CN110836258A - 一种液压动力装置 - Google Patents

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许水电
李延福
许涛
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Abstract

本发明公开一种液压动力装置，包括外圈和芯体，芯体的外环面的喷口和排口之间设有至少一阶以上的次冲流道，液体从进液通道进入，通过芯体的喷口及次冲流道的逐阶喷出，作用于外圈周向上的至少二驱动凹部，对这些驱动凹部产生推力推动外圈旋转做功，实现动力输出，最后，液体通过芯体的排口经排液通道排出。

Description

一种液压动力装置
技术领域
本发明公开一种液压动力装置，按国际专利分类表(IPC)划分属于产生动力的机械装置类技术领域。
背景技术
将液压能转换为机械能的主要有液压发动机和液压泵，液压能主要通过活塞结构、叶片、或齿轮等结构实现转换，从而获得扭矩和速度的输出。由于原有结构和原理的限制，使得现有装置部件多、结构复杂，效率低，难以同时获得较大扭矩和转速。
中国文献CN206942914U公开一种液压能量转换装置，是本案发明人之前提出的关于液压能量转换装置的发明创造，液体通过直驱动力机芯，作用在外圈的槽面上，产生推力推动旋转外圈，实现速度和扭矩连续输出，具有结构简单，柔性传递，效率高，可靠性强等优点。
为进一步改善性能和简化结构，实现结构紧凑、高效可靠的能量转换装置，因此，提出本发明。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种液压动力装置，通过芯体上周向设置的多阶流道，液体的压力能多次利用，通过芯体驱动旋转外圈，实现动力的输出，具有结构紧凑、扭矩大、转速高、传递效率高、节能环保等优点。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种液压动力装置，其包括：
一外圈，其内环面周向上设有多个驱动凹部；
一芯体，其同轴设置在外圈内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有至少一喷口、至少一排口、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道；
至少一进液通道，其连通至少一喷口；以及
至少一排液通道，其连通至少一排口；
液体从进液通道进入，通过芯体的喷口及次冲流道的逐阶喷出，作用于外圈周向上的至少二驱动凹部，对这些驱动凹部产生推力推动外圈旋转做功，实现动力输出，最后，液体通过芯体的排口经排液通道排出。
进一步，至少一进液通道、至少一喷口、至少二驱动凹部、至少一次冲流道、至少一排口和至少一排液通道形成独立做功单元，该液压动力装置中包括至少一个独立做功单元。
进一步，芯体上的喷口及次冲流道，与外圈对应的驱动凹部连通，次冲流道与对应的驱动凹部交错布设依次连通，次冲流道沿芯体或外圈周向设置。
进一步，进液通道和排液通道形成于芯体内。
进一步，芯体上包括：
进液通道，其在芯体周面形成喷口，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口与外圈对应的驱动凹部连通，形成第1阶流道；
次冲流道，其走向为芯体边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道与外圈对应的前后两驱动凹部连通，沿芯体周向形成N阶流道，其中N≥2的自然数；
各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成液体压力能递减的多阶冲程结构。
进一步，次冲流道包括回程道和相通的冲程道，回程道与外圈对应的驱动凹部连通，冲程道与另一驱动凹部连通。
进一步，芯体进液通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°。
进一步，芯体上设有进液通道，其走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，次冲流道的冲程道的走向为对数螺旋线，次冲流道的冲程道对数螺旋线的走向与进液通道对数螺旋线的走向大致相同。
进一步，该液压动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上。
进一步，该液压动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上，该轴上开设有进、出液轴道分别连通至芯体的进液通道和排液通道。
轴内进、出液轴道形成进液口和出液口，进、出液轴道为不连通结构。
进一步，外圈通过侧板配合于轴上形成一个封闭空间，芯体设置于封闭空间内并与轴连接固定。
进一步，独立做功单元中进液通道、喷口、驱动凹部、次冲流道、排口和排液通道构成液体流动路径。
进一步，该液压动力装置中包括二个以上独立做功单元形成多级驱动结构，并沿芯体或外圈周向设置。
进一步，外圈的内环面上设置有2个以上驱动凹部，每一驱动凹部具有一轮廓底面以及驱动面，轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在芯体中心。
一种液压马达，其包括上述的液压动力装置。
一种液压发动机，其包括上述的液压动力装置。
