本发明涉及一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪，属于工业控制、机电设备与电子技术领域。
背景技术：
随着现代制造技术的进步，金属的焊机焊接设备向着数字化、自动化和智能化发展。即使常用的移动式手工焊机也在向精密小巧、多功能、操作便利等人性化发展。简单的手持式电弧焊具也因技术手法要求过高、功能单一、劳动强度大而影响市场竞争力。在一些数字式的精密点焊机、冷焊机和气保焊机等升级型的设备中，大部分焊枪的使用功能有所增加，使焊具上连线过多影响操作技能的发挥。
技术实现要素：
本发明涉及一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪，利用焊接时产生的流经焊枪的脉冲电流，通过电磁感应获取焊接时的能量，并将能量存储在超级电容中，用于无线遥控；
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，具有的特征说明如下：
本发明涉及一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪；其特征在于，所述的一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪由：尾部连接有大电流电缆的焊枪枪管(1)、套在焊枪枪管处于尾部电缆连接处的电磁感应磁环线圈(2)、接收感应能量的电流变换与保护电路(3)、存储电磁感应能量的超级电容(4)、带有焊机参数调节功能按键及指示灯的微控制器编码控制电路(5)、短程微功耗无线发射模块(6)和焊接控制按钮开关(7)构成，以上部件均安装在工程塑料制作的焊枪壳体(8)的内部；另有无线接收模块(9)安装在电焊机手动焊接控制端；
所述的一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪，穿过焊枪枪管(1)的电磁感应磁环线圈(2)的端头与接收感应能量的电流变换与保护电路(3)的输入端相并连，电流变换与保护电路(3)输出端与存储电磁感应能量的超级电容(4)相并联；带有焊机参数调节功能按键及指示灯的微控制器编码控制电路(5)与短程微功耗无线发射模块(6)相并联；超级电容(4)的正极通过串联的焊接控制按钮开关(7)连接到带有焊机参数调节功能按键及指示灯的微控制器编码控制电路(5)输入正极，超级电容(4)的负极与微控制器编码控制电路(5)输入负极相连；
所述电磁感应磁环线圈(2)，是在罗氏线圈基础上做了改进，内部增加了相同环状结构的高导磁材料环状磁芯，以高效传递电磁能量并减小安装体积；在焊接过程中，流过的脉冲电流穿过电磁感应磁环线圈(2)的线圈感应出足够的电动势作为焊枪遥控电路的供电能量；
所述电流变换与保护电路(3)输入端接有高速响应二极管，保证电磁感应磁环线圈(2)输入的脉冲电流为超级电容(4)单向充电储能；电流变换与保护电路(3)有瞬态二极管，避免感应电压过高损坏电路；同时还应有电容和电感，起到缓冲和保护的作用；
进一步的，电磁感应磁环线圈(2)的输出正极与电流变换与保护电路(3)中的高速响应二极管的正极相连，高速响应二极管的负极与瞬态二极管的负极、电感的一端相连，电感的另一端依次与一个电容的正极、超级电容(4)的正极相连；电磁感应磁环线圈(2)的输出负极依次与电流变换与保护电路(3)中的瞬态二极管正极、所述电容的负极、超级电容(4)的负极相连；
所述超级电容(4)是储存能量的装置，根据不同类型的焊机应选取不同参数的超级电容；超级电容(4)在焊接控制按钮开关(7)的控制下为微控制器编码控制电路(5)与无线发射模块(6)供电；
所述微控制器编码控制电路(5)的输入端有稳压电路，以保证超级电容(4)的初始电压过高时能稳定供电，微控制器编码控制电路(5)的中的按键及指示灯突出在焊枪壳体(8)的手柄上方，在工作时按键可以进行简单遥控操作，指示灯可以指示焊枪工作状态；微控制器编码控制电路(5)接通电源即会通过无线发射模块(6)发送无线遥控信号，用来远程操作电焊机。
所述无线发射模块(6)应选取超低功耗微型可程控无线发射模块，可以根据微控制器编码控制电路(5)发出的指令发射无线遥控信息；
