CN105765220B

CN105765220B - 具有自旋行星式几何结构的自旋泵

Info

Publication number: CN105765220B
Application number: CN201480062558.0A
Authority: CN
Inventors: J.科里
Original assignee: Chart Inc
Current assignee: Mwei Biosolutions Usa Co ltd
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2020-03-27
Anticipated expiration: 2034-10-09
Also published as: WO2015054505A1; EP3055566A4; US9771931B2; JP6573605B2; JP2016533447A; US10465669B2; CN105765220A; US20150098841A1; US20180073493A1; EP3055566A1

Abstract

在此所述的主题涉及一种自旋泵，所述自旋泵包括压缩机和真空泵的组合，所述压缩机和真空泵布置在从旋转壳体中的公共曲轴延伸的相应活塞上。本发明还说明了相关方法、设备、系统、技术和产品。

Description

具有自旋行星式几何结构的自旋泵

对优先权文件的引用

本申请要求于2014年10月9日提交的标题为“具有自旋行星式几何结构的自旋泵”的共同审理的美国临时申请61/888,893的优先权。本申请要求上述提交日期的优先权，并且该临时申请通过完整引用结合在此。

背景技术

需要一种由压缩机和真空泵组成的廉价、紧凑、高效的氧浓缩器来驱动从环境空气分离氧气的变压和/或真空/变压吸附循环，例如用于对慢性阻塞性肺病(COPD)患者进行治疗。典型情况下，这种氧浓缩器有固定式、可运输式和便携式之分。仍能走动的患者一般更青睐较小的可运输式和便携式装置。这些较小的装置对紧凑性、重量和效率的要求最严格(因为这决定了便携式电池电源的持续时间)。在携带或佩戴便携式浓缩器时，震动也可能是一个问题。

固定式浓缩器是更加以成本为导向的设计形式，它们采用变压吸附 (PSA)循环，其中，吸附剂层中的所有抽气操作在环境压力或更高压力下完成，因而可利用较廉价的压缩机来输送空气。但是，在便携式装置中，优选采用真空-变压吸附(VPSA)循环，其中，该循环的较低压力部分是低于大气压的，因为已知的吸附剂在这种"真空"级压力下能够以单位质量的吸附剂材料提供更多氧气。然而，这些泵(压缩机或压缩机-真空泵组合)还必须提供可吸入质量的气体，而这可能要求这些装置必须是非润滑装置(即，不使用油进行润滑)。迄今为止，所有此类浓缩器都是采用常规电机驱动的短行程往复移动装置。

业界一直需要一种紧凑、震动小、效率高的压力-真空组合泵和压缩机，该装置可无油工作，并且成本不超过常规的往复式装置的成本。

现有专利公开了此类装置的基本动力学特性，该动力学特性与本文中所述的动力学布置形式的一些元件的动力学特性类似。例如，Guinard的美国专利2,831,438说明了一种旋转活塞泵，所述旋转活塞泵具有交叉活塞几何结构，其中，两套交叉活塞骑乘在滑动“底板”上(苏格兰轭的一种变化形式)。而且，Guinard的系统具有直接连接至转子壳体的曲轴。Richards的美国专利2,683,422说明了一种旋转式发动机或泵，所述旋转式发动机或泵具有与本公开类似的动力学几何结构，即，行星运动，其中，曲轴转动速度是气缸运动速度的两倍，从而实现活塞和气缸之间的相对往复运动。但是Richards的装置驱动气缸，需要采用齿轮来实现曲柄的必要运动(曲柄本身是位于固定偏心构造上方的复杂中空结构)，并且在每个活塞面处具有单独附接的气缸，这使得该结构很笨重，难以充分地对位(因此需要使用齿轮进行同步)。Richards还遗留了实际需要流体连接才能工作的问题。 DeLancey的发明2,121,120是一种交叉活塞流量计，但不是行星式的，它使用由其活塞移动的辊和凸轮，以产生与腔室中的体积排量成正比的一致的轴转动。在该发明中没有气缸的转动。Smith的发明2,661,699是一种交叉活塞式发动机，该发动机具有常规曲柄、固定气缸、以及把活塞连接至连杆的滑动(“苏格兰”)轭，与Guinard的装置类似。Smith的发动机不是行星式的。Johnson的发明2,684,038是另一种具有苏格兰轭的交叉活塞设计，但是轭位于连杆的中心，而不是像Smith的装置中的那样位于活塞处。DeLancey、Smith和Johnson的专利都被Richards引用。另外，这些专利都未提及单个装置中的压力室和真空室的组合。而且，现有的专利文献都描述的是油润滑装置，未提及无油式的浓缩器系统。

