(57)【要約】共通の軸（１６）の対向する両側に２つのモータ（１２、１４）が配置されており、ポンプ／モータ（１２、１４）の駆動板（３０、３２）が、例えば、軸（１６）の対向する両側に堅固に接触していることにより、相互に剛体連結される。２つのポンプ／モータを、機械系のみを用いて、また油圧系と組み合わせて、選択された変位角に実質同時に選択的に移動させるための制御手段が設けられる。本発明は、共通の軸上に一意的に配置された油圧ポンプ／モータに関し、２つ以上のポンプ／モータの押しのけ容積を同時に変化させるための装置を含む。
2007530874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸に剛体連結されている第１駆動板組立体を有する第１ポンプ／モータであって、該第１駆動板組立体が、該軸の長手方向軸線に対して垂直な平面内で該軸の第１端面に堅固に接触している第１ポンプ／モータと、
該軸に剛体連結されているとともに該軸の該長手方向軸線に対して垂直な平面内で該軸の第２端面に堅固に接触している第２駆動板組立体を有する第２ポンプ／モータであって、該第１、第２駆動板組立体および軸が、圧縮下において、実質１つの固体要素として働き、該第１、第２ポンプ／モータにより発生するアキシアル荷重を該軸を介して相殺する第２ポンプ／モータと
を含む組立体。
【請求項２】
前記第１駆動板組立体が第１駆動板を有し、該第１駆動板の内面が前記軸の第１端面に堅固に接触しており、前記第２駆動板組立体が第２駆動板を有し、該第２駆動板の内面が該軸の第２端面に堅固に接触している、請求項１記載の組立体。
【請求項３】
前記第１駆動板組立体が、前記軸の前記長手方向軸線に対して垂直な平面内に第１環状面を有する第１ポンプ／モータ軸を含み、前記第２駆動板組立体が、該軸の該長手方向軸線に対して垂直な平面内に第２環状面を有する第２ポンプ／モータ軸を含み、該第１、第２ポンプ／モータ軸が該軸に剛結合されている結果、該第１環状面が該軸の該第１端面に堅固に接触しており、該第２環状面が該軸の該第２端面に堅固に接触している、請求項１記載の組立体。
【請求項４】
前記第１駆動板組立体と前記軸上に設けられる第１環状軸受との間に設けられる第１空隙であって、該第１空隙内にスペーサが設けられて、該第１駆動板組立体と該第１環状軸受とを単に接触させる第１空隙をさらに含み、前記第２駆動板組立体と該軸上に設けられる第２環状軸受との間に設けられる第２空隙であって、該第２空隙内に第２スペーサが設けられて、該第２駆動板組立体と該第２環状軸受とを単に接触させる第２空隙をさらに含む、請求項１記載の組立体。
【請求項５】
前記スペーサが、シム、ブシュ、ばね、またはその他任意の同様のデバイスである、請求項４記載の組立体。
【請求項６】
前記第１環状軸受が、前記組立体を包囲するハウジング内に設けられる第１外輪のそばに設置され、該第１外輪が、該第１環状軸受を前記第１駆動板から長手方向に離間した所定の位置に設置するために該ハウジング内で選択された位置に設けられて前記第１空隙を形成し、また、前記第２環状軸受が、該ハウジング内に設けられる第２外輪のそばに設置され、該第２外輪が、該第２環状軸受を前記第２駆動板から長手方向に離間した所定の位置に設置するために該ハウジング内で選択された位置に設けられて前記第２空隙を形成する、請求項４記載の組立体。
【請求項７】
トルク伝達組立体が前記軸に連結されており、該トルク伝達組立体が第１の方向に第１半径方向力を発生させ、前記第１、第２ポンプ／モータがストロークすると、これらが各々、該第１の方向とは反対である第２の方向に第２半径方向力を発生させることを保証するように該第１、第２ポンプ／モータが配向されている、請求項１記載の組立体。
【請求項８】
軸の第１端面に剛体連結されているとともに、該軸の長手方向軸線に対して垂直な平面内で該軸の該第１端面に堅固に接触している第１駆動板組立体を有する第１ポンプ／モータと、
該軸の第２端面に剛体連結されているとともに、該軸の長手方向軸線に対して垂直な平面内で該軸の該第２端面に堅固に接触している第２駆動板組立体を有する第２ポンプ／モータと、
該軸に連結されている第１環状軸受であって、該第１駆動板組立体が該第１環状軸受に軽微にのみ接触している第１環状軸受と、
該軸に連結されている第２環状軸受であって、該第２駆動板組立体が該第２環状軸受に軽微にのみ接触している第２環状軸受と
を含む組立体。
【請求項９】
前記第１駆動板組立体が第１駆動板を有し、該第１駆動板の内面が前記軸の前記第１端面に堅固に接触しており、前記第２駆動板組立体が第２駆動板を有し、該第２駆動板の内面が該軸の前記第２端面に堅固に接触している、請求項８記載の組立体。
【請求項１０】
前記第１駆動板組立体が、前記軸の前記長手方向軸線に対して垂直な平面内に第１環状面を有する第１ポンプ／モータ軸を含み、前記第２駆動板組立体が、該軸の該長手方向軸線に対して垂直な平面内に第２環状面を有する第２ポンプ／モータ軸を含み、該第１、第２ポンプ／モータ軸が該軸に剛結合されている結果、該第１環状面が該軸の前記第１端面に堅固に接触しており、該第２環状面が該軸の前記第２端面に堅固に接触している、請求項８記載の組立体。
【請求項１１】
前記第１駆動板組立体と前記第１環状軸受との間に設けられる第１空隙であって、該第１空隙内に第１スペーサが設けられて、該第１駆動板組立体と該第１環状軸受とを単に接触させる第１空隙をさらに含み、前記第２駆動板組立体と前記第２環状軸受との間に設けられる第２空隙であって、該第２空隙内に第２スペーサが設けられて、該第２駆動板組立体と該第２環状軸受とを単に接触させる第２空隙をさらに含む、請求項８記載の組立体。
【請求項１２】
前記スペーサが、シム、ブシュ、ばね、あるいはその他任意の同様のデバイスである、請求項１１記載の組立体。
【請求項１３】
前記第１環状軸受が、前記組立体を包囲するハウジング内に設けられる第１外輪のそばに設置され、該第１外輪が該ハウジング内で選択された位置に設けられ、該第１環状軸受を前記第１駆動板から長手方向に離間した所定の位置に設置して第１空隙を形成し、また、前記第２環状軸受が、該ハウジング内に設けられる第２外輪のそばに設置され、該第２外輪が該ハウジング内で選択された位置に設けられ、該第２環状軸受を前記第２駆動板から長手方向に離間した所定の位置に設置して第２空隙を形成する、請求項８記載の組立体。
【請求項１４】
前記第１空隙内に設けられる第１スペーサであって、該第１スペーサが、前記第１駆動板と前記第１環状軸受との間の距離をちょうど橋絡するのに足るだけの厚さを有する第１スペーサと、前記第２空隙内に設けられる第２スペーサであって、該第２スペーサが、前記第２駆動板と前記第２環状軸受との間の前記空隙をちょうど橋絡するのに足るだけの厚さを有する第２スペーサとをさらに含む、請求項１３記載の組立体。
【請求項１５】
前記第１環状軸受および前記第２環状軸受のうちの少なくとも一方がテーパ軸受であり、該テーパ軸受にアキシアル予荷重が加えられる、請求項８記載の組立体。
【請求項１６】
前記第１環状軸受と前記第１駆動板組立体との間、または前記第２環状軸受と前記第２駆動板組立体との間にばね荷重デバイスを位置決めすることによって前記アキシアル予荷重が加えられる、請求項１５記載の組立体。
【請求項１７】
前記第１ポンプ／モータの寸法が前記第２ポンプ／モータの寸法とは異なることを提供することによって前記アキシアル予荷重が加えられる、請求項１５記載の組立体。
【請求項１８】
前記第１、第２ポンプ／モータの一方を該第１、第２ポンプ／モータの他方よりも少ない変位角にストロークすることによって前記アキシアル予荷重が加えられる、請求項１５記載の組立体。
【請求項１９】
軸に連結されている第１ポンプ／モータおよび第２ポンプ／モータと、
該第１、第２ポンプ／モータ間にて該軸に連結されているトルク伝達デバイスと、
該第１ポンプ／モータと該トルク伝達デバイスとの間にて該軸に連結されている第１軸受、および該第２ポンプ／モータと該トルク伝達デバイスとの間にて該軸に連結されている第２軸受と、
該第１ポンプ／モータ、該第２ポンプ／モータ、該第１軸受、該第２軸受、および該トルク伝達デバイスの周りに設けられるハウジングと、
該第１軸受と該第１ポンプ／モータの第１駆動板との間に位置決めされる第１シール、および該第２軸受と該第２ポンプ／モータの第２駆動板との間に位置決めされる第２シールと
を含む組立体。
【請求項２０】
