氣體增壓機的制作方法

專利名稱：氣體增壓機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種氣體增壓機，其被設置以用于將供給缸體中的低壓氣體(如空氣或氮氣)增壓成高壓氣體。
背景技術：
氣體增壓機被設置以用于將供 給缸體中的低壓氣體(如空氣或氮氣)增壓成高壓氣體。在很多情況下，氣體增壓機可從供給缸體接收低壓氣體，并且在對氣體加壓之后，將高壓氣體提供到用于儲存的蓄積器中。氣體增壓機的一種應用是用作壓カ控制器或校準器的供應源。在一些情況下，需要在遠程位置處使用壓カ控制器和校準器，因此要求氣體增壓機便于攜帶。在一些應用中，要求氣體增壓機能夠將氣體加壓到高壓水平，如高達IOOOOpsi(磅/平方英寸)。為了達到這些壓力水平，氣體增壓機的部件趨于極其笨重、或使得氣體增壓機產生的高壓氣體容積較低。氣體增壓機可由多種方式提供動力，但在以高容積地產生高壓水平的氣體、同時重量維持較輕方面，每ー種方式都具有限制性。氣動式增壓機可使用來自供給缸體的氣體向氣體增壓機提供動力。由于一部分供應氣體被用于向氣體增壓機自身提供動力，所以這種方式會限制可產生的高壓氣體的容積。液動式增壓機使用液壓泵來產生驅動壓力，而液壓泵通常極其笨重，導致增壓機的重量超過45磅。電動式增壓機通常也都很重，這在某種程度上是由于活塞組件和用來致動活塞組件的電動機的尺寸。因此，需要一種被設置以產生高壓氣體的輕型緊湊式氣體增壓機，其優(yōu)選以高容積的方式產生高壓氣體。

發(fā)明內容
本發(fā)明內容用來簡要介紹以下具體實施方式
中會進ー步描述的ー組概念。本發(fā)明內容并非g在確定所要求保護主題的關鍵特征，也并非g在輔助確定所要求保護主題的保護范圍。根據本發(fā)明的各個方面，一種示例性的氣體增壓機被提供。所述氣體增壓機可包括至少ー個內部具有缸膛的缸體。所述氣體增壓機可包括活塞，所述活塞可在至少ー個缸體的缸膛內移動，從而形成可響應于活塞在缸膛內的移動而膨脹和收縮的腔體。腔體可被配置以經由第一端ロ接收處于第一壓カ水平的氣體，并經由第二端ロ輸出處于第二壓力水平的氣體。所述氣體增壓機可進ー步包括被配置以使得活塞可在缸膛內從第一位置移動到第二位置的機構。所述氣體增壓機可進ー步包括位置接近第一端ロ的第一止回閥，和位置接近第二端ロ的第二止回閥。第一止回閥可選擇性地允許氣體經由第一端ロ進入腔體，并且第二止回閥可選擇性地允許氣體經由第二端ロ退出腔體。在一些實施例中，第一止回閥和第二止回閥被設置和配置成使得在活塞已達到第二位置時，腔體的死區(qū)容積最小化。根據本發(fā)明的各方面，氣體增壓機的另ー示例被提供。所述氣體增壓機可包括兩個或多個內部具有缸膛的缸體。所述氣體增壓機可進ー步包括活塞，所述活塞可在兩個或多個缸體的每ー個缸膛內移動，從而形成響應于活塞在缸膛內的移動而膨脹和收縮的具有可變容積的腔體。所述氣體增壓機可包括被配置以接收處于第一壓カ水平的氣體的入口，和被配置以輸出處于第二壓カ水平的氣體的出口。入口可經由第一止回閥與腔體以流體連通方式選擇性地連接，并且出口可經由第二止回閥與腔體以流體連通方式選擇性地連接。所述氣體增壓機可進ー步包括具有孔的凸輪，所述孔形成圍繞兩個或多個的缸體和活塞的內凸輪表面。凸輪的旋轉可使得內凸輪表面將活塞從第一位置移動到第二位置。根據本發(fā)明的各方面，一種系統被提供。所述系統包括ー個或多個內部具有缸膛的缸體。所述系統可進ー步包括活塞，所述活塞可在ー個或多個缸體的每ー缸膛內移動，從而形成響應于活塞在缸膛內的移動而膨脹和收縮的可變容積腔體。可變容積腔體可被配置以經由第一端ロ接收處于第一壓カ水平的氣體，并且可被配置以經由第二端ロ輸出處于第ニ高壓水平的氣體。所述系統可進ー步包括凸輪，所述凸輪包括孔，所述孔形成圍繞ー個或多個缸體和活塞的內凸輪表面。凸輪的旋轉可使得內凸輪表面將活塞從第一位置移動到第二位置。所述系統可進ー步包括位置接近第一端ロ的第一止回閥，和位置接近第二端ロ的 第二止回閥。第一止回閥選擇性地允許氣體經由第一端ロ進入腔體，并且第二止回閥選擇性地允許氣體經由第二端ロ退出腔體。所述系統進ー步包括被配置成旋轉凸輪的原動機以及包括控制邏輯裝置。控制邏輯裝置可被配置以產生控制信號并向原動機提供控制信號。控制信號被配置以使得原動機旋轉凸輪。


