JP6501415B2 - 静油圧アセンブリ - Google Patents

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Description

本発明は、一般に静油圧アセンブリ(hydrostatic assembly)に関する。
静油圧モジュールまたは静油圧アセンブリは、伝動装置の入出力間の比の変化をもたらすために静油圧動力分割伝動装置(hydrostatic and power splitting transmissions)に使用される油圧装置(hydraulic devices)である。この種のアセンブリは、一般に2つの油圧ピストン駆動ユニット(hydraulic piston drive units)を備え、斜軸ピストン駆動設計またはアキシャルピストン駆動設計のものでよい。2つの駆動ユニットは互いに流体流通する。油圧ピストン駆動ユニットの一方は一般にポンプとして機能し、他方は一般にモーターとして機能する。伝動装置の設計に応じて、ポンプおよびモーターの役割は、伝動モードに応じて恒久的にまたは交互に割り当てられてもよい。モジュールの入力シャフトと出力シャフトとの間の速度比およびトルク比は、2つの油圧ピストン駆動ユニットの間の押しのけ容積比によって決定される。駆動ユニットの少なくとも一方を可変容積型(variable displacement type)にすることにより、モジュールの速度比およびトルク比を変えることができる。
モジュールを通じて伝達されるべき動力およびトルクの量は構成要素のサイズを決定することになる。一般に、大きいトルクには、押しのけ容積の大きい駆動ユニットが必要になる。押しのけ容積の大きい駆動ユニットでは、駆動ユニットのサイズの増大により回転構成要素の質量が増加するので、許容または許可運転速度は低下し得る。駆動ユニットがポンプおよびモーターとしてそれぞれ恒久的に割り当てられる伝動装置では、大型モーターおよび小型ポンプが一般に使用される。しかし、サイズの異なる駆動ユニットが使用される場合、ポンプおよびモーター用の異なる回転構成要素が必要となり得る。
米国特許出願公開第2010/0212309号明細書は、2つのポンプを駆動する共通シャフトを有するデュアル静油圧アセンブリを記述しており、共通シャフトには2つのポンプが相対して配置され、入力シャフトが同じ軸線を中心に回転する。同様に、2つのモーターは共通シャフトを有し、共通シャフトには2つのモーターが相対して配置され、出力シャフトが同じ軸線を中心に回転する。ポンプおよびモーターはそれぞれ、別々の回転可能なヨーク内に配置される。
独国特許出願公告第1064311号明細書は、一方がポンプとして機能し、他方がモーターとして機能する2つの斜軸ピストン駆動ユニットを有する油圧モジュールを開示しており、斜軸ピストン駆動ユニットではポンプおよびモーターのシリンダブロックが共通ヨーク内で回転する。しかしながら、ポンプおよびモーターのシリンダブロックは異なる角度で設置され、各斜軸ピストン駆動ユニットのそれぞれのシリンダとシャフトとの間の角度は共通ヨークアセンブリを使用して変えられる。
当技術分野の進歩にもかかわらず、依然としてサイズがコンパクトであり、動作が円滑であり、かつ設計が簡素でありながら、より大きい押しのけ容積を生成しかつより大きい動力およびトルクを伝達することができる耐久性のある静油圧アセンブリが依然として継続的に必要である。本発明は、この必要性に対処するとともに、以下でより詳細に論じられる他の利点を提供する。
静油圧アセンブリ内の第1の油圧ピストン駆動ユニットに関連する出力は、第2の油圧ピストン駆動ユニットを組み込み、両駆動ユニットの駆動シャフトを互いに連結し、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの両方の押しのけ容積を同時に調整するために共通手段を使用することにより、追加のサーボアセンブリを使用せずに増大され得る。あるいは、この方法は、静油圧アセンブリ内の第1の油圧ピストン駆動部から所与の出力を与えるために必要なピストンサイズを縮小するために使用され得る。
さらなる利点として、この手法は、静油圧アセンブリからの出力に関連する圧力脈動の振幅を減少させるために使用され得る。このような諸実施形態では、第1の油圧ピストン駆動ユニットが第2の油圧ピストン駆動ユニットに対して回転方向にオフセットされるように第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの駆動シャフトを連結することにより、圧力脈動の振幅の減少が可能になる。
本発明の静油圧アセンブリは、ハウジングと、ピボット軸線と、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットと、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの押しのけ容積を同時に調整するための共通手段と、を備える。第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットはそれぞれ、ポートを有するシリンダブロックと、シリンダブロック内のシリンダ内のピストンと、ハウジングに取り付けられた駆動シャフトであって、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの駆動シャフトが(例えば、ベルトおよび滑車を使用する、係合歯車を使用する、などして)互いに連結される、駆動シャフトと、を備える。連結は、示される即時アセンブリの外側で達成されてもよく、最終リンクとして働く地面と接触する車両の別の駆動輪に接続される各シャフトを包囲できることにも留意されたい。調整用の共通手段はピボット軸線上に取り付けられ、回転することができる。静油圧アセンブリは、第3の油圧ピストン駆動ユニットと第3の油圧ピストン駆動ユニットの押しのけ容積を調整するための第2の手段とをさらに備える。第3の油圧ピストン駆動ユニットもまた、ポートを有するシリンダブロック、シリンダブロック内のシリンダ内のピストン、およびハウジングに取り付けられた駆動シャフトを備える。調整用の第2の手段もまたピボット軸線上に取り付けられ、共通手段とは無関係に回転することができる。最後に、静油圧アセンブリは、第1および第2の油圧駆動ユニット内のシリンダブロックのポートを第3の油圧駆動ユニット内のシリンダブロックのポートに流体接続する少なくとも1つの流体通路も備える。
