CN1648466A - 气动工具的涡轮马达 - Google Patents

Abstract

一种气动工具的涡轮马达，由一外壳体、一涡轮转子及一转轴所组成，藉由上述组件的组合，可将高压空气由外壳体的进气口引入，使空气流向顺着涡轮转子的轴体弧面而转成轴流方向以高速冲击径向式涡轮转子的叶片而带转转轴，将空气压力转换为转轴动能进而输出动力，因其高压空气对于叶片的单位作用时间较长且惯性矩力量较大，因此产生的动力及转速相对较高，特别适用于高转速、高负荷的动力性能要求。

Description

气动工具的涡轮马达

技术领域

本发明涉及一种涡轮马达，尤其是指一种以涡轮转子作为能量转换与动力传递机制的气动工具的空气涡轮马达，其将高压空气的压力能输入，经一涡轮转子转换为转轴动能输出，达到气动工具的高输出功率、高能量转换效率及结构简单且紧致(compact design)的要求。

背景技术

将高压空气压力能转换为转轴动力的空气马达目前广泛应用于气动工具，例如空气扳手的应用等。

公知空气扳手的空气马达结构，如图6所示为台湾专利公告第482075号的气动工具的动力调整结构改良，其主要为一气动工具本体a及一调整钮b，其中该气动工具本体a包括：一工具外壳体c、一进气控制装置d、一气动驱动装置e及一马达缸本体f；于工具本体a内形成一容置空间g，并设有与容置空间g连通的进、出风管；该容置空间g用以固设马达缸本体f，并藉由外接的气动动力通过一容置空间g形成气动推力而推动该马达缸本体f内的气动驱动装置e转动，并利用气动驱动装置e所固设的转动头部h行使气动工具的转动加工；又该马达缸本体f包括：一一体成型的穿空的活动阀体i，且该马达缸本体f容设于工具外壳体a的容置空间g内；而该活动阀体i设有顺、逆通槽，且活动阀体i底侧设有一进气孔j。如此结构并藉由一调整钮b穿入活动阀体i内，且同时因为调整钮b的控制，可以调整由进气管进入活动阀体i内的气动介质，使其受控制而进入不同顺、逆通槽，达到藉由推动调整钮b变换不同的对应位置而达到变换气动工具的顺逆转动的功能。

如图7所示为US 2003/0121680 A1的公知空气扳手的剖视图，该图中虚线框围部份的空气马达结构亦见于前述台湾专利公告第482075号中，两者均为同型式的空气马达，显知该种型式的空气马达被广泛地运用于气动工具上。

由上述公知气动工具的空气马达可发现其转子或气动驱动装置关于正、逆转向的控制，均以改变气体流道方向来达成，其用以改变气体流道方向的机构设计甚为复杂，且其转子的驱动方式将高压空气以垂直向输入并冲击转子叶片带转转轴，受困于转子叶片角度设计及材料结构对气压力承受度限制，连带影响输出功率及空气动力特性，因此不适于高负荷及高速旋转的应用。

有鉴于公知设计的缺陷，本发明人从角动量守恒及气体动力学考量，发现利用径向式涡轮转子的特性比惯用的空气马达可获得较大的功率输出及较佳的空气动力效率，且可简化空气流道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种气动工具的涡轮马达，其主要以径向式涡轮转子而设计一涡轮马达，辅以涡轮定子的设置，达到气动工具的高输出功率、高能量转换效率及结构简单且紧致(compact design)的要求。

本发明的技术解决方案是：一种气动工具的涡轮马达，包括：一外壳体，内设一容置空间及进、排气口；及一涡轮转子，设于该外壳体的容置空间内，可受来自进气口的高压空气驱转；及一转轴，穿设于该涡轮转子中心，其一端固设于外壳体后部，另一端则凸伸出外壳体前部作为输出端。

如上所述的气动工具的涡轮马达，所述涡轮转子外环与外壳体内壁之间设一涡轮定子，所述涡轮定子具有复数叶片，所述涡轮定子径向对合于外壳体的进气口位置，涡轮定子外围还可设有一导气涡卷，外壳体的容置空间针对径向式涡轮转子的气流方向，设一外罩及排气道，转轴上结合复数轴承，使该转轴及涡轮转子架空在涡轮转子的外罩内。涡轮定子的复数叶片设计成可改变方向性的机构，如涡轮定子的复数叶片以轴节点连接叶片，叶片可以该轴节点作摆动及转向。

