CN103423150A - 转子流体机械变容机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子流体机械变容机构，包括带有流体进口、流体出口的工作缸(壳体)和转轴，在工作缸内配装有橄榄形定子、橄榄形转子和行星齿轮系传动机构，橄榄形转子配装在行星齿轮系传动机构的行星齿轮上，行星齿轮系传动机构其的固定的中心太阳齿轮啮合惰性齿轮，惰性齿轮啮合行星齿轮，橄榄形转子橄榄形截面的中心纵轴与橄榄形定子橄榄形截面的中心纵轴始终保持垂直，橄榄形转子的圆弧面、凸棱与壳体腔室内的内周边曲面壁、橄榄形定子的圆弧面、凸棱对应相互交替接触滑动配合，橄榄形转子两侧的平面形端面与壳体的内侧平面形壁面相互接触并通过动密封滑动配合。本发明进一步降低压力脉动及振动，能量损失和磨损也更小，可自助清除积聚于腔室内的固体污染物，加工制造成本更低。

Description

转子流体机械变容机构

技术领域

本发明涉及液动或气动动力机，特别是转子流体机械变容机构。

背景技术

目前的各类流体旋转变容机构运动方式有：螺旋运动方式、齿轮啮合运动方式和偏心轮旋转的方式，这几类运动方式都有各种各样的优缺点，但其优缺点是相对的。

流体机械是工农业生产中广泛使用的机械，并得到了充分的发展，在科学与技术不断发展的过程当中，现实生产中对能耗的减少及环境的保护要求，都使得对流体机械的技术和经济要求越来越高，因此，人们不断在已有的机械机构上对零件的具体结构设计、加工工艺以及材料等方面进行完善，以进一步提高其各项经济技术指标。

变容式内燃机、压缩机、泵、马达以及由此洐生出的其它如计量装置等流体机械其工况各不同，并各自行成了独立的技术领域，然而，它们的主要执行机构都是容积类机构，即它们的主要执行机构都是具有产生周期变化闭合容腔的功能的机构。对转子式流体机械机构实现的突破，其所具有的某些优良特性吸引人们创造出各种各样的转子变容类机械，以高速旋变容转机械取代低速往复变容机械是符合现代机器的设计方向。常见的旋转变容机械包括叶片式泵或马达变容机构、齿轮式泵或马达变容机构、偏心旋转式变容机构（单作用叶片式、滑片式或揉动机构），罗茨式等。

叶片泵根据其作用次数的不同，可分为单作用和双作用两种。单作用叶片泵的特点是：转子每转一周完成吸、排油各一次，双作用叶片泵的特点是：转子每转一周完成吸、排油各二次。双作用叶片泵与单作用叶片泵相比，其流量均匀性好，转子体所受径向液压力基本平衡，双作用叶片泵一般为定量泵，单作用叶片泵一般为变量泵。叶片泵的特点是：结构紧凑，工作压力较高，流量脉动小，工作平稳，噪声小，体积小，重量轻，寿命较长轴承使用寿命长，耐久性好，容积效率较高，工作压力较高，叶片泵的缺点是：吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感，叶片容易咬死、工作可靠性较差，结构较复杂，制造工艺要求比较高，调速范围小，最高转速较低，因叶片甩出力、吸油速度和磨损等因素的影响，泵的转速不能太大，也不宜太小，如果转速太高，由于其吸油速度太快，会产生气穴现象，反而吸不进油，或吸油不连续，转速低时，因离心力不够，叶片不能紧贴在定子内表面，不能形成密封良好的封闭容积，从而吸不上油。泵的结构比齿轮泵复杂，叶片泵与齿轮泵、柱塞泵比较，其噪音是最低的，机床行业用的比较多，大多都是采用这种泵，叶片泵在机床、工程机械、船舶、压铸及冶金行业中得到广泛应用。叶片液压马达最大的优点是体积小、惯性小，动作灵敏，允许换向频率很高、甚至可在几毫秒内换向，但最大的弱点是泄漏较大，机械特性较软，不能在较低转速下工作，调速范围不能很大，因此适用于低转矩，高转速及对惯性要求较小，对机械特性要求不严的场合，由于变量叶片液压马达结构较复杂，相对运动部件多、泄漏较大，容积效率低，机械特性软及调节不便等原因，叶片液压马达一般都制成定量式的，即一般叶片液压马达都是双作用式的定量液压马达。

柱塞泵是容积泵效率高，能用于液气两种介质，但往复运动有很大惯性的缺陷，只限低速，结构很复杂易损，单缸压力、流量波动很大，柱塞泵(液压马达)由于构成密封工作腔的构件—柱塞和缸体内孔均为圆柱表面，加工方便，容易得到较高的配合精度，密封性好，故容积效率高，工作压力高，同时这种泵只要改变柱塞的行程就可以很方便的改变其流量，易于实现变量，因此，柱塞泵适用于高压、大流量、大功率的液压系统和流量需要调节的场合。

