本申請(qǐng)是申請(qǐng)人為“格瑞克明尼蘇達(dá)有限公司”、申請(qǐng)日為“2015年3月31日”、申請(qǐng)?zhí)枮椤?01380051281.7”的發(fā)明名稱(chēng)為“用于靜電噴槍的葉輪”的發(fā)明的分案申請(qǐng)，其國(guó)際申請(qǐng)日是“2013年9月30日”，國(guó)際公布號(hào)為“wo2014/055424”。

本發(fā)明一般地涉及用于噴涂諸如涂料、密封劑、涂層、瓷釉、膠粘劑、粉末等的流體的涂覆器。更具體地，本發(fā)明涉及靜電噴槍。

背景技術(shù)：

在靜電噴涂系統(tǒng)中，在噴槍與要被噴涂的對(duì)象或物件之間附近產(chǎn)生靜電場(chǎng)。噴涂顆粒通過(guò)該電場(chǎng)傳播，并且各個(gè)顆粒在通過(guò)該電場(chǎng)時(shí)拾取電荷。帶電粒子因此被吸附到要被噴涂的物件。通過(guò)該過(guò)程，可以將更高百分比的噴涂顆粒引導(dǎo)到實(shí)際要被噴涂的物件，并因此與傳統(tǒng)方法相比較噴涂效率大大改進(jìn)。靜電噴涂槍對(duì)于涂覆非導(dǎo)電液體和粉末尤其有用，盡管該靜電噴涂槍可能要與噴涂導(dǎo)電液體結(jié)合使用。

在典型的靜電噴涂系統(tǒng)中，電離電極放置在噴涂槍噴涂孔口附近，要被涂漆的物件保持處于接地電勢(shì)，并且在電離電極與物件之間形成靜電場(chǎng)。電極與地面之間的距離可能大約為0.5米或更??；因此，施加到噴槍電極的電壓必須必然非常高，以形成具有足夠強(qiáng)度的靜電場(chǎng)以產(chǎn)生大量離子/粒子相互作用，從而在涂料顆粒與對(duì)象之間形成充分的吸引力。在噴涂操作中獲得適當(dāng)?shù)男识龋瑢⒋蠹s20,000-100,000伏(20-100kv)的靜電壓施加到噴槍電極并非異常。典型地，50微安培級(jí)別的電離電流從噴槍電極流動(dòng)。

靜電噴槍可以是手持式噴槍或可通過(guò)遙控連接操作的自動(dòng)噴槍。可以使用諸如增壓空氣、液壓力、或離心力的不同的主要霧化作用力霧化噴涂流體?？梢砸愿鞣N方法產(chǎn)生用于靜電電壓的電力。在許多系統(tǒng)中，外部電源連接到靜電噴槍。然而，在其它設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)位于靜電噴槍中的交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。例如，美國(guó)專(zhuān)利第4,554,622、4,462,061、4,290,091、4,377,838、4,491,276和7,226,004號(hào)描述了具有空氣動(dòng)力渦輪機(jī)的靜電噴槍?zhuān)渲兴隹諝鈩?dòng)力渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)，所述交流發(fā)電機(jī)又供應(yīng)電壓倍增器以提供充電電壓。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

例如在靜電噴槍中使用的交流發(fā)電機(jī)包括交流發(fā)電機(jī)、殼體和葉輪。電磁交流發(fā)電機(jī)具有軸。電磁交流發(fā)電機(jī)設(shè)置在殼體內(nèi)。殼體具有空氣孔口。葉輪在殼體內(nèi)安裝到軸從而與空氣孔口對(duì)準(zhǔn)。葉輪包括具有彎曲前緣和后緣的葉片。

在另一個(gè)實(shí)施例中，交流發(fā)電機(jī)組件包括殼體、交流發(fā)電機(jī)、軸和葉輪。殼體具有入口開(kāi)口。交流發(fā)電機(jī)設(shè)置在殼體中。交流發(fā)電機(jī)包括包圍轉(zhuǎn)子的定子。軸從轉(zhuǎn)子延伸。葉輪包括安裝到軸的轂、和從轂延伸的多個(gè)刀片。每一個(gè)葉片具有一曲率以在整個(gè)弧上垂直于入口開(kāi)口，每一個(gè)葉片在所述整個(gè)弧范圍內(nèi)遇到入口開(kāi)口的瞄準(zhǔn)線。

