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Patent Searching and Data


Title:
ELECTRIC MOTOR AND CONCRETE DEMOLITION HAMMER USING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/146568
Kind Code:
A1
Abstract:
An electric motor and concrete demolition hammer using the same, a brushed electric motor comprising a stator (22), a rotary shaft (23), and a rotor (21) fixed on the rotary shaft (23); the rotary shaft (23) is supported by a bearing (14) and is provided with a commutator assembly (32) and a corresponding electric brush assembly (3) thereon; a separator (25) is located between the rotor (21) and the commutator assembly (32), thus separating the rotor (21) from the commutator assembly (32) and the electric brush assembly (3) in two different spaces. The concrete demolition hammer comprises a hammer body (5), a vibration system (1) disposed in the hammer body (5), an electric motor system (2) providing power for the vibration system (1), and a tail pipe system (6) connected to the hammer body (5); the electric motor system (2) employs a brushed electric motor; the tail pipe system (6) has a duct-type cavity therein; the space where the commutator component (32) and the electric brush assembly (3) are located is in communication with the duct-type cavity in the tail pipe system (6). Because the commutator component (32) and the electric brush assembly (3) of the electric motor are arranged outside the space where the rotor (21) is located, the working performance of the brushed electric motor in a closed environment is improved.

Inventors:
FENG, Yujia (No. 28-6, Street Fangbeili District Cuipin, Yibin Sichuan 0, 644000, CN)
Application Number:
CN2014/073618
Publication Date:
September 25, 2014
Filing Date:
March 18, 2014
Export Citation:
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Assignee:
FENG, Yujia (No. 28-6, Street Fangbeili District Cuipin, Yibin Sichuan 0, 644000, CN)
International Classes:
H02K23/66; E04G21/08; H02K9/28
Foreign References:
CN103166414A
CN203180742U
CN201038873Y
US5725304A
JP2003061308A
CN101025046A
CN2362963Y
Attorney, Agent or Firm:
HYLANDS LAW FIRM (5A5 Hanwei Plaza, No.7 Guanghua Road Chaoyang, Beijing 4, 100004, CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1. 一种有刷电动机, 包括定子、 转轴及固定在转轴上的转子, 所述转轴被轴承所支撑, 所 述转轴上设置有整流子组件, 以及对应的电刷组件, 其特征在于, 包括一隔离件, 所述 隔离件位于转子与整流子组件之间, 将所述转子与整流子组件、 电刷组件分隔在两个不 同的空间中。

2. 如权利要求 1所述的电动机, 其特征在于, 所述隔离件是所述电动机后端的第一轴承, 使所述整流子组件、 电刷组件处于所述第一轴承外侧的空间。

3. 如权利要求 1所述的电动机, 其特征在于, 所述整流子组件、 电刷组件所在的空间与一 空腔连通, 在所述空腔中构成利于所述整流子组件、 电刷组件工作时形成氧化膜的氧化 环境。

4. 如权利要求 1所述的电动机, 其特征在于, 进一步包括一空气循环系统, 所述空气循环 系统与所述整流子组件、 电刷组件所在的空间对接; 所述空气循环系统包括空气强制对 流部件、 对流风道、 充满空气的空气循环及存储腔体。

5. 如权利要求 4所述的电动机, 其特征在于, 所述空气强制对流部件是空压机或风扇; 所 述风扇固定在所述转轴上, 并由所述转轴驱动。

6. 如权利要求 4所述的电动机, 其特征在于, 进一步包括一过滤件, 所述过滤件设置在所 述空气循环及存储腔体中, 并将所述空气循环及存储腔体分隔成第二腔体、 第三腔体; 所述对流风道包括将所述整流子组件、电刷组件所在的空间与第三腔体连通的第一风道; 经所述空气强制对流部件将所述第二腔体与所述整流子组件、 电刷组件所在的空间连通 的第二风道。

7. 一种混凝土振捣棒, 包括棒体, 在棒体内设置有振动系统、 为所述振动系统提供动力的 电动机系统, 与所述棒体相连的尾管系统, 其特征在于, 所述电动机系统为权利要求 1 所述的电动机; 所述尾管系统内有管道型空腔; 所述整流子组件、 电刷组件所在的空间 与所述尾管系统中的管道型空腔连通。

8. 如权利要求 7所述的振捣棒, 其特征在于, 所述振动系统的振动回转轴与所述电动机的 转轴连接, 所述振动回转轴贯穿第二轴承并由所述第二轴承支撑, 在所述第二轴承两侧 分别布置有偏心部件。

9. 如权利要求 8所述的振捣棒, 其特征在于, 所述第二轴承外侧的偏心部件为设置在所述 振动回转轴上的偏心块; 所述电动机转子的质心偏离所述转轴的旋转轴线, 构成位于所 述第二轴承内侧的偏心部件。

10. 如权利要求 9所述的振捣棒, 其特征在于, 所述第二轴承内侧的所述振动回转轴上布置 一偏心块; 所述两个偏心块的质心与所述电动机转子的质心位于旋转轴线的同侧。

11. 如权利要求 7所述的振捣棒, 其特征在于, 进一步包括一过滤件、 风道组件及空气强制 对流部件, 所述空气强制对流部件位于所述整流子组件、 电刷组件所在的空间与所述风 道组件之间; 所述过滤件设置在所述管道型空腔中, 并将所述管道型空腔分隔成位于尾 管系统前端的第二腔体、 位于尾管系统后端的第三腔体; 所述风道组件包括位于前端的 漏斗形回流腔, 设置在回流腔底部贯通风道组件与其外侧连通的回流管; 开口设在风道 组件前侧方并与位于风道组件后端的汇流管连通的集气管; 回流管、 集气管交错设置在 风道组件上, 从不同方向穿过风道组件的壁但是彼此不连通; 所述汇流管与排气管连接, 所述排气管穿过所述过滤件与所述第三腔体连通; 所述排气管、 风道组件在尾管系统的 管道型空腔中形成回流通道; 所述空气强制对流部件设置在棒体内的末端, 所述气强制 对流部件与棒体外壳之间的间歇构成排气通道; 所述排气通道、 集气管、 汇流管、 排气 管将所述整流子组件、 电刷组件所在的空间与第三腔体连通; 回流通道、 回流管、 回流 腔经空气强制对流部件将所述第二腔体与所述整流子组件、 电刷组件所在的空间连通; 在所述空气强制对流部件的作用下所述整流子组件、 电刷组件所在的空间中的含尘热气 经所述第三腔体、 第二腔体散热, 经所述过滤件过滤除尘, 再次进入所述整流子组件、 电刷组件所在的空间。

12. 如权利要求 7-11中任一项所述的振捣棒,其特征在于,进一步包括一设置在尾管系统内 管道型空腔中的电源控制系统, 所述电源控制系统与电源电缆连接, 并为所述电动机系 统供电; 所述电源控制系统包括一控制开关或传感器, 所述控制开关或传感器固定在尾 管系统前端与所述棒体连接部附近的管道型空腔中。

13. 如权利要求 12所述的振捣棒, 其特征在于, 所述电源控制系统包括记忆电路、 传感器, 所述传感器为磁控传感器; 所述记忆电路与电源电缆连接, 所述记忆电路通过控制线与 所述磁控传感器连接, 所述记忆电路通过电机电缆与所述电动机系统连接; 所述磁控传 感器的工作状态通过位于尾管系统外部的磁性元件滑过进行控制。

14. 一种改善有刷电动机工作性能的方法, 用以改善有刷电动机在密闭环境中的工作性能, 其特征在于, 将所述电动机的整流子组件、 电刷组件移到转子所处的空间之外。

15. 如权利要求 14所述的方法, 其特征在于, 对所述整流子组件、 电刷组件所处空间中的气 体进行循环和 /或过滤处理, 为所述整流子组件、 电刷组件提供适宜的工作环境。

Description:
电动机及使用该电动机的混凝土振捣棒 技术领域

本发明涉及一种混凝土内部振捣器, 尤其涉及一种电动机内置式混凝土振捣棒; 以及 还涉及一电动机。

背景技术

混凝土振捣棒(以下简称振捣棒) , 又称混凝土振动棒、 混凝土内部振捣器、 插入式 混凝土振捣器等, 工作时将振捣棒的棒体插入混凝土内部, 将其振动波直接传给混凝土, 实现在混凝土浇注构建时, 排除其中的气泡, 进行捣固, 使混凝土密实结合, 消除混凝土 的蜂窝、 麻面等现象, 以提高其强度, 保证混凝土构件的质量。 为了有效达到上述目的, 根据相关技术规范, 混凝土振捣棒的振动频率要求在 167Hz以上, 属于高频振捣器, 如果 以旋转方式提供振动动力源, 在不对转动动力源进行变频 (变速) 的情况下, 其转速应该 在 l OOOOrpm (转 /分, r/m ) 以上。 因此, 要实现此类混凝土振捣棒, 首先需要解决的是获 得符合上述要求的振动频率, 即转速问题; 其次是能够在特定的环境下长时间可靠工作。

