CN110080979B - 一种同步内啮合双转子结构及基于此结构的转子压缩机和转子发动机 - Google Patents

Abstract

一种同步内啮合双转子结构及基于此结构的转子压缩机和转子发动机。本发明提供了一种同步内啮合双转子结构及基于此结构的转子压缩机和转子发动机。该同步内啮合双转子结构，两转子上分别有数量相等的由C型板和T型板构成的TC单元，两转子的TC单元间隔排列前后相接形成TC单元环绕组，且每个转子的T型板芯板都处于前方另一个转子的C型板内并相互啮合。在两转子同步旋转过程中，每对相互啮合C型板和T型板从TC单元环绕组内外一边吸入气体，吸入的气体在C型板和T型板之间形成的闭合腔内被压缩，压缩后的气体被排向TC单元环绕组内外另一边。基于此结构的转子压缩机和转子发动机，具有功能转化效率高，高速稳定性好，功率大的优点。

Description

一种同步内啮合双转子结构及基于此结构的转子压缩机和转 子发动机

技术领域

本发明涉及机械领域，特别涉及一种转子压缩机和转子发动机。

背景技术

目前，广泛应用的压缩机和发动机主要有活塞和涡轮两种类型，活塞型具有密封的闭合腔体，压缩比高，功能转化效率高，但整体结构复杂，往复运动产生振动，与涡轮型相比同体积或重量功率比小。涡轮型具有中心对称的简单结构，转速高，稳定性好，与活塞型相比同体积或重量功率比大，但功能转化效率低，转速变化范围有限。

因此技术人员一直致力于发明具有上述两种类型优点的转子压缩机和转子发动机，但现已有的发明设计都存在许多实际应用问题。如三角转子发动机，因压缩比低，燃烧效率低，污染严重，寿命短而无法得到实际广泛使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同步内啮合双转子结构及基于此结构的转子压缩机和转子发动机，以解决现有压缩机和发动机遇到的实际应用问题。

本发明提供了一种同步内啮合双转子结构，用于转子压缩机和转子发动机。包括主动转子和被动转子，所述主动转子轴和被动转子轴平行且轴距d>0，两转子绕各自转子轴同步旋转。

所述同步内啮合双转子，有弯板状的结构，以下简称C型板，有隔板一端连接于芯板而组成的结构，以下简称T型板，一个T型板的隔板另一端连接在一个C型板的外壁上，两者组成一个基础结构单元，以下简称TC单元。所述TC单元固定连接于各自转子轴上，或在两转子轴上分别设置一个盘体，在两盘体之间将TC单元分别固定在各自转子盘体盘面上。

所述同步内啮合双转子，主动转子和被动转子上分别具有一个或一个以上的TC单元且数量相同，以TC单元上T型板为前C型板为后作为正方向，则两转子上所有TC单元沿顺时针或逆时针方向在两转子旋转平面组成一个环绕组合，以下称TC单元环绕组，所述TC单元环绕组上，主动转子的TC单元和被动转子的TC单元间隔排列，每个主动转子的T型板芯板处于前方被动转子的C型板内并相互啮合，每个被动转子的T型板芯板处于前方主动转子的C型板内并相互啮合。

所述同步内啮合双转子，每对相互啮合的C型板和T型板上，C型板内壁曲面∑^（C）和其内T型板芯板上相对于C型板内壁的曲面∑^(T)是一对共轭齿面即共轭曲面。所述一对共轭曲面∑^（C）和 ∑^(T)，其每个曲面端点处的切线相切于曲面移动到曲面另一端点 ，切线始终在曲面一侧且切线方向偏转360°<α<720°。所述一对共轭曲面∑^（C）和 ∑^(T)在啮合过程中，啮合点处共轭曲面∑^（C）和 ∑^(T)的公法线平行于双转子中心连线，啮合点处曲面∑^（C）曲率半径等于曲面∑^(T)曲率半径与双转子轴距d之和。

所述同步内啮合双转子，每个C型板的曲面∑^（C）呈涡旋状或近似涡旋状，相应的C型板呈涡旋状或近似涡旋状，当T型板隔板连接于芯板中部时，T型板形似字母T，当T型板隔板一端连接于芯板涡旋外一端，芯板和隔板融合为一体时，T型板整体呈一弯板状。所述同步内啮合双转子，每对相互啮合的C型板和T型板芯板涡旋外的一端都同时处于TC单元环绕组内或TC单元环绕组外。

所述同步内啮合双转子沿某一方向旋转过程中，每对相互啮合的C型板和T型板上除共轭曲面∑^（C）和 ∑^(T)相切触外，C型板其余面与其内T型板其余面不接触。

所述同步内啮合双转子，每对相互啮合的C型板和T型板的共轭曲面∑^（C）和 ∑^(T)从两曲面涡旋外的一端起始啮合，以两曲面涡旋外的一端为前，以两曲面起始啮合时双转子旋转角为0°。在双转子旋转角为0°时，两曲面从涡旋外的一端起始啮合，两曲面前后两个啮合点之间形成闭合腔。在双转子从0°旋转到β=α-360°的过程中，前后两啮合点之间的闭合腔的容积逐渐减小，闭合腔内的气体被压缩。在双转子旋转角为β=α-360°时，前后两啮合点之间的闭合腔的容积最小，闭合腔内的气体体积被压缩到最小。在双转子从β=α-360°旋转到360°的过程中，后啮合点从两曲面涡旋内的一端退出，闭合腔打开，压缩后的气体从涡旋内的两曲面端点之间排出。在双转子旋转角为360°时，前啮合点相对两曲面移动到两曲面后部，两曲面前端重新起始啮合，即共轭曲面∑^（C）和 ∑^(T)恢复到双转子旋转角为0°时的起始啮合状态。