附圖說(shuō)明

圖1是顯示連接到流體供應(yīng)裝置并排放到對(duì)象上的靜電噴槍的靜電噴涂系統(tǒng)的示意圖；

圖2是圖1的靜電噴槍的透視圖，顯示了連接到操作主體和噴涂末端組件的槍筒；

圖3是圖2的靜電噴槍的分解圖，顯示了被構(gòu)造成位于焊槍主體內(nèi)的交流發(fā)電機(jī)和電源；

圖4a是圖3的交流發(fā)電機(jī)的分解圖，顯示了葉輪和安裝在定子組件內(nèi)的轉(zhuǎn)子；

圖4b是圖3的交流發(fā)電機(jī)的剖視圖，顯示了連接到轉(zhuǎn)子的葉輪和軸承；

圖5a-5c顯示了相對(duì)于殼體中的空氣入口開(kāi)口處于各種位置的葉輪。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明的實(shí)施例中，靜電噴槍包括交流發(fā)電機(jī)組件，所述交流發(fā)電機(jī)組件包括具有彎曲葉片的葉輪。靜電噴槍使用驅(qū)動(dòng)電磁交流發(fā)電機(jī)的定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子的空氣動(dòng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生內(nèi)部電源。葉輪葉片被彎曲以?xún)?yōu)化撞擊在葉片上以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的壓縮空氣的接收。具體地，葉片的后緣被彎曲成垂直于從交流發(fā)電機(jī)殼體指向葉片的壓縮空氣射流。本公開(kāi)的圖1-3描述了其中可以使用彎曲葉輪葉片的靜電噴槍。圖4a-5b描述支撐套的各個(gè)方面、實(shí)施例和益處。

圖1是顯示連接到流體供應(yīng)裝置14并排放到對(duì)象16上的靜電噴槍12的靜電噴涂系統(tǒng)10的示意圖。泵18連接到流體供應(yīng)裝置14并經(jīng)由軟管20將加壓流體提供給噴槍12。噴槍12還經(jīng)由軟管22連接到加壓空氣源(未示出)。對(duì)象16例如通過(guò)從支架24懸掛下來(lái)而被接地。參照流體噴涂系統(tǒng)描述靜電噴灑系統(tǒng)10，但是本發(fā)明可以使用諸如粉末等的其它涂覆材料。雖然圖1-3具體參考空氣協(xié)助系統(tǒng)被描述，但是本發(fā)明還可以與空氣噴涂系統(tǒng)一起使用。

操作者26將噴槍12定位成接近對(duì)象16，大約0.5米或更小。在致動(dòng)噴槍12上的觸發(fā)器時(shí)，加壓空氣被供應(yīng)給噴槍12內(nèi)的渦輪機(jī)，其中所述渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)以生成電力。電力被供應(yīng)給靠近噴槍12的噴涂末端的電極。因此，在電極與對(duì)象16之間產(chǎn)生電場(chǎng)ef。靜電噴涂系統(tǒng)10在各個(gè)點(diǎn)處被接地。例如，地線28和/或?qū)щ娍諝廛浌?2可以使噴槍12接地。在整個(gè)靜電噴涂系統(tǒng)10中可以使用其它接地線和導(dǎo)電材料以提供接地作用。同時(shí)，觸發(fā)器的致動(dòng)允許加壓流體從泵18通過(guò)噴涂末端，藉此霧化的流體顆粒在電場(chǎng)ef中變得帶電。帶電粒子因此被抽吸到被接地的對(duì)象16。對(duì)象16經(jīng)由支架24被懸掛并且?guī)щ娏黧w顆粒包裹對(duì)象16，從而顯著減小過(guò)度噴涂。