现在普遍使用的混凝土振捣棒包括电动机外置 式和电动机内置式。 随着技术的发展、 设备的小型化设计和环保节能等的需要, 电动机内置式的混凝土振捣棒正在逐步替代电 动 机外置式混凝土振捣棒。 电动机内置式混凝土振捣棒将提供振动动力源 的电动机安装在振 捣棒的棒体中, 并驱动棒体中的振动机构, 达到对棒体振动的目的, 在具体实现方式上, 所述的振动机构一般用偏心块来实现(图 7提供了所述振动机构所构成的振动系统的结 原理图) 。 在使用时, 将混凝土振捣棒的棒体插入混凝土内部进行工 作。 由于棒体结构、 尺寸, 尤其是其内部空间的限制, 现在公知的这类混凝土振捣棒, 普遍釆用结构较为简单 的同步或异步交流电动机(如鼠笼式交流电动 机)作为动力源, 由于此类交流电动机的转 速受交流电频率的制约 (例如我国供电频率为 50Hz ) , 因此其转速低。 为了达到适合的振 动频率, 必需进行变频处理。 其一是釆用机械变频 (变速)结构对动机的转动输出进行变 速, 提高偏心块的旋转速度, 以达到相应的振动频率, 这类设备由于结构复杂, 使用极少。 另一类是通过专门的电子变频控制设备将供电 频率变频为 167Hz以上 (可以使交流电动机 的转速达到 l OOOOrpm ) 予以输出并向混凝土振捣棒供电, 以满足要求。 因此需要根据不同 的供电频率、 输出频率釆用不同的变频控制设备或控制方法 。

上述两种结构的振捣棒中, 由于釆用电子变频器所实现的振捣棒, 其棒体结构简单, 是国内外高端混凝土振捣棒普遍釆用的技术方 案, 这类振捣棒的优点在于棒体作为易损件, 结构简单, 更换成本相对较低, 而作为成本高的变频控制设备(一般每台售价 达几千甚至 上万元人民币)可以反复使用。 但是, 这类振捣棒的电子变频控制设备虽然可以重复 使用, 但是因釆用电子变频技术, 其对工作环境往往有较高的要求, 而建筑工地的施工环境恶劣, 粉尘和湿度高, 以及施工过程中的设备迁移、 使用过程中的管理维护稍有不当等都极其容 易导致脆弱的电子变频控制设备损坏, 导致购置、 使用和维护成本高。 与此同时, 由于其 包括两个部分, 设备迁移、 使用过程中都很不方便, 往往需要两个人协作才能完成工作; 另一方面, 由于其只能使用交流电工作, 对于施工场地的供电等都提出了要求, 往往需要 进行相应的布线或设置发电设备才能工作, 极其不便于施工工作的开展。

由于直流电动机, 其转速不受供电频率的影响, 通过现有的常规电动机设计技术既可 以很容易地使其转速达到 10000 rpm, 因此有人提出利用常规的直流电动机作为电机 内置式 混凝土振捣棒的动力源。

中国实用新型专利申请 98229657. 6 (名称: 电机内装型插入式混凝土振动器)公开了 釆用常规的直流电动机所实现的技术方案, 其将普通的直流电动机直接装入密闭的棒体中 , 由于使用时棒体是插入混凝土中, 为了保护电动机, 同时也为了做好绝缘, 保证其能工作, 必需将棒体进行良好的密封。 但是直流电动机工作时, 电刷和整流子 (又称换向器,

Co隱 uta tor ) 间会产生电火花并形成高温 (它的温度高出转子许多) 而无法散热, 电刷磨 损产生粉末(粉尘)等无法排放, 极其容易造成处于同一个封闭空间的电刷、 整流子、 转 子、 定子等组件的损坏和绝缘性能的破坏。 由于棒体内的空间有限, 电刷因其内部空间小 以及转子、 定子等部件的存在而导致安装不便, 高温和电刷粉尘的影响也使得绝缘处理困 难, 甚至无法处理。 并且, 电刷和整流子在工作过程中, 需要不断地在其工作面上形成氧 化膜而减小磨损, 密闭空间中无法提供相应的氧化环境(需要一 定的氧气和湿度, 一般普 通的空气就可提供这样氧化环境) 。 该技术方案实际的实用性差, 无法实现能够实际使用 的 "振捣棒" , 其一开机就可能烧坏。

中国实用新型专利申请 200520018353. 0 (名称: 无刷直流电机系统集成式混凝土振动 棒)公开了釆用无刷直流电动机所实现的技术 方案。 其虽然解决了普通直流电动机中的上 述缺陷, 但是由于无刷直流电动机的工作需要专用的无 刷直流电动机控制器和检测电动机 转动位置状态的霍尔元件配合工作, 由于棒体空间及环境的限制无刷直流电动机控 制器只 能设置在外部, 并通过电缆与无刷直流电动机连接, 而霍尔元件必需安装在棒体中并与外 部的无刷直流电动机控制器连接, 这种结构整个设备也是由两个部分组成(棒体 和无刷直 流电动机控制器) , 导致了与使用交流电动机的技术方案类似的缺 陷, 只是无刷直流电动 机控制器体积相对较小。 另一方面, 在施工中功率变化很大引起电机电流变化很大 , 电子 变频控制设备电子元件耐冲击能力比较差; 而且, 霍尔元件比较脆弱, 在复杂和恶劣的施 工环境下极易损坏, 并且因为棒体处于密闭状态, 电动机的工作形成的高温也会大大缩减 霍尔元件的工作寿命, 甚至对其造成损坏。 同时, 其成本也相对较高。 基于上述原因, 釆 用该技术方案的振捣棒实用性差, 实际使用价值也不高。

综上可看出, 由于棒体尺寸限制导致棒体内空间有限, 在不需要外部设备的情况下, 现有相关技术难以实现将普通电动机直接植入 振捣棒棒体来实现相关技术指标。

发明内容

鉴于以上缺陷, 本发明所要解决的技术问题在于提供一种无需 外部设备, 体积小、 结 构简单, 能够满足实际施工使用要求的电动机内置式混 凝土振捣棒。

以及提供一种能在有限中空间正常工作的有刷 电动机。 并提供了一种改善有刷电动机工作性能的方法 。

本发明釆用的技术方案是:

一种有刷电动机, 包括定子、 转轴及固定在转轴上的转子, 所述转轴被轴承所支撑, 所述转轴上设置有整流子组件, 以及对应的电刷组件, 包括一隔离件, 所述隔离件位于转 子与整流子组件之间, 将所述转子与整流子组件、 电刷组件分隔在两个不同的空间中。

优选地, 所述隔离件是所述电动机后端的第一轴承, 使所述整流子组件、 电刷组件处 于所述第一轴承外侧的空间。

优选地, 所述整流子组件、 电刷组件所在的空间与一空腔连通, 所述空腔中有气体, 所述气体含氧气及水蒸气。 所述气体构成利于所述整流子组件、 电刷组件工作时形成氧化 膜的氧化环境。

优选地, 进一步包括一空气循环系统, 所述空气循环系统与所述整流子组件、 电刷组 件所在的空间对接; 所述空气循环系统包括空气强制对流部件、 对流风道、 充满空气的空 气循环及存储腔体。

优选地, 所述空气强制对流部件是空压机或风扇; 所述风扇固定在所述转轴上, 并由 所述转轴驱动。

优选地, 进一步包括一过滤件, 所述过滤件设置在所述空气循环及存储腔体中 , 并将 所述空气循环及存储腔体分隔成第二腔体、 第三腔体; 所述对流风道包括将所述整流子组 件、 电刷组件所在的空间与第三腔体连通的第一风 道; 经所述空气强制对流部件将所述第 二腔体与所述整流子组件、 电刷组件所在的空间连通的第二风道。

—种混凝土振捣棒, 包括棒体, 在棒体内设置有振动系统、 为所述振动系统提供动力 的电动机系统, 与所述棒体相连的尾管系统, 所述电动机系统前面所述的有刷电动机; 所 述尾管系统内有管道型空腔; 所述整流子组件、 电刷组件所在的空间与所述尾管系统中的 管道型空腔连通。

优选地, 所述振动系统的振动回转轴与所述电动机的转 轴连接, 所述振动回转轴贯穿 第二轴承并由所述第二轴承支撑, 在所述第二轴承两侧分别布置有偏心部件。

优选地, 所述第二轴承外侧的偏心部件为设置在所述振 动回转轴上的偏心块; 所述电 动机转子的质心偏离所述转轴的旋转轴线, 构成位于所述第二轴承内侧的偏心部件。

优选地, 所述第二轴承内侧的所述振动回转轴上布置一 偏心块; 所述两个偏心块的质 心与所述电动机转子的质心位于旋转轴线的同 侧。

优选地, 进一步包括一过滤件、 风道组件及空气强制对流部件, 所述空气强制对流部 件位于所述整流子组件、 电刷组件所在的空间与所述风道组件之间; 所述过滤件设置在所 述管道型空腔中, 并将所述管道型空腔分隔成位于尾管系统前端 的第二腔体、 位于尾管系 统后端的第三腔体; 所述风道组件包括位于前端的漏斗形回流腔, 设置在回流腔底部贯通 风道组件与其外侧连通的回流管; 开口设在风道组件前侧方并与位于风道组件后 端的汇流 管连通的集气管; 回流管、 集气管交错设置在风道组件上, 从不同方向穿过风道组件的壁 但是彼此不连通; 所述汇流管与排气管连接, 所述排气管穿过所述过滤件与所述第三腔体 连通; 所述排气管、 风道组件在尾管系统的管道型空腔中形成回流 通道; 所述空气强制对 流部件设置在棒体内的末端, 所述气强制对流部件与棒体外壳之间的间歇构 成排气通道; 所述排气通道、 集气管、 汇流管、 排气管将所述整流子组件、 电刷组件所在的空间与第三 腔体连通; 回流通道、 回流管、 回流腔经空气强制对流部件将所述第二腔体与 所述整流子 组件、 电刷组件所在的空间连通。

