CN101598155A - 摆线马达的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摆线马达的冷却系统，还涉及一种具有冷却系统的液压马达。该液压马达包括定子、在该定子内转动并环绕的转子、与该转子连接的传动杆和与该定子连接的壳体。该壳体包括工作流体进入端口、工作流体退出端口、冷却流体进入端口和冷却流体退出端口。每个端口延伸通过该壳体并被配置成与不同的相关外部流体管线连接。加压的流体进入该工作流体进入端口以在到达该工作流体退出端口的途中使该转子转动并环绕。冷却流体端口在该壳体内与该工作流体进入端口和该工作流体退出端口隔离。

Description

摆线马达的冷却系统
相关申请的交互参照
[0001]本申请要求2008年6月5日提交的美国临时申请No.61/059,064和2009年5月29日提交的美国申请No.12/474,339的优先权，在此引入它们的全部内容作为参考。
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于推动车辆的液压系统。更具体而言，本发明涉及一种包括摆线马达的液压系统。
背景技术
[0003]用于推进驾乘式剪草机和其他小型车辆的液压系统包括与液压马达连接的泵。泵用于将加压流体(例如油)输送到液压马达。液压马达将来自泵的加压油流的能量转换成用于传递旋转运动以推进驾乘式剪草机的扭矩和速度。由于液压马达持续工作，马达运动部件产生的摩擦力可能会导致工作温度高。冷却马达可以提高马达的寿命以及提高工作效率。
[0004]在液压系统中众所周知的是，在压力下导入冷却油以驱动液压马达的输出轴。在一种这样的已知液压系统中，冷却油被导入马达，更具体而言被导入摆线马达中的摆线组。油通过马达的泄油口从马达退出。液压马达也可以被制造成包括加压的中央开口，即液压马达不包括泄油口，这样使得这种已知的冷却系统不适于这种类型的马达。
发明内容
[0005]本发明提供一种可以克服上述缺点的具有冷却系统的液压马达，所述液压马达包括定子、在所述定子内转动并环绕的转子、与所述转子连接的传动杆和与所述定子连接的壳体。所述壳体包括工作流体进入端口、工作流体退出端口、冷却流体进入端口和冷却流体退出端口。每个端口延伸通过所述壳体并被配置成与不同的相关外部流体管线连接。加压的流体进入所述工作流体进入端口以在到达所述工作流体退出端口的途中使所述转子转动并环绕。所述冷却流体端口在所述壳体内与所述工作流体进入端口和所述工作流体退出端口隔离。
[0006]可以克服上述缺点的液压系统的一个例子包括液压马达、泵、连接所述泵与所述液压马达以用于驱动和用于冷却所述马达的流体管线和与至少一条所述流体管线连接的油冷却器。所述马达包括：壳体部，包括工作流体进入端口和工作流体退出端口；与所述壳体部连接的摆线组，包括转子和定子；与所述转子连接的传动杆；与所述传动杆连接的输出轴；和与所述壳体部连接并封闭所述壳体部一端的端板。当流体在所述工作流体进入端口和所述工作流体退出端口之间流经所述马达时，所述转子在所述定子内转动并环绕。所述端板包括冷却流体进入端口、冷却流体退出端口和形成在所述端板内表面上的槽。所述槽在所述壳体内与所述工作流体进入端口和所述工作流体退出端口隔离，使得当所述冷却流体流经所述马达时，通过所述冷却流体进入端口进入所述槽和通过所述冷却流体退出端口退出的冷却流体没有通过所述工作流体进入端口进入或通过所述工作流体退出端口退出。
[0007]一种可以被操作以冷却摆线马达的摆线马达的端板，所述端板包括：基本上平的内表面、从所述内表面延伸进所述端板的槽、从所述端板的外表面延伸进所述端板的冷却流体进入端口和从所述端板的外表面延伸进所述端板的冷却流体退出端口。所述基本上平的内表面被配置成接触相关摆线马达的部件的平面。当所述端板与所述相关的摆线马达连接时，所述端板的外表面与外界环境接触。所述冷却流体进入端口与所述槽流体连通。所述冷却流体退出端口也与所述槽流体连通。
