ИНСТРУМЕНТ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
ELECTRICALLY DRIVEN TOOL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к инструменту с электрическим приводом для крепежных элементов, содержащему подвижный челнок (грейферный механизм), присоединенный к забойщику, и приводной мотор, имеющий по меньшей мере две сборки электромагнитных ярм (скоб, отклоняющих устройств), сообщающиеся с вышеуказанным челноком, который расположен с возможностью перемещения относительно вышеуказанных сборок ярм, при этом каждая сборка ярм имеет электрические катушки для создания магнитного поля в челноке, и блок управления, который контролирует ток в катушках для создания магнитного поля, так что вырабатывается сила для перемещения вышеуказанного челнока.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Гвоздь, кнопка или скоба используется для соединения частей из разных видов дерева или других мягких материалов, причем гвоздь, кнопка или скоба используются в качестве подходящих крепежей. Для забивания гвоздя, кнопки или скобы может быть использован молоток. В промышленных применениях инструмент для укрепления кнопок или скоб используется для забивания этих крепежей.
Как правило, инструмент для укрепления кнопок или скоб использует сжатый воздух в качестве движущей среды. Сжатый воздух, как правило, доступен лишь в производственных помещениях, так как требуется компрессор для сжатия воздуха, а также система распределения для сжатого воздуха. Система распределения, как правило, состоит из стальных труб, и на концах труб в системе расположены редукционные клапаны с воздухоочистителем и переходник крепежного соединения.
Инструмент для укрепления кнопок или скоб как правило является портативным инструментом, и поэтому нуждается в резиновом шланге между инструментом и точкой соединения на конце системы распределения.
Преимущество инструментов, использующих сжатый воздух, состоит в том, что они имеют маленькие размеры и легкие. Их недостаток заключается в том, что им необходим сжатый воздух, и это не происходит часто. Обыкновенно они существуют лишь на предприятиях обрабатывающей промышленности. Если инструмент для укрепления кнопок или стэплер (сшиватель) является портативным инструментом, он также требует длинного и громоздкого шланга между инструментом и точкой соединения для того, чтобы оператор мог свободно перемещаться.
Некоторые другие решения были запатентованы для избежания недостатков, описанных выше. Существуют патенты, в которых идет речь об инструментах, использующих электричество для привода электромотора, который будет натягивать пружину (Патент US 5503319), ускорять маховик (Патент US 5511715) или возбуждать одну или две электрические катушки совместно с пружиной (Патент US 4618087). В этих устройствах используется электрическая энергия, когда блок присоединен при помощи электрического шнура к сетевой розетке. В других случаях используются беспроводные решения при помощи газа для привода блока сгорания (Патент US 5720423).
Известен инструмент с питанием от батареек, имеющий батарейки, питающие электромотор, который будет ускорять маховик, и в момент, когда маховик обладает достаточной энергией, он будет присоединяться к линейному приводу через систему сцепления (Патент US 6607111). Недостаток маховика состоит в том, что его разгон займет несколько секунд, и это ограничит частоту закрепления гвоздей или скоб.
Новым направлением для портативных инструментов, таких как отвертки, сверлильные машины, лобзики, является использование питания от батареек. Поэтому имели место недавние разработки батареек, и батарейки стали меньше, легче и более мощными.
В патенте US 4618087 описывается одна или две катушки, которые будут пропускать ток напряжением от 110 до 220 50/60 Герц. Согласно Патенту US 4618087 используется круглый стержень или челнок, и катушка намотана вокруг стержня с воздушным зазором между внутренней поверхностью катушки и стержнем. Когда катушка возбуждается, создается магнитное поле в том же направлении, в котором движется стержень, т.е. в продольном направлении стержня, и стержень будет затягиваться внутрь катушки для заполнения внутреннего пространства катушки. Когда стержень занимает начальное положение спереди катушки, магнитное поле направлено от одного конца катушки к другому концу, и такой тип катушек будет, следовательно, называться воздушными катушками. Воздушные катушки, как правило, обладают лишь 40% эффективностью, относительно низкой. Поэтому такой тип решения не подходит для работы с батарейным питанием.
В патентной заявке US 2004/0084503 раскрыта установка, забивающая гвозди, с молотком, первым и вторым соленоидами и блоком управления. Установка сконструирована так, что второй соленоид может быть включен для привода молотка после первого соленоида.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание улучшенного инструмента для крепления элементов, который может быть портативным и питаться от батарей, и который не имеет недостатков предшествующего уровня техники.