优选地, 进一步包括一设置在尾管系统内管道型空腔中 的电源控制系统, 所述电源控 制系统与电源电缆连接, 并为所述电动机系统供电; 所述电源控制系统包括一控制开关或 传感器, 所述控制开关或传感器固定在尾管系统前端与 所述棒体连接部附近的管道型空腔 中。

优选地, 所述电源控制系统包括记忆电路、 传感器, 所述传感器为磁控传感器; 所述 记忆电路与电源电缆连接, 所述记忆电路通过控制线与所述磁控传感器连 接, 所述记忆电 路通过电机电缆与所述电动机系统连接; 所述磁控传感器的工作状态通过位于尾管系统 外 部的磁性元件滑过进行控制。

一种改善有刷电动机工作性能的方法, 用以改善有刷电动机在密闭环境中的工作性能 , 将所述电动机的整流子组件、 电刷组件移到转子所处的空间之外。

优选地, 对所述整流子组件、 电刷组件所处空间中的气体进行循环和 /或过滤处理, 为 所述整流子组件、 电刷组件提供适宜的工作环境。

就技术效果而言: 基于上述技术方案实现的有刷电动机有效改善 了其在密闭环境下的 工作性能, 有效保障了其正常工作。 以有刷电动机作为动力源、 釆用上述技术手段实现的 电动机内置式混凝土振捣棒, 其转速可达到 11000-12000rpm, 甚至更高, 有效满足了混凝 土振捣棒的相关技术指标。 便能使用现有的交流电进行工作, 甚至可以直接使用蓄电池供 电工作。根据反复试验,利用上述技术方案实 现的混凝土振捣棒,能够无故障连续工作 200h 以上, 如果选用性能更加优越的配件(如轴承等), 还能进一步提供起无故障工作寿命; 并 且能够在持续较长空转时间时也不会损坏。 本发明釆用有刷电动机嵌入棒体, 实现了无需 专门的变频控制设备, 直接利用任何频率的电力都可以正常工作, 以及直接使用直流电进 行工作, 例如釆用携带型的蓄电池进行工作。 对于交流电, 只需要一个简单的桥式整流电 路既可以实现工作(如果釆用硅钢片绕组式定 子, 无需整流也可工作)。 优选使用直流电动 机, 其功耗小, 体积小, 转矩大, 形成的激振力强, 能很好的满足相关设计指标。 釆用 "挑" 型振动系统, 能形成理想的圆周振动模型 __棒体末端为不受激振力的零振点, 激振力集 中施加在棒体前端的振动头上, 并作为振动自由端进行振动, 有效增强棒体的激振力, 并 且使用寿命长。

附图说明

为了更清楚地描述本发明所涉及的相关技术方 案, 下面将其涉及的附图予以简单说明, 显而易见地, 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例 , 对于本领域普通技术人员来 讲, 在不付出创造性劳动的前提下, 还可以根据这些附图获得其它的附图。

图 1本发明混凝土振捣棒第一实施例的结构示意 ; 图 1本发明混凝土振捣棒第二实施例的局部结构 意图;

图 3本发明混凝土振捣棒第三实施例的局部结构 意图;

图 4第一轴承套的结构示意图;

图 5风扇的主视图;

图 6风道组件的主视图;

图 Ί现有技术中混凝土振捣棒振动系统原理图;

图 8本发明中振动系统一实施例的原理图;

图 9本发明中振动系统另一实施例的原理图;

图 10为图 8实施例的结构示意图;

图 11为图 9实施例的结构示意图;

图 12本发明中电动机结构一实施例的硅钢片结构 意图;

图 1 3本发明中电动机结构另一实施例的转子结构 意图;

图 14尾管系统末端内部部件的结构示意图;

图 15本发明中电源控制系统一实施例的原理框图

图 16本发明中电源控制系统另一实施例的原理框 ;

图 17本发明中电源控制系统一实施例所使用的一 传感器的结构原理图;

图 18本发明中电源控制系统另一实施例所使用的 种控制开关的结构原理图。

附图标记说明:

1.振动系统; 11.第一偏心块; 110.偏心块; 12.偏心块紧固螺栓; 1 3.振动回转轴; 14. 第二轴承; 141.第一承重轴承; 142.第二承重轴承; 15.第二偏心块; 2.电动机系统; 21. 转子; 2101.凸起部; 2102.绕组槽; 2103.质心调整孔; 2104.低密度槽楔; 2105.高密度槽 楔; 211.小质量部; 212.大质量部; 22.定子; 23.转轴; 230.转轴孔; 24.第一轴承套; 241. 线槽; 25.第一轴承; 251.隔离件; 3.电刷组件; 31.支持体; 32.整流子组件; 33.刷握; 34.电刷; 4.空气循环系统; 40.空压机; 401.喷气口; 402.吸气口; 41.第一腔体; 411.旁 路排气通道; 412.径向回流通道; 41 3.轴向回流通道; 414.第二腔体; 415.旁路排气孔; 42.风扇; 421.绝缘垫; 422.风扇紧固螺栓; 4220.风扇紧固孔; 423.连接件; 424.扇叶; 425.护圏; 43.排气通道; 44.风道组件; 441.回流腔; 442.回流管; 443.集气管; 444.汇 流管; 45.阻隔件; 46.排气管; 47.第二腔体; 48.过滤件; 49.第三腔体; 5.棒体; 51.振 动头; 52.外壳; 6.尾管系统; 61.第一连接器; 610.回流通道; 62.软管紧固件; 63.软管; 64.端盖; 641.第二连接器; 642.护线器; 7.电源控制器; 71.控制开关; 711.振动传感器; 7111.绝缘外壳; 7112.摆锤; 711 3.弹性部件; 7114.触控电极; 712.震动控制开关; 7121. 壳体; 7122.震动锤; 7123.回复部件; 7124.按压式记忆开关; 7125.按钮; 72.控制线; 73. 电机电缆; 74.电源电缆。

具体实施方式

为了便于本领域的技术人员对本发明的进一步 理解, 并清楚地认识本申请所记载的技 术方案, 完整、 充分地公开本发明的相关技术内容, 下面结合附图对本发明的具体实施方 式进行详细的描述, 显而易见地, 所描述的具体实施方式仅仅以列举方式给出了 本发明的 一部分实施例, 用于帮助理解本发明及其核心思想。 基于本发明中的实施例, 本领域普通 技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得 的所有其它实施例, 和 /或在不背离本发明精 神及其实质的情况下, 即使根据本发明做出各种相应的改变和变形, 但这些相应的改变和 变形都应属于本发明所要求保护的范围。

本发明涉及的相关术语定义或补充说明如下:

电动机(英文: E lect r ic motor ) , 电能变为机械能的机器, 通过电磁感应驱动电 机的转子转动, 并由转子对外输出机械能, 可分为直流电动机和交流电动机。 有刷电动机 是其中的一种类型, 其包括有刷直流电动机、 串激式交 /直流电动机, 其都是通过电刷和整 流子的配合实现将外部电能输送给转子, 二者的基本结构相同或相近, 都能利用交流或直 流电工作, 只是不同的结构在成本和有效功率输出上存在 一定的差异。

离心力 (Cent r ifuga l force ) , 指由于物体旋转而产生脱离旋转中心的力, 也指在旋 转参照系中的一种视示力, 它使物体离开旋转轴沿半径方向向外偏离, 数值等于向心力但 方向相反。 在本发明中, 由旋转的偏心部件产生离心力。 所述偏心部件的质心不在旋转轴 线上, 包括偏心块等具有偏心结构的部件。

激振力 (Exc i ta t ion force ) , 通过振动发生器激励运动部件和试件使之产生 振动的 力。 本发明中, 通过振动系统中旋转的偏心部件产生离心力, 形成振动系统的激振力。

本发明通过将所述电动机的整流子组件、 电刷组件移到转子所处的空间之外, 用以改 善有刷电动机在密闭环境中的工作性能, 从而实现了一种改善有刷电动机工作性能的方 法。 进一步地, 通过对所述整流子组件、 电刷组件所处空间中的气体进行循环和 /或过滤处理, 为所述整流子组件、 电刷组件提供适宜的工作环境。 并由此实现了一种有刷电动机, 以及 利用所述有刷电动机实现的电动机内置式混凝 土振捣棒。

本发明的基础技术方案包括有刷电动机及混凝 土振捣棒, 具体包括:

有刷电动机, 包括定子、 转轴及固定在转轴上的转子, 所述转轴被轴承所支撑, 所述 转轴上设置有整流子组件, 以及对应的电刷组件, 包括一隔离件, 所述隔离件位于转子与 整流子组件之间, 将所述转子与整流子组件、 电刷组件分隔在两个不同的空间中。 在附图 所提供的实施例中, 所述轴承包括第一轴承、 第二轴承; 当然, 所述轴承还可以是设置其 他位置用于支撑转轴的轴承。

混凝土振捣棒, 包括棒体, 设置在棒体内的振动系统、 为所述振动系统提供动力的电 动机系统, 与所述棒体相连的尾管系统, 所述电动机系统釆用权利 1 所述的电动机; 所述 尾管系统内有管道型空腔; 所述整流子组件、 电刷组件所在的空间与所述尾管系统中的管 道型空腔连通。

