专利名称：可变容量的回转泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种回转泵(gerotor pump)。更具体而言，本发明涉及一种具有内转子与外转子的类型的回转(生成转子)泵，该内转子带有给定个数的叶片，该外转子带有的叶片个数比内转子带有的个数多一个，其中所述泵的体积容量在操作中是能够变化的。
背景技术：
回转泵——其属于具有带给定个数的叶片的内转子与带有的叶瓣个数比该内转子的叶瓣个数多一个的外转子的类型——已为人们熟知，且包括、但不限于余摆线型设计、摆线型设计、双IC型设计、同心双转子型设计、parachoid型设计以及其它设计的转子组件。回转泵用于诸如汽车的发动机与变速器油泵以及电驱动汽油泵之类的各种应用中。虽然回转泵应用广泛并提供很好的价格/性能特征，但在诸如用于内燃机的油泵中之类的很多应用中，回转泵存在的缺点在于不容易改变其体积容量。因而，为了在这样的应用中获得平衡操作压力，回转泵通常具有减压阀以限制从泵供应的工作流体的压力。
虽然这种减压阀可以使得回转泵系统获得平衡压力，但无法改变该泵的体积容量，因而，即使在达到平衡压力之后泵所消耗的能量还是随着泵操作速度而继续增加。因此，当减压阀分流泵产生的过量流体时，来自发动机的能量被浪费。
Schneider的已公开的PCT专利申请WO 2004/057191教导了一种可变体积的回转泵，其中能够旋转的调节环具有偏心地安装在其中的泵转子组件的外转子。通过相对于进口与出口转动该调节环，能够改变泵的体积容量。虽然Schneider参考文件教导了一种可变体积容量的回转泵，但Schneider机构复杂，需要很多个零件，因而增加了泵的成本，而且泵径向尺寸很大，这妨碍其在很多情况下的应用。
Child的美国专利No.4,887,956教导了另一种可变体积容量的回转泵，在这种泵中，内转子与轴向邻接的外转子对啮合。通过改变所述两个外转子的对齐情况，能够改变所述泵的体积容量。
Hodge的已公开的PCT专利申请WO 93/21443教导了与Child教导的泵略微不同的另一种可变体积的回转泵。在Hodge的泵中，两个轴向相邻的内转子在单个外转子中转动。通过改变所述两个内转子的对齐情况能够改变泵的体积容量。
虽然Child与Hodage教导了可变容量的回转泵，但与用于改变容量的控制结构相同地，所得到的泵也非常复杂。此外，每个泵的控制轴上的扭矩相对转动角而言是非线性的，这使得很难建立平衡操作压力。
Hill的美国专利2,484,789以及后续的类似专利提供用于可变容量的回转泵的各种设计，其中内转子相对外转子轴向运动，或反之亦然，体积容量依赖于两个转子之间的重叠量。这些设计的主要缺点在于在转子对的每个端部处的密封板成形为与转子齿反向啮合并且其与转子一起转动。因而，必须使用例如位于密封板与配水系统之一中的一系列孔或者外转子上的径向孔之类的复杂路线来向转子供应泵输入流并且接收来自转子的泵输出流。任何这样的方法都有可能限制输入流并导致早期气蚀，这可能是为什么这种泵设计不通用的一个原因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的可变容量回转泵，该回转泵消除或者减轻现有技术中的至少一个缺点。
根据本发明的第一方面，提供一种可变容量的回转泵，包括包括壳体与盖的泵体，所述壳体与盖限定泵室、泵进口以及泵出口；内转子；能够转动地位于所述泵体内的外转子，所述内转子位于所述外转子内，并且所述内转子的叶片与所述外转子的叶片在完全接合时于其之间没有死容积；传动轴，所述传动轴接合所述内转子以当所述传动轴转动时转动所述内转子与所述外转子，所述内转子能够沿所述传动轴轴向移位以改变泵的体积容量；不转动的密封表面，所述密封表面作用于所述内转子与所述外转子和所述泵体之间，以当所述传动轴转动时在所述泵出口处产生高压区并在所述泵进口处产生低压区；以及将所述内转子偏压到与所述外转子对齐的位置处的复位弹簧。