齿轮泵的特点是：造价低，结构简单，体积小，质量轻，工艺性好，价格便宜，自吸能力强，对油液污染不敏感，转速范围大，维护方便，工作可靠，用于低压系统，对工作介质清洁度要求低，有径向作用力（存在内漏），自吸性能好，压力脉动大；它的缺点是困油现象严重，径向不平衡力大，泄漏大，流量脉动大，噪声较高，和齿轮泵一样，齿轮液压马达由于密封性差，容积效率较低，所以输入的油压不能过高，因而不能产生较大的转矩，并且转速和转矩都随着齿轮啮合情况而脉动。齿轮液压马达多用于高转速低转矩的液压系统，齿轮泵一般都可以直接作液压马达使用，即齿轮泵与齿轮液压马达二者是可互换使用。

罗茨式变容机械属于旋转变容机构，机构内装有两个相反方向同步旋转的双叶形或多叶形的转子，转子间、转子与壳内壁之间均保持一定的间隙，作用原理有点类似齿轮泵，而偏心旋转变容方式是指偏心安装的转子在容腔中的旋转来实现变容的方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转子流体机械变容机构，与现有转子变容机构相比，排量更大，容积效率更高，结构紧凑，运转更加平稳，进一步降低压力脉动及振动，在能量转换过程中，能量损失更小，相对活塞式等变容能量转换机构，无往复运动，运转时，转子上的每个质点都做同半径圆周运动，可以大大减少克服惯性所需的能量；与叶片式泵及马达相比，磨损更小，无液锁，作为马达，无压缩负功消耗，起动转矩更大；与涡轮，螺旋桨等机构相比，在低转速工作时效率更高，缸内转子、定子之间的相对滑动可以自助清除积聚于腔室内的固体污染物，泄漏量更小，机件加工更简单，因此，加工制造成本更低；根据工况需求，设计更改容易，可通过简单地调整轴向和径向尺寸以及转子组和行星齿轮系的配置达到不同工况下设计上的工作转速、工作扭矩和流量要求。

本发明的目的是这样实现的：一种转子流体机械变容机构，包括壳体和转轴，在壳体内设置着腔室和行星齿轮系传动机构，腔室呈类椭圆形截面的轮廓线由一对镜像对称等长、弧度为90°且半径为

的小圆弧线段和一对镜像对称等长、弧度为90°且半径为

的大圆弧线段对应连接组成，一小圆弧线段两端分别与两大圆弧线段各一端相切连接，另一小圆弧线段两端分别与两大圆弧线段各另一端相切连接，腔室其呈类椭圆形截面其中心长轴长度为 $(2x+y)=$ $[(\sqrt[2]{2}+1)\·x],$ 其中心短轴长度为 $(x+2y)=[(2\sqrt[2]{2}-1)\·x],$ 在腔室内形成的内周边曲面壁相应沿腔室类椭圆形截面的轮廓线延伸，在腔室内设置有一个橄榄形定子和四个橄榄形转子，橄榄形定子与四个橄榄形转子其统一呈橄榄形的截面轮廓线均由一对对称等长、弧度为90°且半径为

的圆弧线段连接组成，且橄榄形定子和四个橄榄形转子大小相等，橄榄形定子和四个橄榄形转子自身相应具有相对称的圆弧面、两个由圆弧面相交汇形成的凸棱和两个相互平行的平面形端面，橄榄形定子和四个橄榄形转子各自的直线状的凸棱均与其各自的平面形端面相垂直，壳体设置有两个端部壳壁，两个端部壳壁各自的内侧壁面为平面，在壳体其中的端部壳壁上设置着流体出口和流体进口，橄榄形定子、四个橄榄形转子各自橄榄形截面的中心长轴长度均为χ，橄榄形定子、四个橄榄形转子各自橄榄形截面的中心短轴长度均为

橄榄形定子的橄榄形截面的中心长轴平行于四个橄榄形转子各自橄榄形截面的中心短轴，橄榄形定子的橄榄形截面中心长轴与腔室呈类椭圆形截面的中心长轴相互垂直，橄榄形转子各自橄榄形截面的中心长轴均与腔室呈类椭圆形截面的中心长轴相互平行，流体进口、流体出口各自的几何中心及四个橄榄形转子其各自橄榄形截面的几何中心与橄榄形定子的橄榄形截面的几何中心的距离均为