一种无级变速器，其包括所述的液压动力装置。
本发明液压动力装置，结构简单，扭矩大，转速高，传递效率高，能耗低，可广泛应用于交通工具、发电设备以及其他需要动力输出装置的各领域，本发明具有如下有益效果：
1、本发明中芯体设置的多阶流道，即进液通道作为第1阶流道，各次冲流道作为第2、3、4……阶流道，液体由第1阶流道作用在外圈的驱动凹部，驱动凹部与第2阶流道相通，然后返回到第2阶流道后又作用在外圈的另一驱动凹部，位次类推，直至液体从排液通道排出，整个过程是沿外圈旋转方向的顺向进行，扭矩大，传递效率高、液体压力能利用率高，输出扭矩随着转速的提高进一步增大。
2、本发明芯体周向布设的各流道，有效减小了整体装置的体积，可灵活配合于各领域动力生成或输出设备，同时，芯体周向上进入流道或通道设置越多，整体重量反而降低，进一步提高了装置的输出速度和效率。
3、本发明直接利用液体高速进入芯体并推动外圈旋转，通过液体压力能转化成动能，与现有发动机或马达相比，不造成环境大气污染，具有环保节能优点。
附图说明
图1是本发明第1实施例示意图。
图2是本发明第1实施例轴A向侧视图。
图3是本发明第1实施例轴B向侧视图。
图4是本发明第1实施例一剖视图。
图5是本发明第1实施例另一布局图。
图6是本发明第2实施例示意图。
图7是本发明第2实施例轴C向侧视图。
图8是本发明第2实施例轴D向侧视图。
图9是本发明第2实施例径向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1：请参阅图1至图4，一种液压动力装置，其包括一外圈1，其内环面周向上设有多个驱动凹部11；一芯体3，其同轴设置在外圈1内并能相对外圈转动，芯体3的外环面设有至少一喷口301、至少一排口302、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道300；
至少一进液通道31，其连通至少一喷口301；以及
至少一排液通道310，其连通至少一排口302；
液体从进液通道31进入，通过芯体3的喷口301及次冲流道300的逐阶喷出，作用于外圈1周向上的至少二驱动凹部11，对这些驱动凹部11产生推力推动外圈1旋转做功，液体通过芯体3的排口经排液通道排出，实现动力连续输出，可以作为液压马达或液压发动机或无级变速器。该液压动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴2上。
如图4所示，进液通道31和排液通道310形成于芯体3内，芯体3上的喷口301及次冲流道300，与外圈1对应的驱动凹部11连通，其中次冲流道300与对应的驱动凹部11交错布设依次连通，次冲流道300沿芯体或外圈周向设置。
如图4，芯体3上包括：进液通道31，其在芯体周面形成喷口31，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口301与外圈对应的驱动凹部11连通，形成第1阶流道；
次冲流道300，其走向为芯体3边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道300与外圈1对应的前后两驱动凹部11连通，沿芯体周向形成N阶流道，其中N≥2的自然数。需要说明的是：这里如果是2阶流道则包括第1阶流道(进液通道)和第2阶流道(一次冲流道)；如果是3阶流道包括第1阶流道(进液通道)、第2阶流道(一次冲流道)、第3阶流道(另一次冲流道)，……
各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成液体压力能量递减的多阶冲程结构。
根据负载的要求，可以对液压动力装置进行设计，其中的芯体3设置可以是2阶流道、3阶流道、或更多阶进液流道，每阶循环做功，能量充分利用，最大程度地提高使用效率，以满足输出扭矩和转速的需求。
如图5是4阶流道示意图，压缩液体从第1阶流道311进入后，经第2、3、4阶流道312、313、314，并喷出作用在对应的驱动凹部11，最后体通过排液通道310输出；图4是5阶进液流道示意图，工作过程同图5示意类似。如图5，次冲流道300包括回程道和相通的冲程道，如图5中的第3阶流道中的回程道3131和相通的冲程道3132，回程道3131与外圈对应的驱动凹部连通，冲程道3132与另一驱动凹部连通。
请参阅图1，该液压动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴2上，该轴2上开设有进、出液轴道21、210分别连通至芯体3的进液通道31和排液通道310。轴内进、出液轴道形成进口和出口，进、出液轴道为不连通结构。外圈1通过侧板41、42配合于轴2上形成一个封闭空间，芯体3设置于封闭空间内并与轴2连接固定。本发明中芯体3设有至少2阶流道，每一阶流道与外圈对应的驱动凹部连通，最后由排液通道或流道排出液体。
请参阅图1，本发明中芯体3可以是由左、右芯体配合而成，左、右芯体配合面设有进液通道31和排液通道310，芯体3也可以是整体铸造而成。
请参阅图1、图4，本实施例是一级驱动结构，芯体3上沿周向设置1条液体通道形成一级驱动结构，液体通道也称为独立做功单元，芯体3和外圈1上一进液通道31、一喷口301、至少二驱动凹部11、至少一次冲流道300、一排口302和一排液通道310形成独立做功单元，该液压动力装置中包括至少一个独立做功单元。独立做功单元中进液通道31、喷口301、驱动凹部11、次冲流道300、排口302和排液通道310构成液体流动路径。
