专利名称：齿轮转子马达和其专用的停车锁定装置的制作方法
本申请是目前正在审查的下述美国专利申请第783,489号的部分继续申请，美国专利申请第783489号的申请日为1997年1月14日，其申请人为Barun Acharya，Gary R.Kassen与Scott E.Yakimow，其发明名称为“齿轮转子马达和其专用的停车锁定装置”。
本发明涉及旋转式流体压力装置，本发明特别涉及下述的装置，该装置包括具有齿轮转子齿轮组的流体移动机构。
虽然本发明可包含于用作泵的齿轮转子式装置中，但是本发明特别适用于具有较低速度，具有较高转矩的齿轮转子马达，并且结合此方面对本发明进行描述。
多年来，本发明的受让人和其它人制作和在市场上销售了多种齿轮转子马达，其包括马达阀，该阀设置于齿轮转子齿轮组的“前侧”(即朝向马达的输出轴端部)，因此除了端盖以外，其包括设置于齿轮转子齿轮组的“后侧”的槽。本发明特别适用于上述类型的齿轮转子马达，并且结合此方面对本发明进行描述。
在具有较低速度，具有较高转矩的齿轮转子马达的许多车辆场合，需要使该马达具有某种停止制动器，或停车锁定装置，最好采用术语“锁定装置”，这是因为仅仅在车辆停止后该停车锁定装置才啮合。换言之，上述停车锁定装置不应是动态的制动器，该动态的制动器是在车辆运动时啮合的，从而使车辆停止。
许多年来，本领域的普通人员对将制动器和锁定装置设置于齿轮转子马达中这方面进行了尝试。US3616882和US4981423号专利对这种装置的实例进行了描述，并以附图方式进行了说明。在US3616882号专利所描述的装置中，制动部件靠近齿轮转子星形件的前端设置，并且在流体压力作用下与该前端以摩擦方式啮合。考虑到间隙的变化等方面，上述结构具有一定的性能不可预测性。上述结构还要求对马达的前支承外壳和耐磨板进行较大的重新设计。在US4981423号专利所描述的装置中，设置有多盘制动组件，该制动组件为“弹簧作用的、压力释放”式。US4981423号专利所描述的结构还要求基本对整个前支承外壳进行重新设计，另外会导致较大的支承外壳。此外，上述盘组件通过键与输出轴相配合，因此其必须能够将马达的最大输出转矩锁定或固定，这样就必须增加盘，弹簧，以及作用/释放活塞的尺寸。
在US4597476号专利中对停车锁定装置的另一结构进行了描述，并以附图方式进行了说明，该专利的受让人为本发明的受让人，在这里引用该专利仅供参考之用。在该专利中，锁定机构包括滚轮，该滚轮从其正常的内缩位置移动到锁定位置，该内缩位置允许齿轮转子星形件进行正常的沿轨道的运动，该滚轮至少局部地设置于齿轮转子齿轮组中的一个体积腔内，因此可避免星形件沿轨道正常运动。虽然该专利所描述的装置具有基本令人满意的锁定功能，其可使上述部件与星形件相啮合，一般人们认为该装置是不合需要的，该机构要求对齿轮转子环形件进行较大的重新设计，而锁定驱动件位于该环形件中。
作为本发明的受让人还知道一种停车锁定装置，虽然该装置或许不为公众所知，在该装置中弹簧作用的、压力释放活塞设置于端盖中，该活塞包括柱状锁定部件，该部件接纳于位于沿轨道运动和旋转的八字形(dogbone)轴的端部中的柱状孔内部。虽然上述的装置的功能可基本实现，但是其具有两个重要的缺点。第一点，由于上述锁定部件与八字形轴所形成的孔相配合，这样其直径不得不很小，其具有相对有限的转矩能力。第二点，在荷载作用下位于柱状孔内部的柱状锁定部件基本不能与锁定部件脱开。
因此，本发明的目的在于提供一种包括停车锁定装置的齿轮转子马达，其可克服上述已有技术中的缺点。