当橄榄形转子在壳体一侧端部壳壁的平面形第一内侧壁面上的正投影几何中心与流体进口、流体出口在第一内侧壁面上的几何中心重合时，橄榄形转子在第一内侧壁面上的正投影覆盖流体进口或流体出口；行星齿轮系传动机构由行星架、一个中心太阳齿轮、惰性齿轮和四个行星齿轮构成，中心太阳齿轮和行星齿轮大小相等且其模数相同，中心太阳齿轮和橄榄形定子其各自截面的几何中心均与腔室呈类椭圆形截面的几何中心重合，转轴的一端通过壳体上的设置的轴孔伸入并与行星架固接，行星架其转轴中心与腔室呈类椭圆形截面的几何中心重合，在行星架上分别安装着惰性齿轮和四个行星齿轮，相邻两行星齿轮相对以腔室呈类椭圆形截面的几何中心的圆周向角度相位差均为π/2，惰性齿轮和行星齿轮分别围绕中心太阳齿轮环向布列呈环形，中心太阳齿轮与惰性齿轮啮合，惰性齿轮与行星齿轮啮合，惰性齿轮对应位于每一公转行星齿轮与中心太阳齿轮之间，在每个行星齿轮上固装着一个橄榄形转子，每个橄榄形转子其橄榄形截面的几何中心与其固接的行星齿轮的几何中心相重合，四个橄榄形转子的中心长轴与腔室呈类椭圆形截面的中心长轴相互平行；四个橄榄形转子的圆弧面、凸棱与腔室内的内周边曲面壁、橄榄形定子的圆弧面、凸棱对应相互交替接触滑动配合，壳体一侧端部壳壁的平面形第一内侧壁面与四个橄榄形转子各自的一侧平面形端面相互接触并通过动密封滑动配合，行星架处于腔室内的平面形端面和腔室内位于行星架周围的平面形内壁面共同形成第二内侧壁面，第二内侧壁面与四个橄榄形转子各自的另一侧平面形端面相互接触并通过动密封滑动配合。

本发明提出了一种全新的技术方案，它通过机械容积变化，使流体压力能和机械能相互转换，完全不同于已知原动机机构（如活塞式、叶片式、偏心转子式及旋转活塞式流体变容机构）。本发明的基本结构包括带有流体进口、流体出口的工作缸（壳体），工作缸内的橄榄形定子、橄榄形转子，工作缸（壳体）的行星齿轮系传动机构及输入或输出轴。本发明的旋转变容方式完全不同于现有任何一种变容原理，橄榄形转子的运动特征为同步反向涡动，但在结构方面，与双作用式叶片转子变容机构较接近，因此，在实际应用上，本发明综合继承了双作用式叶片式转子变容机构和偏心转子式机构的优点，使其整体的综合性能更加平衡。本发明采用的技术方案有如下特点：

（1）基本结构包括：工作缸缸体(壳体内设置有腔室)、四个橄榄形（反向同步涡动）转子、一个橄榄形定子和行星齿轮系（行星齿轮系传动机构），工作缸缸体体积分为被四个橄榄形转子分隔成的四个独立的腔体体积、四个转子体积和一个定子体积。

（2）工作缸缸体与橄榄形定子固定，四个橄榄形转子与四个行星齿轮相固接，随行星齿轮转动，行星齿轮系传动机构包括一个中心太阳轮、四个惰性齿轮、四个行星齿轮和一个轮盘，轮盘相当于行星架，四个惰性齿轮同时与行星齿轮、中心太阳齿轮相啮合，为行星齿轮提供同步反向转动。

（3）四个橄榄形（涡动）转子的形状都与一个橄榄形定子完全相同，它们的实际尺寸会因考虑磨擦和密封问题会略微调小。

（4）X和Y的尺寸关系为：

（5）橄榄形定子与（工作缸）缸体固定，缸体尺寸长为2X+Y，宽为2Y+X，腔室呈类椭圆形截面的轮廓线由大小圆弧线段相接，其中大圆圆弧线段的半径为X+Y，大圆圆弧线段的圆心为橄榄形定子截面中心长轴的两个端点，小圆圆弧线段直径为X+Y，小圆圆弧线段的圆心为腔室呈类椭圆形截面的中心长轴（垂直橄榄形定子截面中心长轴两个端点连线的中心长轴线）上的两个点，这两个点距橄榄形定子中心(壳体中心)的距离为X/2。

（6）橄榄形转子上每一个质点都做同半径圆周公转运动，只是其各自围绕橄榄形定子截面几何中心的圆心各不同，橄榄形转子围绕橄榄形定子截面几何中心的公转最大半径为橄榄形转子中心短轴与中心长轴的长度之和。

（7）四个橄榄形转子安装在行星架上，围绕橄榄形定子中心（壳体中心）的公转半径为（X＋Y）/2，四个橄榄形转子以橄榄形定子为中心（缸体中心）环向对称分布，相邻两橄榄形转子相对橄榄形定子截面几何中心的圆周向夹角为90°，四个橄榄形转子相对公转的同时并反向自转，四个橄榄形转子的自转轴与其共有的公转轴平行，自转速度与公转速度也相同，但其转动方向相反，自转和公转形成同步反向涡动，因此，四个橄榄形转子的中心横、长轴在运动过程中始终与工作缸缸体（腔室呈类椭圆形截面）中心横、长轴对应平行。

