KR20000035148A - 직류 용접기용 출력 초크 및 그 사용 방법 - Google Patents

Abstract

직류 아크 용접기용 출력 초크는 서로 대면하는 제1 및 제2 표면에서 끝나는 제1 및 제2 자극편에 의해 형성된 에어 갭을 제어하는 인덕턴스를 갖는 고투자율의 코어를 구비하며, 상기 제1 및 제2 표면은 또 중간 영역을 갖는 2개의 이격된 엣지를 각각 구비하고, 상기 제1, 제2 표면은 상기 중간 영역으로부터 상기 엣지 각각을 향해 수렴하여 상기 에어 갭에 특정 단면 형상을 형성하며, 상기 초크는 적어도 대략 100 암페어의 용접 전류를 전달할 수 있을 정도로 충분히 크다.

Description

직류 용접기용 출력 초크 및 그 사용 방법{OUTPUT CHOKE FOR D.C. WELDER AND METHOD OF USING SAME}

본 발명은 직류 아크 용접기용 출력 초크(output choke) 및 그러한 초크를 사용하는 직류 전기 용접기의 출력 회로의 인덕턴스를 제어하는 방법에 관한 것이다.

직류 전기 아크 용접기에 있어서, 통상적으로 출력 회로는 용접봉 및 작업편을 가로질러 병렬로 된 커패시터(capacitor)를 구비하며, 정류기(rectifier) 또는 전원이 직류 전류를 공급할 때 비교적 작은 인덕턴스(inductance)는 상기 커패시터(capacitor)를 충전시킨다. 이 인덕턴스는 용접 전류로부터 리플(ripple)을 제거한다. 대략 50 암페어 이상의 고전류를 처리할 수 있고 또 아크를 안정화시키도록 전류 흐름을 제어하는데 사용되는 큰 초크가 용접기의 아크 갭과 직렬로 마련되어 있다. 작업편을 향한 용접봉의 공급 속도와 아크 길이가 변하면 용접 전류가 변한다. 종래, 아크와 직렬인 큰 출력 초크는 전류가 변할 때 인덕턴스를 고정값에 있도록 제어하기 위해 코어(core) 내에 고정 에어 갭을 구비하고 있었다. 그러나, 초크가 높은 용접 전류에 직면하였을 때, 코어가 포화되어 인덕턴스를 상당히 감소시켰다. 이로 인하여, 코어 내의 에어 갭의 폭이 확대되어 용접기의 동작 전류 범위에 걸쳐서 일정한 인덕턴스를 제공하였다. 초크는 특정 동작 전류 범위에 대하여 선택되었다. 그러나, 이 범위는 다른 용접 작업을 위해 변화하기 마련이다. 따라서, 초크의 에어 갭은 대다수의 용접 작업에 대하여 선택되었다. 표준형 초크에 있어서, 작은 에어 갭은 높은 인덕턴스를 제공하였지만, 비교적 낮은 전류에서 포화되기 마련이다. 초크의 전류 용량을 증대시키기 위해, 에어 갭을 확대하여 특정 규격의 초크의 인덕턴스량을 감소시켰다. 이 때문에, 초크는 용접 전류를 전달하기 위한 다량의 와이어와 포화를 방지하기 위해 횡단면이 큰 코어로 인하여 상당히 크게 만들어졌다. 갭은 광범위의 용접 전류를 수용하기 위해 크게 형성되었다. 그러한 초크는 고가였으며 또 용접기의 중량을 상당히 증대시켰다. 또한, 비록 이상적인 아크 용접이 용접 전류에 반비례하는 인덕턴스로 실현될지라도, 초크는 포화점(saturation point) 또는 포화 굴곡부(knee)에 이를 때까지 일정한 인덕턴스를 발생하였다. 이러한 문제점을 완화시키기 위해, 2개 또는 3개의 다른 폭을 포함할 수 있는 에어 갭이 제안되었다. 이 제안에 의해 작은 에어 갭이 포화될 때까지 높은 인덕턴스가 발생되었다. 그후, 큰 에어 갭이 포화될 때까지 낮은 인덕턴스가 실현되었다. 2개 또는 가능하다면 3개의 스텝으로 된 에어 갭을 갖는 이러한 개념을 사용함으로써, 초크의 크기가 감소될 수 있었고 또 초크에 의해 제어되는 전류 범위가 증대될 수 있다. 또한, 전류와 인턱던스의 관계가 역으로 되었다. 출력 초크의 코어 내의 스텝으로 된 에어 갭의 개념을 이용함으로써 초크를 보다 작게 할 수 있었다. 그러나, 하나 또는 그 이상의 변곡점(變曲點)이 나타났다. 용접봉의 공급 속도 또는 아크 길이가 변곡점의 영역 내에서 동작하도록 변하였을 때, 직류 용접기는 불안정한 동작을 야기시키는 포화점 또는 변곡점 근방에서 진동한다. 표준의 스윙잉 초크(standard swinging choke)는 용접 전류가 포화 굴곡부에서 동작하기 위해 너무 변하였기 때문에 그 해결책이 아니었다. 또한, 그러한 스윙잉 초크는 작은 전류 적용례를 위한 것이었다.

