SE533612C2 - Tryckluftsdriven motorenhet med en integrerad spänningsalstrande anordning - Google Patents

Description

20 25 30 533 612 slutning till en tryckluftledning, för att tillföra elektrisk kraft till motorenheten. Detta innebär att det i sådana användningsfall måste finnas en spännings- alstrande anordning som är integrerad i själva motoren- heten. Vissa data som är hänförliga till motorenhetens arbetsparametrar eller till motorenhetens status kan överföras till ett pà avstånd placerat system via en tràdlös kommunikationsutrustning innefattande en transceiver anordnad på motorenheten och försörjd med kraft av den integrerade spänningsalstrande anordningen.

Ett alternativ för matning av elektrisk kraft via en kabel skulle vara att förse motorenheten med ett eget batteri. Batterier är dock ganska utrymmeskrävande, och ett batteri med tillräckligt smà dimensioner skulle ha begränsad livslängd och skulle inte heller vara i stånd att tillhandahålla toppströmmar som är stora nog för kraftförsörjning av sensorer och/eller trådlös kommuni- kationsutrustning.

Ett exempel pà tryckluftdrivna motorenheter med ett integrerat spänningsalstrande organ är beskrivet i US- patentet 6 840 723. Denna kända motorenhet utgör en del av en verktygsspindel i en fräsmaskin och innefattar en tryckluftdriven turbin, vars turbinrotor är försedd med en permanentmagnet anordnad att samverka med en fast spole för att bilda en spänningsalstrande anordning.

Storleken pà den spänning som alstras av denna anordning är varvtalsberoende och anordningen används för att aktivera en varvtalsreglerande luftinloppsventil.

Denna kända anordning är ofördelaktig genom att den kräver en särskild utformning av rotorn för montering av magneten och genom att placeringen av spolen är be- gränsad till ett väldefinierat läge i förhållande till motorns rotor. Detta innebär att motorns utformning är i 10 15 20 25 30 533 612 hög grad avhängig av utformningen av den spänningsalst- rande anordningen. En annan olägenhet hos denna kända spänningsalstrande anordning är permanentmagnetens in- stabilitet. Sådana magneter tenderar att förlora kraft med tiden och till följd av slag, vilket gör driften och utspänningen mindre pålitliga. Magneter drar också till sig järnhaltiga partiklar som har en benägenhet att sät- ta igen motorn och försämra motorns drift.

Ett ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla en tryckluftdriven motorenhet som innefattar en rotations- motor med en pulserande avloppsluftström och som har en spänningsalstrande anordning med kompakt och hållbar utformning, varvid den spänningsalstrande anordnngens placering inte är begränsad till ett visst speciellt läge i förhållande till motorns rotor.

Ett annat ändamål med uppfinningen år att tillhanda- hålla en tryckluftdriven motorenhet innefattande en spänningsalstrande anordning som är användbar för detektering av den roterande rörelsen hos motorns rotor och för bestämning av vinkellägen hos motorenhetens rotor, något som är av stor vikt i vissa användningsfall.

Ytterligare ändamål och fördelar med uppfinningen framgår av den härefter följande beskrivningen och av patentkraven.

En föredragen utföringsform av uppfinningen beskrivs utförligt nedan med hänvisning till de bifogade ritning- arna, i vilka: Fig. 1 är en förkortad sidvy, delvis i snitt, av ett motordrivet åtdragningsverktyg som innefattar en motor- enhet enligt uppfinningen.

Fig. 2 är en perspektivvy av en motorenhet enligt upp- finningen. 10 15 20 25 30 533 612 Fig. 3 visar ett längdsnitt genom motorenheten i Fig. 4 är en ändvy av motorenheten i Fig. l sedd baki- Pig. 5 visar ett tvärsnitt längs linjen IV - IV i Fig. 3.

Fig. 6 visar i större skala ett delsnitt genom motorenheten i Fig. 1 till 4.

Den i ritningsfigurerna visade motorenheten bildar en del av av ett med tryckluft drivet àtdragningsverktyg av vinkeltyp, vars hus utgör motorenhetens hus 10. Huset 10 uppvisar en inloppskanal 11 för tryckluft och en utloppsluftkanal 12 för avloppšluft och uppbär en tryck- luftdriven rotationsmotor 13 av lamelltyp. Denna motor innefattar en rotor 16 och en cylinder 17, varvid rotorn 16 har en utgående spindel 18 och fyra glidrörliga lameller 19 för samverkan med cylindern 17. Vidare har motorn 13 en främre gavelvàgg 20 och en bakre gavelvägg 21. Gavelväggarna 20, 21 uppbär två kullager 22, 23, genom vilka rotorn 16 är rotationslagrad. I den bakre gavelväggen 21 finns tvá luftinloppsöppningar 25, 26 för inmatning av tryckluft i cylindern 18 för rotationsdrivning av rotorn 16. Cylindern 17 har en ut- loppsöppning 30 för avloppsluft, vilken står i förbindelse med utloppskanalen 12 för avloppsluft i huset 10 genom vilken avloppsluft leds fràn cylindern 19 till omgivningen.

