本发明涉及旋转式流体压力装置，在这种装置中回转齿轮组用作流体排量机构，更具体来说，本发明涉及的这种装置设有多速度比能力。

虽然本发明的技术内容可应用于具有非回转齿轮式的流体排量机构的装置，如凸轮瓣式装置，但是本发明特别适用于回转齿轮式装置，并将结合这种装置进行描述。
使用回转齿轮组的装置可用于多种应用场合，最常见的一种是将这种装置用作低转速高转矩(LSHT)马达。高转速低转矩马达的一个常见的应用是车辆动力装置，其中车辆包括向一对回转齿轮马达提供加压流体的发动机驱动泵，每个马达与驱动轮之一配合工作。本专业技术人员知道，许多回转齿轮马达采用滚子回转齿轮，特别是在较大的较高转矩的马达上，这种马达使用在推进应用场合，下文中提到“回转齿轮”，其含义包括两种传统的回转齿轮，以及滚子回转齿轮。
近年来，人们期望车辆制造厂商能够提供例如车辆在工地时的低转速高转矩(LSHT)工作方式，以及车辆在工地之间行驶(在路途上)时的高转速低转矩(HSLT)工作方式。一种可能的技术方案已提出一种具有两转速能力的回转齿轮马达。
美国专利第4,480,971号公开了两转速回转齿轮马达，该专利已转让给本发明的受让人，并在本文中用作参考。该专利的装置已经广泛投入商业使用，一般来说，工作还令人满意。本专业技术人员知道，通过设置能够有效地在回转齿轮组的膨胀和收缩流体容积腔之间“再循环(recirculate)”流体的阀门装置，回转齿轮马达可以用作两转速比装置。换言之，如果进口孔道与所有膨胀腔连通，所有收缩腔与出口孔道连通，那么，马达以正常的LSHT方式工作。如果来自收缩腔的一些流体再循环回一些膨胀腔，其结果将是按照HSLT方式工作，该结果就好像是与回转齿轮的排量被减小，但是相同的流体速率通过回转齿轮的结果一样。
虽然商业应用中的两转速回转齿轮马达基本令人满意，但是，这种马达中存在一定的固有局限性。公知的两转速回转齿轮马达的主要局限性涉及可用的转速比。例如，如果马达的排量机构是8/9回转齿轮，其中星形轮具有8个外齿，环形轮具有9个内齿，容积腔中的4个能够再循环，那么，可用转速比是1.0∶1(LSHT)和2.0∶1(HSLT)。
因此，在一般情形中，HSLT方式中的转速比是由容积腔的总数除以“有效的”(active)，即不再循环的容积腔的数目所得之比。为了提供两种不同的马达模式，每种模式具有不同的HSLT比，当采用现有技术时一直必须做到的是，从一种模式向另一种模式，要改变再循环的容积腔的数目，因此至少在马达的一个部分的设计中要做重大改变。
因此，本发明的主要目的是提供一种改进的多转速比装置，其特别适用于回转齿轮马达，这样就使选择HSLT转速比时具有更大的灵活性。
本发明的更为具体的目的是提供一种改进的多转速比装置，它能够实现上述目的而无需为了能够提供具有不同HSLT转速比的不同模式而对马达进行较大的再设计。
现有技术的两转速回转齿轮马达所固有的另一个功能上的局限性就是这种马达实际上局限于两种不同的转速比，即，没有再循环的容积腔的1.0∶1的低转速比和由进行再循环的容积腔的数目确定的HSLT转速比。在车辆的应用中，人们日益认识到需要多于只有两个可用的转速比。
因此，本发明的另一个目的是提供一种改进的多转速比装置，它能实现上述目的，并且进一步具有提供至少一个第三转速比的能力。
最后，本专业技术人员都知道，对许多用液压马达推进的车辆，人们一直期望车辆能够被牵引。但是，为了使车辆被牵引，推进车辆的马达必须能够以“自由轮(free wheel)”方式工作，否则牵引车辆会使马达像泵那样工作，这会使流体过热，并导致马达的损坏。本专业技术人员都知道，当流体过热时，流体就会丧失其润滑能力，这是马达各零件出现损坏的主要原因。
在马达中提供自由轮能力，使车辆能被牵引的一种方式是提供带有旁路特征的推进回路阀门装置。因此，在推进回路阀门装置处于旁路状态时，流体可以通过阀门装置流向或流离马达，但是对于流体流动存相对较小的约束。不幸的是，对传统的推进回路阀门装置增加上述旁路能力，这会显著增加阀门装置的及整个推进回路的总成本和复杂性。
