具有電動反轉(zhuǎn)馬達(dá)的往復(fù)式容積式泵的制作方法
【專利摘要】一種泵系統(tǒng)，包括電動馬達(dá)、泵、轉(zhuǎn)換器和控制器。電動馬達(dá)具有能夠在第一旋轉(zhuǎn)方向和相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上可逆地旋轉(zhuǎn)的輸出軸。泵具有能夠在第一線性方向和相反的第二線性方向上移動的輸入軸。轉(zhuǎn)換器將輸出軸連接至輸入軸使得輸出軸在第一旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)使輸入軸在第一線性方向上平移，并且輸出軸在第二旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)使輸入軸在第二線性方向上平移?？刂破鞣磸?fù)地反轉(zhuǎn)輸出軸的旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生輸入軸的往復(fù)運(yùn)動。
【專利說明】具有電動反轉(zhuǎn)馬達(dá)的往復(fù)式容積式泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容一般地涉及容積式泵系統(tǒng)。更具體地，本公開內(nèi)容涉及用于使泵往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)動系統(tǒng)和用于控制往復(fù)運(yùn)動的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]容積式泵包括其中固定體積材料被吸入膨脹室并在容積式泵收縮時被推出所述室的系統(tǒng)。這種泵通常包括往復(fù)泵送機(jī)構(gòu)，如活塞，或者旋轉(zhuǎn)泵送機(jī)構(gòu)，如齒輪組。因此，往復(fù)活塞泵需要可以驅(qū)動活塞以膨脹和收縮增壓室的雙向輸入裝置。典型的泵送系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，如具有旋轉(zhuǎn)輸出軸的馬達(dá)驅(qū)動。馬達(dá)傳統(tǒng)上被配置為由壓縮空氣提供動力的氣動馬達(dá)或由交流電流提供動力的電動馬達(dá)。因此，旋轉(zhuǎn)輸入裝置需要將輸出軸的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成往復(fù)運(yùn)動。這在傳統(tǒng)上是通過使用曲柄或凸輪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，如在授權(quán)給Lehrke等人的、轉(zhuǎn)讓給Graco公司的美國專利N0.5，145，339中描述的那樣。由于需要馬達(dá)驅(qū)動壓縮機(jī)，將壓縮空氣轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以及將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成往復(fù)運(yùn)動，氣動馬達(dá)在能耗方面是低效的。而且，氣動馬達(dá)和給它們提供動力的壓縮機(jī)產(chǎn)生不希望的噪聲量，并且由于空氣的收縮和膨脹而會帶來與結(jié)冰相關(guān)的問題。電動馬達(dá)相對于氣動馬達(dá)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，但仍然需要復(fù)雜的用于將單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成泵的雙向往復(fù)線性運(yùn)動的機(jī)械裝置。因此，存在對用于使容積式泵往復(fù)運(yùn)動的改進(jìn)的驅(qū)動系統(tǒng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種泵系統(tǒng)，包括電動馬達(dá)、泵、轉(zhuǎn)換器和控制器。電動馬達(dá)具有能夠在第一旋轉(zhuǎn)方向和相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上可逆地旋轉(zhuǎn)的輸出軸。泵具有能夠在第一線性方向和相反的第二線性方向上移動的輸入軸。轉(zhuǎn)換器將輸出軸連接至輸入軸使得輸出軸在第一旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)使輸入軸在第一線性方向上平移，并且輸出軸在第二旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)使輸入軸在第二線性方向上平移。控制器反復(fù)地反轉(zhuǎn)輸出軸的旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生輸入軸的往復(fù)運(yùn)動。
