JP4813367B2 - 液圧モータ／ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、静水圧駆動装置または液圧機械として知られる液圧モータ／ポンプに関連する。

液圧ポンプ／モータは、マテリアル・ハンドリング、採鉱、製造業を含む多くの産業での用途を持つ。

液圧モータ／ポンプは二種類の方法のうちの一方で作動することができる。一動作モードでは、入力媒体は加圧作動液であり、出力は回転運動である。液圧モータ／ポンプに回転運動が提供されるように、プロセスは逆転できる。この第二動作モードでは、作動液がモータ／ポンプから供給される。

他の多くの望ましい特徴のうち、液圧モータ／ポンプの長所の一つは、一般的に総合効率が優れていることである。

しかし、多くの液圧モータ／ポンプには明らかな短所が見られる。トルクと速度の兼ね合いが存在するため、モータ速度が上昇すると出力トルクが低下し、その逆も当てはまる。

先行技術による液圧モータ／ポンプは一般的に、出力シャフトに接続された偏心ディスクを有する。一組の液圧ピストン・シリンダアセンブリが、出力シャフトの回転軸を中心として径方向（「星形」または「扇形」としても知られる）構成で配置されている。一般的に、このような液圧ピストン・シリンダアセンブリは５個設けられる。

偏心ディスクが回転するように、ピストンは、調整された形でディスクのエッジへ断続的に力を加える。力を加えた後に、偏心ディスクにより各ピストンの後退が実施される。

（駆動動作モードで）モータのトルクを変化させるため、このようなモータの中には、出力シャフトと偏心ディスクの中心との間に小型ピストンが装着されているものもある。小型ピストンの長さを変更することにより、ディスクの偏心率が変化する。

同様に供給動作モードでは、小型ピストンの長さを変更することによって流体流量および／または出力流体圧力を変えることができる。

このような先行技術の液圧モータ／ポンプの短所の一つは、出力シャフト速度が液圧シリンダの液流通能力を超えた時にピストンが偏心ディスクから離れることである。この結果、液圧モータ／ポンプが完全に故障する。

可変偏心ディスクを有する先行技術の装置の別の短所は、可能な偏心率範囲が制限されることである。一般的に、ゼロ偏心率状況は可能でない。

さらに別の短所は、小型ピストンでは偏心率が細かく変動して望ましくないことである。このような変動は、液の性質とシステムの弾性の結果である。

液圧モータ／ポンプから高い総合効率を得るには、高速において同時に高いトルクを発生できる装置の必要性がある。

本発明によれば、作動液圧力を動力継手の回転運動と交換できる液圧機械であって、該動力継手に結合された少なくとも１本のクランクシャフトを中心とする複数のピストン・シリンダアセンブリの放射状配列と、該複数のピストン・シリンダアセンブリにおけるピストンのストローク長をゼロと最大ストローク長との間で変化させるように前記クランクシャフトの偏心率を変化させるための手段とを有しており、前記複数のピストン・シリンダアセンブリは前記クランクシャフト上で長手方向に離間している、液圧機械が提供される。

好ましくは、各ピストンは接続ロッドによって少なくとも１本のクランクシャフトに接続される。

好ましくは、各接続ロッドと各々のクランクシャフトとの間に球面ベアリングが設けられる。

好ましくは、前記クランクシャフトの前記偏心率を変化させるための前記手段は、該クランクシャフトの各端部に設けられていると共に、中空偏心円筒形部分を備える内側シリンダと、中空偏心円筒形部分を備える外側シリンダと、偏心中空円筒形部分を備える円筒形のメインベアリングと、前記外側シリンダおよび前記内側シリンダを同時に回転させて、各々のクランクシャフトの両端部において前記メインベアリングおよび前記クランクシャフトの長手軸の間の距離を変化させるように作動可能の駆動手段とを含んでおり、
前記内側シリンダの前記中空偏心円筒形部分内に、前記内側シリンダおよび前記クランクシャフトの長手軸が平行でオフセットするように各々のクランクシャフトが収容されており、
前記外側シリンダの前記中空偏心円筒形部分内に、前記外側シリンダおよび前記内側シリンダの長手軸が平行でオフセットするように、前記内側シリンダが収容されており、
前記メインベアリングの前記偏心中空円筒形部分内に前記外側シリンダが収容されている。駆動手段は、外側および内側シリンダを同時に回転させて、各々のクランクシャフトの両端部におけるメインベアリングおよびクランクシャフトの長手軸の間の距離を変化させるように、作動することができる。