Det visade motordrivna àtdragningsverktyget är av kon- ventionell typ och har en främre ände med en vinkelväxel och en utgående axel 27 kopplad till motorn 13 via en inte visad transmission. Den bakre änden av átdragningsverktyget uppvisar en anslutning 33 för en tryckluftledning och en luftmatningskanal 28 styrd av en 10 15 20 25 30 533 612 pàdragsventil 29 som manövreras med ett handtag 31.

Eftersom àtdragningsverktyget är av konventionell välkänd typ beskrivs det inte närmare.

Motorenheten innefattar en spänningsberoende anordning i form av en med RF-(radiofrekvens) arbetande trådlös sändare/mottagare 32, med vilken data avseende motorns status, såsom driftstid eller arbetscykler, sänds till en på avstànd belägen processövervakande och/eller -styrande enhet 42. För att mata RF-sändaren 32 med elektrisk spänning har motorenheten försetts med en spänningsalstrande anordning 34 i form av ett tungformigt piezoelektriskt element 35 vilket är an- ordnat att alstra en elektrisk spänning vid upprepade böjrörelser. Det piezoelektriska elementet 35 är place- rat omedelbart utanför utloppsluftöppningen 30 i cylin- dern 17 och strâcker sig i cylinderns 17 axialriktning.

Elementet 35 är vid sin ena ände fast monterat på den bakre gavelväggen 21 medelst en klammer 36, vilken är fäst pà gavelväggen 21 medelst tvâ skruvar 37, 38, medan den motsatta änden av elementet 35 är fri att svänga.

Klammern 36 är företrädesvis gjord av ett elektriskt oledande material, och en elektriskt isolerande platta 40 är placerad mellan elementet 35 och gavelväggen 21 för att den alstrade växelströmmen inte ska överledas från det piezoelektriska elementet 35 till huset 10 och motorenheten.

Typiskt för lamellmotorer är deras pulserande avlopps- luftström, som lämnar cylindern genom avloppsluftöpp- ningen. Tryckpulserna i avloppsluftströmmen används för att aktivera det tungformade elementet 35 i en sväng- ningsrörelse för att därigenom få det att alstra en elektrisk spänning. För att det ska finnas ett rörelse- utrymme för det tungformade elementet 35 finns det en 10 15 20 25 30 533 612 kanal 41 pà utsidan av cylindern 17, varvid elementet 35 är anordnat att svänga ät båda hàllen i förhållande till ett centralt viloläge. Detta viloläge är visat i fig. 2 och 5. Kanalen 41 passar relativt snävt kring det tung- formade elementet 35, vilket medför en förstàrkande ver- kan hos tryckpulserna vid dessas aktivering av det tung- formade elementet 35.

Den dubbelriktade svängningsrörelsen hos det tungfor- made elementet 35 i förhållande till viloläget genererar ' en växelspänning i det piezoelektriska materialet, och en elektrisk krets med ett par trådar 39 är ansluten till elementet 35 för att ta upp den alstrade spänningen och överföra den till RF-sändaren/mottagaren 32. En elektronisk spänningstransformerande krets innehållande exempelvis en likriktare är anordnad att transformera utspänningen från det tungformade elementet 35 till en spänningskarakteristik som lämpar sig för RF- sändaren/mottagaren 32.

Eftersom antalet avloppslufttryckpulser som alstras per rotorvarv är direkt beroende av antalet lameller 19 pà rotorn 16, är det möjligt att beräkna motorns rotationshastighet uttryckt i rotorvarv per tidsenhet som multiplar av antalet pulser per tidsenhet. Med an- vändning av utväxlingsförhàllandet i kraftöverföringen mellan motorns rotor och den utgående axeln i kombina- tion med antalet alstrade tryckpulser är det också möj- ligt att beräkna den rotationsvinkel som har tillryggalagts av rotorn och följaktligen den rotationsvinkel som har tillryggalagts av den utgående axeln. Detta är mycket användbart i motordrivna àtdragningsverktyg, där àtdragningen av skruvförband därmed kunde styras noggrant. 10 15 20 25 533 612 I en del tillämpningar av motorenheter, exempelvis vid tryckluftdrivna àtdragningsverktyg kan momentgivare och/eller vinkelavkännande organ användas, eventuellt i kombination med trådlösa signalöverförande organ. I många fall behövs en tvàvägs datakommunikation, inte endast för inhàmtning av data fràn motorenheten utan också för överföring av driftrelaterad data från en sta- tionär driftstyrningsenhet till motorenheten för att styra átdragningsverktygets arbetsprocess.

