環形凸輪以及包括環形凸輪的流體工作機器的製作方法

2023-12-03 15:27:11 2

專利名稱：環形凸輪以及包括環形凸輪的流體工作機器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於流體工作機器的環形凸輪。與本發明尤其相關的是以下的應用，其中環形凸輪在使用中經受特別大的力，並且特別是用於大型流體工作機器(例如用於風力渦輪機的吊艙內)的環形凸輪。
背景技術：
流體工作機器包括受流體驅動的和/或驅動流體的機器，如泵、馬達、以及可以在不同的運行模式下作為泵亦或作為馬達而起作用的機器。當流體工作機器作為泵來運行時，一個低壓歧管典型地用作工作流體的一種淨來源點(net source)而一個高壓歧管典型地用作工作流體的淨匯收點(net sink)。當流體工作機器作為一臺馬達來運行時，一個高壓歧管典型地用作流體的淨來源點而一個低壓歧管典型地用作流體的淨匯收點。在本說明書和所附權利要求書中，術語「高壓」以及「低壓」 是相對的，並且取決於具體應用。在一些實施方案中，低壓工作流體可以處於高於大氣壓的一個壓力，並且可以是大氣壓的幾倍。然而，在所有情況下，低壓工作流體將典型地處於比高壓工作流體更低的壓力。一臺流體工作機器可以具有一個以上的低壓歧管並且具有一個以上的高壓歧管。大排量環形凸輪式流體工作機器(即具有一個大型的旋轉的環形凸輪的流體工作機器，這個凸輪驅動圍繞該凸輪安排的多個徑向活塞，其中每個活塞典型地在每圈凸輪旋轉上往復運動多次)是已知的並且被提議用於可再生能源的應用中，在這些應用中存在一種低速的旋轉輸入但有一個相對高速的發電機(Rampen，Taylor & Riddoch，Gearless transmissions for wind turbines，DEWEK，Bremen，Dec. 2006)。環形凸輪流體工作機器典型地具有多個滾輪，這些滾輪在一個波狀的凸輪上滾動並且運行性地連接到多個活塞上。 每個活塞是可滑動地接合在一個缸中，這個缸與活塞一起限定了包含工作流體的一個工作室，該工作室通過一個或多個閥門與高壓以及低壓歧管相連通。這些活塞是各自可運行的以便在該缸內進行往復運動從而在環形凸輪旋轉時改變該工作室容積，這樣就執行了一個工作室容積周期，並且在這個過程中工作流體可以被排出。環形凸輪流體工作機器可以被配置為使得這些活塞與缸被定位在該環形凸輪的內部(該環形凸輪具有一個面向內的工作表面)、或者可以被配置為使得該環形凸輪具有一個面向外的工作表面並且被定位在這些活塞與缸的內部。確實，具有每一種配置的環形凸輪流體工作機器也是已知的，其中該環形凸輪旋轉、亦或這些活塞和缸旋轉。在這種環形凸輪被定位在內與外兩圈活塞與缸之間的情況下，還有可能使環形凸輪既有面向內的也有面向外的工作表面。甚至有可能使這些活塞與缸大致與旋轉軸線平行地對齊、並且使環形凸輪具有一個或多個軸向面對的工作表面。驅動相對小的液壓馬達的環形凸輪泵已經被提議作為耐用的可變速傳動裝置 (例如)用在風力渦輪機發電機、或潮汐流以及重力供給的水力發電機之中。多缸流體工作機器(包括環形凸輪流體工作機器)可以是可變排量的流體工作機器(泵亦或馬達，或者作為泵亦或馬達可運行的機器)，其中每個工作室是可選擇的以便由該工作室在一個工作室容積周期的過程中執行一個有效的(或部分有效的)工作室容積周期或者一個空轉周期來對從該低壓歧管至高壓歧管(或與之相反)的流體的時間平均淨排量進行調節，在該有效的(或部分有效的)工作室容積周期中存在一個工作流體的淨排量， 而在該空轉周期中基本上不存在工作流體的淨排量。大型環形凸輪式機器維修起來是困難並且昂貴的，甚至為了維修一個工作室就要求將整個機體拆卸。這在可再生能源的應用中可能是特別昂貴的，因為必須從一個難於接近的位置(例如一個風力渦輪機的吊艙)上移動一個笨重的流體工作機器，這伴隨著要求大型並且昂貴的運輸設備(例如一臺起重機)。因此，令人希望的是使得此類大型流體工作機器在原位是可維修的，以此降低或免除對於大部件運輸的要求。此外，大型的流體工作機器(例如適合於可再生能源的那些)是典型地經受著特別高的內力和壓力。例如，具有適合於風力渦輪機的尺寸的大型環形凸輪流體工作機器的高壓(以及的確低壓)工作流體的壓力是特別高的。因此由該環形凸輪接收的來自這些滾輪的力也是很高的，並且已知它使得這些環形凸輪的工作表面受損。已經有人提出用多個區段來組裝大型環形凸輪，並且已知由於工作表面上出現的多個不連續點在區段之間的交界處的滾輪壓力下使得過度磨損發生在滾輪上以及工作表面上。此外，多個旋轉零件本身的重量可以導致過度的環形凸輪磨損。因此，對於具有最小的重量並且具有延長的工作壽命的一種流體工作機器以及用於徑向流體工作機器的一種具有模塊式構造的環形凸輪仍然存在著一種需求。

發明內容
術語一個環形凸輪的一部分或其區段的「前導」或「跟隨」邊緣(或末端或其他特徵)在此是關於該環形凸輪相對於這些活塞的旋轉方向來表達的，這典型地是由於該環形凸輪的旋轉但是在一些實施方案中是由於這些活塞安裝於其上的一個殼體的旋轉。在一些實施方案中，該環形凸輪與這些活塞的相對旋轉可以是處於任何一種轉向上(例如，一個給定的流體工作機器的轉向在運行或維護過程中在某些時候可以被反轉)並且這些前導緣以及跟隨緣或其他特徵是相對於這些旋轉的轉向之一來定義的。所提及的至少一個活塞的往復運動是與該環形凸輪相對於該至少一個活塞的旋轉相關聯包括了以下可能性，即 或者是環形凸輪旋轉，或者是該至少一個活塞旋轉，或者兩者均旋轉但處於不相等的速度。 在所有情況下旋轉都是圍繞通過該環形凸輪的中心的一個軸線的。根據本發明的一個第一方面，在此提供了一種流體工作機器，它包括一個環形凸輪、一個低壓歧管、一個高壓歧管，限定了一個工作室的至少一個活塞、以及與這個或每個工作室相關聯的至少一個閥門(該閥門可以是一個電子控制的閥門，典型地是一個電子控制的面密封提升閥)，該閥門用於同多個工作室容積周期成定相關係地將該工作室交替地連接到該低壓或該高壓歧管上，該環形凸輪具有一個波狀的凸輪工作表面用於通過一個接合凸輪的元件(例如該活塞的一個零件，如一個活塞滑履或更典型地一個滾輪)與該至少一個活塞的運行性接合從而將該至少一個活塞的往復運動與該環形凸輪相對於該至少一個活塞的旋轉相耦聯並且由此限定這些工作室容積的這些周期；該波狀凸輪表面的這些波形各自具有一個前導面以及一個跟隨面；其特徵在於，在該工作表面中的多個不連續點被定位在(並且典型地僅在)該前導面與該跟隨面中該至少一個活塞在與多個工作室容積周期成定相關係地流入和流出該工作室的流體流動所導致的正常運行的過程中施加或做了最少的功的那個面上。所述活塞在每個所述工作室容積周期的過程中可以在該前導或跟隨面中的一個或另一個上做最少的功。例如，在每個所述工作室容積周期的過程中一個工作室內的壓力典型地周期性地改變並且在對應的凸輪隨動元件支承在這些前導與跟隨面之一上時處於一個最大值(這樣使得施加在該工作表面上的力是處於一個最大值並且在所述面上做最多的功)，並且在該凸輪隨動元件支承在這些前導與跟隨面的另一個上時處於一個最小值 (這樣使得施加在該工作表面上的力是處於一個最小值並且在所述面上做最少的功)。在該流體工作機器或該環形凸輪的工作壽命中所述活塞可以在該前導或跟隨面的一個或另一個上做最少的功。可以在任意給定的時間段內在該前導或跟隨面的一個或另一個上做最少的功。例如，一個流體工作機器可以具有多於一個運行模式並且可以具有一個第一運行模式(它可以是在一個第一旋轉方向中)以及一個第二運行模式(它可以是在一個第二運動方向中)，在該第一運行模式中在每個所述工作室周期(或大多數周期)過程中在該前導或跟隨面之一上做更多的功，在該第二運行模式中在每個所述工作室周期(或大多數周期)過程中在該前導或跟隨面的另一個上做更多的功，其中該流體工作機器在大多數時間上(例如，在正常運行過程中)是在該第一模式中起作用並且在少數時間上(例如，在維護過程中)是在該第二模式中起作用，這些所述不連續點被定位在(並且典型地僅在)該前導面與跟隨面中該至少一個活塞在該第一運行模式過程中施加或做最少的功的那個面上。典型地，該環形凸輪包括圍繞該環形凸輪的圓周延伸的至少兩個區段；以及其上附接了所述多個區段的一個支持結構；每個所述區段包括一個面對活塞的表面，這些區段面對活塞的表面限定了該工作表面。工作表面中的這些所述不連續點可以是用於將所述多個區段緊固到該支持結構上的附接裝置。該附接裝置可以是例如一個或多個緊固件，例如多個螺栓，這些緊固件延伸通過該工作表面(典型地，通過一個區段的面對活塞的表面的一部分，它限定了該環形凸輪的工作表面)。該附接裝置可以包括通過這些所述區段的多個開口和/或多個凹陷用於接收螺栓。這些所述不連續點可以是在相鄰的區段之間的不連續點。可能的情況是各自包括多個前導與跟隨協作構形以及在工作表面中的這些不連續點的多個區段包括多個互鎖區域，在這些互鎖區域中相鄰的多個區段的這些前導與跟隨協作構形橫貫對應的互鎖區域而重疊。在環形凸輪工作表面以及這些接合凸輪的元件上的磨損隨著所接收的力而增加， 並且在該工作表面的具有一個不連續點的多個區域(例如環形凸輪區段之間的互鎖區域， 或用於將多個區段緊固到一個支持結構上的附接裝置)內是最大的。因此，本發明的流體工作機器，其中在該環形凸輪工作表面的具有多個不連續點的這些區域內經過一段時間所接收的力(即，經過一段時間在這些所述區域上所做的平均功、以及在一些實施方案中在每個所述工作室容積的周期中所做的平均功)與其他區域相比是更低的。因此，該工作表面以及接合凸輪的元件的磨損速率被減小了。