一种气动工具的涡轮马达，包括：一外壳体，内设一容置空间及进、排气口；及一涡轮转子，设于该外壳体的容置空间内，可受来自进气口的高压空气驱转；及一转轴，穿设于该涡轮转子中心，其一端固设于外壳体后部，另一端则凸伸出外壳体前部以为输出端；及一后壳盖，为一设有相切合于涡轮转子及其叶片外形轮廓的壳盖体，装置于外壳体后部，用以将上述组件封闭于内；及一风道切换钮，设于外壳体的进气口位置，可以利用轴动或拨转方式控制来自于进气口对涡轮转子叶片的高压空气吹向，来达成其正、逆转向，还可在外壳体的进气口设置一风道开关，可控制空气进入或关闭状态。

综上所述，本发明与公知结构的功能、手段及效果差异如下：

1.本发明将高压空气由外壳体的进气口引入，并顺着涡轮转子的轴体弧面转成轴流方向以高速冲击涡轮转子的叶片，其高压空气以轴流方向冲击涡轮转子叶片的单位作用时间及惯性矩力量较长。公知空气马达的高压空气与转子叶片呈垂直向冲击，高压空气对其叶片的单位作用时间及惯性矩力量较短，相对地所产生的动力及转速均远甚低于本发明。

2.本发明以涡轮定子的可变角度叶片达到改变高压空气气流方向，进而以控制涡轮转子的正、逆转向，达到简化机构的目的。公知结构则必须透过一连串的复杂机构方能改变其气流方向。

3.本发明的高压空气可透过涡轮定子、导气涡卷达到引流高压空气并能同时冲击径向式涡轮转子上的所有叶片，如此可大幅增加轴功输出。公知结构的高压空气于单位时间内仅撞击其空气涡轮的一片叶片，其轴功输出当然小于本发明。

4.由于空气动力性能佳、轴功输出提升，故可有高转速、高负荷的特性。

附图说明

图1为本发明的气动工具的涡轮马达的剖视图。

图2为本发明的气动工具的涡轮马达的使用涡轮定子的实施例图。

图3为本发明的气动工具的涡轮马达的涡轮定子剖视结构放大图。

图4为本发明的气动工具的涡轮马达的使用导气涡卷、涡轮外罩及涡轮排气道的实施例图。

图5A、5B为本发明的另一实施例图。

图6为公知的气动工具的动力调整结构改良的剖视图。

图7为公知的空气扳手的空气马达结构的剖视图。

附图标号说明：

公知部分

A、转轴室          B、转轴          C、叶片          D、空气流道板

a、气动工具本体    b、调整钮        c、工具外壳体    d、进气控制装置

e、进气驱动装置    f、马达缸本体    g、容置空间      h、转动头部

i、活动阀体        j、进气孔

本发明部分

10、外壳体         11、容置空间     12、进气口       13、排气口

20、涡轮转子       21、叶片         30、转轴         40、涡轮定子

41、定子叶片       42、轴节点       50、轴承         60、外罩

70、导气涡卷       80、后壳盖       90、风道开关     91、风道切换钮

具体实施方式

为了进一步了解本发明所采用的技术手段、组件及其功效，兹结合一具体实施例并配合附图详细说明如下。

如图1所示，本发明的气动工具的涡轮马达包括：一外壳体10，为一具有贯穿轴孔的中空体，其内部设有一容置空间11及高压空气进气口12与排气口13；及一径向式涡轮转子20，设于该外壳体10内的容置空间11内，其轴体上设有复数叶片21，可受来自外壳体10的进气口12的高压空气驱转；及一转轴30，穿设于该涡轮转子20中心，其一端固定于外壳体10后部，另一端则伸出外壳体10前部作为动力输出端。

本发明的工作原理为：高压空气由外壳体10的进气口12引入，其空气流向则顺着涡轮转子20的轴体弧面而转成轴流方向以高速冲击涡轮转子20的叶片21而带动转轴30，将空气压力转换为转轴30动能进而输出动力，因其高压空气以轴流方向冲击涡轮转子20叶片21的单位作用时间及惯性矩力量均远较公知空气马达的转子叶片长且大，因此其所产生的动力及转速亦较高，特别适用于高转速、高负荷的动力性能要求。

