CN103649584B - 一种具有使用渐开曲线形成的转子的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有使用渐开曲线形成的转子的装置。本发明揭示内容用于例如使用渐开曲线形成的转子的能量转换装置及正时或分度齿轮。本发明解决了改进负载传递，或者换句话说减少摩擦的技术问题。转子使用球面渐开线时，由于渐开线表面间的滚动接触获得改进，可使转子间的负载传递获得极大的改进。渐开线的形式有许多优点，包括：当两道渐开线的基锥的中轴线为偏位而未共线，且所述渐开线彼此成同步旋转接触时，极为近似滚动接触。本发明中使用多种叶瓣数目及形状的转子实例，显示本发明若干不同的实施例。

Description

一种具有使用渐开曲线形成的转子的装置

相关申请

本案请求根据美国临时专利申请案第61/477,469号的优先权，该案申请日为2011年4月20日，于兹以参照方式将其并入本案。

技术领域

本发明揭示内容说明渐开曲线的使用在能量转换装置及正时或分度齿轮中的应用。

发明内容

此处以若干实施例揭示的是一种装置，其包括一第一转子与一第二转子。在某些实施例中，第一转子与第二转子的转轴是彼此偏位而未共线且彼此相交。每一转子皆包括：至少一个叶瓣，其具有一第一侧及一第二侧，其中每一叶瓣的第一侧为一弧面，是由至少一个球面渐开曲线所形成。第一转子的叶瓣与第二转子的叶瓣沿着两转子的周缘相互啮合。在一形式中，所述装置于形成时，第一转子每一叶瓣的第一侧接触第二转子上关联叶瓣的第一侧。

此处揭示的装置可进而包括位于该等叶瓣第二侧内的侧凹部，用以提供对置转子叶瓣尖端所需的余隙。

此处所揭示的装置配置中，所述叶瓣的第二侧其断面为泪滴/椭圆形状。所形成的泪滴形表面可于所述装置旋转期间，与对置转子的叶瓣尖端适当地接触。形成所述装置时，亦可使叶瓣的第二侧为泪滴形偏位或预载。

形成所述装置的转子时，可使各叶瓣的第一及第二侧均由渐开曲线构成。

所述装置可进而包括一壳体，其内径与第一转子外径之间具有一给定的间隙。所述壳体的内径与第二转子外径之间亦可设一给定的间隙。所述装置于旋转期间，亦可在第一转子各叶瓣的第一侧与第二转子各叶瓣的第 一侧之间利用变动间隙。

为利于组装与促进功能，所述装置可进而包括一覆环围绕于第一转子与第二转子周缘。旋转期间，所述覆环大致与第一及第二转子的外径相互接触。于装置操作期间，覆环与第一及第二转子一同旋转；同时，覆环位于该壳体内。

所述装置可进而包括一大致球状的球核，其对中位于第一及第二转子转轴交点的共同中心。至少一转子的内侧球面与所述球核的外径间，具有一间隙。

若要当作压缩机或膨胀器使用，所述装置可包括若干定义孔口的表面，其中，至少一转子包括流体进口及/或出口，此等进/出口贯设于该转子的后表面。

尽管本发明先前揭示的装置具有多数表面与叶瓣，但在另一实施例揭示的装置中，每一转子上各有一个球面渐开线导出表面。

形成所述装置时，可使每一转子上的叶瓣球面渐开曲线均具有类螺旋形状，此种表面沿转子周缘延展至接近、等于或大于360度，因而在转子旋转期间，产生一大致轴向的流体作用。此种变化的一实施例中，所述渐开曲线沿转子轴线的周缘延展大于360度，且该等叶瓣形成的“肋片”与螺旋钻的非常类似；其中，所述肋片两侧皆由渐开线表面构成，并设计用于与配对(对置)转子的叶瓣上的肋片啮合。

在一形式的配置中，所述装置的球面渐开线叶瓣表面包括一螺旋形变换。在此种实施例中，构成叶瓣表面的各个球面，其上的渐开曲线从一共同的中心朝外辐射，并以一转子轴线为中心沿轴向改变位置。在此一形式中，各个球面上的每一球面渐开线可以以转子轴线为中心而旋转一预定的转动值。

