CN117222813A - 流体传输装置 - Google Patents

Abstract

一种正位移齿轮泵或齿轮液压马达，其至少具有带有第一转子齿的第一转子和带有第二转子齿的第二转子，第一转子齿与第二转子齿啮合。第一转子腔室在第一转子齿之间限定并且第二转子腔室在第二转子齿之间限定。随着转子啮合，第一转子腔室、第二转子腔室或两者变为封闭的或基本上封闭的，以形成本文所称的次腔室。次腔室中的压力变化通过第一转子、第二转子或两者中的内部流动通道在第一转子腔室与第二转子腔室之间产生流体连接来缓解。第一转子可以是内齿轮转子或者两种转子都可以是外齿轮转子。

Description

流体传输装置

技术领域

齿轮泵和齿轮液压马达。

背景技术

齿轮泵和齿轮液压马达可以在其旋转的部件处形成基本上封闭的室，其可以改变体积导致水锤和湍流。

发明内容

提供了一种正位移流体传输装置，其包括限定入口流动通道和出口流动通道的壳体、第一转子和第二转子。该第一转子安装成在壳体内围绕第一转子轴线旋转并且具有第一转子齿，并且至少部分地限定在第一转子齿之间的第一转子腔室，每个第一转子腔室至少部分地由第一转子齿的两个第一转子齿限定。该第二转子安装成在壳体内围绕平行于第一转子轴线的第二转子轴线旋转并且具有第二转子齿，并且至少部分地限定在第二转子齿之间的第二转子腔室，每个第二转子腔室至少部分地由第二转子齿的两个第二齿限定。该第一转子齿和该第二转子齿被构造成在该流体传输装置的啮合部分处啮合在一起。该第一转子齿和该第二转子齿在该装置的出口部分处进入啮合，该第一转子齿和该第二转子齿的啮合减小该装置的出口部分中的第一转子腔室和第二转子腔室的总体积，至少第一转子腔室向该装置的出口部分中的出口流动通道打开。该第一转子齿和该第二转子齿在该装置的入口部分处脱离啮合，该第一转子齿和该第二转子齿的脱离啮合增大该装置的入口部分中的第一转子腔室和第二转子腔室的总体积，至少第一转子腔室或至少第二转子腔室向该装置的入口部分中的入口流动通道打开。该第一转子和该第二转子中至少一者限定内部流动通道，内部流动通道布置成在该装置的入口部分、啮合部分或出口部分中的至少一部分处将第一转子腔室和第二转子腔室连接。

在各种实施例中，可以包括以下特征中的任何一个或多个：该第一转子和该第二转子中的一者是外转子，并且该第一转子和该第二转子中的另一者是内转子，外转子的齿(外转子齿)和作为内齿轮齿的内转子的齿(内转子齿)啮合。在内转子与外转子之间可以有月牙形密封件。该月牙形密封件可以抵靠外转子齿密封以用于第一转子腔室中的月牙形密封件周围的流体的正位移，也可以抵靠内转子齿密封以用于第二转子腔室中的月牙形密封件周围的流体的正位移，或者这两者。在垂直于外转子轴线的平面中的横截面中，外转子齿可以成形为包括基本上直的前翅片表面和基本上直的后翅片表面的翅片，并且内转子齿成形为包括圆形前凸角表面和圆形后凸角表面的凸角，前凸角表面布置成接触后翅片表面并且后凸角表面布置成接触前翅片表面。垂直于外转子轴线的其他平面可以具有相同或不同的横截面。本文中，前方向和后方向由转子的旋转限定，并且随着转子在内齿轮布置中啮合，外转子的旋转方向也是内转子的旋转方向。外转子翅片的数量是内转子凸角的两倍。在平面中的横截面中，前翅片表面和后翅片表面是直的并且前凸角表面和后凸角表面是圆弧。外转子翅片的第一翅片可以具有前翅片表面的前第一翅片表面，前第一翅片表面平行于穿过外转子轴线的第一径向线并从穿过外转子轴线的第一径向线沿后方向位移第一位移量，外转子翅片的相对翅片与外转子翅片的第一翅片旋转对称，以及内转子凸角的第一凸角可以具有形成为后弧形状的后凸角表面的后第一凸角表面，后弧形状的后弧半径基本上等于第一位移量或比第一位移量小第一间距值。外转子翅片的第二翅片可以具有后翅片表面的后第二翅片表面，后第二翅片表面平行于穿过外转子轴线的第二径向线并从穿过外转子轴线的第二径向线沿前方向位移第二位移量，外转子翅片的第二相对翅片与外转子翅片的第二翅片旋转对称，以及内转子凸角的第二凸角可以具有形成为前弧形状的前凸角表面的前第二凸角表面，前弧形状的前弧半径基本上等于第二位移量或比第二位移量小第二间距值。第一位移量等于第二位移量。例如，在上述适用于第一凸角为凸角的情况下，后弧形状可以与前弧形状同心，并且前第一翅片表面可以平行于后第二翅片表面。外转子翅片可以围绕外转子旋转对称并且内转子凸角可以围绕内转子旋转对称。

在其他实施例中，第一转子齿和第二转子齿可以作为外齿轮齿啮合。

在这些实施例中的任一个中，内部流动通道可以在第一转子齿内、在第二转子齿内、或在这两者内。在示例中，第一转子的内部流动通道可以在每隔一个的第一转子突出部内，第二转子的内部流动通道在每隔一个的第二转子突出部内。正位移流体传输装置可以布置成引导流体基本垂直于第一转子轴线地流动穿过该装置。正位移流体传输装置可以构造成泵运行，内转子、外转子或两者连接至机械能源以驱动泵。正位移流体传输装置可以被构造成液压马达运行，流体压力驱动内转子，内转子连接到机械能接收器，或者流体压力驱动外转子，外转子连接到机械能接收器，或两者。

