CN102506023A - 泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泵，包括：壳体；驱动转子，其被支撑以在所述壳体内转动，所述驱动转子具有多个齿，所述多个齿中的每一个具有前凸面和后沿面；和多个从动转子，其联接到所述驱动转子并且被支撑以在所述壳体内转动，所述多个从动转子中的每一个具有入口和出口以及多个齿，所述多个齿中的每一个具有前沿面和后平面；其中，所述驱动转子和所述多个从动转子在所述壳体中设置成使得：当所述驱动转子和所述多个从动转子转动时，所述驱动转子的所述多个齿和所述从动转子的所述相应的多个齿彼此相互接合以在每个从动转子的入口和出口之间形成密封，所述密封只形成在所述驱动转子的齿的前凸面和所述从动转子的齿的后平面之间。

Description

泵
本申请是2003年6月2日提交的申请号为03818667.5、发明名称为“齿轮泵”的中国专利申请的分案申请。 
根据35U.S.C§119(e)本申请要求2002年6月3日提交的美国临时申请60/385,689、2003年4月18日提交的美国临时申请60/464,395的优先权，这些申请在此文中用作参考。 
技术领域
本发明涉及泵，特别是涉及齿轮泵。 
背景技术
图1是示例性的现有技术齿轮泵100的示意图。这种泵100通常包括壳体111和一对的转子113、115，转子具有相互啮合的齿轮齿117。该壳体111限定有入口107和出口108，该入口107和出口108大体沿相对于该转子113、115的径向延伸。流体从入口108输送到形成在转子的齿轮齿之间的空间(或室)102中。由于齿与相对转子的齿啮合，这些室102中的流体被排出并排出到该排出口108的外面。 
这种常规的齿轮泵简单并比较廉价，但是受到许多性能限制。常规齿轮泵问题的根源在于齿117啮合并在入口和排出口107、108之间形成密封104。常规的齿轮泵用常规齿轮动力传动装置中所用的常规的齿轮齿形，这种类型的齿结构十分适合动力传输，但是当用于抽吸不可压缩的流体时具有明显的局限性。 
因此需要改进的齿轮泵，其至少解决一些上述的问题。 
发明内容
根据本发明的一个方面，一种泵包括： 
壳体； 
驱动转子，其被支撑以在所述壳体内转动，所述驱动转子具有多个齿，所述多个齿中的每一个具有前凸面和后沿面；和 
多个从动转子，其联接到所述驱动转子并且被支撑以在所述壳体内转动，所述多个从动转子中的每一个具有入口和出口以及多个齿，所述多个齿中的每一个具有前沿面和后平面； 
其中，所述驱动转子和所述多个从动转子在所述壳体中设置成使得：当所述驱动转子和所述多个从动转子转动时，所述驱动转子的所述多个齿和所述从动转子的所述相应的多个齿彼此相互接合以在每个从动转子的入口和出口之间形成密封，所述密封只形成在所述驱动转子的齿的前凸面和所述从动转子的齿的后平面之间。 
根据本发明的另一个方面，一种泵包括： 
壳体； 
驱动转子，其被支撑以在所述壳体内转动，所述驱动转子具有多个齿，所述多个齿中的每一个具有前沿面和后沿面；和 
多个从动转子，其被支撑以在所述壳体内转动，所述多个从动转子包围所述驱动转子使得所述驱动转子相对于所述从动转子居中地定位，并且所述驱动转子的直径大于所述从动转子中的每一个的直径，并且 
所述多个从动转子中的每一个具有入口和出口以及多个齿，所述多个齿中的每一个具有前沿面和后沿面， 
其中，所述驱动转子和所述多个从动转子在所述壳体中设置成使得：当所述驱动转子和所述多个从动转子转动时，所述驱动转子的所述多个齿和所述从动转子的所述相应的多个齿彼此相互接合以形成第一密封和第二密封，所述第一密封只形成在所述驱动转子的所述多个齿中的一个齿的前沿面与所述多个从动转子中的一个从动转子的所述多个齿中的一个齿的前沿面之间，并且所述第二密封只形成在所述驱 动转子的所述多个齿中的相邻一个齿的前沿面和所述一个从动转子的所述多个齿中的相邻一个齿的后沿面之间，使得连续的密封流体室从所述第一密封延伸到所述第二密封且位于所述一个从动转子的所述入口和出口之间。 
在具有根据本发明的特征和优点的一个实施例中，齿轮泵构造成解决常规齿轮泵由于其齿经受磨损而表现出性能明显降低的趋势。在这个实施例中，齿轮泵可以利用修改的齿轮齿形以及相应的入口和排出口的构造，以提供许多性能特性，包括减少紊流、减少振动以及减少噪声，同时使泵在齿轮齿之间具有经受明显的磨损的能力而对容积效率和压力容量的影响最小。 
本发明的另一方面包括一种泵，其驱动转子和从动转子这样设置在壳体中，使得驱动转子和从动转子旋转时，该驱动转子的齿和从动转子的齿啮合以形成有效的排量室。驱动转子和从动转子的齿构造成使得该的入口侧和排出口侧之间的密封只形成在驱动转子的前沿面和从动转子的后沿面之间。 
本发明的另一方面包括一种泵，其驱动转子和从动转子这样设置在壳体中，使得驱动转子和从动转子旋转时，该驱动转子的齿和从动转子的齿啮合具有足够的齿隙(backlash)，以在该泵的入口侧和排出口侧之间形成密封，该密封只形成在驱动转子的前沿面和从动转子的后沿面之间。 