圖2是圖1的靜電噴槍12的透視圖，顯示了連接到手柄主體32和噴涂末端組件34的槍筒30。手柄主體32的手柄36連接到空氣入口38、空氣出口40和流體入口42。手柄主體32的殼體連接到槍筒30?？諝饪刂蒲b置46連接到殼體44內(nèi)的開(kāi)/關(guān)閥(參見(jiàn)圖3中的空氣針66)并控制壓縮空氣從空氣入口38到噴槍12的部件的流動(dòng)?？諝庹{(diào)節(jié)器47a-47b控制空氣從上述開(kāi)/關(guān)閥到噴涂末端組件34的流動(dòng)。觸發(fā)器48連接到槍筒30內(nèi)的流體閥(參見(jiàn)圖3中的流體針74)并被構(gòu)造成控制加壓流體從流體入口42經(jīng)由流體管50通過(guò)噴涂末端組件34的流動(dòng)?？諝饪刂蒲b置46控制空氣到交流發(fā)電機(jī)的流動(dòng)?？諝馊缓笤诔隹?0處離開(kāi)噴槍12。

觸發(fā)器48的致動(dòng)同時(shí)允許壓縮空氣和加壓流體到達(dá)噴涂末端組件34。一些壓縮空氣用于影響流體從噴涂末端組件34的流動(dòng)，并因此在端口52a和52b或其它這種端口處離開(kāi)噴槍12。在空氣噴涂系統(tǒng)中，一些壓縮空氣還用于在流體離開(kāi)噴涂孔口時(shí)直接使該流體霧化。在空氣噴涂系統(tǒng)和空氣輔助系統(tǒng)兩者中，一些壓縮空氣還用于使將電力提供給電極54的交流發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且在出口40處離開(kāi)噴槍12。圖3顯示了交流發(fā)電機(jī)和用于電極54的相關(guān)電源。

圖3是圖2的靜電噴槍12的分解圖，顯示了被構(gòu)造成位于手柄主體32和槍筒30內(nèi)的交流發(fā)電機(jī)56和電源58。交流發(fā)電機(jī)56經(jīng)由帶狀電纜60連接到電源58。交流發(fā)電機(jī)56連接到電源58，并且當(dāng)被組裝時(shí)，交流發(fā)電機(jī)56裝配到殼體44內(nèi)，而電源58裝配到槍筒30內(nèi)。由交流發(fā)電機(jī)56生成的電力被發(fā)送到電源58中。在空氣輔助系統(tǒng)中，包括彈簧62和導(dǎo)電環(huán)64的電路將電荷從電源58輸送到噴涂術(shù)端組件34內(nèi)部的電極54?？諝鈬娡肯到y(tǒng)可以具有將交流發(fā)電機(jī)連接到電極的其它電路。

空氣針66和密封件68包括用于控制通過(guò)噴槍12的壓縮空氣的開(kāi)/關(guān)閥?？諝饪刂崎y46包括延伸通過(guò)殼體44到達(dá)觸發(fā)器48的空氣針66，所述觸發(fā)器48可以被致動(dòng)以移動(dòng)密封件68并控制壓縮空氣從空氣入口38通過(guò)手柄主體32內(nèi)的通道的流動(dòng)。彈簧70將密封件68和觸發(fā)器48偏置到關(guān)閉位置，同時(shí)可以調(diào)節(jié)旋鈕72以操縱閥46。在密封件68打開(kāi)的情況下，來(lái)自入口38的空氣通過(guò)手柄主體32內(nèi)的通道流動(dòng)到交流發(fā)電機(jī)56或噴涂末端組件34。

流體針74包括用于控制通過(guò)噴槍12的加壓流體的流體閥的一部分。觸發(fā)器48的致動(dòng)還直接地移動(dòng)流體針74，其中所述流體針經(jīng)由蓋76聯(lián)接到觸發(fā)器48。彈簧78位于蓋76與觸發(fā)器48之間以將針偏置到關(guān)閉位置。針74通過(guò)槍筒30延伸到噴涂末端組件34。