所述同步内啮合双转子沿某一方向旋转过程中，由双转子的同步内啮合关系和相对运动原理可知，所述双转子中，每个转子相对于另一个转子都沿半径为d的圆平动且沿圆运动的方向与双转子旋转方向相反，进一步每对相互啮合的C型板和T型板，T型板相对于C型板都沿半径为d的圆平动且沿圆运动的方向与双转子旋转方向相反。如果双转子旋转方向与TC单元环绕组环绕方向（以TC单元上T型板为前C型板为后）相同，且每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组内，则每对相互啮合的C型板和T型板都从其位于TC单元环绕组内的一端起始啮合，在啮合过程中从TC单元环绕组内吸入气体并将压缩后的气体排向TC单元环绕组外。如果双转子旋转方向与TC单元环绕组环绕方向相反，且每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组外，则每对相互啮合的C型板和T型板都从其位于TC单元环绕组外的一端起始啮合，在啮合过程中从TC单元环绕组外吸入气体并将压缩后的气体排向TC单元环绕组内。

本发明提供了一种基于同步内啮合双转子结构的转子压缩机，包括圆筒状机壳和同步啮合双转子，所述转子压缩机中，同步啮合双转子的被动转子通过轴承安装于机壳内下底面的固定轴上，主动转子轴通过轴承安装于机壳内上底面并伸出机壳外，所述机壳在TC单元环绕组分隔的中心和外围两个区域里分别设有一个气体端口。

所述转子压缩机，沿进行气体压缩方向旋转主动转子轴，即可从一个端口吸入气体并将压缩后的气体从另一个端口排出。

本发明提供了一种基于同步啮合双转子结构改进的偏心转子压缩机，包括圆筒状机壳，定子和偏心转子，所述定子等同于将上述同步内啮合双转子的主动转子的TC单元固定在机壳内两底面之间，主动转子轴心即定子轴心，所述偏心转子等同于将上述同步内啮合双转子的被动转子通过轴承安装在偏心轴上，偏心轴的偏心距等于同步内啮合双转子轴距d，偏心转子的旋转轴心与定子轴心共线，偏心转子的旋转轴通过轴承安装在机壳底面上且伸出机壳外，所述机壳在TC单元环绕组分隔的中心和外围两个区域里分别设有一个气体端口。

所述偏心转子压缩机，偏心转子相对于定子沿半径为d的圆平动，在上述同步内啮合双转子中，被动转子相对于主动转子沿半径为d的圆平动，可知所述偏心转子泵中，偏心转子与定子的相对运动关系与上述同步内啮合双转子中两转子的相对运动关系相同，即偏心转子与定子的啮合关系与上述同步内啮合双转子中两转子的啮合关系相同。

所述偏心转子压缩机，沿进行气体压缩方向旋转偏心转子的旋转轴，即可从一个端口吸入气体并将压缩后的气体从另一个端口排出。

以上所述的同步内啮合双转子结构、转子压缩机、偏心转子压缩机，沿与进行气体压缩方向相反的方向旋转同步内啮合双转子或偏心转子的旋转轴，可将气体压缩模式切换为气体膨胀模式，即以上所述的同步内啮合双转子结构、转子压缩机、偏心转子压缩机可作为被气体膨胀驱动而输出动力的气体膨胀装置。

以上所述的同步内啮合双转子结构及转子压缩机、偏心转子压缩机可作为发动机的气体压缩装置和气体膨胀装置。

本发明提供了一种基于同步内啮合双转子结构的滚筒式双转子发动机，包括圆筒状外转子、内转子、偏心轴承和支架。

所述滚筒式双转子发动机，外转子圆筒前底面上设有进气叶片和进气口，后底面上设有排气叶片和排气口。内转子在外转子圆筒内部，内外两转子轴心平行且轴距d>0。所述偏心轴承为一个小轴承处于一个大轴承内组成，小轴承外套与大轴承内套合为一体成为偏心套。所述外转子圆筒前后两底面各有一个偏心轴承，外转子圆筒前后两底面分别固定在前后两个偏心轴承的外套上，内转子轴的前后两端分别通过前后两个偏心轴承的内套并伸出其外。所述前后两个偏心轴承的偏心套固定在支架上，内外两转子通过偏心轴承绕各自轴心始终沿某一方向同步旋转。