典型地，這些所述不連續點僅被定位在該前導面與該跟隨面中這些活塞在正常運行的過程中做了最少的功(或者在時間上平均，例如該流體工作機器或凸輪的運行壽命， 做了最少的功)的那個面上，這種正常運行是與多個工作室容積周期成定相關係地流入和流出該工作室的流體流動所導致的。可能的情況是這些所述不連續點屬於一個第一類型(例如附接裝置，或這些所述互鎖區域)並且該工作表面包括屬於一個第二類型的另外的多個不連續點，這些不連續點是以其他方式分布的，例如在相鄰波的波谷之間或在前導面與跟隨面兩者上。典型地，該流體工作機器包括圍繞該環形凸輪徑向地安排的多個活塞。每個所述接合元件可以由對應的工作室內的流體壓力(在一部分或更典型地所有的每個工作室容積周期的過程中)來偏置在該工作表面上。因此，在每個所述活塞上的由在對應的工作室內的工作流體壓力產生的力被這個或每個所述接合凸輪的元件傳遞到該工作表面上並且承載在該工作表面上(由此在該工作表面上做功)。每個所述接合凸輪的元件能夠可替代地或另外地由一個彈性構件(例如一個彈簧)偏置在該工作表面上。該流體工作機器能夠是可運行的以便在一個對應的接合凸輪的元件支承在一個所述不連續點上時限制一個所述工作室內的壓力(由此來降低施加在包括該不連續點的該工作表面區域上的力，這樣使得在包括該不連續點的工作表面區域上所做的功也是有限的)。優選地，在該接合凸輪的元件支承在所述不連續點上時該工作室與該高壓歧管是密封分開的，以便在該接合凸輪的元件支承在一個所述不連續點上時限制該工作室內的壓力。例如，該工作室可以通過一個閥門(在此稱作高壓閥門)來與該高壓歧管密封分開，該閥門典型地是一個電子控制的閥門(例如一個面座提升閥，該面座提升閥可以是一個電子控制的面密封提升閥)。可替代地，或另外地，在這個接合凸輪的元件支承在所述不連續點上時該工作室可以例如通過一個閥門(例如一個面座提升閥，該閥可以是電子控制的面座提升閥)被置於同該低壓歧管處於流體連通，以便在該凸輪結合元件支承在一個所述不連續點上時限制該工作室內的壓力。典型地，一個收縮衝程發生在這個接合凸輪的元件支承在一個波形的前導面上時並且一個膨脹衝程發生在這個接合凸輪的元件支承在該跟隨面上時。可能的情況是該流體工作機器是一個泵並且每個所述不連續點被定位在一個跟隨面內。在一個泵中，在一個膨脹衝程的過程中在對應的接合凸輪的元件支承在跟隨面上的同時典型地會從低壓歧管接收流體，並且因此每個不連續點將與該工作室內的一個相對低壓的時間段相重合。可能的情況是該流體工作機器是一個馬達並且每個所述不連續點被定位在一個前導面內。在這樣的一個馬達中，在一個收縮衝程中在對應的接合凸輪的元件支承在該前導面上的同時流體典型地會被排出到該低壓歧管，並且因此每個不連續點將與該工作室內的一個相對低壓的時間段相重合。可能的情況是，這些所述不連續點被定位在該前導面與該跟隨面中這些活塞在第一運行模式中在與多個工作室容積周期成定相關係地流入和流出該工作室的流體流動所導致的運行的過程中做最少的功的那個面的僅一些的工作表面之中。可能的情況是，該流體工作機器具有一個第二運行模式，在該第二運行模式中它執行工作室容積的有效泵送運行或有效馬達運行周期中的任一個從而致使這些活塞在所述該前導面與該跟隨面中當這些活塞在該第一運行模式的運行過程中做最少的功的那個面上做更大量的功，並且其中在該接合凸輪的元件支承在沒有所述不連續點的所述該前導面與跟隨面中的這些活塞在該第一運行模式的運行過程中做最少功的那個面上時所述有效泵送運行或有效馬達運行周期是選擇性地進行的。該第一運行模式可以是泵送運行並且其上這些活塞在該第一運行模式的運行過程中做最少的功(或施加最小的力)的這些面可以是這些跟隨面，並且該第二運行模式可以是馬達運行。該第一運行模式可以是馬達運行並且其上這些活塞在該第一運行模式的運行過程中做最少的功(或施加最小的力)的這些面可以是這些前導面，並且該第二運行模式可以是泵送運行。每個所述工作室可以包括一個或多個電子可控的閥門，並且該流體工作機器可以包括一個控制器，該控制器是可運行的以便控制這個或每個電子可控的閥門。每個所述工作室能夠是通過該控制器在一個逐周期的基礎上可選擇的以便通過對這個或每個電子可控的閥門的控制來實現一個有效周期(其中存在一個工作流體的淨排量)或一個空轉周期 (其中基本上不存在流體的淨排量)。類似地，每個所述工作室能夠是可選擇的以便在一個逐周期的基礎上實現一個有效的泵送運行周期或一個有效的馬達運行周期。可能的情況是該控制器在使用中執行存儲在計算機可讀存儲媒質中的一個程序，並且該程序確定在使用中該前導或跟隨面上是否施加了最小的力或做了最少的功。因此，本發明在一個第二方面擴展到一種用於流體工作機器的環形凸輪，該環形凸輪包括一個工作表面，該工作表面用於通過一個接合凸輪的元件(例如該活塞的一個零件，例如一個活塞滑履或更典型地是一個滾輪)與至少一個活塞的運行性接合以便將這個或每個活塞的往復運動與該環形凸輪相對於這個或每個活塞的旋轉相耦聯並且來由此限定這些工作室容積周期；該工作表面包括具有前導與跟隨面的多個波形，其中該工作表面包括在這些所述波形的前導面或跟隨面中的多個不連續點。通過這些前導與跟隨面的說法，我們是指在一個流體工作機器的環形凸輪的使用中每個波形的每個接合凸輪的元件首先並且最後在上面接合的這些面。可能的情況是該環形凸輪是旨在用於兩個取向中的每一個上，在這種情況下將哪個轉向認定為前導或跟隨是任意的。該工作表面的每個波形可以包括一個所述不連續點，或者該工作表面可以包括以多於一個波形的長度相互間隔開的多個不連續點(例如，僅每一個半波形，或僅每隔一個或每隔兩個波形)。該工作表面可以包括其中沒有不連續點的一個或多個波形。典型地，該環形凸輪包括圍繞該環形凸輪的圓周延伸的至少兩個區段；以及其上附接了所述多個區段的一個支持結構；每個所述區段包括一個面對活塞的表面，這些區段的面對活塞的表面限定了該工作表面。可能的情況是這些所述不連續點是在這些區段面對活塞的表面之內的不連續點 (而不是在區段之間的不連續點)。在工作表面中的這些所述不連續點可以是用於將所述多個區段緊固到該支持結構上的附接裝置。該附接裝置可以是例如一個或多個緊固件，例如多個螺栓，這些緊固件延伸通過該工作表面(典型地，通過限定了該環形凸輪的工作表面的一個區段的面對活塞的表面的一部分)。該附接裝置可以包括通過這些所述區段的多個開口或多個凹陷用於接收多個螺栓。然而，可能的情況是這些不連續點是相鄰區段之間的界面。例如，可能的情況是各自包括多個前導與跟隨協作構形以及工作表面中的這些所述不連續點的該多個區段的每一個包括互鎖區域，在這些互鎖區域中相鄰的多個區段的這些前導與跟隨協作構形橫貫對應的互鎖區域而重疊。典型地，這些所述不連續點是僅定位在這些所述前導面上或僅定位在這些所述跟隨面上。可能的情況是這些所述不連續點僅被定位在這些所述前導或跟隨面的一些之中， 例如，在交替的前導或跟隨面中、或每三個或四個前導或跟隨面中、或在每三個中的兩個、 或每四個中的三個前導或跟隨面中。在一些實施方案中，每個波形(並且因此每工作室容積周期)存在多於一個不連續點(例如一個半、或兩個或多於兩個)。工作表面的這些波形可以是正弦曲線的。根據本發明的一個第三方面，在此提供了一種運行流體工作機器的方法，該流體工作機器包括一個環形凸輪、一個低壓歧管、一個高壓歧管，限定了一個工作室的至少一個活塞、以及與這個或每個工作室相關聯的至少一個閥門(該閥門可以是一個電子控制的閥門，典型地是一個電子控制的面密封提升閥)，該閥門用於同多個工作室容積周期成定相關係地將該工作室交替地連接到該低壓或該高壓歧管上，該環形凸輪具有一個波狀的凸輪工作表面以便用於通過一個接合凸輪的元件(例如該活塞的一個零件，如一個活塞滑履或更典型地一個滾輪)與該至少一個活塞的運行性接合從而將該至少一個活塞的往復運動與該環形凸輪相對於該至少一個活塞的旋轉相耦聯並且由此限定這些工作室容積的這些周期；該波狀凸輪表面的這些波形各自具有一個前導面以及一個跟隨面；這些前導或跟隨表面包括多個不連續點，該方法的特徵在於在同多個工作室容積周期成定相關係地流入和流出該工作室的流體流動所導致的正常運行的過程中該至少一個活塞在該前導面與該跟隨面中包括這些不連續點的那個面上做最少的功。可能的情況是所述前導或跟隨面的僅一部分上包括所述不連續點。根據本發明的一個第四方面，在此提供了一種運行流體工作機器的方法，該流體工作機器包括一個環形凸輪、一個低壓歧管、一個高壓歧管、限定了一個具有周期性改變容積的工作室的至少一個活塞、以及與這個或每個工作室相關聯的至少一個電子控制的閥門，該閥門用於同多個工作室容積周期成定相的關係地將該工作室交替地連接到一個所述低壓歧管與一個所述高壓歧管上；該環形凸輪具有一個工作表面用於通過一個接合凸輪的元件(例如該活塞的一個零件，例如活塞滑履或一個滾輪)與這個或每個活塞的運行性接合從而將這個或每個活塞的往復運動與該環形凸輪相對於這個或每個活塞的旋轉相耦聯並且由此限定工作室容積的這些周期；該工作表面的一個或多個區域具有一個不連續點； 該方法的特徵在於當該對應的接合凸輪的元件(即，限定了所述工作室的活塞通過它接合在該凸輪工作表面之中的這個接合凸輪的元件)支承在該工作表面中的一個所述不連續點上時對在一個所述工作室中的工作流體的壓力進行限制。因此，在該接合凸輪的元件支承在一個不連續點(以及，在一些實施方案中，其中定位了該不連續點的前導面或跟隨面)上時，該工作室內的流體壓力典型地是小於在該接合凸輪的元件支承在該工作表面的另一個區域上時該工作室內的壓力。因此，由所述活塞在一個不連續點的區域內在工作表面上所做的功、以及該工作表面的磨損被降低。該環形凸輪可以是根據本發明的第二方面的一個環形凸輪。可能的情況是在該接合凸輪的元件通過(即，抵靠上)該不連續點時(例如通過對調節該工作室與該高壓歧管之間流體流動的一個所述電子控制的閥門的打開或關閉進行控制)，所述工作室內的工作流體壓力通過將該工作室與該高壓歧管密封分開而進行限制。可能的情況是該環包括具有多個前導與跟隨面的多個波形並且這些所述不連續點被定位在該前導面或該跟隨面之一內並且在所述工作室內的工作流體壓力通過使多個有效工作室容積周期與該環形凸輪的旋轉同步來進行限制，這樣使得在每個有效工作室容積周期中工作室壓力最大的這個點發生在當該接合凸輪的元件支承在該前導面或該跟隨面的另一個上的時候。可能的情況是該環形凸輪包括具有多個前導與跟隨面的多個波形並且所述不連續點被定位在所述前導面的僅一部分中或所述跟隨面的僅一部分中(例如，在交替的多個前導面、或僅每隔二個前導面，或交替的多個跟隨面，或僅每隔二個跟隨面上)；並且該流體工作機器具有一個第一運行模式(例如泵送)，其中當(並且典型地僅當)該對應的接合凸輪的元件支承在這些所述前導面或跟隨面的另一個(即，其中這些不連續點沒有定位在其上的那些)之上時每個工作室內的壓力超過了一個閥值；並且(典型地)當對應的接合凸輪的元件支承在所述不連續點的每一個上時(或者當對應的接合凸輪的元件支承在包括一個所述不連續點的部分上時、或者在這些不連續點被定位在其中所述前導面或跟隨面的所有每一個上時)，每個工作室內的壓力不超過該閥值；以及一個第二運行模式(例如馬達運行，或一個第二泵送模式，其中該環形凸輪在與該第一模式相反方向上旋轉)，其中當該接合凸輪的元件支承在所述不連續點上時 (或在其中定位了這些不連續點的所述前導面或跟隨面上時)每個工作室內的壓力不超過該閥值。