前記第１シールおよび前記第２シールが前記ハウジングを分割して第１、第２、第３領域にし、該第１領域が前記第１ポンプ／モータを含み、該第２領域が前記トルク伝達デバイスおよび前記第１軸受、前記第２軸受を含み、該第３領域が前記第２ポンプ／モータを含む、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記第１領域および前記第３領域が前記第１、第２ポンプ／モータを作動するのに充分な量の油を含み、前記第２領域が該第１領域内および該第３領域内よりも実質的に少ない量の油を含む、請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記第２領域内の油の前記量が、前記第１軸受および前記第２軸受をはね掛け潤滑するに足るだけの少なさである、請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
軸を介して共に連結されている第１ポンプ／モータおよび第２ポンプ／モータと、該軸に連結されているトルク伝達組立体であって、該トルク伝達組立体が第１の方向に第１半径方向力を発生させ、該第１、第２ポンプ／モータがストロークすると、これらが各々、該第１の方向とは反対である第２の方向に第２半径方向力を発生させることを保証するように該第１、第２ポンプ／モータが配向されているトルク伝達組立体と
を含む組立体。
【請求項２４】
前記トルク伝達組立体が、前記軸から第２の軸へトルクを伝える複数の歯車を含む、請求項２３記載の組立体。
【請求項２５】
入／出力軸の片側に第１ポンプ／モータの第１駆動板を連結させるステップと、
該入／出力軸の対向する側に第２ポンプ／モータの第２駆動板を連結させるステップと、
該入／出力軸にトルク伝達デバイスを連結させるステップと、
該トルク伝達デバイスに補助軸を連結させるステップと、
該補助軸にトルクを伝達する際、第１の方向に離脱力を発生させるステップと、
該第１ポンプ／モータをストロークして、第２の方向に第１半径方向力を発生させるとともに、該第２ポンプ／モータをストロークして、該第１の方向とは反対である該第２の方向に第２半径方向力を発生させるステップと
を含む、複数のポンプ／モータの作動方法。
【請求項２６】
第１ポンプ／モータの第１駆動板を第２ポンプ／モータの第２駆動板に単数または複数の軸を介して剛体連結させるステップと、
該第１駆動板の近傍で、これからさらに長手方向に離間させて第１軸受を位置決めして第１空隙を形成するステップと、
該第２駆動板の近傍で、これからさらに長手方向に離間させて第２軸受を位置決めして第２空隙を形成するステップと、
該第１空隙内で第１スペーサを位置決めして該第１駆動板と該第１軸受とを単に接触させるステップと、
該第２空隙内で第２スペーサを位置決めして該第２駆動板と該第２軸受とを単に接触させるステップと
を含む、２つのポンプ／モータの組立て方法。
【請求項２７】
共通の軸上に取り付けられた２つ以上の対向するポンプ／モータの効率を改良する方法であって、該方法が、
第１ポンプ／モータおよび第２ポンプ／モータを共通の軸上で連結させるステップと、
該第１、第２ポンプ／モータ間にて該共通の軸にトルク伝達デバイスを連結させるステップと、
該第１ポンプ／モータと該トルク伝達デバイスとの間に第１軸受を位置決めするステップ、および該第２ポンプ／モータと該トルク伝達デバイスとの間に第２軸受を位置決めするステップと、
該第１ポンプ／モータ、該第２ポンプ／モータ、該第１軸受、該第２軸受、ならびに該トルク伝達デバイスを共通のハウジング内に収容するステップと、
該共通のハウジングを分割して第１、第２、第３領域にするステップであって、該第１領域および該第３領域が該第１、第２ポンプ／モータをそれぞれ含み、該第２領域が該トルク伝達デバイス、該第１軸受、および該第２軸受を含むステップと、
該第１領域および該第３領域を、該ポンプ／モータを作動するのに充分な油で満たすステップと、
該第２領域を、該第１領域内および該第３領域内に含まれる該油から実質的に密封させておくステップと
を含む方法。
【請求項２８】
複数の斜軸式ピストン機の押しのけ容積を実質同一速度で変化させるための装置であって、前記装置が、
第１斜軸式ピストン機に連結されているとともに、第１チャンバ内部に位置決めされた第１油圧ピストンに連結あるいはこれと一体に形成されている第１アクチュエータ・アームと、
第２斜軸式ピストン機に連結されているとともに、第２チャンバ内部に位置決めされた第２油圧ピストンに連結あるいはこれと一体に形成されている第２アクチュエータ・アームと、
作動液源に連結されているとともに、ある量の作動液を該第１チャンバおよび該第２チャンバに実質同時に送るよう選択的に作動可能な制御弁と、
該第１アクチュエータ・アームと該第２アクチュエータ・アームとを連結させる機械的リンクと
を含む装置。
【請求項２９】
前記第１油圧ピストンが前記第１チャンバを分割して第１上部領域と第１下部領域とにし、前記第２油圧ピストンが前記第２チャンバを分割して第２上部領域と第２下部領域とにし、また、前記ある量の作動液が該第１、第２上部領域または該第１、第２下部領域のいずれかに選択的に送られて前記第１、第２斜軸式ピストン機の変位角を実質同時に変化させる、請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
２つの斜軸式ピストン機の押しのけ容積を実質同一速度で変化させるための装置であって、該装置が、
第１斜軸式ピストン機に連結されている第１アクチュエータ・アームであって、該第１斜軸式ピストン機の押しのけ容積が該第１アクチュエータ・アームの移動により変化する第１アクチュエータ・アームと、
第２斜軸式ピストン機に連結されている第２アクチュエータ・アームであって、該第２斜軸式ピストン機の押しのけ容積が該第２アクチュエータ・アームの移動により変化する第２アクチュエータ・アームと、
該第１アクチュエータ・アームおよび該第２アクチュエータ・アームに連結されており、選択的に動力供給されて該第１、第２アクチュエータ・アームを実質同時に移動させる機械的リンクと
を含む装置。
【請求項３１】
前記機械的リンクが電気的動力源により動力供給される、請求項３０記載の装置。
【請求項３２】
前記機械的リンクが油圧動力源により動力供給される、請求項３０記載の装置。
【請求項３３】
前記機械的リンクがＩＣＥにより動力供給される、請求項３０記載の装置。
【請求項３４】
前記機械的リンクが機械的手段により動力供給される、請求項３０記載の装置。
【請求項３５】
複数の斜軸式ピストン機の押しのけ容積を実質同一速度で変化させるための装置であって、該装置が、
第１斜軸式ピストン機と第１歯車ラックとに連結されている第１アクチュエータ・アームと、
第２斜軸式ピストン機と第２歯車ラックとに連結されている第２アクチュエータ・アームと、
該第１歯車ラックに連結されている第１歯車と該第２歯車ラックに連結されている第２歯車とを有する軸であって、該軸が、選択的に動力供給され、該軸の回転と共に動く該第１、第２歯車ラックを回転させて該斜軸式ピストン機の押しのけ容積を変化させる軸と
を含む装置。
【請求項３６】
第１ポンプ／モータと、
第２ポンプ／モータと、
該第１、第２ポンプ／モータの押しのけ容積を、選択された変位角に同時に選択的に変化させるための制御手段と
を含む装置。
【請求項３７】
前記制御手段がフィードバック手段を含んで前記ポンプ／モータが一斉にストロークされることを保証する、請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
第１アクチュエータに連結されている第１ポンプ／モータであって、該第１アクチュエータを移動させることにより該第１ポンプ／モータの押しのけ容積が選択的に変動する第１アクチュエータと、
第２アクチュエータに連結されている第２ポンプ／モータであって、該第２アクチュエータを移動させることにより該第２ポンプ／モータの押しのけ容積が選択的に変動する第２ポンプ／モータと、
該アクチュエータに連結されてフィードバック・ループを有する制御回路であって、該制御回路が該第１、第２アクチュエータを目標位置に実質同時に選択的に移動させる制御回路と
を含む装置。
【請求項３９】
複数の斜軸式ピストン機の押しのけ容積を実質同一速度で変化させるための方法であって、該方法が、
第１アクチュエータ・アームを第１斜軸式ピストン機と機械的リンクとに連結させるステップと、
第２アクチュエータ・アームを第２斜軸式ピストン機と該機械的リンクとに連結させるステップと、
該機械的リンクを目標位置に選択的に移動させるステップと
を含む方法。
【請求項４０】
第１、第２ポンプ／モータの押しのけ容積を実質同時に変化させるための方法であって、該方法が、
該第１ポンプ／モータを第１目標位置に移動させる間、該第１ポンプ／モータの位置を監視するステップと、
該第２ポンプ／モータを第２目標位置に移動させる間、該第２ポンプ／モータの位置を監視するステップと、
