JP2009540218A - カットアウトを有するロータ - Google Patents

Abstract

ジェロータ装置はロータ及びステータを備え、前記ロータは輪郭を画定する複数の歯を含み、各歯は、歯軸線によって分割されている。少なくとも一つの歯は、内側凹部と、前記輪郭に沿って前記内側凹部から離間された外側凹部とを含む。
【選択図】図２

Description

油圧装置は、大きなトルク量を離れた位置に伝達するのに優れている。トルクは、拡張したジェロータセル内で加圧流体を捕らえることによって発生する。ジェロータセルは、ロータの歯と周囲のステータのローブとの接触によって画定される。この接触は、一連のジェロータセルにロータとステータ間の圧力アークを分割する。

動作特性の中で、低速で高トルクのジェロータモータで重要な動作特性は、容積測定効率及び滑らかな作動である。モータ、特にスプールバルブタイプの油圧モータが低速かつ高トルクで作動されるときに十分な漏れがある場合には、モータは粗く作動しがちである。そのような不整合は、ジェロータモータによって駆動される装置の関連部分の粗い動作を生じる。

上述の欠点を克服する油圧装置の一例は、ロータ及びステータを含む。ロータは輪郭を画定する複数の歯を含む。各歯は、歯軸線によって分割される。少なくとも一つの歯は、内側凹部と、輪郭に沿って内側凹部から離間された外側凹部とを含む。前記内側凹部及び前記外側凹部は、前記歯軸線の同じ側で歯の外縁面に形成されている。

油圧装置の他の一例は、ｎ個の歯を有するロータ及びｎ＋１個のローブを有するステータを備えるジェロータ装置を含む。前記ロータの歯及び前記ステータのローブは、互いに協働して前記ロータが前記ステータに関して回転するときに拡張及び縮小する流体ポケットを画定する。各歯は、軸線によって分割されると共に、前記軸線の第１の側にある外縁面に形成された第１内側凹部と、前記軸線の第２の側にある外縁面に形成された第２内側凹部と、前記軸線の第１の側にある外縁面に形成された第１外側凹部と、前記軸線の第２の側にある外縁面に形成された第２外側凹部とを含む。

最良な装置の他の一例は、ロータ及びステータを備えるジェロータ装置を含む。前記ロータは輪郭を画定する複数の歯を含み、前記ステータは複数のローブを含む。前記ロータの歯及び前記ステータのローブは、互いに協働して前記ロータが前記ステータに関して回転するときに、最大量の移動ポケット及び最小量の移動ポケットを含む、拡張及び縮小する流体ポケットを画定する。各歯は、歯軸線によって分割されると共に、第１凹部と、前記歯軸線の同じ側で前記輪郭に沿って前記第１凹部から離間された第２凹部とを含む。前記第１凹部は、前記最大量の移動ポケットが最大量に近づくときに前記最大量の移動ポケットと隣接する拡張流体ポケットとの間に流体連通を許容するように形状付けられている。前記第２凹部は、前記最小量の移動ポケットが最小量に近づくときに前記最小量の移動ポケットと隣接する縮小流体ポケットとの間に流体連通を許容するように形状付けられている。

図１に関して、油圧ジェロータ装置１０は、フロントハウジング部分１２及びリアハウジング部分１４とを含むハウジングアッセンブリを有する。この二つのハウジング部分は、ハウジング部分に形成されたボルト穴１６及び１８に受け入れられるボルト（図示せず）を介して一方側のハウジング部分に結合する。ロータアッセンブリ２２は、リアハウジング部分１４に連結する。図示の実施例では、ロータアッセンブリ２２は、以下により詳細に説明されるステータ２４とロータ２６とを含む。駆動リンク又は揺動シャフトとして参照される揺動スティック３０は、第１の端部３２においてロータ２６と接触する。揺動スティック３０は、周知技術のスプライン結合を介してロータ２６に取り付けることができる。揺動スティック３０の第１の端部３２は、ロータ２６がステータ２４に対して回転旋回するときにステータ２４に対して回転旋回する。揺動スティック３０の第２の端部３４は、出力シャフト４０に接触する。出力シャフト４０は、その回転軸４４に沿って一直線に合わされた中央開口部４２を含む。揺動スティック３０は、周知技術のスプライン結合を介して出力シャフト４０に結合する。ステータ２４に対するロータ２６の軌道移動は、出力シャフト４０の回転軸４４を中心とした出力シャフト４０の回転移動に変わる。磨耗プレート５０は、リアハウジング部分１４とロータアッセンブリ２２との間に挟まれている。磨耗プレート５０は、出力シャフト４０の回転軸４４から半径方向に離間した複数の開口５２を含む。磨耗プレート５０の開口５２は、周知技術の方法でロータアッセンブリに形成された（拡張または収縮する）小室と連通する。従って、多数の開口５２は、多数の小室と等しい。端部プレート５６は、磨耗プレート５０に対してジェロータアッセンブリの反対側においてジェロータアッセンブリ２２に結合する。図示の実施例では、端部プレート５６は、装置１０の可動構成要素としてハウジングアッセンブリを閉じる。

