CN101535633B - 长寿命伸缩式齿轮泵及马达 - Google Patents

Abstract

一种伸缩式齿轮泵包括螺栓、Bellville垫圈、耐磨板、密封壳、密封弹簧、正齿轮、轴、环形齿轮、密封垫、螺栓组件和压板，其中正齿轮上包括耐磨凸起、密封圈及壳体泄油通道，环形齿轮上包括耐磨凸起、密封圈及壳体泄油通道，螺栓组件包括Bellville垫圈及螺栓。该组件将压力提供给流体，以在运转期间保持伸缩式泵/马达内的密封。该耐磨凸起减小磨损，同时保持流体压力。

Description

长寿命伸缩式齿轮泵及马达

相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年9月8日提交的美国临时专利申请60/824,981的优先权。

【技术领域】

本发明一般涉及车辆传动系系统，并且具体涉及一种带有新型密封件的伸缩式齿轮泵及马达。

【背景技术】

经证实，一些提供可变排量能力的伸缩式齿轮泵和马达是最耐用的。然而，对这些带有可变排量功能持久的泵的密封一直是个问题。齿轮侧上的密封一直通过紧密地控制齿轮支承结构的公差来保持。这种技术不适应在泵/马达的磨合期中产生的齿轮和密封件的磨损。本发明描述了一种以另外的耐用技术来消除该缺点的方法。

【发明内容】

为了适应磨损，彼此接触的表面必须具有并入到至少一个接触零件中的一定的磨损行程(wear travel)。所附实施方案示出了一种将此行程提供给内齿轮泵/马达的方法。然而，提出的这种技术利用外齿轮泵/马达以及有时称为GEROTORS

的轨道齿轮泵/马达进行检验。

然而，重要的是，该行程容许齿轮和密封件在压力下分离和泄漏。这是通过插入施加足够的压力以保证密封件在操作压力下不会分离的弹簧或弹簧类装置来补救的。然而，如果泵/马达的连接部件将在当今一些非常高的压力下(需要保持系统重量较低的压力)运转，保持这些密封所需的压力会非常高，高到使得密封可能会完全失效。为此，泵/马达内的齿轮面大多除去了一些材料，以减小推压弹簧的表面区域，从而将施加到密封表面的力保持足够低，以避免密封表面的损害或造成密封表面的加速磨损。

【附图说明】

参照附图和以下对优选实施方案的详细描述，本发明上述以及其它优点对于本领域技术人员将变得显而易见，在附图中：

图1a为根据模式选择阀处于“行驶”位置的本发明的液压混合传动系系统的示意性视图；

图1b为模式选择阀处于“空档”位置的图1a中的液压混合传动系系统的视图；

图1c为模式选择阀处于“倒档”位置的图1a中的液压混合传动系系统的视图；

图1d为模式选择阀处于“停车”位置的图1a中的液压混合传动系系统的图示；

图1e为制动超控装置处于超控位置的图1中的液压混合传动系系统的视图；

图2为图1a至图1d中所示的驱动马达和排量控制装置的放大示意性视图；

图3为图1a至图1d中所示的制动超控装置和单向阀桥接电路的放大示意性视图；

图4为根据本发明的内齿轮泵/马达的分解透视图；

图5为根据本发明的外齿轮泵/马达的局部分解透视图；

图6为本发明的长寿命伸缩式齿轮泵和马达的关键特征的平面视图；

图7为本发明的泵/马达的侧视图；

图7a为沿着图7的A-A线截取的本发明的泵/马达的横截面视图；以及

图8为本发明的磨损补偿器组件的详细视图。

【具体实施方式】

下面的专利申请以引用的方式并入本文中：美国临时专利申请60/560,897；美国专利申请11/101,837，现美国专利7,179,070；美国临时专利申请60/655,221；美国专利申请11/359,728；美国临时专利申请60/824,981；以及美国专利申请11/844,416。

伸缩式齿轮泵/马达300描述为结合泵/马达16使用，并且马达76a-76d优选的为可变排量泵/马达，例如于2005年4月8日提交的、现为美国专利7,179,070的共同转让且共同未决的专利申请11/101,837中所示的，该申请的公开内容以引用方式并入本文中，并且在图4和图5中示出。可选地，泵/马达16和马达76a-76d为叶片式或活塞式可变排量泵/马达或为固定排量泵/马达。此外，带有伸缩式齿轮300的泵/马达16可与液压混合传动系系统10结合使用，例如于2005年2月22日提交的共同转让且共同未决的专利申请11/359,728中所示的，该申请的公开内容以引用方式并入本文中，并且在图1至图3中示出。

