JP4048067B2 - 液圧バランス多重ベーン式液圧モータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、付属駆動機構用の液圧駆動式モータに係り、より詳しくは、迅速且つ効率的なモータ装填及び効率的なモータ作動のためのベーン下部の改善された高圧性能及び進んだ加圧用に液圧バランス式ローターを備えた新しく改善された多重ベーンの液圧モータに関する。
【０００２】
【従来技術】
本発明以前には、自動車内の液圧アクセッサリー駆動システム等の様々なシステムにおいて改善された駆動機構を提供するため、様々な液圧モータが、考案されてきた。そのようなモータの多くは、外側に延在し且つ往復移動可能なベーンの構成を備えたロータを利用する多重ベーンユニットであり、該ベーンは、降伏可能な外側スプリング力をベーン上に作用するための協同的スプリングを有する。この力は、効率的なモータ作用のため、周囲の外側カムと良好に密着し且つ摺動的に接触した状態にベーンを完全に維持する。幾つかの問題点が、高周期及び高速度の作動においてベーン偏倚スプリングを備えたモータに関して、経験された。例えば、エンジン冷却ファン駆動モータ用のベーンスプリングは、車両の作動の間の高速周期作用のため、耐用年数を短くした。そのようなスプリングの疲労は、モータ性能の低下及び故障を引き起こす。
【０００３】
本出願の図面のうちの図１０は、スプリング偏倚径方向ベーンを備えた１つの従来型モータを示している。他の例は、１９９５年１１月２８日に「耐磨耗ベーン−流体パワー変換器形式」に対してシュテファン・ストーンに付与された米国特許番号５，４７０，２１５号、並びに、１９９７年１２月３０日に「圧力補償端部プレートを備えた液圧モータ」に対してリチャード・グラッシュに付与された米国特許番号５，７０２，２４３号に示され、説明されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そのような従来技術の液圧モータは、一般に、改善された作動特性を提供する際にそれらの目的と合致するが、より幅広い用途のための要求に合致すると共に、効率、耐用年数及びコストの見地からより高い標準規格と合致するためには、より経済的且つ効率的なモータが必要とされる。その上、特定のベーン及びスプリング構成を備えた従来技術のモータの製造及び組み立ては、退屈、困難で、コスト高である。新しい改善されたモータが、かかる問題を軽減するため必要とされる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上で例示した従来技術の多重ベーン液圧モータとは対照的に、本発明は、迅速なモータ準備のためベーンを周囲のカム表面との作動的摺動密着係合状態に迅速に突き出し運動させるべく液圧モータ駆動圧力の効果的且つ効率的な循環を備えた、直線的で前進構成の、新規で改善された液圧モータを提供する。本発明のベーンの液圧偏倚を用いた場合、磨耗がかなり減少される。本発明は、特にスプリング偏倚ベーンを備えた従来技術構成と比較して、最小数の構成部品を有利に利用する。
【０００６】
従って、本発明は、ベーンを、外側カムリングとの作動的密封係合状態に降伏可能に突き出し即ち押しやるため、機械的なスプリング力の代わりに、液圧力を最適に利用した状態で、ベーンスプリングを有効に無くす手段を提供する。その上、圧力グレード曲線上の上昇したポイントで最初にベーン下部に高圧液圧が供給された場合のベーンの迅速な突き出し即ち「飛び出し」によれば、特定化された従来技術のベーン及びスプリング、並びに、それらの機械的取り付けは、迅速で且つ最適化されたモータ装填のためには、もはや必要とされない。そのようなスプリング及びそれらの取り付け構成の効果的な消去によれば、モータの磨耗及び故障の可能な源が無くなる。
【０００７】