該ポンプ／モータの一方または両方の移動速度を調整し、必要に応じて、該第１、第２ポンプ／モータが該第１、第２目標位置に実質同時に移動するのを保証するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０００年１月１０日出願で、現在係属中の米国特許出願第０９／４７９，８４４号の一部継続出願であり、それは、その全体が本明細書中で参考として援用される。
【０００２】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、共通の軸上に一意的に配置された油圧ポンプ／モータに関し、２つ以上のポンプ／モータの押しのけ容積を同時に変化させるための装置を含む。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術の説明）
油圧ポンプ／モータ、例えば斜軸式ピストン機は、水産業、自動車産業、航空産業を含む多数の産業において多様な用途に使用されている。このようなポンプ／モータは、多くの製造業者、例えば、ＢｏｓｃｈＲｅｘｒｏｔｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（本社：Ｈｏｆｆｍａｎ Ｅｓｔａｔｅｓ、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）から商業的に入手可能である。
【０００４】
幾つかの応用例、例えば自動車用油圧変速機では、共通の入／出力軸上に１組の対向する斜軸式ピストン機を有するのが望ましい。２つ以上のポンプ／モータ・ユニットが共通の軸上に配置されている従来の組立体は、ポンプ／モータの駆動板に堅固に接触した単数または複数の組の軸受を使用して、ポンプ／モータにより発生する軸方向力および半径方向力を支えてこれらを伝える。その場合、これらの力を軸受から共通のハウジングへと伝達して、荷重を相殺することができる。各ポンプ／モータは、その最小押しのけ容積において最高１０，０００ポンドおよびそれを越える軸方向力を発生させることがあるので、軸受は高荷重や摩擦を受け、システムの効率や軸受の寿命が低減する。したがって、このようなシステムの重量および費用の他に、これらの荷重に耐えるために、軸受を十分な大きさにしなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの制限およびその他の制限に起因して、共通の軸上で２つ以上の対向するポンプ／モータを提供するための新規の改良型システムが必要であることを本出願者は確信する。本出願者はさらに、２つ以上のポンプ／モータの押しのけ容積を同時に変化させるためのシステムが必要であることを確信する。本発明はこのようなシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の概要）
簡単に言えば、本発明は、複数の対向するポンプ／モータ・ユニットを含むための改良型システムを提供し、より詳細には、共通の入／出力軸上に配置された斜軸式ピストン機を提供する。１実施態様において、改良型装置は、２つのポンプ／モータにより発生する軸方向力の大部分を、従来のシステムで行われるように軸受を介してではなく、共通の軸を介して相殺する。
【０００７】
本発明によれば、第１ポンプ／モータが、軸に剛体連結された第１駆動板組立体を有し、この第１駆動板組立体は、軸の長手方向軸線に対して垂直な平面内で、軸の第１端面に堅固に接触している。軸の反対側には第２ポンプ／モータが同様に配置されており、この第２ポンプ／モータの駆動板組立体が、軸の長手方向軸線に対して垂直な平面内で、軸の第２端面に堅固に接触している。駆動板組立体と軸との間に堅固な接触があると仮定すると、第１、第２ポンプ／モータにより発生したアキシアル荷重から生じる圧縮下において、第１、第２駆動板組立体および軸は実質１つの固体要素として働き、これにより、アキシアル荷重が軸を介して実質的に相殺される。
【０００８】
残った任意の小さいアキシアル荷重は軸受を介して処理されるが、この軸受は、駆動板組立体が軸受に軽微にのみ軸方向接触するように軸上で駆動板組立体近傍に位置決めされている。これは多様な方法により実現可能であるが、１実施態様において、ポンプ／モータ駆動板から長手方向に離間する所定の位置に環状軸受が設置されて小さな空隙を形成し、この空隙はシム、座金、またはばね等のスペーサにより満たされる。ポンプ／モータ駆動板が、共通の軸を介して相互に剛体接触しているとともに、環状軸受には補助的に軽微に接触しているのみであると仮定すると、各ポンプ／モータにより発生するアキシアル荷重の大部分は、対向するポンプ／モータのアキシアル荷重により共通の軸を介して直接相殺され、残った軸方向力のみが軸受に伝えられる。結果として、従来のシステムにおいて軸受が受けていた摩擦が９０％以上も排除され、軸受の寸法は先行技術のシステムと比較して著しく低減することができ、これにより、システムの効率を増加させながらその重量および費用を低減することができる。
【０００９】
軸受への荷重をさらに低減し、システムの効率をさらに増加させるために、１実施態様において、軸受により伝わるラジアル荷重を低減するようにポンプ／モータが配置される。より詳細には、２つの環状軸受間にて軸の中間領域にデバイスが連結され、共通の入／出力軸と補助軸とを往復してトルクを伝達する。このトルク伝達デバイスは、知られている任意の好適なデバイスとすることができるが、１実施態様において、これは複数の歯車である。当業者には理解されることであるが、２つの歯車が連結されてトルクを伝える場合、これらのトルクは離れようとする傾向があり、これにより、トルクに比例して離脱力が発生する。本発明によれば、第１、第２ポンプ／モータは、これらのポンプ／モータがストロークすると、これらが各々、トルク伝達デバイスにより発生する離脱力と同じ平面内にあるが離脱力とは反対となる方向に確実に半径方向力を発生させるように配向されている。ポンプ／モータを、離脱力と同じ平面内であるがその反対方向にストロークすることにより、軸受への半径方向力が減少し、これによりシステム内の摩擦がさらに減少する。
【００１０】
本発明によれば、環状軸受のうちの少なくとも１つがテーパ状である場合、軸受にアキシアル予荷重を与えるのが望ましい。このことは、ポンプ／モータのうちの一方を、他方のポンプ／モータよりも僅かに少ない変位角にストロークすることにより、および／または、異なる寸法のポンプ／モータを設けてこれらを同じ変位角にストロークすることにより実現可能である。
【００１１】
本発明のさらなる実施態様において、軸上で第１軸受と第１駆動板との間に第１シールが位置決めされ、第２軸受と第２駆動板との間に第２シールが位置決めされる。さらに、対向するポンプ／モータはトルク伝達デバイスと同じハウジングに収容される。この共通のハウジングは、第１、第２シールにより分割されて３つの領域になる。第１領域は第１駆動板とこれに関連するポンプ／モータとを含み、第２領域はトルク伝達デバイスと２つの環状軸受とを含み、第３領域は第２駆動板とこれに関連するポンプ／モータとを含む。軸受およびトルク伝達デバイスをポンプ／モータから分離させることにより、相当量の油を第１、第３領域に提供し、例えばポンプ／モータを充分に潤滑する一方、中央の第２領域には油の量を実質減らして提供し、例えば軸受およびトルク伝達デバイスを単にはね掛け潤滑することが可能になる。軸受は、もはや従来のシステムにおいて代表的であるように、油に浸されてはいないので、軸受に対する抵抗が減少し、システムの効率はやはり向上する。
【００１２】
本発明によれば、ポンプ／モータの各々は、ポンプ／モータの胴角度または押しのけ容積を選択的に変化させるアクチュエータに連結されており、システムには、２つのポンプ／モータを、選択された変位角に実質同時に選択的に移動させるための制御手段が設けられている。ポンプ／モータの同時移動は多様な方法により実現可能であるが、１実施態様では、各アクチュエータが油圧回路に連結される。油圧回路は多様な方法で構築できるが、１実施態様では、油圧回路は作動液源に連結された流体制御装置を含み、この流体制御装置は、各アクチュエータに連結されたピストンの両側に流体を選択的に送り、アクチュエータおよびこれに対応するポンプ／モータの位置を選択的に変化させる。必要に応じて、制御回路がフィードバック・ループを有し、アクチュエータを確実に一斉に移動させることもできる。これに加えて、および別法として、２つのアクチュエータを機械的にリンクさせることもできる。アクチュエータが機械的にリンクする実施態様では、一方または両方のアクチュエータおよび／または機械的リンクに直接作用する電気的手段、油圧手段、あるいは機械的手段を介して、アクチュエータおよびこれらに対応するポンプ／モータを実質同時に移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（発明の詳細な説明）
