專利名稱:可變容量的回轉泵的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種回轉泵(gerotor pump)。更具體而言,本發明涉及一種具有內轉子與外轉子的類型的回轉(生成轉子)泵,該內轉子帶有給定個數的葉片,該外轉子帶有的葉片個數比內轉子帶有的個數多一個,其中所述泵的體積容量在操作中是能夠變化的。
背景技術:
回轉泵——其屬于具有帶給定個數的葉片的內轉子與帶有的葉瓣個數比該內轉子的葉瓣個數多一個的外轉子的類型——已為人們熟知,且包括、但不限于余擺線型設計、擺線型設計、雙IC型設計、同心雙轉子型設計、parachoid型設計以及其它設計的轉子組件。回轉泵用于諸如汽車的發動機與變速器油泵以及電驅動汽油泵之類的各種應用中。雖然回轉泵應用廣泛并提供很好的價格/性能特征,但在諸如用于內燃機的油泵中之類的很多應用中,回轉泵存在的缺點在于不容易改變其體積容量。因而,為了在這樣的應用中獲得平衡操作壓力,回轉泵通常具有減壓閥以限制從泵供應的工作流體的壓力。
雖然這種減壓閥可以使得回轉泵系統獲得平衡壓力,但無法改變該泵的體積容量,因而,即使在達到平衡壓力之后泵所消耗的能量還是隨著泵操作速度而繼續增加。因此,當減壓閥分流泵產生的過量流體時,來自發動機的能量被浪費。
Schneider的已公開的PCT專利申請WO 2004/057191教導了一種可變體積的回轉泵,其中能夠旋轉的調節環具有偏心地安裝在其中的泵轉子組件的外轉子。通過相對于進口與出口轉動該調節環,能夠改變泵的體積容量。雖然Schneider參考文件教導了一種可變體積容量的回轉泵,但Schneider機構復雜,需要很多個零件,因而增加了泵的成本,而且泵徑向尺寸很大,這妨礙其在很多情況下的應用。
Child的美國專利No.4,887,956教導了另一種可變體積容量的回轉泵,在這種泵中,內轉子與軸向鄰接的外轉子對嚙合。通過改變所述兩個外轉子的對齊情況,能夠改變所述泵的體積容量。
Hodge的已公開的PCT專利申請WO 93/21443教導了與Child教導的泵略微不同的另一種可變體積的回轉泵。在Hodge的泵中,兩個軸向相鄰的內轉子在單個外轉子中轉動。通過改變所述兩個內轉子的對齊情況能夠改變泵的體積容量。
雖然Child與Hodage教導了可變容量的回轉泵,但與用于改變容量的控制結構相同地,所得到的泵也非常復雜。此外,每個泵的控制軸上的扭矩相對轉動角而言是非線性的,這使得很難建立平衡操作壓力。
Hill的美國專利2,484,789以及后續的類似專利提供用于可變容量的回轉泵的各種設計,其中內轉子相對外轉子軸向運動,或反之亦然,體積容量依賴于兩個轉子之間的重疊量。這些設計的主要缺點在于在轉子對的每個端部處的密封板成形為與轉子齒反向嚙合并且其與轉子一起轉動。因而,必須使用例如位于密封板與配水系統之一中的一系列孔或者外轉子上的徑向孔之類的復雜路線來向轉子供應泵輸入流并且接收來自轉子的泵輸出流。任何這樣的方法都有可能限制輸入流并導致早期氣蝕,這可能是為什么這種泵設計不通用的一個原因。
發明內容
本發明的目的在于提供一種新型的可變容量回轉泵,該回轉泵消除或者減輕現有技術中的至少一個缺點。
根據本發明的第一方面,提供一種可變容量的回轉泵,包括包括殼體與蓋的泵體,所述殼體與蓋限定泵室、泵進口以及泵出口;內轉子;能夠轉動地位于所述泵體內的外轉子,所述內轉子位于所述外轉子內,并且所述內轉子的葉片與所述外轉子的葉片在完全接合時于其之間沒有死容積;傳動軸,所述傳動軸接合所述內轉子以當所述傳動軸轉動時轉動所述內轉子與所述外轉子,所述內轉子能夠沿所述傳動軸軸向移位以改變泵的體積容量;不轉動的密封表面,所述密封表面作用于所述內轉子與所述外轉子和所述泵體之間,以當所述傳動軸轉動時在所述泵出口處產生高壓區并在所述泵進口處產生低壓區;以及將所述內轉子偏壓到與所述外轉子對齊的位置處的復位彈簧。
