CN1481471A - 流体能转移装置 - Google Patents

Abstract

一种流体能转移装置(20)，包括摇摆板组件(26)，该摇摆板组件(26)有摇摆板(58)，该摇摆板(58)在壳体(22)的截头锥形部分(42)上滚转，并有内端(60)，该内端(60)可旋转地由在摇摆板组件的球形部件(46)上的轴向倾斜环形轴承(49、49’)来支承，以便在摇摆运动过程中使轴(24)旋转。一个实施例包括轴颈轴承(49)和滑油润滑系统(114)，而另一实施例包括：抗摩擦滚子轴承(220)，该抗摩擦滚子轴承(220)将摇摆板(58)支承在球形部件(46)上；抗摩擦滚子轴承(224)，该抗摩擦滚子轴承将轴(24)可旋转地支承在壳体(22’)上；以及密封件(226)，该密封件(226)使轴(24)和壳体(22’)之间可旋转地密封。流体能转移装置可以用作内燃机、热机、泵、压缩机或流体马达。

Description

流体能转移装置

技术领域

本发明涉及一种流体能转移装置，它包括壳体以及摇摆板组件，该摇摆板组件在该壳体内摆动，以便将能量传入装置的轴或从该轴传出。

背景技术

McMaster的美国专利4688522和4799870公开了一种流体能转移装置，其中，大致球形的壳体装有转子，该转子有锥形面，并与叶片一起相互抵靠滚转，以便向与该转子相连的轴提供旋转输出。

还有，Meyer的美国专利5251594公开了一种用作neutating内燃机的流体能转移装置，其中，曲轴具有与两个驱动轴相连的角形部分，并装于具有环形盘的球内，该环形盘有沿相对平行壁表面滚转的锥形面。通过相应阀供给发动机内的燃料使得曲轴产生旋转运动，并驱动它的与角形轴部分相连的轴。曲轴需要进行精确的机械加工，因此机械加工相对昂贵，这样，球和它的具有锥形面的环形盘将抵靠发动机壁表面滚转，并通过曲轴的角形部分使曲轴旋转。

发明简介

本发明的目的是提供一种改进的流体能转移装置，它能够用作摇摆型内燃机、热机、压缩机、泵或流体马达，用于将能量转移给旋转运动或从旋转运动传出。

为了实现上述目的，本发明的流体能转移装置有壳体，该壳体包括外部环形部分，该外部环形部分有球形的内部，并在它的球形大圆的两侧对称地进行截头。该壳体还包括一对锥形部分，该对锥形部分沿着中心旋转轴线彼此对向会聚，并有截头的内端。球形外环部分与该截头锥形部分配合，以便确定环形空腔。叶片平行于中心轴线越过该环形空腔延伸。装置的轴沿中心轴线延伸，并可绕该中心轴线旋转。该装置还包括摇摆板组件，该摇摆板组件位于壳体内，用于进行摇摆运动，并包括球形部件，该球形部件可旋转地固定在轴上。该球形部件有环形轴承，该环形轴承相对于中心轴线斜向延伸。摇摆板组件还包括大致环形的摇摆板，该摇摆板有内端，该内端可旋转地由球形部件的环形轴承支承，并有外端，该外端可滑动地与壳体的球形外部环形部分啮合。摇摆板有狭槽，该狭槽相对于球形部件径向延伸，并以与叶片可滑动地容纳壳体的叶片。摇摆板有相对表面，该相对表面分别在球形部件的径向相对侧沿壳体的一对截头锥形部分滚转。

所述流体能转移装置公开为摇摆发动机，该摇摆发动机有一对燃烧室，该对燃烧室在叶片的周向一侧沿中心轴线彼此间隔开。该壳体还包括一对排气室，该对排气室在叶片的、与该对燃烧室相对的周向另一侧沿中心轴线彼此间隔开。一对燃烧室中的每个包括相应的燃料喷射器，用于将燃料注射到燃烧室内以便燃烧，一对燃烧室中的每个还包括热线火花塞，用于点燃燃料燃烧。摇摆发动机特别用于使用两种燃料成分，例如氢气和氧气、丙烷和氧气以及氨和氧化亚氮。一对燃烧室中的每个包括用于接收两种燃料成分的相应燃料喷射器，用于注射到燃烧室内，其中，各燃烧室有热线火花塞，用于点燃氨和氧化亚氮以便燃烧。所述燃烧室还公开为具有耐火衬里，该耐火衬里优选是由金刚砂、耐火氧化物或耐火氧化物的混合物而制成。

流体能转移装置包括叶片密封件，该叶片密封件确定有狭槽，用于可滑动地密封叶片。摇摆板有径向延伸的圆孔以及径向延伸的开口，叶片穿过它们延伸，叶片密封件构成为具有密封部分的分叉榫钉，该密封部分可滑动地与叶片的相对侧接触。