직류 아크 용접기용의 고정식 출력 초크의 사용은 이제 표준이다. 그러한 초크는 크며, 동작점은 용접기의 출력 인덕턴스의 상당한 저하를 방지하는 인덕턴스의 선형부(linear portion)에 있다. 그러한 초크는 또 고가이며 무겁다. 스텝형으로 된 에어 갭을 갖도록 처리함으로써, 초크의 크기가 감소되고 전류 동작 범위가 증대될 수 있었다. 그러나, 하나의 갭의 포화 상태에 있는 변곡점은 용접기를 특정 아크 길이 및 공급 속도에서 진동에 대해 민감하지 못하게 하고 또 덜 강하게 하였다. 따라서, 이러한 제안된 변형예는 상업적으로 활성화되지 않았다.

도 1은 본 발명을 사용한 출력 회로를 구비하는 직류 아크 용접기의 개략적인 배선도이다.

도 2는 표준형인 종래의 직류 용접기용 출력 초크를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 도 2에 개략적으로 예시한 종래의 초크에 사용된 다양한 에어 갭의 포화 곡선을 도시한 전류 - 인덕턴스 그래프이다.

도 4는 도 2에 개략적으로 예시된 종래의 초크의 문제점을 교정하기 위해 제안된 직류 용접기용 출력 초크를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5는 도 4에 개략적으로 예시된 초크의 포화 곡선을 도시한 전류 - 인덕턴스 그래프이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 직류 용접기용 출력 초크를 도시한 도면이다.

도 7은 도 6에 예시된 본 발명의 바람직한 실시예의 전류 - 인덕턴스 그래프이다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예를 사용한 형태를 갖는 에어 갭과 코어를 부분적으로 도시한 도면이다.

도 11은 도 7과 유사한 전류 - 인덕턴스 그래프로서, 도 8 내지 도 10에 도시된 본 발명에 따른 실시예의 동작 곡선을 도시하고 있다.

도 12와 도 13은 초크의 코어를 부분적으로 도시한 도면으로서, 에어 갭의 형태가 도 8 내지 도 10에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예의 변형예인 것을 도시하고 있다.

도 14는 본 발명에 따라 구성된 용접봉의 코어를 부분적으로 도시한 도면으로서, 바람직한 다이아몬드 에어 갭 형상이 서로 접촉 및 고정되는 2개의 코어편에 의해 얻어지는 것을 도시하고 있다.