本發明提供一種可變容量的回轉泵,其包括相對于所述外轉子能夠軸向移位以改變泵的體積容量的內轉子。當所述內轉子軸向移位時,主動活塞抵接所述內轉子的下表面并且能夠置于所述外轉子中,以提供所述內轉子的下表面相對于所述外轉子的必要密封。復位彈簧作用在其上的從動活塞抵接所述內轉子的上表面,以提供所述內轉子的上表面相對于所述外轉子的必要密封。被供有加壓工作流體的控制室或另一種控制機構產生一個力以抵抗所述復位彈簧的力、從而移動所述內轉子而減小所述泵的體積容量。所述回轉泵可以使用余擺線型設計、擺線型設計、雙IC型設計、同心雙轉子型設計、parachoid型設計以及其它類型設計的轉子組件。
因為該泵徑向緊湊并且相對一些現有技術的可變容量的回轉泵其使用更少且更簡單的零件,而且具有基本線性的輸出響應,從而可以在減小的體積流速下有效地建立平衡操作壓力,所以相對現有技術的可變容量的回轉泵而言,認為根據本發明的回轉泵可以提供特別的優點。此外,在一個實施方式中,根據本發明的回轉泵能夠選擇性地在兩個或多個平衡操作點之中的一個平衡操作點操作。非轉動密封板——本文指主動活塞與從動活塞——與現有技術不同,允許使用常規進口與出口,從而避免在高速時氣蝕現象的危害。
現在參照附圖、僅通過示例方式來描述本發明的優選實施方式,其中圖1示出根據本發明的可變容量的回轉泵的分解側視圖;圖2示出圖1中泵的泵殼體與泵蓋的內部的立體圖;圖3a與3b示出圖1中的泵在減小容量配置時其泵轉子組件的立體圖;圖4a與4b示出圖1中的泵在最大容量配置時其泵轉子組件的立體圖;圖5a與5b分別示出在最大容量配置與最小容量配置時貫穿圖1中的泵的側截面圖;圖6示出圖1中的組裝好的泵的側視圖;
圖7示出沿圖6中的線7-7截取的截面圖;圖8示出沿圖6中的線8-8截取的截面圖;并且圖9a與9b分別示出具有死容積的轉子組件設計與不具有死容積的轉子組件設計。
具體實施例方式
根據本發明的具有可變體積容量的回轉泵在圖1中總體用20標出。如圖1到圖4b所示,泵20包括由殼體24由泵蓋28形成的泵體,所述泵蓋28與殼體24通過未示出的、延伸穿過蓋28而進入殼體24內的螺紋孔中的螺釘互相配合在一起。當殼體24與蓋28配合時,它們限定一泵室32,主動活塞36、包括外轉子44與內轉子48的轉子組件40、從動活塞52以及彈簧56位于該泵室內。
如本領域的普通技術人員所知道的,回轉泵是帶有轉子組件的正排量泵,該轉子組件包括內轉子與外轉子,內轉子具有的葉片個數為“n”,外轉子具有的葉片個數為n+1。內轉子在外轉子內繞相對于外轉子軸線偏心定位的軸線轉動,因而內轉子轉動時,外轉子也隨著轉動。
回轉泵中的gerotor是“Generated ROTOR”的簡稱,因為轉子中的一個通過另一個的形狀而形成或生成。回轉泵能夠使用各種各樣的轉子組件設計,包括余擺線型設計、擺線型設計、雙IC型設計、同心雙轉子型設計、parachoid型設計以及其它設計。
傳動軸60穿過殼體24中的中央孔62并延伸穿過主動活塞36、內轉子48、從動活塞52、復位彈簧56以及蓋28。帶有止推墊圈68的螺栓64接合傳動軸60端部的螺紋孔,以在組裝泵20時使傳動軸60保持就位。
如在圖2中清楚示出的,殼體24與蓋28每個分別包括軸頸支撐表面80與84,所述支撐表面80與84容許傳動軸60轉動。傳動軸60包括接合內轉子48的傳動銷88,以確保內轉子48、從而是外轉子44與傳動軸60一起轉動。傳動銷88置于內轉子48內的槽中,這樣使得內轉子48能夠如下所述地沿著傳動軸60軸向運動,同時確保內轉子48與傳動軸60一起轉動。
主動活塞36通過一個置于位于主動活塞36與殼體24內的槽中的防轉動銷92接合殼體24,以防止主動活塞36在殼體24中轉動。從動活塞52以相似的方式通過置于位于從動活塞52與蓋28內的槽中的防轉動銷96接合蓋28,以防止從動活塞52在蓋28中轉動。
泵蓋28包括泵進口100,待抽吸的工作流體通過該泵進口100引入泵室32內;泵殼體24包括泵出口104,由泵20加壓的工作流體從該泵出口104排出殼體24。