该装置和方法的这些和其他方面在权利要求书中阐述。

附图说明

现在将参考附图描述实施例，在其中通过示例的方式，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是流体传输装置的非限制性实施例的轴向剖视图。

图2是图1中示出的实施例的内转子的示图。

图3是图2的内转子的轴向剖视图。

图4是本公开的流体传输装置的非限制性实施例的侧剖视图，其包括可以连接到外部设备的外转子轴。

图5是图1的实施例的剖视图，示出了在上止点(TDC)位置与在入口和出口之间等距的点之间的角度。

图6是被构造成由电动机驱动或驱动电动机的流体传输装置的非限制性实施例的示图。

图7是图6中描绘的流体传输装置的侧剖视图。

图8是图6中描绘的流体传输装置的剖面等距图。

图9是在内转子的凸角内具有流体流动通道的流体传输装置的非限制性实施例的轴向剖视图。

图10是在外转子的翅片内具有流体流动通道的流体传输装置的非限制性实施例的轴向剖视图。

图11是在内转子的凸角和外转子的翅片内具有流体流动通道的流体传输装置的非限制性实施例的轴向剖视图。

图12是图11中描绘的实施例的剖视等距图。

图13是图11中示出的外转子的示图。

图14是具有位于内转子的轴向端部上的流体通道的流体传输装置的非限制性实施例的轴向剖视图。

图15是用于构造流体传输装置的非限制性实施例的几何结构的示意图。

图16是具有3个内转子凸角和在外转子的翅片内的流体流动通道的流体传输装置的非限制性实施例的轴向剖视图。

图17是图16中描绘的实施例的内转子、外转子和月牙形密封件的示图。

图18是可以用于本公开的流体传输装置的实施例的内转子的示图，其在内转子的两个轴向端部上具有流体流动通道。

图19是具有内转子的流体传输装置的非限制性实施例的示意性轴向视图，该内转子具有由不同直径的圆弧限定的前表面和后表面。

图20是具有内转子齿的流体传输装置的非限制性实施例的轴向剖视图，该内转子齿的前表面和后表面不由圆弧限定并且在内转子的齿内具有流体流动通道。

图21是具有内转子齿的流体传输装置的非限制性实施例的轴向剖视图，该内转子齿的前表面和后表面不由圆弧限定并且在外转子的向内突起部内具有流体流动通道。

图22是流体传输装置的非限制性实施例的轴向剖视图，该流体传输装置具有两个外部齿轮转子，在每个转子的每个齿内具有流体流动通道。

图23是流体传输装置的非限制性实施例的轴向剖视图，该流体传输装置具有两个外部齿轮转子，在仅一个转子的每个齿内具有流体流动通道。

图24是流体传输装置的非限制性实施例的轴向剖视图，该流体传输装置具有两个外部齿轮转子，在每个转子的每隔一个齿内具有流体流动通道。

具体实施方式

在不脱离由权利要求书涵盖的内容的情况下，可以对此处描述的实施例进行非实质性修改。

公开了用于设计和构造包括至少多个转子和壳体的流体传输装置的设计以及方法。该装置在构造上可以与常规的正位移泵相似，但包括额外的特征，这些额外的特征被设计成降低在此类装置中不期望的流体锤或气穴现象的可能性。

在本公开中将密封接触定义为在两个转子之间或在转子与壳体之间的接触或密封接近的区域。在本公开中，将密封接近定义为具有足够流动阻力以防止不适当的泄漏的间隙。

正位移装置可以包括壳体以及具有在装置的部分处啮合在一起的齿轮齿的至少第一转子和第二转子。正位移装置还可以构造有额外的转子，并且此类额外的转子在本文所公开的范围内。转子啮合对中两个转子的任一个可以被认为是第一转子和第二转子。第一转子安装成在壳体内围绕第一转子轴线旋转并且第二转子安装成在壳体内围绕基本上平行于第一转子轴线的第二转子轴线旋转。术语“齿”用于表示它们作为齿轮齿啮合，并不一定暗示径向定向的结构。这些装置可以包括这样的装置，在其中一个转子是位于作为外转子的另一个转子内的内转子，外转子与作为内齿轮的内转子啮合。图1-图21公开了根据本公开的具有内转子和外转子的实施例。正位移装置还可以包括并排啮合的两个外齿轮转子。图22公开了根据本发明的具有并排布置的两个外齿轮的实施例，其中齿作为外齿轮齿啮合。外齿轮示出为相同尺寸，但也可以是不同尺寸。

在装置的远离啮合的部分处，转子可以与壳体密封接触以用于流体的正位移。这里的“壳体”可以包括固定在壳体内的任何元件，例如安装在转子之间的插入件，例如，内齿轮布置的月牙形状的密封件(也称为月牙形密封件)。流体可以在限定于第一转子齿之间的第一转子腔室和限定于第二转子齿之间的第二转子腔室中穿过装置。这些室在装置的该部分处可以是基本上封闭的并且体积恒定。

在装置的啮合部分处，第一转子齿和第二转子齿啮合在一起。首先关于齿如何进入和退出啮合来讨论该啮合。

第一转子的齿在装置的出口部分处与第二腔室的齿进入啮合。壳体可以限定出口流动通道，至少第一转子腔室在装置的出口部分中通向出口流动通道。在此，在仅一个转子具有直接通向出口的腔室的实施例中，我们将第一转子限定为具有直接(即不经由另一个转子的腔室)通向出口的腔室的转子。例如，在下文描述的具体内齿轮示例中，仅外转子腔室可以直接通向出口。在其他实施例(未示出)中，仅内转子腔室可以直接通向出口。此外，两者可以都直接通向出口，如在图22中。随着齿进入啮合，这使得第一转子腔室和第二转子在它们移动通过装置的出口部分时的总体积减小。在装置的出口部分的至少一部分中，即使没有以下描述的额外特征的情况下，第一转子腔室也可以通向第二转子腔室。

