устройство для забивания гвоздей или скрепления скобами

Формула изобретения

1. Устройство для забивания гвоздей или скрепления скобами, содержащее снабженный рукояткой с выключателем корпус, в котором установлены электромагнитный привод с возвратной пружиной, механизм подачи гвоздей или скоб и боек-толкатель, размещенный в направляющем канале механизма подачи гвоздей или скоб, отличающееся тем, что электромагнитный привод выполнен в виде линейного электродвигателя, снабженного импульсным источником питания постоянного тока, в центральной части корпуса жестко установлена полая направляющая стяжка, на цилиндрической поверхности которой с передней стороны, обращенной к механизму подачи гвоздей или скоб, выполнены прорези для направляющих выступов бойка-толкателя, на ее концах установлены передний и задний фланцы из неферромагнитного материала, между которыми размещен линейный электродвигатель, который состоит из статора и якоря, причем статор содержит цилиндрический магнитопровод, в котором вдоль оси на каркасе установлены не менее двух обмоток равной длины, соединенных с импульсным источником питания постоянного тока по схеме встречного включения, а торцы статора примыкают соответственно к внутренним торцам переднего и заднего фланцев, якорь выполнен с возможностью скольжения по направляющей стяжке.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит два магнитных полюса, размещенных на соединяющей их втулке из магнитно-мягкого материала, на которой между магнитными полюсами расположена обмотка, соединенная с импульсным источником питания постоянного тока, при этом длина якоря равна сумме длины одной обмотки статора, ширины зазора между обмотками статора и ширины переднего магнитного полюса якоря, на переднем фланце имеется направляющая для ориентации и фиксации направляющего канала механизма подачи гвоздей или скоб, возвратная пружина размещена в направляющей стяжке и одним концом закреплена в упоре, установленном в задней части стяжки, другим концом соединена с бойком-толкателем с обеспечением якорю крайнего заднего положения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит два цилиндрических магнитных полюса, выполненных из магнитно-твердого материала с намагниченностью в радиальном направлении, разноименной для каждого полюса, и размещенных на соединяющей их втулке из магнитно-мягкого материала, при этом длина якоря равна сумме длины обмотки статора, ширины зазора между обмотками статора и ширины переднего магнитного полюса якоря, на переднем фланце имеется направляющая для ориентации и фиксации направляющего канала механизма подачи гвоздей или скоб, а возвратная пружина размещена в направляющей стяжке и одним концом закреплена в упоре, установленном на задней части стяжки, а другим соединена с бойком-толкателем с обеспечением якорю крайнего заднего положения.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, содержит два магнитных полюса, размещенных на соединяющей их втулке, выполненной из магнитно-мягкого материала, на которой между магнитными полюсами расположена обмотка якоря, при этом длина якоря равна сумме длины одной обмотки статора, ширины зазора между обмотками статора и ширины переднего магнитного полюса якоря, на переднем фланце имеется направляющая для ориентации и фиксации направляющего канала механизма подачи гвоздей или скоб, возвратная пружина выполнена в виде пружины сжатия, расположенной в направляющей стяжке, и упирается одним концом в боек-толкатель, другим - в упор, установленный на заднем конце направляющей стяжки с обеспечением в крайнем переднем положении перекрытия бойком-толкателем направляющего канала механизма подачи гвоздей или скоб, при этом импульсный источник питания постоянного тока дополнительно содержит инвертор, соединенный с обмоткой якоря.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит два цилиндрических магнитных полюса, выполненных из магнитно-твердого материала с намагниченностью в радиальном направлении, разноименной для каждого полюса, и размещенных на соединяющей их втулке из магнитно-мягкого материала, при этом длина якоря равна сумме длины обмотки статора, ширины зазора между обмотками статора и ширины переднего магнитного полюса якоря, на переднем фланце имеется направляющая для ориентации и фиксаций направляющего канала механизма подачи гвоздей или скоб, а возвратная пружина выполнена в виде пружины сжатия, расположенной в направляющей стяжке, и упирается одним концом в боек-толкатель, другим - в упор, установленный на заднем конце направляющей стяжки с обеспечением в крайнем переднем положении перекрытия бойком-толкателем направляющего канала механизма подачи гвоздей или скоб, при этом импульсный источник питания постоянного тока дополнительно содержит инвертор, соединенный с обмоткой статора.