本发明的更为具体的目的是提供一种齿轮转子马达用的停车锁定装置，其无需对齿轮转子齿轮组进行重新设计，或无需马达中的设置于齿轮转子齿轮组的前侧的部分。
本发明的另一目的在于提供一种停车锁定装置，其位于这样的位置，从而无需锁定，或保持马达的最大输出转矩。
本发明的还一目的在于提供一种停车锁定装置，其无需通过锁定部件与齿轮转子星形件的外部形状(profile)相啮合。
本发明的上述目的和其它目的是通过设置下述的旋转式流体压力装置来实现的，该装置包括外壳，该外壳形成流体入口和流体出口。上述装置包括旋转式流体移动机构，该机构包括内部呈齿状的环形件和外部呈齿状的星形件，该星形件以偏心的方式设置于环形件内部以便可相对其沿轨道运动。上述环形件和星形件中的一个进行旋转运动，上述星形件形成中心孔。上述环形件和星形件中的齿部相互啮合从而对应于沿轨道的运动和旋转，形成体积扩大腔和体积收缩腔。阀，该阀与上述外壳相配合从而使上述入口与上述体积扩大腔连通，使上述体积收缩腔与上述出口连通。上述装置包括轴，以及在工作时可将上进行旋转的部件产生的转矩转递给该轴的部件；端盖组件，其设置于上述流体移动机构的后侧，并紧靠该流体移动机构。
该装置的特征在于上述端盖组件形成内腔。在该内腔中设置有锁定活塞，其包括在上述锁定活塞前侧延伸的锁定部分。上述锁定活塞可在第一内缩位置，和第二位置之间移动，在该第二位置上述锁定部分与星形件的中心孔相啮合以避免星形件沿轨道运动。
按照本发明的另一方面，上述装置的特征在于上述星形件中的中心孔由嵌入件形成，该嵌入件接纳于上述星形件中，并随该星形件沿轨道运行，随着锁定活塞在第一和第二位置之间的移动，上述锁定活塞中的锁定部分基本位于由该嵌入件形成的中心孔内。
图1为包括本发明的停车锁定机构的齿轮转子马达的，经放大的轴向剖面图；图2为与图1类似的，经放大的局部轴向剖面图，该图表示处于内缩的，或未啮合位置的本发明的停车锁定机构；图3为沿图3中的3-3线剖开的，基本采用相同比例的横向平面图；图4为与图2类似的，经放大的局部轴向剖面图，该图表示处于啮合位置的本发明的另一实施例。
参照附图，该附图不应构成对本发明的限定，图1为下述类型的具有较低速度，较高扭矩的齿轮转子马达，对于该类型的马达，本发明的停车锁定机构特别适合。图1所示的齿轮转子马达可为在US4592704号专利中所描述和以图示说明的一般类型，该专利的受让人为本发明的受让人，在这里该专利是作为参考而引用的。
图1所示的齿轮转子马达包括阀室部11，阀板13，流体能量转移移动机构15，该机构在本实施例中为滚轮齿轮转子齿轮组。该马达具有前端盖17和后端盖21，该前端盖17通过多个螺栓19以完全密封的方式与上述阀室部11相啮合，上述后端盖21通过多个螺栓23以完全密封的方式与该滚轮齿轮转子齿轮组15相啮合。
上述阀室部11包括流体入口25和流体出口27，它们仅仅在图1中以示意方式示出。本领域的普通技术人员可知道，可将上述口25和27相互调换，从而使马达的操作方向反转。
参照图3并结合图1，滚轮齿轮转子齿轮组15包括内部呈齿状的环形件29和外部呈齿状的星形件31，上述螺栓23穿个该环形件29(图1中仅仅示出一个螺栓23)。环形件29中的内部齿由多个柱状滚轮33构成，这一点在本技术领域已属公知技术。环形件29中的齿33与星形件31中的外部齿相互啮合从而形成多个体积扩大腔35，以及多个体积收缩腔37，这一点在本技术领域也属公知技术。