以下の説明において、本発明の様々な実施態様の完全な理解を提供するために、ある具体的な細部を説明する。しかし、本発明はこれらの細部がなくても実施可能であるということを当業者であれば理解するであろう。別の事例において、ポンプ／モータに関連するよく知られた構造、特に斜軸式ピストン機は、図示実施態様の記載を不必要に曖昧にするのを避けるため、詳細には図示せず記述もしていない。検討を簡単にするために、本明細書において本発明の実施態様は、主として水平な配向または主として垂直な配向のいずれかを有するものとして記載されるが、本発明の実施態様を多くの異なる角度で作動させてもよいということが理解されるべきである。
【００１４】
さらに、本発明のある実施態様は、本明細書および米国特許出願第０９／４７９，８４４号（「親出願」）において油圧式ハイブリッド車両との関連で記載されるが、本発明の用途はハイブリッド車両に限定されるものではない。例えば、本発明のポンプ／モータ組立体を使用して、船舶を推進する動力を発生させることができ、その場合、ポンプ／モータは共通の軸を駆動するためのモータとして作動する。また、灌漑用ポンプを推進する動力を発生させることもでき、その場合、ポンプ／モータをポンプとして作動させる動力を共通の軸が受ける。
【００１５】
本発明の図１は親出願の図３と全く同じであるということを本出願者として注記しておく。ただし検討を簡単にするために、参照番号は本願の数字の順序に対応するように変えた。
【００１６】
本明細書において設けられた見出しは便宜上のためのものにすぎず、請求される本発明の範囲または意味を規定または限定するものではない。
【００１７】
（総括）
全体として、本発明は図１に示すシステム１０を提供しており、そこでは、対向するポンプ／モータ、例えば斜軸式ピストン機１２、１４が、剛性の機械的リンク、例えば共通の入／出力軸１６を介して互いに一意的に連結されて、対向したポンプ／モータにより生成される軸方向力を共通の軸１６を介して直接相殺するのに備えられる。これは、実質全てのアキシアル荷重がポンプ／モータから１組の軸受へ、さらにこれらの軸受から共通のハウジングへと伝達されて荷重が相殺される従来のシステムとは対照的である。対向するポンプ／モータにより発生するアキシアル荷重の大部分を、共通の軸を介して直接相殺することにより、名目上の残った軸方向力のみがシステムの軸受に伝えられる。結果として、従来のシステムにおいて軸受が受けていた摩擦が９０％以上も排除され、軸受の寸法は先行技術のシステムと比較して著しく低減することができ、これにより、その効率を増加させながらシステムの重量および費用を低減することができる。
【００１８】
本発明は、軸方向力を相殺するための一意的な配置に加えて、ラジアル荷重および抵抗を減少するための一意的な配置を提供し、システムの効率、寿命、費用、および重量をさらに改良する。さらに、本発明は、各ポンプ／モータ１２、１４の胴を同時にストロークし、ポンプ／モータの押しのけ容積を同時に変化させるためのシステムをさらに提供する。
【００１９】
（アキシアル荷重の相殺）
図１に示す実施態様において、共通の駆動軸１６上に２つの対向するポンプ／モータ１２、１４が取り付けられ、この軸は、トルク伝達デバイス、例えば第１歯車１８および第２歯車２２を有する歯車減速組立体２０も支えている。歯車２２は補助駆動軸２４に取り付けられている。ポンプ／モータのピストン組立体２６、２８は回転式駆動板３０、３２上で働き、これらの駆動板は軸１６の対向する両端に装着されており、これを以下でより詳細に記載する。ポンプ／モータ１２、１４および歯車１８は共通の軸１６を共有しているので、１組の共通の軸受３４、３６を使用する。矢印３８、４０はそれぞれポンプ／モータ１２、１４を通る作動液の流路を示しており、これらのポンプ／モータとは、直列型ピストン機、あるいは、より詳細には、斜軸式ピストン機である。ポンプ／モータ１２、１４が所定の押しのけ容積レベルにストロークされると、半径方向力および軸方向力が発生する。本発明は、結果として生ずる、軸受により支えられるべき荷重を低減するための手段を提供する。
【００２０】
より詳細には、図２Ａ、図２Ｂに示すように、第１ポンプ／モータ１２が、共通の軸１６に剛体連結された第１駆動板組立体１１を有し、第１駆動板組立体１１が、軸の長手方向軸線１９に対して垂直な平面内で軸１６の第１端面２３に堅固に接触している。この堅固な接触は幾つかの方法において達成可能であるが、１実施態様において、図２Ａ、図２Ｂに示すように、第１駆動板組立体１１は第１駆動板３０と第１ポンプ／モータ軸１３とを有し、この軸には雌スプラインが設けられて、軸１６の第１端面２３が底面に達し第１駆動板３０の内面２７に堅固に接触するまで軸１６の雄スプライン付き端部を受け入れる。
【００２１】
第２ポンプ／モータ１４は同様に軸１６の反対側に配置されており、第２駆動板３２と第２ポンプ／モータ軸２５とを有する第２駆動板組立体２１が軸１６に連結されて、軸１６の第２端面４８が第２駆動板３２の内面２９に堅固に接触している。図面からわかるように、駆動板３０、３２と第１、第２端面２３、４８との間の堅固な接触は、軸の長手方向軸線１９に対して垂直な平面内にある。以下でより詳細に検討するように、第１、第２ポンプ／モータ１２、１４により発生する軸方向力は軸の長手方向軸線に対して平行であり、半径方向力は軸の長手方向軸線に対して垂直な力と定義される。軸方向力に対して垂直な平面内で駆動板と軸との間に堅固な接触があると仮定すると、第１、第２ポンプ／モータ１２、１４により発生したアキシアル荷重から生じる圧縮下において、第１、第２駆動板３０、３２および軸１６は実質１つの固体要素として働き、これにより、アキシアル荷重が軸１６を介して実質的に相殺される。
【００２２】
残った任意のアキシアル荷重は軸受３４、３６を介して処理されるが、これらの軸受は、駆動板組立体がこれらの軸受に軽微にのみ接触するように、軸１６上で駆動板組立体１１、２１近傍に位置決めされている。これは多様な方法により実現可能であるが、１実施態様において、第１駆動板組立体１１から長手方向に離間する所定の位置に環状軸受３４が設置され、第１空隙４６を形成する。第１空隙４６はシム、座金、またはばね要素等のスペーサ３９により満たされている。ばね要素とは、気体封入用Ｏリングを含む多様なばねのうちの任意のものとすることができる。同様に、第２駆動板組立体２１から長手方向に離間する所定の位置に第２軸受３６が設置され、第２空隙４７を形成する。第２空隙は第２スペーサ４１により満たされている。好ましい実施態様において、第１、第２スペーサ３９、４１は、ちょうどこれらスペーサのそれぞれの軸受と駆動板組立体との両方に接触するのに足るだけの厚さである。
【００２３】
駆動板組立体１１、２１が軸１６を介して相互に剛体接触しており、環状軸受３４、３６には補助的に軽微に接触しているのみであると仮定すると、ポンプ／モータ１２、１４により発生するアキシアル荷重の大部分は、相互により共通の軸１６を介して直接相殺される。結果として、名目上の残った軸方向力のみが軸受に伝えられる。これは、従来のシステムで軸受を介して実質全てのアキシアル荷重を伝えるために駆動板と軸受との間では堅固な接触が実現され、駆動板と共通の軸との間で堅固な接触が回避される先行技術のシステムとは対照的である。したがって、本発明により軸受への荷重を実質的に低減することにより、軸受は相当量の摩擦が減少し、軸受の寸法を著しく低減させることができ、これにより、その効率を増加させながらシステムの重量および費用を低減することができる。
【００２４】
軸受および駆動板組立体の相対位置は多様な方法で実現可能であるが、１実施態様において、図２Ａ、図２Ｂに示すように、第１、第２軸受３４、３６はそれぞれ第１外輪４３、第２外輪４５のそばに設置される。図２Ａ、図２Ｂに示すように、第１、第２外輪４３、４５は従来の任意の方法で、例えばハウジング内の肩部を介してハウジング内部に設置することができる。
【００２５】
駆動板組立体、軸、および軸受はこの他の配置でも上述したのと同じ利益を達成でき、それらが本発明の教示の範囲内であるということが当業者には理解されよう。例えば、雄スプラインが設けられて中央の軸１６の雌スプライン付き端部で受け入れられるポンプ／モータ軸を各駆動板組立体が含むことができ、その結果、駆動板および軸が互いに堅固に接触する。
【００２６】
