CN101918676B - 气体驱动旋转电机、具有气体驱动旋转电机的工具以及调节气体驱动旋转电机的旋转速度的方法 - Google Patents

气体驱动旋转电机、具有气体驱动旋转电机的工具以及调节气体驱动旋转电机的旋转速度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气体驱动旋转电机、一种具有气体驱动旋转电机的工具以及用于调节气体驱动旋转电机的旋转速度的方法。该气体驱动旋转电机包括：外壳(2)；气体驱动旋转构件(1)，其包括转子(3)和转子轴(7、8)，所述转子轴(7、8)承载所述转子并且在支撑于外壳(2)中的第一轴承(5、25)和第二轴承(6)中充当轴颈；和调速器(4)，其用于响应于所述旋转构件的旋转速度而控制压力气体进气量。所述第一轴承(5、25)包括一组滚动元件(12、32)、布置在所述外壳中的外套圈(9、29)和布置在所述旋转构件的轴部分(7)上的内套圈(10、30)，所述一组滚动元件与所述套圈接触，所述滚动元件在所述套圈上滚动。所述电机还包括联接设备(15、35)，该联接设备(15、35)布置为将所述调速器(4)联接至所述第一轴承(5、25)的滚动元件(12、32)，从而将旋转运动从所述滚动元件(12、32)传递至所述调速器(4)。

Description

气体驱动旋转电机、具有气体驱动旋转电机的工具以及调节气体驱动旋转电机的旋转速度的方法
技术领域
本发明涉及一种气体驱动旋转电机、一种具有气体驱动旋转电机的工具以及用于调节气体驱动旋转电机的旋转速度的方法。
背景技术
气体驱动电机(或者称为气动电机)用于具有旋转工具的机器中，例如磨床、铣床、钻床等等。特别地，对于包括建筑、制造、牙科机器、艺术作品等的许多不同的应用，气体驱动旋转电机用于便携式电动工具以及手持式电动工具。
叶片式电机和涡轮电机是气体驱动或气动电机的最常见的类型。在涡轮电机中，旋转速度比在叶片式电机中要高很多。对于这两种类型的电机，都使用了调速器来调节进入电机的空气(或者使用的其它气体)的进气量，从而在空转时将旋转速度限制为一最大值。对于高速涡轮电机而言(例如在磨床中)，能够控制工具的旋转速度(rpm)是特别重要的，因为在研磨应用中，如果在空转时电机速度超过某一安全水准，就会存在研磨盘爆炸或离心碎裂的风险。在操作中，研磨工具以这种方式破裂对于工具附近的操作者和其它人员以及装备而言将会是非常危险的。调速器的目的是在电机速度接近安全水准时限制转子的空气进气量，但是在电机的正常工作速度时允许不受限制的气流通过。如何使得机械调速器在诸如涡轮机的高速电机中正确地工作，这是一个特别的问题。通常也提供了一些种类的超速安全设备或关闭设备。
离心操作并可旋转驱动的调速器或调节器是已知的。在文献US6,179,552中公开了一种用于涡轮电机的调速器(“速度控制单元”)。该调速器包括安装在转子孔中的两个或更多飞摆构件(flyweightmembers)。超速安全设备包括弹性可变形弹簧元件，该弹簧元件布置为通过离心作用而径向弯曲，以打击和释放跳闸元件(trip element)，从而释放气流限制元件。
自从二十世纪六十年代以来，已经在使用另一类型的离心驱动调速器，即在文献DE 1875308U中公开的所谓的球调速器。该调速器包括在圆锥底座中滚动的球状重物。这种调速器也在图1和图2中示出，其具有附图标记4。该调速器通常用于具有相当低旋转速度的叶片式旋转电机。为了将这种调速器用于涡轮电机，在转子和调速器之间必须使用某些类型的齿轮布置，以将旋转速度降低至调速器可以操作的水准。
本发明的目的是提供一种具有气体驱动旋转电机的工具，该气体驱动旋转电机能够容易地连接至离心驱动调速器(例如，已经在市场上存在的调速器)。本发明的另一目的是提供一种用于该关键部件的安全故障设计。
发明内容
本发明的目的是通过根据本专利权利要求1所述的气体驱动旋转电机、根据本专利权利要求7所述的工具以及根据本专利权利要求8所述的方法而实现的。
