CN103717912A - 液压马达-泵装置以及用于交通工具的液压系统 - Google Patents

Abstract

一种用于选择性地在分离的液压回路中获得的液压动力的装置（2），该装置（2）包括两个排量机器（4、6）、两个飞轮（8、10）以及优选地设置在排量机器（4、6）之间的驱动单元（12）。飞轮在相反的方向上阻滞并且联接至排量机器。因此，第一排量机器（4）沿驱动单元（12）的第一旋转方向被驱动，而第二排量机器（6）仅沿驱动单元的相反的第二旋转方向被驱动。这使得可以通过相应地选择旋转方向来实现用于选择性地在分离的液压系统中获得额外的液压动力的间歇式操作。该装置可以减小液压系统的重量和复杂性。

Description

液压马达-泵装置以及用于交通工具的液压系统

相关申请的引用

本申请要求于2011年7月26日提交的美国临时专利申请No.61/511,609以及于2011年7月26日提交的德国专利申请No.102011108535.5的优先权，以上申请的公开内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及液压马达-泵装置以及用于交通工具的液压系统。

背景技术

为了提供由液压系统中的流体压力以及流体体积流率限定的液压动力，通常的做法是使用由驱动单元驱动的不同类型的液压泵。根据液压系统的安装环境以及拟通过液压系统满足的个体要求，驱动单元例如可以以电动马达或内燃机的形式实现。在飞行器的液压系统中，还已知，使用通过飞行器的一个或更多个主发动机来驱动的液压泵。为了在负载峰值期间获得充足的液压动力并且提高冗余性，还已知，额外使用通过电动马达驱动的液压泵。还已知通过冲压空气涡轮驱动液压泵以提高冗余性。

在飞行器的由若干独立的子系统构成的液压系统中，还已知通过动力传递单元（也称为PTU）将液压动力从一个液压子系统传递到另一液压子系统中。这是这样实现的：供应液压动力的相应的液压子系统操作液压马达，液压马达驱动液压子系统中的经由轴接收液压动力的液压泵。

DE19745747A1还公开了一种用于电力和液压动力的双向转化的系统。这种类型的系统频繁地使用在现代商用飞行器中。

发明内容

由于结构空间的有限可用性，因此在设计交通工具中的并且特别是商用飞行器中的液压系统时应当实现可能的最紧凑的结构以及可能的最小重量，以防止交通工具的驾驶特性或飞行特性被过分影响。尽管由内燃机和电动马达驱动的液压泵以及具有两个或更多个液压子系统的液压系统中的带有液压马达-泵单元的动力传递单元的并行使用带来了非常高的操作可靠性和灵活性，但其需要带来对应的重量的若干并联的泵和马达的装置。因此，这种液压系统对于系统重量显然具有优化可能性。

本发明的目的在于提出一种可以改进由两个或更多个液压子系统构成的液压系统的操作并且应当使液压系统的重量最小化的装置。可以看到，本发明的目的还在于提出一种改进的液压系统。

通过用于选择性地在具有独立权利要求1的特征的分离的液压回路中获得液压动力的装置来实现该目的。从属权利要求中公开了有利的改进。

根据本发明，该装置包括第一排量机器、第二排量机器、第一飞轮、第二飞轮和驱动单元。该驱动单元经由第一飞轮连接至第一排量机器并且经由第二飞轮连接至第二排量机器，其中，第一飞轮和第二飞轮设计成使得：第一排量机器能够在驱动单元沿第一旋转方向旋转时被驱动并且第二排量机器能够在驱动单元沿相反的第二旋转方向旋转时被驱动。

