流体马达和流体泵 |
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| 申请号 | CN201580066958.3 | 申请日 | 2015-12-10 | 公开(公告)号 | CN107002643A | 公开(公告)日 | 2017-08-01 |
| 申请人 | 天才韦洛有限公司; | 发明人 | 特克莱迈克尔·塞布哈图; | ||||
| 摘要 | 一种用于 气动 或液压驱动系统的 流体 机械，所述流体机械能够作为流体 马 达或者流体 泵 工作，包括：至少两个 活塞 组件，每个活塞组件包括活塞装置(110a‑c)，至少两个活塞组件可操作以实现活塞装置(110a‑c)的顺序往复移动；驱动元件(120)，该驱动元件能够绕着轴线旋转，并且提供了至少部分地在轴线径向延伸的环形、波浪状表面(122)，活塞装置(110a‑c)朝着该波浪状表面突起，其中，在工作为流体马达的情况下，活塞装置(110a‑c)布置成至少通过作用在所述波浪状表面(122)上的推动动作而驱动驱动元件(120)绕着轴线旋转，或者在工作为流体泵的情况下，活塞装置(110a‑c)布置成与所述波浪状表面(122)协作，以使得驱动元件的旋转驱动活塞装置(110a‑c)的顺序往复运动。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于气动或液压驱动系统的流体马达，包括： |
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| 说明书全文 | 流体马达和流体泵技术领域背景技术[0002] 结合了流体马达和流体泵的驱动系统是公知的。本发明的目的是提供比公知的流体马达和流体泵均更有效率地操作的流体马达和流体泵。 发明内容[0003] 根据本发明，提供了一种用于气动或液压驱动系统的流体马达，包括：至少两个活塞组件，每个活塞组件包括相应的活塞装置，所述至少两个活塞组件可操作以实现活塞装置的顺序往复移动；驱动元件，该驱动元件能够绕着轴线旋转，并且提供了在轴线径向且绕其连续延伸的表面，活塞装置可突起到该表面上；其中，活塞装置布置成至少通过与所述波浪状表面的协作驱动元件绕着轴线旋转。 [0004] 根据本发明，还提供了一种用于气动或液压驱动系统的流体泵，包括：驱动元件，该驱动元件可绕着轴线旋转，并且提供了至少部分地在轴线径向延伸的环形、波浪状表面，至少两个活塞组件，每个活塞组件包括相应的活塞装置，其中，活塞装置朝着波浪状表面突起，其中，所述至少两个活塞组件布置成协作，以使得：驱动元件绕着轴线的旋转至少通过作用在所述活塞装置上的推动动作驱动活塞装置的顺序往复运动。 [0007] 现在将参考附图通过仅示例性的方式描述本发明的实施方式，其中： [0009] 图2是轮毂组件的侧部分解视图； [0010] 图3是轮毂组件的侧部分解立体视图； [0011] 图4是轮毂组件的横截面视图； [0012] 图5是根据一种实施方式的流体泵的视图； [0013] 图6是流体泵的侧部分解视图； [0014] 图7是流体泵的侧部分解立体视图； [0015] 图8是处于组装形态的流体泵的视图，其中缺少了外部壳体和端板；以及[0016] 图9是处于组装形态的流体泵的横截面视图。 具体实施方式[0017] 全文中，相似的部件由相似的标号来表示。 [0019] 仅出于简便和参考的目的，下文将使用特定术语，不应将特定术语视为限制性的。术语“流体”包含了液体和气体。在液压系统的情况下，该术语应该被认为是大体上不可压缩的可流动材料，例如液体或胶体(例如油)。在气动系统的情况下，该术语应该被认为是气体，通常为惰性气体，例如氮气或空气。“前向方向”是在结合了轮毂组件或驱动轴的自行车在前向方向上移动时，轮毂组件或流体泵的驱动轴转动的旋转角度方向。 [0020] 将要描述的轮毂组件旨在用于自行车中，以驱动自行车的后轮。轮毂组件可以可选地用在自行车的前轮中。