噴涂末端組件34包括基座殼體80、墊圈81、末端82、空氣蓋84和固定環(huán)86。在空中輔助系統(tǒng)中，流體針74接合基座殼體80以控制加壓流體從流體管50直到噴涂末端組件34的流動(dòng)。墊圈81在基座殼體80與末端82之間進(jìn)行密封。末端82包括將來(lái)自基座殼體80的加壓流體排出的噴涂孔口87。電極54從空氣蓋84延伸。在空氣輔助系統(tǒng)中，高壓流體通過(guò)噴涂孔口87被供給，其中電極54從所述噴涂孔口87偏移。通過(guò)使高壓流體通過(guò)小孔口來(lái)產(chǎn)生霧化。在空氣噴涂系統(tǒng)中，電極從噴涂孔口延伸，使得電極和噴涂孔口同心。低壓流體經(jīng)過(guò)大的噴涂孔口，并且通過(guò)碰撞來(lái)自空氣蓋34的氣流被霧化。在任一系統(tǒng)中，空氣蓋84包括諸如端口52a和52b(圖2)的端口，其中所述端口接收加壓空氣以基于調(diào)節(jié)器47a和47b的設(shè)置霧化來(lái)自末端82的流體流并且使所述流體流成形。在其它實(shí)施例中，槍12可以在沒(méi)有端口52a和52b中的任一個(gè)的情況下操作，或者可以?xún)H在端口52a和52b中的一個(gè)的情況下操作。

交流發(fā)電機(jī)56在加壓空氣的作用力的操作下將電能提供給電源58，所述電源進(jìn)而將電壓施加給電極54。電極54產(chǎn)生將電荷施加到初始來(lái)自于末端82的霧化流體的電場(chǎng)ef(圖1)。由電場(chǎng)ef產(chǎn)生的電暈效應(yīng)將帶電流體顆粒運(yùn)送到旨在要被流體涂布的對(duì)象。保持環(huán)86保持空氣蓋84和末端82與槍筒30組裝在一起，同時(shí)基座殼體80被擰入到槍筒30中。

圖4a是圖3的交流發(fā)電機(jī)56的分解圖，顯示了電磁交流發(fā)電機(jī)和葉輪。具體地，交流發(fā)電機(jī)56包括殼體88、葉輪90、軸承92a、軸承92b、轉(zhuǎn)子94、軸96、定子組件98、帶狀電纜60、端蓋102、保持夾104和密封件106。圖4b是圖3的交流發(fā)電機(jī)56的剖視圖，顯示定子組件98。定子組件98包括定子鐵心108、繞組110、罩112和套114。同時(shí)論述圖4a和圖4b。

端蓋102連接到殼體88以形成交流發(fā)電機(jī)56的部件設(shè)置在其內(nèi)的罐。軸96延伸通過(guò)轉(zhuǎn)子94內(nèi)的內(nèi)孔，使得相反的兩個(gè)遠(yuǎn)端從轉(zhuǎn)子94延伸。軸承92a和92b被裝配到軸96上并且連結(jié)至套114。具體地，轂116a和116b在轉(zhuǎn)子94的相反兩側(cè)裝配在軸96的端部上，同時(shí)叉狀物118a和118b延伸至套114。如圖4b中可以看到的，叉狀物118a和118b錨固在套114中的凹穴120a和120b內(nèi)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，軸承92a和92b包括油浸漬焙燒青銅軸承。在進(jìn)一步的其它實(shí)施例中，軸承92a和92b被諸如含氟聚合物的抗溶劑涂層覆蓋。在美國(guó)專(zhuān)利第7，226，004號(hào)中描述了用于軸承的這種涂覆，其中該美國(guó)專(zhuān)利被授予給gracominnesotainc.。葉輪90緊鄰軸承92a被裝配到軸96上。具體地，轂121插入在軸96上，同時(shí)葉片122從轂121朝向殼體88大致徑向向外延伸。