在本发明的上下文中，术语排量机器包括所有这样的液压装置：其中，通过液压流体对其起作用的排量大小动态地变化以将液压流体通过机械传动装置输送到排量机器的运动部件上或者以通过引入加压液压流体来启动运动部件的机械运动。在这种情况下，运动部件可以是抽取、供应或转换排量机器中的机械动力的任何可动的元件。基本上存在具有循环地改变的腔室容积并通过可动活塞使排量机器往复运动的旋转排量机器。排量机器可以以马达或泵的形式实现，或者根据其设计以可以选择性地用作马达或用作泵的排量机器的形式实现。代表往复运动的排量机器并且可以由于斜板、旋转斜盘或旋转轴线的可变倾斜角而接收或供应体积流的轴向活塞机器似乎特别适于在液压系统中使用。

根据本发明的该装置由于其两个分离的排量机器而可以同时在液压系统的两个独立的液压子系统中使用。两个飞轮的使用使得可以实现通过相应地选择旋转方向来将机械动力选择性地转化成用于第一液压子系统或第二液压子系统的液压动力。由于利用机械上简单但仍结实并且可靠的飞轮，因此不必随身携两个单独的驱动单元带用于两个排量机器，或者在使用仅一个连接至两个排量机器的驱动单元时，还不必转动不操作的排量机器使得因而产生的阻力矩被完全消除并且效率提高。根据本发明的装置的操作在第一排量机器和第二排量机器具有实质上相同的特征使得驱动单元基本可以驱动具有相同速度的两个排量机器并且不需要具有单独驱动不同装置用的不同传递比的齿轮机构的情况下是特别简化的。与排量机器的直接联接可以在使用具有合适扭矩的对应驱动单元的情况下实现。

这种装置特别适合于在现代商用飞行器中使用，在商用飞行器中，若干相同的或非常类似的液压子系统由于冗余的原因而被使用并且通过由主发动机机械驱动的相同的或非常类似的液压泵被供应有液压动力。例如通过电动马达驱动的额外的液压泵用于辅助由发动机提供动力的液压泵并且可以以短暂的时长在负载峰值期间单独地供应额外所需的液压动力。根据本发明的马达-泵装置的排量机器可以取代这些额外的液压泵。它们的主要功能不包括将恒定的液压动力连续地供应至相应的液压子系统，但仅仅是实现不间断的操作。为什么绝对没有必要永久地通过分离的驱动单元来驱动第一排量机器和第二排量机器的原因在于：通过仅一个驱动单元以基本相同的速度和不同的旋转方向实现的间歇式操作可满足这种液压系统。例如，如果子系统的液压泵在飞行期间遭遇完全失效，则间歇式操作还可以包括在保持飞行的时间期间的连续操作。

在本文的上下文中，术语液压回路指液压消耗装置能够通过其驱动的、具有至少一个流体或压力源以及一个流体或压力接收器的闭合回路、半开回路或开路。

在有利的实施方式中，所述第一排量机器和所述第二排量机器分别以液压泵单元的形式实现，所述液压泵单元能够作为液压泵以泵模式操作。流体体积流由于旋转而直接被启动并且导致将液压动力供应到对应的液压（子）系统中。

在有利的实施方式中，所述第一排量机器和所述第二排量机器分别以液压马达-泵单元的形式实现，所述液压马达-泵单元能够作为液压马达以马达模式操作以及作为液压泵以泵模式操作。排量机器在以机械动力作用于其上时输送液压流体，其中，在以加压流体作用于其上时发生旋转。可以看出这种设计的优点在于不仅可以实现机械动力到液压动力的实际转换，而且可以实现液压动力从一个液压子系统到另一相应的液压子系统中的传递。如果两个排量机器连接至完全独立于彼此的两个分离的液压子系统，则液压子系统中的一个液压子系统可以通过连接至该液压子系统并且以马达-泵单元的形式实现的排量机器来将液压动力转换成机械动力，其中，呈现为不作用的驱动单元将该机械动力传输至第二排量机器，该第二排量机器以马达-泵单元的形式实现并且在该时刻作为液压泵操作，并且其中，第二排量机器因此将机械动力转换成液压动力并且将该液压动力供应至第二液压子系统。在液压动力的传递期间，驱动单元用作仅用于传递扭矩或机械动力的装置。因在根据本发明的装置中排量机器由于与飞轮的机械连接而具有不同的阻滞方向并且因此被设计成在相应的不同旋转方向上作为泵或作为马达操作，所以促进了两个液压子系统之间的液压动力的传递。

