РУЧНАЯ МАШИНА С ЩЕТОЧНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2014 года по МПК H02K5/14 H02K7/14 B25F5/00 H01R39/38 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к ручной машине, охарактеризованной в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Ручные электрические машины в настоящее время обычно имеют привод от универсальных электродвигателей, т.е. коллекторных, или щеточных электродвигателей. При этом для обеспечения коммутации электрический ток передается с кабеля на вращающийся во время работы коллектор ротора через щетки. Фиксация щеток в пространстве и их крепление в корпусе осуществляется посредством щеткодержателя. Щеткодержатель имеет прямоугольную обойму, обеспечивающую направленное перемещение прямоугольной щетки в осевом направлении. Он также снабжен пружиной, поджимающей щетку к коллектору. Вследствие трения щетки при ее скольжении по коллектору щетка изнашивается в месте ее контакта и под действием пружины соответственно уменьшению ее длины за счет износа смещается в осевом направлении к коллектору. Благодаря этому ток между коллектором и щеткой сохраняется.

Известные электродвигатели для ручных машин снабжаются двумя щетками и, соответственно, имеют два щеткодержателя, которые могут располагаться в корпусе отдельно друг от друга или могут устанавливаться напротив друг друга на одной несущей пластине, фиксируемой в корпусе.

При этом известны щеткодержатели со штекерными язычками (лапками), обеспечивающими электрический контакт, например, с кабелем щетки, электронным блоком, катушками возбуждения и т.д.

Пружина устанавливается за щеткой, по оси двигателя, или рядом с ней. При этом в большинстве случаев используются спиральные/часовые пружины. В других конструкциях над щеткой в осевом направлении устанавливается нажимная пружина. Это увеличивает конструктивную длину щетки, а за счет радиального выступания крышки системы щеткодержателя - и окружность двигательного корпуса. Если двигательный корпус служит рукояткой, то приходится мириться со связанным с этим ухудшением удобства и безопасности.

Раскрытие изобретения

Преимущество изобретения, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы, заключается в том, что применение нового щеткодержателя позволяет более эффективно использовать конструктивное пространство двигательного корпуса и уменьшить размеры ручной машины, например, выполнить ручную машину с рукояткой уменьшенного диаметра и меньшей длиной.

Кроме того, отверстие для обслуживания, выполненное в двигательном корпусе в месте установки нового щеткодержателя, а также крышка этого отверстия могут быть выполнены относительно малого размера, и к тому же для резьбового крепления крышки может быть расположен резьбовой прилив (гнездо под винт). Чем меньше отверстие для обслуживания, тем прочнее/жестче корпус, в котором выполнено это отверстие и его крышка.

Благодаря тому, что предлагаемый щеткодержатель является отдельным (одинарным) щеткодержателем, который монтируется в машине индивидуально, независимо от других щеткодержателей, и, например, не посажен вместе с другими щеткодержателями на общей несущей пластине, упрощается установка и замена щетки.

При снятой крышке обеспечивается свободный доступ к щеткодержателю, что позволяет, не снимая других компонентов машины, приподнять рычаг пружины, извлечь изношенную щетку и вставить новую щетку. Таким образом, замена щетки, а также замена щеткодержателя становится простой и удобной.

Расположенный по центру резьбовой прилив, необходимый для крепления крышки, закрывающей отверстие для обслуживания, ограничивает конструктивное пространство щеткодержателя. При обычной конструкции щеткодержателя этот резьбовой прилив мешал бы вытянутой назад в осевом направлении пружине и в этом случае был бы нереализуем. Поэтому в соответствии с изобретением пружина установлена на щеткодержателе таким образом, что она расположена рядом с резьбовым приливом, т.е. сбоку от него. При этом центральное положение резьбового прилива на корпусе обеспечивает оптимальное приложение усилий со стороны винта крышки к самой крышке и тем самым придает ручной машине симметричность формы, делая обращение с ручной машиной интуитивно надежным и безопасным.

