CN107078648B - 具有变压器的焊接型电源 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于提供包含电源和控制电路的焊接型电源的方法和设备。电源电路提供焊接电源、控制电源和辅助电源。控制电源和辅助电源配备有变压器，且用于控制电源和辅助电源的二次绕组均缠绕在单个线轴上，由绕组分离器将它们分开。可以由散热片形成于线轴或分离器上的通气孔允许对内部绕组进行冷却。

Description

具有变压器的焊接型电源
技术领域
本发明大体上涉及具有电力变压器的焊接型电源。更具体地，涉及用于产生控制电源和辅助电源的变压器。
发明背景
变压器常用于焊接型电源中。本文中所用的焊接型电源是一种提供焊接型输出的电源。本文中所用的焊接型输出是一种适于焊接、等离子体切割或感应加热的输出。焊接型电源具有各种拓扑结构。例如，它们可以包含前置调节器以提供总线，并包含将该总线转换为所需的电流和电压的输出转换器。前置调节器的实例包含升压器、降压器、整流器等。输出转换器的实例包含逆变器、升压器、降压器、斩波器等。焊接型电源可以具有额外的中间级，并可以接收公用电源作为输入电源，或包含发电机。
许多焊接型电源包含辅助电源输出。这通常以120伏的电压(或其它公用电压电源)提供，且可以通过对输入电源进行变换获得，或者通过转换器(比如逆变器)从总线获得。通过对总线进行逆变而获得的辅助电源通常还要进行转换(以提供期望的120V交流电)。因此，当提供辅助电源时，其通常具有辅助电源变压器。
焊接型电源通常还需要控制电源来为开关、电子仪器和处理器供电。控制电源也通过对输入电源进行变换获得，或者通过转换器(比如逆变器或降压转换器)从总线获得。通过对总线进行逆变获得的控制电源通常还要进行转换(以提供期望的控制电压)。因此，其通常具有控制电源变压器。
USP6864777专利中描述了一种现有技术的用于焊接电源的焊接电源变压器，该专利通过引用合并于此。某些现有技术的变压器包含中心线轴，中心线轴具有围绕线轴内的中央开口布置的线圈绕组窗口。中央开口被设置成容纳一个或多个的迭片或铁氧体磁芯。标准的现货供应的磁芯能够以多种尺寸和形状获得，其中许多具有正方形或矩形截面。线圈绕组通常还具有靠近磁芯缠绕的矩形或正方形截面。这是因为，通常希望保持线圈绕组靠近磁芯，以使磁芯和线圈绕组之间的磁耦合最大化。
可以购买控制和辅助电源变压器绕组，但购买绕组通常较为昂贵。另外，每个变压器增加了焊接型电源的重量和成本。因此，期望减少变压器的数目。绕组和变压器往往为需要冷却的部件。
焊接型电源变压器的另一个问题是为绕组之间提供足够的绝缘，并且防止绕组之间的爬电、漏电感。
因此，期望提供没有独立变压器的控制和辅助电源。优选地，将存在一种有效的方式来冷却辅助和控制绕组，且绕组之间将具有足够的绝缘和足够的爬电距离。
发明内容
根据本发明的第一方面，焊接型电源包含电源电路和控制电路。电源电路接收输入电源，并在焊接输出上提供焊接电源。电源电路还向控制器提供控制电源，并在辅助电源输出上提供辅助电源。控制电路控制电源电路。电源电路包含用于辅助和控制电源的变压器。变压器包含二次线轴，控制电源和辅助电源二次绕组缠绕在其上。绕组分离器布置在其中一个二次绕组之上和另一个二次绕组之下。
根据本发明的第二方面，焊接型电源包含电源电路和控制电路。电源电路接收输入电源，并提供焊接型电源、连同控制电源和辅助电源。控制电路控制电源电路，并具有变压器。变压器具有一次绕组、控制电源二次绕组、以及辅助电源二次绕组。变压器还具有二次线轴，控制电源二次绕组和辅助电源二次绕组缠绕在其上。多个通气孔使得空气流入线轴内。变压器还具有一次线轴，一次绕组缠绕在其上。
绕组分离器布置在辅助电源二次绕组之上，在一个替代方案中，该绕组分离器布置在控制电源二次绕组之下。
在各种不同实施例中，控制电源二次绕组由提供多个电压的多个绕组组成。
在另一个替代方案中，绕组分离器具有一个或多个突出唇缘，用以在辅助电源二次绕组和控制电源二次绕组之间提供电绝缘并增加爬电距离。
在另一个替代方案中，变压器还具有一次线轴，一次绕组缠绕在其上。
在一个实施例中，多个散热片在绕组分离器和线轴之间限定了通气孔，以允许空气流到控制电源二次绕组和辅助电源二次绕组的第一个处。