参见图6至图8，本发明的伸缩式齿轮泵300包括螺栓301、Bellville垫圈(贝勒维尔垫圈)302、耐磨板303、密封壳304、密封弹簧305、正齿轮306(包括耐磨凸起306a、密封圈306b及壳体泄油通道306c)、轴307、环形齿轮308(包括耐磨凸起308a、密封圈308b及壳体泄油通308c)、密封件309、螺栓组件310(包括贝勒维尔弹簧垫圈310a及螺栓310b)，以及压板311。

随着零件磨合入彼此，为了保持密封，就必须有一定的行程被构造到配合的零件中。然而，一旦此行程并入配合的零件中，就需要加装弹簧装置，以在压力下沿着保持密封的方向来偏置零件的公差。通过压力保持正齿轮306的密封，该压力由一端受支承而另一端将力施加到正齿轮306上的密封弹簧305施加到正齿轮上。如果这是外齿轮泵的实施方案，则两个正齿轮组件将足以提供经久耐磨的泵/马达。然而，内齿轮泵有更多的封装限制。在这里，此实施方案示出用于代替常规弹簧的Bellville

垫圈302和Bellville

垫圈310a。然而功能是相同的。在压力波动相当大的环境中，弹簧可由压力补偿式气压弹簧代替。

弹簧提供需要用来提供适当磨损特性的能量。然而，如果泵/马达将在较高压力下运转，保持配合的零件之间的密封所需要的力会容易磨伤密封表面。为此，一种添加到正齿轮306和环形齿轮308的密封表面的结构将使得通过制作密封圈306b和密封圈308b而由液压油或气体产生的相对的力最小化。这种窄带在泵/马达的所需区域产生了连续的密封表面，但却限制了压在正齿轮306和环形齿轮308的齿面上的横截面积，从而减小了密封弹簧302，305或301a的尺寸。然而，这对密封表面之间的力的每平方英寸的磅数没有影响。为此，像耐磨凸起306a和308a之类的器件添加到了正齿轮306和环形齿轮308上，以增大表面面积，进而在不增大来自于正齿轮306和环形齿轮308的齿面压力的情况下承受负载。在正齿轮306或环形齿轮308下漏出的过量的油或气体在壳体泄油通道306c和壳体泄油通道308c中导出。

现参见图1a，液压混合传动系系统一般表示在10处。如本领域的技术人员将认识到的：液压混合传动系系统10可在各种装置中使用，例如(但不限于)车辆、船只、潜水艇和直升机等，但为了清楚起见，在本发明如下描述中，将参照如同安装在机动车辆中。传动系系统10包括动力装置部分11、模式选择器模块43、控制部分59和动力输送部分76。

传动系系统10的动力装置部分11包括与燃料源14连通的发动机12。发动机12可为常规的内燃机、涡轮发动机以及由蓄电池、燃料电池等供电的电动机。发动机12选择性地将扭矩提供到优选的可变排量液压泵/马达16中，在其入口侧上设有液压流体低压源18，并且在其出口侧上设有高压导管20。液压流体可为液体，例如(但不限于)水、液压流体和传动液等，或者保持在本发明范围内的任何可压缩气体。这样描述泵/马达16是因为装置取决于系统10的模式而交替地起到泵或马达的作用，这将下文中进行更为详细的描述。

系统10的动力装置部分11包括多个辅助驱动器，其包括(但不限于)电动发电机22、空气调节压缩机24和热泵26。电动发电机22连接至动力维持模块28，其继而又连接至蓄电池组30。热泵26与加热器芯32连通，并且热泵26和加热器芯32用冷却水源34同时与发动机12流体连通。空气调节压缩机24与换热器36连通。辅助驱动器22，24和26优选分别由电动马达或液压马达运转。可选地，辅助驱动器22，24和26选择性地以离合方式机械接合到发动机12上。蓄压器38与在泵/马达16出口上的高压导管20流体连通。如本领域技术人员将认识到的，蓄压器38用作高压液压流体的贮存器并保持系统10内的高压，例如通过充填高压气体等(未示出)。

节流控制模块40接收来自于空气调节压缩机24经由管路24a上的信号的输入信号，来自于动力维持模块28经由管路28a上的信号的输入信号，以及来自于蓄压器38经由管路38a上的信号的输入信号。基于管路24a，28a和38a上的输入信号，节流控制模块40将输出信号提供到管路42上，以控制发动机12和泵/马达16的中的一个或两个，这将在下文中进行更为详细的论述。管路24a，28a，38a和42上的信号可为电子信号或各种部件与节流控制模块40之间的机械反馈。节流控制模块40能够为任何适合的机械或电器装置，其可操作以便基于一个或多个的输入来控制发动机12和泵/马达16的运转。