请参阅图1、图4或图5，本发明中外圈1的内环面上设置有2个以上驱动凹部11，每一驱动凹部具有一轮廓底面111以及驱动面112，轮廓底面111的轮廓线可以是普通弧形线或螺旋线，当轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在轴上，每一驱动凹部11同时与相邻阶流道相通以使前一阶流道进入的液体由下一阶流道输出。
本发明中芯体3进液通道即第1阶流道走向可以是普通弧形线或螺旋线，各次冲流道即第N阶流道中冲程道的走向也可以是普通弧形线或螺旋线。
如图4及图5，本发明芯体3上设有进液通道31，其走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，次冲流道300的冲程道的走向为对数螺旋线，次冲流道的冲程道对数螺旋线的走向与进液通道对数螺旋线的走向大致相同。芯体3进液通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°，角度越小，流道越长，损耗越多；角度越大，驱动外圈的切向分力越小。
请参阅图1、图2及图3，本发明轴2内进、出液轴道21、210形成进口和出口，进、出液轴道为不连通结构。轴的进口和出口可以设置在轴一端或轴两端，进液轴道21与芯体的进液通道31相通，轴的出液口轴向延伸形成出液轴道210，出液轴道与芯体的排液通道310相通。
本申请案所涉液压动力装置是指能够将液压能转换成机械转动的装置，其中该装置除必要的外圈、芯体及其相应凹部结构或流道结构设计外，还可以额外包括其他部件；例如，可以额外包括有提供外保护的壳体和密封结构等，又如可以额外包括有提供转矩传递的联轴器等。其中，外圈可以根据机械转动输出方式的不同而具体表现形式有所变化，例如外圈外侧形成外齿形结构，以利于通过齿轮传动的方式输出动能；又例如外圈具有皮带槽，以通过皮带传动的方式输出动能；再例如外圈具有安装法兰盘，可以方便地安装联轴器以输出动能；等等。芯体和外圈的材质为硬质材料制成，不限于金属、金属合金、塑料、复合材质，芯体和外圈的凹部结构或流道结构的加工方式可以采用一切已知的生产手段实现，包括而不限于压铸、锻造、挤压、3D打印等等。该动力装置内所用液体通常为牛顿流体或非牛顿流体，通常选用牛顿流体，包括液体流体，输入至该动力装置的液体压力可以是压缩机(如液压泵)产生、压缩流体的容器产生、或源自环境(如水流)等等。
图1和图4中需要说明的是，芯体的进液通道31和排液通道310及进液轴道21、出液轴道210，按制图规则虽然不对应，但为了形象说明，图1中芯体的进液通道和排液通道就是指进液通道和排液通道，实施例2中图6和图9与此类似的示意图示。
一种液压马达或液压发动机或无级变速器均包括上述的液压动力装置。
实施例2：请参阅图6至图9，液压动力装置中包括2独立做功单元形成二级驱动结构，即芯体3上沿周向设置2条液体通道，每条液体通道包括1阶以上的进液通道31和次冲流道300并沿芯体3周向布设及排液通道。液压动力装置包括外圈1，其内环面周向上设有多个驱动凹部11；一芯体3，其同轴设置在外圈1内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有2组喷口、排口、以及每组喷口和排口之间设有至少一次冲流道；芯体上设有2进液通道31、32，其对应连通喷口；以及2排液通道310、320，其对应连通排口；两股液体从分别从芯体的2进液通道进入，通过芯体3的喷口及次冲流道300的逐阶喷出，作用于外圈周向上相应的驱动凹部11，对这些驱动凹部产生推力推动外圈1旋转做功，实现动力输出，最后，液体通过芯体的排口经排液通道排出，可以作为液压马达或液压发动机或无级变速器。上述的一进液通道、一喷口、相应数量的驱动凹部及对应的次冲流道、排口和一排液通道形成独立做功单元。
该液压动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴上，该轴2上开设有进液轴道21、22及出液轴道210、220分别连通至芯体的进液通道31、32和排液通道310、320。轴2上设有与液体通道对应的两进液口和两出液口；高速、一定压力的液体从轴2的两进液口进入，通过芯体3进液通道喷出作用在外圈1的驱动凹部11，产生推力推动外圈1旋转做功，最后液体通过芯体3的排液通道回到相应的出液口，实现动力的连续输出。其他结构与实施例1中结构相同，不再赘述。
一种液压马达或液压发动机或无级变速器均包括上述的液压动力装置。
实施例3：本发明液压动力装置中包括4或更多的独立做功单元形成多级驱动结构，芯体上沿周向设置3条或更多条液体通道，每条液体通道包括1阶以上的进液通道和次冲流道并沿芯体周向布设及排液通道，进液通道和排液通道设置在左、右芯体的配合面。轴上设有与液体通道对应数量的进液轴道和出液轴道，液体从轴的进液轴道进入，通过芯体进液流道喷出作用在外圈的驱动凹部，推动外圈旋转做功，实现动力的连续输出，最后压缩液体通过芯体的各排液通道回到相应的出液轴道，可以作为液压马达或液压发动机或无级变速器。其他结构与实施例1中结构相同。
一种液压马达或液压发动机或无级变速器均包括上述的液压动力装置。
实施例4：
液压动力装置样机：
(一)二阶液压动力装置
1、主要参数如下：
