电源以及用于冷却这种电源的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于提供直流电流的电源(10)，所述电源(10)包括：大电流变压器(12)，所述大电流变压器(12)具有至少一个初级绕组(13)和具有中央抽头的至少一个次级绕组(14)；同步整流器(16)，所述同步整流器(16)与所述大电流变压器(12)的所述至少一个次级绕组(14)连接并具有电路元件(24)和用于启动所述同步整流器(16)的所述电路元件(24)的电路(17)；以及供电电路(48)，所述供电电路(48)用于给所述同步整流器(16)和所述启动电路(17)供电。本发明专利技术还涉及一种用于冷却这种电源(10)的方法。为了降低损失并提高效率度，所述同步整流器(16)和所述启动电路(17)及其所述供电电路(48)被集成在所述大电流变压器(12)中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于提供直流电流的电源，所述电源包括:大电流变压器，所述大电流变压器具有至少一个初级绕组和具有中央抽头的至少一个次级绕组；同步整流器，所述同步整流器与所述大电流变压器的所述至少一个次级绕组连接并包括电路元件；和用于启动所述同步整流器的电路元件的电路。此外，本专利技术涉及一种用于冷却用于提供直流电流的电源的方法，所述电源包括:大电流变压器，所述大电流变压器具有至少一个初级绕组和具有中央抽头的至少一个次级绕组；同步整流器，所述同步整流器与所述大电流变压器的所述至少一个次级绕组连接并包括电路元件；和用于启动所述同步整流器的电路元件的电路。
技术介绍
根据本专利技术的电源主要但并非排他地与电阻焊接装置特别是点焊装置(其中尤其出现大约几千安培的大直流电流)一起使用。在本专利申请的主题内容中也覆盖用于采用这种大直流电流的其他装置的电源。这种装置的示例有电池充电器、粒子加速器、用于电镀的设备等。例如，W02007/041729A1描述了一种电池充电器和用于产生相应的大直流电流的电流变压器。在电阻焊接装置中，使用适当的大电流变压器和整流器来提供所需的大直流电流。由于发生大电流，二极管整流器因为相对较高的损失而不利，因此主要采用包括由相应的晶体管形成的控制元件的有源整流器。然而，具有有源整流器(例如同步整流器)的电阻焊接装置也具有相对较高的损失，因此效率相对较低。由于在现有技术中由例如大电流变压器和整流装置的通常分离设计而导致线路长度相当长并因而招致功率损失，因此由于大电流导致效率非常差。例如，DElO 2007 042 771B3描述了一种通过使用同步整流器操作电阻焊接装置的电源的方法，通过该方法能够降低功率损耗并能够提高效率。在汽车工业的生产线中，使用多个点焊装置(经常有大约有100到1000个个体单元)来准备将要制造的车辆的车身或底盘上的各种连接。由于个体点焊装置已经因为大电流变压器和电力线路和电路元件而导致高损失，在这种生产线中产生的总损失在极其高的尺寸范围内，例如在IMW和50MW之间。因为损失主要反映为热损失的形式，因此必须再次采取措施将这些热消散，从而甚至进一步劣化了总体能量平衡。由该事实产生的另一个缺点是，因为这种设施的高损失，所以电网需要非常高的连接瓦数，从而导致这种设施的制造、试运转和操作费用非常高。为了利用20kA的焊接电流产生单个点焊，根据现有技术，从当前观点来看，例如需要高达150kW的电网连接瓦数，其中使用所述焊接电流，产生了高达135kW的损失，从而获得了仅大约10%的非常低的效率。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是创造出用于提供直流电流的，由此能够降低损失，并且能够提高能量平衡和效率。应该能够避免或减少已知装置和方法的缺点。根据本专利技术的目的通过以上提到的用于提供直流电流的电源来解决，其中所述同步整流器和所述启动电路及其所述供电电路被集成在所述大电流变压器中。因而，有利的是创造了自主系统，该自主系统可以用来给装置供应大直流电流。在这种构造中，不管是什么控制线路都不需要，而是仅仅需要将所述电源在所述初级侧上连接至供电单元，由此在次级侧可获得对应大小的性能，特别是例如15kA至40kA的直流电流。因而，用户不需要进行任何调整，而是仅仅需要连接所述电源。这种紧凑设计的另一个重大好处是能够实现功率耗散的高度节省，因为线路长度和接触电阻都被最小化。将实际上独立的分开部件集成在公共单元中致使总体尺寸大大降低，因而所述电源的重量也大大降低。同时，该单元还可以作为支撑元件在应用中特别是在焊枪中直接应用。再次，显著地增加了用户方便性。