[0004]一種操作泵的方法，包括使至電動馬達(dá)的電流流動方向反復(fù)地反轉(zhuǎn)以引起馬達(dá)的輸出軸在順時針和逆時針方向上的交替旋轉(zhuǎn)，以及將輸出軸的交替旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成泵軸的往復(fù)線性運(yùn)動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1是具有通過運(yùn)動轉(zhuǎn)換器由雙向電動馬達(dá)驅(qū)動的容積式泵的泵送系統(tǒng)的示意圖。
[0006]圖2是根據(jù)圖1的配置的泵送系統(tǒng)的透視圖，其中線性位移活塞泵由無刷直流馬達(dá)驅(qū)動。
[0007]圖3是圖2的泵送系統(tǒng)的分解圖，示出用于將無刷直流馬達(dá)的輸出軸連接至線性位移活塞泵的輸入軸的齒輪減速系統(tǒng)。
[0008]圖4是圖3的泵送系統(tǒng)的透視圖，示出由齒輪減速系統(tǒng)連接的輸出軸的小齒輪和輸入軸的齒條。
[0009]圖5A是示出至圖2-4的無刷直流馬達(dá)的輸入電流極性與時間之間的關(guān)系的曲線圖。
[0010]圖5B是示出圖2-4的線性位移活塞泵的泵軸的沖程與時間之間的關(guān)系的曲線圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0011]圖1是泵送系統(tǒng)10的示意圖，該泵送系統(tǒng)10具有由電動馬達(dá)14驅(qū)動的容積式泵12和運(yùn)動轉(zhuǎn)換器16。泵12從容器18抽吸流體，如油漆，并將加壓流體傳遞至噴霧器20。未被噴霧器20消耗的流體返回至容器18。馬達(dá)14的驅(qū)動軸22和泵12的泵軸24機(jī)械地連接至轉(zhuǎn)換器16。轉(zhuǎn)換器16根據(jù)驅(qū)動軸22的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生泵軸24的正排量。泵12的出口26和入口 28經(jīng)由流體管線30A和30B分別連接至容器18。噴霧器20通過軟管32連接至流體管線30A。馬達(dá)14由包括位置傳感器35的控制器34電控制。
[0012]從控制器34給電動馬達(dá)14提供電源以將原動力提供至驅(qū)動軸22。在所公開的實(shí)施例中，馬達(dá)14包括旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，其中軸22圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)?？刂破?4電連接至馬達(dá)14以控制提供至馬達(dá)14的電流，從而控制軸22的旋轉(zhuǎn)。在參照圖2-4描述的實(shí)施例中，馬達(dá)14包括無刷直流(DC)電動馬達(dá)。然而，馬達(dá)14可以包括帶刷直流馬達(dá)或永磁鐵交流(AC)馬達(dá)。
[0013]軸22的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換器16內(nèi)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)換器16將軸22的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成軸24的線性運(yùn)動。具體地，轉(zhuǎn)換器16將軸22的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成軸24在單個方向上的位移。在參照圖2-4描述的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器16包括齒條和小齒輪系統(tǒng)，其中軸22旋轉(zhuǎn)與連接至泵軸24的線性齒條嚙合的小齒輪。轉(zhuǎn)換器16通常還包括齒輪減速系統(tǒng)，其例如相對于驅(qū)動軸22降低泵軸24的速度。然而，轉(zhuǎn)換器16可以包括其它類型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，如凸輪系統(tǒng)或曲柄系統(tǒng)。
[0014]轉(zhuǎn)換器16連接至泵12的泵軸24。泵12包括容積式泵，其中軸24的往復(fù)運(yùn)動膨脹和收縮增壓室。在參照圖2-4描述的實(shí)施例中，泵12包括線性位移活塞泵，其中活塞設(shè)置在缸中以將流體吸入入口 28并將壓縮流體從出口 26退出。然而，泵12可以包括其它類型的容積式泵，如隔膜泵。