傳動軸60、從動活塞52、復位彈簧56、外轉子44、內轉子48以及主動活塞36的泵轉子組件在圖3a與3b中以減小容量配置示出,并在圖4a與4b中以最大容量配置示出。
如舉例說明并在圖5a與5b中能清楚看出的,外轉子44相對于傳動軸60的軸向位置固定,但內轉子48能夠沿著傳動軸60軸向運動以改變泵20的體積容量。具體而言,外轉子44通過殼體24與蓋28沿軸向保持就位,而內轉子48能夠沿著傳動銷88與傳動軸60在圖5a所示的最大容量位置與圖5b所示的最小容量位置之間軸向運動。
在圖5a所示的最大容量位置時,內轉子48像在公知回轉泵中一樣與外轉子44位于同一軸平面上,限定于內轉子48的葉片與外轉子44的葉片之間的泵室的體積當轉子組件40被傳動軸60轉動時在最大體積與最小體積之間變化,泵20的最大體積容量與該變化成正比。
在圖5b所示的最小容量位置時,內轉子48軸向伸出外轉子44大約三分之二。盡管在這種配置中為轉子組件40提供必要密封的方式將在下文描述,但現在本領域普通技術人員可以明白的是,限定于內轉子48的葉片與外轉子44的葉片之間的泵室的最大體積是圖5a中示出的配置中的泵室最大體積的大約三分之一。因此,泵室現在被減少的、最大體積與最小體積之間的體積變化減小為圖5a中的最大容量配置時的變化的大約三分之一,因而,在圖5b的配置中的泵20的體積容量大約為圖5a中獲得的最大容量的大約三分之一。
雖然沒有示出,但本領域普通技術人員現在應該明白的是,可根據需要在圖5a與5b中示出的那些位置之間于內轉子48的任何中間軸向位置處操作泵20,以獲得位于圖中示出的最大容量與最小容量之間的任何預期體積容量,從而獲得預期的體積輸出和/或平衡操作壓力。
雖然在示出的實施方式中,泵20的體積容量可從全容量變化到為最大容量大約三分之一的最小容量,但本發明并不限于最小容量為最大容量的三分之一。事實上,泵20等能夠被構造為提供接近零體積容量的、更小的最小容量,該最小容量僅受需要防止內轉子48從外轉子44上完全脫離的限制。如本領域普通技術人員會明白的,由于只能接近零體積容量,所以在諸如冷啟動之類的某些情況下,可能仍然需要在泵所供應的發動機或其它系統中設置過壓安全閥或其它機構以防止過大的壓力。
已知的是,限定于內轉子48與外轉子44的葉片之間的泵室必須密封,以基本防止工作流體流出該室——除了進入泵室32的高壓區域之外。傳統上,當回轉泵的內轉子與外轉子僅在同一軸平面中操作時,通過與轉子組件的上表面及下表面抵接的泵殼體中的上加工面及下加工面獲得必要的密封。
與此相反,為了實現泵20的泵室的必要密封,主動活塞36抵接內轉子48的下表面,并當內轉子48相對于外轉子44的平面發生軸向移位時延伸入外轉子44,從而在內轉子48的下表面處提供內轉子48與外轉子44之間的必要密封。
圖4b與7清楚地示出主動活塞36的密封功能。如在圖7中示出的,主動活塞36包括大體為圓筒形的表面,其徑向中心與外轉子44的中心分開,使得主動活塞36的外表面在位置200處抵接并密封外轉子44的葉片末端。主動活塞36還包括在圖4b中清楚示出的密封區204,該密封區204在位置208處密封外轉子44的葉片末端。
如在圖8中示出的,蓋28包括內表面,內轉子48的葉片末端在212與216處密封地抵接所述的內表面,從動活塞52包括一對徑向相對的區218(還在圖1與3a中示出),內轉子48的葉片的上表面密封地抵接所述區218,這些密封接合將轉子組件40的低壓力側220與高壓力側224隔開。
而且能夠明白的是,除了以上描述的密封特征外,外轉子44與內轉子48的葉片的設計形狀必須仔細選擇以提供必要密封。具體來說,外轉子44的葉片的形狀設計應該被設計為當內轉子48的葉片充分接合到位于外轉子44相鄰葉片之間的根部內時,所述根部內沒有死容積。圖9a示出帶有以陰影線標出的死容積250的轉子組件,圖9b示出不帶死容積的相似設計。現有技術的轉子設計中經常提供這種死容積以提供一個體積,聲稱在該體積內能夠安全地容納少量碎屑以避免碎屑在轉子葉片之間被磨碎而對轉子葉片造成損害。