可能的情況是在所述工作室內的工作流體壓力是通過選擇所述運行模式中工作室容積的有效周期的定時來進行限制的(例如，在一個第二運行模式中)，所以當這個接合凸輪的元件支承在一個所述不連續點上(或，在一些實施方案中，在其中定位了多個不連續點的這些所述前導或跟隨面上)時，在大多數或優選地所有時間內該壓力不超過該閥值。該閥值可以是一個壓力數值，或可以是多個數值的一個範圍。該閥值可以被選擇為在該高壓歧管內的壓力的一個比例，或者作為這些所述工作室的最大額定運行壓力的一個比例，或者該閥值可以是與該環形凸輪的物理特性相關聯地憑經驗來確定的。可以根據該流體工作機器的運行要求來改變該閥值。典型地，每個工作室容積周期上工作流體的淨排量是通過對所述一個或多個電子可控的閥門進行控制來確定的。典型地，在每個工作容積周期上，做出了關於以下內容的決定，即是否執行其中產生了一個工作流體的淨排量的一個有效周期(例如一個有效泵送運行周期或一個有效馬達運行周期)或其中沒有產生流體淨排量的一個空轉周期。優選地，一個工作室內的流體壓力被限制為一個壓力，該壓力實質性地低於當該對應的接合凸輪的元件支承在一個所述不連續點上時在一個典型的有效工作室容積的周期中的最大壓力。因此，該閥值典型地是實質性地低於在一個典型的有效工作室容積的周期中的最大壓力。例如，該壓力可以限制為小於50巴，100巴或200巴。該壓力可以限制為小於50%，或小於25%的工作室的最大額定運行壓力、或在一個典型的有效工作室容積的周期中的最大壓力。典型地，在一個工作室容積周期中一個工作室內的壓力周期性地改變並且當對應的凸輪隨動元件支承在這些前導與跟隨面之一上時處於一個最大值，並且當對應的凸輪隨動元件支承在這些前導與跟隨面的另一個上時處於一個最小值。因此，該工作室典型地執行一個有效周期，在這個有效周期中當對應的接合凸輪的元件支承在其中不具有不連續點的多個前導或跟隨面上時該工作室內的壓力達到一個最大值。在一些實施方案中，可能的情況是該工作室就是可運行的以便執行一個有效周期，在該有效周期中僅在如果一個測量的(例如預測的)壓力(如由一個壓力傳感器測量的高壓歧管內的壓力)低於該閥值，當對應的接合凸輪的元件支承在其中具有一個不連續點(例如附接裝置)的一個前導或跟隨面上時，該工作室內的壓力達到一個最大值。可能的情況是有待由一個所述工作室在一個工作室容積的周期中排出的流體的淨體積是響應於該高壓歧管內的壓力和/或每個所述滾輪(或其他接合凸輪的元件)相對於每個所述不連續點(例如附接裝置)的位置來進行選擇或可選擇的。在一些實施方案中，該控制器是可運行的以便對該一個或多個電子控制閥門(通過打開、關閉或防止打開或關閉)進行控制，以此選擇一個有待排出的工作流體的體積，或者當相關聯的滾輪或其他接合凸輪的元件支承在一個不連續點上時防止通過一個所述工作室在一個工作室容積的周期中的工作流體的排移，由此來限制所述工作室內的工作流體壓力。可能的情況是有待由一個所述工作室在一個工作室容積的周期中排移的流體的淨體積是響應於該高壓歧管內的壓力和/或這個或每個接合凸輪的元件相對於每個所述不連續點的位置進行選擇或可選擇的，由此來限制所述工作室內工作流體的壓力。在一些實施方案中，該控制器是可運行的以便對該一個或多個電子控制閥門(通過打開、關閉或防止打開或關閉)進行控制，以此選擇一個有待排移的工作流體體積，或者防止在一個工作室容積的周期中當相關聯的接合凸輪的元件支承在一個不連續點上時通過一個所述工作室的工作流體的排移，由此來限制所述工作室內的工作流體壓力。因此，每個所述工作室可以是由該控制器在一個逐周期的基礎上可選擇的或進行選擇的，以便執行一個有效周期或一個空轉周期，或一個部分的有效周期，或一個泵送周期或一個馬達運行周期，從而當該接合凸輪的元件支承在該工作表面中的一個不連續點上時限制所述工作室內的工作流體的壓力。該方法可以包括從一個計算機可讀數據存儲媒質(例如一個存儲器)中讀取不連續點的位置數據，該存儲媒質存儲了關於與該環形凸輪的相對取向相關的每個所述不連續點的位置的數據。該方法可以包括(例如從一個傳感器上)讀取環形凸輪的取向數據並且確定是否在一個響應於該數據的具體的工作室周期中與一個工作室相關聯的凸輪元件是否會經過或不經過該環形凸輪表面的一個波形的前導或跟隨面上的一個不連續點。根據本發明的一個第五方面，在此提供了一種流體工作機器，該流體工作機器包括一個環形凸輪、一個低壓歧管、一個高壓歧管、限定了一個具有周期性改變容積的工作室的至少一個活塞、以及與這個或每個工作室相關聯的至少一個電子控制的閥門，該閥門用於同多個工作室容積周期成定相的關係地將該工作室交替地連接到一個所述低壓歧管與一個所述高壓歧管上；該環形凸輪具有一個工作表面用於通過一個接合凸輪的元件(例如該活塞的一個零件，例如活塞滑履或一個滾輪)與這個或每個活塞的運行性接合從而將這個或每個活塞的往復運動與該環形凸輪相對於這個或每個活塞的旋轉相耦聯並且來由此限定工作室容積的這些周期；該工作表面的一個或多個區域具有一個不連續點；其特徵在於該機器是可運行的以便當對應的接合凸輪的元件支承在該工作表面中的一個所述不連續點上時限制一個所述工作室內工作流體的壓力。根據本發明的一個第六方面，在此提供了一種用於具有至少一個活塞的流體工作機器的環形凸輪，該環形凸輪包括至少兩個區段；每個所述區段在一個前導區域處具有一個前導協作構形並且在一個跟隨區域處具有一個跟隨協作構形；每個前導協作構形與一個所述跟隨協作構形在一個互鎖區域處於協作接合中；每個所述區段具有一個面對活塞的表面，這些面對活塞的表面一起限定了一個(典型地，多凸起部的)凸輪工作表面用於通過一個接合凸輪的元件(該活塞的一個零件，例如一個活塞滑履，或更典型地一個滾輪)與該至少一個活塞的運行性接合從而將該至少一個活塞的往復運動與該環形凸輪相對於該至少一個活塞的旋轉相耦聯；每個所述前導和跟隨協作構形具有這個面對活塞的表面的一部分；其特徵在於，每個前導協作構形具有一個面對活塞的表面，這個面對活塞的表面在該前導協作構形的一個跟隨區域處形成該工作表面的一部分，並且在該前導協作構形的前導區域處從該工作表面上凹陷(橫貫該互鎖區域)、並且每個跟隨協作構形具有一個面對活塞的表面，這個面對活塞的表面在該跟隨協作構形的一個前導區域處形成該工作表面的一部分、並且在該跟隨協作構形的跟隨區域處從該工作表面上凹陷(橫貫該互鎖區域)。本發明在一個第七方面還擴展到了一個活塞式流體工作機器，該流體工作機器包括根據本發明的第六方面的一個環形凸輪，以及運行地與該環形凸輪工作表面接合的至少一個活塞(典型地多個活塞)，這樣使得該至少一個活塞的往復運動與該環形凸輪相對於該至少一個活塞的旋轉相接連。本發明在一個第八方面還擴展到了一種運行流體工作機器的方法，該流體工作機器具有根據該第六方面的一個環形凸輪，以及通過一個接合凸輪的元件連接到該環形凸輪上的至少一個活塞，該方法包括致使該環形凸輪和該至少一個活塞的相對旋轉，這樣使得該至少一個接合凸輪的元件從一個第一區段的前導協作構形上平滑地經過而到達一個第二區段的跟隨協作構形。典型地，這個或每個活塞通過一個接合凸輪的元件(典型地是一個滾輪)運行性地與該環形凸輪接合。在已知的分段式環形凸輪中，一個環形凸輪區段的工作表面是旨在與一個相鄰的環形凸輪區段的工作表面對齊並且接觸，這樣使得這些滾輪或其他接合凸輪的元件在這些環形凸輪區段之間平滑地移動。然而，在實踐中，在相鄰的工作表面之間經常存在顯著的不匹配。不匹配可以在安裝時就存在，或通過磨損而發展，或在使用中由於流體工作機器內的力(例如由將力施加在這些凸輪上的這些滾輪、或其他接合凸輪的元件所導致)而瞬時地產生。因此，將會存在多個不連續點，這些點不僅導致了噪聲，而且還導致了在滾輪或其他接合凸輪的元件上、或在該環形凸輪區段的工作表面的邊緣上的磨損。然而，在本發明的環形凸輪中，相鄰的區段具有互鎖協作構形，這些互鎖協作構形各自具有一個面對活塞的表面，這個面對活塞的表面在一端形成了工作表面的一個部分， 並且在另一端從工作表面上凹陷。在一個該互鎖區間內將存在一個位置，在這個位置上一個接合凸輪的元件將同時與兩個協作構形接觸。因此，一個滾輪(處於同該環形凸輪的滾動接合中)或其他接合凸輪的元件將平滑地從一個區段被過渡到下一個區段上，這是通過與該第一區段的前導協作構形的工作表面進行接觸，並且然後同時與該第一區段的前導協作構形的工作表面和該第二區段的跟隨協作構形的工作表面進行接觸，並且然後僅接觸該第二區段的工作表面來實現的。如果在相鄰的區段的對齊中存在任何小的不匹配的話，則這個過程將在更晚或更早一些時發生。此外，這個位置的精確位置可以取決於製造公差以及磨損。然而，應該不存在一種不連續點，就像被發現帶有略微不匹配的平行工作表面的情況。因此，儘管有製造公差以及使用中的磨損，仍然能夠實現使磨損最小化的平滑過渡。這些協作構形典型地是從該工作表面逐漸沿著其長度而凹陷。典型地，在該前導協作構形的前導區域處的這個面對活塞的表面和在該跟隨協作構形的跟隨區域處的這個面對活塞的表面是從該工作表面凹陷了至少0. 25mm,0. 5mm或 Imm0典型地，每個協作構形包括一個舌部。典型地是，每個前導協作構形包括一個前導舌部，該前導舌部具有一個面對活塞的表面，這個面對活塞的表面在該前導舌部的一個跟隨緣處形成了該工作表面的一個部分，並且這個面對活塞的表面在該前導舌部的前導區域處從該工作表面凹陷(橫貫該互鎖區域)。同樣典型地，每個跟隨協作構形包括一個跟隨舌部，該跟隨舌部具有一個面對活塞的表面，這個面對活塞的表面在該跟隨舌部的一個前導緣處形成了該工作表面的一個部分，並且這個面對活塞的表面在該跟隨舌部的跟隨區域處從該工作表面凹陷(橫貫該互鎖區域)。一個協作構形可以具有多個舌部。一個協作構形可以包括第一與第二舌部，從而限定了在其間的一個凹槽。通過互鎖區域的說法，我們是指以下的一個區域，其中這些協作構形(例如舌部) 是彼此相鄰的、與在使用中多個滾輪或其他接合凸輪的元件在其中沿著該工作表面移動的方向是正交的。因此，當這些接合凸輪的元件被從一個區段過渡到下一個相鄰的區段時，這些接合凸輪的元件將在一段時間上在該互鎖區域內在兩個協作構形上延伸。