模式选择器模块43包括模式选择阀44，其通过高压入口导管46而与高压导管20流体连通。模式选择阀44优选地连接至变速器类变速杆(未示出)等，用以选择性地将阀44移入“D”位置或行驶位置(最好参见图1a)，“N”位置或空挡位置(图1b所示)以及“P”位置或停车位置(最好参见图1d)中的一个。模式选择阀44包括邻接高压入口导管46、连接至其上的低压入口导管48。模式选择阀44还包括连接其上并位于模式选择阀44的相对侧上的高压出口导管50和低压出口导管52。模式选择阀44的P，R，N，D各位置选择性将各位置的内部与导管46，48，50和52对齐，并控制系统10内液压流体流的方向，这在下文中进行更为详细的论述。虽然在上文被描述成“入口”和“出口”，但在工作期间，各导管46，48，50和52可依据系统10的运行条件而起到入口或出口的作用，这在下文中进行更为详细的论述。

导管50和52继而又连接至制动超控装置54。制动超控装置54还包括连接至其上的位于制动超控装置54相对侧上的高压出口导管56和低压出口导管58。制动超控装置54具有第一位置或正常位置54a，以及第二位置或超控位置54b，这在下文中进行更为详细的论述。

控制部分59包括排量控制阀60，其通过高压入口导管62与高压导管20流体连接。排量控制阀60包括连接至其上的、邻近高压入口导管62的低压入口导管64。排量控制阀60还包括在连接至其上的、位于排量控制阀60的相对侧上的高压出口导管66和低压出口导管68。排量控制阀60是浮动定位阀，并且包括连接至其上的油门70和制动器72，用于从排量控制阀60向多个汽缸74a，74b，74c和74d引流。油门70和制动器72优选为机械地连接至相应的油门踏板和制动踏板(未示出)。制动器72经由连接器73连接至制动超控装置54。排量控制阀60具有第一位置或加速位置60a，第二位置或保持位置60b，以及第三位置或减速位置66c。排量控制阀60的各位置60a，60b和60c选择性地将各位置60a，60b和60c的内部与导管62，64，66和68对齐，并且控制液压流体流向汽缸74a，74b，74c和74d的方向，最好参见图2。

各汽缸75a，75b，75c和75d经由连接器75a，75b，75c和75d而机械地连接至各车轮上相应的驱动或牵引马达76a，76b，76c和76d(在动力输出部分76中)。马达76a-76d优选为可变排量马达。正如本领域技术人员将认识到的，例如，连接器75a-75d的位置通过连接至斜盘等来确定马达76a-76d的排量。高压出口导管66与各汽缸74a-74d中的活塞(未示出)的一侧流体连通，且低压出口导管68与汽缸74a-74d中的活塞的相对侧流体连通。虽然示出的系统10是用多个牵引马达76a，76b，76c和76d阐释的，但是本领域技术人员将认识到：保持在本发明范围内的同时，可以使用少至一个马达。例如，在机动车辆中的单个马达装置中，该单个马达的输出连接至差速齿轮，其继而又机械连接至一对驱动轮。各牵引马达76a，76b，76c和76d均具有上部端口77a，77b，77c和77d以及下部端口78a，78b，78c和78d。流体流经上部端口77a-77d和下部端口78a-78d的方向确定了马达76a-76d的转向。反馈连接器80在排量控制阀60和汽缸74a-74d的活塞之间延伸。

单向阀桥接电路82包括多个单向阀84，86，88和90并按与桥式全波整流器相似的方式布置，最好参见图3。导管92与单向阀84的入口以及单向阀86的出口流体连通。导管92还与高压出口导管56流体连通。导管94与单向阀86的入口以及单向阀88的入口流体连通。导管94还与液压流体低压力源18流体连通。导管96与单向阀88的出口以及单向阀90的入口流体连通。导管96还与低压出口导管56流体连通。导管98与单向阀84的出口以及单向阀90的出口流体连通。导管98还与高压导管20流体连通。

参见图4，根据本发明的内齿轮设备一般表示在100处。正如本领域的技术人员将认识到的，设备100可被配置为像马达或泵一样运转，但在本发明以下的描述中其将被称为马达。内齿轮马达100包括带有基部104和端盖106的空心壳体102。基部104限定在其中的凹口或腔体108，其大小适合接收第一心轴110和第一活塞元件112。端盖106包括至少两个端口107(仅示出一个)，其中各个均在其内表面与外表面之间延伸，优选地在端盖106的相对侧上延伸。端口107中的一个连接至流体系统的高压段，如图1a至图1e中的高压导管20，且端口107中的另一个连接至回流管或流体源，如图1a至图1e中的流体源18。