(1)液体压力：18MPa；
(2)最高转速：1000r/min；
(3)驱动结构级数：3；
(4)进液流道直径：Φ5mm；
(5)单级驱动进液阶数：2；
(6)外圈直径：Φ140mm；
(7)外圈重量：12.5KG
2、输出扭矩
Figure BDA0001769889420000091
(二)五阶液压动力装置
1、主要参数如下：
(1)液体压力：18MPa；
(2)最高转速：2000r/min；
(3)驱动结构级数：3；
(4)进液流道直径：Φ5mm；
(5)单级驱动进液阶数：5；
(6)外圈直径：Φ140mm；
(7)外圈重量：12.5KG
2、输出扭矩
Figure BDA0001769889420000101
通过试验可见，在同等条件下，增加驱动进液阶数可显著增大输出扭矩，加速性能更佳，同时，还有利于提高转速。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (18)

1.一种液压动力装置，其特征在于，包括：
一外圈，其内环面周向上设有多个驱动凹部；
一芯体，其同轴设置在外圈内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有至少一喷口、至少一排口、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道；
至少一进液通道，其连通至少一喷口；以及
至少一排液通道，其连通至少一排口；
液体从进液通道进入，通过芯体的喷口及次冲流道的逐阶喷出，作用于外圈周向上的至少二驱动凹部，对这些驱动凹部产生推力推动外圈旋转做功，实现动力输出，最后，液体通过芯体的排口经排液通道排出。
2.根据权利要求1所述的液压动力装置，其特征在于：至少一进液通道、至少一喷口、至少二驱动凹部、至少一次冲流道、至少一排口和至少一排液通道形成独立做功单元，该液压动力装置中包括至少一个独立做功单元。
3.根据权利要求1所述的液压动力装置，其特征在于：芯体上的喷口及次冲流道，与外圈对应的驱动凹部连通，次冲流道沿芯体或外圈周向设置。
4.根据权利要求1所述的液压动力装置，其特征在于：进液通道和排液通道形成于芯体内。
5.根据权利要求4所述的液压动力装置，其特征在于：芯体上包括
进液通道，其在芯体周面形成喷口，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口与外圈对应的驱动凹部连通，形成第1阶流道；
次冲流道，其走向为芯体边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道与外圈对应的前后两驱动凹部连通，沿芯体周向形成N阶流道，其中N≥2的自然数；
各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成液压能量递减的多阶冲程结构。
6.根据权利要求1所述的液压动力装置，其特征在于：次冲流道包括回程道和相通的冲程道，回程道与外圈对应的驱动凹部连通，冲程道与另一驱动凹部连通。
7.根据权利要求4所述的液压动力装置，其特征在于：芯体进液通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°。
8.根据权利要求6所述的液压动力装置，其特征在于：芯体上设有进液通道，其走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，次冲流道的冲程道的走向为对数螺旋线，次冲流道的冲程道对数螺旋线的走向与进液通道对数螺旋线的走向大致相同。
9.根据权利要求1所述的液压动力装置，其特征在于：该液压动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上。
10.根据权利要求4所述的液压动力装置，其特征在于：该液压动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上，该轴上开设有进、出液轴道分别连通至芯体的进液通道和排液通道。
11.根据权利要求10所述的液压动力装置，其特征在于：轴内进、出液轴道形成进液口和出液口，进、出液轴道为不连通结构。
12.根据权利要求9所述的液压动力装置，其特征在于：外圈通过侧板配合于轴上形成一个封闭空间，芯体设置于封闭空间内并与轴连接固定。
13.根据权利要求2所述的液压动力装置，其特征在于：独立做功单元中进液通道、喷口、驱动凹部、次冲流道、排口和排液通道构成液体流动路径。
14.根据权利要求2所述的液压动力装置，其特征在于：该液压动力装置中包括二个以上独立做功单元形成多级驱动结构，并沿芯体或外圈周向设置。
15.根据权利要求1所述的液压动力装置，其特征在于：外圈的内环面上设置有2个以上驱动凹部，每一驱动凹部具有一轮廓底面以及驱动面，轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在芯体中心。
16.一种液压马达，其特征在于：包括权利要求1—15任意一项所述的液压动力装置。
17.一种液压发动机，其特征在于：包括权利要求1—15任意一项所述的液压动力装置。
18.一种无级变速器，其特征在于：包括权利要求1—15任意一项所述的液压动力装置。
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