（8）四个橄榄形转子、一个橄榄形定子和工作缸缸体腔室内的内壁面配合接触密封形成被四个橄榄形转子分隔成四个独立的变容积单腔，当四个橄榄形转子做同步反向涡动时，四个独立的变容积单腔其容积随橄榄形转子的同步涡动位置交替变化而动态变化。

（9）同步反向涡动是通过一组行星齿轮（共九个齿轮）来实现的，该九个齿轮包括一个中心太阳齿轮、四个惰性齿轮和四个行星齿轮。

（10）轮盘（行星架）相对工作缸缸体转动，四个橄榄形（涡动）转子通过轮盘各紧固连接一个行星齿轮，这四个行星齿轮和中心太阳齿轮形状、尺寸大小一样，中心太阳齿轮分别与四个惰性齿轮相啮合，四个惰性齿轮分别啮合四个行星齿轮（橄榄形转子），这四个惰性齿轮绕中心太阳齿轮的公转必须与轮盘（行星架）同步，这八个齿轮随轮盘绕中心太阳齿轮转动的同时，给橄榄形转子提供同步反相自转动力，进而形成同步反向涡动。

（11）中心太阳齿轮刚性连接工作缸缸体，中心太阳齿轮相对工作缸不运动，转轴与轮盘（行星架）刚性连接，转轴相对轮盘也不运动。

（12）橄榄型（涡动）转子的厚度可以根据实际的工况需要来调整，当橄榄型（涡动）转子的橄榄形截面径向尺寸相同时，其厚度越薄，液体出口和流体进口相对腔室的面积就越大，工作转速相对也越大，功率一定下，转轴的输入或输出扭矩就越小，反之亦然。

（13）可以是一组行星齿轮系（行星齿轮系传动机构）连接一组（涡动）转子（四个橄榄形（涡动）转子），也可以根据实际需要，双组涡动转子共用一组行星齿轮系，每组相邻橄榄形转子围绕橄榄形转子截面几何中心的圆周向角度相位差为90°，可以显著减少脉动现象，减小体积，减轻重量，获得更好的力平衡，也可以仅为节省重量和体积，两组橄榄形转子间无相位差，不同的设置用来改善不同的性能，如提高轮盘（行星架）和工作缸缸体间的密封性能，增大瞬时扭矩，获得更佳的力平衡，则完全对称设置。如果需减少脉动，或获得任何情况下的起动扭矩，要求扭矩更平衡，则圆周向角度相位差为90°。

（14）在同步反向涡动(变容运动)过程中，相邻两橄榄形转子之间的变容积单腔最大容积为其最小容积为2.5倍。

（15）本发明作为泵使用时，其橄榄形（涡动）转子转一圈，排出的流体体积等于（工作缸）腔室的体积。

（16）根据实际需要，在壳体一侧的壳壁上设置不同数量的（两个或四个）开口（进口和出口），开口的尺寸形状与橄榄形定子、橄榄形转子尽可能地接近，进口或出口其大小变化与容积变化的速度同步，利用容积变化，可以做成发动机、泵、马达或流量计，或通过对进口和出口大小的控制，做成液压耦合器、液力离合器或气轮机，在特别工况下，尤其是以煤粉、碳粉或其它粉状燃料的内燃机或外燃机，因具有自排污的功能，可以替代螺旋桨或涡轮进行机械能和流体能的互换。

本发明综合技术特性：容积效率高，理论流量大，功率质量密度大，质量轻，结构紧凑，因中心齿轮存在，如果是双组转子共用一组行星齿轮系，则八个被四个橄榄形转子分隔成的单腔同时变容，每个单腔平均只用一个齿轮完成同步反向涡动变容运动，如果采用一组转子，每个单腔平均只用两个齿轮完成同步反向涡动变容运动，运行时力系平衡，因进口或出口的大小变化与容积变化的速度同步，进出口大小变化同腔体体积变化协调一致，因此，转速范围宽，振动，噪音小，泄漏量小，摩擦损失小，自排污，无积碳或其它积聚于腔室内的固体积聚物，加工制造简单，更节能，更经济。理论排量大，低转速下，提供大流量，极低噪音。根据工况需求，本发明设计简单，可以通过简单地调整轴向和径向尺寸以及转子组和行星齿轮系的配置达到设计上的工作转速，工作扭矩和流量要求，通过大转速实现大的扬程，在低速工况下可替代涡轮工作，用作内燃机，通过预增压，提高压缩比，转轴转一圈，则可做四次功，具有极高的容积效率。如果双缸共用一组行星齿轮系，容积效率更高，无往复运动，振动更小，转速可以远高于活塞式，因此，功率会显著的提高，截面基本形状的轮廓线都为圆弧线，加工制造简单，只需保证精度。性能取决于材料和加工精度。各个部件的尺寸大小分配合理，受力均匀，在满足材料强度和精度要求下，有极高的可靠性，工作状态和性能介于涡轮发动机和转子发动机之间，功率显著提升，补偿内漏，因橄榄形转子比传统的叶片尺寸大，因此，冷却更容易实现，比涡轮发动机叶片制造成本更低，可靠性和寿命更高。低转性能极佳，速度范围广，在橄榄形定子中可以通过点燃，也可以通过连续喷火燃烧，其低速性能优于涡轮发动机，可以低转速起动，容积增大的速度与开口增大的速度同步，因此，有更高的转速范围。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明基本部件的主视构造图；