附图说明
图1是现有技术泵的俯视平面图的示意图。 
图2a是具有根据本发明的一些特征和优点的泵的示例性实施例的俯视图平面图的示意图。 
图2b是具有根据本发明的一些特征和优点的泵的另一个示例性实施例的俯视平面图的示意图。 
图3是图2的泵部分的更近的视图，该泵具有零度静止角(dwell angle)。 
图4是图2的泵部分的更近的视图，该泵具有大于零度的静止角。 
图5是图2的泵壳体的侧透视图。 
图6是图5壳体的修改的实施例，具有根据本发明的一些特征和优点。 
图6a是图6的剖视图。 
图7是图5的壳体的修改的实施例，具有根据本发明的一些特征和优点。 
图7a是图7的剖视图。 
图8是具有根据本发明的一些特征和优点的泵的另一个示例性实施例的俯视平面图的示意图。 
图9是图8所示的泵沿相反方向运行的示意剖视图。 
图10是图8的泵部分的更近的视图，具有零度静止角。 
图11是图8的泵部分的更近的视图，具有零度静止角并沿图9的方向运行。 
图12是图9的泵部分的更近的视图，具有大于零度的静止角。 
图13是图9的泵部分的更近的视图，其物质从齿轮齿的最小直径排出。 
图14a是图8的泵的修改的实施例部分的更近的视图。 
图14b是图14a的泵的转子的侧透视图。 
图15是图2的泵的修改的实施例部分的更近的视图。 
图16a-c示出具有根据本发明的一些特征和优点的转子的各种实施例。 
图17是具有根据本发明的一些特征和优点的泵的另一个示例性实施例的俯视图的示意图。 
图18是具有根据本发明的一些特征和优点的具有四个转子的泵的示例性实施例的俯视平面图的示意图。 
图19是图18的泵的壳体的俯视平面图。 
图20是图18的泵的俯视平面图。 
图21是图18的泵的壳体的修改的实施例。 
图22是具有根据本发明的一些特征和优点的内齿轮泵的示例性实施例的示意的俯视平面图。 
图23是图22的内齿轮泵的转子的例性实施例的侧透视图。 
图24是图22的泵的示意的俯视平面图，示出附加的结构特征。 
图25是图22的内齿轮泵的壳体的例性实施例的侧透视图。 
图26是具有根据本发明的一些特征和优点的内齿轮泵的另一个示例性实施例的示意的俯视平面图。 
图27是具有根据本发明的一些特征和优点的内齿轮泵的另一个示例性实施例的示意的俯视平面图。 
图28是图27的内齿轮泵的修改的实施例的示意的俯视平面图。 
图29是可以与图27和28的实施例一起使用的顶板的示例性实施例的示意的俯视平面图。 
图30是可以与图27和28的实施例一起使用的外转子的示例性的实施例的侧透视图。 
图31是图30的转子连接于驱动轴的侧透视图。 
图32是具有根据本发明的一些特征和优点的行星齿轮泵的另一个示例性实施例的示意的俯视平面图。 
图33是图32的齿轮泵的侧透视图。 
图34是图32的齿轮泵的局部剖视图。 
图35是具有根据本发明的一些特征和优点的行星齿轮泵的另一个示例性实施例的分解的侧视图。 
图36是图35的泵的另一个分解的侧视图。 
图37是图35的泵的俯视平面图。 
图38是具有根据本发明的一些特征和优点的内齿轮泵的另一个示例性实施例的分解的侧视图。 
图39是图38的泵的另一个分解的侧视图。 
图40是图38的泵的俯视平面图。 
图41是具有根据本发明的一些特征和优点的内齿轮泵的另一个示例性实施例的侧透视图。 
图42是图41的泵的另一个侧视图。 
图43是图41的泵的俯视平面图，其顶盖被去掉。 
图44是图41的局部剖视图。 
具体实施方式
图2-5示出具有根据本发明的一些特征和优点的内齿轮泵200的示例性实施例。术语“泵”被广泛地使用，并且包括其一般的含义，并且还包括转移流体或作为流体转移的结果而转动的装置，该流体或是可压缩的，或是不可压缩的。这样，该术语“泵”意味着包括需要膨胀室或压缩室或需要两者的诸如液压马达或其他装置的应用。此外，整个说明书将参考一些方向(例如，前、后、上、下等)和相对位置(例如，顶部、底部、上面、侧面等)。但是，应当明白这种方向和相对位置只是想帮助读者而不是想限制本发明。 
示例性的泵200包括壳体199和一对具有相互啮合的齿轮齿223a、223b的相对的转子202、203。如图2和5所见，壳体199限定有入口210和出口211以及一对环形凹槽221a、221b，其具有圆形的支承表面227a、227b或其他类似的结构，用于支撑转子202、203绕轴225a、225b旋转。 
具体参考图2，齿223a、223b的构造与上述现有技术的实施例有一定的相似性。但是，在该示例性的实施例中，该齿轮齿的侧面201如虚线所示被取消或去掉。通过从该齿轮齿去掉材料，该驱动转子202的后沿面204和/或从动转子203的前沿面205相对于相应的前沿面208和后沿面209成为凹进的。如下面将进行详细的说明的，壳体199可以具有轴向入口离隙206和轴向出口离隙207，使得在两个转子202、203和壳体199之间形成有效密封196和/或198，并且转子202、203之间的密封表面仅仅形成在驱动转子202的前沿面208和从动转子203的后沿面209之间。 