斜軸ピストン駆動ユニットでの使用に適した一実施形態では、ピボット軸線はヨークのピボット軸線であり、ハウジングはヨークのピボット軸線を備える。さらに、押しのけ容積を調整するための共通手段は、その中に少なくとも1つの流体通路を備える共通ヨークである。また、第1および第2の油圧駆動ユニットのシリンダブロックおよびポートは共通ヨークに取り付けられる。さらに、押しのけ容積を調整するための第2の手段は、共通ヨークに隣接しヨークのピボット軸線上に取り付けられた第2のヨークであり、第2のヨークは、第2のヨーク内に少なくとも1つの流体通路を備える。また、第3の油圧駆動ユニットのシリンダブロックおよびポートは第2のヨークに取り付けられる。この実施形態では、少なくとも1つの流体通路は、第1および第2の油圧駆動ユニット内のシリンダブロックのポートを共通ヨークと第2のヨークとの間に配置された油圧ロータリージョイントに接続する。さらに、少なくとも1つの流体通路は、油圧ロータリージョイントを第3の油圧駆動ユニット内のシリンダブロックのポートに流体接続する。
静油圧アセンブリのこの実施形態では、第1、第2および第3の油圧ピストン駆動ユニットはすべて、斜軸ピストン駆動ユニットとすることができる。また随意に、第1、第2および第3の油圧ピストン駆動ユニットはすべて、本質的に同じタイプのユニットとすることができる。好適にはその場合、改良型静油圧アセンブリを製造するためにただ1つの駆動ユニットタイプが調達される必要があるかもしれない。
アキシャルピストン駆動ユニットでの使用に適した第2の実施形態では、ピボット軸線は斜板のピボット軸線であり、押しのけ容積を調整するための共通手段は共通斜板である。この場合、第1および第2の油圧駆動ユニットのシリンダブロックおよびポートはハウジングに取り付けられる。さらに、押しのけ容積を調整するための第2の手段は、共通斜板に隣接し斜板のピボット軸線上に取り付けられた第2の斜板である。また、第3の油圧駆動ユニットのシリンダブロックおよびポートはハウジングに取り付けられる。この実施形態では、ハウジングは、第1および第2の油圧駆動ユニット内のシリンダブロックのポートを第3の油圧駆動ユニット内のシリンダブロックのポートに接続する少なくとも1つの流体通路を備える。
静油圧アセンブリのこの第2の実施形態では、第1、第2および第3の油圧ピストン駆動ユニットはすべて、アキシャルピストン駆動ユニットとすることができる。また前述のように、随意に、第1、第2および第3のアキシャルピストン駆動ユニットはすべて、本質的に同じタイプのユニットとすることができる。
より複雑な実施形態も考えられる。例えば、静油圧アセンブリは第4の油圧ピストン駆動ユニットを備え、第3および第4の油圧ピストン駆動ユニットの駆動シャフトが互いに連結される。(他の駆動ユニットと同様に、第4の油圧ピストン駆動ユニットもまた、ポートを有するシリンダブロック、シリンダブロック内のシリンダ内のピストン、およびハウジングに取り付けられた駆動シャフトを備えるであろう。)さらに例えば、互いに適切に構成されている斜軸ピストン駆動ユニットとアキシャルピストン駆動ユニットの両方を備える静油圧アセンブリも原理上検討され得る。
静油圧アセンブリのいくつかの好ましい実施形態では、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの駆動シャフトは本質的に平行である。さらに、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットのシリンダブロックは、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの駆動シャフトに対して同じ角度で互いに連結され、それによって、サイズを2倍にした駆動ユニットとして機能することができる。同様に、第3の油圧ピストン駆動ユニットの駆動シャフトは、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの駆動シャフトと本質的に平行とすることもできる。このような実施形態は、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットがモーターとして働き、第3の油圧ピストン駆動ユニットがポンプとして働く用途に適している。
簡単な構成では、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの駆動シャフトは同じ速度で駆動するように連結される。しかし、駆動シャフトは、好適には第1の油圧ピストン駆動ユニットが第2の油圧ピストン駆動ユニットに対して回転方向にオフセットされるように連結され得る。このようにして、第1の油圧ピストン駆動ユニットに関連する圧力脈動は、第2の駆動ユニットに関連する圧力脈動に対して互い違いにされる。そして結果として、圧力脈動の大きさは、駆動ユニットの同期がとられた場合よりも小さくなり、出力流体圧力プロファイルが滑らかになり、それによって耐久性が向上する。1つの簡便な構成では、駆動シャフトは、第1の油圧ピストン駆動ユニットが回転方向に隣り合う2つのシリンダ間の角度の半分の角度で回転方向にオフセットされるように連結され得る。
典型的には、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットはそれぞれ、複数のポートおよびピストンを備える。実際の例示的な実施形態では、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットは、例えばそれぞれが9個のピストンを備えることができる。また、2つの駆動ユニットは、第1の油圧ピストン駆動ユニットが第2の駆動ユニット内の回転方向に隣り合う2つのシリンダ間に回転方向に20度オフセットされるように、回転方向にオフセットされ得る。
既述のように、本発明は、追加のサーボアセンブリを必要とせずに静油圧アセンブリからの出力を向上させる。したがって、本発明の制御可能な静油圧アセンブリは、前述の静油圧アセンブリと、ピボット軸線上の押しのけ容積調整共通手段の角度を制御する単一サーボアセンブリと、ピボット軸線上の第2の押しのけ容積調整手段の角度を制御する単一サーボアセンブリと、を備える。
本発明をより良く理解するために、また本発明がどのように実施され得るかを示すために、ここで例として添付図面を参照されたい。
本発明の第1の実施形態による静油圧アセンブリを概略的に示す図である。 共通ヨークと第2のヨークの両方が整列しているときの、図1の静油圧アセンブリの共通ヨークおよび第2のヨークのバケット部の面における断面を概略的に示す図である。 共通ヨークと第2のヨークの両方が整列しているときの、共通ヨークおよび第2のヨークのアーム部の面における、図1の静油圧アセンブリの流体通路の断面を概略的に示す図である。 図1に示されている共通ヨークの断面を概略的に示す図である。 本発明の第2の実施形態による静油圧アセンブリを概略的に示す図である。 本発明の第3の実施形態による静油圧アセンブリを概略的に示す図である。 アキシャルピストン駆動ユニットの駆動シャフトと平行な面における、図6の静油圧アセンブリの流体通路の断面を概略的に示す図である。 2つの斜軸ピストン駆動ユニットおよび1つのアキシャルピストン駆動ユニットを備える本発明の第4の実施形態の断面を概略的に示す図である。
