CN102308089A - 可变长度的弯曲轴线式泵/马达 - Google Patents

Abstract

在弯曲轴线式液压机中，在缸筒的行程角改变时背板和缸筒与驱动板之间的距离改变，由此将缸筒的缸中的未波及流体量在任意行程角下最小化。距离由一个或多个滚柱控制，滚柱与各轨道接合，轨道限定将距离确定为行程角函数的接触轮廓。伸缩流体供给通道被用于在距离改变时保持向缸筒的流体供给。

Description

可变长度的弯曲轴线式泵/马达

相关申请的交叉引用

本申请以美国专利法第35U.S.C.119(e)项为基础要求于2009年2月6日提交的美国临时专利申请第61/207,021号的优先权，通过引用将该临时申请的全部内容并入本文。

技术领域

本公开的实施方式一般涉及弯曲轴线式液压机，特别涉及这样一种液压机，其中，未波及缸容积被控制以减少在液压机运行过程中由于液压流体的压缩而造成的效率损失。

背景技术

液压机常用于工业、商业及消费者应用的广泛领域中。液压机通过在低压储液室与高压储液室之间传导加压流体来传输功率。一种通用类型的液压机包括使用具有多个活塞的转筒的机器，其中，多个活塞位于在筒中形成的各个缸中，每个缸与公共轴线平行放置，该液压机也可称为轴向活塞机。这种通用类别可依次划分为至少两个主要类型：斜盘式和弯曲轴线式。

在这两种类型中，缸中的流体压力驱动活塞抵靠与筒成一定角度的板。在斜盘式液压机中，筒在公共轴线上与液压机的机械动力轴一同转动，同时板与筒以及轴均成一定角度定位并且不转动。在弯曲轴线式液压机中，筒相对于轴成一定角度放置，而板与轴垂直并且与轴一起转动。筒(或在斜盘式液压机情况下为斜盘)相对于轴的角度是可变的，从而改变液压机的排量。

一般而言，这些液压机中最高效且最多用途的是弯曲轴线式液压机，其常常用于重型设备例如建筑机和运土机的应用中，并可用于混合动力车辆。

大多数轴向活塞机的基础设计可能允许其作为液压泵及液压马达运行，所以这些装置常被称为泵/马达。当作为泵作用时，来自外部源的机械动力作用在机械动力轴上，机械动力轴作为输入轴工作从而以产生活塞的往复运动的方式驱动活塞/缸组件，活塞的往复运动依次使得将流体从低压储液室向高压储液室泵送。当作为马达作用时，流体以相反的方式从高压储液室流过活塞/缸组件至低压储液室，从而引起活塞的往复运动，现在活塞的往复运动将机械动力输送至轴，该轴现在作为输出轴。

将参照图1A至图1C对作为马达运行的典型弯曲轴线式泵/马达100的运行作更详细地描述。当其作为泵运行时将不再详细描述，作为马达和作为泵的两种运行均是现有技术中已知的。

本文使用的术语“轴向力”指的是与定义的轴线基本平行的力向量，而使用的术语“径向力”指的是位于与定义的轴线基本垂直的平面内的力向量。这两个术语都不被限制为横切轴线的向量。特别地，本文所称的径向力一般位于距定义的轴线一定距离的向量中，使得径向力作用在被配置为关于轴线转动的装置上，从而使该装置响应于力而转动。

图1A至1C示出根据现有技术的弯曲轴线式泵/马达100(下文中称为马达)的选定元件的示意图。马达100包括背板102和具有多个缸106的缸筒104，在缸106内活塞108往复移动。活塞108均在各自的第一端部处具有与各个缸106的壁的滑动密封接合，并且在各自的第二端109以滚珠和承窝式联接方式与在驱动板110中形成的承窝接合。驱动板110联接至由马达100旋转驱动的机械输出轴120。通常，弯曲轴线式泵/马达设有奇数个缸/活塞对，一般为7或9个。缸筒104以剖面的形式示出，使得多对缸/活塞对中的两个彼此直接相对，如会出现在具有偶数个缸/活塞对的筒中那样，从而更清晰地示出缸筒104的各个缸内的活塞108行进的顶部限制和底部限制，以及转动的顶部和底部处的由活塞108约束的流体的相对体积。然而，所述的原理对于具有偶数或奇数个缸/活塞对的大多数弯曲轴线式机是常见的。如附图所示，示出的缸106A和活塞108A定位在筒104的顶部，而缸106B和活塞108B被示出位于筒的底部。

缸筒104被配置为绕第一轴线A转动，缸筒104的面滑动地联接至不转动的背板102的阀面113。虽然许多设计将背板和阀板设置为独立的部件，但出于本公开的目的，背板和阀板在下文中将作为单个集成部件示出。驱动板110围绕第二轴线B以常见的速度与缸筒104一起转动。通常，万向接头(未示出)将筒104联接至驱动板110。

当缸筒104绕轴线A转动时，每个缸106遵循绕轴线A的循环路径。由于驱动板110以相同的速度围绕轴线B转动，并且由于活塞108的第二端109与驱动板110接合，所以除了轴线A和轴线B同轴时，活塞108的第一端在各个缸106内往复运动，如图1C所示。如附图所示，该循环路径的最高点在本文中被称为上止点(top-dead-center)，在图1A-1C中指示为TDC，而最低点被称为下止点(bottom-dead-center)，在图1A-1C中指示为BDC。

限定轴线A的缸筒104和背板102被配置为绕第三轴线C转动，而出于改变泵/马达100的排量容积(displacement volume)的目的，在下面阐述限定轴线B的驱动板110和轴120。轴线A和B位于附图的平面中，而轴线C垂直于附图的平面延伸，所以作为图1A-1C中的一个点出现。轴线A远离与轴线B的同轴关系的转动程度在本文中被称为马达的行程角(stroke angle)。行程角确定缸筒104转动时各个缸106内的每个活塞108行进的距离，以及筒每转动一圈时由活塞推进的缸的容积，并由此确定每次转动时排出的流体量，其也已知为马达的排量。当轴线A和轴线B同轴时，行程角一般被称为位于零度或最小角度，并且活塞不进行往复运动。行程角可以以度来描述，即，轴线A相对于轴线B的角度或给定的液压机的可能的最大角度的百分比，或更广泛地来说，例如小、大、最大、最小等。

在本领域中常见的是通过提供作为轭已知的转动结构建立行程角，轭负载了背板和缸筒，并且绕轴线C转动以建立行程角。轭通常包括关于各耳轴转动的一个或两个腿，耳轴由马达的外壳可转动地支撑。对于一个或两个轭腿来说，常见的是在背板与耳轴之间包含提供加压流体的流动的流体通道。如本文所使用的，术语“轭”指的是具有一个或两个腿的结构，该结构在第一端处绕耳轴转动并在第二端处负载背板和缸筒通过行程角。轭可包括组成背板的集成部分，或具有附接在轭上的分开的背板结构。

图1C以虚线102a、102b示出在图1A和图1B中分别示出的行程角下的背板102的相对位置。可以看出，在背板102上的任意参考点P遵循弧E₁，当背板102改变行程角时弧E₁以轴线C为中心。

图1A示出位于最大或100％行程角下的马达，最大角度导致马达100的最大排量和最大程度的能量传输。图1B示出位于约50％的中等行程角下的马达100，图1C示出位于零度行程角下的马达100，其中轴线A和轴线B为同轴的，并且能量传输实际上为零。

术语“排量”指的是在筒104的单次转动过程中由活塞108推进的缸106中的总容积。排量包括数值和指示容积测量的单位，例如立方厘米等。该容积为在轴120的每次转动过程中穿过马达的流体量。给定泵的排量值和其转动速率，可容易地确定随着时间消逝要移动多少流体。当用作马达时，液压机的排量值结合其它相关的测量例如流体压力，定义该排量下的液压机的输出扭矩。