该示例性的实施例具有若干优点。例如，即使制造公差很低，也可以形成改进的运行原理，其在转子202、203之间也提供改进的密封。此外，如下面简要说明的，在密封表面208、209之间发生的磨损在将不增加这些表面之间的间隙，因为由于排出压力，在表面208、209之间将存在接触密封，这将使从动转子抵抗向前旋转。这在起初使用时允许转子面相互“磨合”，这将减少对高制造公差的需要，这反过来又减少泵的制造成本。即使具有相当的磨损，齿轮齿223a、223b保持有效密封的能力据信也能够使泵200与现有技术的齿轮泵相比运转更长的时间而不需要维修和/或更换零件，特别是当抽吸磨蚀流体时。 
继续参考图2，由于排出口211的流体压力，这种压力将面208、209压向一起以产生有效的密封，因而驱动转子202的前沿面208对从动转子203的后沿面209保持有效的接触压力。结果这个实施例使驱动转子202的密封面208和/或从动转子203的密封面209能够经受显著的磨损而不降低转子202、203的密封面208、209之间的密封效果。 
图2B示出图2的泵200，其在转子202、203的接触面208、209之间具有明显的磨损。由于转子202的密封面208、转子203的密封面209其中之一或两者由于相互接触磨损或由于在抽吸的流体中有研磨剂而磨损下去，驱动转子202将相对于从动转子203稍稍向前和/或从动转子203相对于驱动转子202稍稍向后转动，以便在齿223a和223b之间保持接触密封196和/或198。转子202、203中的一个或两个的相对转动将使泵能够有效地密封直到不再有足够的物质留在齿223a、223b上以对泵产生排出压力，或直到一个或多个密封面磨损到足以减小转子末端直径使它在齿轮齿末端不再提供与壳体199的足够的密封。 
该示例性的泵200可以利用每种具有特定优点的不同的入口和出口结构。在图2-5所示的示例性实施例中，泵200利用径向入口出口210、211，其形成相对于转子202、203基本沿径向延伸的入口和出口流动轴线。正如在下面将要详细描述的，图6示出包括轴向入口出口 213、216的修改的实施例，其形成基本垂直径向方向且平行于转子202、203的旋转轴线的流动路径。 
在图5所示的实施例中，在排出侧的(多个)室212的容积减小开始期间，和吸入侧的这些室的容积增加结束期间，径向入口出口210、211使流体能够流入形成在啮合的转子齿223a、223b之间(多个)室212并从其流出。 
当每个室靠近最小容积位置212(见例如，图2)时，通过随后的啮合齿的啮合，该室对排出口变成密封的。因此，所示的实施例包括轴向口凹槽207(见图5)，用于使流体转移进其内以避免在转子之间形成压力高峰值。同样，当每个室从最小容积位置离开时，由于转子202、203的齿上的在前的齿的啮合，室212对吸入口210保持密封并需要轴向口凹槽2006(见图5)从其内将流体抽出以避免转子之间的压力低峰值。 
图6和6b示出泵200b的实施例，其包括轴向口213b、216b，其限定基本垂直于径向方向的流动路径。如图所示，壳体199b包括轴向口213b、214b，径向口215b、216b以及如上所述的轴向口凹槽206b、207b。 
图7示出泵200c的另一个实施例。在这个实施例中，200c包括修改的壳体199c，其仅仅具有轴向口213c、214c，而没有轴向口凹槽(与图6c所示的实施例相比)。与图6c所示的实施例相比这个实施例可以引起更高的流体阻力。 
除了上述实施例之外，各种入口出口的组合和子组合也是可能的。例如，泵可以只包括径向入口出口，或只包括轴向入口出口，或这两种类型的入口出口的各种组合。在大多数实施例中，只需要轴向吸入口215或口凹槽206，以避免因为部分旋转在瞬间地或短暂地形成室 212之后转子之间的真空峰值，这种真空峰值能够引起从动转子提前转动并使密封面196、198脱离，如果真空峰值的负压超过排出压力，这种情况往往就会产生。因此，优选实施例利用在转子202、203一个端面的轴向吸入口213或口凹槽206，或者更优选在转子的两端的轴向吸入口213或口凹槽206。排出轴向口214或轴向口凹槽207也可以增加该泵的一些性能特点，但不是在所有的情况下都需要。 
参考图2-5如上所述的径向入口出口根据其应用可以为抽吸提供合适的优点。如上所述，图7所示的纯粹地轴向入口出口壳体结构通过在转子啮合和分离的区215、216(图6)设置壳体凹槽可以具有减小流动阻力的径向入口出口的效果。纯粹地轴向入口出口213c、214c示于图7中。纯粹地轴向入口出口对于一些泵结构可以是有利的。 
参考图3，在轴向入口出口凹槽206、207或轴向入口出口210、211的结构中需要考虑的是称之为静止角的因素。该静止角是当室212在两个转子202、203的齿的接触表面208、209之间和在该转子齿的端面1601、1602和壳体119之间(见图16)被密封时转子202、203在一侧或其他最小室容积位置时的旋转角度(angular rotation)。图3的虚线示出具有0度静止角的入口和排出轴向口凹槽206、207。在图4中，虚线示出具有约2度的静止角的入口和排出轴向口凹槽206、207。 