図1は、本発明の第1の実施形態による静油圧アセンブリまたは静油圧モジュール1を概略的に示す。静油圧アセンブリ1は、第1の斜軸ピストン駆動ユニット10の駆動シャフト12、第2の斜軸ピストン駆動ユニット20の駆動シャフト22、および第3の斜軸ピストン駆動ユニット30の駆動シャフト32を支持する共通ハウジング2を備える。ハウジング2は、駆動シャフト12、22、32のそれぞれが回転できるようにするために、ハウジング2内に取り付けられた1つまたは複数の軸受(図示せず)を含む。すなわち、駆動シャフト12、22、32はそれぞれ、ハウジング2内に回転可能に配置されるまたは取り付けられる。斜軸ピストン駆動ユニットの駆動シャフト12、22、32はそれぞれ、駆動シャフトを他の入力機構または出力機構に連結できるようにするためのスプラインを含む。
図1の実施形態では2つのヨーク、すなわち共通ヨーク14および第2のヨーク16が使用され、両方ともピボット軸線40上に回転可能に取り付けられる。第2のヨーク16は、第3の斜軸ピストン駆動ユニット30のシリンダブロック28を支持する。第3の斜軸ピストン駆動ユニット30のシリンダブロック28は、第2のヨーク16内に回転可能に取り付けられる。第2のヨーク16は、ほぼu字形であり、ハウジング2に回転可能に取り付けられた2つの延長アームを含む。第2のヨーク16の回転軸線は、ピボット軸線40の回転軸線であり、第3の斜軸ピストン駆動ユニット30の駆動シャフト32の軸線と交差する(例えば、この軸線に対して垂直である)。ハウジング2に対する第2のヨーク16の回転は、サーボアセンブリ機構44によって与えられる。この例では、サーボアセンブリ機構44は、対抗する2つの油圧アクチュエータによって与えられる。言い換えると、2つの油圧アクチュエータは第2のヨーク16を回転させるために使用される。すなわち、第1のアクチュエータが第2のヨーク16を時計回り方向に回転させるために使用され、第2のアクチュエータが第2のヨーク16を反時計回り方向に回転させるために使用される。
共通ヨーク14は、第1の斜軸ピストン駆動ユニット10のシリンダブロック24および第2の斜軸ピストン駆動ユニット20のシリンダブロック26を支持する。第1の斜軸ピストン駆動ユニット10のシリンダブロック24および第2の斜軸ピストン駆動ユニット20のシリンダブロック26は、共通ヨーク14内に回転可能に取り付けられる。共通ヨーク14は、ほぼu字形であり、ハウジング2に回転可能に取り付けられた2つの延長アームを含む。共通ヨーク14の回転軸線は、ピボット軸線40の回転軸線であり、第1の斜軸ピストン駆動ユニット10の駆動シャフト12の軸線および第2の斜軸ピストン駆動ユニット20の駆動シャフト22の軸線と交差する(例えば、これらの軸線に対して垂直である)。ハウジング2に対する共通ヨーク14の回転は、サーボアセンブリ機構42によって与えられる。この例では、サーボアセンブリ機構42は、対抗する2つの油圧アクチュエータによって与えられる。すなわち、2つの油圧アクチュエータは共通ヨーク14を回転させるために使用される。すなわち、第1のアクチュエータが共通ヨーク14を時計回り方向に回転させるために使用され、第2のアクチュエータが共通ヨーク14を反時計回り方向に回転させるために使用される。
第3の斜軸ピストン駆動ユニット30のシリンダブロック28は、第2のヨーク16に流体的に連結される。すなわち、流体が、第3の斜軸ピストン駆動ユニット30のシリンダブロック28と第2のヨーク16との間を通過し得る。第1の斜軸ピストン駆動ユニット10のシリンダブロック24および第2の斜軸ピストン駆動ユニット20のシリンダブロック26は、互いにかつ共通ヨーク14に流体的に連結される。すなわち、流体が、第1の斜軸ピストン駆動ユニット10のシリンダブロック24および第2の斜軸ピストン駆動ユニット20のシリンダブロック26と共通ヨーク14との間を通過し得る。さらに、共通ヨーク14および第2のヨーク16は、流体が第1の斜軸ピストン駆動ユニットと第2の斜軸ピストン駆動ユニットと第3の斜軸ピストン駆動ユニットとの間を通過し得るように、互いに流体流通する。共通ヨーク14と第2のヨーク16との間の接続は、米国特許出願公開第2010/0212309号明細書に詳述されているような油圧ロータリージョイント5によってなされる。
本発明の諸実施形態によれば、サーボアセンブリ42、44の制御は、機械的手段、油圧手段、電子的手段、またはそれらを組み合わせたものなどの任意の手段によってなされ得る。第1の実施形態によれば、各サーボアセンブリ42、44は、電子的に作動する制御弁、制御弁に加圧制御流体を供給するサブシステム、および制御弁の開閉を制御するマイクロプロセッサによって制御される。
共通ヨーク14および第2のヨーク16はそれぞれ、少なくとも2つの部分で製造される。それぞれの斜軸ピストン駆動ユニットのシリンダブロックを支持するための凹所またはバケットを含み、かつそれぞれの斜軸ピストン駆動ユニットのシリンダブロックと連結するための流体チャネルを含む第1の支持部。各ヨークは、第1の支持部から延びる第2のアーム部も含み、第1の支持部の流体チャネルに連結され、かつ流体がヨークから出入りできるようにする流体チャネルも含む。この例では、流体は、共通ヨーク14と第2のヨーク16との間のピボット点で各ヨークから出入りする。
第1の斜軸ピストン駆動ユニット10の駆動シャフト12および第2の斜軸ピストン駆動ユニット20の駆動シャフト22は互いに機械的に連結される。この例では、機械的連結は2つの係合歯車13、23を使用して達成される。またこの例では、駆動シャフト12および22は互いに反対方向に回転するが、駆動シャフト12および22の間に遊び歯車を追加することで、同方向の回転が可能になる。もっとも、同方向の回転には、シリンダブロック26および28の間の共通ヨーク14内に異なる流体ルーティングが必要になる。他の例では、第1の斜軸ピストン駆動ユニット10および第2の斜軸ピストン駆動ユニット20は他の機械的連結を使用して連結されてもよく、例えば、各駆動シャフト12、22がスプロケットを含んでいてもよく、スプロケットはチェーンを使用して連結される。さらにこの場合、第1の斜軸ピストン駆動ユニット10の駆動シャフト12および第2の斜軸ピストン駆動ユニット20の駆動シャフト22は互いに平行である。図に示されている共通ヨーク14および第2のヨーク16は独立に回転可能である。
