РУЧНАЯ МАШИНА С ЩЕТОЧНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДВИГАТЕЛЕМ (ВАРИАНТЫ)
HAND-HELD MACHINE WITH BRUSH COMMUTATED ELECTRIC MOTOR (VERSIONS)

Настоящее изобретение относится к вариантам ручной машины, охарактеризованным в ограничительной части пунктов 1 и 10 формулы изобретения.
В настоящее время электрические ручные машины в большинстве случаев приводятся в действие универсальными, т.е. коллекторными или щеточными, электрическими двигателями. При этом на коллектор ротора через две щетки, расположенные в щеткодержателях, передается ток, например от сети через сетевой шнур или от аккумуляторных батарей. Благодаря этому ротор вращается, обеспечивая рабочее движение ручной машины.
Щеточные электрические двигатели обычно встраивают в ручные машины таким образом, что коллектор располагается у их заднего конца, тогда как обращенный к переднему концу вал ротора образует спереди выходной (приводной) вал либо входит там в зацепление с передаточным механизмом ручной машины и приводит в движение выходной вал опосредованно. С коллектором у заднего конца пространственно сопряжены щеткодержатели со щетками, зафиксированные на двигательном корпусе.
В щеткодержателях имеется прямоугольная обойма, обеспечивающая направленное перемещение щетки в осевом направлении. Установленная на щеткодержателе пружина поджимает щетку в обойме к коллектору. Вследствие трения щетки о коллектор она истирается и под действием пружины в осевом направлении смещается в направлении коллектора в соответствии с уменьшением длины в результате износа. Благодаря этому ток между коллектором и щеткой сохраняется вплоть до окончательного износа щетки, обеспечивая движение рабочего органа ручной машины.
Пружины известных щеткодержателей, например щеткодержателя, известного из SU 1252848 A1, расположены, относительно оси двигателя, сзади щетки или сбоку рядом с ней, причем конструктивный объем между лобовыми частями обмотки остается полностью неиспользованным. При этом в большинстве случаев используются спиральные пружины. В других конструкциях над щеткой в осевом направлении располагается нажимная пружина. Это увеличивает конструктивную длину щетки и радиальное выступание крышки системы щеткодержателей за окружность двигательного корпуса, вследствие чего приходится мириться со связанным с этим ухудшением комфорта и безопасности, если двигательный корпус служит в качестве рукоятки.
Объектом изобретения в первом варианте является ручная машина, имеющая двигательный корпус, прежде всего продолговатой формы, в котором расположен электрический двигатель, имеющий ось и состоящий из ротора с коллектором и статора с обмоткой и лобовой частью обмотки, причем в обойме щеткодержателя, зафиксированного в двигательном корпусе, расположена сопряженная с коллектором подпружиненная щетка. В соответствии с изобретением пружина, нагружающая щетку, расположена в осевом направлении со стороны обоймы, обращенной к обмотке статора, т.е. перед обоймой щеткодержателя.
Преимущество изобретения, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы, заключается в том, что предлагаемое в изобретении расположение нового щеткодержателя в конструктивном объеме двигательного корпуса позволяет уменьшить размеры ручной машины, например диаметр рукоятки и длину.
Благодаря тому что спиральная пружина щеткодержателя располагается между лобовыми частями обмотки, осуществляется эффективное использование не использовавшегося ранее конструктивного объема устройства, а длина и вес корпуса могут быть уменьшены. При этом улучшение использования конструктивного объема достигается как при наличии, так и при отсутствии отверстия для обслуживания.
Благодаря тому что пружина располагается ближе к границе потока охлаждающего воздуха, на ней оседает меньше приносимой с воздухом пыли. Это повышает эксплуатационную надежность как двигателя в частности, так и ручной машины в целом.
Благодаря тому что щеткодержатель согласно настоящему изобретению представляет собой отдельный щеткодержатель, устанавливаемый в машине индивидуально и независимо от других щеткодержателей и, например, не располагающийся на общей несущей пластине вместе с другими щеткодержателями, его монтаж упрощается.
При открытой крышке обеспечен свободный доступ к щеткодержателю, что позволяет, не демонтируя остальные детали машины, приподнять рычаг пружины, отведя его от обоймы, извлечь изношенную щетку и вставить новую. Таким образом, замена щетки, а также щеткодержателя осуществляется просто и удобно.
При этом крепление пружины щеткодержателя должно быть ориентировано таким образом, чтобы рычаг пружины заходил в обойму посредине и воздействовал на щетку в осевом направлении по центру, чем обеспечивается оптимальный, с механической и электрической точек зрения, контакт с коллектором. Тем самым достигается надежный электрический контакт между щеткой и коллектором при незначительном трении.
