油圧モーター

油圧モーターは、油圧と流量をトルクと角変位 (回転)に変換する機械式アクチュエータです。油圧モーターは、リニアアクチュエータとしての油圧シリンダーの回転式対応物です。最も広義では、油圧モーターと呼ばれるデバイスのカテゴリには、水力で動作するもの(つまり、水エンジンと水モーター) が含まれることもありますが、今日の用語では、この名前は通常、現代の油圧機械の閉油圧回路の一部として作動油を使用するモーターをより具体的に指します。

概念的には、油圧モーターは油圧ポンプと互換性があるはずです。なぜなら、油圧モーターは逆の機能を果たすからです。これは、DC電気モーターが理論的にはDC発電機と互換性があるのと同じです。しかし、多くの油圧ポンプは逆駆動できないため、油圧モーターとして使用できません。また、油圧モーターは通常、モーターの両側で作動圧力がかかるように設計されていますが、ほとんどの油圧ポンプは入力側のリザーバーから供給される低圧に依存しており、モーターとして乱用すると流体が漏れてしまいます。^[1]

最初に開発された回転油圧モーターの 1 つは、ウィリアム アームストロングがタイン川に架かる旋回橋用に構築したものです。信頼性を確保するために 2 つのモーターが提供されました。各モーターは 3 気筒の単動振動エンジンでした。アームストロングは、幅広い種類の油圧モーター (リニアおよび回転) を開発し、特にドックや可動橋など、幅広い産業および土木工学の作業に使用されました。

最初の単純な固定ストローク油圧モーターは、負荷に関係なく同じ量の水を使用するため、部分出力では無駄が多いという欠点がありました。^{[2]蒸気エンジンとは異なり、水は非圧縮性であるため、スロットルを絞ったり、バルブの}カットオフを制御したりすることはできませんでした。これを克服するために、可変ストロークのモーターが開発されました。吸入バルブを制御するのではなく、ストロークを調整することで、エンジン出力と水の消費量を制御できるようになりました。これらの最初のものの1つは、アーサー・リッグが1886年に特許を取得したエンジンでした。これは、可変ストロークパワープレスで使用される二重偏心機構を使用して、3気筒ラジアルエンジンのストロークの長さを制御しました。^[2]その後、調整可能なスワッシュプレート角度を備えたスワッシュプレートエンジンは、可変ストローク油圧モーターを製造するための一般的な方法になりました。

ベーン モーターは、偏心穴のあるハウジングで構成され、その中で、スライドして出入りするベーンを備えたローターが回転します。加圧された流体がベーンに及ぼす不均衡な力によって生じる力の差により、ローターは一方向に回転します。ベーン モーターの設計において重要な要素は、ベーン チップとモーター ハウジングの接触点でベーン チップがどのように加工されるかです。数種類の「リップ」設計が使用され、主な目的は、モーター ハウジングの内部とベーンの間に密閉性を提供し、同時に摩耗と金属同士の接触を最小限に抑えることです。

ギア モーター (外歯車) は、駆動ギア (キーなどによって出力軸に取り付けられている) とアイドル ギアの 2 つのギアで構成されています。高圧オイルがギアの片側に注入され、ギアの先端とそれが入っている壁ハウジングの間を通り、ギアの周囲を回って出口ポートに流れます。ギアはかみ合っていて、出口側のオイルが入口側に戻ることはありません。潤滑には、ギア モーターはギアの加圧側から少量のオイルを使用し、これを (通常は) 流体軸受を通して排出し、同じオイルをギアの低圧側またはモーター ハウジングの専用排出ポートから排出します。この排出ポートは通常、モーターのケース圧力をシステムのリザーバーに排出するラインに接続されています。ギア モーターの特に優れた特性は、他のほとんどのタイプの油圧モーターに比べて壊滅的な故障が少ないことです。これは、ギアが徐々にハウジングやメインブッシングを摩耗し、モーターの容積効率が徐々に低下して、ほとんど役に立たなくなるためです。摩耗によってユニットが固着したり故障したりするよりずっと前に、このようなことが起こることがよくあります。

ギアモーターは、用途に応じて単方向または双方向で供給され、アプリケーション条件に応じてアルミニウムまたは鋳鉄製のボディが好まれます。ラジアル荷重を処理できる設計オプションを提供します。さらに、代替構成には、特定のアプリケーションのニーズを満たすために、圧力リリーフバルブ、アンチキャビテーションバルブ、および速度センサーが含まれます。^[3]