所述焊接控制按钮开关(7)采用高寿命无锁按动开关，用来控制微控制器编码控制电路(5)和无线发射模块(6)的电源供应；所述焊枪壳体(8)根据内部结构进行定制；所述无线接收模块(9)安装在电焊机内部，用来取代电焊机的有线遥控；无线接收模块(9)对电焊机进行控制输入，同时接受无线发射模块(6)发送的无线遥控信号。
本发明去掉了电焊枪的控制电缆，利用微控制器和无线模块操控电焊，不必频繁调节焊机面板参数，使焊接操作更加方便高效。
本发明为了提高焊机的人机操作亲合力，利用焊接产生的脉冲电流电磁感应的能量，配合电容储能技术为焊枪内的无线遥控电子部分供电，用无接触的取电方式替代了电池，减小了设备维修和更换电池的麻烦。
实际使用表明，本发明提升了焊机产品的使用性能，提高生产效率、减小劳动强度。
附图说明：
附图1一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪结构示意图
附图2一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪电路原理图
附图3一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪的原理说明图
附图4一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪工作流程图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。作为本发明的一个智能型焊机焊接的应用实例，给出了附图1、附图2、附图3和附图4。
一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪由：焊枪枪管(1)、电磁感应磁环线圈(2)、电流变换与保护电路(3)、超级电容(4)、微控制器编码控制电路(5)、无线发射模块(6)和焊接控制按钮开关(7)构成，以上部件均安装在焊枪壳体(8)的内部；另有无线接收模块(9)安装在焊机手动焊接控制端。
套在焊枪枪管处于尾部电缆连接处的电磁感应磁环线圈(2)，是在罗氏(rogowski)线圈基础上做了改进，增加了高导磁材料磁芯，以高效传递电磁能量并减小安装体积；在焊接过程中，流过的脉冲电流穿过电磁感应磁环线圈(2)的线圈感应出足够的电动势作为焊枪遥控电路的供电能量。
套在焊枪枪管处于尾部电缆连接处的电磁感应磁环线圈(2)的端头与接收感应能量的电流变换与保护电路(3)的输入端相并连，输出端与存储电磁感应能量的超级电容(4)相并联；带有焊机参数调节功能按键及指示灯的微控制器编码控制电路(5)与短程微功耗无线发射模块(6)相并联；超级电容(4)的正极通过串联的焊接控制按钮开关(7)连接到带有焊机参数调节功能按键及指示灯的微控制器编码控制电路(5)输入端。
接收感应能量的电流变换与保护电路(3)输入端接有高速响应二极管，保证电磁感应磁环线圈(2)输入的脉冲电流为超级电容(4)单向充电储能，并在焊接控制按钮开关(7)的控制下为微控制器编码控制电路(5)与短程微功耗无线发射模块(6)供电。
微控制器编码控制电路(5)的输入端有稳压电路，以保证超级电容(4)的初始电压过高时能稳定供电，微控制器编码控制电路(5)的中的按键及指示灯突出在焊枪壳体(8)的手柄上方，在工作时按键可以进行简单遥控操作，指示灯可以指示焊枪工作状态；微控制器编码控制电路(5)接通电源即会通过无线发射模块(6)发送无线遥控信号，用来远程操作电焊机。
自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪，总体工作过程如下：
a.初次使用时需要将焊枪用手动控制方式进行试焊，电磁感应磁环线圈(2)电流经过电流变换与保护电路(3)向超级电容(4)充电；
b.初始充电之后，每次按动焊接控制按钮开关(7)，接通微控制器编码控制电路(5)与短程微功耗无线发射模块(6)电源，向焊机内部的发送一次遥控命令，完成焊接，同时超级电容(4)不断被感应充电，使焊接工作继续进行。
实施例1
