CN117759534B - 一种自适应可变容量叶片泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应可变容量叶片泵，泵体内设有一弹性壳体，所述油泵转子在弹性壳体内偏心设置，所述油泵转子外缘沿径向设有若干道滑道，叶片插在油泵转子的滑道内可以沿着滑道径向滑动；所述弹性壳体内一侧形成低压进油腔，另一侧形成高压出油腔，弹性壳体外侧与泵体之间形成高压油回流腔，高压出油道一方面通过高压出油管路连接至负载，另一方面则通过高压油溢流压力补偿油道与所述高压油回流腔连接，且所述高压油溢流压力补偿油道上设有油泵压力调节阀。本发明的优点在于可以自适应地降低油泵的流量或压力，从而降低油泵的实际损耗，起到大幅节能的作用。

Description

一种自适应可变容量叶片泵

技术领域

本发明涉及叶片泵技术领域，具体涉及一种自适应可变容量叶片泵。

背景技术

叶片泵，是转子槽内的叶片与泵壳(定子环)相接触，将吸入的液体由进油侧压向排油侧的泵，叶片泵转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上，这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油后再由大到小排油，可变排量叶片泵便是其中一种。

传统叶片泵工作效率高流量大，在液压领域运用较为广泛。但在可转速的高速工作场景下，存在一定缺陷。以高速驱动电机润滑用叶片泵为例。如使用电机驱动轴，或传动***驱动轴进行叶片泵驱动。叶片泵的设计需要满足最低工况下***的冷却及润滑流量（例如1000rpm），所以叶片泵的流量会做足够的冗余。但现代驱动电机转速动辄10000rpm或更高转速。这样就使得满足1000rpm工作的叶片泵，在10000rpm或者更高的转速下，功率冗余过高，会形成过高的流量，同时形成过高的压力。造成功率过多消耗，降低了电机***的整体效率。

叶片泵主要用于冷却电机和为后端传动机构提供润滑。仅以提供电机冷却为例。以图1的某款电机效率MAP图特性曲线来看。电机最高转速20000rpm。但电机5000rpm时，电机进入恒功率区域工作。而此时转速不高，整体效率不高（图例中为64.5%），产生的热量较大。冷却***设计需要在此工况下满足散热需求，需要流量及冷却功率较高。而当转速提升至最高转速20000rpm时，电机实际效率大幅提升（最高提高到92%），实际发热量已经大幅降低，实际所需要的冷却油量和功率也应当随之减小。而由于油泵随电机轴转动，过高的转速反而大幅提升了油泵的流量及油压，造成大量的功率损耗。此时油泵反而成为消耗源头。如何在随动结构中降低油泵的流量或压力，从而降低油泵的实际损耗，成为设计难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应可变容量叶片泵，调节高速电机冷却油泵的损耗最大值，起到大幅节能的作用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种自适应可变容量叶片泵，包括泵体，位于泵体内的油泵转子，其特征在于所述泵体内设有一弹性壳体，所述油泵转子在弹性壳体内偏心设置，所述油泵转子外缘沿径向设有若干道滑道，每一滑道对应设置一个叶片，叶片插在油泵转子的滑道内可以沿着滑道径向滑动；所述弹性壳体内一侧形成低压进油腔，另一侧形成高压出油腔，与低压进油腔对应的一侧泵体上设有低压进油管路，低压进油腔内设有与低压进油管路连通的低压进油道，与高压出油腔对应的一侧泵体上设有高压出油管路，高压出油腔内设有高压出油管路连通的高压出油道；弹性壳体外侧与泵体之间形成高压油回流腔，高压出油道一方面通过高压出油管路连接至负载，另一方面则通过高压油溢流压力补偿油道与所述高压油回流腔连接，且所述高压油溢流压力补偿油道上设有油泵压力调节阀。

进一步地，所述泵体内设有两片对应设置的弧形弹簧片，两片弧形弹簧片围合形成弹性壳体；对应于高压出油腔侧的弧形弹簧片为高压出油腔弹簧片，对应于低压进油腔侧的弧形弹簧片为低压进油腔弹簧片，高压出油腔弹簧片和低压进油腔弹簧片均为一端为固定端，另一端为自由端，高压出油腔弹簧片的固定端与低压进油腔弹簧片的固定端相连或分别固定，高压出油腔弹簧片的自由端与低压进油腔弹簧片的自由端相重叠贴合，高压出油腔弹簧片的靠固定端一侧由泵体内壁限位，低压进油腔弹簧片的外侧与泵体之间形成高压油回流腔。