典型地，多個活塞被安排在環形凸輪(對於一個面向外的環形凸輪)外側、亦或該環(對於一個面向內的環形凸輪)的內側，或者，在一些實施方案中在這兩者上(對於具有面向內和面向外的工作表面兩者的環形凸輪)。因此，該流體工作機器典型地是一個徑向活塞流體工作機器。然而，可以總體上平行於該環形凸輪旋轉的軸線來安排多個活塞。該多個活塞典型地是圍繞該環形凸輪徑向地安排的，並且通常是相等地間隔開的。優選地，每個活塞是與一個工作室容積相關聯的，該工作室容積隨著該活塞的往復運動而周期性地改變。優選地，每個活塞是可滑動地安裝到一個缸內，這樣使得一個工作室被限定在該缸與活塞之間。典型地，該流體工作機器包括一個本體並且這個或每個缸可以形成在該本體之內。例如，該本體可以包括一個缸體或由其組成。在一些實施方案中，這個或每個缸，或這個或每個活塞，可以是鉸接的(典型地通過一個球形支承件)。這個或每個活塞可以被約束在該本體內。該工作室容積隨著該環形凸輪的旋轉而周期性地改變。該流體工作機器包括一個低壓歧管以及一個高壓歧管，以及多個閥門，這些閥門用於調節每個工作室與該低壓歧管以及高壓歧管之間的流體流動。典型地，與每個工作室相關聯的至少一個所述閥門是一個電子控制的閥門。該流體工作機器包括一個控制器，該控制器是可運行的以便在每個工作室容積周期上並且與多個工作室容積周期成定相關係地控制一個或多個所述電子控制的閥門，以便選擇在每個容積周期上由每個工作室排出的工作流體的淨體積。典型地，每個滾輪、或其他接合凸輪的元件被偏置在該環形凸輪工作表面上。例如，每個滾輪、或其他接合凸輪的元件可以由一個彈性構件(例如一個彈簧)來偏置在該工作表面上。典型地該彈性構件將每個活塞偏置在每個滾輪上、或者其他接合凸輪的元件上， 由此將所述滾輪(或其他接合凸輪的元件)偏置在該工作表面上。可替代地，或另外地，每個滾輪(或其他接合凸輪的元件)和/或每個活塞通過來自對應工作室內的流體壓力在一個工作室容積周期的一部分或全部過程中被偏置在該工作表面上。典型地，來自對應的工作室內的流體還與每個滾輪、或其他接合凸輪的元件是處於直接連通的，由此將所述滾輪、 或其他接合凸輪的元件偏置在該工作表面上，並且進一步將該滾輪、或其他接合凸輪的元件與該活塞分離。例如，每個所述活塞可以限定一個通路，這個通路從該工作室延伸並且形成與該滾輪以及該活塞的相鄰表面的流體連通，所以高壓流體在該活塞與滾輪之間積聚， 並且作為一種自平衡的流體軸承起作用。在實踐中，施加在每個滾輪、或其他接合凸輪的元件上的力可以是實質性的。這個力在多個工作室容積周期的過程中(並且在一些實施方案中取決於被該控制器選擇的一個具體的工作室容積周期上有待由該工作室排出的流體體積)周期性地改變。為了減小磨損，可能的情況是該機器被配置為、或是可運行的，這樣使得當該對應的工作室與該低壓歧管處於直接的流體連通和/或與該高壓歧管分離時這些滾輪、或其他接合凸輪的元件支承在這些互鎖區域上。該流體工作機器可以被配置成(或是可運行的)使得當該對應的工作室正在收縮(例如在其中該流體工作機器是一個泵的實施方案中)時這些滾輪、或其他接合凸輪的元件不支承在這些互鎖區域上。該流體工作機器可以被配置成(或是可運行的)使得當該對應的工作室正在膨脹(例如在其中該流體工作機器是一個馬達的實施方案中)時這些滾輪、或其他接合凸輪的元件不支承在這些互鎖區域上。該流體工作機器可以被配置成使得當旋轉是在一個第一方向上時，這些滾輪、或其他接合凸輪的元件不會在對應的工作室正在收縮時支承在這個互鎖區域上，而當旋轉是在一個第二方向時時，這些滾輪、或其他接合凸輪的元件不會在對應的工作室正在膨脹時支承在這個互鎖區域上(例如，在其中該工作室是一個泵/馬達，在一個第一旋轉方向上作為一個泵並且在一個第二旋轉方向上作為一個馬達)。在一些實施方案中，一個工作室的滾輪、或其他接合凸輪的元件不會在每個工作室容積周期中都支承在一個互鎖區域上(例如，該滾輪或其他接合凸輪的元件可以僅在每個第二周期或僅在每個第三周期、或僅在每多於兩個、或三個或更多個周期中支承在一個互鎖區域上)。
因此，在一些實施方案中，其中該流體工作機器在一個第一旋轉方向上既作為一個泵也作為一個馬達是可運行的，該流體工作機器可以被配置為(或是可運行的)使得在該第一旋轉方向中每個接合凸輪的元件不會在對應的工作室正在收縮時支承在一個互鎖區域上，每個所述工作室是可運行的以便在每個工作室周期過程中執行一個泵送周期，並且每個所述工作室是可運行的以便在多個工作室容積周期的過程中執行一個馬達運行周期，在這些工作室容積周期中接合凸輪的元件不會支承在一個互鎖區域上(按照情況可能是工作室容積的每個第二周期、或每個第三周期、或僅在每個大於兩個、或三個或更多個的周期上)。在一些實施方案中，該流體工作機器在一個第一旋轉方向上可以既作為一個泵也作為一個馬達來運行並且每個接合凸輪的元件只僅在工作室進行膨脹時不會支承在一個互鎖區域上，每個所述工作室是可運行的以便在每個工作室容積的周期中執行一個馬達運行周期，並且每個所述工作室是可運行的以便在多個工作室容積的周期中執行一個泵送周期，在這些工作室容積周期中該接合凸輪的元件不會支承在一個互鎖區域上。該流體工作機器可以是在一個第一旋轉方向上作為一個馬達並且在一個第二旋轉方向上作為一個泵可運行的，在該第一旋轉方向上每個接合凸輪的元件在對應的工作室進行膨脹時不會支承在一個互鎖區域上，並且在該第二旋轉方向上每個接合凸輪的元件在對應的工作室正在收縮時不會支承在一個互鎖區域上。因此，當一個滾輪或其他接合凸輪的元件支承在一個互鎖區域上時工作室內的流體壓力與當接合凸輪的元件支承在該工作表面的另一個區域上時(即，該工作表面的另一個區域不包括一個互鎖區域或其他不連續點)工作室內的流體壓力相比是受限制的。該流體工作機器可以被配置成(或是可運行的)使得僅當該對應的工作室進行膨脹(例如在其中該流體工作機器是一個泵的實施方案中)時這些滾輪、或其他接合凸輪的元件支承在這些互鎖區域上。該流體工作機器可以被配置成使得僅當該對應的工作室進行膨脹(例如在其中該流體工作機器是一個馬達的實施方案中)時這些滾輪、或其他接合凸輪的元件支承在這些互鎖區域上。因此，在一些實施方案中，其中該流體工作機器在一個第一旋轉方向上既作為一個泵也作為一個馬達是可運行的，該流體工作機器可以被配置成(或是可運行的)使得在該第一旋轉方向中每個接合凸輪的元件只是在對應的工作室正在膨脹時支承在一個互鎖區域上，每個所述工作室是可運行的以便在每個工作室周期過程中執行一個泵送周期，並且每個所述工作室是可運行的以便在多個工作室容積周期的過程中執行一個馬達運行周期，在這些工作室容積周期中接合凸輪的元件不會支承在一個互鎖區域上(按照情況可能是工作室容積的每個第二周期、或每個第三周期、或僅在每個大於兩個、或三個或更多個的周期上)。在一些實施方案中，該流體工作機器在一個第一旋轉方向上既作為一個泵也作為一個馬達是可運行的，並且每個接合凸輪的元件僅在該對應的工作室正在收縮時支承在一個互鎖區域上，每個所述工作室是可運行的以便在每個工作室容積周期的過程中執行一個馬達運行周期，並且每個所述工作室是可運行的以便在多個工作室容積的周期中執行一個泵送周期，在這些工作室容積周期中該接合凸輪的元件不會支承在一個互鎖區域上。該流體工作機器可以是在一個第一旋轉方向上作為一個馬達並且在一個第二旋轉方向上作為一個泵可運行的，在該第一旋轉方向上每個接合凸輪的元件只在對應的工作室進行收縮時支承在一個互鎖區域上，而在該第二旋轉方向上每個接合凸輪的元件只在對應的工作室進行膨脹時支承在一個互鎖區域上。因此，當一個滾輪或其他接合凸輪的元件支承在一個互鎖區域上時工作室內的流體壓力與當接合凸輪的元件支承在該工作表面的另一個區域上時(即，該工作表面的另一個區域不包括一個互鎖區域或其他不連續點)工作室內的流體壓力相比是受限制的。流體工作機器能夠是可運行的以便作為一個泵或一個馬達(在一個或兩個旋轉方向上)起作用。流體工作機器(例如風力渦輪機)可以在實質性的大多數時間上作為一個泵起作用，但是也可以作為馬達是可運行以便使得渦輪葉片(或其他旋轉裝置)能夠在維護過程中被驅動到一個所希望的取向上。在一些應用中可能有利的是使一個流體工作機器既作為一個泵也作為一個馬達在一個給定的旋轉方向上是可運行的。例如，在大多數時間作為一個泵起作用(並且這個或每個接合凸輪的元件在該工作室進行收縮時不支承在一個互鎖區域上)的流體工作機器(例如風力渦輪機)因此可以僅在一些工作室容積周期 (即，當這個或每個接合凸輪的元件不支承在一個互鎖區域上時)上作為一個馬達而有利地是可運行的以便將該機器定位。例如，在大多數時間作為一個泵起作用(並且這個或每個接合凸輪的元件在該工作室進行收縮時不支承在一個互鎖區域上)的流體工作機器(例如風力渦輪機)因此可以在少數時間(即，當這個或每個接合凸輪的元件在該工作室進行膨脹時支承在一個互鎖區域上)中作為一個馬達而有利地是可運行的以便將該機器定位。在一些實施方案(例如，其中所述工作室在一個逐周期的基礎上是可選擇的以便執行一個有效周期或一個空轉周期和/或可選擇的以執行一個泵送周期或馬達運行周期， 或者其中該流體工作機器被配置為在對應的第一以及第二旋轉方向上執行一系列的有效周期以及空轉周期，或者泵送周期以及馬達運行周期)中，該流體工作機器是可運行的(或被配置為)以便在這些滾輪、或其他接合凸輪的元件支承在一個互鎖區域上(與當該凸輪工作元件支承在該工作表面的另一個區域上時工作室內的流體壓力相比)時限制所述工作室內的工作流體壓力(與當該接合凸輪的元件支承在該工作表面的另一個區域上時該工作室內的流體壓力相比)。優選地，該流體壓力被限制為一個壓力，它是實質性地低於在一個典型的有效工作室容積的周期中的最大壓力。例如，該壓力可以被限制為小於50巴， 100巴或200巴。該壓力可以限制為小於50 %，或小於25 %的最大額定工作室運行壓力，或在一個典型的有效工作室容積的周期中的最大壓力。優選地，當這些滾輪、或其他接合凸輪的元件支承在一個互鎖區域上時，由控制器選擇通過所述工作室在一個工作室容積的周期中排出的工作流體的淨體積來限制該壓力。 可以在該對應的工作室容積周期之前選定在一個工作室的容積周期中由一個工作室排出的工作流體的淨體積。可能的情況是在一個工作室容積的周期(即，一個有效、空轉、馬達運行或泵送周期)中有待由一個所述工作室排出的流體的淨體積是響應於該高壓歧管內的壓力和/或每個所述滾輪相對於每個所述互鎖區域(或其他接合凸輪的元件)的位置而選擇的或是可選擇的，以此來限制所述工作室內工作流體的壓力。例如，一個風力渦輪機的流體工作機器的高壓歧管內的壓力可以是根據風速來改變。