引用Richards的专利的更加相关的专利包括Baker的专利3,977,303。 Baker的发明是行星式的，但是包括布置在其曲轴和活塞之间的自由转动的辅助偏心构造，所有这些部件都处于不转动的缸体中。Gail的专利 5,375,564公开了一种油润滑行星式发动机，该发动机具有三个或更多活塞轴(并引用了Avermaete的专利3665811，该专利是另一种3缸行星式发动机；还引用了Lamm的专利3,799,035，该专利讲授了一种与本发明类似的自旋行星式发动机或泵；另外还引用了Froumajou的专利3,921,602，该专利说明了一种复杂的行星式发动机，其中，活塞在每转中走行多个行程，转动元件的偏心率具有不统一的整数比)。Farrington的专利6,148,775公开了一种具有本发明的行星式动力学特性的发动机。

业界需要一种可作为简单的PSA、更高效和更紧凑的VPSA系统、或者既可作为PSA又可作为VPSA的紧凑、平衡且成本低的无油泵。紧凑性和平衡性对于便携式浓缩器特别有价值，而低成本对于固定式装置更有价值。

发明内容

本发明描述了一种旋转容积泵(又称自旋泵)，在一种实施方式中，所述泵包括压缩机和真空泵的组合，所述压缩机和真空泵布置在从所述自旋泵的旋转壳体中的公共曲轴延伸的相应活塞上。所述自旋泵的优点是紧凑、重量轻、廉价、便携，并且因其接近完美的平衡构造而几乎不产生震动。

下面将参照附图详细说明在此所述的主题的一种或多种变化形式。通过下文的说明、附图和所附权利要求的阐述，在此所述的主题的其它特征和优点将变得更明显。

附图说明

图1是一种自旋泵组件的透视图；

图2是该自旋泵组件的另一个透视图；

图3是该自旋泵组件的转子的透视图；

图4是该自旋泵组件的转子的另一个透视图；

图5示出了该自旋泵组件的曲轴；

图6是该自旋泵组件的动力学特性的示意图；

图7是该自旋泵组件的一种可替代实施方式的部件分解图；

图8示出了处于组装后状态的两件式转子的例子；

图9示出了两件式转子的两个相同部件之中的第一部件；

图10和图11是该自旋泵组件的实施方式处于组装后状态的横截面图。

附图中的相似标号代表相似的元件。

具体实施方式

本发明公开一种在氧浓缩器中使用的成本低、易加工的旋转或自旋泵组件。在一种实施方式中，所述自旋泵组件按照PSA循环作为压缩机泵工作。在另一种实施方式中，所述自旋泵组件按照VPSA循环作为真空泵工作。在一种可选的实施方式中，所述自旋泵组件是压缩机泵(PSA)和真空泵 (VPSA)的组合。所述的易加工性是由于仅需要泵的部件有平面状或圆筒状表面。在一种实施方式中，泵的部件包括工作部件表面，所述工作部件表面包括限定活塞或流体腔室的泵部件部分，或者与相邻部分通过固定或活动关系邻接的部分。工作部件表面的一些非限定性例子包括活塞室的内壁、以及转子的与壳体表面和轴承表面相邻的自旋外表面。所述工作部件表面是需要高精度才能工作的表面，在此，所有此类表面都可基本上为平面或圆筒状表面，和/或能够以较低的成本加工。不需要像构成其它形式的泵(例如摆动式压缩机或涡旋式压缩机)的部件那样具有特殊轮廓。