Для того чтобы пружину можно было поместить рядом с резьбовым приливом, предложено повернуть обойму щеткодержателя вокруг продольной оси, сместив ее на угол а относительно характерного для уровня техники центрального положения, и тем самым обеспечить оптимальное приложение к щетке усилия пружины в течение всего срока эксплуатации щетки. Предлагаемое угловое смещение обоймы вокруг продольной оси позволяет расположить пружину рядом с резьбовым приливом (сбоку от него).

Крме того, расположение обоймы со смещением от центра позволяет сдвинуть штекерные контакты щеткодержателя в двигательном корпусе вверх, ближе к центру у периферии корпуса и дальше вперед в осевом направлении. Благодаря этому конструктивное пространство машины используется более эффективно, а корпус становится короче и легче. Также это позволяет укоротить соединительные электрические провода и сделать их монтаж более легким. При предлагаемом в изобретении выполнении машины по бокам от щеткодержателя рядом с ним в двигательном корпусе имеется два отверстия, через которые при монтаже обмотки возбуждения в заднюю область двигательного корпуса выводятся провода возбуждения.

Если бы обойма щеткодержателя не была смещена в сторону под углом относительно центрального положения, позволяя расположить штекерные контакты ближе к средней линии вверху двигательного корпуса, то для сохранения жесткости, прочности и вибрационных характеристик двигательного корпуса, а значит и всей машины, в двигательный корпус в области щеткодержателя для выполнения отверстия для обслуживания и крышки пришлось бы вносить конструктивные и технологические изменения, сопряженные со значительными дополнительными затратами.

В еще одном варианте щеткодержателя помимо того, что обойма располагается с наклоном (к вертикали), пружина, в частности ее спиральная часть, может быть установлена наклонно относительно обоймы, см. фиг.7. Косое расположение пружины позволяет еще удобнее провести ее мимо резьбового прилива при монтаже щеткодержателя.

Более рациональное использование конструктивного пространства достигается как при наличии отверстия для обслуживания, так и без него. Поскольку благодаря наклонному положению обоймы штекерные контакты расположены еще ближе к центру, ширина щеткодержателя в целом уменьшается. При этом штекерный контакт кабеля щетки находится на расстоянии от обоймы, предпочтительно составляющем 8 мм, достаточном для того, чтобы кабель щетки не угрожал электробезопасности и при его старении и скоплении электропроводящих частиц, см. фиг.8.

Предлагаемое наклонное расположение щетки, или обоймы щеткодержателя, не оказывает влияния на изготовление и сборку ручной машины, поскольку изменение конструкции затрагивает только щеткодержатель. Это изменение заключается лишь в том, что обойма присоединяется к опорной листовой детали, в частности посредством соединения осаживанием, не под прямым углом, как прежде, а наискось. При этом опора пружины щеткодержателя должна быть ориентирована таким образом, чтобы рычаг пружины входил в обойму по центру и по центру давил на щетку в осевом направлении, обеспечивая ее оптимальное, в механическом и электрическом плане, прилегание к коллектору. Тем самым гарантируется надежный электрический контакт при низком трении между щеткой и коллектором.

При сборке ручной машины или при ее ремонте щеткодержатель без затруднений вставляется сверху в машину через отверстие для обслуживания и привинчивается либо фиксируется иным образом, например посредством фиксирующих выступов. Таким образом, щеткодержатель автоматически устанавливается под углом а, не требуя выполнения регулировочных работ.

Благодаря тому, что при осуществлении изобретения двигательный корпус изменяется лишь так, что извлечение двигательного корпуса из формы при его изготовлении происходит под неизменным углом 90°, новый двигательный корпус можно производить без увеличения его стоимости.

