KR101598170B1 - 인버터 용접기용 복합출력장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 인버터 용접기용 복합출력장치는 중심을 천공한 구멍을 갖게 한 하나의 또는 두 개의 케이스, 이 케이스내에 설치되는 나노 비정질 금속을 롤러 형태로 권취한 링 형의 비 정질 코어, 케이스의 동체위로 입력 전압을 인가하는 소정 수의 코일 또는 코일속이 권취되는 제1 권선부와 제1 권선부위로 형성한 절연부위로 출력부를 형성하는 소정의 수로 권취 한 제2 및 제3 권선부로 이루어진 트랜스포머 구조체와; 다수의 비 정질 평판 스트립으로 구성되는 코어, 코어의 중심을 절연부로 구획하여 일측을 소정의 수로 권선 한 제1의 코일부, 타측을 비교적 많은 소정의 수로 권선 한 제2 코일부와 제1 코일부와 제2 코일부의 접지선이 연결되어 소정의 출력을 선택하도록 하는 스위칭부로 구성한 리액터 구조체들로 구성된다.

Description

인버터 용접기용 복합출력장치 {Hybrid outputting apparatus for inverter welder}

본 발명은 인버터용접기에 관한 것으로, 특히 단일의 독립적인 나노 비 정질 링 형 코어를 이용하여 축조한 고전압용 트랜스포머구조체와 비 정질 평판 코어를 이용하여 축조한 리액터 구조체로 이루어진 복합(Hybrid)구조를 출력 제어하므로 다수의 출력전압을 발생시킬 수 있는 인버터용접기용 복합출력장치에 관한 것이다.

통상 인버터용접기에 적용한 종래기술의 인버터 회로는 도 1에 도시된 바와 같이 60Hz 교류전원(101)은 입력 전원 속에 혼입되기 쉬운 노이즈 신호(Noise signal)를 제거하는 잡음 제거부(102)를 경유하여 필터링 된 교류의 입력전원을 직류의 입력 전원으로 변환시키는 입력 정류부(103)에 인가된다. 인버터(104)는 메인 제어부(105)로부터 제어에 따라 직류의 입력 전원을 저 전류로부터 고전류에 이르기까지 광대역에서 안정된 고전압을 출력한다.

PWM(Pulse Width Modulation)제어부(105)는 인버터(104)로부터 출력의 검출신호에 따라 전압의 오차를 검출하여 펄스파를 발생시킨 다음 이미 설정된 기준전압에 일치시켜 얻어진 시스템 제어신호를 출력한다. 메인제어부(106)는 PWM 제어부(3)로부터 수신된 제어신호를 근거로 하여 전면채널 스위치부(107)의 조작에 의하여 선택된 용접 파라미터를 연산 처리하여 최적의 희망 용접전압 및 희망 용접전류로 출력하도록 인버터(104)를 제어한다.

출력부(110)는 권선비 및 코일의 굵기를 달리하여 용접에 필요한 저전압 대전류로 변환시키는 메인 트랜스포머(109), 이 메인 트랜스포머(109)를 통하여 출력된 교류 저전압 대전류를 고속 정류시켜 맥류화된 전기성분으로 변환시키는 출력 정류부(111)와, 이 출력 정류부(111)를 통하여 맥류화된 전기 성분을 직류성분으로 평활시키는 리액터(112)들로 구성된다. 이외에 이 인버터는 내부의 열을 외부로 배출시키는 냉각팬(108)을 구비한다.

여기서 주목되는 것은 시스템이 희망 용접전압 및 전류를 발생시켜 출력하는 것이 가능하다. 실례를 들면 희망 출력전압이 CO2 용접기에서는 68 ~ 75V 이고, 티그(TIG) 및 아크 용접기에서는 65 ~ 68V이다. 프라즈마 절단기의 희망출력전압은 280V이다. CO2 용접기, 티그용접기, 아크 용접기와 프라즈마 절단기들은 희망출력전압을 출력하도록 시스템제어변수를 하나의 제어회로거나 제어기판에 구현할 수 있으나 출력부의 메인 트랜스포머와 리액터의 결합 구성을 공통으로 사용할 수 없다. 왜냐하면 CO2용접기, 티그용접기, 아크 용접기와 프라즈마 절단기들의 메인트랜스포머의 권선비가 각각 16:4:4 또는 18:4:4들로 유사하나 CO2용접기, 티그 용접기, 아크 용접기와 프라즈마 절단기들 간의 출력전압 및 전류의 차가 커서 그 들 간의 동일 메인트랜스포머 및 리액터를 사용할 수 없다. 또한 CO2용접기, 티그용접기, 아크 용접기와 프라즈마 절단기의 리액터들도 출력 전류 및 권선수는 50A ~ 150A, 26 ~ 28이며, 프라즈마 절단기의 전류 및 권선수는 50A ~ 150A, 120이다. 이러한 이유로 프라즈마 절단기는 단일 시스템으로 구현되는 것이 일반적이다.

