(57)【要約】本発明は、少なくとも第１のライン接続部と第２のライン接続部と適切であればさらなるライン接続部とを有するハウジングと、ハウジング内で回転できるロータと、ロータの回転の結果としてライン接続部の１つに交互に接続される室とが設けられた油圧装置に関する。本発明によれば、室は、限定量の流体が一方向の接続ラインを通して流れた後に接続ラインを閉鎖するための手段が存在するラインを接続することによって接続される。
2004514838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１のライン接続部と、第２のライン接続部と、適切であれば、第１の圧力、第２の圧力、および適切であればさらなる圧力にあるラインを接続するためのさらなるライン接続部とが設けられたハウジング（１８）と、前記ハウジング内で回転できるロータ（２５）と、前記ロータの回転の結果として最小値から最大値の間で容積が変化する室（２３）と、前記ロータの回転の結果として前記第１のライン接続部と前記第２のライン接続部と任意のさらなるライン接続部とに各室を連続して接続するための手段（３２）と、を備える油圧装置であって、室の間に接続ライン（２６、３４、３５）があり、前記接続ラインに、限定量の流体が一方向の接続ラインを通して流れた後に前記接続ラインを閉鎖するための閉鎖手段（３６）が設けられることを特徴とする油圧装置。
【請求項２】
前記閉鎖手段が、シール状態でシリンダ内部を移動できるピストンのような要素を備えることを特徴とする請求項１に記載の油圧装置。
【請求項３】
前記閉鎖手段が、前記シリンダ内部を自由に移動できるボール（３６）のような要素によって流れを閉鎖するための弁座を両端に有するシリンダ（３５）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の油圧装置。
【請求項４】
前記要素および／またはシリンダに、前記シリンダ内部を移動する前記要素を通過する流れを許容するための通路が設けられることを特徴とする請求項３に記載の油圧装置。
【請求項５】
前記要素（３６）の直径が、流れの方向の前記要素の最大移動距離（ｓ）の半分よりも大きいことを特徴とする請求項２、３または４のいずれか一項に記載の油圧装置。
【請求項６】
前記閉鎖手段が、２つの室の間に配置されるダイヤフラムを備えることを特徴とする請求項１に記載の油圧装置。
【請求項７】
前記接続ライン（２６、３４、３５）の断面が少なくとも断面（２７）の３０％であり、これによって室（２３）がライン接続部と開口連通することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の油圧装置。
【請求項８】
前記接続ラインが前記ロータに配列されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の油圧装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の上位概念による油圧装置に関する。この種類の装置は公知である。この種類の装置では、ロータの回転中、室から１つのライン接続部への接続が、次に続くライン接続部への接続に変わるとき、室への接続部は徐々に閉鎖され、再び開口される。一方の接続部の閉鎖および他方の接続部の開口中に室の容積が変化するとき、過度の騒音またはキャビテーションの原因となり得る圧力ピークが形成され、損傷をもたらすことがある。上記のことを回避するために、漏れギャップを設けるような、あるいは限定された回転時に室を２つのライン接続部に接続することにより限定された短絡を許容するような措置が講じられる。これらの措置は、圧力ピークおよび／またはキャビテーションの問題を低減するが、ある特定の圧力の比、ライン接続部の圧力またはロータの回転速度、面プレートの回転位置の設定および／またはそれらの組合せに対して有効であるにすぎない。さらに、これらの措置はエネルギ損失を伴う。これによって装置の用途が限定される。
【０００２】
上述の不都合を回避するために、装置は請求項１に記載の特徴部分に従って設計される。これによって、圧力ピークおよびキャビテーションが回避され、一方、エネルギ損失も減少する。
【０００３】
一実施形態によれば、装置は請求項２に従って設計される。これによって、１つの室から次の室への意図しないオイルの流れが不可能になるので、圧力ピークの低損失のさらなる低減が可能になる。
