CN105829649B - 多叶片转子动力可变排量动力学系统 - Google Patents

多叶片转子动力可变排量动力学系统 Download PDF

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Abstract

一种多叶片动力学系统，该系统产生在多对径向叶片组之间所包围的容积的变化并且按顺序运行，该叶片组彼此独立并且与在包封叶片组的环形外壳内的中心轴线同轴，在该顺序中，叶片组在特定周期内用作机构的旋转联杆，该特定周期在另一周期之前和之后，在另一周期中，任一叶片组在固定联杆和旋转联杆之间连续交替，并且在前一周期期间，只要叶片组具有相同角速度，叶片之间的容积就保持恒定，否则以与不同角速度成比例的速度变化。两个时间周期通过定时装置控制，定时装置致动叶片组与动力轴联接和脱开，并且两个时间周期的长度变化制造转子动力可变排量机器。

Description

多叶片转子动力可变排量动力学系统
技术领域
本发明涉及一种具有动力学机构的多叶片转子动力可变排量动力学系统，更具体地涉及一种用于诸如压缩机、泵、马达、内燃机等的流体处理机器中的可变排量动力学系统。
背景技术
基于在环形室/圆环室之内的径向叶片的各种旋转式运动学机构和构型已知用在流体处理机器中，其中，转子和定子元件改变陷入其间的容量。例如，US 3592571、US4153396中的想法包括分布在腔室内的两个或多个叶片元件之间的相对运动，其中，相对运动借助外部齿轮传动控制或通过摩擦元件控制转子元件的加速力和减速力。
在很多这种想法中，叶片的任一片执行叶片的来回运动，而另一些可以实现更理想的相对速度的单向变化。
美国专利申请第10/553,857号公开了由安装在套筒上的叶片组成的旋转设备，套筒借助联接布置与轴联接和脱开联接，然而，每个套筒单一叶片导致失去平衡力并且要求在远离腔室之内的叶片平面的不同平面获得平衡。类似地，通过一次旋转的转矩变化因在旋转中发生在单点且一次的燃烧是高的，并且，此外用于正确和正向抓紧和分开而没有任何滑动是对膨胀幅度的精确控制所必需的，并且随着惯性以更高的速度增加，其变得更困难。
上述所有这种机构具有各种不同缺点和限制，并且这些机构中的很多仅提供流体泵送，其中，能量通过这种机器传递给流体，但它们不能通过流体执行有效电机驱动，其中，能量从流体传递给转子元件。
US 5622149描述了具有径向叶片的旋转式发动机，然而，其使用流体排放布置来排泄流体以实现变化膨胀比，然而，这些导致功和效率损失。
在燃料动力马达中，燃烧室的大小是主要设计因素，因为其影响火焰行程、燃烧总时间和通过外壳表面面积的热损。这些因素直接影响热效率。在已知旋转想法中的中心放置轴限制圆环体的‘表面面积与体积比’和平均圆环直径的减小，并且因此限制材料和制造成本的降低，并且同时其还限制由辐射引起的热损的降低。紧凑度影响这种机器单元的总体积和空间要求，并且在很多应用中，总机器体积的减小度越高，对于给定流体量来说是有利的。类似地，由于在提高紧凑度方面上的局限性，因此摩擦损失的减小有局限性。
因此，有利的是提供一种改进的新颖布置以解决上述缺点和/或提供各种其它益处和优点。
发明内容
本发明公开了一种能够解决上述局限性的具有机构的多叶片转子动力可变排量动力学系统，包括：间歇转子元件，间歇转子元件包含与配对件一起的多个单独构成部分，并且两者都具有同轴放置在中心轴线上的圆盘，使得每个所述单独构成部分具有与所述配对件的内表面一起形成圆环室表面的第一部分的内表面，其中，所述圆盘装有多个悬伸的、径向的且同心的叶片，使得每个所述圆盘具有相等数量的所述叶片；驱动件，该驱动件是工作时所述机构的持续旋转联杆，并且用作动力输入构件或者用作动力输出构件，至少一定子元件，该至少一定子元件形成结构件的一部分，以用形成所述圆环室表面的第二部分的其表面支承所述转子元件，该第二部分与所述第一部分一起形成包围所述叶片的第一容积，其中所述第一容积被分成与所述圆盘中的叶片总数相等的多个第二容积，这有助于提高燃烧效率，其中，在形成在所述间歇转子元