В другом варианте щеткодержателя помимо наклонного положения обоймы возможно расположение пружины, в частности ее спирали, с наклоном относительно обоймы.
Объектом изобретения во втором варианте является ручная машина, двигательный корпус которой имеет по меньшей мере один выступ и/или по меньшей мере одно углубление, соответственно на и/или в котором без использования других отдельных крепежных средств съемным образом за счет защелкивания крепится щеткодержатель, имеющий по меньшей мере один выступ и/или по меньшей мере одно углубление, причем выступы и/или углубления двигательного корпуса выполнены в виде пар защелок с соответствующими обеспечивающими боковую поддержку ребрами, между которыми образованы направляющие пазы для ввода и фиксации щеткодержателя. Благодаря этому можно отказаться от резьбовых, заклепочных и иных аналогичных соединений, что сокращает время монтажа и обеспечивает точность и простоту установки щеткодержателя.
Ниже приведено подробное описание варианта осуществления изобретения со ссылкой на прилагающиеся к нему чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - угловая шлифовальная машина, выполненная согласно настоящему изобретению, с отверстием для обслуживания и снятой крышкой,
на фиг.2 - продольный разрез участка корпуса с отверстием для обслуживания,
на фиг.3 - вид сверху двигателя со щеткодержателем,
на фиг.4 - пространственное изображение щеткодержателя в сборе,
на фиг.5 - пространственное изображение (вид сверху) участка корпуса с отверстием для обслуживания до монтажа щеткодержателя,
на фиг.6 - пространственное изображение (вид сверху) участка корпуса с отверстием для обслуживания после монтажа щеткодержателя,
на фиг.7 - пространственное изображение (вид сверху) участка корпуса с отверстием для обслуживания и щеткодержателем при взгляде слева,
на фиг.8 - пространственное изображение (вид сверху) участка корпуса с отверстием для обслуживания и щеткодержателем при взгляде справа-сзади,
на фиг.9 - пространственное изображение (вид сверху) левой стороны щеткодержателя, смонтированного в корпусе,
на фиг.10 - пространственное изображение (вид сверху) щеткодержателя, смонтированного в корпусе при взгляде сзади,
на фиг.11 - пространственный разрез правого участка корпуса, предназначенного для установки щеткодержателя,
на фиг.12 - вид сзади щеткодержателя в отверстии для обслуживания в еще одном варианте осуществления изобретения и
на фиг.13 - продольный разрез участка корпуса на фиг.12.
Показанная на фиг.1 в пространственном изображении ручная машина выполнена в виде угловой шлифовальной машины 10 и имеет спереди (в направлении рассматривания - слева) редукторный корпус 12, изготовленный из металла. Из него выступает вниз параллельно вертикальной оси 20 угловой шлифовальной машины 10 не показанный на чертеже выходной вал для установки шлифовального круга, не показанного на чертеже и ограждаемого защитным кожухом 14. Сзади к редукторному корпусу 12 прифланцован определяющий продольную ось 18 угловой шлифовальной машины 10 двигательный корпус 16, имеющий цилиндрическую конструкцию, т.е. состоящий из трубчатых частей. В нем расположен обычный для ручных машин электрический двигатель 50 (фиг.3) с коллектором 52, выполненный как универсальный электродвигатель. Ось двигателя совпадает с продольной осью 18. Двигательный корпус 16 имеет на своей верхней стороне расположенное по центру отверстие 23 для обслуживания, плотно закрывающееся совпадающей с ее контуром крышкой 24. Крышка 24 привинчивается, прилегая по контуру, к двигательному корпусу 16 посредством проходящего через ее отверстие 22 винта 25, ввинчиваемого в винтовое гнездо 32. На нижней стороне двигательного корпуса 16 расположена, диаметрально противоположно верхней крышке 24, вторая такая же крышка 24 для уплотнения находящегося там второго отверстия 23 для обслуживания, так что электропитание двигателя 50 обеспечивается, как обычно, посредством двух щеток 39, смещенных друг относительно друга на 180°. Сзади из двигательного корпуса 16 выходит кабель 26 для питания двигателя 50.
Далее, внутри отверстия 23 для обслуживания видны щеткодержатель 28 и винтовое гнездо 32, которые в той же конфигурации симметрично расположены под вторым отверстием 23 для обслуживания. Винтовое гнездо 32, расположенное вертикально и, соответственно, параллельно вертикальной оси 20 и выступающее из ребра 33 (фиг.2) двигательного корпуса 16, служит для ввинчивания винта 25 и плотного крепления крышки 24 на двигательном корпусе 16.