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что якорь содержит дополнительный полюс из магнитно-мягкого материала, расположенный равноудаленно от магнитных полюсов на соединяющей втулке.

7. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что на наружных цилиндрических поверхностях переднего и заднего магнитных полюсов установлены короткозамкнутые индукционные катушки, изолированные от магнитных полюсов.

8. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что на цилиндрической поверхности магнитных полюсов выполнены радиальные прорези в направлении от поверхности к центру.

9. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что упор установлен на заднем торце направляющей стяжки и выполнен в виде регулировочного винта.

10. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что каркас статора имеет перфорацию, а на крайних торцах магнитных полюсов установлены скользящие уплотнения.

11. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что цилиндрический магнитопровод статора имеет развитую наружную поверхность для отвода тепла от обмоток статора.

12. Устройство по любому из пп.1, 2 или 4, отличающееся тем, что обмотка якоря соединена с импульсным источником питания постоянного тока через щеточные контакты, установленные на заднем магнитном полюсе и взаимодействующие с токоподводящими шинами, расположенными на задней стороне цилиндрической поверхности направляющей стяжки и соединенными с импульсным источником питания постоянного тока.

13. Устройство по любому из пп.1, 2 или 4, отличающееся тем, что обмотка якоря соединена с импульсным источником питания постоянного тока проводом, подвижная часть которого расположена между задним фланцем и задним торцом заднего магнитного полюса на спиральной пружине.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ручного инструмента, а именно к инструменту с электромагнитным приводом для забивания гвоздей и скрепления скобами. Известен ручной инструмент с электромагнитным приводом модели «Air Free 25-40», разработанный в США фирмой Senco. Инструмент содержит электромагнитный привод с маховиком, вал, на котором намотан тросик. Вал имеет возможность через муфту соединяться с маховиком. Тросик, в свою очередь, связан с бойком, взаимодействующим со шляпкой гвоздя. Недостаток данного устройства заключается в сложности выполнения инструмента, которая обусловлена преобразованием электромагнитной энергии в поступательное перемещение бойка через механическое взаимодействие нескольких звеньев, в т.ч. инерционных.

Раскрытие заявленного изобретения

Цель изобретения - устранить указанные недостатки.

