CN107756335A - 永磁式交直两用射钉枪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种永磁式交直两用射钉枪，其结构特点在于：主要由定子和动子两部分组成，定子铁芯共由四个凸极组成；四个凸极上分别绕四个线圈，四个线圈分别串联成两个绕组，两绕组并联后与电源串联连接；操作手柄(8)上安装有电源开关(12)、手动开关(7)和钉仓夹(10)等元件；动子部分由永磁体(6a)、非铁磁质长方体驱动轴(6b)、冲针(6c)和弹簧(5)组成。技术特征在于：冲针的冲击力由三种不同性质的作用力组成，一是电流在凸极上产生的磁场与永磁体的磁场之间的相互排斥力、二是永磁体的磁场吸引铁磁质凸极的吸引力、再就是弹簧的弹力；由于本发明合理利用了永磁体的磁场对铁磁质产生吸引力的属性，并且将该吸引力转化为冲针的冲击力，所以具有良好的节能效果。

Description

永磁式交直两用射钉枪

技术领域

本发明涉及电动射钉枪领域，具体涉及一种永磁式交直两用射钉枪、也可以说是一种永磁式交直两用射钉枪的设计方法。

背景技术

在建筑装潢、日常生活中，电动射钉枪产品已趋于系列化，正向着使用方便、节能、安全可靠的方向发展。目前所使用的电动射钉枪从驱动原理来看，有多种结构及驱动形式。其中一种的设计采用将电机的旋转运动通过复杂的机械机构变为驱动轴及冲针的直线往复运动，从而完成冲击射钉工作；还有一种常用的电动射钉枪，则是靠线圈绕组电流产生的磁场吸引驱动轴上的衔铁来完成射钉，冲钉产生的冲击力完全来自磁场吸引铁磁质的吸引力。以上两种电动射钉枪其结构复杂、节能效果差、故障率较高。为此设计发明了永磁式交直两用射钉枪，以克服以上所述的缺点、满足目前日趋繁荣的家庭装修业的需求。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种永磁式交直两用射钉枪，其结构形式参见附图。本发明主要由定子和动子两部大分组成。其中，定子铁芯共由四个铁磁质凸极(3a、3b、3c、3d)组成，四个凸极上分别绕四个线圈(4a、4b、4c、4d)；定子壳体分别由铁磁质方管形主体壳体1a、非铁磁质下端盖1b和上端盖1c组成；定子上的操作手柄8上面安装有电源开关12、手动开关7和钉仓夹10等元件。动子部分由永磁体6a、非铁磁质长方体驱动轴6b、冲针6c和弹簧5组成。其中弹簧5在驱动轴运动的方向具有可调性。定子下侧的两个凸极(3a和3d)上绕的两个线圈(4a和4d)串联为一组绕组、上侧的两个凸极(3b和3c)上绕的两个线圈(4b和4c)串联为一组绕组，两组线圈绕组并联连接且分别通过手动开关7与直流电源11形成串联电路。

永磁式交直两用射钉枪的工作原理

如附图1所示，当开启电源开关(12)、还没有操作开关(7)时，下侧的一组绕组接通电源(11)，上侧的一组绕组断开电源，此时下侧左端凸极(3a)的极面面向永磁体(6a)的一侧显示为S极，右侧凸极(3d)的极面面向永磁体(6a)的一侧显示为N极，冲针进入上升程序。此时永磁体6a的两个磁极极面分别与凸极3a和3d的极面相对应，其中永磁体6a的左侧极面显示为S极、右侧极面显示为N极；弹簧5处于自然状态。根据磁场具有的相同磁极磁场相互排斥的属性，此时动子在磁场斥力的作用下向上运动；再根据永磁体磁场吸引铁磁质物体的属性，此时永磁体6a吸引上侧的两个铁磁质凸极3b和3c，同样动子在吸引力的作用下向上运动；同时弹簧5被压缩。当动子运行到永磁体6a的两个磁极极面分别与凸极3b和3c的极面相对应时，动子停止向上运动、驱动轴及冲针处于待射钉状态。