【０００４】
改良によれば、装置は請求項３に従って設計される。これによって、通気も容易な簡単な設計が可能になる。
【０００５】
改良によれば、装置は請求項４に従って設計される。これによって、装置の通気がさらに改善される。
【０００６】
改良によれば、装置は請求項５に従って設計される。これによって、接続ライン内で加速または減速しなければならないオイルコラムの長さが制限されるので、装置の動的性能が改良される。
【０００７】
他の実施形態によれば、装置は請求項６に従って設計される。これによって、廉価な設計が可能になる。
【０００８】
改良によれば、装置は請求項７に従って設計される。これによって、損失が大幅に低減され、ロータの高い回転速度が可能になる。
【０００９】
改良によれば、装置は請求項８に従って設計される。これによって、シールに関わる問題も回避しつつ装置のコンパクトな設計が可能になる。
【００１０】
例示的実施形態を参照しまた図面を用いて、本発明について以下に説明する。
【００１１】
図１は、ロータ室４Ａ、４Ｂおよび４Ｃを有するロータ２を概略的に示している。ロータ２はハウジング１内で回転する。ハウジング１には、第１の面プレートポート１３と第２の面プレートポート１５とを有する面プレート３がある。面プレートポート１３と１５はリブ１４によって分離される。第１の面プレートポート１３は、第１の圧力Ｐ１にあるラインに接続される。第２の面プレートポート１５は、第２の圧力Ｐ２にあるラインに接続される。ロータ室４の各々にはピストン５が設けられるので、室４の容積は、本図ではロッド１１およびガイド１２によって概略的に示されている変位機構によって最小値から最大値の間で変更できる。ロータ室４は、ロータポート６と面プレートポート１３または１５とを通して、オイル供給または放出用のラインと連通する。
【００１２】
ロータ２は回転軸線を中心に回転し、その運動中、ロータポート６は面プレート３に沿って移動する。当初、各ロータポート６は第２の面プレートポート１５と開口連通する。次に、ロータ室４の圧力は第２の圧力Ｐ２と等しくなる。ロータポート６がリブ１４を通過した後、ロータポート６は第１の面プレートポート１３と開口連通し、ロータ室４の圧力は第１の圧力Ｐ１と等しくなる。リブ１４は、ロータポート６が短時間完全に閉鎖されるように寸法決めされるので、第１のロータポート１３と第２のロータポート１５との間の短絡は不可能である。
【００１３】
公知のロータ２では、オイルはロータポート６を介して供給または除去されるに過ぎない。ロータ２の移動中、このロータポート６がリブ１４によって完全または部分的に閉鎖され、ロータ室の容積がガイド１２およびロッド１１の影響を受けて減少する場合、ロータ室４のオイルは弾性的に圧縮され、その結果、ロータ室圧力ＰＸは上昇する。ロータ室圧力ＰＸは、図２に方向ｘのロータ２の変位の関数として示されている。線ｍは、開口部６がリブ１４によって閉鎖される結果として公知のロータ２内で上昇するロータ室圧力ＰＸを示している。示した圧力の上昇は望ましくないが、これは、このような急速な圧力の上昇が過度の騒音を引き起こすからである。
【００１４】
上に参照したロータ室４の圧力ピークを防止するために、本発明によれば、弁ピストン８がある弁室７がロータ室の間に配列される。弁ピストン８上方の空間は通路９を介して第１のロータ室、本図では例えば４Ｂと連通し、また弁ピストン８下方の空間は第２のロータ室、本図では例えば４Ｃと連通する。
【００１５】
第１の圧力Ｐ１が第２の圧力Ｐ２よりも高い状態では、ロータ室４Ｃの圧力はロータ室４Ｂの圧力よりも高い。この差圧の結果、図１に示したように、ロータ室４Ｂと４Ｃの間の弁ピストン８は弁室７の上部に配置される。この位置では、この弁ピストン８は通路９を閉鎖するので、オイルがロータ室４Ｃからロータ室４Ｂに流れることは不可能である。
【００１６】
ロータ２が方向ｘに移動するとき、リブ１４は開口部６Ｂを閉鎖する。下方に方向付けられたピストン５の移動の故に、ロータポート６Ｂを通過するオイルの流れは妨害され、多くの場合最終的に停止される。この結果、圧力ＰＸは上昇し、オイルは最初に通路１０を通して流出する。ロータ室４Ａと４Ｂの間の弁ピストン８は、ロータ室４Ａの圧力から抵抗を受けないかあるいは限定された抵抗のみを受け、弁ピストンの最上位置に移動する。この弁ピストン８がその限界位置に到達した後、通路１０を通したオイルの流れは停止し、ロータ室４Ｂの圧力は第１の圧力Ｐ１と等しくなるまで上昇する。次に、通路９を通したオイルの流れが始まり、ロータ室４Ｂと４Ｃの間の弁ピストン８はロータ室４Ｃへのオイルの流れを実施する。
