具有徑向活塞的液壓馬達及通過缸的控制的製作方法

2023-08-11 16:49:46 1

專利名稱：：具有徑向活塞的液壓馬達及通過缸的控制的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種具有徑向活塞的液壓馬達，以及控制所述馬達的方法。更具體而言，本發明涉及一種液壓馬達，起具有多個徑向活塞，並包括缸體，該缸體中的每個缸具有一腔室，活塞被安裝在該腔室內以進行滑動；凸輪，每個活塞能夠對該凸輪施加壓力以便產生轉矩，該凸輪具有至少兩個瓣(lobe)，每個瓣具有一上升斜面(risingramp)和一下降斜面，該缸體安裝為相對於該凸輪旋轉；至少兩個主管道，該馬達能夠經由這些主管道接納或發送流體；流體分配器，用於將流體從所述主管道分配到缸，該分配器針對每個缸而包括一分配閥，所述分配閥適於將缸的腔室連接到所述主管道中的一個或另一個，以便使流體能夠進入或離開所述腔室；以及控制系統，用於控制分配閥，該控制系統包括用於感測凸輪相對於缸體的角位置的角位置傳感器。主管道通常經由聯接管道連接到泵的供給和輸入孔口，或者連接到向馬達提供加壓流體流速的蓄壓器。針對每個缸而設的分配閥使得能夠在任何時刻以及缸對缸之間控制流體在缸中的分配。
背景技術：
：這種液壓馬達例如可用來驅動車輛移動或者驅動由車輛攜帶的工具。一般而言，對這種類型的馬達的速度要求越來越高，特別是用於使車輛能夠在其所使用的兩個地點之間迅速行進，或者用於使上述工具能夠在兩個工作位置之間迅速行進。由於上述原因，該液壓馬達因此必須既能夠產生大的轉矩以便執行車輛的功能或者能夠使該工具正確地處於工作位置，還能夠具有高的輸出速度。當使用缸容量恆定的馬達時，能夠實現這些不同操作工況(operatingstate，操作狀態)的第一種方案就是依照所要求的操作工況的不同而使用適於向該馬達供給流速很低或流速很高的流體的泵。該方案的缺點是需要使用大容量的泵。另一種方案就是使用具有多種操作缸容量的馬達。優選地，在該方案中，所用的馬達具有寬範圍的缸容量，或者以等同方式來說，具有很高的最大-最小比，最大-最小比是馬達的最大缸容量與最小缸容量之比。由此，這樣的馬達能夠在比最大立方容量小的多的最小缸容量下使用。最小缸容量用於速度高且轉矩小的應用，例如使車輛能夠在路上行進；最大缸容量通過確保在低轉速下的大轉矩而用於「作業」模式。在具有至少兩種彼此完全不同的操作缸容量的馬達中，為了能夠實現令人滿意的、無衝擊的操作，並且為了限制泵所需流速的變化，期望馬達具有多個中間的缸容量，以便使馬達能夠在其各種不同缸容量之間平穩過渡。專利GB2167138描述了這類液壓馬達的一種變型。其所描述的馬達是引言部分所指的馬達類型，該馬達中每個缸具有一分配閥，該分配閥由電控單元控制。在該馬達中，通過將缸容量限定到一個給定的角區域(angularsector)(該馬達的缸在該角區域的範圍內被啟用並提供(deliver)轉矩，無論該轉矩是驅動轉矩還是制動轉矩)，使缸容量被連續地調整。由於這種控制模式的採用，當所述缸移動的同時，施加於缸的壓力發生倒轉；並使得壓力的改變導致缸內出現壓力峰值或壓力釋放，從而產生馬達的輸出的轉矩及速度的變化、振動、凸輪上的過早磨損、缸及活塞上的過早磨損以及穩定性缺失。最後，由不同的活塞施加在凸輪上的力不能手動地抵消；為此，在馬達的結構上要施加大量的力，由此減少了所述馬達的壽命。