进一步地，安装时，低压进油腔弹簧片和高压出油腔弹簧片相对设置，低压进油腔弹簧片在高压出油腔弹簧片的内侧，预受到高压出油腔弹簧片带来的一个向内的预压力，使其产生一预设的向外扩张的弹簧力，高压出油腔弹簧片初始被低压进油腔弹簧张力向外张开，处在预变形状态，从而产生向内方向的弹簧力；从而使得低压进油腔弹簧片的自由端与高压出油腔弹簧片的自由端相贴合，两者配合形成了一个弹性壳体。

进一步地，所述低压进油腔弹簧片的自由端形成一个厚度逐渐变薄的尖端结构，以使得所述低压进油腔弹簧片的自由端与高压出油腔弹簧片的自由端贴合时，两者的内壁连接处过渡均匀。

进一步地，所述自适应可变容量叶片泵的自适应调节方法为：转子高速旋转，叶片在离心力的作用下沿转子上的滑道甩出，分别与高压出油腔弹簧片以及低压进油腔弹簧片接触，形成密闭；由于转子在弹性壳体内形成偏心设置，在逆时针旋转下，低压进油腔范围内，每两个叶片之间的空间不断变大，形成抽油负压；而在高压出油腔区域的两个叶片之间的空间不断被减小，从而形成对液体挤压的出油高压，从而使得油泵可以正常泵油进出工作；高压出油腔的出油一部分通过高压出油管路流向负载，另一部分则进入高压溢流管路，当油压大于油泵压力调节阀的设定油压时，油泵压力调节阀打开，高压出油腔的出油流向低压进油腔弹簧片外侧的高压油回流腔，形成补偿压力；而在补偿压力的作用下，低压进油腔弹簧片发生向内变形，这样可以使得进出油的两个叶片之间的体积被压缩，体积减小导致油泵排量减小，输出压力及流量得到有效的抑制减小。当高压出油腔出油的压力和流量逐步减小至低于调节阀阈值时，调节阀逐步关闭，从而高压回流腔压力逐步随之变小，低压进油腔弹簧片向外扩张，进油腔体积增加，进油腔压力逐步开始恢复增加。从而实现油泵随电机转速变化，无需外界控制自适应压力及流量调节。通过调节压力调节阀的压力限压值，以及进出油弹簧片的弹性系数，可以有效的调节高速电机冷却油泵的损耗最大值，起到大幅节能的作用。

另一方面，如将调节阀连接电磁阀及控制器加以独立控制，则可实现人为干预流量的调节，可以实现进一步的节能及功能控制。

本发明的优点在于可以自适应地降低油泵的流量或压力，从而降低油泵的实际损耗，起到大幅节能的作用，同时也可以进一步的通过外接可控电磁阀及控制器等，实现人为干预流量调节，实现智能控制。

附图说明

图1为现有技术中某款电机效率MAP图特性曲线。

图2为本发明的结构示意图。

图中包括，泵体1、油泵转子2、滑道3、叶片4、低压进油管路5、低压进油道6、高压出油管路7、高压出油道8、高压出油腔弹簧片9、低压进油腔弹簧片10、高压油回流腔11、高压油溢流压力补偿油道12、油泵压力调节阀13。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图2所示，本发明的一种自适应可变容量叶片泵，包括泵体1，位于泵体1内的油泵转子2，其特征在于所述泵体1内还设有两片对应设置的弧形弹簧片，两片弧形弹簧片围合形成弹性壳体，所述油泵转子2位于所述弹性壳体内，且油泵转子2与该弹性壳体偏心设置，所述转子外缘沿径向设有若干道滑道3，每一滑道3对应设置一个叶片4，叶片4插在油泵转子2的滑道内可以沿着滑道3径向滑动；弹性壳体一侧形成低压进油腔，弹性壳体的另一侧形成高压出油腔，与低压进油腔对应的一侧泵体上设有低压进油管路5，低压进油腔内设有与低压进油管路连通的低压进油道6，与高压出油腔对应的一侧泵体上设有高压出油管路7，高压出油腔内设有高压出油管路连通的高压出油道8；对应于高压出油腔侧的弧形弹簧片为高压出油腔弹簧片9，对应于低压进油腔侧的弧形弹簧片为低压进油腔弹簧片10，高压出油腔弹簧片9和低压进油腔弹簧片10均为一端为固定端，另一端为自由端，高压出油腔弹簧片9的固定端与低压进油腔弹簧片10的固定端相连或分别固定，高压出油腔弹簧片9的自由端与低压进油腔弹簧片10的自由端相重叠贴合，高压出油腔弹簧片9的外侧大部分由泵体1内壁限位，高压出油腔弹簧片的自由端悬空，低压进油腔弹簧片的外侧与泵体之间形成高压油回流腔11，高压出油道8一方面通过高压出油管路7连接至负载，另一方面则通过高压油溢流压力补偿油道12与所述高压油回流腔11连接，且所述高压油溢流压力补偿油道12上设有油泵压力调节阀13。