如下文中所详细说明的，所述自旋泵组件采用行星式几何结构，这种几何结构采用对旋矢量方式使泵的气缸中的活塞产生直线式往复运动。而且，对旋矢量的参考系本身是自旋的。即，两个矢量都可沿顺时针方向自旋，但是其中一个矢量可按另一个矢量的两倍速度自旋。这与普通的行星式结构不同，在普通的行星式结构中，支承部分是固定不同的(即，自旋速度为零)，而两个对旋部分以方向相反的自旋速度(例如-1和1)自旋。它们共同产生直线式往复运动，这种往复运动可使活塞相对于固定气缸移动。在本文所述的系统中，所有部分都相对于周围的"地面"进行附加的上旋，因此，气缸支承部分(即，转子)从自旋速度零变为1，前一个转动部分从-1变为零，并取代气缸变成新的"落地"部分，而另一个转动部分(曲轴) 从速度1变为2。

所述自旋泵组件包括该组件的曲柄轴和转子轴之间的偏移量。曲柄销代表或限定一个矢量，而相对于曲柄轴的转子位置中心代表另一个矢量。

转子包括第一活塞，所述第一活塞被曲柄销驱动，并处于转子的横向气缸中。随着转子以一半曲柄速度转动，第一活塞被驱动从而在转子中往返运动。为了显著减小或消除活塞的侧向载荷，可在曲轴的外端上布置内- 外正时齿轮(例如2:1正时齿轮)，并且该正时齿轮可配装为使转子和曲柄一起运动。转子还包括位于其中的第二活塞。所述第二活塞可选相对于所述第一活塞轴向偏移，其往复运动轴与第一活塞成90度角(并与相应的曲柄销成180度角)。在另一种实施方式中，采用叉-刃式连杆，或者从活塞中心线偏移的连杆，从而即使当轴承沿曲轴轴线偏移时，活塞中心线也都在同一个平面上。

在一种实施方式中，活塞的端口是独立的，从而一个活塞作为真空泵，另一个活塞作为增压泵。

现在说明在氧浓缩器中使用的自旋泵组件的一些示例性实施方式。图1 和图2示出了自旋泵组件105的透视图，该自旋泵组件105包括壳体110，壳体110容纳可旋转地安装在壳体110中的转子205(在图3和图4中示出)。转子205被曲轴115驱动旋转，曲轴115限定第一轴A。曲轴115例如经由一个或多个支承板120可转动地耦合至壳体110。转子205包括一对圆筒状缸筒(图3和图4)，每个缸筒包括至少一个活塞，从而所述活塞限定每个缸筒内的至少一个流体腔室。所述缸筒相对于转子205的中轴线可处于径向或直径方向。即，所述缸筒可部分地贯穿转子，或者可完全贯穿转子，从而所述缸筒相交，并形成贯穿转子的两侧的孔口。下面详细说明自旋泵组件的动力学特性。转子以精密配合对位的方式容纳在壳体中。例如，转子和壳体之间可有0.001-0.002英寸的径向缝隙。

在图1和图2所示的实施方式中，壳体110具有矩形外形，该外形具有基本上为平面状的表面，这实现了易加工性。若活塞缸配有随其转动的缸盖，则完整壳体不是必须的。壳体110具有圆筒状缸筒，转子205可转动地布置在该圆筒状缸筒中。如下文中更详细的说明所述，转子205绕第二转轴转动，所述第二转轴与由曲轴115限定的第一转轴平行，但是从第一转轴偏移。在一种实施方式中，第二轴从第一轴的偏移量是所需行程的 1/4，曲柄销的偏心构造从曲柄转轴的偏移量是所需行程的1/4。

图3和图4是围绕曲轴205的转子205的透视图。曲轴承载坐在转子中的活塞，但是转子和曲轴之间没有直接连接。由于在曲轴转动时活塞在其缸壁上推动，因此发生转子的转动(除非正时齿轮从曲柄直接驱动转子)。转子205包括两个圆筒状活塞室210和215，每一个活塞室容纳至少一个活塞。在一种实施方式中，所述活塞室彼此相对偏移90度。在一种实施方式中，两个活塞室作为压缩室(例如，在PSA循环中使用)。在另一种实施方式中，两个活塞室作为真空泵室。在另一种实施方式中，一个活塞室作为压缩室，另一个活塞室作为压缩室(例如在VPSA循环中使用)。图5示出了处于独立状态的曲轴115。