[0008]降低摆线装置内压力不平衡的液压马达的一个例子包括：壳体部，包括进入端口、退出端口和中央开口；与所述壳体部连接的定子；当加压的流体被导入所述进入端口时在所述定子内转动并环绕的转子；与所述转子连接的传动杆；与所述传动杆连接并配置在所述中央开口中的输出轴；与所述壳体部连接的端板；平衡板；和被限制在所述平衡板和所述端板之间的球。所述转子包括在所述转子的前侧上的前阀槽、在所述转子的后侧上的后外槽、在所述转子的后侧上的后内槽和连接所述后外槽与所述前阀槽并经过所述转子的通道。所述平衡板接触所述转子的后侧。所述平衡板配置在所述转子和所述端板之间。所述平衡板包括从所述板的第一平面向内延伸的梭腔、从所述板的第二平面向内延伸进所述梭腔的外通道、从所述板的第二平面向内延伸进所述梭腔的内通道、邻近所述外通道的外阀座和邻近所述内通道的内阀座。当所述转子在所述定子内转动并环绕时，所述转子的后外槽扫过所述平衡板，使得所述平衡板中的所述外通道与所述转子上的所述后外槽连接，并且所述转子上的所述后内槽保持与所述中央开口的流体连通。
附图说明
[0009]图1示意性示出一种液压系统，其包括泵、液压马达、油冷却器和连接泵与液压马达的流体管线。
[0010]图2是图1所示的液压马达的剖视图。
[0011]图3是图1所示的马达的端板的平面图(外侧)。
[0012]图4是沿图3的线4-4的剖视图。
[0013]图5是图3所示的端板的平面图(内侧)。
[0014]图6是图4一部分的放大图。
[0015]图7是图1所示的马达的平衡板的平面图(转子组侧)。
[0016]图8是沿图7的线8-8的剖视图。
[0017]图9是图7所示的平衡板的平面图(端板侧)。
具体实施方式
[0018]图1示意性示出可以用于推进驾乘式剪草机的液压系统。图1中的液压系统可以用于推进其他小型地面车辆。该液压系统包括液压马达10和经由流体管线与该液压马达连接的泵12。该流体管线连接泵12与液压马达10以用于驱动和用于冷却马达。该液压系统还包括油冷却器14(例如散热器)和贮存器16。在图1中，用于推进马达的泵12和马达10之间的连接是闭合回路，其可能导致马达10的工作温度高。当马达10用于驱动剪草机的轮子时尤其是这种情况。因此，希望提供一种用于冷却液压马达的冷却系统。
[0019]液压系统的泵12是常规类型的泵，其包括主泵20和辅助泵22。主泵20是变排量泵，图1所示的辅助泵可以是与变排量泵一起使用的供给泵。在图1所示实施例中的变排量泵20和供给泵22均由输入轴24驱动，该输入轴与剪草机的发动机(图未示)连接。这些泵20和22是常规的，因此不需要进一步说明。
[0020]图1所示的流体管线可以包括工作流体管线和冷却流体管线。第一工作流体管线30连接主泵出口32(示意性示出)与马达10的工作流体进入端口34(在图1中被螺帽盖住)。第二工作流体管线36连接主泵进口38(示意性示出)与液压马达10的工作流体退出端口42(在图1中被螺帽盖住)。主泵20、工作流体管线30和36以及马达10限定了可能导致马达的工作温度高的闭合回路。其他元件，例如过滤器，可以设置在连接主泵20与马达10的回路中。
[0021]图1所示的流体管线还包括连接辅助泵出口52(示意性示出)与冷却流体进入端口54的第一冷却流体管线50。第二冷却流体管线56连接辅助泵进口58(示意性示出)与冷却流体退出端口62。油冷却器14与至少一条冷却流体管线连接。如图1所示，在所示实施例中，油冷却器14与用于连接辅助泵进口58与冷却流体退出端口62的第二冷却流体管线56连接。
[0022]从图1中明显可以看出，推进马达10的流体，即工作流体，与冷却马达的流体隔离开(除了由供给泵22输送至变排量泵20的少量流体之外)。在马达自身内，推进马达10的流体与冷却马达的流体隔离开。换言之，通过冷却流体进入端口54进入马达10的流体流经马达没有通过马达的工作流体出口42退出。相反，通过冷却流体进入端口54进入的流体通过冷却流体退出端口62退出，并且没有与流经马达以推进马达的流体混合。马达的内部部件更详细地显示在图2中。在另一种配置中，在工作流体管线30，36上可以设置配件。第一冷却流体管线50可以与第一工作流体管线30和冷却流体进入端口54连接，而不是连接辅助泵出口52与冷却流体进入端口54。同样，第二冷却流体管线56可以与第二工作流体管线36和冷却流体退出端口62连接。在这种情况下，可以不设置辅助泵22。