Den ovan beskrivna utföringsformen av uppfinningen är beskriven med hänvisning till ett tryckluftdrivet åt- dragningsverktyg, men uppfinningen är pà intet sätt be- gränsad till den tillämpningen. Exempelvis kan en motor- enhet enligt uppfinningen mycket väl komma till använd- ning i processindustrin där installation av elektriska kablar för anslutning av motorenheten till ett process- övervakande och/eller -styrande anordning inte är önskvärd och där istället RF-kommunikation är att föredra. Inte heller är uppfinningen begränsad till just den ovan beskrivna placeringen av det piezoelektriska elementet. Visserligen är tryckpulserna i avloppsluft- strömmen starkast omedelbart utanför utloppsöppningen i cylindern, men andra placeringar i utloppskanalen kan användas för det piezoelektriska elementet. Även andra arrangemang av det piezoelektriska elementet än montering pá cylinderns gavelvägg kan användas.

Claims (6)

10 15 20 25 30 533 612 PATENTKRAV.

1. Tryckluftdriven motorenhet innefattande ett hus (10), en rotationsmotor (13) som alstrar en pulserande utloppsström av avloppsluft, en inloppskanal (11) för tryckluft, en utloppskanal (12) för avloppsluften, ett spänningsberoende organ (32) för förmedling av signaler motsvarande motorns aktuella status och/eller arbetsparametervärden, samt en spänningsalstrande anordning (34) som är ansluten till nämnda spänningsbe- roende organ (32), kännetecknad av att nämnda spännings- alstrande anordning (34) innefattar ett piezoelektriskt element (35) som är beläget i utloppskanalen (12) och anordnat att påverkas av tryckpulserna i motorns (13) pulserande avloppsluftström och därigenom alstra en elektrisk spänning, samt en elektrisk krets (39) ansluten till nämnda piezoelektriska element (35) för överföring av nämnda elektriska spänning till nämnda spänningsberoende organ (32).

2. Motorenhet enligt patentkrav 1, i vilken nämnda piezoelektriska element (35) har formen av en elastiskt böjlig tunga, som vid en ände är stelt fast- gjord i motorn (13) och rörlig med en motsatt fri ände, varvid nämnda tungformade piezoelektriska element (35) aktiveras av tryckpulserna för att svänga ät motsatta håll från ett centralt viloläge för att därigenom alstra en växelspänning.

3. Motorenhet enligt patentkrav 1 eller 2, i vilken rotationsmotorn (13) utgörs av en lamellmotor med en rotor (16), en cylinder (17) och tvâ motsatta gavelväggar (20, 21), varvid nämnda cylinder (17) har en eller flera utloppsöppningar (30) för avloppsluft, 10 15 20 533 612 varvid nämnda piezoelektriska element (35) är beläget direkt mitt emot en av nämnda en eller flera utloppsöppningar (30) för avloppsluft.

4. Motorenhet enligt patentkrav 1, i vilken tryckpulserna hos avloppsluftströmmen är direkt rela- terade till rotationsrörelsen hos motorns rotor (16), varvid växelspänningen som alstras av nämnda piezoelekt- riska element (35) har en frekvens svarande mot fre- kvensen hos tryckpulserna och därmed mot rotations- rörelsen hos motorns rotor (16).

5. Motorenhet enligt patentkrav 4, i vilken en elektronisk driftövervakande enhet (42) är anordnad att via antalet tryckpulser hos avloppsluftströmmen och de àstadkomna spänningsväxlingarna beräkna den rotationsvinkel som har tillryggalagts av motorns rotor (16).

6. Motorenhet enligt patentkrav 4 eller 5, i vilken rotationsmotorn (13) alstrar ett visst antal tryckpulser per rotorvarv, varvid den driftövervakande enheten (42) är anordnad att beräkna rotorhastigheten uttryckt som antalet varv per tidsenhet genom att för varje tidsenhet räkna antalet multiplar av nämnda vissa antal tryckpulser.