CN107438699B - 叶片泵 - Google Patents

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Abstract

一种叶片(1)泵(100)，其包括定子(2)和转子(5)，其中转子(5)相对于定子(2)偏心并围绕定子旋转，每个叶片(1)相对于理论位置具有角度偏移，理论位置是指该叶片(1)与泵(100)的所有其它叶片(1)相对于中心具有规则的角度分布，叶片(1)的角度偏移遵循伪随机二进制序列，该序列的位“1”或“0”分别对应于叶片(1)在第一旋转方向上或在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上的角度偏移，该二进制序列通过加扰器序列的加扰方法来计算，该方法是应用伪随机二进制序列PRBS的加法方法。

Description

叶片泵
技术领域
本发明涉及机动车辆中的例如叶片泵的旋转泵的声学和振动领域。
背景技术
在现有的旋转泵中，由于联接到围绕定子旋转的转子的多个叶片，叶片泵允许输送泵送的流体，叶片经由一组弹簧并且在离心力的作用下径向滑动。作为示例，机动车辆中的叶片泵以以下形式呈现：
-油泵，其构成热力发动机的润滑系统并允许向曲轴以及该发动机的各种元件供油；
-允许输送燃料的泵；
-液压泵，其构成配备有液压机的混合动力车辆的液压机的。
许多机动车辆应用车载有旋转泵，该旋转泵可以以叶片泵的形式实现，例如上面介绍的那些叶片泵，但也可以以径向或轴向活塞泵、螺杆泵或齿轮泵的形式实现。
通常，为了改善旋转泵的声学性能，机动车辆制造商允许其供应商对这些泵定尺寸，同时规定供应商实施总体技术规范。声学规范强烈迫使供应商选择旋转泵的组件，限制这些泵的总体性能，并强制额外的制造成本。
此外，旋转泵通常已知的问题在于由这些旋转泵发出的警笛(sirène)噪声。作为示例，叶片均匀分布的泵周期性地发出谐波，因为该泵的叶片彼此规则地连续。这导致尖锐的噪声主导该泵的整体噪声，这可能使车辆的驾驶员和乘客感到烦恼。
为了减少旋转泵的整体噪声以及警笛噪声，现有技术中有许多解决方案的技术。作为示例，文献FR2666124描述了叶片泵或内齿轮泵，其旋转元件被实施为使得：对于每个流出单元(alvéole)，具有最小和/或最大容积的值或不同的比例。
如现有技术中的旋转泵一样，这种实施的唯一目的是降低旋转泵的整体噪声和/或限制警笛噪声。因此，这些解决方案的实现仍然受制于机动车辆制造商的声学规范以及导致的研究成本。因此，这些泵的整体性能仍然有限。
发明内容
第一个目的是，克服上述所有缺陷。
第二个目的是，最小化旋转泵的警笛噪声。
第三个目的是，能够通过技术规范减少对旋转泵的整体噪声的强制约束，并因此允许以更低的成本制造旋转泵。
第四个目的是，改变旋转泵的噪声着色(coloration)，并因此改变车辆的驾驶员和乘客对这种噪声的感知，从而减少在这些泵的制造期间对整体噪声的强制约束。
第五个目的是，提出一种旋转泵，其噪声着色尽可能地接近热力发动机的噪声，以提高最大允许的可接受的总体噪声，并因此改善这些泵的性能。
为此，根据第一方面，提出了一种叶片泵，其包括定子、流体吸入孔、流体排出孔和转子，其中流体吸入孔和流体排出孔实施为穿过定子并分别允许流体穿过泵的吸入和排出，并且其中转子相对于定子偏心并围绕定子旋转，每个叶片相对于理论位置具有角度偏移，该理论位置是指该叶片与泵的所有其它叶片相对于中心具有规则的角度分布，叶片的角度偏移遵循伪随机二进制序列，该序列的位“1”或“0”分别对应于叶片在第一旋转方向上或在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上的角度偏移，该二进制序列通过加扰器(Scrambler)序列的加扰方法来计算，该方法是应用伪随机二进制序列PRBS的加法方法。
有利地，对于该叶片泵，伪随机二进制序列PRBS的位“1”和“0”界定了叶片的角度偏移的延伸范围。
有利地，对于该叶片泵，叶片的角度偏移的有限的延伸范围根据由叶片引起的不平衡(balourd)来确定。
有利地，该叶片泵包括七个叶片，每个叶片包括遵循以下二进制序列的角度偏移：1；0；0；1；0；1；1。
有利地，对于该叶片泵，叶片的角度偏移的延伸范围为至少5°。
有利地，当该叶片泵包括一至八个叶片时，这些叶片遵循伪随机二进制序列PRBS23来进行角度偏移，该序列分别包括与叶片相同数量的位。
有利地，当该叶片泵包括n个叶片，其中n>8时，这些叶片遵循伪随机二进制序列PRBS 2k来进行角度偏移，其中2k-1+1≤n≤2k且整数k>3，伪随机二进制序列分别包括与叶片相同数量的位。
有利地，叶片泵是构成润滑系统的油泵。
根据第二方面，提出一种机动车辆，其包括如上归纳的叶片泵。