本发明亦揭示一种伞齿轮组，其包括一第一齿轮转子及一对置齿轮转子。所述第一齿轮转子与对置齿轮转子各包括多个轮齿。在一形式中，每一齿轮转子上的齿数相等。在一实施例中，在力的传递时，第一转子有一或多个轮齿与对置转子上的轮齿相互接触，以便将扭矩从第一齿轮转子传递至对置齿轮转子；第一转子上有些个别的轮齿与对置转子的轮齿间相互接触、或具有给定的间隙、或成干涉配合，以提供齿隙移除；此外，所述 齿隙移除与扭矩传递不发生在任一转子的同一轮齿上。此实施例可运用在包括一第一旋转组件与一第二旋转组件的机器上。所述伞齿轮组可作为前述第一旋转组件与第二旋转组件之间的正时齿轮。所述伞齿轮组在形成时，其轮齿包括一螺旋形变换。

附图说明

图1示出了位于一球体表面上的渐开曲线构造实施例；

图2示出了从一基准球体外表面朝球心延伸的一系列渐开曲线构造所定义(形成)的表面实施例；

图3显示一个用于导出球面渐开曲线数学的几何架构实施例；

图4-6示出了由一系列延伸渐开曲线所定义的多个表面实施例；

图7显示一膨胀器实施例在转子间达最大体积点的状态；

图8为一局部剖示立体图，显示图7的膨胀器位于一覆环内；

图9显示多个泵转子的实施例；

图10显示图9的转子在最小体积的位置；

图11显示图9的转子在最大体积的位置；

图12显示一单叶瓣渐开线压缩机实施例，其在一壳体内使用两对转子；

图13显示一单叶瓣渐开线压缩机实施例在最大体积点的状态；

图14显示一单叶瓣渐开线压缩机实施例接近最大体积点的状态

图15显示图14所示单叶瓣渐开线压缩机实施例的另一角度视图；

图16显示一单叶瓣渐开线压缩机实施例接近最小体积点的状态；

图17显示一单叶瓣渐开线压缩机实施例大致在最小体积点的状态；

图18显示一单叶瓣渐开线压缩机实施例接近最小体积点的状态；

图19-19B显示一螺旋渐开线单叶瓣泪滴形转子实施例；

图20显示一个六齿椭圆耳渐开线锯齿状转子总成实施例的多个表面；

图21为图20所示实例的前视图；

图22为图20所示实例的侧视图；

图22B显示图22所示区域B的详细图；

图23显示一正时齿轮实施例的啮合表面，其设计可使齿隙减至最少；

图24显示十二叶瓣正时齿轮实施例的啮合表面，其设计可使齿隙减至 最少；

图24B显示图24所示实施例的侧视图；

图25显示四叶瓣实施例的表面；

图25B显示图25所示实施例的侧视图；

图26显示12°伞齿轮的十叶瓣实施例；

图26B显示图26所示实施例的侧视图；

图27显示10°渐开线齿轮十一叶瓣实施例的啮合表面；

图27B显示图27所示实施例的侧视图；

图28显示十二叶瓣实施例；

图29显示六叶瓣实施例的表面，其叶瓣比其他实施例所示的叶瓣较宽；

图30及图31显示二转子表面在接触时，球面渐开线延伸的螺旋形变换的实施例；

图32显示一先前技术转子与心轴；以及

图33显示一转子的局部详细剖视图。

具体实施方式

当一条直线沿着一个静止的圆滚动时，这条直线的一点会描绘出一道曲线，称为(该圆的)渐开线。当一个圆沿着一条静止的直线滚动时，该圆的圆周上的一点会描绘出一道曲线，称为摆线。当一个圆沿着另一个圆滚动时，那么滚动圆的圆周上的一点会描绘出一道曲线，(若滚动圆是在静止圆的外侧滚动时)这道曲线称为外摆线；或者，(若滚动圆是在静止圆的内侧滚动时)这道曲线称为内摆线。在所有这些滚动圆的情况中，不在圆周上的各点所描绘出的曲线称为次摆线。

以上说明的所有曲线，都涉及位于平面内的直线与圆。然而，同样的情形可应用在一球体。一球体上对应各直线的曲线称为大圆(将球体分成二等半的曲线)，因为大圆在球面上的对称性，与直线在平面上的对称性是一样的。在一球体上，所称的“直”线也就是圆。位于一球面上的圆，从球心形成一个圆锥；在大圆的情况时，这个圆锥实际上是一个平面的圆盘。这些圆锥与圆盘可用来在一球体上产生多个圆在多个圆上的滚动。