第一心轴110限定贯穿其基部111的开孔114，并且包括第一外法兰116，以及从基部111的上表面113向上延伸的多个间隔开的第二外法兰118。内法兰120从第一心轴110的基部111向上延伸，并且位于在开孔114附近。第二外法兰118同时与开孔114和内法兰120间隔开。第一密封衬套122的大小适合旋转装入开孔114中，并且优选地与第一心轴110的基部111的高度基本相等，以便在衬套122置于开孔114中时，衬套122的上表面与基部111的上表面113基本平齐。

横截面基本为圆形的外齿轮124适于放置在基部111的上表面113之上，其中齿轮124的弯曲外表面邻近外法兰116和118的各弯曲内表面。外齿轮124包括形成在其内表面上的多个齿126。当置于上表面113时，齿轮124在轴向上固定于外法兰118与内法兰120之间。

横截面基本为圆形的内齿轮128包括形成在其外表面上多个的齿130，并限定延伸穿过其中的开孔132。齿130可操作成用以与形成在外齿轮124内表面上的齿126啮合。齿轮128的下表面延伸进衬套122并与其一起旋转，其中在组装并操作马达100时，齿130配合衬套122上对应的齿，这将在下文中更为详细地进行描述。内齿轮128的齿130的各外表面邻近内法兰120的内表面。当组装马达时，开孔132适于接收驱动轴或输出轴134的自由端。内齿轮128可沿轴134轴向移动。驱动轴134由轴承135(例如，滚珠轴承、滚子轴承等)可旋转地支承在端盖106中。驱动轴134的自由端以预定距离延伸出端盖106的上表面，并用作马达100的输出轴。

第二活塞构件136限定在其内部的开孔138，并适于安装在第一心轴110的外法兰116和118的各上表面上。因此，第二活塞136和第一活塞112分别安装在下心轴110的上表面和下表面上。

第二心轴140适于布置在第二活塞元件136的开孔138中，并限定在其内部的开孔142，用以接收驱动轴134。第二心轴140包括向下延伸的法兰144，其在马达100进行组装时，与第一心轴110的向上延伸内法兰120配合。上心轴140包括延伸穿过其中的一对穿孔146，用于在马达100运转期间与齿轮122和124进行流体连通。

第二密封衬套148包括形成在其外表面上的多个齿150，并限定延伸穿过其中的开孔152。第二密封衬套148适于接收位于开孔152中的上心轴140，并收容于外齿轮124中，并与其一起旋转，其中在组装和操作马达100时，齿126与衬套148上的齿150配合，这将在下文中进行更为详细地描述。

在组装马达110时，第一心轴110和第一活塞112置于壳体102的基部104中，第一密封衬套122置于心轴110中，且外齿轮124置于心轴110上。内齿轮132和第二心轴138安装在驱动轴134上，并组装在一起，以便齿轮132和124各自的齿126和130可旋转地啮合，且内齿轮132与第一密封衬套122接合。第二活塞136附接至心轴110的上表面，且第二密封衬套148置于第二心轴138上并与外齿轮124接合。向下延伸的法兰144与向上延伸的内法兰120配合，以将外齿轮的内部划分成马达100的进气室和排气室，而上端盖106附接至基部104，以包绕壳体102。法兰120和144在齿126和齿130之间径向延伸，以在法兰的一侧上形成进气室，而在法兰的另一侧形成排气室。

在运转中，轴134连接至负载(未示出)，例如车轮等。加压流体经由端口107中的一个从流体系统(例如从图1a至图1e的高压导管20)引入，经由穿孔146而输送至齿轮124和128的进气室侧，与啮合齿126和130作用以旋转齿轮和轴，在齿之间流动而到达排气室，经由其它穿孔146而排放至其它端口107。第一密封衬套122在内齿轮128和第一心轴110之间提供旋转密封，而第二密封衬套148在外齿轮124和第二心轴140之间提供旋转密封，从而保证进气室和排气室的完整性。根据本发明的马达100仅需要密封件122和148来保持流体密封并容许马达100的有效运转。

齿轮124和128的齿126和130之间正常或缺省的空间关系使得齿126和130与齿的轴向区域的全部基本接合。在上述关系中，马达100产生其最大体积流量或最大输出。因为内齿轮128可沿轴134轴向移动，所以根据本发明的马达100可以有利地不同于其最大排量。当内齿轮128移向第一心轴110时，齿126和130的较少轴向区域接合，这样减小了马达100的体积流量或排量。

当单元100配置为马达时，外部压力源，例如来自于外部液压泵的液压流体、来自于空气压缩机的压缩空气等，将体积流量提供给端口107，以便使齿轮124和128旋转并在轴134上产生输出扭矩。随着压力的改变，内齿轮128将沿轴134的轴线移动，以便改变马达100的输出马力。马达100有利的是可用于在大范围变化的输出负载下控制输出转速(rpm)，输出负载包括但不限于机动车辆、转台、大型机械、挖土机、大型钻井机、船舶和农用机具等。