Техническим результатом изобретения является прямое преобразование электромагнитной энергии в поступательное перемещение исполнительного механизма при работе короткими импульсами, что позволило увеличить мощность инструмента, значительно снизить его габариты и вес, а также обеспечить минимальное энергопотребление с использованием стандартной электросети 110/220 В или аккумуляторной батареи 18-24 В.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для забивания гвоздей или скрепления скобами, содержащем снабженный рукояткой с выключателем корпус, в котором установлены электромагнитный привод с возвратной пружиной, механизм подачи гвоздей или скоб и боек-толкатель, размещенный в направляющем канале механизма подачи гвоздей или скоб, электромагнитный привод выполнен в виде линейного электродвигателя, снабженного импульсным источником питания постоянного тока. Устройство имеет в центральной части корпуса жестко установленную полую направляющую стяжку, на цилиндрической поверхности которой с передней стороны выполнены прорези для направляющих выступов бойка-толкателя. Кроме того, на концах направляющей стяжки установлены передний и задний фланцы из неферромагнитного материала. Между фланцами помещен линейный электродвигатель, состоящий из статора и якоря. Статор содержит цилиндрический магнитопровод, в котором вдоль оси на каркасе установлены не менее двух равной длины обмоток, соединенных с импульсным источником питания постоянного тока по схеме встречного включения. Торцы статора примыкают соответственно к внутренним торцам переднего и заднего фланцев. Якорь имеет возможность скольжения по направляющей стяжке и содержит два магнитных полюса, размещенных на соединяющей их втулке из магнитно-мягкого материала, на которой между магнитными полюсами расположена обмотка якоря, соединенная с импульсным источником питания постоянного тока. Длина якоря равна сумме длины одной обмотки статора, ширины зазора между обмотками статора и ширины переднего магнитного полюса якоря. На переднем фланце имеется направляющая для ориентации и фиксации направляющего канала механизма подачи гвоздей или скоб. Возвратная пружина размещена в направляющей стяжке и одним концом закреплена в упоре, установленном в ее задней части, другим концом соединена с бойком-толкателем для обеспечения якорю крайнего заднего положения. Устройство может иметь якорь, состоящий из двух цилиндрических магнитных полюсов, выполненных из магнитно-твердого материала с намагниченностью в радиальном направлении, разноименной для каждого полюса. Они размещены на соединяющей их втулке из магнитно-мягкого материала. Кроме того, возвратная пружина может быть выполнена в виде пружины сжатия, расположенной в направляющей стяжке. Пружина сжатия одним концом упирается в боек-толкатель, другим - в упор, установленный на заднем конце направляющей стяжки, обеспечивая в крайнем переднем положении перекрытие бойком-толкателем направляющего канала механизма подачи гвоздей или скоб. При этом импульсный источник питания постоянного тока дополнительно содержит инвертор, соединенный с обмоткой якоря при использовании якоря в первом исполнении. При втором исполнении якоря инвертор соединен с обмоткой статора. Якорь может содержать дополнительный полюс из магнитно-мягкого материала, который расположен на соединяющей втулке равноудалено от магнитных полюсов. На цилиндрической поверхности магнитных полюсов выполнены радиальные прорези в направлении от поверхности к центру. На наружных цилиндрических поверхностях переднего и заднего магнитных полюсов установлены короткозамкнутые индукционные катушки, изолированные от магнитных полюсов.

Дополнительным техническим результатом является удобство обслуживания устройства при неизбежном ослаблении возвратной пружины во время эксплуатации. Он достигается тем, что упор, к которому крепится возвратная пружина, устанавливается на заднем торце направляющей стяжки и выполнен в виде регулировочного винта.

Для повышения эффективности отвода тепла от обмотки статора цилиндрический магнитопровод статора имеет развитую наружную поверхность. Для усиления этого эффекта каркас статора имеет перфорацию, а на крайних торцах магнитных полюсов установлены скользящие уплотнения.

Краткое описание чертежей

На чертежах представлено устройство для забивания гвоздей или скрепления скобами, где

Фиг.1 - общий вид устройства в разрезе (варианты 1 и 2),

Фиг.2 - часть устройства в разрезе (увеличено),

Фиг.3 - вид Б фиг.2,

Фиг.4 - сечение магнитопровода статора,

Фиг.5 - якорь в разрезе (исполнение с обмоткой и щеточными контактами),

Фиг.6 - якорь в разрезе (исполнение с полюсами из магнитно-твердого материала),

Фиг.7 - общий вид устройства с разрезом (варианты 3 и 4),

Фиг.8 - якорь в разрезе (исполнение с индукционными катушками),

Фиг.9 - якорь в разрезе с дополнительными полюсами,

Фиг.10 - направляющая стяжка,

Фиг.11 - разрез направляющей стяжки,

Фиг.12 - электрическая схема устройства (вариант 1),

Фиг.13 - электрическая схема устройства (вариант 2),

Фиг.14 - электрическая схема устройства (вариант 3),

Фиг.15 - электрическая схема устройства (вариант 4).