發明內容本發明的第一目的是提出一種如引言部分所述類型的馬達，該馬達具有多個操作缸容量，但是不存在上文提到的當馬達運轉時不穩定、振動以及施加在該馬達的結構的力過大的缺陷。該目的藉助以下事實來實現a)該馬達包括至少兩個初級馬達；b)控制系統適於按這種方式操作分配閥該馬達具有多個工況(或操作狀態)，在這些工況中，在每個初級馬達中，使每個缸在上升斜面上與第一主管道連通而在下降斜面上與第二主管道(其與第一主管道不同或相同)連通，基於由角位置傳感器提供的信息，這些連通的任何改變均在缸經過基本上面向頂部死點(deadcenter)或底部死點時發生；以及c)當馬達處於所述工況的第一工況時，第一初級馬達驅動，並且當馬達處於所述工況的第二工況時，第一初級馬達為非活動或反向操作，控制系統在第一工況和第二工況中以同樣的方式操作液壓馬達的其餘部分。在本發明的涵義中，液壓馬達的初級馬達是該液壓馬達的一部分，這種初級馬達在自供給時，無論所述輸出構件的相對於這種初級馬達的定子結構的角位置如何，均適於向所述輸出構件提供(非零的)驅動轉矩。優選地，由初級馬達提供的轉矩基本上與馬達的輸出構件相對於馬達的定子結構的角位置無關。因此，當自供給時，初級馬達能夠提供與全馬達提供的作業相類似的作業，但是在與全馬達的轉動速度和轉矩不同的同時，初級馬達的缸容量與全馬達的缸容量不同。實際中，初級馬達的特徵通常如下通過將上述瓣分配成一組或多組瓣，並將上述缸分配成一組或多組缸，每個初級馬達由一組缸和一組瓣限定，並包括該組缸中作用於該組瓣的瓣的那些缸，由於限定該初級馬達的該組缸和該組瓣的這種布置方式，使得無論凸輪相對於缸體的角位置如何，該初級馬達均適於提供轉矩。術語「上升斜面」在此是指凸輪的瓣的這樣一部分作用於所述部分的活塞沿著該部分離開缸。而術語「下降斜面」在此是指凸輪的瓣的這樣一部分作用於所述部分的活塞沿著該部分縮回到其缸內。因此，在本發明的馬達中，不是通過角度準則來限定缸的操作而改變馬達的缸容量，而是通過在驅動模式或反向模式下使液壓馬達的一個或多個初級馬達活動，或者通過使這些初級馬達不活動而改變缸容量。由於當缸內的活塞經過且基本上面向凸輪的頂部死點或底部死點時，缸內的壓力發生變化，因此減少了缸的磨損和振動。通過分析初級馬達的作用，能夠更清楚的理解服從這種控制的馬達的操作和優勢。例如，這裡假設本發明的馬達是由泵饋給。因此，馬達的主管道分別連接到向馬達供給流體的泵的供給孔口和輸入孔口。這些孔口一般處於所述泵的高壓(HP)和低壓(LP)。該馬達還包括輸出軸，每個初級馬達將轉矩應用到該輸出軸。當該馬達處於以上說明的工況時，至少本發明的馬達的第一初級馬達處於以下三種操作模式之一「驅動」模式根據初級馬達的每個缸是面向初級馬達的瓣的上升斜面還是下降斜面，使初級馬達的每個缸經由主管道分別連接到泵高壓或泵低壓；該初級馬達在馬達的輸出軸上沿期望的驅動方向提供輸出轉矩；「反向」模式根據初級馬達的每個缸是面向初級馬達的瓣的上升斜面還是下降斜面，使初級馬達的每個缸經由主管道分別連接到泵低壓或泵高壓；該初級馬達在馬達的輸出軸上提供與期望的驅動方向相反的方向施加的輸出轉矩；以及「非活動」模式初級馬達的每個面向初級馬達的瓣的上升斜面和下降斜面的缸經由主管道保持為連接到高壓或泵低壓；初級馬達因此在馬達的輸出軸上提供幾乎為零的輸出轉矩。當然，在本發明的馬達中，依照指定的從驅動、反向或非活動操作模式中選擇的操作模式的設定值(setpoint)的不同，控制系統適於以運行至少一個初級馬達的方式來操作分配閥。