在图1A至图1C中的每一个附图中，定位在缸106a中的活塞108a在TDC处位于最外层限制(outermost limit，OL)，在筒104的转动过程中活塞在缸内行进到达该最外层限制，给定所示的行程角。活塞108a的面的位置被指示位于线OL处。类似地，定位在缸106b的BDC处的活塞108b位于最内层限制(innermost limit，IL)，在筒104的转动过程中活塞在缸内行进到达该最内层限制。活塞108b的面的位置被指示位于线IL处。在任意给定的缸106中，位于线OL和IL之间的容积表示在特定的行程角下的缸106的排量。因此，泵/马达100的排量为位于行程角下的装置的所有缸106的排量总和。

当马达位于其最大行程角下时，如图1A所示，线OL和IL彼此相距最大距离。这是通过泵/马达100可实现的每个缸的最大排量，并提供扭矩形式的从高压流体至驱动板110的转动的最大程度的能量传输。图1B示出约为最大角度的一半的中等行程角。可以看出，线OL和IL比图1A中所示的要较紧密地置于一起。在这个较小的角度下，实现了较小程度的能量传输。当泵/马达位于零度行程角下时，如图1C所示，线OL和IL限定出相同的点，因为即使筒104在该行程角下转动，活塞108也并不在各缸106内轴向移动，因此并不推进任何容积，而是基本稳定地保持在各缸106的中点附近。在图1C所示的行程角下，驱动马达100处于零排量，并且没有向动力轴120施加任何径向力。

阀面113具有两个半圆形的流体端口，缸筒转动经过该流体端口，使得每个缸106首先与流体端口中的一个端口流体连通持续大约每次转动的约一半，然后与另一个端口流体连通持续大约转动的另一半。一个流体端口联接至高压流体供给，另一个流体端口联接至低压供给。当泵/马达100以马达模式运行时，当各个缸经过TDC时高压流体开始进入每个缸106，并且继续进入直到缸到达BDC。高压流体在各活塞108的面上施加驱动力，驱动力相对于轴线A轴向地作用在活塞上。当筒104转动通过180度时这个力由活塞108转移至驱动板110，直到各缸106经过BDC，在BDC处缸设置为与低压流体供给流体连通，当缸106继续朝向TDC回转时活塞108将流体推出缸106。

参照图1A，可以看出，在活塞108上的驱动力相对于轴线A是轴向的，但包括相对于轴线B的轴向分力和径向分力。在轴向分力和径向分力之间的驱动力的分布基于泵/马达的行程角，并且可根据公知的、已长时间建立的机械原理来计算。轴向分力趋向于将力施加在沿轴线B远离筒104的驱动板110上，该分力由元件例如在本领域中公知的推力轴承等抵抗。径向分力将力施加在驱动板110的承窝上，嵌入承窝中的给定的活塞的第二端109被设置为促使承窝向下，如附图所示，从而导致驱动板110转动，使得承窝进一步远离筒104移动，筒104与驱动板一致转动。仅径向力转化为扭矩形式的能量。

行程角越小，所施加的力中越多分布至驱动板上，作为轴向力，直到位于零度行程角，例如图1C中所示，所有施加的力都分布至驱动板110上，作为轴向力，而没有力作为径向力被施加。因此，即使缸106在零度行程角下完全受压，也没有扭矩施加至动力轴120使其独立于液压系统自由转动。在由上述马达提供动力的车辆的情况中，零度行程角可能指的是当车辆滑行时，或不需要将动力输送至驱动轮或从驱动轮取回时。

液压弯曲轴线式泵/马达在大量专利中进行了描述，包括以下的美国专利第3,760,692号、第4,034,650号、第4,579,043号、第5,488,894号、第5,495,912号、第6,257,119号、第6,874,994号和第7,594,802号，上述所有专利通过引用将其全文纳入本文。

在图1B和图1C中，可以看出，容积119存在超过在该行程角下活塞不推进的TDC处的活塞108a行进的最外层限制。由于装置的几何形状，重要的未波及容积将存在于任何小于最大角度(图1A所示)的行程角下，最大的未波及容积发生在零度行程角下。当装置运行时，该未波及容积119总由流体占用，在每次转动的过程中未波及容积经历低压极值和高压极值，即使它并不参与能量传输。

虽然液压流体被认为在许多环境下有效地不可压缩，实际上它们是可被轻微压缩的，这会导致不利的液压机效应例如流体锤、噪声、和容积分析的漏损。现有技术的弯曲轴线式设计描述的未波及容积119是上述不利效应的来源。因为上述效应潜在往往与压缩的容积及压力大小成比例，现有技术的弯曲轴线式机在高的运行压力和实际上所有行程角下特别容易受到这些效应的损害。这造成了它们用于混合动力车辆应用的问题，因为上述应用往往需要在广泛范围的行程角下的高的最大运行压力、高效率和最小噪声。

可压缩性相关的漏损对于效率来说为特殊考虑。在液压马达通常使用的流体压力的范围内，容积测定的液压流体的可压缩性一般为每1000psi约1％。因此，如果马达的高压流体供给为5000psi，在每个缸中的流体将通过每次各个缸从低压向高压的转换进行约5％的压缩，通过每次各个缸从高压向低压的转换进行相同量的减压。这意味着无论马达的行程角是多少，与缸中约5％的容积相等的流体量将在缸每次穿过BDC时向系统的低压侧损失。

再次参照图1A至图1C，在BDC处(在该处缸转向低压)由于行程角减小而缸106b中的流体体积下降，这意味着流体损失由于流体的可压缩性也减小了。然而，当行程角减小时流体损失在马达效率上的影响增加，因为流体损失(在BDC处直接与流体体积成比例)下降到在最大排量与零排量之间的约50％时，在相同的范围内马达的能量输出下降100％。如图1C所示，可以看出，例如在最小的行程角下当缸筒104转动时各个缸106中的活塞108没有轴向移动，每个缸持续地约为全部流体的一半。每次缸经过TDC就有少量的流体被添加，因为该体积的流体被压缩5％(假设流体压力约为5000psi)。当每个缸连续地经过BDC时，流体减压并且少量流体逸至低压侧。因此，当马达在零排量下滑行时，没有能量输出，而流体损失仍约为最大量的一半。在常常运行在低排量范围的马达中，这可对马达的整体效率具有显著影响。

噪声和振动是另外的问题。当每个缸中的流体在TDC处被压缩时以及当流体在BDC处被再次减压时产生小脉冲或流体锤。如果在缸筒中有9个缸，对于筒的每次转动将生成18个这样的脉冲。这些脉冲在马达转动时在马达中产生振动和噪声。这样的振动先前不是一个特殊问题，因为上述类型的液压机的使用传统地基本受限于重型工业和工业场所的应用。然而，当液压机适用于运行在公路上且搭载乘客的混合动力车辆时，噪声和振动开始成为影响车辆周围的人们以及乘客的舒适度的重要因素。尤其是客运车辆受到高度竞争的消费市场支配，不利的噪声和振动可在车辆的市场价值上有显著的负面影响。

在小的行程角下缸中保持的未波及容积造成的问题在现有技术中得到了某些程度上的解决。例如，在美国专利第3,760,692号(Molly)中公开了使用偏心枢轴的弯曲轴线式静液压传动装置，使得每个缸内的无效区在所有行程角下均减少。偏心枢轴用于改变作为行程角函数的驱动板与缸筒之间的轴向距离，以将活塞的往复运动的外部限制更改到更接近缸的外端的点。试图以这种方式修改作为行程角函数的未波及容积的弯曲轴线式液压机此后在本公开中被称为可变长度。在这个用法中，可变长度具体地指作为行程角函数的驱动板与缸筒之间的轴向距离的可变性质。