所述滚筒式双转子发动机，其内转子轴上设有两个或两个以上的内转子盘体且盘体边缘不与外转子圆筒内壁接触，每两个内转子盘体之间相应的都有一个设在外转子圆筒内壁上的外转子盘体，每个外转子盘体中心设有圆孔以使内转子轴通过。所述滚筒式双转子发动机内，气体在内外转子盘体之间形成的通道内从进气口流向排气口，即气体从每个内转子盘体前盘面中间流向其盘体边缘，绕过其盘体边缘后流向其后盘面中间，进一步气体从其后盘面中间通过外转子盘体中心圆孔流向下一个内转子盘体前盘面中间，以此类推。

所述滚筒式双转子发动机，其每个内转子盘体前后盘面分别有一个相对的外转子盘体盘面（外转子圆筒前后两内底面也作为外转子盘体盘面），每对相对的内转子盘面与外转子盘面之间设有TC单元环绕组，等同于将上述同步内啮合双转子结构中的主动转子的TC单元固定在内转子盘面且主动转子轴心与内转子轴心共线，将同步内啮合双转子结构中的被动转子的TC单元固定在外转子盘面且被动转子轴心与外转子轴心共线，内外转子轴距等于同步内啮合双转子轴距。每个TC单元环绕组驱动气体方向与其所处的内外转子盘面之间的气流方向一致，即每个内转子盘体前盘面的TC单元环绕组环绕方向与内外两转子旋转方向相同，后盘面的TC单元环绕组环绕方向与内外两转子旋转方向相反。

所述滚筒式双转子发动机，其内外两转子前后依次分为压气机、燃烧室、膨胀机三个部分。所述压气机和膨胀机部分分别具有一个或一个以上的内转子盘体，处在压气机内转子盘体和膨胀机内转子盘体之间的外转子盘体，其中心孔洞和内转子轴之间的环形空间构成了燃烧室部分。

所述滚筒式双转子发动机压气机部分，空气每经过一级压气机所属的TC单元环绕组被压缩一次，即压气机部分的每个内转子盘体，其前盘面的TC单元环绕组，每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组内，其后盘面的TC单元环绕组，每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组外。压气机所属的多级TC单元环绕组，从前往后逐级减少TC单元环绕组的TC单元数量并调整TC单元形状，使前一级TC单元环绕组的排气量（指TC单元环绕组在内外两转子旋转了360°的过程中排出的气体体积）等于后一级TC单元环绕组的进气量（指TC单元环绕组在内外两转子旋转了360°的过程中吸入的气体体积）。所述压气机部分，空气经随外转子一起转动的进气叶片增压后从进气口进入压气机内，进一步空气经过压气机所属的多级TC单元环绕组的逐级压缩后进入燃烧室部分。

所述滚筒式双转子发动机燃烧室部分，所述燃烧室内的内转子轴上设有喷油嘴 ，内转子轴的中心设有的燃油通道，燃油通道的一端与喷油嘴相通，燃油通道另一端在内转子轴的前端与外界相通。燃油从内转子轴的前端进入燃油通道并流向喷油嘴，进一步燃油从喷油嘴喷入燃烧室内与压缩空气混合后燃烧，燃烧后的气体进入膨胀机部分。

所述滚筒式双转子发动机膨胀机部分，燃烧后的气体每经过一级膨胀机所属的TC单元环绕组膨胀一次，即膨胀机部分的每个内转子盘体，其前盘面的TC单元环绕组，每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组外，其后盘面的TC单元环绕组，每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组内。膨胀机所属的多级TC单元环绕组，从前往后逐级增加TC单元环绕组的TC单元数量并调整TC单元形状，使前一级TC单元环绕组的排气量等于后一级TC单元环绕组的进气量。所述膨胀机部分，燃烧后的气体经过膨胀机所属的多级TC单元环绕组的逐级膨胀后从排气口排出，进一步随外转子一起转动的排气叶片对尾气的冲击能量进行吸收。

所述滚筒式双转子发动机，其产生的动力通过伸出偏心轴承外的内转子轴输出。

本发明的有益效果是：

（1）本发明提供的同步内啮合双转子结构及基于此结构的转子压缩机，其通过C型板和T型板在啮合过程中形成的闭合腔对气体进行压缩，因而具有活塞型密封的闭合腔体结构，以及压缩比高，功能转化效率高的优点，其两转子中心对称且绕各自转子轴旋转，因而具有涡轮型中心对称的简单结构，以及转速高，稳定性好，功率大的优点。（2）本发明提供的滚筒式双转子发动机与现有转子发动机相比，其结构简单，主要有内外两个转子，进行压缩，燃烧，膨胀的功能结构与两转子合为一体，其密封性好，气体经过多级TC单元环绕组的逐级压缩或逐级膨胀，其燃油效率高，压缩空气和燃油能进行持续稳定的混合和燃烧，其具有高速稳定性，两转子中心对称且绕各自转子轴旋转。