渐开线的形式有许多优点，包括：当两道渐开线的基锥的中轴线为偏 位而未共线，且所述渐开线彼此成同步旋转接触时，极为近似滚动接触。在本发明揭示内容中，渐开曲线的定义是：当一条线环绕另一曲线，亦即渐屈线，而使其法线与渐屈线相切时，这条线的自由端所描述的曲线即是渐开线。

本发明揭示内容提出数种渐开线的使用在能量转换装置中的应用；也提出利用球面渐开曲线作为轴线偏位非共线的多个转子的正时齿轮，或者更明确地说，用在例如美国专利申请案第12/560,674(‘674)号中所述的分度器中。于兹以参照方式并入该案。此外，制作能量转换机器时，也可以使整组的主接触面完全由球面渐开曲线构成，当其运作时，轴线偏位非共线且近似交叉，诸如图4-6所示的情形。在这些特定图式中，并非都会显示位于外侧的适用覆环及具有间隙或接触密封的适用内球核。美国专利申请案第13/162436(‘436)号中较详尽地揭示若干类似的覆环。于兹以参照方式并入该案。然而，若以同步旋转两个由球面渐开线几何形状构成的转子，会得到一种流体运动，此种运动通常沿着两转子的轴向56传递，类似一螺旋压缩机。该案亦揭示锯齿叶瓣形的能量转换装置，其中利用所述转子的分叉平面作为刀具定位，产生一种泪滴几何形状。此种能量转换装置非常类似美国专利6,036,463(‘463)号所示的能量转换装置叶瓣。于兹亦以参照方式并入该案。此处使用的“泪滴形”一词，是表示一平面通过一泪滴形状的长轴而将泪滴对切为二时，由泪滴径向朝外的边缘所产生的曲线部份。所述泪滴形位于一球面上。然而，使用’463专利案的图7A(目前本案显示为图32)作为图例说明时，利用一种可改进接触与负载传递的新颖方法，可形成一个类似表面PA26的表面。使用以前的方法时，是连接叶瓣端部PA27的边缘与叶瓣根部PA29的边缘，而形成表面PA26。使用改进的方法时，是利用一球面渐开曲面连接叶瓣端部PA27的边缘与叶瓣根部PA29的边缘，而形成所述表面。此种球面渐开曲线表面是由多个球面渐开曲线产生的。以本发明图2为例，第一球面渐开曲线58所在的外球面对应转子外径。第二球面渐开线60所在的球面对应图9所示转子的内球核88或中心孔。第一与第二渐开曲线58、60未必需要是对方的径向投影，相反地，举例而言，它们可有不同的节距。在一实施例中，第一与第二渐开线58、60可经由一连接面33而连接。以一形式而言，可将此一连接面33想象为 由无限多个渐开曲线所组成，这些渐开曲线位于无限多个同心的球面上，而且描绘所述无限多个球面渐开线的界线从外侧曲线58到内侧曲线60时具有某种平滑的渐进性。以一形式而言，配对转子的表面也可具有类似的平滑渐进性，因而使第一转子上的渐开曲面啮合配对转子的渐开曲面。

其中亦可应用螺旋形变换，以使无限多个渐开曲线中的每一个都可以用某种相切量平滑地计时，诸如图30、31实施例所示者，以于每一转子116/118上产生一螺旋渐开面114。螺旋渐开线几何形状的好处与一螺旋伞齿轮类似，诸如减少机器噪音及增加接触比与强度。本发明揭示内容亦包括建构一螺旋球面渐开线转子，所述转子的螺旋扭度大于全螺旋扭度，可以用来制作泵、压缩机或引擎等装置，使其具有增强的径向流动特征；其中，液量可被螺旋腔室陷住，因而产生一径向流动装置，亦即，液流可从位于转子116/118外径上的进口开始，而于转子旋转时被转子陷住(压缩/膨胀)，因此液流可以经由螺旋形体积120沿径向被导往转子的中心。藉由改变螺旋方向(转子的形状)，或改变转子的旋转方向，亦可产生相反的流动方向。