图6是自旋泵组件105的动力学原理的示意图500。该示意图示出了可移动地安装在转子205中的示例性活塞505，转子205可转动地布置在壳体 110中。曲轴115驱动活塞505旋转从而在转子205内往复运动，而曲轴 115本身在包括排出口517和吸入口518的壳体110内转动。活塞可具有多种结构中的任意一种。在一种实施方式中，活塞由连杆上的一对活塞头构成。

图6 的示意图500示意性地示出了自旋泵中的部件从左上方的位置502 所示的任意第一位置开始工作和转动并从位置502顺次运动至位置516的步骤序列。到达位置516之后，在经过又一个相等的运动增量之后，所述序列再次转至位置502处所示的第一位置。

如上所述，自旋泵组件的部件布置为旋转行星式几何结构，这种结构允许通过对旋矢量方式产生活塞505相对于转子205的直线式往复运动。转子205的转动中心与固定壳体105的缸筒同心。曲轴115的转动中心平行于转子中心，但从转子中心偏离一预定距离，例如，该距离等于所需活塞行程的四分之一(如示意图500所示，在曲柄角度为零时位于向上的初始位置502)。曲轴具有曲柄销，所述曲柄销从曲轴115的转动中心偏离所需活塞行程的四分之一(如附图所示，也在向上的位置502)。

在位置502：当外部装置(例如电机，在附图中未示出)向处于位置502 的曲轴115施加扭矩时，在处于配装有曲柄销的曲轴中段的活塞505上产生横向力。此力把活塞505朝在转子205中容纳活塞505的缸壁按压。但是，由于曲柄转动中心和曲柄销的组合偏移量(该组合偏移量使得在此以点 503标出的活塞一端被保持在最接近转子外缘的位置)，施加在转子205上的力偏离转子205的转动中心(例如，偏离活塞行程的四分之二或二分之一的距离)。此力在转子205上产生围绕转子205的转动中心的扭矩。此扭矩迫使转子205在其轴承上围绕转子205的中心自旋。

在位置504：转子205已经沿顺时针方向转动45度，并且曲柄已转动 90度，从而保持曲柄销、活塞和转子缸筒的相对对位。因此，活塞505(参见附图中所示的点端503)已相对于转子205的外缘轴向回缩，因而开始自旋泵组件105中的点端腔室的吸入行程(活塞505的另一端的腔室同时发生压缩)。从位置502和位置510之间的时间开始，活塞505的点端503和转子205的外缘之间的空间与壳体的吸入口相通。

随着曲轴115的进一步转动，各个部分继续围绕其中心自旋。随着曲轴115围绕其轴自旋，活塞505环绕曲轴115的中心运动，如位置502至位置516所示。转子205的中心与曲轴115的中心之间的偏移量从正相对位置(在此位置，这些偏移量是相加的，如标号502和510所示)移动至反相对位置(在此位置，这些偏移量是相消的，如标号506和514所示)。但是，相对于转子205(转子205也在转动)，曲柄中心偏心度和曲柄销偏心度的矢量和仍保持正对转子205中的气缸的轴线，因而仍正对气缸中的活塞505 的运动方向。从转子205的参照系看，第一偏心度(即，围绕转子中心并朝向固定在壳体中的曲柄中心的固定大小矢量)沿逆时针方向移动，与和第二偏心度相关的矢量(即，围绕曲柄中心并朝向曲柄销的固定大小矢量)大小相等且方向相反。在这些矢量的加合中，矢量的相反方向分量相消，而这些矢量的相同方向分量相加，从而导致正弦幅值的直线式往复移动矢量。此正弦幅值的直线式往复移动矢量表征了活塞505相对于转子205的行程。活塞的这种运动又称行星式运动。

通过在整个系统中增加自旋，壳体(曲柄偏心度)、转子205和曲轴 115(曲柄销偏心度)相对于地的相对转动从负值、零和正值变为零、正值和两倍正值，如示意图500所示。曲轴115以转子205的两倍速度转动，而壳体固定不动，但是它们的相对运动等同于转子205固定不动，而壳体相对于曲轴反向转动；活塞505在转子205中往复运动。

