TW445467B - Output choke for D.C. welder and method for using same - Google Patents

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“4546 7___一 ， 五、發明説明（l) 本發明關於供直流焊接器之輸出抗流器/及控制利用該 抗流器之直流焊接器之輸出電路之電感之方法*。 本發明之背景 在直流電焊接器中！輸出電路通常包括一電容器並聯橫 跨電極及工件’，並具有相當小之電感以將電容器充電：如 整流器或電源供應之提供直流電流一樣，。此電感可將焊接 電流申之紋波移除？.與焊接器之電弧間隙成串聯備有一 大抗流器：其可處理超過大约5 0安培之高電流：並用來控 制穩定電弧之電流流動|。#向工件之電極之饋送速度及電 弧長度改變時.，焊接電流亦改變。過去ί與電弧串聯之大 〇 輸出抗流器有一固定空氣間隙、，在電流改變時.，以固定值 控制電感。但，當抗流器遭到高焊接電流時；磁心飽和並 使電感劇烈降低，9為此理由；磁心中空氣間隙之寬度加以 擴大以提供焊接器作業電流範圍之固定電感，。抗流器必須 加以選擇以供特別作業電流範圍之用？但此範圍對不同焊 接作業各有不同？因此，，抗流器之空氣間隙均選擇可供多 數焊接作業之用？在標準抗流器中：小空氣間隙可提供高 電感ι但在相當低之電流時飽和，。為增加抗流器之電流容 量，，空氣間隙加以放大以降低特殊尺寸抗流器之電感量.。 為此理由’t製成相當大之抗流器^並有大導線以載負焊接電 、^ 流’、及具有大剖面之磁心以防飽和大間隙足以容,納焊接 電流之廣泛範圍ώ、此種抗流器價格昂貴並增加焊接器之重 量。、此外：抗流器產生一恆定電感直到飽和點或彎曲處，， 儘管可由與焊接電流成反比之電感實施理想之焊接、為減 u

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五、發明說明（2) 輕此等困難i曾有莛議空氣間隙可包枝二或二 度 <此一建議可產生一高電感直到小空气種不同寬 、 虱間隙餘^ 後’·將實現一較低電感直到較大空氣間隙飽# 此 或三個步進空氣間隙之觀念：抗流器之大^ ^ )利用兩個 流器控制之電流範圍可以增加。.此外.，齋攻〜以降低及抗 相反。，在輸出抗流器之磁心中利用步雄办β 4之關係 使抗流器變小；.但，有一或多個回折點存在 “ 觀念可 送速度或電弧長度改變以在回折點之範圍操作2電極之饋 接器將在飽和或回折點震動！因而造忐T ^ k 直流烊 不穩定之作業。— 標準擺動之抗流器並非解決方案、’因為，，焊接電流變化太 大不能操作在飽和彎處。‘此外，，此種擺動之抗流器係用在 小電流應用中，。 利用固疋輸出抗流器供直流燁接器已成標準化，。此種抗 ，器很大及其作業點在電感之線性部份，.因而可防止焊接 器輸出電感之劇烈下降。.此種抗流器頗為昂貴及重量甚 大。*經由具有一步進空氣之程序，.抗流器之尺寸可以降 低’，電流作業範圍可以增加；•但，在一間隙之飽和回折點 可使焊接器不夠堅固；並在某些電弧長度及饋送速度下易 文到震動。、結果’·此一建議修改在商業上無法接受，。 本發明 本發明關於供直流焊接器之輸出抗流器，.其可解決太 重：成本及由具有固定空氣間隙之大抗流器：及具有步進 空氣間隙之小型抗流器遭遇之焊接不一致之困難.。根據本 發明，、直流焊接器之輸出抗流器包含一高磁導率磁'心有