下面以举例的方式给出了具体应用和实现的实 例:

如图 1所示, 混凝土振捣棒包括棒体 5 , 以及与棒体 5连接的尾管系统 6。 棒体 5由外壳 52及依次设置在其内的振动系统 1、 为振动系统 1提供动力的电动机系 统 2、 电动机系统 1上向其传输电能的整流子组件 32与电刷组件 3、 以及空气循环系统 4 中的部分部件构成。 具体地:

棒体 5的外壳 52前端端部处为振动头 51 , 振动头 51即是棒体 5的前端封闭部件, 也 是棒体 5振动工作过程中振幅最大的部位, 是对混凝土施加激振力最强的部位, 因此其应 该具有较高的强度, 以实现耐冲击和耐磨损。 同时, 通常为了增加棒体 5的整体质量, 可 以根据需要釆用不同的配重。 振动头 51可釆用任何公知的技术与外壳 52连接。 外壳 52后 端端部为与尾管系统 6的第一连接器 61进行机械连接的连接部。 在实际应用中, 外壳 52 和振动头 51均釆用钢质部件, 因此可釆用螺紋连接 (并可以通过密封垫圏进行防水密封), 以便于组装和拆卸, 当然, 如果工艺允许, 可将二者制造为一个整体部件, 提高其机械强 度、 密封效果, 并减少部件数量; 相应地, 可以将外壳 52后端为与第一连接器 61连接的 连接部釆用任何公知技术实现,如釆用螺紋、 卡隼或其他能够实现密封连接的连接结构(并 可以通过密封垫圏进行防水密封) , 甚至是适应于进行焊接的结构、 粘接的结构等。

在外壳 52内部, 振动系统 1为单承重轴承的 "挑" 型结构, 其釆用一组承重轴承来支 撑在其两侧分别固定有偏心部件的振动回转轴 ——即一组承重轴承 "挑" 起一对偏心部件, 并将其产生的离心力传递给棒体 5的外壳 52。 由于现有轴承制造技术的限制, 以及振动所 产生的激振力大, 单个承重轴承的强度不足, 实际使用时釆用多个承重轴承组合构成轴承 组件来实现, 在本申请的实施例中釆用的是 3个承重轴承构成的承重轴承组(即第二轴承 14 )来实现, 当然, 还可以根据需要, 釆用其他数量的承重轴承来实现。 图 1提供的实施 例中, 振动系统 1的具体结构为, 与转轴 23机械连接的振动回转轴 13由三个承重轴承构 成的第二轴承 14支撑, 第二轴承 14固定在外壳 52内壁, 转轴 23、 振动回转轴 13旋转轴 线在一条直线上; 在第二轴承 14的外侧 (靠近棒体 5前端一侧) 的振动回转轴 13上通过 偏心块紧固螺栓 12固定连接有第一偏心块 11 , 在第二轴承 14的内侧 (靠近电动机系统 2 一侧) 的振动回转轴 13上通过偏心块紧固螺栓 11固定连接有第二偏心块 15 , 两个偏心块 11、 15位于振动回转轴 13旋转轴线的同一侧, 并且最好能使得二者的质心连线与振动回转 轴 13旋转轴线处于同一平面内; 进一步地, 所述两个偏心块 11、 15旋转时所产生的离心 力相对于第二轴承 14的力矩相同或接近。 进一步地, 所述的电动机系统 1的转子质心偏离 转轴 23的旋转轴线, 构成偏心转子 (优选地, 转子质心与偏心块质心位于旋转轴线同侧, 并最好位于偏心块质心与振动回转轴 13旋转轴线确定的平面内) , 所述偏心转子构成一偏 心部件, 将电动机系统 2和振动系统 1予以有效整合, 在旋转时产生离心力, 以增强振动 系统 1产生的激振力, 可以减小甚至取消第二偏心块 15 , 从而减少部件和对棒体 5内空间 的占用, 在不减小激振力的前提下实现对棒体 5中有效空间的合理利用, 或者根据设计需 要而能够使得棒体 5长度可以被缩减, 满足不同的应用需求, 其具体实现的相关技术方案 在后文另行详细说明。 为了增大偏心质量, 还可以在保证强度的情况下将振动回转轴 13也 是具有偏心结构的偏心部件, 例如釆用将振动回转轴 13部分或全部制成半圆柱形, 图 1中 釆用的是将第二轴承 14的外侧的振动回转轴 13制成半圆柱形。 虽然在图 1提供的实施例 中振动系统 1釆用上述 "挑" 型结构, 但事实上, 其还可以是后文中提供的其他 "挑" 型 结构, 还可以釆用传统的 "抬" 型结构 (原理如图 7所示) 。 当然所述的振动系统 1还可 以釆用现有的其他激振方式实现。

电动机系统 1釆用有刷电动机, 其由定子 11、 转轴 23及固定在转轴 23上的转子 21、 整流子组件 32、 电刷组件 3等组成。 所述转子 21由转子铁芯及绕在转子铁芯上的电枢绕组 (转子绕组)构成, 为了减少涡流, 转子铁芯由多片彼此绝缘的硅钢片叠压构成, 铁芯上 有供电枢绕组置放的绕组槽, 所述整流子组件 32的各个整流子片分别与各个电枢绕组进行 电连接, 以通过整流子组件 32向电枢绕组供电。 所述转轴 23被设置在所述棒体 5前端的 第二轴承 14 (该轴承即是电动机系统 1转轴 23的支撑轴承, 又是振动系统 1振动回转轴 13的支撑轴承, 二者合一, 简化结构, 减小对棒体有限空间的占用) 、 后端的第一轴承 25 所支撑, 所述转轴 23上的整流子组件 32、 以及电刷组件 3 , 位于第一轴承 25外侧(棒体 5 末端一侧) 的空间中, 即第一轴承 25位于转子 21与整流子组件 32、 电刷组件 3之间。 图 1中整流子组件 32位于转轴 23后端, 相应位置对应设置电刷组件 3 , 电刷组件 3固定在外 壳 52的内壁。 电刷组件 3包括一由绝缘性的支持体 31、 固定在支持体 31上的刷握 33、 放 置在刷握 33中的电刷 34。 支持体 31为具有一定刚形变能力的硬质材料制作, 一般使用厚 印刷电路板, 以固定刷握 33 , 同时作为电刷组件 3整体与其他部件(如本发明中的外壳 52 ) 进行固定连接, 刷握 33是盛装并保持电刷 34位置的机械导槽, 一般也是电刷 34与外电路 连接的通路(也有将供电电缆直接连接在电刷 34上) , 其保证电刷 34在其内能够沿整流 子组件 32的径向自由移动,并能与电刷 34保持较小的接触电阻, 因此其是电刷 34的支持、 定位和供电部件; 供电电缆连接到刷握 33上, 电刷 34—般由弹簧等弹性部件施加压力, 与整流子组件 32滑动接触, 实现向整流子组件 32供电。 电刷 34—般使用碳刷。 由于电刷 组件 3外部一般无绝缘层, 因此确保电刷组件 3与外壳 52及其他部件的绝缘, 在外壳 52 内壁安装电刷组件 3的位置设置绝缘层, 一般可以通过铺设绝缘纸并浸绝缘漆即可。

通过上述技术方案, 在无需增加额外部件的情况下, 将整流子组件 32、 电刷组件 3移 到转子 21工作空间以外, 有助于将电刷 34和整流子组件 32间产生电火花导致的高温气体 和废气能够被导出散热, 电刷 34磨损产生粉末也能够得以排放 (通过连接棒体 5的尾管系 统 6中的空间散热或排放, 如果是作为普通有刷电动机或其他类型的有刷 电动机也便于进 行相应的散热或排气处理) 。 此时第一轴承 25作为隔离件将电刷 34、 整流子组件 32与转 子 21、 定子 22隔离而处于不同的物理空间, 不会因电刷 34、 整流子组件 32的高温和电火 花灼坏转子 21、 定子 22及其绝缘保护层, 电刷粉尘也不会影响电动机系统的工作性能。 通 过这种结构有效拓展了棒体 5内电动机系统 1安装空间的限制, 电刷组件 3在第一轴承 15 外部有足够宽阔的空间进行安装, 也便于对该空间进行有效的绝缘处理。 也便于通过外界 或连通的其他空间为电刷 34和整流子组件 32工作过程中在工作面形成氧化膜而提供相应 的氧化环境(氧气和湿度) ; 也为后续空气循环系统 4的使用奠定了基础; 通过此技术手 段缩短了转子两端支撑转轴 23的两轴承的间距, 减小了内部转轴 23的扰动, 尤其对于具 有偏心转子的电动机、 振动电动机的转轴抗扰动方面表现更为显著。 在安装、 维护和更换 电刷 34的过程中, 无需拆卸轴承、 转轴 23及转子 21等部件即可快捷地进行电刷组件 3中 有关部件的更换和相关电缆连接的处理, 提供工作效率。 有效地改善了有刷电动机的工作 性能和安装维护的便捷性, 确保了在混凝土振捣棒中的有刷电动机能够长 时间正常工作, 为其相关技术指标的实现奠定了基础。