件和所述定子元件的端面处的圆环室上的接缝线设有密封件，使得在圆环室表面之内的所述叶片之间的空间与在圆环室之外的空间密封开，并且类似地，用于密封经过所述叶片周面泄漏的流体的在所述叶片周面上的密封布置提供防漏压缩，双作用联接器，该双作用联接器用于根据由通过第一定时装置致动的控制链路提供的信号通过所述双作用联接器将所述单独构成部分与所述驱动件或者与所述结构元件配合和脱开配合，使得每个所述单独构成部分有一个所述第一定时装置，其中，所述单独构成部分的所述第一定时装置致动所述配对件的所述双作用联接器，其中，所述第一定时装置读取所述叶片的角位置并以距离所述配对件的所需角位置致动所述双作用联接器，用来使所述配对件作为固定联杆或者作为旋转联杆，允许所述圆盘执行顺序，其中，所述单独构成部分在第一周期内是所述机构的旋转联杆，该第一周期第二周期在之前和之后，其中，所述单独构成部分的任一个交替是所述机构的固定联杆的一部分，而所述配对件是所述机构的旋转联杆，因此导致陷入所述叶片之间的所述第二容积交替增大和减小，并且同时分别在所述叶片的两侧上减小和增大，保持所述第二容积在所述第一周期内恒定，其中，所述第二容积的变化用于流体处理机器中的热动力过程，并且通过改变所述期望角位置来改变所述第一周期和所述第二周期的时间周期，获得所述多叶片转子动力可变排量机器。
单独构成部分和所述驱动件是旋转联杆对，该旋转联杆对使所述单独构成部分之间的可变速度比能使它们部分地独立并且使所述驱动件引起不等幅度或者等幅度的角旋转，因此导致陷入所述叶片之间的所述第二容积的交替增大和减小的速率变化，并且同时分别在所述叶片的两侧上减小和增大，除了在所述单独构成部分的角速度具有所述等幅度并且因此保持所述第二容积在所述第一周期内恒定时之外。
驱动件放置成与所述同轴轴线同心或者不同心，其中，当所述驱动件不同心时，其通过至少一共同传动元件配合到双作用联接器。
第一定时装置包括：异形件以及随动件，随动件骑在表面上并读取每个所述单独构成部分的表面变化，并且由所述单独构成部分驱动，其中，所述异形件具有至少一投影面，该至少一投影面具有投影在所述单独构成部分的中心上的第二投影角(γ)，使得所述第二投影角(γ)超过第一投影角(α)，第一投影角(α)由所述叶片投影在所述圆盘的中心上，其中，所述异形件和所述随动件与其各自所述单独构成部分具有位置依赖性，使得传递所述叶片在其所述单独构成部分上的位置的在所述投影面处的变化以及所述位置依赖性确保所述配对件通过其各自所述双作用联接器配合和脱开配合，响应于在其各自所述单独构成部分相对于所述配对件的期望的所述角位置处的所述投影面上的变化，由所述随动件致动，并且所述投影角的变化使所述双作用联接器的致动点变化，其中，将随动件沿一方向移位，在该方向上，所述第二投影角的变化导致在与第二投影角的变化位置相对应的位置处的所述双作用联接器的致动，因此引起机构用作可变排量机器，其中，各自所述单独构成部分的所述投影面和所述随动件通过每个所述叶片的所述投影面和一个随动件，或者通过一个所述投影面和每个所述叶片的所述随动件，或者通过在一次旋转期间提供与在其各自所述单独构成部分上的所述叶片的数量一样多的致动次数的这种数量的所述投影面和所述随动件，在所述单独构成部分的一次旋转期间致动其所述配对件与所述叶片的数量一样多的次数。至少流体交换配件安装在所述机构的元件上，用来允许所述第二容积与在所述圆环室表面之外的容积之间的流体交换，其中，所述流体交换配件包括与其各自所述单独构成部分具有位置依赖性的第二定时装置。至少能量交换配件安装在所述机构的元件上，用来允许所述第二容积与在所述圆环室表面之外的容积之间的能量交换。
附图说明
图1示出了本发明的示例性实施例，描绘实施例的组件的等距视图。
图2(a)示出了本发明的示例性实施例，描绘实施例的组件的剖视正视图。
图2(b)示出了本发明的示例性实施例，描绘实施例的组件的剖视侧视图。
图3示出了本发明的示例性实施例，描绘实施例的组件的分解图。
图4示出了本发明的示例性实施例，描绘随动件和控制链路的正视图。