因此，本发明的另一个目的是提供一种具有多转速装置的改进的回转齿轮马达，它可实现上述目的，同时使马达具有自由轮能力，但是并不增加现有技术的方案所需要的推进回路的成本和复杂性。

本发明的上述和其它目的是通过提供一种旋转式流体压力装置实现的，该装置包括一个限定一流体进口孔道和一流体出口孔道的壳体。一个流体压力操纵的排量装置与壳体配合工作，并包括一个第一内齿环形件和一个偏心地设置在第一环形件中的第一外齿星形件，该星形件在第一环形件中作相对的轨道和旋转运动，以便响应于轨道和旋转运动限定多个(N+1)膨胀和收缩的第一流体容积腔。一个换向阀装置与壳体配合工作以提供进口孔道和第一膨胀容积腔之间，以及第一收缩容积腔和出口孔道之间的流体连通。一个轴装置用于传递第一星形件的旋转运动。
这种改进的装置的特征在于：流体压力操纵排量装置包括一个第二内齿环形件和一个偏心地设置在第二环形件中作轨道和旋转运动的第二外齿星形件，从而响应于轨道和旋转运动限定多个(N+1)膨胀和收缩的第二容积腔。该装置包括连接装置，其用于将第二星形件连接于第一星形件，以便与其作共同的轨道和旋转运动。一个选择阀装置与第一和第二环形件配合工作，并且可以在第一低转速位置上工作以形成与每个第一容积腔的流体连通，以及一个第二高转速位置，堵住进、出每个第一容积腔的流体连通，并使每个第二容积腔可与一个流体再循环腔流体连通。
附图说明
图1是包括本发明的多转速比装置的回转齿轮马达的轴向剖视图。
图2是沿图1中2-2线的相同比例的剖视图，表示回转齿轮排量机构。
图3是沿图1中3-3线的比例稍大的剖视图，表示选择阀，该选择阀包括本发明的多转速装置的一部分。
图4是沿图1中4-4线的比例大致相同的剖视图，表示与图3所示的选择阀轴向相邻设置的隔板的平面图。
图5A，5B和5C是穿过本发明的选择阀构件的转至三个不同位置的轴向剖视图，分别表示低转速、高转速和自由轮工作方式。
图6是回转齿轮马达的轴向剖视图，表示本发明的一个替代实施例。

现在参阅附图，这些附图并不是对本发明的限定，图1是包括本发明的多转速比的低转速高转矩回转齿轮马达的轴向剖视图。图1所示的回转齿轮马达可以是美国专利第4,592,704号和第6,062,835号图示及描述的基本类型的，上述两专利已转让给本发明的受让人，并在本说明书中用作参考，并且已由本发明的受让人商业销售。
图1的回转齿轮马达包括一个阀壳体部分11和一个作为流体能量转换排量机构的回转齿轮组13，该回转齿轮组在本实施例中是一个由图2更详细表示的滚子回转齿轮组。一个选择阀15紧邻回转齿轮组13设置，下文将作更详细的描述，与其相邻的是一个隔板17(见图4)，与隔板相邻的是一个作为第二流体能量转换排量机构的回转齿轮组19，该回转齿轮组在本实施例中也是一个滚子回转齿轮组。最后，该马达包括一个后端盖21，马达的从阀壳体部分11至端盖21的所有部分都由多个螺栓23严密的密封接合地固定，在图1和2中只画出一个螺栓，但在图3和4中则画出了全部螺栓。
阀壳体部分11包括一个流体进口孔道25和一个流体出口孔道27，孔道25和27分别使流体连通于一对环形糟29和31，所述环形糟是由壳体部分11限定的。本专业技术人员懂得，孔道25和27可以颠倒，从而使马达的运转逆向。
现在一起参阅图1和2，回转齿轮组13包括一个内齿环形件33，螺栓23穿过该环形件。一个外齿星形件35偏心地设置在环形件33中。环形件33的内齿包括多个圆柱形滚子37，这是在本专业中公知的。环形件33的内齿或滚子37和星形件35的外齿相互啮合以限定多个(N+1)膨胀和收缩的流体容积腔39，其中N是回转齿轮星形件35或65上的外齿的数目的一般标识，这也是本专业中公知的。
阀壳体部分11限定一个滑阀孔41，一个滑阀43可转动地设置在该滑阀孔中与滑阀43整体形成一根输出轴45，该输出轴只在图1中部分画出。本专业技术人员懂得，虽然本发明的本实施例采用滑阀43来进行所需要的换向阀功能，但是，本发明并不局限于此，也可以采用各种其它类型的阀门装置。例如，在本发明的范围内，滑阀43可以由某种形式的圆盘阀替代，其中换向阀功能是在一个横向平面上而不是在滑阀43那样的圆柱面上进行的。