Задача решена путем создания инструмента типа, упомянутого выше, который характеризуется тем, что в нем оборудованы сборки ярм для создания магнитного поля, которое направлено по существу перпендикулярно направлению перемещения вышеуказанного челнока.
Настоящее изобретение относится к портативному инструменту для укрепления кнопок или скоб с батарейным питанием. Инструмент для укрепления кнопок или скоб состоит из линейного приводного мотора с электроприводом, управляемого блоком микрокомпьютера, батареи в качестве источника питания и традиционной системы подачи гвоздей или скоб.
В линейном приводном моторе используется множество электромагнитных ярм и челнок, движущийся между магнитными полюсами в этих ярмах. Челнок имеет пружину, поглощающую энергию, на одном конце, которая будет сжиматься, когда челнок движется обратно, и забойный штифт на другом конце для забивания гвоздя, кнопки или скобы в его основание.
Настоящее изобретение может быть осуществлено в форме нового типа беспроводного портативного инструмента для внедрения кнопок или скоб, в котором используются преимущества новых разработок батарей и новых типов микрокомпьютерных технологий для создания электрического линейного приводного мотора для внедрения гвоздя, кнопки или скобы в его основание.
По сравнению с известными устройствами можно отметить, что в изобретении используется магнитное ярмо, состоящее из слоистого магнитного мягкого железа, и магнитное поле проходит перпендикулярно направлению перемещения стержня или челнока по кольцу из мягкого железа в челноке. Таким образом, магнитное поле будет перемещаться внутри железа за исключением двух очень маленьких воздушных зазоров между ярмом и челноком. Этот тип магнитной конструкции может быть назван катушками с железным сердечником и будет обладать 80% или большей эффективностью в зависимости от размера воздушного зазора.
Другими преимуществами конструкции такого типа являются высокая механическая плотность в направлении движения челнока, и, так как инструменту для укрепления скоб требуется несколько ярм для создания необходимой мощности для забивания большего гвоздя или скобы, плотность размещения важна. Если необходимо использовать несколько воздушных катушек, инструмент в целом станет длиннее, и так как он является портативным, то общий размер инструмента также важен. Оборудование мотора ярмом и челноком также предоставляет преимущество, заключающееся в возможности забивать множество гвоздей или скоб за секунду.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1А и В изображают общий вид и вид сбоку инструмента для укрепления кнопок или скоб с питанием от батареи согласно изобретению;
Фиг.2А и В изображают общий вид и вид сбоку линейного приводного мотора с челноком согласно изобретению;
Фиг.3А и В изображают покомпонентный общий вид и вид спереди магнитного ярма с катушками и распорную деталь, изготовленную из немагнитного материала, к следующему ярму согласно изобретению;
Фиг.4А, В и С изображают два общих вида и один вид сбоку челнока с железным сердечником, отделенным распорными деталями. Челнок будет иметь забойщик на одном конце и пружину, поглощающую энергию, на другом конце согласно изобретению;
Фиг.5А, В, С и D изображают виды, которые показывают соотношение между железным сердечником челнока, магнитными полюсами в ярме и хронографической шкалой в начальной и конечной точках для прохождения тока через катушки согласно изобретению;
Фиг.6 изображает хронографическую диаграмму возрастания и убывания разных катушек ярм согласно изобретению;
Фиг.7 изображает диаграмму силы отвода челнока, показывающую отношение между силой мотора и силой возвратной пружины, согласно изобретению;
Фиг.8 изображает диаграмму ударной силы челнока, показывающую отношение между силами мотора и пружины, и кривую силы для внедрения гвоздя длиной 65 мм в обычное деревянное основание согласно изобретению;
Фиг.9 изображает отношение между скоростями челнока, отводным и ударным движением согласно изобретению;
Фиг.10 изображает электрическую цепь, используемую в альтернативном варианте воплощения настоящего изобретения, согласно изобретению;
Фиг.11 изображает вид сбоку альтернативного варианта воплощения согласно изобретению;
Фиг.12 изображает дополнительный вид сбоку альтернативного варианта воплощения согласно изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1А и В изображены общий вид и вид сбоку инструмента для укрепления кнопок или скоб с питанием от батареи согласно изобретению, содержащего перезаряжаемую и замещаемую батарею 1 в одной стороне рукоятки 3, и на другой стороне расположен линейный приводной мотор, с челноком (не показан на Фиг.1А и В) внутри корпуса 4. Движение челнока начинается активацией пускового устройства 2, и в результате этого челнок будет перемещаться из его самого нижнего положения к его верхнему положению и обратно. В ходе такого перемещения один гвоздь, кнопка или скоба в подающей кассете 5 будет перемещаться вперед к забойному (рабочему) рельсу 6, и забойщик, расположенный спереди челнока, будет направляться в забойный рельс и забивать гвоздь, кнопку или скобу в ее основание. Сверху корпуса 4 расположен дисплей 7, и он будет информировать оператора о разном состоянии инструмента, например о том, что пора заменить батарею, или о том, что в подающей кассете нет гвоздей, кнопок или скоб, или отображать другую полезную информацию.
