CN102333955B - 集成电动叶片油泵 - Google Patents

Abstract

一种电动叶片泵包括：第一覆盖板，该第一覆盖板具有大体上平面的第一泵表面；和第二覆盖板，该第二覆盖板联接到该第一覆盖板，从而限定大体上平面的第二泵表面，该第二泵表面与该第一泵表面间隔开并且大体上平行于该第一泵表面延伸，多个永久磁体固定到转子。多个径向可运动的叶片被固定用来与该转子一起旋转。每一个叶片布置在该第一和第二泵表面之间并且具有以可滑动的方式接合该中心叶片支撑件的第一端部。电动机定子布置在第一和第二覆盖板之间并且外接转子。弹性构件将叶片的每一个偏压到与中心叶片支撑件的接合中。

Description

集成电动叶片油泵

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年2月26日提交的美国临时申请No.61/155,619的权益。上述申请的整个公开内容通过引用并入这里。

技术领域

本公开一般涉及电动机驱动的泵。更特别地，描述了一种可浸没的集成电动叶片油泵。

背景技术

这部分提供关于本公开的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。

已经公开组合电动机和叶片泵的许多电动泵。例如，美国专利No.6,499,964描述了可彼此分离地或组合地使用的一种电动机和一种叶片泵。虽然这种构思可提供希望的泵送功能，但存在冗余，可能不利地影响流体泵的成本，尺寸和重量。

此外，美国专利No.4,407,641描述了一种电驱动的叶片泵。电动机的转子和叶片泵的转子彼此成一体。然而，公开的泵布置包括多个箱体并且占据相对大的体积的空间。因此，该领域需要改进的集成电动叶片油泵。

发明内容

这个部分提供本公开的概要，并且不是其完整范围或全部其特征的全面公开。

一种电动叶片泵包括：第一覆盖板，该第一覆盖板具有大体上平面的第一泵表面；和联接到该第一覆盖板的第二覆盖板，该第二覆盖板限定大体上平面的第二泵表面，该第二泵表面与该第一泵表面间隔开并且大体上平行于该第一泵表面延伸。多个永久磁体被固定到转子。多个径向可运动的叶片被固定用来与该转子一起旋转。每一个叶片布置在第一和第二泵表面之间并且具有以可滑动的方式接合中心叶片支撑件的第一端部。电动机定子布置在第一和第二覆盖板之间并且外接转子。弹性构件将叶片的每一个偏压成与中心叶片支撑件接合。

在另一种布置中，电动叶片泵包括分别具有大体上平面的第一和第二泵表面的第一和第二壳体。第一和第二泵表面彼此间隔且大体上彼此平行地延伸。电动叶片泵也包括中心叶片支撑件，转子和被固定用来与转子一起旋转的多个径向可运动的叶片。每一个叶片布置在第一和第二泵表面之间并且具有以可滑动的方式接合中心叶片支撑件的端部。包括间隔开的肩部的轴接合第一和第二壳体的每一个以限定第一和第二泵表面之间的预定间隔。电动机定子布置在第一和第二壳体之间。多个永久磁体被固定用来与转子一起旋转并且布置成邻近定子。