图2为本发明基本部件的主视剖视图；

图3为本发明全部核心部件的剖视图；

图4为本发明全部核心部件对应图3的侧视示意图；

图5为本发明橄榄形定子或橄榄形转子的立体构造示意图。

具体实施方式

一种转子流体机械变容机构，包括壳体(8)和转轴(18)，在壳体(8)内设置着腔室(3)和行星齿轮系传动机构，腔室(3)呈类椭圆形截面的轮廓线由一对镜像对称等长、弧度为90°且半径为

的小圆弧线段(10)和一对镜像对称等长、弧度为90°且半径为

的大圆弧线段(11)对应连接组成，一小圆弧线段(10)两端分别与两大圆弧线段(11)各一端相切连接，另一小圆弧线段(10)两端分别与两大圆弧线段(11)各另一端相切连接，腔室(3)其呈类椭圆形截面其中心长轴长度为 $(2$ $x+y)=[(\sqrt[2]{2}+1)\·x],$ 其中心短轴长度为 $(x+2y)=[(2\sqrt[2]{2}-1)\·x],$ 在腔室(3)内形成的内周边曲面壁(40)相应沿腔室(3)类椭圆形截面的轮廓线延伸，在腔室(3)内设置有一个橄榄形定子(6)和四个橄榄形转子(1、5、7、9)，橄榄形定子(6)与四个橄榄形转子(1、5、7、9)其统一呈橄榄形的截面轮廓线均由一对对称等长、弧度为90°且半径为的圆弧线段连接组成，且橄榄形定子(6)和四个橄榄形转子(1、5、7、9)大小相等，橄榄形定子(6)和四个橄榄形转子(1、5、7、9)自身相应具有相对称的圆弧面(12)、两个由圆弧面(12)相交汇形成的凸棱(60)和两个相互平行的平面形端面(70)，橄榄形定子(6)和四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自的直线状的凸棱(60)均与其各自的平面形端面(70)相垂直，壳体(8)设置有两个端部壳壁(19、50)，两个端部壳壁(19、50)各自的内侧壁面为平面，在壳体(8)其中的端部壳壁(50)上设置着流体出口(2)和流体进口(4)，橄榄形定子(6)、四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自橄榄形截面的中心长轴(20b)长度均为χ，橄榄形定子(6)、四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自橄榄形截面的中心短轴(30b)长度均为橄榄形定子(6)的橄榄形截面的中心长轴(20b)平行于四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自橄榄形截面的中心短轴(30b)，橄榄形定子(6)的橄榄形截面中心长轴(20b)与腔室(3)呈类椭圆形截面的中心长轴相互垂直，橄榄形转子(1、5、7、9)各自橄榄形截面的中心长轴(20b)均与腔室(3)呈类椭圆形截面的中心长轴相互平行，流体进口(4)、流体出口(2)各自的几何中心及四个橄榄形转子(1、5、7、9)其各自橄榄形截面的几何中心与橄榄形定子(6)的橄榄形截面的几何中心的距离均为