在一个实施例中所公开的流体能转移装置还包括第二叶片，该叶片越过环形空腔平行于中心轴线延伸。该摇摆板有第二狭槽，该第二狭槽相对于球形部件径向延伸，并可滑动地容纳壳体的第二叶片。该实施例的摇摆板包括一对叶片密封件，该对叶片密封件确定有狭槽，用于可滑动地密封叶片。在本实施例中的摇摆板有一对径向延伸的圆孔以及径向延伸的开口，叶片穿过开口延伸，各叶片密封件形成为具有密封部分的分叉榫钉，该密封部分可滑动地与叶片的相对侧接触。

流体能转移装置的一个实施例包括滑油润滑和冷却系统，用于使滑油通入壳体、通过摇摆板组件和离开壳体返回。该滑油润滑和冷却系统包括进入壳体的滑油进口、在壳体中从进口到摇摆板组件的供给通道、在摇摆板组件中用于使滑油分配到摇摆板的内端和外端的分配通道、在壳体中从摇摆板组件出来的返回通道、以及滑油出口，返回通道使滑油从摇摆板组件返回该滑油出口，以便流出壳体用于冷却和重新循环。摇摆板包括第一组径向延伸的分配通道，它们彼此周向间隔开，并有内端和外端，其中内端用于从靠近摇摆板的内端的供给通道供给滑油。摇摆板的环形外部分配通道接收来自第一组径向延伸的分配通道的外端的滑油。摇摆板的第二组径向延伸的分配通道彼此周向间隔开，并有内端和外端，其中外端用于接收来自环形外部分配通道的滑油，而内端将滑油供给返回通道，以便通过滑油出口从壳体流出。摇摆板的第一和第二组径向延伸分配通道沿周向彼此交替间隔开，以便均匀冷却。

摇摆板的外端包括外部环形中心密封件，该外部环形中心密封件可滑动地与壳体的球形外部环形部分密封。摇摆板的外端也有滑油密封通道，该滑油密封通道从环形分布通道延伸到外部环形中心密封件，以便提供润滑。摇摆板还包括一对外部环形侧部密封件，该外部环形侧部密封件位于外部环形中心密封件的相对侧，且摇摆板的外端有侧部密封通道，该侧部密封通道从环形空腔延伸到外部环形侧部密封件，这样，从环形空腔提供给它的压力使它与壳体的球形外部环形部分密封。

在优选结构中，摇摆板包括中心板和外部环形环，该外部环形环与中心板配合，以便确定环形外部分配通道。该外部环形环有环形中心槽，该环形中心槽接收外部环形中心密封件，该外部环形环还有一对环形侧部槽，该对环形侧部槽分别接收一对外部环形侧部密封件。该外部环形环确定了滑油密封通道和侧部密封通道。

流体能转移装置的轴包括第一螺旋槽，用于防止滑油离开靠近该轴的供给通道。该轴还包括第二螺旋槽，用于防止滑油离开靠近该轴的返回通道。

公开了环形轴承的不同实施例。在一个实施例中，环形轴承是轴颈轴承，该轴颈轴承包括在球形部件中的环形槽，该环形槽接收和可旋转地支承摇摆板的内端。在另一实施例中，该环形轴承是包括滚子元件的抗摩擦推力轴承。在还一实施例中，该环形轴承包括至少一个抗摩擦滚子轴承，该抗摩擦滚子轴承可旋转地将该摇摆板的内端支承在球形部件上，并有滚子元件，该滚子元件绕垂直于摇摆板延伸的相应轴线旋转。

流体能转移装置的壳体包括大致环形的壳体部件，该壳体部件有相对轴向端和中间部分，该中间部分在该端头之间延伸，并确定了壳体的球形外部环形部分。该壳体还包括一对锥形部件，该对锥形部件分别固定在该环形壳体部件的相对轴向端，并有截头锥形表面，该截头锥形表面确定了壳体的截头锥形部分。锥形部件的截头锥形表面有板密封件，该板密封件从中心轴线径向和轴向延伸，并在摇摆板沿该截头锥形表面滚转时与该摇摆板密封。锥形部件的截头锥形表面有密封槽，而板密封件包括密封部件，该密封部件分别由密封槽接收，同时板密封件的弹簧弹性偏压该密封部件。密封部件的外端从密封槽弹性向外布置，以便在摇摆板沿该截头锥形表面滚转时与该摇摆板弹性啮合和密封。

环形壳体部件和一对锥形部件有叶片槽，该叶片槽接收越过壳体的环形空腔延伸的叶片。该叶片有局部圆形内端，该局部圆形内端与摇摆板组件的球形部件可滑动的接触。环形壳体部件的叶片槽包括弹簧，该弹簧将叶片弹性压靠在摇摆板组件的球形部件上，以便适应热膨胀和收缩。