第一转子的齿在装置的入口部分处与第二转子的齿离开啮合(脱离啮合)。壳体可以限定入口流动通道，至少第一转子腔室或至少第二转子腔室在装置的入口部分中通向入口流动通道。在仅第一转子腔室在出口部分中直接通向出口的情况下，第一转子腔室或第二转子腔室的任一者或两者可以在入口部分中通向入口，例如在具有径向向内入口和径向向外入口的内齿轮泵中。在以下所示的具体示例中，第一转子腔室通向出口。随着齿进入脱离啮合状态，这使得第一转子腔室和第二转子在它们移动通过装置的入口部分时的总体积减小。在装置的入口部分的至少一部分中，即使在没有以下描述的额外特征的情况下，第一转子腔室也可以通向第二转子腔室。

随着齿通过啮合部分从出口部分移动到入口部分，在没有额外特征的情况下，第一转子腔室可以变为被第二转子的齿密封，第二转子腔室可以变为被第一转子的齿密封，或两者。这可以导致水锤或湍流。因此，提出使用由第一转子、第二转子或两者限定的内部流动通道来连接第一转子腔室和第二转子腔室。词语内部在此是指相对于与另一个转子接合的非轴向轴承表面而言的内部。实施例，如在图18中所示出的，可以在轴向表面上具有流动通道；在一些实施例中，该轴向表面可以接触另一个转子的端板。在一些情况下，内部流动通道可以将原本密封的室直接连接到入口或连接到出口，并且仅经由入口或出口间接地连接到外转子的室。在这些情况下，本文中使用“连接”一词来涵盖这种间接连接。使用内部流动通道允许齿表面以高表面积彼此抵靠地支撑，由此提高建立和维持流体膜并降低接触应力的可能性。下面针对具体实施例讨论进一步的细节。在一些实施例中，第一转子和第二转子中的一者是外转子，并且第一转子和第二转子中的另一者是内转子。外转子的齿(外转子齿)可以例如成形为具有基本上直的前翅片表面和基本上直的后翅片表面的翅片。为了方便起见，在说明书中将外转子齿称为翅片，但也设想非翅片形状的实施例。内转子的齿(内转子齿)可以例如成形为包括圆形前凸角表面和圆形后凸角表面的凸角。为了方便起见，在本说明书中将内转子齿称为凸角，但也设想非凸角形状的实施例。术语“前”(leading)和“后”(tailing)由外转子的旋转限定，其也对应于内齿轮实施例中的内转子的旋转方向。前凸角表面被布置为接触后翅片表面，并且后凸角表面被布置为接触前翅片表面。可以将月牙形密封件布置在内转子与外转子之间。随着内转子凸角离开与外转子啮合的区域，它们可以允许流体从壳体中的入口进入，流体在内转子凸角之间以及月牙形密封件周围的外转子翅片之间流动，并随着凸角重新进入与翅片啮合的区域而被喷射到壳体中的出口中。该装置可以作为泵运行，使得内转子或外转子被驱动以引起流体流动，或者可以作为液压马达运行，其中内转子或外转子由流体流动驱动以使轴旋转，或者可以作为泵或液压马达来运行。

翅片和凸角形状

贯穿本文中，在描述特定形状的情况下，例如平坦的或圆形的，该形状可以出现在垂直于外转子轴线的平面中的横截面中。在垂直于外转子轴线的其他平面中的横截面中，可以存在相同的形状(例如，圆弧对应于圆柱体截面表面)，或者可以存在相同但旋转的形状(例如，螺旋形状，未示出)，或者可以存在取决于期望啮合的任何要求的进一步的变化。在一些具有翅片形外转子齿和凸角形内转子齿的实施例中，特别是在外转子翅片的数量是内转子凸角的两倍的情况下(2:1实施例)，翅片和凸角可以更特别地成形，使得前翅片表面和后翅片表面是直的，并且前凸角表面和后凸角表面是圆弧。在翅片的数量是凸角的两倍的情况下，内转子上有特定的半径，其中在该半径处的内转子的部分相对于外转子轴线以直的径向线行进。通过将圆弧的中心定位在该半径处，在转子旋转的部分中内转子凸角可以连续地保持与外转子翅片的直表面的密封接触。在2:1实施例中，每个凸角可以与一侧的两个相邻翅片接触并且与另一侧的两个相邻翅片接触，并且决不与任何其他翅片接触，而翅片将与两个相邻凸角接触并且决不与任何其他凸角接触。因此，原则上不需要使凸角彼此旋转对称，也不要求使翅片彼此旋转对称(除了每个翅片应该与其相对的翅片基本上对称)。为了方便起见，预期通常将使用旋转对称。在图中所示的实施例中，外转子翅片围绕外转子旋转对称，并且内转子凸角围绕内转子旋转对称。翅片的前表面和凸角的相应后表面可以如下地相关并如在图15中所示。外转子翅片的第一翅片15040可以具有前翅片表面的前第一翅片表面15045，该前第一翅片表面平行于穿过外转子轴线的第一径向线15050并且从穿过外转子轴线的第一径向线15050沿后方向位移第一位移量15055。注意，弧中心15000相对于第一凸角15070的凸角中心15060的位置差被夸大，使得径向线15055看起来不平行于前边缘15045。此外，在一些实施例中，可以使连续翅片的翅片表面是平行的，即使弧中心是不同心的。在这种情况下，径向线15050可以移动以替代地对应于凸角中心15060相对于外转子的的行进路径。因此，为了在装置的旋转部分上保持前第一翅片表面与后第一凸角表面之间的连续密封接触，后弧形状的后弧半径可以基本上等于第一位移量或比其小间距值(如间距值15065)。可替代地，跨过凸角15070的距离可以被配置为基本上等于第一位移量或比其小间距值之和。