本発明では、液圧ポンプからの高圧液圧流体は、モータの入口ポートに供給された高圧側部チャンバー、又は、モータのローターの両側に形成されたバランスポケットへと供給される。これらの側部チャンバーは、アンダーベーン通路により相互接続され、ローターの両側の液圧力は同じとなり、ローターバランスが達成される。そのようなバランスローターを用いると、従来のアンバランスなローターにより経験されるローター停止などのモータ故障が最小になる。ローター内のベーン下部通路は、ローター内で外側に延在するスロットの内側端部に形成される。これらのベーンは、これらのスロット内で往復運動するように取り付けられ、該ベーンの外側先端は、モータハウジング内に取り付けられた周囲のカムリングのカム表面と作動的に係合する。高圧の一部分は、ローターバランスチャンバーに流れ、ローターの相互接続されたベーン下部通路は、ベーンを更に外側へと作用し、外側カムリングの内側輪郭に対してベーンの先端を押し付け、最適化された摺動流体シール部をもたらす。
【０００８】
本発明の１つの好ましい実施形態では、開放端のハウジングが設けられる。該ハウジング内では、特別化されたディスク状の圧力プレートが、ローターの１つの側に配置された高圧駆動チャンバーをそれらの間に画成するため、径方向内側及び外側Ｏリングシール部により決定されたように、内側端部壁から所定の距離のところに固定される。ローターが、例えばエンジン冷却ファンなどのアクセッサリーを駆動するためそこから軸方向に延在する出力シャフト上に、ハウジング内に作動的に取り付けられる。ハウジングはローターの他方の側で、該ハウジングに固定された端部プレートにより閉じられ、液圧入力部及び戻りラインの接続のため入口及び出口通路が形成される。
【０００９】
ローターが、高圧駆動チャンバーから圧力プレート内の１つ又はそれ以上の規則的な通路を通ってベーンチャンバーへと加圧液圧流体を供給することにより回転駆動されるとき、ベーンは、それらのスロット内で往復運動し、隣接するベーンの間で密封されたローター駆動チャンバーのエンドレスのシリーズを確立する。これらのチャンバーは、システムポンプから、モータ内の内部通路を介して圧力流体を連続的に受け取る。このモータは、ローターバランス圧力チャンバーと、圧力プレートの内部通路を通って高圧駆動チャンバーに供給する接続ベーン下部通路と、を含む。ベーンチャンバーは、そのような流体を、端部プレート又はカバープレート内の排出通路システムに、次に、そこに作動接続された戻りラインに連続的に吐出する。
【００１０】
ベーンチャンバーを通る流れは、ベーン先端及びカムシール部の漏れが最小化された状態で、ローター及び付属駆動部用に装着された出力シャフトの回転を達成する。本発明で重要なことは、ベーン下部の通路は、ベーンの各々に均等な外側力を発揮するため、圧力勾配上の高い最適ポイントでポンプ圧力を受け取り、ベーン流体の密封及び磨耗を最適化且つ均等にする。改善されたベーン即ちカムリングの改善された磨耗及び密封によりポンプ作動が最適化される。
【００１１】
本発明の上記及び他の特徴、目的、並びに、利点は、次の詳細な説明及び図面からより明らかとなろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、図面をより詳細に参照すると、図１には、液圧パワーステアリングギア駆動部１２へと作動的に完成された、車両エンジン冷却ファン駆動システム１０が示されている。ステアリングギア駆動部は、パワーステアリング及びファンの駆動の両方に共通であり、且つ、図示しない車両エンジンにより駆動される、液圧ポンプ１４を備える。パワーステアリングギアを駆動することに加えて、ポンプ１４は、液圧モータ２６を動かすため、供給ライン２２及び戻りライン２４により作動的に接続される。戻りライン２４は、概略的に示されたように、流体冷却ラジエーター２８及びリザーバー３０を介して、ポンプ１４に戻るように接続する。モータへの流れを制御するための制御は、図示されていない。モータ２６は、所望ならば、それに専用のポンプから圧力流体が供給されてもよい。
【００１３】