當結合附圖參閱以下詳細描述，可更好地理解本發(fā)明的上述方面和許多伴隨的優(yōu)點，因此將更易于了解所述方面和優(yōu)點，附圖中圖I是根據本發(fā)明的各方面的氣體增壓機的等軸仰視圖；圖2是圖I的氣體增壓機的分解圖；圖3是根據本發(fā)明的各方面的泵組件的底部等軸仰視圖；圖4是圖3的泵組件的剖視圖；圖5是圖4的泵組件的部分放大剖視圖；圖6A是根據本發(fā)明各方面的泵組件處于第一位置時的平面俯視圖；圖6B是圖6A的泵組件處于第二位置時的平面俯視圖；以及圖7是包括有根據本發(fā)明的各方面的氣體增壓機的系統的方框圖。
具體實施例方式以下討論內容提供了由呈發(fā)動機(或馬達)形式的原動機(如電動機)提供動カ的氣體增壓機的各實施例。本文所描述的氣體增壓機的一個或多個示例g在提供ー種被配置以產生一定容積(如介于25cm3與IOOcm3之間)的高輸出壓力水平(如高達IOOOOpsi)氣體的輕型氣體增壓機。如下文將更詳細解釋的，氣體增壓機的一個或多個實施例中，活塞組件內的死區(qū)容積被減小，從而提高了氣體增壓機的效率，同時可以使用較輕零件和/或較小尺寸的發(fā)動機。因此，本文所公開的氣體增壓機的若干示例可包括用于減小活塞組件內的死區(qū)容積的獨特閥配置結構。另外，一個或多個示例g在更好地分布發(fā)動機所產生的扭矩。因此，氣體增壓機的一個或多個示例可包括凸輪/凸輪從動件裝置，所述凸輪/凸輪從動件裝置被配置成以更好分配的形式將發(fā)動機(例如，電動機等)的旋轉運動轉換成活塞組件的活塞的往復運動。此外，一個或多個示例g在最小化向氣體增壓機的活塞組件施加往復移動所需要的扭矩。因此，氣體增壓機可包括扭矩倍増器，以使得氣體增壓機可使用可以產生氣體增壓機的輸出要求的最小且最輕的發(fā)動機。應了解，本文所描述的氣體增壓機的實施例可應用到需要高壓水平的任何系統，包括(但不限干)壓カ控制器、校準器、流體流動控制系統等。此外，應了解，本文所描述的氣體增壓機可應用到任何類型的流體,如氣體、氣液組合等。盡管下文說明和描述了說明性實施例，應了解，可在并不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對上述實施方案進行各種更改。因此，下文結合附圖(附圖中類似參考數字表示類似元件)闡述的詳細內容，僅g在作為所公開主題的各種實施方案的描述，而并非g在代表僅有的實施例。所描述的實施例被提供以僅作為實施例或說明，并且所描述的實施方案不應理解為優(yōu)選實施例或優(yōu)于其它實施例。本文所提供的說明性實施例并非為詳盡的，也并非g在將本發(fā)明限制于所公開的精確形式。
現參閱圖I和圖2，圖I和圖2示出了根據本發(fā)明的各方面的氣體增壓機100的一個實施例。如可從圖I和圖2看出，氣體增壓機100包括殼體102，所述殼體102具有頂蓋104和底蓋106，其各自以可移除的方式緊固到中空圍繞件108的相反側。從圖2最佳所示，殼體102內設置有可操作地連接到泵組件112的發(fā)動機110，如無框電動機。應了解，圖中僅示出了發(fā)動機110的轉子。在所示出的實施例中，發(fā)動機110和泵組件112圍繞靜止主軸114而安裝。氣體增壓機100進ー步包括用于接收處于第一壓カ的流體的入口 116(參閱圖4)，和用于排放處于第二高壓的流體的出口 118(同樣參閱圖4)。入口 116可與供應瓶(未不出)以流體連通形式連接，所述供應瓶包含流體，如以低壓水平(如介于約500psi與約3000psi之間的壓力水平)受壓的氣體等。在一些實施例中，入口 116與大氣空氣相流體連通。出口118可與如蓄積器(未示出)的裝置以直接或選擇性流體連通形式連接，所述裝置接收和存儲氣體增壓機100所產生的高壓氣體，如高達IOOOOpsi或更高的壓力。運作時，發(fā)動機110被配置以使得泵組件112將從入口 116接收到的處于第一壓カ的流體泵至第二高壓，井向出口 118提供第二高壓。