参照图2A至图2C可更清楚地看出可变长度设计的优点。图2A中示出的液压马达200位于与图1A中示出的马达100相似的行程角下，同样地，图2B和图2C示出的马达200也分别位于与图1B和图1C示出的马达100相对应的角度下。

可以看出，当缸筒104和马达200的背板202共同绕轴线C从较大的行程角向较小的行程角转动时，缸筒104和马达200的背板202更靠近驱动板110移动。这样移动的结果是，不管行程角为多少，活塞108的行进的外部限制在TDC处保持与各个缸106的最外端接近。例如，参照图2C，可以看出活塞208a和208b均位于缸106的外端，位于外部限制OL与缸106的外端之间的未波及容积119a、119b事实上为零。

图2C的虚线202a和202b示出背板202分别在图2A和图2B示出的行程角下的相对位置。与图1A至图1C的现有技术的马达相比，位于背板202上的参考点P遵循不是以轴线C为中心、而是以活塞108a的第二端109附近的轴线F为中心的弧E₂。通常与较小的行程角相关的压缩损失量因此而减小，这提高了马达200的效率并且减少了其噪声和振动。

然而，因为枢轴转动结构的一侧是牢固地固定的，所述使用偏心枢轴的图2A至图2C的设计禁止过心运行，背板和缸筒关于偏心枢轴转动。此外，枢轴的最大角度潜在地受到几何影响例如与缸筒接触的活塞棒的阻碍。

发明内容

根据多个实施方式，提供了一种液压机，包括被配置为绕第一轴线转动的驱动板和动力轴，以及被配置为绕第二轴线转动的缸筒，缸筒具有多个缸以及位于缸中的相应的多个活塞，每个活塞抵靠驱动板以传输驱动力。第一轴线和第二轴线在与第一轴线和第二轴线垂直的第三轴线处相交。背板支撑缸筒并且包括阀面，缸筒在阀面上转动。提供了对第二轴线相对于第一轴线的角度进行控制的排量控制装置。排量控制装置在本文中也称为角度控制装置。提供了轴向位置控制装置，对缸筒沿第二轴线到第三轴线的距离进行控制。

根据一个实施方式，轴向位置控制装置对背板沿第二轴线的平移进行控制，从而对缸筒与第三轴线之间的距离进行控制。

根据一个实施方式，轴向位置控制装置包括流体沟道，所述流体沟道通过伸缩接合部联接至背板并且容纳背板沿第二轴线的平移同时保持背板与加压流体源的流体连通。

根据一个实施方式，排量控制装置包括轭，轭绕第三轴线转动并且联接至背板。在轭的腿中延伸的流体沟道通过伸缩接合部联接至背板并且容纳背板沿第二轴线的平移，同时保持背板与加压流体源的流体连通。

根据一个实施方式，缸筒与第三轴线之间的距离在行程角减小时减小，并在行程角增大时增大。根据一个实施方式，轴向位置控制装置包括联接至液压机外壳的内表面的轨道，以及滚柱，滚柱在可与轨道接合的位置与支承板联接。轨道的轮廓被选择为随着第二轴线相对于第一轴线的角度改变，缸筒与第三轴线之间的距离由滚柱沿轨道的移动控制。作用在液压机的多个表面上的流体静力被选择为在背板和滚柱上产生净力，将滚柱抵靠轨道偏置。

附图说明

图1A至图1C示出根据现有技术的液压马达的所选部件在各行程角下的示意图。

图2A至图2C示出根据现有技术的可变长度的液压马达的所选部件分别在与图1A至图1C的液压马达的行程角大体上对应的行程角下的示意图。

图3示出根据一个实施方式的可变长度的液压马达的所选部件沿所选平面取的局部视图。

图4示出图3的液压马达沿图3的线4-4取的剖视图。

图5示出位于最大行程角下的图4的液压马达。

图6是沿线6-6取的图3的马达的剖视图。

图7示出图3的液压马达的背板，并示出作用在背板上的力。

图8示出根据另一实施方式的液压马达与图4和图5的角度相对应的局部视图。

图9示出根据另一实施方式的液压马达的所选部件与图3的视图相对应的局部视图。

图10示出图9的液压马达沿图9的线10-10的剖视图。

图11示出图9的液压马达的背板，并示出作用在背板上的流体静力。

图12A和图12B示出根据多个实施方式的作用于影响液压马达的行程角的力的分解。

图13示出根据另一实施方式的液压马达的所选部件与图3的马达的视图相对应的局部视图。

图14示出图13的液压马达的背板，并示出作用在背板上流体静力。

图15示出根据另一实施方式的液压马达与图13的马达的视图相对应的局部视图。

图16示出图15的液压马达的背板，并示出作用在背板上流体静力。

图17A至图17C示出图15的实施方式的各替换配置。

图18以与图3的视图相对应的视图示出根据另一实施方式的液压马达的实施例。

图19示出根据另一实施方式的液压马达。

具体实施方式

在对多个实施方式的描述中一般使用术语“马达”。该术语被理解为包括马达和泵。同样地，被称为马达的动力轴的元件被理解为相应泵的输入轴。术语“高压”和“低压”用于区别多个实施方式的液压机的元件，例如“高压流体通道”或“低压端口”。这样做是出于对实施方式的运行和结构清楚描述的目的。然而，众所周知的是，许多液压机被配置为通过转换马达的流体极性而可逆，使得扭矩以相反的方向施加。因此，在马达向前运行的过程中，给定的液压机端口可被称为高压端口，而当极性反转时，同一端口则变成低压端口。即使在下面讨论的通常在运行过程中不转换的偏心马达的情况下，也没有固有的原因解释为什么该马达不能以相同方式反转。除非明确列举，权利要求没有通过本公开中的这些术语的文字限制性使用的限制。

在本公开中所使用的术语例如外部(outer)、向外(outward)以及向外地(outwardly)被用于指示给定马达相对于轴线C的移动、偏置或相对距离，所以例如关于外部偏置指的是远离轴线C的偏置。与此相反，术语例如内部(inner)、向内(inward)、向内地(inwardly)被用于指示朝向或靠近轴线C移动、偏置或距离。因此，轴线C可被认为在给定马达中边到边地延伸。指示位置或移动的其它术语包括例如右、左、顶、底、上以及下，一般被理解为指示如附图所示的给定元件或活动。马达的行程角可被认为随轭的逆时针方向的枢轴转动而增大，如附图中所示，并且随轭的顺时针方向的枢轴转动而减小。如上所述的方向和位置术语被用于简化本公开的实施方式以及使本公开的多个实施方式清楚。仅有明确列举上述术语的权利要求才受到限制。

如具有偶数个活塞/缸对的多个公开的实施方式在附图中示出。这仅仅是出于方便的目的，而不是解释为对权利要求的范围的任何形式的限制。

图3至图5示出根据一个实施方式的可变长度弯曲轴线式泵/马达300的元件。图3示出马达300沿由轴线B和轴线C限定的平面所取的局部视图。正如上述的马达100和200，轴线A由缸筒104限定，因此关于轴线B的枢轴随着马达300的行程角改变。当马达300位于零度行程角时，如图3和图4所示，轴线A位于由轴线B和轴线C限定的平面。图4示出马达300沿图4的线4-4所取的剖视图，而图5示出与图4相同的马达300位于最大行程角的视图。

马达300包括驱动板110、动力轴120、缸筒104、以及活塞108，基本上与图1A至图2C的马达100和200相同。此外，马达300包括背板302和轭(yoke)301。图4和图5中示意地示出的执行器332被提供以控制马达300的行程角。控制马达的行程角的机构和控制装置在本公开中没有详细描述，但在本领域中是公知的。