【００１７】
本発明による実施形態のロータ室圧力ＰＸは図２の線ｎによって示されている。圧力は、第２の圧力Ｐ２から、はるかに低い圧力ピークの第１の圧力Ｐ１に変化し、この結果、過度の騒音が大幅に低減されることが明らかである。図２の線ｎに見ることができるピークは、ロータの高い回転速度、本例では７２００ｒｐｍから生じる。したがって、弁ピストン８の加速およびオイルが役割を果たす。したがって、この圧力ピークは、オイルコラムの質量および加速される弁ピストン８の故に形成される。ロータポート６の開閉中に通路９および１０を通して流れることができなければならない容積は、ロータポート６がリブ１４によって閉鎖される時間中のピストン５の変位に左右される。
【００１８】
上に行った説明は、連続する２つのロータ室４の間に、弁室７が常に配列されることを示してきた。当然、弁室７に接続されるロータ室４の間に１つまたは２つのロータ室４が常に位置するならば、動作は同様である。
【００１９】
上述の動作の原理について、例示的実施形態を用いてより詳細に説明する。
【００２０】
図３は、ハウジング１８内に回転可能に固定されるロータ２５を有する油圧変換器を示している。ロータ２５はロータ室２３を有し、その容積はプランジャ２０の変位によって最小値から最大値に変化できる。プランジャ２０は、軸受１７によってハウジング１８内に固定されるシャフト１９に結合される。シャフト１９の回転軸線は、ある角度でロータ２５の回転軸線に交差するので、プランジャ２０はロータ室２３で往復運動できる。プランジャ２０から遠い側面において、ロータポート２７に終端する通路がロータ室２３に設けられる。ロータポート２７は、円形通路に沿って面プレート３２を通過して移動し、また３つの面プレートポート３３を介して、２つのライン接続部３１の一方または低圧接続部２２に交互に接続される。
【００２１】
面プレートポート３３の間には、ロータ２５が回転するときにロータポート２７を短時間閉鎖するリブ２８がある。ライン接続部３１は、対応する面プレートポート３３と連通する通路が設けられる接続カバー３０に配列される。面プレートポート３３の一方は、ハウジング１８の内部空間２１と開口連通する。内部空間２１はカバー１６によって閉鎖され、低圧接続部２２がハウジング１８に設けられる。面プレート３２には面プレートシャフト２９が設けられ、これによって面プレート３２を回転でき、これによってライン接続部３１内の流体圧力の比を設定できる。
【００２２】
図４と図５はロータ２５をより詳細に示している。ロータ２５の側面では、ボアは、ロータポート２７の近傍の２つのロータ室２３の間に常に配列される。閉鎖部片２４はこのボアに配列される。この閉鎖部片２４には、ボール３６が移動できる弁室３５、および弁室３５の基部をロータ室２３の一方と連通させるボア３４がある。弁室３５の開口端部は、通路２６によって他のロータ室２３に接続される。
【００２３】
ロータ２５内でボール３６と共に閉鎖部片２４が装着された状態では、ボール３６が行程長ｓにわたって流れと共に移動して、弁室３５の２つの端部の一方において円錐状弁座に静止したとき、ボール３６によって２つのロータ室２３の間のオイルの流れが遮断される。このプロセスでは、限定量のオイルが一方のロータ室２３から他方のロータ室２３に流れており、この容量はボール３６の表面積と行程長ｓとの積にほぼ等しい。したがって、行程長ｓは、ボール３６が弁座の間を移動できる最大距離である。ボール３６の直径は行程長ｓの半分よりも大きいので、ボール３６は、ほとんど抵抗なく液体によって共に運ばれる。適切であれば、ボール３６の直径は行程長ｓよりも大きくてもよい。ボール３６の材料は可能な限り軽量であり、ボールは、例えばセラミック材料から製造される。
【００２４】
ボール３６と弁室３５との間にはある程度のクリアランスがあるので、限定量のオイルがボール３６を通過して流れることができる。このことは、ロータ室２３内のより漸進的な圧力変化を可能にし、ロータの通気を可能にし、またオイルの局所的加熱を防止する。適切であれば、このために、弁室３５の壁部の長手方向に溝が配列される。