Осуществление изобретения

Устройство содержит корпус 1 с рукояткой 2, в которой смонтирован импульсный источник питания постоянного тока 3, соединенный с выключателем 4. В центральной части корпуса 1 жестко установлена полая направляющая стяжка 5, на цилиндрической поверхности которой с передней стороны имеются прорези 6 для направляющих выступов 7 бойка-толкателя 8. На концах направляющей стяжки 5 установлены передний 9 и задний 10 фланцы из неферромагнитного материала, между которыми размещен линейный электродвигатель 11. Линейный электродвигатель 11 состоит из статора 12 и якоря 13. Статор 12 содержит цилиндрический магнитопровод 14 с развитой наружной поверхностью для отвода тепла. В цилиндрическом магнитопроводе 14 вдоль оси на каркасе 15 с перфорацией 16 установлены не менее двух равной длины обмоток статора 17, соединенных с импульсным источником питания постоянного тока 3 по схеме встречного включения, обмотки статора 17 имеют одинаковое направление навивки и соединены встречно. Торцы статора 12 примыкают соответственно к торцам переднего 9 и заднего 10 фланцев.

Якорь 13 имеет возможность скольжения по направляющей стяжке 5 и содержит два магнитных полюса: передний полюс 18 и задний полюс 19, которые размещены на соединяющей их втулке 20, выполненной из магнитно-мягкого материала. Между магнитными полюсами 18 и 19 на втулке 20 расположена обмотка якоря 21, соединенная с импульсным источником питания постоянного тока 3. Длина якоря 13 равна сумме длины «l» одной обмотки статора 17, ширины зазора «s» между обмотками статора 17 и ширины «h» переднего магнитного полюса 18 якоря 13. На переднем фланце 9 имеется направляющая 22 для ориентации и фиксации направляющего канала 23 механизма подачи гвоздей или скоб 24.

В направляющей стяжке 5 размещена возвратная пружина 25, которая одним концом закреплена в упоре 26, установленном в задней части направляющей стяжки 5, а другим концом соединена с бойком-толкателем 8, обеспечивая якорю 13 крайнее заднее положение.

Упор 26 может быть выполнен в виде регулировочного винта, установленного на заднем торце направляющей стяжки 5.

Во втором варианте предлагаемого устройства якорь 13 имеет другое исполнение. Он содержит два цилиндрических магнитных полюса: передний полюс 27 и задний полюс 28, которые размещены на соединяющей их втулке 20 из магнитно-мягкого материала. Передний магнитный полюс 27 и задний магнитный полюс 28 выполнены из магнитно-твердого материала с намагниченностью в радиальном направлении, разноименной для каждого полюса. Длина якоря 13 в этом варианте определяется аналогично первому, т.е. суммой длины одной обмотки статора 17, ширины зазора «s» между обмотками статора и ширины «h» переднего полюса 27.

Третий и четвертый варианты устройства различаются соответственно от первого и второго вариантов установкой возвратной пружины. В этих вариантах используется пружина сжатия 29, расположенная в направляющей стяжке 5. Она упирается одним концом в боек-толкатель 8, а другим - в упор 26, обеспечивая в крайнем переднем положении перекрытие бойком-толкателем 8 направляющего канала 23 механизма подачи гвоздей или скоб 24.

Якорь 13 может иметь дополнительный полюс 30 из магнитно-мягкого материала, который располагается на соединяющей втулке 20.

На цилиндрической поверхности магнитных полюсов 18, 19, 27, 28 и 30 выполнены радиальные прорези 31 в направлении от поверхности к центру и установлены короткозамкнутые индукционные катушки 32, изолированные от магнитных полюсов. В первом и третьем вариантах устройства соединение обмотки якоря 21 с импульсным источником питания постоянного тока 3 может осуществляться через щеточные контакты или посредством провода.

Щеточные контакты 33 установлены на заднем магнитном полюсе 19 и имеют возможность взаимодействия с токоподводящими шинами 34, которые расположены на задней стороне цилиндрической поверхности направляющей стяжки 5 и соединены с импульсным источником питания постоянного тока 3.

Обмотка якоря 21 может соединяться с импульсным источником питания постоянного тока 3 посредством провода 35. При этом подвижная часть провода 35 расположена на спиральной пружине 36, находящейся между задним фланцем 10 и задним торцом заднего магнитного полюса 19.

При необходимости забивания гвоздя или скобы несколькими ударами импульсный источник питания постоянного тока 3 дополнительно содержит инвертор 37, соединенный с обмоткой якоря 21 для третьего варианта устройства и соединенный с обмоткой статора 17 для четвертого варианта его исполнения.