隨后可向蓄積器提供第二高壓，如下文進ー步討論。在一個實施例中，如圖2最佳所示，上支撐構件120和下支撐構件122也可視需要定位于殼體102內、并且圍繞主軸114安裝。在一些實施例中，上支撐構件120和/或下支撐構件122可經由機械緊固件、鎖定零件或其它方式緊固到泵組件112。仍參閱圖I和圖2的實施方案，發(fā)動機110的輸出軸(未圖示)可操作地連接到下支撐構件122，并且被配置以圍繞主軸114沿順時針或逆時針方向旋轉下支撐構件122。下支撐構件122的旋轉又引起上支撐構件120和部分泵組件112圍繞靜止主軸114旋轉，如下文將更詳細描述。在所示出的實施例中，發(fā)動機110經由機械裝置126可操作地連接到下支撐構件122。機械優(yōu)勢裝置126被配置成放大發(fā)動機110所產生的扭矩量，和/或降低提供至向下支撐構件122的旋轉速度。這樣ー來，氣體增壓機100就可使用較小(如較低功率)且較輕的發(fā)動機110。在所示出的實施例中，機械優(yōu)勢裝置126是行星齒輪組，所述行星齒輪組包括恒星齒輪126a、多個行星齒輪126b和環(huán)形齒輪126c，在所示出的實施例中，環(huán)形齒輪126c形成于殼體102的靜止圍繞件108的內表面上。在本實施例中，發(fā)動機110的輸出軸以驅動方式連接到恒星齒輪126a，以使得恒星齒輪126a能夠旋轉。如經由以同軸方式位于行星齒輪的每ー旋轉中心的軸和軸承，行星齒輪126b中的每ー個連接到下支撐構件122。行星齒輪126b的移動(即繞軌道運行)使得上支撐構件120和/或下支撐構件122以低于發(fā)動機的輸出軸的速度旋轉。應理解，機械優(yōu)勢裝置126是可選的?，F參閱圖3至圖5，圖3至圖5示出圖2的泵組件112的底部等軸仰視圖、剖視圖和部分放大剖視圖。泵組件112包括固定安裝到主軸114上的閥歧管130、以及圍繞主軸114徑向安置的多個泵132。在一些實施例中，泵組件112還可包括緊固到氣體增壓機100的靜止特征件(如閥歧管130)上的下導板134和/或上導板136，如圖4和圖5最佳所示。因此,下導板134和上導板136在主軸114周圍維持靜止。下導板134和上導板136中的每ー個可包括ー個或多個狹長開ロ 138，所述ー個或多個狹長開ロ 138被配置以去除施加到對應泵的活塞上的徑向力，以使得活塞被軸向驅動，如下文將更詳細描述。仍參閱圖4和圖5，每個泵132包括活塞140和具有穿過其中的圓柱缸膛144的缸體142?；钊?40被配置以在其對應的缸體142的缸膛144內受到往復地驅動，所述受驅方 式將在下文詳細描述。每個缸體142的膛孔144結合每個活塞140和閥歧管130，一起界定了置于活塞140的第一側上、具有可變容積的腔室146。應了解，每個腔室146可由活塞密封件150來與大氣隔絕。盡管在示出的實施例中示出了圍繞主軸均勻安置的四個泵132，應了解，可使用任何數目的泵，包括使用單個泵。如上文概述，每個活塞140在各個缸體142的缸膛144內往復運動。為了向活塞140施加往復移動，泵組件112進ー步包括旋轉-往復轉換機構152，如圖3和圖4最佳所示。在一些實施方案中，旋轉-往復轉換機構152可緊固到發(fā)動機110的輸出軸、機械優(yōu)勢裝置126和/或下支撐構件122 (圖2)。每個活塞140可克服將活塞140推離開主軸114的偏壓力。在一些實施例中，這類偏壓カ可由供應壓カ或彈簧(未不出)產生。應了解，旋轉-往復轉換機構152可以是被配置成將旋轉運動轉換成往復運動的任何類型的機構，如凸輪、曲柄和臂組件和類似物。在所示出的實施例中，旋轉-往復轉換機構是被配置成圍繞主軸114旋轉的內向作用凸輪152。也就是說，凸輪152包括形成內凸輪表面156的孔154，所述內凸輪表面156被配置成向活塞140施加往復移動。應了解，可提供ー個以上凸輪152。運作時，當發(fā)動機110 (圖2)向凸輪152施加旋轉移動，內凸輪表面156使得每個活塞140移向主軸114，從而壓縮腔室146的容積。在凸輪152的持續(xù)旋轉期間，偏壓カ使得活塞140能夠移離主軸114，從而擴大腔室146的容積。