図2は、共通ヨーク14と第2のヨーク16の両方がピボット軸線40上で回転して互いに整列しているときの、静油圧アセンブリ1の共通ヨーク14および第2のヨーク16のバケット部の面における断面を概略的に示す。共通ヨーク14および第2のヨーク16の断面部分は図2に斜線で示されている。図1および図2の同じ特徴には同じ参照番号を用いて表示されている。
斜軸ピストン駆動ユニット10、20、30のシリンダブロック24、26、28はそれぞれ、斜軸ピストン駆動ユニット10、20、30の駆動シャフト12、22、32の周りを回転する。各シリンダブロックは、ブロックのシリンダ内に複数のポートおよびピストンを備える。シリンダブロック24、26および28のいくつかのポート25、27および29がそれぞれ、図2の図において見ることができる。共通ヨーク14は、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット(この図には見えない)のそれぞれからのいくつかのポートを互いに連結する第1の流体通路43を含む。共通ヨーク14はまた、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット(やはりこの図には見えない)のそれぞれからの他のポートを互いに連結する第2の流体通路45も含む。第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20のそれぞれのピストン7(図1には見えるが図2には見えない)は、ピボット軸線40に装着され、運転中、回転周期内のピストン7の位置に応じて、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20のそれぞれのシリンダブロック内に油圧流体を引き込む、または第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20のそれぞれのシリンダブロックから油圧流体を押し出す。引き込まれるまたは押し出される流体の量は、シリンダブロックがシリンダブロックの駆動シャフト軸線に対して作る曲げ角度に依存する。第1の流体通路43は、チャネル43内に形成されたそれぞれの円弧形状部を通じて第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20のいくつかのポート25、27と流体流通する。第1の流体通路43のこれらの円弧形状部は、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20のそれぞれにおけるピストンのうちのいくつかの間の流体接続部となる。第1の流体通路43によって接続されたピストンのすべてが流体を引き込んでいる、または第1の流体通路43によって接続されたピストンのすべてが流体を押し出している。同様に、第2の流体通路45は、チャネル45内に形成されたそれぞれの円弧形状部を通じて第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20と流体流通する。第2の流体通路45のこれらの円弧形状部はそれぞれ、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20のそれぞれにおける他のいくつかのピストンの間の流体接続部となる。第1の流体通路43および第2の流体通路45は、シリンダブロックがピボット軸線40に対して作る曲げ角度方向に応じて、油圧流体が引き込まれ押し出されることを可能にする、またはその逆も同様である。
図2の実施形態では、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20は、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20が回転するときに各歯車13、23が相対する方向に回転するように、1対の係合歯車13、23を使用して直接連結される。すなわち、第1の斜軸ピストン駆動ユニット10が時計回り方向に回転するとき、第2の斜軸ピストン駆動ユニット20は反時計回り方向に回転する。
図2に示されているように、第2のヨーク16は共通ヨーク14に対して整列されている。第2のヨーク16は、第3の斜軸ピストン駆動ユニット(この図には見えない)のいくつかのポート29に接続する第3の流体通路47および第4の流体通路49を含む。第3の流体通路47および第4の流体通路49は、油圧ロータリージョイント5を介して第1の流体通路43および第2の流体通路45にも連結され、それにより共通ヨーク14と第2のヨーク16との間を油圧流体が適切に通過することが可能になる。
図3は、この場合も共通ヨークと第2のヨークの両方が図2のように整列しているときの、共通ヨークおよび第2のヨークのアーム部の面における、静油圧アセンブリ1の第2の流体通路45の断面を概略的に示す。図1、図2および図3の同じ特徴には同じ参照番号を用いて表示されている。
共通ヨーク14の第1の流体接続部43および第2の流体接続部45はそれぞれ、バケット部14aから図3に共通ヨーク14の左側に示されているアーム部14bまで延びる。第1の流体接続部43および第2の流体接続部45はそれぞれ、バケット部14aから共通ヨーク14の左側のアーム部14bまで貫通して延びる。共通ヨーク14の左側アーム部14bは、第2のヨーク16の開口部64に係合する差込み部62を含み、それにより共通ヨーク14は第2のヨーク16に対して回転することが可能になる。共通ヨーク14の右側アーム部14cは、ハウジング2の開口部66内で回転可能である差込み部60を含み、それにより共通ヨーク14はハウジング2に対して回転することが可能になる。
油圧ロータリージョイント5が共通ヨーク14と第2のヨーク16との間を流体接続することについては、米国特許出願公開第2010/0212309号明細書に記述されている。一般に、共通ヨーク14の流体通路43、45はそれぞれ、差込み部62の表面で終端しており、差込み部62の外面上の円周溝が第2のヨーク16の開口部64の内面上に形成された対応する円周溝と合致している。第2のヨーク16の開口部64の内面上に形成された対応する円周溝はそれぞれ、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20に関して説明されたものと同様の方法で第3の斜軸ピストン駆動ユニット30と流体流通する。