附图1为一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪结构示意图。其特征在于，所述的一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪由：尾部连接有大电流电缆的焊枪枪管(1)、套在焊枪枪管处于尾部电缆连接处的电磁感应磁环线圈(2)、接收感应能量的电流变换与保护电路(3)、存储电磁感应能量的超级电容(4)、带有焊机参数调节功能按键及指示灯的微控制器编码控制电路(5)、短程微功耗无线发射模块(6)和焊接控制按钮开关(7)构成，以上部件均安装在工程塑料制作的焊枪壳体(8)的内部；另有无线接收模块(9)安装在焊机手动焊接控制端。
附图2为一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪电路原理图，所述的套在焊枪枪管处于尾部电缆连接处的电磁感应磁环线圈(2)的端头与接收感应能量的电流变换与保护电路(3)的输入端相并连，输出端与存储电磁感应能量的超级电容(4)相并联；带有焊机参数调节功能按键及指示灯的微控制器编码控制电路(5)与短程微功耗无线发射模块(6)相并联；超级电容(4)的正极通过串联的焊接控制按钮开关(7)连接到带有焊机参数调节功能按键及指示灯的微控制器编码控制电路(5)输入端；无线接收模块(9)安装在电焊机焊接控制端；
进一步的，本实施例中，电磁感应磁环线圈(2)的输出正极与电流变换与保护电路(3)中的高速响应二极管的正极相连，高速响应二极管的负极与瞬态二极管的负极、电感的一端相连，电感的另一端与电容的正极、超级电容(4)的正极相连；电磁感应磁环线圈(2)的输出负极与电流变换与保护电路(3)中的瞬态二极管正极、电容负极、超级电容(4)的负极相连；所述高速响应二极管采用快恢复二极管us1g实现，瞬态二极管采用smaj5.0ca实现；
电磁感应磁环线圈(2)采用高导磁率磁芯的罗氏线圈；超级电容(4)采用5.5v、5f的超级电容实现；微控制器编码控制电路(5)采用1.8v低功耗微控制器实现；短程微功耗无线发射模块(6)采用315m超再生无线发射模块实现；无线接收模块(9)采用315m超再生无线接收模块实现。
套在焊枪枪管处于尾部电缆连接处的电磁感应磁环线圈(2)，是在罗氏(rogowski)线圈基础上做了改进，增加了高导磁材料磁芯，以高效传递电磁能量并减小安装体积；在焊接过程中，流过的脉冲电流穿过电磁感应磁环线圈(2)的线圈感应出足够的电动势作为焊枪遥控电路的供电能量。
接收感应能量的电流变换与保护电路(3)输入端接有高速响应二极管，保证电磁感应磁环线圈(2)输入的脉冲电流为超级电容(4)单向充电储能，并在焊接控制按钮开关(7)的控制下为微控制器编码控制电路(5)与短程微功耗无线发射模块(6)供电。
附图3为一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪的原理说明图，本实施例中的焊枪枪管(1)在焊接过程中流过的脉冲电流穿过电磁感应磁环线圈(2)的线圈感应出电动势为焊枪遥控电路的供电能量；
下面根据电磁感应理论、电路与器件基本原理做进一步的阐述如下：
电磁感应磁环线圈(2)是在公知的罗氏(rogowski)线圈基础上做了改进，增加了高导磁材料，以减小装配体积并传导足够的能量，磁环线圈由圆环形导磁体以及定向有序缠绕的漆包线圈构成，外形结构如图3-a；
图3-a左图为罗氏线圈正视图，右图为罗氏线圈侧视图，其中标号a为线圈外径，d为线圈厚度，在本实施例中，a为30mm，d为10mm。
图3-b示意了焊枪枪管(1)中有电流流经时，穿过磁环的圆柱型枪管导体中的随时间变化的电流i1(t)，根据毕奥-萨伐尔定律(biot-savartlaw)，在电流周围会沿磁环切线方向产生强度为b1(t)的磁场。
式中b1(t)为磁场强度与时间变化的函数，μ为磁环的磁导率，i1(t)为电流随时间变化的函数，l为磁环与导线的距离，θ1为磁环与导线顶端夹角，θ2为磁环与导线底端夹角；
磁环磁导率为μ，线圈的厚度是h，磁环内外径之差δl，穿过线圈内部的总磁通量由积分求得：
带入参数并做积分和化简得到单圈的磁通量：