На Фиг.2А и В изображен общий вид и вид сбоку линейного приводного мотора, который расположен в корпусе 4 инструмента для закрепления скоб, упомянутом выше. Мотор составлен из двух типов сборок ярм, более точно первой сборки 8 ярм и второй сборки 9 ярм. Как подробно показано на Фиг.3А и 3В, сборки 8, 9 ярм оборудованы катушками 15 в положениях 10:00 и 16:00 по часам (то есть в первой сборке 8 ярм), и катушками 15 в положениях 8:00 и 14:00 по часам (то есть во второй сборке 9 ярм). Два типа сборок ярм скомпонованы друг за другом, причем сборки 8 ярм первого типа чередуются со сборками 9 ярм второго типа. На Фиг.2А или В показаны четыре сборки ярм, но мотор может состоять из блока, включающего в себя другое количество сборок ярм, в зависимости от того, какую ударную энергию должен обеспечивать мотор. В центре мотора расположен челнок 10, и челнок направляется центральным отверстием в распорную часть 17 сборки ярма (Фиг.3А и В). Два винта 11 удерживают сборки ярм вместе (лишь один винт виден на чертеже), и сборки ярм выстроены в линию друг с другом для облегчения безупречного направления челнока 10. На Фиг.2А и В передняя пластина удалена для того, чтобы были видны ярма 16 и катушки 15. На Фиг.2А и 2В забойщик 13 присоединен к нижнему концу челнока, и теперь челнок занимает начальное положение, когда забойщик 13 опирается на нижний конец забойного рельса 6. В таком положении некоторые из железных сердечников 12 челнока расположены прямо перед ярмами 16 в сборке ярм для того, чтобы обеспечить возможность перемещения магнитного поля, созданного катушками 15, через ярма по воздушному зазору от 0,05 до 0,1 мм между полюсными поверхностями (башмаками) 19 ярм и железным сердечником 12 челнока. Когда магнитное поле проходит сквозь воздушный зазор, создается сила для перемещения челнока вперед в мотор для выравнивания железного сердечника 12 челнока внутри ярма 16. Когда железный сердечник 12 челнока выровнен внутри ярма 16, ток через катушки 15 отключается и магнитное поле заканчивается, и это ярмо больше не будет вырабатывать силу для перемещения челнока.
Мотор имеет несколько ярм, и всегда почти 50% его ярм будут активированы, как только одно ярмо заканчивает работу, новое ярмо начинает. Теперь челнок будет перемещаться обратно в мотор, и таким образом будет сжимать пружину 14, поглощающую энергию, и пружина 14 будет трансформировать кинетическую энергию от движения челнока в статическую энергию, которая может быть использована челноком при ударном движении.
На фиг.3А и В представлен общий вид и вид спереди одной сборки ярма. Сборка ярма состоит из распорной части 17, изготовленной из немагнитного материала с хорошими опорными свойствам для поддержания отверстия в центре. Наверху распорки 17 расположены два с-образных ярма 16, расположенные лицом друг к другу. Ярма 16 изготовлены из нескольких магнитных листовых металлических пластин, наслоенных друг на друга для образования каждого ярма. На каждом ярме оборудована катушка 15, и между катушкой и ярмом расположены одна или две дополнительные слоистые пластины 20 для того, чтобы площадь внутри катушки была равна площади полюсной поверхности 19 ярма. Применение дополнительных магнитных пластин 20 зависит от того, будет ли магнитное поле внутри ярма насыщенным или нет.
Два ярма 16 расположены так, что четыре полюсных поверхности 19 образуют круг, который является концентричным с опорным отверстием в центре распорки 17. После того, как четыре полюсных поверхности в двух ярмах были расположены надлежащим образом относительно центрального отверстия в распорке 17, два ярма закрепляются при помощи четырех крепежей 18. Диаметр окружности полюсных поверхностей примерно на 0,1-0,15 мм больше, чем диаметр опорного центрального отверстия в распорке 17. Эта разница создает воздушный зазор между железным сердечником 12 челнока и полюсными поверхностями 19, когда челнок 10 направляется опорным отверстием в распорке 17.
