CN109906306B - 旋转活塞和缸体装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转活塞和缸体装置(1)，包括：转子(2)，其包括转子表面(2a)；活塞(5)，其从所述转子表面延伸；定子(4)；可旋转的活板(3)，所述转子表面和所述定子一起限定环形腔室，并且活塞布置成穿过所述环形腔室而旋转，其中当沿轴向横截面观察腔室时，所述定子的基本上单个表面部分地限定腔室(100)。

Description

旋转活塞和缸体装置

技术领域

本发明大体及旋转活塞和缸体装置。

背景技术

旋转活塞和缸体装置可采用各种形式并且用于多种应用，诸如内燃机，诸如增压器或流体泵的压缩机，诸如蒸汽发动机或涡轮机替换件的膨胀机，或者用作另一种形式的正位移装置。

旋转活塞和缸体装置可以被认为包括转子和定子，该定子至少部分地限定环形腔室或缸体空间，转子可以是环形物或环形（凹入截面）表面的形式，并且转子包括从转子延伸到环形缸体空间中的至少一个活塞，在使用中，当转子相对于定子旋转时，至少一个活塞沿圆周方向移动通过环形缸体空间，转子相对于定子密封，并且该装置还包括缸体空间活板，该缸体空间活板能够相对于定子移动到关闭位置和打开位置，在该关闭位置，活板将环形缸体空间分隔开，在该打开位置，诸如通过可旋转地安装的活板，活板允许至少一个活塞通过，缸体空间活板可以是活板盘的形式。

我们已经为旋转活塞和缸体装置设计了新颖的构造。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种旋转活塞和缸体装置，包括：

转子，其包括转子表面，

活塞，其从所述转子表面延伸，

定子，

可旋转的活板，

所述转子表面和所述定子一起限定环形腔室，并且活塞布置成穿过环形腔室而旋转，

其中，当沿轴向横截面观察腔室时，优选地，定子的基本上单个表面可以部分地限定腔室。

轴向横截面可以是沿转子的旋转轴线的截面。

为了便于参考作为定子表面的（单个）限定腔室表面优选地是限定腔室的定子的主表面。

当在轴向横截面中观察时，定子表面可以是基本上线性的。

定子表面可以是大致圆柱形的。

定子表面可以是基本上截头圆锥形的。说到“基本上圆柱形”和“基本上截头圆锥形”，我们允许在表面中设置一个或多个端口，因此在任何一种情况下，所提到的形状特征不需要是连续的或不间断的。

定子表面可以在限定腔室的转子表面的径向外侧。定子表面可以被视为围绕转子表面延伸。

或者，定子表面可以在限定腔室的转子表面的径向内侧。在这种情况下，定子表面可以被视为包含在转子表面内。

转子表面可以具有基本上暗色形态/构造。

转子表面可以相对于延伸通过转子表面的中间区域的平面基本对称，并且该平面垂直于转子的旋转轴线。

转子表面的中间区域可以基本等距地定位在转子表面的（轴向）远端部分或区域之间，且转子表面（轴向）优选地相对于转子的旋转轴线限定中间。

或者，转子表面可以是倾斜的，使得转子表面的取向可以被视为与垂直平面成角度地偏移。

转子表面可以呈现面向角度取向，该面向角度取向成角度地在垂直平面以及与其正交的第二平面的中间，第二平面包括旋转轴线。

更一般地，转子表面可以相对于垂直于旋转轴线的平面或相对于转子的旋转轴线倾斜定向。

当在轴向横截面中观察时，可以参考连接转子的端部/远端部分的线来限定取向角。

该装置可以包括旋转轴，转子可以与旋转轴附接或者与旋转轴成一体并且可以围绕轴延伸。

轴可以从转子的至少一个轴向端延伸。轴可包括两个轴部分，每个轴部分远离转子的相应轴向端部延伸。轴可以包括整体部件，该整体部件布置成延伸穿过转子。转子可包括中心开口，旋转轴可通过该中心开口定位。轴可以被视为远离腔室的（至少）一侧延伸。