Краткое описание чертежей

Ниже приведено подробное описание варианта осуществления изобретения со ссылкой на прилагающиеся к нему чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - предлагаемая в изобретении угловая шлифовальная машина с отверстием для обслуживания и крышкой,

на фиг.2 - угловая шлифовальная машина, изображенная на фиг.1, с открытым отверстием для обслуживания,

на фиг.3 - увеличенный местный вид открытого отверстия для обслуживания, показанного на фиг.2, при взгляде сбоку,

на фиг.4 - вид сверху варианта щеткодержателя при открытом корпусе,

на фиг.5 - вид сзади, соответствующий фиг.4,

на фиг.6 - вид сзади, аналогичный фиг.3, с несколько раз изогнутым кабелем щетки,

на фиг.7 - поперечный разрез двигательного корпуса с коллектором и щеткодержателем в соответствии с фиг.2,

на фиг.8 - еще один вид сбоку на открытое отверстие для обслуживания, соответствующий фиг.2, и

на фиг.9а-9е - шесть ортогональных проекций щеткодержателя как отдельного элемента, а также его вид в перспективе.

Осуществление изобретения

Показанная на фиг.1 в аксонометрии ручная машина выполнена в виде угловой шлифовальной машины и имеет спереди (на чертеже - слева) редукторный корпус 12, изготовленный из металла. Из него параллельно вертикальной оси 20 угловой шлифовальной машины 10 выступает вниз не показанный на чертеже выходной вал для установки шлифовального круга, не показанного на чертеже и ограждаемого защитным кожухом 14. Сзади к редукторному корпусу 12 прифланцован определяющий продольную ось 18 угловой шлифовальной машины 10 двигательный корпус 16, имеющий цилиндрическую конструкцию, т.е. состоящий из трубчатых частей. В нем расположен обычный для ручных машин универсальный электродвигатель, т.е. электрический двигатель 50 (фиг.7) с коллектором 52. Сзади из двигательного корпуса 16 выходит кабель 26 для питания двигателя 50.

Двигательный корпус 16 имеет на своей верхней стороне расположенное по центру отверстие 23 для обслуживания, плотно закрываемое совпадающей с его контуром крышкой 24 (фиг.2), которая притягивается винтом 25 к двигательному корпусу 16, прилегая по контуру к кромкам отверстия. На нижней стороне двигательного корпуса 16 расположена, диаметрально противоположно верхней крышке 24, такая же, но невидимая, крышка 24, предназначенная для уплотнения нижнего отверстия 23 для обслуживания, обеспечивающего доступ ко второму щеткодержателю, так что электропитание двигателя 50 обеспечивается, как обычно, посредством двух щеток, разнесенных на 180°.

На фиг.2 угловая шлифовальная машина 10 изображена при взгляде на нее сверху без крышки 24, т.е. с открытым отверстием 23 для обслуживания, причем на этом чертеже видны элементы конструкции, показанные на фиг.1 и, кроме того, щеткодержатель 28 и резьбовой прилив 32 (гнездо под винт). На нижней стороне двигательного корпуса 16 эти элементы имеются в том же исполнении, и на следующих чертежах они представлены более наглядно.

На фиг.3, где приведен увеличенный местный вид двигательного корпуса 16 при взгляде сбоку с открытым отверстием 23 для обслуживания, соответствующим фиг.2, показан щеткодержатель 28 с расположенной за ним пружиной 30, посаженной на ось 42, сформированную путем штамповки опорной листовой детали 40, см. фиг.9. Пружина 30 своим рычагом, или плечом 31, проходящим вперед параллельно продольной оси 18, входит сверху по центру в обойму 38, которая служит продольной направляющей для щетки, в частности угольной щетки 39. Серьга 36 щеткодержателя 28, отогнутая от этой опорной листовой детали 40, зафиксирована на двигательном корпусе 16 посредством не показанного на чертеже винта или посредством фиксирующего кулачка. Резьбовой прилив 32, выступающий из ребра 33 двигательного корпуса 16 вертикально, или параллельно вертикальной оси 20, служит гнездом для ввинчивания винта 25 крышки, обеспечивающего крепление крышки 24 (фиг.1) на двигательном корпусе 16 с ее прилеганием по контуру к кромкам отверстия для обслуживания и уплотнения этого отверстия. При этом пружина 30 расположена сбоку от резьбового прилива 32 на расстоянии от него. Видны также штекерные язычки, или лапки, 34 с насаженными на них клеммами 35 кабеля 46 щетки (фиг.6).