根据这里提供的描述，另外的应用领域将变得显而易见。这个概要中的描述和具体例子仅仅意图为了说明的目的并且不意图限制本公开的范围。

附图说明

这里描述的附图仅仅用于选定实施例的并且不是所有可能实施的说明性目的，并且不意图限制本公开的范围。

图1是根据本公开的教导构造的电动叶片泵的透视图；

图2是电动叶片泵的局部透视图；

图3是电动叶片泵的剖视图；

图4是替代电动叶片泵的透视图；

图5是替代电动叶片泵的另一透视图；

图6是替代电动叶片泵的剖视图；

图7是图4-6中描绘的替代电动叶片泵的局部透视图；

图8是另一替代电动叶片泵的透视图；

图9是图8中描绘的电动叶片泵的局部透视图；

图10是图8和9中描绘的泵的另一透视图；并且

图11和12描绘用来产生替代中心叶片支撑件表面的示意图。

在附图的数个视图中，对应附图标记指示对应部分。

具体实施方式

现在将参考附图更完整地描述示例实施例。

图1-3描绘在附图标记10处标识的集成电动叶片油泵。泵10包括外壳12，该外壳具有第一壳体14和第二壳体16。第一壳体14和第二壳体16的每一个可以形成为铝压铸件。定子18被夹在第一壳体14和第二壳体16之间。第一壳体14，第二壳体16和定子18沿泵10的周边彼此固定。可以使用任何数量的紧固方法，该紧固方法包括拧紧、卷边、夹紧、铆接、焊接，粘接等。

电动叶片油泵10包括彼此协作以限定叶片泵的轴20，中心叶片支撑件22，转子组件24和多个叶片26。轴20是具有纵向轴线28的大体上圆柱形的构件。转子组件24被支撑以便在分别形成于第一壳体14和第二壳体16内的凹部30，32内旋转。凹部30至少部分地由大体上平面的第一泵表面34和周向延伸的壁36限定。以类似的方式，凹部32由第二泵表面38和周向延伸的壁40限定。壁36和40沿旋转轴线42彼此对准，转子组件24绕该旋转轴线旋转。

转子组件24包括转子43，该转子包括多个径向延伸的盲槽44，每一个盲槽接收可以径向运动的叶片26。盲槽44构造成固定叶片26以便与转子43一起旋转，同时在转子组件24的旋转期间允许每一个叶片26独立地径向运动。每一个叶片26包括布置在盲槽44的一个中的第一端部46和与中心叶片支撑件22的大体上圆柱形的外表面50相接触的第二相对端部48。一对弹性保持夹子52，54布置在形成于转子43的相对侧上的周向凹槽56，58内。每一个保持夹子52，54是裂开的环，该裂开的环的大小被设计成接合叶片26的第一端部46以维持第二端部48与表面50相接触。由于中心叶片支撑件22和转子组件24之间的偏心布置，泵10可操作以用于通过入口端口60从低压储器抽取流体，同时加压的流体在出口端口62处离开泵10。入口端口60延伸穿过第二壳体16。出口端口62也延伸穿过第二壳体16。

第一紧固件64延伸穿过形成于第一壳体14中的沉孔65以将轴20的第一端部66固定到第一壳体14。减小直径部分68形成于第一端部66并且放置成与形成于第一壳体14中的第一凹部70连通以精确地定位轴20。第一紧固件64将轴20的第一肩部72拉到与形成于第一壳体14上的偏移面74相接触。

以类似的方式，第二紧固件76延伸穿过形成于第二壳体16中的沉孔77以将轴20的第二端部78固定到第二壳体16。阶梯状减小直径部分80精确地布置在形成于第二壳体16中的凹部82内。第二肩部84被固定抵靠形成于第二壳体16上的偏移面86。第一肩部72和第二肩部84之间的距离被精确地控制以限定转子组件24，第一壳体14和第二壳体16之间的运行间隙。此外，在泵送期间，紧固件64，76在产生流体力的同时限制第一壳体14和第二壳体16离开转子组件24。因此，维持适当的泵功能。

轴20也限定第一壳体14的端面90和第二壳体16的端面92之间的间隙88。多个磁体94被固定用来与转子43一起旋转。磁体94绕转子43的周边以替代极性布置并且布置在间隙88内。

定子18包括被线圈98包围的多个板件96。定子18包括外部圆柱形表面100和内部圆柱形表面102。第一壳体14包括接收定子18的一部分的凹穴104。凹穴104由内部圆柱形壁106，外部圆柱形壁108和互连壁106和壁108的端壁110限定。外部圆柱形壁108的大小被设计成紧密配合定子18的外部圆柱形表面100。间隙存在于定子18和内部圆柱形壁106之间以及端壁110和定子18之间。柔性密封化合物或粘合剂可用于填充该间隙并且将定子18联接到第一壳体14，同时允许其间的相对运动。第二壳体16包括类似的凹穴112，该类似的凹穴由内部圆柱形壁114，外部圆柱形壁116和端壁118限定。定子18的各种表面和第二壳体16之间的配合类似于前面参考第一壳体14描述的那些配合。