本发明提供一种可变容量的回转泵，其包括相对于所述外转子能够轴向移位以改变泵的体积容量的内转子。当所述内转子轴向移位时，主动活塞抵接所述内转子的下表面并且能够置于所述外转子中，以提供所述内转子的下表面相对于所述外转子的必要密封。复位弹簧作用在其上的从动活塞抵接所述内转子的上表面，以提供所述内转子的上表面相对于所述外转子的必要密封。被供有加压工作流体的控制室或另一种控制机构产生一个力以抵抗所述复位弹簧的力、从而移动所述内转子而减小所述泵的体积容量。所述回转泵可以使用余摆线型设计、摆线型设计、双IC型设计、同心双转子型设计、parachoid型设计以及其它类型设计的转子组件。
因为该泵径向紧凑并且相对一些现有技术的可变容量的回转泵其使用更少且更简单的零件，而且具有基本线性的输出响应，从而可以在减小的体积流速下有效地建立平衡操作压力，所以相对现有技术的可变容量的回转泵而言，认为根据本发明的回转泵可以提供特别的优点。此外，在一个实施方式中，根据本发明的回转泵能够选择性地在两个或多个平衡操作点之中的一个平衡操作点操作。非转动密封板——本文指主动活塞与从动活塞——与现有技术不同，允许使用常规进口与出口，从而避免在高速时气蚀现象的危害。
现在参照附图、仅通过示例方式来描述本发明的优选实施方式，其中图1示出根据本发明的可变容量的回转泵的分解侧视图；图2示出图1中泵的泵壳体与泵盖的内部的立体图；图3a与3b示出图1中的泵在减小容量配置时其泵转子组件的立体图；图4a与4b示出图1中的泵在最大容量配置时其泵转子组件的立体图；图5a与5b分别示出在最大容量配置与最小容量配置时贯穿图1中的泵的侧截面图；图6示出图1中的组装好的泵的侧视图；
图7示出沿图6中的线7-7截取的截面图；图8示出沿图6中的线8-8截取的截面图；并且图9a与9b分别示出具有死容积的转子组件设计与不具有死容积的转子组件设计。
具体实施例方式
根据本发明的具有可变体积容量的回转泵在图1中总体用20标出。如图1到图4b所示，泵20包括由壳体24由泵盖28形成的泵体，所述泵盖28与壳体24通过未示出的、延伸穿过盖28而进入壳体24内的螺纹孔中的螺钉互相配合在一起。当壳体24与盖28配合时，它们限定一泵室32，主动活塞36、包括外转子44与内转子48的转子组件40、从动活塞52以及弹簧56位于该泵室内。
如本领域的普通技术人员所知道的，回转泵是带有转子组件的正排量泵，该转子组件包括内转子与外转子，内转子具有的叶片个数为“n”，外转子具有的叶片个数为n+1。内转子在外转子内绕相对于外转子轴线偏心定位的轴线转动，因而内转子转动时，外转子也随着转动。
回转泵中的gerotor是“Generated ROTOR”的简称，因为转子中的一个通过另一个的形状而形成或生成。回转泵能够使用各种各样的转子组件设计，包括余摆线型设计、摆线型设计、双IC型设计、同心双转子型设计、parachoid型设计以及其它设计。
传动轴60穿过壳体24中的中央孔62并延伸穿过主动活塞36、内转子48、从动活塞52、复位弹簧56以及盖28。带有止推垫圈68的螺栓64接合传动轴60端部的螺纹孔，以在组装泵20时使传动轴60保持就位。
如在图2中清楚示出的，壳体24与盖28每个分别包括轴颈支撑表面80与84，所述支撑表面80与84容许传动轴60转动。传动轴60包括接合内转子48的传动销88，以确保内转子48、从而是外转子44与传动轴60一起转动。传动销88置于内转子48内的槽中，这样使得内转子48能够如下所述地沿着传动轴60轴向运动，同时确保内转子48与传动轴60一起转动。
主动活塞36通过一个置于位于主动活塞36与壳体24内的槽中的防转动销92接合壳体24，以防止主动活塞36在壳体24中转动。从动活塞52以相似的方式通过置于位于从动活塞52与盖28内的槽中的防转动销96接合盖28，以防止从动活塞52在盖28中转动。
泵盖28包括泵进口100，待抽吸的工作流体通过该泵进口100引入泵室32内；泵壳体24包括泵出口104，由泵20加压的工作流体从该泵出口104排出壳体24。