본 발명은 고정식 에어 갭을 갖는 큰 초크 또는 스텝형 에어 갭을 갖는 소형 초크에 의해 직면하는 중량, 비용 및 용접 불일치(welding inconsistencies)의 문제점을 해결한 직류 아크 용접기용 출력 초크에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 직류 아크 용접기용 출력 초크는 2개의 이격된 엣지와 에어 갭이 있는 단면 형상을 갖는 영역을 구비하는 고투자율 코어를 포함하며, 상기 에어 갭은 2개의 엣지 사이의 적어도 일부분의 거리에 대해 점차적으로 수렴하는 폭을 구비한다. 따라서, 에어 갭은 엣지로부터 점차적으로 증대된다. 바람직한 실시예에서, 에어 갭은 엣지로부터 코어의 중앙부까지 점차적으로 증대되는 다이아몬드형상이다. 직류 용접기의 출력 초크를 위한 이러한 다이아몬드형 코어 기술은 전류 범위에 걸쳐서 용접 전류와 역관계로 점차적으로 변하는 출력 회로의 인덕턴스를 발생시킨다. 용접 전류가 증가하면, 인덕턴스는 어떠한 불연속성 또는 스텝(step)없이 연속적인 방식으로 감소된다. 따라서, 용접 전류는 출력 초크의 포화점에 있지도 않게 되고 포화 굴곡부에서 동작하지도 않는다. 용접에 대한 전력의 진동이 없다. 본 발명에 의해 변화 및 5 내지 10 볼트까지 처리할 수 있고 또 아크의 불안정을 야기시키지 않고 아크 길이가 변화하는 강한 용접기를 생산하게 된다. 따라서, 초크는 진동 없이 또는 큰 출력 초크를 필요로 하지 않고 광범위의 용접 전류에 걸쳐서 전류 제어를 제공한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 출력 초크는 서로 대향하는 제1 표면과 제2 표면에서 끝나는 제1 자극편과 제2 자극편에 의해 형성된 에어 갭을 갖는 고투자율 코어를 구비한다. 이들 각 표면은 에어 갭의 특정 단면 형상을 형성하기 위해 중간 영역을 구비하는 2개의 이격된 엣지를 가지며, 상기 대향 표면은 중간 영역으로부터 표면의 각 엣지를 향해 수렴한다. 이 단면 형상은 다이아몬드형이 바람직하다. 그러나, 용접 전류의 변화에 따라 인덕턴스가 점차적으로 변하는 한, 타원형(달걀형) 또는 다른 곡선형이어도 좋다. 바람직한 다이아몬드형 에어 갭에 있어서, 중간 영역은 자극편의 중앙에 있다. 그러나, 중간 영역은 대향 표면들의 한쪽 엣지에 가까이 있어도 좋다. 이것은 비등변 다이아몬드형(non-equilateral diamond)을 제공한다. 본 발명의 다른 양태에 따르면, 갭은 대향면의 한쪽 엣지로부터 대향면의 다른 엣지를 향해 수렴하는 형태를 가져도 좋다. 이것은 삼각형 형태를 갖는 에어 갭을 제공한다. 이들 모든 형태에 의해 초크는 특정 와이어 속도와 아크 길이에서 용접기의 헌팅(hunting) 또는 진동을 발생시킬 수 있는 변곡점을 야기시키는 인접한 영역 사이에 포화를 일으키지 않고 인덕턴스를 용접기의 출력 전류에 의해 점차적으로 변화시킨다.

본 발명의 다른 양태에서는 용접봉과 작업편 사이의 갭에 용접 전류를 통과시켜 용접부에 대해 주어진 전류 범위에 걸쳐서 작동하는 직류 전기 아크 용접기의 출력 회로의 인덕턴스를 제어하는 방법을 제공한다. 이 방법은 용접 갭 또는 아크와 병렬로 접속된 커패시터를 충전하기 위한 전류 범위에 걸쳐서 거의 일정한 인덕턴스를 갖는 인덕터(inductor)를 제공하는 단계와, 상기 전류 범위에 걸쳐서 점차적으로 변화하는 인덕턴스를 갖는 출력 초크를 제공하는 단계와, 초크를 갭 또는 아크와 직렬로 아크와 커패시터 사이에 접속하는 단계를 포함한다. 이 방법에 있어서, 인덕턴스는 용접 전류와 반비례하게 거의 직선형으로 변화하므로 전류가 증가될 때 인덕턴스가 거의 직선을 따라 점차적으로 감소한다. 이것은 아크 용접을 위해서는 최적의 관계이다. 거의 직선형이라 함은 스텝형으로 된 에어 갭에 의해 야기되는 곡선을 따라 변곡점이 없는 한, 오목하거나 또는 볼록한 선형 관계를 포함한다.