斜軸ピストン駆動ユニット10、20、30はそれぞれ、一般に動作および配置が同じである。例えば、第1の斜軸ピストン駆動ユニット10を見ると、斜軸ピストン駆動ユニットを回転源(例えば電気モーター)または回転されるべき機構もしくはシャフトに連結するための駆動シャフト12が設けられる。斜軸ピストン駆動ユニットは、少なくとも2つのシリンダ、一般に奇数個のシリンダを含むシリンダブロック24を含む。この例では、斜軸ユニットはそれぞれ、9個のシリンダを含む。各シリンダは、シリンダ内を直線的に移動できるピストン7を含む。シリンダブロック24は、共通ヨーク14内に設けられた差込み部(例えば、斜軸ピストン駆動ユニット20に関連する差込み部52)の周りを回転することができる。ピストン7の遠位端はシリンダ内を移動することができ、ピストン7の近位端は、一般にボールソケット構成を用いて駆動シャフト12に連結される。運転中、駆動シャフト12およびシリンダブロック24は同じ速度で回転する。というのは、駆動シャフト12およびシリンダブロック24は、ピストンまたは同期シャフトなどの他のタイミング法を介して連結されるからである。また、シリンダブロック24が回転すると、ピストン7は、駆動シャフト12とシリンダブロック24との間の角度に応じて流体を変位させる。この角度は、ハウジング2内の共通ヨーク14の角度で決まる。すなわち、シリンダブロック24および駆動シャフト12が一列に並んでいると、ピストンは流体を変位させることはない。シリンダブロック24は駆動シャフト12によって駆動されてもよく、またはシリンダブロック24は、斜軸ピストン駆動ユニットがモーターまたはポンプとして配置されるかどうかに応じてシャフトを駆動してもよい。
図4は、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20が見えるように、図1に示されている共通ヨークの断面を概略的に示す。共通ヨーク14の断面要素は斜線で示されている。図1、図2、図3および図4の同じ特徴には同じ参照番号を用いて表示されている。
第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20のそれぞれの駆動シャフト12、22を連結する歯車13、23により、図4に示されているように、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20を互いに対してタイミングをとることができる。すなわち、歯車13、23の配置により、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニットを互いに対して回転方向にオフセットすることができる。例えば、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20は、第1の斜軸ピストン駆動ユニット10のシリンダの開放事象が第2の斜軸ピストン駆動ユニット20のシリンダの開放事象と同時に起こるようにタイミングがとられると、共通ヨーク14内の結果として生じる圧力変動の振幅は極めて高くなり得る。開放事象は、ピストンが流体をシリンダに引き込み始めること、またはピストンがシリンダから流体を押し出し始めること、と理解されたい。結果として生じる圧力脈動は、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20のシリンダの開放事象を互い違いにすることによって低減され得る。図4に示されているように、第1の斜軸ピストン駆動ユニット10のシリンダの開放事象は、第2の斜軸ピストン駆動ユニット20のシリンダの開放事象から角度αだけ互い違いにされる。したがって、1周期当たりの脈動数は2倍になるが、振幅は、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20内のシリンダの開放事象が同時に起こるシナリオに比べて半減される。圧力脈動の振幅を小さくすることにより、この互い違いにする技法は、油圧アセンブリのノイズを低減し、動作を円滑にし、かつ疲労寿命を改善し得る。さらに、この種のアセンブリはより高いシャフト速度で動作することができる。というのは、軸受などの個々の構成要素が小型になり、より高い速度を許容することができるからである。これらの利点はすべて、商業用途で非常に重要となり得る。角度αは、シリンダブロック内のシリンダの数によって決定され、隣り合う2つのシリンダ間の回転角度未満である。この例では、隣り合うシリンダ相互間の角度が40度になるように9個のシリンダがある。したがって、角度αは20度であり、20度は、回転方向に隣り合う2つのシリンダ間の半分である。角度αは、この例では1〜39度の整数値でよいことが理解されよう。
運転中、第3の斜軸ピストン駆動ユニット30はポンプとして動作してもよく、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20は、ポンプによって駆動されるモーターとして動作してもよい。共通ヨーク14および第2のヨーク16は、斜軸ピストン駆動ユニットのそれぞれの駆動シャフトとシリンダブロックとの間の角度を変えるために、ハウジング2に対して回転可能である。斜軸ピストン駆動ユニットのそれぞれの駆動シャフトとシリンダブロックとの間の角度を変えることにより、システムの相対速度およびサイズが変化する。この例では、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット10、20のそれぞれの駆動シャフトとシリンダブロックとの間の角度は同時に変えられ、第3の斜軸ピストン駆動ユニット30の駆動シャフトとシリンダブロックとの間の角度に無関係であることが理解されよう。
図5は、本発明の第2の実施形態による静油圧アセンブリを概略的に示す。図1および図5の同じ特徴には同じ参照番号を用いて表示されている。静油圧アセンブリ80は、第1、第2、第3および第4の斜軸ピストン駆動ユニット10、20、30、90のそれぞれの駆動シャフト12、22、32、92を支持する共通ハウジング82を備える。ハウジング82は、駆動シャフト12、22、32、92がそれぞれ回転できるようにするための、ハウジング82内に取り付けられた軸受(図示せず)を含む。すなわち、シャフト12、22、32、92はそれぞれ、ハウジング82内に回転可能に配置されるまたは取り付けられる。斜軸ピストン駆動ユニットの駆動シャフト12、22、32、92はそれぞれ、駆動シャフトを他の入力機構または出力機構に連結できるようにするためのスプラインを含む。
第2の共通ヨーク84が、第3および第4の斜軸ピストン駆動ユニット30、90を支持する。共通ヨーク14および関連する斜軸ピストン駆動ユニット10、20は、前述した第1の実施形態に関連して説明したものと同じである。第2の共通ヨーク84および関連する斜軸ピストン駆動ユニット30、90は、形および動作が、第1の実施形態に関連して説明した共通ヨーク14および関連する斜軸ピストン駆動ユニット10、20に類似している。
