CN104903038B - 流体驱动马达的可变速度控制 - Google Patents

Abstract

公开了一种装置，其包括与阀门组件流体连通的流体入口，阀门组件被构造成选择性地允许运动流体从流体入口向流体驱动马达流动，其中阀门组件进一步包括第一柱塞，其包括多个轴向延伸的流体通道，其中柱塞通过致动器以如下方式选择性地运动：从关闭位置进一步向远处移动，设置成与流体入口流体连通的轴向延伸的流体通道的数目增加，并且其中轴向延伸的流体通道允许运动流体从流体入口向流体驱动马达流动。

Description

流体驱动马达的可变速度控制

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年8月2日提交的美国临时专利申请No.61/679,038的权益，并且其通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及流体驱动马达，更具体地，但非排他地，涉及流体驱动机械的可变马达速度控制，其包括流体驱动工具。

背景技术

流体动力马达的速度控制，特别是在流体驱动机械的领域仍然是令人关注的领域。许多当前的设计对马达提供最大的流量；并且因此，在从入口阀门进入的流体的流动之后，最大的马达速度立刻被启动。因此，在该领域，进一步的技术发展是受到期待的。

发明内容

本发明的一个实施例是独特的速度控制装置，其提供对流体驱动马达的可变速度马达控制。其他的实施例包括装置、系统、设备、硬件、方法、以及对流体动力机械进行马达速度控制的组合。本申请的进一步的实施例，形式，特征，外观，益处和优点在一起提供的描述和附图中将是显而易见的。

附图说明

此处的描述参考了附图，其中相同的附图标记在所有多个视图中表示相同的部件，并且其中：

图1示出了包括可变阀门组件的流体驱动机器的实施例；

图2A-2B示出了包括多个轴向设置的流体通道的柱塞的实施例；

图3示出了柱塞组件的实施例；

图4示出了包括多柱塞的可变阀门组件的实施例；

图5A-5C示出了在各种操作模式下的可变阀门组件的实施例。

具体实施方式

为了促进对本发明原理的理解，现在将参考在附图中描述的实施例，并且特定的语言将被用于说明同一事物。然而应当理解的是，本发明并不因此意在对发明的范围进行限制，所示装置的这种改变和进一步的修改，以及如所示的本发明原理的这种进一步应用，对于本发明涉及的领域的技术人员来说通常是能够想到的。

参考附图1，公开了一个实施例，其中流体动力机器100包括壳体102和流体驱动马达104。可以设想到，流体动力装置100可以包括各种流体动力装置，例如泵、压机、起重机、谷物升降机、或者任意其他的流体动力装置100。在某些实施例中，流体动力装置可以是动力工具，包括但不限于，钻机、棘轮、凿子、研磨机等等。在一种形式中，流体动力装置100是包括手柄120的手持气动工具。

运动流体114可以是任何能够为流体驱动马达104提供动力的流体。运动流体114可以是可压缩气体。从压力源116接收的空气114可以被用来作为运动流体114。压力源116可以包括各种压缩机、活塞、增压箱、或者任何其他能够在运动流体114上施加或保持压力的装置。在一种形式中，压力源116是无油螺杆式空气压缩机。

流体驱动马达104可以是任意能够从运动流体114抽取能量以及由此被驱动的装置。流体驱动马达104可以是活塞、涡轮、转子、螺纹驱动器、或者任何其他这样的装置。流体驱动马达104可以是涡轮，其将加压空气114中存储的势能转换为旋转运动以被利用在马达轴输出部122。

流体入口106允许运动流体114流入阀门组件108。流体入口106可包括在阀门组件108相对的端部上的各种法兰、配件等，用来提供关于压力源116的连接的便利。在某些形式中，壳体102可以包括压力室118用来储存运动流体114的一部分，以确保不断流向阀门组件108。

阀门组件108由致动器110操作。致动器110可以采用各种形式，包括但不限于，电动的或者手动的致动器，例如线性致动器、液压致动器、马达驱动致动器、螺线管、或者类似的致动器。作为一个非限制性的实例，致动器110可以接收来自致动器附近位置的输入，如图1所示，或者可以接收从远处位置的输入信号，例如与气动升降机一起使用的按钮(未示出)。致动器110可以是扳机110，其为阀门组件108提供机械力。

阀门组件108允许运动流体114从流体入口106到流体驱动马达104的入口112的选择性释放。参见图2A-2B，阀门组件108包括至少一个柱塞202。柱塞202包括位于柱塞本体214中的多个轴向延伸的流体通道204、208、212。轴向延伸的流体通道204、208、212可以是柱塞本体214中的凹槽，在柱塞本体214内延伸并且具有进口206、210的孔，或者可以是任何其他允许流体从轴向延伸的流体通道204的进口206、210向轴向延伸的流体通道204的出口流动的通道，其中所述出口与流体驱动马达104流体连通。

