专利名称：：具有径向活塞的液压马达及通过缸的控制的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种具有径向活塞的液压马达，以及控制所述马达的方法。更具体而言，本发明涉及一种液压马达，起具有多个径向活塞，并包括缸体，该缸体中的每个缸具有一腔室，活塞被安装在该腔室内以进行滑动；凸轮，每个活塞能够对该凸轮施加压力以便产生转矩，该凸轮具有至少两个瓣(lobe)，每个瓣具有一上升斜面(risingramp)和一下降斜面，该缸体安装为相对于该凸轮旋转；至少两个主管道，该马达能够经由这些主管道接纳或发送流体；流体分配器，用于将流体从所述主管道分配到缸，该分配器针对每个缸而包括一分配阀，所述分配阀适于将缸的腔室连接到所述主管道中的一个或另一个，以便使流体能够进入或离开所述腔室；以及控制系统，用于控制分配阀，该控制系统包括用于感测凸轮相对于缸体的角位置的角位置传感器。主管道通常经由联接管道连接到泵的供给和输入孔口，或者连接到向马达提供加压流体流速的蓄压器。针对每个缸而设的分配阀使得能够在任何时刻以及缸对缸之间控制流体在缸中的分配。
背景技术：
：这种液压马达例如可用来驱动车辆移动或者驱动由车辆携带的工具。一般而言，对这种类型的马达的速度要求越来越高，特别是用于使车辆能够在其所使用的两个地点之间迅速行进，或者用于使上述工具能够在两个工作位置之间迅速行进。由于上述原因，该液压马达因此必须既能够产生大的转矩以便执行车辆的功能或者能够使该工具正确地处于工作位置，还能够具有高的输出速度。当使用缸容量恒定的马达时，能够实现这些不同操作工况(operatingstate，操作状态)的第一种方案就是依照所要求的操作工况的不同而使用适于向该马达供给流速很低或流速很高的流体的泵。该方案的缺点是需要使用大容量的泵。另一种方案就是使用具有多种操作缸容量的马达。优选地，在该方案中，所用的马达具有宽范围的缸容量，或者以等同方式来说，具有很高的最大-最小比，最大-最小比是马达的最大缸容量与最小缸容量之比。由此，这样的马达能够在比最大立方容量小的多的最小缸容量下使用。最小缸容量用于速度高且转矩小的应用，例如使车辆能够在路上行进；最大缸容量通过确保在低转速下的大转矩而用于“作业”模式。在具有至少两种彼此完全不同的操作缸容量的马达中，为了能够实现令人满意的、无冲击的操作，并且为了限制泵所需流速的变化，期望马达具有多个中间的缸容量，以便使马达能够在其各种不同缸容量之间平稳过渡。专利GB2167138描述了这类液压马达的一种变型。其所描述的马达是引言部分所指的马达类型，该马达中每个缸具有一分配阀，该分配阀由电控单元控制。在该马达中，通过将缸容量限定到一个给定的角区域(angularsector)(该马达的缸在该角区域的范围内被启用并提供(deliver)转矩，无论该转矩是驱动转矩还是制动转矩)，使缸容量被连续地调整。由于这种控制模式的采用，当所述缸移动的同时，施加于缸的压力发生倒转；并使得压力的改变导致缸内出现压力峰值或压力释放，从而产生马达的输出的转矩及速度的变化、振动、凸轮上的过早磨损、缸及活塞上的过早磨损以及稳定性缺失。最后，由不同的活塞施加在凸轮上的力不能手动地抵消；为此，在马达的结构上要施加大量的力，由此减少了所述马达的寿命。
发明内容本发明的第一目的是提出一种如引言部分所述类型的马达，该马达具有多个操作缸容量，但是不存在上文提到的当马达运转时不稳定、振动以及施加在该马达的结构的力过大的缺陷。该目的借助以下事实来实现a)该马达包括至少两个初级马达；b)控制系统适于按这种方式操作分配阀该马达具有多个工况(或操作状态)，在这些工况中，在每个初级马达中，使每个缸在上升斜面上与第一主管道连通而在下降斜面上与第二主管道(其与第一主管道不同或相同)连通，基于由角位置传感器提供的信息，这些连通的任何改变均在缸经过基本上面向顶部死点(deadcenter)或底部死点时发生；以及c)当马达处于所述工况的第一工况时，第一初级马达驱动，并且当马达处于所述工况的第二工况时，第一初级马达为非活动或反向操作，控制系统在第一工况和第二工况中以同样的方式操作液压马达的其余部分。