CN101035965B - 用于手持式或主轴安装式气动工具的高转矩双室涡轮转子 - Google Patents

Abstract

一种用于研磨和抛光的轻质手持式工具的高转矩涡轮转子，具有包括由公用壳壁分开的两个分离的高压气室的转子，每个气室具有切向于转子外周的外周空气喷嘴。转子外壳轻质并且增加了转矩，而总体上不增加工具外壳的整体尺寸和重量。

Description

用于手持式或主轴安装式气动工具的高转矩双室涡轮转子

技术领域

本发明涉及适于研磨和抛光的气动、手持式或主轴安装式轻质工具，且更具体地，涉及用于由气动反作用式涡轮驱动的轻质研磨工具的涡轮转子。该涡轮转子产生用以驱动轴的高转矩，而不显著增加研磨工具的尺寸和重量。

背景技术

在现有技术中，轻质气动工具已经用于例如研磨、抛光、金属或塑料表面处理、雕刻、钻孔和修边的多项功能。工具的变化包括手持式和机器主轴安装式装置。手持式工具通常包括狭窄的圆柱形外壳，该外壳包括封闭转子和传动轴的柄部，该传动轴像铅笔或钢笔一样被夹持。与可比较的重得多的电机工具相比，轻质气动研磨工具可以手持更长时间而对用户无害。

现有技术的气动工具使用叶片式液压马达或者反作用式转子。本发明不采用叶片式马达而是使用反作用式转子。反作用式转子从转子外围切向排出高压、高速空气以获得转矩。转子与其中的主传动轴连接。

具有与本发明相同的受让人的美国专利第5,566,770号，提供了一种由单室转子驱动的相对轻质的倾斜的主轴。同样具有与本发明相同的受让人的美国专利第4,776,752号，示教了一种相对轻质并且包括高速调速器的单室涡轮转子。

尽管当前的涡轮转子中提供的转矩对于轻质且紧凑的研磨和抛光工具是足够的，但在某些研磨和抛光应用中希望有更高的转矩。然而，加大工具转子(且因此加大外壳)以增加转矩，会显著地增加工具外壳的重量、尺寸和体积，并因此降低工具的手持、轻质的优势。

本发明显著提高了转子驱动的气动工具的转矩，而没有伴随工具的重量、尺寸或者操作或制造的复杂性的增加。事实上，通过减小工具的直径能够增加转矩。例如，直径大约一英寸的转子在每分钟50,000转(“RPM”)时可提供大约0.2马力，而采用本发明，直径仅3/4英寸的转子在50,000RPM时提供大约0.3马力。除了增加功率外，本发明还提供了更加细长的工具外形。此外，与具有可比尺寸和材料的单转子相比，本发明也降低了使转子空转所必须的压力，从对一英寸单转子的每分钟三立方英尺降至对3/4英寸双转子的每分钟两立方英尺。

本发明使用包括具有双高压空气接收室的单一、紧凑本体的转子，该双高压空气接收室共用公用壁以减小尺寸和重量从而增加转矩。两个转子本体室都具有产生转矩以转动转子的切向排气喷嘴。本发明还可包括双自动调速器而不增加复杂性。

因为工具由活动臂支撑，所以在主轴安装部件中也期望轻质工具。

发明内容

一种高转矩涡轮转子，安装在手持式或主轴安装式气动工具的狭窄外壳内的传动轴上。转子本体具有螺纹中心孔，其容纳并固定连接螺纹传动轴。刚性传动轴部分中空并且具有两对用作转子本体的高压空气入口的开口，高压空气在转子本体上提供用于转动传动轴的推动力。用于研磨的研磨器部件固定到传动轴的一端。传动轴的另一端连接到柔性空气软管或者高压气源上。

圆柱形转子本体具有刚性圆柱形外壁和内部中心壁，该中心壁将转子本体分成两个单独的隔室，具有敞开的前部和敞开的后部。圆柱形转子本体具有第一环形室、第二环形室和公用内壁。前壁和后壁与转子的圆柱形壁连接，形成两个分离的空气接收室。

转子前壁、后壁和内壁各自具有螺纹孔，用以连接螺纹传动轴。转子的圆柱形本体和前壁、内壁及后壁提供了转子内的两个分离的室，第一环形室和第二环形室。转子的圆柱形壁具有多个战略性隔开的切向通道，以向外引导高压内部空气，从而在转子上并因此在轴上产生转矩。