当单元100配置为泵时，原动机(例如图1a至图1e中的发动机12)使轴134在较低速度下或以较低扭矩旋转，泵100将通过改变其基于泵壳体102中内部压力的输出，对降低的输入速度或输入扭矩作出反应。在这种情况下，输出端口107将在排气室中产生较高的背压，而内齿轮128将沿轴134的轴线移动到轴线上的一点上，在该点处，齿轮128处于或接近持续运转的平衡。因此，泵100可在内齿轮128基本邻近上心轴140的最大输出或排量变化到内齿轮128基本邻近下心轴110的最小排量。

参见图5，根据本发明的外齿轮设备一般表示在200处。正如本领域的技术人员将认识到的，设备200可配置成用以像马达或泵一样运转，但为了简化本发明的描述，将其称为泵。外齿轮泵包括空心壳体202，其具有由主体部208连接的第一端盖204和第二端盖206。优选的是，第一端盖204和第二端盖206由多个紧固件210(例如高强度螺栓等)附接至主体部208。主体部208限定其中的凹口212。

具有多个形成在其外表面上的齿216的第一齿轮214，和具有多个形成在其外表面上的齿220的第二齿轮218，适于设置在壳体202的凹口212中。各齿轮214和218的齿216和220均可操作来用以在泵200的运转期间旋转地在凹口或泵腔212中啮合。第一齿轮214具有从其上延伸的轴222，而第二齿轮216具有从其上延伸的阶梯式轴224。第一齿轮214固定在轴222上，而第二齿轮可沿轴224轴向移动。轴222和224在相反的轴向上延伸，并且轴224的长度大于轴222的长度。带有内齿的第一密封套筒226接收第一齿轮214，而带有内齿的第二密封套筒228接收第二齿轮218的一端。

平板配件230包括从其上向下延伸的法兰232，并附接至其平坦上表面上的第一推板234。优选的是，推板234由多个紧固件236(例如高强度螺栓等)附接至配件230。轴222的自由端贯穿形成在配件230和推板234内的开口中。轴222的自由端由一对螺母238可旋转地紧固在配件230和推板234中，并由轴承240(例如滚珠轴承、滚子轴承等)旋转地支承。第二密封套筒228可操作成用以收容于邻近法兰232的配件230内的凹口中。当轴222安装在配件230和推板234中时，齿轮214在轴向上相对于壳体202受到固定。

第二推板242由多个紧固件244(例如高强度螺栓等)附接至第一端盖204的上表面205。板242包括用于接收轴224自由端的开孔和用以接收并定位邻近第一端盖204上表面的第一密封套筒226的大孔。轴224的自由端贯穿板242中的开孔，螺纹接合在阶梯上的一对螺母246，并由轴承248(例如滚珠轴承、滚子轴承等)旋转地支承。轴承248优选的设置于形成在第一端盖204上表面205内的腔体250内，而螺母246将轴224附接至与上表面205相对的下表面上的端盖。轴224的自由端以预定距离延伸出端盖204的下表面，并用作泵200的驱动轴或输出轴。

主体部208限定各自在其内表面和外表面之间延伸的第一端口252和第二端口254。端口252和端口254中的一个连接至流体系统的低压段，例如图1a至图1e中的液压流体源18等，且端口252和端口254中的另一个连接至流体系统的高压或加压段，例如图1a至图1e中的高压导管20。

运转中，轴224连接至原动机，例如图1a至图1e中的发动机12等。当原动机使轴224旋转时，齿轮218旋转并引起齿轮214旋转。如本领域所公知的，流体经由端口252或端口254中的一个从流体系统引入，并收集于啮合齿216和220之间，并且经由端口252或端口254中的另一个排放。合适的通道形成在壳体202中，以在泵200运转期间确保流体的正确引导。第一密封套筒226在第一齿轮214和上表面205之间提供旋转密封，且第二封套筒228在第二齿轮218和配件230之间提供旋转密封，从而保证泵腔212的完整性。根据本发明的泵200仅需要密封套筒226和228来保持密封并允许泵200的有效运转。

在齿轮214和218的齿216和220之间正常或缺省的空间关系使得齿216和220与齿的轴向区域的全部基本接合。在这种关系中，泵200产生其最大体积流量或最大输出。因为第二齿轮218可沿轴224轴向移动，所以根据本发明的泵200有利的是可不同于其最大排量。当第二齿轮218移向下推板242时，齿216和齿220的轴向区域较少接合，这样就减小了泵200的体积流量或排量。一般而言，当原动机使轴224在较低速度下或以较低扭矩旋转时这将会发生，并且泵200将通过改变其基于泵壳体202内的内部压力输出来对降低的输入速度或输入扭矩作出反应。在这种情况下，输出端口252或254将在凹口212中产生较高的背压，且第二齿轮218将沿轴224的轴向移动到轴线上的一点上，在该点处，齿轮128处于或接近持续运转的平衡。因此，泵200可在齿轮218基本邻近配件230的最大输出或排量变化到齿轮218基本邻近下推板242的最小排量。