第3の斜軸ピストン駆動ユニット30のシャフト32および第4の斜軸ピストン駆動ユニット90のシャフト92は、互いに機械的に連結される。この例では、機械的連結は、2つの係合歯車96、98のギヤセットを使用して達成される。さらに、第3の斜軸ピストン駆動ユニット30のシャフト32および第4の斜軸ピストン駆動ユニット90のシャフト92は、互いに平行である。
本発明の諸実施形態によれば、複数サイズの静油圧アセンブリまたは静油圧モジュールを構築するために、ワンサイズの回転キット(斜軸ピストン駆動ユニット、アキシャルピストン駆動ユニット)を使用することが可能である。したがって、複数の構成を達成するためにより少数の個別要素が必要とされ得る。さらに、単一の大型油圧ユニットではなく2つの斜軸ピストン駆動ユニット(またはアキシャルピストン駆動ユニット)を使用すると、一般に小型ユニットは大型ユニットより大きい速度範囲を有するので、より高い回転速度範囲が達成され得る。これは、所与のサイズの静油圧アセンブリの出力密度を大幅に向上させることができる。
静油圧アセンブリは、本発明の第3の実施形態によるアキシャルピストン駆動ユニットを用いて斜板設計ユニットを使用して構成され得る。この場合、3つ以上の駆動ユニットのシリンダブロックおよび駆動シャフトはハウジング内に支持される。第1および第2のアキシャルピストン駆動ユニットのピストンは共通斜板によって支持される。第3のアキシャルピストン駆動ユニットは第2の斜板に支持される。第1および第2のアキシャルピストン駆動ユニットは互いに対になり、ポンプまたはモーターとして同時に機能する。
図6および図7は、かかる第3の実施形態による静油圧アセンブリを概略的に示す。図6では、静油圧アセンブリ101は、第1のアキシャルピストン駆動ユニット110の駆動シャフト112、第2のアキシャルピストン駆動ユニット120の駆動シャフト122、および第3のアキシャルピストン駆動ユニット130の駆動シャフト132を支持する共通ハウジング102を備える。ハウジング102は、駆動シャフト112、122、132がそれぞれ回転できるようにするための、ハウジング102内に取り付けられた軸受(図6および図7において呼び出されていない)を含む。また、駆動シャフト112、122、132はそれぞれ、シャフトを他の入力機構または出力機構に連結できるようにするためのスプラインを含む。
図6の実施形態では2つの斜板、すなわち共通斜板114および第2の斜板116が使用され、両方とも共通ピボット軸線140上に回転可能に取り付けられる。ハウジング102はシリンダブロック128を支持し、第2の斜板116は第3のアキシャルピストン駆動ユニット130のピストンを支持する。第3のアキシャルピストン駆動ユニット130のシリンダブロック128はハウジング102に回転可能に取り付けられる。ハウジング102に対する第2の斜板116の回転は、サーボアセンブリ機構144によって与えられる。ハウジング102は、第1のアキシャルピストン駆動ユニット110のシリンダブロック124および第2のアキシャルピストン駆動ユニット120のシリンダブロック126も支持する。共通斜板114は、第1のアキシャルピストン駆動ユニット110および第2のアキシャルピストン駆動ユニット120のピストンを支持する。第1のアキシャルピストン駆動ユニット110のシリンダブロック124および第2のアキシャルピストン駆動ユニット120のシリンダブロック126は、ハウジング102に回転可能に取り付けられる。ハウジング102に対する共通斜板114の回転は、別のサーボアセンブリ機構142によって与えられる。
前述の実施形態と同様に、第3のアキシャルピストン駆動ユニット130のシリンダブロック128は、ハウジング102内にポートおよび通路を同様に配置することにより、第1および第2のアキシャルピストン駆動ユニット110、120に流体的に連結される。しかしながら、この斜板実施形態では油圧ロータリージョイントが不要である。また、サーボアセンブリの制御は前述の実施形態と同じ方法で達成され得る。
第1のアキシャルピストン駆動ユニット110の駆動シャフト112および第2のアキシャルピストン駆動ユニット120の駆動シャフト122は互いに機械的に連結される。この例では、機械的連結は、追加歯車133を使用して、駆動シャフト112および122が共に同じ方向に回転するように歯車113、123を互いに連結することで達成される。
図7は、アキシャルピストン駆動ユニットの駆動シャフトと平行な面における、図6の静油圧アセンブリの流体通路の断面を概略的に示す図である。図6および図7の同じ特徴には同じ参照番号を用いて表示されている。当業者には明らかなように、ヨークの代わりに斜板を使用することに関する相違点を除いて、第3の実施形態の要素および機能は第1の実施形態のものに類似している。
図8は、油圧ピストン駆動ユニットが少なくとも1つの斜軸ピストン駆動ユニットおよび少なくとも1つのアキシャルピストン駆動ユニットを備える他の実施形態による例示的な静油圧アセンブリの断面を概略的に示す。断面は、油圧ピストン駆動ユニットの駆動シャフトと平行なかつ静油圧アセンブリの流体通路を通る面内にある。図8では、静油圧アセンブリ201は、第1の油圧駆動ユニット210の駆動シャフト212、第2の油圧駆動ユニット220の駆動シャフト222、および第3の油圧駆動ユニット230の駆動シャフト232を支持する共通ハウジング202を備える。しかしながら、この場合、第1および第2の油圧駆動ユニット210、220は斜軸ピストン駆動ユニットであり、第3の油圧駆動ユニット230はアキシャルピストン駆動ユニットである。
さらに、図8の実施形態は共通ヨーク214および第2の斜板216を使用しており、共通ヨーク214および第2の斜板216は共に共通ピボット軸線240上に回転可能に取り付けられている。(関連実施形態において、斜板の軸線はヨークの軸線と異なることがあり得ることに留意されたい。)前述の実施形態と同様の方法で、第2の斜板216は第3のアキシャルピストン駆動ユニット230のピストンを支持する。また、このシリンダブロックはハウジング202に回転可能に取り付けられる。ハウジング202に対する第2の斜板216の回転は、サーボアセンブリ機構244によって与えられる。共通ヨーク214は、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット210、220の2つのシリンダブロックを支持する。第1の実施形態と同様に、これらの2つのシリンダブロックは、共通ヨーク214内に回転可能に取り付けられる。ハウジング202に対する共通ヨーク214の回転は、サーボアセンブリ機構242によって与えられる。
