CN101196190A

CN101196190A - 叶片泵

Info

Publication number: CN101196190A
Application number: CNA2007101967873A
Authority: CN
Inventors: 西方政昭; 久保田俊幸; 日下部毅; 福木晴海
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2008-06-11
Also published as: US20080138198A1; TWI332056B; JP4333734B2; TW200840943A; CN201180644Y; JP2008144662A; US7566212B2

Abstract

公开了一种叶片泵，包括：容纳在转子室中的转子；连接至所述转子的多个叶片，每个叶片具有前端，适于与所述转子室的内周表面滑动接触；由所述转子室的内侧表面、所述转子的外周表面和所述叶片包围的工作室，随着所述转子被旋转驱动，所述工作室适于经历容积变化；入口，工作流体通过所述入口被吸入容积正在增加的工作室；出口，所述工作流体通过所述出口从容积正在减小的工作室排出；以及一个或多个叶片基部构件，所述叶片基部构件在彼此相邻的叶片之间从所述转子的外周表面上的对应部分伸出。

Description

叶片泵

技术领域

本发明涉及叶片泵。

背景技术

现有技术中已知的传统的叶片泵包括例如如图10所示的叶片泵。该叶片泵1包括转子室2和偏心地容纳在所述转子室2内的转子3。在转子3中沿径向形成多个叶片槽19，并且叶片4在各自的叶片槽19中可滑动地移动。每个叶片4沿转子3的径向自由地移动。随着转子3被旋转驱动，对应的叶片4的前端与转子室2的内周表面2a滑动接触，因而由转子室2的内侧表面、转子3的外周表面3a和叶片4所包围的工作室5经历容积变化，并且从入口6被吸入工作室5中的工作流体通过出口7被排出。例如，日本专利公开文献No.S62-291488公开了与图10所示相同的叶片泵。

如图10所示的叶片泵可以通过从转子3的外周表面3a伸出的叶片4将工作室5中的工作流体加压。然而，因为在相邻的叶片4之间的转子3的外周表面3a的对应部分具有均匀的、平滑圆弧形状，所以很难在工作室中使得流速足够大。因此，工作室5内的流体压力并不是足够高，所以需要进一步提高泵性能。

发明内容

参照上述，本发明提供了一种叶片泵，其适于增加工作室中的工作流体的压力，并通过出口将工作流体高效地泵出，从而改进泵性能。

根据本发明的实施例，提供了一种叶片泵，包括：容纳在转子室中的转子；连接至所述转子的多个叶片，每个叶片具有适于与所述转子室的内周表面滑动接触的前端；工作室，所述工作室由所述转子室的内侧表面、所述转子的外周表面和所述叶片包围，随着所述转子被旋转驱动，所述工作室适于经历容积变化；入口，工作流体通过所述入口被吸入容积正增加的工作室；以及出口，工作流体通过所述出口从容积正减小的工作室排出；以及一个或多个叶片基部构件，所述叶片基部构件从所述转子的外周表面上的位于彼此相邻的所述叶片之间的部分伸出。

通过设置在可旋转驱动的转子中的叶片基部构件，在形成在转子的外周表面与转子室的内周表面之间的工作室中，在工作流体中产生涡流。因此，工作室中的工作流体的压力增加，从而通过出口将工作流体高效地泵出。

优选地，沿转子的周向设置多个叶片基部构件，并且所述叶片基部构件从彼此相邻的叶片之间的对应部分伸出，并且在彼此相邻的叶片基部构件之间形成叶片基部凹槽，并且所述叶片基部凹槽开设在所述转子的上侧推力表面和下侧推力表面中的一个或两个上。

通过提供在所述转子的推力表面上开设的叶片基部凹槽，叶片基部凹槽中的工作流体可与朝向对应开口的转子室的内侧表面接触，以产生工作流体的流动。因此，工作室中的工作流体的压力可以增加，从而通过出口将工作流体高效地泵出。