轭301包括高压轭腿305a、低压轭腿305b、联接至各轭腿的耳轴304、以及托架315。轭腿305a、305b包括各自的流体通道326a、326b。在图3至图5的实施方式中，轭腿从耳轴304朝外部314向外延伸，然后朝向轴线C返回，使得流体通道326的第二端317以向内的方向朝向背板302打开。耳轴304联接至马达300的各侧处的外壳，并且设有轴承和密封组件，这允许轭301关于轴线C枢轴转动同时保持流体与外壳的流体通道连通。马达的侧面和轴承及密封组件没有被示出，但在本领域中是公知的。

托架315包括牢固地联接至轭腿305的外托架306和内托架307，以及在外托架和内托架之间延伸的轭轴308，如参照图4和图5所描述的那样。

背板302包括高压接合端口309a和低压接合端口309b，其分别以滑动联接的方式接收轭腿305a、305b的第二端317a、317b。接合端口309至轭腿端317的滑动联接允许背板302相对于轭腿305沿轴线A轴向移动，同时为轭腿与背板302之间的液压流体提供紧密的流体通道。背板302的移置承架303与轭轴308滑动地接合并且用于限制或阻止背板相对于轭301的非轴向移动。背板302的阀面313提供轴承面，缸筒104在该轴承面上转动。滚柱330通过位于与阀面313相对一侧的滚柱承架312转动地联接至背板302。滚柱330与位于马达外壳328的内表面331上的轨道327接合，图3至图5示出了轨道的一部分。虽然图3中示出的滚柱330为单滚柱，但可根据具体应用的设计考虑包括大量的独立滚柱。

如下文的详细讨论，如图3所示，马达300被配置为使作用在背板302和缸筒104上的流体压力以向外的方向(即向右)将背板、缸筒和滚柱330在马达300的运行过程中一直靠近轨道327偏置。因此，在给定的行程角下的背板302和缸筒104的轴向位置由轴线C与滚柱330和轨道327在该角度下接合的点之间的沿轴线A延伸的距离来控制。

当马达在非零度行程角下运行时，由于每个缸转动越过阀板的高压侧，所以高压流体行进通过通道326a和高压接合端口309a至缸106。在缸106与BDC相交后，由于随着缸朝向TDC转动，各个活塞被推回到缸中，所以流体进入低压接合端口309b，并且从该处流至低压通道326b。

在图4中示出位于零度行程角下的马达300。当马达300位于该角度下时，可以看出滚柱330所顶住的轨道327的部分距外壳328的内表面331向内有一定距离。因此，滚柱330、背板302和缸104沿轴线A朝向轴线C移位，使得驱动板110与轴线C之间的距离D₁相对小，与其它相同的传统液压机相比缸106中未波及的容积显著减少。当轭301绕轴线C枢轴转动时(逆时针方向，如图4所示)，马达300的行程角从零度开始增加，流体压力持续地将滚柱330靠近轨道327向外偏置，使得轨道距轴线C的距离增加，背板302沿轴线A轴向移动，驱动板110与轴线C之间的距离也增加。轨道327的形状或轮廓被选择为使每个活塞108的外部限制与缸106的外端部之间的未波及容积最小化，由此减少或消除否则发生在缸的未波及容积中的流体压缩损失。因为从轴线C至轨道327之间的距离随行程角增加，所以当行程角增加时背板302向外轴向行进，当行程角达到零时背板302向内轴向行进。

图5示出最大行程角下的马达300。与图4的视图相比，可以看出，轴线A与轭绕轴线C转动。现在，滚柱330接触与图4中所示的零度行程角的距离相比距轴线C更远距离的轨道327的部分。因此，背板302沿轴线A轴向移动至距轴线C更远的位置，如图5所示，可以看出驱动板110与轴线C之间的距离D₂远大于图4所示的距离D₁。

虽然背板302在行程角改变时沿轴线A平移，轭301的外端部314遵循以轴线C为中心的弧J，如图4和图5所示的那样。

除了将流体传入缸筒104和从其中传出之外，轭301和耳轴304用于保持缸筒104的适当对准，使得轴线A和轴线B在任意行程角下总是与轴线C交叉。这样的对准确保通过活塞向驱动板110的最有效的力传输，并且阻止活塞108与缸106的侧壁接触，如果交点偏离轴线C超过了较小的距离，则会出现活塞108与缸106的侧壁接触。因此，通过保持缸筒(及轴线A)与轴线C对准，缸筒104与驱动板110之间的距离改变总是会沿轴线A发生。

图6是马达300沿图3的线6-6所获取的剖面图，特别地，图6示出根据实施方式的外托架306。托架框架315的外托架306和内托架307用于牢固平行地支撑轭腿305和轭轴308，其依次保持轴线A和轴线C的对准。托架和轭轴的配置及数量可根据特定的应用的要求来选择。例如，在图6的实施方式中设置了4个轭轴，而在其它实施方式中设置了两个轭轴。

在运行过程中，马达300的缸106中的高压流体产生巨大的力。如参照图1A至图1C更详细地阐述的那样，这些力作为轴向力和径向力以由行程角确定的分布传递至驱动板110。与缸106相关并平行于轴线A的对应的反作用力被轴向地引导回背板302。在许多现有技术的系统中，这些力全部由轭支撑并通过耳轴被传递到马达外壳，因此耳轴必须是得到加固且增强的以控制由机构上的力引起的扭曲。这是特别存在问题的，因为高压流体和低压流体也是在缸筒与流体源之间通过耳轴进行传输，并且在耳轴与外部流体传输路径之间传输流体的地方需要转动密封。由反作用力引起的轭和耳轴的扭曲可包括耳轴与外壳之间的密封，并导致耳轴处的流体损失。这样的配置在美国专利第7,305,915号中进行了详细讨论。

根据图3至图5的实施方式，反作用力的大部分通过滚柱330传输至外壳328，这意味着耳轴304承受的负载与现有技术的系统相比明显减少。因此，轭和耳轴的强度和质量相对于现有技术还可减少，导致尺寸和整个液压机的重量的减少。外壳328包括轨道327的部分对于反作用力的影响不敏感，因为其仅通过静液密封接合至其它外壳部分，而且由于这些密封仅需要承受外壳内部的相对低的流体压力。

为了简化对力的讨论，在下文中向外作用的力也被称为正向力，而向内作用的力被称为负向力。

流体压力作用在典型的液压马达的多个表面上以产生上述的力。这些力中最强的力产生在通道、室、以及缸中，在这些地方施加至一个或多个表面的力没有被传递到结构，而施加至相对表面的力被传递了结构。这是例如在缸筒的缸中的情况。作用在活塞的表面上的压力产生向内作用(负向)的轴向力，将活塞从缸内驱动出。力没有被传递到筒，而是传递到马达的驱动板，如参照图1A至图1C所描述的那样。同时，作用在缸内的肩部329处靠近阀板的端部的压力产生被传递到筒的强大的正向力。因此，作用在筒上的力不是平衡的，但具有净正向值，所以筒由作用在其上的合力以向外的方向偏置。该力由筒传递至背板的阀面。最终，由活塞传递至驱动板的所有指向内的负向驱动力与作为作用在马达的各个部件上的合力的相等的指向外的正向驱动力是相反的。本讨论主要涉及四个这样的力，这些力是确定指向外的驱动力如何在马达内分布的主要因素。

图7示出由行进通过装置的加压流体施加在背板302上的流体力。由于加压流体占据缸筒中的多个缸，这里以F₁所示的轴向分力以向外的方向作用在背板302上，F₁表示施加在存在高压流体的缸中的正向作用力，F₂表示施加在存在低压流体的缸中的正向作用力。高压接合端口309a中的高压流体在轭腿305a的第二端317a与背板302之间施加分离力。F₃表示施加至接合端口309a的端部表面的分离力的负向作用分力。在低压接合端口309b中的流体施加类似但较小的负向分离力F₄。如上所述，马达300被配置为使作用在缸筒304和背板302上的净流体压力总是将这些部件以向外的方向偏置。为了使其发生，作用在背板302上的所有力的总和必须为正值。换句话说，正向作用力F₁和F₂的总和(F₁₊₂)必须大于负向作用力F₃和F₄的总和(F₃₊₄)。这两个值之间的差，即没有被F₃₊₄抵消的F₁₊₂的部分表示将缸筒304和背板302以向外的方向偏置的正向力，由靠近轨道327的滚柱330的相等的反作用力F₅阻止。