在有利的实施方式中，所述驱动单元因此能够不作用成使得所述驱动单元以扭矩传输工具的形式允许机械动力在所述第一排量机器和所述第二排量机器之间传输。在这种情况下，使得不作用包括将驱动单元切换到非驱动状态中，在该状态中，驱动单元尽可能小地抵抗旋转。如果驱动单元以电动马达的形式实现，则定子和/或转子应当与外部连接电气分离使得没有反扭矩可以产生。

根据该实施方式的根据本发明的装置还可以用于替代包括独立的驱动单元用于所使用的所有排量机器的常规动力传递单元。这与使用不彼此协同操作的多个电动马达、液压马达和液压泵相比可以导致重量的显著节省。另外，由于需要更少的部件用于制造如此装备的液压系统因而这还减小了制造成本和维护成本并且用于液压系统的维护工作因此也被减少。

在有利的实施方式中，至少所述第一排量机器或所述第二排量机器在其入口处包括切换阀，所述切换阀设计用于允许在根据本发明的所述装置的操作期间的流体流动。具有用于提供附加的液压动力的排量机器的液压系统的常规操作在切换阀被关闭时不受影响，但相应的切换阀使排量机器不作用。该切换阀优选地设置在到高压侧的连接点与相应的排量机器之间，使得排量机器在使其不作用时免受永久存在的高压的影响。

在有利的实施方式中，所述装置包括两个切换单元，所述两个切换单元设计用于将排量机器选择性地切换到马达模式或泵模式中。以这种方式，可以保证排量机器与液压子系统的液压互连仅设计用于或者供应液压动力或者吸取液压动力。切换单元可以包括例如两个旁路管线和两个电磁阀，其中，所述旁路管线分别在排量机器的入口或出口处绕过止回阀并且可以借助于电磁阀来关闭或打开。另外，止回阀也可以由在相应的旁路闭合时被打开的电磁阀替代。

在本发明的有利实施方式中，两个排量机器设置成彼此同轴。因此，两个排量机器分别具有平行于彼此或相一致地延伸的主方向。由于选择性的旋转方向，两个排量机器能够通过共同的轴操作。轴可以以例如连接至驱动单元的扭矩传输装置为特征。例如，齿轮、带轮、链轮等可以被视为扭矩传输装置。

在有利的实施方式中，驱动单元设置在第一排量机器与第二排量机器之间。例如，由于驱动单元可以以延伸至两侧上的排量机器的连续的传动轴为特征，因此这导致了特别紧凑的设计和简单的结构。

在本发明的另一有利实施方式中，驱动单元以具有可变旋转方向的可控电动马达的形式实现。这种马达优选地以异步或同步A.C.马达的形式实现并且其特征在于其稳健性和高效性。替代性地，电动马达可以以优选地无刷D.C.马达的形式实现，无刷D.C.马达具有特别高的效率并且关于速度可以容易地控制。

在本发明的有利实施方式中，所述驱动单元包括传动轴，所述传动轴与所述排量机器所延伸的共同方向平行地或一致地延伸。此外，所述传动轴优选地延伸出所述驱动单元的两个相反的壳体侧。因此，驱动单元直接位于排量机器之间并且因此可以限定根据本发明的装置的径向方向上的边界。如果电动马达用作驱动单元，则延伸出壳体两侧的传动轴可以非常容易地实现并且还简化了两个飞轮在壳体的相反侧上的布置。传动轴的端部优选地以使得可以将扭矩容易地传递至飞轮的连接装置为特征。例如，为此可以考虑榫槽连接、不同形式的花键、圆锥配合系统以及其他已知的装置。