[0015]加壓流體離開泵出口 26。加壓流體被推動通過流體管線30A到達(dá)容器18。泵12通過泵12的泵送機(jī)構(gòu)吸引來自容器18的未加壓流體通過流體管線30B和入口 28。噴霧器20平行于容器18連接以從流體管線30A吸引加壓流體。噴霧器20被選擇性地操作以分配容器18的流體。噴霧器20可以被直接手動操作，或者可以由作為自動噴霧處理的一部分的控制器操作。
[0016]在本發(fā)明中，系統(tǒng)10利用可反轉(zhuǎn)電動馬達(dá)，如無刷直流馬達(dá)14，其給諸如轉(zhuǎn)換器16之類的線性致動器提供動力，用于驅(qū)動往復(fù)泵，如活塞泵12。在利用無刷直流馬達(dá)的實(shí)施例中，控制器34操作以提供反轉(zhuǎn)電流至馬達(dá)14以產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動。更具體地，控制器34使馬達(dá)14上的電流的流動方向反轉(zhuǎn)以產(chǎn)生軸22的旋轉(zhuǎn)方向的改變。無刷直流馬達(dá)可以具有低的慣性并且可以對電流流動方向的快速響應(yīng)反轉(zhuǎn)方向。而且，無刷直流馬達(dá)在零速處提供完整的轉(zhuǎn)矩范圍，從而使得泵12能夠維持全壓力，這類似氣動馬達(dá)的響應(yīng)，而沒有噪聲、費(fèi)用和結(jié)冰問題。無刷直流馬達(dá)還具有所施加的電流和軸轉(zhuǎn)矩之間的直接關(guān)系。因此，僅馬達(dá)14的速度將改變，因?yàn)轳R達(dá)14的恒定轉(zhuǎn)矩(和電流)輸出維持泵12處的恒定壓力輸出。而且，在本發(fā)明的另一個方面中，控制器34利用位置傳感器35監(jiān)測泵軸24的位置，使得泵12的反轉(zhuǎn)可以隨機(jī)化或變化以減少系統(tǒng)10的內(nèi)部部件的磨損。
[0017]圖2是根據(jù)圖1的配置的泵送系統(tǒng)10的透視圖，其中線性位移活塞泵12由無刷直流馬達(dá)14驅(qū)動。泵12和馬達(dá)14被裝入殼體36中，殼體36還包裝運(yùn)動轉(zhuǎn)換器16 (未示出)。轉(zhuǎn)換器16包括安裝在殼體36內(nèi)的齒輪減速系統(tǒng)38。包括軸40和42的齒輪減速系統(tǒng)38將馬達(dá)14的小齒輪連接至泵12的齒條。泵12包括入口 28、出口 26、活塞筒44和軸護(hù)罩46，軸護(hù)罩46包住泵12的輸入軸(圖3)。泵12經(jīng)由系桿50A、50B和50C(圖3)被組裝至殼體36。系桿50A-50C保持泵12相對于殼體36固定，使得護(hù)罩46內(nèi)的泵軸24可以由馬達(dá)14通過轉(zhuǎn)換器16和齒輪減速系統(tǒng)38致動。
[0018]圖3是圖2的泵送系統(tǒng)10的分解圖，示出用于將無刷直流馬達(dá)14的驅(qū)動軸22連接至線性位移活塞泵12的泵軸24的齒輪減速系統(tǒng)38。轉(zhuǎn)換器16(圖1)包圍齒輪減速系統(tǒng)38，齒輪減速系統(tǒng)38包括第一齒輪組56和第二齒輪組58。殼體36包括主殼體36A、齒輪罩36B和馬達(dá)罩36C。
[0019]馬達(dá)14插入主殼體36A內(nèi)的腔中，使得驅(qū)動軸22延伸穿過開口 60A以提供用于驅(qū)動齒輪減速系統(tǒng)38的輸出軸。馬達(dá)罩36C定位在主殼體36A上以包圍馬達(dá)14。第一齒輪組56的軸40固定在主殼體36A中的開口 60B和齒輪罩36B中的開口 60C之間。第二齒輪組58的軸42固定至齒輪罩36B中的開口 60D并延伸到主殼體36A的腔62中。泵軸24提供用于操作泵12的輸入軸。泵12的泵軸24的第一端延伸到主殼體36A的腔62中并通過齒條(參見圖4中的齒條70)連接至第二齒輪組58。泵軸24的第二端延伸穿過護(hù)罩46進(jìn)入活塞筒44以致動活塞(未示出)。系桿50A-50C將泵12的平臺64連接至主殼體36A的基部66。護(hù)罩部件46A和46B圍繞泵軸24定位在系桿50A-50C之間。泵12的輸入端28連接至未加壓流體源，如流體管線30B(圖1)。泵12的出口 26連接至流體分配器，如噴霧器20 (圖1)。