如上所述，可把内-外2:1正时齿轮连接至曲轴115和转子505，以强制它们的相对转速，同时不通过活塞-转子接触面(转子缸筒)输送动力。内- 外2:1正时齿轮使曲轴115和转子205一起运动，并使得曲轴115的转动速度是转子205和活塞的转动速度的两倍。在产生这种转动的同时，壳体保持静止在同一位置，如图6所示。

但是，在一些实现方式中(基于一些经验性试验)，在曲轴和转子都相对于壳体(或者相当于"地")独立支撑在轴承上的情况中，自旋泵组件105可不需要这种正时齿轮。在这些实现方式中，正时齿轮可能不利于自旋泵组件105的简单性和高效性。可使转子205的惯性足够大，以便使运动顺畅地通过曲轴在转子上不发挥使其进一步转动的扭矩的位置(例如，通过位置 506和514)。但是，可增加与活塞505成九十度并由与曲柄销206成180 度的第二曲柄销驱动的第二活塞，以消除两个活塞共享公共转子205和曲轴115的情况中的这种零扭矩位置。

为了进一步说明与行星式运动相关的上述工作方式，在此可考虑活塞 505在从502至516的一个循环中转动时的流体室501的效果。在位置 502，曲轴115处于零度角，转子205处于零度角，腔室501处于上死点 (TDC)。TDC表征活塞面503与曲轴115处于相同角度位置时的基准位置。在TDC，腔室501的体积最小。随着活塞沿顺时针方向朝位置504转动，气缸与吸入口相通，腔室501的体积扩大。

在位置504，曲轴115已转动九十度，而转子205和活塞已转动四十五度。如上所述，此时发生吸入操作，腔室501的体积继续扩大，直至吸入操作结束。

在位置506，曲轴115已转动一百八十度，而转子205和活塞已转动九十度。此时吸入操作继续，腔室501的体积继续扩大。

在位置508，曲轴115已转动两百七十度，而转子205和活塞已转动一百三十五度。此时腔室501的体积继续扩大，直至吸入操作结束。随着活塞面503朝标号510所示的位置运动，腔室的体积扩大到最大值，并在吸入操作结束后停止扩大，腔室变为与吸入口518隔绝。

在位置510，曲轴115已转动三百六十度，而转子205和活塞已转动一百八十度。此时腔室501处于下死点(BDC)。在位置510，吸入操作已停止 (因为腔室501已与吸入口隔绝)，而排出操作还未开始。

在位置512，曲轴115已转动四百五十度，而转子205和活塞已转动两百二十五度。此时腔室501的体积既不吸入，也不排出。相应地，腔室501 的体积已减小，但是容纳的流体量没有显著变化，因而其中的压力增大。

在位置514，曲轴115已转动五百四十度，而转子205和活塞已转动两百七十度。此时腔室501的体积既不吸入，也不排出。相应地，腔室501 的体积进一步减小，容纳在腔室501中的流体的压力进一步增大，直至(刚刚经过此位置514的时刻)腔室501连通排出口，并且排出操作开始。优选通过把排出口布置为使得腔室501中实现的压力升高量与排出口处的所需排出压力相符来确定这种开启的精确时刻。

在位置516，曲轴115已转动六百三十度，而转子205和活塞已转动三百一十五度。此时腔室501的体积进行排放。相应地，虽然腔室501仍保持与排出口连通的状态，但是随着转子205再次朝其初始TDC位置运动，腔室501的体积也继续减小，并且流体被压出腔室501，如标号516所示。

最后，对于这个完整循环来说，在位置502，曲轴已转动七百二十度，而转子205和活塞已转动三百六十度并回到在TDC处的原始状况，基本上所有(从吸入口)吸入的流体都已被压缩并从排出口排出，腔室501在通过此位置时被密封隔绝，然后再次接近吸入口，开始一个新的循环。

在一些实现方式中，可在吸入口或排出口处包括一个单向阀，以减少或基本上消除回流或这些端口之间的串流。这种单向阀可布置在活塞上，而不是布置在吸入口或排出口处。壳体的通过该阀门与腔室501相通的曲轴区域可分别用作泵送流体源或汇集区。转子205的缸筒可由与转子205 内的缸筒相邻的阀门或导管遮盖。流入和流出腔室501的导流或直流可不使用转子205周围的壳体部分中的端口，而是通过通向外部端口的曲轴区域或转子的轴向端面来实现。