본 발명은 비교적 큰 출력 초크를 필요로 하는 아크 용접기에 관한 것이다. 이 분야는 라이트(lights), 사운드 또는 비디오 설비 등의 낮은 동력 장치용으로 사용되는 전원들과 구별된다. 그러한 소형 전원들은 아크 용접하는데 필요한 대량의 전류 또는 큰 범위의 전류를 갖지 않는다. 아크 용접기는 50 암페어를 초과하는 전류를 수반한다. 실로, 본 발명의 초크는 100 내지 500 암페어의 전류를 처리할 수 있지만 여전히 비포화 코어를 유지하는 초크이다. 본 발명은 적어도 대략 100 암페어를 처리한다. 이것은 전원으로 사용하는 다른 인덕터와 본 발명의 출력 초크를 명백하게 구별한다.

본 발명은 최적의 작업이 인덕턴스와 용접 전류 사이에 역관계를 포함하는 아크 용접 분야에 관한 것이다. 소형 인덕터는 통상적으로 전류와 인덕턴스 사이의 최적의 동작 특성이 선형인 경우에 사용된다. 역관계의 동작을 전류와 인덕턴스 사이에 제공하기 위하여, 그러한 소형 인덕터는 포화 곡선의 굴곡부에서 동작한다. 이것은 소량의 전류에 대해 최대이고, 전류 증가에 따라 낮은 값으로 스윙하는 인덕턴스를 제공한다. 그러한 인덕터는 소위 "스윙잉 리액터(swinging reactor)"라고 칭해진다. 그러나, 이들은 자기 포화 곡선의 굴곡부에서 비교적 작은 전류 범위에 걸쳐서 동작하며, 통상적으로 10 암페어 미만의 작은 전류를 처리하도록 치수가 정해진다. 그러한 소형의 스윙잉 리액터는 전류 범위가 상당히 크고 또 용접 전류가 약 50 암페어 이상으로 극히 크기 때문에 직류 용접기의 출력 초크용으로 적합할 수 없다.

본 발명의 제1 목적은 넓은 전류 범위에서 점차적으로 변화하는 인덕턴스를 가지며, 대략 50 암페어를 초과하는 전류를 처리할 수 있고, 통상적으로는 100 내지 500 암페어 범위의 전류를 처리할 수 있는 직류 아크 용접기용 출력 초크를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 변곡점을 발생시키지 않고, 또 와이어 공급 속도가 변화하거나 아크 길이가 변화할 때, 전원이 진동을 일으키게 하지 않는 전술한 직류 아크 용접기용 출력 초크를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 비선형성 영역을 갖지 않고 또 포화없이 광범위한 용접 전류에서 동작할 수 있는 전술한 직류 아크 용접기용 출력 초크를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 과제는 넓은 범위의 용접 전류에 걸쳐서 전류와 인덕턴스 사이에 대체로 직선 관계를 갖는 직류 아크 용접기용 출력 초크를 제공하고, 이 초크를 사용하는 직류 전기 아크 용접기의 출력 회로의 인덕턴스를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 과제는 초크에 대해 한쪽 포화 곡선으로부터 다른쪽 포화 곡선을 향해 전이하지 않고 낮은 와이어 공급 속도에서 높은 인덕턴스를 발생시키고 높은 와이어 공급 속도에서 낮은 인덕턴스를 발생시킬 수 있는, 전술한 직류 아크 용접기용 출력 초크를 제공하고 그 사용 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 과제는 전류 - 인덕턴스 관계를 제어하기 위해 다이아몬드형 에어 갭을 갖는 직류 아크 용접기용 출력 초크를 제공하는 것이다.