好ましくは、前記クランクシャフトの各端部において前記駆動手段が、
リングの内面および外面の両方に歯を備えるリングギヤと、
前記内側シリンダおよび前記外側シリンダの各々の端部の周囲の一組の歯と、
前記リングギヤから前記内側シリンダおよび前記外側シリンダへ回転を伝達するギヤトレーンとを含んでおり、該リングギヤが各自のメインベアリングによって支持され、該メインベアリングが有する切欠き部分を介して前記ギヤトレーンが延在し前記リングギヤと嵌合する。

好ましくは、前記メインベアリングが前記外面に歯を有し、前記リングギヤが各々のメインベアリングの該歯に隣接して設けられ、
前記駆動手段がさらに、外面に形成されたらせんと、前記メインベアリングの各々にある前記歯と嵌合するピニオンギヤとを備えるらせんシャフトを含んでいて、該らせんシャフトが前記メインベアリングとともに回転するようになっており、
前記駆動手段がさらに、前記らせんシャフトの前記らせんと嵌合する内側らせんと、前記らせんシャフトに対して径方向である少なくとも１個の突出部とを備える少なくとも１個のナットを含み、
前記駆動手段がさらに、前記らせんシャフトが中に延在する少なくとも１個の中空円筒形外装を含み、該少なくとも１個の中空円筒形外装はその各端部に２個の小ピニオンギヤを有していて、各小ピニオンギヤが前記駆動手段のリングギヤと嵌合し、前記少なくとも１個の中空円筒形外装が、前記少なくとも１個の突出部が延出する少なくとも１個の長手方向スロットを有する。

本発明がさらに容易に理解されるように、以下、添付図面を参照して実施例を単なる例として説明する。

図１から６は、本発明の実施例による液圧機械１を示している。液圧機械１はハウジング１０に収容されている。液圧機械１は、回転軸（図示せず）を中心として液圧機械１へ、または液圧機械から回転運動を伝達するために相補的動力継手に接続される動力継手５を有する。

図２は、ハウジング１０が除去された液圧機械１を示す。液圧機械１は、５個のピストン・シリンダアセンブリ５０によるバンク２０の各々が径方向に配列された２本のクランクシャフト１５を有する。こうしてこの実施例の液圧機械１は、１０個のピストン・シリンダアセンブリ５０を有する。

液圧機械１は、バンク２０をいかなる整数個でも有することができる。ゆえに、本発明による液圧機械１におけるピストン・シリンダアセンブリ５０の総数は、バンク２０あたりのピストン・シリンダアセンブリ５０の数の倍数、つまりピストン・シリンダアセンブリは５個、１０個、１５個である。

図３から５は、回転軸に沿って眺めた際の液圧機械１の図である。

図３と４から分かるように、各バンク２０の５個のピストン・シリンダアセンブリ５０は回転軸を中心として等角度で配列されている。こうして、回転軸について測定すると、隣接する各ピストン・シリンダアセンブリ対５０の間の角度は７２°である。

図２と６は、回転軸が紙面上にあるように液圧機械１を平面図で示す。各ピストン・シリンダアセンブリ５０は、接続ロッド５５によって各々のクランクシャフト１５に直接装着されている。各ピストン・シリンダアセンブリ５０に接続ロッド５５が設けられているので、各バンク２０のピストン・シリンダアセンブリ５０は、回転軸に対して長手方向にオフセットしている。したがって、各バンク２０の接続ロッド５５は、各々のクランクシャフト１５上において並置状態で配列されている。

図５は、図１のＢ‐Ｂ線から見た液圧機械１の断面図を示す。ゆえに図５は、液圧機械１のバンク２０の端面図を示す。

図７から１１は、ピストン・シリンダアセンブリ５０とクランクシャフト１５の様々な図を示す。ピストン・シリンダアセンブリ５０は、バンク２０の５個のピストン・シリンダアセンブリのうちの１個である。

各ピストン・シリンダアセンブリ５０は、外側のスラストブロック６０と内側のスラストブロック６５によって支持されている。スラストブロック６０，６５はハウジング１０に装着されている。各ピストン・シリンダアセンブリ５０のシリンダヘッド７０は球形を持つ。スラストブロック６０，６５はシリンダヘッド７０を位置決めするが、クランクシャフト１５の位置が変化する際にはシリンダヘッド７０を往復動させる。