磁体94布置成紧密靠近但离开第一壳体14，第二壳体16和定子18的内部圆柱形表面102。应当理解，定子18的线圈98不需要布置在保护性箱体内，并且因此可以布置成非常紧密地靠近磁体94。应当理解，电动机的效率随着磁体94和线圈98之间的间隙减小而增加。为了最大化电动机效率，可以构想，永久磁体94和定子18的载流部分之间的距离从大约0.5mm变动到0.8mm。此外，如果泵10完全浸没，线圈98可以放置成与要被泵送的流体直接接触。这种布置通过与流体相接触而增加离开定子18的热传递。泵10也可以以部分浸没的或以非浸没的模式进行操作。

泵10可以可任选地配备有高压通道120，该高压通道互连出口端口62和分别形成于第一壳体14和第二壳体16中的压力室122，124。在泵操作期间，加压流体从出口端口62通过通道120流到压力室122，124以在叶片26的第一端部46上施加力。加压流体还驱动叶片26的第二端部48与外表面50相接触。由加压流体和保持夹子52，54施加的力抵消试图径向向外移动叶片26的流体压力和向心加速力。

在操作中，电流通过线圈98以产生磁场。永久磁体94被推动而运动，因此引起转子43旋转。在叶片26旋转时，流体泵送发生。在泵送继续时，第一紧固件64和第二紧固件76限制第一壳体14和第二壳体16彼此间隔开并且改变第一泵表面34和第二泵表面38之间的距离。此外，保持夹子52，54维持叶片26和表面50之间的偏压接合以保证在各种泵速度下的适当泵功能。

图4-8描绘在附图标记130处标识的替代泵。泵130也是可以完全浸没在要被泵送的流体内的集成电动叶片油泵。集成电动叶片油泵130包括外壳132，该外壳具有第一覆盖板134，第二覆盖板136和中间环138。第一和第二覆盖板134，136的每一个可以形成为铝压铸件。中间环138被夹在第一覆盖板134和第二覆盖板136之间以补偿可能不同于外壳132内的部件的外壳132的热膨胀系数。为实现这个目标，中间环138优选地由热膨胀系数显著小于铝的热膨胀系数的材料构造。例如，中间环138可以由粉末金属材料构造。第一覆盖板134，第二覆盖板136和中间环138通过多个紧固件140沿泵130的周边彼此固定。应当理解，可以使用任何数量的其它紧固方法，该紧固方法包括卷边、夹紧、铆接、焊接，粘接等。

泵130包括转子组件142，该转子组件与一体的单体形成的轴和中心叶片支撑件144协作地起作用。定子146包围转子组件142。组合轴和中心叶片支撑件144包括大体上圆柱形的本体148，该本体具有轴向对准的第一和第二耳轴150，152。在本体148和第一耳轴150之间的相交处是第一支座154。第二支座156形成于本体148和第二耳轴152之间的相交处。支座154，156分别接合形成于第一覆盖板134上的第一泵面158和形成于第二覆盖板136上的第二泵面160。耳轴150，152的每一个包括凹槽，该凹槽接收保持环162。在泵操作期间，保持环162限制第一覆盖板134相对于第二覆盖板136运动。

入口166形成于第二覆盖板136中以允许低压流体被吸入而与转子组件142连通中。出口168也形成于第二覆盖板136中以便提供用于离开泵130的加压流体的通道。多个翅片170一体地形成于第二覆盖板136上以便从泵130传递热到要被泵送的流体。多个径向延伸的排出口171形成于中间环138内以允许流体穿过外壳132进入而与定子146连通，以进一步帮助从泵130传递热到周围流体。