式中r为磁环内径，r为磁环外径，线圈匝数为n，则穿过总线圈的电磁通量φ1(t)为：
φ1(t)＝nφ0(4)
记为：
φsum(t)＝g·i1(t)(6)
其中g是与线圈物理结构有关的恒定参数；
根据法拉第电磁感应定律，线圈中的感生电动势为：
再考虑到实际的磁漏、高频辐射和线圈和负载电阻等影响，增加个小于1的补偿参数z，实际中的磁环线圈感应电压：
图3-c为两种不同冲击电流所感应感应电压ui幅值，可以由焊枪脉冲电流穿过线圈时感应的电压波形来估算储能电容的充电过程：
对于曲线ai而言，a点对应的感应电压幅值与d点对应的感应电压幅值相同，且a、d两点之间持续的时间为tad；对于曲线bi而言，b点对应的感应电压幅值与c点对应的感应电压幅值相同，且b、c两点之间持续的时间为tbc，且tad>tbc，因此得出结论，同一感应线圈，焊接电流幅值越大，感应波形持续的越久，储能电容得到能量越充足，电路工作的持续时间也越长；
本实施例中，通过设计线圈感应电压估算出的平均电流i对储能电容c充电。根据电容容量c、电容所储存能量q与电容电压u的关系公式q＝u·c；电流i、电量q与时间t的定义q＝i·t，可以导出时间t与电流的关系：
式中uc为充电完成电压，uo为电容初始电压。取最大储能电容电压为u＝10v，选储能容量为c＝1f，对储能电容的充电时间可计算得到结果如下：
初次使用焊枪，电容初始u0＝0v，磁环感应电流平均值i＝5a，则1f的储能电容充到10v需要2s时间。
图3-d表示了按下焊接按钮，储能电容为遥控电路持续供电给电路供电的时间，下面给出了在储能电容充满电之后持续给遥控电路工作的时间计算；
假设初始电压为vo的电容c通过电阻为r的电阻放电，故电容器放电到任意时刻t，电容上的电压为：
式中vt为任意时刻的电容电压，v0为电容初始电压，r为电阻，c为电容容量，t为时间；
本实施例中，在电容充满电压vo＝10v起开始供电工作，遥控模块电路工作电压为vt＝3.3v,工作平均电流0.01a，能够正常供电的时间就是电容电压由10v降到3.3v的时间，可直接估算出：
t＝(vo-vt)*c/i＝(10v-3.3v)*1f/0.01a＝670s,大约可以连续供电10分钟；
如果仅作为点动遥控开关使用每次遥控供电时间0.5s，即使不再焊接，也可以点动空操作上千次。
附图4为一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪工作流程图：
a.初次使用时需要将焊枪用手动控制方式进行试焊，只要电磁感应磁环线圈(2)的感应电流经过电流变换与保护电路(3)向超级电容(4)充电大于电路正常工作电压，指示灯闪亮即可开始正常焊接操作；随着后面的焊接工作，焊枪即可不断补充超级电容(4)中储存的能量；
b.初始充电之后，每次按动焊接控制按钮开关(7)，接通微控制器编码控制电路(5)与短程微功耗无线发射模块(6)电源，向焊机内部的无线接收模块(9)发送一次遥控命令，完成焊接，同时超级电容(4)不断被感应充电，使焊接工作继续进行。
以上所述的具体实施方式仅仅是对本发明的优选实施方案进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求说所确定的保护范围内。
1.一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪，其特征在于，所述的一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪由：尾部连接有大电流电缆的焊枪枪管(1)、穿过焊枪枪管与尾部电缆连接处的且套在焊枪枪管上的电磁感应磁环线圈(2)、接收感应能量的电流变换与保护电路(3)、存储电磁感应能量的超级电容(4)、带有焊机参数调节功能按键及指示灯的微控制器编码控制电路(5)、短程微功耗无线发射模块(6)和焊接控制按钮开关(7)构成，以上部件均安装在工程塑料制作的焊枪壳体(8)的内部；另有无线接收模块(9)安装在电焊机手动焊接控制端；