根据本专利权利要求1，限定了：气体驱动旋转构件，其包括转子和转子轴，所述转子轴承载所述转子并且在支撑于外壳中的第一轴承和第二轴承中充当轴颈；调速器，其用于响应于所述旋转构件的旋转速度而控制压力气体进气量，所述第一轴承包括一组滚动元件、布置在所述外壳中的外套圈和布置在所述旋转构件的轴部分上的内套圈，所述一组滚动元件与所述套圈接触，所述滚动元件在所述套圈上滚动。所述电机进一步包括联接设备，所述联接设备布置为将所述调速器联接至所述第一轴承的滚动元件，从而将旋转运动从所述滚动元件传递至所述调速器。
根据第一实施方案，所述联接设备包括一组销子，所述销子适合于与所述第一轴承的滚动元件接触，从而所述滚动元件的旋转运动被传递至所述联接设备，所述联接设备包括连接装置，用于使其与所述调速器连接，从而所述旋转运动被进一步从所述联接设备传递至所述调速器。
根据第一实施方案的进一步的特征，在所述一组销子中的销子适合于插在所述第一轴承的滚动元件之间，从而也起到用于所述滚动元件的保持器的作用。
根据选择性的第二实施方案，所述第一轴承包括用于滚动元件的保持器设备，所述联接设备包括布置为与所述第一轴承的保持器设备接触的一组销子，从而所述滚动元件的旋转运动通过所述保持器设备而间接地传递至所述联接设备，并且所述联接设备包括连接装置，用于使其与所述调速器连接，从而所述旋转运动被进一步从所述联接设备传递至所述调速器。
根据本发明的另一方面，所述气体驱动旋转电机包括弹簧构件，用于在朝向彼此的方向上对所述外套圈、所述内套圈、所述滚动元件以及所述联接设备的销子进行偏压，从而保证了所述外套圈、所述内套圈、所述滚动元件以及所述联接设备的销子之间的摩擦接触。
在所述弹簧构件的特别实施方案中，所述外套圈是轴向可移动的，所述电机包括弹簧构件，用于在朝向所述联接设备的方向上对所述外套圈进行偏压，从而保证所述外套圈、所述内套圈、所述滚动元件以及所述联接设备的销子之间的摩擦接触。
根据独立权利要求7，限定了一种工具，该工具具有根据限定电机的权利要求的任意一项所述的气体驱动旋转电机，并且其中所述轴具有用于旋转器具的支持构件。
此外，根据独立权利要求8，限定了一种用于调节气体驱动旋转构件的旋转速度的方法，所述旋转构件包括转子和转子轴(7、8)，所述转子轴承载所述转子并且在支撑于外壳中的第一轴承和第二轴承中充当轴颈，所述第一轴承包括一组滚动元件、布置在电机外壳中的外套圈和布置在所述旋转构件的轴部分上的内套圈，所述一组滚动元件与所述套圈接触，所述滚动元件在所述套圈上滚动。所述方法进一步包括将旋转运动从所述一组滚动元件传递至调速器，所述调速器用于响应于所述旋转构件的旋转速度而控制压力气体进气量，从而调节所述电机的旋转速度。
通过本发明，提供了一种气体驱动旋转电机，与现有技术比较，其构造不那么复杂，从而成本较低。其提供了使用离心驱动调速器(例如，之前已知的类型)的可能性，并且其提供了一种用于该关键部件的安全故障设计。
附图说明
通过举例说明的方式，本发明的一个实施方案显示在附图中，其中：
图1示意性地显示了根据本发明的第一实施方案的气体驱动旋转电机，其部分地显示为纵向截面图，
图2示意性地显示了根据本发明的第二实施方案的气体驱动旋转电机，其部分地显示为纵向截面图，
图3以具有切去部分的立体图的形式示意性地显示了用于根据本发明的根据第一实施方案的气体驱动旋转电机的联接设备和轴承，以及
图4以具有切去部分的立体图的形式示意性地显示了用于根据本发明的根据第二实施方案的气体驱动旋转电机的联接设备和轴承。
具体实施方式
在图1中示意性地显示了一种气体驱动或气动旋转电机。该旋转电机包括布置于外壳2中的旋转构件1。压力气体(例如空气)通过压力气体入口41供给至外壳，旋转构件被供给的压力气体驱动而旋转。在所示的例子中，该旋转电机是具有转子3的涡轮电机，但本发明并不限于涡轮电机，例如该电机也可以是叶片式电机。此外，该电机包括用于调节进入旋转构件的压力气体的进气量的可旋转调速器4以及联接设备15。如前面所述，该调速器可以是之前已知的类型，具有能够移动进入压力气体入口41的可移动部分。
旋转构件1包括转子3和转子轴7、8，所述转子轴7、8承载所述转子并且通过两个滚珠轴承5、6在外壳2中充当轴颈。在这种连接中，应该提到，在附图中，外壳被显示为具有两个部分，即对于轴承而言的外部2a和内部2b。应该理解的是，这些部分以及用于外壳之内的供给的压力气体的通道16可以在本发明的范围之内以多种方式进行配置。为了简化起见，在本发明的说明书中仅仅参考作为整体的外壳2。