[0020]在一種實(shí)施例中，馬達(dá)14安裝在殼體32內(nèi)，使得驅(qū)動軸22垂直于泵軸24。例如，系統(tǒng)10意圖在平面頂上被操作。如在地板上運(yùn)行。泵軸24被構(gòu)造成大致垂直于該平面。因而馬達(dá)14通常被安裝成垂直于軸24并平行于該平面。這樣，軸22的旋轉(zhuǎn)如通過使用齒條和小齒輪系統(tǒng)可以容易地轉(zhuǎn)換成軸24的上下線性平移。馬達(dá)14旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸22，其提供旋轉(zhuǎn)至第一齒輪組56。第一齒輪組56引起第二齒輪組58旋轉(zhuǎn)，這通過齒條(未示出)引起泵12的泵軸24運(yùn)動。泵軸24驅(qū)動缸44內(nèi)的活塞以將未加壓流體吸入入口 28中并將加壓流體推出出口 26。在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，泵12包括如從Graco公司可購買到的4球活塞泵。在授權(quán)給Powers的、轉(zhuǎn)讓給Graco公司的美國專利N0.5，368，424中大致描述了 4球活塞泵的例子。其中，護(hù)罩部件46A和6B防止污垢、灰塵和碎屑通過泵軸24的檢修口進(jìn)入泵缸44。系桿50A-50C剛性地維持泵12與殼體36隔開，使得轉(zhuǎn)換器16，包括齒輪減速系統(tǒng)38，可以使泵軸24相對于缸44往復(fù)運(yùn)動。從而系桿50A-50C可以反作用于由馬達(dá)產(chǎn)生并施加至泵12的作用力。
[0021]在組裝時，齒輪減速系統(tǒng)38在驅(qū)動軸22的小齒輪68和泵軸24的齒條70 (圖4)之間提供動力傳遞連接。具體地，小齒輪68連接至齒輪組56的輸入齒輪56A。輸出齒輪56B連接至齒輪組58的輸入齒輪58A，其驅(qū)動輸出齒輪58B。輸出齒輪58B提供旋轉(zhuǎn)輸入至齒條70。這樣，軸22借助于馬達(dá)14的旋轉(zhuǎn)引起軸24的線性位移。轉(zhuǎn)換器16，包括齒輪減速系統(tǒng)38，僅提供力從軸22至軸24的單向傳遞，使得軸24的單個運(yùn)動方向與軸22的單個旋轉(zhuǎn)方向相關(guān)聯(lián)。馬達(dá)14驅(qū)動的軸22的旋轉(zhuǎn)方向由控制器34 (圖1)反轉(zhuǎn)以引起軸24的重復(fù)的往復(fù)運(yùn)動，以提供活塞在缸44內(nèi)的泵送動作。
[0022]圖4是圖3的泵送系統(tǒng)10的透視圖，示出由齒輪減速系統(tǒng)38連接的驅(qū)動軸22 (圖3)的小齒輪68和泵軸24的齒條70。殼體36在圖4中未被示出，使得可以看到泵送系統(tǒng)10的組裝。驅(qū)動軸22借助于馬達(dá)14的旋轉(zhuǎn)引起泵12的泵軸24的平移。從控制器34(圖1)給馬達(dá)14提供反轉(zhuǎn)的直流電流流動，以引起驅(qū)動軸22的交替的、兩向的或雙向的旋轉(zhuǎn)。
[0023]對于第一時間周期，直流電流的第一方向流動被提供至馬達(dá)14，以引起軸22在順時針方向上旋轉(zhuǎn)，這將最終引起泵12的泵軸24相對于圖4向上移動。小齒輪68在順時針方向上的旋轉(zhuǎn)引起輸入齒輪56A在逆時針方向上的旋轉(zhuǎn)。由于齒輪56A的直徑大于小齒輪68的直徑，輸入齒輪56A以較慢的速率旋轉(zhuǎn)。輸入齒輪56A和輸出齒輪56B安裝在軸40上，使得輸出齒輪56B以與輸入齒輪56A相同的速率在逆時針方向上旋轉(zhuǎn)。輸出齒輪56B與第二齒輪組58的輸入齒輪58A嚙合，使得輸出齒輪56B的逆時針旋轉(zhuǎn)引起輸入齒輪58A的順時針旋轉(zhuǎn)。輸入齒輪58A具有比輸出齒輪56B大的直徑，使得輸入齒輪58A以比輸出齒輪56B慢的速率旋轉(zhuǎn)。輸入齒輪58A和輸出齒輪58B安裝至軸42，使得輸出齒輪58B以與輸入齒輪58A相同的速率在順時針方向上旋轉(zhuǎn)。這樣，與小齒輪68的順時針旋轉(zhuǎn)速度相比，輸出齒輪58B的順時針旋轉(zhuǎn)速度被降低。特定的減速取決于馬達(dá)14和泵12的具體參數(shù)以及系統(tǒng)10的目標(biāo)輸出。輸出齒輪58B順時針旋轉(zhuǎn)以參照圖4的方位向上推動齒條70。
[0024]齒條70的向上運(yùn)動也向上推動泵軸24。泵軸24向上移動的距離與控制器34引起馬達(dá)14使軸22在第一方向上旋轉(zhuǎn)的時間周期直接相關(guān)。因此，泵軸24或活塞在缸44內(nèi)的沖程長度直接對應(yīng)于在給定方向上將電流提供至馬達(dá)14的時間長度。軸24向外遠(yuǎn)離泵12移動以在入口 28處將流體吸入缸44中。
[0025]為了將軸24重新插入缸44和在出口 26處將加壓流體推出缸44，控制器34引起馬達(dá)14將軸22的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)至與第一方向相反的第二方向。在一種實(shí)施例中，控制器34使通過馬達(dá)14的定向電流流動反轉(zhuǎn)。這可以通過反轉(zhuǎn)馬達(dá)14的電樞處的電流的極性實(shí)現(xiàn)，如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣。因此，通過第一齒輪組56和第二齒輪組58的相互作用向下推動齒條齒輪70 (參照圖4)，這引起泵軸24被推入缸44中。因此，通過在由控制器34(圖1)控制的時間周期內(nèi)在相反的兩個方向上交替馬達(dá)14上的連續(xù)電流流動，實(shí)現(xiàn)泵軸24的線性往復(fù)。