在一些實施方案中，該控制器是可運行的以便對一個或多個電子控制的閥門(在一個所述工作室與該高壓和/或低壓歧管之間)進行控制(通過打開、關閉或防止打開或關閉)以便當該關聯的滾輪、或其他接合凸輪的元件支承在一個互鎖區域上時選擇在一個工作室容積的周期中由所述工作室排出的工作流體的體積、或防止工作流體的排出，以便由此當該滾輪、或其他接合凸輪的元件支承在一個互鎖區域上時限制所述工作室內的工作流體壓力。在一些實施方案中，每個所述工作室是可運行的以便執行一個部分有效的周期， 在這個部分有效的周期中存在一個流體體積的淨排量，該淨排量是小於該工作室可運行排出的最大的流體體積。因此，該控制器能夠是可運行的以便對一個或多個電子控制的閥門進行控制從而當所關聯的滾輪、或其他接合凸輪的元件支承在一個互鎖區域上時選擇所述工作室的一個部分有效的周期，由此在所述工作室周期的那個部分中當該滾輪、或其他接合凸輪的元件支承在一個互鎖區域上時限制所述工作室內的工作流體壓力。該工作表面可以包括另外的多個不連續點並且該流體工作機器能夠是可運行的以便當這些滾輪、或其他接合元件支承在一個不連續點上時限制所述工作室內的工作流體壓力。因此，該方法可以包括在一個逐周期的基礎上選擇這些所述工作室中的一個或多個的有效泵送運行周期與有效馬達運行周期或空轉周期中的一個或多個，從而當一個接合凸輪的元件支承在一個互鎖區域(或該工作表面中的其他不連續點)上時限制在一個或多個工作室內的壓力。該方法可以包括致使該控制器選擇所述工作室中的一個或多個的有效泵送運行周期與有效馬達運行周期或空轉周期。可能的情況是每個活塞的運動軸線是與該環形凸輪共面的，但不會從該環形凸輪的中心軸線直接地徑向延伸。取而代之，每個活塞的運動的軸線優選地是傾斜的，即，不會從該環形凸輪的中心軸線直接地延伸離開。這減小了作用在可滑動地安裝在缸內的活塞上的剪切力。典型地，該環形凸輪的工作表面是波狀的(限定至少一個波形並且典型地是多個波形)。這些波形可以是正弦曲線，儘管典型地存在與正弦曲線形式的一些偏離。一些或所有區段可以具有限定了波形的一部分的一個面對活塞的表面。在一些實施方案中，這個或每個所述區段中的一個或多個包括一個面對活塞的表面，這個面對活塞的表面限定了多於一個波形、或多個波形。因此，一個工作室的滾輪、或其他接合凸輪的元件在每個工作室容積周期不支承在一個互鎖區域上並且可以僅在每多於一個工作室容積周期(該周期可以是一個整數的或非整數數目的工作室容積周期)支承在一個互鎖區域上。一個工作室的滾輪、或其他接合凸輪的元件可以僅在每兩個(或大於兩個)工作室容積周期支承在一個互鎖區域上。因此一些或所有的區段都可以包括多於一個波狀表面的波峰。一些或所有的區段可以包括多於一個波狀表面的波谷。形成一個環形凸輪的這些區段可以都是彼此相同的，或者可以存在兩個或更多的形成環形凸輪的區段的形狀。這種環形凸輪可以安裝在一個可旋轉的軸上。該可旋轉的軸可以是空心的。可能的情況是該環形凸輪旋轉並且該至少一個活塞保持在位。可能的情況是該環形凸輪是靜止的並且該至少一個活塞相對於該環形凸輪而旋轉。可能的情況是，該環形凸輪以及該至少一個活塞兩者都可以旋轉，但是以不同的旋轉速度或方向，這樣使得在該環形凸輪與該至少一個活塞之間存在相對旋轉。優選地，一個區段的這個前導協作構形的最領先的尖端，或一個區段的這個跟隨協作構形的最靠後的區域是光滑的。通過避免銳利的邊緣可以減小磨損。優選地，一些或所有的區段包括一個抗滑移的構形來阻止該區段相對於一個凸輪區段支持件的滑動。例如，一個或多個區段可以包括一個花鍵或槽以便安裝到一個凸輪區段支持件的協作的槽或花鍵中，或包括一個槽以便接收一個鍵構件，該鍵構件也安裝到一個凸輪區段支持件上的槽中。優選地，該凸輪區段支持件包括這個可旋轉的軸。優選地，接合到一個互鎖區域內的相鄰區段的這些協作的構形的面對活塞的表面跨過一個小於180. 0° (但是典型地大於170. 0° )的角度。因此，本發明在一個第九方面擴展到了一種用於具有至少一個活塞的流體工作機器的環形凸輪，該環形凸輪包括至少兩個區段；每個所述區段在一個前導區域處具有一個前導協作構形並且在一個跟隨區域處具有一個跟隨協作構形；每個前導協作構形與一個所述跟隨協作構形在一個互鎖區域處於協作性接合；每個所述區段具有一個面對活塞的表面，這些面對活塞的表面一起限定了一個凸輪工作表面(典型地是多凸起部)用於同該至少一個活塞(典型地通過一個接合凸輪的元件，例如一個滾輪)的運行性接合從而將該至少一個活塞的往復運動與該環形凸輪的旋轉或該至少一個活塞相對於其他的旋轉相耦聯； 其特徵在於，接合到一個互鎖區域內的相鄰區段的這些協作構形的面對活塞的表面跨過了一個小於180. 0° (但是典型地大於170. 0° )的角度。因為接合到一個互鎖區域內的相鄰區段的這些協作構形的面對活塞的表面跨過了一個小於180.0°的角度，安裝到一個活塞上並且從一個區段到一個相鄰的區段滾動的一個滾輪將簡短地與這兩個相鄰的區段中的每一個的工作表面具有一個接觸點，由此逐漸地從一個區段到下一個區段傳遞力。即便在相鄰的區段面對活塞的表面之間存在一個輕微的不匹配，如果它相對於該環形凸輪的曲率以及所述角度而言較小的話，一個滾輪仍然可以經過所形成的不連續點。通過跨過一個角度的說法，我們是指與在一個互鎖區域的一個協作構形的面對活塞的表面共面的一個平面和與相鄰的協作構形的面對活塞的表面共面的一個平面相交的角度。本發明在一個第十方面還擴展到了一種流體工作機器，該流體工作機器包括根據本發明的第九方面的一個環形凸輪，以及至少一個活塞(典型地多個活塞)，該至少一個活塞連接到一個滾輪上，該至少一個滾輪與該環形凸輪工作表面處於滾動接合，這樣使得該至少一個活塞的往復運動與該環形凸輪相對於該至少一個活塞的旋轉相耦聯。本發明在一個第十一方面擴展到了用於具有至少一個活塞的流體工作機器的一種環形凸輪，該環形凸輪包括至少兩個區段；所述區段具有一個面對活塞的表面，這些面對活塞的表面一起限定了一個(典型地多凸起部)的凸輪工作表面用於通過一個接合凸輪的元件(例如該活塞的一個零件，例如一個活塞滑履、或更典型地一個滾輪)與該至少一個活塞的運行性接合，從而將該至少一個活塞的往復運動與該環形凸輪相對於該至少一個活塞的旋轉相耦聯，其特徵在於每個區段面對活塞的表面被保持處於壓縮中。因此，當來自這些活塞(通過接合凸輪的元件，例如滾輪或活塞滑履連接的)的力支承在每個區段面對活塞的表面上時，所產生的拉伸應力由該區段面對活塞的表面的壓縮來部分地或全部地抵消，從而減小或避免了否則的話可能減小該區段的工作壽命的拉伸應力。該區段典型地是由金屬(例如鋼)製成的，這種金屬在壓縮中比在拉伸中更強。優選地，這個面對活塞的表面被保持在切向(也被稱為環箍)壓縮中。通過切向壓縮的意思是每個區段的面對活塞的表面在與這個面對活塞的表面相切(並且圍繞)的方向上被壓縮的。優選地，這個面對活塞的表面的壓縮在與這個面對活塞的表面相切的方向上是大於 50MPa，IOOMPa 或 200MPa。在實踐中，與每個區段面對活塞的表面一樣，至少一個與每個區段的表面相鄰的區域將被保持在壓縮中。典型地，一個壓縮區域從這個面對活塞的表面延伸進入該區段中， 其中切向壓縮優選地是大於50MPa、IOOMPa或200MPa。例如，切向壓縮力可以存在於該區段中離這個面對活塞的表面大於1mm，2mm或5mm的一個深度。通過被保持在壓縮中的說法，我們是指在不存在其他力(例如來自活塞的力)的情況下存在著壓縮應力。因此，這些區段是彈性變形的。典型地，如果不保持在壓縮中則這個或每個區段應採取不同的形狀。因此，該區段典型地被保持為使得至少這個面對活塞的表面是通過一個或多個緊固件而保持在壓縮中的，並且典型地在切向壓縮中。該一個或多個緊固件可以是可釋放的，以使得這些區段能被拆除。例如，這些區段可以是單獨地可移除的以使它們能接受測試、維護或被更換。典型地，每個所述區段具有在沒有外力時這個區段將採取的一種固有曲率並且每個所述區段以一個不同的曲率來保持，由此將每個區段面對活塞的表面保持在壓縮中，並且典型地在切向壓縮中。通過固有曲率的說法，我們是指若沒有外力作用在該區段上時它將採取的曲率，例如來自多個活塞或由一個或多個緊固件保持在彈性變形下的該區段所產生的力。典型地，該環形凸輪包括一個凸輪區段支持件(如一個鼓輪)，並且每個區段是通過一個或多個緊固件被緊固到該環形凸輪區段件上。典型地，每個區段具有一個面對支持件的表面，這個面對支持件的表面與這個面對活塞的表面相反。可能的情況是每個區段包括一個或多個通孔，這些通孔在該面對支持件的表面與面對活塞的表面之間延伸以便接收一個或多個緊固件(例如螺栓)，從而將該區段保持在該凸輪區段支持件上，使這個面對活塞的表面處於壓縮下。因此，每個區段面對活塞的表面典型地被這些通孔而穿通。每個區段可以包括在該區段側上的多個缺口，這些缺口從這個面對活塞的表面延伸到一個或多個緊固件上。該環形凸輪可以具有一個面向外的工作表面用於同在該環形凸輪徑向外側的多個活塞的運行性接合，其中每個所述區段以小於其固有曲率的一個曲率被保持。因此，該凸輪區段支持件可以限定一個第一曲率半徑並且每個區段可以具有一個帶有第二曲率半徑的固有曲率，其中該第一曲率半徑是大於該第二曲率半徑的。該第一曲率半徑可以由在該凸輪區段支持件(該凸輪區段支持件無需在這些區段保持構形之間連續地延伸)上的多個區段保持構形(例如螺栓孔)的配置來限定。每個區段可以由延伸通過所述多個通孔到該凸輪區段支持件上的一個或多個螺栓來保持，使面對活塞的表面處於壓縮中。優選地，該第一曲率半徑比該第二曲率半徑大出至少0. 05%或0. 1%，並且該第一曲率半徑可以比該第二曲率半徑大出0. 與0.5%之間，或在一些實施方案中在0.2%與0.3%之間。該環形凸輪可以具有一個面向內的工作表面用於同該環形凸輪的徑向在內的多個活塞的運行性接合，其中每個所述區段以大於其固有曲率的一個曲率的來保持。因此，該凸輪區段支持件可以限定一個第一曲率半徑並且每個區段可以具有一個帶有第二曲率半徑的固有曲率，其中該第一曲率半徑是小於該第二曲率半徑。該第一曲率半徑可以由在該凸輪區段支持件上的多個區段保持構形(例如螺栓孔)的配置來限定，這些構形無需在這些區段保持構形之間連續地延伸。