转子组件142包括多个叶片172，该多个叶片被固定用来与转子174一起旋转但可以相对于转子174径向运动。叶片172的一个端部与本体148的大体上圆柱形的外表面相接触。第一和第二弹性构件178，180外接叶片172的相对端部以使叶片偏压地接合组合轴和中心叶片支撑件144。弹性构件178，180可以构造为具有圆形横截面的O型环。也可以使用其它几何形状。高压通道181将出口168与形成于转子174和第一覆盖板134之间的第一腔182以及形成于转子174和第二覆盖板136之间的第二腔183互连。腔182，183内的加压流体向着本体148推动叶片172。

转子174包括从本体部分188的相对的端部轴向延伸的一对内部凸缘184，186。第一覆盖板134和第二覆盖板136也包括对应的轴向延伸的凸缘190，192以便限制转子174的轴向平移。转子174也包括第一和第二外部凸缘196，198。第一外部凸缘196包括内部圆柱形表面200，该内部圆柱形表面重叠形成于第一覆盖板134上的外部圆柱形表面202。类似地，第二外部凸缘198的第二圆柱形内表面204布置成邻近形成于第二覆盖板136上的外部圆柱形表面206。外部圆柱形表面206和202沿轴线210彼此对准。

由于前述布置，转子174被引导而绕轴线210旋转。本体148限定纵向轴线212，该纵向轴线大体上平行于轴线210并且从轴线210偏移地延伸。如前面讨论的，当转子组件142旋转时，这个偏心布置提供泵送作用。转子组件142也包括多个永久磁体214，该多个永久磁体绕转子174的周边以替代极性彼此间隔开。永久磁体214放置成紧密靠近定子146。

图8-10描绘在附图标记250处标识的另一替代集成电动叶片油泵。泵250大体上类似于前面描述的泵10和130。因此，将用包括“a”后缀的相似的附图标记标识类似的元件。特别地，泵250组合泵130的外壳结构(现在标识为第一覆盖板134a，第二覆盖板136a和中间环138a)与泵10的内部泵结构(现在描绘为定子18a，转子组件24a，轴20a，中心叶片支撑件22a和紧固件64a和76a)。应当理解，虽然泵250被示出为配备有保持夹子52a，54a，但弹性构件178，180可用于泵250或泵10中它们的位置中。类似地，可以用如由泵130使用的销和保持环布置代替双紧固件布置64，76和64a，76a。

泵250包括第二覆盖板136a，该第二覆盖板具有限定出口168a的轴向延伸的凸台252。多个凹穴254也形成于第二覆盖板136a中以减小泵250的重量。类似的凹穴256形成于第一覆盖板134a内。另一凸台258形成于第一覆盖板134a上并且限定入口166a。

图11和12描绘具有外表面302的中心叶片支撑件300，该外表面302由特别的轮廓限定以最小化叶片26和中心叶片支撑件300之间的间隙。应当理解，如果希望，前述实施例的每一个可以被修改以包括图11和12中描绘的特别轮廓。这样，中心叶片支撑件22的外表面或轴和中心叶片支撑件144的外表面可以被制造成不再限定圆柱形表面而是包括表面302的形状。通过成形表面302的使用，每一个叶片26的第一端部46在操作期间的径向平移小于当圆柱形叶片接触表面形成于中心叶片支撑件上时的径向平移。因此，诸如保持夹子52，54的弹性元件不需要考虑叶片26的第一端部46的径向位置的相对大的差异。可导致每一个叶片26的第二端部48和轮廓302之间的更一致的接触压力。轮廓302的形状由以下方程限定，使得该方程可以被求解以将轮廓302绘制为(R’，B)。

方程：

(r+L)²＝[e²+Rv²-2*Rv*e*cos(90-Phi)]

r＝[e²+Rv²-2*Rv*e*cos(90-Phi)]^0.5-L                 (1)

$\cos \left(\mathrm{psi}\right)=\frac{[\mathrm{Rv}*\cos \left(\mathrm{Phi}\right)]}{R+L}$

$\sin \left(\mathrm{psi}\right)=\frac{[\mathrm{Rv}*\sin \left(\mathrm{Phi}\right)-e]}{R+L}$