Для интенсификации охлаждения обмоток статора на крайних торцах магнитных полюсов 18 и 19 и 27 и 28 установлены скользящие уплотнения 38.

Работает устройство следующим образом.

В первом варианте исполнения устройства для забивания гвоздей или скрепления скобами исходным положением якоря 13 является крайнее заднее положение.

Возвратная пружина 25 обеспечивает такое положение, когда гвоздь или скоба находятся в направляющем канале 23 механизма подачи гвоздей 24. Торец бойка-толкателя 8 расположен позади шляпки гвоздя или скобы на расстоянии свободного хода, выбираемого из условий оптимизации параметров забивания гвоздя или скобы (глубина утопления шляпки, твердость материала, в который забивается гвоздь). При этом якорь 13 расположен таким образом, что его задний магнитный полюс 19 находится в крайнем положении у заднего фланца 10. Заданная длина якоря 13 обеспечивает расположение переднего магнитного полюса 18 в зоне второй обмотки статора 12. При нажатии выключателя 4 на рукоятке 2 происходит включение импульсного источника питания постоянного тока 3. Усилием руки устройство прижимается к поверхности материала, в который требуется забить гвоздь или скобу, и удерживается в этом положении. Происходит подача импульса напряжения определенной длительности (10-20 мс) на обмотки статора 17 и обмотку якоря 21. На обмотку якоря 21 ток подается через токоподводящие шины 34 и щеточные контакты 33 или провод 35. В обмотках статора 17 возникает ток, создающий магнитное поле вдоль оси обмоток статора 17. При этом направление магнитного поля в смежных обмотках статора противоположно вследствие их встречного включения.

В обмотке якоря 21 возникает ток, создающий магнитное поле вдоль оси обмотки якоря. Направление магнитного поля обмотки якоря 21 противоположно направлению магнитного поля той обмотки статора 17, в которой находится якорь 13. В начале последующей обмотки статора напротив переднего магнитного полюса 18 направление магнитного поля совпадает с направлением магнитного поля обмотки якоря 21.

Магнитный поток, образованный обмоткой якоря 21, проходит по магнитной цепи, состоящей из магнитопровода 14 статора 12, переднего и заднего магнитных полюсов 18 и 19 и двух рабочих зазоров между боковыми поверхностями магнитных полюсов 18 и 19 и статора 12, в которых находится часть обмоток статора 17 и короткозамкнутые индукционные катушки 32.

При прохождении тока через обмотки статора 17 в короткозамкнутых индукционных катушках 32 якоря 13 возникают без подвода энергии извне вихревые индукционные токи, формирующие свое магнитное поле, направленное противоположно току в противолежащей обмотке статора 21. Таким образом, возникает еще одна движущая сила, направленная в сторону механизма подачи гвоздей или скоб 24. Вихревые индукционные токи создают поле такой же напряженности, как поле, которое их инициирует.

Результирующие силы электромагнитного взаимодействия токов, протекающих в обмотках статора 17 и короткозамкнутых индукционных катушках 32, с магнитным полем в рабочих зазорах имеют одинаковое направление и приводят к перемещению якоря 13 по направлению к механизму подачи гвоздя или скобы 24. Перемещаясь, якорь 13 преодолевает усилие возвратной пружины 25 с энергией, равной кинетической энергии якоря 13 и бойка-толкателя 8, ударяет по гвоздю или скобе, находящейся в направляющем канале 23 механизма подачи гвоздей или скоб 24, и забивает гвоздь или скобу. После завершения удара якорь 13 возвращается пружиной 25 в исходное положение. Механизм подачи гвоздей или скоб 24 перемещает следующий гвоздь или скобу в направляющий канал 23.

Для снижения энергопотребления линейного электродвигателя функция обмотки якоря во втором и четвертом вариантах устройства заменена работой переднего и заднего магнитных полюсов 27 и 28 из магнитно-твердого материала с намагниченностью в радиальном направлении.