传动轴60、从动活塞52、复位弹簧56、外转子44、内转子48以及主动活塞36的泵转子组件在图3a与3b中以减小容量配置示出，并在图4a与4b中以最大容量配置示出。
如举例说明并在图5a与5b中能清楚看出的，外转子44相对于传动轴60的轴向位置固定，但内转子48能够沿着传动轴60轴向运动以改变泵20的体积容量。具体而言，外转子44通过壳体24与盖28沿轴向保持就位，而内转子48能够沿着传动销88与传动轴60在图5a所示的最大容量位置与图5b所示的最小容量位置之间轴向运动。
在图5a所示的最大容量位置时，内转子48像在公知回转泵中一样与外转子44位于同一轴平面上，限定于内转子48的叶片与外转子44的叶片之间的泵室的体积当转子组件40被传动轴60转动时在最大体积与最小体积之间变化，泵20的最大体积容量与该变化成正比。
在图5b所示的最小容量位置时，内转子48轴向伸出外转子44大约三分之二。尽管在这种配置中为转子组件40提供必要密封的方式将在下文描述，但现在本领域普通技术人员可以明白的是，限定于内转子48的叶片与外转子44的叶片之间的泵室的最大体积是图5a中示出的配置中的泵室最大体积的大约三分之一。因此，泵室现在被减少的、最大体积与最小体积之间的体积变化减小为图5a中的最大容量配置时的变化的大约三分之一，因而，在图5b的配置中的泵20的体积容量大约为图5a中获得的最大容量的大约三分之一。
虽然没有示出，但本领域普通技术人员现在应该明白的是，可根据需要在图5a与5b中示出的那些位置之间于内转子48的任何中间轴向位置处操作泵20，以获得位于图中示出的最大容量与最小容量之间的任何预期体积容量，从而获得预期的体积输出和/或平衡操作压力。
虽然在示出的实施方式中，泵20的体积容量可从全容量变化到为最大容量大约三分之一的最小容量，但本发明并不限于最小容量为最大容量的三分之一。事实上，泵20等能够被构造为提供接近零体积容量的、更小的最小容量，该最小容量仅受需要防止内转子48从外转子44上完全脱离的限制。如本领域普通技术人员会明白的，由于只能接近零体积容量，所以在诸如冷启动之类的某些情况下，可能仍然需要在泵所供应的发动机或其它系统中设置过压安全阀或其它机构以防止过大的压力。
已知的是，限定于内转子48与外转子44的叶片之间的泵室必须密封，以基本防止工作流体流出该室——除了进入泵室32的高压区域之外。传统上，当回转泵的内转子与外转子仅在同一轴平面中操作时，通过与转子组件的上表面及下表面抵接的泵壳体中的上加工面及下加工面获得必要的密封。
与此相反，为了实现泵20的泵室的必要密封，主动活塞36抵接内转子48的下表面，并当内转子48相对于外转子44的平面发生轴向移位时延伸入外转子44，从而在内转子48的下表面处提供内转子48与外转子44之间的必要密封。
图4b与7清楚地示出主动活塞36的密封功能。如在图7中示出的，主动活塞36包括大体为圆筒形的表面，其径向中心与外转子44的中心分开，使得主动活塞36的外表面在位置200处抵接并密封外转子44的叶片末端。主动活塞36还包括在图4b中清楚示出的密封区204，该密封区204在位置208处密封外转子44的叶片末端。
如在图8中示出的，盖28包括内表面，内转子48的叶片末端在212与216处密封地抵接所述的内表面，从动活塞52包括一对径向相对的区218(还在图1与3a中示出)，内转子48的叶片的上表面密封地抵接所述区218，这些密封接合将转子组件40的低压力侧220与高压力侧224隔开。
而且能够明白的是，除了以上描述的密封特征外，外转子44与内转子48的叶片的设计形状必须仔细选择以提供必要密封。具体来说，外转子44的叶片的形状设计应该被设计为当内转子48的叶片充分接合到位于外转子44相邻叶片之间的根部内时，所述根部内没有死容积。图9a示出带有以阴影线标出的死容积250的转子组件，图9b示出不带死容积的相似设计。现有技术的转子设计中经常提供这种死容积以提供一个体积，声称在该体积内能够安全地容纳少量碎屑以避免碎屑在转子叶片之间被磨碎而对转子叶片造成损害。