한편, 일반적인 트랜스포머와 리액터는 각기 코어 재질과 권선으로 인한 손실과 기생 용량으로 인한 고온 발열을 일으킨다. 따라서 트랜스포머의 경우 일반 페라이트 코어보다 약 10배 이상의 투자율로 비교적 높은 메인 인덕턴스를 갖는 나노 비 정질 코어를 이용한 기술이 개시되어있다.

이러한 사실에 근거하여 나노 비 정질 코어를 이용하여 고압 트랜스포머 및 리액터의 코어 면적의 제한을 없이하고 열 분산이 용이하며 다양한 출력을 얻는 트랜스포머가 개시되어 있다.

그 대표적인 것으로, 나노 비 정질 코어를 이용한 트랜스포머를 축조하는 기술로써 등록권자 이병모의 특허등록 제10-1086471호에서 "고전압용 트랜스포머 구조체"가 개시되어 있다. 이 고전압용 트랜스포머 구조체는 하나 또는 두 개의 케이스, 케이스의 중심으로 구획벽이 형성되고 이 구획벽을 중심으로 양측면에 하나 또는 2개 이상의 구획벽을 형성한 하나 이상의 1차 권선측과 2차 권선측을 형성한 동체; 1차 권선측에 중심에 적어도 하나의 구멍을 천공하고 이 구멍을 중심으로 형성한 링 형의 수납부와 이 수납부 내에 위치되는 하나 이상의 나노 비 정질 토로이달 코어와 입력 전압에 대하여 이 토로이달 코어에 소정 수로 코일을 권선한 하나 이상의 코일부들로 이루어진 입력 측 권선부와; 2차 권선측에 적어도 하나 이상의 구멍을 천공하고 이 구멍들을 중심으로 형성하는 링 형의 수납부, 이들 수납부에 각각 위치되는 나노 비 정질 토로이달 코어와 소정의 출력 전압을 발생시키도록 토로이달 코어에 대하여 소정 수로 권선된 하나 이상의 코일부들로 이루어진 하나 이상의 출력 측 권선부들로 구성되어 효과적인 열 분산을 하고 다양한 출력을 얻도록 한다. 그러나, 이 특허는 입력 측 권선부와 출력 측 권선부를 분리한 구조로 되어 구조가 복잡하고 코일 권선이 어렵다는 단점이 있다.

더구나, 이 트랜스포머와 함께 출력부를 구성하는 리액터가 나노 비정질 코어를 이용하여 이용된 기술이 개시된 바 없으며 주로 페라이트코어로 구성되어 있다.

이와 같은 트랜스포머와 리액터로 구성되는 출력장치는 출력전압이 일정 출력으로 한정되고 트랜스포머의 구조가 복잡하고 트랜스포머와 리액터의 상이한 재질의 이용으로 인한 성능 불일치가 발생하고 발생 출력이 안정화되는데 주의를 요한다.

따라서, 본 발명은 링형의 비 정질 코어를 이용하여 축조한 고전압용 트랜스포머구조체와 비 정질 평판 코어를 이용하여 축조한 리액터 구조체로 이루어진 복합(Hybrid) 구조로 다수의 출력을 발생시키도록 한 인버터 용접기용 복합출력장치 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 단일의 독립적인 나노 비 정질 링 형 코어를 이용하여 축조한 고전압용 트랜스포머구조체와 비 정질 평판 코어를 이용하여 축조한 리액터 구조체로 이루어진 복합(Hybrid)구조를 출력 제어하므로 다수의 출력전압을 발생시킬 수 있는 인버터 용접기용 복합출력장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면,인버터 용접기용 복합출력장치는 중심을 천공한 구멍을 갖게 한 하나의 또는 두 개의 케이스, 이 케이스내에 설치되는 나노 비정질 금속을 롤러 형태로 권취한 링 형의 비 정질 코어, 케이스의 동체위로 입력 전압을 인가하는 소정 수의 코일 또는 코일속이 권취되는 제1 권선부와 제1 권선부위로 형성한 절연부위로 출력부를 형성하는 소정의 수로 권취 한 제2 및 제3 권선부로 이루어진 트랜스포머 구조체; 다수의 비 정질 평판 스트립으로 구성되는 코어, 코어의 중심을 절연부로 구획하여 일측을 소정의 수로 권선 한 제1의 코일부, 타측을 비교적 많은 소정의 수로 권선 한 제2 코일부와 제1 코일부와 제2 코일부의 접지선이 연결되어 소정의 출력을 선택하도록 하는 스위칭부로 구성한 리액터 구조체들로 구성된다.