前述の実施形態と同様に、第3のアキシャルピストン駆動ユニット230のシリンダブロックは、ハウジング202内にポートおよび通路を同様に配置することにより、第1および第2の斜軸ピストン駆動ユニット210、220に流体的に連結される。変更された油圧ロータリージョイント205が使用される。サーボアセンブリの制御は前述の実施形態と同じ方法で達成され得る。
したがって、図8に示されているような「ハイブリッド」実施形態には、斜軸ピストン駆動ユニットの利点がモーター機能に好ましいかもしれない、アキシャルピストン駆動ユニットの利点がポンプ機能に好ましいかもしれない、またはその逆も同様である静油圧アセンブリを考慮することができる。さらに、アキシャルピストン駆動ユニットおよび付属の斜板の使用で、出力駆動シャフトをアセンブリの上部を貫通して延びる貫通シャフトとすることが可能になる。
本明細書で言及される上記の米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、および非特許刊行物はすべて、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、本明細書において例として、いくつかの実施形態および例示的な図面に対して説明されているが、当業者なら、本発明が説明されている実施形態または図面に限定されないことを理解するであろう。図面および図面に対する詳細な説明は、本発明を開示される特定の形態に限定するものではなく、それどころか、本発明は、本発明の精神および範囲内にあるすべての変形形態、均等物、および代替物を網羅することが理解されるべきである。本明細書に用いられる見出しは、単に構成するためのものであり、説明の範囲を限定するために使用されよう意図されてはいない。本出願を通じて用いられているように、「してもよい(may)」という語は、必須の意味(すなわち「しなければならない(must)」を意味する)ではなく、許容の意味(すなわち「するかもしれない(might)」を意味する)で用いられる。同様に、「含む(include)」、「含む(including)」、および「含む(includes)」という語は、含むことを意味し、限定されることを意味していない。

Claims (21)

  1. ハウジングと、
    ピボット軸線と、
    第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットであって、前記駆動ユニットがそれぞれ、
    ポートを有するシリンダブロック、
    前記シリンダブロック内のシリンダ内のピストン、および
    前記ハウジングに取り付けられた駆動シャフトであって、前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの前記駆動シャフトが互いに連結される、駆動シャフト
    を備える、第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットと、
    前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの押しのけ容積を同時に調整するための共通手段であって、前記ピボット軸線上に取り付けられ、回転することができる共通手段と、
    第3の油圧ピストン駆動ユニットであって、
    ポートを有するシリンダブロック、
    前記シリンダブロック内のシリンダ内のピストン、および
    前記ハウジングに取り付けられた駆動シャフト
    を備える第3の油圧ピストン駆動ユニットと、
    前記第3の油圧ピストン駆動ユニットの押しのけ容積を調整するための第2の手段であって、前記ピボット軸線上に取り付けられ、前記共通手段とは無関係に回転することができる第2の手段と、
    前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニット内の前記シリンダブロックの前記ポートを前記第3の油圧ピストン駆動ユニット内の前記シリンダブロックの前記ポートに流体接続する少なくとも1つの流体通路と
    を備える静油圧アセンブリ。
  2. 前記ピボット軸線がヨークピボット軸線であり、前記ハウジングが前記ヨークピボット軸線を備え、
    押しのけ容積を調整するための前記共通手段が、少なくとも1つの流体通路を内部に備える共通ヨークであり、
    前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの前記シリンダブロックおよび前記ポートが前記共通ヨークに取り付けられ、
    押しのけ容積を調整するための前記第2の手段が、前記共通ヨークに隣接し前記ヨークピボット軸線上に取り付けられた第2のヨークであり、前記第2のヨークが、前記第2のヨーク内に少なくとも1つの流体通路を備え、
    前記第3の油圧ピストン駆動ユニットの前記シリンダブロックおよび前記ポートが前記第2のヨークに取り付けられ、
    前記少なくとも1つの流体通路が、前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニット内の前記シリンダブロックの前記ポートを前記共通ヨークと前記第2のヨークとの間に配置された油圧ロータリージョイントに接続しており、さらに、前記少なくとも1つの流体通路が、前記油圧ロータリージョイントを前記第3の油圧ピストン駆動ユニット内の前記シリンダブロックの前記ポートに流体接続している、請求項1に記載の静油圧アセンブリ。
  3. 前記第1、第2および第3の油圧ピストン駆動ユニットが斜軸ピストン駆動ユニットである、請求項2に記載の静油圧アセンブリ。
  4. 前記第1、第2、および第3の斜軸ピストン駆動ユニットが本質的に同じである、請求項3に記載の静油圧アセンブリ。
  5. 前記ピボット軸線が斜板ピボット軸線であり、
    押しのけ容積を調整するための前記共通手段が共通斜板であり、
    前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの前記シリンダブロックおよび前記ポートが前記ハウジングに取り付けられ、
    押しのけ容積を調整するための前記第2の手段が、前記共通斜板に隣接し前記斜板ピボット軸線上に取り付けられた第2の斜板であり、
    前記第3の油圧ピストン駆動ユニットの前記シリンダブロックおよび前記ポートが前記ハウジングに取り付けられ、