在本发明的涵义中，液压马达的初级马达是该液压马达的一部分，这种初级马达在自供给时，无论所述输出构件的相对于这种初级马达的定子结构的角位置如何，均适于向所述输出构件提供(非零的)驱动转矩。优选地，由初级马达提供的转矩基本上与马达的输出构件相对于马达的定子结构的角位置无关。因此，当自供给时，初级马达能够提供与全马达提供的作业相类似的作业，但是在与全马达的转动速度和转矩不同的同时，初级马达的缸容量与全马达的缸容量不同。实际中，初级马达的特征通常如下通过将上述瓣分配成一组或多组瓣，并将上述缸分配成一组或多组缸，每个初级马达由一组缸和一组瓣限定，并包括该组缸中作用于该组瓣的瓣的那些缸，由于限定该初级马达的该组缸和该组瓣的这种布置方式，使得无论凸轮相对于缸体的角位置如何，该初级马达均适于提供转矩。术语“上升斜面”在此是指凸轮的瓣的这样一部分作用于所述部分的活塞沿着该部分离开缸。而术语“下降斜面”在此是指凸轮的瓣的这样一部分作用于所述部分的活塞沿着该部分缩回到其缸内。因此，在本发明的马达中，不是通过角度准则来限定缸的操作而改变马达的缸容量，而是通过在驱动模式或反向模式下使液压马达的一个或多个初级马达活动，或者通过使这些初级马达不活动而改变缸容量。由于当缸内的活塞经过且基本上面向凸轮的顶部死点或底部死点时，缸内的压力发生变化，因此减少了缸的磨损和振动。通过分析初级马达的作用，能够更清楚的理解服从这种控制的马达的操作和优势。例如，这里假设本发明的马达是由泵馈给。因此，马达的主管道分别连接到向马达供给流体的泵的供给孔口和输入孔口。这些孔口一般处于所述泵的高压(HP)和低压(LP)。该马达还包括输出轴，每个初级马达将转矩应用到该输出轴。当该马达处于以上说明的工况时，至少本发明的马达的第一初级马达处于以下三种操作模式之一“驱动”模式根据初级马达的每个缸是面向初级马达的瓣的上升斜面还是下降斜面，使初级马达的每个缸经由主管道分别连接到泵高压或泵低压；该初级马达在马达的输出轴上沿期望的驱动方向提供输出转矩；“反向”模式根据初级马达的每个缸是面向初级马达的瓣的上升斜面还是下降斜面，使初级马达的每个缸经由主管道分别连接到泵低压或泵高压；该初级马达在马达的输出轴上提供与期望的驱动方向相反的方向施加的输出转矩；以及“非活动”模式初级马达的每个面向初级马达的瓣的上升斜面和下降斜面的缸经由主管道保持为连接到高压或泵低压；初级马达因此在马达的输出轴上提供几乎为零的输出转矩。当然，在本发明的马达中，依照指定的从驱动、反向或非活动操作模式中选择的操作模式的设定值(setpoint)的不同，控制系统适于以运行至少一个初级马达的方式来操作分配阀。控制系统因此使用在马达的操作持续期间始终有效的、与马达的特定回转数相对应的设定值，并以相对高的频率将上述设定值转化成初级指令发送到分配阀，以便使初级马达的缸的腔室与适当的主管道在适当的时段连通。因此，举例而言，如果在具有径向活塞的马达中，第一初级马达包括一组安装为相对于的凸轮旋转的缸，控制系统使分配阀依照缸相对于凸轮的位置的不同来进行切换，使得如果所选操作模式为驱动模式则初级马达有效地提供驱动转矩，而在反向操作模式下提供制动转矩，并且如果所选操作模式为非活动模式，则无转矩。对于这种控制，控制系统通常具有依照缸体相对于凸轮的角位置(超过360°)、初级马达的分配阀所期望的状态的不同而给出的表格。通常，控制系统是电子系统，这种控制系统得益于高的操作频率，并因此确保对分配阀的切换的精确控制，特别地，可以考虑通过相位提前等手段。借助于使第一初级马达活动或非活动的可能性，液压马达具有至少两个不同的、活动的操作缸容量，由于上述条件b)的缘故，这些缸容量是稳定的。在组合其它初级马达而不是第一初级马达的缸容量的基础上，通过加上或者减去第一初级马达的缸容量(或者如果第一初级马达为非活动，则不加减任何容量)而得到缸容量。根据本发明的马达的实施例，控制系统适于以这种方式操纵分配阀使初级马达中的一个、两个……直至全部初级马达在“驱动”、“反向”或者“非活动”模式下操作，该操作与施加于其它初级马达的指令相独立地执行。