[0026]馬達(dá)14的控制參數(shù)由系統(tǒng)10的操作者基于泵12的目標(biāo)輸出設(shè)置。這樣，控制器34包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其包括處理器、存儲器、圖形顯示器、用戶界面、存儲器等，如本領(lǐng)域已知的那樣。提供至馬達(dá)14的電流的量值、電流的極性(方向)的交替、以及每種極性的電流提供至馬達(dá)14的時間長度由控制器34(圖1)指示。控制器34運(yùn)行以在每種極性處維持至馬達(dá)14的穩(wěn)定大小的電流。恒定電流導(dǎo)致馬達(dá)14提供恒定轉(zhuǎn)矩輸出。來自驅(qū)動軸22的轉(zhuǎn)矩通過小齒輪68、齒輪減速系統(tǒng)38和齒條70以線性關(guān)系直接傳遞至泵軸24。驅(qū)動軸22的速度因此由從泵12內(nèi)的壓力通過齒輪減速系統(tǒng)38反作用在驅(qū)動軸22上的作用力控制。如上所述，無刷直流馬達(dá)對輸入的變化快速地響應(yīng)，這允許馬達(dá)14快速地反轉(zhuǎn)方向，期間短暫地物理地停止轉(zhuǎn)動(其中速度等于零)，同時始終維持轉(zhuǎn)矩輸出。因此，無刷直流馬達(dá)可以由控制器34操作以往復(fù)泵軸24的運(yùn)動，而不需要用于將輸出軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成泵軸的雙向、往復(fù)平移的精密機(jī)械裝置。進(jìn)一步，無刷直流馬達(dá)比較安靜并利用比現(xiàn)有氣動馬達(dá)少的電力。這樣，與其它系統(tǒng)相比，泵送系統(tǒng)10減少噪聲輸出并改善運(yùn)行成本。
[0027]圖5A是示出圖2-4的無刷直流馬達(dá)14的輸入電流(i)與時間(t)之間的關(guān)系的曲線圖。圖5B是示出圖2-4的線性位移活塞泵12的泵軸24的沖程(d)與時間⑴之間的關(guān)系的曲線圖。參照圖5A，電流i的量值在所有時間點(diǎn)處都近似相等。因此，軸22的轉(zhuǎn)矩輸出近似恒定。例如，在時刻A處，控制器34運(yùn)行以提供正向電流流動流過馬達(dá)14，根據(jù)傳動裝置，這引起泵軸24向上移動。隨后，控制器34運(yùn)行以立即提供具有與正極性相等的量值的負(fù)向電流流動流過馬達(dá)14。這種反轉(zhuǎn)引起泵軸24向下移動。因此，在時刻A和時刻B之間，出現(xiàn)一次完整的泵反轉(zhuǎn)循環(huán)。定向電流流動i在多個時間周期內(nèi)在正向流和負(fù)向流之間連續(xù)地交替，從而只要需要，就引起泵軸24連續(xù)地往復(fù)運(yùn)動。
[0028]泵軸24的包括向上沖程和向下沖程的泵反轉(zhuǎn)循環(huán)由一對正負(fù)電流極性實(shí)現(xiàn)。每個泵反轉(zhuǎn)循環(huán)進(jìn)行的時間量可以改變以在系統(tǒng)10的性能方面獲得益處，如下文描述的那樣。在所圖示的實(shí)施例中，每個正極性和負(fù)極性在所示出的時間周期內(nèi)增加。因此，第二泵反轉(zhuǎn)出現(xiàn)在時刻B和時刻C之間并且比時刻A和時刻B之間的第一泵反轉(zhuǎn)長。每個后續(xù)的泵反轉(zhuǎn)的時間相對于之前的泵反轉(zhuǎn)增加。這對應(yīng)于泵軸24橫過更大的線性長度，增加活塞在缸44內(nèi)的沖程長度，如圖5B所示。沖程長度的這些變化引起泵軸24在齒輪減速系統(tǒng)38、小齒輪68和齒條70內(nèi)的齒輪的每個不同的相互嚙合位置處反轉(zhuǎn)方向，從而改善傳動裝置中的磨損分布。
[0029]參照圖5B，對于所示出的實(shí)線，示出從時刻A至?xí)r刻D，活塞在缸44的內(nèi)的位置的大小增加。例如，在時刻A和時刻B之間，沖程d增加至特定位置，且隨后回縮至起始位置。每個后續(xù)泵反轉(zhuǎn)相對于前一次泵反轉(zhuǎn)增加沖程。因此，圖5A的時刻A至?xí)r刻B對應(yīng)于圖5B中的相同時幀，示出沖程長度增加。在沖程長度增加以在時刻D時利用缸44的全部或大部分之后，沖程長度可以逐漸減小。圖5A和5B的時刻A至?xí)r刻B因此可以沿著時刻D處的垂直軸線成鏡像以逐漸縮短電流間隔和沖程長度。