结合在轮毂组件中的流体马达具有其他应用。根据一些实施方式的流体马达和/或根据其他实施方式的轮毂组件的应用不限于用在自行车中。例如，一些实施方式可以用在其他类型的交通工具(例如摩托车、小轮摩托车、汽车、重型货车和重型设备)的轮子中。“重型设备”是指执行重型任务的交通工具，尤其是专门设计用于执行建造任务的交通工具，最常见的建造任务包括土方工程操作。实施方式也可以用在期望减小或放大旋转力、或者期望将压力转换成旋转运动的其他液压系统中。 [0021] 参考图1-4，轮毂组件被配置成附接到自行车的框架上。这可以例如通过焊接或者通过能够实现从自行车上快速释放车轮的装置来实现。轮毂组件具有一些相对于框架固定的部件、运动转换机构以及相对于轮毂组件的轴旋转的其他部件。 [0022] 固定部件包括大体上由标号10表示的主结构元件、螺纹螺母12、第一端板14和螺纹端件16。主结构元件10包括圆柱杆18，直径比杆18更大的第一圆柱块部分20a、20b，直径比第一圆柱块20a、20b更大的第二圆柱块部分22，环形阶梯底座部分24，三个框架部分26a-c和第二端板28。主结构元件由单件形成，但是其也可以由多个部件形成并组装在一起。 [0023] 圆柱杆18从轮毂组件的第一侧延伸到第二侧。杆18的第一和第二端延伸成附接到自行车的框架。上述提及的每个圆柱部件将轮毂组件的可旋转部件的旋转轴作为其中心轴。第一块部分具有邻近第二块部分22的部件20a，该部件20a是螺纹的。第二块部分22具有螺纹外表面。 [0024] 每个框架部分26a-c形成圆柱部分，其部分地限定各自的流体室。第二端板28在其中具有三个孔(一个以标号29示出)，每个孔使得外部的容纳流体的管线(未示出)能够与相应的一个室密封连接，从而该室和管线形成流体连通。每条容纳流体的管线连接到压力产生系统，压力产生系统被配置成使得每条容纳流体的管线中的流体往复运动或脉动，并且由此移入和移出相应的室。 [0025] 运动转换机构包括三个活塞30a-c，它们绕着轮毂组件的中心轴以角度间隔隔开。框架部分26a-c所提供的圆柱部分和活塞30a-c被配置成协作，从而每个活塞30a-c可以在相应的一个圆柱部分中往复运动。每个活塞30a-c具有环绕其延伸的环形槽32a-c，唇形密封件31位于环形槽中以防止流体从室中漏出。 [0026] 每个活塞30a-c具有主体和头部端，并且被布置成做平行于中心轴往复移动。该头部端具有三个辊件36a-c，其通过销37而被保持到主体的突起上。辊件中的第一个和第二个均从各个活塞的相应侧开始延伸，并且这些与相应的框架部分26a-c接合以支持其往复移动。框架部分26a-c为每个活塞提供了相应的细长槽38a-c，这些辊件中的第一个延伸到细长槽中以支持活塞平行于轴的往复移动。框架部分26a-c还为每个活塞提供了相应的细长凹陷40a-c，这些辊件中的第二个延伸到细长凹陷中以支持活塞平行于轴的往复移动。框架部分26a-c还在其中具有狭缝39，其得驱动凸轮42能够做旋转运动，这将在下文更详细地描述。 [0027] 运动转换机构还包括大体上由标号42表示的驱动凸轮以及环形轴承组件44。环形轴承组件44安装在阶梯部分24上。阶梯部分24提供了圆柱环形表面，环形轴承组件44坐落在该圆柱环形表面上，从而环形轴承组件44的内表面和阶梯部分的外圆柱表面齐平。阶梯部分24的径向表面防止环形轴承组件44朝着第一圆柱盘28移动超出阶梯部分。螺母12通过螺丝啮合位于第二圆柱块22上，从而防止了环形轴承组件44在其他方向上的侧向移动。“侧向”移动在本文中应该被认为是中心轴长度上的移动。 [0028] 驱动凸轮42包括圆柱部分46、周向棘轮部分48和驱动部分50。驱动凸轮42位于环形轴承组件44之上，从而驱动凸轮42可以在环形轴承组件上旋转。圆柱部分的内表面齐平地适配在环形轴承组件44的外表面上。 [0029] 驱动部分50提供了波浪状表面，活塞30a-c的头部36a-c突出抵靠于其上。波浪状表面绕着轴连续地延伸，以呈现面向平行于中心轴的方向的环形表面。