同样，翅片的后表面和凸角的相应前表面可以如下地相关并如在图15中所示。外转子翅片的第二翅片15046可以具有后翅片表面的后第二翅片表面15048，该后第二翅片表面平行于穿过外转子轴线15044的第二径向线(未示出，但穿过弧中心15015)并且从穿过转子轴线15044的第二径向线沿前方向位移第二位移量。第二径向线可以对应于第一凸角15070的前弧中心15015相对于外转子的行进路径。同样，弧中心15015相对于第一凸角15070的凸角中心15060的位置差被夸大，使得穿过弧中心15015的径向线在该图中看起来不平行于前边缘15045。此外，在一些实施例中，可以使连续翅片的翅片表面是平行的，即使弧中心是不同心的。在这种情况下，径向线15050可以移动以替代地对应于相对于第一凸角15070的凸角中心15060的外转子的行进路径。因此，为了在装置的旋转部分上保持后第一翅片表面与前第一凸角表面之间连续的密封接触，后弧形状的前弧半径可以基本上等于第二位移量或比其小第一间距值

第二位移量可以等于第一位移量或与其不同。因此，前表面和后表面，即使在同一凸角上，也可以具有不同的弧半径。在图中所示的大多数具体实施例中，位移量以及因此圆弧半径是相同的。图19示出了位移量不相等的实施例。

在内转子的前圆柱形截面表面和后圆柱形截面表面的弧中心重合的实施例中，在内转子凸角的前表面与外转子上的相应翅片的后表面之间的接触路径可以平行于在内转子上凸角的后表面与外转子上的相应翅片的前表面之间的接触路径。因此，将一个凸角视为以上描述的“第一凸角”和“第二凸角”，其中后弧形与前弧形同心，前第一翅片表面平行于后第二翅片表面以保持恒定的(包括可能为零)间距。在其他实施例中，内转子的前圆柱形表面和后圆柱形表面的弧中心可以是不重合的，如在图15中所示，或者前圆柱形表面和后圆柱形表面可以具有不同的半径。在一些实施例中，弧中心可以位于距内转子的轴线的特定半径处，如以上提及，使得该半径处的点相对于外转子以直线径向线行进。因此，圆柱形表面可以在内转子的旋转部分上具有连续接触，其中外转子表面平行于直的径向线且从其偏离圆柱形表面半径，该圆柱形表面的弧中心沿着该直的径向线行进。在内转子支脚的前表面和后表面具有不重合的弧中心的情况下，接触内转子支脚的外转子翅片可以具有不平行的直表面，而在内转子支脚的前表面和后表面具有不同的弧半径的情况下，外转子翅片表面可以具有相应不同的从外转子半径的偏移。如上所述，外转子翅片的密封表面不需要是平行的。可以容忍变化，例如内转子密封表面不需要是完美的圆柱形。

图15示出了如何得出内转子15020的几何形状的非限制性示例。箭头15095示出内转子15020的期望旋转方向。内转子15020具有前边缘15030和后边缘15035。前边缘15030可以限定与具有第一圆(和弧)中心15015的第一圆15010相对应的圆弧。后边缘15035可以限定与具有第二圆(和圆弧)中心15000的第二圆15025相对应的圆弧。在此类实施例中，接触任何给定内转子支脚的外转子翅片表面(未示出)可以是不平行的，使得表面在限定离外转子轴线更大距离的半径处进一步分开，，相反，在其中后弧表面的弧中心在前弧表面的弧中心之前的另一个实施例中，接触任何给定的内转子脚的成对的外转子翅片表面可以是平行的。

诸如这些的修改可以用于相对于内转子偏置由流体压力产生的在外转子上的旋转力，或者用于提高内转子凸角与外转子翅片之间的滚动相比于滑动接触的比例，或者为了实现其他期望的效果。凸角19005各自具有前表面19010和后表面19015，其中前边缘19010的半径不等于后边缘19015。在该前述非限制性实施例中，后边缘19015的半径大于前边缘19010的半径，但是前边缘19010的半径可以被配置为大于后边缘19015。作为参考，月牙形件19020和具有径向翅片19025的外转子19030在图19中示出。流体路径的阵列19035位于内转子19000的凸角19005内，并且从相邻凸角之间的根部跨越至上述凸角19005的外径。作为参考，箭头19040示出旋转方向。

至少在具有同心的凸角的弧前面和弧后面以及具有相等径向延伸的翅片表面的实施例中，当内转子的后表面与外转子的前表面接触或密封接近时，外转子的后表面与内转子的前表面接触或密封接近，防止室之间的泄漏路径。

次腔室

流体传输装置(例如以上描述的那些)以及常规的齿轮泵通常形成可能导致水锤的次腔室。次腔室在本文中是指内转子腔室或外转子腔室的腔室，其在装置旋转位置处基本上被另一个转子的齿包围并且除了经由如本文描述的专门用于这些腔室的减压的流动通道之外不与入口、出口或外转子的腔室相连接。例如，图20中的齿轮泵具有外转子20005和内转子20010，并且在由箭头20040指示的方向旋转。内转子腔室的次腔室20015在由内转子齿20025和外转子齿20030的前边缘之间的密封接触以及由内转子齿20035和外转子齿的后边缘之间的密封接触限定的区域中形成。