$\mathrm{psi}={\tan }^{-1}\frac{[\mathrm{Rv}*\sin \left(\mathrm{Phi}\right)-e]}{[\mathrm{Rv}*\cos \left(\mathrm{Phi}\right)]}---\left(2\right)$

$a=\frac{\mathrm{pi}}{2}+\mathrm{psi}---\left(3\right)$

rr＝[r²+e²-2*r*e*cos(a)]^0.5                          (4)

$B={\tan }^{-1}\frac{[r*\sin \left(\mathrm{psi}\right)+e]}{[r*\cos \left(\mathrm{psi}\right)]}---\left(5\right)$

R′＝rr-rv                                          (6)

其中：

r＝到转子OD的滑动中心，

L＝叶片长度，

e＝偏心率，

Rv＝叶片环ID半径，

Phi＝相对于转子中心的叶片ID半径的角度，

Psi＝相对于滑动中心的叶片的角度，

a＝从偏心率线到r+L线的角度，

B＝到rr线的相对于转子中心的角度，

rr＝相对于转子中心并且延伸到叶片半径中心点的计算的转子轮廓，

rv＝叶片半径，

R’＝考虑叶片半径(即，轮廓的内偏移rv)的相对于转子中心的纠正的转子轮廓，

pi＝常数＝3.14。

为保证适当的泵操作，包括轮廓302的部件相对于穿过转子24的中心和中心叶片支撑件300的中心的线y旋转到预定位置。包括销钉，键或一些其它不对称特征的任何数量的机械装置可以被包括以保证轮廓302的适当取向。

为了说明和描述的目的，已经提供实施例的前述描述。该描述不意图是详尽的或限制本发明。特别实施例的单个要素或特征通常不被限制到那个特别实施例，而是在可应用的情况下是可互换的并且可用于选定的实施例，即使没有被特别示出或描述。该单个要素或特征也可以以许多方式改变。这种变化不被看作偏离本发明，并且所有这种修改意图被包括在本发明的范围内。

Claims (22)

1.一种电动叶片泵，所述电动叶片泵包括：

第一壳体，所述第一壳体具有大体上平面的第一泵表面；

第二壳体，所述第二壳体联接到所述第一壳体并且具有大体上平面的第二泵表面，所述第二泵表面与所述第一泵表面间隔开并且大体上平行于所述第一泵表面延伸；

中心叶片支撑件；

转子；

被固定用来与所述转子一起旋转的多个径向可运动的叶片，每一个叶片布置在所述第一泵表面和所述第二泵表面之间并且具有以可滑动的方式接合所述中心叶片支撑件的端部；

轴，所述轴包括接合所述第一壳体和所述第二壳体中的每一个的间隔开的肩部，以限定所述第一泵表面和所述第二泵表面之间的预定间隔；

电动机定子，所述电动机定子布置在所述第一壳体和所述第二壳体之间；和

被固定用来与所述转子一起旋转的多个永久磁体，所述永久磁体布置成靠近所述电动机定子。

2.如权利要求1所述的电动叶片泵，其中，所述轴的第一端部被固定到所述第一壳体并且所述轴的第二端部被固定到所述第二壳体，以阻止泵送期间产生的力使所述第一泵表面和所述第二泵表面之间的预定间隔增大。

3.如权利要求2所述的电动叶片泵，还包括螺纹紧固件，所述螺纹紧固件延伸穿过所述第一壳体中的孔并螺纹接合所述轴。

4.如权利要求2所述的电动叶片泵，还包括保持环，所述保持环被固定到延伸穿过所述第一壳体和所述第二壳体之一的所述轴的一部分。

5.如权利要求1所述的电动叶片泵，其中，所述转子包括凸的圆柱形表面，所述凸的圆柱形表面被支撑以便在形成于所述第一壳体和所述第二壳体之一的凹穴内旋转。

6.如权利要求1所述的电动叶片泵，其中，所述电动机定子包括与要被泵送的流体接触的线圈。

7.如权利要求1所述的电动叶片泵，其中，所述第一壳体和所述第二壳体之一包括向外延伸的翅片，所述翅片适于与要被泵送的流体接触以增加所述电动叶片泵和所述流体之间的热传递。