На Фиг.4А, В и С представлены два общих вида и вид сбоку челнока 10 с забойщиком 13 и возвратной пружиной 14. Челнок может быть составлен несколькими способами, но на этом чертеже показана трубка 21, изготовленная из немагнитного материала, такого как алюминий или нержавеющая сталь.
На периметре трубки несколько магнитных листовых металлических частей состыкованы с железным сердечником 12 челнока, и между железными сердечниками 12 челнока расположены распорки 22 челнока, изготовленные из немагнитного материала, для обеспечения надлежащего разнесения между железными сердечниками челнока. Весь блок челнока удерживается вместе упором 26 на одном конце трубки 21 и гайкой 24 на другом конце, посредством которых элементы слоистого блока могут быть прижаты друг к другу. Слоистый железный сердечник 12 челнока будет выполнять функцию моста для магнитного поля для перемещения с одной полюсной поверхности 19 по воздушному зазору к следующему воздушному зазору и полюсной поверхности в первой и второй сборках 8 и 9 магнитных ярм. До тех пор, пока железный сердечник 12 челнока находится на своем пути в ярмо, магнитное поле будет тянуть железный сердечник челнока для того, чтобы выровнять его внутри сборки ярма.
К одному концу трубки 21 присоединен забойщик 13 при помощи механического крепежа для удержания забойщика в определенном положении относительно челнока. Забойщик 13 может быть направлен внутрь трубки, чтобы было проще направить забойщик в забойный рельс 6, когда челнок находится на пути вниз для забивания гвоздя, кнопки или скобки. На другой стороне трубки 21 расположена пружина 14, по меньшей мере частично внутри трубки, и один конец пружины будет опираться на упор внутри трубки, например на конец забойщика 13, или на некоторый другой упор. Другой конец пружины будет опираться на поверхность верхней крышки корпуса 4. Штифт, присоединенный к верхней крышке 4 корпуса, будет простираться вниз внутри пружины 14 для направления части пружины, которая не направляется трубкой 21.
На Фиг.4С последняя распорка 22 челнока снята для того, чтобы показать дополнительные железные части 25 челнока, которые добавят дополнительное отделение к железному сердечнику челнока, так что железный сердечник челнока будет иметь ту же площадь, что и одна полюсная поверхность. Путь магнитного поля должен иметь ту же площадь, что и полюсные поверхности, для избежания ненужных ограничений потока магнитного поля в зависимости от насыщенности поля.
Вдоль одной стороны корпуса челнока оборудована хронографическая шкала 23. Главной задачей хронографической шкалы является индикация датчиков (что будет описано ниже), расположенных между ярмами внутри распорок 17, где расположен челнок, относительно разных ярм. В то же время сигналы от датчиков могут быть использованы для подсчета скорости челнока. Вторая функция хронографической шкалы 23 состоит в препятствовании вращению челнока вокруг его центральной оси для избежания уменьшения магнитной площади в железном сердечнике челнока при помощи пазов в сборке, удерживающих хронографическую шкалу.
На Фиг.5А, В, С и D изображены начальное положение и положение остановки, и соотношение между хронографической шкалой 23 и датчиками 27, например, содержащими луч света, сообщающийся с детектором. Может быть использовано несколько хронографических концепций, но на этих четырех чертежах объяснена одна из множества разных возможных концепций.
