ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС Российский патент 2015 года по МПК F04C2/10 F04C11/00 F04C15/00 

Настоящее изобретение относится к шестеренному насосу согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Уровень техники

К роторным насосам относятся помимо прочего шестеренные насосы с внутренним зацеплением, у которых ведущее зубчатое колесо при своем вращении эксцентрично зацепляется с внутренним зубчатым венцом зубчатого кольца. Шестеренные насосы с внутренним зацеплением, которые наиболее пригодны для создания высокого давления, используются для нагнетания жидкостей, например для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания.

Из уровня техники известно интегрирование шестеренных насосов с внутренним зацеплением в электродвигатель с электронной коммутацией, ротор которого при этом одновременно выполнен в виде зубчатого кольца шестеренного насоса с внутренним зацеплением.

В DE 102006007554 А1 описан подающий или перекачивающий насос, интегрированный в электродвигатель. Такой насос имеет первое зубчатое колесо и второе зубчатое колесо. Между обоими зубчатыми колесами образуется напорная полость. Второе зубчатое колесо по своему центру опирается на шип. Первое зубчатое колесо представляет собой наружное зубчатое колесо и образует ротор, а второе зубчатое колесо представляет собой внутреннее зубчатое колесо, которое приводится во вращение первым зубчатым колесом вокруг его эксцентричного центра. Первое зубчатое колесо имеет вклеенные в него постоянные магниты, распределенные по его окружности. При возбуждении вращающегося переменного магнитного поля его радиально внешними источниками оно непосредственно приводит ротор во вращательное движение.

Однако проблематичным в подобных конструкциях является крепление зубчатого кольца, которое должно воспринимать приводной вращающий момент, развиваемый электродвигателем. Одновременно с этим на статор и далее на корпус насоса должны передаваться гидравлические силы, возникающие в шестеренном насосе с внутренним зацеплением.

В ЕР 1600635 А2 описан шестеренный насос с внутренним зацеплением, который имеет насосную часть с внутренним ротором, который выполнен с зубьями на своей наружной периферии. Наружный ротор имеет выполненные на его внутренней периферии зубья. Оба ротора размещены в общем корпусе. В качестве опор для крепления наружного ротора, выполненного в виде зубчатого кольца, при этом используются дополнительные детали особой формы.

Известные из уровня техники решения по креплению зубчатого кольца в шестеренном насосе с внутренним зацеплением имеют механически сложную конструкцию и поэтому трудоемки, сложны и дороги в изготовлении.

Исходя из вышеизложенного, существует необходимость в поиске простого и недорогого в реализации решения по креплению зубчатого кольца в шестеренном насосе, прежде всего в шестеренном насосе с внутренним зацеплением.

Краткое изложение сущности изобретения

Преимущества изобретения

Согласно изобретению предлагается шестеренный насос для подачи жидкости, имеющий установленное с возможностью вращения зубчатое колесо с наружным зубчатым венцом и зубчатое кольцо с внутренним зубчатым венцом, которые для создания нагнетающего действия зацепляются между собой и которые расположены в общем корпусе совместно с электрически коммутируемым статором, который концентрично охватывает зубчатое кольцо и взаимодействует с ним для создания электродвижущей силы, при этом зубчатое кольцо имеет замкнутую (сплошную) однородную цилиндрическую поверхность, а на статоре предусмотрен подшипник скольжения. Предусматривание подшипника скольжения непосредственно на статоре позволяет найти конструктивно простое и поэтому недорогое в реализации решение по креплению зубчатого кольца.

В предпочтительном варианте зубчатое кольцо выполнено из порошковой стали или пластмассы.

В еще одном предпочтительном варианте электродвигатель выполнен в виде синхронного электродвигателя с возбуждением постоянными магнитами, которые интегрированы в зубчатое кольцо.

В другом предпочтительном варианте электродвигатель выполнен в виде реактивного электродвигателя, а в зубчатом кольце выполнены отверстия или специальные выемки для образования магнитных полюсов путем ослабления магнитного поля.

В еще одном предпочтительном варианте подшипник скольжения выполнен на статоре в виде слоя, нанесенного на обращенную к зубчатому кольцу поверхность статора, и тем самым интегрирован в статор. Связанное с этим преимущество состоит в том, что статор, который может представлять собой статор электродвигателя с возбуждением постоянными магнитами или реактивного электродвигателя, одновременно выполняет на своем внутреннем диаметре функцию радиального подшипника для ротора, который выполнен в виде зубчатого кольца, соответственно наружного зубчатого колеса шестеренного насоса с внутренним зацеплением. Подшипник скольжения в первую очередь выполняет функцию износостойкого защитного слоя между статором и ротором. Подшипник скольжения выполняет, кроме того, функцию по центрированию ротора и может при соответствующем исполнении сокращать, соответственно предотвращать осевые утечки через зазоры. Благодаря этому повышается коэффициент полезного действия электродвигателя.