有利的是，由于马达的这种操作模式引出的组合可能性，以及依照初级马达的数量的不同，控制系统能够在所述三个操作模式下操作，则马达具有较宽的缸容量范围。在任何时刻，马达的总的缸容量等于“驱动”初级马达的缸容量的和减去“反向”初级马达的缸容量的和。有利的是，具有η个初级马达的马达因此能够具有多达((3η-1)/2)种不同的活动的操作缸容量(其取决于每个初级马达的单独的缸容量)，由此赋予了较高的操作机动性。最后，应注意的是，在本发明的范围内，至少在某些时候，马达能被用作制动装置，这等于将马达作为泵使用。优选地，控制系统只控制处于这些工况(例如以上说明的那些工况)的马达。在这些工况中，对于马达的每个缸，当该缸经过基本上面向凸轮的顶部死点或底部死点(即分别为活塞被展开到最大程度的点以及活塞被展开到最小程度的点)时，与其关联的分配阀的位置发生改变。在这些点(位置)处，活塞的速度基本为零；由此，使缸内压力的变化平稳地进行，而不会吸入流体并且不会使机械应力过大；因此，避免了缸和活塞的振动和过早磨损。当然，按要点C)所指定的方式控制分配阀，可能存在能够在指令中适用的相位提前或者延迟，从而使得用以改变阀的位置的指令能够暂时相对于经过接触凸轮的顶部死点或底部死点的滚子(roller)稍微偏移，在该死点处阀位置的改变被依时间预设(schedule)，以便减少阀改变指令与阀的完全改变之间的响应时间。最后，由于无论凸轮相对于缸体的角位置如何，以及无论活动的初级马达的数量如何，每个初级马达均适于提供转矩，即转矩施加到马达的输出构件，各初级马达传递的力是连续的而不是集中于每次循环的一小段时间间隔内。因此，在操作期间，各个初级马达传递到马达的机架的力是连续的，由此在操作期间有助于马达的稳定性。控制系统能够考虑多种信息以便建立指令首先是由安装有该马达的车辆的驾驶员发送的指令；其次是由例如流速传感器、压力传感器等多种传感器发送到控制系统的信肩、ο在本发明的马达中，依照其配置的不同来运行马达，由分配限定成各种不同的初级马达。考虑这一配置，控制系统在多种操作状态下操作马达(即初级马达)。特别地，以下两种特别的液压马达的配置可由控制系统管理在第一实施例中，当马达处于所述工况时，限定单一一组瓣，使得每个初级马达包括凸轮的所有瓣。在这种情形下，初级马达能够通过成组聚在一起的缸而彼此区分这种初级马达被称为“通过缸的(by-cylinder)”初级马达。在第二实施例中，当所述马达处于所述工况时，限定单一一组缸，使得每个初级马达包括所有的缸。在这种情形下，初级马达能够通过成组聚在一起的瓣而彼此区分这种初级马达被称为“通过瓣的(by-lobe)”初级马达。本发明的马达的这两个实施例可以简化初级马达的控制，从而简化控制系统。在一个实施例中，马达具有内凸轮。有利的是，缸在凸轮外的布置可以构成用于分配阀的足够的空间。然而，该马达也可以是外凸轮马达。在一个实施例中，凸轮是旋转凸轮，且缸体是定子缸体。由于缸以及该缸所包括的分配阀的相对复杂性，凸轮和缸体的这种布置增加了马达的可靠性。在一个实施例中，第一初级马达的缸容量不同于、但优选为接近其它初级马达的缸容量。与第一马达的缸容量等于其它初级马达的缸容量的情况相比，该布置可以增加缸容量的数量。还应注意到，当两个初级马达具有彼此接近的缸容量时，它们被反向地使用，即一个马达为活动的而另一个则相反，这两个初级马达有利地具有很高的最大-最小比，而不必使初级马达的最小缸容量特别小。可通过多种不同方式来实现以初级马达的各自缸容量不同的方式设置初级马达通过使“通过瓣的”初级马达之间具有不同数量的瓣；通过使“通过缸的”初级马达之间具有不同数量的缸；通过使“通过瓣的”初级马达之间具有不同深度的凸轮瓣由此，活塞的冲程依照其所作用的瓣的不同而变化，并且与该瓣关联的缸依赖于该瓣而变化；或者通过使“通过缸的”初级马达之间具有不同的缸容量，并且特别是对于相同冲程(凸轮的顶部死点与底部死点之间的相同运动)而移动不同体积的流体的那些缸因此，所述缸的缸容量被限定为不同。