优选地，叶片基部凹槽开设在一个推力表面上，并且沿转子的旋转方向看过去，在每个叶片基部构件的前侧上形成引导表面，并且设置在所述一个推力表面的侧部上的所述引导表面的至少一部分被构造成，所述引导表面的一部分越靠近所述一个推力表面，则沿所述转子的旋转方向看过去，所述引导表面的该部分就越位于后侧。

因此，随着转子被旋转驱动，引导表面在工作流体中产生涡流，从而从叶片基部凹槽流向上侧推力表面。因此，工作室中的工作流体的压力增加，因而通过出口高效地泵出工作流体。

优选地，沿转子的旋转方向看过去的每个叶片基部构件的前侧被形成为，沿转子的推力方向的前侧的中央部分位于沿转子的旋转方向看过去的前侧的两个相反端部的后侧。

因此，随着转子被旋转驱动，在叶片基部凹槽中的工作流体中产生涡流，以沿转子的推力方向从两侧流向中央。因此，工作室中的工作流体的压力增加，并且工作流体可以通过出口被高效地泵出。

优选地，从转子的外周表面伸出的每个叶片基部构件的自由端部朝向转子的旋转方向的前侧延伸。

因此，随着转子被旋转驱动，在叶片基部凹槽中的工作流体中产生涡流，以从叶片基部构件的伸出端部流向其基部端部。结果，工作室中的工作流体的压力增加，并且工作流体可以通过出口被高效地泵出。

附图说明

结合附图、通过优选实施例的以下说明，将清楚本发明的目的和特点，其中：

图1是剖视图，示出了根据本发明实施例的示意性叶片泵；

图2是如图1所示的叶片泵的分解透视图；

图3是透视图，示出了转子的叶片基部构件；

图4A示出了沿图1的线A-A的竖直剖视图；

图4B示出了沿图1的线B-B的竖直剖视图；

图5是透视图，示出了本发明另一实施例的叶片泵的转子的叶片基部构件；

图6A是放大竖直剖视图，示出了叶片基部构件的附近部分；

图6B和图6C是放大竖直剖视图，示出了根据本发明另一实施例的叶片泵的叶片基部构件的附近部分；

图7A至7C是示出了根据本发明另一实施例的叶片泵的转子的叶片基部构架的视图；

图8A至8B示出了根据本发明另一实施例的叶片泵的转子的叶片基部构架的视图；

图9是水平剖视图，示出了本发明另一实施例的叶片泵的转子的叶片基部构件；并且

图10是剖视图，示出了传统的叶片泵。

具体实施方式

此后，将参照作为本发明一部分的附图详细说明本发明的实施例。

根据本发明实施例的如图1至4B所示的叶片泵1被用作为将燃料例如输送到燃料电池的泵，并且包括壳体10，所述壳体具有转子室2，在其中偏心地容纳转子3。多个叶片4安装至转子3，其中每个叶片具有与转子室2的内周表面2a滑动接触的前端。壳体10设有引至转子室2的入口6和出口7。随着转子3被旋转驱动，由转子室2的内侧表面、转子3的外周表面3a和叶片4所包围的工作室5经历容积变化，并且从入口6吸入工作室5中的工作流体通过出口7被排出。以下将详细说明叶片泵1的这种结构。

本发明实施例的转子3的推力方向(转子3的轴向)竖直地延伸。其中容纳转子3的壳体10是由位于转子3上方的上侧壳体11和位于转子3下方的下侧壳体12形成，所述上侧壳体和所述下侧壳体这两者与夹置在它们之间的填料13结合在一起。图1中的附图标记14代表了紧固件孔，紧固件穿过所述紧固件孔，以将上侧壳体11和下侧壳体12连接在一起。上侧壳体11具有上侧凹部15，所述凹部从与下侧壳体12相连的上侧壳体的连接表面向上凹设。下侧壳体12具有下侧凹部16，所述凹部从与上侧壳体11相连的下侧壳体的连接表面向下凹设。上侧凹部15和下侧凹部16结合在一起，以形成转子室2。