球面渐开线20是渐开曲线的一种特别形式，可以将它想象成被一条细绳尖端横贯的一组点，就像一个人从一球体表面上的圆展开一条细绳并同时保持细绳在拉紧状态，于是将圆刻画在球体表面上。图1显示此一概念，其中点32是细绳22的尖端，而沿着球面渐开曲线28的各个点是由所述细绳22在不同的展开位置所产生的。在一形式中，细绳22形成与基圆26的切点24。在一形式中，细绳22并非一直线而是一个大圆(圆心位于球体原点34的圆)。图2中显示球面渐开曲线28用于伞齿轮，诸如正时齿轮的一种可行设计；当一能量转换装置中的多个转子彼此偏位而未共线且具有一通轴设计时，可使用此种齿轮设计。

为导出球面渐开线形状的数学构造，方法之一是使用一系列环绕一共同中心点的向量旋转。图3显示此数学构造，并假设要被展开的“细绳”是从与x轴对齐的点Co开始展开，并沿反时钟方向发生展开，更确切地说，是使用右手定则以z轴为中心，沿正转方向发生展开。让“t”代表位于基圆上的切点C的角位置。当细绳GC的点P被拉出基圆时，此切点沿反时钟方向横贯基圆。大圆“GC”的弧长等于基圆上位于点Co与点C之间的 圆弧弧长，在此以S标示之。使用基圆26时，弧长S=rt，其中r是基圆26的半径，t是图3所示切点角。图3所示的“g”是基锥的半角，其中，直角三角形OVC显示g=asin(r/R)，此式可改写成r=Rsin(g)或r/R=sin(g)，其中R是渐开线的球面半径。至于球面三角形PCO，可以写出S=RB的关系式，亦即，角B乘以半径R等于弧长S。结合S=rt与S=RB可得到rt=RB或r/R=B/t。为方便起见，于一实施例中所揭示者以g来写出夹角B。为此，将r/R=B/t代入g=asin(r/R)，因此，B=tsin(g)。图3所示在xyz直角坐标中环绕共同中心O的一系列向量旋转，现在可以用一系列的步骤执行。首先，使用右手定则以x轴为中心，将向量V=[0,0,R]旋转一角度+B。第二，以y轴为中心将此结果旋转一角度+g。第三，以z轴为中心将第二结果旋转一角度“t”。以下是在直角坐标中用于一球面渐开线的一系列矩阵旋转及产生的参数方程式：

其中，g=asin(r/R)，r是图3所示基圆26的半径，R是球面渐开线所在球面30的半径。

在一形式中，球面渐开曲线可跨一半径R的球体上两参考点间的空间。只需要以z轴为中心对球面渐开曲线施加一任意旋转，即可使球面渐开曲线定位。基圆的半径可加以调整，以控制渐开曲线的“节距”或坡度。角位置“t”控制渐开线的起点与终点。t值的范围可特别选取，以精密控制渐开曲线的端点。对于可与球面渐开线结合的点，是有所限制的。例如，渐开曲线的端点P不能位于球体上刻画的两基圆外侧，所述基圆定中心在z-轴上并相对于x-y平面成镜像。对于位在这些基圆之间的点，可以使用一球面渐开曲线连接某些点。也可以同时在二点满足任何相切条件。例如，请参照图32，若要产生一渐开曲面叶瓣而非图中所示的叶瓣，可将第一点定义为边缘PA27一端与球面交叉的位置，而且可以使渐开曲线也通过边缘PA29与球面交叉的那一点。接着舍弃渐开曲线其余的部分，仅使用连接两 点的线段。也可以经由符合相切条件，而使渐开曲线从叶瓣尖端曲线平滑地转变，或在两叶瓣间的根部平滑地转变。

目前已发现，转子使用球面渐开线时，由于渐开线表面间的滚动接触获得改进，可使转子间的负载传递获得极大的改进。图4所示实例中，显示两转子在接触点160、162、164及166相互接触。图5与图6中，显示两转子在点168、170及172相互接触。图7的实施例中，显示叶瓣178、180各自的泪滴形表面174、176在点182相互接触。在此实施例中，点182为一摩擦接触点，而非两转子以各自的轴线为中心旋转时的滚动接触点。在图10所示实施例中，当二转子以各自的轴线为中心旋转时，叶瓣188、190各自的渐开曲线表面184、186在点192形成滚动接触。所述叶瓣的设计，须使多个叶瓣能具有渐开线与渐开线接触的关系(如图10中所示)，如此可进一步增加负荷承载能力。添加螺旋形变换，可进一步增加相互接触的叶瓣数目。