类似地，图22中所示的齿轮泵具有在由箭头22040指示的方向旋转的第一转子22005和在由箭头22045指示的方向旋转的第二转子22010。第一转子腔室的次腔室22015由第一转子向外突出部22020和第二转子向外突出部22025的前边缘与第一转子向外突出部22030和第二转子向外突出部22025的后边缘之间的密封接触形成。通过设置在内转子和外转子中的流动路径22030提供减压。在其他实施例中，例如图23中所示的实施例，流动路径220030可以仅存在于1个转子上。在其他实施例中，如图24中所示，流动路径220030可存在于两个转子的每隔一个齿中。

下面描述具有次腔室的其他正位移流体装置。

如果没有从这些次腔室出来的流动路径，那么在某些操作条件期间将出现流体锤或真空尖峰。在图20中示出的非限制性示例中，从次腔室出来的流动路径位于内转子向外突出部内，从两个相邻内转子向外突出部之间的区域通向后内转子向外突出部的尖端。在图21所示的另一个非限制性示例中，从次腔室(例如21010)出来的流动路径21005位于外转子向内突出部(例如21015)内，例如在向内突出部的前表面与后表面之间引导，该向内突出部的前表面和后表面与内转子向外突出部在接触表面的径向外侧和径向内侧之间相接触。装置可以使用这些流动路径中的任一种或它们的组合。

在图9中示出的非限制性示例中，从次腔室(例如10035)出来的流动路径位于内转子凸角内，从两个相邻内转子凸角之间的接合处区域通向后凸角的尖端。在图10中示出的另一个非限制性示例中，从次腔室(例如12035)出来的流动路径位于外转子翅片内，例如在翅片的前表面和后表面之间引导，该翅片的前表面和后表面与内转子向外突出部在接触表面的径向外侧和径向内侧之间相接触。装置可以使用这些流动路径中的任一种或它们的组合。

在图1所示的非限制性实施例中，旋转位移装置包括一起旋转并相互作用以形成室(需要标记)的外转子110和内转子105，随着内转子和外转子在泵的排出区域啮合在一起，该室在体积上共同减小，并在泵的吸入区域在体积上共同增加。在满体积时，可以通过月牙形密封件170将室分成内部部分和外部部分。在图1-图14中示出的非限制性实施例中，内转子具有4个径向突出部，并且外转子具有8个径向突出部。许多其他的凸角和翅片数量可以按2:1的比例使用。发明人预计除了2:1之外的比率对于其他数量的内转子和外转子突出部也是可行的。

在图1-图8中示出的非限制性实施例中，内转子105以外转子110的速度的一半旋转。外转子110具有径向突出部115(在本文中称为外转子翅片115)，该径向突出部具有后面140和前面120、145，这些面平行于外转子110圆柱形密封表面的半径的中心的路径但从其偏移。可以选择距离半径中心点的这些偏移以适应在每个内转子支脚135的趾部125和跟部130的接触弧之间延伸的转子支脚的周向直径。距离半径的前偏移和后偏移可以是例如相等的。在其中距离半径的偏移不相等的其他实施例中，前边缘和后边缘的直径也将不相等。换句话说，在这些前弧和后弧是同心的情况下，例如在图1-图8所示的非限制性实施例中，相对的外转子面120之间的偏移由转子脚的接触前述面外转子面120的相对部分的两个半径之和限定。除了该偏移之外，还增加了与内转子和外转子之间的期望间隙相等的偏移。该偏移可以小于0.001英寸或者大于或等于0.001英寸。已经发现，对于低到高粘度流体的低到中压泵送，0.002英寸是可接受的间距。在该非限制性实施例中，内转子105以外转子110速度的一半旋转。内转子105具有的凸角的数量是外转子110上的翅片115的数量的一半。内转子105的旋转方向通过箭头160示出。外转子110的旋转方向通过箭头165示出。入口流体流动的方向通过箭头150示出。出口流体流动的方向通过箭头155示出。在图1所示的非限制性实施例中，配合部件170布置成在内转子105的密封边缘与外转子110的径向突出部115之间接合。

在该实施例中，内转子趾部125的弧与内转子支脚135的内转子跟部130的弧同心，并且趾部125和跟部130表面都抵靠其在外转子110上的相应表面密封。为了清楚起见，内转子支脚135的前表面125抵靠外转子翅片115的后表面140密封，并且内转子支脚135的后表面130抵靠相对的外转子翅片的前表面145密封。内转子105可以具有两部分构造，其中两部分中的每一个基本上彼此镜像，以便于制造。图3中示出了此类内转子105的半转子200的非限制性示例。一体式内转子也可以在一端或两端而不是沿着中心平面具有这些流动路径。

这种几何形状的优点是外转子翅片115围绕外转子110的OD的周向长度是相对长的。出于结构原因，这有利于增加外转子110的刚度并为外转子翅片115的轴向端部上的螺栓孔180和定位销孔175提供足够的面积以附接外转子环515，例如在图4中所示，如果此类环515在实施例中使用的话。

通过该装置的实施例可以实现的目标之一是减少流经泵的流体的流动阻力，尤其是当泵高速运行时，例如为了实现高功率密度、在驱动马达的更有效范围内运行或出于其他有利原因。除了使由高速流体流动尖峰引起的流体湍流最小化之外，还可以通过最小化流体的方向变化来实现低流体流动阻力。通过减少或消除流体必须高速流过小间隙的区域，所公开的几何形状可以使这些高速流体流动尖峰最小化。在图1-图8的示例性泵中，流体流动路径的横截面积在循环的任何部分处通常都与通过这些路径的流动体积成比例。换句话说，流经流体路径的流体流动的体积越大，所述流体流动路径的横截面积就越大。

