[发明专利]具有交替转动到线性移动的驱动机构的超高压泵

说明书

技术领域

本发明涉及包括线性致动器的驱动机构。本发明还涉及高压泵，特别是用于水射流切割设备中的超高压水射流泵。

背景技术

这些年来水射流切割设备已用来切割诸如钢、铝、玻璃、大理石、塑料、橡胶、软木以及木材等各种材料。将工件放置于浅水槽上，且将喷射出切割射流的切割头横过工件精确地移动以完成期望的切割。由夹带有磨料微粒的水的极高压射流(高达90,000磅/平方英寸(psi))所形成的组合流体来实施切割作用，磨料通常为产生切割作用的砂。从切割头射出的水和砂收集在工件下方的水槽内。

在与水射流切割相关的产业中，措词“超高压”(UHP)水射流用于限定水被加压至50000psi以上并然后用作切割工具的工艺。高压水被迫通过宝石中的很小的孔，孔的直径典型地处在0.1mm与0.5mm之间，宝石通常为红宝石、蓝宝石或钻石。

典型地，两种泵用于产生高压水，即：

a)增压泵；以及

b)直接驱动式曲轴泵。

增压泵通常为能够将油加压至大约3000psi的液压泵。然后，油被迫进入到缸筒内，该缸筒具有附接到小活塞的大活塞，小活塞的面积是液压活塞的面积的1/20。二级活塞位于装满水的缸筒内。当液压活塞被迫往复运动时，液压活塞迫使水压活塞(water piston)往复运动，从而产生大约为液压系统的二十倍的压力。尽管这些系统相当可靠，但由于需要驱动液压系统而使它们的效率低下。典型地，这些泵以大约55％的效率运转。

较高效的泵是电动机与曲轴直接耦接的直接驱动式曲轴泵。曲轴转动，同时驱动很多--通常为三个--小活塞在缸筒内往复运动，因此对水加压。当这些泵在利用被加压的水时，这些泵相当高效，典型地在80％以上，但这些泵不能储存和保持压力，这就意味着当水射流设备实际上未进行切割时，被加过压的水从排泄阀排出，这就意味着这些泵在空转或在切割操作时使用相似量值的电力。由于形成相同体积的超高压水所需的高活塞速度和冲程数量，使得这些泵不如增压泵那样可靠。

上述泵的局限性使得本发明产生。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种超高压泵，其包括适于沿交替方向绕轴转动中空转子轴的伺服电动机，伺服电动机具有绕中空转子轴共轴地定位的定子，转子轴的内侧与驱动装置共轴地耦接以将绕轴转动转换成往复移动，驱动装置与至少一个活塞耦接，所述至少一个活塞具有设置在缸筒内的头部，以在活塞的上述头部与缸筒之间限定泵送室，由此转子轴的交替转动使得活塞往复线性移动，从而将泵送室内的流体加压。

优选地，驱动装置在轴的两端部与活塞连接，每个活塞适于在相应的缸筒内完成往复运动，因此限定两个泵送室。

优选地，伺服电动机位于筒状壳体内，筒状壳体转而套装在水冷却护套中。在优选实施方式中，伺服电动机包括对转子轴的转动频率计数的编码器，编码器经由反馈回路与电动机的控制装置耦接。

优选地，驱动装置包括与转子轴螺纹配合的线性固定螺母。螺母与丝杠螺纹配合，由此转子轴和转子螺母的绕轴转动使丝杠往复运动。

在优选实施方式中，丝杠延伸出泵的各端部以与活塞耦接。

根据本发明的另一方面，提供一种驱动机构，其包括与伺服电动机耦接的控制器，伺服电动机具有：绕中空转子共轴地安装的定子，中空转子包括与输出轴共轴地耦接的驱动装置，由此驱动装置将转子的转动运动转换成轴的线性移动；以及编码器，其测量转子或输出轴的运动，并且将与上述运动成比例的反馈信号发送到控制器。

根据本发明的又一方面，提供一种线性致动器，其包括伺服电动机，伺服电动机具有：绕中空转子共轴地安装的定子；驱动构件，其与转子的内侧配合，驱动构件的线性运动被约束，且以螺纹配合方式支承轴以使轴线性移动；以及编码器，其监控驱动构件或轴的运动，并且设置成将反馈信号发送到伺服电动机，由此伺服电动机的操作和控制使轴进行受控的线性移动。

附图说明

现将参照附图仅以举例方式描述本发明的实施方式，其中：

图1是超高压泵的侧视图；

图2是泵的端视图；

图3是沿图2中的线A-A所剖得的泵的剖视图；

图4是沿图1中的线B-B所剖得的泵的剖视图；以及

图5是例示出线性致动器的反馈回路的框图。

具体实施方式