CN106133319B - 真空泵和用于运行真空泵的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种构成为单叶片泵的真空泵，所述真空泵包括：具有绕组的定子环；转子；和叶片，所述叶片将在具有绕组的定子环和所述转子之间形成的工作空间划分为具有不同体积的工作腔，其中在所述定子环内部转动地安装有具有转动环的磁环和所述转子，所述叶片单侧地固定连接在所述转动环上。

Description

真空泵和用于运行真空泵的方法

技术领域

本发明涉及一种构成为单叶片泵的真空泵，所述真空泵包括具有绕组的定子环、转子和叶片，所述叶片将在定子和转子之间形成的工作空间划分为具有不同体积的工作腔。

此外，本发明涉及一种用于运行真空泵的方法。

背景技术

为了符合对气候保护的提高的要求，汽车制造商被迫降低其车辆系列的CO₂排放从而符合即将到来的标准。伴随着不同的措施，要降低发动机关于水泵和真空泵的摩擦阻力。也就是说，替代于使用随马达一起旋转的用于泵的驱动器，将电泵视为解决方案，所述电泵仅在需要时接通并且在静止状态下无论如何也不具有附加的摩擦阻力。

另一挑战是用于这种电泵的结构空间，因为该结构空间不应超出用于机械泵的结构空间。在此，一个解决方案提供了叶片泵，所述叶片泵集成在电动马达中。电动马达的转子与泵的转子一起形成结构单元并且由电动马达的定子围绕。这种泵从WO2012007125 A2中已知。在该现有技术中，多叶片泵干式运行。然而，干式运行的泵的使用寿命是有限的，并且其泵功率随使用时间降低。此外，将其直接用于内燃机并不理想。

单叶片泵用作为真空泵的实施方式也从WO2010025799A2中已知。当前，单叶片泵因其高的泵效率是一种在车辆中越来越多地使用的泵类型。

从WO2013130497A1中已知一种作为油泵集成在无刷直流电机中的单叶片泵。然而，在该处示出的实施方式对于油泵而言是理想的，而无法解决在真空泵中的泄漏问题。

发明内容

本发明的目的是，实现一种真空泵，所述真空泵集成在无刷直流电机中，所述无刷直流电机直接在内燃机处在小的结构空间中湿式工作。

所述目的通过一种构成为单叶片泵的真空泵来实现，所述真空泵包括：具有绕组的定子环；转子和叶片，所述叶片将在定子和转子之间形成的工作空间划分为具有不同体积的工作腔，其特征在于，在定子环内部，具有转动环的磁环相对于转子转动地安装，叶片单侧地固定连接在所述转子上。

有利的是，构造具有单一叶片的电真空泵，这明显提高泵的效率。通过使用转动环，该旋转部分、即转子在此被叶片带动旋转，其中叶片单侧地固定连接在所述转动环中。

有利的是，在构造在转动环中的润滑间隙内，叶片的叶片尖端在润滑间隙的边界之间以刮擦运动的方式往复运动。通过这种设计方案，转动环的构造原则上是圆形的，并且仅在润滑间隙的区域中遵循限定的轮廓。由此，转动环的制造是简单的。

有利的是，叶片的叶片尖端承载有密封的盖。通过使用密封的盖避免通过叶片尖端泄漏。

有利的是，盖由塑料形成。在此适用的是，使用由无磨损的材料构成的盖，所述无磨损的材料必要时也具有一定弹性。

在此，盖能够在弹簧张力下固定在叶片尖端上。

因为根据本发明的真空泵总是具有死区体积，所以有利的是，转动环具有卸压凹陷部，并且泵壳体具有卸压槽。由此在死区体积中对于超压而言提供了卸压路径。

有利的是，真空泵能够设置在无刷直流电机中，并且直接经由内燃机的油回路被供给液体润滑剂和密封。由此具有下述优点：真空泵在结构上能够与凸轮轴的位置无关地安置在不同部位，例如在现有技术中安置在内燃机上，必要时安置在内燃机的油底壳中。无刷直流电机的使用一方面是必要的，因为仅这种马达在空气/油的混合物中起作用，然而具有如下优点：无刷直流电机是可稳定控制的。