当内转子48沿传动轴60从图4a、4b及5a中示出的最大容量位置朝着图3a、3b及5b中示出的最小容量位置轴向运动时，主动活塞36延伸入外转子44以在内转子48的下表面处保持住内转子48与外转子44之间的密封。类似地，当内转子48朝着最小容量配置运动时，从动活塞52通过复位弹簧56偏压抵靠内转子48的上表面，以在内转子48的上表面处维持与外转子44的密封。
在最大容量配置中，内转子48的叶片末端以常规方式抵接外转子44的叶片，而当内转子48朝着最小容量配置轴向运动时，内转子48叶片的一部分继续抵接外转子44的叶片，而内转子48的叶片的其余部分抵接盖28中的区212与216。通过这种方式，在泵20的容量变化时保持内转子48与外转子44之间的密封。
在示出的实施方式中，为了改变泵20的体积容量，在传动轴60与主动活塞36之间形成控制室240(在图5a与5b中清楚示出)。一供应孔(未示出)延伸穿过主动活塞36以把控制室240与泵20的高压侧220连接在一起。操作中，当工作流体由泵20加压时，加压工作流体通过所述供应孔供应至控制室240，并且工作流体的压力在内转子48上产生一个轴向力，该轴向力抵抗由复位弹簧56借助从动活塞52施加在内转子48上的偏压力。如果在控制室240内产生的力超过复位弹簧56的偏压力，则内转子48将从最大容量配置向减小的容量配置运动。如果泵20在减小的容量配置下操作、且在控制室240内产生的力小于复位弹簧56的偏压力，则内转子48将从减小的容量配置向最大容量配置运动。如本领域普通技术人员明白的，通过合适选择控制室240的面积和复位弹簧56的弹簧力，可以按需改变泵20的体积容量以建立平衡操作压力。
还可以预期的是，控制室240可供应以加压工作流体，所述加压工作流体从其它来源(诸如由泵20正在对其进行供应的装置的工作流体流道)经由从传动轴60一端延伸的轴向孔以及将该轴向孔连接至控制室240的径向馈入孔而供应。或者，可以省去控制室240而借助螺线管或其它电驱动机构或机械驱动机构来轴向地移动主动活塞36。
还可以预期的是，可以在传动轴60与主动活塞36之间设置至少一个第二控制室(未示出)。在这种情况下，控制室240可以如上所述地供应以加压工作流体，第二控制室可以选择性地通过上述轴向孔与贯穿传动轴60的馈入孔供应以加压工作流体。控制室240与第二控制室中每个都在内转子48上产生轴向力，所述轴向力叠加以抵抗复位弹簧56的偏压力。可以明白的是，在这种配置中，通过阻止向第二控制室供应加压流体、从而使得只有控制室240向内转子48施加轴向力，则能够在第一平衡操作点操作泵20；通过使加压工作流体供应至第二控制室、从而使得控制室240与第二控制室都向内转子48施加轴向力，则能够在第二平衡操作点操作泵20。
进一步可预期的是，如果需要的话，控制室240或者第二控制室可以在主动活塞36与壳体24之间形成。
因为相对于某些现有技术的可变容量的回转泵而言，该泵径向紧凑，并且其使用更少且更简单的零件，所以相对于现有技术的可变容量的回转泵而言，认为根据本发明的泵可以提供特别的优点。此外，在一个实施方式中，根据本发明的泵能够选择性地在两个或多个平衡操作点之中的一个平衡操作点操作。
本发明的上述实施方式旨在对本发明进行示例，而且本领域的普通技术人员在不脱离仅由所附权利要求书限定的本发明范围的情况下可以对其做出改变和改型。
权利要求
1.一种可变容量的回转泵，包括包括壳体与盖的泵体，所述泵体限定泵室、泵进口以及泵出口；内转子；能够转动地位于所述泵体内的外转子，所述内转子位于所述外转子内，并且所述内转子的叶片与所述外转子的叶片接合，所述外转子绕与所述内转子的转动轴线偏离的轴线转动；传动轴，所述传动轴接合所述内转子以在所述传动轴转动时转动所述内转子与所述外转子，所述内转子能够沿所述传动轴轴向移位以改变泵的体积容量；不转动的密封表面，所述不转动的密封表面作用于所述内转子和所述外转子与所述泵体之间，以当所述传动轴转动时在所述泵出口处产生高压区并在所述泵进口处产生低压区；以及将所述内转子偏压到与所述外转子轴向对齐的位置处的复位弹簧。