油圧装置１０がモータとして作動するとき、出力シャフト４０の回転は、ロータアッセンブリ２２の拡張小室に加圧流体を送ることによって生じる。また、油圧装置１０は、出力シャフト４０が外部の動力装置、例えばガソリンあるいはディーゼルエンジンによって駆動されるとき、ポンプとして作動する。（概略的に示された）第１のポート６０は、流体源（図示せず）と、（概略的に示された）通路６４を介してリアハウジング部分１４に形成された第１の環状溝６２とに連通する。第１の環状溝６２は、出力シャフト４０を受け入れるリアハウジング部分１４に形成された中央開口６６から半径方向外方に伸びると共に中央開口６６と連通する。出力シャフト４０は、第１の軸スロット７０と第２の軸スロット７２とを含むスプールバルブとして作用する。これらの軸スロットは、当業者でタイミングスロットあるいは供給スロットとして呼ばれる。第２の軸スロット７２は、関連装置、例えばホイールやエンジンに取り付ける出力端部７６と反対側にある端部に隣接した出力シャフト４０に形成された環状溝７４と連通する。流体は、ロータアッセンブリの偏心ラインの一方側の磨耗プレート５０の開口５２を介してロータアッセンブリ２２のポケットに流入し、偏心ラインの他方側の磨耗プレート５０の開口５２を介してロータアッセンブリから流出する。第１の環状溝６２は、出力シャフト５４に形成された第１の軸スロット７０と選択的に連通する。概ね軸線状の通路８０（図１には一つのみ示す）は、リアハウジング部分１４の中央開口６６と磨耗プレート５０の開口５２との間で伸びる。軸線状の通路８０は、第１の環状溝６２から軸方向に離間した位置であって、出力シャフトが回転するときに出力シャフト４０の軸スロット７０及び７２と連通するのを許容する位置においてリアハウジング部分１４の中央開口６６と連通する。リアハウジング部分１４に形成された第２の環状溝８２は、出力シャフト４０に形成された軸スロット７２と、磨耗プレートの開口５２とに連通する。リアハウジング部分１４に形成された第２の環状溝８２は、通路８６を介して出力ポート８４（図１において両方とも概略的に示す）と連通する。このような油圧装置１０を通じた流れは、当業者に理解されるであろう。

図２に関して、（図２において概略的に示された）ロータ２６はｎ個の歯１１２を含み、（図２において概略的に示された）ステータ２４はｎ＋１個のローブ１１４を含む。各歯は、図示の実施態様で円形である頂点又は頂部１１２ｔと、谷部１１２ｖ（図８参照）とを含む。図示の実施態様では、ロータ２６は６つの歯を有し、ステータ２４は７つのローブを有する。しかしながら、異なる数の歯及びローブを提供することができる。また、図示の実施態様では、ステータのローブはローラであるが、ステータは動かない部分を有する一体部品にすることができる。ジェロータ装置では、ロータ２６が回転及び軌道運動のためにステータ２４内にわずかに中心からずれて配置されている。図示の実施態様は、ロータ２６が回転軸１２０を中心に反時計方向（矢印Ｒ）に回転し、ステータ軸１２２を中心に時計方向に軌道を描いて回る。油圧装置１０がポンプとして作動される場合は、これらの方向は反対方向にされる。