图7与图8显示在一锯齿构形36中交替使用渐开线表面194、196与泪滴形表面174、176；在此例中，此锯齿构形系配合后孔口配置38与覆环40作为一气体膨胀器使用。在此实施例中，所述覆环40由第一环部42与第二环部44构成，并于对开面46分界。渐开线基圆的直径经过调整，以使产生的球面渐开线可与两叶瓣尖端48、50精密相切，也于所述叶瓣的根部彼此精密相切。在本实施例中，叶瓣尖端48、50为圆锥状兔耳形结构。

图9-11显示与转子52/54配合使用的渐开曲线；转子52/54的形状类似交替的泪滴形状；在一泵转子实施例中，所述转子使用时配合一覆环(图未示)及一具有贯孔以定义多个孔口198的后表面。图11中亦显示一些以机械加工设于球核88上的圆形扁平部90，以使所述转子易于组装在球核上。藉由此种扁平部或凹陷部，不再需要将转子52、54“卡扣”在球核88上，也不必设置特殊的可卸除式套筒以允许悬垂式组装。图中虽然显示圆形扁平部，但是此种机械加工形成的止动结构不需要是圆形，也不需要是扁平的。这些止动结构提供允许转子通过的余隙，藉此，转子之一的中心球面与球核88接触，而另一对置的转子则与球核88之间具有预定义的余隙或绝对密封。这些图式中显示，利用渐开线之间的余隙，可在最小体积时形成余隙密封(如果希望的话，渐开线之间的余隙也可以设计成一接触点 并可任选性地用于扭矩传递)，而图11中显示在最大体积位置时，位于叶瓣尖端92的余隙密封。在此一特定实施例中，叶瓣尖端200并非从圆形或圆锥形尖端构成，而是从扁平形或极细的椭圆形构成，藉此，密封间隙长而细，可提供较佳的叶瓣间密封，这是因为通过细长间隙的压降，大于通过圆锥形叶瓣尖端型的较短间隙所产生的压降。由于最小与最大体积之间，叶瓣之间的密封不需要有中间密封，因此图11中所示的是“侧凹部”202，而非图7显示的泪滴形轮廓。不希望有内压缩时，可利用此实施例。由于液体相当不可压缩，所以，例如在抽汲油或水时，若有内压存在，装置将无法正确运作。图33显示此种侧凹部202的一实例。

图12-18显示一个单叶瓣球面渐开线能量转换装置96的实例，此种装置可用于转换能量。在一形式中，此实施例可在后表面具有贯孔以定义多个孔隙204。在一形式中，可使用一覆环94。此实施例具有若干有用的优点，诸如，如图17所示，在最小体积点时，几乎没有再循环(或余隙)量，因此可在需要时产生极高的压缩比。图13显示旋转期间的最大体积点，图14、15、18则显示旋转期间的中间体积点。此实施例中的转子98/100未必是旋转平衡，但是可适当地移除转子外径106周围的材料而轻易达到平衡。

此实施例中显示有两对转子98/100与102/104设在一壳体110内并接设于单一心轴108上，壳体110可包括一球核部206，其与先前所揭示的球核类似。并可使用轴承组112以与心轴适当定位并减少心轴与壳体间的摩擦。

如图所示，两转子的轴向表面间有一个大致滚动接触的点224，以及，例如图18所示，当两转子的径向表面接触时，有一个大致滑动接触的点226。

图13-18显示一转子总成，其由第一转子98与第二转子100构成。第一转子具有一个以心轴108为中心的第一转轴，且有一啮合球面曲线位于一球面内，其中，第一转子的啮合曲线由多个点所定义。每一个点有一个关联位置导数向量，指示与第一转子啮合曲线相切的方向。第一转子啮合曲线沿线每一点上的相对运动向量定义为：相对一个以第二转子100为准的坐标系，于第一转子啮合曲线上每一点量测到的运动向量，其中，相对运动向量与第一转子相对第二转子的相对旋转位置相依。