2.如权利要求1所述的可变容量的回转泵，其中所述不转动的密封表面包括主动活塞，所述主动活塞抵接所述内转子的与所述复位弹簧相对的表面，并在所述内转子轴向移位时延伸入所述外转子，以在所述内转子的表面与所述外转子之间提供密封。
3.如权利要求2所述的可变容量的回转泵，其中所述泵还包括形成在所述主动活塞与所述传动轴之间的控制室，所述控制室接收来自所述泵出口的加压工作流体以产生一个力，所述力作用抵抗所述复位弹簧的偏压而使所述内转子轴向移位。
4.如权利要求2所述的可变容量的回转泵，其中所述泵还包括多个控制室，所述多个控制室中每个都形成在所述主动活塞与所述传动轴之间，每个所述控制室接收来自所述泵出口的加压工作流体以产生一个力，所述力作用抵抗所述复位弹簧的偏压而使所述内转子轴向移位。
5.如权利要求2所述的可变容量的回转泵，其中所述泵还包括控制机构，以产生一个作用在所述主动活塞上、抵抗所述复位弹簧的偏压而使所述内转子轴向移位的力。
6.如权利要求4所述的可变容量的回转泵，其中所述控制机构是电磁螺线管。
7.如权利要求1所述的可变容量的回转泵，其中所述内转子与所述外转子是余摆线型设计。
8.如权利要求1所述的可变容量的回转泵，其中所述内转子与所述外转子是摆线型设计。
9.如权利要求1所述的可变容量的回转泵，其中所述内转子与所述外转子是双IC型设计。
10.如权利要求1所述的可变容量的回转泵，其中所述内转子与所述外转子是同心双转子型设计。
11.如权利要求1所述的可变容量的回转泵，其中所述内转子与所述外转子是parachoid型设计。
12.如权利要求1所述的可变容量的回转泵，其中所述内转子的叶片与所述外转子的叶片以其间没有死容积的方式接合。
13.如权利要求11所述的可变容量的回转泵，其中所述不转动的密封表面包括主动活塞，所述主动活塞抵接所述内转子的与所述复位弹簧相对的表面，并在所述内转子轴向移位时延伸入所述外转子，以在所述内转子的表面与所述外转子之间提供密封。
14.如权利要求13所述的可变容量的回转泵，其中所述泵还包括控制机构，以产生一个作用在所述主动活塞上、抵抗所述复位弹簧的偏压而使所述内转子轴向移位的力。
15.如权利要求12所述的可变容量的回转泵，其中所述泵还包括形成在所述主动活塞与所述传动轴之间的控制室，所述控制室接收来自所述泵出口的加压工作流体以产生一个力，所述力作用抵抗所述复位弹簧的偏压而使所述内转子轴向移位。
16.如权利要求15所述的可变容量的回转泵，其中所述控制机构是电磁螺线管。
17.如权利要求12所述的可变容量的回转泵，其中所述内转子与所述外转子是余摆线型设计。
18.如权利要求12所述的可变容量的回转泵，其中所述内转子与所述外转子是摆线型设计。
19.如权利要求12所述的可变容量的回转泵，其中所述内转子与所述外转子是双IC型设计。
20.如权利要求12所述的可变容量的回转泵，其中所述内转子与所述外转子是同心双转子型设计。
全文摘要
一种可变容量的回转泵，包括能够相对于外转子轴向移位以改变所述泵的体积容量的内转子。主动活塞抵接内转子的下表面并能够置于外转子内，以在内转子轴向移位时提供内转子的下表面相对于外转子的必要密封。复位弹簧作用在其上的从动活塞抵接内转子的上表面，以提供内转子的上表面相对于外转子的必要密封。在一个实施方式中，供应有加压工作流体的控制室产生一个力，所述力作用抵抗复位弹簧的力以移动内转子从而减小泵的体积容量。在另一个实施方式中，诸如电磁螺线管或机械机构之类的控制机构作用于控制活塞上而抵抗复位弹簧的力。
文档编号F04C2/10GK101084377SQ200580043746
公开日2007年12月5日 申请日期2005年12月21日 优先权日2004年12月22日
发明者马修尔·威廉森, 大卫·R·沙尔弗 申请人:麦格纳动力系有限公司