每個區段可以由延伸通過所述多個通孔(或多個缺口) 到該凸輪區段支持件上的一個或多個螺栓來保持，使面對活塞的表面處於壓縮中。優選地， 該第一曲率半徑比該第二曲率半徑小於至少0. 或0.5%，並且該第一曲率半徑可以比該第二曲率半徑小於與0. 5%之間，或在一些實施方案中在0. 2%與0. 3%之間。每個所述區段可以包括一個或多個在這個面對活塞的表面(比該支持接合表面更靠近，並且典型地甚至更靠近這個面對活塞的表面)之下的可壓縮的區域，這些可壓縮的區域包括一種具有大於該區段的包圍材料的壓縮率的介質。這些區域可以部分地或完全延伸跨過該區段(例如基本上平行於該環形凸輪的旋轉軸線)。這些可壓縮的區間可以是所述多個區段的材料中的多個孔或多個空隙，例如在該區段的多個相反側之間延伸的多個通孔。這些可壓縮的區間可以包括任何其他合適的可壓縮的介質。 每個所述區段可以包括多個可壓縮的區間。多個可壓縮的區間有利地協助了在這些所述面對活塞的表面內產生壓縮。這些可壓縮的區間可以使由這些緊固件所施加的一個給定量的力能夠產生更大的切向壓縮。本發明在一個第十二方面擴展到了一種流體工作機器，該流體工作機器包括根據本發明的第十一方面的一個環形凸輪，以及通過一個接合凸輪的元件(如該活塞的一個零件或例如一個滾輪)可運行地與該環形凸輪工作表面接合的至少一個活塞(典型地多個活塞)，這樣使得該至少一個活塞的往復運動與該環形凸輪相對於該至少一個活塞的旋轉相華禹聯。在一個第十三方面，本發明擴展到一種將環形凸輪區段安裝成根據本發明的十一方面的環形凸輪的方法，該方法包括如下步驟安裝一個環形凸輪區段，這樣使得在伴隨地使該環形凸輪區段進行彈性變形來壓縮該區段面對活塞的表面的同時該環形凸輪區段面對活塞的表面形成所述工作表面的一部分。該凸輪區段支持件可以在至少兩個所述緊固件之間、並且典型地在每個所述緊固件之間連續地延伸，並且優選地該安裝一個環形凸輪區段的步驟包括在該區段的這些前導與跟隨端處或附近使該區段面對支持件的表面與該凸輪區段支持件進行接合，這樣使得在該面對支持件的表面與該支持件之間存在一個間隙，這個間隙在這些前導與跟隨端之間延伸至少部分長度(典型地橫貫該區段的中心)並且使該區段彈性進行彈性變形以便減小 (並且優選地消除)該間隙。在將該區段連接到該凸輪區段支持件上的螺栓被拉伸時該區段可以被彈性變形。根據本發明的一個第十四方面，在此提供了一種環形凸輪區段，該環形凸輪區段具有一個工作表面部分用於通過一個接合凸輪的元件(例如，該活塞的一個零件，例如一個活塞滑履，或更典型地一個滾輪)與一個活塞的運行性接合，該工作表面部分描述了重複波形(它可以總體上是正弦曲線的)的一個比例X，該區段具有一個曲率，該區段在該工作表面部分之下彎曲了 360°的一個分數y，其中χ不是y的整數倍。
典型地，該環形凸輪區段要求被彎曲一個量值(該量值是至少0.01° )以便安裝到一個環形凸輪之中(也就是說，要求這些前導與跟隨端的相對取向被改變一個量值，該量值是至少0.01° )。可以要求該環形凸輪區段被彎曲一個量值，這個量值是至少0.1°。 在一個實施方案中，要求它被彎曲0.05°。典型地，該環形凸輪區段要求被彎曲0.05%與 0. 之間(也就是說該區段的曲率半徑要求被改變0. 05%與0. 之間)。因此，每個區段具有一個工作表面部分，該工作表面部分描述了一個比例的重複波形(該比例可以是大於或小於或等於單位值)。然而，在該工作表面部分之下的該區段的曲率不是要使得多個區段可以被安裝在一起來形成一個環形凸輪，該環形凸輪具有一個連續的工作表面，這個連續的工作表面包括整數數目的波形，而這些區段沒有被彎曲並且由此而彈性地變形。這些區段可以被配置為形成具有包括整數個波形的連續工作表面的一個環形凸輪，這些區段必須在適合的方向上彎曲，這樣使得這些區段的工作表面部分被保持在壓縮中。本發明還擴展到一套零件，這些零件在組裝後形成根據本發明的第二方面的、或根據本發明的第六方面、或根據本發明的第八方面或根據本發明的第十一方面的一個環形凸輪，或形成根據本發明的第一方面的，或根據本發明的第五方面的，或根據本發明的第七方面的，或根據本發明的第九方面的，或根據本發明的第十二方面的一個流體工作機器。關於本發明的第一至第十四方面所說明的多個優選的和任選的特徵是本發明的第一至第十四方面中任一項的優選的並且任選的特徵。本發明還擴展到一套零件，這套零件包括一個凸輪區段支持件以及關於本發明的第十四方面或與第一至十二方面中任一項所披露的多個凸輪區段，其中多個凸輪區段的這些面對活塞的表面在彈性變形並且安裝到該凸輪區段支持件上時一起形成了一個具有整數個波形的環形凸輪工作表面。本發明還擴展到了一種存儲程序代碼的計算機可讀媒質，該程序代碼在一個流體工作機器控制器上執行時，致使該控制器執行根據本發明的第三或第四方面的方法。


現在將參考以下附圖展示本發明的一個舉例實施方案，在附圖中圖1(a)是一個風力渦輪機泵的環形凸輪的工作表面的一部分的一個平面視圖， 它是由兩個協作地接合的凸輪區段的面對活塞的表面限定的；圖1(b)是沿著一個風力渦輪機泵的環形凸輪的線A的軸向截面，示出了緊固到該渦輪驅動軸上的兩個凸輪區段，示意地描繪了相對於由這些凸輪區段限定的這個工作表面的多個軸向活塞滾輪的位置以及一個工作室；圖2示出了一個凸輪支持結構的一個部分以及在緊固到該支持件結構之前處於一種非應力狀態(a)的並且緊固到該支持結構上處於一個預應力狀態(b)的一個凸輪區段的示意性軸向截面；並且圖3是通過一個環形凸輪的一個部分的截面，該部分包括多個區段，這些區段在交替的跟隨面上具有多個開口。
具體實施方式
參見圖1 (b)，一個環形凸輪1的一部分是由通過螺栓3緊固的凸輪區段5和7形成的，這些螺栓從凸輪區段的表面上的開口 4延伸並且將凸輪區段緊固到一個凸輪支持結構2上。多個另外的凸輪區段(未示出)是在該凸輪支持結構尚可緊固的以便組成完整的環形凸輪。該凸輪支持結構被連接到驅動軸10(它在正常的使用中在方向B上旋轉)上， 通過該驅動軸從一個能量源(例如，風力或潮汐發電機組的葉片)接收扭矩。每個凸輪區段都具有一個面對活塞的表面15、16，該表面限定了該環形凸輪的工作表面的一部分。因此，該環形凸輪具有由圍繞該驅動軸的圓周緊固的多個凸輪區段限定的一個工作表面。該工作表面是波狀的並且包括具有前導表面70以及跟隨表面72的多個波形(相對於旋轉方向定義的)。這些波形總體上可以是正弦曲線的，儘管這並不是必不可少的。這個面對活塞的表面優選地在製造過程中已經施加了熱和/或化學處理以便實現所希望的表面特性。區段30和軸32內的多個凹口與多個鍵34相匹配，這防止了這些區段圍繞軸旋轉，從而作為一個防止滑動的特徵起作用。多個橫螺栓孔36是用於將多個側板(120，在圖3 中示出)保持到這些區段上，這防止了滾輪9從該滾動表面上滑脫。可替代地，一個凸起或凹入的拱形件可以被實施到這些滾輪和/或這些面對活塞的表面上以便實現相同的效果。每個區段5、7都在其一端具有一個跟隨舌狀構形40 (是跟隨協作構形的一個實例)並且，在另一端具有一個在兩個前導舌狀構形46(—起形成了一個前導協作構形的實例)之間形成的槽構形M。前導區段5具有一個跟隨緣42，該跟隨緣與該跟隨區段7的槽構形M的前導緣 44互鎖。這些舌與槽的構形在組合中起到互鎖區域的作用。這些舌48、50與槽52、54的構形的這些面如所示的可以是垂直於該軸的，或者可以是與該軸成另一個角度的。這些舌與槽的構形可以合作以便將這些區段相對於彼此由安排一起的端面50、54以及側面48、52(這些面不需要是平行的)來固定，從而使得在多個舌與槽的構形之間配合的緊或松符合希望。舌部40具有切去的多個前導緣從而留下一個縫隙49來改進這些區段之間的配合併且避免翹曲。多種其他適合的構形對於那些本領域的普通技術人員將是不言自明的。每個區段面對活塞的表面從這些前導舌構形的外表面連續地延伸到跟隨舌構形的外表面。跟隨區段7的這些前導舌構形的這個面對活塞的表面在這些前導舌構形的一個跟隨區域處形成了工作表面的一部分，但是沿著這些前導舌構形的長度是逐漸凹陷的，這樣使得面對活塞的表面16在該跟隨區段的前導端處是從該工作表面凹陷的。該前導區段5 的這個跟隨舌構形面對活塞的表面在一個前導區域處形成了工作表面的一部分，但是沿著該跟隨舌構形的長度是逐漸凹陷的，這樣使得面對活塞的表面15在該前導區段的跟隨緣 50處是從該工作表面凹陷的。因此，由每個區段的這個面對活塞的表面主要形成了該環形凸輪工作表面的多個部分，然而，在每個區段的每一端還存在一個面對活塞的表面的部分， 這個面對活塞的表面的部分不形成該環形凸輪的工作表面的一部分(並且它是從該環形凸輪的工作表面凹陷的)。因為這些舌部面對活塞的表面朝向該跟隨區段的前導協作構形的前導端以及該前導區段的跟隨協作構形的跟隨端是凹陷的，所以前導區段以及這些跟隨區段的這些面對活塞的表面在互鎖區域處包含了一個接近但是小於180.0°，例如178.0°的角度。