別法として、各ポンプ／モータ軸はその上に段部または肩部を有することができ、これが軸の長手方向軸線に対して垂直な平面内に環状面を形成し、この環状面は、これも軸の長手方向軸線に対して垂直な平面内にある、軸上に設けられた適当な任意の合わせ面と金属同士で堅固に接触する。軸１６の第１、第２端面２３、４８は、文字通り軸の遠端にあるものとすることができる一方、軸にはその長さ部分に沿った任意の地点でフランジをつけ、軸の長手方向軸線に対して垂直な平面内において適当な環状面を設け、所望する装置の構成次第では、駆動板組立体に対して密封することができる。軸１６の長手方向軸線１９に対して垂直な平面内において、駆動板組立体１１、２１と軸１６との間に堅固な接触が直接であろうと金属スペーサを介してであろうと存在する限り、ポンプ／モータ１２、１４それぞれの駆動板３０、３２は軸１６を介して相互に剛体接触している。２つのポンプ／モータ１２、１４間にこの剛体接触をもたらし、またポンプ／モータ１２と軸受３４との間にほんの軽微の軸方向接触を、またポンプ／モータ１４と軸受３６との間にほんの軽微の軸方向接触をもたらすことにより本発明は役立ち、その結果として生じる利益が得られる。同様に、本発明は、第１ポンプ／モータ１２の第１ポンプ／モータ軸１３と第２ポンプ／モータ１４の第２ポンプ／モータ軸２５とを共通の中央の軸１６の両端に連結して示しているが、軸要素は単一の部材とすることができ、または任意の数のセグメントとすることもできるということが理解されよう。例えば、一方のポンプ／モータのポンプ／モータ軸は、組立体の長さ部分を延びて、第２ポンプ／モータの駆動板を遠位端に連結させることができる。
【００２７】
図３の自由体図は、図２に示す組立体の作動中に発生する軸方向力および半径方向力を示す。この線図について、第１、第２ポンプ／モータ１２、１４は寸法が等しく、同一変位角でストロークされると仮定する。力Ａは、第１ポンプ／モータ１２により発生する合力であり、力Ｂは、第２ポンプ／モータ１４により発生する合力である。これらの力Ａ、Ｂの各々は、各ポンプ／モータのそれぞれのピストン２６、２８を介して、各ポンプ／モータのそれぞれの駆動板３０、３２に直接加えられる。力Ａのｘ分力およびｙ分力は、軸方向力Ａ１および半径方向力Ａ２である。力Ｂのｘ分力およびｙ分力は、軸方向力Ｂ１および半径方向力Ｂ２である。
【００２８】
対向するポンプ／モータ１２、１４が同一寸法であり、かつ同一押しのけ容積レベルにストロークされる場合、ポンプ／モータ１２の軸方向力Ａ１はポンプ／モータ１４の軸方向力Ｂ１に等しい。本発明の配置により、ポンプ／モータ１２、１４および軸１６が圧縮下で１つの固体として働くと仮定すると、ポンプ／モータ１２により発生した軸方向力Ａ１は、これに対向する、ポンプ／モータ１４により発生した相対的に等しい軸方向力Ｂ１に出合い、これを軸１６を介して実質的に相殺する。これは、実質全ての軸方向力を軸受に伝達する従来のシステムとは対照的である。
【００２９】
共通の駆動軸１６を介して伝えられない、直接の荷重相殺の残った任意の軸方向力は相対的に小さいので、軸受３４、３６の性能に重大な影響を何ら及ぼすことなく軸受３４、３６に伝えることができる。実際に、以下でさらに検討するように、一方または両方の軸受に予荷重を与えるために、軸受３４および／または３６に作用する残った軽微の軸方向力を受け、それにより軸受の位置合わせおよび耐久性の維持に役立てるのが望ましいことがある。
【００３０】
（軸受のうちの単数または複数へのアキシアル予荷重）
図２は２つのテーパ軸受を使用した本発明の１実施態様を示すが、他の型の軸受を使用してもよいということが当業者には理解されよう。例えば、軸受３４、３６のうちの一方または両方は直線（straight）転がり軸受であってもよい。直線転がり軸受が使用される場合、軸受の各々の近傍にブシュが設けられ、ブシュは少なくとも小さいアキシアル荷重を確実に許容することができる。一方で、少なくとも１つのテーパ軸受を使用して、本発明により提供されるシステムの作動中、アキシアル予荷重を容易に維持すると有益となり得る。より詳細には、少なくとも１つのテーパ軸受でアキシアル予荷重を維持することは、ポンプ／モータ駆動板３０、３２間の剛性の機械的リンクに備えるのに必要となる公差の全体的精度をさらに下げるのに役立つとともに、熱膨張または材料の変形に起因して発生し得る、ハウジング１７と駆動軸１６との間でのある軸方向相対運動に順応することに役立つ。したがって、アキシアル予荷重は、少なくとも１つのテーパ軸受を利用すると、システム１０の全体的性能および耐久性を改良するように働く。
【００３１】
例えばテーパ軸受３６でアキシアル予荷重を維持するための１実施態様は、隣接するスペーサ４１が、ばね荷重デバイス、例えば気体封入用Ｏリングであるのを保証することである。軸受３６の外輪４５近傍に位置決めされたハウジング１７は、軸受が歯車１８に向かって軸方向に移動するのを防止する。ハウジング１７がもたらす「止め」に起因して、ばね荷重デバイス４１の付勢力はハウジング１７に対して作用し、その結果生じる力を受けて軸受３６に軸方向で予荷重を与えることになる。別法として、予荷重を与えることは、駆動板組立体が軸受の内輪に軽微に直接接触できることにより実現可能である。
【００３２】
図４は、テーパ軸受３６でアキシアル予荷重を維持するための別の実施態様を示す。ここでは、ポンプ／モータ１５の寸法がポンプ／モータ１２よりも大きい。したがって、２つのポンプ／モータ１２、１５が共通の押しのけ容積レベルにストロークされる場合、大きい方のポンプ／モータ１５は、小さい方のポンプ／モータ１２の軸方向力Ｇ１よりも僅かに大きい軸方向力Ｈ１を発生させる。結果として、力Ｇ１と実質等しい力Ｈ１の一部は、駆動板３０、３２の剛体連結に起因して、軸１６を介して相殺される。ポンプ／モータ１５により発生する軸方向力である力Ｈ１と、ポンプ／モータ１２により発生する軸方向力である力Ｇ１との間の差、すなわち力Ｉが、ハウジング１７とテーパ軸受３６との間で作用するのに用いられ、これにより、システムの作動中に軸受へのアキシアル予荷重がもたらされる。
【００３３】
テーパ軸受３６でアキシアル予荷重を維持するためのさらに別の実施態様では、ポンプ／モータ１２、１４は同一寸法であり、ただし、僅かに異なる変位角にストロークされている。各ポンプ／モータ１２、１４は、その最大アキシアル荷重をその最小押しのけ容積で、つまり０°で発生させるということが理解されよう。各ポンプ／モータはこの最小押しのけ容積で、最高１０，０００ポンドおよびそれを越える荷重の力を発生させることがある。ラジアル荷重は、変位角０°ではゼロである。変位角が増加するにつれて、ラジアル荷重が増加すると共にアキシアル荷重は減少するが、ポンプ／モータの変位角が４５°である場合、アキシアル成分およびラジアル成分は実質等しい。ポンプ／モータ１４をポンプ／モータ１２よりも僅かに少ない変位角にストロークすると、ここでも、ポンプ／モータ１４が僅かに大きい軸方向力、例えば図４に示す軸方向力Ｈ１を発生させる軸方向力の関係が生じることになる。ポンプ／モータ１４をポンプ／モータ１２よりも僅かに少ない変位角にストロークすることにより、ポンプ／モータ１４により発生する、ポンプ／モータ１２により発生する軸方向力に実質等しい軸方向力の一部が、軸１６を介して相殺される。残余力はハウジング１７とテーパ軸受３６との間で作用し、システムの作動中に軸受３６に予荷重を与えるのに役立つ。
【００３４】
当業者には理解されることであるが、上述したアキシアル予荷重の実施態様の各々について、ブシュ（図示せず）を軸受３６近傍に位置決めして、各ポンプ／モータ１２、１４または１２、１５がもたらすアキシアル荷重が逆転することがあれば、軸受の突出を防止してもよい。
【００３５】
（ラジアル荷重低減）
１実施態様において、軸受への荷重をさらに低減し、システムの効率を増加させるために、軸受３４、３６により達するラジアル荷重を低減するようにポンプ／モータ１２、１４が配置される。より詳細には、既に検討したように、２つの環状軸受３４、３６間にて軸１６の中間領域にトルク伝達デバイス２０が連結されて、共通の軸１６と補助軸２４との間でトルクを伝達する。このトルク伝達デバイスは、例えば鎖やベルト等、知られている任意の好適なデバイスとすることができるが、１実施態様において、図面に示すように、これは複数の歯車である。
【００３６】
当業者には理解されることであるが、機械デバイス、例えば歯車１８、２２が使用され、軸１６へ補助軸２４から、あるいはその逆のいずれかにおいてトルクが伝えられる場合、これらの歯車は離れようとする傾向があり、これにより、伝達されるトルクに比例して離脱力が発生する。本発明によれば、第１、第２ポンプ／モータ１２、１４は、ポンプ／モータがストロークする際に、これらが各々、トルク伝達デバイスにより発生し軸受３４、３６に伝えられる離脱力とは反対となる方向に半径方向力を確実に発生させるように配向されている。ポンプ／モータを、離脱力と同じ平面内ではあるがこれとは反対方向にストロークすることにより、軸受３４、３６への正味のラジアル荷重は低減され、このことによりさらにシステムにおける摩擦が低減される。