根据本发明的用于运行真空泵的方法具有下述优点：在空气/液体混合物中产生的、处于超压下的死区体积经由卸压槽和卸压凹陷部经由定子室导出，从而明显提高真空泵的效率。

有利的是，在此每转一圈，卸压路径打开至少两次，以降低压力。

附图说明

本发明的其它优点、特征和细节从接下来的描述中得出，在所述描述中参考附图详细描述不同的实施例。附图示出：

图1a和1b示出真空泵的俯视图，

图2示出转动环，

图3a和3b示出贯穿真空泵的剖面。

具体实施方式

在图1中示出的叶片泵包括栓状的转子2，所述转子具有横截面为圆形的外环周面。转子2在环周上由环形的转动环3围绕，所述转动环可被驱动，以关于旋转轴线A进行旋转运动。转动环3的旋转轴线A 相对转子2的旋转轴线B偏移，也就是说，转动环3相对转子2偏心地设置。在转动环3的横截面为圆形的内环周面上存在引导狭槽6。在引导狭槽6中固定安装有基本上为板状的叶片5。叶片5穿过转子2的旋转轴线B在两侧上径向向外伸到转动环3上，并且在引导部40中沿着其纵轴线可运动地安装。叶片的叶片尖端7，即叶片5的自由端，承载盖8，所述盖贴靠在转动环3的外环周面上。转动环3具有内环周30，所述内环周基本上是环形的并且具有凹部，所述凹部形成润滑间隙16。润滑间隙16具有右侧的边界15和左侧的边界15’。也就是说，转动环 3能够在其大部分中是圆形的，并且仅在如下区域中设计为轮廓遵循螺旋线：叶片5在所述区域中运动。

因为叶片尖端7不与转动环3固定连接，所以在运行时可能引起经由叶片尖端7的泄漏流。因此，盖8施加在叶片尖端7上。盖8由塑料材料、可能是弹性的塑料材料构成，并且所述盖径向可运动地设置在叶片尖端7的凹口中。在图 3a 和 3b 中，在横截面中可清楚看到，盖8经由叶片 5中的齿状的凹口保持。也可以看到，盖8在运行时径向向外偏移，从而形成间隙。在旋转运动时，盖8被向外压并且优选无间隙地贴靠在转动环3的内壁上。必要时，盖8还能够借助于弹簧预张紧。通过盖8与转动环的内部的密封的接触，形成实际的工作腔。为了进一步将泄漏流最小化，叶片尖端7仅在润滑间隙16的右侧的边界和左侧的边界15，15’之间运动。在转子2和转动环3之间形成泵的工作空间19，所述工作空间被划分为室或腔。该工作空间通过叶片5从最大的工作空间24 被分成排出空间23和抽吸空间22(图1a)。在转动环4沿着旋转方向 C旋转运动期间，由于转动环4和转子2相对于彼此的偏心设置，相应的工作空间19的径向伸展尺寸改变，使得在转动环旋转运动期间，最大的工作空间24的体积改变。由此，空气/液体混合物，通常为空气/ 油混合物通过入口13被抽入，接下来被压缩，并且最后通过出口14再次从泵的排出空间23中排出。第一卸压凹陷部和第二卸压凹陷部26、 26’在此处示出的实施例中构成在转动环3的底面上。盖8与叶片5在润滑间隙16的区域中执行刮擦运动，而转动环3旋转。在该设计方案中存在如下问题：除了工作体积外死区体积也运动，所述死区体积不能被完全清空。死区体积20从出口向入口转移。当死区体积20内部的压力小于泵出口或出口阀处的外部压力时，空气/液体混合物向抽吸侧运动，在该处所述空气/液体混合物膨胀并且不利地影响抽吸过程的功率。

在此处示出的实施例中，借助于具有绕组18的定子环驱动转子2 和转动环3进行所提到的旋转运动，所述定子环构成为无刷的直流马达。电动马达的转子在此通过转子加上泵的转动环3形成。为了该目的，转动环3包括多个具有交替的极方向的永久磁体的配置。磁环4在此与转动环3压在一起，其中一件式的设计方案也是可行的。具有绕组18的定子环在径向外部围绕电动马达的磁环4/转动环3，并且借助于未详细示出的控制装置以适当的方式控制，以便驱动磁环4/转动环3以优选恒定的旋转速度进行旋转运动。为此，电动马达定子的绕组按照无刷直流马达的类型来控制，也就是说，所述绕组在环周方向上依次被通电。由此，电动马达具有有利的紧凑构造并且能够设置在泵壳体17内部。

为了避免死区体积的空气/液体混合物在压力下出现在抽吸侧上，在壳体中在内部和外部设有卸压槽10、10’，经由所述卸压槽能够降低压力。这种特殊的排出路径由如下部件构成：泵壳体中的两个径向卸压槽、内部的卸压槽10以及外部的卸压槽10’；和转动环3中的两个以180度彼此偏移的、径向伸展的卸压凹陷部26和26’。

当死区体积被封闭并且叶片5突出于内部的卸压槽10时，转动环每转一圈，专门的排出路径仅打开两次。卸压槽10打开的情况在图1a和 1b中示出。排出空间23被封闭并且能够经由卸压槽10清空。