一般地说，0度或更小的静止角将形成较平稳运行的泵，但是由于产生较多的渗漏将会减小容积效率。大于0度的静止角由于在室212中的压力和真空峰值将导致噪声和振动的增加，但是在一些实施例中，它可以优选地增加容积效率和压力容量。在一个优选实施例中，泵包括与轴向口凹槽206、207或轴向口210、211上的附加圆形边缘501接合的几度的正静止角。这种圆形边缘501将有助于防止随着时间的过去口210、211或口凹槽206、207边缘的磨损，特别是当抽吸磨蚀流体或泥浆时。如图5所示，在该优选实施例中，圆形边缘501通常跟随形成室212的前沿边缘208、209的轮廓；但是，在另一些实施例 的轮廓可以从这种形状修改。 
应当注意，一些实施例在泵的入口侧和排出侧可以用不同的静止角以实现不同的运行特性。例如，为了防止在较高运行速度下的空穴现象或较低的入口注入压力，入口静止角可以减小到0度或更小，以减小或消除在室212中的任何真空峰值同时增大排出静止角到2或3度以确保在所有的时间保持有效的密封。在泵的入口侧和排出侧不同静止角的例子将带来稍大的噪声和振动，但是在关注空穴现象的应用中，这是可以接受的折中。当然，对于许多应用，一些常规的试验或优化对于确定理想的静止角以实现所希望的性能并且在转子旋转的所有时间保持稳定的流体“蠕动”或“回流”是有利的。 
图8和9示出泵800的另一个示例性的实施例，其具有根据本发明的一些特征和优点。在这个实施例中，同样的附图标记赋予与上述相同的零部件。如图8和9所示，转子802、803构造成具有齿轮齿805，其在前沿边缘和后沿边缘具有类似的形状(例如齿轮齿805是大致对称)。为了达到从驱动转子202的后沿面204和/或从动转子203的前沿面205去掉材料的作用，转子802、803具有足够的“齿隙”以允许流体的比较不太受限制地流过驱动转子802的齿805的后沿面801和从动转子803的齿805的前沿面802之间未密封的区域之间的空间。如图9所示，这种泵800沿反向运行时也具有等量或大致等量抽吸的能力。 
在这个实施例中，利用通用的入口出口凹槽形状是有利的，当该泵向前抽吸时(图8)以及该泵反向抽吸时(图9)，这种形状用所希望的静止角密封该室212的最小容积位置。具有约1度的静止角的通用的可反过来的入口出口形状示于图10和图11，在图10泵沿向前的方向运行，在图11泵沿反向运行。在这两个方向都能够看到在最小容积位置区域212被瞬间地密封并且子这个位置任何一侧(的静止角)均为1度，因为轴向口的边缘1101、1102(未示出)或轴向口凹槽206、 207与在图10和图11中形成该室212的这个位置的任何一侧上转子旋转1度的啮合齿德边缘对准。 
为了实现流体进入或离开在最小容积212位置的任何一侧上的转子之间的该室的尽可能大的区域，这种轴向入口出口或轴向口凹槽边缘1101、1102对准是有利的。图12示出增大的齿隙的实施例，其转子以约3度通过该最小室容积位置212。在这个位置，从动转子803的后沿边缘1201刚好进入轴向口凹槽206，使流体1202能够通过开口1203流进该室1212。 
为了减小紊流和流体流动阻力，这个开口1203尽可能快地变成尽可能大是有利的。做到这一点的另一种方法示于图13，其中，在齿1302、1303之间的空间内的物质已经从转子802、803去除。去除这些物质的作用是当从动转子803的后沿边1301进入轴向吸入口凹槽206或驱动转子802的前沿边1304离开轴向排出口凹槽时增加开口1203的尺寸。移去这些物质对于许多不同转子结构和齿轮齿的外形是有利的。 
图14示出为了增大开口1203的尺寸优选转子的实施例。在这个实施例中，因为仅凹槽1401从该转子上被移去而使齿轮齿几乎没有失去强度。这些凹槽能为任意深度，并且可以一个转子或两个转子的一端或两端。图14示出了凹槽1401的深度，其能显著降低流体紊流和流速，从而降低室1202中的压力和真空峰值，而没有明显地降低齿轮齿的强度。在特别适合需要紧密间隙的齿轮泵的一个实施例中，这些凹槽1401的深度为0.005至0.050英寸。在另一个实施例中，该凹槽1401的深度对于1英寸长的转子为约0.1英寸。 
图14a示出转子凹槽1401与轴向口206的边缘对准以及它如何大于开口1503的尺寸的两倍。例如，附图标记1503a表示在没有凹槽1401时的开口的尺寸，而附图标记1503b表示有凹槽1401时的开口尺寸。这样，凹槽1401与图14a所示的口形状一起产生约两倍于没有凹槽 1401时的截面面积。 
图15示出修改的口凹槽或口的形状1606、1607，其增大开口1603的尺寸而没有从转子上去掉任何材料。特别是，如图15中的阴影区所示，该凹槽边缘1608a、1608b对室1202的接近增加了该开口1603的尺寸。 