為了形成一個流體工作機器，多個活塞11通過多個滾輪9被連接到該環形凸輪上，這些滾輪支承在該工作表面上並且在使用中沿著該工作表面滾動從而使這些活塞在多個缸13內往復運動。這些活塞與缸一起限定了多個周期性改變容積的工作室20並且該工作室的這些容積周期是由這些滾輪經過的該環形凸輪的工作表面的波狀形狀限定的。這些活塞由多個彈簧(未示出)和/或由該工作室內的工作流體的壓力偏置在該環形凸輪的工作表面上。這些缸與活塞是輕微地傾斜的所以每個活塞與缸的中心軸線不會從該環形凸輪的中心直接地徑向地向外延伸。在使用中這減小了當工作表面重負荷時這些活塞作用在這些缸上的橫向力。在使用中，取決於應用(例如，該流體工作機器是否是作為一個泵或馬達起作用)，前導表面70亦或跟隨表面72可能會經受使用中的最大負荷。這些工作室各自的軸線(如由活塞的路徑所限定的)典型地是從該環形凸輪的半徑上偏離的並且朝向一個軸線傾斜，該軸線與在正常使用中該前導或跟隨表面中處於最大負荷下的那一個面相垂直。例如，如果僅前導表面是重負荷的(例如，該機器在方向B上旋轉並且主要用作(或僅用作) 泵)，工作室的這個軸線就可以是略微(典型地在1° "10°區間內)順時針地(相對於圖 1(b)中的取向)朝向與這些前導表面72垂直的一個軸線傾斜。提供了一個控制器17來通過一個軸傳感器18讀取軸的角位置以及速度並且根據一個控制算法來控制每個缸的這些低壓閥門19以及(任選地)多個高壓閥門21。這些低壓閥門交替地將該工作室置於同一個低壓歧管23的流體連通中，並且將該工作室與其隔離。這些高壓閥門交替地將該工作室置於與一個高壓歧管25的流體連通中，以及將該工作室與其隔離。這些歧管被連接到工作流體的來源或匯收點上(未示出)。這些閥門理想地是面座提升閥式的閥門，其中該低壓閥門被取向為允許流體進入該工作室並且任選地從該工作室流出(當可控地保持打開時)並且該高壓閥門被取向為允許流體流出該工作室並且任選地進入該工作室(當可控地保持打開時)。在使用中，該環形凸輪在方向B上相對於這些工作室旋轉，並且滾輪9在該前導區段5的跟隨舌狀構形42面對活塞的表面的這個最尾部分62之前滾動通過該跟隨區段7的前導舌構形44面對活塞的表面的這個最先部分60。因為跟隨區段面對活塞的表面的最先部分60是在前導區段面對活塞的表面15 (它形成了該工作表面的一部分)之下，所以該滾輪可以平滑地從一個區段過渡到下一個區段上。即使前導區段與跟隨區段之間存在略微的不匹配(如可以從製造公差內尺寸的偏差產生的)，這將僅會導致該滾輪從一個區段傳遞到下一個區段的位置的輕微的差異但將不會導致震動，因為這些滾輪在一個工作室內將不會遇到一個不連續點。該互鎖區域被定位成使得該工作室20在其滾輪經過一個區段到下一個區段時正在進行膨脹，即它被定位在該工作表面的跟隨表面72處，並且因此由這些活塞通過這些滾輪(隨著它們經過一個互鎖區域)施加在該環形凸輪上的力不是處於一個最大值。通過控制這些低壓(以及任選的高壓)閥門的打開和關閉，由每個室所排出的工作流體的淨體積可以對於每個工作室容積周期來選擇以便使得總流體排量與一個需求信號相匹配，例如一個流體體積需求信號或一個輸出壓力信號。在EP 0 361 927、EP 0 494 236和EP 1 537 333中披露了一些適合的控制算法，這些專利的內容通過引用被結合在此。
因此，本發明提供了一種機構來使滾輪、或其他接合凸輪的元件能夠從一個區段平滑地移動到下一個區段上，從而將磨損最小化。然而，因為提供了多個區段，如果需要的話它們可以被單獨的檢查、維護並且更換。此外，這些螺栓3 (作為附接裝置起作用)是定位在從開口 4延伸的多個孔內的， 這些開口也是定位在該工作表面的跟隨表面72內的，並且因此由這些活塞通過這些滾輪 (隨著它們經過這些孔)施加在環形凸輪上的力同樣不是處於最大值。工作室容積周期的相位是由環形凸輪的工作表面中的這些波形來限定的。在這個實例中，該環形凸輪是該流體工作泵的一部分並且因此這些活塞作用在該環形凸輪上的力在每個工作室的壓縮衝程中是最大的，這與這些滾輪沿著該前導表面70經過是重合的。如果該流體工作機器是一個流體工作馬達(或在實質性比例的時間上作為一個馬達運行，或者如果最大扭矩要求(並且因此傳輸到該工作表面上的最大力)是當作為一個馬達運行時)，則這些螺栓將取代為有利地被定位在從這些前導表面70的工作表面中的多個開口延伸的多個孔中。這使得這些附接裝置能夠被提供在這些工作表面中(由此使得該環形凸輪以及流體工作機器能夠比已知的裝備更緊湊而且更輕)，同時將這些滾輪、或其他接合凸輪的元件上的磨損最小化，否則的話可能由該工作表面中的這些開口產生的這些不連續點導致這些磨損。可能的情況是這些區段通過將一個連續的環斷成多個較小的零件來製造，例如通過在該連續的環中製造多個凹口或缺陷點並且然後使所述環膨脹或以其他方式對其進行過度應力而將其斷裂。圖2 (a)以誇張的形式示出了一個區段100如何可以被形成為帶有一個緊固表面 (一個支持面對的表面)102，這個緊固表面比軸105(該區段要被緊固到這個軸上)的外表面104 (作為一個凸輪區段支持件來起作用)具有更小的曲率半徑，從而致使在該區段與該軸之間該區段被抵靠該軸放置的地方存在一個間隙106。圖2(b)展示了進入該軸的一個固定力110，該力典型地是由附接裝置(例如在圖 1(a)與(b)中示出的區段5、7的多個螺栓3)施加的。固定力110使區段100變形來封閉這個間隙106，從而使該區段與外表面104形成協作接合(如圖2(b)所示)。作為由固定力110使該區段變形的結果，一個切向壓縮應力112被引入該區段中並且具體是在面對活塞的表面108中。該切向壓縮應力總體上平行於面對活塞的表面來施加，在使用中滾輪在這個面對活塞的表面上經過。這種切向壓縮應力在承受來自經過的滾輪非常高的力的情況下增加了滾動表面的壽命。否則的話，高負荷的經過滾輪將致使朝向該軸的滾動表面的局部化壓縮， 這在其他情況下將在這個面對活塞的表面上導致切向拉伸應力。因此，該壓縮應力112抵消了一些拉伸應力。實際上，在一些替代實施方案中，這種壓縮應力可以超過所預期的拉伸應力所以在正常的使用這個面對活塞的表面中不會經受切向拉伸應力。因此，該區段面對活塞的表面的曲率以及相對表面的曲率是不同的並且所以該區段必須被彎曲(並且由此被彈性地變形)以便被安裝到一個成弧度的凸輪區段支持件上。 在這種情況下，該區段面對該凸輪區段支持件的側面的曲率是大於該凸輪區段支持件的曲率的。在多個替代實施方案中，這些區段可以是旨在被保持在一個面向內的凸輪區段支持件上，以便提供一個面向內的工作表面(例如，在這些活塞被定位在該環形凸輪之內的一個徑向活塞機器中)。在這種情況下，為了可以將這些凸輪區段面對活塞的表面置於切向壓縮應力之下，這些區段面對支持件的表面可以提供一個比該緊固表面更大的曲率半徑。與已知的由延伸到工作表面的任一側的多個凸緣(或其他附接裝置)緊固到一個支持結構上的多個區段組成的環形凸輪相比，延伸通過該工作表面(或面對活塞的表面) 的附接裝置(例如螺栓)使得這些區段的面對活塞的表面能夠被置於更大程度的壓縮之中。總體上講，該區段100已經被配置成使得它若不被彈性變形以便在這個面對活塞的表面中、以及在組裝的環形凸輪的這個工作表面中產生壓縮變形就無法被安裝到一個環形凸輪中。該區段的工作表面(面對活塞的表面減去典型地在使用中在一個相鄰的區段面對活塞的表面之下凹陷進去的任何部分)限定了一個環形凸輪工作表面的波形的一個比例X。在圖2中示出的實例中，這個比例是2. 00。然而，在該工作表面之下的區段(即，忽略了使用中不與這些滾輪或其他接合凸輪的元件接合的零件)的曲率是360°的一個分數 y，該分數不是χ的整數倍數。例如，在該工作表面之下的區段的曲率可以是44°並且所以 y = 0.122222。在這個實例中比率x/y = 16. 3636 (36)，它並不是一個整數。因此，由該區段提供的這個工作表面與該區段本身的曲率是不匹配的，並且該區段不能被用來形成僅具有多個其他區段(具有相應形狀)的一個環形凸輪，這是因為一個凸輪應該具有整數個波形。區段100還裝配有(任選地)多個橫開口 114，這些橫開口總體上平行於該組裝的環形凸輪以及面對活塞的表面的旋轉軸線而延伸通過該區段。這這些橫開口提供了具有比該區段的周圍材料更大的壓縮率的多個區並且有助於該區段的變形，從而使得用一個較小的固定力能夠產生一個給定的切向壓縮力。一個或多個橫開口可以被定位並且確定尺寸以實現通過該區段的切向壓縮力的一種希望的分布。例如，這些橫開口的位置和尺寸可以被選擇為將壓縮力集中到該前導表面上，或這些前導表面的最陡斜的部分上。在一些實施方案中，這些環形凸輪區段被形成為具有這些橫開口 114，它們定位在構成這個環形凸輪的這些波狀的前導面或跟隨面中的這些活塞將在運行過程中施加最大力的那一個面的區域內。這個力在多個有效周期中隨著流體以與多個工作室容積周期成定相關係地流入和流出多個工作室而周期性地變化。在工作室容積的周期中的這種壓力變化取決於該機器的功能。如果該機器是一個泵，則這些開口被定位在這些前導面中，所以這些滾輪在收縮衝程中經過這些開口，這時對應的工作室可以與高壓歧管處於流體連通，並且其結果是該工作室內的壓力高於在該低壓歧管的壓力。如果該機器是一個馬達，則這些開口被定位在這些跟隨面中，所以這些滾輪在膨脹衝程中經過這些開口，這時對應的工作室從該高壓歧管接收工作流體。在這兩種情況下，在一個有效周期過程中，不論何時該工作室經過一個橫開口該工作室都對該高壓歧管是開放的。在實踐中，在多個固定點之間的這個凸輪區段支持件的這個曲率才是重要的，並且該凸輪區段支持件可以不具有一個連續的曲率，或者甚至不具有這些圖中所示的一個連續的表面。儘管這些凸輪區段被展示為以在一個第一端具有一個舌部並且在另一端具有限定了一個槽的兩個舌部的形式的協作的多個構形，但是一個大系列的其他安排中的任一種都是有可能的。例如這些舌部可以是直的、彎曲的，或總體上三角形的。這些凸輪區段可以在任一端具有一個單一的舌部，這些舌部在該組裝的裝置中是彼此相鄰的，由此在使用中形成了互鎖區域。在一些實施方案中，這些環形凸輪區段被形成為具有這些開口 4，它們僅定位在構成這個環形凸輪的這些波狀的這個前導面或這些跟隨面中這些活塞將在運行過程中施加最少力的那一個面中。這個力在多個有效周期的過程中隨著流體以與多個工作室容積周期成定相關係地流入和流出多個工作室而周期性地變化。在工作室容積的周期中的這種壓力變化取決於該機器的功能。如果該機器是一個泵，則這些開口被定位在這些跟隨面中，所以這些滾輪在膨脹衝程中經過這些開口，這時對應的工作室可以與低壓歧管處於流體連通， 並且其結果是該工作室內的壓力處於或低於該低壓歧管的壓力。如果該機器是一個馬達， 則這些開口被定位在這些前導面中，所以這些滾輪在收縮衝程中經過這些開口，這時對應的工作室正在將工作流體位移到低壓歧管。在兩種情況下，不論何時該工作室經過一個開口該工作室都是與該高壓歧管密封分離的。這些開口是這些工作表面中的多個不連續點的實例，並且例如相鄰的多個區段之間的多個互鎖區域的其他不連續點也可以用相同的方式來分布。參見圖3，在一些實施方案中，僅在這些跟隨面中的一些當中提供了多個開口 4。 圖3的凸輪區段在典型地為一個泵可運行而且在一些條件(例如提供一種定位功能)下作為一個馬達也可運行的流體工作機器中是尤其有用的。因此，在泵送過程中，這些滾輪僅在對應的活塞缸正在膨脹時經過開口並且該工作室內的壓力是相對較低的。然而，在馬達運行過程中，儘管在有效馬達運行周期的過程中當這些滾輪支承在這些跟隨面上時該工作室內的壓力會是相對較高的，但這些有效馬達運行周期是選定的以便與這些滾輪經過這些沒有開口的波狀的這些跟隨面或者這些跟隨面的那些部分相重合。取而代之，在這些工作室支承在具有開口的多個跟隨面上的周期中，這些工作室總是執行沒有工作流體淨排量的空轉衝程。