葉輪90、轉(zhuǎn)子94和定子組件98插入在殼體88中。定子組件98的套114被緊密配合或壓配合到殼體88中以將定子組件98牢固地保持在殼體88內(nèi)。套114被推動(dòng)靠著臺(tái)肩124(圖4b)以相對(duì)于開(kāi)口128正確地定位葉輪90。如此插入，葉輪90設(shè)置在定子組件98與端蓋102之間的間隔內(nèi)。軸96在軸承92a和92b內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，使得葉輪90可以在殼體88內(nèi)旋轉(zhuǎn)。保持夾104插入在殼體88中并且突出部125(圖4a)接合殼體88中的凹口126(圖4a)。保持夾104防止軸承92b與凹穴120b脫離。保持夾104還有助于通過(guò)將定子組件98推靠在臺(tái)肩124上而將定子組件98保持在殼體88內(nèi)。

壓縮空氣通過(guò)開(kāi)口128被引導(dǎo)到殼體88內(nèi)，以便導(dǎo)致葉輪90的旋轉(zhuǎn)。壓縮空氣撞擊葉片122以導(dǎo)致葉輪90的旋轉(zhuǎn)，這使得軸96和轉(zhuǎn)子94在定子組件98的繞組110內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在所述的實(shí)施例中，罩112包括圍繞繞組110的環(huán)氧樹(shù)脂涂層。在其它實(shí)施例中，涂層可以圍繞芯體108形成在繞組110和芯體108之間。轉(zhuǎn)子94和繞組110形成電磁交流發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生被提供給帶狀電纜60的電流。在本發(fā)明的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子94包括釹磁體，而繞組110包括銅線。釹磁體與諸如鋁-尼科磁體的傳統(tǒng)磁體相比具有較高的能量密度。較高的能量密度允許轉(zhuǎn)子94的尺寸和重量減小。在一個(gè)實(shí)施例中，與通過(guò)利用釹磁體的現(xiàn)有技術(shù)靜電噴槍交流發(fā)電機(jī)相比較，交流發(fā)電機(jī)56的尺寸減小40％。轉(zhuǎn)子94的減小尺寸降低慣性扭矩并增加轉(zhuǎn)子94在壓縮空氣力的作用下的加速度，這為操作者26(圖1)提供了較好的響應(yīng)并可以需要少量的壓縮空氣以操作交流發(fā)電機(jī)56。

如所述，葉片122被定位以接收來(lái)自殼體88中的開(kāi)口128的空氣。選擇葉片122的形狀和數(shù)量?jī)烧咭允箒?lái)自壓縮空氣流的動(dòng)力的提取最大化。具體地，葉片122圍繞轂121間隔開(kāi)，使得僅單個(gè)葉片大致一次接收來(lái)自每一個(gè)開(kāi)口128的壓縮空氣，并且葉片122被成形為使得壓縮空氣始終以大致直角撞擊每一個(gè)葉片。

圖5a-5c顯示相對(duì)于殼體88中的空氣入口開(kāi)口128a-128d處于各個(gè)位置的葉輪90。葉輪90包括從轂121延伸的葉片122a-122h。空氣入口開(kāi)口128a-128d中的每一個(gè)都被構(gòu)造成接收來(lái)自空氣入口38(圖2)的壓縮空氣射流。例如，入口開(kāi)口128a被構(gòu)造成接收空氣射流ja。

在所述的實(shí)施例中，葉輪90包括八個(gè)葉片122，并且殼體88包括四個(gè)入口開(kāi)口128。葉片122a-122h和入口開(kāi)口128a-128d被間隔開(kāi)，使得僅四個(gè)葉片基本上始終與來(lái)自入口開(kāi)口128a-128d的空氣射流接觸。因此，四個(gè)葉片始終基本上不與空氣射流接觸。

殼體88形成與軸線a同心的大致圓筒形主體。同樣地，葉輪90的轂121圍繞軸線a同心設(shè)置。入口開(kāi)口128繞殼體88均勻地間隔開(kāi)。因此，入口開(kāi)口128a-128d參照軸線a間隔大約九十度分開(kāi)。四個(gè)入口開(kāi)口128a-128d沿著軸線相對(duì)于彼此設(shè)置，所述軸線相交以形成中心位于軸線a上的由直線圍繞的主體。入口開(kāi)口128a-128d中的每一個(gè)都平行于通過(guò)軸線a平分殼體88的線延伸。因此，在所述的實(shí)施例中，入口開(kāi)口128a-128d的軸線形成方形形狀。