图5(a)示出了本发明的示例性实施例，描绘具有其三叶片的单独构成部分的剖视图。
图5(b)示出了本发明的示例性实施例，描绘具有其三叶片的单独构成部分的配对件的剖视图。
图5(c)示出了本发明的示例性实施例，描绘从单独构成部分或圆盘的中心的三个叶片及其之间的角间隔。
图6(a)示出了本发明的示例性实施例，描绘具有其四叶片的单独构成部分的剖视图。
图6(b)示出了本发明的示例性实施例，描绘从单独构成部分或圆盘的中心的四叶片及其之间的角间隔。
元件附图标记的描述
具体实施方式
本发明可以通过阅读一种具有包括间歇转子元件(20)和定子元件(50)的机构的多叶片转子动力可变排量运动学系统的实施例的下列详细描述来充分理解。间歇转子元件(20)包含具有同轴放置在中心轴线上并彼此面对的圆盘(22)的单独构成部分(21)及其配对件(24)。
如图1所示，定子元件(50)形成结构元件的一部分以支承转子元件。定子元件(50)位于中心并且结构上由在底座(56)上的框架(52)支承。转子元件安装成在定子元件(50)的外径上旋转。驱动件(90)包括公共传动元件(120)的外周，公共传动元件(120)安装在间歇转子元件(20)的外周上。该驱动件(90)持续转动并且与外齿轮齿轮连接，并且要么用作动力输入构件要么用作动力输出构件。双作用联接器(70)齿轮连接在作为单独构成部分(21)一部分的圆盘(22)的外周上，以便当双作用联接器(70)在投影面(68)的键上滑动时使双作用联接器(70)能够与单独构成部分(21)一起旋转，由此将单独构成部分(21)与驱动件(90)或者与结构元件配合和脱开配合。这种配合和脱开配合依赖于在通过第一定时装置(60)致动时由控制链路(80)提供的信号。每个所述单独构成部分(21)具有由其配对件(24)致动的第一定时装置。第一定时装置读取叶片(40)的角位置并且在期望角位置致动双作用联接器(70)，使得配对件(24)在特定周期内作为固定联杆或者作为旋转联杆，这构成叶片(40)的相继旋转和停止动作以执行一系列事件。
如图2(a)和2(b)所示，第一定时装置(60)读取通过异形件(64)的投影面(68)反映的叶片(40)的角位置并且通过第一齿轮传动布置(72)致动双作用联接器(70)。第一齿轮传动布置(72)是周转齿轮传动布置，其使双作用联接器(70)与单独构成部分(21)配合并且便于对其间的相对运动进行控制。公共传动元件(120)可以从驱动件(90)取得动力或可以对驱动件(90)进行驱动以将动力给定为输出。进一步地，有读取双作用联接器(70)的外侧上的凸轮轮廓并以类似于传统发动机的方式致动流体交换配件(104)。
进一步地，密封件(42)密封间歇转子元件(20)与定子元件(50)之间的接缝线(38)以防止由流体交换配件(104)提供的流体内漏。密封件(42)也密封叶片(40)的周面与圆环室的内表面(26)之间的间隙并防止两个相邻第二容积(36)之间的泄漏。
如图3所示，定子元件(50)结构上由在底座(56)上的框架(52)支承。间歇转子元件(20)插在定子元件(50)上使得间歇转子元件(20)的内表面(26)、即单独构成部分(22)及其配对件(24)的内表面(26)形成圆环室表面的第一部分(30)。圆环室表面的第二部分(32)由定子元件的表面形成。该第一部分(30)与第二部分(32)一起形成第一容积(34)，第一容积(34)是圆环室的整个容积，其进一步包围叶片(40)。
如图4所示，第一定时装置(60)由控制链路(80)构成以在读取通过投影面(68)反映的叶片的角位置之后由随动件(62)致动双作用联接器(70)。
如图5(a)和图5(b)所示，单独构成部分(21)及其配对件(24)包括装有三叶片(40)的圆盘(22)。这些叶片悬垂、径向并且同心，使得每个圆盘(22)具有相等数量的叶片(40)。这些叶片(40)将第一容积(34)分成等于叶片(40)的总数量的多个第二容积(36)，第一容积(34)是由单独构成部分(21)及其配对件(24)包围的整个容积。