当设备200配置为马达时，外部压力源，例如来自于外部液压泵的液压流体、来自于空气压缩机的压缩空气等，将体积流量提供给端口252和254，以便使齿轮214和218旋转并在轴224上产生输出扭矩。随着压力的改变，第二齿轮218将沿轴224的轴线移动，以便改变马达200的输出马力。马达200有利的是可用于控制大范围变化的输出负载下的输出转速，输出负载包括但不限于机动车辆、转台、大型机械、挖土机、大型钻井机、船舶和农用机具等。

在系统10的运转期间，发动机12启动并将扭矩供给给泵/马达16，泵/马达继而又将加压的液压流体供给给高压导管20。蓄压器38确保导管20内液压压力保持相对稳定，并且以本领域技术人员所熟知的方式提供能量储存。导管20中的压力传送到导管46，62和98上。

参见图1a，当模式选择阀44处于D位置或行驶位置而制动超控装置54处于54a位置时，液压流体将按D位置箭头所示的方向，流动穿过导管46，穿过模式选择阀44，并且流出导管50，并按54a位置箭头所示的方向，穿过制动超控装置54而流出导管56，到达马达76a-76d的各上部端口77a-77d，穿过马达76a-76d而到达各下部端口78a-78d，从而降低压力，并以本领域技术人员所公知的方式，为在向上的马达76a-76d中的每一个提供输出扭矩。在下部端口78a-78d中压力较低的液压流体按54a位置箭头所示的方向穿过导管58，穿过制动超控装置并流出导管52，并按D位置箭头所示的方向，穿过模式选择阀44流出导管48而到达液压流体源18。

参见图1b，当模式选择阀44处于N位置或空挡位置，且制动超控装置54处于54a位置时，液压流体将流过导管46，但受到在N位置邻近导管46的端盖的阻止而不会流过模式选择阀44。出口导管50和52与导管48中低压液压流体连通，因此没有流体流过制动超控装置54或流到马达76a-76d，这是由于导管50和56中的压力将与导管52和58中的压力平衡。当处于N位置时，如果马达76a-76d中的任何一个需要液压油流，则来自贮存器18的液压油可以流过以到达马达76a-76d。

参见图1c，当模式选择阀44处于R位置或倒车位置，而制动超控装置54处于位置54a时，液压流体将按R位置箭头所示的方向，穿过导管46，穿过模式选择阀44并流出导管52，并按54a位置箭头所示的方向，穿过制动超控装置54并流出导管58，并且到达马达76a-76d的各下部端口78a-78d，穿过马达76a-76d而到达各上部端口77a-77d，从而降低压力，并以本领域技术人员所公知的方式，在反向上为马达76a-76d中的每一个提供输出扭矩。在下部端口77a-77d中压力较低的液压流体按54a位置箭头所示的方向，穿过导管56，穿过制动超控装置而流出导管50，并按D位置箭头所示的方向，穿过模式选择阀44并流出导管48，以到达液压流体源18。

参见图1d，当模式选择阀44处于P位置或停车位置，且制动超控装置54处于54a位置时，因为在P位置邻近导管46，48，50和52中的每一个的端盖阻止任何穿过到马达76a-76d的流动，所以液压流体将不会流过导管46，48，50和52中的任何一个。

如上所述，在第一位置54a，制动超控装置54允许液压流体在导管50与56之间以及在导管52与58之间流动(取决于模式选择阀44的位置)。然而，在第二位置54b，最好参见图1e，因为在第二位置54b邻近导管50，52，56和58中的每一个的端盖阻止任何经过制动超控装置54的流动，所以液压流体将不会流过导管50，52，56和58中的任何一个。通过促动制动器72以及沿连接器73的信号传输，制动超控装置54从其正常第一位置54a移动至第二位置54b，并防止液压流体从排量控制阀44到马达76a-76d的流动。

运转中，当模式选择阀44处于D位置或驱动位置，且超控装置54移动至第二位置54b时，如果使用制动器72，用于马达75a-76d的唯一液压流体源经过单向阀桥接电路82，且因此，所有流体流被引导穿过单向阀桥接电路82。在制动期间，马达76a-76d将开始起泵的作用，有利的是在制动期间从车轮转动中重获能量。当在D位置制动时，液压流体将从液压流体源18流动穿过导管94、穿过单向阀86、穿过导管92而流到上部端口77-77d以及马达76a-76d，在马达76a-76d处，液压流体压力被升高。随后高压液压流体将从马达76a-76d流动穿过下部端口78a-78d、穿过导管96以及单向阀90(如果导管96中的压力大于导管98中的压力)，并流入导管98，在导管98处，高压液压流体流至导管20并重新充满蓄压器38。