流体能转移装置的壳体包括一对环形端板和一对锥形部分，该对环形端板固定在环形壳体部件上，该对锥形部件有支承部分，该支承部分分别由该对环形端板支承。锥形部件的支承部分有穿过延伸的轴，并包括密封件，该密封件与该轴和摇摆板的球形部件可旋转地密封。

环形壳体部件的公开结构包括半部分，这半部分有半球形状，并有彼此固定的啮合表面。

摇摆板的球形部件包括一对半球，该对半球有啮合表面，各啮合表面包括用于与另一环形槽部分配合的环形槽部分，以便确定球形部件的环形槽。

上述环形轴承的一个实施例包括一对抗摩擦滚子轴承，该对抗摩擦滚子轴承可旋转地将摇摆板的内端支承在球形部件上，并有滚子元件，该滚子元件绕垂直于摇摆板延伸的相应轴线旋转。流体能转移装置的该实施例还包括一对抗摩擦滚子轴承，该对抗摩擦滚子轴承可旋转地将轴支承在壳体上。而且，流体能转移装置的该实施例包括一对密封件，该对密封件使轴和在该对抗摩擦滚子轴承外侧的壳体之间可旋转地密封，该对抗摩擦滚子轴承使轴可旋转地支承在壳体上。

通过下面对实施本发明的最佳方式的详细说明并结合附图，本发明的目的、特征和优点变得清楚。

附图的简要说明

图1是根据本发明构成流体能转移装置的示意侧视图，并表示为摇摆发动机。

图2是摇摆发动机沿图1中的线2-2的剖视图，表示了它的结构，并表示了发动机的燃烧室。

图3是摇摆发动机沿图1中的线3-3的剖视图，表示了发动机的排气室。

图4是沿图2中的线4-4的视图，表示了流体能转移装置的摇摆板组件的摇摆板的结构。

图5是沿图2中的线5-5的视图，表示了流体能转移装置的一对锥形部件中的一个的结构。

图6是沿图5中的线6-6的剖视图。表示了锥形部件的板密封件的结构。

图7是沿图6中的线7-7的放大剖视图，以便进一步表示板密封件的结构。

图8是沿图2中的线8-8的视图，表示了发动机的燃烧室的燃料喷射器和热线火花塞。

图9是图4的一部分的放大图，表示了叶片密封件的结构。

图10是沿图9中的线10-10的视图，以便进一步表示叶片密封件的结构。

图11是流体能转移装置的摇摆板组件的球形部件的剖视图，表示了它的球体。

图12是总体如图2和3所示的摇摆板的一侧的放大剖视图，它进行了放大，以便进一步表示外部的环形中心密封件以及一对外部的环形侧部密封件的结构。

图13是总体如图2和3所示的示意图，以便进一步表示叶片以及弹簧的结构，该弹簧将该叶片偏压向摇摆板组件的球形部件。

图14是沿图2中的线14-14的示意图，表示了壳体的环形壳体部件的一半剖面。

图15是摇摆板的内端的局部轴视图，其中表示了作为抗摩擦推力轴承的环形轴承的另一实施例。

图16是沿图15中的线16-16的剖视图，以便进一步表示抗摩擦推力轴承的结构。

图17是流体能转移装置的另一实施例的剖视图，它表示为摇摆发动机。

图18是包括一对叶片和一对叶片密封件的另一实施例的、类似于图4的视图。

实现发明的最佳方式

参考附图1，根据本发明构成流体转移装置的一个实施例示意表示为由参考标号20表示的摇摆发动机。该摇摆发动机20包括壳体22、可绕中心轴线A旋转的轴24、以及位于壳体内以便摇摆运动的摇摆板组件26，该摇摆运动使得轴24旋转，如下面更全面介绍。

如图2和3所示，壳体22包括环形壳体部件28，该环形壳体部件28有相对轴向端30和在这两端之间延伸的中间部分32。该环形壳体部件28的中间部分32包括外部环形部分34，该外部环形部分34有球形的内部，该球形在经过它的上下端之间的壳体水平中间面的大圆的相对两侧进行截头。如图14示意表示的环形壳体部件包括半部分36，这半部分36有半圆形状，并有啮合面，该啮合面通过多个螺栓38而彼此固定，这些螺栓38如图2和3所示，沿环形壳体部件28的中间部分32间隔开。

继续参考图1和2，壳体22也包括一对锥形部件40，该对锥形部件40有一对锥形部分42，该对锥形部分42沿着中心旋转轴线A相互对向会聚，并有截头的内端43。环形壳体部件28的球形间开的外部环形部分34与截头锥部分42配合，以便确定环绕中心旋转轴线A延伸的环形空腔44，轴线24沿该中心旋转轴线A延伸。叶片45在图2中所示的左侧平行于该中心轴线A越过环形空腔44延伸。