液圧モータ２６は、細長く、段付けられた、直径出力シャフト３２を有し、該シャフトは、エンジン冷却目的のため、覆い付きエンジン冷却ファン３４を回転駆動して、図示しない液体冷却内燃エンジンに作動的に接続されたエンジン冷却ラジエーター３６を通して空気の流れをもたらす。液圧モータ２６は、その詳細構成が図２乃至図９に最も良く示されているように、略円柱シェル状ハウジング３８を備え、該ハウジングは、ローター４２が作動的に取り付けられるところの空洞部を画成する。より詳しくは、ローターは、段形成直径出力シャフト３２にキー溝で付けられ、或いは、他の仕方で該シャフトに取り付けられる。段形成直径出力シャフト３２は、ブッシング４３又は後述するモータハウジングの端部カバープレート内の嵌合円柱凹部４１に支持された他の適切なベアリング内に回転可能に取り付けられた最内側端部を有する。
【００１４】
出力シャフト３２は、更に、ブッシング４３からハウジング内で軸方向に間隔を隔てられた適切なベアリングユニット４２ａによりハウジング内に回転可能に支持される。主要リップシール部４５は、出力シャフトの他の表面と環状に密封接触するためハウジングの外側延在円柱ネック部において円柱凹部に取り付けられる。
【００１５】
出力シャフト３２にその中央集中内側ボアにおいてキー溝により駆動可能に取り付けられたローターは、円状周辺部４４が形成された略円柱構成要素である。その周辺部は、ローターと連係された平坦化ブレード状ローターベーン４６の幅と合致する所定幅を有する。ベーン４６は、内側及び横方向に延在するベーン下部液圧通路５０の円状構成部からローター内に径方向に突出するのが好ましい複数の略直線スロット４８内に作動可能に取り付けられる。ローター回転軸から中心を外されたスロットなどの他のスロット構成を所望の通りに使用してもよい。
【００１６】
通路５０は、ローターの一方側から他方の側に延在し、後述されたローターの両側に形成されたローターバランスチャンバー５１及び５３を液圧接続する。液圧バランスローター４２を用いた場合、ローターの捕捉は、減少され又は無くされ、モータ作動効率が増大する。これらのバランスチャンバー及び接続するベーン下部液圧通路５０が加圧されるとき、ベーン下部内の加圧流体は、カムリング５４の内側表面５２と各ベーン先端との等しい作動係合をもたらすようにベーンの各々に等しい外側力を発揮する。カムリングは、ドウェルピン５５によりハウジング内に動かないように固定され、ローターを取り囲む。
【００１７】
図３、図５及び図６に最も良く示されているように、ローター４２の両側は、好ましくは、同心の内側及び外側環状ランド５６及び５８、並びに、５６’及び５８’が形成され、これらのランドは、ドウェルピン５５によりハウジング３８内に取り付けられたディスク状圧力プレート６２の平坦内側面６０、及び、ハウジングを閉じるカバープレート６６の対向する平坦面６４と各々協同する。図２で参照番号６２により示されたような、ねじ形成された締め具は、ハウジングにカバープレートを固定する。Oリングシール部６９は、これらの２つの構成部品の間に流体シール部を形成する。ハウジング３８に固定されたカバープレート６６を用いると、流体圧力チャンバー５１、５３は、ローターをバランスさせる目的のため、ローターの両側で環状ランド間に形成される。モータ作動用の圧力流体は、カバープレート６６上の液圧設備部品８８へと接続する供給ライン２２を介して、ポンプ１４から供給される。設備部品は、ローターバランスチャンバー及び相互接続されたベーン下部に高圧流体を供給するため、カバープレート内で径方向通路９０及び交差脚部９２に接続される。
【００１８】
隣接する往復可動ベーン４６は、ローターの外側周辺部及びカムリングの内側カム表面と更に協同してモータ内のベーン圧力チャンバー７４を画成し、高圧液圧流体の供給が、ローターの回転及びこれによってファンの駆動をもたらすようになる。図６では、例えば、ベーンチャンバー７４に供給された高圧の液圧流体は、この分野で周知されているように、カム表面により確立された各ベーンチャンバーを画成する隣接ベーンの面積の差異の故に、該流体が排気物の低い圧力の方に流れるときローター上に反時計回りの力を発揮する。
【００１９】