附图说明
在下文对参照附图给出的实施例的描述使得本发明的其它目的和优点得以显现，在附图中：
图1是叶片泵的透视图；
图2是该同一叶片泵的截面图；
图3是根据实施例的叶片泵的截面图。
具体实施方式
图1示出了具有叶片1的泵100。叶片1泵100允许输送诸如油的流体。然而，任何其它流体都可以经由这种泵输送，例如水或燃料。叶片1泵100由以下元件形成：
-定子2，其固定在泵100的主体中，作为示例，泵的主体是铸铁制成的主体；
-流体吸入孔3和流体排出孔4，其实施为穿过定子2并分别允许流体穿过泵100的吸入和排出；
-转子5，其相对于定子2偏心并围绕定子2旋转；
-联接到转子5的径向可移动元件。这种泵100的可移动元件在此是联接到转子5的叶片1(或桨片)，这些叶片1在转子5的凹槽6中径向滑动。作为示例，叶片1具有较小厚度的矩形或梯形形状，并通过一组弹簧在转子5的凹槽6中滑动。
转子5沿着旋转方向R的旋转允许将叶片1按压到定子2上。因此，两个连续的叶片1之间的每个间隔形成允许输送流体的单元7。根据所设想的实施例，每个单元7可以是密封的也可以不是密封的。有利地，转子5相对于定子2的偏心允许在泵100中形成圆环，该环的容积在各个单元7之间分布。因此，每个单元7根据叶片1所限定的角位置而具有不同的容积。
当沿着转子5的旋转方向R旋转的第一叶片1在吸入孔3的前方通过时，相应的单元7的容积增加，其产生的效果为在该单元7中产生流体的吸入阶段。第二叶片1在旋转方向R上接续在第一叶片1之后的通过因此再封闭该单元7的容积。然后，在输送阶段期间，包含在单元7中的流体通过在排出孔4的方向上的旋转来导向。在输送阶段结束时，单元7的容积减小，这产生的效果为压缩输送的流体并因此增加其压力。因此，在排出孔4前方的第一叶片1通过时，在其压力作用下的流体经由排出孔4从单元7流出。
通常，转子5的叶片1的纵向轴线相对于转子5的中心Cr规则布置并对齐，因此呈现出规则的角度分布。作为示例，对于包括七个叶片1的泵，例如图2所示的泵，每个叶片1(及其相应的凹槽6)的“中心”轴线与转子5的中心Cr对齐，并且每个叶片与其相邻的两个叶片1各自的“中心”轴线呈360/7≈51.42°的角度间隔。因此，叶片1的这种均匀分布在泵100中引起主要的警笛噪声。
为了克服该缺陷，根据各个实施例，泵100的每个叶片1以及其相应的凹槽6相对于该叶片1的理论位置具有角度偏移，其中理论位置是指该叶片1与泵100的所有其它叶片1相对于中心具有均匀的角度分布。作为示例，该理论角度分布相对于转子5的中心Cr、相对于定子2的中心Cs或相对于任何其它预定点。
在图3中示出了具有七个叶片1的泵100的实施例的示例。在该图中，叶片1及其凹槽6相对于转子5的中心Cr具有角度偏移。从该图中观察到，与图2相比，叶片1相对于叶片1的等角配置(不具有角度偏移)具有角度偏移。
根据各个实施例，通常称为加扰器(“Scrambler”)方法(下文采用此命名)的序列加扰方法实施为遵循由该方法生成的伪随机二进制序列来确定每个叶片1的角度偏移。
有利地，遵循通过加扰器方法生成的二进制序列的叶片1的角度偏移从声学角度上允许叶片1泵100：
-尽可能地接近机动车辆的热力发动机的噪声着色；
-衰减与该泵100的谐波相关联的警笛噪声。
更确切地，加扰器序列的加扰方法允许消除泵100的声功率频谱对在此为叶片1泵100的谐波的原始信号的依赖，同时使该频谱更加分散，并且使保持恒定的声能尽可能地在更宽的频带上扩展。
通常已知存在以下两种类型的加扰器方法：
-乘法方法，通过加扰器的传递函数对输入信号执行乘法，以提供离散的线性系统；
-加法方法，通过对成对的模块的加法(通过“异或”)并应用根据英语中“伪随机二进制序列”的缩略词而称为PRBS的伪随机二进制序列来将数据序列转化为伪随机数据序列。
在此，已经将加法的加扰器方法确定为对于接近机动车辆的热力发动机的噪声着色的最佳结果。因此，保留该方法以确定适于泵100的每个叶片1的角度偏移。
因此，图3的具有七个叶片1的泵100具有角度偏移，该角度偏移通过应用伪随机二进制序列PRBS并根据加法的加扰器方法来确定。这里的术语“伪随机”是指二进制序列的每一位与其它位无关，但是该序列是周期性的，因此是确定性的。例如，对于伪随机二进制序列PRBS 23，则从第八(＝23)个值获得序列的周期。为了细致地理解，下面将回顾该序列，并且该序列可能包含更多的值。如下所述，下划线的二进制序列是优选(privilégié)的：
一个值：1
两个值：1；0
三个值：1；0；0
四个值：1；0；0；1
五个值：1；0；0；1；0
六个值：1；0；0；1；0；1
七个值：1；0；0；1；0；1；1
八个值：1；0；0；1；0；1；1；1
九个值：1；0；0；1；0；1；1；1；0