在所示出的實施例中，凸輪152的內部形狀是基于均一扭矩的要求形成的。這樣一來，向抵抗受壓流體的壓縮カ的活塞施加往復移動所要求的最大扭矩受到限制。因此，氣體增壓機100的各個部件(如活塞、發(fā)動機、凸輪等)可能會由于所要求的最大扭矩較低而設計得較輕和/或較小。此外，應了解，孔154的形狀可依據泵132的數目、運作參數和設計參數等而變化。在所示出的實施例中，為了輔助轉換來自凸輪152的運動，凸輪從動件160可經由鎖扣162連接到每個活塞140的末端，如圖4最佳所示。凸輪從動件160包括滾筒164，所述滾筒164由鎖扣(或U型夾)162圍繞鎖扣銷166以旋轉方式支撐。一旦組裝完成，滾筒164位于內凸輪表面156附近，并且被配置以圍繞鎖扣銷166抵靠著內凸輪表面156而旋轉。
在一些實施例中，每個鎖扣銷166的第一端可延伸通過下導板134的狹長開ロ138。另外地或可選地，每個鎖扣銷166的第二端可延伸通過上導板136的狹長開ロ 138。因此，下導板134和上導板136引導滾筒164的移動，并且下導板134和上導板136又限定活塞140的往復移動的行進路徑。因此，下導板134和上導板136可被配置以去除由凸輪152向活塞140施加的徑向力。運作時，當凸輪152旋轉，滾筒164沿著內凸輪表面156滾動，并且當凸輪152在圓柱膛孔144內往復驅動活塞140，每個鎖扣銷166沿著對應狹長開ロ 138的縱向軸線往復運動。如上文概述，氣體增壓機100經由入口 116接收處于第一壓カ的流體，并且經由出ロ 118排放處于第二高壓的流體。因此，經由圖3至圖5所示的閥歧管130，泵132的腔室146與氣體增壓機100的入口 116、以及出口 118以流體連通形式選擇性地連接。特別地，經由ー個或多個具有通向腔室146的第一端ロ的第一導管170，入口 116與腔室146以流體連通形式選擇性地連接。經由具有通向腔室146的第二端ロ的至少ー個第二 導管172，出ロ118與腔室146以流體連通形式選擇性地連接。為了在入口 116與腔室146之間施加選擇性的流體連通，在第一導管內或第一端口中的ー個或多個附近提供第一止回閥174 (圖4)。為了在出口 118與腔室146之間施加選擇性的流體連通，在第二導管172內或第二端ロ附近提供第二止回閥176 (圖4)。在一些實施例中，共用入口腔體將入口 116連接到第一導管170。在一個實施例中，共用入口腔體定位于閥歧管130與主軸114之間。運作時，第一止回閥174被配置成使得，在腔室146內的壓カ小于入口 116內的壓カ時，經由閥歧管130的第一導管170將入口 116與活塞140的腔室146以流體連通方式連接。因此，當活塞140移離主軸114，腔室146的容積膨脹，從而腔室146內部的壓カ降低，并導致第一止回閥174打開。當腔室146內的壓カ大于入口 116內的壓カ時，第一止回閥174閉合。另ー方面，第二止回閥176被配置成當腔室146內的壓カ大于出口 118內的壓カ時打開，并且被配置成當腔室146內的壓カ小于出口 118內的壓カ時閉合。根據本發(fā)明的ー個方面，第一止回閥174和第二止回閥176經過設置和配置以減小或最小化活塞沖程的死區(qū)容積。在一個實施例中，氣體增壓機100被配置成，經由在第ニ端ロ附近或閥歧管130內使用一個球式止回閥或類似閥、以及在腔室146附近使用ー個盤式止回閥、片簧式止回閥或類似閥來最小化泵132的死區(qū)容積。在所示出的實施方案中，第一止回閥174是盤式止回閥，并且第二止回閥176是球式止回閥。因此，活塞能夠朝向主軸往復運動，直到達到接近止回閥174的位置。應了解，所述球式止回閥也可以是盤式止回閥、簧片式止回閥、舌門式止回閥或類似閥。如圖5最佳所示，球式止回閥176包括被配置成抵靠著底座部182的球形件180。止回閥176包括彈簧(未圖示)，如壓縮彈簧，其被配置成根據需要將球形件180保持抵靠著底座部182。在一個實施例中，彈簧位于第二端ロ附近，以便進一歩最小化死區(qū)容積的尺寸。球式止回閥的打開和閉合機制是眾所周知的，因此出于簡潔目的，本文不再詳述。