当橄榄形转子(1、5、7、9)在壳体(8)一侧端部壳壁(50)的平面形第一内侧壁面(100)上的正投影几何中心与流体进口(4)、流体出口(2)在第一内侧壁面(100)上的几何中心重合时，橄榄形转子在第一内侧壁面(100)上的正投影覆盖流体进口(4)或流体出口(2)；行星齿轮系传动机构由行星架(17)、一个中心太阳齿轮(15)、惰性齿轮(14)和四个行星齿轮(13)构成，中心太阳齿轮(15)和行星齿轮(13)大小相等且其模数相同，中心太阳齿轮(15)和橄榄形定子(6)其各自截面的几何中心均与腔室(3)呈类椭圆形截面的几何中心重合，转轴(18)的一端通过壳体(8)上的设置的轴孔伸入并与行星架(17)固接，行星架(17)其转轴中心与腔室(3)呈类椭圆形截面的几何中心重合，在行星架(17)上分别安装着惰性齿轮(14)和四个行星齿轮(13)，相邻两行星齿轮(13)相对以腔室(3)呈类椭圆形截面的几何中心的圆周向角度相位差均为π/2，惰性齿轮(14)和行星齿轮(13)分别围绕中心太阳齿轮(15)环向布列呈环形，中心太阳齿轮(15)与惰性齿轮(14)啮合，惰性齿轮(14)与行星齿轮(13)啮合，惰性齿轮(14)对应位于每一公转行星齿轮(13)与中心太阳齿轮(15)之间，在每个行星齿轮(13)上固装着一个橄榄形转子，每个橄榄形转子(1、5、7、9)其橄榄形截面的几何中心与其固接的行星齿轮(13)的几何中心相重合，四个橄榄形转子(1、5、7、9)的中心长轴(20b)与腔室(3)呈类椭圆形截面的中心长轴相互平行；四个橄榄形转子(1、5、7、9)的圆弧面(12)、凸棱(60)与腔室(3)内的内周边曲面壁(40)、橄榄形定子(6)的圆弧面(12)、凸棱(60)对应相互交替接触滑动配合，壳体(8)一侧端部壳壁(50)的平面形第一内侧壁面(100)与四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自的一侧平面形端面(70)相互接触并通过动密封滑动配合，行星架(17)处于腔室(3)内的平面形端面(90)和腔室(3)内位于行星架(17)周围的平面形内壁面(80)共同形成第二内侧壁面，第二内侧壁面与四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自的另一侧平面形端面(70)相互接触并通过动密封滑动配合。

本发明的优选实施例为：一种转子流体机械变容机构，如图1至图4所示，包括壳体(8)和转轴(18)，在壳体(8)内设置着腔室(3)和行星齿轮系传动机构，腔室(3)呈类椭圆形截面的轮廓线由一对镜像对称等长、弧度为90°且半径为

的小圆弧线段(10)和一对镜像对称等长、弧度为90°且半径为的大圆弧线段(11)对应连接组成，一小圆弧线段(10)两端分别与两大圆弧线段(11)各一端相切连接，另一小圆弧线段(10)两端分别与两大圆弧线段(11)各另一端相切连接，腔室(3)其呈类椭圆形截面其中心长轴长度为

其中心短轴长度为

在腔室(3)内形成的内周边曲面壁(40)相应沿腔室(3)类椭圆形截面的轮廓线延伸，在腔室(3)内设置有一个橄榄形定子(6)和四个橄榄形转子(1、5、7、9)，橄榄形定子(6)与四个橄榄形转子(1、5、7、9)其统一呈橄榄形的截面轮廓线均由一对对称等长、弧度为90°且半径为

的圆弧线段连接组成，且橄榄形定子(6)和四个橄榄形转子(1、5、7、9)大小相等，橄榄形定子(6)和四个橄榄形转子(1、5、7、9)自身相应具有相对称的圆弧面(12)、两个由圆弧面(12)相交汇形成的凸棱(60)和两个相互平行的平面形端面(70)，橄榄形定子(6)和四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自的直线状的凸棱(60)均与其各自的平面形端面(70)相垂直，壳体(8)设置有两个端部壳壁(19、50)，两个端部壳壁(19、50)各自的内侧壁面为平面，在壳体(8)其中的端部壳壁(50)上设置着橄榄形流体出口(2)和橄榄形流体进口(4)，橄榄形流体出口(2)与橄榄形流体进口(4)的形状、大小与橄榄形定子(6)与四个橄榄形转子(1、5、7、9)的形状相近，橄榄形定子(6)、四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自橄榄形截面的中心长轴(20b)长度均为χ，橄榄形定子(6)、四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自橄榄形截面的中心短轴(30b)长度均为

橄榄形定子(6)的橄榄形截面的中心长轴(20b)平行于四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自橄榄形截面的中心短轴(30b)，橄榄形定子(6)的橄榄形截面中心长轴(20b)与腔室(3)呈类椭圆形截面的中心长轴相互垂直，橄榄形转子(1、5、7、9)各自橄榄形截面的中心长轴(20b)均与腔室(3)呈类椭圆形截面的中心长轴相互平行，橄榄形流体进口(4)、橄榄形流体出口(2)各自的几何中心及四个橄榄形转子(1、5、7、9)其各自橄榄形截面的几何中心与橄榄形定子(6)的橄榄形截面的几何中心的距离均为

