一控制器包括第一处理器；以及
与所述第二功率模块可操作地耦合的第二控制器，所述第二控制器包括第二处理器，
其中所述第一处理器和所述第二处理器共享高速总线。
17.根据权利要求16所述的焊接设备，其中在独立模式中，所述第二焊接输出独立于所述第一焊接输出，并且在并联模式中，所述第二焊接输出与所述第一焊接输出结合作为结合的焊接输出。
18.根据权利要求16所述的焊接设备，其中所述第一功率模块包括控制所述第一焊接输出的第一控制板，所述第二功率模块包括控制所述第二焊接输出的第二控制板，并且所述第一控制板在所述并联模式中控制所述第二控制板。
19.根据权利要求16所述的焊接设备，其中所述第一功率模块包括调节所述第一焊接输出的第一操作界面，并且所述第二功率模块包括调节所述第二焊接输出的第二操作界面。
20.根据权利要求16所述的焊接设备，包括与所述供电耦合的辅助功率电路，其中所述辅助功率电路提供辅助功率输出。
21.一种发动机驱动的焊机，包括权利要求1至9中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。
22.一种发动机驱动的焊机，包括权利要求10至15中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。
23.一种焊接设备，包括权利要求16至20中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。
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