BRPI0809251A2

BRPI0809251A2 - Máquina de lixar elétrica compacta

Info

Publication number: BRPI0809251A2
Application number: BRPI0809251-6A
Authority: BR
Inventors: Caj Nordstroem
Original assignee: Kwh Mirka Ab Oy
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2014-09-09
Also published as: FI20075582L; RU2009138728A; EP2132000B1; EP2132000A2; EP2478998B1; RU2484938C2; JP2014087926A; DE202008018587U1; US20100105287A1; FI129765B; JP2010522088A; WO2008113893A3; ES2664191T3; PL2478998T3; FI20075582A0; EP3385031A2; BRPI0809251B1; ATE553884T1; ES2385765T3; JP5914531B2

Description

"MÁQUINA DE LIXAR ELÉTRICA COMPACTA"

Campo Técnico da Invenção

A presente invenção referei-se a uma máquina de lixar elétrica, manual e compacta, compreendendo uma carcaça externa e um eixo de ferramenta.

Estado da Técnica

As máquinas de lixar elétricas do tipo acima mencionado já são conhecidas, por exemplo, da Patente U.S. No. 0245182. No presente caso, a intenção foi de fabricar uma máquina de lixar relativamente compacta e de baixo perfil, mediante uso de um motor sem escova e tornando grande a proporção entre o diâmetro do motor e sua altura. 0 inconveniente dessa solução é que o diâmetro do motor inevitavelmente se torna grande, portanto, sendo difícil de ser segurado com uma mão. Além disso, uma vez que o diâmetro é grande, se torna desvantajoso produzir um motor hermético com resfriamento somente externamente. Isto é muito desvantajoso pelo fato de que o ar que a máquina de lixar mais freqüentemente usa é cheio de partículas de pó, as quais podem ser eletricamente condutoras e de natureza abrasiva.

Uma vez que as máquinas de lixar elétricas 25 antigas têm sido tão grandes e pesadas, se faz necessário a obtenção de máquinas de lixar especiais, por exemplo, para polimento de paredes. Máquinas desse tipo são anteriormente conhecidas, por exemplo, da Patente U.S. No. 5.239.783 ou Patente EP 727281. Nessas patentes, foi produzida uma 30 máquina de lixar para paredes, movendo o motor para a extremidade longe do braço e, por exemplo, usando um cabo para transmitir energia para o cabeçote de polimento. Desse modo foi alcançado um equilíbrio para a máquina, mas, isso também torna a máquina cara e de difícil fabricação. Nos Estados Unidos e muitos outros mercados, existem regulamentos sobre a quantidade de interferência que pode ser gerada para a rede. Nos Estados Unidos, é aplicado o padrão EM-61000-3-2 com a correção A14. Se uma 5 unidade de controle comutada for feita da maneira mais simples possível mediante retificação da voltagem das linhas de alimentação, conforme mostrado na Figura 5 e, subseqüentemente, tendo um capacitor tão grande que o controle seguinte pode continuamente tomar corrente até que 10 o pulso seguinte se apresente, sendo obtidos componentes harmônicos bastante altos que interferem com a rede elétrica.

Existem dois modos convencionais para solucionar esse problema: um modo passivo, mediante filtração da corrente e voltagem com indutâncias e capacitores e um modo ativo. 0 modo passivo requer espaço, assim como, um volume e peso grandes. 0 modo ativo funciona de tal modo que a voltagem é primeiro comutada com a conhecida topologia de "amplificação de tensão", conforme mostrado na Figura 6, de tal modo que a relação entre a corrente de entrada e a voltagem de entrada corresponde a uma carga resistiva. A voltagem de saída é sempre mais alta que o valor superior da voltagem de entrada. 0 inconveniente desse modo ativo é que a corrente segue através de uma indutância extra (Li) e, além disso, é comutada uma ou mais vezes, pelo fato de que a correção de potência é sempre seguida de uma unidade de controle comutada.