转子3具有位于所述上侧凹部15中的上侧部分以及位于所述下侧凹部16中的下侧部分。上侧凹部15的内径大于转子3的外径，而下侧凹部16的内径与转子3的外径大致相同。换句话说，下侧凹部16被成形为内径小于上侧凹部15的内径，从而在上侧壳体11和下侧壳体12结合在一起时，下侧凹部16就像转子3那样稍微与上侧凹部15偏心地被定位。环构件17装配至上侧凹部15的内周，从而环构件17的内周表面形成转子室2的内周表面2a。

尽管在沿转子3的推力方向观察时转子室2具有圆形横截面，但在沿转子3的推力方向观看时，通过改变环构件17的内周的内周形状，内周表面2a还可以容易地改变成任意形状，例如椭圆形等。此外，在上侧壳体11中形成入口6，工作流体通过所述入口被吸入工作室5中；以及出口7，工作流体通过所述出口从工作室5排出。入口6和出口7经由通孔17a与转子室2也就是工作室5连通。在下侧壳体12的下侧部分，靠近下侧凹部16的内底侧表面设置定子23。

转子3具有中央支承部分18，并且在沿推力方向观看时形成圆形形状。在转子3的上侧部分上沿转子3的周向以它们之间具有规定间隔的方式形成沿转子3的径向细长的多个叶片槽19(在该实施例中，四个叶片槽)，每个叶片槽19在转子3的外周表面3a和上侧表面上开设。此外，由磁铁制成的磁体22一体地连接至转子3的下侧部分。

转子3的支承部分18可旋转地装配至竖直延伸通过转子室2的旋转轴20，而转子3可旋转地设置在转子室2中，从而转子3的外周表面3a朝向转子室2的内周表面2a，并且转子3的推力表面(顶侧表面3b)朝向转子室2的内顶表面(inner ceilingsurface)2b，其是上侧凹部15的底侧表面。旋转轴20不可旋转地固定至轴固定部分21，其中所述轴固定部分设置在转子室2的内顶表面2b的偏心位置以及下侧凹部16的内底侧表面的中心位置。

叶片4可滑动地插入转子3的对应的叶片槽19中。因而，对应的叶片4沿转子3的径向自由移动，并且自由伸出到转子3的外周表面3a之上并缩到之下。

在转子3安置在转子室2中时，磁体22安置成靠近定子23，并且磁体22和定子23构成驱动部件，以沿图1中的箭头“a”所示的方向旋转转子3。换句话说，在电流从电源(未示出)输入至定子23时，驱动部件通过定子23与磁体22之间的磁性相互作用对磁体22产生旋转力矩。磁体22和转子3通过由此产生的力矩被旋转驱动。

随着容纳在转子室2内的转子3通过驱动部件被旋转驱动，对应的叶片4在由于转子3的旋转所施加的离心力的影响下从转子3的外周表面3a径向向外伸出。因此，叶片4的前端可以与转子室2的内周表面2a滑动接触。因而，转子室2被划分成多个工作室5，每个工作室被转子室2的内侧表面(内周表面2a，内顶表面2b等)、转子3的外周表面3a和叶片4包围。因为转子3设置在转子室2中的偏心位置，所以转子室2的内周表面2a与转子3的外周表面3a之间的距离随着转子3的周向位置而改变，并且类似地，叶片4相对于转子3的伸出量根据转子3的周向位置而改变。

换句话说，转子3的旋转沿转子3的旋转方向移动对应的工作室5，在此过程中，每个工作室5的容积在其下界限与其上界限之间改变。也就是说，在每个工作室5定位成与入口6连通时，工作室的容积随着转子3的旋转而增加。在每个工作室5定位成与出口7连通时，工作室的容积随着转子3的旋转而减小。因此，如果转子3被旋转驱动，则工作流体被吸入与入口6连通的工作室5中，并且然后，在工作室5中被加压，从而通过出口7排出工作流体。这就实现了泵的功能。