[0030]改變沖程長度的好處包括增加泵送系統(tǒng)10的磨損壽命。特別地，轉(zhuǎn)換器16的齒輪的磨損壽命增加。泵反轉(zhuǎn)在齒輪齒，特別是在小齒輪68中引起沖擊負(fù)載。這在泵反轉(zhuǎn)時間被最小化和驅(qū)動軸22快速地反轉(zhuǎn)方向時特別是如此。改變泵軸24的沖程長度改變在出現(xiàn)反轉(zhuǎn)時接合哪個齒輪齒，從而將沖擊負(fù)載分布到更大數(shù)量的齒輪齒之間。而且，沿著泵送系統(tǒng)10內(nèi)的軸承接觸區(qū)域，如沿著軸24、軸40或軸42的、出現(xiàn)泵反轉(zhuǎn)的位置將變化，從而增加系統(tǒng)10內(nèi)的軸承的磨損壽命。
[0031]圖5A和5B的實(shí)線曲線示出沖程長度在預(yù)定圖案范圍內(nèi)的線性的、均勻的變化。如在圖5A中可以看到的那樣，在時刻A和時刻B之間，已經(jīng)出現(xiàn)完整的泵反轉(zhuǎn)。每個反轉(zhuǎn)時間周期在正電流流和負(fù)電流流之間被相等地劃分。這種相等分布確保泵軸24不引起缸44內(nèi)的活塞到頭或撞擊缸的端部，從而不會引起空間不足以完成被編程的泵沖程。然而，沖程長度可以任意地改變或者可以在非均勻圖案范圍內(nèi)改變。每個泵反轉(zhuǎn)內(nèi)的正負(fù)極性的時間分布可以改變，只要控制器34監(jiān)測活塞的絕對位置或被提供由避免活塞在缸內(nèi)到頭的程序模式。這樣，控制器34利用位置傳感器35監(jiān)測泵軸24相對于缸44的絕對位置。可替換地，缸44可以設(shè)置有用于監(jiān)測活塞的位置的位置傳感器。[0032]作為示例，圖5B中的實(shí)線示出在每個位置(由峰尖指示)處從向上沖程至向下沖程的改變，但從向下沖程至向上沖程的改變總是出現(xiàn)在相同的初始位置(由零軸處的波谷指示)。然而，虛線示出從向下沖程至向上沖程的改變可以出現(xiàn)在不同的位置處。沖程長度因此一直被維持在缸44的整個可用空間內(nèi)，但每次沖程轉(zhuǎn)變的位置可以改變。因此，不僅可以改變沖程長度的量值，而且可以關(guān)于軸24相對于缸44的位置(以及轉(zhuǎn)換器16中的傳動裝置的齒的嚙合)改變出現(xiàn)沖程轉(zhuǎn)變的位置。
[0033]雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。
【權(quán)利要求】
1.一種泵系統(tǒng)，包括: 電動馬達(dá)，具有能夠在第一旋轉(zhuǎn)方向和相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上可逆地旋轉(zhuǎn)的輸出軸； 泵，具有能夠在第一線性方向和相反的第二線性方向上移動的輸入軸；和 轉(zhuǎn)換器，將輸出軸連接至輸入軸使得: 輸出軸在第一旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)使輸入軸在第一線性方向上平移； 輸出軸在第二旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)使輸入軸在第二線性方向上平移；和 控制器，反復(fù)地反轉(zhuǎn)輸出軸的旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生輸入軸的往復(fù)運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵系統(tǒng)，其中泵包括容積式泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)換器包括齒條和小齒輪系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泵系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)換器還包括齒輪減速系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的泵系統(tǒng)，其中齒輪減速系統(tǒng)包括兩級減速系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵系統(tǒng)，還包括: 其中電動馬達(dá)包括無刷直流馬達(dá)；并且 控制器使提供至電動馬達(dá)的電流的電流流動方向反轉(zhuǎn)以反轉(zhuǎn)輸出軸的旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的泵系統(tǒng)，其中控制器維持電動馬達(dá)的恒定轉(zhuǎn)矩輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的泵系統(tǒng)，其中控制器改變電流流動方向反轉(zhuǎn)之間的時間間隔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的泵系統(tǒng)，其中控制器改變電流流動方向從一次反轉(zhuǎn)到下一次反轉(zhuǎn)的兩次反轉(zhuǎn)之間的時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的泵系統(tǒng)，其中控制器改變電流流動方向反轉(zhuǎn)之間的時間以逐漸地增加和逐漸地減小上限和下限。