行星齿轮系传动机构由行星架(17)、一个中心太阳齿轮(15)、惰性齿轮(14)和四个行星齿轮(13)构成，中心太阳齿轮(15)和行星齿轮(13)大小相等且其模数相同，中心太阳齿轮(15)和橄榄形定子(6)其各自截面的几何中心均与腔室(3)呈类椭圆形截面的几何中心重合，转轴(18)的一端通过壳体(8)上的设置的轴孔伸入并与行星架(17)固接，行星架(17)其转轴中心与腔室(3)呈类椭圆形截面的几何中心重合，在行星架(17)上分别安装着惰性齿轮(14)和四个行星齿轮(13)，相邻两行星齿轮(13)相对以腔室(3)呈类椭圆形截面的几何中心的圆周向角度相位差均为π/2，惰性齿轮(14)和行星齿轮(13)分别围绕中心太阳齿轮(15)环向布列呈环形，中心太阳齿轮(15)与惰性齿轮(14)啮合，惰性齿轮(14)与行星齿轮(13)啮合，惰性齿轮(14)对应位于每一公转行星齿轮(13)与中心太阳齿轮(15)之间，在每个行星齿轮(13)上固装着一个橄榄形转子，每个橄榄形转子(1、5、7、9)其橄榄形截面的几何中心与其固接的行星齿轮(13)的几何中心相重合，四个橄榄形转子(1、5、7、9)的中心长轴(20b)与腔室(3)呈类椭圆形截面的中心长轴相互平行；四个橄榄形转子(1、5、7、9)的圆弧面(12)、凸棱(60)与腔室(3)内的内周边曲面壁(40)、橄榄形定子(6)的圆弧面(12)、凸棱(60)对应相互交替接触滑动配合，壳体(8)一侧端部壳壁(50)的平面形第一内侧壁面(100)与四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自的一侧平面形端面(70)相互接触并通过动密封滑动配合，行星架(17)处于腔室(3)内的平面形端面(90)和腔室(3)内位于行星架(17)周围的平面形内壁面(80)共同形成第二内侧壁面，第二内侧壁面与四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自的另一侧平面形端面(70)相互接触并通过动密封滑动配合。

如图1至图4所示，橄榄形流体进口4的数量与橄榄形流体出口2的数量均为2个，橄榄形流体进口4和橄榄形流体出口2分别相对以腔室3呈类椭圆形截面的几何中心的圆周向角度相位差均为π／2。

如图1至图4所示，橄榄形流体进口4的数量与橄榄形流体出口2的数量均为1个，橄榄形流体进口4和橄榄形流体出口2分别相对以腔室3呈类椭圆形截面的几何中心的圆周向角度相位差均为π／2或3π/2。

根据图3可推得，本发明每个橄榄形转子(逆时针)从初始位置公转了90°，四个被四个橄榄形转子分隔成的变容积单腔其容积依次变化的情况为：橄榄形转子的中心长轴始终与工作缸(腔室3呈类椭圆形截面)的中心长轴平行，与橄榄形定子的中心长轴垂直，作为发动机，当橄榄形转子公转90°，第一个单腔腔完成了吸气过程，第二个单腔完成了压缩过程，第三个单腔完成了燃烧膨胀过程，而第四个单腔则完成了排气过程，如果转轴旋转一圈，则每一个单腔都交替完成一个整体做功流程，即橄榄形转子转一圈，可以做四次功，因几何容积排量等于缸体体积，因此效率更高。

本发明作为泵或马达使用时，两个橄榄形流体进口和两个橄榄形流体出口环绕橄榄形定子交叉均布，相邻两个橄榄形流体进口或两橄榄形流体出口环绕橄榄形定子的圆周向角度相位差为π，被四个橄榄形转子分隔成的单腔可相应随同步反向涡动做出变化，能使流体能和机械能相互转换；如将两个橄榄形流体进口和两个流体体出口互联并通过开关控制其孔口大小变化，则可实现液压耦合器、液力离合器的功能，作为马达使用时，较低速工况下可以替代涡轮机械。

本发明作为内燃机使用的基本结构，则具有四个形状尺寸完全相同的橄榄形转子、一个橄榄形流体进口4和一个橄榄形流体出口2，点火位置16（喷火口）设在靠近橄榄形定子6一端凸棱60的位置。

Claims (3)

1.一种转子流体机械变容机构，包括壳体(8)和转轴(18)，其特征在于：在壳体(8)内设置着腔室(3)和行星齿轮系传动机构，腔室(3)呈类椭圆形截面的轮廓线由一对镜像对称等长、弧度为90°且半径为

的小圆弧线段(10)和一对镜像对称等长、弧度为90°且半径为的大圆弧线段(11)对应连接组成，一小圆弧线段(10)两端分别与两大圆弧线段(11)各一端相切连接，另一小圆弧线段(10)两端分别与两大圆弧线段(11)各另一端相切连接，腔室(3)其呈类椭圆形截面其中心长轴长度为

其中心短轴长度为

在腔室(3)内形成的内周边曲面壁(40)相应沿腔室(3)类椭圆形截面的轮廓线延伸，在腔室(3)内设置有一个橄榄形定子(6)和四个橄榄形转子(1、5、7、9)，橄榄形定子(6)与四个橄榄形转子(1、5、7、9)其统一呈橄榄形的截面轮廓线均由一对对称等长、弧度为90°且半径为