接下来，旋转构件具有两个轴向延伸轴部分7、8。第一轴承5安装在旋转构件的第一后轴部分7上，第二轴承6安装在旋转构件的第二前轴部分8上，其还构成了突出的电机轴，在该电机轴上具有用于旋转器具(即小齿轮或某种工具承载设备)的支持构件42。每一滚珠轴承包括外套圈9和内套圈10以及一组滚动元件12，在图1中仅仅显示了形成第一后轴承5的一部分的那些滚动元件。第一轴承5的内套圈10固定在后轴部分7上，或者可以与其整体形成。外套圈9是轴向可移动的，但是布置在外壳2中的沟槽中的外套圈和外壳之间的橡胶(或其它合适的弹性摩擦材料)的环状摩擦设备13防止外套圈9转动。此外，在外套圈9和外壳2之间具有弹簧构件14，在轴向方向上工作。通过该弹簧14，轴向可移动的外套圈9受到方向向后的偏压，即朝向联接设备的偏压，从而保证了在使用过程中外套圈9、内套圈10和滚动元件12之间的摩擦接触以及这些部件之间的固定接触角度。
联接设备15是可旋转的，并且布置为将旋转构件1的旋转运动传递至调速器4。联接设备包括适合于连接至合适的调速器4的可旋转轴40的后部18。它进一步包括前部19，该前部19包括在轴向方向上向前突出的一组销子11。销子的数量等于第一轴承5的滚动元件12的数量，销子11适合于与滚动元件接触，从而起到承载销子的作用。从而，滚动元件的旋转传递至联接设备，并且从联接设备传递至调速器4。在图1和图3所示的第一实施方案中，销子11适合于插在每一个滚动元件12之间，从而销子也起到用于滚动元件的保持器的作用。因此，轴承不具有任何保持器。由于滚动元件12围绕电机的轴线旋转，其旋转次数大约是旋转构件1的旋转次数的一半，所以滚动元件12基本上起到行星摩擦齿轮的行星轮的作用。其结果是，联接设备5和连接的调速器4也会比电机轴8旋转得慢得多。通过这种旋转次数的减少，从而可以使用之前已知的简单的球调速器。
通过在也起到保持器的作用的联接设备上提供销子11，获得了额外的安全功能。如果由于某种原因，或者直接通过滚动元件和轴部分7之间的摩擦力，或者间接通过使得轴承布置或电机本身被卡住，使得调速器4停止运行并且停止旋转，销子11会停止轴旋转。如果销子11磨损了，滚动元件12就会失去它们的位置并且失去将轴保持在合适位置的能力。由于横向齿轮力和不平衡力的存在，轴会承受这种位移，即旋转部分会立即与定子部分发生干扰并产生故障。其积极效果在于，如果调速器停止运行则电机不会超速。如图1中所示，旋转联接设备通过合适的轴承20、21支撑在外壳2中。
可以对上述第一实施方案进行修改使其适合于滚珠轴承，在滚珠轴承中滚动元件紧密地装在一起，它们之间不具有销子能够插入并用作保持器的任何空间。对于这种轴承，联接设备的销子会更短，以与滚动元件接触，类似于下文中关于第二实施方案的描述。同样类似于该实施方案，这会导致不能获得安全功能。
作为图1和图3中所示实施方案的一种选择性形式，在图2和图4中显示了第二实施方案。在图2中，仅仅只有联接设备35和第一轴承25与第一实施方案不同，电机的其余部分是相同的，因而具有相同的附图标记。根据该第二实施方案，第一轴承25包括外套圈29和内套圈30、一组滚动元件32以及用于滚动元件的保持器设备36。保持器设备可以是包括第一部分37和第二部分38的常规类型，滚动元件在第一部分37和第二部分38之间被支持在合适的位置，如图4中所示。然后，联接设备的销子31比第一实施方案中短，并且仅仅适合于与原始保持器设备接触，其本身并不用作保持器。通过这种选择性实施方案，获得了行星齿轮的效果，但不会获得上文描述的安全功能。在第一实施方案中，联接设备35将会将滚动元件32的旋转运动传递至调速器4。
在所示的实施方案中，第一轴承被显示为滚珠轴承。然而，本发明不限于滚珠轴承，因为其它轴承也同样是可能的，例如滚柱轴承。
一般地，本发明不应该被考虑为限于所示的例子，本领域技术人员会容易地认识到，在权利要求的范围内的进一步的修改方式也是可能的。

Claims (8)