力F₃₊₄和F₁₊₂的相对大小可通过缸筒和背板的流体通道的截面面积以及流体压力作用的表面面积的选择来控制，以选择F₅的值。以这种方式，作用在滚柱和耳轴上的力可被选择为，使得例如滚柱在轨道与外壳上施加较小的净力，并且滚柱的尺寸和强度可以比不施加净力的所需要的滚柱尺寸小，或使得滚柱在轨道与外壳上施加较大的净力，以抵消耳轴承担的力的较大部分，所以耳轴可比正常所需的要轻。

参照图3至图5所描述的马达300是单侧式马达，即，马达从零度行程角达到正行程角。为了使施加至动力轴的扭矩反转，将高压流体源和低压流体源进行转换，这反转了马达的流体极性，使得如果阀板导致活塞以相反方向施加扭矩，则高压流体位于相对一侧上。这可通过使用马达与流体源之间的转换阀进行。另一已知的设计允许轭以正向方向和负向方向转动。这样的马达一般被称为过心马达。过心马达通常比相同的单侧式马达要大，因为外壳必须容纳轭向两个方向的移动。然而，过心马达提供了一些特殊优点。例如，转换阀被消除了，所以流体循环没那么复杂。此外，由于流体压力沿整个转换阀的能量损耗也消除了。这也简化了流体和行程执行的控制。通常，为了在单侧式马达中将扭矩反转，首先必须使马达的行程达到零，然后将流体极性反转，使马达的行程返回到期望角度。如果这些步骤的时机是不正确的，即，如果极性被转换但马达位于正向角度，则突然的反转会非常难，并且可能破坏动力传动系统元件等。相比而言，在过心马达中，动力轴的扭矩方向通过将马达移动至负向的行程角来简单地反转。美国专利第4,991,492号公开了过心马达的一个实施例，此处通过引用将其全部内容纳入本文。

图8以与图4和图5的马达300的视图相对应的视图示出了根据一个实施方式的过心马达340。马达340包括位于马达外壳的一部分上的轨道344。如附图所示，轨道344具有在轴线B上方基本与图4的实施方式的轨道327的轮廓相同的轮廓，以及在轴线B下方基本为轨道327的轮廓的镜像的轮廓。在其它方面，所示的元件基本与之前参照马达300所述的元件相同，并因此由相同的参考数字指示。马达340的背板302被示出位于最大正行程角下，在该角度下轴线A指定为A_P，在部分视图中，位于最大负向行程角下时的轴线A指定为A_N。

如参照图3至图5所述的实施方式的轨道327那样，轨道344的轮廓被选择为使与马达340相关的缸筒的每个活塞行进的外部限制与各个缸的外端之间的未波及容积最小化，但是在马达340中，轨道344基本为对称的并且以轴线B为中心，这允许马达的行程过心。以这种方式，扭矩可有选择地以顺时针或逆时针方向施加至动力轴120，而不需要改变流体供给340的极性。类似地，马达可在泵模式和马达模式之间转换。在其它方面，马达340的运行基本与参照图3至图5所述的马达300的运行相同。

现在转向图9至图11，其中示出根据另一实施方式的马达350。图9示出与图3的视图类似的沿由轴线B和轴线C限定的平面所获取的局部剖视图，图10示出沿图9的线10-10所获取的马达350的侧向、局部剖视图。马达350以与图5中的马达300相同的方向被示出，并位于相似的最大行程角下，但因为这是从更横向的位置所获取的剖视图，所以马达350的内部部件不可见。然而，除了下面将要阐述的内容外，马达300和马达350基本相同。

马达350包括背板352，背板352包括从背板沿与轴线C平行的轴线朝向马达侧面延伸的滚柱臂354。滚柱356转动地联接至滚柱臂354的各端。轨道结构362牢固地联接至马达外壳360的内表面并包括轨道364，滚柱356在轨道364上行进。如下面将更详细地讨论的，背板352配置为使得作用在背板和缸筒104上的流体压力的净力将背板和缸筒以向内的方向即向下沿轴线A偏置，如图9所示的那样。因此，在马达350的运行过程中滚柱356被抵靠轨道364偏置。

当轭301绕轴线C转动时，由加压的流体施加的负向净力迫使滚柱356与轨道364保持接触。因此，由于滚柱356沿轨道移动，所以马达350的行程角由轨道364的轮廓控制。当行程角改变时，背板352与轴线C之间的距离以与参照图3至图6的马达300所述的类似方式变化。

图11示出在马达350的运行过程中作用在背板352上的主要力。如以上参照背板302所述的那样，用于使背板352偏置的净力由向外作用的正向力F₁和F₂以及向内作用的负向力F₃和F₄的相对值确定。因此，为了使滚柱356抵靠轨道364，和力F₃₊₄在所有条件下被选择为超过力F₁₊₂。结果为由相等的反作用力F₅阻止的向内的净作用力，反作用力F₅在实施方式中被示出分为两个分量F_5L和F_5R，其抵消滚柱356的各力。如上所述，这些力的相对值可被选择，例如，通过高压端口309a和低压端口309b的截面面积的设计规格来选择。

与之前的实施方式相比，与图9和图10的相关的实施方式有多个优点。例如，由于现在滚柱反作用力位于与装置的中心横向间隔较远的两个位置处，因而滚柱反作用力的力臂较大，由此在装置内提供了净力和动量的改进的分解。第二，通过将轨道和滚柱定位于马达两侧而不是如先前的实施方式的沿轴线A定位，马达部件可被更紧密地布置。此外，在这种配置中，轨道与滚柱之间的反作用力的方向被反转，提供了以可能更方便本发明的具体执行的方式分解内力的机会。

最终，图9至图11的马达350将以这样的方式运转，即，在许多应用中马达在行程执行机构失效的情况下固有地更安全。任意基于轭的泵/马达设计需要执行机构来将轭移动至期望的行程角。在图4和图5中示意性地示出的执行器332为一个实施例，用于控制行程角的装置的许多其它实施例参照本公开中别处提出的参考文献得以描述或示出，在此处通过引用纳入本文。如果马达的执行器机构失效而供应给马达的流体保持不间断，马达将在没有用于快速关机的内部装置的情况下继续产生扭矩。因此，在寿命和安全有危险的应用中，装置应设置为将行程角自动移动至零度行程角。

对于本文公开的一般类型的可变长度的泵/马达，如果行程角执行控制力不存在，则滚柱反作用力F₅成为驱动行程角的主要力。滚柱反作用力F₅以垂直于轨道表面的方向施加在滚柱与轨道的接触点上。如果在该点处轨道表面不与轴线A垂直，则力F₅分解为沿轴线A的轴向分力与垂直于轴向分力并朝向正交力的径向分力。换句话说，施加“向下的”力，将倾向于使轭沿着允许背板轴向移动的方向枢轴转动，其中背板在由作用于背板上的净流体压力所促使的方向轴向移动。在参照图3至图8所述的实施方式的情况下，向下的力的方向为增大行程角的方向，所以图4的执行器322的失效可导致马达300直接移动至图5的最大行程角。

另一方面，关于参照图9至图11所述的马达350，向下的力的方向为减小行程角的方向。因此，响应于类似的执行器失效，马达350趋向于朝向零度角位置移动。

滚柱抵靠轨道的方向决定了该向下的行程力的方向。图12A示出了在图8的马达340上做功的力。滚柱330被示出在中等的行程角下靠着轨道344。滚柱由作用在背板302上的加压流体沿轴线A向外偏置。由于轴线A在该点处不与轨道垂直，所以反作用力F₅与轴线A不一致，但垂直于轨道表面延伸。滚柱反作用力F₅分解为轴向力F_5A和径向力F_5R，并指出排量渐增的方向。失去执行控制因此往往使马达朝向最大位移角行进。这样的不利的失效模式可受到阻止，但需要液压回路和控制系统中的额外的复杂性。

