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。

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”。