继续参考图2并参考图3。发动机的摇摆板组件26位于前述用于摇摆运动的壳体内，并包括球形部件46，该球形部件46通过花键连接件47(图11)而可旋转地固定在轴24上，并通过一对锁定螺母48而轴向固定。球形部件46包括环形轴承49，在图2和3所示实施例中，该环形轴承49是轴颈轴承。环形轴承49相对于中心旋转轴线A倾斜延伸，如后面充分所述。在图11所示的优选结构中，球形部件46包括一对具有啮合面52的半球50，且每个半球包括环形槽部分54，用于与另一环形槽部分配合，以便确定在球形部件中的环形槽56。该环形槽56相对于中心旋转轴线A倾斜延伸，并与该中心旋转轴线A确定了在20至30°范围内的锐角，最优选是大约25°。发动机轴24绕该中心旋转轴线A旋转

如图2-4所示，摇摆板组件还包括总体环形的摇摆板58，该摇摆板28的内端60可旋转地由环形轴承49支承，容纳于球形部件46的环形槽54内。摇摆板58的外端62可滑动地与壳体2的环形壳体部件28的球形外部环形部分34啮合，如后面更充分所述。如图4、9和10所示的摇摆板58还包括叶片密封件64，该叶片密封件64确定了狭槽66，该狭槽66相对于摇摆板的球形部件46径向延伸，并可滑动地容纳壳体的叶片45。摇摆板58的相对表面67在球形部件的径向相对侧沿壳体的锥形部件40的锥形部分42进行滚转。在该滚转过程中，由环形轴承49可旋转支承的摇摆板内端60相对于球形部件46旋转，并在该球形部件46中施加绕中心轴线A旋转的运动，以便使轴24旋转。

如图1所示，摇摆发动机的壳体22包括一对燃烧室68，该对燃烧室68在叶片45的一侧沿中心轴线A彼此间隔开。此外，壳体22还包括一对排气室70，该对排气室70在叶片的、与一对燃烧室68相对的周向侧上沿中心轴线A彼此间隔开。各燃烧室68和相应的排气室70摇摆运动的180°分开，在该摇摆运动过程中，由于相应燃烧室内的燃烧而施加在摇摆板58上的轴向力通过环形轴承49转移成轴24的旋转运动。在摇摆运动的每个180°部分之后，下一个燃烧室68点火，如下文所示，以便相对摇摆运动的180°的下一半循环继续摆动。

如图2和8所示，一对燃烧室68中的每一个包括相应的燃料喷射器72，用于将燃料喷射到燃烧室内以便燃烧。各燃烧室还包括热线火花塞74，用于点燃燃料以便燃烧。尤其是，各燃烧室的燃料喷射器72包括用于接收一个燃料部分的第一进口76以及用于接收另一燃料部分的第二进口78。该燃料部分在喷射过程中混合，然后通过热线火花塞74进行点火。发动机可以通过氢气和氧气、丙烷和氧气、以及氨和氧化亚氮等进行工作。喷射器72和热线火花塞74都由点火安装件80支承，该点火安装件80通过相应螺栓82固定在壳体上。如图2所示，各燃烧室68包括耐火衬里84，该耐火衬里84优选是由金刚砂、耐火氧化物例如氧化硅、氧化铝和氧化锆，或者耐火氧化物的混合物制成。因此，通过相应燃料喷射器72注入燃烧室68内的燃料通过热线火花塞74点燃，所生成的热量由耐火衬里84承受，同时通过经过在相应锥形部件40的锥形部分42中的出口86，燃烧引起摇摆板的滚转运动。发动机的结构特别有效，因为它在不需要任何进气阀或排气阀的情况下工作。还有，如图3所示，排气室70有进口70i，用于接收来自环形空腔44中的排气，并有出口70，排气通过该出口70排出。

壳体22包括一对环形端板88，该对环形端板88分别通过多个螺栓90固定在环形壳体部件28的相对端30上。该对锥形部件40有环形支承部分92，该环形支承部分92通过由密封件94提供密封而由端板88支承。轴24穿过支承部分92延伸，该支承部分92也包括密封件96，用于与轴密封。除了包括支承部分92，该锥形部件40还包括球形部分98，该球形部分98可滑动地与摇摆板26的球形部件46啮合，同时通过球形部件的环形密封件100提供可滑动的密封。还有，环形密封件101可滑动地在球形部件46的槽56以及摇摆板58的内端60之间进行密封。