可以使该装置中的流动阻力最小化的另一种方式是通过最小化流体在其从泵的入口流向排出部时的角加速度。这可以通过多种方式来完成。第一是保持穿过装置的流体流动的高百分比基本上垂直于第一转子轴线。这可以通过如下方式实现：通过在相对于转子腔室的大体径向方向(或相对于壳体的切向方向)将流体吸入转子中和从转子排出流体来最小化流体的横向流动。另一种最小化流体角加速度的方法是使流体从泵的同一侧以大致相反的方向进入和退出。这大致沿与内转子和外转子相切的切线吸入流体，并使其沿着外转子并沿着内转子逐渐弯曲180°，之后这两个流体路径在它们离开转子和泵时在大致切线上再次组合。

为了实现低流动阻力，每个次腔室(其形成在内转子的两个相邻支脚与外转子上的翅片之间)必须具有在次腔室减小体积时流动至输出端口的路径。次腔室还必须具有当次腔室增大容积时流动至入口端口的路径。如果该流动路径不存在，就会出现水锤或真空尖峰。在该泵几何结构中，如图3所示，由箭头205所示的流体流动路径设置在内转子105的每个支脚135内，从两个支脚之间的顶点210到相邻支脚的OD。每个通道215允许流体以相同的方向从每个顶点流动到与其相邻的每个支脚OD。然后，入口与输出端口之间的外壳密封件发生移动(或内转子轴线的位置发生移动)，从而使TDC处的体积(包括TDC处支脚的OD处的体积以及在相邻顶点处与其连通的体积)是最小可能体积。在图5至图8中所示的泵500的示例性实施例中，内转子轴线绕着泵的主轴线的角度移动是4.8度。该偏移在图5中示出。其它角度可以用于其它实施例，其目的是将室密封以防止当室处于其最小体积时流体从排出端口流动到吸入端口。另外，在例如防止泄漏是关键或非必要的、或者防止液锤是关键或非必要的的实施例中可以采用其它壳体密封几何形状。

图5-图8中示出的实施例的特征在于整体式马达705，如图6-图8中所示。在图7所示的实施例中，马达705用于经由输入轴715为内转子105提供动力。在该非限制性实施例中，将外转子110组装成在下壳体505内旋转并经由内转子支脚135与外转子突出部115之间的相互作用来提供动力。在替代构造(未示出)中，外转子110可以布置成由马达提供动力，并且内转子105可以布置成绕其相对于上壳体510的轴线旋转。在另一个非限制性示例中，供应到能量传递机的流体流动可以用于生成机械动力，通过内转子或外转子的轴输出。在电机被构造成用作发电机并且联接到动力产生轴的情况下，可以由流经机器的流体产生电力。

泪滴外转子翅片

在图9所示的非限制性实施例中，外转子10005径向突出部10010具有泪滴形状，其减小外转子10005径向突出部10010的后边缘10040上的阻力。外转子10005径向突出部10010的前边缘也可以具有泪滴形状，以减少流过径向突出部10010的前边缘10045的流体的湍流。内转子10000和外转子10005的旋转方向由箭头10075示出。壳体10065可以具有抵靠外转子10005的外径密封的套筒10015。套筒10015可以由具有有利的磨损和机械加工特性的材料制成，例如黄铜。月牙形件10060可以由具有有利的磨损和机械加工特性的材料制成，例如黄铜。图9中还示出了入口端口10025和排出端口10030。入口端口10025限定了主腔室开向泵的入口侧的点，而排出端口10030限定了主腔室10070向泵的排出流动路径关闭的点。作为参考，示出了辅助室10035、内转子10000的前边缘10055、内转子10000的后边缘10050。

在图10所示的非限制性实施例中，主腔室12065与辅助室12035之间的流动路径12020定位成穿过外转子12005的径向突出部12010。作为参考，示出了内转子12000、入口端口12025、排出端口12030和壳体12100。

在图11所示的非限制性实施例中，主腔室12065与次腔室12035之间的流动路径12020定位成穿过外转子12005的径向突出部12010。穿过外转子翅片的该流动路径被构造成以允许内转子趾部和跟部表面与外转子翅片之间的密封接触到达最外径向密封位置。其外部的区域用作流动路径入口和出口，其在泪滴形状的最宽部分留下大的横截面以提供翅片刚性或足够宽的横截面，以便螺栓在需要时穿过翅片。另外，流体通道215可位于内转子12000的径向突出部12090中。作为参考，示出了月牙形件12060、入口端口12025和排出端口12030。图11中所示的上述实施例的等距视图也在图12中从不同的角度示出。作为参考，示出了入口端口12025、排出端口12030、次腔室12035、外转子12005、壳体套筒12015、月牙形件12060、外转子径向突出部12010、主腔室12065、和内转子12000。图13示出了外转子12005的等距图，示出了径向突出部12010、流动路径12020、和外转子轴12110。