На Фиг.5А челнок 10 занимает исходное положение для обратного движения, и для упрощения показано лишь две сборки ярм, т.е. первая сборка 8 ярм и вторая сборка 9 ярм. Железный сердечник 12 челнока расположен спереди ярма 16 сборки 9 ярм. Расстояние между железным сердечником 12 челнока и ярмом 16 приблизительно составляет от 0,8 до 0,5 мм. В этот момент луч света 28, создаваемый датчиком 27, расположенным на распорке 17, светит сквозь окошко 29 в хронографической шкале 23, и сигнал дает команду логическим схемам в блоке управления (не показан) начать возбуждение катушек 15 в сборке 9 ярм. Когда катушки возбуждены, создается магнитное поле, которое будет втягивать челнок 10 в положение с Фиг.5 В. На Фиг.5В челнок 10 и железный сердечник 12 челнока были перемещены в положение, в котором железный сердечник 12 челнока выровнен с ярмом 16, и в этот момент окошко 29 закрывает луч света 28. В отсутствии сигнала от датчиков 23 магнитное поле будет ослабевать, и челнок будет продолжать движение по инерции на 0,1-0,2 мм к положению, показанному на Фиг.5С. На Фиг.5С следующий железный сердечник 12 челнока находится впереди ярма 16 первой сборки 8 ярм, и луч света 28 от другого датчика 27 в первой сборке 8 ярм будет светить сквозь следующее окошко 29 в хронографической шкале 23. Новый датчик 27 теперь будет показывать логическим схемам, что пора возбуждать первую сборку 8 ярм, и магнитное поле будет протягивать челнок 10 к положению с Фиг.5D. На Фиг.5D железный сердечник 12 челнока был перемещен в ярмо 16 в сборке 8 ярм, и окошко 29 будет закрывать луч света 28, и магнитное поле в сборке 8 ярм будет выключено. В этот момент процесс вновь начнется с Фиг.5А. Если теперь конструкция имеет больше ярм, например четыре, шесть или восемь ярм, некоторые ярма будут включаться параллельно, но в шахматном порядке.
На Фиг.6 представлена хронографическая кривая для четырех ярм подобно конструкции с Фиг.2А и В. Четыре ярма названы буквами от А до D, и ярмо А представляет нижнюю кривую, ярмо В вторую кривую, ярмо С третью кривую, и наконец ярмо D на верху. На нулевой отметке ярма D и С включены, но когда ярмо С убывает, ярмо А возрастает, и когда ярмо D убывает, ярмо В будет возрастать. Таким образом, разные ярма будут возрастать и убывать в шахматном порядке. Иногда, когда одно ярмо убывает, а следующее возрастает, это будет осуществлять перемещение челнока на 0,1-0,2 мм между возрастанием и убыванием. Если мотор оборудован шестью или восьмью ярмами, хронографическая диаграмма будет такой же, но три или четыре ярма будут возрастать одновременно, но в шахматном порядке, как на Фиг.6.
Могут быть использованы другие хронографические концепции. На Фиг.5 было использовано лишь два ярма, но вместо ярма 8 могут быть механически расположены от двух до трех ярм так, чтобы они работали параллельным образом. Если, например, оборудовано четыре ярма, значит два ярма будут возрастать в одно время. Другие два ярма также возрастают в одно время, но после того, как первые два убывают.
На Фиг.2В показан челнок 10 в своем нижнем положении, что означает, что конец забойщика 13 выровнен с нижнем концом забойного рельса б. По команде от пускового устройства 2 мотор начинает перемещать челнок 10 назад, и сила, вырабатываемая мотором, должна быть больше, чем сила пружины 14, для того, чтобы заставить челнок перемещаться. На Фиг.7 показаны две кривые, одна из которых представляет силу мотора, а другая силу пружины. В начале работы мотора пружина имеет начальную силу в 120 Н, и мотор имеет среднюю силу в 200 Н. Челнок начинает перемещаться, и скорость увеличивается до 4,1 м/с после 85 мм перемещения. В этой точке кривая пружины пересекает кривую мотора и скорость будет снижаться близко к нулю после 140 мм перемещения. Все движение назад составит по времени 54,4 миллисекунд. В верхнем положении челнока пружина 14 полностью сжата и расположена внутри челнока 10, и в этот момент челнок останавливается и немедленно начинает двигаться вперед. На Фиг.8 изображено движение вперед или ударное движение, и теперь показаны две силы, перемещающие челнок вперед, сила сжатой пружины и сила мотора. Сила мотора падает ниже 200 Н со скоростью от 6 до 10 м/с из-за ограничений во времени нарастания для тока, проходящего через катушки 15, а также в зависимости от толщины ярма 16 и других параметров мотора. По этой причине возникает падение кривой силы мотора.
В этой модели принято, что инструменту для укрепления кнопок необходимо забить гвоздь длиной 65 мм за один отводной и ударный ход челнока. На Фиг.8 показано, что необходима энергия величиной в 40 Дж для забивания гвоздя длиной 65 мм, 40 Дж соответствует увеличению силы от 0 Н до 514,9 Н после проникновения гвоздя на 10 мм, и заканчивается 754,9 Н после полного проникновения гвоздя в его основание. Челнок начинает ударный цикл, и скорость возрастает до 11,7 м/с в то время, когда он ударяет гвоздь, и после это скорость замедляется до 1,4 м/с, что означает, что гвоздь будет забиваться всего за один цикл отвода и удара. Общий цикл удара составит 21,3 миллисекунды, и цикл отвода 54,5 миллисекунд, что означает, что общее время составляет 75,8 миллисекунды.