4454 6 ? 五·、钤明說明 扑冇刮面型之面積及二分開之邊緣，，及一空氣間隙，，空 札間陳之寬度至少在兩邊緣間之距離部份中逐漸收斂，因 此’·空氣間隙自邊緣逐漸增加。，在較佳具體實例中，，空氣 W说’為交形自邊緣逐漸增加至磁心之中心部份，直流焊 ，&之輪出抗流器之菱形磁心技術可在輸出電路中產生電 次其在電流範圍中靼捲 & ； 接電流之增加，.電感以持續方=成相反關係之變化。當焊 進’、因此ί焊接電流永遠不备降低而無任何不連續或步 在飽和灣處作業/ΐ源Ϊ焊Ϊ出抗流器之飽和點.，或 一堅固焊接器，.其可處理高達^震動產生。：本發明可產生 之變化而不致造成電弧之不稱〜〇v之變化‘，及電弧長度 廣泛焊接電流範圍之電流控制=:因此丨此抗流器可提供 流器·。 7 無震動·，或不需大輸出抗 根據本發明之t另-# ^ 磁心，，並有第一及第二極片限出抗流器包括一高磁導率 此相對之第一及第二表面終結。”氣間隙‘，該極片在彼 :開：J '緣' 及-中間區域，‘相：―此等表面具有二空間 剂，好A，收^以產生空氣間J之表面自中間區域向表 二；亦可為-•圓殊剖面㉟。·此剖面 中，、中間區域為漸之變、在形只要在 面^一邊緣。·此舉可提供—不、中間區域可接近相 一符性，，間隙之形狀可自相對2邊菱形根據本 -邊緣收歛…提供具有—三^之-邊緣向相對表面】

O:\60V60675.PTD 丐形之空氣間 五、發明說明（4) ----- f導Ϊ : ίΓ器：其電感隨焊接器之輸出電流逐漸變化1 ’ 而黑&成回折點之柄鄰區域間之飽和，.其可導致在某些導 線速度、及電弧長度改變時焊接器之震動,。 ^月之另一特性為提供一方法以控制在一固定電流範 圍操j之直流電弧焊接器之輸出電路中之電感，以一焊接 電抓通過電極與工件間之空隙中。此方 流範圍為恆值之雪咸吳”时t s .，促仏 „ # 電感益以將與焊接間隙或電弧並聯之電谷 Γ «设提供輸出抗流器，·其電感隨電流範圍逐漸變 、' ♦:抗流器串聯於間隙與電弧及電容器之間.。此方 ί中金^感以直線變化與焊接電流成反比：俾電流增加 =勺y直線降U為電弧焊接之最佳之關係。通常 、匕凹與凸線性關係，，只要沿曲線無步進空氣間隙引 起之回折點即可、。 ’ 古ί ί 1關於一需要一大輪出抗流器之電弧焊接器。·此- :面2低電源電器用具如燈響或視頻裝置之電源不 I。Φ j、電源供應無電弧焊接所需之大電流或大電流範 p i ^焊接器涉及超過5 0安培之電流。‘事實上.，本發 L Γ ‘ 2器為—可處理1 0 0— 5 0 〇安培電流之抗流器*，但仍 :::未飽和之磁心。'本發明可處理至少1 〇 〇安培，。此 j 2"可使本發明之輪出抗流器較其餘電源供應之抗流器為 傑出、。 雪L 係關於電弧焊接範圍，·其最佳作業涉及電感與焊 恭咸二s之反比關係°、通常使用小電感器‘，因其在電流與 e β日之最佳操作特性曲線為線性。，提供一電流與.電感間 445467 五、發明說明（5) 此種小電感器係作業於餘和曲線之-加時向…使笔感在小電流時.，電感最大‘，且在電流增 此種+片&值震盪β‘此種電感器稱為‘“擺動電抗器：，； 圍，器操作於磁飽和面線之彎處之相當小之電流範 '、小可處理小於1 0安培之電流，。此種小擺動電抗哭 ;”流焊接器之輸出抗流器使用，‘其電 & 而4接電流甚大超過50安培·。 抗^ ί明之主要目的為提供直流焊接器之輸出抗流器‘，該 L器在廣泛電流範圍有一逐漸改變之電感.，並能處理超 5 0忠+ 立 °之電流，.通常其範圍在100-500安培之間。 其本發明另—目的為提供直流焊接器之上述輸出抗流器.， 二不產生回折點』並在線饋速度及電弧長度改變時.，不會 造成供應電源擺動/ 扣本發明另—目的為提供一上述之直流焊接器之輸出抗流 $ ’、該抗流器無非線性區域並可操作於廣泛之焊接電流範 園且無飽和 本發明另—目的為提供直流焊接器之一輸出抗流器.，其 在廣泛之焊接電流範圍中有一直線之電流與電感間關係.， 及提供一方法以利用輸出抗流器以控制直流焊接器中輸出 電路之電感.。 本發明另—目的為提供一直流焊接器之輸出抗流器及刺 =^上·述相同之方法：其可在低線饋速度時有高電感、’ 间、友饋逮度時有低電感：而不自抗流器之一飽和曲線過 至另 “ 曲線.t