Breve Descrição da Invenção Um objeto da presente invenção é de solucionar as

desvantagens mencionadas acima. A máquina de lixar de acordo com a invenção é caracterizada pelo fato de apresentar um motor de acionamento elétrico sem escova e sem seu eixo próprio, montado de tal modo que o rotor é fixado ao eixo da ferramenta e o estator é posicionado na carcaça externa. Uma máquina de lixar assim construída apresenta uma estrutura compacta, que permite à máquina de lixar ser segurada de forma ergonômica com uma mão. A estrutura compacta possibilita uma maneira de uso e um dispositivo na forma de um braço, que pode ser fixado à máquina de lixar para uma confortável apreensão com duas mãos e uma prolongada faixa de operação para a máquina. Ao mesmo tempo, a invenção possibilita uma estrutura hermética, na qual o ar de resfriamento passa somente por fora do estator, o que, dessa forma, torna a dita estrutura bastante insensível às impurezas do ar de resfriamento. Uma vez que a máquina de lixar também apresenta um baixo perfil, o controle das propriedades de polimento da máquina é satisfatório.

0 tipo de motor usado na invenção é aquele chamado de motor BLDC (Brushless Direct Current - Corrente Contínua sem Escova). Devido ao forte campo magnético dos novos imãs NdFeB, o motor apresenta alta potência por 20 volume e alta eficiência. Graças a essas características, foi possível se produzir um motor suficientemente pequeno para se implementar na presente invenção. Uma solução vantajosa é a utilização de uma versão sem sulcos do motor BLDC. 0 motor sem sulcos apresenta menores perdas de ferro 25 e um preço mais vantajoso, pelo fato de que o núcleo de ferro das pilhas de laminação apresenta uma forma mais simples, sendo mais simples de se realizar o enrolamento. 0 eixo da ferramenta apresenta um elemento sustentador de ferramenta posicionado excentricamente e o rotor do motor 30 de acionamento sem o eixo próprio é fixado ao eixo da ferramenta, e o estator é posicionado na carcaça externa. 0 eixo da ferramenta é disposto para se estender dentro do rotor do motor de acionamento e, portanto, substituir o seu próprio eixo. As ferramentas do estado da técnica possuem um eixo de ferramenta que não apresenta pesos de excentricidade e equilíbrio. A excentricidade é feita com uma parte externa que é fixada ao eixo do motor. A razão 5 para fazer a excentricidade com uma parte externa é que, depois, o rotor pode ser fixado ao eixo de um modo convencional, e os mancais podem ser montados em ambas as extremidades. Essa solução torna o elemento lixador muito menos compacto.

O ar de resfriamento é gerado por um soprador que

é montado no eixo da ferramenta, podendo ser, vantajosamente, integrado na mesma direção vertical que os pesos de equilíbrio do eixo da ferramenta. O mesmo ar de resfriamento que resfria o motor resfria, primeiro, a unidade de controle.

Assim, graças à presente invenção, a máquina de lixar é muito mais leve e mais compacta do que as conhecidas máquinas de lixar elétricas, pelo que as máquinas de lixar especiais, idealizadas para polimento de 20 paredes se tornou completamente desnecessário. Anteriormente, foi necessário produzir o cabeçote de polimento mais leve, mediante movimento do motor para a outra extremidade do braço, mas, com a conseqüência de que se torna necessário a transmissão com um cabo ou eixo. A 25 presente máquina de lixar pode ser fixada à extremidade do braço, de tal modo que seja livremente móvel em uma ou mais direções flexíveis. Uma vez que a máquina de lixar é bastante leve, ela é ainda de fácil manipulação, como são as máquinas de lixar especiais para paredes tendo 30 complicada e dispendiosa transmissão. Se for necessário a extração de pó, é vantajoso se levar a extração para um braço oco.

O controle do motor é realizado eletronicamente, de modo a possibilitar a variação da velocidade de rotação. A unidade de controle é feita de modo a que a velocidade de rotação seja mantida em um determinado nível, independentemente da carga da máquina. A unidade de controle pode, preferivelmente, ser posicionada em conexão 5 com a máquina de lixar. Uma solução preferível é usar controle sem sensores, isto é, controle sem um dispositivo de detecção para determinar a posição do rotor na comutação eletrônica. 0 controle sem sensor normalmente utiliza a voltagem gerada na fase que não é condutora para determinar 10 a posição do rotor.

A posição do rotor na comutação eletrônica pode também ser determinada com base nas correntes geradas nas diferentes fases ou com base na relação entre corrente e voltagem nas fases.