На фиг.4, где приведен увеличенный вид сверху открытого двигательного корпуса 16 с предлагаемым в изобретении щеткодержателем 28 в одном варианте его выполнения, показано крепление щеткодержателя в двигательном корпусе 16, осуществляемое по центру посредством серьги 36, и смещенная от центра обойма 38 щеткодержателя 28 с косо расположенной пружиной 30, посаженной на ось 42, и рычагом 31 пружины, без щетки и с различимым под щеткодержателем коллектором 52, а также резьбовой прилив 32. Также виден один штекерный язычок 34, являющийся составной частью щеткодержателя 28, с клеммой 35 не показанного на чертеже кабеля щетки.

На фиг.5, где приведен увеличенный вид сзади, соответствующий фиг.3, изображен открытый двигательный корпус 16 с поперечно расположенным ребром 33, на котором находится резьбовой прилив 32 для фиксации крышки 24 (фиг.1). Далее показано расположение щеткодержателя 28, т.е. его центральное крепление в двигательном корпусе 16 посредством серьги 36 и смещенная относительно центра, направленная в вертикальной проекции на продольную ось 18 обойма 38 щеткодержателя 28 с посаженной на ось 42 пружиной 30 и рычагом 31 пружины, без щетки и с различимым под щеткодержателем коллектором 52. Видны также два штекерных язычка 34, являющиеся составными частями щеткодержателя 28, на каждый из которых надета клемма 35 не показанного на чертеже кабеля щетки.

На фиг.6, где приведен увеличенный вид сзади, аналогичный фиг.3, показано, в отличие от фиг.5, отверстие 23 для обслуживания с подключенным к щеткодержателю 28 кабелем 46 щетки, изогнутым несколько раз, и прямым кабелем 47 щетки с клеммами 35; показаны также вставленная в обойму 38 щетка 39 и винт 37 для фиксации щеткодержателя 28 на двигательном корпусе 16.

На фиг.7, где приведен поперечный разрез двигательного корпуса 16 с коллектором 52 и щеткодержателем 28 в соответствии с фиг.2, наглядно показаны расположение обоймы 38 щеткодержателя 28 с ее смещением на определенный угол от вертикальной оси 20 и ее радиальной ориентацией относительно продольной оси 18, поперечная ось 22 двигательного корпуса и штекерные язычки 34, а также винт 37.

На фиг.8 приведен еще один вид сбоку на открытое отверстие для обслуживания, соответствующий фиг.2, где еще раз, под другим углом зрения, показан щеткодержатель 28, представляющий собой листовую конструкцию, а также рассмотренные выше элементы конструкции, которые повторно не обсуждаются.

На фиг.9а-9е, где приведены шесть ортогональных проекций щеткодержателя как отдельного элемента, а также его вид в перспективе, щеткодержатель 28 с пружиной 30 выполнен в виде листовой конструкции, причем опорная листовая деталь 40 вырублена из листа и несколько раз изогнута под углом, и на ней посредством соединения осаживанием закреплен U-образно изогнутый лист обоймы 38.

При этом отогнутые под углом концевые участки опорной листовой детали 40 образуют ось 42 пружины, штекерные язычки 34 и серьгу 36, выполненные за одно целое с опорной листовой деталью.

Щеткодержатель 28 также может быть изготовлен из пластмассы с проложенными в пластмассе электрическими токопроводящими дорожками.