상기 목적 및 다른 장점들은 첨부 도면과 함께 이후의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

도면을 참조할 때, 도시된 것들은 단지 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시하기 위함이지 본 발명을 그에 한정하기 위함이 아니라는 사실을 주지시키고자 한다. 도 1에는 적어도 대략 50 암페어에서 200 내지 1000 암페어까지의 용접 전류를 발생시킬 수 있는 직류 전기 아크 용접기(10)가 도시되어 있다. 단상 선간 전압(single phase line voltage)으로서 도시된 전원(12)은 변압기(14)를 통해 정류기(16)로 향해진다. 물론, 정류기는 직류 전압을 발생시키기 위해 3상 전원에 의해 구동될 수 있다. 표준으로 실행되는 것에 따르면, 크기가 대략 20K 내지 150K 마이크로 패럿(micro farads)인 커패시터(20)는 크기가 대략 20 mH인 인덕터(22)에 의해 충전된다. 정류기(16)는 인덕터(22)를 통해 커패시터(20)를 충전시키며, 인덕터는 변환기의 인덕턴스에 의해 교체될 수 있다. 정류기(16)로부터 나오는 단자(24, 26)의 출력 전압은 커패시터(20)를 가로지르는 전압이고 커패시터는 와이어 피더(32)로부터 공급되는 용접봉(30)과 작업편(34) 사이의 아크 갭(α)을 가로지르는 전압을 유지한다. 아크(α)를 가로지르는 고른 전류 흐름을 유지하기 위하여, 출력 회로에는 커패시터(20)와 갭 또는 아크(α) 사이에 비교적 큰 출력 초크(50)가 마련된다. 본 발명은 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 전류 제어 출력 초크(50)의 구조 및 동작을 포함한다. 종래, 출력 초크는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같은 큰 초크이었으며, 이 초크(100)는 2개의 대향면(104, 106) 사이에 에어 갭(g)이 형성된 고신뢰성 코어(102)를 갖는다. 높은 전류는 권선(110)용의 다량의 와이어를 필요로 한다. 높은 인덕턴스를 얻기 위해 많은 회수의 권선이 감겨져 있다. 포화를 방지하기 위해 코어(102)의 단면은 넓게 된다. 따라서, 초크(100)가 크고, 무거우며, 고가로 된다. 표면(104, 106) 사이의 에어 갭(g)의 폭을 변화시킴으로써, 코어(102)는 도 3의 그래프에 도시된 바와 같이 포화 곡선들에 의해서 권선(110) 내의 높은 용접 전류에 의해 포화된다. 주어진 초크의 에어 갭(g)이 비교적 작을 때, 높은 인덕턴스가 발생한다. 그러나, 낮은 용접 전류에서 코어는 포화된다. 이것이 포화 곡선(120)으로 도시되어 있다. 에어 갭(g)의 폭이 증대되면, 인덕턴스는 감소되고, 포화 전류는 증가된다. 이 증대된 에어 갭 크기의 관계가 포화 곡선(122, 124, 126)으로 나타나 있다. 각 포화 곡선은 포화 굴곡부 또는 포화점(120a, 122a, 124a, 126a)을 각각 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고정식 에어 갭을 갖는 아크 용접기(10)를 동작시킬 때, 포화 곡선은 원하는 용접 전류를 수용하기 위해 선택되어야 한다. 높은 인덕턴스와 큰 범위의 전류 모두를 생성하기 위해, 권선(110)은 증대되어야만 하고, 또 코어 크기도 증대되어야만 한다. 이것은 초크의 크기와 중량을 상당히 증대시킨다. 초크의 중량과 크기를 감소시킴으로써, 포화 곡선은 직류 용접기의 불규칙적인 동작을 야기시키는 감소된 포화 전류를 갖는다. 직류 아크 용접기의 출력 회로의 전류를 제어하기 위한 고정식 갭을 갖는 출력 초크와 관련된 문제점을 교정하기 위하여, 도 4에 개략적으로 도시된 초크를 사용하는 것이 제안되었다. 초크(200)는 에어 갭(210)을 갖는 고투자율 코어(202)를 구비한다. 이러한 초크에 있어서, 에어 갭은 큰 갭(212)과, 소형의 자극편(216)이 추가되어 형성된 작은 갭(214)에 의해 스텝이 형성된다. 100 내지 500 암페어를 초과하는 전류가 권선(220)을 통해 통과하면, 인덕턴스는 도 5에 도시된 2부분으로 된 포화 곡선을 따른다. 이 비선형 곡선은 작은 갭(214)이 포화될 때까지 채용되는 제1 부분(230)과 큰 갭(212)이 포화될 때까지 채용되는 제2 부분(232)을 구비한다. 이들 2개의 섹션은 점선(240)으로 도시된 유효 전류 - 인덕턴스 관계를 생성한다. 이 역 전류 - 인덕턴스는 전기 아크 용접시에 극히 유익하다. 2부분으로 된 곡선은 낮은 전류 동작과 높은 전류 동작 모두를 수용한다. 그러나, 변곡점(242)을 야기시키는 갑작스런 포화 굴곡부(232a)가 있다. 아크 용접기가 라인(240)을 따라 작동할 때, 변곡점(242)은 와이어 공급 속도가 변할 때 또는 아크 길이 또는 아크 전압이 변할 때 진동을 야기시킨다. 따라서, 변곡점(242) 영역에는 제안된 스텝으로 된 에어 갭 방식(도 4에 개략적으로 도시됨)의 유효도를 감소시키는 헌팅 작용(hunting action)이 있게 된다.