多个轴向延伸的流体通道204、208、212的每个包括流体进口206、210、306。流体进口206、210、306相对于其他流体进口206、210、306轴向地设置。轴线220是用来说明轴向关系以及沿着轴线运动的参考轴线；然而，轴向关系和轴向运动并不意味着由轴线220进行限制。在某些形式中，流体进口206、210、306和相对应的轴向延伸的通道204、208、212可以如图2B所示的那样相对于彼此圆周地设置。

参照图3，取决于具体应用，制造能力以及任何与其相关联的成本收益分析，任意数量的轴向延伸的流体通道可以结合到柱塞本体214中。如下文将要解释的，轴向延伸的流体通道的数量能够确定流体驱动马达104能够操作的速度的数值。图3示出了柱塞组件300，其包括5个轴向延伸的通道204、208、212、310、314以及相对应的进口206、210、306、308、312。在该非限制性的实施例中，柱塞本体214能够提供5股不同的流体流向流体驱动马达104；由此以5个不同的速度驱动流体驱动马达104。柱塞组件300包括多个密封件302和304以将入口106从流体驱动马达104的入口112隔离开。密封件302和304可以是O形环，垫圈，或者任意其他能够执行密封或半密封功能的设备，这取决于具体的应用。在某些形式中，密封件302和/或304能够结合到阀门组件108的各种壁构件或其他壳体结构中，能够结合到一个或多个柱塞中，或者一个或多个柱塞能够自身形成密封件302和/或304。

随着柱塞本体214被致动器110沿着轴线202在如320所示的方向上线性移动，轴向延伸的通道204的第一进口206被放置成与流体入口106流体连通。随着柱塞本体214进一步在如320所示的方向上移动，第二进口210被放置成与流体入口106流体连通。运动流体114能够从流体入口106通过流体进口206和210，穿过轴向延伸的流体通道204、208，并通过流体驱动马达104的入口112进入流体驱动马达104。如图所示，由于密封件302防止运动流体114进入其中，进口306、308和314的其余的未被放置成与流体入口106流体连通。因此，在这个示例中，马达204仅从5个可能的通道中的两个接收运动流体114。

阀门组件108可以包括多于一个柱塞。图4示出了包括第二柱塞404的阀门组件108的剖面图400。在某些形式中，第二柱塞404可以位于第一柱塞202的周围。在第一柱塞202完全移动时，第二柱塞404可以移动以提供最大的运动流体114的流动。第二柱塞404可以附加地或者替代地包含多个轴向延伸的流体通道，在第二柱塞404的线性移动时，运动流体114穿过该通道，如关于第一柱塞202所讨论的。由于提供了带有多个轴向延伸的流体通道的第二柱塞404，总的流体驱动马达104的速度的数值可以增加。

额外地，图4示出了阀门组件108的流体入口106的一部分和入口402可以设置成垂直或近似垂直的关系。然而，取决于具体的应用和所需的流动，关于流体入口106和入口402任何配置可以被采用。

现在参照图5A-5C，阀门组件108操作的各种所示模式将被讨论。参照图5A，扳机110未被按压并且活塞202位于第一位置502。作为密封件302的柱塞202和404阻挡了流体进口204，以及其他的流体进口(未示出)，并且有效地防止了运动流体114向流体驱动马达104的释放，使得流体运动马达104不被提供动力。

参照图5B，手动力被施加到扳机，使得第一柱塞202从第一位置502移动到第二位置，其中由流体入口106接收的运动流体114进入第一轴向延伸的流体通道204，并且运动流体114被引导至流体驱动马达104。当扳机110继续被按压时，柱塞202被引导至第三位置，其中第二轴向延伸的流体通道208也被放置成与流体入口106流体连通。在此第二位置，由流体入口106接收的运动流体114穿过第一和第二轴向延伸的流体通道204、208，并且被引导向流体驱动马达104。当扳机110进一步被按压，第三到第n位置可以被达到，其中n是设置在柱塞本体214中的通道总数。

到达每个位置时，与相应的位置相对应的轴向延伸的流体通道被放置成与流体入口106流体连通，并且运动流体114穿过相应的轴向延伸的流体通道并且被引导向流体驱动马达104。被引导流向流体驱动马达114的总的运动流体114是通过与流体入口106流体连通的轴向延伸的流体通道204、208、第n个中的每个流动的运动流体114的总和。因此，轴向延伸的流体通道的数量越大，流体驱动马达104可能地可以被操作的速度的数值就越大。

参照图5C，第二柱塞404能够被致动器110轴向地移动。当运动流体114穿过第一柱塞202中的所有的轴向延伸的流体通道时，对扳机110的继续按压602能够导致第二柱塞404向开口位置604的线性移动。在各种形式中，第二柱塞404能够直接被致动器110移动，或者反之第一柱塞202相对于第二柱塞404的相对运动。例如，第二柱塞404能够由从第一柱塞延伸的突起606移动。第二柱塞404的线性运动能够导致阀门组件108的完全打开位置，因此允许流向流体驱动马达104的运动流体114的最大流动。如前所述，第二柱塞404能够额外地具有多个轴向延伸的通道，其中第二柱塞从第一至第n位置的移动将第一至第n个轴向延伸的通道放置成与流体入口106流体连通，如先前关于第一柱塞202所讨论的。