“波浪状”应该被这样理解：该表面绕着中心轴平滑地延伸，并且该表面的径向位置沿着中心轴变化。例如，该表面可以正弦地变化。在表面中存在两个峰和两个谷，但在其他实施方式中，峰和谷的数量可以不同。活塞30a-c和该表面被布置成协作，从而当活塞被驱动成以连续的序列重复延伸时，活塞30a-c以前向方向驱动驱动元件42的旋转运动。 [0030] 波浪状表面足够平滑，从而允许表面抵靠活塞30a-c的移动。在其他实施方式中，可以不提供辊，而可以提供维持波浪状表面和活塞的头部之间的低摩擦的其他装置。 [0031] 环形轴承组件44和驱动凸轮42在具有螺纹的第二块部分22上由螺母12保持就位。因此，防止了驱动凸轮42的侧向移动。 [0032] 轮毂组件包括外部套筒50。第一和第二间隔的周向凸缘52a、52b从外部套筒50径向地延伸。每个在其中均具有多个定距间隔开的孔，自行车车轮的辐条可以固定到孔中。在其他实施方式中，可能不需要辐条，并且轮毂组件可以以其他方式整合到自行车车轮中。外部套筒包括第一和第二圆柱端部分50a、50b，外部套筒50在该处的直径大于其在中间部分上的直径。这在外部套筒50的每个端部形成了环形的阶梯内表面。第一和第二环形套筒轴承组件56a、56b的大小均被设计成位于外部套筒50中，从而每个套筒轴承组件56a、56b与各自一个阶梯内表面齐平。筒轴承组件56a、56b定位成使中心轴在其轴上，并且具有使得外部套筒50绕其自由旋转的功能。 [0033] 外部套筒50被布置成包含运动转换机构。外部套筒52的第一和第二端52a、52b分别被布置成抵靠第一和第二端板14、28定位。这通过第一和第二端板14、28中的每一个来实现，端板具有绕着其周向外表面延伸的环形凸缘58a、58b。外部套筒50的第一和第二端52a、52b的各自内表面分别定位成在第一和第二端板14、28的周向外表面上齐平。凸缘58a、58b防止了外部套筒50的侧向移动。 [0034] 螺纹端件16通过螺丝啮合固定到第一块部分的螺纹部件22b上。为此目的，二者均具有适当的大小。螺纹端件16抵靠第一端板14固定。螺纹端件16固定成压靠第一端板14，第一端板14又压靠第一套筒轴承组件56a。第一套筒轴承组件56a压靠在外部套筒52的第一端的阶梯内表面的径向部分。第二套筒轴承组件56b由另一阶梯内表面的径向部分压靠在外部套筒的第二端52b处。这压靠第二端板28的凸缘58b。结果是：在受到运动转换机构的操作时，防止了外部套筒52的侧向移动，但是允许外部套筒52的旋转移动。 [0035] 尽管未示出，但外部套筒52具有内向的掣爪，其与驱动凸轮42的棘轮部分48啮合。这为轮毂组件提供了自由轮机构，从而轮毂可以从其外部以前向方向旋转，而不与内部的运动转换机构啮合。可选的自由轮机构是本领域公知的，并且可以在其他实施方式中可选地使用。可选地，在一些实施方式中，可能缺少自由轮机构并且驱动凸轮42可以固定地耦接到外部套筒52或者与外部套筒52整体形成，从而如果其中一者不移动，则另一者也不能移动。 [0036] 在操作中，流体通过容纳流体的管线被顺序地提供到各个流体腔中。这使得各个活塞30a-c顺序地伸出和收缩。活塞30a-c对着波浪状表面的伸出引起驱动凸轮42在前向方向上的旋转运动。驱动凸轮42在前向方向上的旋转使得自由轮机构接合外部套筒52，导致外部套筒的旋转，以及轮毂组件形成其一部分的车轮的旋转。 [0037] 本领域技术人员应该意识到，可以对上述的轮毂组件以及结合在轮毂组件中的流体马达进行各种改进。 [0038] 如本领域技术人员将意识到的，在其他实施方式中，活塞和波浪状表面的布置可以不同。优选地但并非必须地，波浪状表面和活塞可以配置成使得活塞30a-c的往复移动的顺序引致驱动元件42仅在前向方向上的旋转移动。 [0039] 压力产生系统可以配置成使得每个容纳流体的管线中的流体轮流进入相应的腔室中。可选地，取决于驱动凸轮的形状，轮毂组件可以配置成使得同一时间不止一个活塞推动驱动凸轮。