进一步地，安装时，低压进油腔弹簧片和高压出油腔弹簧片相对设置，低压进油腔弹簧片在高压出油腔弹簧片的内侧，预受到高压出油腔弹簧片带来的一个向内的预压力，使其产生一预设的向外扩张的弹簧力，高压出油腔弹簧片初始被低压进油腔弹簧张力向外张开，处在预变形状态，从而产生向内方向的弹簧力；从而使得低压进油腔弹簧片的自由端与高压出油腔弹簧片的自由端相贴合，两者之间形成了一个弹性壳体。高压出油腔弹簧片产生向外的预变形，产生向内的预压弹簧力，是为了当低压进油腔弹簧片被压缩时，高压弹簧片会在弹簧力的作用下，自适应的贴合低压弹簧片，从而防止高压油泄漏。

高压出油腔弹簧片的外侧大部分受限于泵体内壁，在低压进油腔弹簧向外张力的作用下，高压出油腔弹簧片的外侧大部分与泵体内壁贴合，只留了近自由端的一小部分是悬空的，以便与低压进油弹簧片相贴合时，可随着低压进油弹簧片***而不产生变形。当高压油回流到高压油回流腔，且高压油回流腔和低压进油腔油压的压力差大于低压进油弹簧片所受的弹性力时，低压进油腔弹簧片以及高压出油腔弹簧片的自由端向内变形，且低压进油腔弹簧片和高压出油腔弹簧片方向重叠部分加大。

进一步地，低压进油道的进口端与低压进油管路连接，出口端位于低压进油腔的末端，且低压进油道进口端宽度小于出口端宽度；高压出油道的进口端位于高压出油腔的起始端，出口端与高压出油管路连接，且高压出油道的进口端宽度大于出口端宽度。

工作时，转子高速旋转，叶片在离心力的作用下沿转子上的滑道甩出，分别与高压出油腔弹簧片以及低压进油腔弹簧片接触，形成密闭。由于转子在弹性壳体内形成偏心设置，在逆时针旋转下，低压进油腔范围内，每两个叶片之间的空间不断变大，形成抽油负压。而在高压出油腔区域的两个叶片之间的空间不断被减小，从而形成对液体挤压的出油高压，从而使得油泵可以正常泵油进出工作。高压出油腔的出油一部分通过高压出油管路流向负载，另一部分则进入高压溢流管路，当油压大于油泵压力调节阀的设定油压时，油泵压力调节阀打开，高压出油腔的出油流向低压进油腔弹簧片外侧的高压油回流腔，形成补偿压力。

随着转子转速被带动原来越快，两片叶片之间的单位面积不变的情况下，流量随转速迅速增大。而出油油道的截面积没有变化，导致出口压力迅速增大。迅速增大的出油油压P_出，当P_出＞油泵压力调节阀压力P0时，压力调节阀打开。多余的压力通过高压油溢流压力补偿油道旁通至高压油回流腔，形成补偿压力P1。

而在补偿压力P1的作用下，低压进油腔弹簧片发生向内变形（高压出油腔弹簧片相应回缩，高压出油腔弹簧片的自由端与低压进油腔弹簧片的自由端重叠部分加大），这样可以使得进出油的两个叶片之间的体积被压缩，体积减小导致油泵排量减小，输出压力及流量得到有效的抑制减小。

通过调节压力调节阀的压力限压值，以及进出油弹簧片的弹性系数，可以有效的调节高速电机冷却油泵的损耗最大值，起到大幅节能的作用。

根据本发明的具体实施例，高压出油腔弹簧片和低压进油腔弹簧片之间并不是密闭的，也就是说弹性壳体内外是有泄露的，就意味着高压油回流腔内的油压需要回位的时候，可以快速地将油压排出，以实现自适应地快速排除油压。

当然，在其他实施例中，高压油回流腔也可以通过旁通油槽和油箱连通或者部分连通，这样，在高压出油腔弹簧片的自由端与低压进油腔弹簧片的自由端之间做密封滑动连接，而高压油回流腔内油压在需要回位是可以通过旁通油槽去把油快速排出。这样可以通过设计旁通油槽的大小来人为的去设定排油速度。