В следующем предпочтительном варианте указанный слой выполнен из полимера или из неферромагнитного материала, прежде всего из бронзы.

В еще одном предпочтительном варианте толщина указанного слоя составляет не более 0,3 мм. Поскольку в статор интегрируют подшипник скольжения в виде тонкого слоя, можно прежде всего при выполнении электродвигателя в виде реактивного электродвигателя обеспечить наличие соответственно малого воздушного зазора между статором и ротором. В результате удается добиться высокого коэффициента полезного действия электродвигателя.

В еще одном предпочтительном варианте слой нанесен на статор экструзией, наклеиванием или вулканизацией.

В более предпочтительном варианте слой выполнен с выступом, который обеспечивает прилегание статора к внутренней стенке корпуса с предварительным натягом. Слой прежде всего выполнен таким образом, чтобы благодаря созданию предварительного натяга подшипник скольжения при монтаже крышки соответственно отжимался в осевом направлении вверх, соответственно прижимался к внутренней стенке корпуса насоса. В результате не образуется никакой, соответственно образуется лишь очень малый осевой воздушный зазор и тем самым возникают лишь очень малые утечки через зазоры.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - вид в разрезе шестеренного насоса с внутренним зацеплением, известного из уровня техники,

на фиг.2 - вид в поперечном разрезе шестеренного насоса с внутренним зацеплением, выполненного по одному из вариантов, и

на фиг.3 - вид в продольном разрезе шестеренного насоса с внутренним зацеплением, изображенного на фиг.2.

Описание вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 в разрезе показан известный из уровня техники шестеренный насос 1 с внутренним зацеплением. Такой шестеренный насос 1 имеет зубчатую пару, состоящую из зубчатого кольца 2 с внутренним зубчатым венцом и зубчатого колеса 3 с наружным зубчатым венцом. Зубчатое колесо 3 установлено с возможностью вращения на опорной цапфе 4 эксцентрично относительно зубчатого кольца 2. При приведении зубчатого кольца 2 во вращение наружные зубья зубчатого колеса 3 зацепляются с внутренними зубьями зубчатого кольца 2 и создают объемный поток подаваемой насосом жидкости, в которой работает зубчатое зацепление. Зубчатая пара, состоящая из зубчатого кольца 2 и зубчатого колеса 3, расположена в корпусе 5, за одно целое с которым при этом выполнена опорная цапфа 4. Зубчатое кольцо 2, кроме того, соединено с кольцевым магнитопроводом 6 без возможности вращения относительно него, который радиально снаружи охватывает зубчатое кольцо 2. Кольцевой магнитопровод 6 расположен с радиально внутренней стороны статора 7, имеющего электрообмотку 8. При электрической коммутации электрообмотки 8 системой управления в статоре 7 возникает вращающееся магнитное поле. Такое вращающееся магнитное поле приводит во вращение кольцевой магнитопровод 6, совместно с которым при этом благодаря соединению с ним зубчатого кольца 2 без возможности их относительного вращения в действие приводится и зубчатое зацепление, состоящее из зубчатого кольца 2 и зубчатого колеса 3. Кольцевой магнитопровод 6 установлен в статоре 7 по скользящей посадке. Для этого кольцевой магнитопровод 6 снабжен соответствующим покрытием из приемлемого антифрикционного материала. Недостаток подобной конструкции состоит в ее малой пригодности для создания высокого напора и для перекачивания обладающих плохими смазывающими свойствами жидкостей, таких, например, как бензин или дизельное топливо.

Открытую сторону корпуса 5 шестеренного насоса 1 с внутренним зацеплением закрывают крышкой 9 с электрическими выводами, для герметичного уплотнения зазоров между которой и корпусом 5 при этом предусмотрен уплотнительный элемент 10. Такой уплотнительный элемент 10 выполнен в виде уплотнительного кольца круглого сечения и расположен в соответствующей круговой канавке (не показана), выполненной в крышке 9 с ее торцевой стороны.

На фиг.2 в поперечном разрезе показан шестеренный насос 1 с внутренним зацеплением, выполненный по одному из вариантов. На, соответственно в выполняющем функцию ротора зубчатом кольце 2 предусмотрено множество магнитов 11 (электродвигатель с возбуждением постоянными магнитами). При альтернативном выполнении электродвигателя в виде реактивного электродвигателя вместо магнитов 11 предусмотрены не показанные на чертеже отверстия для ослабления поля возбуждения.