对本领域技术人员而言显而易见的是，有各种方式使得多个活塞可以被配置成与驱动凸轮协作，从而使得其在期望方向上旋转。 [0040] 现在参考图5-9描述流体泵，其可以与上述的流体马达一起使用。该流体泵使用与上述的流体马达类似的原理来工作。 [0041] 流体泵包括相对于自行车的框架固定的一些部件、运动转换机构和旋转部件。固定部件包括圆柱壳体100，第一和第二环形轴承组件104a、104b，以及第一和第二环形端板106a、106b。旋转驱动轴102延伸穿过第一和第二环形轴承组件104a、104b。第一和第二环形轴承组件104a、104b承载驱动轴102，并且允许驱动轴102绕其中心轴进行低摩擦旋转。第一和第二环形端板106a、106b从圆柱壳体100的各自的圆形端边缘向内延伸，以包围第一和第二环形轴承组件104b。第一环形端板106a和圆柱壳体100由单件形成，但并不一定是这种情况。第二端板106b和圆柱壳体的远离第一端板106a的端部具有径向延伸的凸缘107a、107b，除了在圆柱壳体100中提供有用于通过流体传输管线的窗口的地方之外。这些凸缘布置成彼此齐平并且彼此附接。每个凸缘中的孔使得凸缘能够由螺栓固定在一起，但凸缘也可以以其他方式附接在一起，例如通过铆接。 [0042] 第二环形端板106b具有安装在其上的三个活塞组件。每个活塞组件包括圆柱部分108a-c和相应的活塞110a-c。每个圆柱部分108a-c在其中具有由圆柱部分108a-c的壁和各自的活塞110a-c的端部所限定的腔室。每个圆柱部分108a-c在其中具有孔口，该孔口形成至腔室的入口/出口，容纳流体的管线112a-c密封地附接到入口/出口上。圆柱部分108a-c与第二端板106b整体形成，但它们也可以单独地形成并附接在一起。容纳流体的管线112a-c均从各自的圆柱部分108a-c开始延伸，并且被保持在安装架109中。安装架109与第二端板 106b整体形成，但它们也可以单独地形成并附接在一起。当流体泵安装在自行车框架上时，含流体的管线优选地沿着后下叉(chain stay)延伸到达流体马达。容纳流体的管线可以在后下叉内延伸。后下叉其实可以被成形为形成容纳流体的管线的一部分。可选地，容纳流体的管线可以延伸穿过自行车框架的其他管。 [0043] 每个活塞110a-c安装成允许在相应的圆柱部分108a-c中的往复移动。每个圆柱部分108a-c均在其侧部具有一对相对的槽114a-c，其平行于驱动轴102的轴线延伸。每个活塞110a-c具有延伸穿过其中的销116a-c。每个销116a-c的每个端部能够在相应圆柱部分 108a-c的各自的槽内移动，以引导和支撑活塞110a-c平行于驱动轴102的轴线的移动。在变型中，活塞110a-c可以具有方形横截面，例如，用于当活塞在圆柱部分108a-c中往复运动时阻止活塞的旋转。 [0044] 驱动轴102在其每个端部上被配置成用于安装曲柄臂(未示出)的端部。在安装曲柄臂的情况下，踏板(也未示出)也可操作地附接到曲柄臂的另一端以使得驱动轴102能够随着蹬踏动作而旋转。驱动轴102的端部被示出为键槽，但也可以是用于接合曲柄臂的其他形状。 [0046] 运动转换机构包括凸轮元件120和活塞110a-c。凸轮元件120安装在驱动轴102上，并且可以绕着驱动轴102旋转。凸轮元件120由部分圆柱形件121和安装部分123形成。部分圆柱形件121绕着驱动轴与其同轴地延伸。安装部分123将部分圆柱形件121安装在驱动轴102上。部分圆柱形件121提供了环形波浪状表面122。波浪状表面的特征与上文中关于流体马达描述的相同。环形表面122绕着驱动轴102与其同轴地连续延伸，并且面向活塞110a-c的近端。波浪状表面具有四个峰和谷，但在其他实施方式中可以提供更多或更少的数量。活塞110a-c和凸轮元件120分别设置成使得：驱动元件120的旋转导致环形表面122顺序地将活塞110a-c驱动到其各自的圆柱部分108a-c中。 [0047] 圆柱部分108a-c在其中具有狭缝111a-c，狭缝定位成使得部分圆柱形件121以适当的程度穿过其中。