【００３７】
図３の自由体図は、本発明のこの態様を示している。図３では、ポンプ／モータ１２、１４は同一寸法であり、同一押しのけ容積レベルにストロークされていることを想起されたい。結果として、また、以下でさらに検討するように、力間の関係は概ね次式により定義される。
【００３８】
Ａ＝Ｂ； Ａ1＝Ｂ１；Ａ２＝Ｂ２； Ｃ＝Ｄ； Ｅ＝Ａ２−１／２Ｃ； Ｆ＝Ｂ２−１／２Ｃ
ここで、Ｃは歯車１８に働く離脱力であり、Ｄはこれに等しく、歯車２２に働く反対の離脱力である。補助軸２４上に設けられる軸受３５、３７は各々、離脱力Ｄにより発生する荷重の半分を支える。一方で対照的に、半径方向力Ａ２、Ｂ２は、Ｃの２分の１の力よりも大きくこれに対向しているため、軸受３４、３６にそれぞれ同様に伝えられる離脱力Ｃは、軸受３４、３６にさらには荷重を与えず、これらの荷重を除くように働く。この配置において、軸受荷重は、したがって荷重相殺のためハウジング１７に伝えられる力の量は、軸受３４については式Ａ２−１／２Ｃで、軸受３６については式Ｂ２−１／２Ｃで表される。
【００３９】
したがって、本発明により発生する離脱力Ｃは、先行技術で行われるように、軸受３４、３６を介して共通のハウジング１７へシステムのラジアル荷重全てを伝えるのではなく、軸受３４、３６へのラジアル荷重を部分的に低減する。軸受３４、３６へのラジアル荷重を低減することにより、本発明は、そうでなければ先行技術の配置で必要とされていたはずの軸受よりも小さいものを使用することが可能となる。
【００４０】
（共有される軸受）
図１に示す実施態様は、幾つかのシステムと比較すると、先に検討した利点に加えて、必要となる軸受の総数の低減も可能とする。駆動板３０、３２近傍に歯車１８が位置決めされることから、歯車１８の第１の側は同一の軸受３４を駆動板３０と共有することができ、歯車１８の第２の側は同一の軸受３６を駆動板３２と共有することができる。このようにして、本発明は、そうでなければ必要とされていたはずの軸受の総数を半分以上低減する手段を提供する。
【００４１】
ポンプ／モータが１つのみ使用され、この単一のポンプ／モータが、図１に示す一体化型の対向するポンプ／モータ１２、１４と同様の方法で変速装置／差動装置に一体化されている別の実施態様において、軸受にも同様の低減が実現している。このような１事例において、合計４つの軸受（ポンプ／モータ用に２つの軸受、および駆動歯車用に２つの軸受）を使用する代わりに、この実施態様は、単一のポンプ／モータと駆動歯車との間で共有される第１軸受と、駆動歯車と対向するハウジングとの間で共有される第２軸受とを利用する。この実施態様において、第２ポンプ／モータが不足していることにより、上述した荷重を相殺する利点が不可能になるが、この実施態様はよりコンパクトなハウジングを可能にし、したがって重量および空間を節約する利点をもたらす。
【００４２】
（低減される軸受抵抗）
本発明の別の実施態様によれば、図２Ａ、図２Ｂに示すように、軸１６上で第１軸受３４と第１駆動板３０との間に第１シール４２が位置決めされ、第２軸受３６と第２駆動板３２との間に第２シール４４が位置決めされる。既に検討したように、共通のハウジング１７が、対向する両方のポンプ／モータ１２、１４、トルク伝達組立体２０、および２つの環状軸受３４、３６を収容する。シール４２、４４は多くの異なる構成からなることができるが、１実施態様において、これらはＯリングである。シール４２、４４はハウジング１７の内面に対して密封し、ハウジング１７を分割して第１領域５２、第２領域５４、第３領域５６にする。第１領域５２は第１駆動板３０とこれに関連するポンプ／モータ１２とを含み、第２領域５４はトルク伝達デバイス２０と２つの環状軸受３４、３６とを含み、第３領域５６は第２駆動板３２とこれに関連するポンプ／モータ１４とを含む。
【００４３】
ポンプ／モータ１２、１４はそれぞれ作動するために作動液を必要とすることから、共通のハウジング１７の第１、第３領域５２、５６には実質的に流体を満たすことができる。一方で、軸受３４、３６および歯車１８、２２を含むハウジングの第２領域５４は、従来の変速装置と同様である。当業者には知られていることであるが、従来の変速装置の設計において、変速装置ケースの底部には最小量の油が提供され、変速装置内部での歯車の回転により、油が変速装置の内部の構成要素をはね掛け潤滑する。１実施態様において、歯車２２が第２領域５４内部で回転すると、油が歯車２２の歯内部に集結し、歯車の回転により生じる運動量に起因して、油が第２領域５４内部で細かく分散され、歯車減速組立体２０全体、および軸受３４、３６をはね掛け潤滑する。こうして、軸受３４、３６は、領域５２、５６内部に含まれる多めの量の油に晒されることなく潤滑されたまま残る。結果として、これらの軸受が受ける抵抗は少なくなり、システム全体はより効率的に作動する。
【００４４】
これらの図は歯車１８、２２の使用を示し、平歯車を表しているが、ポンプ／モータ１２、１４と駆動軸２４との間でトルクを伝えるのに、多くのトルク伝達連結デバイスも、多くの異なる型の歯車も使用できるということが当業者には理解されよう。例えば、トルクを補助軸２４に伝達する手段として、歯車の代わりに鎖またはベルトを使用することができる。さらに、歯車が使用される場合、代替の歯車組、例えば、はすば歯車配置を使用することもできる。
【００４５】
（単一の油圧制御弁を介した両ポンプ／モータの共通の作動）
図５〜図７に示す本発明のさらに別の実施態様では、システム６１が設けられ、２つ以上のポンプ／モータ、例えば斜軸式ピストン機の押しのけ容積レベルを、実質同期化した速度で変化させる。図５〜図７において、ポンプ／モータ１２、１４は、それぞれの第１、第２胴６２、６４、およびそれぞれの駆動板３０、３２で表わされる。ポンプ／モータのピストン２６が第１胴６２を第１駆動板３０に連結し、ポンプ／モータのピストン２８が第２胴６４を第２駆動板３２に連結する。第１胴の軸６３が、ポンプ／モータ１２の第１胴６２を第１自在継ぎ手６７を介して共通の駆動軸１６に連結する。同様に、第２胴の軸６５が、ポンプ／モータ１４の第２胴６４を第２自在継ぎ手６９を介して共通の駆動軸１６に連結する。自在継ぎ手６７、６９により、それぞれの胴の軸６３、６５、およびそれぞれの胴６２、６４は、共通の駆動軸１６に対してある角度で移動して可変の胴角度５８、６０を成すことができる。各ポンプ／モータ１２、１４の胴角度の変化は、各ポンプ／モータ１２、１４の押しのけ容積レベルの変化に対応している。図５では、第１、第２胴の軸６３、６５が各々、共通の駆動軸１６と同軸であることから、胴角度はゼロであり、各ポンプ／モータ１２、１４のポンプ／モータ押しのけ容積もゼロである。
【００４６】
胴６２、６４はそれぞれの第１、第２アクチュエータ・アーム６６、６８にも連結されている。アクチュエータ・アーム６６が、図５に示すゼロ押しのけ容積位置から下方に、アクチュエータ・アーム６８と実質同一の速度で移動する場合、ポンプ／モータ１２の胴角度５８はポンプ／モータ１４の胴角度６０と実質同一の速度で増し、これにより、各ポンプ／モータ１２、１４の押しのけ容積が実質同一の速度で増加する。
【００４７】
図５〜図７に示す実施態様について、アクチュエータ・アーム６６、６８を移動させるために、各アクチュエータ・アーム６６、６８は、油圧サブシステム７０および共通の機械的リンク７２に連結されている。機械的リンク７２は以下でさらに詳しく説明するが、機械的リンク７２の目的は、油圧系７０が始動してアクチュエータ・アーム６６、６８を上方または下方のいずれかに移動させる場合に２つのアーム間の移動の同期化を保証することである。
【００４８】
油圧サブシステム７０は、アクチュエータ・アーム６６に連結された、またはこれと一体に形成された第１油圧ピストン７８と、アクチュエータ・アーム６８に連結された、またはこれと一体に形成された第２油圧ピストン８０とを含む。第１ピストン７８は第１油圧チャンバ７４内部にあり、この第１チャンバを分割して上部および下部作動液領域７４ａ、７４ｂにする。同じく、第２ピストン８０は第２油圧チャンバ７６内部にあり、この第２チャンバを分割して上部および下部作動液領域７６ａ、７６ｂにする。図５に示すように、下部領域７４ｂ、７６ｂには作動液が満たされているので、第１、第２ピストン７８、８０はアクチュエータ・アーム６６、６８を上方へ移動させる。これも図５に示すように、ピストン７８、８０の上面がそれぞれの上部ピストン止め８２ａ、８４ａ近傍に位置決めされている場合、アクチュエータ・アーム６６、６８はそれらの最上位置にあり、各ポンプ／モータ１２、１４の押しのけ容積はゼロである。