基于这种动力学特性以及相容的活塞和转子干润滑材料的选择，能够有利地消除需要在自旋泵组件105中使用油作为润滑剂的需求。所述组件的材料例如可包括：选自聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯、乙缩醛或其它已知的低摩擦材料的聚合材料(例如用于活塞或其上的涂层)；阳极氧化铝、镀镍、蒸汽沉积金刚石石墨或其它已知的高硬度光滑表面(例如用于转子缸筒)。

由于没有油润滑，因此自旋泵组件105能够提供可吸入质量的压缩气体，例如氧气。另外，与上述动力学特性相关的旋转运动能够有利地防止在常规的泵中因运动部件相对于地的直线运动或振荡运动而导致的震动，因为本发明中的每个部件都是绕其中心自旋的，或者绕另一个自旋中心转动的。因此，可施加转动配重，以基本上完全消除由不平衡运动质量导致的力和振动。

而且，在自旋泵组件105中使用的部件202的重量较轻(例如，对于具有20立方厘米/转子每转行程排量的双活塞装置，例如附图所示的自旋泵组件105，部件的重量在0.2公斤和0.5公斤之间)。在其它实现方式中，部件 202的重量可根据装置的规模确定。例如，部件202的重量可为数微克或数公斤。轻量和纯转动的组合能实现很高的运转速度，还能降低实现所需输出流量的必要尺寸和质量。

自旋泵组件105的制造成本较低，因为所有关键部件的形状或构造都是简单的圆筒或平面形式，并且所有形状或构造的相对方位都是平行或垂直的。另外，与许多常规的泵相比，自旋泵组件105较廉价。而且，自旋泵组件105较小、较便携、并且价格较低。而且，自旋泵组件105可在基于真空变压吸附(VPSA)原理(动力学循环的低压部分是低于常压的)的浓缩器中工作，因为吸附剂在真空级压力下能以单位吸附剂质量输送更多氧气。通过使一个活塞(两个面)专用于在高压力下工作，使另一个活塞(另外两个面)在真空压力下工作，两个活塞在曲轴115上轴向独立地工作并且其轴相隔九十度，而曲柄销206相隔一百八十度，并且每个活塞服务于连接至其相应的循环控制阀的独立吸入口和排出口，能够最有利地实现上述目的。可替代地，分别具有一个活塞的两个转子可由单个曲轴驱动，但是布置有中间隔板，以便把真空泵转子与压力转子隔离。

图7示出了转子组件的另一种实施方式，其中，转子由第一部件705 和第二部件710构成(即，一对全等的两半)，这两个部件彼此配合，共同形成转子。转子可为如图所示的圆筒状，也可为矩形或任何其它形状。所述的两个部件在彼此配合时还共同形成两个活塞室，其中，每个部件形成单个活塞的缸筒整体，从而每个部件可容纳一个活塞，而无需与另一个部件配合。两个部件705和710之中的每一个分别形成两个同轴活塞室的圆筒部，该圆筒部垂直于每个部件的相应转轴。当两个部件彼此接合或配合时，一个部件的转轴与另一个部件的转轴共轴地对位，以形成转子。

通过把转子分为彼此互锁接合的全等两半，在每半(或每个部件)中可形成每个双端活塞的完整缸体。这样，可以在把转子的两个部件组装在曲轴 115的两端上之前把单件式双端活塞715插入到气缸(即，活塞缸体)中。在采用单件式转子时，在把气缸组装在曲轴的两端上之前只能在气缸中插入一个活塞，因此，在单件式转子方式中，需要至少一个多件式活塞。采用毂盖式转子(例如，参见Richards的专利2,683,422)时，跨过毂的圆柱轴与转子的转轴很难对位，并且实际上不能实现无油工作方式，因为无油工作方式需要较高精度以最大限度减小活塞和气缸上的附带横向载荷。

图8示出了处于组装后状态的两件式转子的例子。两个全等或基本上全等的部件705和710彼此配合，共同形成转子。部件710以虚位示出，以便示出转子的内部部件。需要说明的是，每个部件705和710包括整体的圆筒状活塞缸筒，该活塞缸筒容纳单个活塞。在每个部件中，单件式活塞715布置在相应的活塞缸筒中，而转子包括由组装一起后的第一部件和第二部件共同形成的所有缸筒。