十个值：1；0；0；1；0；1；1；1；0；0
十一个值：1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1
十二个值：1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1；0
十三个值：1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1；0；1
十四个值：1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1；0；1；1
十五个值：1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1；0；1；1；1
十六个值：1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1；0；1；1；1；0
十七个值：1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1；0；1；1；1；0；0
十八个值：1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1
十九个值：1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1；0
二十个值：1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1；0；1；1；1；0；0；1；0；1
有利地，叶片1的角位置对应于PRBS 23序列的单个位。因此，选择包括与叶片1相同数量的位的二进制序列。因此，对于具有七个叶片1的泵100，使用具有七个值1；0；0；1；0；1；1的二进制序列。因此，每个叶片1的角位置是该伪随机序列的位的函数。更确切地，该序列的每一位分别对应于叶片1的角度偏移。该角度偏移相对于理论位置来限定，理论位置是指该叶片1与泵100的所有其它叶片1相对于中心具有规则的角度分布。该中心例如是转子5的中心Cr、定子2的中心Cs或任何其它预定点。
例如，可以按照惯例来进行以下关联：
-每个位“1”关联于叶片1在第一方向上的角度偏移，其中第一方向例如转子5的旋转方向R；
-每个位“0”关联于叶片1在与第一方向相反的第二方向上的角度偏移，其中第二方向例如与转子5的旋转方向R相反的方向。
因此，在图3的示例中，从起始位置D开始，通过沿顺时针方向读取，可以很好地观察到，由曲线箭头表示的叶片1的角度偏移遵循伪随机二进制序列PRBS 23的具有七个值的二进制序列1；0；0；1；0；1；1。
因此，每个叶片1每次位于角度偏移的范围的一端，该范围由与伪随机二进制序列PRBS的位“0”、“1”相关联的角度偏移的值界定。固定角度偏移的总延伸范围的值根据泵100允许的最大不平衡来选择。该不平衡例如可以在理论上或实验上根据叶片1的角度偏移的组合的不同可能性来确定。
有利地，允许的角度偏移越大，叶片1的角度分布对警笛噪声的衰减越有效。因此，为二进制序列的位“1”、“0”分配待应用于叶片1的角度偏移的值，这些值根据偏移的可实现/允许的延伸范围来选择。作为示例，对于图3的具有七个叶片1的泵100，可以选择以下的角度的延伸范围：
-角度范围的延伸范围为4°，例如，通过将二进制序列PRBS的位“0”和“1”替换为角度偏移的值“-2°和2°”、“-1°和3°”、“0°和4°”或“-3°和1°”；
-角度范围的延伸范围为5°，例如，通过将二进制序列PRBS的位“0”和“1”替换为角度偏移的值“-2.5°和2.5°”、“-2°和3°”、“0°和5°”或“-3°和2°”；
-角度范围的延伸范围为6°，例如，通过将二进制序列PRBS的位“0”和“1”替换为角度偏移的值“-3°和3°”，“-4°和2°”、“0°和6°”或“-2°和4°”。
有利地，对于具有七个叶片1的泵100，并且为了获得可感受到的效果，优选的是至少5°的角度偏移的范围。
有利地，对于分别包括一到八个叶片1的叶片1泵100，优选地使用具有一到八个值的伪随机二进制序列PRBS 23(在上文中下划线的序列)。实际上，从PRBS 23序列的第八个值开始，看出与其周期性相关的位的“重复”。因此，对于更多数量的叶片1，优选的是较高阶的PRBS序列，从而使这些序列的周期性适应泵100的叶片1的数量。
根据各个实施例，根据应用伪随机二进制序列PRBS的加法的加扰器序列的加扰方法的序列，泵100的叶片1的角度偏移可应用于任意数量n的叶片1。
作为示例，对于9≤n≤16，叶片1的角度偏移优选地分别遵循伪随机二进制序列PRBS 24的九到十六个值，从而获得最佳结果。该伪随机序列的周期性可从第十六(＝24)个值观察到。对于其它数量的叶片1，也可以使用其它序列PRBS 24，但是它们在接近发动机着色方面呈现较差的结果。