在优选实施例中，转子本体中的每个转子室接收来自传动轴入口的高压气体。各转子本体室具有圆柱形的内部形状，并且包括四个分离的切向空气通道，从外围切向排出高压空气，从而在从两个室排出空气时产生反作用力。每个室的内部周壁具有从狭窄部分到较厚部分的四个楔形部分，较厚部分容纳四个切向排气通道。外壳的切向排气通道围绕环形室以大致90度隔开。在优选实施例中，具有由公用内壁分隔的两个分离的室，每个室具有四个外围且切向的分离的排气通道。因此，对于每个转子本体具有八个分离的排气通道。使用八个分离通道极大地提高了单转子的转矩。

在优选实施例中，每个转子本体室(第一室和第二室)包括限制转子和因此轴的总体RPM的调速器，如美国专利第4,776,752号中所述。’752专利中所述的调速器和每个室包括环形穿孔挡栅和装配在环形穿孔挡栅内部的弹性O形圈。转子室壁包括用于保持环形穿孔挡栅的环形槽。当转子的RPM增加时，弹性O形圈在离心力的作用下向外膨胀，弹性接合环形穿孔挡栅，从而切断从进气口到外围排气喷嘴的加压空气，以调整力的量并因此调整转子的RPM。

存在多种类型的可用涡轮转子。然而，为了增加在当前转子中获得的转矩的量，涡轮转子外壳将必须增大，导致更大的外壳、增加的重量和可能的振动、涡轮部件的颤动和增加的磨损以及操作者的疲劳。

本发明的目的在于提供一种轻质气动研磨工具，其能够在加载时维持恒定的旋转速度而不产生不必要的振动，其还提供了增加的转矩同时保持狭窄的工具外壳，以便在使用过程中舒适地把握。

本发明的目的还在于提供一种轻质研磨工具，其具有以较小的尺寸和重量产生高转矩的反作用式转子。

本发明的另一目的在于提供一种用于如前述工具的传动轴的涡轮转子，其相对轻质、紧凑并且和现有技术相比产生显著增加的转矩。

根据这些和下文中将变得明显的其它目标，现在将具体参照附图对本发明进行描述。

附图说明

图1A是本发明的优选实施例的分解透视图。

图1B是本发明的可选实施例的侧视图。

图2是本发明的优选实施例的横截面侧视图。

图3A是优选发明的透视图。

图3B是优选发明的横截面侧视图。

图4是优选实施例的部分分解截面透视图。

图5是可选实施例的透视图。

图6是本发明的可选实施例的侧视图。

具体实施方式

现在参照附图，具体地图1A至图4，涡轮转子总体上表示为10。图1B中示出了封闭转子、轴和轴承的、手持的伸长的工具外壳。涡轮转子10用于如图1B中所示的手持式或主轴安装式工具中，适于如研磨和抛光工作。

涡轮转子本体10优选地具有两个分离的内部高压空气接收室(第一室和第二室)，由前壁12、中间内壁14和后壁16形成。转子本体10大致为圆柱形。前壁12和后壁16可以是相同的。前壁12、内壁14和后壁16摩擦装配在一起并且大致是气密的。例如，前壁12和后壁16各自具有接合并延伸到中间壁14的室壁外周边缘上的圆周凸缘。在优选实施例中，前壁12和后壁16压配合在中间壁14上。然而，前壁12和后壁16与内壁14也可粘接在一起，或者由其它如金属夹的等效元件可释放地或者永久地连接在一起。

前壁12包括中心螺纹孔18。在优选实施例中，如图2、4和5中所示，孔18被加工螺纹以配合传动轴60上的螺纹。传动轴60包括中空开口，用作高压空气进入转子本体10的室以推动转子本体10的入口。可考虑与传动轴60连接的其它形式，可释放的和永久性的，例如与传动轴60粘接、焊接或者摩擦接合。前壁12和后壁16可由塑料、金属制成，或者由其它可大致气密的适合的轻质、刚性材料制成。当转子本体与轴接合时，在转子上产生的转矩被传递到轴，引起轴旋转。

公用内壁14也可由塑料、金属或者其它适合的材料制成。内壁14包括螺纹中心孔44，用以配合工具的传动轴60上的螺纹。

优选实施例中的转子本体10包括在每个转子外壳室内的、如’752专利中所述的调速器。优选地，调速器包括在内壁14的前表面48上的第一环形室区域20。从第一环形室20的外部52延伸有至少一个第一弓形室24。如图1至4中所示，在优选实施例中，设置有四(4)个第一弓形室24，其从第一环形室20的外部52延伸到内壁14的周壁56。弓形室24向第一周向开口58开放。