接続ロッド５５とロッドキャップ５６との間には、球面ベアリング７５が保持されている。球面ベアリング７５はクランクシャフト１５を囲繞し、接続ロッド５５に対するクランクシャフト１５の自由相対回転運動を付与する。ロッドキャップ５６は、２本の大型エンドボルト８０により接続ロッド５５に装着されている。

この構成により、各ピストン・シリンダアセンブリ５０のピストン８５は、接続ロッド５５とロッドキャップ５６との構成によってクランクシャフト１５に確実に装着される。こうして、液圧モータの速度範囲は、作動液の流動特性のみによって制限される。

作動液は、２個の流体ポート９５を介してシリンダヘッド７０に対して供給および排出される。

図１０は、ピストン・シリンダアセンブリ５０の断面を示す。ピストン８５は接続ロッド５５に直接装着されている。

シリンダボアが狭すぎるので、大きな力を処理するのに充分な断面積を持つガジオンピンをシリンダ内に配置することはできない。ゆえに、接続ロッド５５により必要とされる角運動を行うため、シリンダヘッド７０は球形に設計されている。

シリンダヘッド７０は、外側および内側のスラストブロック６０，６５の間に保持されている。スラストブロック６０，６５の表面６２，６７は、シリンダヘッド７０の球形を補完するように凹状である。クランクシャフト１５の長手軸に対して平行な軸を中心に、シリンダヘッド７０は自由に往復する。

図１１は、図９のＢ‐Ｂ線におけるクランクシャフト１５とピストン・シリンダアセンブリ５０の断面を示す。作動液は、流体ポート９５を介してピストン・シリンダアセンブリ５０へ導入されるとともにピストン・シリンダアセンブリから排出される。

図１２は、動力継手５と一対のクランクアセンブリ２５とを示す。各バンク２０について１個のクランクアセンブリ２５が設けられている。各バンク２０には、一対のストローク調整機構１００も設けられている。一対のストローク調整機構１００は、各々のクランクシャフト１５の行程を調整するように協働する。クランクシャフト１５の行程を調整することにより、液圧機械の排出量は可変となる。言い換えると、シリンダアセンブリ５０のストローク長を変化させることにより、行程容積を増減することができるのである。ゆえに、液圧機械１は速度範囲全体にわたって、無段比伝達を行う。

２個のメインベアリング１０５（クランクシャフト１５の各端部に１個）は、ストローク調整機構１００を含む。その結果、トルクを伝達するのにメインベアリング１０５は使用できない。

（液圧機械１の動作モードに応じて）出力または入力トルクを伝達するには、各メインベアリング１０５でトルクを集める必要がある。これは、レイシャフト１１０（図１３参照）を用いて実施される。好適な実施例では、２本のレイシャフト１１０が使用される。

レイシャフト１１０は、メインベアリング１０５の各々に装着されたブルギヤ１２０と各々が嵌合するピニオンギヤ１１５を有する。レイシャフト１１０は、ブルギヤ１２０からのトルクを集め、また、ブルギヤ１２０間の同期化を維持する役割を果たす。

ピストン８５のストローク長を制御するため、ブルギヤ１２０にはらせんシャフト１２５が結合されている。らせんシャフト１２５はトルクの伝達には使用されないが、ブルギヤ１２０との同期状態に維持される。

ピストン・シリンダアセンブリ５０の各バンク２０について、らせんシャフト１２５にらせん１３０が形成され、らせんナット１３５が嵌着している。らせんナット１３５は突出部１４０を有する。各バンク２０には、外装１４５も設けられている（図１４参照）。各外装１４５は、各端部に浅いピニオンギヤ１５０を有する。外装１４５は、らせんシャフト１２５を囲繞する。

突出部１４０は、外装１４５のスロット１５５と嵌合する。らせんナット１３５は回転の際に、らせんシャフト１２５上を長手方向に移動する。ゆえに、このようならせんナット１３５の長手方向移動によって、関連の外装１４５が回転する。

各ピニオンギヤ１５０は、クランクシャフト１５と同じ側で、ブルギヤ１２０に隣接して配置されたリングギヤ１６０に嵌合する。各リングギヤ１６０は、メインベアリング１０５上で回転自在である。らせんシャフト１２５上でらせんナット１３５が長手方向に移動すると、各々のバンク２０の２個のリングギヤ１６０が回転する。この機構は、液圧機械１がいかなる速度または負荷で作動していてもリングギヤ１６０を回転させる手段となる。