11.一種操作泵的方法，該方法包括下述步驟: 使至電動馬達(dá)的電流流動方向反復(fù)地反轉(zhuǎn)以引起電動馬達(dá)的輸出軸在順時針和逆時針方向上的交替旋轉(zhuǎn)；以及 將輸出軸的交替旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成泵軸的往復(fù)線性運(yùn)動。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中: 電動馬達(dá)包括無刷直流馬達(dá)；并且 泵包括容積式泵。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中將輸出軸的交替旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成泵軸的往復(fù)線性運(yùn)動的步驟包括: 用輸出軸旋轉(zhuǎn)小齒輪；以及 用小齒輪平移齒條。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中: 輸出軸在順時針方向上的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生泵軸在第一方向上的線性運(yùn)動；以及 輸出軸在逆時針方向上的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生泵軸在相反的第二方向上的線性運(yùn)動。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括下述步驟: 將恒定的電流流動供給至電動馬達(dá)以維持恒定轉(zhuǎn)矩；以及 維持泵處的恒定壓力輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括下述步驟:改變電流流動方向反轉(zhuǎn)之間的時間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中電流流動方向反轉(zhuǎn)之間的時間在規(guī)則的可重復(fù)圖案的范圍內(nèi)變化。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中電流流動方向反轉(zhuǎn)之間的時間在上限和下限之間逐漸地增加和逐漸地減小。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中電流流動方向反轉(zhuǎn)之間的時間被隨機(jī)地改變。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括下述步驟: 改變泵軸的沖程長度的量值。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括下述步驟: 改變泵軸的轉(zhuǎn)變位置，在轉(zhuǎn)變位置處泵軸反轉(zhuǎn)線性平移。
22.一種栗系統(tǒng)，包括: 具有旋轉(zhuǎn)輸出軸的無刷直流電動馬達(dá)； 具有線性可移位輸入軸的容積式泵； 齒條和小齒輪轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將輸出軸連接至輸入軸，使得輸出軸的順時針旋轉(zhuǎn)使輸入軸在第一方向上平移，并且輸出軸的逆時針旋轉(zhuǎn)使輸入軸在相反的第二方向上平移；和控制器，反復(fù)地反轉(zhuǎn)輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向以產(chǎn)生輸入軸的往復(fù)平移。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的泵系統(tǒng)，其中齒條和小齒輪轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括: 連接至輸出軸的小齒輪； 連接至輸入軸的齒條；和 連接至小齒輪和齒條的齒輪減速系統(tǒng)。
【文檔編號】F04B17/03GK103814213SQ201280043742
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月9日
【發(fā)明者】蒂姆西·S·羅曼, 格雷克·T·莫洛澤克 申請人:格瑞克明尼蘇達(dá)有限公司