在本发明的具体实施例中，低压进油腔弹簧片的自由端形成一个厚度逐渐变薄的尖端结构，以使得转子运动时，保证叶片与弹性壳体内表面贴合，过渡均匀。

根据本发明的具体实施例，高压油溢流压力补偿油道12上设置可以人为预设压力的油泵压力调节阀13，当出油压力和流量增加，大于调节阀预设压力或弹力值时，油泵压力调节阀13逐步打开，从而高压回流腔压力逐步随之变大，进油腔弹簧随压力增加而被压缩，进油腔体积逐步变小，随之排量减小，相应流量也随之减小。另一方面，当流量逐步减小至低于调节阀阈值时，调节阀逐步关闭，从而高压回流腔压力逐步随之变小，进油腔压力逐步开始恢复增加。从而实现油泵随电机转速变化，无需外界控制自适应压力及流量调节。所述调节阀也可以替换为电磁阀等可控阀。结合控制器也可以实现人为干预控制或智能控制。

Claims (4)

1.一种自适应可变容量叶片泵，包括泵体，位于泵体内的油泵转子，其特征在于所述泵体内设有一弹性壳体，所述油泵转子在弹性壳体内偏心设置，所述油泵转子外缘沿径向设有若干道滑道，每一滑道对应设置一个叶片，叶片插在油泵转子的滑道内可以沿着滑道径向滑动；所述弹性壳体内一侧形成低压进油腔，另一侧形成高压出油腔，与低压进油腔对应的一侧泵体上设有低压进油管路，低压进油腔内设有与低压进油管路连通的低压进油道，与高压出油腔对应的一侧泵体上设有高压出油管路，高压出油腔内设有高压出油管路连通的高压出油道；弹性壳体外侧与泵体之间形成高压油回流腔，高压出油道一方面通过高压出油管路连接至负载，另一方面则通过高压油溢流压力补偿油道与所述高压油回流腔连接，且所述高压油溢流压力补偿油道上设有油泵压力调节阀；所述泵体内设有两片对应设置的弧形弹簧片，两片弧形弹簧片围合形成弹性壳体；对应于高压出油腔侧的弧形弹簧片为高压出油腔弹簧片，对应于低压进油腔侧的弧形弹簧片为低压进油腔弹簧片，高压出油腔弹簧片和低压进油腔弹簧片均为一端为固定端，另一端为自由端，高压出油腔弹簧片的固定端与低压进油腔弹簧片的固定端相连或分别固定，高压出油腔弹簧片的自由端与低压进油腔弹簧片的自由端相重叠贴合，高压出油腔弹簧片的靠固定端一侧由泵体内壁限位，低压进油腔弹簧片的外侧与泵体之间形成高压油回流腔；安装时，低压进油腔弹簧片和高压出油腔弹簧片相对设置，低压进油腔弹簧片在高压出油腔弹簧片的内侧，预受到高压出油腔弹簧片带来的一个向内的预压力，使其产生一预设的向外扩张的弹簧力，高压出油腔弹簧片初始被低压进油腔弹簧张力向外张开，处在预变形状态，从而产生向内方向的弹簧力；从而使得低压进油腔弹簧片的自由端与高压出油腔弹簧片的自由端相贴合，两者配合形成了一个弹性壳体。

2. 如权利要求1 所述的一种自适应可变容量叶片泵，其特征在于，所述低压进油腔弹簧片的自由端形成一个厚度逐渐变薄的尖端结构，以使得所述低压进油腔弹簧片的自由端与高压出油腔弹簧片的自由端贴合时，两者的内壁连接处过渡均匀。

3.如权利要求1所述的一种自适应可变容量叶片泵的自适应调节方法，其特征在于所述方法为：转子高速旋转，叶片在离心力的作用下沿转子上的滑道甩出，分别与高压出油腔弹簧片以及低压进油油腔弹簧片接触，形成密闭；由于转子在弹性壳体内形成偏心设置，在逆时针旋转下，低压进油腔范围内，每两个叶片之间的空间不断变大，形成抽油负压；而在高压出油腔区域的两个叶片之间的空间不断被减小，从而形成对液体挤压的出油高压，从而使得油泵可以正常泵油进出工作；高压出油腔的出油一部分通过高压出油管路流向负载，另一部分则进入高压溢流管路，当油压大于油泵压力调节阀的设定油压时，油泵压力调节阀打开，高压出油腔的出油流向低压进油腔弹簧片外侧的高压油回流腔，形成补偿压力；而在补偿压力的作用下，低压进油腔弹簧片发生向内变形，这样可以使得进出油的两个叶片之间的体积被压缩，体积减小导致油泵排量减小，输出压力及流量得到有效的抑制减小；当高压出油腔出油的压力和流量逐步减小至低于调节阀阈值时，调节阀逐步关闭，从而高压回流腔压力逐步随之变小，进油腔压力逐步开始恢复增加。

4.如权利要求3所述的一种自适应可变容量叶片泵的自适应调节方法，其特征在于，油泵压力调节阀为可调控制阀，通过控制器可调节油泵压力调节阀的设定油压。