此外，叶片的角位置通过在包括进一步由第一周期和第二周期构成的叶片旋转的机构中的一系列事件来确定。在第一周期中，叶片(40)以在其间的恒定角度旋转，而在第二周期中，在一个圆盘(22)、即单独构成部分(21)或者其配对件中的任一个圆盘(22)上的叶片(40)通过第一定时装置保持静止，而另一圆盘(22)旋转直到其实现与下一个相邻逆向叶片的期望恒定角度。当在单独构成部分(21)及其配对件(24)两者的圆盘(22)上的叶片(40)以恒定角度移动时，第一周期重新开始，第二周期随后，在该第二周期中，在前一个第二周期中旋转的单独构成部分(21)或者其配对件(24)的圆盘通过第一定时装置(60)保持静止，而在前一个第二周期中静止的另一圆盘(22)被允许旋转。因此，机构中的一系列事件继续，由此因要么单独构成部分(21)要么其配对件(24)的交替旋转而引起陷入叶片之间的第二容积(36)的交替增大和减小，并且在叶片(40)的两侧上的容积在第二周期期间同时减小和增大。第二容积(36)在第一周期期间保持恒定。第二容积(36)的变化特性可以用于执行相继压缩和膨胀，因此机构实现热动力循环。通过改变叶片的角位置来引起第一周期和第二周期的时间变化，获得多叶片转子动力可变排量机器。
如图5(c)所示，第一定时装置(60)的异形件(64)是具有由随动件(62)读取的具有投影面的平面凸轮。随动件(62)骑在投影面上以读取每个单独构成部分(21)或配对件(24)的表面变化。突起表面在单独构成部分(21)的中心处作出第二投影角(γ)。第二投影角(γ)大于叶片(40)之一的第一投影角(α)，该第一投影角(α)是在圆盘(22)的中心上的相邻叶片之间作出的角度。并且，在单独构成部分(21)的中心处由叶片包含的角是β，β与第一投影角(α)一起形成第二投影角(γ)。异形件(64)和随动件(62)的位置取决于其各自单独构成部分(21)或配对件(24)，使得传递叶片(40)的位置的投影面的变化以及位置依赖性确保配对件(24)通过其各自的双作用联接器(70)配合或者脱开配合。双作用联接器(70)在一侧上由随动件(62)响应于异形件(64)的投影面(68)致动，而在另一侧固定在与单独构成部分(21)或配对件(24)的期望角位置处。第二投影角(γ)变化使双作用联接器(70)的致动点变化，由此引起随动件(62)在径向方向上的位移，其中，投影角变化导致双作用联接器(70)在与由投影面引起的表面的变化位置相对应的位置处致动。第二投影角(γ)变化引起双作用联接器(70)的致动要么延迟要么提前。由此引起机构用作可变排量机器。
此外，各自的单独构成部分(21)的投影面(68)和随动件(62)在单独构成部分的一次旋转期间致动其配对件(24)与叶片(40)的总数一样多的次数，或各自的配对件(24)的投影面(68)和随动件(62)在配对件(24)的一次旋转期间致动其单独构成部分(21)与叶片(40)的总数一样多的次数。在一次旋转期间通过具有每片叶片(40)的一个投影面和一个随动件，使这成为可能。
在替代实施例中，每片叶片可以有一个投影面(68)和一个随动件(62)用以上述机构的一次旋转。
在替代实施例中，在一次旋转期间可以有提供与在其各自单独构成部分(21)或配对件(24)上的叶片一样多的致动次数的一个或多个投影面(68)以及一个或多个随动件(62)。
在替代实施例中，双作用联接器是第一齿轮传动布置(72)和第二齿轮传动布置(74)的组合，该组合形成如图1和图3所示的旋转联杆对，该旋转联杆对使单独构成部分(21)或其配对件与驱动件(90)之间的速度比变化，引起等幅度或者不等幅度的角旋转。第一齿轮传动布置(72)提供双作用联接器与单独构成部分(21)或其配对件(24)之间的可变速度比，而第二齿轮传动布置(74)提供对第一齿轮传动布置(72)的外部进给控制。这促进在运动叶片(40)的两侧上的可变压缩和膨胀速率引起陷入叶片(40)之间的第二容积(36)的交替增大和减小的变化速率，以及在叶片(40)的两侧上的第二容积(36)的同时增大和减小，除了在单独构成部分(21)的角速度具有等幅度时，即在第二容积(36)保持恒定的第一周期内，如上所述，并且因此引起热动力循环。