控制系統因此使用在馬達的操作持續期間始終有效的、與馬達的特定迴轉數相對應的設定值，並以相對高的頻率將上述設定值轉化成初級指令發送到分配閥，以便使初級馬達的缸的腔室與適當的主管道在適當的時段連通。因此，舉例而言，如果在具有徑向活塞的馬達中，第一初級馬達包括一組安裝為相對於的凸輪旋轉的缸，控制系統使分配閥依照缸相對於凸輪的位置的不同來進行切換，使得如果所選操作模式為驅動模式則初級馬達有效地提供驅動轉矩，而在反向操作模式下提供制動轉矩，並且如果所選操作模式為非活動模式，則無轉矩。對於這種控制，控制系統通常具有依照缸體相對於凸輪的角位置(超過360°)、初級馬達的分配閥所期望的狀態的不同而給出的表格。通常，控制系統是電子系統，這種控制系統得益於高的操作頻率，並因此確保對分配閥的切換的精確控制，特別地，可以考慮通過相位提前等手段。藉助於使第一初級馬達活動或非活動的可能性，液壓馬達具有至少兩個不同的、活動的操作缸容量，由於上述條件b)的緣故，這些缸容量是穩定的。在組合其它初級馬達而不是第一初級馬達的缸容量的基礎上，通過加上或者減去第一初級馬達的缸容量(或者如果第一初級馬達為非活動，則不加減任何容量)而得到缸容量。根據本發明的馬達的實施例，控制系統適於以這種方式操縱分配閥使初級馬達中的一個、兩個……直至全部初級馬達在「驅動」、「反向」或者「非活動」模式下操作，該操作與施加於其它初級馬達的指令相獨立地執行。有利的是，由於馬達的這種操作模式引出的組合可能性，以及依照初級馬達的數量的不同，控制系統能夠在所述三個操作模式下操作，則馬達具有較寬的缸容量範圍。在任何時刻，馬達的總的缸容量等於「驅動」初級馬達的缸容量的和減去「反向」初級馬達的缸容量的和。有利的是，具有η個初級馬達的馬達因此能夠具有多達((3η-1)/2)種不同的活動的操作缸容量(其取決於每個初級馬達的單獨的缸容量)，由此賦予了較高的操作機動性。最後，應注意的是，在本發明的範圍內，至少在某些時候，馬達能被用作制動裝置，這等於將馬達作為泵使用。優選地，控制系統只控制處於這些工況(例如以上說明的那些工況)的馬達。在這些工況中，對於馬達的每個缸，當該缸經過基本上面向凸輪的頂部死點或底部死點(即分別為活塞被展開到最大程度的點以及活塞被展開到最小程度的點)時，與其關聯的分配閥的位置發生改變。在這些點(位置)處，活塞的速度基本為零；由此，使缸內壓力的變化平穩地進行，而不會吸入流體並且不會使機械應力過大；因此，避免了缸和活塞的振動和過早磨損。當然，按要點C)所指定的方式控制分配閥，可能存在能夠在指令中適用的相位提前或者延遲，從而使得用以改變閥的位置的指令能夠暫時相對於經過接觸凸輪的頂部死點或底部死點的滾子(roller)稍微偏移，在該死點處閥位置的改變被依時間預設(schedule)，以便減少閥改變指令與閥的完全改變之間的響應時間。最後，由於無論凸輪相對於缸體的角位置如何，以及無論活動的初級馬達的數量如何，每個初級馬達均適於提供轉矩，即轉矩施加到馬達的輸出構件，各初級馬達傳遞的力是連續的而不是集中於每次循環的一小段時間間隔內。因此，在操作期間，各個初級馬達傳遞到馬達的機架的力是連續的，由此在操作期間有助於馬達的穩定性。控制系統能夠考慮多種信息以便建立指令首先是由安裝有該馬達的車輛的駕駛員發送的指令；其次是由例如流速傳感器、壓力傳感器等多種傳感器發送到控制系統的信肩、ο在本發明的馬達中，依照其配置的不同來運行馬達，由分配限定成各種不同的初級馬達。