【００４９】
当業者には理解されることであるが、油圧ピストン７８、８０がそれらの最低位置および／またはある中間レベル位置にある場合に、ゼロ押しのけ容積レベルがもたらされるようにピストン７８、８０を位置決めすることもできる。一方で、ピストン７８、８０の最上位置または最低位置に起因してゼロ押しのけ容積レベルが得られる場合には、ある種の設計利点が結果として生じ得る。これをさらに以下で説明する。
【００５０】
図５に示すゼロ押しのけ容積位置から図６に示す最大押しのけ容積位置まで移動させるために、上部領域７４ａ、７６ａには作動液が満たされている一方、下部領域７４ｂ、７６ｂからは作動液が除去され、アクチュエータ・アーム６６、６８は下方に移動する。図６に示すように、ピストン７８、８０の底面がそれぞれの下部ピストン止め８２ｂ、８４ｂ近傍に位置決めされている場合、ポンプ／モータ１２、１４はそれらの最大押しのけ容積にある。ピストン７８、８０が、（例えば図７の中間位置に示すように）上部および下部ピストン止め８２、８４の間にある多くの地点のうちの１つに位置決めされている場合、ポンプ／モータ１２、１４は、ゼロと最大押しのけ容積との間の中間程度の押しのけ容積位置に設定される。アクチュエータ・アーム６６、６８が上方または下方に移動する際に、アーム６６、６８とピストン７８、８０とに連結された環状シール８５ａ、８５ｂを使用して、流体漏出防止に役立てることができる。
【００５１】
１実施態様では、電磁制御弁８６を使用して高圧流体が油圧チャンバ７４、７６を往復して送られ、さらに、単数または複数の電子制御装置（ＥＣＵ）を使用して電磁制御弁８６が制御される。検討を簡単にするために、用語「ＥＣＵ」は、本明細書で使用しているように、２つ以上の電子制御装置を含むことができる。当業者には知られていることであるが、高圧流体をチャンバ７４、７６に送るにはその他の多くのシステムを使用することもできる。当業者に電磁制御弁は知られていることから、本明細書では電磁制御弁８６の動作は詳述しないが、油圧サブシステム７０に関するその一体化および使用については記載する。
【００５２】
この実施例において、図５に示すポンプ／モータ１２、１４のゼロ押しのけ容積レベルは、電磁制御弁８６が標準位置にある場合に達成される。一例において、電磁ピン８８がばね８９により上方に付勢され、電磁制御弁８６に電圧が印加されない場合、電磁制御弁８６は標準位置にある。この標準位置では、電磁制御弁８６のスプール開口部９１をそれぞれの第１、第２ポート開口部９２、１０２に位置合わせする。結果として、高圧流体源からの高圧流体がポート開口部１０２を介してスプール開口部９１およびポート開口部９２を通り高／低圧流体ライン１００へと流れ、流体ライン１００を介して下部流体ライン９８ｂへ向かい下部領域７４ｂ内へと送られ、および流体ライン１００を介して下部領域７６ｂ内へと送られる。高圧流体がこれらの下部領域７４ｂ、７６ｂを満たすので、ピストン７８、８０は上部ピストン止め８２ａ、８４ａに抗してそれらの最上位置へと移動する。この位置において、レバーアーム１０４はばね８９に対する上方への付勢力を維持する。
【００５３】
これに加えて、ピストン７８、８０が上方に移動するので、上部領域７４ａ内の任意の流体が、ピストン７８により上部流体ライン９８ａを介して高圧流体ライン９６内へと押しのけられ、上部領域７６ａ内の任意の流体も、ピストン８０により流体ライン９６内へと押しのけられる。１実施態様において、図５に示すように、高圧ライン９６内へと押しのけられた流体は高圧流体源に戻される。
【００５４】
当業者には理解されることであるが、図５〜図７に示すスプールの位置合わせおよび流体ラインの位置は、多くの異なる構成において配置してもよく、説明した配置は図示に限定されるものではない。一方で、電磁制御弁８６に電圧が与えられていない場合にばね８９がスプール開口部９１を上方に付勢すると、もたらされる１つの利点として、電磁制御弁８６の故障時（例えば電圧指令信号の生成に失敗した時）に、電圧指令が存在しないことにより、スプール開口部９１はポート開口部９２、１０２に自動的に位置合わせすることになる。このことにより、油圧ピストン７８、８０がそれらの最上位置へ移動することになり、ポンプ／モータ１２、１４がゼロ押しのけ容積のレベルへ自動的に戻り、これによりポンプ／モータ１２、１４の起こり得る任意の損傷が最小化あるいは防止される。この標準位置によりもたらされるさらなる利点として、油圧系７０に漏れがあった場合、電磁制御弁８６の標準位置は高圧流体源から下部領域７４ｂ、７６ｂへの連続的流体流れを提供し、これにより、システム７０が修理可能となるまでゼロ押しのけ容積位置の維持が促進される。当業者には理解されることであるが、このような利点は、電磁制御弁８６が同様の標準位置を有するように構成されていれば、油圧ピストン７８、８０が最低位置に配置されてポンプ／モータ１２、１４がゼロ押しのけ容積レベルを達成する場合にも得ることができる。
【００５５】
本実施態様において、図５に示すゼロ押しのけ容積の位置から図６に示す最大押しのけ容積位置まで、ポンプ／モータ１２、１４の押しのけ容積を増加することが望まれる場合、ＥＣＵは電磁制御弁８６へ電圧指令信号を送信して電圧を生成し、この電圧は、ばね８９の付勢力に打ち勝つのに十二分な電磁力を提供し、ピン８８およびスプール９０の軸方向位置を下方に移動させてスプール開口部９１をポート開口部９２、９４に位置合わせすることになる。このことにより、下部領域７４ｂ、７６ｂからの高圧流体は、流体ライン９８ｂ、１００およびポート開口部９２、９４を介して低圧流体源に戻ることができる。高圧流体が下部領域７４ｂ、７６ｂを離れるので、第１、第２ピストン７８、８０が、ピストン７８、８０の上面に作用する上部領域７４ａ、７４ｂ内の高圧流体の力により下方向へと油圧式に加圧される。さらに、下部領域７６ｂと流体ライン１００との間の流体連通により、下部領域７６ｂからの流体は、流体ライン１００およびポート開口部９２、９４を介して低圧流体源に戻ることができる。
【００５６】
ポンプ／モータ１２、１４の最大押しのけ容積レベルを得る際、アクチュエータ・アーム６８の下方移動により、レバーアーム１０４はばね８９を上方にさらに付勢し、したがって、スプール開口部９１をポート開口部９２、９４に位置合わせしておくための電磁力がもっと必要になる。結果として、ＥＣＵは適切な指令を生成し、指令された押しのけ容積が達成されるまで、スプール開口部９１をポート開口部９２、９４に位置合わせしておくのに必要な電圧を提供する。ポンプ／モータ１２、１４の最大押しのけ容積を維持するために、ＥＣＵは、スプール開口部９１をポート開口部９２、９４に位置合わせしておくのに必要な適切な量の電圧を継続して生成する。
【００５７】
図５に示すゼロ押しのけ容積位置から、図７に示すような、ゼロ押しのけ容積と最大押しのけ容積との間の多くの押しのけ容積レベルのうちの１つまでポンプ／モータ１２、１４を位置決めすることが代替の目的であるとすると、ＥＣＵは指令信号を生成して、スプール開口部９１をポート開口部９２、９４との位置合わせへと移動させるのに必要な電磁力に相関する速度で電圧を供給する。ＥＣＵは、望ましい中間程度の押しのけ容積レベルが達成されるまで、スプール開口部９１とポート開口部９２、９４との位置合わせを維持するのに必要な電圧レベルを継続して調整する。望ましい中間程度の押しのけ容積レベルが一度達成されると、ばね８９の力は電磁力と均衡し、その結果、図７に示すように、ピン８８が、十二分な距離だけ上方に移動して、スプール開口部９１をポート開口部９２のみに位置合わせするのが許容されることになる。スプール開口部９１をポート開口部９２のみに位置合わせしておくのに必要な電磁力を供給する電圧指令信号をＥＣＵが継続して生成する限り、流体ライン９６、９８ａ‐ｂ、および１００内部の流体は逃散することができない。このことにより、上部および下部領域７４ａ、７４ｂ間の流体の比率と、上部および下部領域７６ａ、７６ｂ間の流体の比率とが維持され、それにより、油圧ピストン７８、８０の位置が維持される。同様に、ピストン７８、８０の安定な位置は、ポンプ／モータ１２、１４の望ましい中間程度の押しのけ容積レベルを維持する。
【００５８】