最好如图1和8所示，阀45位于燃烧室68和排气室70之间，并穿过前面结合图4、9和10所述的叶片密封件64的狭槽66而延伸。摇摆板58有径向延伸的圆形孔102，并也包括径向延伸的开口104，叶片45穿过该开口104延伸。叶片密封件64包括分叉的榫钉106，该榫钉106有大致半圆形密封部分108，该密封部分108可滑动地与叶片45的相对侧接触，如图10所示。在摆动过程中摇摆板在锥形部分上滚转时，密封榫钉106在孔102中旋转，以便适应相对于叶片45的角度变化，且开口104适合该角度变化。而且，在叶片密封件64的相对侧，摇摆板有铣出的狭槽110，该狭槽装有封闭板112，该封闭板112挡住后面将介绍的滑油润滑系统的润滑通道的相邻端。

参考图2，摇摆发动机20包括滑油润滑和冷却系统114，该滑油润滑和冷却系统114有滑油进口116，用于向壳体供给滑油，还包括壳体通道118、120、122、124、126、128和130，用于向摇摆板组件26供给滑油。尤其是，滑油进口116向环形壳体部件28的通道118供给，该通道118再向相邻端板88中的通道120供给，以便流向相邻锥形部件40的腔室状通道122。锥形部件40的支承部分92有绕中心轴线A周向间开的多个角形通道124(图中仅表示了一个)，用于流向环绕轴24的环形通道126，以便在轴与支承部分92的界面通道128处流向在靠近摇摆板组件26处环绕轴的大致环形通道130，在该处，该轴24通过相邻锁定螺母48而固定。在轴中的螺旋槽132使得滑油在轴-支承部分界面通道128中朝着摇摆板组件运动，以便帮助密封壳体的环形密封件96防止滑油向外流。滑油润滑和冷却系统还包括在摇摆板组件26中的分布通道，用于使滑油分布在摇摆板的内端60和外端62之间，如后面更充分所述。而且，滑油分布系统包括返回通道134、136、138、140、142、144和146，用于使滑油返回到壳体的滑油出口148。尤其是，滑油首先从摇摆板组件返回到环绕相邻锁定螺母48的大致环形滑油通道134，以便流过在轴24和相邻锥形部件40的支承部分92的交界面处的返回通道136。在锥形部件支承部分92中的环形通道138向多个周向间隔开的角形返回通道140供给，该角形返回通道140使滑油流向相邻锥形部件40的腔室状通道142，以便流向在相邻端板88中的通道144，并流向在环形壳体部件28中的返回通道146，最终流向滑油出口148，以便冷却和重新循环。靠近返回通道的轴24有第二螺旋槽150，该第二螺旋槽150与连接供给通道的第一螺旋槽的螺旋手方向相反，以便使滑油朝着摇摆板组件离开相邻密封件96流动，从而通过从密封件减压而有助于密封工作。

参考图2，摇摆板组件26的球形部件46包括周向间开的供给通道152，该供给通道152从壳体供给通道130伸向在靠近摇摆板58内端处的摇摆板58，后面将更充分地介绍。在靠近摇摆板处，环绕中心轴线A延伸的环形槽154(也见图11)将润滑油分配给摇摆板58的内端。摇摆板的球形部件46还包括周向间隔开的返回通道156，该返回通道156从摇摆板58的内端60伸向靠近上部锁定螺母48的壳体返回通道134，如图2所示。靠近摇摆板58的这些返回通道156靠近摇摆板58的环形槽158(也可见图11)，以便接收来自摇摆板内端60的滑油。

组合参考图2和4，摇摆板58包括第一和第二组径向延伸的分配通道160和162，它们在摇摆板的内端60和外端62之间延伸。该第一组和第二组分配通道优选是沿环绕中心轴线A的周向交替布置，以便由滑油提供均匀冷却。摇摆板58包括中心板部件163，该中心板部件163确定了第一和第二组分配通道160和162。在摇摆板58的内端60处，中心板163确定了第一组通道开口164，该第一组通道开口164使滑油从摇摆板组件的球形部件46的供给环形槽154向第一组分配通道160供给。然后，该滑油从供给开口164通过第一组分配通道160沿径向从中心轴线A向摇摆板58的外端62流动。在摇摆板58的外端62处，摇摆板包括环形环部件166，该环形环部件166的截面如图12所示，与中心板部件163配合，以便确定环形外部分配通道168，该环形外部分配通道168环绕摇摆板的周边延伸，除了叶片密封件64处，在该叶片密封件处，封闭板112在叶片密封件的各侧使通道终止，如前面结合图9和10所述。从第一组分配通道160向外流的滑油经过环形外部分配通道168通向第二组分配通道162的外端，以便通过该第二组分配通道162向内流向摇摆板的内端60。在摇摆板内端60，在供给开口164的相对侧，摇摆板58的中心板部件163包括返回开口170，如图2所示，用于使滑油从摇摆板流向在球形部件46中的返回环形槽158，并因此流向返回通道156，以便进一步通过前述另一返回通道流向滑油出口148。摇摆板58的外端62的环形部件166包括两个基本半圆形部分172，如图4所示，并有一个靠近叶片密封件64的接头和另一个与该叶片密封件径向相对的接头174。如图12所示，摇摆板58的外端62有环形槽176，该环形槽176容纳从环形部件166向内伸出的环形凸起178。如图4所示，该环形部件166和它的部分172可以铜焊到摇摆板58的外端上，以便以所示结构固定在该摇摆板58上。