相比之下，图12B示出在图9和图10的马达350上做功的力。滚柱356被示出靠着轨道364。滚柱由作用在驱动板352上的流体沿轴线A向内偏置。此外，在该点处轴线A与轨道不垂直。此处，滚柱反作用力F₅分解为轴向力F_5A与径向力F_5R，并指出排量渐降的方向。失去执行控制将因此导致马达自动寻求小排量或零排量处的中间位置，由此提供固有的安全性特点。

图10的马达350示出为过心马达。然而，根据可替换的实施方式，提供了在类似原理下运行的单侧式马达。

根据另一可替换的实施方式，提供了与图10的轨道结构362类似的轨道结构，其具有位于面向内的表面上的轨道，流体压力被选择来为背板提供净向外偏置。因此，如参照马达350所述的那样，滚柱向外而不是向内抵靠轨道。虽然该实施方式的马达不趋向在上述的失效条件下移动至较低的行程角，但仍然提供比图3至图8的实施方式更紧凑设计的益处。此外，反作用力分布在两个滚柱之间并且分布到马达外壳的两个分隔很远的部分。因此，在一些应用中，将流体生成的力的较大部分通过滚柱与轨道分布到外壳可能是实用的，由此减少作用在耳轴上的力。

图13示出根据另一实施方式的弯曲轴线式泵/马达600的元件沿由轴线B和轴线C限定的平面所获取的局部剖视图。如图所示，当马达600位于零度行程角时轴线A也位于相同的平面中。除了驱动板110、动力轴120、缸筒104、以及活塞108之外，马达600还包括轭601，轭601包括背板602、轭腿605、以及耳轴604。轭腿605包括联接至各个下腿603及耳轴604的内腿部分622、以及联接至背板602的外腿部分624。每个内腿部分622被接纳在各个外腿部分624中，以允许轭腿605的伸缩，同时提供密封的通道626将液压流体传送至缸筒104的缸106以及从缸筒104的缸106传出。背板602设有与位于马达外壳628的内表面上的轨道627接合的滚柱630，图13中示出了马达外壳628的一部分。图13中示出的滚柱630为在公共轴线上转动的一对滚柱。可替换地，根据特殊应用的设计考虑，滚柱630可包括大量的独立滚柱或只包括一个滚柱。例如，在公共轴线或不同轴线上转动的多滚柱的使用可协助外壳与滚柱之间的反作用力分布穿过多个位置而不是只有一个位置，以更好地将装置内的内力分解。

外腿部分624在内腿部分622上伸缩，以允许轭腿随着行程角的改变而改变长度。在与参照先前的实施方式所述的相同方式中，当行程角增大时，在驱动板110与轨道627之间的沿轴线A的距离增加，允许缸筒104和轭腿605内的流体压力使轭腿605延伸，增加了驱动板110与缸筒104之间的距离。相反地，当行程角朝向零减少时，沿轴线A的距离下降，迫使轭腿605伸缩和缩短，使得背板602和缸筒104沿轴线A向内移动以及减少驱动板和缸筒之间的距离。轨道627的轮廓选择为较少或基本消除每个活塞108的外部限制与缸106的外端之间的未波及容积，由此减少或消除否则会发生在缸的未波及容积中的流体压缩损耗。

任意马达的设计中特殊的考虑是将装置内的内力分解的需要，以减少潜在的磨损并将必要的强度和刚度最小化，因此减少装置的重量、尺寸和成本。图14示出由图13的马达600内的流体压力生成的一些力。作用在轭腿605的伸缩接合部内的表面上的流体压力产生以向外的方向将背板偏置的正向力F₃和F₄。类似地，筒力F₁和F₂也以向外的方向将背板602偏置。因此，没有抵消力，净偏置力基本等于由滚柱630施加至轨道627上的所有力F₁、F₂、F₃和F₄的总和。这与先前的实施方式的配置相反，在先前的实施方式中力F₃和F₄与力F₁和F₂相反作用，抵消了力F₁与F₂的大部分力从而导致较小的滚柱反作用力。

另一方面，在图13和图14的实施方式的配置中，几乎所有的压力生成的力都由外壳承载，而作用在耳轴上的力基本被消除或甚至被反转。在许多应用中，在外壳上的增加的反作用力可通过指定足够强的滚柱和外壳结构来简单地处理。

根据可替换的实施方式，滚柱以与参照图9和图10所述的类似方式联接至背板602的侧面，轨道结构设置在马达外壳侧面处的内表面上，轨道定位在面向内的表面上。以这种方式，与图3至图8的实施方式相比，增加的反作用力分布至外壳的两侧而不是穿过外壳背面的中心。

图15描述了根据另一可替换实施方式的马达640，其中设置了流体静力平衡机构以减少滚柱反作用力。马达640包括轭642，轭642包括上轭腿644和下轭腿646。上轭腿644包括联接至位于轭642的高压侧的上轭腿的流体静力平衡缸648，从而抵消轭的伸缩接合部内产生的分离力。平衡缸648包括限定缸膛652的缸体650，缸膛652包括第一工作面657。活塞651通过活塞杆653联接至下轭腿646，并且包括第二工作面656。活塞杆653和活塞651以可滑动并且密封的布置定位在缸膛652内。来自轭642的流体通道634的加压流体通过流过通道654与缸膛652流体连通。

在马达640的运行过程中，来自流体通道634的流体压力通过流过通道654传递至缸膛652，在流过通道654中其将流体静力以向内的方向施加在第一工作面657上，与轭腿的伸缩接合部的分离力相反，由此减少通过滚柱传递至外壳的力。同时，作用在第二工作面656上的流体压力生成向外作用的力，其与施加在第一工作面657上的力相等，通过活塞杆653传递至耳轴604。以这种方式，一部分反作用力F₅分布至耳轴。

第一工作面657和第二工作面656的面积根据耳轴与滚柱之间的力的期望分布来选择。图16示出根据该实施方式的力分解的实施例。F₈表示由平衡缸648施加的负向力，现在该负向力至少部分抵消正向力F₁至F₄，导致较小的滚柱反作用力F₅。

在图15中，单个平衡活塞和缸机构648位于轭的高压腿上。根据可替换的实施方式，第二平衡机构类似地位于轭的低压腿上。如现有技术中已知的是，压力生成的力的大小是流体压力与该力作用的表面积的函数。因此，假设平衡机构的工作面的面积是相等的，在高压侧和低压侧产生的平衡力的比率将与高压流体源和低压流体源的比率相等。在一些应用中，对于平衡马达各个侧面上产生的分离力该比率可能是理想的。在其它情况下，期望的是提供这样一种马达，相对而言在其中产生的力与高压源和低压源的各个值不对应。在这样的情况下，各个机构的工作面的面积可因此被选择。

甚至在没有必要提供马达低压侧上的平衡力的情况下，这样的布置也提供了另一优点。如果马达通过转换极性以向前和反转的方向运行，联接至相对的轭腿的第二平衡活塞和缸机构将会用于在马达反转运行时平衡反作用力。

图17A至图17C示出各个可替换的实施方式。

图15描绘了连接至下腿部分603的活塞651和杆653，以及连接至上腿部分602的缸体650。根据可替换的实施方式，相同的流体静平衡力通过将布置反转来实现。如图17A所示，提供了联接至马达的轭腿662的平衡缸660，该马达与图13的马达600基本类似。活塞664联接至上轭腿666，缸体668联接至下轭腿部分670。