穿过焊枪枪管(1)的电磁感应磁环线圈(2)的端头与接收感应能量的电流变换与保护电路(3)的输入端相并连，电流变换与保护电路(3)输出端与存储电磁感应能量的超级电容(4)相并联；带有焊机参数调节功能按键及指示灯的微控制器编码控制电路(5)与短程微功耗无线发射模块(6)相并联；超级电容(4)的正极通过串联的焊接控制按钮开关(7)连接到带有焊机参数调节功能按键及指示灯的微控制器编码控制电路(5)输入正极，超级电容(4)的负极与微控制器编码控制电路(5)输入负极相连。
2.按照权利要求1所述的一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪，其特征在于，
所述电磁感应磁环线圈(2)，是在罗氏线圈基础上做了改进，内部增加了相同环状结构的高导磁材料环状磁芯，在焊接过程中，流过的脉冲电流穿过电磁感应磁环线圈(2)的线圈感应出足够的电动势作为焊枪遥控电路的供电能量。
3.按照权利要求1所述的一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪，其特征在于，
所述电流变换与保护电路(3)输入端接有高速响应二极管，保证电磁感应磁环线圈(2)输入的脉冲电流为超级电容(4)单向充电储能；电流变换与保护电路(3)有瞬态二极管，避免感应电压过高损坏电路；同时还应有电容和电感，起到缓冲和保护的作用。
4.按照权利要求3所述的一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪，其特征在于，电磁感应磁环线圈(2)的输出正极与电流变换与保护电路(3)中的高速响应二极管的正极相连，高速响应二极管的负极与瞬态二极管的负极、电感的一端相连，电感的另一端依次与一个电容的正极、超级电容(4)的正极相连；电磁感应磁环线圈(2)的输出负极依次与电流变换与保护电路(3)中的瞬态二极管正极、所述电容的负极、超级电容(4)的负极相连。
5.按照权利要求1所述的一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪，其特征在于，所述超级电容(4)是储存能量的装置，根据不同类型的焊机应选取不同参数的超级电容；超级电容(4)在焊接控制按钮开关(7)的控制下为微控制器编码控制电路(5)与无线发射模块(6)供电。
6.按照权利要求1所述的一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪，其特征在于，所述微控制器编码控制电路(5)的输入端有稳压电路，以保证超级电容(4)的初始电压过高时能稳定供电，微控制器编码控制电路(5)的中的按键及指示灯突出在焊枪壳体(8)的手柄上方，在工作时按键可以进行简单遥控操作，指示灯可以指示焊枪工作状态；微控制器编码控制电路(5)接通电源即会通过无线发射模块(6)发送无线遥控信号，用来远程操作电焊机。
7.按照权利要求1所述的一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪，其特征在于，所述无线发射模块(6)应选取超低功耗微型可程控无线发射模块，可以根据微控制器编码控制电路(5)发出的指令发射无线遥控信息。
8.按照权利要求1所述的一种自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪，其特征在于，所述焊接控制按钮开关(7)采用高寿命无锁按动开关，用来控制微控制器编码控制电路(5)和无线发射模块(6)的电源供应；所述焊枪壳体(8)根据内部结构进行定制；所述无线接收模块(9)安装在电焊机内部，用来取代电焊机的有线遥控；无线接收模块(9)对电焊机进行控制输入，同时接受无线发射模块(6)发送的无线遥控信号。
9.权利要求1-8任向阳所述的自动感应取电的手持式无线遥控电焊枪总体工作方法，其特征在于，过程如下：
a.初次使用时需要将焊枪用手动控制方式进行试焊，电磁感应磁环线圈(2)电流经过电流变换与保护电路(3)向超级电容(4)充电；
b.初始充电之后，每次按动焊接控制按钮开关(7)，接通微控制器编码控制电路(5)与短程微功耗无线发射模块(6)电源，向焊机内部的发送一次遥控命令，完成焊接，同时超级电容(4)不断被感应充电，使焊接工作继续进行。
技术总结