在一种组装方法中，一对单件式双端活塞布置或以其它方式插入到转子的大致全等的第一和第二部件的相应活塞缸筒中。通过这种方式，形成两个转子部件，每个转子部件在其各自的活塞缸筒中容纳一个活塞。然后，通过把活塞(在其中央横孔处，在该处可能有轴承)对位并配装到曲轴的偏心部分730(图7)上，把容纳第一活塞的部件组装到曲轴的一端上。随后，通过把活塞(在其中央横孔处，在该处可能有轴承)对位并配装到曲轴的另一个偏心部分730上，把容纳第二活塞的部件组装到曲轴的相对的另一端上。这样，转子的第二部件与转子的第一部件配合或接合，并可通过螺栓或其它已知的紧固装置连接起来，从而活塞坐落在活塞缸筒中，并且第一和第二部件共同形成活塞缸筒和转子。

图10是自旋泵组件105处于组装好的状态的横截面图。转子205安装在曲轴115上，活塞505可移动地布置在活塞缸筒中，耦合至曲轴115，并由壳体110和支承板120包围。在如图11中所示的另一种实施方式中，转子205中的活塞缸筒端耦合至活塞头1105。阀板1110可包括阀门1120和 1125，这些阀门调节所述支承板120中的相应侧孔的流入和流出的流体流量。因此，至少一个阀门耦合至活塞缸筒之一。在一种实施方式中，一个阀门是活塞头上的出口阀，另一个阀门是活塞上的入口阀，从而流入流量可通过泵的中央曲轴箱部分吸入，并且流出流量可通过活塞头排出。

附图中所示的实施方式仅是一些实例，应理解，在本公开的范围之内，可做出各种变化。例如，在一种实施方式中，活塞是矩形的，而不是圆柱形的，并且安装在互补形状的缸筒中。在另一种实施方式中，转子是矩形的，而不是圆柱形的。其它变化形式也在本公开的范围之内。

虽然在上文中详述了一些变化形式，但是其它的修改也是可能的。例如，附图中所示和文本中所述的逻辑流程不需要特定次序或相继次序以实现所需的结果。其它实施方式也在下述权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种布置在公共轴上的压缩机泵和真空泵的组合装置，包括：

绕第一轴转动的转子，所述转子具有第一和第二径向活塞缸筒，每个活塞缸筒包括至少一个活塞，其中，所述第一径向活塞缸筒作为真空泵，所述第二径向活塞缸筒作为压缩机泵；

限定平行并偏离于所述第一轴的第二轴的曲轴，其中，所述曲轴绕所述第二轴转动并驱动所述转子的转动；

其中，所述转子由第一部件和第二部件形成，所述第一部件和所述第二部件彼此互锁接合，共同形成所述转子，其中所述第一部件包括第一舌部和第二舌部，所述第一舌部和所述第二舌部限定在所述第一舌部和所述第二舌部之间的第一空间和第二空间，并且其中所述第二部件包括第三舌部和第四舌部，其中当所述第一部件和所述第二部件配合在一起时，所述第三舌部和所述第四舌部定位在所述第一空间和所述第二空间内；

其中，所述第一径向活塞缸筒至少部分延伸通过所述第一舌部和所述第二舌部，且所述第二径向活塞缸筒至少部分延伸通过所述第三舌部和所述第四舌部。

2.如权利要求1所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，其中，所述第一和第二部件基本上是完全相同的。

3.如权利要求1所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，其中，所述压缩机泵和真空泵的组合装置包括两个或更多个工作部件表面，其中，所述压缩机泵和真空泵的组合装置的所有工作部件表面是平面状或圆筒状的。

4.如权利要求3所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，其中，所述工作部件表面是平行的或正交的。

5.如权利要求1所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，其中，所述转子的第一部件包括容纳一活塞的整个第一活塞缸筒，所述转子的第二部件包括容纳一活塞的整个第二活塞缸筒。

6.如权利要求1所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，还包括容纳所述转子的壳体，其中所述壳体包括与所述活塞缸筒相通的一个或多个端口。