这有助于流体泵的紧凑性和刚性，同时使得圆柱部分108a-c能够延伸以为活塞110a-c提供支撑。 [0048] 活塞110a-c靠近环形表面122的端部还在其中具有狭缝125a-c(“活塞狭缝”)。部分圆柱形件121的环形边缘(包括环形表面122的一部分)接合在活塞狭缝125a-c中。这导致推动活塞110a-c的环形表面122的一部分紧靠活塞的销。销能够绕着它们的轴旋转。这有助于流体泵的操作的平滑性。在一种变型实施方式中，可以不存在狭缝，并且环形表面122可以简单地紧靠在活塞110a-c的相应主体的端部上。为了操作的平滑性，端部可以是弯曲的，例如具有半圆形的横截面。 [0049] 凸轮元件120固定地安装在驱动轴102上。驱动轴102具有多个沿着其周向延伸的突起，形成键槽124。安装部分123具有多个用于与键槽124接合的突起，从而驱动轴102的旋转引起凸轮元件120的旋转。在变型实施方式中，凸轮元件120与驱动轴102上整体地形成。 [0050] 安装部分123位于键槽124和第一环形轴承组件104a之间。绕着驱动轴102的环形物126定位成紧靠第二环形轴承组件104b。这些部件的尺寸使得大体上防止了沿着驱动轴102的侧向移动。键槽124和环形物126优选地与驱动轴102整体形成。 [0051] 在变型实施方式中，流体泵可以包括棘轮组件，其被配置成使得：通过前向方向的蹬踏动作引起的驱动轴102旋转导致驱动轴102在同一方向上转动，而流体泵102在相反方向上的转动不会导致驱动轴在同一方向上转动。 [0052] 在操作中，驱动轴102由自行车的用户利用前向方向的蹬踏动作来旋转。驱动轴102的旋转使得凸轮元件120绕着驱动轴102的轴线旋转。随着环形表面122旋转，环形表面将活塞110a-c推入到相应的圆柱部分108a-c中。当活塞110a-c被推入到相应的圆柱部分 108a-c中时，活塞的端部从相应的腔室推动流体。这导致流体的脉动，该脉动推动流体马达中的活塞，流体泵耦接到该流体马达。 [0053] 通常，包括流体泵和流体马达的液压系统的性质将导致各个活塞110a-c从相应的圆柱部分108a-c回弹。在一种变型中，可以提供弹簧或其他弹性装置，从而每个活塞108a-c被朝着延伸的位置偏置。 [0054] 因此，凸轮元件120的旋转导致活塞110a-c进出相应的圆柱部分108a-c的重复顺序移动，这引起容纳流体的管线中的流体的往复移动。 [0056] 可以对上述实施方式进行各种改进，如本领域技术人员清楚的那样。 [0057] 如上所述，参考图1-4描述的流体泵以及参考图5-9描述的流体泵可以一起用在自行车中，或者有可能以改进的形式用在其他应用中。应该理解，上述的轮毂组件可以和与上述泵具有不同设计的泵一起使用，泵的其他设计可以配置成引起一个或多个含流体的管线中的流体的往复移动。换言之，描述的特定泵对于电机来说不是必要的。类似的，上述的流体泵可以用于驱动与上述的流体马达具有不同设计的流体马达，流体马达的其他设计可以配置成由一个或多个容纳流体的管线中的流体的往复移动来驱动。 [0058] 流体泵驱动流体的循环是公知的。通过使腔室的分离的入口和出口孔耦接有流体传输管线，上述的流体泵可以被改进用于循环流体系统。类似地，通过改进各个具有耦接到流体传输管线的分离的入口和出口孔的流体腔室，流体马达可以被改进成通过循环流体来驱动。上述的轮毂组件可以被改进成通过循环流体来驱动。这种循环流体系统可以包括储液器，并且可以使用包括储液器的调节系统来调节至流体马达的流体供应。 [0059] 本文描述的流体泵可以利用WO2014195666中描述的流体马达来实施，其公开内容通过引用并入本文中。本文所述的流体马达可以利用该文献中描述的流体泵来实施。该文献独立地描述了液压系统，其中，流体在管线中往复运动/脉动，并且流体在该系统中循环。 |
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