如附图3所示，当操作手动开关(7)时，下侧的一组绕组断开电源(11)，上侧的一组绕组接通电源(11)，此时上侧左边的凸极(3b)极面面向永磁体(6a)的一侧显示为S极，右边的凸极(3c)极面面向永磁体(6a)的一侧显示为N极，冲针进入冲钉程序。此时动子永磁体6a的两个磁极极面分别与凸极3a和3d的极面相对应，其中永磁体6a的磁极极性不变；弹簧5处于压缩状态。根据磁场具有的相同磁极磁场相互排斥的属性，此时动子在磁场斥力的作用下向下运动；同时弹簧5回复自然状态，动子在弹簧5弹力的作用下向下运动；再根据永磁体磁场吸引铁磁质物体的属性，此时永磁体6a吸引铁磁质凸极3a和3d，同样动子在永磁体磁场引力的作用下也向下运动。当动子运行到永磁体6a的两个磁极极面分别与凸极3a和3d的极面相对应时，动子停止向下运动、冲针完成射钉工作。

当停止操作手动开关(7)，冲针再回到待冲钉状态。以上操作程序为本发明完成一个射钉周期。重复上述的操作程序，可实现永磁式交直两用射钉枪连续射钉。附图中，永磁体6a其几何形状为长方体，中间设有方孔6aa与驱动轴配合安装。附图中的空心箭头表示动子运动的方向。

本发明所述的定子凸极是用薄硅钢片叠压而成、永磁体是用稀土材料烧结而成。从物质的磁性来说，以上两种材质的元件都属于铁磁质，只是定子凸极是软磁物质、永磁体6a是硬磁物质。所以，在解析本发明所述的永磁式交直两用射钉枪的技术性能和特性时，均可用铁磁质的磁畴理论来分析。

以上所述的定子凸极其材质是能被磁体吸引的铁磁质材料，由铁磁质的磁畴理论，在一定的条件下铁磁质定子凸极可变为不被磁体吸引的顺磁质。对于任何铁磁质来说，各有一特定的温度，当铁磁质的温度高于这一温度(称之为居里点)时，铁磁性完全消失而成为普通的顺磁质。本发明所述的铁磁质凸极由被永磁体6a吸引变为与永磁体既不吸引也不相斥、再变为与永磁体相互排斥，不是因温度造成的而是绕在凸极上的线圈电流产生的。如附图1所示，当本发明没有接通电源时，由于永磁体6a吸引下侧的两个凸极(3a和3d)，并且磁场通过铁磁质壳体1a形成闭合回路。所以，永磁体6a及驱动轴处于相对静止状态。当线圈4a和4d组成的一组绕组接通电源时，凸极3a和3d逐渐由被永磁体6a吸引、逐步变为不被永磁体6a吸引、再进一步变为具有磁性并且与永磁体6a的两个磁极磁场相互排斥。该过程是由于绕在两凸极上的线圈电流逐渐增强而出现的结果。在该过程中，当两凸极既不被永磁体6a吸引也不相互斥的瞬间，两铁磁质凸极(3a和3d)相当于变为不被永磁体吸引的顺磁质。根据永磁体的磁场吸引铁磁质的属性，在这个瞬时点开始，永磁体6a必定吸引上端的两个铁磁质凸极3b和3c，该吸引力产生驱动轴及冲针向上的作用力；随着电流的增大，凸极3a和3d逐渐变为具有磁性的磁极，该磁极磁场与永磁体6a的磁场产生相互排斥力也使驱动轴及冲针向上运动。同样，以此理论分析附图3所示的冲针向下冲击射钉过程，就不难得出本发明的冲针的驱动力，一是来自电流在凸极上产生的磁场与永磁体磁极磁场相互排斥力、二是来自永磁体6a吸引铁磁质凸极的吸引力。