所述大电流变压器的部件，即同步整流器、启动电路和供电电路因而形成了一个公共的优选立方体或方石形状的单元。由于该构造，大电流变压器的次级侧和同步整流器之间无需任何线路，从而也省去了由这种线路引起的可能的欧姆损失和/或接触损失。有一种设计也是有利的，其中为了形成多点接触，在所述电源的大电流变压器处设置至少四个触头，以提供所述直流电流。这种多点接触实现了紧凑设计，并且能够省略或缩短为了将电源与随后部件(例如电阻焊接装置的焊枪臂或电极)连接而通常设置的线路，因而能够降低欧姆损失和/或接触损失，并且能够提高电源的效率。根据本专利技术的另一特征，设置成这样，即:一个极性的两个第一触头和相反极性的两个附加触头均彼此相对地布置，其中与所述两个第一触头相比，所述两个附加触头被布置成相对于彼此基本偏移90°。所述触头在电源处的这种几何布置使得可以完全避免线路或减少线路的长度，并因而显著地降低欧姆损失和接触损失。由于将触头翻倍并因而将连接表面翻倍，可以将每个触头的电流减半，并且因而再次实现高度节省损失。例如，在用以提供20kA的直流电流的电源的尺寸中，四个触头中的每个触头具有15cm xl5cm到25cmx25cm,并优选20cm x20cm的面积。所述同步整流器的所述电路元件与所述大电流变压器的所述至少一个次级绕组优选不用线路地即直接地连接。有利地，所述同步整流器的所述电路元件由场效应晶体管形成，该场效应晶体管的漏极由其壳体形成。所述壳体不用线路地连接至所述大电流变压器的所述至少一个次级绕组。该布置因而设置成使得所述大电流变压器的次级绕组和所述电路元件与所述场效应晶体管的壳体直接接触，从而在这些单元之间不需要线路。为了实现用于产生大次级侧电流的大电流变压器的所需变压比，根据本专利技术的另一个特征，所述大电流变压器包括串联连接的多个初级绕组，优选串联连接的至少10个初级绕组，以及并联连接的具有中央抽头的多个次级绕组，优选并联连接的具有中央抽头的至少10个次级绕组。初级电流流过所述大电流变压器的串联连接的初级绕组，同时相对大的次级侧电流在并联连接的多个优选至少10个次级绕组之间分割。次级侧的这些分流电流被供应至同步整流器的对应电路元件。通过使用这种分割，得到了对应高的变压比，而不管较低的初级和次级匝数。通过使用所述构造，与传统的大电流变压器相比，初级侧上需要较低匝数，由此能够降低初级绕组的长度，并能够由此降低欧姆损失。因为初级绕组匝数减少，结果使得所得到的线路长度减小，所以又降低了系统通常具有的大电流变压器的漏电感，由此所述大电流变压器能够以例如IOkHz的更高切换频率进行操作。进而，更高切换频率导致所述大电流变压器总体尺寸和重量降低，因而导致有利的安装选项。因此，所述电源能够例如尽可能接近电阻焊接装置的电极定位。因而，甚至焊接机器人的负载也能够由于所述电源的较低重量而降低，从而更小的更廉价的机器人就足以够用。所述大电流变压器的变压比为10至1000，优选为至少100，以确保产生大次级侧电流。所述电源的特别有利的构造能够被实现，因为:所述大电流变压器包括由导电材料制成的工字梁，至少一个相应的环状芯体布置在该工字梁的凹部内，其中每个次级绕组的一个相应接线与所述工字梁的内表面直接接触，并且所述工字梁的外表面形成所述电源的两个第一触头。所述工字梁因而形成了所述大电流变压器的基础，所述次级绕组围绕该工字梁布置，从而不需要连接线路。所述工字梁的外表面代表所述电源的两个第一触头，所述两个第一触头直接地即不用线路地连接至待被供电的装置，例如电阻焊接装置的焊枪臂。因为所述环状芯体没有被设计成圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提供直流电流的电源(10)，所述电源(10)包括：大电流变压器(12)，所述大电流变压器(12)具有至少一个初级绕组(13)和具有中央抽头的至少一个次级绕组(14)；同步整流器(16)，所述同步整流器(16)与所述大电流变压器(12)的所述至少一个次级绕组(14)连接并包括电路元件(24)；和用于启动所述同步整流器(16)的所述电路元件(24)的电路(17)；以及供电电路(48)，所述供电电路(48)用于给所述同步整流器(16)和所述启动电路(17)供电，其特征在于，所述同步整流器(16)和所述启动电路(17)及其所述供电电路(48)被集成在所述大电流变压器(12)中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.31 AT A1602/20111.