仍參閱圖5,止回閥174包括具有第一表面和第二相反表面的平面構件,如盤形件184。在所示出的實施例中，盤形件184包括中心孔。所述孔被定位以使得閥歧管130的第ニ導管172被放置成經由第二端ロ與腔室146流通連通。止回閥174可包括位于盤形件184的外周長上的一個或多個彈簧，如板簧188。板簧188被配置成將盤形件184保持抵靠著閥歧管130，從而將閥176置于閉合位置，并且板簧188被配置以將盤形件194與閥歧管130對齊。在一個實施例中，板簧188和盤形件184用作舌門式止回閥。當入口流體經由入ロ 116向盤形件184的第二表面施加大于板簧188的カ時,板簧188轉向，從而打開閥176。在所示出的實施例中，第一導管170圍繞第二導管172。在一個實施例中，第二導管172延伸通過止回閥174的盤形件184的孔，并且第一導管170圍繞第二導管172，這樣的方位使得死區(qū)容積的尺寸受到進一歩限制。也就是說，由活塞140位于壓縮沖程末端時的端部、盤形件184的第一表面、以及從止回閥174的球形件176到腔室146附近的第二導管172所限定的容積有所減小，從而増大可由每個活塞沖程產生的輸出壓力、泵的壓縮率和/或氣體增壓機的效率?，F參閱圖6A和圖6B，描述了圖3至圖5的泵組件116的示例性運作。為了便于描述，圖6A和圖6B的泵組件112并未示出下導板134和上導板136。在所示出的實施例中，由發(fā)動機110驅動凸輪152圍繞主軸114沿順時針方向旋轉(圖2)。在圖6A示出的第一位置，當內凸輪表面156位于距離主軸114的最大徑向距離處，活塞140a位于膨脹沖程的末端。在凸輪152的相反側，當內凸輪表面156位于距離主軸114的最小徑向距離處，活·塞140c位于壓縮沖程的末端?；钊?40b是接近于從距主軸114的最大徑向距離到距主軸114的最小徑向距離的過渡部分，并且處于腔室的容積膨脹階段。活塞140d是接近于從距離主軸114的最小徑向距離到距主軸114的最大徑向距離的過渡部分，并且處于腔室的容積壓縮階段。當凸輪152沿順時針方向旋轉，活塞140c開始由于例如上文論述的偏壓カ而移離主軸114。因此，對應腔室內的容積増大，從而腔室中的壓カ有所減小。壓カ差導致盤形件184移離閥歧管130，從而使閥174打開，并且允許供應瓶中的低壓氣體填充腔室。當凸輪152繼續(xù)旋轉，內凸輪表面156使得活塞140a開始移向主軸114，內凸輪表面156相對于主軸114的徑向距離開始變小。因此，對應腔室的容積減小，從而腔室中的壓力有所増大。壓カ差導致第二止回閥176打開，從而允許腔室146中的高壓氣體排放到出Π 118。凸輪152從圖6A所示的第一位置沿順時針方向旋轉到圖6B所示的第二位置。在第二位置，活塞140d已移動到壓縮沖程的末端，并且活塞140b已移動到膨脹沖程的末端?；钊?40a處于腔室的容積壓縮階段，并且活塞140c處于腔室的容積膨脹階段?，F參閱圖7，圖7示出系統300的方框圖，所述系統300包括控制邏輯裝置310，如控制器、微處理器、數字電路或類似裝置，所述控制邏輯裝置310用于控制氣體增壓機100以便諸如蓄積器320的存儲裝置內獲得特定壓力。控制邏輯裝置310與發(fā)動機驅動電路330以電氣通信方式連接，而發(fā)動機驅動電路330又與氣體增壓機100的發(fā)動機110以電氣通信方式連接。如參閱圖2所描述，發(fā)動機110以機械方式連接到泵組件112。在圖7的系統300中，泵組件112與蓄積器320流體連通，所述蓄積器320被配置成從泵組件112接收輸出流體。被配置以測量蓄積器320內的流體壓カ的壓カ傳感器340位于蓄積器320附近，并且與蓄積器320流體連通。壓カ傳感器340包括壓カ傳感器電子器件350或連接到壓カ傳感器電子器件350，并且壓力傳感器340被配置以向傳感器電子器件350提供壓カ信號。壓カ傳感器340和傳感器電子器件350被配置以向控制邏輯裝置310提供指示蓄積器320中的壓カ的反饋信號。