8.如权利要求1所述的电动叶片泵，其中，所述永久磁体和所述定子的载流构件之间的距离在从0.5mm到0.8mm的范围内变化。

9.如权利要求1所述的电动叶片泵，还包括弹性构件，所述弹性构件将所述叶片中的每一个叶片偏压成与所述中心叶片支撑件接合。

10.如权利要求1所述的电动叶片泵，还包括夹在所述第一壳体和所述第二壳体中的每一个的端表面之间的中间环，所述中间环具有比所述第一壳体和所述第二壳体中的任一个低的热膨胀系数。

11.如权利要求1所述的电动叶片泵，其中，所述转子绕大体上平行于由所述中心叶片支撑件限定的纵向轴线延伸的轴线旋转。

12.如权利要求1所述的电动叶片泵，其中，所述轴和所述中心叶片支撑件形成为单个单体构件。

13.如权利要求1所述的电动叶片泵，其中，在电动叶片泵操作期间，每一个叶片接合形成于所述中心叶片支撑件上的非圆形轮廓，以最小化所述叶片的径向平移。

14.一种电动叶片泵，所述电动叶片泵包括：

第一覆盖板，所述第一覆盖板具有大体上平面的第一泵表面；

第二覆盖板，所述第二覆盖板联接到所述第一覆盖板并且限定大体上平面的第二泵表面，所述第二泵表面与所述第一泵表面间隔开并且大体上平行于所述第一泵表面延伸；

中心叶片支撑件、转子、固定到所述转子的多个永久磁体和被固定用来与所述转子一起旋转的多个径向可运动的叶片，每一个叶片布置在所述第一泵表面和所述第二泵表面之间并且具有以可滑动的方式接合所述中心叶片支撑件的第一端部；

电动机定子，所述电动机定子布置在所述第一覆盖板和所述第二覆盖板之间并且外接所述转子；和

弹性构件，所述弹性构件将所述叶片中的每一个叶片偏压成与所述中心叶片支撑件接合。

15.如权利要求14所述的电动叶片泵，其中，所述第一覆盖板和所述第二覆盖板之一包括通道，所述通道互连所述电动叶片泵的出口与包含所述叶片的室，其中加压流体从所述出口穿过所述通道并且施加力，所述力将所述叶片中的每一个叶片推向所述中心叶片支撑件。

16.如权利要求14所述的电动叶片泵，还包括螺纹紧固件，所述螺纹紧固件延伸穿过所述第一覆盖板和所述第二覆盖板之一中的孔并螺纹接合所述中心叶片支撑件。

17.如权利要求14所述的电动叶片泵，其中，所述转子包括凸的圆柱形表面，所述凸的圆柱形表面被支撑以便在形成于所述第一覆盖板和所述第二覆盖板之一中的凹穴内旋转。

18.如权利要求14所述的电动叶片泵，其中，所述转子包括凹的圆柱形表面，所述凹的圆柱形表面被支撑以便被形成于所述第一覆盖板和所述第二覆盖板之一上的凸的圆柱形表面旋转。

19.如权利要求14所述的电动叶片泵，其中，所述电动机定子包括与要被泵送的流体接触的线圈。

20.如权利要求14所述的电动叶片泵，还包括夹在所述第一覆盖板和所述第二覆盖板中的每一个之间的中间环，所述中间环具有比所述第一覆盖板和所述第二覆盖板中的任一个低的热膨胀系数。

21.如权利要求14所述的电动叶片泵，其中，所述转子包括相对的端面，每一个端面包括接收所述弹性构件和另一弹性构件之一的凹槽，以将每一个叶片偏压地接合成与所述中心叶片支撑件相接触。

22.权利要求14所述的电动叶片泵，其中，在电动叶片泵操作期间每一个叶片接合形成于所述中心叶片支撑件上的非圆形轮廓以最小化所述叶片的径向平移。