Описанная ручная машина может быть выполнена не только в виде угловой шлифовальной машины, но и в виде дрели, шабера, эксцентриковой шлифовальной машины, лобзиковой пилы и т.д. с корпусом двигателя, выполненным в виде рукоятки, со щеткодержателем, выполненным согласно изобретению, и с отверстием для обслуживания и крышкой или без них.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к ручным электрическим машинам. Предлагаемая ручная электрическая машина (10) имеет продолговатый, в частности служащий рукояткой, двигательный корпус (16), в котором расположен коллекторный электродвигатель (50), причем щетки (39) электродвигателя установлены подпружиненными в щеткодержателе (28) с обоймой (38). Щеткодержатель (28) зафиксирован самостоятельно/отдельно в двигательном корпусе (16), с которым связана система координатных осей, прежде всего продольная (18), вертикальная (20) и поперечная (22) оси. При этом согласно изобретению обойма (38) щеткодержателя (28) расположена со смещением в сторону от вертикальной оси (20) двигательного корпуса (16) на угол примерно 20°, прежде всего ориентирована радиально относительно продольной оси (18). Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в повышении эффективности использования конструктивного пространства двигательного корпуса и уменьшении тем самым размеров ручной электрической машины, а также в упрощении процесса установки и замены щеток в такой ручной электрической машине. 9 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Ручная машина (10), имеющая продолговатый, в частности служащий рукояткой, двигательный корпус (16), в котором расположен коллекторный электродвигатель (50), причем щетки (39) электродвигателя установлены подпружиненными в щеткодержателе (28) с обоймой (38), зафиксированном самостоятельно/отдельно в двигательном корпусе (16), с которым связана система координатных осей, прежде всего продольная (18), вертикальная (20) и поперечная (22) оси, отличающаяся тем, что обойма (38) щеткодержателя (28) расположена со смещением в сторону от вертикальной оси (20) двигательного корпуса (16) на угол примерно 20°, прежде всего ориентирована радиально относительно продольной оси (18).

2. Ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что на двигательном корпусе (16) установлено два одинарных щеткодержателя (28), расположенных диаметрально противоположно друг другу.

3. Ручная машина по п.2, отличающаяся тем, что обе обоймы (38) щеткодержателей (28) расположены со смещением от вертикальной оси (20) на один и тот же угол и в одном и том же направлении.

4. Ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что для подпружинивания щетки (39) служит установленная на щеткодержателе (28) спиральная пружина (30) с рычагом (31), причем образуемая спиральной пружиной (30) средняя плоскость проходит по существу параллельно продольной оси (18).

5. Ручная машина по п.4, отличающаяся тем, что образуемая спиральной пружиной (30) средняя плоскость наклонена в сторону относительно обоймы (38), а спиральная пружина (30) установлена рядом с резьбовым приливом (32).

6. Ручная машина по п.5, отличающаяся тем, что щеткодержатель (28) снабжен, по меньшей мере, одним штекерным язычком (34) для подключения кабеля (46) щетки, причем каждый из штекерных язычков (34) расположен с минимально безопасным электрическим зазором, предпочтительно составляющим 8 мм, от отверстия (23) для обслуживания, от серьги (36), а также от резьбового прилива (32).

7. Ручная машина по п.5, отличающаяся тем, что щеткодержатель (28) имеет штекерные язычки (34), образованные отгибом участков общей плоской опорной листовой детали (40), причем два штекерных язычка проходят в вертикальной плоскости, и один - в горизонтальной плоскости.

8. Ручная машина по п.5, отличающаяся тем, что щеткодержатель (28) имеет полученную путем отгиба участка опорной листовой детали (40) серьгу (36) для фиксации щеткодержателя (28) на двигательном корпусе (16), прежде всего для привинчивания щеткодержателя к двигательному корпусу.

9. Ручная машина по п.5, отличающаяся тем, что резьбовой прилив (32) для фиксации крышки (24), закрывающей отверстие (23) для обслуживания, расположен на верхней стороне двигательного корпуса (16), в частности на ребре (33), по центру и с минимально безопасным электрическим зазором, предпочтительно составляющим 8 мм, от токопроводящих частей щеткодержателя (28).

10. Ручная машина по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что щеткодержатель (28) состоит из металлической листовой детали, прежде всего несколько раз изогнутой под углом опорной листовой детали (40), на которой крепится, в частности посредством соединения осаживанием, обойма (28), выполненная в виде U-образно изогнутого листового элемента.