如图12所示，摇摆板的外端62包括外部环形中心密封件180。该外部环形中心密封件180与壳体的球形外部环形部分34滑动密封。摇摆板外端的环形部件166的周向间开的滑油密封通道182从环形外部分配通道168延伸到中心密封件180，以便在发动机工作过程中向它提供润滑。

继续参考图12，摇摆板58的外端62还包括一对外部环形侧部密封件184，该对外部环形侧部密封件184位于外部环形中心密封件180的相对侧。而且，摇摆板58的外端62的环形部件166有侧部密封通道186，该侧部密封通道186从壳体的外部环形空腔44(图2)延伸到侧部密封件184，如图12所示，这样，从环形空腔提供给侧部密封件的压力使该密封件与壳体的球形外部34密封。应当知道，环形部件166、中心密封件180和侧部密封件184的径向朝外的表面都与环绕中心轴线的凸球曲率相匹配，并轴向沿中心轴线相匹配，以便与壳体的外部环形部分34的球形内部有效滑动密封。中心密封件180和侧部密封件184容纳于外部环形环部件166的环形槽内，该外部环形环部件166还确定了滑油通道182以及与密封件连通的侧部密封通道186。

参考图5-7，各锥形部件40有截头锥形表面188，该截头锥形表面188确定了截头锥形部分42，摇摆板沿该截头锥形表面188滚转，如前所述。各锥形部件的截头锥形表面188有板密封件190，该板密封件190从中心轴线A径向和轴向伸出，并当摇摆板58沿截头锥形表面滚转时与该摇摆板58密封。特别是，各锥形部件40的截头锥形表面190有密封槽192，如图7所示，各板密封件包括容纳于相应密封槽192中的密封部件194。各板密封件190还包括弹簧196，该弹簧196容纳于相应密封槽192中，以便将密封部件194从该槽向外偏压向摇摆板。该密封部件194的外端198从密封槽192弹性向外布置，以便在摇摆板沿截头锥形表面188滚转时与该摇摆板弹性啮合和密封，同时在每个360度循环过程中当摇摆板直接滚转过板密封件时，与密封槽平齐。如图6所示，各密封部件194有内部密封件200，该内部密封件200与摇摆板的球形部件46密封，还有外部密封件202，该外部密封件202与壳体的外部环形部分34密封。

如图13所示，一对锥形部件40分别有叶片槽204，该叶片槽204容纳叶片45的相邻且大致径向延伸的末端206。而且，环形壳体部件28的外部环形部分34有叶片槽208，该叶片槽208容纳叶片的外端210，并还容纳弹簧212，该弹簧径向向内偏压该叶片。该叶片有部分圆形的内端214，该内端214与摇摆板组件的球形部件46滑动接触，并通过弹簧212偏压成与该球形部件密封。

参考图15和16，摇摆板组件26的另一实施例有与前述实施例相同的结构，除了它的环形轴承49’是包括滚子元件216的抗摩擦推力轴承，在摇摆板的内端60的各侧，该滚子元件216位于球形部件50的环形槽56中。该滚子元件216被由虚线表示的保持架218分开，更优选是有稍微锥形形状，它抵靠在摇摆板的内端60上并在它的槽56侧部的互补锥形轨道而滚转。

应当知道，尽管已经公开了作为摇摆型内燃机的流体能转移装置，但是，它也可以有其它用途，例如热机或者其它流体能转移装置，如泵、压缩机或流体马达等。而且，尽管已经特别结合单叶片介绍了摇摆发动机，但是也可以使用两个叶片以及三个或更多叶片。在图18中，表示了包括一对叶片45的另一实施例，每个叶片有相应密封件64，该密封件64有狭槽66，相应叶片穿过该狭槽66延伸，且该密封件64的结构如前面结合图1、4、8和9所述。还有，当用作发动机或马达时，通过使摇摆板的内端60可旋转地由环形轴承49、49’支承的方式，从而使施加在摇摆板58上的轴向力转变成轴24的旋转运动。当用作泵或压缩机时，通过摇摆板58的轴向运动以及摇摆板的内端60可旋转地由环形轴承49、49’支承的方式，从而使轴24的旋转能转变成流体压力。

参考图17，摇摆发动机20’的另一实施例的结构在很多方面与前述实施例类似，除了将进行说明的，相同的部件有相同的参考标号，且前述说明的大部分也可适用，因此将不再重复。