Quando o controle não apresenta sensores, o motor

é mais compacto, pelo fato de que os sensores, mais freqüentemente sensores Hall, tornam o motor consideravelmente maior.

De acordo com uma nova solução preferida para uma 20 unidade de controle comutada, o motor é dimensionado de modo a que a voltagem nominal do motor seja inferior ao do valor superior da voltagem retificada das linhas de alimentação. Quando a corrente é consumida durante aquela parte do ciclo em que a voltagem é superior à voltagem 25 nominal do motor e nenhuma corrente é consumida quando a voltagem é inferior à voltagem nominal do motor, diferentes graus de correção de potência são obtidos, dependendo do quanto inferior é a voltagem nominal. Se o tempo durante o qual a corrente correspondente a uma carga ótima em relação 30 a todo o ciclo for suficientemente longo, os componentes harmônicos gerados de volta para a rede elétrica estarão dentro dos valores permitidos. Quando a voltagem das linhas de alimentação de 230 V for retificada, se obtém um valor de topo de 325 V. Se a voltagem nominal do motor for, por exemplo, de 200 V, existirá um fluxo de corrente de aproximadamente 60% do tempo. A corrente é gerada de modo a que nenhuma corrente circule quando a voltagem retificada das linhas de alimentação for igual à voltagem nominal, a dita corrente aumentando linearmente, de modo a que a corrente seja de 10 A quando a voltagem for de 325 V. Isso proporciona uma potência efetiva de, aproximadamente, 1.100 W. 0 terceiro componente harmônico de corrente é, assim, de 2,4 A, cujo valor está dentro do limite permitido para uma ferramenta manual portátil. Os outros componentes harmônicos também apresentam valores permitidos. Uma vez que o enrolamento do motor forma uma bobina com a autoindutância (Li), a unidade de controle comutada pode, preferivelmente, ser também produzida sem indutâncias externas.

Breve Descrição das Figuras

A seguir, a invenção será descrita em maiores detalhes, fazendo-se referência aos desenhos anexos, nos quais:

- a figura 1 mostra uma vista de topo da máquina de lixar;

- a figura 2 mostra uma vista lateral da máquina de lixar;

- a figura 3 mostra uma seção transversal ao longo da linha A-A;

- a figura 4 mostra uma seção transversal ao longo da linha B-B;

a figura 5 mostra uma extração de eletricidade do controle mostrado no estado da técnica;

- a figura 6 mostra a correção de potência citada pelo estado da técnica;

a figura 7 mostra uma primeira modalidade do novo controle de motor; e

- a figura 8 mostra uma segunda modalidade do controle de motor. Modalidades Preferidas da Invenção

A máquina de lixar mostrada nas figuras 1 a 4 é constituída de uma carcaça (1) envolvendo todas as partes do motor. 0 motor é constituído de um estator (6),

incluindo uma camisa com aletas de resfriamento (12) e um rotor (7). Essas partes são integradas com as partes que mantêm um eixo de ferramenta (2), uma carcaça de mancai em ambas as extremidades (4), (11), de modo a que o rotor (7) seja fixado ao eixo de ferramenta (2). A camisa e as aletas 10 de resfriamento do estator (6) são modeladas, de modo a que um sulco de ar seja gerado, sendo limitado pela camisa, pela carcaça da máquina e pelas aletas de resfriamento. 0 disco de polimento (3) é fixado com liberdade de rotação ao eixo da ferramenta (2) através de um mancai excêntrico (8). 15 O soprador (9), o qual é fixado ao eixo de ferramenta (2), preferivelmente, na mesma altura dos pesos de equilíbrio, suga o ar através do furo (14) . 0 ar resfria a unidade de controle (15) e depois o motor, através das aletas de resfriamento (12). 0 ar é soprado através do furo (5). A 20 coberta (16) coleta o pó do polimento que é sugado de fora, através do disco de polimento (3) e posteriormente enviado para fora, através do tubo de extração (17). O interruptor (13) está em conexão com a unidade de controle e atende aos modos de ligação e desligamento de forma ergonômica. Uma 25 parte macia (18), em volta da camisa, torna o ato de segurar a máquina conveniente. Em outra modalidade, o disco não é livremente rotativo, o disco sendo rotativo com ou sem o movimento do excêntrico, através de uma conexão com o eixo da ferramenta (2).