此外，本发明的目的还通过这样一种液压系统来实现，所述液压系统包括：能够独立于彼此操作的至少一个第一液压子系统和至少一个第二液压子系统；以及至少一个根据本发明的用于选择性地在分离的液压回路中获得液压动力的装置，其中，所述装置包括第一排量机器和第二排量机器，并且其中，第一排量机器流体地连接至第一液压子系统，第二排量机器流体地连接至第二液压子系统。

由于上述原因，根据本发明的液压系统可以具有比常规的液压系统明显更低的重量。根据本发明的装置使得可以通过选择性地将液压动力供应到一个相应的液压子系统中来暂时性地补偿负载峰值。

为了提高冗余性，根据本发明的装置的特征还可以在于在一个优选实施方式中用于选择性地获得液压动力的两个装置并联地彼此连接。与使用分离的动力传递单元以及由电动马达驱动的附加的液压泵的情况相比，在这种情况下，仍将可以实现更低的重量。

本发明还涉及一种飞行器，该飞行器包括第一发动机、第二发动机和上述类型的液压系统。

附图说明

本发明的其他特征、优点以及潜在的应用从以下对示例性实施方式和附图的描述来得到。在这方面，所有描述的和/或以图形的方式说明的特征单独地或以任意组合的方式形成本发明的实体，即，与这些特征在各个权利要求中的组合或其对其他权利要求的引用无关。在附图中，相同的或类似的物体还由相同的附图标记表示。

图1a以示意性三维图示的形式示出了根据本发明的的装置。

图1b以平面截面图示的形式示出了飞轮的一个可能的实施方式。

图2示出了装备有根据本发明的装置的飞行器的液压系统。

图3示出了包括根据图2的液压系统的飞行器。

具体实施方式

图1a示出了根据本发明的装置2，该装置2包括第一排量机器4、第二排量机器6、第一飞轮8和第二飞轮10、以及以电动马达的形式实现的驱动单元12。驱动单元12包括传动轴14，该传动轴14向外伸向电动马达12的壳体16的两侧并且分别连接至壳体16外的第一飞轮8和第二飞轮10。毫无疑问的是，两个飞轮8和10还可以设置在壳体16内并且借助于轴可以从外部插入到其中的对应的连接装置或者向外延伸的短轴连接至其他可旋转的机械设备。在示出的实施方式中，第一排量机器4和第二排量机器6通过第一飞轮8和第二飞轮10连接至驱动单元12。各个部件沿共同的中心轴线彼此同心地排列，其中，驱动单元12位于装置2的中央并且传动轴14分别在中心轴线的两个方向上从驱动单元伸出。

根据表示不同旋转方向的两个箭头，飞轮8和10设计成使得它们在相反的方向上阻滞，即，驱动单元12通过第一飞轮8沿第一旋转方向驱动第一排量机器4，而驱动单元12通过第二飞轮10沿相反的第二旋转方向驱动第二排量机器6。当排量机器4或6中的一者被驱动时，相应的另一飞轮8或10自由转动，从而不必克服使得不作用并且也转动的排量机器4或6的反向阻力矩以驱动单个排量机器6或4。

排量机器4和6例如以能够作为泵和作为马达操作的马达-泵单元的形式来实现。排量机器优选地以具有可变排量大小的轴向活塞机器的形式实现。液压流体的从入口至出口的输送分别通过将扭矩施加到相应的排量机器4或6的轴上来启动。如果加压的液压流体被供应至相应的排量机器4或6的入口，则可变排量大小的使用产生具有取决于排量大小的旋转速度的旋转以及取决于旋转速度的可适用的扭矩。

第一排量机器4可以流体地连接至第一（未图示）液压子系统，而第二排量机器6可以流体地连接至第二液压子系统。在本文的上下文中，流体地连接意味着排量机器4和6的对应的入口以及出口连接至相应的液压子系统的流体管线并且允许流体流出和流至流体管线。因此，一个相应的排量机器4或6可以将液压动力供应到一个相应的子系统中或者从一个相应的子系统接收液压动力。因此，与相应的飞轮8或10的联接使得可以根据所选择的驱动单元12的旋转方向将液压动力选择性地供应到第一子系统中或供应到第二子系统中。