上述阀室部11形成滑阀孔39，在该滑阀孔39中以可旋转的方式设置有滑阀41。输出轴43与滑阀41成整体连接，在图1中仅仅示出该输出轴43的局部。孔45与体积扩大腔35和体积收缩腔37连通，该孔45形成于阀板13中，轴向通道47与每个孔45连通，该轴向通道47形成于阀腔部11中。每个轴向通道47通过孔49与滑阀孔39相连通。上述阀室部11还形成流体通道25p和27p，该通道分别使滑阀孔39，入口25和出口27连通。
在中空的柱状滑阀41内部设置有主驱动轴51，该轴一般称为“八字形”轴。滑阀41形成一系列的直内部键53，而星形件31形成一系列的直内部键55。上述驱动轴51形成一系列的外部冠形键57和一系列的外部冠形键59，该键57与上述直内部键53相啮合，该键59与上述直内部键55相啮合。因此，星形件沿轨道的运动和旋转运动通过“八字形”轴51转换为输出轴43的纯旋转运动，这一点在本领域也属公知技术。
上述滑阀41形成环形槽61，该槽61通过通道25p与入口25保持持续的连通。同样，上述滑阀41形成环形槽63，其通过通道27p与出口27保持持续的连通。该滑阀41还形成多个轴向槽65和多个轴向槽67，轴向槽65与上述环形槽61连通，而轴向槽67与环形槽63连通。上述轴向槽65和67经常还称为供给(feed)槽，或定时(timing)槽。正如本领域的普通技术人员所熟知的，轴向槽65使环形槽61和孔49连通，该轴向槽65设置于齿轮转子齿轮组15的偏心线的一侧，而轴向槽67使环形槽63和孔49连通，该轴向槽67位于偏心线的另一侧。随着滑阀41的旋转，轴向槽65和67与孔49之间的阀作用的方向转换，这一点是本领域的公知技术，故不在这里作进一步的描述。
到目前所描述的上述马达中的上述部分一般是普通的类型。下面仍主要参照图1，对本发明的停车锁定机构进行描述。后端盖21形成较大的后内腔71，以及较小的前内腔73。在本实施例中，上述腔71和73均基本呈柱状。在腔71的内部设置有基本呈柱状的锁定活塞75，该活塞75包括密封环77，该密封环77设置于其外缘，并与腔71的内表面相啮合。该锁定活塞75包括前柱状锁定部分79，该部分79最好与内腔73紧密配合。
内腔71设置于活塞75的后方，该内腔71包括环形槽，在该环形槽内部压靠有搭扣环81，该搭扣环81用作抗磨环83的固定件。在活塞75和抗磨环83之间沿轴向设置有成对的膜片式弹簧垫片85和87，该垫片沿朝前的方向(图1中向左侧)将活塞75朝向啮合位置推压。
再次参照图3并结合图1，星形件31朝向后端形成中心孔89，在本实施例中，在内部键55的后端处该孔89为呈截头锥状的孔。锁定部分79的前端设置有斜切部91，最好该斜切部91的倾斜角度基本于上述截头锥状的中心孔89的锥角相等，其原因将在后面进行更为具体的描述。
盖板21上形成有压力孔93，该压力孔93用于接收压力信号95，将该信号通过轴向通道97传递给压力腔99，该压力腔99位于活塞75的前面和端盖21的相邻横向面101之间。如图2清楚地所示，当适合的压力信号95和腔99连通时，作用于锁定活塞75上的轴向力克服膜片式弹簧垫片85和87的偏压力，使垫片85和87移动到图2所示的受压位置，使锁定活塞移动到其内缩位置，在该位置锁定部分79中的斜切部91与星形件31的中心孔89脱开。当锁定活塞75处于图2所示的内缩，或脱开位置时，星形件31可按照正常方式沿轨道运动和旋转。因此，在锁定部分79的内缩(脱开)位置，随着星形件31沿轨道运动和旋转，斜切部91不与孔89(也参照图3)对准，而仅仅在星形件31的、沿轨道运动和旋转的一点处，即图1所示的位置上述两者相互对准。