在其它实施例中，散热片在绕组分离器上，并为绕组分离器提供结构支撑。
在另一个实施例中，绕组分离器具有一个或多个突出唇缘，用以在控制电源二次绕组和辅助电源二次绕组之间提供电绝缘并增加爬电距离。
在各种不同实施例中，多个散热片沿至少一个突出唇缘延伸。
在另一个实施例中，至少一个突出唇缘包含两个突出唇缘。
绕组分离器布置在辅助电源二次绕组和控制电源二次绕组之间，绕组分离器包含限定了通气孔的散热片。
通过阅读以下附图、具体实施方式和所附权利要求书，本领域技术人员将容易理解其它主要特征和优点。
附图说明
图1是一种焊接型电源的框图；
图2是一种变压器的透视图；
图3是图2的变压器的分解图；
图4是图2和3的二次组件的透视图；
图5是图4的二次组件的分解图；
图6是图3和4的二次线轴的侧视图；
图7是图6的二次线轴的俯视图；以及
图8是图3和4的绕组分离器的一半的透视图。
在详细解释至少一个实施例之前，应该理解，本发明的应用并不限于下面描述中阐述的或附图中所示的部件的构造细节和布置。本发明适用于其它实施例，或以各种方式进行实践或执行。另外，应该理解，本文使用的措辞和术语用于说明，不应视作限制。相似的附图标记用于指示相似的部件。
具体实施方式
尽管本发明将参照特定的电源和变压器进行描述，但从一开始就应该理解，本发明还可以用其它部件来实现。
通常，根据本发明，焊接型电源100(图1)包含电源电路102和控制电路104。可以包含其它物项，比如发电机、送线器、焊枪、机械手等。焊接型电源100还包含辅助电源输出模块106，其中，公用电源(或其它辅助电源)设置在输出107上。在优选实施例中，模块106向用户提供60Hz的120V交流电。
电源电路102接收输入电源，比如来自公用电源或发电机的电力，并在焊接输出103上提供焊接电源。在优选实施例中，电源电路102包含前置调节器、高压分割总线、以及层叠逆变器输出，比如公开号为US-2014-0021180-Al的第13/839235号专利申请中所示的那种，其通过引用并入本文。替代方案提供了使用其它拓扑结构的情况。电源电路102包含变压器108，其接收电力，并提供控制和辅助电源。在优选实施例中，变压器108的一次绕组的输入是来自总线(比如通过逆变器)的电力。一次绕组可以替代地连接到公用或发电机输入电源。
输出105上提供控制电源至控制器104。控制器104(也被称为控制电路)可以设置在一个或多个电路板上的一个或多个地方，并可以包含模拟和数字部件(包含处理器)，并可以包含软件。控制电路104连接在输出109上，以控制电源电路102。控制电路还可以接收诸如负载、总线电压、输入类型等的反馈。其还可以接收用户输入，比如工艺选择、设定点等。
图2和3中示出了变压器108，其包括芯部201、一次绕组203、二次绕组205和基座207。一次绕组203优选地围绕线轴211缠绕。
图4和5中更详细地示出了二次绕组205，其作为二次组件400的一部分。二次组件400包含控制电源二次绕组205、额外的控制电源二次绕组402(两个控制电源绕组用于提供两个不同的电压，在优选实施例中为24V和36V)、辅助电源二次绕组404、线轴406、以及绕组分离器408。绕组205和402的输出设置在线路105上至控制电路104。绕组404的输出设置在线路107上至辅助模块106。
替代方案中提供了使用一个控制电源绕组，省略了辅助电源绕组，和/或省略了绕组分离器，或者改变了绕组的顺序的情况，使得控制绕组的一个或两个均在分离器之下，而辅助电源绕组在分离器之上。另外，可以包含用于其它目的的绕组，包含焊接电源绕组。
二次组件400是通过绕组404围绕线轴406缠绕组装的。绕组分离器408被设置在绕组404之上。本文中所用的绕组分离器是成形或成型以分开绕组、并且提供使绕组可以围绕其缠绕的结构。在优选实施例中，其不包含卷带，尽管在其它实施例中在绕组之间具有卷带。然后，绕组402围绕绕组分离器408而缠绕。绕组205缠绕在绕组402之上(可使用纸张来分开绕组205和402)。如下面更详细描述的，绕组分离器408为绕组404和402之间提供绝缘并增加爬电距离。另外，绕组分离器408使得气流穿过绕组205和绕组402到达绕组404。替代方案提供了不包含气流的情况。