リングギヤ１６０は、ストローク調整機構１００を駆動する。ゆえに、らせんナット１３５の長手方向移動によって、ストローク調整機構１００を駆動する手段が得られる。

ストローク調整機構１００は、図１５から２０に図示されている。

メインベアリング１０５は、該メインベアリング１０５内に偏心状態で配置された中空円筒形部分を備える円筒体である。一対の偏心リング１９０，２０５が実際のストローク変化を与える。

外側の偏心リング１９０は、中空円筒形部分を備える円筒体形状である。外側の偏心リング１９０の円筒体の直径は、メインベアリング１０５の中空部分のボアの中に回転自在に収容されるような幾何学的寸法を持つ。

外側の偏心リング１９０の第１端部の一部分は、一組の歯１９５を備える。他の端部は、釣合いおもり２００を備える。

内側の偏心リング２０５は中空円筒形部分を備える円筒体形状である。内側の偏心リング２０５の円筒体の直径は、外側の偏心リング１９０の中空部分のボアの中に回転自在に支持されるような幾何学的寸法を持つ。

内側の偏心リング２０５の第１端部の一部分は、一組の歯２１０を備える。他の端部は釣合いおもり２１５を備える。

クランクシャフト１５の各端部は、内側の偏心リング２０５の中空部分の中に保持されている。クランクシャフト１５を各々のメインベアリング１０５に対して径方向に移動させることにより、クランクシャフト１５の行程が変化する。この径方向移動は、外側の偏心リング１９０を第１方向に回転させるのと同時に内側の偏心リング２０５を反対方向に回転させることにより実施される。偏心リング１９０，２０５の回転速度は同じである。

各リングギヤ１６０の内面には、一組の歯１６５が形成されている。歯１６５は、ギヤトレーン１７０の第１一次ギヤ１７５の歯と嵌合する。第１一次ギヤ１７５は、外側の偏心リング１９０の歯１９５と嵌合する。

第２一次ギヤ１８０は、第１一次ギヤ１７５の側面に装着されている。第２一次ギヤ１８０は第１一次ギヤ１７５とともに回転する。二次ギヤ１８５は、第２一次ギヤ１８０と内側の偏心リング２０５の歯２１０との間に配置される。

ギヤトレーンベアリング２２０は、ギヤトレーン１７０を所定箇所に固定する。メインベアリング１０５は、ギヤトレーン１７０が延出する切欠き部１０６を有する。

ストローク調整機構１００が回転バランスを確実に維持するように、釣合いおもり２００，２１５は各々の偏心リング１９０，２０５とともに回転する。釣合いおもり２００，２１５は、ゼロストローク長では相殺され、フルストロークでは協働する。ストローク調整機構１００、ひいては液圧機械１は、常にバランスが保たれている。

図１６は、メインベアリング１０５と外側および内側の偏心リング１９０，２０５とギヤトレーン１７０との稜線図を示す。釣合いおもり２００，２１５は破線で示されている。

図１７は、ストローク調整機構１００の分解図である。

図１８から２０は、外側および内側の偏心リング１９０，２０５を示す。図１８はギヤトレーン１７０も示す。

液圧機械１をモータとして作動させる時には、各バンク２０の５個のピストン・シリンダアセンブリ５０がクランクシャフト１５へ連続的に力を加えるため、クランクシャフト１５に回転運動が付与される。回転運動は、ブルギヤ１２０を介してレイシャフト１１０へ伝達される。

液圧機械１をポンプとして作動させる時には、動力継手５が回転する。シリンダアセンブリ５０は、クランクシャフト１５の回転によって駆動される。ゆえに、液圧機械１から作動液が供給される。

発明の範囲を逸脱することなく多くの変形が可能であることは、発明の技術分野の熟練者には理解できるだろう。

以下の請求項と前掲した発明の説明においては、明白な文言または必要な含意のために文脈上、他の意味を必要とする場合を除いて、例えば「備える」のような語は、包括的な意味で、つまり記載された特徴の存在を明記するが、発明の様々な実施例における別の特徴の存在または追加を除外しないように使用される。