在图3a和3 b中可见泵的剖面。

可以看到围绕转子2可旋转安装的叶片5。叶片5具有齿状的凹部，盖8接合在所述凹部中。盖8装入在转动环3处。磁环4直接安置在转动环3上。转子2安装在泵壳体17中。泵壳体具有卸压槽10和10’。在左侧图3a中，卸压路径是关闭的。在右侧图3b中，卸压路径是打开的，如箭头28所表明的那样。空气/流体混合物中的超压经由内部的卸压槽10、外部的卸压槽10’和转动环3的卸压凹陷部26、26’到定子室 25中向外降低。混合物沿着卸压凹陷部朝向泵壳体17移动并且能够在那里经由卸压槽10’导出。由此，每转一圈，死区体积中的超压经由卸压路径降低两次，所述卸压路径由卸压槽10、10’和卸压凹陷部26、26’构成。

在示例性的实施方式中，设有两个卸压槽10、10’和两个卸压凹陷部26、26’，所述卸压凹陷部以180°彼此偏移地设置。然而，为了实施本发明，可行的是，也使用其他更大数量的卸压槽和卸压凹陷部，并且彼此间的布置以不同方式构成。

根据本发明的用于运行真空泵的方法提出：所述真空泵的马达使转动环3旋转。因为叶片5在转动环3的槽中引导，所以在转动环3中叶片5一起旋转。转子2是受迫运动的，其中叶片沿着叶片纵轴线在转子的引导部40中往复滑动。由于旋转轴线A偏置于旋转轴线B，叶片在润滑间隙16中以叠加的、即所谓的摆动运动来运动。也就是说，在润滑间隙16的边界15和15’之间的运动沿着旋转方向从15向15’附加地与转动环3的速度相比稍微更快地进行。也就是说，逆着转动环旋转方向从15’向15的运动与转动环3的速度相比稍微更慢地进行。通过叶片5的这种运动、即这种叠加的摆动运动，转子2除了泵的主转速外也相应地运动。

通过叶片在卸压槽上的运动，在旋转期间，泵的死区体积被清空至少两次。

附图标记

1 真空泵 16 润滑间隙

2 转子 17 泵壳体

3 转动环 18 具有绕组的定子环

4 磁环 19 工作空间

5 叶片 20 死区体积

6 引导狭槽 22 抽吸空间

7 叶片尖端 23 排出空间

8 盖 24 最大的工作空间

10 卸压槽内部 25 定子室

10’ 卸压槽外部 26 第一卸压凹陷部

12 底面转动环 26’ 第二卸压凹陷部

13 入口 28 箭头

14 出口 30 内环周

15 15’ 边界润滑间隙 40 引导部

Claims (11)

1.一种真空泵，所述真空泵构成为单叶片泵，所述真空泵包括：具有绕组(18)的定子环；转子(2)；和叶片(5)，所述叶片将形成在具有绕组(18)的定子环和所述转子(2)之间的工作空间(19)划分为具有不同体积的工作腔，

其特征在于，在具有绕组的所述定子环内部转动地安装有具有转动环(3)的磁环(4)和所述转子(2)，所述叶片(5)单侧地铰接安装在所述转动环(3)上，其中所述转动环(3)具有基本上是环形的内环周(30)并且具有凹部，所述凹部形成润滑间隙(16)，使得在构成在所述转动环(3)中的润滑间隙(16)内，所述叶片(5)的叶片尖端(7)在所述润滑间隙的边界(15，15’)之间以刮擦运动的方式往复运动。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述叶片(5)的叶片尖端(7)承载有密封的盖(8)。

3.根据权利要求2所述的真空泵，其特征在于，所述盖(8)由塑料形成。

4.根据权利要求2或3所述的真空泵，其特征在于，所述盖(8)在弹簧张力下固定在所述叶片尖端上。

5.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述转动环(3)具有卸压凹陷部(26，26’)。

6.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，所述转子(2)安装在泵壳体(17)中，所述泵壳体具有卸压槽(10，10’)。

7.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，由定子环与转动环构成的马达是无刷直流电机，并且借助于液体润滑装置和/或液体密封件运转。

8.一种用于运行根据权利要求1所述的真空泵(1)的方法，其中所述转动环(3)的旋转连带旋转所述叶片(5)，其中所述叶片(5)带动所述转子(2)，并且执行沿着其纵轴线的运动，并且其中所述叶片(5)在构成在所述转动环(3)中的润滑间隙(16)的区域中执行摆动运动。

9.根据权利要求8所述的用于运行真空泵(1)的方法，其中所述叶片(5)在润滑间隙中与所述转动环(3)相比沿着旋转方向(C)旋转更快，而逆着所述旋转方向旋转更慢。

10.根据权利要求8或9所述的用于运行所述真空泵(1)的方法，其中在空气/液体混合物中产生的、处于超压下的死区体积(20)经由卸压槽(10，10’)和卸压凹陷部(26，26’)经由定子室(25)导出。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述卸压槽(10、10’)和所述卸压凹陷部(26、26’)构成卸压路径，每转一圈，所述卸压路径打开两次，以降低压力。