1.一种气体驱动旋转电机，包括：外壳(2)；气体驱动旋转构件(1)，其包括转子(3)和转子轴(7、8)，所述转子轴(7、8)承载所述转子并且在支撑于外壳(2)中的第一轴承(5、25)和第二轴承(6)中充当轴颈；调速器(4)，其用于响应于所述旋转构件的旋转速度而控制压力气体进气量，所述第一轴承(5、25)包括一组滚动元件(12；32)、布置在所述外壳中的外套圈(9；29)和布置在所述旋转构件(1)的轴部分(7)上的内套圈(10；30)，所述一组滚动元件(12；32)与所述外套圈(9；29)和所述内套圈(10；30)接触，所述滚动元件在所述外套圈(9；29)和所述内套圈(10；30)上滚动，
其特征在于，所述电机具有联接设备(15；35)，所述联接设备包括一组销子(11；31)，这组销子适于将所述滚动元件(12)的旋转运动传递至所述联接设备(15；35)，并且，所述联接设备进一步包括连接装置(18)，用于使其与所述调速器(4)连接，从而所述旋转运动被进一步从所述联接设备(15)传递至所述调速器(4)。
2.根据权利要求1所述的气体驱动旋转电机，其特征在于，所述联接设备(15)的所述一组销子(11)适合于与所述第一轴承(5)的滚动元件(12)接触，从而所述滚动元件(12)的旋转运动被传递至所述联接设备(15)，并且，所述联接设备包括连接装置(18)，用于使其与所述调速器(4)连接，从而所述旋转运动被进一步从所述联接设备(15)传递至所述调速器(4)。
3.根据权利要求2所述的气体驱动旋转电机，其特征在于，在所述一组销子中的销子(11)适合于插在所述第一轴承(5)的滚动元件(12)之间，从而也起到用于所述滚动元件的保持器的作用。
4.根据权利要求1所述的气体驱动旋转电机，其特征在于，所述第一轴承(25)包括用于滚动元件(32)的保持器设备(36)，所述联接设备(35)包括布置为与所述第一轴承(25)的保持器设备(36)接触的一组销子(31)，从而所述滚动元件(32)的旋转运动通过所述保持器设备(36)而间接地传递至所述联接设备(35)，并且，所述联接设备(35)包括连接装置(18)，用于使其与所述调速器(4)连接，从而所述旋转运动被进一步从所述联接设备(35)传递至所述调速器(4)。
5.根据权利要求1-4的任一项所述的气体驱动旋转电机，其特征在于，其包括弹簧构件(14)，用于在朝向彼此的方向上对所述外套圈(9；29)、所述内套圈(10；30)、所述滚动元件(12；32)以及所述联接设备(15；35)的销子(11；31)进行偏压，从而保证了所述外套圈(9；29)、所述内套圈(10；30)、所述滚动元件(12；32)以及所述联接设备的销子(11；31)之间的摩擦接触。
6.根据权利要求5所述的气体驱动旋转电机，其特征在于，所述外套圈(9；29)能够轴向移动，并且，所述电机包括弹簧构件(14)，用于在朝向所述联接设备(15；35)的方向上对所述外套圈(9；29)进行偏压，从而保证所述外套圈(9；29)、所述内套圈(10；30)、所述滚动元件(12；32)以及所述联接设备的销子(11；31)之间的摩擦接触。
7.一种工具，具有根据权利要求1-6的任一项所述的气体驱动旋转电机，其中所述轴(8)具有用于旋转器具的支持构件(47)。
8.一种用于调节气体驱动旋转电机的旋转速度的方法，所述电机包括气体驱动旋转构件(1)，所述旋转构件(1)包括转子(3)和转子轴(7、8)，所述转子轴(7、8)承载所述转子并且在支撑于外壳(2)中的第一轴承(5、25)和第二轴承(6)中充当轴颈，所述第一轴承(5、25)包括一组滚动元件(12；32)、布置在电机外壳中的外套圈(9；29)和布置在所述旋转构件(1)的轴部分(7)上的内套圈(10；20)，所述一组滚动元件与所述外套圈(9；29)和所述内套圈(10；20)接触，所述滚动元件在所述外套圈(9；29)和所述内套圈(10；20)上滚动，其特征在于以下步骤：
-使联接设备(15；35)设置有一组销子(11；31)，
-使所述销子(11；31)适于将所述滚动元件(12；32)的旋转运动传递至所述联接设备(15；35)，
-通过连接装置(18)使所述联接设备(15；35)与所述调速器(4)连接，所述调速器(4)用于响应于所述旋转构件的旋转速度而控制压力气体进气量，从而调节所述电机的旋转速度。
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