与以下下划线的具有九到十六个叶片1的泵100相关的序列因此是优选的：
一个叶片：1
两个叶片：1；0
三个叶片：1；0；0
四个叶片：1；0；0；0
五个叶片：1；0；0；0；1
六个叶片：1；0；0；0；1；0
七个叶片：1；0；0；0；1；0；0
八个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1
九个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1；1
十个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1；1；0
十一个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1；1；0；1
十二个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1；1；0；1；0
十三个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1；1；0；1；0；1
十四个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1；1；0；1；0；1；1
十五个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1；1；0；1；0；1；1；1
十六个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1；1；0；1；0；1；1；1；1
十七个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1；1；0；1；0；1；1；1；1；0
十八个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1；1；0；1；0；1；1；1；1；0；0
十九个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1；1；0；1；0；1；1；1；1；0；0；0
二十个叶片：1；0；0；0；1；0；0；1；1；0；1；0；1；1；1；1；0；0；0；1
在另一示例中，对于17≤n≤32，叶片1的角度偏移优选地遵循伪随机二进制序列PRBS 25，从而获得最佳结果。作为示例，对于分别包括十七至二十个叶片1的泵100，以下下划线的序列PRBS 25是优选的。对于其它数量的叶片1，也可以使用其它序列，但是它们在接近发动机着色方面呈现较差的结果。
一个叶片：1
两个叶片：1；0
三个叶片：1；0；0
四个叶片：1；0；0；0
五个叶片：1；0；0；0；0
六个叶片：1；0；0；0；0；1
七个叶片：1；0；0；0；0；1；0
八个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0
九个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0；0
十个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0；0；1
十一个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0；0；1；1
十二个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0；0；1；1；0
十三个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0；0；1；1；0；0
十四个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0；0；1；1；0；0；1
十五个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0；0；1；1；0；0；1；0
十六个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0；0；1；1；0；0；1；0；1
十七个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0；0；1；1；0；0；1；0；1；0
十八个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0；0；1；1；0；0；1；0；1；0；1