도 1의 초크(50)에는 도 6 내지 도 8에 예시된 본 발명의 바람직한 실시예가 합체된다. 고투자율 물질로 된 코어(52)는 50 암페어 이상, 바람직하게는 100 내지 500 암페어 이상에서의 포화를 방지하도록 충분히 큰 단면을 갖는다. 코어(52)의 대향면(54, 56)은 이격된 엣지(54a, 54b; 56a, 56b) 사이에 있다. 각각 횡으로 이격된 엣지는 서로 대향하며, 만일 제공한다 해도 비교적 작은 에어 갭을 제공한다. 표면(54, 56) 사이의 중앙 영역(58)은 큰 에어 갭을 구성한다. 이 다이아몬드형 에어 갭은 표면(54, 56)의 이격된 엣지 사이에 있으며, 표면(54)의 부분(54c, 54d)과 표면(56)의 부분(56c, 56d)에 의해 형성된다. 이들 부분은 다이아몬드형 에어 갭의 정점(54e, 56e)에서의 최대 에어 갭으로부터 함께 분기된다. 용접 전류를 전달하기 위한 크기를 갖고, 원하는 인덕턴스를 얻기 위한 횟수로 감겨져 있는 권선(60)은 코어(52) 둘레에 용접 전류를 전도한다. 도 6에 도시된 바와 같은 다이아몬드형 에어 갭을 사용함으로써, 선택된 코어 크기와 감는 횟수에 따라서, 도 7의 전류 - 인덕턴스 곡선(70)이 얻어진다. 곡선(70)은 전류가 20 암페어에서 대략 200 암페어, 때로는 500 내지 1000 암페어를 초과하는 높은 레벨까지 상승될 때 전기 아크 용접에 대한 이상적(理想的)인 전류 - 인덕턴스 관계를 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 엣지(54a, 56a; 54b, 56b)의 작은 에어 갭은 낮은 전류에서 포화되는 경향이 있다. 전류가 증가할 경우, 초크(50)의 다이아몬드형 에어 갭은 포화시킬 수 없다. 높은 레벨에서 초크는 극히 큰 에어 갭을 포화시키고자 한다. 화살표로 지시한 바와 같이, 다이아몬드형 에어 갭을 통과하는 플럭스에 의한 코어의 포화는 지점(a)에서 보다 작은 갭을 포화시키지만 지점(b, c, d)으로부터 상방으로 전진하지는 않는다. 다이아몬드형 에어 갭의 정점은 최대 용접 전류에서도 포화를 방지하기 위해 선택된다. 따라서, 전류와 인덕턴스 사이에 직선 관계가 존재하며, 그 관계는 다이아몬드형 에어 갭의 사용에 의해 점차적이고 연속적이다.