[0023]参照图2，液压马达10包括壳体，该壳体包括前壳体部70和与该前壳体部连接的端板72。该壳体限定了图1中可见的工作流体进入端口34、工作流体退出端口42、冷却流体进入端口54和冷却流体退出端口62。对于图示实施例更具体的是，工作流体进入端口34和工作流体退出端口42形成在前壳体部70中，冷却流体进入端口54和冷却流体退出端口62形成在端板72中。每个端口34，42，54和62延伸通过壳体，并被配置成与不同的外部流体管线连接。
[0024]液压马达10还包括与前壳体部70和端板72连接的摆线组74。该摆线组包括转子76和定子78。转子76在定子78内转动并环绕。定子78与壳体连接。
[0025]在图2示出的实施例中，转子76包括在转子邻近歧管84的前平面80上的环形前阀槽82。前阀槽82经由通道92(示意性示出)与设置在转子76邻近平衡板88的后平面90上的环形后外槽86连接。后内槽94(也是环形的)从后外槽86径向向内配置，并形成在转子76的同一后表面90上。下面更详细地说明这些槽和通道的功能。
[0026]继续参照图2，多个螺栓100(图2中仅看到一个)将端板72、平衡板88、摆线组74和歧管84与前壳体部70连接。前壳体部70包括中央开口102，在图示实施例中，中央开口102与工作流体进入端口34或工作流体退出端口42连接。传动杆104与转子76连接并配置在前壳体部70的中央开口102内。输出轴106与传动杆104连接并至少部分地配置在中央开口102内。图2所示的输出轴106与制动组件108连接，也可以与剪草机的轮子(图未示)连接。在液压马达10的操作过程中，前壳体部70的中央开口102可能处于压力下，从而使得图2所示的马达10不适于泄油口。因此，提供用于冷却马达10的另一种机制。
[0027]参照图3-6，端板72包括冷却流体端口54和62，每一个端口与从紧靠平衡板88的内平面114在端板72中磨铣、车削或机械加工而形成的环形冷却槽112连通(参见图2)。冷却流体进入端口54和冷却流体退出端口62从端板的外表面110延伸进端板72。当端板72与马达10的其余部分连接时，外表面110与外界环境接触。在图5中相对于端板72和槽112的中心从端口54沿顺时针方向测量，冷却流体端口54和62彼此成角度地偏置大约160°。换言之，冷却流体进入端口54与冷却流体退出端口62绕环形槽112间隔至少约160°。两端口的间隔避免了图1所示的冷却回路出现短路。冷却流体端口54和62可以彼此设置的更近；然而，在这样的配置中，可能需要阻断两端口间的最近通路之间的环形槽112，以防止冷却流体短路。例如，显示在槽112中的壁116用于阻断在冷却流体进入端口54和冷却流体退出端口62之间沿一个方向的流动。
[0028]环形外密封凹口120从环形冷却槽112径向向外偏置。环形外密封凹口120收容密封件122(图2)，以将冷却槽112与外界环境隔离。环形内密封凹口124从冷却槽112径向向内配置，并收容密封件126(图2)，以将冷却槽112与流经马达10而驱动输出轴106的工作流体隔离(图2)。换言之，各密封件将马达中的冷却流体与工作流体隔离。密封件122和126也将冷却槽112中的流体与液压马达的转动部件隔离。换言之，槽112在马达壳体内与工作流体进入端口34和工作流体退出端口42隔离，使得通过冷却流体进入端口54进入槽112的流体没有通过工作流体进入端口34进入，也没有通过工作流体退出端口42退出。
[0029]环形内密封凹口124小于用于密封端板与平衡板的已知的密封凹口。由于内密封凹口124的面积较小，可以减小作用在端板72和平衡板88上的力。这样提高了输出轴106的扭矩工作能力，因为机械阻力减小。此外，马达10工作时没有象具有较大这种凹口的马达那样热。在图示实施例中，环形内密封凹口124沿径向测量的宽度为约0.120英寸，沿轴向测量的深度为约0.058英寸。