一种用于提供直流电流的电源(10)，所述电源(10)包括:大电流变压器(12)，所述大电流变压器(12)具有至少一个初级绕组(13)和具有中央抽头的至少一个次级绕组(14);同步整流器(16)，所述同步整流器(16)与所述大电流变压器(12)的所述至少一个次级绕组(14)连接并包括电路元件(24);和用于启动所述同步整流器(16)的所述电路元件(24)的电路(17);以及供电电路(48)，所述供电电路(48)用于给所述同步整流器(16)和所述启动电路(17)供电，其特征在于，所述同步整流器(16)和所述启动电路(17)及其所述供电电路(48)被集成在所述大电流变压器(12)中。2.根据权利要求1所述的电源(10)，其特征在于，为了形成多点接触，在所述大电流变压器(12)处设置至少四个触头(20，21，22，23)，以提供所述直流电流。3.根据权利要求1或2所述的电源(10)，其特征在于，一个极性的两个第一触头(20，21)和相反极性的两个附加触头(22，23)均彼此相对地布置，其中与所述两个第一触头(20,21)相比，所述两个附加触头(22，23)被布置成相对于彼此基本偏移90°。4.根据权利要求3所述的电源(10)，其特征在于，所述同步整流器(16)的所述电路元件(24)与所述大电流变压器(12)的所述至少一个次级绕组(14)不用线路地连接。5.根据权利要求4所述的电源(10)，其特征在于，所述同步整流器(16)的所述电路元件(24)由场效应晶体管形成，该场效应晶体管的漏极由其壳体形成，所述壳体不用线路地连接至所述大电流变压器(12)的所述至少一个次级绕组(14)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电源(10)，其特征在于，所述大电流变压器(12)包括串联连接的多个优选至少10个初级绕组(13)以及并联连接的多个优选至少10个具有中央抽头的次级绕 组(14)。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电源(10)，其特征在于，所述大电流变压器(12)的变压比为至少10至1000，优选为至少100。8.根据权利要求1至7中任一项所述的电源(10)，其特征在于，所述大电流变压器(12)包括由导电材料制成的工字梁(25)，在该工字梁(25)的凹部(25a)中布置至少一个相应的环状芯体(15)，其中每个次级绕组(13)的一个相应接线与所述工字梁(25)的一个内表面直接接触，并且所述工字梁(25)的外表面(28)形成了所述两个第一触头(20，21)。9.根据权利要求8所述的电源(10)，其特征在于，所述大电流变压器(12)的所述至少一个次级绕组(14)的中央抽头与所述工字梁(25)不用线路地连接。10.根据权利要求8或9所述的电源(10)，其特征在于，所述大电流变压器(12)的所述至少一个初级绕组(13)被布置成延伸穿过所述至少一个环状芯体(15)。11.根据权利要求8到10中任一项所述的电源(10)，其特征在于，相应的接触板(29)位于所述工字梁(25)的所述凹部(25a)上方，所述接触板(29)由导电材料制成并通过所述同步整流器(16)和所述启动电路(17)与每个次级绕组(14)的相应其他接线连接，其中所述接触板(29)的外表面形成所述电源(10)的所述两个附加触头(22，23)。12.根据权利要求8到11中任一项所述的电源(10)，其特征在于，所述至少一个初级绕组(13)的接线(26)被引导通过位于所述工字梁(25)的外表面(28)上的至少一个开口(27)。13.根据权利要求1到12中任一项所述的电源(10)，其特征在于，每一个具有中央抽头的次级绕组(14)都由围绕环状芯体(15)的横截面并穿过所述环状芯体(15)的具有基本S形镜像倒置曲线的由导电材料制成并且彼此绝缘的两个金属片材(44，45)形成，其中所述金属片材(44，45)的外表面(47)形成用于与所述同步整流器(16)的电路元件(24)或所述电极(X)连接的触头。14.根据权利要求13所述的电源(10)，其特征在于，用于形成所述大电流变压器(12)的次级绕组(14)的金属片材(44，45)通过绝缘层(46)而彼此绝缘。15.根据权利要求11到14中任一项所述的电源(10)，其特征在于，所述大电流变压器(12)的所述工字梁(25)和所述接触板(29)形成立方体或方石单...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩哈德·阿特尔斯梅尔，克里斯托弗·舒尔茨希克，约翰内斯·诺伊伯克，斯特凡·沃尔夫斯格鲁贝尔，
申请(专利权)人：弗罗纽斯国际有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT