与两个独立驱动的原动机成一体的外齿轮

申请号 CN201590000866.0 申请日 2015-07-22 公开(公告)号 CN207297340U 公开(公告)日 2018-05-01
申请人 凤凰计划股份有限公司; 发明人 T·阿夫莎里;
摘要 本文公开了一种与两个独立驱动的 原动机 成一体的外 齿轮 泵 ,也公开了一种包括界定内部容积的壳体的泵。要解决的技术问题是:相关技术泵中的 轴承 座是分开的组件,这增加了泵组合件的复杂性和重量,并且还意味着更多组件可能会出现故障。本实用新型的 泵壳 体包括至少一个平衡板,所述至少一个平衡板可能是所述泵壳体的壁的一部分,其中每一平衡板包括具有两个凹口的突出部分。每一凹口被配置以接收 流体 驱动器 的一个末端。所述平衡板将所述流体驱替构件相对于彼此对准,以使得当旋转时所述流体驱替构件可以泵送所述流体。所述平衡板可能包括连接所述相应凹口的冷却槽。所述冷却槽确保在所述内部容积中待传递的所述液体中的一些随着所述流体驱动器旋转被引导至设置在所述凹口中的轴承。
权利要求

1.一种具有自对准壳体的,其包括:
界定内部容积的壳体,所述壳体包括,
入口端口,其提供与所述内部容积的流体连通,
出口端口,其提供与所述内部容积的流体连通,
朝向所述内部容积延伸的第一突出部分,所述第一突出部分具有第一脊面以及第一凹口和第二凹口,
朝向所述内部容积延伸并且与所述第一突出部分相对的第二突出部分,所述第二突出部分具有第二脊面以及第三凹口和第四凹口,所述第一突出部分和所述第二突出部分被设置为使得所述第一脊面和所述第二脊面彼此面对并且隔开以界定间隙;
第一流体驱动器,所述第一流体驱动器包括,
由所述壳体支撑的第一支撑轴,以及
容纳第一定子和第一转子并且固定地连接至所述第一转子的第一达壳体,所述第一转子在第一旋转方向上驱动所述第一马达壳体,所述第一马达壳体至少部分设置在所述第一凹口和所述第三凹口中,以及
具有多个第一齿轮齿的第一齿轮,所述多个第一齿轮齿固定地连接至所述第一马达壳体并且从所述第一马达壳体径向向外突出,所述第一齿轮齿设置在所述间隙中;以及第二流体驱动器,所述第二流体驱动器包括,
由所述壳体支撑的第二支撑轴,以及
容纳第二定子和第二转子并且固定地连接至所述第二转子的第二马达壳体,所述第二转子在第二旋转方向上独立地驱动所述第二马达壳体,所述第二马达壳体至少部分设置在所述第二凹口和所述第四凹口中,以及
具有多个第二齿轮齿的第二齿轮,所述多个第二齿轮齿固定地连接至所述第二马达壳体并且从所述第二马达壳体径向向外突出,所述第二齿轮齿设置在所述间隙中;
其中所述第一突出部分和所述第二突出部分对准所述第一流体驱动器和所述第二流体驱动器,以使得所述第一齿轮齿接触所述第二齿轮齿。
2.如权利要求1所述的泵,其中所述第一突出部分和所述第二突出部分中的至少一个是所述壳体的端板的一部分。
3.如权利要求1所述的泵,所述泵进一步包括:
第一轴承,其设置在所述第一马达壳体与所述第一凹口和所述第三凹口中的每一个之间,以及
第二轴承,其设置在所述第二马达壳体与所述第二凹口和所述第四凹口中的每一个之间。
4.如权利要求1所述的泵,其中所述第一突出部分和所述第二突出部分中的至少一个分别包括设置在所述第一脊面和所述第二脊面中的至少一个上的至少一个冷却槽。
5.如权利要求4所述的泵,其中所述至少一个冷却槽从所述第一凹口中的至少一个延伸至所述第二凹口,并且从所述第三凹口延伸至所述第四凹口。
6.如权利要求1所述的泵,其中所述第一突出部分和所述第二突出部分各自包括第一坡度区段,并且所述第一坡度区段形成汇合流路径,其中所述汇合流路径的至少一部分从所述入口端口延伸至所述第一齿轮和所述第二齿轮的截面面积减小,并且其中所述第一突出部分和所述第二突出部分各自包括第二坡度区段,并且所述第二坡度区段形成分叉流路径,其中所述分叉流路径的至少一部分从所述第一齿轮和所述第二齿轮延伸至所述出口端口的截面面积增大。
7.如权利要求6所述的泵,其中所述汇合流路径具有在9度至15度范围内的度,并且所述分叉流路径具有在9度至15度范围内的角度。
8.如权利要求7所述的泵,其中所述汇合流路径角度和所述分叉流路径角度是相同的。
9.如权利要求7所述的泵,其中所述汇合流路径角度和所述分叉流路径角度是不同的。
10.如权利要求1所述的泵,其中所述泵在1rpm至5000rpm的范围内操作。
11.如权利要求1所述的泵,其中所述第一流体驱动器和所述第二流体驱动器是双向且变速的。
12.如权利要求1所述的泵,其中当所述第一流体驱动器和所述第二流体驱动器被独立地驱动时,所述接触密封所述出口端口与所述入口端口之间的流体路径,以使得滑动系数是5%或更小。
13.如权利要求1所述的泵,其中所述流体是液压流体。
14.如权利要求13所述的泵,其中当所述第一流体驱动器和所述第二流体驱动器被独立地驱动时,所述接触密封所述出口端口与所述入口端口之间的流体路径,以使得滑动系数是以下中的至少一个:如果泵压在3000psi至5000psi的范围内,则滑动系数是5%或更小;如果泵压力在2000psi至3000psi的范围内,则滑动系数是3%或更小;如果泵压力在
1000psi至2000psi的范围内,则滑动系数是2%或更小;并且如果泵压力最大范围为
1000psi,则滑动系数是1%或更小。
15.如权利要求1所述的泵,其中所述流体是
16.一种具有自对准壳体和贯通通道的泵,所述泵包括:
界定内部容积的壳体,所述壳体包括,
入口端口,其提供与所述内部容积的流体连通,
出口端口,其提供与所述内部容积的流体连通,
朝向所述内部容积延伸的第一突出部分,所述第一突出部分具有第一脊面以及第一凹口和第二凹口,
朝向所述内部容积延伸并且与所述第一突出部分相对的第二突出部分,所述第二突出部分具有第二脊面以及第三凹口和第四凹口,所述第一突出部分和所述第二突出部分被设置为使得所述第一脊面和所述第二脊面彼此面对并且隔开以界定间隙;
第一流体驱动器,所述第一流体驱动器包括,
由所述壳体支撑的第一支撑轴,以及
容纳第一定子和第一转子并且固定地连接至所述第一转子的第一马达壳体,所述第一转子在第一旋转方向上驱动所述第一马达壳体,所述第一马达壳体至少部分设置在所述第一凹口和所述第三凹口中,以及
具有多个第一齿轮齿的第一齿轮,所述多个第一齿轮齿固定地连接至所述第一马达壳体并且从所述第一马达壳体径向向外突出,所述第一齿轮齿设置在所述间隙中;以及第二流体驱动器,所述第二流体驱动器包括,
由所述壳体支撑的第二支撑轴,以及
容纳第二定子和第二转子并且固定地连接至所述第二转子的第二马达壳体,所述第二转子在第二旋转方向上独立地驱动所述第二马达壳体,所述第二马达壳体至少部分设置在所述第二凹口和所述第四凹口中,以及
具有多个第二齿轮齿的第二齿轮,所述多个第二齿轮齿固定地连接至所述第二马达壳体并且从所述第二马达壳体径向向外突出,所述第二齿轮齿设置在所述间隙中;
其中所述第一突出部分和所述第二突出部分对准所述第一流体驱动器和所述第二流体驱动器,以使得所述第一齿轮齿接触所述第二齿轮齿;并且
其中所述第一支撑轴和所述第二支撑轴中的至少一个具有沿轴向中心线的贯通通道,以使得所述贯通通道的第一末端提供与存储装置的流体腔室的流体连通,并且所述贯通通道的与所述第一末端相对的第二末端提供与所述入口端口和所述出口端口中的至少一个的流体连通。
17.如权利要求16所述的泵,其中所述第一突出部分和所述第二突出部分中的至少一个是所述壳体的端板的一部分。
18.如权利要求16所述的泵,所述泵进一步包括:
第一轴承,其设置在所述第一马达壳体与所述第一凹口和所述第三凹口中的每一个之间,以及
第二轴承,其设置在所述第二马达壳体与所述第二凹口和所述第四凹口中的每一个之间。
19.如权利要求16所述的泵,其中所述第一突出部分和所述第二突出部分中的至少一个分别包括设置在所述第一脊面和所述第二脊面中的至少一个上的至少一个冷却槽。
20.如权利要求19所述的泵,其中所述至少一个冷却槽从所述第一凹口中的至少一个延伸至所述第二凹口,并且从所述第三凹口延伸至所述第四凹口。
21.如权利要求16所述的泵,其中所述第一突出部分和所述第二突出部分各自包括第一坡度区段,并且所述第一坡度区段形成汇合流路径,其中所述汇合流路径的至少一部分从所述入口端口延伸至所述第一齿轮和所述第二齿轮的截面面积减小,并且其中所述第一突出部分和所述第二突出部分各自包括第二坡度区段,并且所述第二坡度区段形成分叉流路径,其中所述分叉流路径的至少一部分从所述第一齿轮和所述第二齿轮延伸至所述出口端口的截面面积增大。
22.如权利要求21所述的泵,其中所述汇合流路径具有在9度至15度范围内的角度,并且所述分叉流路径具有在9度至15度范围内的角度。
23.如权利要求22所述的泵,其中所述汇合流路径角度和所述分叉流路径角度是相同的。
24.如权利要求22所述的泵,其中所述汇合流路径角度和所述分叉流路径角度是不同的。
25.如权利要求16所述的泵,其中所述泵在1rpm至5000rpm的范围内操作。
26.如权利要求16所述的泵,其中所述第一流体驱动器和所述第二流体驱动器是双向且变速的。
27.如权利要求16所述的泵,其中当所述第一流体驱动器和所述第二流体驱动器被独立地驱动时,所述接触密封所述出口端口与所述入口端口之间的流体路径,以使得滑动系数是5%或更小。
28.如权利要求16所述的泵,其中所述流体是液压流体。
29.如权利要求28所述的泵,其中当所述第一流体驱动器和所述第二流体驱动器被独立地驱动时,所述接触密封所述出口端口与所述入口端口之间的流体路径,以使得滑动系数是以下中的至少一个:如果泵压力在3000psi至5000psi的范围内,则滑动系数是5%或更小;如果泵压力在2000psi至3000psi的范围内,则滑动系数是3%或更小;如果泵压力在
1000psi至2000psi的范围内,则滑动系数是2%或更小;并且如果泵压力最大范围为
1000psi,则滑动系数是1%或更小。
30.如权利要求16所述的泵,其中所述流体是水。
31.如权利要求16所述的泵,其中所述存储装置附接至所述壳体。
32.如权利要求16所述的泵,其中所述第一支撑轴具有第一贯通通道且所述第二支撑轴具有第二贯通通道,并且所述第一贯通通道和所述第二贯通通道二者提供与所述入口端口或所述出口端口的流体连通。
33.如权利要求16所述的泵,其中所述第一支撑轴具有第一贯通通道且所述第二支撑轴具有第二贯通通道,并且所述第一贯通通道提供与所述入口端口的流体连通,并且所述第二贯通通道提供与所述出口端口的流体连通。
34.如权利要求16所述的泵,其中所述第一支撑轴具有第一贯通通道且所述第一贯通通道的所述第一末端提供与所述存储装置的所述流体腔室的流体连通,并且所述第二支撑轴具有第二贯通通道且所述第二贯通通道的第一末端提供与第二存储装置的流体腔室的流体连通。
35.如权利要求34所述的泵,其中所述第一贯通通道的所述第二末端和所述第二贯通通道的第二末端二者提供与所述入口端口或所述出口端口的流体连通。
36.如权利要求34所述的泵,其中所述第一贯通通道的所述第二末端提供与所述入口端口的流体连通,并且所述第二贯通通道的第二末端提供与所述出口端口的流体连通。
37.如权利要求34所述的泵,其中所述存储装置附接至所述壳体的第一侧,并且所述第二存储装置附接至所述壳体的第二侧。
38.一种具有冷却槽的泵,所述泵包括:
界定内部容积的壳体,所述壳体包括,
入口端口,其提供与所述内部容积的流体连通,
出口端口,其提供与所述内部容积的流体连通,
朝向所述内部容积延伸的至少一个突出部分,所述至少一个突出部分中的每一个具有脊面以及第一凹口和第二凹口,
第一流体驱动器,所述第一流体驱动器包括,
由所述壳体支撑的第一支撑轴,以及
容纳第一定子和第一转子并且固定地连接至所述第一转子的第一马达壳体,所述第一转子在第一旋转方向上驱动所述第一马达壳体,所述第一马达壳体至少部分设置在所述至少一个突出部分的所述第一凹口和所述第二凹口中的一个中,以及
具有多个第一齿轮齿的第一齿轮,所述多个第一齿轮齿固定地连接至所述第一马达壳体并且从所述第一马达壳体径向向外突出,所述第一齿轮齿设置在至少部分由所述至少一个突出部分界定的间隙中;以及
第二流体驱动器,所述第二流体驱动器包括,
由所述壳体支撑的第二支撑轴,以及
容纳第二定子和第二转子并且固定地连接至所述第二转子的第二马达壳体,所述第二转子在第二旋转方向上独立地驱动所述第二马达壳体,所述第二马达壳体至少部分设置在所述至少一个突出部分的所述第一凹口和所述第二凹口中的另一个中,
具有多个第二齿轮齿的第二齿轮,所述多个第二齿轮齿固定地连接至所述第二马达壳体并且从所述第二马达壳体径向向外突出,所述第二齿轮齿设置在所述间隙中;以及至少一个冷却槽,所述至少一个冷却槽设置在所述至少一个突出部分的所述脊面和所述壳体的端板中的至少一个上。
39.如权利要求38所述的泵,其中所述至少一个冷却槽设置在所述至少一个突出部分的每一脊面上,并且所述至少一个冷却槽从所述至少一个突出部分的所述第一凹口延伸至所述第二凹口。
40.如权利要求39所述的泵,其中所述至少一个突出部分是第一突出部分和第二突出部分,并且
其中所述至少一个冷却槽设置在所述第一突出部分和所述第二突出部分中的一个的所述脊面上。
41.如权利要求38所述的泵,其中所述至少一个冷却槽设置在所述壳体的所述端板上。
42.一种具有自对准壳体的泵,其包括:
界定内部容积的壳体,所述壳体包括,
入口端口,其提供与所述内部容积的流体连通,
出口端口,其提供与所述内部容积的流体连通,
朝向所述内部容积延伸的至少一个突出部分,所述至少一个突出部分中的每一个具有脊面以及第一凹口和第二凹口,
第一流体驱动器,所述第一流体驱动器包括,
由所述壳体支撑的第一支撑轴,以及
容纳第一定子和第一转子并且固定地连接至所述第一转子的第一马达壳体,所述第一转子在第一旋转方向上驱动所述第一马达壳体,所述第一马达壳体至少部分设置在所述至少一个突出部分的所述第一凹口和所述第二凹口中的一个中,以及
具有多个第一齿轮齿的第一齿轮,所述多个第一齿轮齿固定地连接至所述第一马达壳体并且从所述第一马达壳体径向向外突出,所述第一齿轮齿设置在至少部分由所述至少一个突出部分界定的间隙中;以及
第二流体驱动器,所述第二流体驱动器包括,
由所述壳体支撑的第二支撑轴,以及
容纳第二定子和第二转子并且固定地连接至所述第二转子的第二马达壳体,所述第二转子在第二旋转方向上独立地驱动所述第二马达壳体,所述第二马达壳体至少部分设置在所述至少一个突出部分的所述第一凹口和所述第二凹口中的另一个中,
具有多个第二齿轮齿的第二齿轮,所述多个第二齿轮齿固定地连接至所述第二马达壳体并且从所述第二马达壳体径向向外突出,所述第二齿轮齿设置在所述间隙中;以及其中所述至少一个突出部分对准所述第一流体驱动器和所述第二流体驱动器,以使得所述第一齿轮齿接触所述第二齿轮齿。
43.如权利要求42所述的泵,其中所述至少一个突出部分是一个突出部分,并且其中所述间隙由所述一个突出部分和所述壳体的端板界定。

说明书全文

与两个独立驱动的原动机成一体的外齿轮

[0001] 优先权
[0002] 本申请要求2014年7月22日提交的第62/027,330号、2014年10月6日提交的第62/060,431号和2014年10月20日提交的第62/066,198号美国临时专利申请的优先权,所述美国临时专利申请以引用的方式整体并入本文中。

技术领域

[0003] 本发明大体上涉及泵及其泵送方法,并且更确切地涉及使用两个流体驱动器的泵及其方法,每一流体驱动器与独立驱动的原动机成一体。
[0004] 发明背景
[0005] 传递流体的泵可能具有各种构造。例如,一种所述类型的泵是齿轮泵。齿轮泵是正排量泵(或固定排量),即所述泵每一次旋转泵送恒定的流体量,并且所述泵被特定地适应用于泵送诸如原油等高粘度流体。齿轮泵通常包括具有空腔的壳体(或外壳),一对齿轮布置在所述空腔中,所述一对齿轮中的一个被称作驱动齿轮,所述驱动齿由附接至诸如发动机或电动达的外部驱动器的驱动轴驱动,所述一对齿轮中的另一个被称作从动齿轮(或空转齿轮),所述从动齿轮与所述驱动齿轮啮合。两个齿轮均带有外齿的齿轮泵被称作外齿轮泵。外齿轮泵通常使用直齿轮螺旋齿轮或人字齿轮,取决于预期的应用。相关技术外齿轮泵配备一个驱动齿轮和一个从动齿轮。当附接至转子的驱动齿轮由发动机或电动马达旋转地驱动时,所述驱动齿轮啮合并转动从动齿轮。驱动齿轮和从动齿轮的该旋转运动从泵的入口运送流体至泵的出口。在以上相关技术泵中,流体驱动器由发动机或电动马达和所述一对齿轮组成。
[0006] 然而,因为流体驱动器的齿轮齿彼此联以便驱动齿轮转动从动齿轮,所以齿轮齿彼此研磨,并且由于来自研磨的齿轮的切断的材料和/或来自其它源的污染,系统中可能会出现污染问题,不论是开放式或封闭式流体系统。闭合回路系统中的污染尤其麻烦,因为系统流体是循环的而不会首先去往贮存器。这些切断的材料被认为对于其中有齿轮泵操作的系统的功能性不利,所述系统例如液压系统。切断的材料可能分散在流体中,在系统中移动,并且损坏诸如O形圈和轴承等重要操作组件。普遍认为,大多数泵由于例如液压系统中的污染问题而出现故障。如果驱动齿轮或驱动轴由于污染问题而出现故障,那么例如整个液压系统的整个系统可能会出现故障。因此,由于污染问题,运作以如上面所讨论泵送流体的公知驱动器驱动式齿轮泵构造具有不期望的缺点。
[0007] 除此以外,相关技术系统被配置以使得原动机(例如,电动马达)设置在泵的外侧,并且轴延伸穿过泵壳体以将马达联接至驱动齿轮。虽然壳体中用于轴的开口被密封以防止流体泄漏出来,但是可能仍然是污染源。而且,相关技术泵具有与泵分开设置的存储装置,例如蓄能器。这些系统在泵与存储装置之间具有互连软管和/或管道,所述软管和/或管道引入额外的污染源并且增加系统设计的复杂性。
[0008] 另外,相对于内部泵构造,相关技术齿轮泵具有被配置以接收齿轮的轴的轴承座。轴承座将两个齿轮对准以使得齿轮的中心轴线彼此对准,以使得相应齿轮的齿轮齿的相互啮合将在操作容差内。然而,因为相关技术泵中的轴承座是分开的组件,所以密封件和/或O形圈必须放置在每一座与对应泵壳体之间,这增加了泵组合件的复杂性和重量,并且还意味着更多组件可能会出现故障。
[0009] 相关技术系统无法解决尤其是在诸如液压系统等工业应用中使用的泵中的上述问题。美国专利申请公布第2002/0009368号示出使用独立驱动的马达以防止齿轮齿表面在大转矩系统或流体中具有填充材料的系统中出现磨损和过大应。然而,'368公布中的马达在泵的外部,并且因此将消除所有污染源。除此以外,'368公布未教示整合泵/原动机和/或存储装置(例如,蓄能器)以减少或消除由于互连和外部马达构造而出现的污染源。另一相关技术公布WO 2011/035971公开一种系统,其中泵与马达成一体。然而,'971公布中的系统是驱动器驱动式系统,由于如上面所讨论的啮合,所述系统仍然可能引入污染。除此以外,'971公布未教示整合泵和存储装置(例如,蓄能器)以减少或消除由于互连而出现的污染源。实际上,该概念甚至不适用,因为流体被系统消耗且因此并不循环,所述流体即燃料或尿素与的混合物。因此,与例如其中有流体循环的闭合回路或开放回路液压系统相比,任何污染(如果有)均具有最小影响。另外,'971公布中公开的燃料泵和尿素/水泵应用与诸如像操作挖掘机壁的致动器系统的典型工业液压应用的压力和流量无法相比。
[0010] 通过参考附图将常见方法、传统方法和建议的方法与如本公开的剩余部分中所阐述的本发明的实施方案进行比较,所述方法的更多限制和缺点对于本领域技术人员将变得明显。发明概要
[0011] 本发明的示例性实施方案涉及:具有壳体的泵,两个流体驱动器设置在所述壳体中;以及使用两个流体驱动器从泵的入口递送流体至泵的出口的方法。如本文所使用,“流体”是指液体或液体与就容积而言主要包含液体的气体的混合物。流体驱动器中的每一个包括原动机和流体驱替构件。在一些实施方案中,原动机部分或完全设置在流体驱替构件内侧。原动机驱动流体驱替构件,并且原动机可能是例如电动马达或可以驱动流体驱替构件的其它类似装置。当被原动机驱动时,流体驱替构件传递流体。流体驱替构件被独立驱动,并且因此具有驱动-驱动构造。“独立地操作”、“被独立操作”、“独立地驱动”和“被独立地驱动”是指在一对一构造中每一流体驱替构件由其自身的原动机操作/驱动。例如,泵中的每一齿轮由其自身的电动马达驱动。驱动-驱动构造消除或减少公知驱动器驱动式构造的污染问题。
[0012] 当传递流体时,流体驱替构件可以结合例如泵壁的固定元件或其它类似组件和/或诸如像另一流体驱替构件的移动元件一起工作。流体驱替构件可能是:例如,具有齿轮齿的外齿轮;具有突出部分(例如,凸起、伸长部分、鼓包、突出部、其它类似结构或以上的组合)的轮毂(例如,圆盘、圆筒或其它类似组件);具有凹入部分(例如,空腔、凹陷、空穴、或类似结构)的轮毂(例如,圆盘、圆筒或其它类似组件);具有瓣轮的齿轮主体;或者当被驱动时可以驱替流体的其它类似结构。流体驱动器被例如使用电动马达或可以独立地操作其流体驱替构件的其它类似装置独立地操作。然而,对流体驱动器进行操作,以使得流体驱动器之间的接触同步化,例如以便泵送流体和/或密封反向流路径。也就是说,流体驱动器的操作被同步化,以使得每一流体驱动器中的流体驱替构件与另一流体驱替构件接触。所述接触可能包括至少一个接触点、接触线或接触区域。
[0013] 在一些实施方案中,同步接触包括以一大一小的速率旋转地驱动一对驱动器中的一个,以使得一个流体驱动器的表面接触另一个流体驱动器的表面。例如,同步化接触可能在第一流体驱动器的第一流体驱替构件上的至少一个突出部分(凸起、伸长部分、鼓包、突出部、其它类似结构或以上的组合)的表面与第二流体驱动器的第二流体驱替构件上的至少一个突出部分(凸起、伸长部分、鼓包、突出部、其它类似结构或以上的组合)或凹入部分(空腔、凹陷、空穴、或另一类似结构)的表面之间。在一些实施方案中,同步化接触密封反向流路径(或回流路径)。
[0014] 在示例性实施方案中,泵包括界定内部容积的壳体。泵壳体包括可能是泵壳体的相对的壁的两个自对准平衡板。每一平衡板包括朝向内部容积延伸的突出部分。每一突出部分包括两个凹口,其中每一凹口被配置以接收流体驱动器的一个末端。所述凹口可能包括轴承,诸如像流体驱动器与相应凹口的壁之间的套筒型轴承。当组装泵壳体时,平衡板的凹口部分对准并且面向另一平衡板的对应凹口部分。平衡板对准流体驱替构件,即流体驱替构件的中心轴线彼此对准,以使得当旋转时流体驱替构件接触并泵送流体。例如,如果流体驱替构件是齿轮,那么齿轮的中心轴线将对准,以使得当旋转时相应齿轮齿彼此适当地接触。在一些实施方案中,平衡板包括连接相应凹口的冷却槽。冷却槽确保在内部容积中待传递的流体中的一些随着流体驱动器旋转被引导至设置在凹口中的轴承。在一些实施方案中,仅使用一个自对准平衡板,并且相对的壁可能是壳体无突出部分的端板。
[0015] 在另一示例性实施方案中,泵包括界定内部容积的壳体。所述泵壳体包括与内部容积流体连通的两个端口。所述端口中的一个是至泵的入口,且另一个端口是出口。在一些实施方案中,所述泵是双向的以使得入口和出口的功能可以交换。所述泵包括设置在内部容积内的两个流体驱动器。在流体驱动器的一些示例性实施方案中,流体驱动器可能包括具有定子和转子的电动马达。所述定子可以固定地附接至支撑轴,并且所述转子可能围绕所述定子。流体驱动器可能还包括具有多个齿轮齿的齿轮,所述多个齿轮齿从转子径向向外突出并且由转子进行支撑。在一些实施方案中,支撑构件可能设置在转子与齿轮之间以支撑齿轮。两个流体驱动器的齿轮被设置为使得随着齿轮旋转,第一齿轮的齿接触第二齿轮的齿。第一齿轮和第二齿轮具有设置在相应齿轮的主体内的第一马达和第二马达。第一马达在第一方向上旋转第一齿轮,以沿第一流路径从泵入口传递流体至泵出口。第二马达独立于第一马达在与第一方向相对的第二方向上旋转第二齿轮,以沿第二流路径从泵入口传递流体至泵出口。所述泵包括设置在入口端口与第一齿轮和第二齿轮之间的流汇合部分以及在第一齿轮和第二齿轮与出口端口之间的流分叉部分。随着流体流动通过泵,汇合部分和分叉部分减少或消除流体中的湍流。通过同步化第一马达和第二马达的旋转协调第一齿轮和第二齿轮的齿之间的接触。同步化接触密封泵的出口与入口之间的反向流路径(或回流路径)。在一些实施方案中,第一马达和第二马达以不同的每分钟转数(rpm)旋转。
[0016] 另一示例性实施方案涉及:从泵的入口递送流体至泵的出口的方法,所述泵具有用以界定其中的内部容积的壳体;以及具有第一原动机和第一流体驱替构件的第一流体驱动器和具有第二原动机和第二流体驱替构件的第二流体驱动器。第一流体驱替构件可能具有多个第一突出部分和凹入部分,并且第二流体驱替构件可能具有至少多个第二突出部分和凹入部分。泵壳体包括可能是泵壳体的相对的壁的两个平衡板。每一平衡板包括朝向内部容积延伸的突出部分。每一突出部分包括两个凹口,其中每一凹口被配置以接收流体驱动器的一个末端。在一些实施方案中,仅使用一个自对准平衡板,并且相对的壁可能是壳体无突出部分的端板。
[0017] 所述方法包括将每一流体驱动器的每一端设置在凹口中,以将流体驱替构件相对于彼此轴向地对准。所述方法进一步包括旋转第一原动机以在第一方向上旋转第一驱替构件,从而沿第一流路径从泵入口传递流体至泵出口并且将内部容积中的流体的一部分传递至凹口。所述方法包括独立于第一原动机旋转第二原动机,以在与第一方向相反的第二方向上旋转第二流体驱替构件,从而沿第二流路径从泵入口传递流体至泵出口并且将内部容积中的流体的一部分传递至凹口。所述方法还包括将第二流体驱替构件的速度同步化成在第一流体驱替构件的速度的99%至100%的范围内,以及同步化第一驱替构件与第二驱替构件之间的接触,以使得所述多个第一突出部分中的至少一个(或至少一个第一突出部分)的表面接触所述多个第二突出部分中的至少一个(或至少一个第二突出部分)的表面或所述多个凹入部分中的至少一个(或至少一个第二凹入部分)的表面。在一些实施方案中,同步化接触密封泵的入口与出口之间的反向流路径。
[0018] 另一示例性实施方案涉及从泵的第一端口传递流体至第二端口的方法,所述泵包括界定内部容积的泵壳体。泵壳体包括可能是泵壳体的相对的壁的两个自对准平衡板。每一平衡板包括朝向内部容积延伸的突出部分。每一突出部分包括两个凹口,其中每一凹口被配置以接收流体驱动器的一个末端。在一些实施方案中,仅使用一个自对准平衡板,并且相对的壁可能是壳体无突出部分的端板。所述泵进一步包括第一流体驱动器,其具有第一马达和具有多个第一齿轮齿的第一齿轮;以及第二流体驱动器,其具有第二马达和具有多个第二齿轮齿的第二齿轮。
[0019] 所述方法包括将每一流体驱动器的每一端设置在凹口中,以将多个第一齿轮齿和第二齿轮齿轴向对准,以使得当旋转齿轮时所述齿轮齿同步接触。所述方法包括旋转第一马达,以围绕第一齿轮的第一轴向中心线在第一方向上旋转第一齿轮。第一齿轮的旋转沿第一流路径从泵入口传递流体至泵出口。所述方法还包括独立于第一马达旋转第二马达,以围绕第二齿轮的第二轴向中心线在与第一方向相反的第二方向上旋转第二齿轮。第二齿轮的旋转沿第二流路径从泵入口传递流体至泵出口。在一些实施方案中,所述方法进一步包括同步化所述多个第二齿轮齿中的至少一个齿的表面与所述多个第一齿轮齿中的至少一个齿的表面之间的接触。在一些实施方案中,同步化所述接触包括以不同rpm旋转第一马达和第二马达。在一些实施方案中,同步化接触密封泵的入口与出口之间的反向流路径。
[0020] 本发明的概要被提供作为对本发明的一些实施方案的总体介绍,并且并非意在限于任何特定构造。应理解,概要中所描述的各种特征和特征的构造可以任何合适的方式进行组合,以形成本发明的任何数量的实施方案。本文还提供包括变化形式和替代构造的一些额外示例性实施方案。
[0021] 附图简述
[0022] 并入本文中且构成本说明书的一部分的附图图示本发明的示例性实施方案,并且与上面给出的概述和下面给出的详细描述一起用于解释本发明的优选实施方案的特征。
[0023] 图1示出本公开的外齿轮泵的优选实施方案的分解视图。
[0024] 图1A示出图1的泵的平衡板的等距视图。
[0025] 图1B示出马达组合件和平衡板的等距视图,其中所述马达组合件设置在所述平衡板中。
[0026] 图2示出图1的外齿轮泵的截面俯视图。
[0027] 图2A示出沿图2的外齿轮泵的线A-A得到的侧截面视图。
[0028] 图2B示出沿图2的外齿轮泵的线B-B得到的侧截面视图。
[0029] 图3示出可以在图1的泵中使用的支撑轴的示例性实施方案的等距视图。
[0030] 图4示出可以在图1的泵中使用的马达壳体组合件的示例性实施方案的等距视图。
[0031] 图4A和图4B示出图4的马达壳体的示例性实施方案的等距视图。
[0032] 图4C示出图4的马达壳体盖罩的示例性实施方案的侧截面视图。
[0033] 图5图示由图1的外齿轮泵泵送的流体的示例性流路径。
[0034] 图5A示出图示图5的外齿轮泵中的接触区域中的两个齿轮之间的单侧接触的截面俯视图。
[0035] 图6和图6A示出具有存储装置的外齿轮泵的优选实施方案的截面视图。
[0036] 图7示出可以在图6的泵中使用的溢流轴的示例性实施方案的截面视图。
[0037] 图8示出具有存储装置的外齿轮泵的优选实施方案的截面视图。
[0038] 图9示出具有两个存储装置的外齿轮泵的优选实施方案的截面视图。

具体实施方式

[0039] 本发明的示例性实施方案涉及具有独立驱动的流体驱动器的泵,所述独立驱动的流体驱动器设置在形成泵壳体的一部分的两个自对准平衡板之间。将使用以下实施方案描述这些示例性实施方案,在所述实施方案中泵是具有两个原动机的外齿轮泵,原动机是电动马达,且流体驱替构件是具有齿轮齿的外正齿轮。然而,本领域技术人员将容易地认识到,下面相关于具有两个流体驱动器的电动马达驱动式外齿轮泵所描述的概念、功能和特征可以容易地适应用于具有其它齿轮设计(螺旋齿轮、人字齿轮或可以被适应用于驱动流体的其它齿轮齿设计)的外齿轮泵;用于除电动马达以外的原动机,例如液压马达或其它流体驱动的马达,或可以驱动流体驱替构件的其它类似装置;以及用于除具有齿轮齿的齿轮以外的流体驱替构件,例如,具有突出部分(例如,凸起、伸长部分、鼓包、突出部、其它类似结构或以上的组合)的轮毂(例如,圆盘、圆筒或其它类似组件),具有凹入部分(例如,空腔、凹陷、空穴、或类似结构)的轮毂(例如,圆盘、圆筒或其它类似组件),具有瓣轮的齿轮主体,或者当被驱动时可以驱替流体的其它类似结构。除此以外,可以相关于作为被泵送的流体的液压流体描述示例性实施方案。然而,本公开的示例性实施方案并不限于液压流体,并且可以用于诸如像水等流体。
[0040] 图1示出本公开的泵10的示例性实施方案的分解视图。泵10代表正排量(或固定排量)齿轮泵。泵10包括具有端板80、82的壳体20和泵主体81。壳体20的内表面26界定内部容积11。内部容积11容纳两个流体驱动器40、60。当组装时,为了防止泄漏,可以将O形圈83或其它类似装置设置在端板80、82与泵主体81之间。在一些实施方案中,端板80、82中的一个和泵主体81可以制造成单个单元。例如,端板80和泵主体81可以由金属加工而成,或者被铸造成单个一体式单元。
[0041] 壳体20具有与内部容积11流体连通的端口22和端口24(参见图2)。在操作期间以及基于流向,端口22、24中的一个是泵入口且另一个是泵出口。在示例性实施方案中,壳体20的端口22、24是壳体20的相对的侧壁上的圆形贯通孔。然而,形状并不受限,且贯通孔可以具有其它形状。除此以外,端口22、24中的一个或二者可能定位在壳体的顶部或底部上。
当然,必须对端口22、24进行定位,以使得一个端口在泵的入口侧上,且一个端口在泵的出口侧上。
[0042] 如前面所讨论,为了确保齿轮的正确对准,常见的外齿轮泵通常包括分开提供的轴承座。然而,在一些示例性实施方案中,本公开的外齿轮泵10不包括分开提供的轴承座。实际上,端板80、82中的每一个包括设置在端板80、82的内部部分(即,内部容积11侧)上的突出部分45,从而消除对分开提供的轴承座的需要。也就是说,突出部分45的一个特征是确保齿轮正确地对准,该特征由常见外齿轮泵中的轴承座执行。然而,与传统轴承座不同,每一端板80、82的突出部分45为壳体20提供额外的质量和结构,以使得泵10可以承受被泵送的流体的压力。在常见泵中,轴承座的质量是对壳体的质量的补充,所述壳体的质量被设计用于承受泵压力。因此,因为本公开的突出部分45用于对准齿轮以及提供泵壳体20所需要的质量,所以与具有类似能力的常见泵相比,泵10的结构的整体质量可以减小。
[0043] 如在图1中看出,泵主体(或中间区段)81具有大体圆形。然而,泵主体81并不限于圆形,并且可能具有其它形状。当组装时,平衡板80、82附接在泵主体81的每一侧上。泵主体81的内表面106的轮廓可能大致上匹配突出部分45的外部线条107的轮廓,以使得当泵10完全组装时,泵10的内部容积11形成在壳体20中。泵主体81的尺寸可能根据泵10的设计需要而变化。例如,如果需要增大的泵送能力,那么泵主体81的径向直径和/或宽度可以适当地增大以满足设计需要。
[0044] 如在图1A中看出,每一平衡板80、82的突出部分45具有中心区段49和侧面区段51。在一些示例性实施方案中,例如如图1A中所示,中心区段49和侧面区段51可能是一个连续的结构,所述连续的结构可能具有大体数字8形状的构造。中心区段49具有可能是例如圆柱形的两个凹口53。两个凹口53分别被配置以接收流体驱动器40、60的末端。凹口53的尺寸,例如凹口53的直径和深度,可能基于例如流体驱动器40、60的物理大小和齿轮齿52、72的厚度。例如,凹口53的直径可能取决于流体驱动器40、60的直径,所述直径将通常取决于马达的物理大小。流体驱动器40、60中的马达的大小可能根据特定应用的功率要求而变化。每一凹口53的直径被定大小,以允许流体驱动器40、60的外壳体自由地旋转,但同时还限制流体驱动器相对于其轴线的侧向移动。
[0045] 如在图1中看出,流体驱动器40、60包括具有多个齿轮齿52、72的齿轮50、70,所述多个齿轮齿52、72从相应齿轮主体径向向外延伸。当组装泵10时,齿轮齿52、72配合在平衡板80的突出部分的脊面55与平衡板82的突出部分的脊面55之间的间隙中。因此,突出部分45被定大小以容纳齿轮齿52、72的厚度,所述厚度可能取决于诸如像被泵送的流体的类型和泵的设计流量和压力能力等各种因素。突出部分45的相对的脊面55之间的间隙被设置为使得脊面55与用于流体驱动器40、60的齿轮齿52、72之间存在充足的间隙,以自由地旋转但是仍然有效地泵送流体。每一凹口53的深度将确定间隙宽度。凹口53的深度将取决于马达的长度和齿轮齿52、72的厚度。每一凹口53的深度被适当地定大小,以将齿轮齿52、72的顶部表面和底部表面与突出部分45的脊面55对准。例如,如在图1B中看出,凹口53的深度被设置为使得当流体驱动器40完全插入凹口53中时,齿轮50的齿轮齿52的底部表面与平衡板80的脊面55对准。如上面所讨论,该对准允许流体驱动器自由地旋转,但是当齿轮50、70由诸如像电动马达等原动机旋转时仍然有效地从泵10的入口传递流体至泵10的出口。当流体驱动器60插入平衡板80的其它凹口53中时,齿轮70的齿轮齿72的底部表面(图1B中未示出)也将与脊面55对准。类似地,当流体驱动器40、60的其它末端插入端板82的凹口53中时,齿轮齿52、72的顶部表面将与平衡板82的脊面55对准。每一平衡板80、82中的凹口53的中心之间的距离被设置为将流体驱动器40、60的流体驱替构件相对于彼此正确地对准。因此,如图2至图2B中所示,当完全组装时,突出部分45确保齿轮50和齿轮70对准,即齿轮50、70的中心轴线彼此对准,并且还确保齿轮50、70的顶部表面和底部表面和相应的脊面55对准。
[0046] 在一些实施方案中,板80、82中仅一个具有突出部分45。例如,端板80可能包括突出部分45,并且端板82可能是具有适当特征的盖板,所述适当特征诸如像用于接收流体驱动器40、60的轴的开口。在所述实施方案中,齿轮50、70可以设置在流体驱动器40、60的末端(未示出)上,而不是设置在如图1中所示出的流体驱动器40、60的中心中。在齿轮设置在流体驱动器的末端上的示例性实施方案中,突出部分和泵主体被定大小,以使得突出部分的脊面与末端盖板之间存在间隙以容纳齿轮齿。在一些实施方案中,端板80和泵主体81可以制造成单个单元。例如,端板80和泵主体81可以由金属块加工而成,或者被铸造成单个一体式单元。单个单元80/81可能包括突出部分45,而端板82是末端盖板。可选地,端板82可能包括突出部分45,而单个单元80/81是封盖容器。因此,在本公开的示例性实施方案中,突出部分45可能包括在壳体的两个端板中(或者在端板和封盖容器二者中)或者在壳体的仅一个端板中(或者仅在封盖容器中),取决于壳体构造。在每一构造中,当组装泵时,壳体20的突出部分45将流体驱动器40、60相对于彼此对准。因此,本公开的示例性实施方案提供自对准壳体,因为所述自对准壳体与流体驱动器40、60有关。
[0047] 优选地,如在图1和图2A中看出,轴承57可以设置在流体驱动器40、60与相应凹口53之间,例如在凹口53的内孔径中,以确保平滑旋转并限制流体驱动器40、60上的磨损和侧向移动。在示例性实施方案中,轴承57可能是滑动轴承或套筒轴承。轴承的材料成分并不受限,并且可能取决于被泵送的流体的类型。根据被泵送的流体和应用的类型,轴承可能是金属的、非金属的或复合材料的。金属材料可能包括但不限于:不锈钢阳极、铝、、镁、及其相应的合金。非金属材料可能包括但不限于:陶瓷、塑料、复合材料、纤维和纳米复合材料。例如,轴承57可能是复合材料干燥滑动衬套/轴承,诸如SKF PCZ-11260BTM。
然而,在其它实施方案中,也可以使用不同类型的干燥滑动轴承。另外,在一些实施方案中,可以利用其它类型的轴承,例如润滑的滚柱轴承。因此,在不脱离本公开的精神的情况下,可以利用能够承受来自泵10的载荷并且在泵10的操作期间正确地运坐的任何类型的轴承。
[0048] 在一些实施方案中,可以在每一突出部分45中提供一个或多个冷却槽,以将内部容积11中的一部分流体传递至凹口53从而润滑轴承57。例如,如图1A中所示,冷却槽73可以设置在每一突出部分45的脊面55的表面上。每一冷却槽73的至少一个末端延伸至凹口53并且通向凹口53,以使得冷却槽73中的流体将被挤压流向凹口53。在一些实施方案中,冷却槽的两个末端延伸至凹口53并且通向凹口53。例如,在图1A中,冷却槽73设置在齿轮合流区域128中的凹口53之间,以使得冷却槽73从一个凹口53延伸至另一凹口53。可选地,或者除了设置在齿轮合流区域128中的冷却槽73以外,脊面55的其它部分,即齿轮合流区域128以外的部分,可能包括冷却槽。虽然图示了两个冷却槽,但是每一平衡板80、82中的冷却槽的数量可能变化,但是仍然在本公开的范围内。在一些示例性实施方案(未示出)中,冷却槽的仅一个末端通向凹口53,其中当组装时冷却槽的另一端在脊面55部分中结束或抵靠内壁90。
在一些实施方案中,冷却槽可能是大体“U形”,并且两个末端可能通向相同的凹口53。在一些实施方案中,两个突出部分45中仅一个包括冷却槽。例如,根据泵的取向或出于一些其它原因,一组轴承可能不需要润滑和/或冷却。对于具有仅一个突出部分45的泵构造,在一些实施方案中,末端盖板(或封盖容器)可能包括可选或补充突出部分45中的冷却槽的冷却槽,以润滑和/或冷却流体驱动器与壳体封盖相邻的马达部分。
[0049] 回到图1A中示出的示例性实施方案,每一冷却槽73具有弯曲或波浪形廓线,并且设置成大致上垂直于轴线连接端口22和24(未示出),例如轴线D-D。另外,在一些实施方案中,槽73被设置成相对于连接轴42和轴62的中心的中心线C-C对称。随着齿轮齿52、72旋转,由于由旋转的齿轮产生的压力,流体猛冲到每一突出部分45中的脊面55的表面上。流体抵靠脊面55的压力随着每一流体驱动器40、60的旋转速度增加而增大。随着齿轮齿52、72旋转,由齿轮50、70传递的流体的一部分进入冷却槽73,并且由于压差,流体流向凹口53处的每一冷却槽73的打开端。以此方式,设置在凹口53中的轴承57连续地接收流体,以便在泵10操作的同时进行冷却和/或润滑。如上面所讨论,轴承的类型将取决于被泵送的流体。例如,如果泵送的是水,那么可以使用复合材料轴承。如果泵送的是液压流体,那么可以使用金属轴承或复合材料轴承。在上面所讨论的示例性实施方案中,冷却槽73具有弯曲的廓线并且呈波浪形状的形式。然而,在其它实施方案中,冷却槽73可能具有其它槽廓线,例如曲折廓线、弧线、直线或可以传递流体至凹口53的一些其它廓线。每一平衡板80、82中的槽的尺寸(例如,深度、宽度)、槽形状和数量可以根据轴承57的冷却需要和/或润滑需要而变化。
[0050] 如在图2B中最好地看出,示出沿图2中的轴线B-B的泵10的截面视图,在一些实施方案中,平衡板80、82包括位于平衡板80、82的每一端口22、24侧的坡度(或倾斜)区段31。在一些示例性实施方案中,坡度区段31是突出部分45的一部分。在其它示例性实施方案中,坡度区段31可能是附接至突出部分45的单独模块化组件。此种模块化构造允许容易更换以及视需要容易地改变至齿轮齿52、72的流体流的流特征的能力。坡度区段31被配置,以使得当组装泵10时,泵10的入口侧和出口侧将分别具有形成在其中的汇合流通道或分叉流通道。当然,端口22或24可能是入口端口,并且另一个是出口端口,取决于齿轮50、70的旋转方向。
流通道由坡度区段31和泵主体81界定,即坡度区段31在靠近端口的外末端处的厚度Th2小于坡度区段31在靠近齿轮50、70的的内末端处的厚度Th1。如在图2B中看出,厚度的差异在端口22处形成具有度A的汇合/分叉流通道39,且在端口24处形成具有角度B的汇合/分叉流通道43。在一些示例性实施方案中,角度A和角度B可能在从约9度至约15度的范围内,如在制造容差内所测量。角度A和角度B可能是相同的或不同的,取决于系统构造。优选地,对于双向泵,角度A和角度B是相同的,如在制造容差内所测量。然而,如果基于流的方向要求或需要不同的流体流特征,那么角度可能是不同的。例如,在液压缸型应用中,流特征可能是不同的,取决于所述汽缸是抽出的或缩回的。坡度区段的表面的廓线可能如图2B中所示是平坦的,或者是弯曲的(未示出)或一些其它廓线,取决于流体进入和/或离开齿轮50、70时所需的流体流特征。
[0051] 在操作期间,随着流体进入泵10的入口,例如出于示例性目的的端口22,流体与汇合流体通道39相会,其中所述通道39的至少一部分的截面面积随着流体流至齿轮50、70而逐步减小。汇合流通道39将流体的速度和压力的突变降至最低,并且促进流体逐步转移到泵10的齿轮50、70中。流体逐步转移到泵10中可以减少泵10中或外侧可能发生的泡沫形成或湍流,并且因此可以防止或将气穴现象降至最低。类似地,随着流体离开齿轮50、70,流体与分叉流通道43相会,其中所述通道的至少一部分的截面面积随着流体流至例如端口24的出口端口而逐步增大。因此,分叉流通道43促进流体从齿轮50、70的出口的逐步转移,以稳定流体。
[0052] 流体驱动器40、60的示例性实施方案参考图2和图2A给出。图2示出图1的泵10的截面俯视图。图2A示出沿图2中泵10的线A-A得到的侧截面视图。如在图2和图2A中看出,流体驱动器40、60设置在壳体20的内部容积11中。流体驱动器40包括马达41和齿轮50,并且流体驱动器60包括马达61和齿轮70。流体驱动器40、60的支撑轴42、62设置在壳体20的端口22与端口24之间,并且一个末端处由平衡板80支撑且另一末端由平衡板82支撑。然而,用于支撑轴42、62并且因此支撑流体驱动器40、60的装置并不限于该设计,并且也可以使用用以支撑所述轴的其它设计。例如,轴42、62可能由附接至壳体20的块支撑而不是直接由壳体20支撑,例如在一些示例性实施方案中,末端盖板或封盖容器不包括突出部分45。流体驱动器40的支撑轴42被设置成与流体驱动器60的支撑轴62平行,并且所述两个轴以适当的距离分开,以使得当旋转时相应齿轮50、70的齿轮齿52、72彼此接触。如上面所讨论,在一些示例性实施方案中,每一平衡板80、82的突出部分45在流体驱动器40、60的齿轮50、70之间提供正确对准。在流体驱动器40、60的轴42、62延伸到壳体20外侧的示例性实施方案中,可以将密封件67设置在流体驱动器40、60的轴42、62上,以将凹口53与外侧密封,参见例如图2A。在示例性实施方案中,多个密封件67可能是SKF ZBR杆压力密封件TM,例如型号No.ZBR-60X75X10-E6WTM。然而,在不脱离本公开的精神的情况下可以使用其它类型的密封件。除此以外,在其它实施方案中,可以对平衡板80、82进行配置,以使得支撑轴42、62不延伸至壳体
20的外侧。例如,平衡板80、82的厚度可能足以支撑轴42、62而无需延伸至壳体20的外侧。该种类型的构造进一步限制污染的可能性,因为泵壳体中存在更少的开口。
[0053] 回到流体驱动器40、60的马达41、61,定子44、64径向设置在相应支撑轴42、62与转子46、66之间。定子44、64固定地连接至相应支撑轴42、62,所述相应支撑轴42、62固定地连接至壳体20。转子46、66径向设置在定子44、64外部,并且围绕相应的定子44、64。因此,该实施方案中的马达41、61具有外部转子马达设计(或外转子马达设计),这表示马达的外侧旋转,并且马达的中心是静止的。相比而言,在内部转子马达设计中,转子附接至旋转的中心轴。在示例性实施方案中,马达41、61是多方向电动马达。也就是说,任何一种马达可以操作以建立顺时针或逆时针旋转运动,取决于操作需要。另外,在示例性实施方案中,马达41、61是变速、变转矩马达,其中转子且因此附接的齿轮的速度和/或转矩可以改变以建立各种容积流量和泵压力。
[0054] 图3示出支撑轴42、62的示例性实施方案的等距视图。第一支撑轴42可能是大体圆柱形且空心的轴。然而,在一些实施方案中,所述轴可能是实心的。在图3的示例性实施方案中,通道109沿中心线延伸支撑轴42、62的长度。在一些实施方案中,盖罩(未示出)可以提供在支撑轴42、62的每一末端上。支撑轴42、62的外表面上可能具有在轴的轴向方向上位于中心区域115中的花键部分108。每一定子44、64可能具有匹配的花键部分(未示出),当泵10完全组装时,所述匹配的花键部分配合在相应支撑轴42、62的对应花键部分108上。以此方式,每一定子44、64固定地附接至相应支撑轴42、62,所述相应支撑轴42、62反过来固定地附接至壳体20。多个贯通孔110可以设置在支撑轴42、62上。贯通孔110中的每一个流体地连接在支撑轴42、62的外表面与支撑轴42、62内侧的通道109之间。冷却流体,例如像空气等外部冷却流体,可以经由支撑轴42、62的末端111、113和贯通孔110循环至马达41、61。在一些实施方案中,可以对泵进行配置,以使得被泵送的流体经由末端111、113和孔110进行循环。可以基于所需要的马达冷却类型、冷却流体、被泵送的流体的类型和泵应用对贯通孔110的直径和数量进行设置。
[0055] 每一流体驱动器40、60包括马达壳体,所述马达壳体容纳马达41、61的相应轴42、62、定子44、64和转子46、66。在一些实施方案中,马达41、61的壳体和相应齿轮50、70形成单个单元。例如,图4示出马达壳体组合件87的示例性实施方案的等距视图,所述马达壳体组合件87包括马达壳体主体89、马达壳体盖罩91和齿轮50、70。图2A示出泵10的截面视图,其中流体驱动器40、60分别包括壳体主体89和盖罩91。如在图2A中看出,马达41和61分别设置在其相应壳体主体89内。每一流体驱动器40、60的壳体主体89固定地附接至相应转子46、
66。因此,当转子46、66旋转时,包括齿轮50、70的相应壳体主体89也将旋转。马达41和61中的每一个包括设置在固定的定子44、64与转子46、66之间的轴承103。在一些实施方案中,马达轴承103可能是封闭轴承,并且不需要被泵送的流体进行润滑。在其它实施方案中,马达轴承103可以使用被泵送的流体进行润滑,例如当泵送液压流体时。如在图4中看出,马达壳体盖罩91设置在马达壳体主体89的末端上。马达壳体主体89可以通过例如多个螺钉固定地连接至马达壳体盖罩91。然而,本公开的马达壳体主体89与马达壳体盖罩91之间的连接方法并不限于上述螺钉连接。在不脱离本公开的精神的情况下,可以使用诸如螺栓或一些其它附接方法等不同的方法。在一些实施方案中,可以在马达壳体盖罩91与马达壳体主体89之间使用O形圈或某种类型的垫圈材料或密封剂,以确保壳体内部与被传递的流体隔离。
[0056] 如在图4A和图4B中看出,每一马达壳体主体89具有用以接收相应转子/定子/轴组合件的开口97和用以接收两个马达轴承103中的一个的开口93。如在图4C中看出,马达壳体盖罩91具有用以接收两个马达轴承103中的另一个的开口95。马达轴承103与开口93、95之间的接口形成密封,以使得当泵10完全组装时,马达壳体组合件87的内部视需要与被泵送的流体隔开。然而,在一些实施方案中,根据流体的类型,马达41、61将不会受到被泵送的流体的不利影响,并且马达壳体组合件87的内部无需密封。例如,在一些实施方案中,马达41、61可以承受液压流体,并且在这些实施方案中,不需要完美密封。马达轴承103与开口93、95之间的密封可以通过按压配合、过盈配合或者通过将把轴承103附接至开口93、95的某种其它方法形成,并且在一些实施方案中,将流体与马达壳体组合件87的内部隔离。当完全组装泵10时,定子44、64固定地连接至相应支撑轴42、62,所述相应支撑轴42、62延伸出相应马达壳体组合件87,并且固定地连接至壳体20,如图2A中所示。轴承103确保转子46、66以及相应马达壳体组合件87仍然可以围绕相应定子44、64和支撑轴42、62自由地旋转。
[0057] 如在图2A和图4中看出,相应流体驱动器40、60的马达壳体主体89的外径向表面上具有位于相应齿轮50、70的每一侧上的轴承表面101。当泵10完全组装时,轴承表面101设置在凹口53中。如图1和图2A中所示,轴承57设置在第一马达壳体89的轴承表面101与相应凹口53之间。在使用仅一个突出部分45的一些实施方案中,壳体主体89可能具有仅一个轴承表面101。
[0058] 图4C示出马达壳体盖罩91的示例性实施方案的侧截面视图。如上面所讨论,马达壳体盖罩91可能包括位于其内轮缘上的花键(或突出部分)99。该花键99可以与相应马达转子46、66中的配合花键(未示出)或配合表面(未示出)啮合,当泵10完全组装时所述花键99可以“紧咬”。以此方式,转子46、66和相应马达壳体组合件87可以变成一个旋转实体,即相应马达壳体组合件87固定地连接至转子46、66。然而,将转子46、66附接至本公开的相应马达壳体组合件87的方法并不限于上述花键连接。在不脱离本公开的精神的情况下,可以使用诸如螺栓、螺钉、凹入部分、槽、凹痕、凸起、托架或某种其它附接方法等其它方法。另外地或可选地,在一些实施方案中,例如马达壳体主体89的底座和/或侧壁的内表面可能具有紧咬相应转子46、66的凹入部分、槽、凹痕、凸起、托架、突出部分等,以使得马达壳体组合件87和相应转子46、66变成一个旋转实体。另外地或可选地,马达轴承103与开口93、95之间的接口也可以用于将第一转子46附接至第一马达壳体89,以使得其变成旋转实体。
[0059] 在优选实施方案中,齿轮齿52、72形成在相应马达壳体主体89上并且是相应马达壳体主体89的一部分。也就是说,齿轮50、70的齿轮主体和马达41、61的马达壳体是相同的。因此,马达壳体主体89及其相应齿轮齿52、72被提供成整件。例如,马达壳体主体89的外表面可以被加工以形成如图4、图4A和图4B中所示的壳体主体89的中心中的齿轮齿52、72,或者对于例如仅具有一个突出部分45的实施方案,马达壳体主体89的外表面可以被加工以在壳体主体89的末端(未示出)处形成齿轮齿52、72。在另一示例性实施方案中,可以对马达壳体主体89进行铸造,以使得模具包括齿轮齿52、72。
[0060] 然而,在其它示例性实施方案中,可以将齿轮50、70与马达壳体主体89分开制造并且然后进行结合。例如,可以制造包括齿轮齿的环形齿轮组合件,并且可以利用例焊接方法将所述组合件结合至马达壳体。当然,可以使用其它方法来结合两个组件,例如按压配合、过盈配合、粘结或一些其它附接方法。为此,马达壳体/齿轮的制造方法可以在不脱离本公开的精神的情况下改变。除此以外,在一些实施方案中,马达壳体组合件87被配置以接收可能包括其自身的壳体的马达。也就是说,马达壳体组合件87可以充当马达的原始壳体上方的额外防护封盖。这允许马达壳体主体89接收多种“成品”马达,以便在泵能力和可修复性方面获得更大的灵活性。除此以外,相对于如果马达具有其自身的壳体情况下被泵送的流体,为马达壳体组合件87提供正确的材料成分方面将存在更大的灵活性。例如,马达壳体组合件87可能由能够承受腐蚀性流体的材料制成,同时马达受到由不同材料制成的壳体保护。在具有仅一个突出部分45的一些实施方案中,马达壳体主体89可能不包括齿轮50、70,并且齿轮50、70可能安装在马达41、61的末端处。在所述实施方案中,突出部分45的凹口53可以被定大小以接收马达壳体主体89,以使得齿轮50、70和脊面55在脊面55与盖板之间正确地对准。
[0061] 接着提供泵操作的详细描述。
[0062] 图5图示外齿轮泵10的示例性实施方案的示例性流体流路径。端口22、24和多个第一齿轮齿52与多个第二齿轮齿72之间的接触区域78沿单个笔直路径大致对准。然而,端口的对准并不限于该示例性实施方案,并且容许其它对准。出于解释性目的,齿轮50由马达41顺时针74旋转地驱动,并且齿轮70由马达61逆时针76旋转地驱动。在该旋转构造的情况下,端口22是齿轮泵10的入口侧,并且端口24是齿轮泵10的出口侧。在一些示例性实施方案中,齿轮50、70二者由分开提供的马达41、61分别独立地驱动。
[0063] 如在图5中看出,将泵送的流体在端口22处被吸引到壳体20中,如由箭头92所示,并且经由端口24离开泵10,如由箭头96所示。流体的泵送通过齿轮齿52、72实现。随着齿轮齿52、72旋转,旋转离开接触区域78的齿轮齿在每一齿轮上的相邻齿之间形成不断扩大的齿间容积。随着这些齿间容积扩大,从入口端口对每一齿轮上的相邻齿之间的空间填充流体,所述入口端口在该示例性实施方案中是端口22。然后对流体进行挤压,以沿壳体20的内壁90与每一齿轮移动,如由箭头94和94'所示。也就是说,齿轮50的齿52挤压流体以沿路径94流动,并且齿轮70的齿72挤压流体以沿路径94'流动。每一齿轮上的齿轮齿52、72的尖端与壳体20的对应内壁90之间的非常小的间隙将流体困在齿间容积中,这防止流体回头朝向入口端口泄漏。随着齿轮齿52、72围绕接触区域78旋转并且返回接触区域78中,每一齿轮上的相邻齿之间形成不断缩小的齿间容积,因为另一齿轮的对应齿进入相邻齿之间的空间。
不断缩小的齿间容积挤压流体以离开相邻齿之间的空间,并且经由端口24流出泵10,如由箭头96所示。在一些实施方案中,马达41、61是双向的,并且可以颠倒马达41、61的旋转以颠倒流体流动通过泵10的方向,即流体从端口24流向端口22。
[0064] 为了防止回流,即从出口侧经由接触区域78至入口侧的流体泄漏,接触区域78中的第一齿轮50的齿与第二齿轮70的齿之间的接触提供对抗回流的密封。接触力充分地大以提供强大的密封,但是与相关技术系统不同的是,所述接触力并不那么大,无法大力地驱动另一齿轮。在相关技术驱动器驱动式系统中,由驱动齿轮施加的力转动从动齿轮,即驱动齿轮与从动齿轮啮合(或联锁)以机械地驱动所述从动齿轮。虽然来自驱动齿轮的力在两个齿之间的接口点处提供密封,但是该力比密封所必需的力要高得多,因为该力必需足以机械地驱动从动齿轮,从而以所需的流量和压力传递流体。该大力引起材料从相关技术泵中的齿切断。这些切断的材料可能会分散在流体中,在液压系统中移动,并且损坏诸如O形圈和轴承等重要操作组件。因此,整个泵系统可能会出现故障,并且可能会中断泵的操作。泵的操作的该故障和中断可能会引起修理泵的较长停机时间。
[0065] 然而,在泵10的示例性实施方案中,当齿52、72在接触区域78中形成密封时,泵10的齿轮50、70不会以任何明显的程度机械地驱动另一齿轮。实际上,齿轮50、70被独立地旋转地驱动,以使得齿轮齿52、72不会抵靠彼此研磨。也就是说,齿轮50、70被同步地驱动,以提供接触但不抵靠彼此研磨。具体地说,齿轮50、70的旋转以合适的旋转速率同步化,以使得齿轮50的齿以充分大的力在接触区域78中接触第二齿轮70的齿以提供强大的密封,即从出口端口侧经由接触区域78至入口端口侧的流体泄漏被大大地消除。然而,与上面所讨论的驱动器驱动式构造不同,两个齿轮之间的接触力不足以使得一个齿轮以任何明显的程度机械地驱动另一个齿轮。马达41、61的精确控制将确保在操作期间,齿轮位置相对于彼此保持同步。因此,有效地避免由常见齿轮泵中的切断的材料引起的上述问题。
[0066] 在一些实施方案中,齿轮50、70的旋转至少99%同步化,而100%同步化表示齿轮50、70二者以相同的rpm旋转。然而,同步百分数可以变化,前提是利用两个齿轮50、70的齿轮齿之间的接触提供强大的密封。在示例性实施方案中,基于齿轮齿52与齿轮齿72之间的间隙关系,同步化速率可能在95.0%至100%的范围内。在其它示例性实施方案中,基于齿轮齿52与齿轮齿72之间的间隙关系,同步化速率在99.0%至100%的范围内;并且在其它示例性实施方案中,基于齿轮齿52与齿轮齿72之间的间隙关系,同步化速率在99.5%至100%的范围内。同样,马达41、61的精确控制将确保在操作期间,齿轮位置相对于彼此保持同步。
通过适当地同步齿轮50、70,齿轮齿52、72可以提供强大密封,例如回流率或泄露率具有在
5%或更小的范围内的滑动系数。例如,对于约120华氏度下的典型液压流体,如果泵压力在
3000psi至5000psi的范围内,则滑动系数可能是5%或更小;如果泵压力在2000psi至
3000psi的范围内,则滑动系数可能是3%或更小;如果泵压力在1000psi至2000psi的范围内,则滑动系数可能是2%或更小;并且如果泵压力最大范围为1000psi,则滑动系数可能是
1%或更小。在一些示例性实施方案中,通过适当地同步马达41、61将齿轮50、70同步。多个马达的同步化在相关技术中是公知的,因此这里省略详细解释。
[0067] 在示例性实施方案中,齿轮50、70的同步在齿轮50的齿与齿轮70的齿之间提供单侧接触。图5A示出图示接触区域78中的两个齿轮50、70之间的该单侧接触的截面视图。出于说明性目的,齿轮50顺时针74旋转地驱动,并且齿轮70独立于齿轮50逆时针76旋转地驱动。另外,齿轮70被旋转地驱动快于齿轮50几分之一秒,例如0.01秒/转。齿轮50与齿轮70之间的该旋转速度差促成两个齿轮50、70之间的单面接触,这在两个齿轮50、70的齿轮齿之间提供强大密封,以如上所述在入口端口与出口端口之间进行密封。因此,如图5A中所示,齿轮
70上的齿142在接触点152处接触齿轮50上的齿144。如果齿轮齿的面向旋转方向74、76的面被定义成正面(F),则齿142的正面(F)在接触点152处接触齿144的背面(R)。然而,齿轮齿尺寸是如此,以至于齿144的正面(F)不与齿146的背面(R)接触(即,隔开),所述齿146是与齿轮70上的齿142相邻的齿。因此,对齿轮齿52、72进行设计,以使得随着齿轮50、70被驱动接触区域78中存在单面接触。随着齿轮142和齿轮144当齿轮50、70旋转时从接触区域78移动离开,形成在齿142与144之间的单面接触逐渐消失。因为两个齿轮50、70之间存在旋转速度差,所以该单面接触间歇地形成在齿轮50上的齿与齿轮70上的齿之间。然而,因为随着齿轮
50、70旋转,相应齿轮上的接下来的两个齿轮形成下一个单面接触,以使得始终存在接触,并且接触区域78中的回流路径保持充分密封。也就是说,单面接触在端口22与端口24之间提供密封,以使得防止(或大致上防止)从泵入口携带至泵出口的流体经由接触区域78回流至泵入口。
[0068] 在图5A中,齿142与齿144之间的单面接触被示出成在特定点即接触点152处。然而,在示例性实施方案中,齿轮齿之间的单面接触并不限于特定点处的接触。例如,单面接触可能发生在多个点处,或者沿齿142与齿144之间的接触线。举另外一例来说,单面接触可能发生在两个齿轮齿的表面区域之间。因此,在单面接触期间,当齿142的表面上的区域与齿144的表面上的区域接触时可能会形成密封区域。每一齿轮50、70的齿轮齿52、72可以被配置以具有齿廓线(或曲率),以在两个齿轮齿之间实现单面接触。以此方式,本公开中单面接触可能发生在一个或多个点处、沿接触线或在表面区域上方。因此,上面所讨论的接触点152可以被提供作为接触的一个位置(或多个位置),且并不限于单个接触点。
[0069] 在一些示例性实施方案中,相应齿轮50、70的齿被设计以便不会在接触区域78中的齿之间困住过大流体压力。如图5A中所图示,流体160可能会困在齿142、144、146之间。虽然困住的流体160在泵入口与泵出口之间提供密封效果,但是过大压力可能会随着齿轮50、70旋转而积累。在优选实施方案中,齿轮齿廓线是如此,以使得小的间隙(或缝隙)154提供在齿轮齿144、146之间以释放加压流体。此种设计在保持密封效果的同时确保不会聚集过压。当然,接触的点、线或区域并不限于一个齿面的接触另一齿面的侧面的侧面。根据流体驱替构件的类型,同步化接触可能在第一流体驱替构件上的至少一个突出部分(例如,凸起、伸长部分、鼓包、突出部、其它类似结构或以上的组合)的任何表面与第二流体驱替构件上的至少一个突出部分(例如,凸起、伸长部分、鼓包、突出部、其它类似结构或以上的组合)或凹入部分(例如,空腔、凹陷、空穴或类似结构)的任何表面之间。在一些实施方案中,流体驱替构件中的至少一个可能由弹性材料制成或包括弹性材料,例如,橡胶、弹性体材料或另一弹性材料,以使得接触力提供更为可靠的密封区域。
[0070] 在上面讨论的示例性实施方案中,包括电动马达41、61和齿轮50、70的两个流体驱动器40、60被整合到单个泵壳体20中。本公开的外齿轮泵10的该新颖构造促成提供各种优点的紧凑设计。首先,当与常见齿轮泵进行比较时,通过将必要组件整合到单个泵壳体中,上面所讨论的齿轮泵实施方案所占用的空间或轨迹被显著缩小。除此以外,也可以通过以下方式减轻泵系统的总体重量:移除诸如将马达连接至泵的轴的不必要部件以及用于马达/齿轮驱动器的单独配件。另外,因为本公开的泵10具有紧凑和模块化设计,所以其可以容易地安装,甚至可以安装在无法安装常见齿轮泵的位置处,并且可以容易替换。
[0071] 除此以外,新颖的平衡板构造提供各种额外优点。首先,齿轮泵的设计被简化。通过将突出部分45以及凹口53并入泵设计中消除了对分开提供的轴承座的需要。也可以消除对设置在每一轴承座与对应封盖之间的密封件和/或O形圈。因为齿轮泵中采用了较少数量的密封件和/或O形圈,所以在这些密封件和/或O形圈出现故障的情况下发生泄漏的可能性降低。另外,每一端板80、82的刚度增加,因为突出部分45是相应平衡板80、82的一部分或者整体地附接至相应平衡板80、82,因此泵10不太容易受到在泵送操作期间施加的例如弯曲载荷的载荷影响,并且泵10的结构稳定性(或结构持久性)增加。
[0072] 在本公开的一些示例性实施方案中,泵包括固定地附接至泵以便形成一个整体单元的流体存储装置。例如,图6示出具有泵10'和存储装置170的流体递送系统的示例性实施方案的侧截面视图。如在图6中看出,泵10'的布置与泵10的布置类似,不同之处在于包括具有相应贯通通道184和194的溢流型轴42'、62',而不是轴42、62。因此,为了简洁起见,省略了对泵10'的详细描述,除非有必要描述本实施方案。在图6的实施方案中,轴42'、62'中的每一个是溢流型轴,其中每一轴具有轴向延伸穿过轴42'、62'的主体的贯通通道。每一轴的一端与连接至端口22、24中的一个的管道的平衡板82中的开口连接。例如,图6A是侧截面视图,图示延伸通过平衡板82的管道182。管道182的一个开口接收溢流型轴42'的一端,而管道182的另一端通往泵10'的端口22。每一溢流型轴42'、62'的另一端经由平衡板80中的相应开口延伸到流体腔室172中。类似于泵10,溢流型轴42'、62'固定地连接至壳体20中的相应开口。例如,溢流型轴42'、62'可以附接至平衡板80中的管道开口(例如,用于管道182和192的开口)和平衡板82中的开口以便连接至存储装置170。溢流型轴42'、62'可以通过螺纹配件、按压配合、过盈配合、钎焊、焊接、以上的任何适当组合或通过其它公知方式进行附接。
[0073] 如图6和图6A中所示,存储装置170可以安装至例如平衡板80上的泵10',以形成一个整体单元。存储装置170可以存储将由泵10'泵送的流体,并且供应执行命令的操作所需要的流体。在一些实施方案中,泵10'中的存储装置170是存储用于系统的流体的加压容器。在所述实施方案中,存储装置170被加压至适合于系统的指定的压力。如图6中所示,存储装置170包括容器外壳188、流体腔室172、气体腔室174、分隔元件(或活塞)176和封盖178。气体腔室174通过分隔元件176与流体腔室172分开。一个或多个密封元件(未示出)可以与分隔元件176一起提供,以防止两个腔室172、174之间的泄漏。充电端口180提供在封盖178的中心处,以使得可以通过经由充气端口180充例如氮气的气体而对存储装置170进行气体加压。当然,充电端口180可以定位在存储装置170上的任何适当位置处。封盖178可以利用多个螺栓190或其它合适的装置附接至容器外壳188。一个或多个密封件(未示出)可以提供在封盖178与容器外壳188之间,以防止气体的泄漏。
[0074] 在示例性实施方案中,如图6中所示,流体驱动器40的溢流型轴42'穿透平衡板80中的开口,并且进入加压容器的流体腔室172中。溢流型轴42'包括延伸穿过轴42'的内部的贯通通道184。贯通通道184具有通往流体腔室172的溢流型轴42'的末端的端口186,以使得穿过轴184与流体腔室172流体连通。在溢流型轴42'的另一端处,贯通通道184连接至延伸穿过平衡板82的流体通道182,并且连接至端口22或24(至端口22的连接在图6A中示出),以使得贯通通道184与端口22或端口24流体连通。以此方式,流体腔室172与泵10'的端口流体连通。
[0075] 在一些实施方案中,第二轴可能还包括贯通通道,所述贯通通道在泵的端口与流体存储装置之间提供流体连通。例如,溢流型轴62'还穿过端板80中的开口并且进入存储装置170的流体腔室172中。溢流型轴62'包括延伸穿过轴62'的内部的贯通通道194。贯通通道194具有通往流体腔室172的溢流型轴62的末端的端口196,以使得贯通通道194与流体腔室
172流体连通。在溢流型轴62的另一端处,贯通通道194连接至延伸穿过端板82的流体管道
192,并且连接至端口22或24(未示出),以使得贯通通道194与泵10'的端口流体连通。以此方式,流体腔室172与泵10'的端口流体连通。
[0076] 在图6中示出的示例性实施方案中,贯通通道184和贯通通道194共用共同的存储装置170。也就是说,流体经由贯通通道184、194提供至共同的存储装置170或从共同的存储装置170取出。在一些实施方案中,贯通通道184和194连接至泵的同一端口,例如连接至端口22或端口24。在这些实施方案中,存储装置170被配置以在例如闭合回路流体系统中的泵10'的适当端口处维持所需的压力。在其它实施方案中,通道184和194连接至泵10'的相对的开口。该布置在泵10'是双向的系统中可能是有利的。适当的(未示出)可以安装在任何类型的布置中,以防止泵10'的不利操作。例如,阀门(未示出)可以适当地操作,以防止在贯通通道184和194引向泵10'的不同端口的构造中,泵10'的入口与出口之间经由存储装置
170短路
[0077] 在示例性实施方案中,可以经由充气端口180使用气体腔室174中例如氮气的气体或一些其它合适的气体将存储装置170预加压至命令的压力。例如,存储装置170可以被预加压至流体系统所需要的最小压力的至少75%,并且在一些实施方案中,预加压至流体系统所需要的最小压力的至少85%。然而,在其它实施方案中,存储装置170的压力可能会基于流体系统的操作要求而改变。存储在存储装置170中的流体的量可以根据其中有泵10操作的流体系统的要求而改变。例如,如果系统包括诸如像液压缸等致动器,那么存储容器170可以容纳完全致动致动器所需要的流体量以及存储装置170所需要的最小能力。存储的流体的量还可以根据流体容积的改变,所述流体容积的改变是由于操作期间的流体温度变化以及由于流体递送系统将在其中操作的环境。
[0078] 随着经由封盖178上的充气端口180对存储装置170加压,施加在分隔元件176上的压力挤压流体腔室172中的任何液体。因此,加压流体被挤压通过贯通通道184和194,并且然后穿过端板82中的槽(例如,用于贯通通道194的槽192)进入泵10'的端口(或多个端口-取决于布置)中,直到存储装置170中的压力与泵10'的一个(多个)端口处的压力平衡。在操作期间,如果相关端口处的压力下降低于流体腔室172中的压力,那么来自存储装置170的加压流体被挤压至适当端口,直到压力平衡为止。相反地,如果相关端口处的压力高于流体腔室172的压力,那么来自端口的流体被经由贯通通道184和194挤压至流体腔室172。
[0079] 图7示出溢流型轴42'、62'的示例性实施方案的放大视图。贯通通道184、194从末端209延伸通过溢流型轴42'、62'至末端210,并且包括位于轴42'、62'的末端209(或靠近末端209)处的锥形部分(或收敛部分)204。末端209与存储装置170流体连通。锥形部分204从溢流型轴42'、62'的末端209(或靠近末端209)开始,并且部分地延伸到溢流型轴42'、62'的贯通通道184、194中,抵达点206。在一些实施方案中,锥形部分可能延伸贯通通道184、194的长度的5%至50%。在锥形部分204内,如在轴42'、62'的内侧上测量的贯通通道184、194的直径随着锥形部分延伸至溢流型轴42、62的末端206而减小。如图7中所示,锥形部分204在末端209处具有直径D1,所述直径D1在点206处减小至较小直径D2,并且直径的减小是如此以至于流体的流特征受到显著影响。在一些实施方案中,直径的减小是线性的。然而,贯通通道184、194的直径的减小不必是线性廓线的,并且可以遵循弯曲廓线、阶梯式廓线或一些其它所需的廓线。因此,在加压流体从存储装置170流动并且经由贯通通道184、194流向泵的端口的情况下,流体遭遇直径的减小(D1→D2),这为流体流提供阻力并且减缓加压流体从存储装置170至泵端口的排放。通过减缓流体从存储装置170的排放,存储装置170等温地或大致等温地工作。本领域公知的是,加压容器的近似等温膨胀/压缩,即加压容器中流体温度的有限变化,趋向于提高流体系统中加压容器的热稳定性和效率。因此,在该示例性实施方案中,如与一些其它示例性实施方案比较,锥形部分204促进加压流体从存储装置170的排放速度的降低,这有助于存储装置170的热稳定性和效率。
[0080] 随着加压流体从存储装置170流向泵10的端口,流体在点206处离开锥形部分204并且进入膨胀部分(或咽喉状部分)208,在该部分处贯通通道184、194的直径从直径D2膨胀至直径D3,如在制造容差内所测量,所述直径D3大于D2。在图7的实施方案中,存在从D2至D3的步进式膨胀。然而,不需要将膨胀廓线作为步骤来执行,并且只要膨胀相对快速地完成,则其它廓线也是可能的。然而,在一些实施方案中,根据诸如被泵送的流体和贯通通道184、194的长度等因素,如在制造容差内所测量,膨胀部分208在点206处的直径可能初步地等于直径D2,并且然后逐步膨胀至直径D3。贯通通道184、194的膨胀部分208用于稳定来自存储装置170的流体的流量。可能需要流量稳定,因为锥形部分204的直径的减小可能会诱发流体速度由于喷嘴效应(或文丘里效应)而增加,这可能会在流体中生成干扰。然而,在本公开的示例性实施方案中,随着流体离开锥形部分204,膨胀部分208减轻流体中由于喷嘴效应而出现的干扰。在一些实施方案中,如在制造容差内所测量,第三直径D3等于第一直径D1。
在本公开的示例性实施方案中,溢流型轴42'、62'的整体长度可以用于并入贯通通道184、
194的构造,以稳定流体流。
[0081] 稳定的流体在末端210处离开贯通通道184、194。末端210处的贯通通道184、194可以经由例如端板82中的槽(例如,用于贯通通道184的槽182-参见图6A)流体地连接至泵10的端口22或端口24。当然,流路径并不限于泵壳体内的槽,并且也可以使用其它装置。例如,端口210可以连接至外部管道和/或软管,所述外部管道和/或软管连接至泵10'的端口22或端口24。在一些实施方案中,末端210处的贯通通道184、194具有直径D4,所述直径D4小于膨胀部分208的第三直径D3。例如,直径D4可能等于直径D2,如在制造容差内所测量。在一些实施方案中,直径D1比直径D2大50%至75%,并且比直径D4大50%至75%。在一些实施方案中,直径D3比直径D2大50%至75%,并且比直径D4大50%至75%。
[0082] 流体通道的截面形状并不受限。例如,可以使用圆形的通道、矩形的通道或一些其它所需形状的通道。当然,贯通通道并不限于具有锥形部分和膨胀部分的构造,并且也可以使用包括具有沿贯通通道的长度的均匀截面面积的贯通通道的其它构造。因此,在不脱离本公开的范围的情况下,溢流型轴的贯通通道的构造可以变化。
[0083] 在以上实施方案中,溢流型轴42'、62'短距离穿透到流体腔室172中。然而,在其它实施方案中,溢流型轴42'、62'中的一个或两个可以被设置为使得末端与流体腔室172的壁齐平。在一些实施方案中,溢流型轴的末端可能在另一位置处结束,诸如像在平衡板80中,并且可以使用诸如像槽、软管或管道等合适的装置,以使得轴与流体腔室172流体连通。在这种情况下,溢流型轴42'、62'可以完全设置在平衡板80、82之间而不穿透到流体腔室172中。
[0084] 在以上实施方案中,存储装置170安装在壳体20的平衡板80上。然而,在其它实施方案中,存储装置170可以安装在壳体20的平衡板82上。在其它实施方案中,存储装置170可以设置成与泵10'隔开。在这种情况下,存储装置170可以经由连接媒体与泵10'流体连通,所述连接媒体例如软管、管子、管道或其它类似装置。
[0085] 在以上示例性实施方案中,两个轴42'、62'包括贯通通道构造。然而,在一些示例性实施方案中,轴中仅一个具有贯通通道构造。例如,图8示出外齿轮泵和存储装置系统的另一实施方案的侧截面视图。在该实施方案中,泵310大致上类似于上面所讨论的外齿轮泵10和10'的示例性实施方案。也就是说,流体驱动器340的操作和功能类似于流体驱动器40的操作和功能,并且流体驱动器360的操作和功能类似于流体驱动器60的操作和功能。另外,存储装置370的构造和功能类似于上面所讨论的存储装置170的构造和功能。因此,为了简洁起见,省略了对泵310和存储装置370的操作的详细描述,除非有必要描述本示例性实施方案。如图8中所示,与泵10'的轴42'不同,流体驱动器540的轴342不包括贯通通道,并且可能是例如如图所示的实心轴或者类似于上面所讨论的轴42。因此,流体驱动器360中仅轴
362包括贯通通道394。贯通通道394容许流体腔室372与泵310的端口之间经由槽392的流体连通。本领域技术人员将认识到,贯通通道394和槽392执行与上面所讨论的贯通通道194和槽192类似的功能。因此,为了简洁起见,省略了对贯通通道394和槽392及其在泵310内的功能的详细描述。
[0086] 虽然以上示例性实施方案图示仅一个存储装置,但是本公开的示例性实施方案并不限于一个存储装置,并且可能具有一个以上存储装置。例如,在图9中示出的示例性实施方案中,存储装置770可以安装至泵710,例如安装在平衡板782上。存储装置770可以存储将由泵710泵送的流体,并且供应执行命令的操作所需要的流体。除此以外,另一存储装置870也可以安装在泵710上,例如安装在平衡板780上。本领域技术人员将理解,存储装置770和870的构造和功能类似于存储装置170的构造和功能。因此,为了简洁起见,省略了对存储装置770和870的详细描述,除非有必要解释本示例性实施方案。
[0087] 如在图9中看出,马达741包括轴742。轴742包括贯通通道784。贯通通道784具有设置在流体腔室772中的端口786,以使得贯通通道784与流体腔室772流体连通。贯通通道784的另一端经由槽782与泵710的端口流体连通。本领域技术人员将理解,贯通通道784和槽782执行与上面所讨论的贯通通道184和槽182类似的构造和功能。因此,为了简洁起见,省略了对贯通通道784及其在泵710内的特征和功能的详细描述。
[0088] 泵710还包括马达761,所述马达761包括轴762。轴762包括贯通通道794。贯通通道794具有设置在流体腔室872中的端口796,以使得贯通通道794与流体腔室872流体连通。贯通通道794的另一端经由槽792与泵710的端口流体连通。本领域技术人员将理解,贯通通道
794和槽792与上面所讨论的贯通通道194和槽192类似。因此,为了简洁起见,省略了对贯通通道794及其在泵710内的特征和功能的详细描述。
[0089] 槽782和792可以分别连接至泵的相同端口或不同端口。在某些情形下,至相同端口的连接可能是有利的。例如,如果因为任何原因一个大型存储装置是不实用的,那么可能能够对如图9中所图示安装在泵的相对侧上的两个较小存储装置之间的存储能力进行分离。可选地,在某些情形下,将每一存储装置770和870连接至泵710的不同端口也可能是有利的。例如,在以下情形和情况下用于每一端口的专用存储装置可能是有利的:泵是双向的,并且泵的入口和泵的出口经历需要得到平稳的压力尖峰,或者经历可以使用存储装置减轻或消除的一些其它流或压力干扰。当然,槽782和792中的每一个可以连接至泵710的两个端口,以使得存储装置770和870中的每一个可以被配置以使用适当阀门(未示出)与所需的端口连通。在这种情况下,将无需对阀门进行适当操作以防止不利的泵操作。
[0090] 在图9中示出的示例性实施方案中,存储装置770、870固定地安装至泵710的壳体。然而,在其它实施方案中,存储装置770、870中的一个或两个可以设置成与泵710隔开。在这种情况下,一个或多个存储装置可以经由连接媒体与泵710流体连通,所述连接媒体例如软管、管子、管道或其它类似装置。
[0091] 虽然以上实施方案是相关于具有齿轮齿的正齿轮的外齿轮泵设计进行描述,但是应理解的是,本领域技术人员将容易地认识到,下面相关于具有两个流体驱动器的电动马达驱动式外齿轮泵所描述的概念、功能和特征可以容易地适应用于具有其它齿轮设计(螺旋齿轮、人字齿轮或可以被适应用于驱动流体的其它齿轮齿设计)的外齿轮泵;用于除电动马达以外的原动机,例如液压马达或其它流体驱动的马达,或可以驱动流体驱替构件的其它类似装置;以及用于除具有齿轮齿的齿轮以外的流体驱替构件,例如,具有突出部分(例如,凸起、伸长部分、鼓包、突出部、其它类似结构或以上的组合)的轮毂(例如,圆盘、圆筒或其它类似组件),具有凹入部分(例如,空腔、凹陷、空穴、或类似结构)的轮毂(例如,圆盘、圆筒或其它类似组件),具有瓣轮的齿轮主体,或者当被驱动时可以驱替流体的其它类似结构。因此,为了简洁起见,省略了各种泵设计的详细描述。另外,虽然以上实施方案具有带有外齿轮设计的流体驱替构件,但是本领域技术人员将认识到,根据流体驱替构件的类型,同步化接触并不限于侧面对侧面接触,并且可能在一个流体驱替构件上的至少一个突出部分(例如,凸起、伸长部分、鼓包、突出部、其它类似结构或以上的组合)的任何表面与另一流体驱替构件上的至少一个突出部分(例如,凸起、伸长部分、鼓包、突出部、其它类似结构或以上的组合)或凹入部分(例如,空腔、凹陷、空穴或类似结构)的任何表面之间。
[0092] 例如以上实施方案中的齿轮的流体驱替构件可能完全由金属材料或非金属材料中的任何一个制成。金属材料可能包括但不限于:钢、不锈钢、阳极化铝、铝、钛、镁、黄铜及其相应的合金。非金属材料可能包括但不限于:陶瓷、塑料、复合材料、碳纤维和纳米复合材料。金属材料可以用于要求鲁棒性以承受例如高压的泵。然而,对于将在低压应用中使用的泵,可以使用非金属材料。在一些实施方案中,流体驱替构件可能由例如橡胶、弹性体材料等的弹性材料制成,以例如进一步增强密封区域。
[0093] 可选地,例如以上实施方案中的齿轮的流体驱替构件可能完全由不同材料的组合制成。例如,主体可能由铝制成,并且与另一流体驱替构件接触的部分,例如以上示例性实施方案中的齿轮齿,对于要求鲁棒性以承受高压的泵可能由钢制成,对于用于低压应用的泵可能由塑料制成,由弹性体材料或基于应用的类型由另一适当材料制成。
[0094] 本公开的示例性泵可以泵送多种流体。例如,泵可以被设计以泵送液压流体、发动机油、原油、血液、药水(糖浆)、油漆、墨水、树脂粘合剂、熔融的热塑性塑料、沥青、糖蜜、熔融的巧克力、水、丙、苯、甲醇或另一流体。如通过可以泵送的流体的类型看出,泵的示例性实施方案可以在多种应用中使用,所述应用诸如重型工业机器、化学工业、食品工业、医药工业、商业应用、住宅应用或使用泵的其它行业。以下因素将在泵设计中起作用:诸如流体的粘度、应用所需要的压力和流量、流体驱替构件的设计、马达的大小和功率、物理空间考量、泵的重量或影响泵设计的其它因素。可以预期,根据应用的类型,与上面所讨论的实施方案相一致的泵可能具有在例如1rpm至5000rpm的一般范围内的操作范围。当然,该范围并不限于此,并且其它范围也是可能的。
[0095] 可以通过将以下因素纳入考虑来确定泵操作速度:诸如流体的粘度、原动机能力(例如,电动马达、液压马达或其它流体驱动式马达、内燃机、气体或其它类型的发动机或者可以驱动流体驱替构件的其它类似装置的能力)、流体驱替构件尺寸(例如,齿轮、具有突出部分的轮毂、具有凹入部分的轮毂或者当驱动时可以驱替流体的其它类似结构的尺寸)、所需的流率、所需的操作压力和泵轴承载荷。在示例性实施方案中,例如设计典型工业液压系统应用的应用,泵的操作速度可能是例如在300rpm至900rpm的范围内。除此以外,还可以根据泵的预期目的选择操作范围。例如,在以上液压泵实例中,可以选择被设计成在1rpm至300rpm的范围内操作的泵作为提供液压系统中所需要的补充流量的备用泵。可以选择被设计成在300rpm至600rpm的范围内操作的泵用于液压系统中的连续操作,同时可以选择被设计成在600rpm至900rpm的范围内操作的泵用于高峰流量操作。当然,可以设计单个通用泵以提供全部三种类型的操作。
[0096] 示例性实施方案的应用可能包括但不限于:正面吊运机、轮胎式装载机、铲车、采矿、空中作业平台、废物处理、农业、卡车起重机、建筑工程、林业和修配间工业。对于被归类为小规模工业的应用,上面所讨论的泵的示例性实施方案可以从2cm3/转(立方厘米每转)移位至150cm3/转,其中压力在例如1500psi至3000psi的范围内。这些泵中的流体间隙,即齿轮齿与齿轮外壳之间用于定义效率和滑动系数的容差,可能在例如+0.00mm至0.05mm的范围内。对于被归类为中等规模行业的应用,上面所讨论的泵的示例性实施方案可以从150cm3/转移位至300cm3/转,其中压力在例如3000psi至5000psi的范围内,且流体间隙在+
0.00mm至0.07mm的范围内。对于被归类为重型工业的应用,上面所讨论的泵的示例性实施
3 3
方案可以从300cm/转移位至600cm/转,其中压力在例如3000psi至12,000psi的范围内,且流体间隙在+0.00mm至0.0125mm的范围内。
[0097] 除此以外,流体驱替构件的齿轮可以根据泵的应用而变化。例如,在工业应用中当齿轮被用作流体驱替构件时,齿轮的圆形节距可能在不到1mm(例如,尼龙的纳米复合材料)至几米宽的范围内。齿轮的厚度将取决于应用所需要的压力和流量。
[0098] 在一些实施方案中,旋转流体驱替构件(例如,一对齿轮)的原动机(例如,马达)的速度可以改变以控制来自泵的流。除此以外,在一些实施方案中,例如马达的原动机的转矩可以改变以控制泵的输出压力。
[0099] 虽然已经相关于某些实施方案公开本发明,但是在不脱离如所附权利要求中所定义的本发明的领域和范围的情况下,可以对所描述的实施方案做出众多修改、改变和变更。因此,预期的是本发明并不限于所描述的实施方案,而是其具有由以下权利要求及其等效形式的语言所定义的完整范围。
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