CN110869604A - 泵的驱动 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泵(4)，尤其是燃料泵，具有至少一个工作腔(5)，其中，活塞(6)借助于驱动器界定在气缸中的工作腔(5)，并且存在于工作腔(5)中的流体，特别是燃料，被施加压力。根据本发明，驱动器具有由至少两个直线电机(1a‑1e)构成的驱动系统(3)。直线电机(1a‑1e)优选地实施为具有移动磁体、结构相同且彼此并联的直线电机，并且分别具有变流器(30a‑30e)。活塞杆(7)将由直线电机(1a‑1e)施加的力集中。

Description

泵的驱动
技术领域
本发明涉及一种泵，特别是燃料泵，具有至少一个工作腔，其中，活塞借助驱动系统在气缸中界定工作腔，并且存在于工作腔中的流体，特别是燃料，被施加压力。
背景技术
不断变化的燃料要求以及在持续负荷下的运行，需要泵(特别是燃料泵)一方面是耐用的，另一方面是灵活的。此外，因为停歇时间会引起高的成本因素，所以应该保持尽可能短的停歇时间。因此，燃料泵的驱动器经常配备旋转电机和机械传动部件，例如传动箱和曲轴。但是，尤其是机械传动部件容易受到干扰并且维护频繁。此外，这种系统非常复杂。
因此，专利文献DE 10 2007 038 529 A1提出了一种高压燃料泵，具有至少一个工作腔，燃料在该工作腔中被施加高压。高压燃料泵在驱动方面与直线电机连接。
专利文献DE 10 2014 202 937 A1进一步开发了这种方案，并且其公开了一种泵，该泵具有带泵缸的泵缸头和泵挺杆，其中，泵挺杆能够在嵌入到泵缸中的缸引导部中平移地往复移动。泵挺杆在驱动侧与直线驱动器共同作用。直线驱动器无间隙地与泵挺杆机械连接。
但是，如果只使用唯一一个常规直线电机作为泵的驱动器，那么驱动器必须专门为一种泵类型来设计和制造。此外，直线电机需要稳固的轴承，该轴承能够承受高吸引力。只有当在一个产品中大量使用直线电机时，直线电机的设计才能带来利益。直线电机也能够设计得超过所要求的额定值。然而，泵专用的直线电机或者超规格直线电机通常非常贵。
发明内容
本发明的目的是，提供一种泵专用的但成本低廉的用于燃料泵的驱动器。
该目的通过一种泵得以解决，该泵特别是燃料泵，泵具有至少一个工作腔，其中，活塞借助于驱动系统在气缸中界定工作腔，并且存在于工作腔中的流体，特别是燃料，被施加压力，其中，驱动系统包括至少两个直线电机。
优选地，直线电机实施为直接驱动器，并且因此，其特征在于低噪声排放和高功率密度。直线电机实现了平移运动而无需传动机构，因此直线电机被认为是低磨损和低维护的。此外，取消传动机构也为紧凑的结构方式提供了前提。
只开发一个直线电机，尤其是大型直线电机是非常贵的。因为直线电机的开发和设计只有大于一定数量(在此被称为批量产品)才值得，所以根据本发明，泵(特别是燃料泵)的驱动系统包括至少两个直线电机。直线电机首先是结构相同的并且因此适合批量生产。此外，这还提供了一个优点，直线电机能够作为备件库存，并且能够在需要时快速地更换。
通过改变直线电机的数量可以实现推进力和功率的缩放。因此，能够制造大量直线电机，其中，能够满足对功率和/或推进力的不同要求。此外，通过改变直线电机的数量还能够实现冗余，这通过使用比实际需要更多的直线电机来实现。
在本发明的优选实施方式中，至少20个电并联和/或机械并联的直线电机驱动燃料泵。
利用由40到50个直线电机构成的驱动系统，实现了特别安全和可靠的运行，该运行还能够实现足够的缩放距。然而，也能够由128或更多个直线电机形成驱动系统。
对于较小的泵，也能实现直线电机数量较少的驱动系统。多个直线电机的并联连接也用于增加推进力。为了降低复杂性，形成驱动系统的直线电机优选地平行布置在支撑体上。