十九个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0；0；1；1；0；0；1；0；1；0；1；1
二十个叶片：1；0；0；0；0；1；0；0；0；1；1；0；0；1；0；1；0；1；1；1
更一般地说，对于n个叶片1，当n>8时，并且对于整数k>3，当2k-1+1≤n≤2k时，叶片1的角度偏移优选地遵循伪随机二进制序列PRBS 2k(从第2k个值起是周期性的)，该序列包括与叶片1相同数量的位，该序列通加法的加扰器序列的加扰方法获得。
上述实施例涉及叶片1泵100。然而，当可移动原件元件具有恒定的角度分布时，旋转泵的警笛噪声已知为更通常地导致联接到转子5的可移动元件。因此，为了降低噪声，上述实施例不仅适用于叶片泵1，而且也适用于具有类似于联接到转子5的可移动部件的结构的泵。遵循加扰器序列的加扰方法并通过应用伪随机二进制序列PRBS的转子5的可移动元件的角度偏差尤其适用于以下旋转泵：
-径向活塞泵，通过将所提出的角度偏移方法应用于这些泵的活塞；
-螺杆泵，通过将所提出的角度偏移方法应用于这些泵的螺杆，以便在螺杆的每圈中改变螺杆的步长；
-离心泵，通过将所提出的角度偏移方法应用于这些泵的轮叶；
-蠕动泵，通过将所提出的角度偏移方法应用于这些泵的辊；
-具有内齿的齿轮泵，通过将所提出的角度偏移方法应用于联接到转子5的齿。
有利地，下面提出的叶片1的角度布置可应用于所有在机动车辆上车载的叶片1泵100。作为非限制性示例，先前描述的叶片1泵100是：
-油泵，其构成热力发动机的润滑系统，并允许向曲轴以及该发动机的各种元件供油；
-燃料泵，其允许将燃料输送到燃烧式发动机或内燃发动机；
-液压泵，其构成对于配备有液压机的混合动力车辆的液压机。
有利地，上述提出的实施例允许减少旋转泵的警笛噪声，同时接近诸如热力发动机的车辆的发动机的噪声着色。因此，对于车辆的驾驶员和乘客，叶片1泵100的噪声与发动机的噪声混合。这对于机动车辆制造商是特别有利的：其因此可以提高这种类型的泵的整体噪声阈值，而不会使车辆的拥有者感到烦恼。实际上，通过保持声能的恒定，使得声能分布在更宽的频率范围内。
有利地，上述实施例允许机动车辆制造商减少具有径向可移动元件的旋转泵的声学标准的约束，从而允许这种类型的泵的供应商能够优化其性能以及与之相关的制造成本。

Claims (8)

1.一种叶片泵(100)，其包括定子(2)、流体吸入孔(3)、流体排出孔(4)和转子(5)，其中所述流体吸入孔(3)和所述流体排出孔(4)实施为穿过所述定子(2)并分别允许流体穿过所述叶片泵(100)的吸入和排出，并且其中所述转子(5)相对于所述定子(2)偏心并围绕所述定子(2)旋转，每个叶片(1)相对于理论位置具有角度偏移，所述理论位置是指该叶片(1)与所述叶片泵(100)的所有其它叶片(1)相对于中心具有均匀的角度分布，其特征在于，所述叶片(1)的角度偏移遵循伪随机二进制序列，该序列的位“1”或“0”分别对应于叶片(1)在第一旋转方向上或在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上的角度偏移，该二进制序列通过加扰器序列的加扰方法来计算，该方法是应用伪随机二进制序列PRBS的加法方法，
所述叶片泵(100)包括一至八个叶片(1)，这些叶片(1)遵循伪随机二进制序列PRBS 23来进行角度偏移，该序列分别包括与叶片(1)相同数量的位。
2.根据权利要求1所述的叶片泵(100)，其中，所述伪随机二进制序列PRBS的位“1”和“0”界定了所述叶片(1)的角度偏移的延伸范围。
3.根据权利要求2所述的叶片泵(100)，其中，所述叶片(1)的角度偏移的有限的延伸范围根据由所述叶片(1)引起的不平衡来确定。
4.根据权利要求3所述的叶片泵(100)，其包括七个叶片(1)，每个叶片(1)包括遵循以下二进制序列的角度偏移：1；0；0；1；0；1；1。
5.根据权利要求4所述的叶片泵(100)，其中，所述叶片(1)的角度偏移的延伸范围为至少5°。
6.根据权利要求3所述的叶片泵(100)，其包括n个叶片(1)，其中n>8，这些叶片(1)遵循伪随机二进制序列PRBS2 k来进行角度偏移，其中2k-1+1≤n≤2k且整数k>3，伪随机二进制序列分别包括与叶片(1)相同数量的位。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的叶片泵(100)，该叶片泵(100)是构成润滑系统的油泵。
8.一种机动车辆，其包括根据权利要求1至7中任一项所述的叶片泵(100)。
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