第9頁 v 4 4 5 厶 S 7 _案號88117153_ft年9月二6日 修正_ 五、發明說明（6) 本發明另一目的為提供一直流焊接器之輸出抗流器，其 有一菱形空氣間隙以控制電流與電感之關係。 以上之目的及優點將隨以下之敘述及伴隨之圖式而更為 清晰。 圖式簡略說明 圖1為利用本發明之輸出電路之直流焊接器之接線圖； 圖2為直流焊接器標準先前技藝輸出抗流器之略圖.； 圖3為圖2中所用先前技藝抗流器之不同空氣間隙之電流 _ -電感飽和曲線； 圖4為一圖形說明直流焊接器之輸出抗流器，其被用以 改正圖2中先前技藝之抗流器之問題； 圖5為一電流-電感曲線說明圖4中之抗流器之飽和曲 線； 圖6為根據本發明較佳具體實例製造之直流焊接器之輸 出抗流器之圖形； 圖7為說明於圖6之本發明較佳實例之電流-電感圖形； 圖8，9及1 0為利用本發明較佳具體實例之磁心及有本發 明較佳實例之形狀之空氣間隙之部份略圖； - 圖1 1為與圖7相似之電流-電感圖，顯示圖8 - 1 0中本發明 較佳實例之作業曲線； 圖1 2及13為抗流器部份圖顯示空氣間隙之形狀係自圖 8 -1 0所示之本發明之較佳實例之修改；及 圖1 4為根據本發明製造之電極之磁心部份圖，其中之菱 形係由二磁心片彼此互相接觸而得。

O:\60\60675.ptc 第 10 頁. 2001.03: 23.010 445467 案號881Π153 %年3月二^日 修正

445467 _案號88117153_fo年S月^日 絛正_； 五、發明說明（8) 由飽和曲線122，124及126所顯示。每一飽和曲線有一飽 和彎曲或飽和點120a，122a，124a及126a。當已固定空氣 間隙如圖2所示操作焊接器1 〇，必須選擇飽和曲線以適應 理想焊接電流。為產生高電感及大電流範圍，繞組U 〇必 須增加及磁心大小亦須增加〇因此使抗流器之尺寸及重量 大幅增加。以降低抗流器之重量及尺寸飽和曲線有一降低 之飽和電流，其可造成直流焊接器不規律之操作。為改正 與具有固定間隙之輸出抗流器相關之間題，以控制直流焊 接器輸出電路中之電流’曾建議利用如圖4所示之抗流 器。抗流器2 0 0包括具有空氣間隙2 1 〇之高磁導率磁心 2 0 2。在此抗流器中，空氣間隙為步進之大間隙2 1 2及小間 隙2 1 4，此係由增加一小極片2 1 6而成。當超過1 〇 〇 - 5 0 0安 培之電流通過繞組2 2 0 ’電感依照圖5所示之二部飽和曲 線。此非線性曲線包括第一部份2 3 〇直到間隙2丨4飽和，於 是利用第二部扮232直到較大間隙2 1 2飽和》此二部份建立 一有效電流電感關係如虛線24〇所示。此相反之電流電感 關係在選擇電弧焊接時非常有用。此二部份曲線可適應低 電流及高電流作業。但有一突然飽和點2 3 2 a，造成一回折 點2 4 2 »當焊接器沿線2 4 0操作時，回折點2 4 2在線饋速度 改變或電弧長度或電弧電壓改變時，會造成震動。因此， 在固折點2 4 2區域中有擺動行為，其可降低圖4所示之建議 之步進空氣間隙之方法之效益。 圖1中之抗流器5 0併入如圖6 — 8說明之本發明之較佳實施 例》高磁導率材料之磁心5〇有一夠大之剖面積可防止5〇安

O:\60\60675.ptc 第〗2頁 2001.03.23.012 ^ 4454 6 了 —_______________；_____ 五 '發明說明（9)