为了确保整流子组件 32与转子 21上的电枢绕组进行电连接, 图 4提供了第一轴承套

24的结构示意图, 其包括沿中心轴线的转轴孔 230 , 转轴 23穿过所述转轴孔 230 , 将第一 轴承套 24套接在转轴 23上, 在第一轴承套 24外壁平行于中心轴线上开设有线槽 241 , 以 供整流子组件 32与转子上的电枢绕组的连接线穿过, 并避免装配的第一轴承 25对连接线 的损坏, 一般是直接将构成电枢绕组的漆包线直接穿过 所述线槽 241连接到整流子组件 32 上, 所述线槽的数量根据电动机的设计进行匹配设 计, 一般情况对称设计 4个即可完全满 足要求; 第一轴承 15套接在转轴 23外壁。 通过所述第一轴承套 14方便地实现了第一轴承 25与转轴 23的连接, 也确保了整流子组件 32与电枢绕组的可靠电连接。

定子 22固定在外壳 52内壁, 对于有刷直流电动机, 所述定子 22可以釆用永磁体一一 永磁式定子, 或者由定子铁芯及绕在定子铁芯上的励磁绕组 (定子绕组)构成一一绕组式 定子。

所述永磁式定子可以釆用圆筒型或瓦块型永磁 体以粘接等方式固定在外壳 52的内壁构 成, 当然, 也可以釆用在外壳 52内壁开出定子槽来固定永磁体, 或者通过支架等将永磁体 固定在外壳 52内壁。 所述的定子可以由多块永磁体组合构成。

作为绕组式定子的技术方案, 所述定子铁芯直接由钢质外壳 52的一部分构成, 通过在 外壳 52内部布置绕组槽, 并将定子绕组绕置在所述绕组槽中构成定子, 这种技术方案的优 势在于定子 22与外壳 52是一个密不可分的整体, 工作稳定性强, 不易损坏, 但是不便于 实施。 作为所述定子 22实现的另一技术方案, 将所述绕组式定子作为一个独立部件固定在 外壳 52的内壁上。 作为该技术方案的一种实现方式, 所述定子铁芯釆用在圆弧面钢板的上 布置绕组槽, 将定子绕组绕置在绕组槽中。 作为其另一种实现方式, 釆用在外径与外壳 52 的内径满足间歇配合(事实上过盈配合方式也 可) 、 内径符合定子设计要求的钢管 (也可 是铁管) , 在钢管外壁 (和 /或内壁)铣出一个完整定子所需要的全部绕 槽以置放对应的 定子绕组, 构成定子; 在不同绕组槽之间开出贯通所述钢管内外壁的 槽, 但是所槽在纵向 上不贯通整个定子, 即在相邻的绕组槽之间, 留有少量的钢管不被所述槽贯通形成定子各 个部分(电磁磁极) 的磁极连接部, 是一个电动机的定子构成一个相互连接的整体 ; 一般 地可在构成定子的的钢管两端、或者两端及中 间各留一 1 ~ 8隱宽的钢管壁构成磁极连接部。 釆用这个技术方案形成的定子可以方便地整体 一次性装入外壳中并进行固定, 虽然有磁极 连接部的存在, 但是由于其很细小, 对定子各个部分(电磁磁极) 的磁通损耗小, 不会对 整个电动机性能构成影响, 而且, 由于存在所述的磁极连接部, 整个定子是一个固定的整 体, 振捣棒工作过程中及碰撞中, 都不会对定子结构构成破坏, 增强了整个振捣棒的性能 的稳定性和可靠性, 而且可以减小定子 22的径向厚度, 从而减小对棒体内空间的占用。 当 然,也可以釆用不具有导磁性的材料来连接定 子的各个部分(即代替定子各个部分间的槽) , 也可使得定子构成一个整体, 从性能角度这是最理想的设计方案, 但是这会明显增加工艺 难度和成本方面, 而对应电动机性能的改善并不显著, 因此从成本角度并不优选。 作为规 模化的应用, 最好直接通过模具制成上述结构的定子铁芯。 所述定子绕组与转子绕组可以 釆用并励式、 串励式和复励式连接, 如果条件允许也可釆用他励式, 但是作为混凝土振捣 棒的优选方案釆用并励式、 串励式。

对于有刷交流电动机, 即串激式交流电动机, 其定子 22可以釆用上述有刷直流电动机 中的绕组式定子, 并且, 定子绕组与转子绕组釆用串联结构 (类似于前述的串励式) , 即 定子绕组与转子绕组通过电刷 34、 整流子组件 32构成串联回路, 定子绕组与转子绕组中的 电流相位同步变化, 由于普通钢或铁的剩磁高、 还会形成涡流, 从而损耗电能, 虽然上述 有刷直流电动机的定子结构可实现串激式交流 电动机的工作, 但是能量转化率低, 降低电 动机的功率, 因此, 定子铁芯应该釆用类似于转子铁芯, 用彼此绝缘的硅钢片叠压而成。 因此釆用串激式交流电动机会增加工艺复杂度 和成本, 同时由于定子铁芯釆用叠压的硅钢 片, 在相同功率的情况下, 也会导致棒体 5尺寸的增加。 因此, 作为本发明, 优选釆用有 刷直 u电动机。

在实际具体应用中, 为了简化部件和便于安装维护, 同时也为增加强度, 电动机的转 轴 23与振动回转轴 13由同一根转轴构成的整体。 电动机系统 1工作时, 转子 21和定子 22 部分产生的热量通过外壳 52通过外部湿冷的混凝土散热。 在电动机系统 1的转速设计上, 可以釆用现有的成熟技术, 将上述有刷电动机的转速设计满足 11000-12000rpm, 甚至更高。

尾管系统 6主要由软管 63、 将软管 63与棒体 5的外壳 52密封连接的第一连接器 61、 软管 63末段的端盖 64组成, 所述的连接方式根据不同的连接材质, 釆用任何公知的、 与 之相适应的连接方式。 在图 1所提供的实施例中第一连接器 61与外壳 52釆用螺紋密封连 接, 在振捣棒的使用过程中, 施工人员手持软管来控制棒体插入、 提出以及在混凝土中的 位置移动和状态变换, 软管 63在满足一定的弯曲柔性时, 还必需具备较高的强度。 为了确 保软管 63与第一连接器 61连接的可靠性, 在第一连接器 61上与紧固软管 63的连接部有 用于增大连接摩擦力和增强连接密封效果的环 形凹槽, 在该连接部软管 63外安装有软管紧 固件 62对软管 63进行紧固, 增强连接强度和密封效果。 在软管 63、 第一连接器 61内部形 成连通的管道型空腔, 为电动机系统 2供电的电缆(为简化附图, 在图 1中没有绘出)从 端盖 64穿入并通过该管道型空腔连接到电动机系统 2上提供了便宜, 同时也可以保护电缆 不被损坏; 另外, 该管道型空腔中充满空气或其他含有氧气及水 蒸气(目的在于增加气体 的湿度) 的气体, 从而形成有利于所述整流子组件、 电刷组件工作时形成氧化膜的氧化环 境, 与整流子组件 32和电刷组件 3所处的空间直接连通, 为其提供散热、 排尘通道和满足 其氧化膜形成的空气环境, 上述过程可以通过自然对流的方式实现。 从而更加有效确保电 动机系统 2在封闭的棒体 5中的正常、 有效工作。 进一步地, 在该尾管系统 6中, 还可以 设置用于控制电动机系统 2开启和关闭的控制系统(为简化附图, 在图 1中没有绘出) 。 所述的端盖 64可以是用于密封软管 63的密封部件, 也可以是具有防水进入但是可以保证 空气进出尾管系统 6中管道型空腔的部件。 当然所述的尾管系统 6也可以不釆用上述带有软件 63的技术方案, 而釆用硬质直管, 但是这种技术方案的尾管系统 6长度会受到一定的现在, 而且使用和迁移略显不变。

为了进一步改善电动机系统 1的工作环境, 还包括一设置在棒体 5末端及尾管系统 6 中的空气循环系统 4 , 其包括空气强制对流部件、 对流风道、 空气循环及存储腔体, 以及空 气过滤部件等; 所述对流风道包括第一风道、 第二风道。 所述尾管系统 6中的管道型空腔 与整流子组件 32、 电刷组件 3所在的空间连通, 以实现空气循环系统 4与整流子组件 32、 电刷组件 3所在的空间对接。 所述尾管系统 6内的管道型空腔构成空气循环及存储腔体。

在图 1提供的实施例中, 所述的空气循环系统 4包括, 设置在棒体 5末端之固定在转 轴 23后端端面用于对空气进行强制对流的风扇 42、 设置在风扇 42尾部的风道组件 44、 尾 管系统 6内部的管道型空腔中构成的回流通道 610及通过过滤件 48在其中分隔出的第二腔 体 47、 第三腔体 49 , 并在其中形成如图中箭头所示方向的气流运动 ; 所述第二腔体 47、 第 三腔体 49构成空气循环及存储腔体; 所述风扇 42作为空气强制对流部件。 具体地:

风扇 42为轴流风扇, 通过风扇紧固螺栓 422固定在转轴 23后端端面, 并有转轴 13旋 转驱动并形成吹响电刷组件 3的气流; 由于在转轴 23后端设置有整流子组件 32 , 为便于绝 缘, 最好在转轴 23后端端面上设置有具有绝缘作用的绝缘垫 421 ; 为了便于电刷组件 3周 围的气流运动, 便于散热和粉尘排放, 在风扇 42、 整流子组件 32间有一间隙形成第一腔体 41 ; 风扇 42外侧与外壳 52之间的间隙形成的排气通道 43。 为了有助于排气通道 43中气流 的运动, 优选地, 风扇 42釆用带护圏 425的结构。 如图 1、 图 5所示, 风扇 42包括扇叶 424 ,位于风扇 42中部固定并带动扇叶 424旋转的连接件 423、设置在连接件 423中心的用 于安装风扇紧固螺栓 422的风扇紧固孔 4220 , 位于扇叶 424末端的护圏 425 , 通过这种结 构, 风扇 42旋转时, 风扇 42内部和外部 (护圏 425外侧) 的气流运动不会相互影响, 从 而在风扇 42内外形成相反的气流运动方向。