ポンプ／モータ１２、１４の押しのけ容積を減少させることが望まれる場合、あるいは、ポンプ／モータ１２、１４の押しのけ容積をゼロ押しのけ容積のレベルにする、および／またはこれに維持することが望まれる場合、ＥＣＵは、ピン８８に作用している可能性のある電圧を低減するための指令を単に生成し、ピンに対する下方電磁力は適切に低減される。結果として、ばね８９の付勢力により、ピン８８およびスプール９０の軸方向位置が上方に移動し、図５に示すように、スプール開口部９１はポート開口部９２、１０２に位置合わせされる。こうして、油圧系７０により、ポンプ／モータのピストン１２、１４を多くの異なる押しのけ容積レベルに同時に設定するのが可能となる。
【００５９】
当業者には知られていることであるが、図５〜図７に示す実施態様に関して、スプール９０内を動くよう許容される流体の量を、特定の押しのけ容積レベルに相応するように較正し計量することができる。例えば、単数または複数のＥＣＵに連結された流体センサを使用して、ポンプ／モータの第１押しのけ容積レベルに相応する第１流体レベルを監視することができ、ＥＣＵの記憶装置に保存される探索テーブルに、第１流体レベルに基づいて第２押しのけ容積レベルを達成するのに必要な作動液の特定単位をデータとして入れておく（populated）ことができる。油圧チャンバ７４、７６にもたらされる特定の流体に基づいて、電磁制御弁８６のスプール開口部９１を移動または維持するのに必要な電磁力の適切な量を探索テーブルにデータとして入れておくことによっても、ＥＣＵは、各ポンプ／モータ１２、１４の押しのけ容積レベルを同時に増減するのに必要な所要量の流体および電磁力を油圧系７０に迅速に送ることができる。
【００６０】
上で述べたように、油圧系７０が作動されて、アクチュエータ・アーム６６、６８が上方または下方のいずれかに移動する場合、２つのアーム間の同期化された移動は機械的リンクにより保証される。当業者には理解されることであるが、機械的リンクは、多くの方法、例えばレバーアーム、ケーブル／プーリ、および歯車手段で、アクチュエータ・アーム６６、６８に連結することができる。図５〜図７に全体として示し、図９でより詳細に示すこのような１方法とはラックアンドピニオン式歯車機構を使用することであり、その場合、機械的リンクは軸７２であり、軸７２の両側にそれぞれの第１、第２ピニオンギヤ１０６、１０８が取り付けられている。
【００６１】
アクチュエータ・アーム６６、６８の移動と共に軸７２が動くのを可能とするために、アクチュエータ・アーム６６、６８には第１、第２ラック１２０、１２２（図９に示す）がそれぞれ連結あるいは一体化されている。この方法において、アクチュエータ・アーム６８がアクチュエータ・アーム６６より先に移動する場合（例えば、外部からの異物（environmental debris）の蓄積率が変化すること、またはチャンバ７４に達するよう進むのに流体が必要とする距離がチャンバ７６に対して長くなることに起因して、第１、第２アーム間で摩擦係数レベルが異なると発生し得ることであるが）、アクチュエータ・アーム６８と共に第２ラック１２２が移動することになる。第２ラック１２２の移動により第２ピニオンギヤ１０８も移動し、また、ピニオンギヤ１０８が軸７２に連結されていることから、ピニオンギヤ１０８が移動すると第１ピニオンギヤ１０６においても等しい移動が生じ、第１ラック１２０が移動して、アクチュエータ・アーム６６がアクチュエータ・アーム６８と同時に移動する。
【００６２】
上記で２つのポンプ／モータの胴角度を同時に変化させるための１実施態様を詳述し図に示したが、幾つかの変更態様を行うことが可能であり、これらはやはり、２つのポンプ／モータを選択された変位角へ実質同時に選択的に移動させるための制御手段を提供する本発明の範囲内にあるということが理解されよう。例えば、システムは油圧回路および単一の流体制御弁を使用することができるが、システムは多数の油圧回路および／または制御弁を使用することもでき、これらの制御弁および油圧回路は、制御手段、例えば電子制御装置により選択的に作動される。制御装置は様々な形態をとり得るが、１実施態様において、制御装置は、ＣＰＵと、各アクチュエータの現在位置を示すフィードバック・ループとを含み、この制御装置は、アクチュエータの位置および／または相対位置に関するフィードバック情報に応じてアクチュエータのうちの一方または両方の移動を調整し、選択された変位角へこれらが一斉に移動するのを確実にする。さらに、システムは両方のアクチュエータを油圧回路および機械的リンクに連結できる一方、代替の実施態様では、油圧回路は２つのアクチュエータのうちの１つのみに作用し、第２アクチュエータは専ら機械的リンクにより第１アクチュエータの移動に追従する。
【００６３】
（機械的手段のみによる両ポンプ／モータの共通の作動）
２つ以上の斜軸式ピストン機の押しのけ容積を同時に変化させるためのさらなる実施態様において、ポンプ／モータ１２、１４の押しのけ容積レベルは水力学を用いることなく変化する。代わりに、機械的に、あるいは代替の動力源、例えば電気モータまたは内燃機関（ＩＣＥ）を介してのいずれかで動力供給される機械的アクチュエータ組立体６１０が使用される。機械的アクチュエータ組立体６１０の１実施態様を図８に示す。この実施態様において、機械的リンク６７２のそれぞれの第１、第２の側に、第１、第２ラック６２０、６２２（図９に示す）を介してそれぞれの第１、第２アクチュエータ・アーム６６６、６６８が連結されている。第１、第２アクチュエータ・アーム６６６、６６８は、それぞれのポンプ／モータ・ユニット１２、１４のそれぞれの第１、第２胴６２、６４にも連結されている。
【００６４】
この実施例において、機械的リンクは軸６７２である。軸６７２の両側にそれぞれの第１、第２ピニオンギヤ６０６、６０８が取り付けられており、軸６７２を固定位置で回転させるのに電源が使用される。軸６７２が回転するとピニオンギヤ６０６、６０８も回転し、軸６７２が回転する方向に依存して、アクチュエータ・アーム６６６、６６８が上方または下方のいずれかに動く。例えば、アクチュエータ・アーム６０６、６０８が上方に動くと、ポンプ／モータ押しのけ容積が減少し、アクチュエータ・アーム６０６、６０８が下方に動くと、ポンプ／モータ押しのけ容積が増加する。油圧ハードウェアはアーム６０６、６０８を作動させる必要がないので、この実施態様は、２つ以上のポンプ／モータの押しのけ容積レベルを実質同一の速度で変化させる比較的安価な手段を提供する。当業者には理解されることであるが、他の多数の機械的リンク仕掛けを使用することもできる。
【００６５】
本明細書において、説明の目的で本発明の具体的な実施態様を記載したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な変更態様を行うことができるということが以上のことから明らかとなろう。したがって、本発明は添付の請求項以外に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本発明の１実施態様によるポンプ／モータの配置を示す概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明により提供される対向するポンプ／モータ組立体の平断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａで「２Ｂ」と印した領域の拡大図である。
【図３】図３は、対向するポンプ／モータが同一寸法であり、かつ同一変位角にストロークされる場合に図２の組立体の作動中に発生する軸方向力および半径方向力を示す自由体図である。
【図４】図４は、対向するポンプ／モータが異なる寸法であるか、または異なる変位角にストロークされる場合に図２の組立体の作動中に発生する軸方向力を示す自由体図である。
【図５】図５は、本発明による２つのポンプ／モータの胴角度を変化させ、それによりそれらの押しのけ容積を変化させるための装置を示す立平面図である。この装置は第１位置で示しており、流体は第１方向に流れてこの第１位置を達成・維持する。
【図６】図６は、図５の装置を第２位置で示す立平面図であり、流体は第２方向に流れてこの第２位置を達成・維持する。
【図７】図７は図５の装置の立平面図であり、この装置を、維持されている第３位置で示す。
【図８】図８は、本発明による２つの斜軸式ピストン機の胴角度を変化させ、それにより、これらの押しのけ容積を変化させるための別の実施態様を示す立平面図である。
【図９】図９は図８の線９‐９に沿って切り取った立平面図であり、図５〜図７に示す実施態様においても使用可能なラックアンドピニオン式歯車を示す。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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