PL225041B1 - Elektronarzędzie z silnikiem bezszczotkowym, zwłaszcza ręczna szlifierka kątowa - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektronarzędzie z silnikiem bezszczotkowym, zwłaszcza ręczna szlifierka kątowa.

W tradycyjnie spotykanych narzędziach o napędzie elektrycznym wykorzystywane są silniki elektryczne wyposażone w szczotki, przeważnie węglowe, których zadaniem jest zasilenie uzwojenia wirnika. Na skutek przepływu prądu przez uzwojenie powstaje siła elektrodynamiczna, która powoduje obrót wirnika.

Szczotki oraz komutator stanowią połączenie mechaniczne wirnika oraz stojana silnika elektrycznego, a praca w zapylonych warunkach może być przyczyną znacznego skrócenia czasu eksploatacji silnika wyposażonego w szczotki. Dodatkowo na styku szczotek i komutatora dochodzi często do powstawania iskier, na przykład na skutek zabrudzenia powierzchni stuku, co w wypadku pracy w środowisku wybuchowym prowadzi do istotnego zagrożenia. Zastosowanie silników elektrycznych, w których nie stosuje się szczotek pozwala na wyeliminowanie takich zagrożeń, a dodatkowo podnosi komfort i ekonomikę pracy, gdyż silniki bezszczotkowe pracują ciszej oraz wydajniej.

Silniki bezszczotkowe rozpoczęto stosować w elektronarzędziach stosunkowo niedawno. W urządzeniach akumulatorowych za pioniera w stosowaniu takich rozwiązań uważa się koncern Hitachi. Jak wskazują odnalezione publikacje w prasie specjalistycznej jako pierwszy zastosował on bowiem ten typ silnika w zakrętarce akumulatorowej WH14DBL. Zakrętarka służy głównie do wyk onywania połączeń skręcanych gwintowanych, w których łącznik (wkręt) wyposażony jest w wiertło tzw. pilot, prowadzący i wiercący otwór w łączonych materiałach. Po wykonaniu otworu gwint łączn ika tworzy gwint w materiale, w jaki jest wkręcany. Moc do takiej operacji zapewnia przekładnia pl anetarna, stanowiąca dzięki wbudowanemu sprzęgłu jednocześnie zabezpieczenie przed przeciąż eniem mechanicznym. Przeciążeniom elektrycznym zapobiega układ o handlowej nazwie Multiplex Protetion Circuit, chroni on zarówno silnik, jak też baterię (akumulator) przed przeciążeniem wywołanym nadmiernym obciążeniem narzędzia, nadmiernym rozładowaniem akumulatora, na przykład użytkowaniu mimo jego rozładowania, a także nadmiernym naładowaniem, na przykład po awarii prostownika.

W zależności od umiejscowienia wirnika silniki elektryczne można zróżnicować na takie, w których wirnik zamknięty jest w obudowie (najczęściej pod stojanem) oraz silniki elektryczne z wirnikiem zewnętrznym. Istotą rozwiązań z wirnikami zewnętrznymi jest to, że wirnik obraca się wokół nieruch omego stojana, a nie w jego wnętrzu, jak w silnikach z wirnikami wewnętrznymi, dodatkowo zewnętrzny wirnik stanowić może jednocześnie obudowę całego silnika.

Przykładem mogą być silniki stosowane w napędach optycznych komputerów, w wypadku których istotna jest wysokość silnika, a silnik bezszczotkowy z magnesem stałym daje możliwość znac znego zmniejszenia tego wymiaru.

Taki typ silnika znany jest między innymi z patentu US5453972. Ujawnia on konstrukcję silnika z wielobiegunowym wirnikiem zewnętrznym, jak stosowany jest w optycznych napędach komputerowych. Uzwojenie stojana jest umieszczone bezpośrednio na płytce drukowanej, zawierającej gniazdo, w którym łożyskowany jest wirnik, przy czym wirnik zawiera co najmniej dwa pierścienie z magnesu trwałego, których pole magnetyczne oddziaływuje z polem magnetycznym wytwarzanym przez uzwojenie stojana. Wirnik nie jest osłonięty obudową, gdyż obudowę całego napędu optycznego stanowi obudowa komputera zabezpieczająca użytkownika przed ewentualnymi urazami na skutek dotknięcia pracującego wirnika.

W tradycyjnych elektronarzędziach wirnik osłonięty jest obudową samego urządzenia, a także elementami konstrukcyjnymi silnika - w wypadku tradycyjnych wewnętrznych wirników osłonę stanowi stojan stabilizowany w obudowie urządzenia. Zastosowanie silnika z wirnikiem zewnętrznym wymusza konieczność zastosowania dodatkowej obudowy samego silnika, albo takiego przeprowadzenia osprzętu silnika, by nie był on narażony na uszkodzenie mechaniczne wirnikiem. Dodatkową zaletą stosowania silników elektrycznych z zewnętrznym wirnikiem jest możliwość wykorzystania wirnika do chłodzenia silnika.

W opisie wynalazku US 2004/0017119 ujawniono konstrukcję wkrętarki wyposażonej w bezszczotkowy silnik z wirnikiem wewnętrznym napędzający poprzez przekładnię wyposażoną w sprzęgło. Na osi silnika umieszczony jest wentylator chłodzący wnętrze obudowy narzędzia.

PL 225 041 B1

Także z opisu wynalazku US 2008/0265695 znana jest konstrukcja urządzenia wyposażonego w bezszczotkowy silnik z wewnętrznym wirnikiem. Chłodzenie wnętrza urządzenia odbywa się dzięki zastosowaniu odpowiednio ukształtowanej obudowy z otworami wentylacyjnymi.