当腔99中的流体压力释放，或泄放时，膜片式弹簧垫片的偏压力使锁定活塞75向前移动，一般斜切部91的前横向面与星形件31的后面相啮合，并随着该星形件31沿轨道运动和旋转而与其滑动配合。在星形件31沿轨道运动足够量从而中心孔89的轴线与前内腔73轴线重合(星形件31运动一圈出现一次)时，则活塞75向前移动到图1所示的啮合位置，而斜切部91与中心孔89相接合，因此，将星形件31锁定，并防止其进一步沿轨道运动和旋转。
本发明的上述实施例是采用压力孔93克服膜片式弹簧垫片85和87的偏压力，使活塞75移动到图2所示的脱开位置。对于该实施例，该马达的腔排放(case drain)区域(即八字形轴51周围的区域)仍处于较低的压力，从而当压力信号95不连续，或受阻时，腔99内的压力会通过腔73和锁定部分79的外表面之间的空隙朝向腔排放区域降低。按照上述方式，活塞75不直接移动到啮合位置。反之，在腔99内的压力足够低，从而为膜片式弹簧垫片85和87所克服之前会经历预定的时间。锁定部分79的重新啮合的时间可仅仅通过腔73和锁定部分79之间的空隙来控制，或可形成槽或螺旋槽口(比如在锁定部分79的外表面上)以便使腔99与腔排放区域连通。本领域的普通技术人员容易知道，空隙，槽或槽口的流通面积决定重新啮合的时间。
作为替换方式，可取消口98，可通过对腔排放区域中的压力进行控制的方式，对锁定部分79的啮合进行控制。比如，在本实施例中，腔排放区域内的150psi，或更大的压力足够大从而使锁定部分79脱开，在该场合，腔73和锁定部分79之间的空隙，槽或槽口具有这样的尺寸，从而可在腔排放压力低于150psi.后，经过预定时间使锁定部分重新啮合。
本发明的一个优点在于可从马达的外侧触及锁定活塞75。当车辆液压系统不工作时，没有使活塞75移动到脱开位置的压力信号95，从而锁定部分79在口93处无液压的条件下处于图1所示的啮合位置。在该条件下，如果需要牵引该车辆，则锁定活塞75的可接触性指其没有适合以手动方式实现锁定活塞75锐开，即以手动方式使锁定活塞移动到图2所示的内缩位置的某种部件，把手，或其它结构。
下面主要参照图4，对本发明的另一实施例进行描述，在该实施例中，相同的标号表示相同的部件，与图1～3的实施例相比较，新的部件，或改进较大的部件采用“110”以上的标号。
图4所示的实施例包括后端盖组件111。该组件111包括端盖部件113，与第一实施例相同，其通过螺栓23与马达的剩余部分固定。该部件113外套有柱状外壳115，柱状活塞117可沿轴向在该外壳115内部滑动。该端盖部件113和活塞117的外径处的表面与外壳115保持密封，从而在它们之间形成压力腔119，该腔119中的流体压力在工作时反抗膜片式弹簧垫片121组件的弹力而将活塞117压向图4的右侧。该垫片121通过固定件123而保持在图中所示的位置，并接纳于外壳115的右手端，固定件123包括橡胶片124，其内侧部分接纳于活塞117的、具有较小直径的部分上，以便于其随活塞117移动。
在本实施例中，星形件31的内径的、图4所示的右端形成镗孔，嵌入件125设置于该镗孔中。上述嵌入件125形成基本呈截头锥状的中心孔127。端盖部件113的相邻面形成凹部129，其直径大于嵌入件125的直径，上述两者的差值至少为齿轮转子齿轮组15的偏心距的两倍，因此可使嵌入件125随着星形件31沿轨道的运动和旋转，而在凹部129内部沿轨道运动和旋转。上述嵌入件125最好由硬化钢制成，其可以松动配合的方式接纳于星形件的镗孔内，因为其约束于上述凹部129内。