附图说明

本发明的优选实施例所用附图用于进一步理解本发明的技术方案，并不构成对本发明的不当限定，以下将本发明优选实施例所用附图作简单介绍。

图1为本发明优选实施例一的同步啮合双转子的结构示意图。

图2为本发明优选实施例一的相互啮合的C型板和T型板压缩气体过程示意图。

图3为本发明优选实施例二的转子压缩机的内部结构示意图。

图4为本发明优选实施例三的偏心转子压缩机的内部结构示意图。

图5为本发明优选实施例四的滚筒式双转子发动机的内部结构示意图。

图6为本发明优选实施例四的滚筒式双转子发动机的结构分解示意图。

图7为本发明优选实施例四的滚筒式双转子发动机的压气机所属TC单元环绕组的截面图。

图8为本发明优选实施例四的滚筒式双转子发动机的膨胀机所属TC单元环绕组的截面图。

图9为本发明优选实施例四的滚筒式双转子发动机的外观图。

附图标记说明：1—主动转子；2—被动转子；3、7、9、11—C型板；4—隔板；6—芯板；5、8、10、12—T型板；13—转子压缩机机壳；14—被动转子固定轴；15—主动转子轴；16—入口；17—出口；18—偏心转子压缩机机壳；19—定子；20—偏心转子；21—偏心轴；22—偏心转子的旋转轴；23—入口；24—出口；25—外转子；26—内转子；27、28—偏心轴承；29—支架；30—进气叶片和进气口；31—排气叶片和排气口；32、33、34、35—内转子盘体；36、37、38—外转子盘体；39—喷油嘴；40—燃油通道。

具体实施方式

本发明优选实施例用来对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并非本发明的唯一实施方式。

本发明优选实施例一。

图1为本发明优选实施例一的同步内啮合双转子结构示意图，如图1所示，本实施例提供了一种同步内啮合双转子结构，用于转子压缩机和转子发动机。包括主动转子1和被动转子2，所述主动转子1轴和被动转子2轴平行且轴距d>0，主动转子1和被动转子2绕各自转子轴逆时针同步旋转。

图1所示的同步内啮合双转子，有弯板状的C型板3，有隔板4一端连接于芯板6组成的T型板5，T型板5的隔板4另一端连接在C型板3 的外壁上，T型板5和C型板3 组成一个基础结构单元，以下简称TC单元，所述TC单元固定连接于各自转子轴上。

图1所示的同步内啮合双转子，主动转子1和被动转子2上分别具2个TC单元，以TC单元上T型板为前C型板为后作为正方向，则所有TC单元沿逆时针方向在两转子旋转平面组成一个环绕组合，以下称TC单元环绕组，所述TC单元环绕组上，主动转子1的TC单元和被动转子2 的TC单元间隔排列，主动转子1的T型板8、12的芯板分别处于前方被动转子2的C型板9、3内并相互啮合，被动转子2的T型板6、10的芯板分别处于前方主动转子1的C型板7、11内并相互啮合。

图1所示的同步内啮合双转子，每对相互啮合的C型板和T型板，C型板内壁曲面∑^（C）和其内T型板芯板上相对于C型板内壁的曲面∑^(T)是一对共轭齿面即共轭曲面。所述一对共轭曲面∑^（C）和 ∑^(T)，其每个曲面端点处的切线相切于曲面移动到曲面另一端点，切线始终在曲面一侧且切线方向偏转450°，所述一对共轭曲面∑^（C）和 ∑^(T)在啮合过程中，啮合点处共轭曲面∑^（C）和 ∑^(T)的公法线平行于双转子中心连线，啮合点处曲面∑^（C）曲率半径等于曲面∑^(T)曲率半径与双转子轴距d之和。

图1所示的同步内啮合双转子，每个C型板的曲面∑^（C）近似涡旋状，相应的C型板近似涡旋状，T型板隔板连接于芯板中部，T型板形似字母T。图1所示的同步内啮合双转子上，每对相互啮合的C型板和T型板芯板涡旋外的一端处于TC单元环绕组内。

图1所示的同步内啮合双转子在逆时针旋转过程中，每对相互啮合的C型板和T型板上除共轭曲面∑^（C）和 ∑^(T)相切触外，C型板其余面与其内T型板其余面不接触。

图2为本发明优选实施例一的相互啮合的C型板和T型板的压缩气体过程示意图。如图2所示，相互啮合的C型板和T型板的共轭曲面∑^（C）和 ∑^(T)从两曲面涡旋外的一端起始啮合，以两曲面于涡旋外的一端为前，以两曲面起始啮合时双转子旋转角为0°。在双转子旋转角为0°时，两曲面从涡旋外一端起始啮合，两曲面前后两个啮合点之间形成闭合腔。在双转子从0°旋转到90°的过程中，前后两啮合点之间的闭合腔的容积逐渐减小，闭合腔内的气体被压缩。在双转子旋转角为90°时，前后两啮合点之间的闭合腔的容积最小，闭合腔内的气体体积被压缩到最小。在双转子从90°旋转到360°的过程中，后啮合点从两曲面涡旋内的一端退出，闭合腔打开，压缩后的气体从涡旋内的两曲面端点之间排出。在双转子旋转角为360°时，前啮合点相对两曲面移动到两曲面后部，两曲面前端重新起始啮合，即共轭曲面∑^（C）和 ∑^(T)恢复到双转子旋转角为0°时的起始啮合状态。