轴可以提供对装置的旋转输入和/或从装置输出。

可以提供与环形腔室轴向间隔开的旋转轴承。至少两个旋转轴承可以设置成与环形腔室轴向间隔开并且彼此间隔开。在腔室的轴向范围内也可以设置至少一个轴承。旋转轴承可以布置成使得环形腔室相对于转子的旋转轴线位于轴承的中间。轴承可以布置成使得轴穿过转子，每侧具有轴承，或者可以仅在一侧布置轴承，或者可以在腔室下方或腔室内轴向布置轴承。

转子表面优选地在轴向横截面中观察可以具有大致喇叭形的轮廓。转子表面（其部分地限定工作腔室）可以在第一转子表面端部区域和第二转子表面端部区域之间延伸，并且第一转子表面端部区域沿着转子的旋转轴线相对于第二转子表面端部区域间隔开，并且转子表面端部区域中的一个具有比另一个端部区域更大的径向范围，或者每个端部区域都可以具有基本相同的径向范围。每个端部区域可以相对于旋转轴线位于转子表面的远端或末端区域。

转子表面可以是连续的、平滑的和弯曲的中的至少一种。

转子表面可以设置有一个或多个端口，以允许流体在环形腔室和腔室外部的空间之间连通。

一个或多个端口可包括开口，该开口延伸直到部分地限定工作腔室的转子表面的后表面中的开口。后表面可以在大致沿着旋转轴线的方向上与转子表面间隔开。

与工作腔室连通的端口可以离开转子的与转子表面轴向间隔开的一部分面。

这可以被视为提供通过转子表面进出环形腔室的工作流体。

转子的旋转轴可以基本与活板的旋转轴正交。旋转轴线可以与活板的旋转轴线成非正交角度。

定子可包括基本上容纳或包含或包装转子和活板的结构。定子可以包括两个或更多个部件或子组件，当连接在一起时，它们共同至少部分地或基本上包围转子和活板。

环形腔室可以称为环形或圆形工作缸或空间。

术语“活塞”在本文中以其最广泛的含义使用，在上下文允许的情况下包括能够相对于缸体壁移动的隔板，并且这种隔板在相对运动的方向上通常不需要具有相当大的厚度而是可以是以叶片或导叶的形式。活塞可以布置成在使用中围绕转子的旋转轴线旋转。活塞优选地固定成使得它与转子之间的相对运动最小或没有。

虽然理论上活板可以是可往复运动的，但是优选的是避免使用往复运动的部件，特别是当需要高速时，并且活板优选地包括至少一个可旋转的活板盘，该活板盘设置有至少一个孔，该孔在活板的打开状态下布置成基本上与环形缸体空间的周向或圆形延伸空间对准，以允许至少一个活塞通过活板（的孔）。

活板可以具有分隔件，该分隔件基本上沿着缸体空间径向延伸。

活板的至少一个孔可以基本上径向地设置在活板中并且相对于活板设置。

优选地，转子的旋转轴线与活板的旋转轴线不平行。

优选地，活塞的形状使得当孔穿过环形缸体空间时，活塞将穿过移动活板中的孔而不会阻行。活塞可以成形为使得活塞和活板中的孔之间存在最小间隙，使得当活塞穿过孔时形成密封。密封件可以设置在活塞的前部或后部表面或边缘区域上。

术语“密封”在本文中以其最广泛的含义使用，以包括允许流体的有意泄漏路径，通过相对表面之间的紧密间隔，并且不一定形成流体密封构造。在该范围内，可以通过紧密配合表面或紧密配合线或紧密配合区域来实现密封。密封件可以由相对表面之间的密封间隙提供，以最小化或限制流体通过其传输。由于不同的组装和操作要求，对应于不同表面的密封间隙可以具有与它们各自的相对部分不同的间隙。

在压缩机的情况下，可以在活塞的前表面上设置密封件，并且在膨胀器的情况下，可以在后表面上设置密封件。

转子优选地由定子可旋转地支撑，而不是依靠活塞和气缸壁之间的配合来相对地定位转子主体和定子。应当理解，旋转活塞和缸体装置不同于传统的往复式活塞装置，其中活塞通过合适的活塞环或活塞区域保持与缸体同轴，这产生相对高的摩擦力。