在此，在每个相邻的叶片4之间的转子3的外周表面3a的对应部分(叶片槽19)中，多个叶片基部构件27沿转子3的周向与外周表面3a一体地形成。对应的叶片基部构件27沿转子3的周向形成有它们之间的规则的间隔。对应的叶片基部构件27从转子3的外周表面3a沿径向向外伸出，并且每个叶片基部构件27的伸出长度设置成这样的长度，其不与转子室2的内周表面2a接触。沿转子3的旋转方向(由箭头“a”所示的方向)的每个叶片基部构件27的前侧垂直于转子3的周向。

在转子3的外周表面3a上开设的叶片基部凹槽28形成在叶片基部构件27之间，并且沿转子3的推力方向的叶片基部凹槽28的两个端部封闭。通过如上所述将叶片基部构件27设置成在彼此相邻的叶片4之间从转子3的外周表面3a伸出，在形成在转子3的外周表面3a与转子室2的内周表面2a之间的工作室5中，在工作流体中产生涡流，如图1中的箭头“b”所示。因此，工作流体的压力增加，并且因而，工作流体通过出口7被高效地泵出。

而且，尽管根据本发明上述实施例的每个叶片基部凹槽28在沿转子3的推力方向的两端封闭，但是优选的是，每个叶片基部凹槽28在转子3的上侧和下侧推力表面3b中的一个或两个上开设。在如图5和6A所示的实施例中，沿推力方向形成转子3的两个推力表面中的一个推力表面的顶侧表面(也就是，转子3的上侧推力表面3b)被设置为开放侧推力表面3b，从而沿推力方向的每个叶片基部凹槽28的一个端部开设在开放侧推力表面3b上。在如图6A所示的实例中，每个对应的叶片基部构件27的伸出端侧表面是与转子3的径向垂直的平坦表面。

在沿转子3的旋转方向观看时，每个叶片基部构件27的伸出端侧表面的横截面形状可具有如图6所示的与转子3的径向垂直的平坦的平坦的横截面，或者可以是如图6B和6C所示的横截面形状。

在图6B中，叶片基部构件27的伸出端侧表面具有弧形的弯曲表面，其被构造成，伸出端侧表面的一部分越靠近开放侧推力表面3b，则伸出端侧表面的该部分就沿转子3的径向越定位在内侧(越靠近转子3的旋转轴线)，方式为逐渐凸向转子3的旋转轴线。

在如图6C所示的实例中，紧靠开放侧推力表面3b的每个叶片基部构件27的伸出端侧表面的一个半部具有弧形弯曲表面，其被构造成，伸出端侧表面的一部分越靠近开放侧推力表面3b，则伸出端侧表面的该部分就沿转子3的径向越定位在内侧(越靠近转子3的旋转轴线)，方式为逐渐凸向转子3的旋转轴线。此外，定位成远离开放侧推力表面3b的伸出端侧表面的相反的半部具有弧形弯曲表面，其被构造成，越靠近开放侧推力表面3b的相反侧，伸出端侧表面的一部分就沿转子3的径向越定位在内侧，方式为逐渐凸向转子3的旋转轴线。在图6A至6C中，沿转子3的推力方向的每个叶片基部构件27的一个端侧表面与开放侧推力表面3b平齐。

如上所述，在彼此相邻的叶片基部构件27之间形成的叶片基部凹槽28在转子3的开放侧也就是上侧推力表面3b上开设。因此，旋转的转子3的叶片基部凹槽28中的工作流体通过对应的开口与转子室2的内顶表面2b接触，然后在它们之间产生工作流体的流动。因此，工作室5中的工作流体的压力增加，并且工作流体通过出口7被高效地泵出。

在如图6A至6C所示的实施例中，每个叶片基部凹槽28仅仅开设在转子3的两个推力表面3b中的一个推力表面上，但是沿转子3的推力方向的每个叶片基部凹槽的每个端部可开设在转子3的上侧和下侧推力表面上。在这种情况中，在转子3的每个叶片基部凹槽28中的工作流体可与朝向转子3的上侧和下侧推力表面的转子室2的内顶表面2b和内底侧表面接触，从而可以在每个叶片基部凹槽28中的工作流体中产生较强烈的涡流。