考慮這一配置，控制系統在多種操作狀態下操作馬達(即初級馬達)。特別地，以下兩種特別的液壓馬達的配置可由控制系統管理在第一實施例中，當馬達處於所述工況時，限定單一一組瓣，使得每個初級馬達包括凸輪的所有瓣。在這種情形下，初級馬達能夠通過成組聚在一起的缸而彼此區分這種初級馬達被稱為「通過缸的(by-cylinder)」初級馬達。在第二實施例中，當所述馬達處於所述工況時，限定單一一組缸，使得每個初級馬達包括所有的缸。在這種情形下，初級馬達能夠通過成組聚在一起的瓣而彼此區分這種初級馬達被稱為「通過瓣的(by-lobe)」初級馬達。本發明的馬達的這兩個實施例可以簡化初級馬達的控制，從而簡化控制系統。在一個實施例中，馬達具有內凸輪。有利的是，缸在凸輪外的布置可以構成用於分配閥的足夠的空間。然而，該馬達也可以是外凸輪馬達。在一個實施例中，凸輪是旋轉凸輪，且缸體是定子缸體。由於缸以及該缸所包括的分配閥的相對複雜性，凸輪和缸體的這種布置增加了馬達的可靠性。在一個實施例中，第一初級馬達的缸容量不同於、但優選為接近其它初級馬達的缸容量。與第一馬達的缸容量等於其它初級馬達的缸容量的情況相比，該布置可以增加缸容量的數量。還應注意到，當兩個初級馬達具有彼此接近的缸容量時，它們被反向地使用，即一個馬達為活動的而另一個則相反，這兩個初級馬達有利地具有很高的最大-最小比，而不必使初級馬達的最小缸容量特別小。可通過多種不同方式來實現以初級馬達的各自缸容量不同的方式設置初級馬達通過使「通過瓣的」初級馬達之間具有不同數量的瓣；通過使「通過缸的」初級馬達之間具有不同數量的缸；通過使「通過瓣的」初級馬達之間具有不同深度的凸輪瓣由此，活塞的衝程依照其所作用的瓣的不同而變化，並且與該瓣關聯的缸依賴於該瓣而變化；或者通過使「通過缸的」初級馬達之間具有不同的缸容量，並且特別是對於相同衝程(凸輪的頂部死點與底部死點之間的相同運動)而移動不同體積的流體的那些缸因此，所述缸的缸容量被限定為不同。在本發明的一實施例中，控制系統包括賦活表(activationtable)，該賦活表依照期望的缸容量的不同來指示並且可以確定不同初級馬達的操作模式，每個操作模式是從驅動、反向和非活動中選擇的。該迴路的總的缸容量是通過分別加上或減去處於驅動模式或反向模式的缸容量而獲得。例如，通過考慮具有缸容量分別為Cyll和Cyl2的兩個子馬達的馬達，能夠更好地理解該賦活表的目的。該馬達的缸容量的數量由如下的賦活表來表示權利要求1.一種液壓馬達(10)，其具有多個徑向活塞，並包括缸體(12)，所述缸體中的每個缸(14)具有一腔室(16)，活塞(18)被安裝在所述腔室內以進行滑動；凸輪(20)，每個所述活塞能夠對所述凸輪施加壓力以便產生轉矩，所述凸輪00)具有至少兩個瓣(36)，每個瓣具有一上升斜面(36』)和一下降斜面(36〃)，所述缸體安裝為相對於所述凸輪00)旋轉；至少兩個主管道06二8)，所述馬達能夠經由所述至少兩個主管道接納或發送流體；流體分配器(30)，用於將流體從所述主管道分配到所述缸，所述分配器針對每個缸而包括一分配閥(32，13，所述分配閥適於將所述缸的腔室連接到所述主管道中的一個或另一個，以便使流體能夠進入或離開所述腔室；以及控制系統，用於控制所述分配閥(32，132)，所述控制系統包括用於感測所述凸輪(34)相對於所述缸