在本发明的一实施例中，控制系统包括赋活表(activationtable)，该赋活表依照期望的缸容量的不同来指示并且可以确定不同初级马达的操作模式，每个操作模式是从驱动、反向和非活动中选择的。该回路的总的缸容量是通过分别加上或减去处于驱动模式或反向模式的缸容量而获得。例如，通过考虑具有缸容量分别为Cyll和Cyl2的两个子马达的马达，能够更好地理解该赋活表的目的。该马达的缸容量的数量由如下的赋活表来表示权利要求1.一种液压马达(10)，其具有多个径向活塞，并包括缸体(12)，所述缸体中的每个缸(14)具有一腔室(16)，活塞(18)被安装在所述腔室内以进行滑动；凸轮(20)，每个所述活塞能够对所述凸轮施加压力以便产生转矩，所述凸轮00)具有至少两个瓣(36)，每个瓣具有一上升斜面(36’)和一下降斜面(36〃)，所述缸体安装为相对于所述凸轮00)旋转；至少两个主管道06二8)，所述马达能够经由所述至少两个主管道接纳或发送流体；流体分配器(30)，用于将流体从所述主管道分配到所述缸，所述分配器针对每个缸而包括一分配阀(32，13，所述分配阀适于将所述缸的腔室连接到所述主管道中的一个或另一个，以便使流体能够进入或离开所述腔室；以及控制系统，用于控制所述分配阀(32，132)，所述控制系统包括用于感测所述凸轮(34)相对于所述缸体的角位置的角位置传感器；所述马达的特征在于a)所述马达包括至少两个初级马达；b)所述控制系统适于按所述马达具有多个工况的方式操作所述分配阀，在所述工况中，在每个初级马达中，使每个所述缸在所述上升斜面上与第一主管道连通而在所述下降斜面上与第二主管道连通，所述第二主管道与所述第一主管道不同或相同，基于由所述角位置传感器提供的信息，这些连通的任何改变均在所述缸经过基本上面向顶部死点或底部死点时发生；以及c)当所述马达处于所述工况的第一工况时，第一初级马达驱动，并且当所述马达处于所述工况的第二工况时，所述第一初级马达为非活动或反向操作，所述控制系统在所述第一工况和第二工况中以同样的方式操作所述液压马达的其余部分。2.根据权利要求1所述的液压马达，其中当所述马达处于所述工况时，以每个初级马达(70，72，74)包括所述凸轮的所有的瓣的方式限定单一一组瓣06)。3.根据权利要求1所述的液压马达，其中当所述马达处于所述工况中时，以每个初级马达(50，52，54)包括所有的缸的方式限定单一一组缸。4.根据权利要求1至3中任一项所述的液压马达，其中所述第一初级马达具有的缸容量与另一初级马达的缸容量不同。5.根据权利要求1至4中任一项所述的液压马达，其中所述控制系统包括赋活表，所述赋活表依照期望的缸容量来进行指示并且能够确定不同初级马达的操作模式，每个操作模式是从驱动、反向和非活动中选择的。6.根据权利要求1至5中任一项所述的液压马达，其中所述控制系统适于至少依照所述马达的转动速度和发送到所述马达的速度或加速度设定值而以预定的顺序自动地影响多个缸容量变化。7.根据权利要求1至6中任一项所述的液压马达，其中当所述马达处于所述工况的其中之一时，所述控制系统(34)适于以使两个初级马达沿相反方向施加转矩的方式操作所述分配阀(32，132)。8.根据权利要求1至7中任一项所述的液压马达，其中所述初级马达(70，72，74；50,52，54)是恒速马达。9.根据权利要求1至8中任一项所述的液压马达，其中对于至少一个初级马达，所述流体分配器具有适于将所述初级马达以连续方式连接到所述主管道的非活动装置，所述主管道的压力是从所述主管道的较低压力和较高压力中选择的。10.根据权利要求9所述的液压马达，其中所述非活动装置包括用于检测所述马达的旋转方向的装置，而选择的所述压力是依照所述马达的旋转方向以及施加于所述马达的速度指令或加速度指令的方向来选择的。11.根据权利要求1至10中任一项所述的液压马达，其中对于至少一个初级马达，所述活塞适于被缩回，以使其与所述凸轮分离。12.根据权利要求1至11中任一项所述的液压马达，其中当所述马达处于所述工况时，所述控制系统(34)适于以使所述马达的输出构件的旋转方向颠倒而同时不使输入及输出到所述马达的流体所沿循的输入及输出方向颠倒的方式来操作所述分配阀(32，132)。