Статор 12 и якорь 13 в этих вариантах образуют индуктивный датчик, выходной электрический сигнал которого является функцией положения якоря 13. Дополнительный магнитный полюс 30, устанавливаемый между передним и задним магнитными полюсами 18 и 19 в первом и третьем вариантах или передним и задним полюсами 27 и 28 во втором и четвертом вариантах, служит для сокращения магнитного пути потока между магнитопроводом 14 статора 12 и якорем 13, т.е. увеличивает магнитную проводимость участков магнитной цепи линейного электродвигателя 11.

В третьем и четвертом вариантах устройства применяется пружина сжатия 29. В этом случае исходное положение якоря 13 - крайнее переднее положение у переднего фланца 9. При подаче импульса напряжения заданной полярности от импульсного источника питания постоянного тока 3 с инвертором 37 якорь 13 начинает перемещаться от механизма подачи гвоздей или скоб 24, сжимает пружину сжатия 29. Боек-толкатель 8, перемещаясь по прорезям 6 направляющей стяжки 5 с якорем 13, освобождает направляющий канал 23, в который подается гвоздь или скоба из механизма подачи гвоздей или скоб 24. Усилие пружины сжатия 29 выбирается из условия достаточной энергии якоря 13, позволяющей ему переместиться в крайнее заднее положение. В этот момент пружина сжатия 29 имеет запас энергии, преобразованной от движения якоря 13. Якорь 13 начинает обратное движение за счет усилия пружины сжатия 29. Одновременно с началом перемещения вперед на обмотки статора 17 и обмотку якоря 21 подается импульс напряжения заданной полярности, приводящий к результирующей электромагнитной силе, по направлению совпадающей с направлением действия силы пружины сжатия 29. Якорь 13 под действием суммарных сил перемещается к направляющему каналу 23 и через боек-толкатель 8 ударяет гвоздь или скобу. Энергия такого удара превосходит энергию удара в устройствах по первому и второму вариантам. В случае, если энергия недостаточна для полного забивания гвоздя, подается следующий импульс напряжения от импульсного источника питания постоянного тока 3 с инвертором 37. Происходит цикл движений, заключающийся в сжатии пружины 29, последующей переполюсовке импульса напряжения на обмотках статора 17 и обмотке якоря 21 (для третьего варианта устройства), перемещении якоря 13 под действием суммарных сил и ударе по недозабитому гвоздю или скобе.

При движении якоря 13 перемещающиеся скользящие уплотнения 38 интенсифицируют охлаждение обмотки статора 17 воздухом, поступающим через перфорацию 16 на каркасе статора 15.

Развитая наружная поверхность магнитопровода 14 также увеличивает отвод тепла.

Преимуществом заявляемого устройства является то, что необходимая энергия для забивания гвоздя или скобы накоплена в виде кинетической энергии массы движущихся элементов якоря 13, бойка-толкателя 8 и воспринимается гвоздем, являющимся частью этой системы. Собственная кинетическая энергия гвоздя многократно меньше энергии системы. Следовательно, в случае удара «в воздух» (удар гвоздя мимо или удар в хрупкую штукатурку) гвоздь покидает направляющий канал 23 механизма подачи гвоздей или скоб 24 с очень низкой энергией, определяемой массой гвоздя, и не представляет опасности для работы.

При недостаточности энергии для забивания гвоздя одним ударом гвоздь частично остается в направляющем канале 23 и перекрывает подачу следующего гвоздя.

Устройство по третьему и четвертому вариантам обеспечивает подачу коротких разнонаправленных импульсов через 30-40 мсек. При этом работающий человек не ощущает количества ударов (необходимо 2-3 удара), производимых с указанной скоростью, и воспринимает их как один удар.

Кроме того, обеспечивается простота и унификация линейного электродвигателя 11 для забивания гвоздей или скоб различных типов и размеров.

Промышленная применимость

Таким образом, предлагаемое устройство имеет повышенную безопасность, оптимальный вес и габариты, при малом потреблении электроэнергии позволяет использовать бытовую стандартную сеть 110/220 В или аккумуляторную батарею постоянного тока 18-24 В.