體的角位置的角位置傳感器；所述馬達的特徵在於a)所述馬達包括至少兩個初級馬達；b)所述控制系統適於按所述馬達具有多個工況的方式操作所述分配閥，在所述工況中，在每個初級馬達中，使每個所述缸在所述上升斜面上與第一主管道連通而在所述下降斜面上與第二主管道連通，所述第二主管道與所述第一主管道不同或相同，基於由所述角位置傳感器提供的信息，這些連通的任何改變均在所述缸經過基本上面向頂部死點或底部死點時發生；以及c)當所述馬達處於所述工況的第一工況時，第一初級馬達驅動，並且當所述馬達處於所述工況的第二工況時，所述第一初級馬達為非活動或反向操作，所述控制系統在所述第一工況和第二工況中以同樣的方式操作所述液壓馬達的其餘部分。2.根據權利要求1所述的液壓馬達，其中當所述馬達處於所述工況時，以每個初級馬達(70，72，74)包括所述凸輪的所有的瓣的方式限定單一一組瓣06)。3.根據權利要求1所述的液壓馬達，其中當所述馬達處於所述工況中時，以每個初級馬達(50，52，54)包括所有的缸的方式限定單一一組缸。4.根據權利要求1至3中任一項所述的液壓馬達，其中所述第一初級馬達具有的缸容量與另一初級馬達的缸容量不同。5.根據權利要求1至4中任一項所述的液壓馬達，其中所述控制系統包括賦活表，所述賦活表依照期望的缸容量來進行指示並且能夠確定不同初級馬達的操作模式，每個操作模式是從驅動、反向和非活動中選擇的。6.根據權利要求1至5中任一項所述的液壓馬達，其中所述控制系統適於至少依照所述馬達的轉動速度和發送到所述馬達的速度或加速度設定值而以預定的順序自動地影響多個缸容量變化。7.根據權利要求1至6中任一項所述的液壓馬達，其中當所述馬達處於所述工況的其中之一時，所述控制系統(34)適於以使兩個初級馬達沿相反方向施加轉矩的方式操作所述分配閥(32，132)。8.根據權利要求1至7中任一項所述的液壓馬達，其中所述初級馬達(70，72，74；50,52，54)是恆速馬達。9.根據權利要求1至8中任一項所述的液壓馬達，其中對於至少一個初級馬達，所述流體分配器具有適於將所述初級馬達以連續方式連接到所述主管道的非活動裝置，所述主管道的壓力是從所述主管道的較低壓力和較高壓力中選擇的。10.根據權利要求9所述的液壓馬達，其中所述非活動裝置包括用於檢測所述馬達的旋轉方向的裝置，而選擇的所述壓力是依照所述馬達的旋轉方向以及施加於所述馬達的速度指令或加速度指令的方向來選擇的。11.根據權利要求1至10中任一項所述的液壓馬達，其中對於至少一個初級馬達，所述活塞適於被縮回，以使其與所述凸輪分離。12.根據權利要求1至11中任一項所述的液壓馬達，其中當所述馬達處於所述工況時，所述控制系統(34)適於以使所述馬達的輸出構件的旋轉方向顛倒而同時不使輸入及輸出到所述馬達的流體所沿循的輸入及輸出方向顛倒的方式來操作所述分配閥(32，132)。13.根據權利要求1至12中任一項所述的液壓馬達，其中當所述馬達處於所述工況時，在使流體輸入和輸出通過所述馬達所沿循的輸入及輸出方向顛倒的期間，所述控制系統(34)適於以維持所述馬達的輸出構件的旋轉方向不變的方式操作所述分配閥(32，132)。14.根據權利要求1至13中任一項所述的液壓馬達，其中所述流體分配器(30)被設置為沿旋轉軸線與所述缸體(12)基本上處於同一平面。15.