【００２５】
ロータポート２７がリブ２８によって閉鎖されるときにロータ室２３内の圧力の上昇を制限するため、通路２６およびボア３４は、ロータポート２７の表面積の少なくとも３０％である表面積を有し、この結果、流れに対する抵抗はほとんどない。
【００２６】
円錐状弁座に着座するボール３６について例示した実施形態の代わりとして、他の実施形態、例えば、弁室３５内でシール状態で移動でき、通路が弁室３５の側面に接続されるピストンも可能である。限界位置において、このピストンは閉鎖されたオイル量に対し停止するので、ピストンとロータとの間の衝撃が回避され、したがって摩耗を低減する。
【００２７】
図３に示した油圧変換器の動作方法について、ロータ２５の様々な回転位置を示した図６、図７、図８および図９を参照して以下に説明する。本図では、ＴＤＣ（上死点）は、ロータ室２３の容積が最小にあるロータ２５の位置を示している。ＢＤＣ（下死点）は、ロータ室２３の容積が最大にある位置を示している。弁室３５およびボール３６は概略的に示されている。
【００２８】
上述のように、面プレート３２には、等しいサイズの３つの面プレートポート３３が設けられ、高圧ポート３９は高圧のライン接続部３１に接続され、低圧ポート４０は低圧のライン接続部２２に接続され、また中圧ポート４１は、面プレート３２の回転位置を変更することによって調整できる圧力のライン接続部３１に接続される。ロータ２５が高圧ポート３９の高圧の影響を受けて回転方向Ｒに回転し始めるように、面プレート３２は面プレートシャフト２９によって調整される。この回転の結果、オイルはプランジャ２０により高圧ポート３９と低圧ポート４０とから吸い出され、中圧ポート４１に押入される。
【００２９】
ロータ２５には、Ｃ１〜Ｃ９と番号付けした９つのロータ室２３があり、また弁室３５およびボール３６はロータ２５の外側に概略的に示されている。３つのリブ２８によるロータポート２７の閉鎖時のボール３６の挙動については、引き続き説明する。
【００３０】
図６〜図９は、Ｃ３のロータポート２７が、回転の結果として絶えず増加する大きさに閉鎖されつつあることを示している。閉鎖が始まる前、以下に示すように、ボール３６は、高圧ポート３９に向かう回転中に図示した位置に押入される。Ｃ３のロータポート２７が幾分閉鎖される場合にも、ロータ室２３の容積は回転Ｒのため増大し続け、また同様に低圧ポート４０の圧力よりも低くなる低圧が形成される。この結果、Ｃ３とＣ４との間の弁室３５内のボール３６は、図８と図９の矢印で示した方向に移動し始める。圧力の低減またはキャビテーションはほとんどない。
【００３１】
Ｃ６のロータポート２７も閉鎖されつつある。この閉鎖動作中、ロータ室２３の容積は減少する。第一に、Ｃ７の圧力はＣ６の圧力よりも高いので、Ｃ５とＣ６との間の弁室３５内のボール３６がその行程の終わりに達する前に、オイルはＣ６からＣ５に向かって押し出される。このことがもはや可能でない場合、ボール３６がその行程の終わりに達しているため、Ｃ６の圧力はＣ７の圧力に等しくなるまで上昇し、次に、Ｃ６からのオイルは、図８と図９の矢印で示されているように、弁ピストン３５のボール３６をＣ６とＣ７との間で変位する。Ｃ６には圧力ピークは生じない。
【００３２】
Ｃ９のロータポート２７を閉鎖するために、Ｃ１とＣ９との間の弁ピストン３５のボール３６は、Ｃ９のロータポート２７の閉鎖中にＣ１の圧力の影響を受けて、図示した位置を取っている。Ｃ９の閉鎖中、ロータ室２３の容積は減少し、またロータポート２７の開口部が十分に小さいとき、Ｃ９の圧力は上昇し、Ｃ８とＣ９との間の弁室３５内のボール３６は、このより高い圧力の影響を受けて移動する。ボール３６がその限界位置に到達した後、圧力は、高圧ポート３９の圧力に等しいＣ１の圧力に等しくなるまでさらに上昇する。Ｃ９の容積がさらに低減する間、オイルは、図８と図９の矢印で示されているように、弁室３５内のボール３６をＣ９とＣ１との間で変位する。この場合にも、圧力ピークはない。
【００３３】
ロータ室２３の間にボール３６を使用することによって、面プレート３２の他の回転位置における圧力ピークも回避されるので、過度の騒音が低減される。一実施形態は、ボール３６の代わりに使用されるダイヤフラムを含んでもよく、このダイヤフラムは、限定された流れのオイルに対して等しく互いに隣接するロータ室２３の圧力を維持し、ダイヤフラムはまた、差圧の著しい上昇をもたらすことがある開口部を閉鎖する。