图1b中示出了一个可能的飞轮8或10的功能性原理，其中，该图示并非意在提出对其功能性原理的限制。轴体18用作输入轴，根据设计和封装，该输入轴由传动轴14通过离合器驱动或者完全对应于传动轴14。取决于轴体18的旋转方向，应当可以根据轴体18的旋转方向将扭矩传递至输出轴。为此，轴体18的旋转被最初传递至盘状部20，以可移动的方式被支承的夹持部22设置在该盘状部20中并且通过弹簧元件径向向外挤压。由于不对称地设置的侧面24和26，因此夹持部22位于在一个方向上允许自由运动或滚动运动但在另一方向上导致堵塞在外围环28上的凹部中。在后者的情况下，堵塞发生在轴体18与外围环28之间使得对应的扭矩被传递。外围环28可以通过合适的轴连接连接至相应的排量机器4或6。这种飞轮8或10是几乎不需要维护的和高度可靠的。夹持部22可以以滚珠、卷形物或滚子的形式实现。替代性地，还可以使用与带齿的凹部协作且是高度有效的卡爪，但其在自由转动时还产生一定量的噪声。

图2示出了液压系统30，该液压系统30由例如第一液压子系统32和第二液压子系统34构成。每个液压子系统32和34包括例如发动机提供动力的液压泵36或38，它们分别表示用于在相应的液压子系统32或34中产生可用的液压动力的主要装置并且它们例如以具有可变体积流量的可变排量泵的形式——例如，轴向活塞机器的形式——实现。仅在飞行任务的过程期间有规律地发生一段有限时长的负载峰值可以借助于根据本发明的集成到液压系统30中的装置2进行管理。呈马达-泵单元的形式的示例性排量机器4和6设计成用于作为马达以及泵操作。呈电动马达的形式的示例性驱动单元12沿第一旋转方向或第二旋转方向的操作驱动排量机器4或排量机器6并且分别在对应的液压子系统32或36中产生可用的呈流体体积流和特定压力水平的形式的附加的液压动力。

如果例如由于仅有轻微的功率消耗使得在液压系统30的运行期间在两个液压子系统32或34中的一个液压子系统中能够获得大量多余的液压动力而另一液压子系统34或32中的液压动力不是非常充足，则将可以借助于根据本发明的装置2实现动力传递。在这种情况下，相应地，第一排量机器4需要作为驱动相对的排量机器6的马达来工作，或者第二排量机器6需要作为驱动相对的排量机器4的马达来工作。为了在两个泵单元之间传递机械动力，使驱动单元12不作用并且由于向外突出的传动轴14的刚性机械联接而仅用作连接装置或联接装置或扭矩传输装置。排量机器4或6的独立的旋转使对应的飞轮在一旋转方向上阻滞，相应的另一排量机器6或4沿该旋转方向被驱动，即原因在于相对于驱动单元12的旋转方向相当于驱动单元12沿相应的相反旋转方向的旋转。就电动马达形式的驱动单元12而言，使得不作用的方法例如有关闭驱动单元12和将驱动单元12与电压源断开。在这种情况下，如果可能的话，驱动单元12应与外部连接分离，使得不能产生磁感应反扭矩。

由于排量机器4或6通过相应的另一排量机器6或4来驱动，因此液压动力从液压子系统32或34中的一者被抽取并且至少大部分地供应至需要液压动力的液压系统34或32，以便短暂地获得所需的额外的液压动力。

为了使装置2不作用而设置了切换阀42和44，并且切换阀42和44分别设置在高压连接与对应的排量机器4、6之间。为了启动装置2的操作，需要打开切换阀42和44，使得切换阀42和44允许流体体积流。

由于这种管理负载峰值的多功能的方法，因此与常规的动力传递单元相比可以明显地减小重量。

这种重量减小在示出的液压系统30用于根据图3的飞行器46中时特别明智。发动机48和50驱动满足基本需求并且主要获得液压动力的液压泵36和38，其中，所述液压泵增补有根据本发明的马达-泵装置2，以补偿负载峰值并且用于在液压子系统32与液压子系统34之间传递液压动力。