ローターを駆動するための流体は、圧力プレート６２及びハウジングの対面する端部壁の間にハウジング８内に形成された高圧駆動チャンバー７８（図３）から供給される。高圧チャンバー７８の径方向外側及び内側制限部は、エラストマー又は他の適切な材料でできた外側及び内側シールリング８０及び８２により提供される。高圧チャンバー７８は、側部ローターバランスチャンバー５１から高圧駆動チャンバー７８に液圧流体を直接供給するため、圧力プレート６２内の一対の径方向内側通路８３により圧力流体が供給される。
【００２０】
図３に示されるように、シールリング８２は、ハウジングのボディの内側円柱ネック部８４上、並びに、圧力プレート及びハウジングの対面する内側壁の間に、作動的に取り付けられる。外側シールリング８０は、圧力プレート及びハウジングの対面する内側壁の間に取り付けられる。高圧駆動チャンバー７８を用いて、確立された高圧流体が、ローターを駆動するべくベーンチャンバーを通して供給するため提供される。
【００２１】
高圧駆動チャンバー内の圧力流体は、固定圧力プレート（図６）内の１つ又はそれ以上の外側径方向通路９８を通過し、及び、それらが該通路をターンして連続的に通過するときベーンチャンバー７４へと押しやられる。これらのベーンチャンバーは、それらがカバープレートの内側面に切り込まれた又は他の仕方で形成された弧状の吐出ポート１００を通過するとき、流体吐出する。ポート１００内に吐出された圧力流体は、カバープレート内の交差通路１０２及び接続された径方向通路１０４を通って、例えば排気ライン又は戻りライン２４により提供されるような低圧へと戻って流れる。通路１０４は、設備部品１０８により戻りライン２４の端部分に接続される。
【００２２】
カバープレート内に形成された径方向抜き取りライン１０９も、カバープレート内の中央開口４１を接続しており、該開口内にはスリーブベアリング４３が取り付けられている。該抜き取りライン１０９は、主要シール部４５の軽減及び保護を提供するため、並びに、シャフト及びベアリング用の潤滑油として作用する液圧流体の循環のため、出力シャフト３２用の開口内に圧力を解放する。
【００２３】
図４では、主要には圧力プレートに対する変形を含む、モータに対する変形例が開示される。この変形例では、圧力プレート６２’には、高圧ローター駆動チャンバーに導く径方向内側通路８３’内で、スプリングで偏倚された逆止バルブが設けられる。この逆止バルブの構成は、改善されたローターバランスのため圧力バランスチャンバーにおける高圧成長をもたらすように逆止バルブのボールバルブ要素に作用する所定の圧力の力により開放する。増大したベーン下部の圧力は、高圧駆動チャンバー７８が完全に充填されないうちにカムと作動的に係合するためベーン４６の「飛び出し（pop out）」も最適化する。
【００２４】
いずれにしても、本発明では、モータベーンは、圧力勾配曲線上の高いポイントで、ポンプ１４からの高い圧力の分配に応答して、迅速に飛び出される。そのような応答を用いた場合には、ベーン１１８とカム１２０との係合をもたらす、例えば図１０のベーンスプリング１１６及びそれらのねじ形成ローター取り付け締め具１１７等のスプリング装置を使用することは必要とされなくなる。その上、本発明では、ベーンの各々に印加される力は等しくなり、それにより、ベーンの磨耗が等しくなって、ベーンカムリングの密封が強化されると共に耐用年数が増大する。従来のようなベーンスプリング及び接続部が無くなった状態では、ユニット構成が簡素化され、モータ性能は、故障が最小化された最適なレベルに維持される。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態が説明され、図示されたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書で開示された実施形態又は進歩的概念に様々な変更及び変形をなし得ることは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、駆動アクセサリー用の車両で用いられる、液圧ポンプ及びモータシステムの線図である。