在摇摆发动机20’的实施例中，环形轴承49”包括至少一个抗摩擦滚子轴承220，该抗摩擦滚子轴承220可旋转地将摇摆板58的内端60支承在球形部件48上。实际上有一对抗摩擦滚子轴承220，每个抗摩擦滚子轴承220有滚子元件222，该滚子元件222绕垂直于摇摆板58延伸的相应轴线旋转，即沿球形部件48的啮合半球50之间的交界面垂直于摇摆板的平面。

继续参考图17，摇摆发动机20’还包括一对抗摩擦滚子轴承224，该对抗摩擦滚子轴承224使轴24可旋转地支承在壳体22’上，以便可绕中心轴线A旋转。而且，摇摆发动机20’包括一对环形密封件226，该对环形密封件226使轴24和在一对抗摩擦滚子轴承224外侧的壳体22’之间可旋转地密封。摇摆板58的外周60包括如前面结合图12所述的密封件，球形部件48具有带也如前所述的锥形部件40的球形部分密封件100。

抗摩擦滚子轴承220和224、摇摆板外周密封件、球形部件密封件100和环形密封件226由高温型材料制成，该高温型材料可以在高温环境中起作用，优选是具有合适类型的高温涂层，这样，它们可以在不需要前述滑油润滑和冷却系统的情况下进行高温工作。这时，应当知道，抗摩擦滚子轴承220和224可以为密封类型，这样，它们可以包括一定量的内部润滑剂，这有利于它们的工作。

图7中所示的摇摆发动机20’的轴24包括外部套筒228，该外部套筒228与轴花键连接，并有环形凸缘230，用于轴向定位抗摩擦滚子轴承224的内侧轨道，同时壳体端帽88轴向定位外侧轨道。轴套筒228也包括内侧部分232，该内侧部分232从环形套筒凸缘230向内延伸，并使摇摆板组件26的球形部件48沿中心轴线A轴向定位在合适位置，以便使它相对于锥形部件40摇摆运动。

图17中所示的摇摆发动机20’还公开为包括一对圆盘阀234，该圆盘阀234有内端，该内端分别与轴套筒228的内侧部分232花键连接，并有周向间隔开的开口236，这些开口236控制燃料和排气相对于燃烧室68和排气室70的流动。

尽管已经详细公开了实现本发明的最佳方式，但是应当知道，本领域技术人员也可以利用各种可选设计和实施例来实现由以下权利要求确定的本发明。

Claims (35)

1.一种流体能转移装置，包括：

壳体，该壳体包括外部环形部分，该外部环形部分有球形的内部，并在它的大圆的相对侧对称地进行截头，该壳体还包括：一对锥形部分，该对锥形部分沿着中心旋转轴线彼此对向会聚，并有截头的内端，球形外环部分与该截头锥形部分配合，以便确定环形空间；以及叶片，该叶片平行于中心轴线越过该环形空间延伸；

轴，该轴沿中心轴线延伸，并可绕该中心轴线旋转；

摇摆板组件，该摇摆板组件位于壳体内，用于进行摇摆运动，并包括球形部件，该球形部件可旋转地固定在轴上，该球形部件有环形轴承，该环形轴承相对于中心轴线斜向延伸，该摇摆板组件还包括大致环形的摇摆板，该摇摆板有内端，该内端可旋转地由球形部件的环形轴承支承，该摇摆板还有外端，该外端可滑动地与壳体的球形外部环形部分啮合，该摇摆板有狭槽，该狭槽相对于球形部件径向延伸，并以滑动的方式容纳壳体的叶片，该摇摆板有相对表面，该相对表面分别在球形部件的径向相对侧沿壳体的截头锥形部分滚转。

2.根据权利要求1所述的流体能转移装置，它包括摇摆发动机，其中，该摇摆发动机有一对燃烧室，该对燃烧室在叶片的周向一侧沿中心轴线彼此间隔开，该壳体还包括一对排气室，该对排气室在叶片的、与该对燃烧室相对的周向侧沿中心轴线彼此间隔开。

3.根据权利要求2所述的摇摆发动机，其中：燃烧室对的每一个包括相应的燃料喷射器，用于将燃料注射到燃烧室内以便燃烧。

4.根据权利要求3所述的摇摆发动机，其中：燃烧室对的每一个包括热线火花塞，用于点燃燃料燃烧。

5.根据权利要求2所述的摇摆发动机，其中：燃烧室对的每一个包括用于接收氨和氧化亚氮的相应燃料喷射器，用于注射到燃烧室内，且燃烧室对的每一个有热线火花塞，用于点燃氨和氧化亚氮以便燃烧。