端盖部件113形成基本位于中心的孔131，该孔的轴线按照齿轮转子齿轮组15的偏心距与马达的轴线错开，其原因将在后面进行描述。在上述孔131内设置有锁定活塞133，该锁定活塞133包括前锁定部分135，当活塞133位于图4所示的啮合位置时，该锁定部分135按照面与面的方式，与中心孔127相配合。活塞133的后端(图4中的右端)包括直径较小的部分，该部分形成凸缘137，该凸缘137嵌入，并且限制在形成于活塞117中的侧凹部(undercut)中。其结果是，强迫活塞133沿两个方向随活塞117按照轴向移动。
当腔119内的流体压力相对较低时，与前面所描述的方式基本相同，垫片121组件推压活塞117和113至图4所示的啮合位置，而锁定部分135与开口127相啮合，并且防止星形件31沿轨道运动和旋转。应注意到，在本说明书后面部分和后附的权利要求书中所提到的“锁定活塞与星形件31的‘中心孔’相啮合”应理解为，并包括下述的含义，该含义在图1～3的实施例中指与星形件直接啮合，或在图4的实施例中指与单独的嵌入件啮合。
为了使上述锁定机构脱开，正如前面的实施例中所描述的那样，具有较高压力的流体引入到腔119中，该压力足够大从而克服垫片121的偏压力，并使活塞117和133朝向图4右侧移动，而移动到脱开位置。在活塞133的脱开位置，在锁定部分135和中心孔之间未啮合的情况下，锁定部分135也基本位于中心孔127的“内部”，但是其朝向右侧移动足够远，从而允许星形件31进行完整的沿轨道运行和旋转。因此，可知道，图4的实施例的一个优点在于消除了下述情况，即随着星形件沿轨道运动和旋转，锁定活塞与齿轮转子星形件的相邻表面之间的啮合，之后锁定活塞落入星形件中的孔中，在一此情况下这会使星形件和/或锁定活塞靠成的损坏。
本领域的普通技术人员可知道，虽然本实施例包括滑阀，但是本发明并不受这样的情况的限制，本发明可用于具有各种圆盘阀的齿轮转子马达，只要该圆盘阀设置于齿轮转子齿轮组15的前侧，或设置于齿轮转子齿轮组的后侧，但是阀作用沿径向向外足够远，从而上述阀不会对锁定部分79造成干扰。
因此，可知道，本发明提供一种停车锁定装置，其不依靠部件，比如离合器摩擦片之间的摩擦啮合而作用，并且不位于这样的位置，从而需要停车锁定机构保持马达的最大输出转矩。在本实施例中，此时齿轮转子为6/7齿轮转子，防止星形件31沿轨道运动和旋转所需的转矩仅仅为防止输出轴43产生旋转所需的转矩的1/6。其原因对从事齿轮转子齿轮组领域的普通技术人员来说很容易理解。
另外，本发明提供一种停车锁定装置，其不与星形件的外部形状相啮合，因此可避免使该外部形状受到可能发生的损伤，另外其无需对设置于端盖21前侧的马达的任何部分进行较大的重新设计。换言之，本发明的停车锁定装置构成标准马达的可选择的特征，其中唯一的变化是以本说明书附图中所示的端盖21取代普通的端盖。
最后，本发明的停车锁定机构提供一种锁定部件，相对马达的其它部件，该锁定部件的直径足够大，从而其有很容易具有足够大的转矩和承载能力。此外，孔89和相配合的斜切部91的截头锥状是这样的，“在荷载作用下”，即甚至在压力流体与体积扩大腔35连通之后，或作用于输出轴43上的外部荷载驱动星形件31的情况下，锁定部分79可脱开。
在本领域的普通技术人员的能力范围内很容易对膜片式弹簧垫片85和87，锁定活塞75的尺寸，信号95的压力等进行选择以便相对马达的额定转矩，获得所需的承载能力，同时仍能够在荷载作用下使锁定活塞75脱开。