一个由阀壳体部分11限定的轴向孔47与每个容积腔39流体连通，一个开口49与每个孔47流体连通，并通入滑阀孔41。开口49以本专业技术人员所公知的方式首先与环形槽29流体连通，然后与环形槽31流体连通，这是分别先后借助滑阀43中形成的轴向槽51和轴向槽53实现的，这是本专业中公知的。
一根主驱动轴55(通常称为“狗骨(dogbone)”轴)设置在中空的圆筒形滑阀43内。驱动轴55(图2中未画出)具有一个与星形件35的花键连接装置57，同样也具有一个与滑阀43(因而也与输出轴45)的花键连接装置59。因此，星形件35的轨道和旋转运动借助驱动轴55转变成输出轴45的纯转动，这是公知的。
现在再次主要参阅图1和2，应当注意的是，为了本发明的目的，回转齿轮组19基本与回转齿轮组13相同(因而图2实际上可以表示任一个回转齿轮组)。但是，这对本发明并不重要，这一点是本专业技术人员所能够理解的。在本实施例中，回转齿轮组13和19都是6/7回转齿轮，因而限定了多个(N+1)容积腔39，在图2中N+1＝7。因此，本发明重要之处并不在于两个回转齿轮组是相同的，不过这是典型的优选布置，但是，真正重要之处在于两个回转齿轮组13和19的容积腔数目N+1是相同的，从而使两个回转齿轮组的变换阀定时是相同的。
现在再次主要参阅图1，如图所示，第二回转齿轮组19包括一个内齿环形件61，该环形件具有作为内齿的多个滚子63，一个外齿星形件65偏心地设置在环形件61内。环形件61的内齿或滚子63和星形件65的外齿相互啮合，以便按照与第一回转齿轮组13相同的方式限定多个膨胀和收缩容积腔。马达包括一根副驱动轴67(该轴也可称为“狗骨”轴)。驱动轴67具有与星形件35的花键连接装置69，同样也具有与第二星形件65的花键连接装置。因此，驱动轴67用作连接装置，使第一星形件35和第二星形件65具有共同的轨道和旋转运动。
现在主要参阅图3，首先应当注意的是，为了便于图示，图3中省略了副驱动轴67，另外，并不是图3的所有零件都在图1的相同平面上。选择阀部分15包括一个选择阀壳体73，隔板17紧邻壳体73的后表面设置并与其接合。壳体73限定一个基本呈圆筒形的阀腔75，一个可转动的、基本呈圆筒形的选择阀构件77设置在腔75中。由选择阀构件77完成的阀门动作将在下文中详述。
选择阀壳体73也限定一个横向孔79，孔79的左端设有一个管接头81，孔79的右端设有一个管接头83。液压控制(辅助控制)专业的技术人员懂得，管接头81和83将连接于辅助压力源，使辅助压力可选择地连通于孔79的左端或孔79的右端。一对导向活塞85和87设置在横向孔79内，一杆件89轴向设置在活塞85和87之间，该杆件装配在选择阀件77内形成的孔91中。在管接头83和导向活塞87之间设有一压缩螺簧93，因而在管接头81处不存在辅助压力时，杆件89和选择阀件77被偏压至图3所示位置。
当辅助压力通过管接头81连通时，导向活塞85从图3所示位置被向右偏压，从而使杆件89右移至中间位置，使选择阀件77从图3所示位置顺时针方向转动。当辅助压力通过管接头81连通时，从管接头83排泄，导向活塞85被进一步从图3所示位置向右偏压，因而使杆件89向右移动全程，使选择阀件77从图示位置进一步顺时针方向转动。因此，图3所示位置和上述的两个附加位置构成选择阀部分15的三个不同的工作状态，其意义将在下文描述。