图14中的非限制性实施例示出了位于内转子16020中的流体路径16005的简化版本。流体路径将次腔室16025连接至外转子16065的外径，从而将次腔室16025连接至主腔室16030以防止水锤。在上止点，如图14所示的位置，内转子径向突出部16015的端部一直延伸到外转子16065的外径。这可以在机器旋转到上止点的瞬间造成密封，但将在相对于上止点直接顺时针或逆时针的旋转点处将次腔室16025连接至主腔室16030。延伸至外转子的外径的内转子径向突出部的另一个结果是，当主腔室16030向入口端口16030打开时流体流动进入主腔室16030的横截面积减小，以及当主腔室16030向出口端口16035关闭时流体流动出主腔室16030的横截面积也减小。延伸至外转子的外径的内转子径向突出部的另一个结果是，当次腔室16025体积减小时，流体能够从次腔室16025流动进入主腔室16030的横截面积减小，以及当次腔室16025体积增加时，从主腔室16030流出进入次腔室16025的横截面积也减小。例如在图1-图13以及图15-图17中示出的内转子被设计为有较小的直径，以在内转子径向突出部的外半径与上止点处的壳体之间的间隙，以在主腔室向入口端口打开以及当该腔室向排出端口关闭时提供进入主腔室的更大的横截面积，从而提供降低的流动限制。类似地，壳体与内转子凸角之间的间隙同样会减少主腔室与次腔室之间的流动限制。在该非限制性实施例中，月牙形件16060形成为壳体的一体部件，而不是分离的部件。然而，月牙形件16060可以可替代地是与外壳分离的部件，壳体和月牙形件组装在一起。无论组装如何，诸如月牙形密封件等固定元件都被视为壳体的一部分。

图18示出非限制性实施例，其中简化的内转子18000具有第一流体通道阵列18005，其在内转子18005的一个轴向侧上从相邻内转子径向突出部凸角18015之间的根部跨越到相同内转子径向突出部凸角18015的外半径，以及在内转子18000的相对轴向侧的第二流体通道阵列18010，其是第一流体通道阵列的镜像。内转子18000的旋转轴线18020在图18中示出以供参考。

三凸角、较小的月牙形件导致较高的位移

在图16-图17中示出的实施例中，能量传递机包括具有三个凸角的内转子并且外转子具有六个翅片。这可互换地称为三凸角布置。与四凸角设计相比，三凸角设计允许更小的月牙形件外径，这导致比相同外转子直径的四凸角装置更高的理论最大位移。

三凸角与4凸角相比的接触比率

在本文中，将接触比率定义为驱动的前表面(例如，图9所示的非限制性实施例中的内转子10000的前表面10055)与从动的后表面(例如，外转子10005的后表面10040，也在图9中示出)之间在其旋转时接触点的平均数量。在所公开的实施例的装置中，大于或等于一的比率确保在内转子与外转子之间总是存在至少一个接触点。应注意，这假设一旦驱动表面停止接触从动表面，它不会重新与从动表面接触直至下一次旋转。类似地，接触比率可以用于指后表面(例如内转子10000的内转子后表面10050)和前表面(例如外转子10005的前表面10045)的非驱动正时接触(non-driving timing contact)，其防止从动转子的转动速度快于被驱动的速度；例如，在内转子10000减速期间。在本文中，“前”用于描述主要面向旋转方向的特征，并且“后”用于描述主要面向背离旋转方向的特征。对驱动表面和正时表面二者而言，发明人认为大于或等于1的接触比率提供装置的运行而无需外部正时齿轮。

四凸角设计提供了比三凸角布置更高的接触比率。较高的接触比率倾向于提供更平滑的接合，并且可以减少噪音。

在图16所示的实施例中，内转子17070是驱动转子。如果使用电动马达来为内转子17075提供动力，那么该马达的最佳速度高于外转子17075的期望运行速度则可能是有利的。例如，在给定的功率输出下，电动马达可能在1,000RPM效率最高。如果外转子的期望运行速度是500RPM，那么内转子可以是驱动转子，使得电动马达可以以其1,000RPM的最佳速度运行。相反，如果外转子17075的最佳速度与为泵提供动力的机构的最佳速度类似，那么外转子17075可以是驱动转子。发明人设想可以使用其他方法作为驱动所公开的装置的方式，例如但不限于液压马达、内燃机，其经由泵、齿轮连接到所公开的装置的输入端，或直接联接，或这些方法的组合。

三凸角的次腔室

在图15-图17中示出的非限制性三凸角设计中，次腔室17035在内转子17000上径向突出部17000的根部与外转子径向突出部17010之间的区域处形成。

在图16-图17中示出的非限制性实施例中，外转子17010径向突出部的特征在于从次腔室17035引导至外转子的外径的流动路径17080。这防止水锤的发生，但在两个转子旋转期间的任何时刻都不会引入从泵的入口侧到泵的排出侧的泄漏路径。图17示出了内转子17070、月牙形件17060、壳体17015、和外转子径向突出部17010的等距图。作为参考，旋转方向通过箭头17095示出。

在图16中示出的非限制性示例中，将次腔室17035连接至外转子的外径的流动路径17080位于与内转子凸角接触的两个相邻的外转子表面之间，例如，在外转子径向突出部内后边缘17090和外转子径向突出部内前边缘17085之间，并通向外转子17075的外径。

附图是半示意性的举例说明并且为了简单起见可能缺少某些元件，诸如轴承。

在权利要求中，词语“包括”以其包容性含义使用并且不排除存在其他元件。权利要求特征之前的不定冠词“一”和“一个”不排除存在一个以上的特征。这里描述的各个特征中的每一个都可以用在一个或多个实施例中，并且不应当仅由于在此描述而被解释为对于权利要求所限定的所有实施例来说是必要的。

Claims (23)

1.一种正位移流体传输装置，其包括：

限定入口流动通道和出口流动通道的壳体；

第一转子，其安装成在所述壳体内围绕第一转子轴线旋转并且具有第一转子齿，并且至少部分地限定在所述第一转子齿之间的第一转子腔室，每个第一转子腔室至少部分地由所述第一转子齿中的两个第一转子齿限定；

第二转子，其安装成在所述壳体内围绕平行于所述第一转子轴线的第二转子轴线旋转并且具有第二转子齿，并且至少部分地限定在所述第二转子齿之间的第二转子腔室，每个第二转子腔室至少部分地由所述第二转子齿中的两个第二齿限定；