ロータ２６は、後で画定される破断部又は凹部を除いて、その輪郭として典型的に参照される生成された形状をもつ外縁面１２４を有する。周知のロータの輪郭は、ロータの歯の頂部及び谷部において単に湾曲ポイントを含み、すなわち、凹部を含まない。図示の実施態様に関し、ロータ２６がステータ２４内で回転及び旋回するとき、ロータの歯１１２は、ステータ２４のローラ（ローブ１１４として上述で参照されている）に不定的に接触またはローラにとても接近すなわちローラから０．０５０８−０．２５４ｍｍ（０．００２−０．０１０インチ）で接近し、流体ポケット１１８を拡張及び収縮するのを画定する。図２は、図２で６時の位置に示された流体ポケット１１８が閉じられている（最小量）上死点のときの周知のステータ２４に関するロータ２６の旋回及び回転運動時の瞬間を示す。図３は、下死点のときの周知のステータ２４に関するロータ２６の旋回及び回転運動時の第２の瞬間を示す。より詳細には、図３は、最も大きい量においてリターン（収縮）ポケットと圧力（拡張）ポケット間で変化している１２時の位置の流体ポケット１１８を示す。

図２及び図３に関して、ジェロータセットが下死点（図２）及び上死点（図３）に配置されているときに、以下に説明される動作ラインは、拡張及び収縮する流体ポケット１１８の縁部を画定する。図２に関して、ジェロータセットが下死点にあるとき、第１の動作ライン１３０は、６時の位置において閉じた（最小量）ポケット１１８の縁部を画定する。第１の動作ライン１３０は、ステータ２４の中心軸線１２２から実質的に６時に等しい方向でロータ２６の回転軸線１２０からずれた距離に配置された旋回点１３２（ロータの数が６個である）と、各ローラ１１４の中心軸線１３４とに交差する。ロータ２６が対称であるので、第１動作ライン１３０の鏡像である追加の動作ライン（図示せず）は、偏心ライン１３６の反対側に描くことができる。これらの動作ラインは、概ね閉じたポケットの縁部を画定する。

図３には、ジェロータセットが上死点にあるとき、３つの動作ライン１４０、１４２及び１４４は、ロータ２６の偏心ライン１３６の一方側に示されている。ロータ２６が対称であるので、図示の３つの動作ラインに対して鏡像である追加の３つの動作ライン（図示せず）は、偏心ライン１３６の反対側に描くことができる。各動作ライン１４０、１４２及び１４４は、図２に示されたその位置に関して移動しているが中心軸線１２２から実質的に６時に等しい方向で回転軸線１２０からずれた距離に配置されている旋回点１３２と、各ローラ１１４の中心軸線１３４とに交差し、概ね閉じたポケットの縁部を画定する。より詳細には、第２の動作ライン１４０と第３の動作ライン１４２は、収縮ポケット１１８（特に図３のポケットＢを参照）を画定し、第３の動作ライン１４２と第４の動作ライン１４４は、特に瞬時にリターンポート８４（図１）と直接連通する収縮ポケットを画定する。

図示の実施態様では、ロータ２６の各歯１１２は破断部であり、例えば、ロータの輪郭に沿って離間された凹部を含む。図示の実施態様では、ロータの各歯は、同じ形状であるが、本発明は、各歯が同じ形状を有するのに限定されない。

図２に関して、各歯１１２は、ロータ２６の回転軸線１２０から伸びる中心歯軸線１５０（明確に図２の４時の方向にある一つだけを示す）によって二等分されている。各歯１１２は、歯軸線１５０の両側に配置された二つの内側凹部１５２を含む。各内側凹部１５２は、略０．０５０８−０．２５４ｍｍ（略０．００２乃至略０．０１０インチ）内部にすなわちロータ２６の中央軸線１２０の方に伸びる。また、各歯１１２は、歯軸線１５０の両側に配置された二つの外側凹部１５４を含む。各外側凹部１５４は、略０．０５０８−０．２５４ｍｍ（略０．００２乃至略０．０１０インチ）内部にすなわちロータ２６の中央軸線１２０の方に伸びる。