在风扇 42后方紧连但不影响风扇 42旋转的风道组件 44 ,风道组件 44为空气的循环提 供运行通道, 其釆用图 6所示出的结构。 风道组件 44为一个漏斗状部件, 其分别将第一腔 体 41与第三腔体 49连通、 将第一腔体 41与第二腔体 47连通。 结合图 1、 图 6所示, 其包 括位于前端的漏斗形回流腔 441 , 设置在回流腔 441底部贯通风道组件 44与外侧连通的回 流管 442 ;开口设在风道组件 44前侧方并与位于风道组件 44后端的汇流管 444连通的集气 管 443; 回流管 442、 集气管 443交错设置在风道组件 44上, 从不同方向穿过风道组件 44 的壁但是彼此不连通, 实现利用风道组件 44在一个狹窄空间内进行不同运动方向气流的 导。 回流管 442、 集气管 443的数目根据气流量的大小、 气流的釆集范围按需设计, 图 6示 出的是交错设置的 4组回流管 442、 集气管 443。 同时, 对于一些另外的应用场景, 可以将 回流腔 441的形状、 集气管 443的开口位置进行适当调整, 如回流腔 441处于风道组件 44 前端面中心并贯通前端面中心, 而集气管 443的开口也分布于风道组件 44前端面, 即集气 管 443的开口与回流腔 441都在端面上;或者集气管 443的开口位于风道组件 44的侧面等。 在图 1提供的实施例中, 风道组件 44的回流腔 441正对风扇 42扇叶 424的工作面, 而集 气管 443的开口同风扇 42外侧与外壳 52之间的间隙形成的排气通道 43贯通, 在风道组件 44后侧面设置有阻隔件 45 , 其一方面是防止排气通道 43的气体泄露到风道组件 44后侧, 另一方面也是将风道组件 44固定在外壳 52内壁; 为了便于实现, 可以釆用将集气管 443 的开口内侧 (靠近风道组件 44中心侧)外切于护圏 425 (可以是外切护圏 425的外侧面, 也可是内侧面, 还可以是护圏 425上外侧面与内侧面之间的位置) , 这样可以有效避免扇 叶 424上的气流都来源于回流腔 441 , 而护圏 425外侧的气流都能进入集气管 443。 汇流管 444与排气管 46连接, 排气管 444穿过第二腔体 47及设置在尾管系统 6中的过滤件 48 , 进入第三腔体 49 ; 当然也可釆用将汇流管 444与排气管 46做成一个整体, 即汇流管 444延 长满足上述结构要求; 但是由于排气管 46—般会穿过尾管系统 6中软管 63的一部分, 而 软管 63在工作过程中会因对棒体 5的运动和控制发生弯曲, 因此, 如果尾管系统 6有需要 弯曲的软管 63 , 排气管 46也优选釆用软管。 在排气管 46、 风道组件 44与尾管系统 6中管 道型空腔(主要是第一连接器 61中的空腔) 间形成回流通道 610 , 回流通道 610与回流管 442连通。 所述的过滤件 48可以釆用海绵、 孔纸板等能够阻止粉尘通过并具有良好透气 性能的材料制作, 过滤件 48的位置可以灵活设置。 通常情况下第三腔体 49明显大于第二 腔体 47。 当然如果需要进一步缩短棒体 5的长度尺寸时, 还可把风道组件 44移到尾管系统 6中。 釆用上述风道组件 44有效地实现了在一个有限的空间内为相对复 的空气循环对流 提供了可行的风道, 所述风道还可应用于其他领域实现各类流体的 循环对流。

工作时, 在风扇 42的强制对流作用下, 第一腔体 41中含粉尘、 废气和携带热量的空 气在风扇 42的作用下从风扇 42外侧的排气通道 43排到风扇 42后端的集气管 443 ,并经风 道组件 44中的汇流管 444、 与汇流管 444连接的排气管 46送到尾管系统 6中的第三腔体 49 , 由于风扇 42的作用, 在过滤件 48两侧形成压差, 第三腔体 49的冷空气经过过滤件 48 过滤掉粉尘等后进入第二腔体 47 , 并经过回流通道 610、 回流管 442、 回流腔 441进入风扇 42吹向电刷组件 3、 整流子组件 32所在的第一腔体 41。 通过这种方式, 强制性地对电刷组 件 3、 整流子组件 32所在的第一腔体 41中的含粉尘、 高温气体进行强制对流除尘、 散热, 并引入新的促进氧化膜形成所需要的具有相应 湿度的含氧气体 (实际使用中为具有一定湿 度的空气) , 使之利于电动机系统 2的工作。

在该实施例中, 将所述整流子组件 32、 电刷组件 3所在的空间(包括第一腔体 41的空 间)与第三腔体 49连通的第一风道由排气通道 43、 集气管 443、 汇流管 444、 排气管 46构 成。 经风扇 42将所述第二腔体 47与所述整流子组件 32、 电刷组件 1所在的空间 (包括第 一腔体 41的空间)连通的第二风道由回流通道 610、 回流管 442、 回流腔 441等构成。

当然, 所述空气循环系统 4除了可以应用于本发明的实施例中, 还可以独立应用于其 他类型的电动机系统或发电机系统, 还可直接或基于其思路略为调整后应用于其他 设备或 领域, 以进行空气(或其他气体、 液体)循环、 过滤的应用环境中。 对于混凝土振捣棒以 外的其他应用, 所述的第三腔体 49可以是完全与开放的, 或者无需过滤件 48 , 分别将排气 管 46、 回流通道 610 (也可以釆用独立管道实现) 与外部空间或其他符合应用需求的空间 开放对接。 图 2提供了基于有刷电动机实现的混凝土振捣棒 第二实施例; 本实施例与图 1提供 实施例的不同点在于: 整流子组件 32、 电刷组件 3位于第一轴承 25和转子 21之间, 在所 述整流子组件 32、 电刷组件 3与转子 21之间设置有隔离件 251 ; 以及相适应地空气循环系 统 4的结构进行了调整。 具体包括:

隔离件 251釆用诸如金属、 聚合材料、 石棉等能够耐高温的材质制作成圆环形部件, 所述隔离件 251可以是一个独立部件, 固定在转轴 23上与转子 21同步旋转, 隔离件 251 能相对外壳 52及定子 22 自有旋转; 或将隔离件 251固定在外壳 52内壁, 转轴 23上、 转 子 21的旋转不对其产生影响。 为了增强隔离效果, 还可以釆用上述方案的结合, 用两个部 件构成隔离件 251 ,—个固定在外壳 52上, 一个固定在转轴 23上, 交错设置; 也或釆用隔 离件 251与相对于其旋转的部件釆用柔软的弹性接触 , 如釆用耐高温材料制作的类似毛刷 形的部件等。 所述隔离件 251将整流子组件 32、 电刷组件 3与转子 21、 定子 22所处的空 间进行了分隔而处于两个不同的物理空间, 阻隔了电刷 34和整流子组件 32间产生电火花 导致的高温气体和废气对转子 21、 定子 22及其绝缘层的影响, 电刷粉尘也不会影响电动机 的工作性能。 电刷 34磨损产生粉末也能够有机会得以排放 (通过连接棒体 5的尾管系统 6 中的空间散热或排放, 如果是作为普通有刷电动机或其他类型的有刷 电动机也便于进行相 应的散热或排气处理) 。 形成了与图 1所提供的技术方案相近的技术效果。

与之相适应地, 空气循环系统 4也进行了改变, 其包括空气强制对流部件、 对流风道、 空气循环及存储腔体, 以及空气过滤部件等; 所述对流风道包括第一风道、 第二风道。 整 个尾管系统 6中的管道型空腔构成第三腔体 49。 在隔离件 251与电刷组件 3之间设置一间 歇, 以有助于气流流动, 在电刷组件 3与处于转轴 23后端的第一轴承 25之间安装有风扇 42 , 风扇 42与电刷组件 3间有一间隙构成第一腔体 41 ; 在外壳 52内壁安装有过滤件 48 , 过滤件 48与第一轴承 25间形成第二腔体 414。 所述的风扇 42可以釆用轴流风扇或离心风 扇, 在图 2提供的实施例中是以轴流风扇为例进行的说 。 在转轴 23上有贯穿其径向的径 向回流通道 412 , 径向回流通道 412与风扇 42扇叶连接件壁上的开孔对应, 并使得回流通 道 412中的气流能够在风扇 42的强制对流作用下进入第一腔体 41 , 转轴 23后端有贯通端 面并延伸至径向回流通道 412并与其连通的轴向回流通道 413 , 径向回流通道 412、 轴向回 流通道 413将第一腔体 41、 第二腔体 414连通。在棒体 5内设置有连通第一腔体 41与第三 腔体 49的旁路排气通道 411 , 旁路排气通道 411在第三腔体 49有旁路排气孔 415 , 在第一 腔体 41及隔离件 251与电刷组件 3之间的间歇对应位置设置有旁路进气口 (图中绘出, 但 是未标注, 当然两个位置的旁路进气口并不是必需同时设 置) 。 工作时, 转轴 23驱动风扇 42迫使第一腔体 41 (以及隔离件 251与电刷组件 3之间的间歇) 中电刷组件 3、 整流子组 件 32形成的含粉尘热气经旁路排气通道 411进入第三腔体 49 , 在负压作用下, 第三腔体 49中的空气经过滤件 48过滤掉粉尘进入第二腔体 414 , 并通过径向回流通道 412、 轴向回 流通道 413进入第一腔体 41以及隔离件 251与电刷组件 3之间的间歇, 实现图 1中箭头所 示的空气流动方向循环, 达到强制循环的目的。 该实施例中所述第二腔体 414、 第三腔体 49构成空气循环及存储腔体; 所述风扇 42作为空气强制对流部件。 将所述整流子组件 32、 电刷组件 3所在的空间 (包括第一腔体 41的空间) 与第三腔体 49连通的第一风道由旁路 排气通道 411构成。 经风扇 42将所述第二腔体 414与所述整流子组件 32、 电刷组件 3所在 的空间(包括第一腔体 41的空间)连通的第二风道由径向回流通道 412、轴向回流通道 41 3 等构成。