В передней части обоих отверстий 23 для обслуживания перед обоймой 38 и на оси 42 пружины щеткодержателя 28 установлена с предварительным натяжением спиральная пружина 30. Посредством рычага 31, направленного назад параллельно продольной оси 18, спиральная пружина 30 давит по центру сверху на верхнюю сторону находящейся в обойме 38 щетки 39, стремясь сместить ее вниз. Обойма 38 служит для щетки 39 продольной направляющей. Ось 42 пружины изготовлена посредством отгибания опорной листовой детали 40 щеткодержателя 28 (фиг.4). Обойма 38 является прямоугольной и имеет четыре стенки, образованные U-образным профилем в сочетании с опорной листовой деталью 40 (фиг.4). Опорная листовая деталь 40 несет на себе U-образный профиль со щеткой 39 и пружиной 30, а также, в случае необходимости, лапки 34 системы щеткодержателя, особенно в случае щеткодержателей из листового металла. В случае щеткодержателей из пластмассы вставные контакты создаются посредством дополнительного модуля.
На фиг.2 схематически показан продольный разрез двигательного корпуса 16 в области отверстия 23 для обслуживания, закрывающегося плотно прилегающей к нему по краям, выпуклой наружу и благодаря этому удобной для обхватывания крышкой 24. Винт 25 изображен готовым к ввинчиванию и расположенным над отверстием 22 и винтовым гнездом 32. Далее видна находящаяся по отношению к направлению рассматривания слева, т.е. перед обоймой 38, спиральная пружина 30, которая расположена перед коллектором 52 и рычаг 31 которой направлен назад, проходя над обоймой 39 и прижимая щетку 39. Винтовое гнездо 32 расположено на ребре 33 двигательного корпуса 16 и является его неотъемлемой частью.
В осевом направлении перед спиральной пружиной 30 и в радиальном направлении под ней располагается ротор 54, а радиально над ротором 54 - пакет 57 сердечника статора и лобовая часть 60 обмотки статора 58 электрического двигателя 50, приводящего в действие ручную машину 10.
Фиг.3 наглядно поясняет исполнение и расположение щеткодержателя 28, спиральной пружины 30 и рычага 31 посредством вида сверху заднего конца двигателя 50. Здесь изображены пакет 57 сердечника статора, обмотка статора 58 с двумя лобовыми частями 60 и ротор 56 с коллектором 52, причем спиральная пружина 30 - противоположно обычной до сих пор компоновке - находится в промежутке 62 между обеими лобовыми частями 60 обмотки статора 58. Щеткодержатель 28 изображен “свободно висящим” над коллектором 52, причем его лапки 34 для создания электрического контакта щеток 39 направлены назад. Для остальных деталей уже давались пояснения при описании предыдущих чертежей, поэтому здесь нет необходимости уделять этому внимание еще раз.
На фиг.4 в пространственном изображении показан выштампованный из металлической листовой детали щеткодержатель 28 со своей расположенной сбоку на опорной листовой детали 40, т.е. выполненной из листового материала опоре, и направленной вниз прямоугольной обоймой 38 для размещения не показанной на чертеже прямоугольной продолговатой щетки 39 с возможностью продольного перемещения щетки, и с расположенной спереди (в направлении рассматривания - сверху) пружиной 30 с рычагом 31, входящим сверху назад в обойму 28, чтобы в ней сверху давить на щетку 39 (фиг.2). Обойма 28 неподвижно соединена с опорной листовой деталью 40 четырьмя осаженными ножками 41 U-образного листового профиля. Пружина 30 установлена с фиксацией от проворачивания на L-образном прямоугольном язычке, отогнутом из опорной листовой детали 40 влево по направлению рассматривания (фиг.10) и служащем в качестве оси 42 пружины. Опорная листовая деталь 40 расположена вертикально и параллельно оси 18 двигателя, причем ось 42 пружины проходит поперек оси 18 двигателя и обойме 28.
Из передней части опорной листовой детали 40 выступает U-образная, выгнутая относительно направления рассматривания вправо и назад лапка 34, обеспечивающая удобное подсоединение кабелей с вставными контактами. Под лапкой 34 из опорной листовой детали 40 выступает вперед боковая U-образная направляющая стенка 401, горизонтально отогнутая вправо вокруг оси 18 двигателя и предусмотренная для размещения и фиксации щеткодержателя 28 в горизонтальном и вертикальном пазах 493 и 494 между защелками 68 и 69 на двигательном корпусе 16 (фиг.7).