控制邏輯裝置310包括內部設定了蓄積器320的所需壓カ的輸入/輸出接ロ?？刂七壿嬔b置310處理從輸入/輸出接ロ接收到的信號，并將控制信號輸出到發(fā)動機驅動電路330。響應于接收到的控制信號，發(fā)動機驅動電路330處理控制信號、并將適合的裝置水平信號輸出到發(fā)動機110。一旦接收到裝置水平信號，發(fā)動機110就使泵組件112的旋轉-往復轉換機構旋轉起來。控制邏輯裝置310可包括足夠的邏輯計算能力來比較反饋信號與所需壓力?；谒霰容^，如當反饋信號指示蓄積器320內的壓カ小于所需壓カ時，控制邏輯裝置310可繼續(xù)驅動發(fā)動機110，或者如當反饋信號指示蓄積器320內的壓カ大于所需壓カ時，控制邏輯裝置310可停止驅動發(fā)動機110。系統300可任選地包括閥360，以便將所存儲的氣體輸出到另ー裝置，如壓カ控制器。應了解，可根據用于執(zhí)行氣體增壓機的預期功能的各種邏輯來“控制”各種部件。本文所描述的邏輯的示例可以通過多種設置實施，包括(但不限干)硬件(例如，模擬電路、 數字電路、處理単元等及其組合)、軟件及其組合。在各個部件為分布式元件的情形下，各個部件可經由通信鏈接彼此訪問。根據ー個優(yōu)選的實施例，本發(fā)明公開了ー種氣體增壓機，其包含至少ー個缸體，其內部具有缸膛；活塞，其在所述至少一個缸體的所述缸膛內可移動，從而形成響應于所述活塞在所述缸膛內的移動而膨脹和收縮的腔體，其中所述腔體被配置成經由第一端ロ接收處于第一壓カ水平的氣體，并且被配置成經由第二端ロ輸出處于第二壓カ水平的所述氣體；機構，其被配置成使得所述活塞在所述缸膛內從第一位置移動到第二位置；第一止回閥，其具有平面密封構件且接近所述第一端ロ而定位，所述第一止回閥選擇性地允許所述氣體經由所述第一端ロ進入所述腔體；以及第二止回閥，其接近所述第二端ロ而定位，所述第二止回閥選擇性地允許所述氣體經由所述第二端ロ退出所述腔體；其中所述第一止回閥和所述第二止回閥被配置和布置成在所述活塞已到達所述第二位置時最小化所述腔體的死區(qū)容積。優(yōu)選的，所述平面密封構件位于所述腔體內且鄰近至少所述第一端ロ，所述平面密封構件可移動至接觸和脫離所述第一端ロ，以用于選擇性地允許所述氣體經由所述第一端ロ進入所述腔體。優(yōu)選的，所述平面密封構件包括孔，所述孔被設置為與所述第二端ロ流體連通。優(yōu)選的，所述第一端ロ的數量是多個，所述多個第一端ロ定位成圍繞所述第二端ロ。優(yōu)選的，所述機構是凸輪。優(yōu)選的，所述凸輪包括形成內凸輪表面的孔，所述內凸輪表面圍繞所述至少一個缸體和所述活塞，并且其中所述凸輪的旋轉使得所述內凸輪表面將所述活塞從所述第一位置移動到所述第二位置。優(yōu)選的，所述內凸輪表面被配置以使得所述活塞在所述缸體的所述缸膛內往復運動。優(yōu)選的，所述氣體增壓機包含多個殼體，每個殼體具有第一端ロ、第二端口和腔體。根據另ー個優(yōu)選的實施例，本發(fā)明公開了ー種氣體增壓機，其包含兩個或多個缸體，其內部具有缸膛；活塞，其在所述兩個或多個缸體的每個缸膛內可移動，從而形成具有響應于所述活塞在所述缸膛內的移動而膨脹和收縮的可變容積的腔體；入口，其被配置以接收處于第一壓カ水平的氣體，和出口，其被配置以輸出處于第二壓カ水平的氣體，其中所述入口經由第一止回閥以流體連通方式與所述腔體選擇性地連接，并且所述出口經由第二止回閥以流體連通方式與所述腔體選擇性地連接；以及凸輪，其包括形成內凸輪表面的孔，所述內凸輪表面圍繞所述兩個或多個缸體和所述活塞，其中所述凸輪的旋轉使得所述內凸輪表面將所述活塞從第一位置移動到第二位置。優(yōu)選的，所述兩個或多個缸體以徑向布置形式進行安置。優(yōu)選的，所述兩個或多個缸體包括四個缸體。優(yōu)選的，所述內凸輪表面被配置以使得每個活塞在所述缸體的所述缸膛內移動。優(yōu)選的，所述第一止回閥包括可移動盤形件，并且所述第二止回閥包括可移動球形件。優(yōu)選的，所述第一止回閥和所述第二止回閥被布置和配置成最小化所述腔體的死區(qū)容積。優(yōu)選的，所述氣體增壓機進ー步包含可操作地連接到所述凸輪、以旋轉所述凸輪的機械優(yōu)勢裝置，其中所述機械優(yōu)勢裝置是行星齒輪組，所述行星齒輪組包含恒星齒輪、多個行星齒輪和環(huán)形齒輪，所述凸輪連接到所述行星齒輪中的至少ー個。