O rotor é impedido de girar em relação ao eixo

com uma chave tipo meia lua ("woodruff key) , onde o correspondente sulco é mostrado no rotor na figura 4. O rotor pode também ser impedido de girar com outros tipos de chaves ou com chavetas. Os pesos de equilíbrio que são integrados no eixo de ferramenta são tão grandes que o mancai (10) (parte inferior) tem de ser montado antes do rotor ser fixado ao eixo da ferramenta.

Para aumentar a compactação, os mancais (10) e

carcaças de mancais (4), (11) são parcialmente ou inteiramente dispostos no interior do estator (6) ou dos enrolamentos.

Em outra modalidade, a extração de pó também atende ao resfriamento do motor, de modo a que uma parte de ar seja sugada através do motor e aletas de resfriamento, desse modo, o motor é resfriado sem a presença de um dispositivo soprador.

O funcionamento da correção de potência da 15 unidade de controle, em uma primeira modalidade, é descrita na figura 7. A voltagem das linhas de alimentação é retificada e o capacitor seguinte (C2) é tão pequeno que a voltagem acompanha a voltagem retificada. O motor é dimensionado de modo a que a voltagem nominal do motor seja 20 muito inferior ao valor superior da voltagem retificada das linhas de alimentação, em relação à potência necessária que a correção de potência é obtida quando a corrente é consumida durante aquela parte do ciclo em que a voltagem é superior à voltagem nominal do motor e nenhuma corrente é 25 consumida quando a voltagem é inferior à voltagem nominal do motor. A unidade de controle utiliza a bem conhecida topologia de ("redução de tensão"), de modo que a relação entre corrente e voltagem é otimizada, de modo que os menores componentes harmônicos possíveis são gerados e, 30 dessa forma, também a melhor possível correção de potência é obtida naquela parte do ciclo em que a voltagem é superior à voltagem nominal do motor. Se a voltagem for inferior à voltagem nominal, nenhuma energia será levada para o motor. Se o tempo em que a corrente corresponder à carga ótima em relação a todo o ciclo for suficientemente longo em relação à energia necessária, os componentes harmônicos gerados que voltam para a rede elétrica estarão dentro de valores permitidos. Se a auto-indutância (Li) do 5 motor for suficientemente grande, a unidade de controle pode, preferivelmente, ser produzida sem a presença de indutâncias externas. 0 motor mostrado na figura 7 foi simplificado, de modo que somente o interruptor (SWl) é mostrado. Na prática, o controle de fase 3 eletronicamente 10 comutado é diretamente implementado para o motor.

Se a correção de potência obtida não for suficiente, o funcionamento pode ser ainda melhorado de acordo com a modalidade mostrada na figura 8. Aqui, uma indutância externa (Li) e um interruptor extra, de acordo 15 com a topologia de "amplificação de tensão", foram incorporados para implementar a correção de potência, também, durante o tempo em que a voltagem é inferior à voltagem nominal do motor. A conexão é ainda preferível, pelo fato de que a corrente e a voltagem são inferiores do 20 que quando no caso em que a correção de potência deva ser implementada durante todo o ciclo. Acima de tudo, o valor na indutância externa (Li) pode ser mais baixo, pelo fato de que a voltagem é mais baixa quando a comutação é implementada.

A descrição acima e as figuras correlacionadas

são apenas idealizadas para ilustrar uma presente solução para a estrutura de uma máquina de lixar. Assim, a solução não é simplesmente confinada ao acima descrito ou à modalidade descrita nas reivindicações seguintes, sendo que 30 uma pluralidade de variações ou de modalidades alternativas são factíveis dentro da idéia descrita nas reivindicações anexas.

Claims

1. Máquina de lixar manual, compreendendo uma carcaça externa (1) , um eixo de ferramenta (2) e um motor de acionamento elétrico sem escovas, um estator (6), o qual é posicionado na carcaça externa (1) , caracterizada pelo fato de que: - o eixo de ferramenta (2) apresenta um sus tentador de ferramenta posicionado excentricamente; e - o rotor do motor de acionamento, sem eixo próprio, é fixado ao eixo de ferramenta que se estende dentro do rotor do motor de acionamento.