這限制了在馬達運行過程中工作流體的最大通過量但是存在許多在馬達運行過程中最大排量小於在泵送過程中的最大排量的應用，例如，一個由風力渦輪機的葉片驅動的機器會典型地作為一個泵來運行，但是偶爾可以作為一個馬達來驅動以便控制葉片的位置，例如用於維護。為了將有效周期定時從而與滾輪經過多個跟隨面相重合，該控制器參照了一個資料庫，這個資料庫具有哪些跟隨面包括多個開口(以及這些開口被定位在哪裡)、 以及從軸傳感器18接收的環形凸輪的角位置的連續測量值，並且該控制器在每一個後續的工作室容積周期中有待由每個工作室來位移的工作流體的體積的每個選擇上將其考慮在內。在一些實施方案中，該控制器可以致使一個工作室執行一種部分的馬達運行周期，在這個部分的馬達運行周期中該控制器在滾輪支承在一個開口(或者一個互鎖區域， 或在該工作表面中的任何其他不連續點)上之前關閉該高壓閥門，這樣使得該工作室內的壓力在該滾輪支承在一個開口(或一個互鎖區域)上時被限制為低於一個閥值。在一些實施方案中，只要如果該高壓歧管內的壓力是低於一個閥值的，該控制器可以允許一個工作室在對應的滾輪經過一個包括開口的跟隨表面的同時執行一個馬達運行周期，在這種情況下通過該滾輪支承在該環形凸輪上的力是無論如何不會過高的。可任選地，該流體工作機器同樣是可運行的以便在一個第二(相反的)旋轉方向上作為一個泵起作用。在這種情況下，這些前導面(當該流體工作機器在一個第一方向上進行旋轉時)成為跟隨面(當該流體工作機器在一個第二方向上進行旋轉時)而這些跟隨面(當該流體工作機器在一個第一方向上進行旋轉時)成為前導面(當該流體工作機器在一個第二方向上進行旋轉時)。在一些實施方案中，當在該第二方向上進行旋轉時，只要該高壓歧管內的壓力是低於一個閥值的，該控制器就可以允許一個工作室在對應的滾輪經過一個包括開口的跟隨表面的同時執行一個泵送周期，在這種情況下通過該滾輪支承在該環形凸輪上的力是無論如何不會過高的。在一些實施方案中，當在該第二方向上進行旋轉時， 該控制器可以允許一個工作室執行一個部分的泵送周期，在這個部分的泵送周期中該控制器在該滾輪支承在一個開口(或者一個互鎖區域)上之後關閉該低壓閥門，這樣使得該工作室內的壓力當該滾輪支承在一個開口(或一個互鎖區域)上時被限制為低於一個閥值。對於一個主要作為馬達、並且在一些情況下作為一個泵運行的機器而言，這些開口可以被定位在這些前導面中的一些面而不是這些跟隨面中的一些面中。該環形凸輪進一步包括多個側板(在該環形凸輪的一側或更優選地在兩側上)， 這些側板圍繞該環形凸輪的圓周延伸(並且每個側板典型地還鄰接該環形凸輪的工作表面的一個邊緣)，這防止了這些滾輪從該環形凸輪的波狀表面上滑脫。在具有兩個或更多個環形凸輪的實施方案中，可以存在定位在兩個環形凸輪之間的一個側板，該側板起到防止這些滾輪從兩個環形凸輪上滑脫的作用。可替代地，這兩個或更多個凸輪環各自可以具有多個分離的側板。這些側板可以是整體的，或者可以如圖3所示是分段的。在圖3中示出的實施方案中，環形凸輪區段7被緊固到一個側板區段120上(並且典型地緊固到兩個側面區段上， 到該區段的波狀表面的任一側上)。在一些替代實施方案中，與所存在的環形凸輪區段相比可以存在更少、或更多的側板區段，這些側板區段圍繞這個或每個環形凸輪的圓周的每側布置。這些側板由延伸穿過多個螺栓孔的多個螺栓36保持到這些區段7上。這些螺栓可以各自延伸穿過多於一個環形凸輪(或環形凸輪區段)或多於一個側板(或側板區段)。該環形凸輪的這些側板區段可以是成角度地從這些凸輪區段上偏置的，這樣使得每個側板與該組裝的環形凸輪的兩個(或更多個)區段重疊。因此，並且在該組裝的環形凸輪中，多個側板區段之間的接合處不與多個區段之間的接合處對齊或重疊，並且緊固到一個環形凸輪區段上的一個側板區段的這個重疊部分122可以被用來軸向地(即相對於該軸)對齊這些凸輪區段(例如在組裝與維護的過程中；或者在使用中當力被施加到該波狀表面時，用來減少由相鄰的環形凸輪區段相對於彼此的運動所造成的磨損)。在一些實施方案中，這些側板可以被固定到軸上、或者相對於這些閥門和工作室而固定，這樣使得這些凸輪區段在這些側板之間移動。本發明的環形凸輪作為一個大型的流通工作機器(其中接近可能是困難的並且一個長的環形凸輪工作壽命是重要的)的部件是尤其有用的。例如，該環形凸輪可以是一個風力渦輪機塔(典型地在高度上超過50m)、或離岸風力渦輪機塔的吊艙內的泵的一部分，其中驅動軸被連接到一個風力渦輪機的這些葉片上，並且在這種情況下為了維護或維修而將該流體工作機器、或該風力渦輪機的這些葉片移除是不可實行的。在此披露的本發明的範圍之中可以做另外的變形和修改。
權利要求
1.一種流體工作機器，包括一個環形凸輪、一個低壓歧管、一個高壓歧管，限定了一個工作室的至少一個活塞、以及與這個或每個工作室相關聯的至少一個閥門，該閥門用於同多個工作室容積周期成定相關係地將該工作室交替地連接到該低壓或高壓歧管上，該環形凸輪具有一個波狀的凸輪工作表面用於通過一個接合凸輪的元件與該至少一個活塞的運行性接合從而將該至少一個活塞的往復運動與該環形凸輪相對於該至少一個活塞的旋轉相耦聯並且由此限定這些工作室容積的這些周期；該波狀凸輪表面的這些波形各自具有一個前導面以及一個跟隨面；其特徵在於，在該工作表面中的多個不連續點被定位在該前導面與該跟隨面中該至少一個活塞在與多個工作室容積周期成定相關係地流入和流出該工作室的流體流動所導致的正常運行的過程中做了最少的功的那個面上。
2.根據權利要求1所述的流體工作機器，其中在該工作表面中的這些不連續點被定位在該前導面與該跟隨面中該至少一個活塞在與多個工作室容積周期成定相關係地流入和流出該工作室的流體流動所導致的正常運行的過程中施加最小的力的那個面上。
3.根據權利要求1所述的流體工作機器，其中該環形凸輪包括圍繞該環形凸輪的圓周延伸的至少兩個區段；以及這些所述區段附接於其上的一個支持結構；每個所述區段包括一個面對活塞的表面，這些區段的面對活塞的表面限定了該工作表面。
4.根據權利要求3所述的流體工作機器，其中該工作表面中的這些所述不連續點是用於將所述多個區段緊固到該支持結構上的附接裝置。
5.根據權利要求1所述的流體工作機器，其中這些所述不連續點是在多個相鄰區段之間的不連續點。
6.根據權利要求1所述的流體工作機器，其中這些所述不連續點屬於一個第一類型並且該工作表面包括屬於一個第二類型的另外的多個不連續點，這些不連續點是以其他方式分布的。
7.根據權利要求1所述的流體工作機器，其中每個所述接合凸輪的元件是由來自該對應的工作室內的流體壓力偏置在該工作表面上。
8.根據權利要求1所述的流體工作機器，其中這些所述不連續點被定位在該前導面與該跟隨面中該至少一個活塞在與多個工作室容積周期成定相關係地在一個第一運行模式中流入和流出該工作室的流體流動所導致的運行的過程中做了最少的功的那個面的僅一些的工作表面之中。
9.根據權利要求1所述的流體工作機器，其中該流體工作機器具有一個第二運行模式，在該第二運行模式中工作室容積的多個有效周期致使這些活塞在該前導面與該跟隨面中這些活塞在該第一運行模式運行過程中做最少的功的所述那個面上做更大量的功，並且在該第二運行模式中當該接合凸輪的元件支承在沒有所述不連續點的所述該前導面與該跟隨面中這些活塞在該第一運行模式過程中做最少的功的所述那個面上時，所述有效泵送運行或有效馬達運行周期是選擇性地執行的。
10.根據權利要求1所述的流體工作機器，其中每個所述工作室包括一個或多個電子可控的閥門，並且該流體工作機器包括一個控制器，該控制器是可運行的以便控制這個或每個電子可控的閥門，每個所述工作室通過該控制器在一個逐周期的基礎上是可選擇的以便憑藉對這個或每個電子可控的閥門的控制來進行一個有效周期或一個空轉周期。
11.一種運行流體工作機器的方法，該流體工作機器包括一個環形凸輪、一個低壓歧管、一個高壓歧管、限定了一個具有周期性改變容積的工作室的至少一個活塞、以及與這個或每個工作室相關聯的至少一個電子控制的閥門，該閥門用於同多個工作室容積周期成定相關係地將該工作室交替地連接到一個所述低壓歧管與一個所述高壓歧管上；該環形凸輪具有一個工作表面用於通過一個接合凸輪的元件與這個或每個活塞的運行性接合從而將這個或每個活塞的往復運動與該環形凸輪相對於這個或每個活塞的旋轉相耦聯並且來由此限定工作室容積的這些周期；該工作表面的一個或多個區域具有一個不連續點；該方法的特徵在於當該對應的接合凸輪的元件支承在該工作表面中的一個所述不連續點上時對於在一個所述工作室中的該工作流體壓力進行限制。
12.根據權利要求11所述的方法，其中有待由一個所述工作室在一個工作室容積周期的過程中排移的流體淨體積是響應於在該高壓歧管中的壓力和/或這個或每個接合凸輪的元件相對於每個所述不連續點的位置進行選擇的或是可選擇的，以便由此在對應的接合元件支承在一個所述不連續點上時限制在所述工作室中的工作流體的壓力。
13.如權利要求11所述的方法，其中該方法包括從一個計算機可讀數據存儲媒質中讀取不連續點位置的數據，該存儲媒質存儲了關於每個所述不連續點與該環形凸輪的相對取向相關的位置的數據。
14.一個套零件，該套零件在組裝後形成了根據權利要求1所述的流體工作機器。
15.一種存儲了程序代碼的計算機可讀的媒質，當在一個流體工作機器控制器上執行時，該程序代碼致使該流體工作機器執行根據權利要求11所述的方法。
全文摘要
一種流體工作機器包括一個環形凸輪(1)、限定了一個工作室的至少一個活塞(11)、以及與這個或每個工作室相關聯的至少一個閥門(19，21)，該閥門用於同多個工作室容積周期成定相關係地將該工作室交替地連接到低壓與高壓歧管(23，25)上。這個環形凸輪具有一個波狀的凸輪工作表面用於同該至少一個活塞的運行性接合。該波狀凸輪表面的這些波形各自具有一個前導面(70)和一個跟隨面(72)以及多個不連續點(4)，如多個保持螺栓(3)的開口(4)，這些不連續點被定位在該前導面與該跟隨面中該至少一個活塞在與多個工作室容積周期成定相關係地流入和流出該工作室的流體流動所導致的正常運行的過程中做最少的功的那個面上。其結果是減少了在凸輪隨動元件(如多個活塞滾輪(9))上的磨損。
文檔編號F04B27/04GK102483031SQ201180001496
公開日2012年5月30日 申請日期2011年7月19日 優先權日2010年8月17日
發明者R·G·福克斯, W·H·S·瑞普恩 申請人:阿爾特彌斯智能動力有限公司