以上所述，从本发明的驱动原理上看，其节能效果明显，这是因为射钉时利用了永磁体吸引铁磁质凸极的吸引力。但所质疑的是：永磁体6a安装在驱动轴上，而射钉枪的工作特征是将冲钉冲击到木板内，这必然产生很大的振动力，也就是说振动力是否会因永磁体退磁而影响永磁体的使用寿命；再者，尽管永磁式交直两用射钉枪有两组绕组，且在射钉时两绕组交替接通电源、电流较小，但仍然会在连续射钉时产生热量，该热量必然使永磁体的温度上升。也就是振动力和温度都不同程度的造成永磁体6a的退磁现象出现，从而影响本发明的使用寿命。从磁畴理论上分析，振动或温度都是造成永磁体退磁的因素之一，对于某永磁体当加热到一定的温度点时永磁体会出现失磁现象，所以每一型号的永磁体都有一个工作温度上限值(一般小于等于80度)；但是到目前为止，振动力对永磁体退磁作用却没有确切、定量的实验数据。实际上永磁体失磁的原因很复杂，主要由材料本身性能、环境温度、机械等多种因素有关。总之，永磁体失磁的原因是多方面的，可能一种因素，也可能是多种因素。对于本发明来说一是采用的永磁体6a为烧结型稀土材料，用该材质及加工工艺设计制造的永磁体有很好的稳定性。第二是，假如永磁体6a出现严重地退磁现象，解决的方法可以利用对永磁体充磁的方法来解决。如附图1所示，当接通直流电源、闭合电源开关12时，凸极4a的极面显示为S极、凸极4d的极面显示为N极，两凸极的磁极磁场与永磁体6a磁极的磁场相斥。如果改变接通直流电源的正负极，那么两凸极的磁极磁场便于永磁体6a的磁极磁场变为相吸，对于永磁体6a来讲此过程便是充磁的过程。所以，本发明所使用的永磁体6a当改变接通直流电源的正负极，即可实现对永磁体充磁。总之，不会因永磁体出现的退磁现象而影响本发明的使用效果。

综上所述，从本发明的工作原理看：永磁式交直两用射钉枪射钉时，冲针的冲击力由三种不同性质的作用力组成，一是电流在凸极上产生的磁场与永磁体磁场之间的相互排斥力、二是永磁体的磁场吸引铁磁质凸极的吸引力、再就是弹簧的弹力。此技术方案合理地利用了永磁磁场吸引铁磁质的吸引力，并且将该吸引力变为射钉枪冲针的冲击力，从而实现节约电能的目的。从结构上：尽管本发明设计有双线圈绕组，但没有复杂的控制系统及机械传动机构。所以，与传统的电动射钉枪相比其结构简单故障率低、冲击力大、节能效果明显。所说的结构简单故障率低是指，本发明没有较为复杂的控制电子元件或者复杂的机械机构、从而减去了这些元件和机构出现故障的可能；所说的节能效果明显在于：本发明合理利用了永磁体的磁场对铁磁质产生吸引力的属性，并且将该吸引力转化为动子冲针的冲击力；所说的冲击力大是指传统的电动射钉枪的驱动力只是电磁场吸引衔铁产生的冲击力，而本发明所述的冲击力是指动子复位时的动能(作用力)先储存在弹簧上，当射钉时再将该弹簧的弹力变为冲针的冲击力。所以与传统的电动射钉枪比较，在消耗相同电能的情况下，本发明所述的永磁式交直两用射钉枪其冲针的冲击力大、绕组电流小、节能效果好。

附图说明

附图1表示永磁式交直两用射钉枪在动子静态时的基本结构和工作原理示意图。

附图2表示附图1沿A-A方向的剖视示意图。

附图3表示永磁式交直两用射钉枪在待射钉状态时的结构和工作原理示意图。

附图4表示永磁式交直两用射钉枪线圈绕组的线路示意图。

<1a>定子主壳体，<1b>非铁磁质下端盖，<1c>非铁磁质上端盖，<2a>、<2b>分别表示驱动轴的上下定位板，<3a>、3b>、3c>、<3d>表示铁磁质凸极，<4a>、<4b>、<4c>、<4d>表示绕在凸极上的线圈，<5>压缩弹簧，<6a>长方体永磁体，<6aa>永磁体中间定位孔，<6b>长方体驱动轴，<6c>冲针，<7>手动开关，<8>手柄，<9>电源线，<10>钉仓夹，<11>直流电源，<12>电源开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

在永磁式交直两用射钉枪的结构中，定子结构中所述的铁磁质凸极是用薄硅钢片叠压而成；上下两个定位板<2a>、<2b>上安装有滑套及减振垫，定位板和滑套是用非铁磁质加工而成；定子主壳体<1a>是用软铁磁质材料加工而成，其几何形状为方管形状；定子主壳体<1a>同时也是定子凸极及永磁体磁路的一部分；上壳体<1c>和下壳体<1b>是用密度较小的非铁磁质加工而成。转子结构中所述的永磁体6a可以为整体结构形式，其中间设有与长方体驱动轴6b相配合的方孔<6aa>，也可以设计为两块独立的永磁体组合而成；永磁体6a为烧结型稀土材料。长方体驱动轴由非铁磁质材料加工而成。