在如图6A至6C所示的在开放侧推力表面(也就是，顶侧推力表面)3b上开设每个叶片基部凹槽28的情况中，优选的是，在沿转子3的旋转方向观看的每个叶片基部构件27的前侧上形成引导表面29。至少在紧邻开放侧推力表面3b的每个叶片基部构件27的前侧的一部分上形成引导表面29。引导表面29优选被构造成，引导表面29的一部分越靠近开放侧推力表面3b，则沿转子3的旋转方向看过去，引导表面29的该部分就越位于后侧。

如图7A至7C所示的每个叶片基部凹槽28开设在转子3的两个推力表面中的一个推力表面上，也就是开设在转子3的开放侧推力表面3b(顶侧表面)上。在图7A中，每个叶片基部构件27倾斜成，每个叶片基部构件27的一部分越靠近开放侧推力表面3b，则沿转子3的旋转方向看过去，每个叶片基部构件27的该部分就越位于后侧。沿转子3的旋转方向看过去的每个叶片基部构件27的前侧具有倾斜的平坦表面，其被构造成，倾斜的平坦表面的一部分越靠近开放侧推力表面3b，则沿转子3的旋转方向看过去，倾斜的平坦表面的该部分就越位于后侧。倾斜的平坦表面功能用作为引导表面29。

此外，在图7B中，每个叶片基部构件27弯曲成，凸向转子3的旋转轴线的弧形，从而每个叶片基部构件27的一部分越靠近开放侧推力表面3b，则沿转子3的旋转方向看过去，每个叶片基部构件27的该部分就越位于后侧。因此，沿转子3的旋转方向观看的每个叶片基部构件27的前侧具有弧形表面，其被弯曲成，弧形表面的一部分越靠近开放侧推力表面3b，则沿转子3的旋转方向看过去，弧形表面的该部分就越位于后侧。弧形表面用作为引导表面29。

而且，在图7C中，每个叶片基部构件27的横截面形成为V形，其中，在开放侧推力表面(也就是，上侧推力表面)3b侧上的每个叶片基部构件27的前侧的一个半部具有倾斜的平坦表面，其被构造成，平坦表面的一部分越靠近上侧或下侧推力表面3b，则沿转子3的旋转方向看过去，平坦表面的该部分就越位于后侧。平坦表面功能用作为引导表面29。此外，在图7A至7C中，沿转子3的推力方向的每个叶片基部构件27的上端侧表面与开放侧推力表面(也就是，上侧推力表面)3b平齐。

如图7A至7C所示，在沿转子3的旋转方向看过去的每个叶片基部构件27的前侧上形成引导表面29。因此，随着转子3被旋转驱动，在每个基部凹槽28中的工作流体中产生涡流，如图7A至7C中箭头所示，沿引导表面29从每个叶片基部凹槽28流向开放侧推力表面3b。因此，工作流体的压力增加，并且工作室5中的工作流体通过出口7被高效地泵出。

如图6A至6C的实施例所示，图7A至7C的实施例还可被构造成，沿转子3的推力方向的每个叶片基部凹槽28的两个端部相应地开设在转子3的两个推力表面上，以允许转子3的每个叶片基部凹槽28中的工作流体相应地与朝向转子3的上侧和下侧推力表面的转子室2的内顶表面2b和内底侧表面接触。

此外，如图8A至8B所示，同样优选的是，沿转子3的旋转方向看过去的每个叶片基部构件27的前侧被形成为，沿转子3的推力方向的前侧的中央部分位于沿转子3的旋转方向看过去的前侧的两个相反端部的后侧上。在图8A中，通过将每个叶片基部构件27形成为弧形而形成弯曲表面30。在图8B中，通过将每个叶片基部构件27的横截面形成为V形而形成弯曲表面30。

如图8A和8B所示，沿转子3的旋转方向看过去的每个叶片基部构件27的前侧表面被形成为，沿转子3的推力方向的前侧表面的中央部分位于沿转子3的旋转方向看过去的前侧表面的两个相反端部的后侧。因而，随着转子3被旋转驱动，在每个基部凹槽28中的工作流体中产生涡流，以沿弯曲表面30沿转子3的推力方向从两个端侧流向中央。因此，工作室5中的工作流体的压力增加，并且工作流体可通过出口7被高效地泵出。