다이아몬드형 에어 갭 개념을 사용하는 2개의 다른 바람직한 실시예는 도 9와 도 10에 예시되어 있다. 도 9에서, 코어(52)의 자극편(300, 302)은 달걀형 또는 타원형 에어 갭을 형성하기 위해 형태가 활 모양인 대향면(304, 306)을 갖는다. 이 에어 갭은 작은 에어 갭(310, 312)과, 영역(314)에 있는 큰 중앙 에어 갭을 포함한다. 본 발명의 이러한 바람직한 실시예는 도 11에 개략적으로 도시된 바와 같이, 약간 오목한 선형 곡선(72)을 제공한다. 볼록하지만 대체로 선형인 곡선(74)은 일반적으로 도 10에 예시된 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 형성되며, 코어(52)는 대향면(324, 326)을 각각 갖는 자극편(320, 322)을 구비한다. 이들 대향면은 중앙부(334)의 확장된 에어 갭에 의해 분리된 작은 에어 갭(330, 332)에 의해 곡선으로 된다. 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예는 코어의 중앙으로부터 코어의 외측 엣지까지 에어 갭의 폭을 점차적으로 변화시킨다. 바람직한 실시예의 최적의 적용례는 도 6과 도 8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 다이아몬드형 에어 갭이다. 또한, 도 9의 달걀형 에어 갭과 도 10의 곡선형 에어 갭은 도 1에 예시된 바와 같은 직류 아크 용접기에 사용되는 초크(50)에 의해 제어되는 큰 용량의 전류의 인덕턴스와 전류 사이의 관계에 대해 비교적 직선형인 역비례 곡선을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 에어 갭은 점차적으로 수렴하며, 코어에 대해 대칭이다. 도 12와 도 13에 도시된 바와 같은 비대칭형의 에어 갭 형태를 제공할 수도 있다. 도 12에 있어서, 초크(50)의 코어(52a)는 수렴하는 부분(360, 362; 364, 366)이 있는 대향면을 구비하는 자극편(350, 352)을 포함한다. 이들 부분은 큰 에어 갭 영역(338)을 형성하며, 이 영역은 코어의 중앙으로부터 약간 오프셋된다. 다른 비대칭형 에어 갭 형태는 도 13에 도시되어 있으며, 코어(52b)는 경사진 표면(374)과 직선 표면(376)을 갖는 자극편(370, 372)을 구비한다. 또한, 도 13에 도시된 에어 갭은 자극편(372)에 대해 경사졌지만 편평한 수직 표면을 갖는 자극편(370)을 형성함으로써 달성된다. 이들 구조는 좌측에 작은 부분과 우측에 큰 부분을 갖는 에어 갭을 형성한다. 이들 2개의 비대칭형 에어 갭은 도 4의 스텝으로 된 에어 갭(210)보다 더 좋은 결과를 가져온다. 그러나, 이들 비대칭형 에어 갭은 도 8 내지 도 10의 바람직한 실시예에서 보여준 대칭형 에어 갭 형태에 의해 달성되는 도 11에 도시한 바람직한 효과를 얻을 수는 없다.

실제로, 초크(50)는 도 14에 예시된 바와 같은 코어를 갖는다. 다이아몬드형의 대칭 에어 갭(400)이 상호 접촉하는 엣지부(406, 408)를 갖는 자극편(402, 404) 사이에 제공되어, 작은 갭 부분(412, 410)이 큰 갭 부분(414)을 향해 점차적으로 증대되는 중간 에어 갭(400)을 형성한다. 자극편(402, 404)은 적당한 핀(422, 424)을 사용하는 스트랩(420)에 의해 결합되어 있다. 에어 갭(400)은 다이아몬드형 에어 갭이며, 이 에어 갭은 정점 또는 중앙에서 크며, 코어의 양 엣지를 향해 감소된다. 이 다이아몬드형 에어 갭은 전류와 인덕턴스 사이에 거의 직선형인 반비례 관계를 제공하며, 이 관계는 전기 아크 용접을 하는데 최적이다. 초크를 관련 분야에 사용하기 위해 조립할 때 저투자율 도기 물질을 에어 갭(400)에 채울 수 있다.

본 발명에 따르면, 고정식 에어 갭을 갖는 큰 초크 또는 스텝으로 된 에어 갭을 갖는 소형 초크에 의해 발생하는 중량, 비용 및 용접 불일치 등의 문제점을 해결할 수 있다.