ジェロータモーターは、本質的にはn − 1 個の歯を持つローターで、 n 個の歯 を持つローター/ステーター内で中心から外れて回転します。加圧された流体は、(通常は) 軸方向に配置されたプレート型分配弁を使用してアセンブリに導かれます。ジェローラー (内部ローラーまたは外部ローラー) やニコルス モーターなど、いくつかの異なる設計が存在します。通常、ジェロータ モーターは低速から中速、中速から高トルクです。

高品質の回転駆動システムでは、プランジャー モーターが一般的に使用されます。油圧ポンプの速度は 1200 ～ 1800 rpm の範囲ですが、モーターで駆動される機械では、それよりはるかに低い速度が要求されることがよくあります。つまり、アキシャル プランジャー モーター (最大ストローク量 2 リットル) を使用する場合は、通常、ギアボックスが必要になります。ストローク量を連続的に調整するには、アキシャル ピストン モーターを使用します。

ピストン (往復) 型ポンプと同様に、ピストン型モーターの最も一般的な設計はアキシャル型です。このタイプのモーターは、油圧システムで最も一般的に使用されています。これらのモーターは、対応するポンプと同様に、可変容量設計と固定容量設計の両方で利用できます。通常使用可能な (許容される効率の範囲内の) 回転速度は、50 rpm 未満から 14000 rpm 超までの範囲です。効率と最小/最大回転速度は、回転グループの設計に大きく依存しており、さまざまなタイプが使用されています。

ラジアルピストンモーターには、内側に押すピストンと外側に押すピストンの 2 つの基本的なタイプがあります。

クランクシャフト型 (Staffa または SAI 油圧モーターなど) は、単一のカムとピストンが内側に押し込まれるタイプで、基本的には古い設計ですが、始動トルク特性が非常に高いものです。排気量は 40 cc/回転から最大約 50 リットル/回転までありますが、出力が制限される場合もあります。クランクシャフト型ラジアルピストンモーターは「クリープ」速度で動作することができ、1500 rpm までシームレスに動作しながら、実質的に一定の出力トルク特性を提供するものもあります。このため、このモーターは今でも最も汎用性の高い設計となっています。

シングルカムタイプのラジアルピストンモーター自体には、さまざまな設計があります。通常、違いは、流体が異なるピストンまたはシリンダーに分配される方法と、シリンダー自体の設計にあります。モーターの中には、ロッドを使用してカムにピストンが取り付けられているもの (内燃機関とよく似ています) もあれば、フローティング「シュー」を採用しているものや、パーカー デニソンカルゾーニ タイプのような球面接触伸縮シリンダーを採用しているものもあります。各設計には、フリーホイール機能、高い容積効率、高い信頼性など、独自の長所と短所があります。

マルチローブ カム リング タイプ (例: Black Bruin、Rexroth、Hägglunds Drives、Poclain、Rotary Power、Eaton Hydre-MAC タイプ) には、複数のローブがあるカム リングがあり、ピストン ローラーがカム リングに対して外側に押し出されます。これにより、高い始動トルクで非常にスムーズな出力が得られますが、上限速度範囲では制限されることがよくあります。このタイプのモーターは、約 1 リットル/回転から 250 リットル/回転までの非常に広い範囲で使用できます。これらのモーターは、特に低速アプリケーションに適しており、非常に高い出力を発生できます。

油圧モーターには通常、内部漏れ用のドレン接続部が備わっており、これは、パワーユニットがオフのときに、外部負荷が作用していると、駆動システム内の油圧モーターがゆっくりと動くことを意味します。したがって、吊り荷のあるクレーンやウインチなどの用途では、常にブレーキまたはロック装置が必要になります。

油圧ポンプ、モーター、シリンダーを組み合わせて油圧駆動システムを構築することができます。1つ以上の油圧ポンプと1つ以上の油圧モーターを組み合わせて油圧トランスミッションを構成します。^[1]

油圧モーターは現在、ウインチやクレーン駆動装置、軍用車両用ホイールモーター、自走式クレーン、掘削機、コンベアおよびフィーダー駆動装置、冷却ファン駆動装置、ミキサーおよび撹拌機駆動装置、ロールミル、消化槽用ドラム駆動装置、トロンメルおよび窯、シュレッダー、掘削装置、トレンチカッター、高出力芝刈り機、プラスチック射出成形機など、多くの用途に使用されています。油圧モーターは、熱伝達用途にも使用されています。

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