Сзади из опорной листовой детали 40 выступает перпендикулярно оси 18 двигателя отогнутая вправо направляющая стенка 402. Своей нижней кромкой она заходит за заднюю часть крюка 701 защелки 70 на двигательном корпусе 16 (фиг.7), тем самым обеспечивая стабильное расположение щеткодержателя 28 в двигательном корпусе 16 вдоль оси 18 двигателя. Дополнительно к этому направляющая стенка 402 охватывает находящимся на его конце U-образным вырезом 4021 соседнюю защелку 71 на двигательном корпусе 16 (фиг.7) и держится, а также удерживает на себе задний конец щеткодержателя 28 с фиксацией от продольного смещения.
Из направленной назад части обоймы 28 вырублена и L-образным образом отогнута вверх еще одна лапка 34 для электрических вставных контактов. Из направленной влево части обоймы 28 горизонтально выступает еще одна, третья по счету, отогнутая влево U-образная направляющая стенка 403, которая служит для фиксации защелкиванием в других пазах 491 и 492 двигательного корпуса 16 между защелками 66 и 67 и, прилегая к области осевого упора 72, поддерживает и фиксирует стабильное в осевом направлении и горизонтальное положение щеткодержателя 28 на двигательном корпусе 16 (фиг.7). Таким образом, щеткодержатель 28 фиксируется с геометрическим замыканием на двигательном корпусе 16 тремя направляющими стенками 401, 402 и 403 и может быть демонтирован с двигательного корпуса 16 без использования дополнительных инструментов посредством нажатия на защелки 66, 67, 68, 69 и 70.
На фиг.5 изображен фрагмент двигательного корпуса 16 в области отверстия 23 для обслуживания до монтажа щеткодержателя 28. Три обведенных участка 43, 45 и 47 показывают три пары защелок 66, 67, 68, 69, 70 и 71 с соответствующими обеспечивающими боковую поддержку ребрами 64 и 65, между которыми образованы направляющие пазы 491, 492, 493, 494 и 495 для фиксации щеткодержателя 28.
При монтаже направляющие стенки 401, 402 и 403 щеткодержателя 28 располагают относительно защелок 66, 67, 68, 69 и 70 и ребер 64 и 65 таким образом, чтобы затем их можно было сдвинуть вперед по пазам 491, 492, 493 и 494. Для этого горизонтальные участки передних направляющих стенок 401 и 403 входят без зазора в предназначенные для них горизонтальные направляющие пазы, а вертикальные участки - без зазора в вертикальные пазы. Вертикально отогнутая задняя направляющая стенка 402 проходит с защелкиванием над крюком 701 защелки 70. Тем самым достигается и однозначно определяется обеспечиваемое направлением движения с геометрическим замыканием и фиксированное положение щеткодержателя 28 в двигательном корпусе 16.
На фиг.7 показано отверстие 23 для обслуживания согласно фиг.5 со смонтированным щеткодержателем 28, который, по сравнению с известными до сих пор вариантами осуществления, в осевом направлении смещен вперед, так что угловая шлифовальная машина 10 может быть изготовлена в более компактном и легком исполнении, равно как и отверстие 23 для обслуживания и, соответственно, крышка 24 могут быть выполнены более короткими в осевом направлении.
Кроме того, благодаря этому винтовое гнездо смещено вперед в осевом направлении, где также имеется место для запасной щетки, не показанной на чертеже.
На приведенном на фиг.7 пространственном изображении (вид сверху) участка корпуса с отверстием 23 для обслуживания щеткодержатель 28 показан в увеличенном масштабе и во всех деталях сзади и слева, включая стопорное устройство (замок) для крепления на двигательном корпусе 16.
Щеткодержатель 28 надежно без возможности выпадения зафиксирован с геометрическим замыканием на двигательном корпусе 16 посредством своих направляющих стенок 401, 402 и 403, находящихся в пазах 491, 492, 493 и 494 между парами выполненных в виде язычков защелок 66, 67, 68, 69, 70 и 71 с соответствующими создающими боковую опору ребрами 64 и 65.
Отчетливо различим левый передний осевой упор 72 щеткодержателя 28, который образуется при достижении его левой передней направляющей стенкой 403 конечного положения у передней смежной вертикальной стенки корпуса 161. Правый передний осевой упор 73 щеткодержателя 28 образуется при достижении его правой передней направляющей стенкой 401 конечного положения у передней смежной вертикальной стенки 162 корпуса (фиг.11).