如图2所示，为加强其高压空气对涡轮转子20的驱动力，可设一涡轮定子40于该涡轮转子20外环与外壳体10内壁之间，该涡轮定子40设有复数叶片环围于涡轮转子20的叶片21外缘，其叶片设置为径向对合于外壳体10的进气口12位置。当高压空气自外壳体10的进气口12引入后，即透过涡轮定子40叶片的导引，将其空气压力平均地冲击径向式涡轮转子20的叶片21，达到空气动力的提升。

如图3所示，为了更进一步地控制涡轮转子20的正、逆转向，该涡轮定子40的定子叶片41设计成可改变方向性的机构，其于涡轮定子40的环体上依其叶片41数目设以轴节点42连接定子叶片41，定子叶片41可以于该轴节点42作摆动及转向，进而以达到控制高压空气对涡轮转子20的叶片21冲击方向，达到正、逆转向的目的，以此方法，可大为简化公知气动工具的改变空气流道方向的复杂机构。

如图4所示，为了再更进一步加强高压空气对涡轮转子20的驱动力量，可于涡轮定子40外围再设一导气涡卷70，以更进一步控制高压空气的流向，减少紊流，并且更可于外壳体10内的容置空间11，针对于涡轮转子20的气流方向，设一外罩60及涡轮排气道61可将其过程的气动力损失降至最低程度。

另外，转轴30可结合复数轴承50，使该转轴30及涡轮转子20架空在涡轮转子20及外罩60内，以避免转轴30与外罩60产生接触摩擦力，而造成动力传输的损耗。

如图5A、5B所示，为本发明的另一实施例，其主要将上述实施例中原来的外罩60以更切合于涡轮转子20叶片21轮廓外形的后壳盖80取代，及省略涡轮定子40及其定子叶片41的设置，并且增设一风道开关90可控制空气进入或关闭状态，并增设一风道切换钮91，用以控制涡轮转子20的正、逆转向，该风道切换钮91可以利用轴动或拨转方式控制及变更来自于高压空气进气口12对涡轮转子20叶片21的高压空气吹向，来达成其正、逆转的目的。

虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖之范畴。

Claims (11)

1.一种气动工具的涡轮马达，其特征在于，所述气动工具的涡轮马达包括：

一外壳体，内设一容置空间及进、排气口；及

一涡轮转子，设于该外壳体的容置空间内，可受来自进气口的高压空气驱转；及

一转轴，穿设于该涡轮转子中心，其一端固设于外壳体后部，另一端则凸伸出外壳体前部作为输出端。

2.如权利要求1所述的气动工具的涡轮马达，其特征在于：所述涡轮转子外环与外壳体内壁之间设一涡轮定子。

3.如权利要求2所述的气动工具的涡轮马达，其特征在于：所述涡轮定子具有复数叶片。

4.如权利要求2或3所述的气动工具的涡轮马达，其特征在于：所述涡轮定子径向对合于外壳体的进气口位置。

5.如权利要求2所述的气动工具的涡轮马达，其特征在于：所述涡轮定子外围设有一导气涡卷。

6.如权利要求1所述的气动工具的涡轮马达，其特征在于：所述外壳体的容置空间针对径向式涡轮转子的气流方向，设一外罩及排气道。

7.如权利要求1或6所述的气动工具的涡轮马达，其特征在于：所述转轴上结合复数轴承，使该转轴及涡轮转子架空在涡轮转子的外罩内。

8.如权利要求3所述的气动工具的涡轮马达，其特征在于：涡轮定子的复数叶片设计成可改变方向性的机构。

9.如权利要求3或8所述的气动工具的涡轮马达，其特征在于：涡轮定子的复数叶片以轴节点连接叶片，叶片可以该轴节点作摆动及转向。

10.一种气动工具的涡轮马达，其特征在于，所述气动工具的涡轮马达包括：

一外壳体，内设一容置空间及进、排气口；及

一涡轮转子，设于该外壳体的容置空间内，可受来自进气口的高压空气驱转；及

一转轴，穿设于该涡轮转子中心，其一端固设于外壳体后部，另一端则凸伸出外壳体前部以为输出端；及

一后壳盖，为一设有相切合于涡轮转子及其叶片外形轮廓的壳盖体，装置于外壳体后部，用以将上述组件封闭于内；及

一风道切换钮，设于外壳体的进气口位置，可以利用轴动或拨转方式控制来自于进气口对涡轮转子叶片的高压空气吹向，来达成其正、逆转向。

11.如权利要求10所述的气动工具的涡轮马达，其特征在于：在外壳体的进气口设置一风道开关，可控制空气进入或关闭状态。

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