図示の実施態様では、凹部の縁部は、概ね動作ラインによって画定されている。図２に関し、第１動作ライン１３０は、外側凹部１５４の（歯軸線に関して）外縁部１５６を画定する。歯軸線１５０は、歯を分割し、ロータは偏心ライン１３６を中心にして対称であるので、反対側の外側凹部の外縁部を決定することができる。

図３に関し、第２動作ライン１４０は、外側凹部１５４の（歯軸線に関して）内縁部１５８を画定する。第３動作ライン１４２は、内側凹部１５２の（歯軸線に関して）外縁部１６２を画定する。第４動作ライン１４４は、内側凹部１５２の内縁部１６４を画定する。歯が、各歯を分割しロータ２６の中央軸線１２０を通って伸びるこれらの各歯軸線を中心にして対称であり、ロータ２６が偏心ライン１３６を中心にして対称であるので、各凹部の全ての縁部が画定される。

上述の各凹部は、深さ全体に、すなわちロータ２６の軸方向に伸びることができる。また、上述の各凹部は、ロータの深さの一部分だけに伸びることができ、従って、ロータの輪郭に切り欠きを画定する。さらには、ロータの輪郭に沿って同じ位置に一つ以上の切り欠きを提供することができる。

ロータの輪郭の形状は、単にカットアウトを含む典型的な輪郭と比べてわずかに異なる。例えば、歯の頂部の領域では、ロータはわずかに突き出て形成され、例えば、ロータの輪郭は、典型的な輪郭を超えて０．００２５４−０．００５０８ｍｍ（０．０００１−０．０００２インチ）伸びることができる。内側凹部と外側凹部との間のロータの輪郭部分は、わずかに凹んで形成され、例えば、典型的な輪郭よりも内方に０．００５０８−０．００７６２ｍｍ（０．０００２−０．０００３インチ）伸びることができる。突出して形成された部分は、流体ポケットの閉鎖を促進することができ、凹んだ部分は、ステータローラがゆるみ滑らかにするのを許容することができる。また、ロータの輪郭の変化は、よりスムーズな移動を提供する。

上述の各凹部は、輪郭に沿って例えば０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）の間隔で各凹部の縁部を概ね画定する対応動作ラインを超えて伸びることができる。換言すれば、動作ラインを超えたわずかな凹部の重複（オーバーラップ）は、オフセットを画定するのに存在することができる。このわずかな重複は、以下により詳細に説明されるジェロータ装置の隣接する流体ポケット間の流体連通を助長する。わずかな重複が存在する場合、隣接する内側凹部と外側凹部（凹部は外周的にすなわち輪郭に沿って離間され、かつ軸方向にすなわち深さに沿って離間されることができる）との間に配置された領域１１２ｌ（図８）は、装置の流体ポケット１１８を完全に閉じる。また、領域１１２ｌは、歯軸線の各側の単一の凹部を有するロータと比べて、ロータの耐久性を増加する。

上死点におけるロータを示す図２に関し、リアハウジング部分１４（図１）を覆うシャフトバルブスロット７０（図１）は、まさに閉じ始めている。ジェロータ装置が高圧で作動している場合、ロータに取り付けられたドライブリンク３０（図１）は、４度又は５度にゆがむことができ、それは、正しくないタイミングを生じる。図示の実施態様では、バルブスロットが閉じた後、（図２の１２時の位置にあるローラ１１４から時計方向の）最大量の移動ポケットＭＶＴが、図２の２時の位置と３時の位置との間に概ね配置された）加圧された拡張ポケットＡから内側凹部１５２の一つ（１／１６８旋回後の上死点からの移動を示す図４及び図５参照）を通じて供給され、タイミングエラーに適応する。流体は、矢印１７０（図５）によって示された方向に内側凹部１５２を通じて流れることができ、バルブスロット７０（図１）が閉じた後、近くの完全に拡張したポケットＭＶＴに加圧流体を供給し続ける。

下死点におけるロータを示す図３に関し、リアハウジング部分１４（図１）を覆うシャフトバルブスロット７２（図１）は、まさに閉じ始めている。閉じた後、（図３の６時の位置にあるローラ１１４から時計方向の）最小量の移動ポケットＬＶＴになるポケットは、外側凹部１５４（１／１６８旋回後の下死点からの移動を示す図６及び図７参照）の一つを通じて収縮ポケットＢを供給する。流体は、矢印１７２（図７）によって示された方向に外側凹部１５４を通じて流れることができ、バルブスロット７２（図１）が閉じた後、ポケットＢにリターン流体を供給し続ける。