在前面的描述中对本发明进行了具体的描述，本领域的普通技术人员很容易在阅读和理解说明书后，对本发明进行各种替换，或改进。只要所有的上述替换方式和改进落入后面所附的权利要求的请求保护范围内，它们应包含于本发明中。
权利要求
1．一种旋转式流体压力装置，其包括外壳，该外壳具有流体入口和流体出口；旋转式流体移动机构，该机构包括内部呈齿状的环形件和外部呈齿状的星形件，该星形件以偏心的方式设置于所述环形件内部以便可相对其沿轨道运动，上述环形件和星形件中的一个进行旋转运动，上述星形件形成中心孔；上述环形件和星形件中的齿部相互啮合从而对应于沿轨道的运动和旋转，形成体积扩大腔和体积收缩腔；阀，该阀与上述外壳相配合从而使上述入口与上述体积扩大腔连通，使上述体积收缩腔与上述出口连通；轴，以及在工作时可将上述进行旋转的部件产生的转矩转递给该轴的部件；端盖组件，其设置于上述流体移动机构的后侧，并紧靠该流体移动机构，其特征在于(a)上述端盖组件形成内腔；(b)在该内腔中设置有锁定活塞，其包括在上述锁定活塞前侧延伸的锁定部分；(c)上述锁定活塞可在第一内缩位置，和第二位置之间移动，在该第二位置上述锁定部分与星形件的中心孔相啮合以避免星形件沿轨道运动。
2．根据权利要求1所述的旋转式流体压力装置，其特征在于上述星形件中的中心孔基本呈截头圆锥形，上述锁定部分包括斜切部。
3．根据权利要求1所述旋转式流体压力装置，其特征在于上述端盖组件形成柱状孔，该孔接纳和支承在第一和第二位置之间进行轴向移动的上述锁定部分，在上述星形件沿轨道的运动中的一点处上述柱状孔基本与星形件的中心孔对准。
4．根据权利要求1所述旋转式流体压力装置，其特征在于在上述内腔中设置有弹簧，该弹簧在工作时可使锁定活塞朝向第二位置向前移动，在该第二位置该锁定部分与上述星形件的中心孔相啮合。
5．根据权利要求4所述旋转式流体压力装置，其特征在于上述锁定活塞整体形成流体压力腔，该腔在工作时可在其中出现流体压力时，向后朝向第一内缩位置推压锁定活塞。
6．根据权利要求5所述旋转式流体压力装置，，其特征在于上述端盖组件形成流体口，该口与上述流体压力腔连通，其用于与压力信号源保持连通。
7．根据权利要求5所述旋转式流体压力装置，其特征在于上述外壳，上述阀，以及上述流体移动机构共同形成腔排放(casedrain)区域，该区域与腔排放管连通，上述流体压力腔与上述腔排放区域保持有限的连通。
8．根据权利要求1所述旋转式流体压力装置，其特征在于上述星形件的中心孔由嵌入件形成，该嵌入件接纳于上述星形件中，并随该星形件沿轨道运动，随着锁定活塞在第一和第二位置之间的移动，上述锁定活塞中的锁定部分基本位于由该嵌入件形成的中心孔内。
全文摘要
一种流体压力马达包括齿轮转子齿轮组,该齿轮组包括沿轨道运动和旋转的星形件。该马达包括阀和端盖,该阀设置于该齿轮转子齿轮组的前侧,端盖设置于齿轮转子齿轮组的后侧。星形件后端形成中心孔,中心孔可由单独的嵌入件形成。锁定活塞位于端盖组合内部,一对膜片式弹簧垫片将该锁定活塞朝向啮合位置推压,在该啮合位置锁定部分具有斜切部,该斜切部与星形件的中心孔相啮合,因此可避免星形件作任何的沿轨道的运动,并用作停车锁定机构。
文档编号F04C15/00GK1215810SQ98107958
公开日1999年5月5日 申请日期1998年5月7日 优先权日1997年10月24日
发明者巴朗·阿查里亚, 加里·罗杰·卡森, 斯科特·爱德华·亚基莫 申请人:尹顿公司