尽管本发明已经结合目前被认为最实用和最优选的实施例进行了说明，但是应当理解，本发明并不限制于所公开的实施例(一个或多个)，而是相反，意在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置，该范围具有最宽泛的解释以便在法律的允许下包含所有这样的修改和等同结构。此外应理解，虽然使用词语优选的、优选地、或在以上描述中优选的表示如此描述的特征可以是更希望的，但它可以不是必需的，且缺少这些词语的任何实施例可以认为落入本发明的范围，该范围由所附的权利要求限定。在阅读权利要求时，当词语如“一”、“一个”、“至少一个”和“至少一部分”在使用时，其目的不是将权利要求限定到仅一个术语，除非在权利要求中明确相反地指出。此外，当语言“至少一部分”和/或“一部分”被使用时，术语可以包括一部分和/或整个术语，除非明确相反地陈述。

Claims (13)

1.一种可变速度控制的系统，包括：

流体驱动马达，其被构造为在驱动方向上通过运动流体的动作以可变的速度被驱动；以及

阀门组件，其具有多个流体通道，该流体通道通过第一柱塞的运动选择性地从覆盖构件的覆盖表面不被遮挡，使得运动流体被允许流动到流体驱动马达，第一柱塞具有一定的位置范围，在该位置范围中依次地暴露所述多个流体通道的一个或多个以运送运动流体，并且作为将所述流体通道从所述覆盖构件的覆盖表面暴露的结果，通过阀门组件提供运动流体的可变流量，运动流体的所述可变流量提供流体驱动马达的可变速度输出；

所述多个流体通道是轴向延伸的流体通道，并且其中轴向延伸的所述多个流体通道中的每个相对于相邻的流体通道轴向地交错，使得当第一柱塞在第一位置和第二位置之间滑动时，交错的关系提供流体通道的选择性暴露。

2.如权利要求1所述的系统，其中第一柱塞是第一可滑动柱塞，并且其进一步包括致动器，所述致动器被构造为选择性地将第一可滑动柱塞从第一位置移动到第二位置。

3.如权利要求2所述的系统，其中第一柱塞包括成型部，所述成型部形成多个流体通道。

4.如权利要求2所述的系统，其进一步包括由致动器选择性移动的第二柱塞，第二柱塞被构造为除了由第一可滑动柱塞提供的运动流体的流动以外允许运动流体流向流体驱动马达。

5.如权利要求4所述的系统，其中通过第二柱塞的移动由流体驱动马达接收的流体流超过通过第一柱塞的最大移动由流体驱动马达接收的流体流。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个流体通道包括至少三个轴向延伸的流体通道。

7.如权利要求1所述的系统，其中阀门组件被构造为与流体加压源流体连通，并且其中流体加压源是空气压缩机。

8.如权利要求7所述的系统，进一步包括壳体，所述壳体限定空气驱动动力工具的至少一部分，其中壳体包括流体驱动马达和阀门组件，并且其中用于改变第一柱塞的位置的致动器是扳机。

9.如权利要求1所述的系统，进一步包括第二柱塞，所述第二柱塞被构造为除了由第一柱塞提供的流动以外提供流动通道区域用于运动流体的流动。

10.一种可变速度控制装置，包括：

流体驱动马达，其被构造为利用运动流体驱动；以及

阀门组件，其具有设置在壳体内的第一柱塞，使得第一柱塞和壳体的配合接合形成在它们之间的多个流体通道，所述流体通道能够通过所述第一柱塞和所述壳体的相对运动来依次地暴露，第一柱塞具有对应于所述多个流体通道的至少一个的关闭的第一位置，使得运动流体被阻碍穿过所述多个流体通道的所述至少一个流向流体驱动马达，以及对应于所述多个流体通道的两个或更多个的暴露的第二位置，使得运动流体能够穿过所述多个流体通道的所述两个或更多个流向流体驱动马达；

其中所述多个流体通道相对于第一柱塞的移动轴线轴向地定向。

11.如权利要求10所述的装置，其进一步包括第二柱塞，所述第二柱塞被构造为定位从而提供额外流动区域，当所有的由壳体和第一柱塞的相互作用形成的所述多个流体通道放置成与流体驱动马达流体连通之后，运动流体能够穿过额外流动区域到流体驱动马达，其中到流体驱动马达的运动流体的流动通过第二柱塞的移动增加。

12.如权利要求10所述的装置，其中每个轴向定向的流体通道进一步包括流体进口，并且其中每个流体进口相对于每个其他的流体进口位于不同的轴向位置。

13.如权利要求10所述的装置，其中向阀门组件提供运动流体的入口通道近似垂直于将运动流体引导向由第一柱塞和壳体形成的流体通道的流体入口，并且其进一步包括在壳体和第一柱塞的外表面之间的密封。