본 발명은 트랜스포머 구조체가 단일 동체의 링형 나노 비 정질 코어에 입력 및 출력 측 권선부를 임의로 형성하여 코어의 권선부의 설치 면적에 관계없이 다수의 고전압 출력을 발생시키고 리액터 구조체가 나노 비 정질 금속 평판의 코어를 이용하여 시스템제어에 따라 다수의 출력전류를 안정적으로 안정적으로 발생시키는 것이 가능하고 열 분산이 용이하게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 복합출력장치를 적용한 인버터 용접기 제어회로를 보인 블록선도이고,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 링형의 비 정질 나노 코어를 이용한 고전압용 트랜스포머 구조체의 구조 및 그의 제작상태를 보인 도면이며,
도 4는 본 발명에 따른 다수의 평판형 비 정질 나노 스트립 코어를 이용한 리액터 구조체의 측 단면도이다.

본 발명을 첨부 도면에 근거하여 상세히 기술하면 다음과 같다.

본 발명은 트랜스포머를 축조하기 위하여 나노 비 정질 금속의 원형 롤러이거나 대략 사각형이 롤러 형태로 절단 없이 권취(Rolling) 되는 단일의 링 형의 비정질 코어를 이용하고, 리액터를 축조하기 위하여 스트립 형상으로는 되는 나노 비 정질 금속 박판을 적층한 코어를 이용하는 기술에 관한 것이고, 이 코어는 고 투자율과 고 포화 자기 속성을 가지며 높은 바이어스 전류 하에서도 상당한 노이즈 감소를 나타낸다.

본 발명에 따라 나노 비 정질 토로이달 코어를 트랜스포머에 적용하는 경우 온도 상승을 감안하여 인가 주파수에 따라 최적의 인덕턴스와 최적의 전류 밀도가 단일 코어 재질과 코어 크기를 위하여 산출되어야 한다. 그러나 이는 이미 잘 알려진 기술이고 최대 출력 전원은 다음과 같이 산출된다.

여기서,

는 수백 KHz의 주파수이고,

는 자속 밀도이며,

는 투자율이다.

또한 본 발명에 따른 트랜스포머에서는 1차 권선에 인가되는 전압과 이 전압에 의하여 코어에서 자기 인덕션이 최적의 인덕션을 초과하지 않도록 1차 권선의 권선수가 결정된다. 하나 이상의 2차 권선의 권선수는 출력 전압을 1차 코어의 최적 인덕턴스로 나눈 값으로 결정된다.

이와 같은 기술적 개념에 근거하여 링 또는 중심을 다각형으로 토로이달 코어를 이용한 본 발명에 따른 복합출력장치(100)에서 트랜스포머 구조체(10)는 도 2에 도시와 같이 주 동체(1)를 구비한다. 이 주 동체(1)는 원통이거나 다각 동체, 실례를 들면 직육면체로 되는 두 개의 케이스(2, 2')들로 이루어져 있으며, 이 케이스(2), (2')들은 중심이 천공된 구멍(3)이 형성되어 있으며, 상부 및 측면에 상호 결합 가능 한 연장부(4)들이 형성되고 그들을 결합하므로 조립된다. 케이스(2, 2')들 내부에는 케이스(2, 2')들 내에는 소정의 수로 권선 되는 링 형의 비정질 나노 코어(16)가 위치된다.

동체(1)는 그 위로 입력전압이 인가되는 1차 권선이 이루어지는데, 다수의 코일을 묶는 코일 속이거나 단일의 코일을 권취하는 방식으로 입력단자(5)를 구비한 제1 권선부(6)가 형성된다. 제1 권선부(6)는 동체(1)의 중심에 구멍(3)을 중심으로 코일이 소정 수 권취된다.