现在主要参阅图1，3和4，选择阀壳体73限定多个(N+1)流体通道95，如图1所示，所述流体通道形成在阀的壳体73的前表面上，但轴向向后延伸一个短的矩离，然后径向向内延伸，通入阀腔75。如前所述，N+1是回转齿轮专业中的通用术语，是指在环形件上内齿的数目。因此，在每个第一容积腔39中的流体是通过各自的流体通道95连通的。存在于选择阀件77的外表面处。同样，如图1所示，选择阀壳体73限定多个(N+1)流体通道97，每条流体通道97在一个与有关的流体通道95的开口轴向相邻的位置上通入阀腔75。然后，每条流体通道在阀的壳体73的后表面上通过流体通道101的一个轴向延伸的部分99。按照与每个第一容积腔39与各自流体通道95流体连通相同的方式，每条流体通道101与各自的第二流体容积腔66连通。
现在主要参阅图1，3，5A，5B和5C详细描述选择阀件77。与每对轴向对准的流体通道95和97相邻，选择阀件77限定三个不同的阀门结构，三个阀门结构中与流体通道95和97连通的阀门结构取决于选择阀件77的转动位置，而这又是如前所述由辅助压力的连通所决定的。
选择阀件77限定多个(N+1)轴向长槽103，当选择阀件77处于图1和5A所示的转动位置时，马达以LSHT方式工作。在这种方式中，加压流体从进口孔道25通过一定的轴向孔47连通至膨胀容积腔39。但是，当选择阀件77处于图5A所示的位置时，进入每个膨胀容积腔39的加压流体可以流过相邻的流体通道95，然后流过轴向槽103，然后流过流体通道97和101，流入第二膨胀容积腔66。就马达输出转速与输入流量的比而言，其结果是与好象只有一个回转齿轮组一样，等于齿轮组13和19的总合。
选择阀件77限定多个(N+1)径向孔105(在图3中看不见)。当选择阀件77转至图5B所示的位置时，来自进口孔道25的加压流体经过一定的轴向孔47流入膨胀容积腔39，但是，对每个膨胀容积腔39来说，其各自的流体通道95只连通于阀件77的外圆柱表面，因而没有流体流入或流出容积腔39，只是以通常的方式流过轴向孔47。同时，每个第二容积腔66通过其流体通道101和97与其各自的径向孔105连通，因而现在每个第二容积腔与马达的壳体排泄区域106马达的包围驱动轴55和67的部分敞通地流体连通。即，壳体排泄区域106在下文中及在权利要求书中也可称为“流体再循环区域”，其理由是本专业技术人员理解的。因此，现在马达以HSLT方式工作，在这种方式中，马达的输出转速与输入流量之比显著较大(这是由于只有回转齿轮组13是有效的缘故)。
在本实施例中，只是作为一个实例，由于回转齿轮组13和19在长度上大致相等，因而LSHT转速比是1.0∶1(通常总是这样)，而HSLT转速比为大约2.0∶1。换言之，回转齿轮组13单独的流动容积大约是齿轮组13和19一起的流动容积的一半，因而HSLT方式的转速大约是LSHT方式的转速的二倍。按照本发明的一个重要方面，HSLT转速比只是通过改变回转齿轮组的长度就可以从一种马达型号向另一种型号方便地改变。作为另一实例，如果图1所示的马达由一个轴向长度为齿轮组19的两倍的齿轮组替代齿轮组19，那么，LSHT转速比仍为1.0∶1，但是，HSLT转速比就是3.0∶1，这是由于齿轮组13单独的流动容积为两齿轮组一起的流动容积的大约三分之一的缘故。根据这种原理，几乎任何HSLT转速比都可以被选择，只是受到对于回转齿轮组的最小和最大长度的实际局限性的限制。
仅通过举例来说，第一回转齿轮组13的轴向长度必须长得足以容纳两个花键连接装置57和69，而第二回转齿轮组的长度不必那么长，而不致使马达的总长度过大。但是，在对于齿轮组13和19的长的实际限制范围内，本发明可以在很大的范围内选择HSLT转速比。
选择阀件77也限定多个(N+1)径向孔107(见图3)和109(只在图5C中显示)的孔对。当选择阀件77转至图5C所示位置时，该位置相应于马达的“自由轮”工作方式，每对流体通道95和97分别与其各自的径向孔107和109流体连通。本专业技术人员懂得，当需要以自由轮方式运转马达时，无加压流体与进口孔道25连通，而且无辅助压力连通于管接头81或83，因而压簧93将选择阀件77偏压至图3所示位置。在自由轮工作方式中，第二容积腔66按照在HSLT方式中相同的方式与壳体排泄区域106(流体再循环区域)相对较不受限制地流体连通。但是，在自由轮方式中，第一容积腔39借助有关的流体通道95和径向孔107也与壳体排泄区域106相对不受限制地流体连通。