葉片122a-122h中的每一個(gè)被彎曲。具體地，如參照葉片122a所示，每一個(gè)葉片122a-122h包括彎曲前緣le和彎曲后緣te。葉片122a-122h繞轂121均勻地間隔開(kāi)。因此，葉片122a-122h關(guān)于軸線a以近似四十五度間隔開(kāi)。

前緣和后緣被成形以使由空氣射流ja產(chǎn)生的扭矩最大化。具體地，每一個(gè)后緣被成形為總是大致垂直于空氣射流。圖5a顯示與空氣射流ja接觸的葉片122a的末端部分。當(dāng)葉輪90繞軸線a旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片122a的后緣的與空氣射流ja接觸的部分改變。具體地，空氣射流ja稍微靠近轂121進(jìn)行撞擊。圖5b顯示葉片122a關(guān)于軸線a與圖5a的情況相比遠(yuǎn)離入口128a旋轉(zhuǎn)十度。當(dāng)空氣射流ja推動(dòng)葉片122a遠(yuǎn)離入口128a時(shí)，te的曲率確保葉片122a將始終大致垂直于空氣射流ja。圖5c顯示葉片122a關(guān)于軸線a與圖5a的情況相比遠(yuǎn)離入口128a旋轉(zhuǎn)二十度。在一些實(shí)施例中，空氣射流ja在垂直的十度內(nèi)撞擊后緣te。在優(yōu)選的實(shí)施例中，空氣射流ja在垂直的五度內(nèi)撞擊后緣te。

空氣射流ja將假設(shè)空氣射流ja一次僅大致撞擊一個(gè)葉片并且始終與葉片連續(xù)接觸而獲得的最大扭矩量施加在轂121上。通過(guò)本公開(kāi)的葉輪，能夠獲得最大扭矩，這是因?yàn)榭諝馍淞鱦a的矢量在葉輪90的桿臂(葉輪繞轂121的中心軸線與射流ja沿著葉片撞擊的區(qū)域之間的距離)的撞擊基于入口128a的位置以盡可能成直角的方式入射，從而提高葉片轂處的扭矩(空氣射流矢量×桿臂＝扭矩)。在一個(gè)實(shí)施例中，葉片122a的后緣te沿著長(zhǎng)度大于前緣所延伸的弧的弧延伸。葉片122a的前緣le被成形為減小122a的尺寸和重量，這是因?yàn)榍熬墰](méi)有被構(gòu)造成接合空氣射流ja。后緣和前緣的曲率和長(zhǎng)度引起用于相鄰葉片的前緣和后緣的鯊魚(yú)翅形狀。

與現(xiàn)有技術(shù)交流發(fā)電機(jī)葉片相比，本發(fā)明的葉輪葉片提供更加有效的功率提取。用于與靜電噴槍一起使用的現(xiàn)有技術(shù)交流發(fā)電機(jī)渦輪依賴(lài)于具有包括平坦前緣和后緣的三角形形狀、或鋸齒形形狀葉片的葉輪。因此，葉輪的平坦表面與空氣射流產(chǎn)生降低與空氣射流的撞擊的效能的角度。具體地，空氣射流將以小于九十度(諸如三十度)的角度撞擊平坦葉片。因此，空氣噴射撞擊在葉片表面上在葉片轂處產(chǎn)生扭矩的力變成具有小于空氣噴射的整個(gè)力的大小的矢量，從而引起低效率功率提取。這里描述的彎曲葉輪葉片允許從壓縮空氣提取更多的能量。具體地，空氣射流以近似九十度撞擊葉輪表面以最大化在葉片轂處產(chǎn)生扭矩的矢量的大小。通過(guò)本發(fā)明，基本上垂直于葉片表面(并且在葉片轂處產(chǎn)生扭矩)的空氣射流矢量近似等于總的空氣射流的力的大小。通過(guò)葉輪90的更有效動(dòng)力提取允許消耗較少的空氣以獲得相同的動(dòng)力，從而增加整個(gè)系統(tǒng)效率。

雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下可以對(duì)形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行改變。