在替代实施例中，双作用联接器与公共传动元件(120)在外部配合，如图3所示。公共传动元件(120)可以从驱动件(90)取得动力或可以基于例如发动机、压缩机等的各种应用对驱动件(90)进行驱动。
在替代实施例中，流体交换配件(104)如图2(a)所示，流体交换配件(104)在第二容积(36)与圆环室表面外的容积之间交换流体。流体交换配件(104)包括第二定时装置(100)，第二定时装置(100)是具有凸轮轮廓的凸轮，以及机构中的随动件(62)，随动件(62)致动流体交换配件(104)。凸轮轮廓在双作用联接器的外周上并通过致动联动装置(102)读取并且其致动机构以允许第二容积(36)与圆环室表面外的容积之间的流体交换。凸轮位置是这样的，即，使得致动联动装置(102)读取各自单独构成部分(21)或配对件(24)的叶片位置，如先前所述。
在替代实施例中，能量交换配件(106)如图2(b)所示，能量交换配件(106)允许第二容积(36)与圆环室表面外的容积之间的能量交换。能量交换配件(106)的致动由第二定时装置(100)提供，在第二定时装置(100)中，有一个致动联动装置(102)和在各自的凸轮上的多于一个投影面(68)或者在凸轮上的一个突起表面(68)和多于一个致动联动装置(102)。
在替代实施例中，驱动件(90)放置成与中心轴线同心或者不同心。每当驱动件(90)不同心，其通过一个或多个公共传动元件(120)配合到双作用联接器(70)。

Claims (8)

1.一种具有机构的多叶片转子动力可变排量动力学系统，包括：
间歇转子元件(20)，所述间歇转子元件(20)包含与配对件(24)一起的多个单独构成部分(21)，其中，所述单独构成部分(21)和所述配对件(24)具有与中心轴线同轴放置的圆盘(22)，使得每个所述单独构成部分(21)具有与所述配对件的内表面(26)一起形成圆环室表面的第一部分(30)的内表面(26)，其中，所述圆盘(22)装有多个悬伸的、径向的且同心的叶片(40)，使得每个所述圆盘具有相等数量的所述叶片(40)；
驱动件(90)，所述驱动件(90)是工作时所述机构的持续旋转联杆，并且用作动力输入构件或者动力输出构件；
至少一定子元件(50)，所述至少一定子元件(50)形成结构元件的一部分，以用形成所述圆环室表面的第二部分(32)的其表面支承所述间歇转子元件，所述第二部分(32)与所述第一部分(30)一起形成包围所述叶片(40)的第一容积(34)，其中所述第一容积(34)被分成与所述圆盘上的叶片(40)的总数相等的多个第二容积(36)，
双作用联接器(70)，所述双作用联接器(70)用于根据由通过第一定时装置(60)致动的控制链路(80)提供的信号通过所述双作用联接器(70)将所述单独构成部分(21)交替与所述驱动件(90)和所述结构元件中的至少任一个配合和脱开配合，使得每个所述单独构成部分(21)有至少一个所述第一定时装置(60)，其中，所述单独构成部分(21)的所述第一定时装置(60)致动所述配对件(24)的所述双作用联接器(70)，其中，所述第一定时装置(60)读取所述叶片(40)的角位置并以距离所述配对件(24)的期望角位置致动所述双作用联接器(70)，用来使所述配对件(24)作为固定联杆或者作为旋转联杆，允许所述圆盘(22)执行顺序，其中，所述单独构成部分(21)在第一周期内是所述机构的旋转联杆，所述第一周期在第二周期之前和之后，其中，所述单独构成部分(21)的任一个交替是所述机构的固定联杆的一部分，而所述配对件(24)是所述机构的旋转联杆，因此导致陷入所述叶片(40)之间的所述第二容积(36)交替增大和减小，并且同时分别在所述叶片(40)的两侧上减小和增大，保持所述第二容积(36)在所述第一周期内恒定，