图15描绘了集成至上轭腿644与下轭腿646的缸650和活塞651。然而，也可由其它装置实现相同的功能，例如，采用紧固件例如螺栓或销钉将一个或多个分开生产的缸体和活塞机构联接至轭腿。图17B示出联接至轭的轭腿部分602的一对缸体680，以及联接至下轭腿670的相应的一对活塞682。

图17C示出联接至下轭腿670的一对缸体684，以及联接至轭的轭腿部分602的相应的一对活塞686。

图3至图11的实施方式被示出为具有位于背板上的母接合端口，该母接合端口接收轭腿的第二端部处的公接头。图18示出根据可替换实施方式的马达400。马达400包括顶部结构板402和背板406，顶部结构板402并入有第一和第二轭腿404。第一和第二轭腿均包括在其中延伸的流体通道408，及各自的母连接器410。背板406包括第一和第二流体端口412，其被配置为接收在各个母连接器410中以形成滑动联接，并以与参照其它公开的实施方式所述的滑动联接类似的方式作用。如上所述，背板406也包括滚柱臂414，与轨道结构362接合的各滚柱330联接至滚柱臂。

马达400以与参照图9至图11所述的马达350类似的方式运行。背板配置为产生净负向力来将滚柱330靠着轨道结构362偏置。

现在转向图19，以与图4的马达300的视图类似的侧视图示出根据另一实施方式的马达700。以实线示出位于最小行程角的马达700，而以虚线示出位于最大行程角的马达700(带有由702a指示的背板)，马达700包括背板702、缸筒104、缸筒104的各缸内的活塞、驱动板110以及动力轴120，基本如以上参照先前的实施方式所述的那样。背板702包括第一滚柱和第二滚柱或一套滚柱730、731，每个滚柱与位于马达外壳728的一部分上的第一轨道732和第二轨道733接合。流体链接部件734位于背板702的相对侧，并在各第一端736处枢轴转动地联接至背板702，而在第二端738联接至马达外壳中的流体联接点。流体通过流体链接部件734中的流体沟道在高压流体源和低压流体源与背板之间传输。除了包括第一轨道732和第二轨道733的部分外壳728，在图19中没有示出包括流体联接点的马达700的马达外壳，流体链接部件734的第二端联接至所述流体联接点。然而，在现有技术中已知有许多这样的结构，本领域技术人员能够选择并调整适合的结构来用作流体联接点。

第一轨道732和第二轨道733的轮廓被选为分别与第一滚柱730和第二滚柱731配合以控制背板702和缸筒104与驱动板110之间的距离，从而将缸筒100的缸的未波及容积最小化。此外，第一滚柱730和第二滚柱731及各轨道732、733配合以控制背板702和缸筒104关于驱动板110的定向，从而保持缸筒的对准使得在任意行程角下轴线A和轴线B在轴线C处相交。当马达700的行程角改变时，流体链接部件734的第一端736遵循弧G。第二端738在轴H处联接至外壳，轴H位于弧G的中心，使得当行程角改变时，流体链接部件734绕轴H枢轴转动。由于轴H不与轴线C共轴，所以当行程角改变时流体链接部件734也绕其与背板702的接合进行枢轴转动。

与所述的其它实施方式相比，图19的实施方式提供了不需要可变长度流体供给的可变长度运行。

上述的实施方式均作为具有高压流体供给和低压流体供给被示出，高压流体供给和低压流体供给占用双腿轭的分开的腿。本领域中众所周知的是对基于轭的弯曲轴线式机器的腿中的独立的低压流体供给的需要可通过使用专用湿箱(wet case)来消除，其中马达外壳内没有被马达部件占用的空间由与低压储液室连通的流体占据。根据这样的实际情况，外壳有效地成为低压储液室的一部分，所以不再需要用于将低压流体导入马达和从马达导出的独立通道。已描述的带有高压通道和低压通道的具有双腿轭的实施方式可被修改为采用带有单高压流体运输腿的单腿轭。因此，实施方式并不限制于采用低压和高压可变长度供给装置的配置。

根据多个实施方式，滚柱在其中行进的轨道被描述为位于外壳的内表面上。这样的说法不应解释为限制轨道的结构，或轨道的设置方式。如权利要求书中所使用的，“轨道”被解释为包括在其范围内的任意配置或用于方便相接触的装置沿轨道表面进行低摩擦移动的表面，轨道可以与相对平滑的外壳内表面一样简单。轨道和接触外壳的其它实施例包括凹入外壳表面的沟道、在表面上升起的堤状结构、配置为接收对应形状的滚柱的V形沟槽、与滚柱上的齿轮状的齿接合的一系列横向切口、允许接触被保持在拉紧状态而不是压缩的船状结构、以及形成两个支撑表面的凹槽，在两个支撑表面之间接触结构轴向地受到控制以保持压缩状态和拉紧状态的接触。此外，轨道可例如通过铸造与加工由与外壳相同的材料形成，或可单独制造并应用于外壳表面。此外，当一个元件移动越过另一元件的表面时，特别是存在将一个元件朝向另一个元件偏置的力的情况下，术语“滚柱”被解释为在其范围内包括用于减少或消除元件间的摩擦的任意结构。实施例包括本文公开的滚柱结构，此外还包括球轴承、流体轴承、青铜套筒、塑料套筒、低摩擦表面涂层等。

根据多个实施方式可提供许多优点。例如，通过将缸的未波及容积最小化，特别是马达以小行程角运行时的有效损失减少了。这也减少了每个缸穿过阀板的高压侧与低压侧之间时出现的脉冲强度，因此也减少了噪声和振动。由于在给定行程角下的未波及容积量由可描述为任意连续轮廓的轨道的轮廓控制，缸中保持的未波及容积量可随行程角改变，这提供了运行的不同范围下未波及容积的微调可能性。例如，在实际应用中，减少噪声的目的可能需要与其它目的例如流动优化或机械间隙相平衡，这可能通过允许一些行程角范围内的未波及容积与其它行程角范围下的未波及容积不同而达到。

此外，通过使用轨道装置和接触装置(例如滚柱和轨道表面)以将反作用力传递至外壳，轭腿、耳轴和外壳的联接点的尺寸、质量和重量可被减少。由于外壳的弯曲形状的固有优点，在滚柱行进的区域外壳的相称加强需要较少的额外材料，并且比现有技术的轭和耳轴马达更简单且更少地失效，这导致马达可靠性的增加以及尺寸和重量的减少。

关于可变长度液压机的已知现有技术使用偏心枢轴，背板和缸筒绕偏心枢轴转动。这样的马达不能进行过心运行，因为枢轴结构的一侧被牢固地固定。此外，转动的最大角受例如活塞杆与缸筒接触的几何构造干涉的限制。

弯曲轴线式液压机的许多元件在本领域中是公知的，其对于理解本发明的原理不是必需的，所以从附图和说明书中省略了以避免不必要的模糊并且减少混淆的可能性。上述省略的元件包括例如静态密封和主动密封、轴向轴承和径向轴承、阀、执行器、流体传输管道等。所有上述元件为本领域技术人员所熟知。

本公开的摘要设置为根据一个实施方式的本发明的一些原理的简要说明，并不旨在作为完整的或确定的说明书的任意实施方式，也不应依赖摘要限定用于说明书和权利要求书中使用的术语。摘要不限制权利要求的范围。

上述多个实施方式的元件可进行联合或可被进一步更改，从而提供进一步的实施方式而不背离本发明的精神和范围。本说明书所引用的和/或在申请数据表中列出的美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开中的所有都通过引用将其全部内容并入本文。如有必要使用各专利、申请和公开的概念来提供进一步的实施方式，那么可以对实施方式的各方面进行修改。

根据上面的详细描述，可以对实施方式作这些及其它改变。通常，在权利要求中，不应将使用的术语解释为将权利要求限制于在说明书中公开的特定实施方式中，而是应被解释为包括所有可能的实施方式连同使这样的权利要求享有权利的等同物的全部范围。因此，权利要求书不是由本公开限制的。