图1所示的同步内啮合双转子在逆时针旋转过程中，由双转子的同步内啮合关系和相对运动原理可知，每个转子相对于另一个转子都沿半径为d的圆顺时针方向平动，进一步每对相互啮合的C型板和T型板，T型板相对于C型板都沿半径为d的圆顺时针方向平动。图1所示的同步内啮合双转子旋转方向与TC单元环绕方向相同，且每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组内，则每对相互啮合的C型板和T型板都从其位于TC单元环绕组内的一端起始啮合，在啮合过程中从TC单元环绕组内吸入气体并将压缩后的气体排向TC单元环绕组外。

本发明优选实施例二。

图3为本发明优选实施例二的转子压缩机的内部结构示意图，如图3所示，本实施例提供了一种基于同步内啮合双转子结构的转子压缩机，包括圆筒状机壳13和同步啮合双转子，所述转子压缩机中，被动转子通过轴承安装于机壳内下底面的固定轴14上，主动转子轴15通过轴承安装于机壳内上底面并伸出机壳外，所述圆筒状机壳在TC单元环绕组分隔的中心和外围两个区域里分别设有气体入口16和气体出口17。

图3所示的转子压缩机，逆时针旋转主动转子轴15，即可从入口16吸入气体并将压缩后的气体从出口17排出。

本发明优选实施例三。

图4为本发明优选实施例三的偏心转子压缩机的内部结构示意图，如图4所示，本实施例提供了一种基于同步啮合双转子结构改进的偏心转子泵，包括圆筒状机壳18，定子19和偏心转子20，所述定子19等同于将同步内啮合双转子结构的主动转子的TC单元固定在机壳内两底面之间，主动转子轴心即定子轴心，所述偏心转子20等同于将同步内啮合双转子的被动转子通过轴承安装在偏心轴21上，偏心轴21的偏心距等于同步内啮合双转子轴距d，偏心转子20的旋转轴22轴心与定子19轴心共线，偏心转子20的旋转轴22通过轴承安装在机壳底面上且伸出机壳外，所述机壳18在TC单元环绕组分隔的中心和外围两个区域里分别设有气体入口23和气体出口24。

图4所示的偏心转子压缩机，偏心转子20相对于定子19沿半径为d的圆平动，在同步内啮合双转子中，被动转子相对于主动转子沿半径为d的圆平动，可知所述偏心转子泵中，偏心转子20与定子19的相对运动关系与同步内啮合双转子中两转子的相对运动关系相同，即偏心转子20与定子19的啮合关系与同步内啮合双转子中两转子之间的啮合关系相同。

图4所示的偏心转子压缩机，顺时针旋转偏心转子20的旋转轴22，即可从入口23吸入气体并将压缩后的气体从出口24排出。

本发明优选实施例四。

图5为本发明优选实施例四的滚筒式双转子发动机的内部结构示意图，如图5所示，本实施例提供了一种基于同步内啮合双转子结构的滚筒式双转子发动机。包括圆筒状外转子25，内转子26，偏心轴承27、28和支架29。

本实施例的滚筒式双转子发动机，如图5所示，外转子25圆筒前底面上设有进气叶片和进气口30，后底面上设有排气叶片和排气口31。内转子26在外转子25圆筒内部，内外两转子轴心平行且轴距d>0。所述偏心轴承27、28为一个小轴承处于一个大轴承内组成，小轴承外套与大轴承内套合为一体成为偏心套。外转子25圆筒前后两底面分别固定在前后两个偏心轴承27、28的外套上，内转子26轴的前后两端分别通过前后两个偏心轴承27、28的内套并伸出其外。所述前后两个偏心轴承27、28的偏心套固定在支架29上，内外两转子通过偏心轴承27、28绕各自轴心始终沿逆时针方向同步旋转。

图6为本发明优选实施例四的滚筒式双转子发动机的结构分解示意图，结合图5和图6，本实施例的滚筒式双转子发动机，其内转子轴上设有内转子盘体32、33、34、35且盘体边缘不与外转子圆筒内壁接触，内转子盘体32、33、34、35之间相应的有设在外转子圆筒内壁上的外转子盘体36、37、38，每个外转子盘体中心设有圆孔以使内转子轴通过。本实施例的滚筒式双转子发动机内，气体在内外两转子盘体之间形成的通道内从进气口流向排气口，即气体从每个内转子盘体前盘面中间流向其盘体边缘，绕过其盘体边缘后流向其后盘面中间，进一步气体从其后盘面中间通过外转子盘体中心圆孔流向下一个内转子盘体前盘面中间，以此类推。

本实施例的滚筒式双转子发动机，结合图5和图6，其内转子盘体32、33、34、35前后盘面分别有一个相对的外转子盘面（外转子圆筒前后两内底面也作为外转子盘面），每对相对的内转子盘面与外转子盘面之间设有TC单元环绕组，等同于将同步内啮合双转子结构的主动转子的TC单元固定在内转子盘面且主动转子轴心与内转子26的轴心共线，将同步内啮合双转子结构的被动转子的TC单元固定在外转子盘面且被动转子轴心与外转子25的轴心共线，内外转子轴距等于同步内啮合双转子轴距。每个TC单元环绕组驱动气体方向与其所处的内外转子盘面之间的气流方向一致，即每个内转子盘体前盘面的TC单元环绕组环绕方向与内外两转子旋转方向相同为逆时针方向，每个内转子盘体后盘面的TC单元环绕组环绕方向与内外两转子旋转方向相反为顺时针方向。