第一弹性O形阀环32安装在第一环形室20中，用以调节和限制从第一环形室20到第一弓形室24的空气流。从第一O形阀环32向外延伸的是环形第一穿孔挡栅22。当高压空气(大约90psi)被引入转子本体10中，并且转子速度达到预定的每分钟转数时，O形阀环32变形压在穿孔挡栅22上，从而限制气流并降低转子的RPM。

如图3中所示，转子本体10包括在内壁14的后表面50上的第二环形室26。从第二环形室26的外部54延伸有至少一个第二弓形室30。在优选实施例中，设置有四(4)个第二弓形室30(相隔90度)，其从第二环形室26的外部54延伸到转子本体10的周壁56。第二弓形室30向第二周向开口62开放。如图1和2中所示，第一弓形室24和第二弓形室30对齐，同样第一周向开口58和第二周向开口62对齐。空气通道开口58、62与圆柱形转子本体10方向相切，并切向排出高压空气以提供用以旋转转子本体10的力。然而，开口58、62的对齐对于本发明的运转并不是必要的。

第二环形室26同样包含第二弹性O形阀环34，用以调节和限制从第二环形室26到第二弓形室30的空气流。从第二O形阀环34径向向外设置的是环形第二穿孔挡栅28。因此，当空气被引入涡轮转子10中，并且转子达到预定的RPM速度时，第二弹性阀环34随转子的旋转而变形压在穿孔挡栅28上，从而限制气流并使转子减速。

O形阀环32、34通常具有弹性并且由橡胶制成。整个涡轮转子10(除O形阀环之外)可由硬质塑料材料制成。涡轮转子10的轴承不需要润滑。穿孔挡栅22、28可由塑料、金属或者其它适合的材料制成。而且穿孔挡栅22、28可与内壁14一体制成，或者可释放地或永久地连接到内壁14的前表面48和后表面50上。穿孔挡栅22、28可以是如图1中所示的类似栅栏的结构。然而，也可考虑等效的结构。

同样在优选实施例中，设置有前壁12中的凹槽36和内壁14的前表面中的相应凹槽40，使得第一穿孔挡栅22在涡轮转子本体10中适当地校准。类似地，设置有后壁16中的凹槽38和内壁14的后表面50中的相应凹槽42，使得第二穿孔挡栅28在涡轮转子本体10中适当地校准。也可使用单个凹槽以适当地校准穿孔挡栅。

在运转中，涡轮转子10的优选实施例工作如下。加压空气(大约90psi)从传动抽60进入涡轮转子10的前壁12、内壁14和后壁16中的中心孔18、44和46中。加压空气进入第一和第二环形室20、26，并且围绕第一和第二O形阀环32、34流动，经过第一和第二穿孔挡栅22、28进入第一和第二弓形室24、30。然后空气在压力作用下被强制从弓形室24、30流经内壁14的周壁56中的周向开口58、62。这些圆周开口起切向喷嘴的作用，提供气流产生扭转力以转动涡轮。空气的反作用力引起涡轮转子10转动。

优选实施例包括在各驱动室中的、如美国专利第4,776,752中所述的每分钟转数(“RPM”)调速器。由离心力导致的O形阀环32、34压在穿孔挡栅22、28上的弹性变形迫使涡轮10以预定的、基本恒定的速度旋转。当涡轮转子10以高RPM速度旋转时，第一和第二O形阀环32、34变形，压靠在第一和第二穿孔挡栅22、28的孔眼上。O形阀环32、34的变形限制气流穿过挡栅22、28上的孔眼，从而降低了旋转力。最后达到平衡，由此实现了涡轮转子10的恒定旋转速度。

与现有技术的转子的转矩相比，本发明中的涡轮转子10的转矩得以大大增加。例如，在与两个叠置的涡轮转子相比时，本发明提供了更低的重量、振动、颤动和空气流通、及更少的可能磨损的活动部件。

图5和图6示出了本发明的可选实施例。如图5和6中所示，转子的外壳变窄，以获得更轻的重量及转矩的进一步提高。

具有多个环形室和多个弓形室的涡轮转子10的设计，与现有技术的空气涡轮相比，提供了增加的转矩而不显著增加主轴装置的重量。此外，与单个涡轮转子相互上下叠置的情况相比，其具有较低的振动。在可选实施例中还可考虑，在第一和第二室之间可形成另外的环形室和弓形室。这些额外的室可具有如这里所述的O形阀环和穿孔挡栅，用于调节RPM。此外，尽管本发明被描述为使用空气工作，然而对于其它应用也可考虑其它气体。