Zastosowanie silników bezszczotkowych z wirnikiem zewnętrznym w elektronarzędziach pozwoli na ograniczenie wagi urządzenia, a także na jego wyciszenie. Dodatkowo wzrasta sprawność tego typu elektronarzędzia, a także wydłuża się czas jego eksploatacji.

Dotychczas znane elektryczne silniki bezszczotkowe, jakie znalazły zastosowanie w elektronarzędziach wyposażone były w wewnętrzne wirniki a uzwojenie umieszczone na zewnątrz stojana zas ilane były bezpośrednio z baterii albo akumulatora poprzez zastosowany w obwodzie zasilania włąc znik. Sterowanie prędkością obrotową wirnika odbywa się za pomocą zespolonego z włącznikiem potencjometru. Napięcie zasilania sięga w wypadku narzędzi akumulatorowych 24V, przy czym najczęściej spotykanymi napięciami zasilania są 12 V, 14 V, 18 V. Są to stosunkowo niewielkie napięcia, dla których dobór osprzętu kontrolnego i zabezpieczeń nie sprawia trudności.

Istotna jest także waga końcowa narzędzia, na którą w wypadku urządzeń zasilanych prądem przemiennym ma wpływ waga elementów zabezpieczających i kontrolujących silnik. Wagę tą można redukować stosując lżejsze na przykład bezszczotkowe silniki, a także stosując elektroniczne, a nie transformatorowe układy prostujące dla zasilenia silnika.

Dlatego celowym i uzasadnionym jest wyposażenie elektronarzędzia w bezszczotkowy silnik z wirnikiem zewnętrznym, wraz z elektronicznymi układami kontroli i zabezpieczenia jego pracy. Z uwagi na charakterystykę pracy dla zwiększenia momentu obrotowego silnika celowym jest także zastosowanie bezszczotkowego silnika wyposażonego w wirnik zewnętrzny. Pozwala to na znaczne zwiększenie momentu obrotowego silnika, co przekłada się na większą efektywność pracy silnika oraz większą wydajność pracy urządzenia.

Ręczna szlifierka kątowa według wynalazku zawiera silnik bezszczotkowy z wirnikiem zewnętrznym umieszczony w głowicy roboczej, który posiada nieruchomy, wyposażony w uzwojenie stojan, a uzwojenie zasilane jest prądem trójfazowym poprzez przekształtnik napięcia, współpracujący z regulatorem napięcia. W przypadku zasilania bateryjnego, zasilanie następuje bezpośrednio z baterii lub akumulatora. W wypadku zasilania sieciowego przekształtnik napięcia współpracuje z układem prostującym, korzystnie elektronicznym. Zasilanie uzwojenia - cewek odbywa się prądem trójfazowym o fazach zbliżonych kształtem do trapezu i wzajemnie przesuniętych w fazie, regulowanych regulatorem napięcia z przekształtnikiem, korzystnie elektronicznym.

Korzystnie, układ prostujący ma postać mostka prostowniczego, połączonego z regulatorem napięcia oraz silnikiem. Korzystnie, gdy prostowanie prądu następuje w prostowniku elektronicznym. Korzystnie, gdy regulator zawiera przekształtnik napięcia i układ prostujący, co pozwala na jednoczesne prostowanie prądu zmiennego oraz na wytworzenie prądu trójfazowego o fazach wzajemnie przesuniętych. Wirnik silnika jest wirnikiem zewnętrznym i wyposażony jest w wielobiegunowy magnes trwały. Przy czym korzystnie, gdy siła magnetyczna z jaką oddziaływuje magnes trwały jest wzmacniana przez materiał z jakiego wykonano wirnik zewnętrzny. Wirnik zewnętrzny mocowany jest bezpośrednio na wale silnika, a jego ukształtowanie umożliwia chłodzenie wnętrza silnika. Wał silnika jest łożyskowany w obudowie urządzenia, zwłaszcza ręcznej szlifierki kątowej z silnikiem bezszczotkowym, przy czym jeden z końców wału połączony jest trwale i rozłącznie z przekładnią, korzystnie ze stożkową przekładnią kątową.

Claims (4)

1. Elektronarzędzie z silnikiem bezszczotkowym, zwłaszcza ręczna szlifierka kątowa, zawierająca głowicę, rękojeść, oraz roboczą tarczę zamocowaną na wałku ustawionym poprzecznie do rękojeści, znamienne tym, że mocujący i napędzający wałek roboczy (3) wałek (4), połączony jest z zewnętrznym, obrotowym, wyposażonym w trwałe magnesy (5) wirnikiem (6) bezszczotkowego silnika elektrycznego, którego wewnętrzny, zaopatrzony w cewki (7), stojan (8) przymocowany jest do obudowy głowicy (1) wyposażonej w łożyska (9) i (10) utrzymujące obrotowy wałek (4) oraz łożysko 14 łożyskujące trzpień (3) do mocowania elementu roboczego.

2. Elektronarzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że cewki (7) wewnętrznego stojana (8) pobierają prąd elektryczny o zmiennym napięciu z elektronicznego regulatora (11) znajdującego się w rękojeści (2).

PL 225 041 B1

3. Elektronarzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że elektroniczny regulator (11) zasilany jest z sieci prądu zmiennego poprzez układ prostujący, po uruchomieniu włącznika (12) znajdującego się w rękojeści (2).

4. Elektronarzędzie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienne tym, że w rękojeści (2) zabudowany jest chłodzący i oczyszczający chłodzące medium filtr (13).