培時飽和，甚至超遇100-500安培。磁心50之相對表面 54，56位於空間隔開邊緣54a，54b及56a，56b之間。橫向 空間隔開之邊緣彼此相對並提供一相當小之空氣間隙。表 面5 4，5 6間之中心區域5 8構成一大空氣間隙。菱形空氣間 隙位於空間隔開邊緣54，、56之間、’並由表面54之部份 54c :54d及表面56之部份56c .’56c!所限定，。此等部份自最 大空氣間隙之尖端54eA菱形空氣間隙之尖端56e共同分 散 '大小足夠載負焊接電流及可獲得理想電感匝數之繞組 6 0、，將焊接電流圍繞磁心5 2流動，。利用圖6所示之菱形空 氣間隙，，並選擇磁心大小及匝數，•圖7中之電流電感曲線 7 〇可以獲得。，曲線70代表當電流自2 0安培進展至高位準超 過2 0 0安培，.有時超過5 〇 〇 - I 0 〇 〇安培時電弧焊接之理想電 流電感關係。.如圖8所示，·在邊緣5 4 a 5 6 a及5 4 b，. 5 6 b之 小空氣間隙容易在低電流時飽和。*在高位準時•，抗流器試 圖飽和一極大空氣間隙？如箭頭所示：被通過菱形空氣間 隙之磁通之磁心飽和將在位置a使較小間隙飽和’.但不 會自點b，> c、，d向上進展，。菱形空氣間隙之頂點加以選擇 以防止在最大烊接電流時之飽和，。因此：在電流與電感之 間有一直線關係，此關係由於利用菱形空氣間隙而逐漸且 連續^ 圖9及圖1 0說明利用菱形空氣間隙之另外二較佳具體實 例％圖9中磁心52之極片300 i302具有面對之表面304 t， 3 0 6，，其為弓形並構成一橢圓形之空氣間隙_。此空氣間隙 包括小空氣間隙31 0，31 2及大中心空氣間隙位於區·域

第13 f ψ 445467 五、發明說明（ίο) 3 1 4。本發明之較佳具體實例，提供一線性曲線7 2，該曲 線為稍凹曲線如圖1 1所示。一通常為線性但稍凸曲線7 4由 圖1 〇說明之本發明具體實例所建立，其中之磁心5 2包括極 片320，322及相對之表面324，326 »此等表面為曲線並有 小空氣間隙3 30，3 32由放大之空氣間隙在中心部份334隔 開。如圖所示本發明之較佳具體實例逐漸自磁心之中心向 磁心之外緣改變空氣間隙之寬度。較佳具體實例之最佳應 用為菱形空氣間隙，如圖6及8所示。圖9之橢圓形空氣間 隙及圖1 0之曲線空氣閒隙，均可提供一相當直及使用於圖 1中之直流焊接器中’由抗流器5 0控制之大電流之電流與 電感間成反比關係之曲線。 在較佳具體實例中，空氣間隙係逐漸收斂並與磁心成對 稱。可以提供如圖1 2及1 3所示之對稱空氣間隙之構型。在 圖12中抗流器50之磁心52a包括極片350，352及具有收斂 部份360，362及364 ’366之相對表面。此等部份限定大空 氣間隙區域3 3 8 ’該區域自磁心之中心稍為偏置。圖1 3顯 示另一非對稱空氣間隙構型’其中之磁心52b包括極片 370，372及一有角度表面374及直線表面。圖13之空氣 間隙係由具有平面垂直之極片3 7 0形成，但與極片3 7 2成傾 斜 此等結構產生一空氣間隙，有—在左方之小部份 及 在右方之大部份。此二不對稱空氣間隙產生較圖4中步進 空氣間隙2 1 0更良好之結果；但無法獲得如圊丨丨所示由圖 8-1 0之較佳具體實例之對稱空氣間隙構型完成之理想效 益〇 -

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第14頁 v 44546? 五、發明說明（π) 在實際行.徑中，在圖1 4中坑流器5 〇有一磁心。菱形對稱 空氣間隙40 0備於極片40 2，404之間並有相鄰部份4 0 6， 4 0 8彼此接觸行成一中間空氣間隙4 0 0，及小型空氣間隙部 份4 1 2，4 1 4逐漸增加為一大間隙部份4 1 4。極片4 0 2，4 0 4 利用適當之銷4 2 2，4 2 4之接片4 2 0予以連接。空氣間隙4 0 0 為菱形空氣間隙，其在頂部或中心較大，而向磁心之邊緣 降低。此菱形空氣間隙提供通常為直線之電流與電感間成 反比之關係，該關係對電弧焊接為最佳。低磁導率灌注材 料可在抗流器包裝後實際使用時將空氣間隙4 0 0填充。