7.如权利要求6所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，其中，所述端口消除了对阀门的需求。

8.如权利要求6所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，其中，所述转子以精密配合对位的方式容纳在所述壳体中。

9.如权利要求8所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，其中，在所述转子和所述壳体之间有0.0005-0.003英寸径向缝隙。

10.如权利要求6所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，其中，所述端口彼此轴向偏置，以避免在压缩机泵和真空泵的组合装置的流体流之间形成串流。

11.如权利要求1所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，还包括耦合至所述活塞缸筒之一的至少一个阀门。

12.如权利要求11所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，其中，所述阀门安装在至少一个活塞的活塞头上。

13.如权利要求1所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，还包括耦合至所述活塞缸筒之一的至少一个阀门，所述阀门包括位于活塞头上的出口阀和位于活塞上的入口阀。

14.如权利要求1所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，其中，所述第一和第二活塞在活塞与转子之间的接口处包括固体润滑剂。

15.一种包括如权利要求1限定的压缩机泵和真空泵的组合装置的氧浓缩器。

16.如权利要求15所述的氧浓缩器，其中，该氧浓缩器是便携式的。

17.如权利要求15所述的氧浓缩器，其中，所述压缩机泵和真空泵的组合装置是动力学平衡的。

18.一种气泵，包括：

绕第一轴转动的转子，所述转子限定从所述第一轴径向向外延伸的第一径向活塞缸筒和第二径向活塞缸筒；

位于所述第一径向活塞缸筒中的第一活塞；

位于所述第二径向活塞缸筒中的第二活塞；

耦合至所述转子的曲轴，其中，所述曲轴围绕平行并偏离于所述第一轴的第二轴转动，其中所述曲轴驱动所述第一和第二活塞，其中所述第一活塞和所述第二活塞分别限定位于其各自的活塞缸筒中的泵室；

其中，所述转子由第一部件和第二部件形成，所述第一部件和所述第二部件配合以共同形成所述转子，其中所述第一部件包括第一舌部和第二舌部，所述第一舌部和所述第二舌部限定在所述第一舌部和所述第二舌部之间的第一空间和第二空间，并且其中所述第二部件包括第三舌部和第四舌部，其中当所述第一部件和所述第二部件配合在一起时，所述第三舌部和所述第四舌部定位在所述第一空间和所述第二空间内；以及

19.如权利要求18所述的气泵，其中，所述第一和第二部件基本上是完全相同的。

20.如权利要求18所述的气泵，其中，所述气泵包括两个或更多个工作部件表面，其中，所述气泵的所有工作部件表面是平面状或圆筒状的。

21.如权利要求18所述的气泵，其中，所述转子的第一部件完全容纳所述第一活塞缸筒，所述转子的第二部件完全容纳所述第二活塞缸筒。

22.如权利要求20所述的气泵，其中，所述工作部件表面是平行的或正交的。

23.如权利要求18所述的气泵，其中，所述第一和第二活塞包括低摩擦材料。

24.如权利要求18所述的气泵，其中，所述第一和第二活塞在活塞与转子之间的接口处包括固体润滑剂。

25.如权利要求18所述的气泵，其中，所述气泵在工作时不需要液体润滑剂。

26.如权利要求18所述的气泵，还包括驱动所述曲轴或所述转子的电机。

27.如权利要求18所述的气泵，其中，所述第一活塞为压缩泵提供机械作用。

28.如权利要求18所述的气泵，其中，所述第二活塞为真空泵提供机械作用。

29.一种包括如权利要求18限定的气泵的氧浓缩器，其中，所述第一活塞限定位于其活塞缸筒中的真空泵室，所述第二活塞限定位于其活塞缸筒中的压缩泵室。

30.如权利要求1所述的压缩机泵和真空泵的组合装置，还包括连接到所述第一和第二径向活塞缸筒中的每个的每端的头，各所述头包括阀板，所述阀板包括阀门，所述阀门调节相对于所述第一和第二径向活塞缸筒流入和流出的流体。

31.如权利要求18所述的气泵，还包括连接到所述第一和第二径向活塞缸筒中的每个的每端的头，各所述头包括阀板，所述阀板包括阀门，所述阀门调节相对于所述第一和第二径向活塞缸筒流入和流出的流体。