當內轉子48沿傳動軸60從圖4a、4b及5a中示出的最大容量位置朝著圖3a、3b及5b中示出的最小容量位置軸向運動時,主動活塞36延伸入外轉子44以在內轉子48的下表面處保持住內轉子48與外轉子44之間的密封。類似地,當內轉子48朝著最小容量配置運動時,從動活塞52通過復位彈簧56偏壓抵靠內轉子48的上表面,以在內轉子48的上表面處維持與外轉子44的密封。
在最大容量配置中,內轉子48的葉片末端以常規方式抵接外轉子44的葉片,而當內轉子48朝著最小容量配置軸向運動時,內轉子48葉片的一部分繼續抵接外轉子44的葉片,而內轉子48的葉片的其余部分抵接蓋28中的區212與216。通過這種方式,在泵20的容量變化時保持內轉子48與外轉子44之間的密封。
在示出的實施方式中,為了改變泵20的體積容量,在傳動軸60與主動活塞36之間形成控制室240(在圖5a與5b中清楚示出)。一供應孔(未示出)延伸穿過主動活塞36以把控制室240與泵20的高壓側220連接在一起。操作中,當工作流體由泵20加壓時,加壓工作流體通過所述供應孔供應至控制室240,并且工作流體的壓力在內轉子48上產生一個軸向力,該軸向力抵抗由復位彈簧56借助從動活塞52施加在內轉子48上的偏壓力。如果在控制室240內產生的力超過復位彈簧56的偏壓力,則內轉子48將從最大容量配置向減小的容量配置運動。如果泵20在減小的容量配置下操作、且在控制室240內產生的力小于復位彈簧56的偏壓力,則內轉子48將從減小的容量配置向最大容量配置運動。如本領域普通技術人員明白的,通過合適選擇控制室240的面積和復位彈簧56的彈簧力,可以按需改變泵20的體積容量以建立平衡操作壓力。
還可以預期的是,控制室240可供應以加壓工作流體,所述加壓工作流體從其它來源(諸如由泵20正在對其進行供應的裝置的工作流體流道)經由從傳動軸60一端延伸的軸向孔以及將該軸向孔連接至控制室240的徑向饋入孔而供應。或者,可以省去控制室240而借助螺線管或其它電驅動機構或機械驅動機構來軸向地移動主動活塞36。
還可以預期的是,可以在傳動軸60與主動活塞36之間設置至少一個第二控制室(未示出)。在這種情況下,控制室240可以如上所述地供應以加壓工作流體,第二控制室可以選擇性地通過上述軸向孔與貫穿傳動軸60的饋入孔供應以加壓工作流體。控制室240與第二控制室中每個都在內轉子48上產生軸向力,所述軸向力疊加以抵抗復位彈簧56的偏壓力。可以明白的是,在這種配置中,通過阻止向第二控制室供應加壓流體、從而使得只有控制室240向內轉子48施加軸向力,則能夠在第一平衡操作點操作泵20;通過使加壓工作流體供應至第二控制室、從而使得控制室240與第二控制室都向內轉子48施加軸向力,則能夠在第二平衡操作點操作泵20。
進一步可預期的是,如果需要的話,控制室240或者第二控制室可以在主動活塞36與殼體24之間形成。
因為相對于某些現有技術的可變容量的回轉泵而言,該泵徑向緊湊,并且其使用更少且更簡單的零件,所以相對于現有技術的可變容量的回轉泵而言,認為根據本發明的泵可以提供特別的優點。此外,在一個實施方式中,根據本發明的泵能夠選擇性地在兩個或多個平衡操作點之中的一個平衡操作點操作。
本發明的上述實施方式旨在對本發明進行示例,而且本領域的普通技術人員在不脫離僅由所附權利要求書限定的本發明范圍的情況下可以對其做出改變和改型。
權利要求
1.一種可變容量的回轉泵,包括包括殼體與蓋的泵體,所述泵體限定泵室、泵進口以及泵出口;內轉子;能夠轉動地位于所述泵體內的外轉子,所述內轉子位于所述外轉子內,并且所述內轉子的葉片與所述外轉子的葉片接合,所述外轉子繞與所述內轉子的轉動軸線偏離的軸線轉動;傳動軸,所述傳動軸接合所述內轉子以在所述傳動軸轉動時轉動所述內轉子與所述外轉子,所述內轉子能夠沿所述傳動軸軸向移位以改變泵的體積容量;不轉動的密封表面,所述不轉動的密封表面作用于所述內轉子和所述外轉子與所述泵體之間,以當所述傳動軸轉動時在所述泵出口處產生高壓區并在所述泵進口處產生低壓區;以及將所述內轉子偏壓到與所述外轉子軸向對齊的位置處的復位彈簧。