因此，在自由轮方式中，车辆可以被牵引，当输出轴转动时，星形件35和65作轨道和旋转运动，而流体能够流入流出第一和第二容积腔流体流动受到相对较小的限制。应当注意的是，在自由轮方式中，流体不受输出轴45转动的压迫以流过相对较大限制的换向阀门装置(即滑阀43)，而是所有的流体通过选择阀部分15流入和流出容积腔39和66。由于选择阀门装置中的各流动孔宽畅地敞开，在本发明中，当车辆被牵引时，流体的温度将上升至比流体的正常温度高大约20或30°F，然后在该温度上变平。通过比较，已经观察到，对于现有技术的马达来说，对车辆的较长时间的牵引可能使流体的温度持续上升，直至流体丧失润滑能力，然后，马达就开始磨损，这是马达专业的技术人员熟知的一种现象。
虽然在本说明书中未专门说明，但是，采用本发明的构思提供三转速马达也在本专业技术人员的能力范围之内。为提供三转速马达需要在第二齿轮组19后设置第二选择阀部分，一个第三齿轮组设置在第二选择阀和端盖21之间。当两个选择阀处于图5A所示的位置上时将出现最低的转速。当第一选择阀处于图5A所示位置，且第二选择阀变换至图5B所示位置时出现中等转速。当两个选择阀都变换至图5B所示位置时出现高转速工作方式。最后，当两个选择阀变换至图5C所示位置时出现自由轮方式。
现在主要参阅图6，该图表示本发明的替代实施例，它与主要实施例的区别主要在于流体的流动路径。在对图6的替代实施例的工作的描述中，应当注意的是，相同或相似的零件使用与图1-5所示实施例相同的标记，而新零件使用超过“120”的标号。因此，在图1-5的实施例中，流体流过第一齿轮组13，然后流过选择阀部分15，然后流过第二齿轮组19。在替代实施例中，流体流过选择阀部分15，然后流过(在LSHT方式中)并联的回转齿轮组13和19，或者流过选择阀部分15，然后流过齿轮组13或19，而另一齿轮组与壳体排泄区域106连通。
现在仍主要参阅图6，隔板121和123分别在选择阀部分15的前、后侧上。一选择阀件125设置在部分15中，所述选择阀件限定多个(N+1)流体通道127及多个(N+1)流体通道129，两者都可在图6中看到。流体通道127提供从轴向孔47至第一容积腔39的流体连通，而流体通道129提供从轴向孔47，通过轴向孔131，然后通过在端盖21中形成的径向槽133，流入第二容积腔66的流体连通。当选择阀件125处于图6所示位置时，流体连通于两组容积腔39和66，马达以LSHT方式工作。
如果选择阀件125转至一个只有流体通道127可用的位置时，流体只连通于第一容积腔39，而第二容积腔66连通于壳体排泄区域106，其方式与结合图1至5的实施例所述方式相同。在图6所示的实施例中，当马达从LSHT(转速比为1.0∶1)变换至第二转速(称为“中等转速中等转矩”方式)时，如图6所示，转速比大约为1.1∶1，这是以回转齿轮组13和19的相对长度为基础的。
如果选择阀件125然后转至一个只有流体通道129可用的位置时，流体只与第二容积腔66连通，而第一容积腔39则按照结合图1至5的实施例所述的方式连通于壳体排泄区域106。当马达从第二转速变换至第三转速(HSLT方式)时，也是以齿轮组13和19的相对长度为基础，如图6所示，转速比为大约9.5∶1。因此，采用替代实施例的马达结构可以只借助两个回转齿轮组和一个选择阀部分取得三个转速(加上自由轮)。而且，采用任一个实施例的布置，只通过提供附加回转齿轮组和选择阀部分就可以实现四个转速。
应当注意的是，为了权利要求书的目的，回转齿轮组13或19可以包括所述“第一”或“第二”齿轮组。
本发明的另一显著特征在于，任一个实施例都可以在车辆行驶中从一个转速(一种方式)变换至另一转速，而不必停下车辆以便变速。
在前面的说明中已经详细描述了本发明，据信，本专业技术人员根据阅读和理解说明书完全可以理解本发明的各种修改和变化。本发明包括在权利要求书的范围内的各种修改和变化。