[0030]再次参照图1，包括供给泵22和连接供给泵与端板72的冷却流体管线50和56的冷却回路通过将冷却油导入液压马达的端板而冷却液压马达。如图2所示，端板72邻近摆线组74和平衡板88，它们通常是马达10的最热部件。油被抽入冷却流体进入端口54并流入冷却槽112。油从冷却流体退出端口62退出，在途中经过散热器14，以在油返回进入供给泵22之前冷却油。这与在压力下导入冷却油以驱动液压马达输出轴的已知液压马达冷却系统大不相同。在已知的液压马达冷却系统中，冷却油被导入马达，并通过马达的泄油口从马达退出。由于图1和图2所示的马达10具有加压的中央开口，因此其不包括泄油口，这样使得已知的冷却系统不适于这种马达。然而，本发明公开的冷却系统也可以与包括泄油口的液压马达一起工作。
[0031]图1所示的回路将用于冷却马达的油与用于驱动马达的油分开。冷却通道112显示在端板72中。马达10，尤其是马达的壳体，可以包括限定在壳体中并与冷却流体端口连通的冷却通道。例如，与冷却通道112相似的冷却通道可以形成在马达的其他部件中，如平衡板88、定子78、歧管84等。
[0032]图7-9示出液压马达10的平衡板88。平衡板88包括从板88的后平面132朝着板的前平面134轴向向内延伸的梭腔130。外通道136从前内表面134向内延伸进梭腔130。内通道138也从前表面134向内延伸进梭腔130。外阀座142形成在腔130中并邻近外通道136。内阀座144也形成在腔130中并邻近内通道138。再次参照图2，止回球150设置在梭腔130中，并被限制在平衡板88和端板72之间。
[0033]当转子76在定子78内转动并环绕时，转子76上的环形外槽86扫过平衡板88，使得平衡板88中的外通道136与转子76上的环形外槽86连接。形成在平衡板88中的内通道138保持转子76的中央开口与前壳体部70的中央开口102之间的流体连通。因此，当转子76的中央开口处于相对较高压力下时，球150被推离阀座144(图8)，并被导向阀座142。当转子的中央开口用作马达的出口时(相对较低压力)，球150位于阀座144上。
[0034]上面详细地说明了液压马达和液压马达系统。经阅读并理解上述详细说明后，可以对其作出修改和变化。本发明不仅限于上述实施例。相反，本发明由所附权利要求书和其等同物宽泛地限定。

Claims (21)

1.一种液压马达，包括：
定子；
在所述定子内转动并环绕的转子；
与所述转子连接的传动杆；和
与所述定子连接的壳体，其包括工作流体进入端口、工作流体退出端口、冷却流体进入端口和冷却流体退出端口，每个端口延伸通过所述壳体并被配置成与不同的相关外部流体管线连接，其中加压的流体进入所述工作流体进入端口以在到达所述工作流体退出端口的途中使所述转子转动并环绕，并且所述冷却流体端口在所述壳体内与所述工作流体进入端口和所述工作流体退出端口隔离。
2.如权利要求1所述的液压马达，其中当所述冷却流体流经所述马达时，进入所述冷却流体进入端口的冷却流体没有通过所述工作流体进入端口进入所述壳体或通过所述工作流体退出端口退出。
3.如权利要求1所述的液压马达，还包括限定在所述壳体中并与所述冷却流体端口连通的冷却通道。
4.如权利要求3所述的液压马达，其中所述壳体包括前壳体部和端板，所述冷却通道至少部分地由所述端板限定。
5.如权利要求4所述的液压马达，其中所述端板包括与所述冷却流体端口连接的槽，其中所述槽限定所述冷却通道，其中所述槽在所述壳体内与所述进入端口和所述退出端口隔离，使得通过所述冷却流体进入端口进入所述槽的流体没有通过所述工作流体进入端口进入，也没有通过所述工作流体退出端口退出。
6.如权利要求5所述的液压马达，其中所述槽是环形的。
7.如权利要求6所述的液压马达，其中所述冷却流体进入端口与所述冷却流体退出端口绕所述环形槽中心间隔至少约160°。
8.如权利要求6所述的液压马达，其中所述端板包括在所述槽中的壁，用于阻断在所述冷却流体进入端口和所述冷却流体退出端口之间沿一个方向的流动。