图16a至16c示出转子700a-c的各种实施例，其具有不同的齿轮齿形，这些齿形能够提供至少一些上述优点。这些实施例仅仅是说明性的并且利用这种凹槽的转子齿的许多其他形状和结构也可以考虑。如上所述，在这些实施例中，在转子的一个或两个上的齿轮齿构造成使得每个转子啮合区在驱动转子齿的后沿面和从动转子齿的前沿面之间具有足够空间，以便在这些面之间不形成密封。该空间可以对于是图12和图13所示的一个或两个转子的整个长度，或是对于图14、图16a、图16b、图16c所示的一个或两个转子的部分长度。 
应当注意上面的描述和附图为了说明清楚起见具有简化的性质，并且已经用于表示具有许多变化的泵结构，包括数目较多或较少的齿轮齿和转子，而转子的尺寸或较大，或较小。还有，入口出口形状和尺寸是代表性的，在实际的泵中可以更小或更大，或具有不同的形状，这些对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。 
下面将讨论如上所述的得益于入口出口形状和结构和/或齿轮齿形状和结构的泵结构的许多例子。应当注意，这些例子没有包括可能的泵结构的全部，而仅仅只是想要表明潜在应用的广泛的范围，其可以利用上述的入口出口形状和结构和/或齿轮齿形状和结构。这样上面提到的齿轮齿形可以用于任何下述泵结构的例子；但是为了讨论方便起见图2的局部去掉的齿轮齿202、203将用于下面的描述和附图中。 
图17示出三个齿轮结构泵1700，其顶盖被去掉。泵1700包括三 个具有啮合齿的转子1701、1702、1703和壳体1704，该壳体限定一对入口和出口1705、1706和凹槽1707、1708。如上所述，泵1700可以用各种尺寸的转子和每个转子上的各种数目的齿轮齿构成，此外转子的数目可以变化。 
图18示出四个转子结构泵1800的例子，其顶盖被去掉。这个实施例包括壳体1801，其中由中心驱动转子1801驱动的三个外侧转子1802、1803、1804被定位。在修改的实施例中，一个或多个外侧转子可以用来驱动其余的转子。泵的流入或流出通过具有如图所示的轴向口凹槽1811、1815的径向口1807、1808或如上所述的口和口凹槽的组合。 
图19示出图18的示例性的泵1800的壳体，其壳体盖和转子1801、1802、1803、1804被去掉。排出口1808位于顶盖1810上并且虚线示出在底盖(未示出)上的入口1807的位置。 
回过头来参考图18，流体通过轴向开口1807被吸进泵1800。该流体然后通过吸入径向管1814和轴向口吸入凹槽1815流到区域1813，其中转子齿分开并将流体吸进该啮合的转子的齿之间的扩大的空间。该流体然后围绕该转子的齿和壳体1806之间流到由于转子在区域1816啮合使这些室容积减小的地方。该流体然后从啮合的转子齿之间通过轴向排出口和径向排出口管1812排出并最终排到排出口1808之外。 
在这个示例性的实施例中，较大的内转子1801能够使用多个外转子1802、1803、1804。在图17的实施例中，多个外转子1703(图17)能够与同样大小的内转子1701一起使用。但是，图18中的较大的内转子1801能够在该内转子1801和壳体1806之间沿壳体1806的内表面1805有利地提供更多密封。这个区域将称之为“齿末端对壳体密封区”。在该示出中，三转子结构总是至少有三个齿在内转子1801和壳体1806之间沿该壳体表面1805形成密封。这有利于增加压力容量和 增加容积效率。只要内驱动转子1801具有足够的尺寸以在所有的时间在“齿末端对壳体密封区”提供至少一个齿的密封，就能够用更多个外转子1802、1803、1804。 
应当注意，任何转子可以用作驱动转子，甚至多于一个的转子在同一时间用作驱动转子。在该优选实施例中，为了简单性和最少的成本，内侧转子1801应当是唯一的从动转子。 
如上述具有四转子的结构中许多其他壳体和入口出口结构的组合也是可能的。图20示出修改的泵2100的实施例，其中流体从轴向入口进入泵2100并从其轴向出口排出，而没有图181所示的实施例的径向管1812、1814。图20示出这种口结构的例子，在图201其顶盖被去掉以便露出入口凹槽207、排出口凹槽206和排出轴向空2114。这样的泵2100由于它不需要像前面的实施例那样多的次数流体改变方向因而具有减小流动阻力的优点，并且因此对于同样数量的液力工作需要较小的输入功率。 
在图18的例子中，在内侧转子1801上的齿的数目不能被外侧转子1802、1803、1804的数目整除，所以每个外侧转子1802、1803、1804与驱动转子1801的旋转啮合在所有的时间将是相互不同的。由于错开特定结构所固有的输出脉动，这具有进一步减小噪音和振动的优点。 
图21示出如果驱动转子2001上的齿数能够被外侧从动转子2002、2003、2004的数目整除，错开作用怎样能够实现。在这个实施例中，外侧从动转子2002、2003、2004的旋转轴相互以不同的角度2005、2006、2007设置以错开每个外转子2002、2003、2004与内驱动转子2001的齿的啮合。以这种方式，能够实现与图18中的结构同样的效果。 
应当注意，在一些实施例中具有非错开的作用可能是有利的。这种泵的一个示例性的实施例示于图32和图33，并且将在下面详细描述。 非错开的作用那个具有使任何压力变化或压力峰值同时相等地作用在所有的方向的优点，因而在泵的所有部件中提供较均衡的力。 