本発明の実施例による液圧機械のハウジングの平面図である。 ハウジングが除去された状態の、図１に図示された液圧機械の平面図である。 図２に図示された液圧機械の図である。 出力フランジが除去された状態の、図３に図示された液圧機械の端面図である。 図１のＢ‐Ｂ断面における液圧機械の断面図である。 図５のＡ‐Ａ断面における液圧機械の断面図である。 液圧機械のクランクシャフトとシリンダユニットとスラストブロックとの原理図である。 図７のクランクシャフトとシリンダユニットとスラストブロックの側面図である。 図７のクランクシャフトと接続ロッドとシリンダユニットとスラストブロックの端面図である。 図８のＡ‐Ａ断面におけるクランクシャフトと接続ロッドとシリンダユニットとスラストブロックの断面図である。 図１０のＢ‐Ｂ断面におけるクランクシャフトと接続ロッドとシリンダユニットとスラストブロックの断面図である。 液圧機械のクランクアセンブリの原理図である。 一対のレイシャフトとらせんシャフトを備える、図１２のクランクアセンブリの図である。 外装を備える、図１３のクランクアセンブリの図である。 図１３のストローク調整アセンブリの図である。 図１５の内側および外側偏心器とギヤトレーンの端面図である。 液圧機械の内側および外側の偏心リングとギヤトレーンの分解図である。 図１７の組立済みの内側および外側の偏心リングとギヤトレーンの図である。 内側の偏心リングの端面図である。 外側の偏心リングの端面図である。

Claims (5)

1. 作動液圧力を動力継手の回転運動と交換できる液圧機械であって、該動力継手に結合され偏心可能に支持された少なくとも１本のクランクシャフトと、該クランクシャフトを中心とする複数のピストン・シリンダアセンブリの放射状配列と、該複数のピストン・シリンダアセンブリにおけるピストンのストローク長をゼロと最大ストローク長との間で変化させるように前記クランクシャフトの偏心率を変化させるための手段とを有しており、前記複数のピストン・シリンダアセンブリは前記クランクシャフト上で長手方向に離間している、液圧機械。
2. 各ピストンが接続ロッドにより前記クランクシャフトに接続され、前記クランクシャフトと前記接続ロッドとの間には球面ベアリングが設けられている、請求項１に記載の液圧機械。
3. 前記クランクシャフトの前記偏心率を変化させるための前記手段は、該クランクシャフトの各端部に設けられていると共に、中空偏心円筒形部分を備える内側シリンダと、中空偏心円筒形部分を備える外側シリンダと、偏心中空円筒形部分を備える円筒形のメインベアリングと、前記外側シリンダおよび前記内側シリンダを同時に回転させて、各々のクランクシャフトの両端部において前記メインベアリングおよび前記クランクシャフトの長手軸の間の距離を変化させるように作動可能の駆動手段とを含んでおり、
   前記内側シリンダの前記中空偏心円筒形部分内に、前記内側シリンダおよび前記クランクシャフトの長手軸が平行でオフセットするように各々のクランクシャフトが収容されており、
   前記外側シリンダの前記中空偏心円筒形部分内に、前記外側シリンダおよび前記内側シリンダの長手軸が平行でオフセットするように、前記内側シリンダが収容されており、
   前記メインベアリングの前記偏心中空円筒形部分内に前記外側シリンダが収容されている、
   請求項１または２に記載の液圧機械。
4. 前記クランクシャフトの各端部において前記駆動手段が、
   リングの内面および外面の両方に歯を備えるリングギヤと、
   前記内側シリンダおよび前記外側シリンダの各々の端部の周囲の一組の歯と、
   前記リングギヤから前記内側シリンダおよび前記外側シリンダへ回転を伝達するギヤトレーンとを含んでおり、該リングギヤが各自のメインベアリングによって支持され、該メインベアリングが有する切欠き部分を介して前記ギヤトレーンが延在し前記リングギヤと嵌合する、請求項３に記載の液圧機械。
5. 前記メインベアリングが前記外面に歯を有し、前記リングギヤが各々のメインベアリングの該歯に隣接して設けられ、
   前記駆動手段がさらに、外面に形成されたらせんと、前記メインベアリングの各々にある前記歯と嵌合するピニオンギヤとを備えるらせんシャフトを含んでいて、該らせんシャフトが前記メインベアリングとともに回転するようになっており、
   前記駆動手段がさらに、前記らせんシャフトの前記らせんと嵌合する内側らせんと、前記らせんシャフトに対して径方向である少なくとも１個の突出部とを備える少なくとも１個のナットを含み、
   前記駆動手段がさらに、前記らせんシャフトが中に延在する少なくとも１個の中空円筒形外装を含み、該少なくとも１個の中空円筒形外装はその各端部に２個の小ピニオンギヤを有していて、各小ピニオンギヤが前記駆動手段のリングギヤと嵌合し、前記少なくとも１個の中空円筒形外装が、前記少なくとも１個の突出部が延出する少なくとも１個の長手方向スロットを有する、
   請求項４に記載の液圧機械。

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