有利地，每个直线电机具有40kW与85kW之间的机械功率，并且提供最高20kN的推进力。
优选地，驱动系统具有至少一个测量系统、至少一个用于控制直线电机的控制单元以及至少一个用于数据传输的系统。
优选地，测量系统测定直线电机在其相应的行进路径上的位置和/或速度。位置和/或速度也能够通过直线电机中的电压观测(优选无编码器地)来实现。
有利地，驱动系统具有恰好一个控制单元。控制单元控制驱动系统。在此，包括至少两个直线电机的驱动系统的作用方式与仅具有一个直线电机一样。
控制单元向驱动系统发布指令，特别是关于速度的指令。此外，通过在较小的力需求时只控制一定数量的直线电机，控制单元实现了前述的缩放。借助用于数据传输的系统，在相应的直线电机与测量系统或控制单元之间传输例如包括关于位置和速度的信息的数据以及包括对直线电机的指令的数据。有利地，在测量系统与控制单元之间也实施有用于数据传输的系统。对于数据传输，能够使用不同的总线系统或者工业以太网。
通过本发明和由本发明实现的取消昂贵且维护密集的机械传动部件(如传动箱和/或凸轮盘和/或曲轴)，极大简化了机械实现方案。此外，因为必须连接的零件更少也更小，所以装配和操作更简单。直线电机能够作为备件库存。
如果在形成驱动系统的直线电机之一中出现故障，那么随后该故障不再有影响，因为其他直线电机不受出现的故障影响，所以泵能够继续被驱动(尽管功率降低)。有故障的直线电机能够被快速并且简单地更换，这对于高的机器可用性有积极作用。
此外，本发明提供了以下可行性：通过使用比所需数量更多的直线电机，在由直线电机构成的驱动系统中实现冗余，这通过将至少一个冗余直线电机装入到根据本发明的驱动系统中来实现。
对于本发明来说，具有移动磁体的直线电机(所谓的动磁体直线电机)，以及具有移动线圈的直线电机(所谓的动线圈直线电机)都是适合的。然而，优选使用具有移动磁体的直线电机，因为此时直线电机的馈电线路不必移动。这提供了以下优点：直线电机移动的行进路径能够被实施为任意的长度。
优选地，形成驱动系统的每个直线电机都被分配有至少一个变流器，特别是正好一个变流器，变流器将相应的直线电机与供电网络连接。此外，这使得在故障情况下能够快速并且简单地更换直线电机。
优选地，与活塞连接的活塞杆将直线电机施加的力(特别是推进力)集中。
对于泵的驱动来说需要很大的力，而大的力需要大的功率。作为单个电机实施的直线电机的制造、运输和安装非常昂贵且麻烦。本发明的优点是，通过活塞杆将多个并联的、批量生产的小直线电机的力集中，借助驱动系统能够产生所需要的大的力。
附图说明
下面根据实例来阐述本发明，其中，附图示出了用于驱动泵的驱动系统。
具体实施方式
附图示出了由五个直线电机1a、1b、1c、1d和1e构成的驱动系统3，直线电机能够在相应的路径2a、2b、2c、2d和2e上前后行进，以驱动泵4，特别是燃料泵。直线电机平行地布置并且机械连接，从而借助活塞杆7集中直线电机1a至1e的力。
直线电机1a至1e中的每一个分别利用变流器30a、30b、30c、30d和30e连接到供电网络40。直线电机1a至1e通过供电线路31a、31b、31c、31d和31e与分别对应的变流器30a至30e连接。变流器30a至30e通过其他供电线路32a、32b、32c、32d和32e与供电网络40连接。
直线电机1a至1e的力借助活塞杆7被集中。有利地，各个直线电机1a至1e以相同的速度移动。活塞杆7以这种方式移动活塞6，活塞在泵4的气缸中界定工作腔5。