本实施例的滚筒式双转子发动机，如图5所示，其内外两转子前后依次分为压气机、燃烧室、膨胀机三个部分，压气机部分具有内转子盘体32、33，膨胀机部分具有内转子盘体34、35，处在压气机内转子盘体33和膨胀机内转子盘体34之间的外转子盘体37，其中心孔洞和内转子轴之间的环形空间构成了燃烧室部分。。

图7为本发明优选实施例四的滚筒式双转子发动机的压气机所属TC单元环绕组的截面图。结合图5和图7，本实施例的滚筒式双转子发动机压气机部分，空气每经过一级压气机所属的TC单元环绕组被压缩一次，即压气机部分的内转子盘体32、33，其前盘面的TC单元环绕组，如图7中（a）和（c）所示，每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组内，其后盘面的TC单元环绕组，如图7中（b）和（d）所示，每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组外。压气机所属的四级TC单元环绕组，如图7中（a）、（b）、（c）、（d）所示，从前往后TC单元环绕组的TC单元数量分别为10、8、6、4，同时调整每级TC单元环绕组的TC单元形状，使前一级TC单元环绕组的排气量（指TC单元环绕组在内外两转子旋转了360°的过程中排出的气体体积）等于后一级TC单元环绕组的进气量（指TC单元环绕组在内外两转子旋转了360°的过程中吸入的气体体积）。本实施例的滚筒式双转子发动机压气机部分，空气经随外转子一起转动的进气叶片增压后从进气口进入压气机内，进一步空气经过压气机所属的四级TC单元环绕组的逐级压缩后进入燃烧室部分。

本实施例的滚筒式双转子发动机燃烧室部分，如图5所示，燃烧室内的内转子轴上设有喷油嘴39，内转子轴的中心设有的燃油通道40，燃油通道40的一端与喷油嘴39相通，燃油通道40另一端在内转子轴的前端与外界相通。燃油从内转子轴的前端进入燃油通道40流向喷油嘴39，进一步燃油从喷油嘴39喷入燃烧室内与压缩空气混合后燃烧，燃烧后的气体进入膨胀机部分。

图8为本发明优选实施例四的滚筒式双转子发动机的膨胀机所属TC单元环绕组的截面图。结合图5和图8，本实施例的滚筒式双转子发动机膨胀机部分，空气每经过一级膨胀机所属的TC单元环绕组膨胀一次，即膨胀机部分的内转子盘体34、35，其前盘面的TC单元环绕组，如图8中（e）和（g）所示，每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组外，其后盘面的TC单元环绕组，如图8中（f）和（h）所示，每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组内。膨胀机所属的四级TC单元环绕组，如图8中（e）、（f）、（g）、（h）所示，从前往后TC单元环绕组的TC单元数量分别为4、6、8、10，同时调整每级TC单元环绕组的TC单元形状，使前一级TC单元环绕组的排气量等于后一级TC单元环绕组的进气量。本实施例的滚筒式双转子发动机膨胀机部分，燃烧后的气体经过膨胀机所属的四级TC单元环绕组的逐级膨胀后从排气口排出，进一步随外转子一起转动的排气叶片对尾气的冲击能量进行吸收。

图9为本实施例四的滚筒式双转子发动机的外观图，如图9所示，本实施例的滚筒式双转子发动机，其产生的动力通过伸出偏心轴承的内转子轴输出。

特别指出，本发明中，同步内啮合双转子结构的主动转子和被动转子可等同互换，对相互啮合的C型板和T型板形状的描述目的在于使其具有压缩气体的功能，由其他形状的具有气体压缩功能的相互啮合结构构成的本发明中的同步内啮合双转子结构，均在本发明的保护范围之内。

以上所述本发明的优选实施例用来清楚、完整的说明本发明技术方案的发明原理。对于本技术领域的人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡是在本发明原理基础上所做任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种同步内啮合双转子结构，用于转子压缩机和转子发动机，其特征是，

所述同步内啮合双转子，包括主动转子和被动转子，主动转子轴和被动转子轴平行且轴距d>0，两转子绕各自转子轴同步旋转；

所述同步内啮合双转子，有弯板状的结构，以下简称C型板，有隔板一端连接于芯板而组成的结构，以下简称T型板，一个T型板的隔板另一端连接在一个C型板的外壁上，两者组成一个基础结构单元，以下简称TC单元，所述TC单元固定连接于各自转子轴上，或在两转子轴上分别设置一个盘体，在两盘体之间将TC单元分别固定在各自转子盘体盘面上；

所述同步内啮合双转子，主动转子和被动转子上分别具有一个以上的TC单元且数量相同，以TC单元上T型板为前C型板为后作为正方向，则两转子上所有TC单元沿顺时针或逆时针方向在两转子旋转平面组成一个环绕组合，以下称TC单元环绕组，所述TC单元环绕组上，主动转子的TC单元和被动转子的TC单元间隔排列，每个主动转子的T型板芯板处于前方被动转子的C型板内并相互啮合，每个被动转子的T型板芯板处于前方主动转子的C型板内并相互啮合；