图22示出内齿轮泵2200的示例性实施例，其包括内齿轮2201。外齿轮2202、内壳体22203和外壳体2204。在这个2实施例中，内齿轮2201可以具有少于外齿轮2202一半的齿。图23示出图22中的泵的外转子2202，其具有现有技术中熟知的径向“转子口”的例子，该转子口使流体能够径向地流过该转子2202。图24是图22的装配好的泵的剖视图，示出外转子口2301与径向周边口凹槽2401、2402和设在外壳体2204中的径向周边口2403、2404的对准，并且周边口凹槽2401、2402具有约1度的静止角。 
图25示出上述泵2200的壳体，其具有轴向口凹槽2501、2502，轴向口2503、2504，径向周边口凹槽2401、2402以及径向周边口2403、2404。两种类型的口和口凹槽或这些口和口凹槽的组合可以根据应用的需要一起使用。 
图26示出内转子泵示例性的实施例2600，该实施例类似于前述实施例。但是在这个实施例中，泵2600包括内转子2601，其齿数多于外转子2602的一半。为了简单起见，在图26未示出入口出口和入口出口凹槽。 
图27示出内齿轮泵的另一个实施例2700。在这个实施例中，内从动齿轮2701的齿数为外驱动齿轮2702的一半，由于齿数比例为2∶1，独特的密封表面界面形状是可能的。外转子密封面2703为平表面，其径向偏离外转子2702的旋转中心为内转子2701的弧形密封表面2704的半径尺寸(见图43标明R和r的尺寸) 
如上所述，有各种与上述实施例一起使用的常规和非常规的齿轮齿形状。这种结构包括图27的齿轮齿形状、螺旋齿轮形状和斜齿轮等。 当使用这些常规和非常规齿轮形状时，应当考虑上述的本发明的原则。例如，形成在啮合的齿之间的室优选只由驱动转子的前沿面和只由从动转子后沿面形成。在诸如图32和33所示的示例性行星齿轮泵3200、3300的多转子结构的情况下(下面将详细描述)，从动行星齿轮3205、3311也用作环状齿轮3206、3306的驱动齿轮。在这样的实施例中，前沿面和后沿面两者在同时但在不同的啮合齿上均用作密封面。 
应当明白，这些附图是简化的并且没有包含关于转子怎样由轴或轴承或流体薄膜效应与壳体或啮合的转子支撑的详细信息。但是按照本发明的技术这种特征很容易由本领域的技术人员通过常规的试验或模型确定。例如，也没有规定两个转子之间的、转子与壳体之间的间隙，但是可以是从接触配合到小于或大于0.005”。发明人相信，0.0005”到0.005”的间隙在非常广泛的应用中是有用的范围。约0.003”的间隙已经用SAE30重油进行试验，具有很好的压力容量和很好的容积效率。 
在内转子结构中当确定那个转子是驱动转子和那个转子是从动转子时很多事情必须考虑。具体说，如果外转子是从动转子，那么泵的排量增加。另一个考虑是如果是外转子而不是内转子用来驱动该泵，驱动必须沿相反的方向，除非转子齿构造成相反的。 
如果外转子驱动内转子，本发明的一方面是通过密封表面的“接触力减小”防止或减少在磨料状态下或高压力状态下或其他应用中的磨损。这种效果很容易在图27的示例性结构中说明。为了实现这种“接触力减小”效果，外驱动转子2702在这个实施例中被顺时针方向驱动，其通过接触点2705又使内转子2701顺时针方向转动。在区域2706和2707引起的任何液力压力将沿顺时针方向作用在内转子2701的后沿面2708上并沿反时针方向作用在前沿面2709上。结果，与后沿面2708相比，前沿面2709较大的面积暴露于排放压力，来自液体排出压力的总的旋转力将沿内转子2701的反时针方向，但是仅仅是两个表面2709 和2708之间的差。这个差非常小，并且来自内转子2701密封面2704对外转子2702的密封面2703的旋转力的接触压力要比如果内转子用于驱动外转子小得多。 
来自驱动外转子2702的接触力理想地大到足以形成满意的密封，但是小到在密封表面之间足以形成流体薄膜。这个接触力通过增加或减少内转子最大直径表面2710的直径和内壳体密封表面2711是可以调节的。这将改变暴露给排出压力的前沿面2709和后沿面2708之间的(面积)差。 
图28是独特的口结构例子的剖视图，其可用于这里所述的任何内齿轮泵。这种口结构的优点包括通过轴向入口2801的吸入流体和通过轴向排出口2802(图9)排出流体。这种入口出口设置允许口2809、2802在内壳体密封件2803中以180度相互对准。其优点是能够用于不能接近或尺寸受到限制的应用。例如用于水或油的下孔泵。这种结构的另一个优点是以串行级的形式叠放泵转子以通过相互以180度叠放各级增加压力容量。该泵级也可以并行叠放以通过相互沿直线在相同位置叠方各级增加流量。并行和串行级的组合能够实现达到增加压力和增加流量。 