13.根据权利要求1至12中任一项所述的液压马达，其中当所述马达处于所述工况时，在使流体输入和输出通过所述马达所沿循的输入及输出方向颠倒的期间，所述控制系统(34)适于以维持所述马达的输出构件的旋转方向不变的方式操作所述分配阀(32，132)。14.根据权利要求1至13中任一项所述的液压马达，其中所述流体分配器(30)被设置为沿旋转轴线与所述缸体(12)基本上处于同一平面。15.一种液压回路Q00，500，600)，包括根据权利要求1至14中任一项所述的至少一个第一马达，联接到用于使车辆移动的第一运动构件；以及至少一个第二马达，联接到用于移动车辆的第二运动构件；所述第一马达的控制系统适于引起所述第一马达以及进而所述第一运动构件相对于所述第二运动构件的速度和方向以不同的速度或以相反方向旋转。16.一种液压回路(500)，包括根据权利要求1至14中任一项所述的至少一个马达以及连接到所述马达的两个主管道06，观；514，516)的至少两个蓄压器(202，204;510，512)；所述马达包括两个第一主管道(516)，连接到所述两个蓄压器(510，512)；两个第二主管道(514)，连接到一加压流体源的主孔口而非所述蓄压器，例如连接到泵(502)；至少一个初级马达(508)构成的第一初级马达组，其分配阀适于将所述第一初级马达组的所述至少一个初级马达的缸连接到所述第一主管道(516)；以及至少一个初级马达(506)构成的第二初级马达组，其分配阀适于将所述第二初级马达组的所述至少一个初级马达的缸连接到所述第二主管道(514)。17.一种具有径向活塞的液压马达(10)的控制方法，所述马达包括缸体(12)，所述缸体中的每个缸(14)具有一腔室(16)，活塞(18)被安装在所述腔室内以进行滑动；凸轮(20)，每个所述活塞能够对所述凸轮施加压力以便产生转矩，所述凸轮00)具有至少两个瓣(36)，每个瓣具有一上升斜面(36’)和一下降斜面(36〃)，所述缸体安装为相对于所述凸轮00)旋转；至少两个主管道06二8)，所述马达能够经由所述至少两个主管道接纳或发送流体；流体分配器(30)，用于将流体从所述主管道分配到所述缸，所述分配器针对每个缸而包括一分配阀(32，13，所述分配阀适于将所述缸的腔室连接到所述主管道中的一个或另一个，以便使流体能够进入或离开所述腔室；以及控制系统，用于控制所述分配阀(32，132)，所述控制系统包括用于感测所述凸轮(34)相对于所述缸体的角位置的角位置传感器；所述方法的特征在于利用包括至少两个初级马达的马达；借助所述分配阀使所述马达至少在第一操作工况和第二操作工况下被操作；在每个所述工况中，在每个初级马达中，每个所述缸在所述上升斜面上与第一主管道连通而在所述下降斜面上与第二主管道连通，所述第二主管道与所述第一主管道不同或相同，基于所述角位置传感器提供的信息，这些连通的任何改变均在所述缸经过基本上面向顶部死点或底部死点时发生；在第一工况下，第一初级马达驱动；而在第二工况下，第一初级马达为非活动或反向操作；所述控制系统在所述第一工况和第二工况下以同样的方式操作所述液压马达的其余部分。全文摘要一种具有径向活塞的液压马达(10)，该液压马达具有缸体(12)、两个主通道(26，28)、流体分配器(30)、每个缸配备一个的分配阀(32)以及用于控制这些分配阀(32)的控制系统(34)。该马达具有至少两个单元马达并且能够在不同工况下运行，其中在各个缸的每个单元马达中，每个缸在上升斜面上连接到第一主通道，第一单元马达在第一工况中作为马达并且在第二工况中为非活动或反向操作，控制系统在这两个工况中以同样的方式操控液压马达的其余部分。液压回路包括所述马达。本发明还涉及一种用于这种马达的控制方法。文档编号F03C1/247GK102341594SQ200980157738公开日2012年2月1日申请日期2009年12月30日优先权日2008年12月31日发明者吉勒·勒迈尔,纪尧姆·沙里耶,让-皮埃尔·苏普利申请人:波克兰液压工业设备公司