    前記ハウジングが、前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニット内の前記シリンダブロックの前記ポートを前記第3の油圧ピストン駆動ユニット内の前記シリンダブロックの前記ポートに接続する少なくとも1つの流体通路を備える、請求項1に記載の静油圧アセンブリ。
  6. 前記第1、第2および第3の油圧ピストン駆動ユニットがアキシャルピストン駆動ユニットである、請求項5に記載の静油圧アセンブリ。
  7. 前記第1、第2および第3のアキシャルピストン駆動ユニットが本質的に同じである、請求項6に記載の静油圧アセンブリ。
  8. 前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの前記駆動シャフトが本質的に平行である、請求項1に記載の静油圧アセンブリ。
  9. 前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの前記シリンダブロックが、前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの前記駆動シャフトに対して同じ角度で互いに連結される、請求項8に記載の静油圧アセンブリ。
  10. 前記第3の油圧ピストン駆動ユニットの前記駆動シャフトが、前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの前記駆動シャフトと本質的に平行である、請求項8に記載の静油圧アセンブリ。
  11. 前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットがモーターとして働き、前記第3の油圧ピストン駆動ユニットがポンプとして働く、請求項1に記載の静油圧アセンブリ。
  12. 前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの前記駆動シャフトが同じ速度で駆動するように連結される、請求項1に記載の静油圧アセンブリ。
  13. 前記駆動シャフトは、前記第1の油圧ピストン駆動ユニットが前記第2の油圧ピストン駆動ユニットに対して回転方向にオフセットされるように連結される、請求項12に記載の静油圧アセンブリ。
  14. 前記駆動シャフトは、前記第1の油圧ピストン駆動ユニットが、回転方向に隣り合う2つのシリンダ間の角度の半分の角度で回転方向にオフセットされるように連結される、請求項13に記載の静油圧アセンブリ。
  15. 前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットがそれぞれ、複数のポートおよびピストンを備える、請求項12に記載の静油圧アセンブリ。
  16. 前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットがそれぞれ、9個のピストンを備え、前記第1の油圧ピストン駆動ユニットが、回転方向に隣り合う2つのシリンダ間で回転方向に20度オフセットされる、請求項14に記載の静油圧アセンブリ。
  17. 前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの前記駆動シャフトが、スプロケットおよびチェーンを使用してまたは係合歯車を使用して連結される、請求項12に記載の静油圧アセンブリ。
  18. ポートを有するシリンダブロック、前記シリンダブロック内のシリンダ内のピストン、および前記ハウジングに取り付けられた駆動シャフトを備える第4の油圧ピストン駆動ユニットを備える、請求項1に記載の静油圧アセンブリであって、前記第3および第4の油圧ピストン駆動ユニットの前記駆動シャフトが互いに連結される、静油圧アセンブリ。
  19. 請求項1に記載の静油圧アセンブリと、前記ピボット軸線上の押しのけ容積調整用の前記共通手段の角度を制御する単一サーボアセンブリと、前記ピボット軸線上の押しのけ容積調整用の前記第2の手段の角度を制御する単一サーボアセンブリと、を備える制御可能な静油圧アセンブリ。
  20. 追加のサーボアセンブリを使用せずに静油圧アセンブリ内の第1の油圧ピストン駆動ユニットに関連する出力を増大させる方法であって、前記静油圧アセンブリが、
    ハウジングと、
    ピボット軸線と
    を備え、
    前記第1の油圧ピストン駆動ユニットが、
    ポートを有するシリンダブロック、
    前記シリンダブロック内のシリンダ内のピストン、および
    前記ハウジングに取り付けられた駆動シャフト
    を備え、前記静油圧アセンブリがさらに、
    前記第1の油圧ピストン駆動ユニットの押しのけ容積を調整するための共通手段であって、前記ピボット軸線上に取り付けられ回転することができる共通手段と、
    第3の油圧ピストン駆動ユニットであって、
    ポートを有するシリンダブロック、
    前記シリンダブロック内のシリンダ内のピストン、および
    前記ハウジングに取り付けられた駆動シャフト
    を備える第3の油圧ピストン駆動ユニットと、
    前記第3の油圧ピストン駆動ユニットの押しのけ容積を調整するための第2の手段であって、前記ピボット軸線上に取り付けられ前記共通手段とは無関係に回転することができる第2の手段と、
    前記第1の油圧ピストン駆動ユニット内の前記シリンダブロックの前記ポートを前記第3の油圧ピストン駆動ユニット内の前記シリンダブロックの前記ポートに接続する少なくとも1つの流体通路と
    を備え、前記方法が、
    ポートを有するシリンダブロック、
    前記シリンダブロック内のシリンダ内のピストン、および
    前記ハウジングに取り付けられた駆動シャフト
    を備える第2の油圧ピストン駆動ユニットを準備するステップと、
    前記第2の油圧ピストン駆動ユニットの前記駆動シャフトを前記第1の油圧ピストン駆動ユニットの前記駆動シャフトに連結するステップと、
    前記共通手段を使用して前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの押しのけ容積を同時に調整するステップと
    を含む方法。
  21. 静油圧アセンブリ内の第1の油圧ピストン駆動ユニットからの出力の増大に関連する圧力脈動の振幅を減少させる方法であって、
    請求項20に記載の方法による前記第1の油圧ピストン駆動ユニットからの前記出力を増大させるステップと、
    前記第1の油圧ピストン駆動ユニットが前記第2の油圧ピストン駆動ユニットに対して回転方向にオフセットされるように、前記第1および第2の油圧ピストン駆動ユニットの前記駆動シャフトを連結するステップと
    を含む方法。
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