此外，如图9所示，优选的是，从转子3的外周表面3a伸出的每个叶片基部构件27的自由端部朝向转子3的旋转方向的前侧延伸。在如图9所示的实例中，沿转子3的径向从转子3的外周表面3a伸出的每个叶片基部构件27的伸出端部沿转子3的旋转方向看过去朝向前侧弯曲。

如图9所示，每个叶片基部构件27的伸出端部沿转子3的旋转方向看过去朝向前侧弯曲。因此，在每个叶片基部凹槽28中的工作流体中产生涡流，从而从叶片基部构件27的伸出端部流向基部端部。结果，工作室5中的工作流体的压力增加，从而工作流体可以通过出口7被高效地泵出。

在上述实施例中，叶片4通过由于转子3的旋转所施加的离心力向外伸出。然而，向外推压叶片4的弹性构件26(见图10)可插入到叶片槽19中以确保，叶片4的前端可以可靠地与转子室2的内周表面2a接触，而不用取决于转子3的转速。而且，在上述实施例中，转子3可旋转地装配至固定轴20。然而，还可以采取这样的结构，其中，并非是固定轴20，固定至转子3的旋转轴相对于转子室2可旋转地装配。此外，在上述实施例中，用于可旋转地驱动转子3的驱动部件是由彼此磁性相互作用的定子23和磁体22形成。然而，还可以采用这样的结构作为驱动部件，其中，固定至转子3的轴通过电机被旋转驱动。此外，在本发明实施例中所述的叶片泵1被用作为将燃料输送至燃料电池的泵，但是并不限于此。而且，工作流体可以是任何气体或液体。

尽管已经参照优选实施例示出并说明了本发明，但是本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离权利要求书所限定的本发明的范围的前提下，可以实现不同的改变和改型。

Claims

1.一种叶片泵，包括：

容纳在转子室中的转子；

连接至所述转子的多个叶片，每个叶片具有前端，适于与所述转子室的内周表面滑动接触；

由所述转子室的内侧表面、所述转子的外周表面和所述叶片包围的工作室，随着所述转子被旋转驱动，所述工作室适于经历容积变化；

入口，工作流体通过所述入口被吸入容积正在增加的工作室；

出口，所述工作流体通过所述出口从容积正在减小的工作室排出；以及

一个或多个叶片基部构件，所述叶片基部构件从所述转子的外周表面上的位于彼此相邻的叶片之间的部分伸出。

2.根据权利要求1所述的叶片泵，其特征在于，沿所述转子的周向设置多个叶片基部构件，并且所述叶片基部构件从彼此相邻的叶片之间的部分伸出，并且在彼此相邻的所述叶片基部构件之间形成叶片基部凹槽，并且所述叶片基部凹槽开设在所述转子的上侧推力表面和下侧推力表面中的两个或一个上。

3.根据权利要求2所述的叶片泵，其特征在于，所述叶片基部凹槽开设在一个所述推力表面上，在沿所述转子的旋转方向看过去的每个所述叶片基部构件的前侧上形成引导表面，并且

设置在所述一个推力表面中的侧部上的所述引导表面的一部分被构造成，所述引导表面的一部分越靠近所述一个推力表面，则沿所述转子的旋转方向看过去，所述引导表面的该部分就越位于后侧。

4.根据权利要求1或2所述的叶片泵，其特征在于，沿所述转子的旋转方向看过去的每个所述叶片基部构件的前侧被形成为，沿所述转子的推力方向的所述前侧的中央部分位于沿所述转子的旋转方向看过去的所述前侧的两个相反端部的后侧。

5.根据权利要求1或2所述的叶片泵，其特征在于，从所述转子的外周表面伸出的每个所述叶片基部构件的自由端部朝向所述转子的旋转方向的前侧延伸。