[发明专利]便携式自给材料加工系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于加工材料的便携式工具。更具体地，本发明涉及用于加工材料的诸如手持或可穿戴式便携式等离子体电弧焊炬系统。

背景技术

等离子体电弧焊炬系统可应用于广泛的材料加工应用，诸如切割用于加热、通风以及空调系统的薄金属板或厚板。通常，等离子体电弧切割系统不是便携的，因为它们需要大的、笨重的气源(或连续的固定气源)以及经由有线连接从电网汲取的大量功率。

等离子体电弧焊炬通常包括：焊炬主体；安装在该主体中的电极；具有中央排出口的喷嘴；电连接；用于冷却和电弧控制流体的通道；用于控制流体流动模式的涡流环；以及电源。该焊炬产生等离子体电弧，该等离子体电弧是具有高温和高动量的受约束等离子体气体离子化喷射流。用于该焊炬的气体可以是非活性的或活性的(例如氩气、氮气、氧气或空气)。

在工作时，引导电弧首先在电极(阴极)与喷嘴(阳极)之间产生。引导电弧使通过喷嘴排出口的气体离子化。在离子化气体充分降低电极与加工件之间的电阻之后，电弧从喷嘴转移至加工件。该焊炬可工作于该转移等离子电弧模式，该模式由从电极到加工件的导电离子化气体流所表征，以用于切割该加工件。

尽管无线电动工具在商用市场很普遍，但等离子体电弧焊炬系统仍未高效地应用于简单的便携式应用(例如手持、手动或接触启动系统)。一个设计困难是由等离子体电弧焊炬相对大的气体消耗引起的。另一设计困难是由等离子体电弧焊炬系统的高功率需求引起的，例如：诸如由新罕布什尔州汉诺威市的海别得公司(Hypertherm，Inc.)制造的Powermax^TM 190C之类的低功率系统需要约1.32kW的输出；诸如海别得公司制造的Powermax 1000之类的中等功率焊炬系统需要8.4kW的输出；以及诸如海别得公司制造的Powermax 1650之类的高功率焊炬系统需要高达16kW的输出。某些焊炬系统对于400A系统可具有高达约80kW，该系统可被从动以获得760A输出从而得到更高功率。等离子体电弧焊炬系统的高功率需求已经导致其中等离子体电弧焊炬系统通过插电而利用连续的交流功率源来使用的设计。在焊炬性能、气体和电源的寿命以及等离子体电弧焊炬系统的实际物理大小之间存在困难的平衡。

因此需要提供具有使焊炬在较低气体消耗和较低功率水平下高效地工作的功率考虑的便携式等离子体电弧切割系统，同时为上述应用提供便携性和性能。此外，需要等离子体电弧焊炬系统的气源和电源能工作商业上有用的时长，同时容易充装或替换以便重复使用。

发明内容

本发明的多个方面代表了等离子体加工行业中的进步，因为本发明的实施例是能加工材料而无需大的、笨重的气源(或连续的固定气源)且无需连续连接至电网的便携式系统。因此，本发明的实施例可在建筑工地、农业区使用、供紧急安全人员(例如消防员、警察)、不可能连接至电网的远程位置处的工人使用、或供消费者在自己的后院使用。

在一个方面中，本发明以一种用于加工材料的等离子体电弧焊炬装置为特征。该等离子体电弧焊炬装置包括可穿戴式便携式组件，该组件包括可替换或可充电的电源或可替换或可充气的气源中的至少一个。该装置还包括等离子体输送装置，该等离子体输送装置接收来自电源的电流和来自气源的气体以产生等离子体电弧。在某些实施例中，该可穿戴便携式组件是背包。在某些实施例中，该便携式组件包括耐热、不导电和/或抗冲击的层。

在某些实施例中，该等离子体电弧焊炬装置包括适于与电源或气源中的至少一个通信的遥控装置。该装置可包括等离子体输送装置上的控制设备，该控制设备适于与电源或气源中的至少一个通信。在某些实施例中，该等离子体电弧焊炬装置包括电源中剩余的电力的指示器或气源中剩余的气体的指示器中的至少一个。

在某些实施例中，该气源包括压缩要输送至等离子体输送装置的气体的压缩机。该电源可对压缩机供电以对气源再充气。在某些实施例中，等离子体输送装置可附连至可穿戴便携式组件。该便携式组件可附连至充装设备，该充装设备被配置成对电源充电或对气源充气。在某些实施例中，该便携式组件包括纤维缠绕复合罐。该等离子电弧焊炬组件可包括用于调节等离子体输送装置从电源接收的电流的电流调节器。在某些实施例中，该电源是聚合物锂离子电池。