这里以认为是最实用和最优选的实施例示出和描述了本发明。然而，可以认识到的是，可在本发明的范围内对其做出更改，并且本领域的技术人员可做出这些明显的更改。

Claims (31)

1.一种用于手持式或主轴安装式气动工具的高转矩涡轮转子，包括：

具有可连接到高压气源的入口的转子本体，包括：

第一环形室；

第二环形室；和

公用内壁，其中所述第一环形室和所述第二环形室由所述公用内壁分离；

所述转子本体为圆柱形，并且包括与所述第一环形室和所述第二环形室流体连通的多个切向外周喷嘴，用于喷出高压空气以旋转所述转子本体；

所述公用内壁包括中心孔，用于容纳并连接传动轴。

2.如权利要求1所述的高转矩涡轮转子，还包括：

在所述第一环形室和所述第二环形室中的每分钟转数(RPM)调速器。

3.如权利要求2所述的高转矩涡轮转子，其中所述每分钟转数(RPM)调速器包括：

前壁；

至少一个从每个环形室的外部延伸的弓形室；

在每个环形室内的O形阀环；

在每个环形室内从O形阀环向外延伸的环形穿孔挡栅；和

后壁。

4.如权利要求3所述的高转矩涡轮转子，其中每个环形穿孔挡栅与所述高转矩涡轮转子的所述转子本体成为一体。

5.如权利要求1所述的高转矩涡轮转子，其中从每个环形室向外延伸出四个弓形室。

6.如权利要求3所述的高转矩涡轮转子，其中所述前壁和所述公用内壁的前内表面开槽，用以装配第一环形穿孔挡栅，并且所述后壁和所述公用内壁的后内表面开槽，用以装配第二环形穿孔挡栅。

7.如权利要求3所述的高转矩涡轮转子，其中所述O形阀环是弹性橡胶。

8.如权利要求3所述的高转矩涡轮转子，其中所述公用内壁包括：

设置在所述第一和第二环形室和所述至少一个从每个环形室的外部延伸的弓形室之间的一个或多个附加的环形室和附加的弓形室，设置在每个附加的环形室内、并从附加的O形阀环径向向外设置的附加的环形穿孔挡栅，以及从所述附加的环形穿孔挡栅径向向内设置的所述附加的O形阀环。