9.如权利要求6所述的液压马达，还包括从所述槽径向向外配置在所述端板和所述前壳体部之间的第一密封件。
10.如权利要求7所述的液压马达，还包括从所述槽径向向内配置在所述端板和所述前壳体部之间的第二密封件。
11.一种液压系统，包括：
液压马达，包括
壳体部，包括工作流体进入端口和工作流体退出端口；
与所述壳体部连接的摆线组，包括转子和定子，当流体在所述工作流体进入端口和所述工作流体退出端口之间流经所述马达时，所述转子在所述定子内转动并环绕；
与所述转子连接的传动杆；
与所述传动杆连接的输出轴；和
与所述壳体部连接并封闭所述壳体部一端的端板，所述端板包括冷却流体进入端口、冷却流体退出端口和形成在所述端板内表面上的槽，所述槽在所述壳体内与所述工作流体进入端口和所述工作流体退出端口隔离，使得当所述冷却流体流经所述马达时，通过所述冷却流体进入端口进入所述槽和通过所述冷却流体退出端口退出的冷却流体没有通过所述工作流体进入端口进入或通过所述工作流体退出端口退出；
泵，包括泵进口和泵出口；
流体管线，连接所述泵与所述液压马达以用于驱动和用于冷却所述液压马达；和
与至少一条所述流体管线连接的油冷却器。
12.如权利要求11所述的液压系统，其中所述油冷却器的位置使得通过所述冷却流体退出端口离开所述液压马达的流体流过所述油冷却器。
13.如权利要求10所述的液压系统，其中所述泵包括主泵和辅助泵，所述主泵包括主泵进口和主泵出口，所述辅助泵包括辅助泵进口和辅助泵出口。
14.如权利要求13所述的液压系统，其中所述流体管线包括连接所述主泵出口与所述工作流体进入端口的第一工作流体管线、连接所述主泵进口与所述工作流体退出端口的第二工作流体管线，它们一起限定闭合回路。
15.如权利要求14所述的液压系统，其中所述流体管线包括连接所述辅助泵出口与所述冷却流体进入端口的第一冷却流体管线和连接所述辅助泵进口与所述冷却流体退出端口的第二冷却流体管线，其中所述油冷却器与至少一条所述冷却流体管线连接。
16.如权利要求15所述的液压系统，其中所述辅助泵安装在所述主泵上，并将流体从贮存器供给到所述主泵。
17.一种摆线马达的端板，所述端板包括：
基本上平的内表面，被配置成接触相关摆线马达的部件的平面；
从所述内表面延伸进所述端板的槽；
从所述端板的外表面延伸进所述端板的冷却流体进入端口，当所述端板与所述相关的摆线马达连接时，所述外表面与外界环境接触，所述冷却流体进入端口与所述槽流体连通；和
从所述端板的外表面延伸进所述端板的冷却流体退出端口，所述冷却流体退出端口与所述槽流体连通。
18.如权利要求17所述的端板，其中所述槽是环形的。
19.如权利要求18所述的端板，其中所述冷却流体进入端口与所述冷却流体退出端口绕所述槽中心间隔至少约160°。
20.如权利要求19所述的端板，还包括从所述槽径向向外配置的第一环形密封凹口和从所述槽径向向内配置的第二环形密封凹口。
21.一种液压马达，包括：
壳体部，包括进入端口、退出端口和中央开口；
与所述壳体部连接的定子；
当加压的流体被导入所述进入端口时在所述定子内转动并环绕的转子，所述转子包括在所述转子的基本上平的前表面上的前阀槽、在所述转子的基本上平的后表面上的后外槽、在所述转子的所述后表面上的后内槽和连接所述后外槽与所述前阀槽并经过所述转子的通道；
与所述转子连接的传动杆；
与所述传动杆连接并配置在所述中央开口中的输出轴；
与所述壳体部连接的端板；
接触所述转子的后侧的平衡板，所述平衡板配置在所述转子和所述端板之间，所述平衡板包括从所述板的第一平面向内延伸的梭腔、从所述板的第二平面向内延伸进所述梭腔的外通道、从所述板的第二平面向内延伸进所述梭腔的内通道、邻近所述外通道的外阀座和邻近所述内通道的内阀座；和
在所述腔中并被限制在所述平衡板和所述端板之间的球；
其中当所述转子在所述定子内转动并环绕时，所述转子的后外槽扫过所述平衡板，使得所述平衡板中的所述外通道与所述转子上的所述后外槽连接，并且所述转子上的所述后内槽保持与所述中央开口的流体连通。
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