На Фиг.9 показана скорость челнока относительно положения челнока. Скорость отвода зависит от веса челнока, силы мотора и силы пружины. Челнок будет достигать скорости от 4 до 8 м/с на максимуме и замедляться до нуля м/с в верхнем положении. В ударном цикле важно достичь как можно более высокой скорости, и это зависит от тех же параметров, что и цикл отвода, а также от падения кривой мотора. Типичная наибольшая скорость будет от 10 до 15 м/с непосредственно перед ударом между забойщиком 13 и гвоздем, и после этого она снижается до нуля м/с. Так как инструмент для укрепления кнопок оборудован микрокомпьютером, контролирующим распределение по времени и скорость челнока, он может определить, что мотору необходимо снизить силу в конце цикла для предотвращения слишком глубокого проникновения гвоздя в основание. Если случается противоположное, т.е. микрокомпьютер обнаруживает, что скорость челнока слишком мала, чтобы забить гвоздь полностью, он неспособен увеличить силу мотора или пружины. Для преодоления этой проблемы он может немедленно начать отводить челнок второй раз после того, как он остановился, и в зависимости от того, на сколько миллиметров гвоздю осталось проникнуть, он будет отводить челнок на достаточное количество, и с этого положения совершать второй ударный цикл для дальнейшего перемещения гвоздя вниз в основание. Это может произойти, так как ударная энергия величиной в 40 Дж рассчитана на нормальный деревянный материал, но если необходимо забить гвоздь, например, в более твердый вид дерева, одного челночного цикла может быть недостаточно для перемещения гвоздя на всю длину в его основание. Поэтому важно иметь контроль над скоростью челнока и определять необходимость второго ударного цикла или необходимость снижения скорости путем снижения силы мотора для регулирования забивания гвоздя, кнопки или скобы в его основание.
Размер и стоимость мотора и возвратной пружины инструмента для укрепления кнопок или скоб могут быть снижены, если забивание гвоздя, кнопки или скобы основывается минимум на двух или трех циклах челнока. Один цикл займет примерно от 75 до 100 миллисекунд, два полных или почти полных цикла не займут более чем примерно 150-200 миллисекунд. Так как два цикла осуществляются за очень короткий промежуток времени, оператор не способен определить, один, два или же три цикла было использовано для забивания гвоздя, кнопки или скобы. При такой концепции один размер инструмента для укрепления кнопок или скоб может покрыть более широкий диапазон разных гвоздей, кнопок или скоб. Если используется концепция с двойным ударом, важно, чтобы микрокомпьютер надежно контролировал скорость челнока, и чтобы челнок мог начинать обратное движение из любого положения остановки, так как гвоздь, кнопка или скоба может остановиться в любом месте после первого удара, в зависимости от твердости материала основания. Если микрокомпьютеру известно, на сколько миллиметров следует переместить гвоздь, кнопку или скобу во второй раз, он может подсчитать, как долго необходимо отводить челнок второй раз для создания необходимого количества энергии для вбивания гвоздя, кнопки или скобы вторым движением.
После того, как челнок забил гвоздь, кнопку или скобу в ее основание, он будет оставаться в своем исходном положении. В исходном положении пружина, поглощающая энергию, будет оказывать на челнок небольшое давление для удержания челнока в этом положении.
Если оператору инструмента теперь надо забить гвоздь, кнопку или скобу, линейный мотор начинает перемещать челнок назад и сжимать пружину. В наивысшей точке или в отведенном положении челнока пружина сжата, и вся кинетическая энергия от обратного движения челнока сохраняется в пружине. Из отведенного положения челнок немедленно начинает движение вперед или ударное движение и ускоряется до высокой скорости при помощи линейного мотора и сжатой пружины. В ходе отводного и ударного движения челнока система подачи гвоздя, кнопки или скобы будет подавать новый гвоздь, кнопку или скобу в забойный рельс. Челнок достигает своей наибольшей скорости непосредственно перед тем, как забойщик ударяет по гвоздю, кнопке или скобе, и кинетическая энергия челнока будет преобразовываться в силу, которая вместе с силой пружины и мотора составляет общую силу, которая будет перемещать гвоздь, кнопку или скобу в основание.
Согласно другому варианту воплощения изобретение может быть сконструировано следующим образом. Если ударной энергии челнока недостаточно для помещения длинного гвоздя или скобы в ее основание, челнок немедленно начнет новое обратное движение, и совершит второе ударное движение для забивания гвоздя или скобы во второй раз, или возможно даже несколько раз.