9.如权利要求1所述的高转矩涡轮转子，其中所述公用内壁包括狭窄的腰部。

10.如权利要求3所述的高转矩涡轮转子，其中所述转子本体和每分钟转数(RPM)调速器除所述O形阀环以外由塑料制成。

11.如权利要求3所述的高转矩涡轮转子，其中所述前壁和所述后壁可释放地连接到所述公用内壁。

12.如权利要求11所述的高转矩涡轮转子，其中所述前壁和所述后壁通过摩擦力连接到所述公用内壁。

13.如权利要求1所述的高转矩涡轮转子，其中和所述第一环形室连通的所述多个切向外周喷嘴与和所述第二环形室连通的所述多个切向外周喷嘴对齐。

14.一种高转矩涡轮转子的转子本体，包括：

包括中心孔的转子本体，并且

所述转子本体具有圆柱形外壁和中央内壁；

前表面，包括终止于至少一个第一弓形室的至少一个第一环形室，所述至少一个第一弓形室终止于至少一个第一圆周开口；和

后表面，包括终止于至少一个第二弓形室的至少一个第二环形室，所述至少一个第二弓形室终止于至少一个第二圆周开口，所述中央内壁将所述第一环形室与所述第二环形室分开；

所述第一环形室具有用于装配第一穿孔挡栅的第一槽，并且所述第二环形室具有用于装配第二穿孔挡栅的第二槽。

15.如权利要求14所述的转子本体，还包括：

所述第一穿孔挡栅；

所述第二穿孔挡栅；

第一O形阀环，其设置在所述第一穿孔挡栅和所述中心孔之间；和

第二O形阀环，其设置在所述第二穿孔挡栅和所述中心孔之间。

16.一种手持式气动工具，包括：

高转矩涡轮转子本体，其围绕主轴周向设置，其中所述涡轮转子本体包括：

前壁和后壁，其适于与内壁装配，各自包括：

中心孔；

所述内壁，其适于与所述前壁和所述后壁装配，所述内壁包括：

至少两个环形室，所述内壁将所述至少两个环形室分开；

至少一个弓形室，其从每个环形室的外部向外延伸；

每个环形室内的O形阀环；

环形穿孔挡栅，其在每个环形室内从所述O形阀环径向向外设置；和

中心孔。

17.一种手持式气动工具，包括：

具有外壁和旋转轴线的高转矩涡轮转子，用于安装所述高转矩涡轮转子、以在传动轴上围绕所述旋转轴线旋转的装置，所述高转矩涡轮转子具有内壁和被所述内壁分开的至少两个高压空气接收室，用于引导加压空气进入所述至少两个高压空气接收室的装置，所述高转矩涡轮转子具有在每个高压空气接收室中的空气通道，所述空气通道终止于所述高转矩涡轮转子的所述外壁中的切向喷嘴，所述喷嘴引导加压流体从其中喷出，以使所述高转矩涡轮转子旋转。

18.如权利要求17所述的手持式气动工具，还包括在每个高压空气接收室内设置的弹性密封装置和穿孔挡栅装置；

所述弹性密封装置在离心力的作用下可向外移动，以限制加压流体流经穿孔挡栅装置，从而直至所述弹性密封装置在离心力的作用下已向外移动，并限制加压流体流经所述穿孔挡栅装置为止，允许加压流体的流动不受所述弹性密封装置的限制。

19.一种用于手持式或主轴安装式气动工具的高转矩涡轮转子，其包括：

用于通过圆柱形本体产生转矩的装置，所述圆柱形本体具有可连接到高压气源的入口，所述装置包括：

第一环形室；

用于在所述第一环形室中产生转矩的装置；

第二环形室；

用于在所述第二环形室中产生转矩的装置；

用于引导加压空气进入所述第一环形室和所述第二环形室的装置；

将所述第一环形室与所述第二环形室分离的装置；和

将所述通过圆柱形本体产生转矩的装置与轴连接的装置。

20.如权利要求19所述的高转矩涡轮转子，其中所述高转矩涡轮转子还包括用于调节所述高转矩涡轮转子的每分钟转数的装置，其设置在所述第一环形室和所述第二环形室内。

21.一种用于手持式或主轴安装式气动工具的高转矩涡轮转子，其包括：

可连接到高压气源的入口；

第一环形室；

与所述第一环形室连通的多个第一切向外周喷嘴；

第二环形室；

与所述第二环形室连通的多个第二切向外周喷嘴；和

公用内壁，其包括用于容纳并连接到传动轴的中心孔，其中所述第一环形室和所述第二环形室由所述公用内壁分离。

22.如权利要求21所述的高转矩涡轮转子，还包括在所述第一环形室中的第一每分钟转数(RPM)调速器和在所述第二环形室中的第二每分钟转数(RPM)调速器。

23.如权利要求22所述的高转矩涡轮转子，其中所述第一和第二每分钟转数(RPM)调速器各自包括：

至少一个从每个环形室的外部向外延伸的弓形室；

在每个环形室内的O形阀环；和

在每个环形室内从所述O形阀环向外延伸的环形穿孔挡栅。

24.如权利要求23所述的高转矩涡轮转子，其中每个环形穿孔挡栅与所述转子本体成为一体。

25.如权利要求21所述的高转矩涡轮转子，其中从每个环形室向外延伸出四个弓形室。

26.如权利要求21所述的高转矩涡轮转子，还包括：

与所述公用内壁相邻的前壁；和

与所述公用内壁相邻的后壁；其中

所述前壁和所述公用内壁的前内表面开槽，用以装配第一环形穿孔挡栅，并且所述后壁和所述公用内壁的后内表面开槽，用以装配第二环形穿孔挡栅。

27.如权利要求23所述的高转矩涡轮转子，其中所述O形阀环由弹性橡胶制成。

28.如权利要求23所述的高转矩涡轮转子，其中所述转子本体和每分钟转数(RPM)调速器除所述O形阀环以外由塑料制成。

29.如权利要求26所述的高转矩涡轮转子，其中所述前壁和所述后壁可释放地连接到所述公用内壁。

30.如权利要求29所述的高转矩涡轮转子，其中所述前壁和所述后壁通过摩擦力连接到所述公用内壁。

31.如权利要求21所述的高转矩涡轮转子，其中所述多个第一切向外周喷嘴与所述多个第二切向外周喷嘴对齐。

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