当模式选择阀44处于R位置制动时，液压流体将从液压流体源18流动穿过导管94、穿过单向阀88、穿过导管96而流至下部端口78a-78d以及马达76a-76d，在马达76a-76d处，液压流体压力被升高。随后高压液压流体将从马达76a-76d流动穿过上部端口77a-77d、穿过导管92以及单向阀84(如果导管92中的压力大于导管98中的压力)，而流入导管98，在导管98处，高压液压流体流至导管20并重新充满蓄压器38。

一旦车辆完全停止，则单向阀桥接电路82起作用，以防止液压流体反向流至马达76a-76d。当模式选择阀44处于D位置制动时时，制动超控装置54移动至位置54b并阻止从模式选择阀44到马达76a-76d的流动。来自于高压导管20的流动将试图经由导管98达到马达76a-76d，但经由单向阀84和90至马达的流动受到阻止。单向阀桥接电路82将允许流动仅从导管92穿过单向阀84到达导管98，或从导管96穿过单向阀90到达导管98，这种情况仅仅发生在导管56和92或导管58和96中的压力大于导管98中的压力时。如果导管92中的压力小于导管98和导管94中的压力，则单向阀会打开，但因为导管94处于低压，所以没有产生从贮存器18到导管92的流动。同样，如果导管96中的压力小于导管98和导管94中的压力，则单向阀88将打开，但因为导管94处于低压，所以没有产生从贮存器18到导管96的流动，而有利的是，在车辆完全停止后，防止了高压液压流体导致马达76a-76d反向接合。

运转中，液压流体穿过系统10的流动由操作者通过连接至排量控制阀60的油门70或制动器72控制。连接器80和连接件75a-75d通过合适的连杆机构等连接在一起，这样就允许了马达76a-76d以与连接器80通过连接件75a-75d向马达76a-76d提供控制相似的方式，通过连接件75a-75d向排量控制阀60提供反馈。

例如，如果车辆的使用者(未示出)将油门70踩下，这引起反馈连接器80向着加速方向移动，并引起排量控制阀60移向位置60a。来自于导管62的高压流体将流动经过排量控制阀60上的端口，从而增加大导管66内的压力，并流至汽缸74a-74d。因为导管66内的压力将大于导管68内的压力，所以连接器75a-75d将向加速方向移动，从而增大排量，并因此增大马达76a-76d的输出扭矩。

一旦达到马达76a-76d需要的输出扭矩，马达76a-76d将减速，从而使连接器75a-75d向减速方向移动，降低导管66中的压力并增大导管68内的压力。这种移动由反馈连接器80转移回排量控制阀60，这使得排量控制阀移向位置60b。在位置60b中，没有穿过排量控制阀60的流动，且因此连接器75a-75b保持静止，而排量保持不变，因而马达76a-76d的输出扭矩保持不变。

如果使用者将他(她)的脚从油门70移开，这引起反馈连接器80向减速方向移动并引起排量控制阀60移向位置60c。来自于导管62的高压流体将流过排量控制阀60上的端口，从而增大导管68内的压力，并流至汽缸74a-74d。因为导管68内的压力将大于导管66内的压力，所以连接器75a-75d将向减速方向移动，从而减小排量，并因此减小马达76a-76d的输出扭矩。

有利的是，在油门70和发动机12之间没有直接连接。相反，发动机12基于发动机转速(基于管路42上的信号)、扭矩(基于排量控制阀60的位置，其受油门70位置影响)以及系统压力(基于管路38a上的信号)进行操纵和控制。基于已知的发动机效率参数，这种输入结合使得系统10的节流控制模块40始终使发动机在其最高效率下运行，并因此提供发动机12和系统10的比例控制。在系统10满载时，有利的是发动机12能够被关闭，从而将即时燃料消耗减低至零。当系统压力下降时，将重启发动机12以将压力再次提供给导管20。

基于空气调节压缩机24、动力维持模块28和蓄压器38的情况和运行状态(由它们在管路24a，28a和38a上的各自的信号确定)，节流控制模块40将信号在管路42上发送，以便启动或停止发动机12和/或改变泵/马达16的排量。

随着导管20内的系统压力增大，蓄压器38充满，而来自于泵/马达16的流速减少。泵/马达16的流动持续减小，直至由于马达76a-76d的输出引起系统压力下降。如果任何时候泵/马达16的流动到达零流流，则可关闭发动机12，直至再次需要流动。如果附件需要动力以防止发动机12熄火(假设该附件以离合方式连接至发动机12)，则也可减小泵/马达16的流动。传动系系统10是通过平衡动力消耗速率来得到其效率。间断突进所需的能量由蓄压器38内的储存能量补给。泵/马达16提供大于推动车辆所需的平均流量的流量。由泵16产生的额外流量随后储存到了蓄压器38中。