转子和活板盘的圆周表面之间的密封可以通过其间的密封间隙提供，该密封间隙设置成使流体的传输最小化。

转子可以由定子承载的合适的轴承装置可旋转地支撑。

优选地，定子包括一个或多个端口，所述端口可包括一个或多个入口和一个或多个出口。

至少一个端口可以基本上与活板相邻。

优选地，转子的角速度与活板盘的角速度的比率是1:1，但是其它比率也是可能的。

转子可包括圆形表面，该圆形表面的横截面是凹形或弯曲的，并且其部分地与定子一起限定环形腔室。部分地限定缸体空间的转子的表面可以是碟形或弓形的形状或结构。

活板可以布置成在缸体空间的（仅）一个区域或位置处延伸通过缸体空间或横切缸体空间。

该装置和装置的任何特征可以包括一个或多个结构或功能特征，这些特征在下面的描述中和/或在附图中示出，可以单独地或组合地使用。

附图说明

现在将参考以下附图仅通过示例的方式描述本发明的各种实施例，其中：

图1是旋转活塞和缸体装置的轴向横截面图，

图2是图1的旋转活塞和缸体装置的透视图，

图3是图1装置的转子的透视图，

图3a是图3的转子的透视图，

图4是图1中所示实施例的变型实施例的横截面透视图，以及

图5是旋转活塞和缸体装置的另一变型实施例。

具体实施方式

参考附图，其示出了旋转活塞和缸体装置1，其包括转子2、定子4和活板盘3。定子包括相对于转子被保持的构造，诸如壳体或外壳，并且该构造和定子的面向转子的表面2a的内表面一起限定了环形空间或工作腔室，总体上以100表示。定子4可包括两个或更多个部分，它们一起将转子和活板基本上包围在它们之间。

设置有活塞5与转子一体并从表面2a延伸。设置在活板盘3中的槽或开口3a的尺寸和形状设计成允许活塞从中通过。活板盘3的旋转被布置成确保活板的定时通过适当的传输保持与转子同步。

未示出的传动组件可以旋转地连接和使活板的旋转与转子同步。传动组件可包括多齿轮或另一种传动类型。活板盘3通过轴部7可旋转地安装。

在使用该装置时，活板盘的圆周表面30面向转子的表面2a，以便在它们之间提供密封，因此使活板盘在功能上用作环形缸体空间内的隔板。

转子的内部（即，面向腔室并部分地限定腔室）表面2a的几何形状由旋转活板盘的圆周表面30的一部分控制。

转子和定子构造成为环形缸体空间提供一个或多个入口和用于工作流体的一个或多个出口，如下面进一步详细描述的。

转子2位于轴9的远端部分的中间。根据装置1的使用方式，就其操作应用而言，轴可用于提供旋转输入或输出。

很明显，由于活塞5的尺寸相对较宽，因此活板3的开口3a必须相应地成比例，以便允许活塞穿过开口。应当理解，并且在某些程度上在附图中显而易见的是，开口3a的边界必须适当地配置/成型以考虑活塞和活板盘之间的相对运动。

转子2设有多个端口10，端口10从表面2a延伸到转子的相对的或可称为向外的表面。如下面将进一步描述的，这方便地允许流体被传送到装置的环形或工作腔室或从装置的环形或工作腔室传送。这例如可以是压缩流体。

取决于定子4，提供了构造15，在该示例中，构造15可被描述为插口。该特征为来自装置的工作流体提供了一个端口，诸如出口端口。构造15包括具有开口16a的通道16，并且通道16的相对端设有开口16b。转子的端口10布置成周期性地与定子的开口16b对准。应当理解，图1中的视图示出了与端口16b对准的端口10。

这意味着当转子2旋转并且端口10与开口16b对准时，并且通道16被打开，流体可以通过该通道16流入和/或流出环形腔室100。

在装置1的组装或制造期间，定子的组成部分可以通过紧固件或通过某种其他方式刚性地附接在一起。

腔室100也由内（即，面向腔室）表面4a限定。除了端口14（如图2所示）的存在之外，表面4a基本上是圆柱形的。这意味着，如在腔室的（轴向）横截面中所见，表面4a呈现出腔室的单个主要直线边界。实质上，腔室100（当考虑在包含转子的旋转轴线的平面的横截面中时）基本上由两个主表面/侧面（即转子表面2a和定子表面4a）限定，并且可以是被称为双面腔室。