図８及び図９に関し、ロータ２６は、また、第２動作ライン１４０及び第３動作ライン１４２との間で切り抜かれた中間凹部１８０を含むことができる。換言すれば、この中間凹部１８０は、内側凹部１５２と外側凹部１５４との間に形成されている。図８に示されるように、中間凹部は、ロータの各面から軸方向内部に寸法Ｘ伸びる。寸法Ｘは、深さすなわちロータの軸寸法の略２０％にすることができる。歯軸線の各側に一つ以上の凹部を提供することによって、隣接する流体ポケット間で流れる流体量を、歯軸線の各側に一つだけの凹部を提供するのに比べて効果的に計量して供給することができる。領域、例えば、凹部間でロータの本来の輪郭に概ね沿う一部分を提供することによって、流体が隣接するポケットを通過するのを許容するロータの耐久性を増加させる。

流体ポケットの圧力スパイクを減少するジェロータ装置が一実施態様に関連して説明された。本発明は、上述の実施態様だけに限定されない。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれの同等するものによって画定される。

図１は、ジェロータ装置の断面図である。 図２は、ロータがステータに関して回転及び旋回する第１瞬間（上死点）時における図１のジェロータ装置用のジェロータセットの概略断面図である。 図３は、第２瞬間（下死点）時における図１と似た図である。 図４は、上死点から１／１６８旋回移動した後の図２に示すジェロータセットの一部分を示すクローズアップした図である。 図５は、図４の円形部分のクローズアップした図である。 図６は、下死点から１／１６８旋回移動した後の図３に示すジェロータセットを示すクローズアップした図である。 図７は、図６の円形部分のクローズアップした図である。 図８は、図１のジェロータセットのロータの側面図である。 図９は、図８のロータの一部分及び図１のジェロータセットのローラを示すクローズアップした図である。

Claims (20)