现在转到图8，更详细地示出了绕组分离器408的上半部分。绕组分离器408的下半部分与上半部分相同，而且在组装中，它们均布置在绕组404之上，以形成完整的绕组分离器。替代方案提供了非对称的两半部分的绕组分离器408。绕组402围绕绕组分离器408的绕组表面806而缠绕。绕组分离器408包含突出唇缘802，其从绕组表面806延伸。本文中所用的绕组分离器上的突出唇缘是分离器的延伸部分，该延伸部分延伸远离绕组缠绕所围绕的表面。表面806为绕组402和404之间提供绝缘。唇缘802为绕组402和404之间提供绝缘并增加爬电距离。替代方案提供了单个突出唇缘802，或不同尺寸和形状的唇缘。
多个散热片804从突出唇缘802延伸。散热片804将绕组分离器从线轴406的侧面偏移。散热片804在其间限定了空间，作为通气孔使空气在绕组分离器408和线轴侧面406之间流动。这使得空气流到绕组404并冷却绕组404。散热片804还为绕组分离器408提供结构支撑。替代方案提供了位于表面806(比如表面406的背面)上的通气孔。
现在转到图6和7，更详细地示出了线轴406，其包含绕组表面603和侧面601。散热片804(图8)将绕组分离器408从线轴406的侧面601偏移，以使空气在线轴和绕组之间流动，用于冷却内部绕组。一个替代方案包含在侧面601上具有散热片，以便为气流提供偏移。另一个替代方案提供了省略绕组分离器408，并采用线轴406上的散热片(或其它结构)来将绕组从侧面601偏移的情况。另一个替代方案提供了在表面603或侧面601内的通气孔，以提供气流，用于冷却线轴406的中心内的芯部。一次线轴211可以具有与二次线轴406类似的设计。
可以对本发明进行许多修改，这些修改仍然落在本发明的预定范围内。因此，应该明白，已经提供了一种具有变压器的焊接型电源的方法和设备，其完全满足上述目的和优点。尽管已经叙述了本发明的特定实施例，但是很显然，本领域技术人员将理解许多替代、修改和变型。因此，本发明旨在包含落入所附权利要求书的精神和保护范围内的所有这种替代、修改和变型。

Claims (16)

1.一种焊接型电源，所述焊接型电源包括：
电源电路，所述电源电路被布置以：接收输入电源，并将焊接电源提供至焊接输出，将控制电源提供至控制电源输出，以及将辅助电源提供至辅助电源输出；以及
控制电路，所述控制电路被连接以控制所述电源电路，并被连接以接收所述控制电源输出；
其中，所述电源电路包含变压器，并且所述变压器具有一次绕组、与所述控制电源输出电连通的控制电源二次绕组、以及与所述辅助电源输出电连通的辅助电源二次绕组，并且进一步，其中所述变压器包含二次线轴，所述二次线轴具有缠绕在所述二次线轴上的所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组，其中绕组分离器布置在所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组中的第一二次绕组之上，并且其中，所述绕组分离器布置在所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组中的第二二次绕组之下,并且其中多个散热片在所述绕组分离器和所述二次线轴之间限定了通气孔，使得空气流到所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组中的所述第一二次绕组处。
2.根据权利要求1所述的焊接型电源，其中，所述绕组分离器布置在所述辅助电源二次绕组之上，并且所述绕组分离器布置在所述控制电源二次绕组之下。
3.根据权利要求2所述的焊接型电源，其中，所述控制电源二次绕组由多个绕组组成，所述多个绕组提供多个电压。
4.根据权利要求1所述的焊接型电源，其中，所述变压器进一步包含一次线轴，所述一次线轴具有缠绕在所述一次线轴上的一次绕组。
5.根据权利要求1所述的焊接型电源，其中，所述多个散热片在所述绕组分离器上，并为所述绕组分离器提供结构支撑。
6.根据权利要求1所述的焊接型电源，其中，所述绕组分离器包含至少一个突出唇缘，其中所述至少一个突出唇缘在所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组之间提供电绝缘并增加所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组之间的爬电距离。
