ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС
GEAR WHEEL PUMP

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.