На статоре 7 на его обращенной к зубчатому кольцу 2 цилиндрической поверхности 12 предусмотрен подшипник 13 скольжения, соответственно такой подшипник 13 скольжения интегрирован в статор 7. Подшипник 13 скольжения в первую очередь выполняет функцию износостойкого защитного слоя между статором 7 и ротором, соответственно зубчатым кольцом 2. Подшипник 13 скольжения выполняет, кроме того, функцию по центрированию ротора, соответственно зубчатого кольца 2 и может при соответствующем исполнении сокращать, соответственно предотвращать осевые утечки через зазоры, о чем более подробно сказано ниже со ссылкой на фиг.3. Подшипник 13 скольжения образован тонким слоем полимера, нанесенного на статор 7 экструзией, соответственно литьем под давлением.

На фиг.3 изображенный на фиг.2 шестеренный насос 1 с внутренним зацеплением показан в продольном разрезе. Из приведенного на чертеже изображения следует, что подшипник 13 скольжения, нанесенный на статор 7, соответственно отлитый в него под давлением, выполнен в виде слоя толщиной меньше 0,3 мм, который выполнен с обращенным в осевом направлении в сторону внутренней стенки 14 корпуса 5 продолжением или выступом 15, благодаря которому в результате прилегания такого слоя к внутренней стенке 14 корпуса 5 создается предварительный натяг. При монтаже крышки 9 подшипник 13 скольжения прижимается в осевом направлении к внутренней стенке 14 корпуса. Таким путем возможна осевая фиксация статора 7. Помимо этого подшипник 13 скольжения, имеющий подобное специальное исполнение, может использоваться в качестве осевого кольцевого уплотнения.

В соответствии со сказанным выше в предлагаемом в изобретении шестеренном насосе 1 предусмотрен конструктивно простой и поэтому недорогой подшипник скольжения.

Изобретение относится к шестеренному насосу. Шестеренный насос (1) для подачи жидкости имеет установленное с возможностью вращения зубчатое колесо (3) с наружным зубчатым венцом и зубчатое кольцо (2) с внутренним зубчатым венцом и замкнутой однородной цилиндрической поверхностью. Зубчатое колесо (3) и зубчатое кольцо (2) для создания нагнетающего действия зацепляются между собой и расположены в общем корпусе совместно с электрически коммутируемым статором (7). Статор (7) концентрично охватывает зубчатое кольцо (2) и взаимодействует с ним для создания электродвижущей силы. Предусмотрен подшипник (13) скольжения, который выполнен на статоре (7) в виде слоя, нанесенного на обращенную к зубчатому кольцу (2) поверхность (12) статора (7). Слой выполнен с выступом, который обеспечивает прилегание статора (7) к внутренней стенке корпуса с предварительным натягом. Изобретение направлено на создание простого и недорогого в реализации решения по креплению зубчатого колеса в шестеренном насосе с внутренним зацеплением. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шестеренный насос (1) для подачи жидкости, имеющий установленное с возможностью вращения зубчатое колесо (3) с наружным зубчатым венцом и зубчатое кольцо (2) с внутренним зубчатым венцом и замкнутой однородной цилиндрической поверхностью, каковые зубчатое колесо (3) и зубчатое кольцо (2) для создания нагнетающего действия зацепляются между собой и расположены в общем корпусе (5) совместно с электрически коммутируемым статором (7), который концентрично охватывает зубчатое кольцо (2) и взаимодействует с ним для создания электродвижущей силы и на котором предусмотрен подшипник (13) скольжения, который выполнен на статоре (7) в виде слоя, нанесенного на обращенную к зубчатому кольцу (2) поверхность (12) статора (7), отличающийся тем, что слой выполнен с выступом (15), который обеспечивает прилегание статора (7) к внутренней стенке (14) корпуса (5) с предварительным натягом.

2. Шестеренный насос (1) по п.1, отличающийся тем, что указанный слой выполнен из полимера или из неферромагнитного материала, прежде всего из бронзы.

3. Шестеренный насос (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что толщина слоя составляет не более 0,3 мм.

4. Шестеренный насос (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что слой нанесен на статор (7) экструзией, наклеиванием или вулканизацией.

5. Шестеренный насос (1) по п.3, отличающийся тем, что слой нанесен на статор (7) экструзией, наклеиванием или вулканизацией.

6. Шестеренный насос (1) по п.1, отличающийся тем, что электродвигатель выполнен в виде синхронного электродвигателя с возбуждением постоянными магнитами (11), которые интегрированы в зубчатое кольцо (2).

7. Шестеренный насос (1) по п.1, отличающийся тем, что электродвигатель выполнен в виде реактивного электродвигателя, а в зубчатом кольце (2) выполнены отверстия или специальные выемки для образования магнитных полюсов путем ослабления магнитного поля.

8. Шестеренный насос (1) по п.1, 6 или 7, отличающийся тем, что зубчатое кольцо (2) выполнено из порошковой стали или пластмассы.