7.根据权利要求6所述的焊接型电源，其中，所述多个散热片沿所述至少一个突出唇缘延伸。
8.根据权利要求6所述的焊接型电源，其中，所述至少一个突出唇缘包含两个突出唇缘。
9.一种焊接型电源，所述焊接型电源包括：
电源电路，所述电源电路被布置以：接收输入电源，并将焊接电源提供至焊接输出，将控制电源提供至控制电源输出，以及将辅助电源提供至辅助电源输出；以及
控制电路，所述控制电路被连接以控制所述电源电路，并被连接以接收所述控制电源输出；
其中，所述电源电路包含变压器，并且所述变压器具有一次绕组、与所述控制电源输出电连通的控制电源二次绕组、以及与所述辅助电源输出电连通的辅助电源二次绕组，进一步，其中所述变压器包含二次线轴，所述二次线轴具有缠绕在所述二次线轴上的所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组，其中多个通气孔被布置在所述二次线轴上以使空气流进所述二次线轴内，
其中所述焊接型电源进一步包括布置在所述辅助电源二次绕组和所述控制电源二次绕组之间的绕组分离器，并且其中所述绕组分离器包含多个散热片，所述多个散热片通过将所述绕组分离器从所述二次线轴偏移而限定所述多个通气孔，
并且进一步，其中所述变压器具有一次线轴，所述一次线轴具有缠绕在所述一次线轴上的所述一次绕组。
10.根据权利要求9所述的焊接型电源，其中，所述多个散热片为所述绕组分离器提供结构支撑。
11.根据权利要求10所述的焊接型电源，其中，所述绕组分离器包含至少一个突出唇缘，其中所述至少一个突出唇缘为所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组之间提供电绝缘并增加所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组之间的爬电距离。
12.根据权利要求11所述的焊接型电源，其中，所述多个散热片沿所述至少一个突出唇缘延伸。
13.根据权利要求11所述的焊接型电源，其中，所述至少一个突出唇缘包含两个突出唇缘。
14.根据权利要求9所述的焊接型电源，其中，所述绕组分离器布置在所述辅助电源二次绕组之上，并且所述绕组分离器布置在所述控制电源二次绕组之下。
15.根据权利要求14所述的焊接型电源，其中，所述控制电源二次绕组由多个绕组组成，所述多个绕组提供多个电压。
16.一种焊接型电源，所述焊接型电源包括：
电源电路，所述电源电路被布置以：接收输入电源，并将焊接电源提供至焊接输出，将控制电源提供至控制电源输出，以及将辅助电源提供至辅助电源输出；以及
控制电路，所述控制电路被连接以控制所述电源电路，并被连接以接收所述控制电源输出；
其中，所述电源电路包含变压器，并且所述变压器具有一次绕组、与所述控制电源输出电连通的控制电源二次绕组、以及与所述辅助电源输出电连通的辅助电源二次绕组，并且进一步，其中所述变压器包含二次线轴，所述二次线轴具有缠绕在所述二次线轴上的所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组，其中绕组分离器提供结构以使所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组之一围绕所述结构缠绕，所述绕组分离器布置在所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组中的第一二次绕组之上，并且其中，所述绕组分离器布置在所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组中的第二二次绕组之下，并且其中多个散热片在所述绕组分离器和所述二次线轴之间限定了通气孔，使得空气流到所述控制电源二次绕组和所述辅助电源二次绕组中的所述第一二次绕组处,
其中，所述变压器进一步包含一次线轴，所述一次线轴具有缠绕在所述一次线轴上的一次绕组。
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