【図２】図２は、図１の照準矢印Ａの液圧モータの端図であるが、圧力入口ポートがポジション外に回転されている状態にある。
【図３】図３は、幾つかの部分がフルラインで示されている状態における図２の断面図である。
【図４】図４は、本発明の代替構成を示すため修正された、図３で取り囲まれた部分の拡大部分である。
【図５】図５は、全体として図３の照準ライン４−４に沿って取られた断面図であるが、幾つかの部分がフルラインで示され、破断されて示された図である。
【図６】図６は、全体として図３の照準ライン５−５に沿って取られた断面図であるが、幾つかの部分がフルラインで示され、破断されて示された図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るローターの斜視図である。
【図８】図７のローターを反対側の別の角度から示した斜視図である。
【図９】図９は、全体として図３の照準ライン６−６に沿って取られたモータの圧力プレートの図である。
【図１０】図１０は、従来技術のスプリング偏倚ベーン液圧モータの断面図である。

Claims (4)

1. 多重ベーン式液圧モータ（２６）であって、
   シェル状のハウジング（３８）と、
   液圧チャンバーを画成するため前記ハウジング（３８）に流体が漏れないように密着した態様で固定された端部キャップ（６６）と、
   前記ハウジング（３８）内で回転するため作動的に取り付けられた回転可能な出力シャフト（３２）と、
   前記出力シャフト（３２）と共に前記液圧チャンバー内で回転するため該出力シャフト（３２）に固定された、略円柱のローター（４２）であって、該ローター（４２）を通して交差する方向に延在する複数のベーン下部流体通路（５０）を有する、前記ローター（４２）と、
   前記ローター（４２）を取り囲んで前記ハウジング（３８）内に固定された、内側カム表面（５２）を有するカムリング（５４）と、
   前記ベーン下部流体通路（５０）から径方向外側方向に前記ローター（４２）を通して延在する、該ベーン下部流体通路（５０）と連係された複数のスロット（４８）と、
   前記スロット（４８）の各々で往復運動するように取り付けられた平坦なベーン（４６）であって、該ベーン（４６）は、ベーン下部圧力チャンバーを画成するためベーン下部の前記スロット（４８）及び前記ベーン下部流体通路（５０）と協同する下部表面を有し、該ベーン（４６）の各々は、前記カムリング（５４）に対して摺動する流体シール部を画成するため外側端部の先端を有し、該ベーン（４６）及び該カムリング（５４）は協同して、エンドレスに続くベーンチャンバー（７４）を画成する、前記ベーン（４６）と、
   前記ハウジング（３８）内に作動的に取り付けられて高圧駆動チャンバー（７８）を画成する、圧力プレート（６２、６２’）と、
   圧力流体を受け入れるため、前記端部キャップ（６６）及び前記ローター（４２）の間、並びに、前記圧力プレート（６２、６２’）及び前記ローター（４２）の間に形成された側部チャンバー（５１、５３）と、
   前記端部キャップ（６６）内に流体を導く流体入口（８８）と、
   を備え、
   前記端部キャップ（６６）は、前記ベーン（４６）の全てを前記カムリング（５４）の前記内側カム表面（５２）と摺動的且つ密封的な接触状態へと同時に押しやるため前記ベーン下部圧力チャンバーに圧力を供給するための内側開口（９０）を有し、
   前記圧力プレート（６２、６２’）は、前記ベーン下部圧力チャンバーを通って流れる流体を前記高圧駆動チャンバー（７８）に供給するための径方向内側開口（８３、８３’）、及び、該高圧駆動チャンバー（７８）から前記ベーンチャンバー（７４）に直接圧力流体を供給するための径方向外側開口（９８）を有して、前記ハウジング（３８）内の前記ローター（４２）の回転駆動をもたらし、