Claims (23)

1.一种液压机，包括：

驱动板和动力轴，配置为绕第一轴线转动；

缸筒，配置为绕第二轴线转动，所述缸筒具有多个缸以及位于所述缸中的相应的多个活塞，每个活塞抵靠所述驱动板，所述第一和第二轴线在与所述第一和第二轴线垂直的第三轴线处相交；

背板，支撑所述缸筒并且包括阀面，所述缸筒在所述阀面上转动；

角度控制装置，用于控制所述第二轴线相对于所述第一轴线的角度；以及

轴向位置控制装置，用于控制所述缸筒与所述第三轴线沿所述第二轴线的距离。

2.如权利要求1所述的液压机，其中，所述轴向位置控制装置对所述背板沿所述第二轴线的平移进行控制，从而控制所述缸筒与所述第三轴线之间的距离。

3.如权利要求1所述的液压机，包括流体沟道，所述流体沟道通过伸缩接合部联接至所述背板并且容纳所述背板沿所述第二轴线的平移，同时保持所述背板与加压流体源的流体连通。

4.如权利要求1所述的液压机，其中，所述角度控制装置包括轭，所述轭可绕所述第三轴线转动并且所述背板联接至所述轭。

5.如权利要求4所述的液压机，其中，所述轭包括在所述轭的腿中延伸并且通过伸缩接合部联接至所述背板的流体通道，所述伸缩接合部容纳所述背板沿所述第二轴线的平移，同时保持所述背板与加压流体源的流体连通。

6.如权利要求4所述的液压机，还包括流体静力平衡机构，所述流体静力平衡机构包括：

缸膛，与加压流体源流体连通并且包括第一工作面；以及

活塞，位于所述缸膛内并且包括第二工作面；

所述流体静力平衡机构操作地联接至所述背板，并且被配置为使作用在所述第一和第二工作面上的流体压力减少作用在所述背板上的净流体静力。

7.如权利要求1所述的液压机，其中，所述角度控制装置包括将所述第二轴线相对于所述第一轴线的角度改变为正向角和负向角的装置。

8.如权利要求1所述的液压机，其中，所述轴向位置控制装置对所述缸筒与所述第三轴线之间的距离进行控制，使得当所述第二轴线相对于所述第一轴线的角度减少时所述距离减少，当所述第二轴线相对于所述第一轴线的角度增大时所述距离增大。

9.如权利要求1所述的液压机，其中，所述轴向位置控制装置包括轨道以及滚柱，所述轨道联接至所述液压机的外壳的内表面，所述滚柱在所述滚柱能与所述轨道接合的位置与所述背板联接。

10.如权利要求9所述的液压机，其中，所述轨道的轮廓被选择为随着所述第二轴线相对于所述第一轴线的角度改变，所述缸筒与所述第三轴线之间的距离由所述滚柱沿所述轨道的移动来控制。

11.如权利要求9所述的液压机，其中，所述轨道包括多个独立的轨道，所述滚柱包括多个独立滚柱，每个滚柱均被配置为与所述多个独立轨道中的相应的一个轨道接合。

12.如权利要求9所述的液压机，其中，所述滚柱基本定位在所述第二轴线上。

13.如权利要求10所述的液压机，其中，作用在所述液压机表面上的所述流体静力被选择为在所述背板和所述滚柱上产生净力，所述净力趋向于将所述滚柱抵靠所述轨道偏置。

14.如权利要求10所述的液压机，包括联接至所述液压机的外壳的轨道结构，所述轨道在所述轨道结构的表面上延伸并且基本面向远离所述第三轴线的方向，其中，作用在所述液压机表面上的流体静力被选择为在所述背板和所述滚柱上产生净力，所述净力趋向于将所述滚柱朝向所述第三轴线偏置。

15.一种液压机，包括：

转动轴；

驱动板，转动地联接至所述转动轴，所述驱动板与所述转动轴被配置为绕第一轴线共同转动；

缸筒，被配置为绕第二轴线转动，所述第二轴线和所述第一轴线在与所述第一轴线和所述第二轴线垂直的第三轴线处相交，所述缸筒具有径向分布于其中的多个缸；

多个活塞，每个活塞的第一端定位在所述缸筒的相应缸中，每个活塞的第二端与所述驱动板接合；以及

背板，包括阀面，所述缸筒在所述阀面上转动，所述背板配置为与所述缸筒一起绕所述第三轴线转动，使得所述第二轴线相对于所述第一轴线的角度改变，由此限定行程角，所述背板还被配置为：随着所述行程角的减小，通过沿所述第二轴线以更接近所述第三轴线的方向移动来控制所述缸筒与所述第三轴线之间的距离，以及随着所述行程角的增大，通过沿所述第二轴线以更远离所述第三轴线的方向移动来控制所述缸筒与所述第三轴线之间的距离。

16.如权利要求15所述的液压机，还包括：

外壳；

轨道，定位在所述外壳的内表面上并且在与所述第二轴线的枢轴所限定的平面基本平行的平面中延伸；以及

接触装置，联接至所述背板并且配置为随着所述行程角的改变与所述轨道接触，所述轨道限定出将所述缸筒与所述第三轴线之间的距离控制为作为所述行程角的函数的选定距离的轮廓。

17.如权利要求15所述的液压机，其中，所述背板被配置为与所述缸筒一起绕所述第三轴线转动至正向角和负向角。

18.如权利要求15所述的液压机，还包括：

轭，转动地联接至所述外壳，所述轭被配置为支撑所述背板并且与所述背板一起绕所述第三轴线转动，所述轭包括：

流体通道，在所述轭内延伸并且将所述背板安置为与加压流体源流体连通；

伸缩接合部，配置为容纳所述背板沿所述第二轴线的移动，同时保持所述背板与所述加压流体源的流体连通；

流体静力平衡机构，包括：

缸膛，与所述流体通道流体连通并且包括第一工作面；

以及

活塞，位于所述缸膛内并且包括第二工作面；

所述流体静力平衡机构联接至所述轭并且被配置为施加与所述伸缩接合部中的流体压力所产生的分离力相反的偏置。

19.如权利要求15所述的液压机，还包括：

外壳；

第一轨道和第二轨道，由所述外壳牢固支撑；

第一滚柱和第二滚柱，联接至所述背板并且被配置为随着所述行程角的改变分别与所述第一和第二轨道保持接触；所述第一轨道和所述第二轨道具有的轮廓使得随着所述行程角的改变，所述背板纵向平移并保持与所述第二轴线对准。

20.如权利要求19所述的液压机，包括链接部件，所述链接部件具有转动地联接至所述背板的第一端和转动地联接至所述外壳的第二端，所述连接物具有在其中延伸的流体通道，所述流体通道与所述阀板流体连通。

21.建立可变排量的弯曲轴线式液压机的排量的方法，包括：

通过将第一轴线相对于第二轴线绕所述第一和第二轴线的公共点转动建立行程角，其中所述液压机的缸筒绕所述第一轴线转动，所述液压机的驱动板绕所述第二轴线转动；

当所述第一轴线相对于所述第二轴线转动时，将所述缸筒沿所述第一轴线移动到所述缸筒与所述驱动板之间的预先选定的总轴向距离，其中所述总的轴向距离为所述行程角的函数；以及

当将所述缸筒沿所述第一轴线移动时，修改流体通道将工作流体在流体源与所述缸筒的阀面之间传输所经过的总距离。

22.如权利要求21所述方法，其中，所述预先选定的总轴向距离为这样的距离，其使得所述缸筒的缸的未波及容积为作为所述行程角的函数的预选容积。

23.如权利要求21所述的方法，其中，修改总距离包括使流体通道的第一段在其第二段内伸缩。

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