【００３４】
例示的実施形態は、軸方向プランジャ２０を有するロータ２５を示している。当業者は、ウィングポンプ、ラジアルプランジャポンプ、ロータポンプとローラポンプ、および対応するモータのような他の多数の設計を熟知しており、室の容積は回転の結果変化する。ロータの回転の結果として容積が変化する室を異なるライン接続部に交互に接続するための多数の装置もまた、公知である。本発明は、圧力ピークおよびキャビテーションを回避するためのこれらの様々な適用例に十分に等しく適用できる。
【００３５】
図示されているロータ２５の例示的実施形態では、連続するロータ室２３は常に互いに接続される。当然、回転方向に見られるように１つまたは２つのロータ室２３が離れて位置するロータ室２３を互いに接続することも可能である。本発明は、３つの面プレートポート３３が面プレート３２に配列された油圧変換器に基づき示されている。当然、６つまたは９つの面プレートポートを有する実施形態も可能である。本発明はまた、トルクがロータに与えられるかあるいは何かを駆動するためにロータが使用される２つのライン接続部を有する油圧ポンプおよびモータのために使用できる。
【００３６】
図示されている例示的実施形態では、面プレートポート３３の間の３つのリブ２８のサイズ、同様に３つの面プレートポート３３のサイズが同一であることを前提としている。ロータポート２７が様々な面プレートポート３３、高圧ポート３９、低圧ポート４０および中圧ポート４１を通過して移動する際に、ボール３６が弁室３５で実行する異なる運動に関連して、ボール３６の運動をさらに最適化することができる。このことは、異なる寸法を有するリブ２８および／または面プレートポート３３を設けることによって達成できる。例えば、高圧ポート３９と中圧ポート４１との間のリブ２８のサイズを増大することができるので、上記の移行中のボール３６の二重運動のためにより多くの時間が得られる。この結果、例えば、許容可能な回転速度を増大するか、あるいは高い回転速度における損失を低減することが可能である。例えば、高圧ポート３９および中圧ポート４１のサイズを等しい大きさに低減することによって、および／または低圧ポート４０のサイズを低減することによって、リブ２８のサイズを増大することができる。特定の用途に応じて、異なる寸法を選択するか、あるいはすべてのポートおよびリブについて異なる寸法を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作方法の概略図である。
【図２】図１に示したロータ室の圧力プロフィルである。
【図３】本発明による油圧変換器の概略断面図である。
【図４】図３に示した油圧変換器のロータの正面図である。
【図５】図３に示したロータの斜視図である。
【図６】ロータの回転位置における図３に示した装置の動作方法を示している。
【図７】ロータの回転位置における図３に示した装置の動作方法を示している。
【図８】ロータの回転位置における図３に示した装置の動作方法を示している。
【図９】ロータの回転位置における図３に示した装置の動作方法を示している。
【国際公開パンフレット】
2004514838.tif 000003
2004514838.tif 000004
2004514838.tif 000005
2004514838.tif 000006
2004514838.tif 000007
2004514838.tif 000008
2004514838.tif 000009
2004514838.tif 000010
2004514838.tif 000011
2004514838.tif 000012
2004514838.tif 000013
2004514838.tif 000014
2004514838.tif 000015
2004514838.tif 000016
2004514838.tif 000017
2004514838.tif 000018
2004514838.tif 000019
2004514838.tif 000020
2004514838.tif 000021
【国際調査報告】
2004514838.tif 000022
2004514838.tif 000023
2004514838.tif 000024