图 2中给出的旁路排气通道 411是设置在外壳 52的壁上, 其可以釆用多条旁路排气通 道 411环绕外壳 52间隔设置多条。 此外旁路排气通道 411还可以是设置在第一轴承 25与 外壳 52之间的一个独立部件, 其套接在第一轴承 25外侧, 并安装在外壳 52内壁; 以及釆 用设置在外壳 52外部, 甚至釆用一单独的管道引到外部空间。 所述空气循环系统 4应用的 扩展和变形可参考图 1中的实施例实施。

通过上述技术方案同样能形成与图 1的实施例相近的效果, 但是相对而言, 本实施例 结构相对复杂, 但是对于一些特定的应用, 本实施例仍然具有使用价值。

图 3提供了混凝土振捣棒第三实施例的局部结构 与图 1提供的实施例相比, 其不同 点在于改进了空气强制对流部件, 由空压机 40作为空气强制对流部件, 即把图 1提供实施 例中的风扇 42由空压机 40实现, 空压机 40固定在外壳 52内壁, 并不和转轴 23上的整流 子组件 32接触, 空压机 40外侧外壳 52内壁间形成排气通道 43。 空压机 40的吸气口 402 位于风道组件 44的回流腔 441中, 喷气口 401位于第一腔体 41 , 向电刷组件 3、 整流子组 件 32输送气流, 迫使第一腔体 41的含尘热气经过排气通道 43进入到集气管 443中, 形成 空气按图中箭头所示的流动方向循环, 达到强制循环目的。 空压机 40可与电动机系统 1共 用电源。 由于空压机 40对空气的强制流动性能强, 能获得比风扇 42更好的空气循环效果。 当然, 该空压机 40的技术方案也可以用于图 1所提供实施例的技术方案中。

图 1 -图 6所提供的有刷电动机及包含空气循环系统 4的有刷电动机的技术方案可以独 立应用, 此时外壳 52相当于普通电动机外壳; 也可应用到其他需要电动机的工作环境和设 备上。

图 7提供了现有混凝土振捣棒的振动系统所釆用 双承重轴承 "抬" 偏心块的振动系 统工作原理, 设置在棒体中的电动机系统 1的转子 21转子 21通过转轴 23被支撑在第一轴 承 25和第二承重轴承 142之间, 并保证转轴 23在转子 21的作用下灵活旋转; 振动回转轴 1 3两端分别被第一承重轴承 141、 第二承重轴承 142支撑, 在第一承重轴承 141、 第二承重 轴承 142之间的振动回转轴 1 3上固定有偏心块 110 , 振动回转轴 1 3连接转轴 23 , 由于偏 心块 110的质心 A偏离振动回转轴 1 3的转动轴线, 在转轴 23的驱动下振动回转轴 1 3及偏 心块 110高速旋转产生离心力 f A , 并通过第一承重轴承 141、 第二承重轴承 142将离心力传 递给棒体, 激励棒体形成圆周振动, 使棒体对外提供激振力。 由于这种 "抬" 的结构, 一 方面需要至少两个(事实上, 由于现有轴承技术的制约, 第一承重轴承 141、 第二承重轴承 142分别由 1个承重轴承组合构成的两组轴承)对称设置 偏心块的两侧,必然导致部件多, 多占用了棒体中有限的空间或者导致棒体被延 长, 也增加成本。 更重要的是, 这种结构中 离心力 f A 被第一承重轴承 141、第二承重轴承 142两组轴承分散施加到棒体的外壳的不同位 置, 不利于形成理想模型中的圆周振动, 削弱了棒体产生的激振力; 另一方面, 由于离心 力 f A 通过振动回转轴 13对第一承重轴承 141、 第二承重轴承 142施加的作用力 F u 、 F u 位于 偏心块 13—侧, 造成了第一承重轴承 141、 第二承重轴承 142的受力分布不均, 加速了其 局部磨损, 缩短轴承的使用寿命。 在这类振动系统中, 有的技术方案还另外设置一支撑电 动机转轴 13的轴承, 一般为了简化棒体内部件的结构省略该轴承, 而由第二承重轴承 142 对转轴 23进行支撑。此外,为这类振动系统提供动力 电动机系统釆用传统的平衡电动机, 其转子的质心位于转轴 23的旋转轴线上, 其激振力单纯有偏心块 110旋转产生的离心力来 提供, 其振动系统与为其提供动力的电动机系统完全 分离, 增加设备的体积、 而且由于电 动机系统平衡转动惯性也会削弱棒体的激振力 。

基于现有普通平衡电动机实现的振动系统, 本申请人先后提交的中国专利申请

200620136704· 2 (名称: 环保通用电机质比振动器) 、 201210570115· 5 (名称: 电机振动 器)公开了通过将电动机系统的转子制成偏心 转子 (转子质心偏离转子的旋转轴线) , 直 接利用电动机系统本身的转动形成离心力, 并对外提供激振力。 并在上述申请中公开了相 应的技术方案, 限于篇幅在此不再重复描述, 只结合下述实施例进行相应的简要说明。

图 8提供了本发明所使用的振动系统一实施例的 理图, 图 10提供了实现其原理的结 构示意图; 在该实施例中, 电动机系统的转子 21是一偏心转子, 位于第二轴承 14的一侧, 其包括分居与转轴 23两侧的小质量部 211、 大质量部 212 , 使得转子 21的质心 B偏离转轴 23的旋转轴线, 在转子 21旋转时形成离心力, 从而构成振动电机, 从而将转子 21的质量 也有效的整合到振动系统中, 有效增强激振力。 在第二轴承 14的另一侧的振动回转轴 13 上设置有第一偏心块 11 , 振动回转轴 13与转轴 23连接, 并具有相同的旋转轴线, 第一偏 心块 11的质心 A、 转子 21的质心 B与上述旋转轴线处于同一平面内, 并且旋转时质心 A、 质心 B形成的离心力 f A 、 f B 对称地施加在第二轴承 14两侧,形成第二轴承 14对棒体 5外壳 52施加的压力 Ft, 从而形成棒体 5对外提供的激振力。 本结构仍然构成 "挑" 型振动系统, 在以此作为振捣棒的振动系统与电动机系统时 , 与釆用传统结构的振捣棒相比, 在整机质 量相同的情况下, 本发明能够提供更大的激振力。 或者说, 得到相同的激振力, 本实施例 相对与传统的技术方案, 所需要的部件更少、 整机质量也可更轻。

图 9提供了本发明所使用的振动系统另一实施例 原理图, 图 11提供了实现其原理的 结构示意图。 在振动系统中, 由于转子 21形成的离心力可能不足, 因此, 需要在转子 21 一侧配置第二偏心块 15 , 以形成更强的离心力。 在该实施例中, 与图 8、 10提供的实施例 相似, 将第一偏心块 11置于第二轴承 14外侧, 第二偏心块 15以及偏心的转子 21置于第 二轴承 14内侧, 其质心 A、 C、 B与转轴 23、 振动回转轴 13的旋转轴线位于同一平面。 其 旋转形成的离心力 f A 与 f e 、 f B 对称地施加到第二轴承 14上形成第二轴承 14对棒体 5外壳 52的压力 ^。 上述结构仍然为 "挑" 型振动系统。

在具体设计时, 一般将第二轴承 14两侧形成的离心力相对于第二轴承 14的力矩相同 或相近, 同时, 可将偏心转子的质心 B靠近第二轴承 14 , 以减小离心力对第一轴承 25的影 响。 釆用上述结构的振动系统, "挑"型结构的振动系统, 离心力分别置于第二轴承 14 (承 重轴承)的两侧, 其稳定性强, 机械强度高。 振动系统对棒体 5外壳 52施加的压力集中在 第二轴承 14对外壳 52施加压力 Ft, 有效利用了振动系统所产生的离心力, 形成理想的圆 周振动模型一一棒体 5末端为不受激振力的零振点, 激振力集中施加在棒体前端的振动头 51上, 并作为振动自由端进行振动, 有效增强棒体 5的激振力。 在满足同样激振力的情况 下, 其相对于传统的 "抬" 型至少节约一个承重轴承, 减小了偏心块的质量和体积, 可以 有效缩小其对棒体空间的占有, 可以实现更小尺寸的棒体。 同时, 使用寿命也更长。 釆用 偏心转子的电动机系统也进一步减小了振捣棒 中的部件, 减小了对棒体内空间的占用, 从 而可以根据需要缩小棒体的尺寸。 需要再次说明的是, 挑" 型结构的振动系统可以直接使 用在第二轴承 14两侧布置偏心块来实现,而并不是必需要使 具有偏心转子的电动机系统, 同样能实现相应的技术效果。