第二转子具有一个以心轴108为中心的中心转轴；第二转子的中心转轴与第一转子的第一转轴彼此偏位而非共线。第二转子以一给定的转速相对第一转子旋转。此外，第二转子具有一第二啮合表面，且有第二组的啮合球面曲线位于第二转子的球面内，其中，形成第二转子啮合曲线的多个点，是在以第二转子为准的坐标系上量测的。所述多个点之中的每一个点，对应两转子的一个特定旋转位置。产生每一个点的几何位置，是第一转子曲线位置导数向量之一与第一转子曲线相对运动向量之一形成共线的位置，其中，第一与第二转子的曲线位于等直径的球面上；此外，所述位置导数向量与相对运动向量的坐标相同，定义一个参考点；而且，这些点在任何给定球面上的轨迹，决定第二转子在两转子共享的球面上的啮合曲线。此种构造在每一转子上定义一个泪滴形表面244，使两转子间位于泪滴形表面的接触部位大致为零余隙。这些图式中显示的是单叶瓣实施例。在此实施例中，叶瓣的泪滴形表面244的基部248经由一渐开曲线表面246连接叶瓣的尖端226。

简言之，在一实施例中，在两转子的轴线彼此偏位而非共线的情况下，当转子之一的尖端以其轴线为中心而旋转时，在图13-18所示情况中，第一转子的叶瓣尖端在另一对置的转子内刻画出一个泪滴形状；然而，依照叶瓣尖端的位置与叶瓣尖端的形状而定，刻画出的形状可能并非泪滴形，反而更像椭圆形或其他形状，这种情况是由先前各段所述的数学产生的。

所述表面上可应用螺旋形变换以产生一径向流动装置，诸如图19与图19B所示。在此实施例中，每一转子228、230各以其轴线232、234为中心而旋转，此二轴线非共线、非共平面，而且在点236共同交叉。与前一实施例相同，此实施例的两转子在移动点240、242接触，其中，位于点240的接触大致为摩擦接触，而位于点242的接触大致为滚动接触。

图中显示所述表面偏离分叉平面，并显示配合使用球面渐开线与椭圆表面，藉此，叶瓣的一半现在为渐开线，而叶瓣尖端是使用极细的椭圆形成的。细长的椭圆形尖端允许较厚的叶瓣，可增加额外的强度。图20、21、22显示具有扁平、椭圆形兔耳的叶瓣。由于此种扁平兔耳的设计，所生成的叶瓣相当厚。

图20所示的表面208、210可用于压缩机或膨胀器或其他能量转换装 置，不论有无覆环；也可以让叶瓣具有后孔口。然而，亦可使用这些表面来形成齿隙可控正时齿轮或“分度器”的几何形状。举例而言，图20所示实施例可直接取代’674号美国专利申请案图13中标号132、158所示的分度器，因为此实施例的一形式中，是以1:1之转速比操作的。图20所示的设计可以应用额外的螺旋形变换，非常类似’674号美国专利申请案图68A-68C，以增进平滑的运转操作。请注意，此种分度器亦可提供双重目的，例如，因为它有可能使用油脂润滑来运转，所以也可以作为油泵或辅助能量转换装置。

在齿轮装置中，当驱动齿轮的负载方向倒转时，齿隙经常是指存在于两组轮齿间的间隙；必须在从动齿轮经历到反转的驱动齿轮所产生的力量前，将此种齿隙密合。齿隙亦称为余隙或游隙。对于机器中需要极精确运动的正时齿轮而言，务必使齿隙减至最小。齿隙可经过设计而达到特定的间隙；或者，利用拼合齿轮与弹簧也同样可以达到具有预负载的零齿隙。

图23、24显示二个正时齿轮62/64，其设计可用于齿隙最小化。这些齿轮并非设计用于承受显著的推力负载，而是设计用于扭矩传递。在此二图中，正时齿沦62/64的节径70/72不同，但是两齿轮的轮齿66/68数目相等，这是反直觉的设计。由于有相同的齿数，所以可使用诸如此类的分度齿轮制作转速比为1:1的能量转换装置。若一能量转换装置的分度设备需要不等转速比时，诸如’674号美国专利申请案图68A-68D中所示的分度器，可以使用不等数目的齿轮齿来产生所要求的转速比。两个使用球面渐开曲线的分度器(正时齿轮)可以各自的心轴74/76为中心，以相等或不等的转速比来操作。此等分度器可能有、也可能没有齿隙控制。对于这些能量转换装置，也许并非一直需要齿隙控制，因为在单一方向中，扭矩经常够高，所以液压能使转子间的间隙78保持恒定。或者，可以想象成位于驱动轴末端的扭矩通常都会够高，所以在最小余隙点时，渐开线正时齿轮会与对置的齿轮维持接触。在另一实施例中，则会大致一直维持接触，以免造成效能问题。