转子表面2a具有基本上凹入的横截面，并且当被认为整体时可以看作呈现暗色的表面。

通过轴承20可旋转地安装的轴9布置成绕轴线A-A旋转。

端口14可以提供工作流体的入口。如果装置1用作压缩机，则合适的动力或驱动源可以附接到轴9或附接到活板的轴7或传动装置的另一部分。

转子2的表面2a可以描述为关于转子的旋转轴线基本对称。参考平面Y-Y可以更好地理解这一点，平面Y-Y延伸通过转子表面2a的中点，并且垂直于旋转轴线A-A。关于该平面，转子表面基本对称。换句话说，转子表面2a的大致方位/方向基本上垂直于旋转轴线A-A。

在图4中，示出了装置1的修改形式40，其中延伸轴9'设置有两个轴承20，实质上两者都位于腔室100的一侧上。通道16'的布置沿着定子延伸。这种布置可以允许通道16'的横截面大于其它可能的通道，因为所有的轴和轴承都朝向腔室的另一侧定位。

参考图5，其示出了另一实施例50，其中转子表面相对于转子2的旋转轴线倾斜定向，如图中虚线所示。这导致要求部分地限定腔室的定子的单个主表面104a具有基本上截头圆锥形状。转子的表面102a与定子4的表面104a共同限定腔室。

现在讨论装置50的向外倾斜取向的一些几何特征。图5用于说明装置50的转子2的几何特征。转子表面102a可被描述为相对于旋转轴线A-A倾斜定向。

通过外推表面102a可以描述转子表面102a的向外倾斜取向，该表面102a实质上在转子表面102a的远端区域之间朝向旋转轴线A-A延伸。然后可以将该线延伸到以特定的倾斜角x截取轴线A-A。

Claims (15)

1.一种旋转活塞和缸体装置，包括：

转子，其包括转子表面；

单个活塞，其从所述转子表面延伸；

定子；

可旋转的活板，所述活板设置有单个槽，所述活塞能够通过所述槽；

所述转子表面和所述定子一起限定环形腔室，并且所述活塞布置成穿过所述环形腔室而旋转；

并且所述环形腔室是双面腔室，

其中，当沿轴向横截面观察所述腔室时，所述定子的基本上单个成直线的表面和具有凹入形状的所述转子表面限定所述腔室，其中所述装置还包括传动组件，其布置成将所述可旋转的活板旋转地连接至所述转子并使所述可旋转的活板的旋转与转子同步。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，限定腔室的定子表面是所述定子的限定所述腔室的主表面。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述定子的表面基本上是圆柱形的。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述定子的表面位于限定腔室的转子表面的径向外侧。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述转子表面基本上是暗色形态/结构。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述转子表面相对于延伸通过所述转子表面的中间区域的平面基本对称，并且所述平面垂直于所述转子的旋转轴线。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述转子表面是倾斜的，使得所述转子表面的取向能够被视为与垂直于所述转子的旋转轴线的平面成角度地偏移。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，当在轴向横截面中观察时，所述转子表面具有大致喇叭形轮廓，并且所述转子表面在第一转子表面端部区域和第二转子表面端部区域之间延伸，并且所述第一转子表面端部区域沿着所述转子的旋转轴线相对于所述第二转子表面端部区域间隔开，并且转子表面端部区域中的一个具有比另一个端部区域更大的径向范围，或者每个端部区域能够具有基本相同的径向范围。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述转子表面在第一转子表面端部区域和第二转子表面端部区域之间延伸，并且所述第一转子表面端部区域沿着所述转子的旋转轴线相对于所述第二转子表面端部区域间隔开，或每个端部区域都能够具有大致相同的径向范围，并且当沿轴向横截面观察时，两个端部区域都具有大致喇叭形的轮廓。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其中，所述转子表面设置有一个或多个端口，以允许所述环形腔室与所述腔室外部的空间之间流体连通。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述一个或多个端口包括开口，所述开口延伸直到部分地限定工作腔室的所述转子表面的后表面中的开口。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述后表面在大致沿所述旋转轴线的方向上与所述转子表面间隔开。

13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述端口与工作腔室连通，所述端口离开所述转子的与所述转子表面轴向间隔开的面的一部分。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述端口布置成提供通过所述转子表面进出所述环形腔室的工作流体。

15.根据权利要求8或9所述的装置，其中，当在包括所述旋转轴线的平面的横截面中观察时，所述腔室基本上由两个主表面限定，所述两个主表面即所述定子的所述单个表面和所述转子的表面。