根據另ー個優(yōu)選的實施例，本發(fā)明公開了ー種系統，其包含ー個或多個缸體，其內部具有缸膛；活塞，其在所述ー個或多個缸體的每個缸膛內可移動，從而形成響應于所述活塞在所述缸膛內的移動而膨脹和收縮的可變容積腔體，其中所述可變容積腔體被配置成經由第一端ロ接收處于第一壓カ水平的氣體，并且被配置成經由第二端ロ輸出處于第二更高壓力水平的氣體；凸輪，所述凸輪包括形成內凸輪表面的孔，所述內凸輪表面圍繞所述一個或多個缸體和所述活塞，其中所述凸輪的旋轉使得所述內凸輪表面將所述活塞從第一 位置移動到第二位置；第一止回閥，其接近所述第一端ロ而定位，和第二止回閥，其接近所述第二端ロ而定位，所述第一止回閥選擇性地允許所述氣體經由所述第一端ロ進入所述腔體，并且所述第二止回閥選擇性地允許所述氣體經由所述第二端ロ退出所述腔體；原動機，所述原動機被配置以旋轉所述凸輪；以及控制邏輯裝置，所述控制邏輯裝置被配置以產生控制信號并向所述原動機提供所述控制信號，其中所述控制信號被配置以使得所述原動機旋轉所述凸輪。優(yōu)選的，所述系統進ー步包含與所述第二端ロ流體連通的蓄積器，其中所述蓄積器被配置以接收和存儲處于所述第二壓カ水平的所述氣體。優(yōu)選的，所述系統進ー步包含與所述蓄積器流體連通的壓カ傳感器，其中所述壓カ傳感器被配置以感測第三壓カ水平，并且其中所述控制邏輯裝置被配置以接收指示所述第三壓カ水平的反饋信號。優(yōu)選的，所述控制邏輯裝置被配置以接收指示所述蓄積器內所存儲的所述氣體的所需壓力水平的輸入信號，并且其中所述控制邏輯裝置被配置以比較所述反饋信號與所述輸入信號。優(yōu)選的，所述原動機是電動機。上文已描述本發(fā)明的各種原理、代表性實施方案和運作模式。然而，本發(fā)明的那些想要受到保護的方面并不理解為限于所公開的特定實施方案。此外，本文所描述的實施方案視為說明性的而并非限制性的。應了解，在并不偏離本發(fā)明的精神的情況下，可由他人進行多種變更和更改，并且可使用多種等效方案。因此，明確希望所有變更、更改和等效方案都屬于所要求保護主題的精神和范圍。
權利要求
1.ー種氣體增壓機，其包含 至少ー個缸體，其內部具有缸膛； 活塞，其在所述至少一個缸體的所述缸膛內可移動，從而形成響應于所述活塞在所述缸膛內的移動而膨脹和收縮的腔體，其中所述腔體被配置成經由第一端ロ接收處于第一壓力水平的氣體，并且被配置成經由第二端ロ輸出處于第二壓カ水平的所述氣體； 機構，其被配置成使得所述活塞在所述缸膛內從第一位置移動到第二位置； 第一止回閥，其具有平面密封構件且接近所述第一端ロ而定位，所述第一止回閥選擇性地允許所述氣體經由所述第一端ロ進入所述腔體；以及 第二止回閥，其接近所述第二端ロ而定位，所述第二止回閥選擇性地允許所述氣體經由所述第二端ロ退出所述腔體； 其中所述第一止回閥和所述第二止回閥被配置和布置成在所述活塞已到達所述第二位置時最小化所述腔體的死區(qū)容積。
2.根據權利要求I所述的氣體增壓機，其特征在于所述平面密封構件位于所述腔體內且鄰近至少所述第一端ロ，所述平面密封構件可移動至接觸和脫離所述第一端ロ，以用于選擇性地允許所述氣體經由所述第一端ロ進入所述腔體。
3.如權利要求2所述的氣體增壓機，其特征在于所述平面密封構件包括孔，所述孔被設置為與所述第二端ロ流體連通。
4.如權利要求3所述的氣體增壓機，其特征在于所述第一端ロ的數量是多個，所述多個第一端ロ定位成圍繞所述第二端ロ。
5.如權利要求I所述的氣體增壓機，其特征在于所述機構是凸輪。
6.如權利要求5所述的氣體增壓機，其特征在于所述凸輪包括形成內凸輪表面的孔，所述內凸輪表面圍繞所述至少一個缸體和所述活塞，并且其中所述凸輪的旋轉使得所述內凸輪表面將所述活塞從所述第一位置移動到所述第二位置。
7.如權利要求6所述的氣體增壓機，其特征在于所述內凸輪表面被配置以使得所述活塞在所述缸體的所述缸膛內往復運動。
8.如權利要求I所述的氣體增壓機，其特征在于所述氣體增壓機包含多個殼體，每個殼體具有第一端ロ、第二端口和腔體。