藉由使用宽度足够的单一轮齿以使每一轮齿的两侧都与对置的齿轮形成极度靠近或接触，通常可以减少齿隙。图24所示实施例中，齿隙的移除实际上是距离数个轮齿之外，更明确地说，当转子表面256、258分别以轴 线252、254为中心沿旋转方向250行进时，扭矩传输接触发生在点212，其与齿隙移除点214相距一或二个齿轮齿。在点214提供齿隙移除的轮齿，可控制或减缓转子表面256以相反于箭头250的方向相对转子表面258旋转。此种反向的相对旋转定义为空转。

图25-29显示更多利用球面渐开线几何学的分度器(或正时齿轮)实例。这些图中显示分度齿轮80/82使用单向扭矩设计的不同实施例，所述分度齿轮虽然具有不同的节径，但是它们的转速比为1:1。为了在1:1的转速比维持渐开线齿轮接触，其中一齿轮80的基圆直径26应该与用于产生第二齿轮82几何形状的基圆直径相同。对于异于1:1的转速比，所述基圆通常不相等，且其比率与所需的转速比相等。

图26显示12°伞齿轮260、262的十叶瓣实施例的啮合表面。

图27显示10°渐开线齿轮264、266的十一叶瓣实施例的啮合表面。

图28显示具有十二叶瓣272、274的转子268、270实施例。

图29显示六叶瓣实施例的表面276、278，其叶瓣比其他实施例所示的叶瓣较宽。

图4与图5显示两转子84、86沿整个圆周相互啮合，其中两转子的轴线(近似)交叉且彼此偏位而非共线，并以1:1的转速比旋转。若假想此装置有一覆环、有一内球核、并于前端216与后端218有适当的孔口装置，再加上同步旋转，此种延伸的球面渐开线表面220、222可以用于例如压缩机或膨胀器。图中所示的表面是由渐开线朝内往球面共享原点径向突伸而产生的。但是转子不需要受此种限制。例如，可以额外应用一螺旋形变换，如图30、31所示者。此二图显示的相互啮合表面114非常薄，但在实际操作时可以给它们某个合理的厚度。

以上虽然使用圆形基础曲线作说明，但也可以利用其他形状的渐开线。例如，可以利用一花生形基锥，如此可产生某些其他类型的渐开曲线/渐开线表面。

以上虽举若干实施例说明本发明，并且详述这些例举说明的实施例，但本案申请人并无意以任何方式将所附申请专利范围局限于此等细节。凡熟悉此类技术之人士显然可以理解，在所附请求项之范围内可有其他优点与修饰。因此，就广义而言，本发明并不限于前述特定细节、代表性装置 与方法，亦不限于先前所示的说明性实例。因此，从此等细节中可以产生变化而不脱离申请人整体概念的精神或范围。

Claims (21)

1.一种具有使用渐开曲线形成的转子的装置，其包括：

a.一第一转子与一第二转子；

b.其中，第一转子与第二转子的转轴彼此偏位而非共线，并且彼此相交；

c.每一转子包括：

i.至少一个叶瓣，其具有一第一圆周侧与一第二圆周侧；

ii.其中，每一叶瓣的第一侧是由至少一个球面渐开曲线形成的弧面，在直角坐标中该球面渐开曲线通过由下面矩阵乘法所表示的参数曲线来限定；

$Involute=\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(t\right)& -\sin \left(t\right)& 0\\ \sin \left(t\right)& \cos \left(t\right)& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(g\right)& 0& \sin \left(g\right)\\ 0& 1& 0\\ -\sin \left(g\right)& 0& \cos \left(g\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \left(B\right)& -\sin \left(B\right)\\ 0& \sin \left(B\right)& \cos \left(B\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ R\end{array}\right]$