为了实现上述偏心转子, 可以釆用将转子的小质量部 211、 大质量部 212釆用不同密度 的材料制作。 或者釆用如下方案来实现: 图 12提供了实现偏心转子铁芯的一种硅钢片结构 示意图; 在所述硅钢片上有置放电枢绕组的绕组槽 2102 , 在电枢绕组中电流的作用下形成 磁极的凸起部 2101 , 通过在形成转子小质量部 211的凸起部 2101上打出多个质心调整孔 2103 , 从而实现与之相对一侧的硅钢片构成大质量部 212。 当然, 也可通过在质心调整孔 2103中填充不同密度的材料来调整其质心的分 , 所形成的小质量部 211、 大质量部 212 并不局限于图中所示出的效果。图 1 3提供了另一种实现偏心转子的转子结构示意 ; 图中, 通过不同密度的槽楔来实现, 通过在转子的绕组槽上装配低密度槽楔 2104构成转子上的的 小质量部 211 , 在在转子的绕组槽上装配高密度槽楔 2105构成转子的大质量部 212。 例如, 所述高密度槽楔 2105釆用钨、 铅等至少一种高密度材料制作; 所述低密度槽楔 2104釆用 木、 竹、 塑料或发泡塑料、 低密度发泡金属或低密度合金等低密度材料制 作。

图 14给出了尾管系统 6末端的内部部件的结构示意图, 作为一种应用, 图中, 用第二 连接器 641、 护线器 642共同构成上述实施例中的端盖 64。 软管 63末端连接中空的第二连 接器 641前端, 第二连接器 641后端连接护线器 642。 所述连接方式釆用软管 63与第一连 接器 61相似的连接方式, 只是第二连接器 641的受力小, 可以无需软管紧固件; 也可釆用 螺紋连接。 在连接外部电源的电源电缆 74通过护线器 642末端穿入尾管系统 6并向电动机 系统 1提供电能。 并基于上述结构, 根据需要在尾管系统 6中配置相应电源控制系统。 当 然, 电源控制系统也可直接设置在图 1-3所提供的实施例的尾管系统 6的管道型空腔内, 图 14提供的实施例是一种应用特例。

图 15提供了一种电源控制系统的实施例的原理框 ; 将连接外部电源的电源电缆 74 连接一记忆电路, 记忆电路的控制线 72连接一传感器, 记忆电路的电机电缆 73连接电动 机系统, 由于记忆电路会能够对传感器送来的控制信号 进行记忆并保持, 其工作电源可以 通过从电源电缆 74获得。 假设原始工作状态为电源关闭状态, 通过传感器向记忆电路发送 一个控制脉冲 (可简单理解为将两根控制线 72进行一下接通) , 记忆电路将电源电缆 74 与电机电缆 73接通并保持, 向电动机系统供电, 电动机系统开始工作; 当要关闭电动机系 统时, 通过传感器向记忆电路发送一个控制信号脉冲 , 记忆电路将电源电缆 74与电机电缆 73断开并保持。 从而实现了通过传感器对电动机工作状态的控 制。 参照图 14、 15 , 将电源 控制器 7置于第二连接器 641内, 电机电缆 73通过软管 63及第一连接器 61中的管道型空 腔连接到电动机系统上; 此时传感器相当于一控制开关固定在软管 63前端靠近与第一连接 器 61的连接部附近(即图 2中控制开关 71所在的位置) , 控制线 72通过软管 63与传感 器连接。 使用时, 手持棒体 5末端或软管 63前端, 在放入混凝土前或放入时触发传感器, 振捣棒开始工作, 释放软管 63将棒体 5放入混凝土中相应的位置进行施工; 收起软管 63 拉出棒体 5 , 在棒体 5离开混凝土时或者离开后, 触发传感器, 振捣棒停止工作。 上述工作 一人即可操作, 并且方便可靠, 极具人性化, 方便施工人员的使用。

所述传感器可以是公知的任何振动传感器、 磁控传感器、 光电传感器之一, 当然触摸 传感器也可实现, 但是由于施工场地的特殊性, 一般不釆用。 图 17提供了一种振动传感器 的结构原理图, 所述振动传感器 711包括绝缘外壳 7111、 设置在其中的触控电极 7114、 导 电的弹性部件 711 3—端连接摆锤 7112 , 另一端固定在绝缘外壳 7111内壁, 使得所述摆锤 7112在振动时能够触碰触控电极 7114 , 弹性部件 711 3、触控电极 7114分别与控制线 72连 接。 将所述振动传感器固定在图 2所示的控制开关 71所在的位置, 通过敲击对应位置的软 管 63管外壁, 摆锤 7112触碰触控电极 7114并随即在弹性部件 711 3的弹力下复位, 即可 向记忆电路送出控制脉冲, 实现对电动机系统的开关控制。 当然, 如果把摆锤 7112用磁性 材料或铁磁性材料制作, 可以作为一种磁控传感器。

作为另一种简易且可靠的磁控传感器,釆用一 磁控管,磁控管的两极与控制线 72连接, 磁控管在软管 63外部的磁铁作用下, 其两极处于导通的工作状态, 当磁铁移开时, 其两极 处于断开的工作状态,从而实现控制。将磁控 管固定在图 2所示的控制开关 71所在的位置, 工作时, 持一磁铁或其他磁性元件滑过或靠近磁控管所 处的软管 63外壁, 即可向记忆电路 发送控制信号, 实现对电动机系统的开关控制。

所述的光电传感器可以釆用类似于图 17中的摆锤来遮挡光耜或光电二极管来实现。 图 16提供了另一种电源控制系统的实施例原理框 ; 将一个按压式记忆开关与电动机 系统串联接到电源电缆 74上,按压式记忆开关可以是机械式开关,也 以是电子记忆开关, 其特点是, 当按压一次开关, 其工作的状态保持不变。 假设按压式记忆开关原始状态为断 开, 当按压按压式记忆开关按钮 7125—次, 其处于导通状态, 并保持; 再次按压按压式记 忆开关按钮 7125—次, 则处于断开状态, 并保持。 可以将按压式记忆开关直接固定在图 2 所示的控制开关 71所在的位置, 并将按钮 7125朝向软管 63壁, 可在软管 63上开一小孔 用于控制按钮 7125 , 并做好防水密封处理。 由于施工环境湿度高, 这种方式安全性差, 当 然, 如果把控制开关 (按键开关、 闸刀开关、 触摸开关等其他开关均可)设置在软管 63末 端或尾管系统 6以外也可, 但是这样会导致施工过程中操作不方便。 优选地, 基于所述按 压式记忆开关改进为敲击震动控制的开关, 图 18提供了其改进的技术方案。 在壳体 7121 中设置按压式记忆开关 7124 ,在按钮 7125上方设置一与回复部件 7123连接的震动锤 7122 , 并设置一限位机构, 确保震动锤 7122只能上下摆动, 将所述改进的控制开关固定在图 2所 示的控制开关 71所在的位置, 通过敲击对应位置的软管 63管外壁, 震动锤 7122即可敲击 按钮 7125 , 并在回复部件 7123的作用下复位, 实现通过震动方式来控制按压式记忆开关。 当然, 所述的敲击震动控制的开关还可以是, 在按钮 7125上方设置一个限位移动机构, 震 动锤 7122置于限位移动机构中, 使之能够沿着限位移动机构自由上下移动并能 压迫按钮 7125 , 敲击时, 由于惯性, 震动锤 7122敲击按钮 7125 , 并自然复位, 实现通过震动方式来 控制按压式记忆开关。

另外, 上述电源控制系统还可以釆用其他公知的控制 方式来实现, 如遥控开关系统、 特定频率的声控系统等。

在上述实施例中, 如果釆用有刷直流电动机, 并且所使用的外电源是交流电, 只需在 电机电缆 73或电源电缆 74上连接一桥式整流电路即可向直流电动机供 , 此时如果外电 源是直流电也能保证直流电动机工作。 该桥式整流电路放入尾管系统 6中, 优选放入第二 连接器 641内。

当然, 本发明还可有其他多种实施例, 并且在无需任何创造性劳动的情况下, 还可以 将上述不同实施例或各个组成部分的不同实施 例中的相关技术方案进行单独使用或重新组 合, 以获得其他具体实施方式的技术方案。

以上对本发明实施例进行了详细介绍, 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施 方式进行了阐述, 在上述技术方案中所提供的有刷电动机的相关 技术方案可以独立使用, 并且还可以应用于有刷发电机, 此时, 所述的整流子是发电机上的集电环(或电刷滑 环) , 其他部分结构可以完全相同或部分相同, 限于篇幅, 在此不再冗述。 以上实施例的说明只 是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想; 同时, 对于本领域的一般技术人员, 依据本 发明的思想, 在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处 , 综上所述, 本说明书内容不 应理解为对本发明的限制。