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Claims (1)

1. 88117153 年3 月日 修正 六'申請專利範圍 1 1. —種供直流焊接器用之輸出抗流器，包含一高磁導率 磁心及由第一.及第二極片界定之一電感控制空氣間隙，該 等極片終結於彼此相對之第一及第二表面，及各具有以一 中間區域隔開之二邊緣，該等表面自中間區域向該邊緣收 歛以產生該間隙之特殊剖面形狀。 其中該剖面形 其中該剖面為 其中該剖面為 其中該剖面為 其中該中間區 2. 如申請專利範圍第1項之輸出抗流器 狀為對稱。 3. 如申請專利範圍第1項之輸出抗流器 菱形。 4. 如申請專利範圍第1項之輸出抗流器 橢圓形" 5 .如申請專利範圍第1項之輸出抗流器 曲線形。 6. 如申請專利範圍第1項之輸出抗流器 域接近該等邊緣之一。 7. 如申請專利範圍第6項之輸出抗流器其中該剖面為菱 形。 8. 如申請專利範圍第1項之輸出抗流器，其中該第一表 面之邊緣接觸該第二表面之邊緣。 9. 如申請專利範圍第8項之輸出抗流器，其中之剖面為 菱形。 1 0.如申請專利範圍第9項之輸出抗流器，其中之剖面為 橢圓形。 1 1 .如申請專利範圍第8項之輸出抗流器，其中之剖面為

   0:\60\60675^ptc 第1頁 2001. 03. 23.017 ^ 445467 _；_案號88117153_%年汐月 曰 修正_^ 六、申請專利範圍 ' 曲線形。 1 2 .如申請專利範圍第8項之輸出抗流器，其中該中間區 域接近該等邊緣之一。 1 3.如申請專利範圍第1項之輸出抗流器，其中該間隙以 低磁導率材料填充。 1 4.如申請專利範圍第1項之輸出抗流器，其中該抗流器 包括一導電焊接電流之繞組，其中該繞組及磁心之大小可 防止至少在1 0 0安培之焊接電流時之飽和。 1 5. —種控制在一固定電流範圍操作之直流焊接器之輸 出電路中電感之方法，以在電極與工件間之間隙中通過焊 接電流以進行焊接，該方法包含：提供在該電流範圍具有 固定電感之電感器以將與該空氣間隙並聯之電容器充電； 提供具有在該電流範圍逐漸改變之電感之抗流器；及將該 抗流器與該間隙串聯於該間隙與該電容器之間ΰ 1 6.如申請專利範圍第1 5項之方法，其中該電感以直線 變化與該焊接電流成反比。 1 7.如申請專利範圍第1 5項之方法，其中該抗流器包括 一繞組及包括將至少為5 0安培之焊接電流通過該繞組及跨 該間隙之步驟。 1 8. —種供直流焊接器用之輸出抗流器，包含一高磁導 率磁心，及具有：以二相隔邊緣之剖面形狀之一區域，及 在該區城中一空氣間隙，該空氣間隙具有逐漸改變之寬 度，至少為該邊緣間距離之一部份。 1 9.如申請專利範圍第1 8項之輸出抗流器，其中該空氣

   O:\60\60675.ptc 第 2 頁. 2001. 03. 23· 018 _ Ψ 4 4 g 4 ς 7 _索號88117153_fo年β月Μ日 修正_ 六、申請專利範圍 ' 間隙在該相隔邊緣之間有一菱形之形狀。 2 0.如申請專利範圍第1 9項之輸出抗流器，其中該抗流 器包括一繞組以導電焊接電流，其中該繞組及磁心之尺寸 可防止至少約1 0 0安培焊接電流時之飽和。 2 1.如申請專利範圍第2 0項之輸出抗流器，其中該抗流 器包括一繞組以導電焊接電流，其中該繞組及磁心之尺寸 可防止至少約1 0 0安培焊接電流時之飽和》

   O:\60\60675.ptc 第3頁 2001.03. 23.019