图28中的示例性结构是单级，它通过轴向吸入口2801吸入流体，并且然后通径向入口导管2803过到转子分离区2804。扩张室2805与转子分离区2804被密封，因此它需要为流体提供另一条流进该区域的路径。在图18的示例性实施例中，径向转子口2806允许流体从周边口凹槽2807流动，其用来使流体从径向吸入导管2803通过径向转子口2806。该流体进入泵的排出侧的反向循环，在这里流体被排出到口2802之外(图29)。轴向口凹槽也可以用于这种结构中，以进一步减小流体流动阻力，但是在图28中未示出。 
具有简化的制造结构的有径向转子口的外转子示于图30。这种外 转子必须由内转子驱动。一种能够安装于驱动轴的外转子的简化的制造结构示于图31。这种转子结构在制造方面具有优点，但是没有本专利说明书描述的其他结构中的一些结构的高压或速度的优点。 
图32示出示例性的行星齿轮泵，其具有根据本发明的一些特征和优点。在这个实施例中，内转子3201驱动行星出轮3205，该行星齿轮3205又驱动环齿轮3206。流体通过吸入口3207、3208吸入，并通过用虚线表示的在上壳体(未示出)上的排出口3209、3211从该泵排出。如上所述，使用本专利申请的公开，这种和其他泵实施例具有许多可能的变化。例如，转子的不同尺寸、转子的不同数目、不同的齿面形状、不同的入口出口和壳体结构可以被一体化在这里所述的结构中。应当明白，为了简化附图起见，图32中的示例性实施例没有示出任何和轴向口凹槽，但是圆形的轴向口近似于轴向口的理想形状并且因此对于一些应用是可以接受的。内驱动齿轮3201和外环状齿轮3206如图2中一样是单向结构，而行星齿轮3205具有反向结构，如图8中一样具有增大的齿隙，在这个实施例中只有行星齿轮3205需要反向结构，因为齿轮齿的相对侧与它们和外转子3206接触一样与内转子3201接触。 
图33示出这种示例性实施例的变化，其用静止的环状齿轮3306和旋转的内壳体/行星齿轮壳体3310。这种结构的优点可以包括作为环状齿轮3306的减小的外径能够用作外壳体。还有，通过允许内壳体/行星齿轮运载器3310自由运动。行星齿轮3311上的径向载荷可以减小该行星齿轮的轴承和轴上的侧向载荷并且能够利用抗磨蚀套筒轴承，其不需要将流体密封并且由于载荷的减小能够减小磨损。该内齿轮3301用来驱动图33中的泵。 
在图34中，位于旋转的内壳体/行星运载器3310中的入口可以使用入口3402上的惯性吸入导管3401以增加入口吸入压力，避免在高速时或具有高粘滞性流体的空穴现象。 
关于上述实施例，行星齿轮的齿形状时对设计者的挑战，因为用于环状齿轮的理想的行星齿轮的齿形将不同于用于太阳齿轮的行星齿轮的齿形。行星齿轮对太阳齿轮的关系具有外部齿轮组。 
在一个实施例中，对于诸如用于下孔泵的单向行星齿轮泵，在前沿边缘上为理想形状以与环状齿轮相啮合的行星齿轮的齿形能够用于与太阳齿轮啮合的行星齿轮后沿边缘上的齿轮齿形。当与如上所述的足够的齿隙结构组合时，可以简化泵结构并降低制造层本。非常规的齿轮齿形也可以用在这种非对称的行星齿轮的齿形状结构。但是由于这种结构，常规齿轮齿形状和制造工艺能够用来形成泵转子。这种结构将反向运行但是当向前运行时可能不提供理想的密封。 
图35和图36示出利用图16所示的非常规齿轮齿形的三个内转子3501泵的分解图，而图37示出三个内转子3501泵的前剖视图。在这种结构中，外转子3502是驱动转子。内转子3501的轴3503保持在盖3504和盖板3506之间。流体通过为流体提供径向壳体入口凹槽3509的轴向入口3507进入该泵并离开该泵，该径向壳体入口凹槽3509向外转子径向转子口3510和壳体盖5304上的轴向口凹槽3601(图36)提供流体。该流体通过轴向排出口凹槽3602、外转子径向转子口3510盒径向壳体排出口凹槽3511排出，并最终通过轴向排出孔3508排出。 
图38至图40示出内转子泵的示例性实施例3800，其具有根据本发明的一些特征和优点。这种泵3800具有类似于图27的实施例的齿轮齿结构。这个示例性实施例将内齿轮3801用作驱动齿轮，而外齿轮3802用作从动齿轮。应当注意，相当多的材料可以从内转子3801的密封面4001(图40)和外转子3802的密封面4002(图40)磨损掉。流体通过壳体盖3901(图40未示出)中的轴向吸入口4003(在图40中以虚线示出)和盖轴向口凹槽4001吸入。流体通过轴向入口4005从泵排出并最终通过轴向排出口4006排出到外面。内转子3801由内转 子轴3803支撑并驱动。在这个示例性的实施例的外转子3802被外转子的外表面3804和壳体内表面3805之间的流体薄膜支撑效应支撑。 
图41至图44示出泵4100的优选实施例，其具有根据本发明的一些特征和优点。这个实施例的有利之处在于具有减小的制造和设计成本，同时仍然具有极好的压力容量和高容积输出。此外，转子4301、4302两者均能够经受明显的磨损并在两个转子密封表面4303、4304之间仍然保持密封。该内转子4301由内转子驱动轴4101驱动，该内转子驱动轴4101由壳体盖4201和壳体4102中的轴承以可旋转方式支撑。力矩由驱动轴销槽4102和驱动销从轴4101传输到内转子4301。 