t是参数曲线参数；

g＝arcsin(r/R)，其是基锥的半角；

r是球面渐开线的基圆的半径；

R是球面渐开线所在球面的半径；

B＝t*sin(g)；以及

iii.藉此，第一转子的叶瓣与第二转子的叶瓣在两转子的周缘相互啮合。

2.如权利要求1所述的装置，其中第一转子每一叶瓣的第一圆周侧接触第二转子上关联叶瓣的第一圆周侧。

3.如权利要求2所述的装置，其中第一转子每一叶瓣的第二圆周侧接触第二转子上关联叶瓣的第二圆周侧。

4.如权利要求2所述的装置，进而包括位于所述叶瓣第二圆周侧内的侧凹部。

5.如权利要求2所述的装置，其中所述叶瓣的第二圆周侧其断面为泪滴形状，以与对置转子的叶瓣尖端维持相对间隙。

6.如权利要求2所述的装置，其中所述叶瓣的第二圆周侧与对置转子的第二圆周侧处于预载接触。

7.如权利要求1所述的装置，其中第一转子每一叶瓣的第一圆周侧不接触第二转子上关联叶瓣的第一圆周侧，因此第一转子每一叶瓣的第一圆周侧与第二转子上关联叶瓣的第一圆周侧之间维持一间隙。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述叶瓣的第一圆周侧及第二圆周侧皆由渐开曲线构成。

9.如权利要求1所述的装置，进而包括：

a.一壳体，其内径与第一转子外径之间具有一给定的间隙；

b.所述壳体的内径与第二转子外径间具有一给定的间隙；以及

c.第一转子各叶瓣的第一圆周侧与第二转子各叶瓣的第一圆周侧之间，有一间隙，其中所述间隙通过所述第一转子和第二转子的旋转来变动。

10.如权利要求9所述的装置，进而包括：

a.一覆环，其围绕于第一转子与第二转子周缘；

b.所述覆环与第一转子的外径相接触，并与第二转子形成间隙或密封接触；

c.其中，所述覆环与第一及第二转子一同旋转；以及

d.所述覆环位于所述壳体内。

11.如权利要求9所述的装置，进而包括：

a.一大致球状的球核，其对中位于第一及第二转子转轴交点的共同中心；以及

b.至少一转子的内侧球面与所述球核的外径间，具有一间隙。

12.如权利要求9所述的装置，其中，至少一转子包括流体进口及/或出口，所述流体进/出口贯设于该转子的后表面。

13.如权利要求9所述的装置，其中每一转子上各有一个球面渐开线导出表面。

14.如权利要求9所述的装置，其中每一转子上的叶瓣球面渐开曲线均具有类螺旋形状表面，所述表面沿转子周缘延展至接近、等于或大于360度，因而在转子旋转期间，产生一大致轴向的流体作用。

15.如权利要求14所述的装置，其中：

a.所述渐开曲线沿转子周缘延展大于360度；以及

b.所述叶瓣部分形成肋片；

c.其中，所述肋片两侧皆由渐开线表面构成；以及

d.第一转子叶瓣的肋片与第二转子叶瓣的肋片啮合。

16.如权利要求14所述的装置，其中，所述球面渐开线叶瓣表面包括一螺旋形变换，其中，构成叶瓣表面的各个球面上的渐开曲线从一共同的中心朝外辐射；其中，各个球面上的每一球面渐开线以转子轴线为中心而旋转一转动值。

17.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一转子与所述第二转子各包括：

a.多个齿；

b.其中，在力的传递时，第一转子有一或多个齿与对置转子上的齿相互接触，以便将扭矩从第一转子传递至对置转子；以及

c.其中，以第一转子上个别的齿提供齿隙控制；以及

d.其中，所述齿隙控制与扭矩传递不发生在任一转子的同一齿上。

18.如权利要求17所述的装置，其中，第一转子上的齿隙控制齿与第二转子上的关联齿相互接触。

19.如权利要求17所述的装置，其中每一转子上的齿数相等。

20.如权利要求17所述的装置，进而包括：

a.一机器，其包括一第一旋转组件与一第二旋转组件；以及

b.其中，所述装置作为第一旋转组件与第二旋转组件之间的正时齿轮。

21.如权利要求17所述的装置，其中，所述齿形成时包括一螺旋形变换。