Если длинный гвоздь или скоба не был забит после нескольких движений челнока, инструмент может отказать и проинформировать оператора о том, что что-то не так.
Линейный мотор, который приводит челнок в действие, состоит минимум из двух электромагнитных ярм, изготовленных из мягкого слоистого магнитного железа. Ярма разнесены друг за другом с одинаковым расстоянием или разным расстоянием в зависимости от хронографической концепции. Количество ярм зависит от вырабатываемой энергии, которая требуется от данного инструмента для укрепления кнопки или скобы. Каждое ярмо имеет одну или две электрические катушки, присоединенные через мощный транзистор к батарее. Ярмо имеет два магнитных полюса, и между этими полюсами челнок движется с регулируемым воздушным зазором между полюсами и челноком.
Челнок также имеет несколько мягких слоистых магнитных железных сердечников, разнесенных на постоянное расстояние друг от друга. Когда железный сердечник челнока находится на пути ко входу между двумя полюсами в одном ярме, мощный транзистор будет открываться, и ток будет проходить через катушки, и внутри ярма будет создаваться магнитное поле. Магнитное поле теперь будет проходить от северного полюса в ярме через воздушный зазор, через железный сердечник в челноке, через второй воздушный зазор, к южному полюсу ярма. До тех пор, пока железный сердечник челнока находится на своем пути между полюсами ярма, магнитное поле в двух воздушных зазорах с каждой стороны железного сердечника челнока будет создавать силу продвижения вперед для перемещения челнока. В момент, когда железный сердечник челнока выровнен с полюсными поверхностями в ярме, мощный транзистор будет закрываться, и внутри ярма не будет создаваться магнитное поле.
Если мотор, например, имеет четыре ярма, именуемые А, В, С и D, распределение ярм по времени будет следующим: A/D, А/В, В/С и C/D, и после этого распределение по времени повторится вновь. Если разнесение ярм и железных сердечников в челноке и распределение по времени будет правильным, примерно 50% всех ярм будут активированы для создания силы, продвигающей челнок вперед.
Челнок может иметь конструкцию длинного круглого или прямоугольного стержня с мягкими слоистыми железными сердечниками примерно такой же ширины, что и ширина полюсных поверхностей.
В альтернативной конструкции могут использоваться постоянные магниты в челноке вместо мягких слоистых магнитных железных сердечников. Если используются постоянные магниты, возможно использовать до 100% ярм одновременно, если возбуждающие транзисторы для катушек на ярме могут проводить ток в обоих направлениях через катушку. Если направление тока может чередовать северный и южный полюса в катушке, такое чередование будет затягивать магнит челнока в воздушный зазор и выталкивать магнит челнока из воздушного зазора.
Разнесение этих мягких магнитных железных сердечников должно находится в определенном соотношении с разнесением ярм для достижения оптимального количества ярм, возбуждаемых одновременно в ходе движения челнока. Челнок будет направляться в опорной системе с высокой точностью относительно ярм для поддержания надлежащего воздушного зазора между железными сердечниками в челноке и полюсными поверхностями в ярмах, типичный воздушный зазор должен составлять от 0,05 до 0,1 мм. Пружина в челноке может частично быть направлена внутрь челнока и частично при помощи некоторого направляющего стержня в корпусе инструмента. С противоположной стороны челнока находится маленький прямоугольный стержень из закаленной стали в форме забойщика, который будет направляться в забойный рельс, в котором расположен гвоздь, кнопка или скоба, для забивания гвоздя, кнопки или скобы. Забойщик прикреплен к челноку некоторыми амортизирующими материалами для снижения ударных нагрузок.
На челноке расположена хронографическая шкала, и между некоторыми ярмами расположены несколько датчиков, которые могут работать в соответствии с их оптическими или магнитными принципами действия. Датчики будут вырабатывать множество электрических синхронизирующих импульсов, которые определяют физическое положение челнока с точностью +/-0,1 мм, служащих входным сигналом для микрокомпьютера.
Согласно альтернативным вариантам воплощения датчик может быть в форме источника света (например, светоизлучающего диода или лазера), который сообщается с фотоприемником, или может быть в форме индуктивного детектора.