其中，所述第二容积(36)的变化用于流体处理机器中的热动力循环中的压缩和膨胀过程并且通过改变所述期望角位置来改变所述第一周期和所述第二周期的时间周期以获得所述多叶片转子动力可变排量机器。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单独构成部分(21)和所述驱动件(90)是旋转联杆对，所述旋转联杆对使所述单独构成部分(21)和所述驱动件(90)之间的可变速度比引起不等幅度或者等幅度的角旋转，因此导致陷入所述叶片(40)之间的所述第二容积(36)的交替增大和减小的速率变化，并且同时分别在所述叶片(40)的两侧上减小和增大，除了在所述单独构成部分(21)的角速度具有所述等幅度并且因此保持所述第二容积(36)在所述第一周期内恒定时以外。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动件(90)放置成与所述中心轴线同心。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动件(90)放置成与所述中心轴线不同心，其中，当所述驱动件(90)不同心时，通过至少一公共传动元件(120)配合到双作用联接器(70)。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一定时装置(60)包括：异形件(64)以及随动件(62)，所述随动件(62)骑在表面上并读取每个所述单独构成部分的表面变化，并且由所述单独构成部分(21)驱动，其中，所述异形件(64)具有至少一投影面，所述至少一投影面具有在所述单独构成部分(21)的中心上的第二投影角(γ)，使得所述第二投影角(γ)超过第一投影角(α)达到在所述圆盘(22)的中心上的所述叶片(40)之一的投影角(β)，其中，所述异形件(64)和所述随动件(62)与其各自所述单独构成部分(21)具有位置依赖性，使得传递所述叶片在其所述单独构成部分(21)上的位置的在所述投影面处的变化以及所述位置依赖性确保所述配对件(24)通过其各自所述双作用联接器(70)配合和脱开配合，响应于因在其各自所述单独构成部分(21)相对于所述配对件(24)的期望的所述角位置处的所述投影面而引起的表面变化，由所述随动件(62)致动，并且所述投影角的变化使所述双作用联接器(70)的致动点变化，其中，将所述随动件(62)沿一方向移位，在该方向上，所述投影角的变化导致在与由所述投影面导致的表面变化的变化位置相对应的位置处的双作用联接器(70)的所述致动，因此引起机构用作可变排量机器，
其中，各自所述单独构成部分(21)的所述投影面和所述随动件(62)通过每个所述叶片(40)的所述投影面和一个随动件(62)，或者通过一个所述投影面和每个所述叶片(40)的所述随动件(62)，或者通过在一次旋转期间提供与在其各自所述单独构成部分(21)上的所述叶片(40)的数量一样多的致动次数的这种数量的所述投影面和所述随动件(62)，在所述单独构成部分(21)的一次旋转期间致动其所述配对件(24)与所述叶片(40)的数量一样多的次数。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在形成在所述间歇转子元件(20)和所述定子元件(50)的端面处的圆环室上的接缝线(38)设有密封件(42)，使得在所述圆环室表面之内的所述叶片(40)之间的空间与在所述圆环室之外的空间密封开，并且类似地，在所述叶片(40)周面上的密封布置用来密封泄漏经过所述叶片(40)周面的流体。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，至少一流体交换配件(104)安装在所述机构的元件上，用来允许所述第二容积(36)与在所述圆环室表面之外的容积之间的流体交换，其中，所述流体交换配件(104)包括与其各自所述单独构成部分(21)具有位置依赖性的第二定时装置(100)。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，至少一能量交换配件(106)安装在所述机构的元件上，用来允许所述第二容积(36)与在所述圆环室表面之外的容积之间的能量交换。
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