1. ロータ及びステータを備えるジェロータ装置であって、
   前記ロータは輪郭を画定する複数の歯を含み、各歯は、歯軸線によって分割され、
   少なくとも一つの歯は、内側凹部と、前記輪郭に沿って前記内側凹部から離間された外側凹部とを含み、
   前記内側凹部及び前記外側凹部は、前記歯軸線の同じ側で少なくとも一つの歯の外縁面に形成されていることを特徴とするジェロータ装置。
2. 請求項１に記載のジェロータ装置において、
   前記少なくとも一つの歯は、前記内側凹部及び前記外側凹部に基づく前記歯軸線の反対側に追加の内側凹部及び追加の外側凹部を含むことを特徴とするジェロータ装置。
3. 請求項２に記載のジェロータ装置において、
   前記各凹部の縁部は、ジェロータ装置の動作ラインによって概ね画定されることを特徴とするジェロータ装置。
4. 請求項３に記載のジェロータ装置において、
   少なくとも一つの凹部の少なくとも一つの縁部は、各動作ラインからの間隔でずれていることを特徴とするジェロータ装置。
5. 請求項１に記載のジェロータ装置において、
   少なくとも一つの歯は、前記内側凹部と前記外側凹部との間に配置された中間凹部を含むことを特徴とするジェロータ装置。
6. 請求項５に記載のジェロータ装置において、
   前記中間凹部は、ロータの端面からロータの中へロータの深さの略２０％伸びていることを特徴とするジェロータ装置。
7. 請求項１に記載のジェロータ装置において、
   少なくとも一つの前記内側凹部及び前記外側凹部は、前記ロータの深さ全体に伸びていることを特徴とするジェロータ装置。
8. 請求項１に記載のジェロータ装置において、
   少なくとも一つの前記内側凹部及び前記外側凹部は、前記ロータの深さ全体の一部分に伸びていることを特徴とするジェロータ装置。
9. 請求項１に記載のジェロータ装置において、
   前記歯軸線は、前記少なくとも一つの歯を二等分することを特徴とするジェロータ装置。
10. 油圧装置であって、
    ｎ個の歯を有するロータ及びｎ＋１個のローブを有するステータを備えるジェロータ装置を有し、
    前記ロータの歯及び前記ステータのローブは、互いに協働して前記ロータが前記ステータに関して回転するときの拡張及び縮小する流体ポケットを画定し、
    各歯は、軸線によって分割されると共に、前記軸線の第１の側にある外縁面に形成された第１内側凹部と、前記軸線の第２の側にある外縁面に形成された第２内側凹部と、前記軸線の第１の側にある外縁面に形成された第１外側凹部と、前記軸線の第２の側にある外縁面に形成された第２外側凹部とを含むことを特徴とする油圧装置。
11. 請求項１０に記載の油圧装置において、
    ｎ個の歯が、第１の歯及び前記第１の歯と隣接する第２の歯を含み、
    前記ステータに関する前記ロータの動作中の瞬間に、少なくとも一つの流体ポケットが、前記第１の歯の前記第１外側凹部の内側縁部と、前記第２の歯の前記第１内側凹部の外側縁部との間で概ね画定されることを特徴とする油圧装置。
12. 請求項１１に記載の油圧装置において、
    ｎ個の歯が、前記第２の歯と隣接する第３の歯を含み、
    前記ステータに関する前記ロータの動作中の瞬間に、少なくとも一つの流体ポケットが、前記第２の歯の前記第１内側凹部の外側縁部と、前記第３の歯の前記第１内側凹部の内側縁部との間で画定されることを特徴とする油圧装置。
13. 請求項１２に記載の油圧装置において、
    ｎ個の歯が、前記第３の歯と隣接する第４の歯を含み、
    前記ステータに関する前記ロータの動作中の瞬間に、少なくとも一つの流体ポケットが、前記第３の歯の前記第１内側凹部の内側縁部と、前記第４の歯の前記第２内側凹部の内側縁部との間で画定されることを特徴とする油圧装置。
14. 請求項１０に記載の油圧装置において、
    ｎ個の歯が、第１の歯を含み、
    前記ステータに関して前記ロータの動作中の瞬時に、前記第１の歯の前記第１外側凹部の外側縁部及び前記第１の歯の前記第２外側凹部の外側縁部は、共に閉じた流体ポケットを概ね画定することを特徴とする油圧装置。
15. ロータ及びステータを備えるジェロータ装置であって、
    前記ロータは輪郭を画定する複数の歯を含み、
    前記ステータは複数のローブを含み、
    前記ロータの歯及び前記ステータのローブは、互いに協働して前記ロータが前記ステータに関して回転するときに、最大量の移動ポケット及び最小量の移動ポケットを含む、拡張及び縮小する流体ポケットを画定し、
    各歯は、歯軸線によって分割されると共に、第１凹部と、前記歯軸線の同じ側で前記輪郭に沿って前記第１凹部から離間された第２凹部とを含み、
    前記第１凹部は、前記最大量の移動ポケットが最大量に近づくときに前記最大量の移動ポケットと隣接する拡張流体ポケットとの間に流体連通を許容するように形状付けられ、
    前記第２凹部は、前記最小量の移動ポケットが最小量に近づくときに前記最小量の移動ポケットと隣接する縮小流体ポケットとの間に流体連通を許容するように形状付けられていることを特徴とするジェロータ装置。
16. 請求項１５に記載のジェロータ装置において、
    前記第１凹部は、前記第２凹部と比較して、前記輪郭に沿って前記歯軸線の近くに配置されていることを特徴とするジェロータ装置。
17. 請求項１５に記載のジェロータ装置において、
    前記第１凹部と前記第２凹部との間に配置された中間凹部を更に備えることを特徴とするジェロータ装置。
18. 請求項１７に記載のジェロータ装置において、
    前記中間凹部は、前記ロータの深さ全体の一部分だけ表面から前記ロータの中に伸びることを特徴とするジェロータ装置。
19. 請求項１５に記載のジェロータ装置において、
    前記凹部は、前記ロータの軸方向の寸法の一部分だけ伸びることを特徴とするジェロータ装置。
20. 請求項１５に記載のジェロータ装置において、
    前記凹部は、少なくとも実質的に前記ロータの軸方向の寸法全体に伸びることを特徴とするジェロータ装置。

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