2. Máquina de lixar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o motor sem escova é isento de sulcos.

3. Máquina de lixar, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o disco de polimento (3) é montado excentricamente no eixo de ferramenta (2), dito disco tendo liberdade de rotação.

4. Máquina de lixar, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o disco de polimento (3) possui ou não engrenagem de redução montada no eixo de ferramenta (2) , de modo que é gerado um movimento de rotação.

5. Máquina de lixar, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a unidade de controle do motor é disposta de modo a que a velocidade de rotação seja constante, independentemente da carga presente.

6.Máquina de lixar, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a unidade de controle é uma unidade de controle desprovida de sensor.

7. Máquina de lixar, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a unidade de controle desprovida de sensor é disposta para determinar a posição do rotor na comutação eletrônica, através da voltagem gerada na fase que não é condutora.

8.Máquina de lixar, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a unidade de controle desprovida de sensor é disposta para determinar a posição na comutação eletrônica, através das correntes geradas nas diferentes fases ou através da relação entre corrente e voltagem nas fases.

9.Máquina de lixar, de acordo com as reivindicações 1 a 8, compreendendo uma unidade de controle (15) , onde a voltagem das linhas de alimentação é retificada e o capacitor seguinte (C2) é dimensionado tão pequeno, que quando em uso, a voltagem acompanha a voltagem retificada das linhas de alimentação e, assim, a corrente é consumida da rede durante o tempo em que a voltagem é introduzida, caracterizada pelo fato de que o motor é dimensionado de modo a que a voltagem nominal do motor seja tão mais inferior que o valor superior da voltagem retificada das linhas de alimentação, em relação à potência necessária, que a correção de potência é obtida quando a corrente é consumida durante aquela parte do ciclo em que a voltagem é superior à voltagem nominal do motor e nenhuma corrente é consumida quando a voltagem é inferior à voltagem nominal do motor.

10. Máquina de lixar, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a relação entre corrente e voltagem é otimizada naquela parte do ciclo em que a voltagem é superior à voltagem nominal do motor, de modo que o menor componente harmônico possível é gerado e, assim, também, a melhor correção de potência possível é obtida.

11. Máquina de lixar, de acordo com as reivindicações 9 a 10, caracterizada pelo fato de que o agregado de pó comutado utiliza apenas a indutância própria do motor (11) como componente indutivo na comutação.

12. Máquina de lixar, de acordo com quaisquer reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o motor é resfriado por meio de um soprador (9) , o qual é montado no eixo de ferramenta (2).

13. Máquina de lixar, de acordo com quaisquer reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o ar de resfriamento esfria o estator (6) do motor, mediante circulação através do sulco gerado entre o interior da carcaça externa (1) e o exterior do estator (6).

14. Máquina de lixar, de acordo com quaisquer reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o estator (6) é modelado de tal forma que, ao mesmo tempo, se constitui na carcaça da máquina de lixar.

15. Máquina de lixar, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que o estator (6) apresenta canais de resfriamento embutidos.

16. Máquina de lixar, de acordo com quaisquer reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a estrutura do estator, as carcaças do mancai e os mancais, constituem uma estrutura hermética, na qual o ar de resfriamento passa somente exteriormente ao motor.

17. Método de controle para uma máquina de lixar elétrica, cujo método compreende a retificação da voltagem das linhas de alimentação e o controle do motor comutado, caracterizado pelo fato de que o motor é dimensionado de modo a que a voltagem nominal do motor seja tão mais inferior que o valor superior da voltagem retificada das linhas de alimentação, em relação à potência necessária, que uma suficiente correção de potência é obtida quando a corrente é consumida durante aquela parte do ciclo em que a voltagem é superior à voltagem nominal do motor e nenhuma corrente é consumida quando a voltagem é inferior à voltagem nominal do motor.

18. Método de controle, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a relação entre corrente e voltagem é otimizada naquela parte do ciclo em que a voltagem é superior à voltagem nominal do motor, de modo que o menor componente harmônico possível é gerado e, assim, também, a melhor correção de potência possível é obtida.

19. Máquina de lixar, de acordo com as reivindicações 10 ou 11, caracterizada pelo fato de que a correção de potência é realizada também durante aquele tempo em que em que a voltagem retificada é inferior à voltagem nominal do motor.