一種液壓迴路Q00，500，600)，包括根據權利要求1至14中任一項所述的至少一個第一馬達，聯接到用於使車輛移動的第一運動構件；以及至少一個第二馬達，聯接到用於移動車輛的第二運動構件；所述第一馬達的控制系統適於引起所述第一馬達以及進而所述第一運動構件相對於所述第二運動構件的速度和方向以不同的速度或以相反方向旋轉。16.一種液壓迴路(500)，包括根據權利要求1至14中任一項所述的至少一個馬達以及連接到所述馬達的兩個主管道06，觀；514，516)的至少兩個蓄壓器(202，204;510，512)；所述馬達包括兩個第一主管道(516)，連接到所述兩個蓄壓器(510，512)；兩個第二主管道(514)，連接到一加壓流體源的主孔口而非所述蓄壓器，例如連接到泵(502)；至少一個初級馬達(508)構成的第一初級馬達組，其分配閥適於將所述第一初級馬達組的所述至少一個初級馬達的缸連接到所述第一主管道(516)；以及至少一個初級馬達(506)構成的第二初級馬達組，其分配閥適於將所述第二初級馬達組的所述至少一個初級馬達的缸連接到所述第二主管道(514)。17.一種具有徑向活塞的液壓馬達(10)的控制方法，所述馬達包括缸體(12)，所述缸體中的每個缸(14)具有一腔室(16)，活塞(18)被安裝在所述腔室內以進行滑動；凸輪(20)，每個所述活塞能夠對所述凸輪施加壓力以便產生轉矩，所述凸輪00)具有至少兩個瓣(36)，每個瓣具有一上升斜面(36』)和一下降斜面(36〃)，所述缸體安裝為相對於所述凸輪00)旋轉；至少兩個主管道06二8)，所述馬達能夠經由所述至少兩個主管道接納或發送流體；流體分配器(30)，用於將流體從所述主管道分配到所述缸，所述分配器針對每個缸而包括一分配閥(32，13，所述分配閥適於將所述缸的腔室連接到所述主管道中的一個或另一個，以便使流體能夠進入或離開所述腔室；以及控制系統，用於控制所述分配閥(32，132)，所述控制系統包括用於感測所述凸輪(34)相對於所述缸體的角位置的角位置傳感器；所述方法的特徵在於利用包括至少兩個初級馬達的馬達；藉助所述分配閥使所述馬達至少在第一操作工況和第二操作工況下被操作；在每個所述工況中，在每個初級馬達中，每個所述缸在所述上升斜面上與第一主管道連通而在所述下降斜面上與第二主管道連通，所述第二主管道與所述第一主管道不同或相同，基於所述角位置傳感器提供的信息，這些連通的任何改變均在所述缸經過基本上面向頂部死點或底部死點時發生；在第一工況下，第一初級馬達驅動；而在第二工況下，第一初級馬達為非活動或反向操作；所述控制系統在所述第一工況和第二工況下以同樣的方式操作所述液壓馬達的其餘部分。全文摘要一種具有徑向活塞的液壓馬達(10)，該液壓馬達具有缸體(12)、兩個主通道(26，28)、流體分配器(30)、每個缸配備一個的分配閥(32)以及用於控制這些分配閥(32)的控制系統(34)。該馬達具有至少兩個單元馬達並且能夠在不同工況下運行，其中在各個缸的每個單元馬達中，每個缸在上升斜面上連接到第一主通道，第一單元馬達在第一工況中作為馬達並且在第二工況中為非活動或反向操作，控制系統在這兩個工況中以同樣的方式操控液壓馬達的其餘部分。液壓迴路包括所述馬達。本發明還涉及一種用於這種馬達的控制方法。文檔編號F03C1/247GK102341594SQ200980157738公開日2012年2月1日申請日期2009年12月30日優先權日2008年12月31日發明者吉勒·勒邁爾,紀堯姆·沙裡耶,讓-皮埃爾·蘇普利申請人:波克蘭液壓工業設備公司