流体通过径向口4402进入径向壳体口凹槽4403吸入该泵中。该流体然后通过外转子径向转子口4405吸入该转子分离区域4404。该流体然后流入在内转子齿4408和内壳体密封件4407的内表面4413之间的室4406。流体还流入外转子齿4409和外壳体内表面4411和内壳体密封件外表面4412之间的室4411。当流体到达转子啮合区4414时，它通过外转子径向口4405并且然后通过壳体径向排出凹槽4415排出并最终通过壳体径向排出口4416排出到外面。 
由于内转子密封表面4303和/或外转子密封表面4304的磨损，它将相对于外转子4302旋转地向前。 
虽然本发明已经在一些示例性和优选的实施例的内容中进行了描述，但是本领域的技术人员应当明白，本发明延伸超过具体公开的实施例到其他可选的实施例和/或本发明的用途和明显的修改及其等同物。此外，虽然本发明变化的数量已经详细示出并描述，本发明范围内的其他修改根据这些公开对本领域的技术人员也是显而易见的。还设想，可以进行特定特征和实施例的方面的各种组合或子组合并仍然落入本发明的范围内。因此，应当明白，所公开的实施例的各种特征和方面可以相互组合或相互替代，以便形成本发明的变化形式。因此 这里公开的本发明的范围不应当限于上面描述的具体公开的实施例，而是只应当由下面的权利要求来确定。 

Claims (13)

1.一种泵，包括：
壳体；
驱动转子，其被支撑以在所述壳体内转动，所述驱动转子具有多个齿，所述多个齿中的每一个具有前凸面和后沿面；和
多个从动转子，其联接到所述驱动转子并且被支撑以在所述壳体内转动，所述多个从动转子中的每一个具有入口和出口以及多个齿，所述多个齿中的每一个具有前沿面和后平面；
其中，所述驱动转子和所述多个从动转子在所述壳体中设置成使得：当所述驱动转子和所述多个从动转子转动时，所述驱动转子的所述多个齿和所述从动转子的所述相应的多个齿彼此相互接合以在每个从动转子的入口和出口之间形成密封，所述密封只形成在所述驱动转子的齿的前凸面和所述从动转子的齿的后平面之间。
2.如权利要求1的泵，其中，所述多个从动转子中的每一个和所述驱动转子具有轴向长度，形成在每个从动转子的入口和出口之间的所述密封延伸通过所述驱动转子和所述从动转子的整个轴向长度。
3.如权利要求2的泵，其中，所述密封形成在所述多个从动转子中的一个和所述驱动转子上的一对相邻齿之间。
4.如权利要求1的泵，其中，所述驱动转子相对于所述多个从动转子居中地定位，使得所述从动转子包围所述驱动转子。
5.如权利要求1的泵，其中，所述驱动转子和所述多个从动转子被支撑以沿相反方向转动。
6.如权利要求1的泵，其中，所述驱动转子的直径大于所述多个从动转子中的每一个的直径。
7.如权利要求1的泵，其中，所述驱动转子的所述多个齿的数目不能被联接到所述驱动转子的所述多个从动转子的数目整除。
8.如权利要求1的泵，其中，所述多个从动转子的相应多个齿与所述驱动转子的所述多个齿的接合面在所有的时间都是彼此不同的。
9.如权利要求1的泵，其中，所述驱动转子具有足够的尺寸，使得所述驱动转子的所述多个齿中的至少一个齿与联接到所述驱动转子的所述多个从动转子的每个相邻对之间的所述壳体处于密封啮合。
10.一种泵，包括：
壳体；
驱动转子，其被支撑以在所述壳体内转动，所述驱动转子具有多个齿，所述多个齿中的每一个具有前沿面和后沿面；和
多个从动转子，其被支撑以在所述壳体内转动，所述多个从动转子包围所述驱动转子使得所述驱动转子相对于所述从动转子居中地定位，并且所述驱动转子的直径大于所述从动转子中的每一个的直径，并且
所述多个从动转子中的每一个具有入口和出口以及多个齿，所述多个齿中的每一个具有前沿面和后沿面，
其中，所述驱动转子和所述多个从动转子在所述壳体中设置成使得：当所述驱动转子和所述多个从动转子转动时，所述驱动转子的所述多个齿和所述从动转子的所述相应的多个齿彼此相互接合以形成第一密封和第二密封，所述第一密封只形成在所述驱动转子的所述多个齿中的一个齿的前沿面与所述多个从动转子中的一个从动转子的所述多个齿中的一个齿的前沿面之间，并且所述第二密封只形成在所述驱动转子的所述多个齿中的相邻一个齿的前沿面和所述一个从动转子的所述多个齿中的相邻一个齿的后沿面之间，使得连续的密封流体室从所述第一密封延伸到所述第二密封且位于所述一个从动转子的所述入口和出口之间。
11.如权利要求10的泵，其中，形成在所述驱动转子的所述多个齿的前沿面和所述多个从动转子的相继从动转子的多个齿的后沿面之间的所述第一密封和所述第二密封在不同的时间形成。
12.如权利要求10的泵，其中，所述第一密封和所述第二密封中的第一个只形成所述驱动转子的所述多个齿中的一个齿的凸状前沿面和所述多个从动转子中的一个从动转子的多个齿中的一个齿的相对的平的后沿面之间。
13.如权利要求12的泵，其中，所述第一密封和所述第二密封中的第二个只形成所述驱动转子的所述多个齿中的相邻一个齿的凸状前沿面和所述一个从动转子的所述多个齿中的相邻一个齿的相对的平的后沿面之间。
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