的圆弧线段连接组成，且橄榄形定子(6)和四个橄榄形转子(1、5、7、9)大小相等，橄榄形定子(6)和四个橄榄形转子(1、5、7、9)自身相应具有相对称的圆弧面(12)、两个由圆弧面(12)相交汇形成的凸棱(60)和两个相互平行的平面形端面(70)，橄榄形定子(6)和四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自的直线状的凸棱(60)均与其各自的平面形端面(70)相垂直，壳体(8)设置有两个端部壳壁(19、50)，两个端部壳壁(19、50)各自的内侧壁面为平面，在壳体(8)其中的端部壳壁(50)上设置着流体出口(2)和流体进口(4)，橄榄形定子(6)、四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自橄榄形截面的中心长轴(20b)长度均为χ，橄榄形定子(6)、四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自橄榄形截面的中心短轴(30b)长度均为橄榄形定子(6)的橄榄形截面的中心长轴(20b)平行于四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自橄榄形截面的中心短轴(30b)，橄榄形定子(6)的橄榄形截面中心长轴(20b)与腔室(3)呈类椭圆形截面的中心长轴相互垂直，橄榄形转子(1、5、7、9)各自橄榄形截面的中心长轴(20b)均与腔室(3)呈类椭圆形截面的中心长轴相互平行，流体进口(4)、流体出口(2)各自的几何中心及四个橄榄形转子(1、5、7、9)其各自橄榄形截面的几何中心与橄榄形定子(6)的橄榄形截面的几何中心的距离均为

当橄榄形转子(1、5、7、9)在壳体(8)一侧端部壳壁(50)的平面形第一内侧壁面(100)上的正投影几何中心与流体进口(4)、流体出口(2)在第一内侧壁面(100)上的几何中心重合时，橄榄形转子在第一内侧壁面(100)上的正投影覆盖流体进口(4)或流体出口(2)；行星齿轮系传动机构由行星架(17)、一个中心太阳齿轮(15)、惰性齿轮(14)和四个行星齿轮(13)构成，中心太阳齿轮(15)和行星齿轮(13)大小相等且其模数相同，中心太阳齿轮(15)和橄榄形定子(6)其各自截面的几何中心均与腔室(3)呈类椭圆形截面的几何中心重合，转轴(18)的一端通过壳体(8)上的设置的轴孔伸入并与行星架(17)固接，行星架(17)其转轴中心与腔室(3)呈类椭圆形截面的几何中心重合，在行星架(17)上分别安装着惰性齿轮(14)和四个行星齿轮(13)，相邻两行星齿轮(13)相对以腔室(3)呈类椭圆形截面的几何中心的圆周向角度相位差均为π／2，惰性齿轮(14)和行星齿轮(13)分别围绕中心太阳齿轮(15)环向布列呈环形，中心太阳齿轮(15)与惰性齿轮(14)啮合，惰性齿轮(14)与行星齿轮(13)啮合，惰性齿轮(14)对应位于每一公转行星齿轮(13)与中心太阳齿轮(15)之间，在每个行星齿轮(13)上固装着一个橄榄形转子，每个橄榄形转子(1、5、7、9)其橄榄形截面的几何中心与其固接的行星齿轮(13)的几何中心相重合，四个橄榄形转子(1、5、7、9)的中心长轴(20b)与腔室(3)呈类椭圆形截面的中心长轴相互平行；四个橄榄形转子(1、5、7、9)的圆弧面(12)、凸棱(60)与腔室(3)内的内周边曲面壁(40)、橄榄形定子(6)的圆弧面(12)、凸棱(60)对应相互交替接触滑动配合，壳体(8)一侧端部壳壁(50)的平面形第一内侧壁面(100)与四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自的一侧平面形端面(70)相互接触并通过动密封滑动配合，行星架(17)处于腔室(3)内的平面形端面(90)和腔室(3)内位于行星架(17)周围的平面形内壁面(80)共同形成第二内侧壁面，第二内侧壁面与四个橄榄形转子(1、5、7、9)各自的另一侧平面形端面(70)相互接触并通过动密封滑动配合。

2.根据权利要求1所述的转子流体机械变容机构，其特征是：流体进口(4)的数量与流体出口(2)的数量均为2个，流体进口(4)和流体出口(2)分别相对以腔室(3)呈类椭圆形截面的几何中心的圆周向角度相位差均为π／2。

3.根据权利要求1所述的转子流体机械变容机构，其特征是：流体进口(4)的数量与流体出口(2)的数量均为1个，流体进口(4)和流体出口(2)分别相对以腔室(3)呈类椭圆形截面的几何中心的圆周向角度相位差均为π／2或3π/2。

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