因此，在工作腔5中的流体，特别是燃料(如油或者气)，被施加压力。在此，在示例性的过程中，燃料通过优选地由控制单元21经过用于数据传输的系统25控制的进口阀11被吸入到工作腔5中，这由此实现：由直线电机1a至1e构成的驱动系统3(且因此每个单个直线电机1a至1e)从控制单元21获得指令，向相应的行进路径2a至2e远离泵4的后端部行进。因此，工作腔5获得其最大尺寸，并且在工作腔5中产生的负压将燃料通过进口阀11吸入。
测量系统20识别，每个直线电机1a至1e何时到达终点位置，随后，控制单元21使直线电机1a至1e停下。测量系统20通过用于数据传输的系统26与直线电机1a至1e连接。有利地，测量系统20还检测每个直线电机1a至1e的速度和位置，并且这些数据能够经由用于在控制单元与测量系统之间传输数据的系统27被传递给控制单元21。因此，通过控制单元例如使直线电机1a至1e减速或者加速的方式，控制单元21能够做出反应。
优选地，在直线电机1a至1e到达终点位置时，控制单元21关闭进口阀11以及出口阀10。为此可以提供用于在控制单元21与阀之间传输数据的可选系统29。
控制单元21使得由直线电机1a至1e构成的驱动系统3沿相应的行进路径2a至2e朝向泵的前端部的方向行进。由此，在工作腔5中的燃料被施加压力。如果压力足够大，控制单元21打开出口阀10。有利地，通过用于在测量系统与阀之间传输数据的可选系统28，借助测量系统20检测压力的大小。
控制单元21和测量系统20能够具有分开的计算单元或者共享的计算单元。用于数据传输的系统25、26、27、28和29能够借助线路连接或者也可以无线连接。
图中示例性示出的由直线电机构成的驱动系统3只具有5个直线电机1a至1e。然而，根据本发明，根据应用领域能够以更多或者更少数量的直线电机形成由直线电机构成的驱动系统。

Claims (7)

1.一种泵(4)，特别是燃料泵，具有至少一个工作腔(5)，其中，活塞(6)借助驱动系统界定了气缸中的所述工作腔(5)，并且存在于所述工作腔(5)中的流体，特别是燃料，被施加压力，其中，所述驱动系统(3)包括至少两个直线电机(1a-1e)，其特征在于，形成所述驱动系统(3)的所述直线电机(1a-1e)电并联和/或机械并联，其中，与所述活塞(6)连接的活塞杆(7)将由所述直线电机(1a-1e)构成的所述驱动系统(3)的力集中，所述力特别是推进力。
2.根据权利要求1所述的泵(4)，其中，所述驱动系统(3)具有优选用于确定位置和/或确定速度的至少一个测量系统(20)、用于控制所述直线电机(1a-1e)的至少一个控制单元(21)、以及用于数据传输的至少一个系统(25、26、27)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的泵(4)，其中，形成所述驱动系统(3)的所述直线电机(1a-1e)平行地布置在载体上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的泵(4)，其中，形成所述驱动系统(3)的所述直线电机(1a-1e)分别实施为具有移动磁体的直线电机。
5.根据前述权利要求中任一项所述的泵(4)，其中，形成所述驱动系统(3)的每个所述直线电机(1a-1e)被分配有至少一个变流器(30a-30e)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的泵(4)，其中，由所述直线电机(1a-1e)构成的所述驱动系统(3)具有至少20个并且最多128个直线电机。
7.根据前述权利要求中任一项所述的泵(4)，其中，形成由所述直线电机(1a-1e)构成的所述驱动系统(3)的所述直线电机是结构相同的。
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