Задача микрокомпьютера в первую очередь состоит в открытии и закрытии мощных транзисторов, управляющих подводом тока к катушкам, основываясь на входном сигнале от датчиков челнока. Во-вторых, компьютер предпочтительно будет проверять некоторые факты, например, прошел ли длинный гвоздь или скоба на всю длину в свое основание, или необходимо второе движение челнока. Он также будет проверять, расположен ли гвоздь, кнопка или скоба в забойном рельсе, состояние зарядки батареи и другие факты.
Для управления всеми этими видами деятельности в память микрокомпьютера заложена программа. Эта программа может быть обновлена или изменена путем замены запоминающего устройства, что делает возможным изменить характер инструмента при изменении подающей системы от подачи гвоздей к подаче скоб, или при некоторых других изменениях. Программа также может быть обновлена в зависимости от типа основания, для которого следует использовать инструмент.
Оператор может быть проинформирован посредством дисплея или при помощи звуковой информационной системы в инструменте о данных из программы.
Для забивания гвоздя, кнопки или скобы в ее основание необходима энергия, и эта энергия будет поступать от батареи, присоединенной к инструменту для укрепления кнопки или скобы. Батарея также будет источником питания для микрокомпьютера и датчиков.
Батарея может быть никелево-металлогидридного, ионно-литиевого или полимерно-литиевого типа. Два наиболее важных параметра батареи представляют собой высокое содержание мощности на грамм веса, и высокий ток на выходе в ходе движения челнока. Батарея будет перезаряжаемой и легко заменяемой. Запас энергии в обычной батарее позволит осуществить несколько тысяч ударов до того, как наступит время для перезарядки.
Выход батареи может также быть параллельно присоединен к конденсатору для защиты батареи от повреждения высоким током на выходе в ходе одной операции движения челнока.
Альтернативная конструкция изобретения будет описана далее со ссылкой на Фиг.10-12. В вышеуказанной альтернативной конструкции используются постоянные магниты в челноке (роторе) 10' вместо мягких слоистых магнитных железных сердечников. Постоянные магниты предпочтительно расположены вдоль продольного направления челнока, как показано на Фиг.11 и 12. Предпочтительно челнок также содержит стальные шайбы (смотри обозначение на Фиг.12). Также, когда используются постоянные магниты, по-другому реализуется сборка 8' ярм.
Привод 30, который преобразует постоянный ток в переменный ток, может быть трехфазного типа, как показано на Фиг.10. Привод состоит из шести переключателей мощности, переключающих ток между плюсовым стержнем 31 и минусовым стержнем 32. Плюсовой и минусовой стержни 31, 32 присоединены к соответствующим положительному и отрицательному полюсам батареи постоянного тока. При помощи трехфазного соединения 33 от привода к мотору разные плечи привода присоединены к линейному мотору 34.
Сборка 8' ярм мотора может в случае челнока (ротора) с постоянными магнитами быть U-образной из слоев железа, разделенных на разные слои 40, 41, 42, как показано на Фиг.11. Пространство в центре U-образной формы заполнено обмоткой, предпочтительно изолированными медными проводами или медными пластинами.
Ток в обмотке, созданный приводом, будет создавать магнитное поле в ярме, которое будет проходить через воздушный зазор к челноку (ротору), будучи направленным по существу перпендикулярно направлению движения вышеуказанного челнока 10', что показано линией магнитного потока на фиг.11.
В сборке 8' ярма могут быть выполнены различные соединения обмоток. Три обмотки, по одной на каждую фазу, могут быть объединены в соединенную звездой трехфазную обмотку мотора. Альтернативно, шесть сборок ярм или различное другое множество, кратное трем, может быть объединено. Для челнока (ротора) с постоянными магнитами сборки 8' ярм могут быть собраны плотно рядом друг с другом. Также слои 42, 41 могут быть магнитно поделены между двумя ярмами.
В случае постоянных магнитов воздушный зазор между ярмами и челноком может быть увеличен до порядка миллиметров, тем самым допуская механические отклонения в сборке мотора. Вышеприведенный пример описывает трехфазную конструкцию, другие конструкции переключателей мощности и ярм, количество фаз в которых отличается от трех, считаются очевидными специалистам в данной области техники
Размеры и материалы, приведенные на Фиг.11 и 12, должны рассматриваться исключительно как иллюстративные. Изобретение не ограничивается какими-либо конкретными размерами или любым воплощением из описанных выше, напротив, оно может быть изменено в рамках приложенной формулы изобретения. Например, изобретение может использоваться с батареей, которую можно перезарядить, или может получать питание от традиционного источника энергии со шнуром, вставляемым в электрическую розетку, например, имеющую напряжение от 110 до 220 Вольт.