Claims (21)

1. 서로 대향하는 제1 및 제2 표면에서 끝나는 제1 및 제2 자극편(pole piece)에 의해 형성된 에어 갭(air gap)을 제어하는 인덕턴스를 갖는 고투자율 코어를 구비하며, 상기 제1 및 제2 표면은 중간 영역이 있는 2개의 이격된 엣지를 각각 구비하고, 또 상기 중간 영역으로부터 상기 엣지 각각을 향해 수렴하여 상기 에어 갭에 특정 단면 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
2. 제1항에 있어서, 상기 단면 형상은 대칭인 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
3. 제1항에 있어서, 상기 단면 형상은 다이아몬드형인 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
4. 제1항에 있어서, 상기 단면 형상은 달걀형(oval)인 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
5. 제1항에 있어서, 상기 단면 형상은 곡선형인 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
6. 제1항에 있어서, 상기 중간 영역은 상기 엣지 중 한쪽에 더 근접하여 있는 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
7. 제6항에 있어서, 상기 단면 형상은 다이아몬드형인 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 표면의 엣지는 상기 제2 표면의 엣지와 접촉하는 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
9. 제8항에 있어서, 상기 단면 형상은 다이아몬드형인 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
10. 제9항에 있어서, 상기 단면 형상은 달걀형인 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
11. 제8항에 있어서, 상기 단면 형상은 곡선형인 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
12. 제8항에 있어서, 상기 중간 영역은 상기 엣지 중 한쪽에 더 근접하여 있는 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
13. 제1항에 있어서, 상기 갭은 저투자율(低透磁率) 물질로 채워지는 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
14. 제1항에 있어서, 상기 초크는 용접 전류를 전도하는 권선을 구비하며, 상기 권선과 코어는 약 100 암페어 이상의 용접 전류에서 포화를 방지하도록 치수가 정해지는 것을 특징으로 하는 직류 아크 용접기용 출력 초크.
15. 용접봉과 작업편 사이의 갭에 용접 전류를 통과시켜 용접부에 주어진 전류 범위에 걸쳐서 작동되는 직류 전기 아크 용접기의 출력 회로의 인덕턴스를 제어하는 방법으로서,

    상기 갭과 병렬로 접속된 커패시터를 충전하기 위해 상기 전류 범위에 걸쳐서 대체로 일정한 인덕턴스를 갖는 인덕터를 제공하는 단계와,

    상기 전류 범위에 걸쳐서 점차적으로 변화하는 인덕턴스를 갖는 초크를 제공하는 단계와,

    상기 초크를 상기 갭과 직렬로 상기 갭과 상기 커패시터 사이에서 접속하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전기 아크 용접기의 출력 회로의 인덕턴스 제어 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 인덕턴스는 상기 용접 전류와 반비례하게 거의 직선형으로 변화하는 것인 제어 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 초크는 권선을 구비하며, 약 50 암페어 이상의 용접 전류를 상기 권선을 통해 상기 갭을 가로질러 향하게 하는 단계를 구비하는 것인 제어 방법.
18. 2개의 이격된 엣지가 있는 단면 형상을 갖는 영역과, 상기 영역 내의 에어 갭을 구비하는 고투자율 코어를 포함하며, 상기 에어 갭의 폭은 상기 엣지 사이의 거리의 적어도 일부에서 점차적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 직류 용접기용 출력 초크.
19. 제18항에 있어서, 상기 에어 갭은 상기 이격된 엣지 사이에서 거의 다이아몬드형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 직류 용접기용 출력 초크.
20. 제19항에 있어서, 상기 초크는 용접 전류를 전도하는 권선을 구비하며, 상기 권선과 코어는 약 100 암페어 이상의 용접 전류에서 포화를 방지하도록 치수가 정해지는 것을 특징으로 하는 직류 용접기용 출력 초크.
21. 제20항에 있어서, 상기 초크는 용접 전류를 전도하는 권선을 구비하며, 상기 권선과 코어는 약 100 암페어 이상의 용접 전류에서 포화를 방지하도록 치수가 정해지는 것을 특징으로 하는 직류 용접기용 출력 초크.