所述同步内啮合双转子，每对相互啮合的C型板和T型板上，C型板内壁曲面∑^（C）和其内T型板芯板上相对于C型板内壁的曲面∑^(T)是一对共轭齿面即共轭曲面，所述一对共轭曲面∑^（C）和∑^(T)，其相切于曲面的切线从曲面的一个端点移动到曲面的另一个端点，切线始终在曲面一侧且切线方向偏转360°<α<720°，所述一对共轭曲面∑^（C）和∑^(T)在啮合过程中，啮合点处共轭曲面∑^（C）和∑^(T)的公法线平行于双转子中心连线，啮合点处曲面∑^（C）曲率半径等于曲面∑^(T)曲率半径与双转子轴距d之和；

所述同步内啮合双转子，每个C型板的曲面∑^（C）呈涡旋状或近似涡旋状，相应的C型板呈涡旋状或近似涡旋状，当T型板隔板连接于芯板中部时，T型板形似字母T，当T型板隔板一端连接于芯板涡旋外一端，芯板和隔板融合为一体时，T型板整体呈一弯板状，所述同步内啮合双转子，每对相互啮合的C型板和T型板芯板涡旋外的一端都同时处于TC单元环绕组内或TC单元环绕组外；

所述同步内啮合双转子沿某一方向旋转过程中，每对相互啮合的C型板和T型板上除共轭曲面∑^（C）和∑^(T)相接触外，C型板其余面与其内T型板其余面不接触；

所述同步内啮合双转子，每对相互啮合的C型板和T型板的共轭曲面∑^（C）和∑^(T)从两曲面涡旋外的一端起始啮合，以两曲面涡旋外的一端为前，以两曲面起始啮合时起双转子旋转角为0°，在双转子旋转角为0°时，两曲面从涡旋外的一端起始啮合，两曲面前后两个啮合点之间形成闭合腔，在双转子从0°旋转到β=α-360°的过程中，前后两啮合点之间的闭合腔的容积逐渐减小，闭合腔内的气体被压缩，在双转子旋转角为β=α-360°时，前后两啮合点之间的闭合腔容积最小，闭合腔内的气体体积被压缩到最小，在双转子从β=α-360°旋转到360°的过程中，后啮合点从两曲面涡旋内的一端退出，闭合腔打开，压缩后的气体从涡旋内的两曲面端点之间排出，在双转子旋转角为360°时，前啮合点相对两曲面移动到两曲面后部，两曲面前端重新起始啮合，即共轭曲面∑^（C）和∑^(T)恢复到双转子旋转角为0°时的起始啮合状态；

所述同步内啮合双转子沿某一方向旋转过程中，以TC单元上T型板为前C型板为后作为TC单元环绕组环绕方向，如果双转子旋转方向与TC单元环绕组环绕方向相同，且每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组内，则每对相互啮合的C型板和T型板都从其位于TC单元环绕组内的一端起始啮合，在啮合过程中从TC单元环绕组内吸入气体并将压缩后的气体排向TC单元环绕组外，如果双转子旋转方向与TC单元环绕组环绕方向相反，且每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组外，则每对相互啮合的C型板和T型板都从其位于TC单元环绕组外的一端起始啮合，在啮合过程中从TC单元环绕组外吸入气体并将压缩后的气体排向TC单元环绕组内。

2.一种转子压缩机，其特征是，

所述转子压缩机，包括圆筒状机壳和根据权利要求1所述的同步内啮合双转子结构，所述转子压缩机中，根据权利要求1所述的同步内啮合双转子结构的被动转子通过轴承安装于机壳内下底面的固定轴上，根据权利要求1所述的同步内啮合双转子结构的主动转子轴通过轴承安装于机壳内上底面并伸出机壳外，所述机壳在TC单元环绕组分隔的中心和外围两个区域里分别设有一个气体端口；

所述转子压缩机，沿进行气体压缩方向旋转主动转子轴，即可从一个端口吸入气体并将压缩后的气体从另一个端口排出。

3.一种偏心转子压缩机，其特征是，

所述偏心转子压缩机，包括圆筒状机壳，定子和偏心转子，所述定子等同于将根据权利要求1所述的同步内啮合双转子结构的主动转子固定在机壳内两底面之间，主动转子轴心即定子轴心，所述偏心转子等同于将根据权利要求1所述的同步内啮合双转子结构的被动转子通过轴承安装在偏心轴上，偏心轴的偏心距等于根据权利要求1所述的同步内啮合双转子结构的双转子轴距，偏心转子的旋转轴心与定子轴心共线，偏心转子的旋转轴通过轴承安装在机壳底面上且伸出机壳外，所述机壳在TC单元环绕组分隔的中心和外围两个区域里分别设有一个气体端口；

所述偏心转子压缩机，沿进行气体压缩方向旋转偏心转子的旋转轴，即可从一个端口吸入气体并将压缩后的气体从另一个端口排出。

4.根据权利要求1所述的同步内啮合双转子结构，其特征在于，沿与进行气体压缩方向相反的方向旋转同步内啮合双转子，可将气体压缩模式切换为气体膨胀模式，即可作为被气体膨胀驱动而输出动力的气体膨胀装置。