Правый задний осевой упор образуется посредством крюка 701 защелки 70, в который после защелкивания упирается сзади с подпружиниванием своей нижней кромкой вертикальная, отогнутая вправо направляющая стенка 402 щеткодержателя 28, поджимая при этом щеткодержатель 28 вперед к передним упорам 72 и 73. Защелка 70 имеет на своем свободном конце крюк 701. Направляющая стенка 402 охватывает сбоку соседнюю защелку 71 находящимся на ее конце прямоугольным вырезом 4021 (фиг.4), тем самым стабилизируя свое положение.
Для замены щетки можно приподнять рычаг 31 и отвести его в положение ожидания на лапке 34 рядом с обоймой 38 на выполненной из листового материала опоре 40, чтобы дать возможность щетке 39 выскользнуть из обоймы 38 и извлечь ее из машины.
На фиг.8, дополняющей фиг.7, показан щеткодержатель 28 справа, в увеличенном масштабе и в пространственном изображении (вид сверху) двигательного корпуса 16 в области отверстия 23 для обслуживания, со спиральной пружиной 30, выступающей перед обоймой 38 в промежуток 62 между двумя лобовыми частями 60 обмотки статора 58. Позади спиральной пружины 30 в осевом направлении назад простирается щеткодержатель 28 со своей параллельной оси, вертикальной опорной листовой деталью 40, на которой сбоку в четырех проходящих через нее осаженных ножках 41 зафиксирована обойма 28, образованная U-образным профилем. Расположенное за ним винтовое гнездо 32, выполненное как часть двигательного корпуса 16 и предназначенное для крепления крышки 24, показано лишь частично.
Описание способа установки щеткодержателя 28 на двигательном корпусе 16 и, соответственно, в его защелках 66-71 и фиксации его там в рабочем положении с геометрическим замыканием с использованием защелкивающихся замковых средств уже давалось в пояснениях к фиг.4 и фиг.7, поэтому нет необходимости приводить его еще раз.
Могут быть представлены другие варианты крепления, в которых щеткодержатель вставляется, а затем удерживается в его конечном положении путем привинчивания либо фиксируется посредством прессования, прижима и т.д.
На фиг.9 показано фрагментарно увеличенное пространственное изображение (вид сверху) двигательного корпуса 16 в области отверстия 23 для обслуживания с находящейся сзади левой L-образной направляющей стенкой 403 щеткодержателя 28, иллюстрирующее фиксацию в горизонтальном 491 и вертикальном 492 пазах между защелками 66 и 67 и ребром 64 в качестве левого переднего осевого упора 72 на вертикальной стенке 161 корпуса.
На фиг.10 показано пространственное изображение (вид сверху) щеткодержателя 28, смонтированного в двигательном корпусе 16, со всеми деталями, уже упоминавшимися в пояснениях к фиг.4-9 и не требующими повторения в данном случае.
На фиг.11 показано фрагментарно увеличенное пространственное изображение правой стороны отверстия 23 для обслуживания без щеткодержателя 28 с передними защелками 68 и 69 и ребром 65 для фиксации правой передней направляющей стенки 401 щеткодержателя 28 в горизонтальном 493 и вертикальном 494 пазах (без изображения этого на чертеже, тогда как защелка 70 с крюком 701, а также вертикальный паз 495 для удержания с защелкиванием нижней кромки и выреза 4021 задней направляющей стенки 402 щеткодержателя 28 показаны особенно четко) со всеми крепежными средствами, уже упоминавшимися в пояснениях к фиг.4-9 и не требующими повторения в данном случае.
На фиг.12 и 13 показан еще один вариант щеткодержателя 282, установка которого в конечное положение производится без защелкивания посредством винта 37, ввинчиваемого в серьгу 36 щеткодержателя 282.
При этом фиг.12 показывает вид сзади щеткодержателя 282 в отверстии 23 для обслуживания, а фиг.13 - продольный разрез участка корпуса с отверстием 23 для обслуживания на фиг.12. Посредством рычага 31, направленного назад параллельно продольной оси 18, пружина 30 входит по центру сверху в обойму 38, служащую в качестве продольной направляющей щетки 39. Далее щеткодержатель 232 имеет лапки 34 с установленными на них зажимами для кабеля щетки 46.
Описанная ручная машина может быть выполнена не только в виде угловой шлифовальной машины, но и в виде дрели, шабера, эксцентриковой шлифовальной машины, лобзиковой пилы и т.д. с корпусом двигателя, выполненным в виде рукоятки, с щеткодержателем, выполненным согласно изобретению, и с отверстием для обслуживания и крышкой или без них.