2.如權利要求1所述的可變容量的回轉泵,其中所述不轉動的密封表面包括主動活塞,所述主動活塞抵接所述內轉子的與所述復位彈簧相對的表面,并在所述內轉子軸向移位時延伸入所述外轉子,以在所述內轉子的表面與所述外轉子之間提供密封。
3.如權利要求2所述的可變容量的回轉泵,其中所述泵還包括形成在所述主動活塞與所述傳動軸之間的控制室,所述控制室接收來自所述泵出口的加壓工作流體以產生一個力,所述力作用抵抗所述復位彈簧的偏壓而使所述內轉子軸向移位。
4.如權利要求2所述的可變容量的回轉泵,其中所述泵還包括多個控制室,所述多個控制室中每個都形成在所述主動活塞與所述傳動軸之間,每個所述控制室接收來自所述泵出口的加壓工作流體以產生一個力,所述力作用抵抗所述復位彈簧的偏壓而使所述內轉子軸向移位。
5.如權利要求2所述的可變容量的回轉泵,其中所述泵還包括控制機構,以產生一個作用在所述主動活塞上、抵抗所述復位彈簧的偏壓而使所述內轉子軸向移位的力。
6.如權利要求4所述的可變容量的回轉泵,其中所述控制機構是電磁螺線管。
7.如權利要求1所述的可變容量的回轉泵,其中所述內轉子與所述外轉子是余擺線型設計。
8.如權利要求1所述的可變容量的回轉泵,其中所述內轉子與所述外轉子是擺線型設計。
9.如權利要求1所述的可變容量的回轉泵,其中所述內轉子與所述外轉子是雙IC型設計。
10.如權利要求1所述的可變容量的回轉泵,其中所述內轉子與所述外轉子是同心雙轉子型設計。
11.如權利要求1所述的可變容量的回轉泵,其中所述內轉子與所述外轉子是parachoid型設計。
12.如權利要求1所述的可變容量的回轉泵,其中所述內轉子的葉片與所述外轉子的葉片以其間沒有死容積的方式接合。
13.如權利要求11所述的可變容量的回轉泵,其中所述不轉動的密封表面包括主動活塞,所述主動活塞抵接所述內轉子的與所述復位彈簧相對的表面,并在所述內轉子軸向移位時延伸入所述外轉子,以在所述內轉子的表面與所述外轉子之間提供密封。
14.如權利要求13所述的可變容量的回轉泵,其中所述泵還包括控制機構,以產生一個作用在所述主動活塞上、抵抗所述復位彈簧的偏壓而使所述內轉子軸向移位的力。
15.如權利要求12所述的可變容量的回轉泵,其中所述泵還包括形成在所述主動活塞與所述傳動軸之間的控制室,所述控制室接收來自所述泵出口的加壓工作流體以產生一個力,所述力作用抵抗所述復位彈簧的偏壓而使所述內轉子軸向移位。
16.如權利要求15所述的可變容量的回轉泵,其中所述控制機構是電磁螺線管。
17.如權利要求12所述的可變容量的回轉泵,其中所述內轉子與所述外轉子是余擺線型設計。
18.如權利要求12所述的可變容量的回轉泵,其中所述內轉子與所述外轉子是擺線型設計。
19.如權利要求12所述的可變容量的回轉泵,其中所述內轉子與所述外轉子是雙IC型設計。
20.如權利要求12所述的可變容量的回轉泵,其中所述內轉子與所述外轉子是同心雙轉子型設計。
全文摘要
一種可變容量的回轉泵,包括能夠相對于外轉子軸向移位以改變所述泵的體積容量的內轉子。主動活塞抵接內轉子的下表面并能夠置于外轉子內,以在內轉子軸向移位時提供內轉子的下表面相對于外轉子的必要密封。復位彈簧作用在其上的從動活塞抵接內轉子的上表面,以提供內轉子的上表面相對于外轉子的必要密封。在一個實施方式中,供應有加壓工作流體的控制室產生一個力,所述力作用抵抗復位彈簧的力以移動內轉子從而減小泵的體積容量。在另一個實施方式中,諸如電磁螺線管或機械機構之類的控制機構作用于控制活塞上而抵抗復位彈簧的力。
文檔編號F04C2/10GK101084377SQ200580043746
公開日2007年12月5日 申請日期2005年12月21日 優先權日2004年12月22日
發明者馬修爾·威廉森, 大衛·R·沙爾弗 申請人:麥格納動力系有限公司