   前記圧力プレート（６２’）には、前記側部チャンバー（５１）を前記高圧駆動チャンバー（７８）に接続する前記径方向内側開口（８３’）においてボール逆止バルブ（１１２）が形成されており、前記高圧駆動チャンバー（７８）への開放前に、前記側部チャンバー（５１）及び前記ベーン下部圧力チャンバーにおいて所定圧力への増大をもたらす、多重ベーン式液圧モータ。
2. 前記高圧駆動チャンバー（７８）は、前記圧力プレート（６２、６２’）及び前記ハウジング（３８）の間で画成され、更に、互いに関して径方向に配置された、内側及び外側Ｏリング（８０、８２）の間に画成される、請求項１に記載の多重ベーン式液圧モータ。
3. 前記端部キャップ（６６）は、該端部キャップ（６６）に作動的に接続された液圧戻りライン（２４）を有し、前記側部チャンバー（５１、５３）は、前記ローター（４２）の圧力バランスのため前記ローター（４２）の両側の内側及び外側ランド（５６、５８、５６’、５８’）の間に配置される、請求項１に記載の多重ベーン式液圧モータ。
4. 液圧モータ（２６）であって、
   ハウジング（３８）と、
   液圧チャンバーを画成するため前記ハウジング（３８）に流体が漏れないように密着した態様で固定されたカバー（６６）であって、該カバー（６６）内に液圧流体入口通路（９０）、及び、液圧流体出口通路（１０４）を有する、前記カバー（６６）と、
   前記カバー（６６）の中央形成開口（４１）で先導された一端部及び前記ハウジング（３８）から外側に延在する反対側端部を有し、該ハウジング（３８）内で回転するため作動的に取り付けられた回転可能な出力シャフト（３２）と、
   前記出力シャフト（３２）と密封係合する環状エラストマーシール要素を有し、前記ハウジング（３８）内に作動的に取り付けられた主要流体シール部（４５）と、
   前記出力シャフト（３２）と共に回転するため該シャフト（３２）に固定され、且つ、前記液圧チャンバー内に作動的に取り付けられたローター（４２）と、
   前記ローター（４２）を取り囲むように環状カム表面（５２）を画成する、前記ハウジング（３８）内に固定されたカム（５４）であって、該ローター（４２）が該カム表面（５２）に対面する外側周辺表面を有する、前記カム（５４）と、
   前記ローター（４２）の元の位置の円状構成部から外側に前記ローター（４２）の周辺部を通して延在する複数のベーンスロット（４８）と、
   前記スロット（４８）の各々で往復運動するように取り付けられたベーン（４６）であって、該ベーン（４６）は、ベーン下部圧力スロットを画成するため前記スロット（４８）と協同する内側端部の下部表面、及び、摺動するシール部を画成するため前記環状カム表面（５２）と協同する外側端部の先端を有する、前記ベーン（４６）と、
   前記ローター（４２）に隣接して、且つ、該ローター（４２）と固定した並列関係で、前記ハウジング（３８）内で作動的に取り付けられた、圧力プレート（６２、６２’）と、
   を備え、
   前記圧力プレート（６２、６２’）は、前記ローター（４２）及び前記出力シャフト（３２）の回転をもたらすため、ベーン下部の側部チャンバー（５１、５３）から高圧駆動チャンバー（７８）に圧力流体を供給するための内側開口（８３、８３’）、及び、前記高圧駆動チャンバー（７８）からベーンチャンバー（７４）に圧力を供給するための外側開口（９８）を有し、
   前記カバー（６６）は、前記中央形成開口（４１）及び前記主要流体シール部（４５）から圧力流体を抜き取るため前記出力シャフト（３２）の端部用に、前記カバー（６６）の前記中央形成開口（４１）に接続された液圧流体抜き取りライン（１０９）を有し、
   前記圧力プレート（６２’）には、前記側部チャンバー（５１）を前記高圧駆動チャンバー（７８）に接続する前記径方向内側開口（８３’）においてボール逆止バルブ（１１２）が形成されており、前記高圧駆動チャンバー（７８）への開放前に、前記側部チャンバー（５１）及び前記ベーン下部圧力チャンバーにおいて所定圧力への増大をもたらす、液圧モータ。

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