所述第一转子齿和所述第二转子齿构造成在所述流体传输装置的啮合部分处啮合在一起；

所述第一转子齿和所述第二转子齿在所述装置的出口部分处进入啮合，所述第一转子齿和所述第二转子齿的啮合减小所述装置的出口部分中所述第一转子腔室和所述第二转子腔室的总体积，至少所述第一转子腔室向所述装置的出口部分中的所述出口流动通道打开；

所述第一转子齿和所述第二转子齿在所述装置的入口部分处脱离啮合，所述第一转子齿和所述第二转子齿的脱离啮合增大所述装置的入口部分中的所述第一转子腔室和所述第二转子腔室的总体积，至少所述第一转子腔室或至少所述第二转子腔室向所述装置的入口部分中的所述入口流动通道打开，

所述第一转子和所述第二转子中至少一者限定内部流动通道，所述内部流动通道布置成在所述装置的所述入口部分、所述啮合部分或所述出口部分中的至少一部分处将所述第一转子腔室和所述第二转子腔室连接。

2.根据权利要求1所述的正位移流体传输装置，其中所述第一转子和所述第二转子中的一者是外转子，并且所述第一转子和所述第二转子中的另一者是内转子，所述外转子的齿(外转子齿)和作为内齿轮齿的所述内转子的齿(内转子齿)啮合。

3.根据权利要求2所述的正位移流体传输装置，其进一步包括在所述内转子与所述外转子之间的月牙形密封件。

4.根据权利要求3所述的正位移流体传输装置，其中所述月牙形密封件抵靠所述外转子齿密封，以用于所述第一转子腔室中的所述月牙形密封件周围的流体的正位移。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的正位移流体传输装置，其中所述月牙形密封件抵靠所述内转子齿密封，以用于所述第二转子腔室中的所述月牙形密封件周围的流体的正位移。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的正位移流体传输装置，其中所述外转子的旋转限定前方向和后方向，并且至少在垂直于所述外转子轴线的平面中的横截面中，所述外转子齿成形为包括基本上直的前翅片表面和基本上直的后翅片表面的翅片，并且所述内转子齿成形为包括圆形的前凸角表面和圆形的后凸角表面的凸角，所述前凸角表面布置成接触所述后翅片表面并且所述后凸角表面布置成接触所述前翅片表面。

7.根据权利要求6所述的正位移流体传输装置，其中所述外转子翅片的数量是所述内转子凸角的两倍。

8.根据权利要求7所述的正位移流体传输装置，其中至少在所述平面中的横截面中，所述前翅片表面和所述后翅片表面是直的并且所述前凸角表面和所述后凸角表面是圆弧。

9.根据权利要求8所述的正位移装置，其中所述外转子翅片的第一翅片具有所述前翅片表面的前第一翅片表面，所述前第一翅片表面平行于穿过所述外转子轴线的第一径向线并从穿过所述外转子轴线的第一径向线沿后方向位移第一位移量，所述外转子翅片的相对翅片与所述外转子翅片的第一翅片旋转对称，以及所述内转子凸角的第一凸角具有形成为后弧形状的所述后凸角表面的后第一凸角表面，所述后弧形状的后弧半径基本上等于所述第一位移量或比所述第一位移量小第一间距值。

10.根据权利要求8或权利要求9所述的正位移装置，其中所述外转子翅片的第二翅片具有所述后翅片表面中的后第二翅片表面，所述后第二翅片表面平行于穿过所述外转子轴线的第二径向线并从穿过所述外转子轴线的第二径向线沿前方向位移第二位移量，所述外转子翅片的第二相对翅片与所述外转子翅片的第二翅片旋转对称，以及所述内转子凸角的第二凸角具有形成为前弧形状的前凸角表面的前第二凸角表面，所述前弧形状的前弧半径基本上等于所述第二位移量或比述第二位移量小第二间距值。

11.根据权利要求10所述的正位移装置，其中所述第一位移量等于所述第二位移量。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的正位移装置，其中所述第一凸角是所述第二凸角，所述后弧形状与所述前弧形状同心，并且所述前第一翅片表面平行于所述后第二翅片表面。

13.根据权利要求8-13中任一项所述的正位移装置，其中所述外转子翅片围绕所述外转子旋转对称并且所述内转子凸角围绕所述内转子旋转对称。

14.根据权利要求1所述的正位移流体传输装置，其中所述第一转子齿和所述第二转子齿作为外齿轮齿啮合。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的正位移流体传输装置，其中所述内部流动通道在所述第一转子齿内。

16.根据权利要求1-14中任一项所述的正位移流体传输装置，其中所述内部流动通道在所述第二转子齿内。

17.根据权利要求1-14中任一项所述的正位移流体传输装置，其中所述第一转子和所述第二转子两者限定所述内部流动通道的内部流动通道。

18.根据权利要求14所述的正位移流体传输装置，其中所述第一转子的内部流动通道在每隔一个的第一转子突出部内并且所述第二转子的内部流动通道在每隔一个的第二转子突出部内。

19.根据权利要求1-18中任一项所述的正位移流体传输装置，其布置成引导流体基本上垂直于所述第一转子轴线地流动穿过所述装置。

20.根据权利要求1-19中任一项所述的正位移流体传输装置，其构造成泵运行，所述内转子连接至机械能量源以驱动所述泵。

21.根据权利要求1-19中任一项所述的正位移流体传输装置，其构造成泵运行，所述外转子连接至机械能量源以驱动所述泵。

22.根据权利要求1-19中任一项所述的正位移流体传输装置，其构造成液压马达运行，流体压力驱动所述内转子，所述内转子连接至机械能量接收器。

23.根据权利要求1-19中任一项所述的正位移流体传输装置，其构造成液压马达运行，流体压力驱动所述外转子，所述外转子连接至机械能量接收器。