5.根据权利要求1所述的同步内啮合双转子结构，其特征在于，可作为转子发动机的气体压缩装置和气体膨胀装置。

6.一种滚筒式双转子发动机，其特征是，

所述滚筒式双转子发动机，包括圆筒状外转子、内转子、偏心轴承和支架；

所述滚筒式双转子发动机，外转子圆筒前底面上设有进气叶片和进气口，后底面上设有排气叶片和排气口，内转子在外转子圆筒内部，内外两转子轴心平行且轴距d>0，所述偏心轴承为一个小轴承处于一个大轴承内组成，小轴承外套与大轴承内套合为一体成为偏心套，所述外转子圆筒前后两底面各有一个偏心轴承，外转子圆筒前后两底面分别固定在前后两个偏心轴承的外套上，内转子轴的前后两端分别通过前后两个偏心轴承的内套并伸出其外，所述前后两个偏心轴承的偏心套固定在支架上，内外两转子通过偏心轴承绕各自轴心始终沿某一方向同步旋转；

所述滚筒式双转子发动机，其内转子轴上设有两个以上的内转子盘体且盘体边缘不与外转子圆筒内壁接触，每两个内转子盘体之间相应的都有一个设在外转子圆筒内壁上的外转子盘体，每个外转子盘体中心设有圆孔以使内转子轴通过，所述滚筒式双转子发动机内，气体在内外两转子盘体之间形成的通道内从进气口流向排气口，即气体从每个内转子盘体前盘面中间流向其盘体边缘，绕过其盘体边缘后流向其后盘面中间，进一步气体从其后盘面中间通过外转子盘体中心圆孔流向下一个内转子盘体前盘面中间，以此类推；

所述滚筒式双转子发动机，其每个内转子盘体前后盘面分别有一个相对的外转子盘体盘面，每对相对的内转子盘面与外转子盘面之间设有TC单元环绕组，等同于将根据权利要求1所述的同步内啮合双转子结构中的主动转子的TC单元固定在内转子盘面且主动转子轴心与内转子轴心共线，将根据权利要求1所述的同步内啮合双转子结构中的被动转子的TC单元固定在外转子盘面且被动转子轴心与外转子轴心共线，内外转子轴距等于权利要求1所述的同步内啮合双转子结构的双转子轴距，每个TC单元环绕组驱动气体方向与其所处的内外转子盘面之间的气流方向一致，即每个内转子盘体前盘面的TC单元环绕组环绕方向与内外两转子旋转方向相同，后盘面的TC单元环绕组环绕方向与内外两转子旋转方向相反；

所述滚筒式双转子发动机，其内外两转子前后依次分为压气机、燃烧室、膨胀机三个部分，所述压气机和膨胀机部分分别具有一个以上的内转子盘体，处在压气机内转子盘体和膨胀机内转子盘体之间的外转子盘体，其中心孔洞和内转子轴之间的环形空间构成了燃烧室部分；

所述滚筒式双转子发动机压气机部分，空气每经过一级压气机所属的TC单元环绕组被压缩一次，即压气机部分的每个内转子盘体，其前盘面的TC单元环绕组，每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组内，其后盘面的TC单元环绕组，每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组外，压气机所属的多级TC单元环绕组，从前往后逐级减少TC单元环绕组的TC单元数量并调整TC单元形状，使前一级TC单元环绕组的排气量等于后一级TC单元环绕组的进气量，所述压气机部分，空气经随外转子一起转动的进气叶片增压后从进气口进入压气机内，进一步空气经过压气机所属的多级TC单元环绕组的逐级压缩后进入燃烧室部分；

所述滚筒式双转子发动机燃烧室部分，所述燃烧室内的内转子轴上设有喷油嘴，内转子轴的中心设有的燃油通道，燃油通道的一端与喷油嘴相通，燃油通道另一端在内转子轴的前端与外界相通，燃油从内转子轴的前端进入燃油通道并流向喷油嘴，进一步燃油从喷油嘴喷入燃烧室内与压缩空气混合后燃烧，燃烧后的气体进入膨胀机部分；

所述滚筒式双转子发动机膨胀机部分，燃烧后的气体每经过一级膨胀机所属的TC单元环绕组膨胀一次，即膨胀机部分的每个内转子盘体，其前盘面的TC单元环绕组，每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组外，其后盘面的TC单元环绕组，每对相互啮合的C型板和T型板涡旋外的一端处于TC单元环绕组内，膨胀机所属的多级TC单元环绕组，从前往后逐级增加TC单元环绕组的TC单元数量并调整TC单元形状，使前一级TC单元环绕组的排气量等于后一级TC单元环绕组的进气量，所述膨胀机部分，燃烧后的气体经过膨胀机所属的多级TC单元环绕组的逐级膨胀后从排气口排出，进一步随外转子一起转动的排气叶片对尾气的冲击能量进行吸收；

所述滚筒式双转子发动机，其产生的动力通过伸出偏心轴承外的内转子轴输出。