제1 권선부(6)의 위에는 절연층(7)이 형성된다. 절연층(7)에는 그 위로 2차 권선으로 소정 수 실례를 들면 도 3에 도시와 같이 두 개의 출력부가 형성될 수 있다. 두 개의 출력부는 각기 소정 수의 코일 권선으로 제2 및 제3 권선부(11), (12)로 형성된다. 이 제2 및 제3의 권선부(11) 및 (12)에는 각기 제2 및 제3의 출력단자(13) 및 (14)와 공통 접지단자(15)를 구비한다.

이와 같이 구성되는 트랜스포머구조체(10)는 제 1권선부에 대하여 제2 및 제3의 권선부의 코일 권취수을 변경하여 출력전압을 조정하거나 제4의 권선부를 권취하므로 또 다른 출력전압을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 복합출력장치(100)에 따른 리액터구조체(20)는 동체가 코어부(21)로 되는 다수의 나노 코어의 평판 스트립과 CO2용접기, 티그용접기, 아크 용접기와 프라즈마 절단기을 위한 출력 전류를 선택할 수 있는 스위칭부(50)로 이루어진다. 코어부(21)는 다수의 출력을 위하여 그의 중간 부분에 두 부분으로 구획하는 절연 구획부(22)가 설치된다. 이 절연구획부(22)를 기준으로 도면에서 우측은 CO2 용접기 및 티그 용접기에 적용되는 제1 리액터(30)가 축조된다. 제1 리액터(30)는 26 내지 28회의 권선을 하는 제1 코일부(23)로 구성되고 소정의 출력 전류 50A ~ 650A를 전기적 손실을 최소로 하여 안정적으로 출력한다.

또한 절연구획부(22)의 좌측으로는 프라즈마 절단기에 적용되는 제2 리액터(40)가 축조된다. 제2 리액터(40)는 제2 코일부(24)로 구성되며 코일이 120회의 권선으로 적어도 일 회 이상 적층 되는 구성으로 소정의 출력으로 50A ~ 150A를 전기적 손실을 최소로 하여 안정적으로 출력한다.

스위칭부(50)는 상업적으로 구득 가능한 것으로 절환 단자(25) 및 (26)들에는 제1 및 제2 코일부(23) 및 (24)의 접지 단자가 연결되어 외부입력이거나 작동 제어신호에 따라 제1 리액터(30) 또는 제2 리액터(40)의 작동을 선택하도록 한다.

따라서, 복합출력장치(100)는 토로이달 코어를 이용하여 열 분산이 효과적으로 되는 트랜스포머 구조체(1)에 먼저 송풍 팬(50)으로부터 송풍 되는 바람을 통과시킨 다음 제어회로부(130)와 고전압 전원부 (140)를 통과시켜도 오히려 우수한 열 분산 효과를 가진다.

1: 동체 6: 제1 권선부 11, 12: 제2 및 제3 권선부 13: 비 정질 나노 코어
10: 트랜스포머 구조체 20: 리액터 구조체
21: 코어부 22, 23: 제1 및 제2 코일부 30: 제1 리액터 40: 제2 리액터
50:스위칭부

Claims (2)

1. 인버터 용접기용 복합출력장치에 있어서,
   중심을 천공한 구멍을 갖게 한 케이스, 이 케이스내에 설치되는 나노 비정질 금속을 롤러 형태로 권취한 링 형의 비 정질 코어, 케이스의 동체위로 입력 전압을 인가하는 다수의 코일이거나 코일속 중 어느 한가지 형태로 권취되는 제1 권선부와 제1 권선부위로 형성하고 그 위를 감쌓게 한 절연부위로 출력부를 형성하는 다수의 수로 권취 한 제2 및 제3 권선부로 이루어진 트랜스포머 구조체와;
   다수의 비 정질 평판 스트립으로 구성되는 코어, 코어의 중심을 절연부로 구획하여 일측을 다수의 수로 권선 한 제1의 코일부로 이루어진 제1 리액터, 타측을 제1의 코일부의 권선 수 이상의 다수의 수로 권선 한 제2 코일부로 이루어진 제2 리액터와 제1 코일부와 제2 코일부의 접지선이 연결되어 소정의 출력을 선택하도록 하는 스위칭부로 구성한 리액터 구조체들로 구성한 것을 특징으로 하는 인버터 용접기용 복합출력장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   스위칭부는 제1 리액터 및 제2리액터의 작동을 선택하는 전자적스위치거나 기계적스위치중 어느 하나로 구성 되게한 것을 특징으로하는 인버터 용접기용 복합출력장치.
   

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