所述的长方体驱动轴，主要作用是确保动子永磁体6a与定子凸极之间的气隙均匀、防止动子与定子之间出现接触性摩擦而造成凸极或永磁体的损伤，防止永磁体沿圆心转动。如果采用圆柱形驱动轴，则必须沿轴向设计有定位键槽机构及导向键，靠导向键实现防止动子永磁体沿径向摆动。所以驱动轴的形状既可设计成用长方体结构形式，也可以设计成圆柱形加导向键槽的结构形式。

所述的直流电源11，即可用蓄电池所提供的直流电源、也可以用单相交流电源经变压、整流后的直流电源。正因为如此，本发明才称之为永磁式交直两用射钉枪。另外，采用直流电源(锂电池)可设计制造便携式永磁式射钉枪，在野外没有交流电源的情况下使用；还可以单独设计成单相交流电源经变压、整流后的直流电源永磁式射钉枪。

所述的四个铁磁质凸极<4a>、<4b>、<4c>、<4d>的几何形状及尺寸相同；所述的永磁体6a的几何尺寸在驱动轴的轴向大于凸极在驱动轴的轴向上的长度。

Claims (5)

1.本发明提供了一种永磁式交直两用射钉枪，其结构特征在于：主要由定子和动子两部大分组成；其中，定子铁芯共由四个铁磁质凸极(3a、3b、3c、3d)组成，四个凸极上分别绕四个线圈(4a、4b、4c、4d)；定子壳体分别由铁磁质方管形主体壳体(1a)、非铁磁质下端盖(1b)和非铁磁质上端盖(1c)组成；定子上的操作手柄(8)上面安装有电源开关(12)、手动开关(7)和钉仓夹(10)等元件；动子部分由永磁体(6a)、非铁磁质长方体驱动轴(6b)、冲针(6c)和弹簧(5)组成，其中弹簧(5)在驱动轴运动的方向具有可调性；定子下侧的两个凸极(3a和3d)上绕的两个线圈(4a和4d)串联为一组绕组、上侧的两个凸极(3b和3c)上绕的两个线圈(4b和4c)串联为一组绕组，两组线圈绕组并联连接且分别通过手动开关(7)与直流电源(11)形成串联电路；冲针的驱动特征在于：当开启电源开关(12)、还没有操作手动开关(7)时，下侧的一组绕组接通电源(11)，上侧的一组绕组断开电源，此时下侧左端凸极(3a)的极面面向永磁体(6a)的一侧显示为S极，右侧凸极(3d)的极面面向永磁体(6a)的一侧显示为N极；此时冲针在磁场斥力的作用下向上运动、永磁体(6a)吸引上侧的两个铁磁质凸极(3b和3c)同样动子在吸引力的作用下也向上运动、同时弹簧(5)被压缩，冲针进入上升程序；当操作手动开关(7)时，下侧的一组绕组断开电源(11)，上侧的一组绕组接通电源，此时上侧左边的凸极(3b)极面面向永磁体(6a)的一侧显示为S极，右边的凸极(3c)极面面向永磁体(6a)的一侧显示为N极；此时冲针在磁场斥力的作用下向下运动、冲针在弹簧(5)弹力的作用下也向下运动、永磁体(6a)吸引铁磁质凸极(3a和3d)同样冲针在永磁体磁场引力的作用下也向下运动，冲针进入冲钉程序；当停止操作手动开关(7)，冲针再回到上升程序；冲针的驱动冲击力由三种不同性质的作用力组成，一是电流在凸极上产生的磁场与永磁体磁场之间的相互排斥力，二是永磁体的磁场吸引铁磁质凸极的吸引力，再就是弹簧的弹力。

2.根据权利要求1所述的非铁磁质长方形驱动轴(6b)，既可设计成用长方体结构形式，也可以设计成圆柱形加导向键槽的结构形式。

3.根据权利要求1所述所述的直流电源(11)，即可用蓄电池所提供的直流电源、也可以用单相交流电源经变压、整流后的直流电源。

4.根据权利要求1所述的永磁体(6a)，既可以用整体结构形式，也可以设计为两块独立的永磁体组合而成。

5.根据权利要求1所述的永磁体(6a)，为烧结型稀土材料。