作为补充，应当指出的是，“包括”并不排除任何其他元件或步骤，并且单数并不排除多个。还应当指出的是，参照以上示例性实施方式中的一个示例性实施方式描述的特征还可以与其他上述示例性实施方式的其他特征组合使用。权利要求中的附图标记不应解释为具有限定含义。

Claims (14)

1.一种用于选择性地在分离的液压回路中获得液压动力的装置（2），包括：

-第一排量机器（4）;

-第二排量机器（6）;

-第一飞轮（8）;

-第二飞轮（10）;以及

-驱动单元（12），

其中，

所述驱动单元（12）通过所述第一飞轮（8）连接至所述第一排量机器（4）并且通过所述第二飞轮（10）连接至所述第二排量机器（6），并且

所述第一飞轮（8）和所述第二飞轮（10）设计成使得所述第一排量机器（4）在所述驱动单元（12）的第一旋转方向上是可驱动的并且所述第二排量机器（6）在所述驱动单元（12）的相反的第二旋转方向上是可驱动的。

2.根据权利要求1所述的装置（2），

其中，所述第一排量机器（4）和所述第二排量机器（6）分别以液压泵单元的形式实现，所述液压泵单元能够作为液压泵以泵模式操作。

3.根据权利要求1所述的装置（2），

其中，所述第一排量机器（4）和所述第二排量机器（6）分别以液压马达-泵单元的形式实现，所述液压马达-泵单元能够作为液压马达以马达模式操作以及作为液压泵以泵模式操作。

4.根据权利要求3所述的装置（2），

其中，所述驱动单元（12）能够不作用从而使得所述驱动单元（12）以扭矩传输工具的形式允许机械动力在所述第一排量机器（4）和所述第二排量机器（6）之间传输。

5.根据前述权利要求中的一项所述的装置（2），

其中，至少所述第一排量机器（4）或所述第二排量机器（6）在其入口处包括切换阀（42、44），所述切换阀（42、44）设计用于允许在所述装置（2）的操作期间的流体流动。

6.根据权利要求3所述的装置（2），还包括两个切换单元，所述两个切换单元设计用于将排量机器（4、6）选择性地切换到马达模式或泵模式中。

7.根据前述权利要求中的一项所述的装置（2），其中，所述排量机器（4、6）彼此同轴地设置。

8.根据权利要求7所述的装置（2），其中，所述驱动单元（12）设置在所述第一排量机器（4）与所述第二排量机器（6）之间。

9.根据前述权利要求中的一项所述的装置（2），其中，所述驱动单元（12）以具有可变旋转方向的可控电动马达的形式实现。

10.根据前述权利要求中的一项所述的装置（2），其中，所述驱动单元（12）包括传动轴（14），所述传动轴（14）与所述排量机器（4、6）所延伸的共同方向平行地或一致地延伸，并且其中，所述传动轴还延伸出所述驱动单元（12）的两个相反的壳体侧。

11.一种液压系统（30），包括：

-能够独立于彼此操作的至少一个第一液压子系统（32）和至少一个第二液压子系统（34）；以及

-至少一个根据权利要求1至10中的一项所述的用于选择性地在分离的液压回路中获得液压动力的装置（2），

其中，所述装置（2）包括第一排量机器（4）和第二排量机器（6），并且，所述第一排量机器（4）流体地连接至所述第一液压子系统（32），所述第二排量机器（6）流体地连接至所述第二液压子系统（34）。

12.根据权利要求11所述的液压系统（30），包括两个用于选择性地获得液压动力的装置（2）。

13.根据权利要求12所述的液压系统（30），其中，两个所述装置（2）彼此并联。

14.一种飞行器（46），包括第一发动机（48）、第二发动机（50）以及根据权利要求11至13中的一项所述的液压系统（30）。

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