根据本发明的液压混合传动系系统10，凭借一旦增加马达76a-76d的排量，则相应输出扭矩非常快这一事实，有利地为系统10提供不复杂、简单的控制方法和非常敏感的控制手段。

本领域技术人员将认识到的是，根据本发明的系统10可用来将液压动力供给各种系统，系统包括(但不限于)用于诸如船舶、轮船或潜水艇之类的漂浮船只或潜水船只的推进系统和用于直升机的推进系统等。简言之，泵/马达16的输出可结合传动系系统10使用，以使任何数量的液压马达运转，例如用于各种目的同时又保持在本发明范围内的马达76a-76d。

连接器73，75a-75d和80可为保持在本发明范围内的任何类型的机械连接器，如液压管路、电缆和金属棒等，而管路24a，28a，38a和42上的信号可为保持在本发明范围内的与电磁阀等连通的电子信号。

根据专利法的规定，认为是以代表本发明优选实施方案的方式描述了本发明。然而，应该注意的是，在没有脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可按与具体阐述和描述不同的方式实施。

Claims (17)

1.一种伸缩式齿轮泵/马达，包括：

可旋转的第一齿轮，其具有第一齿；

可旋转的第二齿轮，其具有第二齿；

所述第一齿接合所述第二齿并且所述第二齿轮相对于所述第一齿轮能够沿轴向移动，从而改变所述齿轮泵/马达的位移，所述第一齿轮和所述第二齿轮之一具有第一耐磨凸起；以及

磨损补偿器组件，其包括耐磨板和弹簧组件，所述第一耐磨凸起与所述弹簧组件接触，并且

其中所述弹簧组件将压力施加至所述第一齿轮和所述第二齿轮中具有所述第一耐磨凸起的一个，以便在运转期间保持对所述伸缩式齿轮泵/马达内压力流体的密封，且其中所述第一耐磨凸起在保持流体压力的同时减小磨损。

2.如权利要求1所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述弹簧组件包括机械弹簧。

3.如权利要求1所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述弹簧组件包括气压弹簧。

4.如权利要求1所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述弹簧组件包括至少一个垫圈。

5.如权利要求1所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述第一齿轮和所述第二齿轮中的另一个包括具有与所述耐磨板接触的第二耐磨凸起的环形齿轮。

6.如权利要求1所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述第一齿轮和所述第二齿轮中具有所述第一耐磨凸起的所述之一是正齿轮。

7.如权利要求6所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述正齿轮进一步包括用于连续密封表面的密封圈。

8.如权利要求7所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述密封圈是沿所述正齿轮的周缘延伸的窄带。

9.如权利要求7所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述正齿轮进一步包括用于所述密封圈和所述第一耐磨凸起之间的流体的泄油通道。

10.如权利要求5所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述环形齿轮进一步包括用于连续密封表面的密封圈。

11.如权利要求10所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述密封圈是沿所述环形齿轮的周缘延伸的窄带。

12.如权利要求10所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中环形齿轮进一步包括用于所述密封圈和所述第二耐磨凸起之间的流体的泄油通道。

13.如权利要求1所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述第一齿轮和所述第二齿轮中具有所述第一耐磨凸起的所述之一是环形齿轮。

14.如权利要求13所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述环形齿轮进一步包括用于连续密封表面的密封圈。

15.如权利要求14所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述密封圈是沿所述环形齿轮的周缘延伸的窄带。

16.如权利要求14所述的伸缩式齿轮泵/马达，其中所述环形齿轮进一步包括用于所述密封圈和所述第一耐磨凸起之间的流体的泄油通道。

17.一种伸缩式齿轮泵/马达，包括：

磨损补偿器组件，其包括耐磨板和弹簧组件，所述弹簧组件包括弹簧；可旋转的第一齿轮；以及可旋转的第二齿轮，所述第二齿轮接合所述第一齿轮，所述第一和第二齿轮相对于彼此能够沿轴向移动从而改变所述伸缩式齿轮泵/马达的位移并且均包括与所述弹簧组件接触的耐磨凸起，由沿每个所述齿轮的周缘延伸的窄带形成的密封圈，以及在所述耐磨凸起和所述密封圈之间的泄油通道，所述密封圈和所述耐磨凸起减少每个所述齿轮的经受磨损表面积，并限制所述弹簧的尺寸，其中所述弹簧组件将压力施加至每个所述齿轮，以便在运转期间保持所述伸缩式齿轮泵/马达内的密封，且其中所述耐磨凸起在保持流体压力的同时减小磨损。

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