9.ー種氣體增壓機,其包含 兩個或多個缸體，其內部具有缸膛； 活塞，其在所述兩個或多個缸體的每個缸膛內可移動，從而形成具有響應于所述活塞在所述缸膛內的移動而膨脹和收縮的可變容積的腔體； 入ロ，其被配置以接收處于第一壓カ水平的氣體，和出口，其被配置以輸出處于第二壓力水平的氣體，其中所述入口經由第一止回閥以流體連通方式與所述腔體選擇性地連接，并且所述出ロ經由第二止回閥以流體連通方式與所述腔體選擇性地連接；以及 凸輪，其包括形成內凸輪表面的孔，所述內凸輪表面圍繞所述兩個或多個缸體和所述活塞，其中所述凸輪的旋轉使得所述內凸輪表面將所述活塞從第一位置移動到第二位置。
10.如權利要求9所述的氣體增壓機，其特征在于所述兩個或多個缸體以徑向布置形式進行安置。
11.如權利要求10所述的氣體增壓機，其特征在于所述兩個或多個缸體包括四個缸體。
12.如權利要求11所述的氣體增壓機，其特征在于所述內凸輪表面被配置以使得每個活塞在所述缸體的所述缸膛內移動。
13.如權利要求12所述的氣體增壓機，其特征在于所述第一止回閥包括可移動盤形件，并且所述第二止回閥包括可移動球形件。
14.如權利要求9所述的氣體增壓機，其特征在于所述第一止回閥和所述第二止回閥被布置和配置成最小化所述腔體的死區(qū)容積。
15.如權利要求14所述的氣體增壓機，其特征在于所述氣體增壓機進ー步包含可操作地連接到所述凸輪、以旋轉所述凸輪的機械優(yōu)勢裝置，其中所述機械優(yōu)勢裝置是行星齒輪組，所述行星齒輪組包含恒星齒輪、多個行星齒輪和環(huán)形齒輪，所述凸輪連接到所述行星齒輪中的至少ー個。
16.一種系統，其包含 ー個或多個缸體，其內部具有缸膛； 活塞，其在所述ー個或多個缸體的每個缸膛內可移動，從而形成響應于所述活塞在所述缸膛內的移動而膨脹和收縮的可變容積腔體，其中所述可變容積腔體被配置成經由第一端ロ接收處于第一壓カ水平的氣體，并且被配置成經由第二端ロ輸出處于第二更高壓力水平的氣體； 凸輪，所述凸輪包括形成內凸輪表面的孔，所述內凸輪表面圍繞所述ー個或多個缸體和所述活塞，其中所述凸輪的旋轉使得所述內凸輪表面將所述活塞從第一位置移動到第二位置； 第一止回閥，其接近所述第一端ロ而定位，和第二止回閥，其接近所述第二端ロ而定位，所述第一止回閥選擇性地允許所述氣體經由所述第一端ロ進入所述腔體，并且所述第ニ止回閥選擇性地允許所述氣體經由所述第二端ロ退出所述腔體； 原動機，所述原動機被配置以旋轉所述凸輪；以及 控制邏輯裝置，所述控制邏輯裝置被配置以產生控制信號并向所述原動機提供所述控制信號，其中所述控制信號被配置以使得所述原動機旋轉所述凸輪。
17.如權利要求16所述的系統，其特征在于所述系統進ー步包含與所述第二端ロ流體連通的蓄積器，其中所述蓄積器被配置以接收和存儲處于所述第二壓カ水平的所述氣體。
18.如權利要求17所述的系統，其特征在于所述系統進ー步包含與所述蓄積器流體連通的壓カ傳感器，其中所述壓カ傳感器被配置以感測第三壓カ水平，并且其中所述控制邏輯裝置被配置以接收指示所述第三壓カ水平的反饋信號。
19.如權利要求16所述的系統，其特征在于所述控制邏輯裝置被配置以接收指示所述蓄積器內所存儲的所述氣體的所需壓力水平的輸入信號，并且其中所述控制邏輯裝置被配置以比較所述反饋信號與所述輸入信號。
20.如權利要求16所述的系統，其特征在于所述原動機是電動機。
全文摘要
本發(fā)明所描述的氣體增壓機的一個或多個實施例旨在提供一種被配置成以高容積產生高輸出壓力水平的輕型氣體增壓機。一般來說，所述氣體增壓機的一個或多個實施例減小活塞組件的死區(qū)容積，從而增大輸出壓力與輸入壓力的比率。在此方面，本文所公開的所述氣體增壓機的一些實施例具有作為盤式止回閥或類似閥的第一止回閥，和作為球式止回閥或類似閥的第二止回閥。此外，一個或多個實施例包括被配置成經由其內表面將旋轉運動轉換成往復運動的內向作用凸輪。
文檔編號F15B3/00GK102840187SQ20121020917
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權日2011年6月22日
發(fā)明者R·B·海恩斯, R·羅森塔爾 申請人:弗盧克公司