6.根据权利要求2所述的摇摆发动机，其中：各燃烧室有耐火衬里。

7.根据权利要求6所述的摇摆发动机，其中：各燃烧室的耐火衬里由从以下组中选定的材料制成，该组包括金刚砂、耐火氧化物和耐火氧化物的混合物。

8.根据权利要求2所述的摇摆发动机，其中：燃烧室对的每一个包括相应的燃料喷射器，用于将燃料注射到燃烧室内以便燃烧，且燃烧室对的每一个有热线火花塞，用于点燃燃料以便燃烧，且各燃烧室有耐火衬里。

9.根据权利要求2所述的摇摆发动机，其中：燃烧室对的每一个包括相应的燃料喷射器，用于注射氨和氧化亚氮以便燃烧，且燃烧室对的每一个有热线火花塞，用于点燃氨和氧化亚氮以便燃烧，且各燃烧室有耐火衬里。

10.根据权利要求1所述的流体能转移装置，其中：该摇摆板包括叶片密封件，该叶片密封件确定有狭槽，用于可滑动地密封叶片。

11.根据权利要求10所述的流体能转移装置，其中：该摇摆板有径向延伸的圆孔以及径向延伸的开口，叶片穿过它们延伸，叶片密封件为具有密封部分的分叉榫钉，该密封部分可滑动地与叶片的相对侧接触。

12.根据权利要求1所述的流体能转移装置，其中：该壳体包括第二叶片，该叶片越过环形空腔平行于中心轴线延伸，该摇摆板有第二狭槽，该第二狭槽相对于球形部件径向延伸，并可滑动地接收壳体的第二叶片。

13.根据权利要求12所述的流体能转移装置，其中：该摇摆板包括一对叶片密封件，该对叶片密封件确定有狭槽，用于可滑动地密封叶片。

14.根据权利要求13所述的流体能转移装置，其中：摇摆板有一对径向延伸的圆孔以及径向延伸的开口，叶片穿过它们延伸，各叶片密封件形成为具有密封部分的分叉榫钉，该密封部分可滑动地与叶片的相对侧接触。

15.根据权利要求1所述的流体能转移装置，还包括：滑油润滑和冷却系统，用于使滑油通入壳体、通过摇摆板组件和离开壳体返回。

16.根据权利要求15所述的流体能转移装置，其中：该滑油润滑和冷却系统包括进入壳体的滑油进口、在壳体中从进口到摇摆板组件的供给通道、在摇摆板组件中用于使滑油分配到摇摆板的内端和外端的分配通道、在壳体中从摇摆板组件出来的返回通道、以及滑油出口，返回通道使滑油从摇摆板组件返回到该滑油出口，以便流出壳体用于冷却和重新循环。

17.根据权利要求16所述的流体能转移装置，其中摇摆板包括：第一组径向延伸的分配通道，它们彼此周向间隔开，并有内端和外端，其中内端用于从靠近摇摆板的内端的供给通道供给滑油；环形外部分配通道，该环形外部分配通道接收来自第一组径向延伸的分配通道的外端的滑油；以及第二组径向延伸的分配通道彼此周向间隔开，并有内端和外端，其中外端用于接收来自环形外部分配通道的滑油，而内端将滑油供给返回通道，以便通过滑油出口从壳体流出。

18.根据权利要求17所述的流体能转移装置，其中：摇摆板的第一和第二组径向延伸分配通道沿周向彼此交替间隔开，以便均匀冷却。

19.根据权利要求17所述的流体能转移装置，其中：摇摆板的外端包括外部环形中心密封件，该外部环形中心密封件可滑动地与壳体的球形外部环形部分密封，摇摆板的外端有滑油密封通道，该滑油密封通道从环形外部分布通道延伸到外部环形中心密封件，以便通过润滑。

20.根据权利要求19所述的流体能转移装置，其中：摇摆板包括一对外部环形侧部密封件，该外部环形侧部密封件位于外部环形中心密封件的相对侧，且摇摆板的外端有侧部密封通道，该侧部密封通道从环形空腔延伸到外部环形侧部密封件，这样，从环形空腔提供给它的压力使它与壳体的球形外部环形部分密封。

21.根据权利要求20所述的流体能转移装置，其中：该摇摆板包括中心板和外部环形环，该外部环形环与中心板配合，以便确定环形外部分配通道，该外部环形环有环形中心槽，该环形中心槽接收外部环形中心密封件，该外部环形环还有一对环形侧部槽，该对环形侧部槽分别接收一对外部环形侧部密封件，该外部环形环确定了滑油密封通道和侧部密封通道。

22.根据权利要求16所述的流体能转移装置，其中：该轴包括第一螺旋槽，用于防止滑油离开靠近该轴的供给通道，该轴包括第二螺旋槽，用于防止滑油离开靠近该轴的返回通道。

23.根据权利要求1所述的流体能转移装置，其中：环形轴承是轴颈轴承，包括在球形部件中的环形槽，该环形槽接收和可旋转地支承摇摆板的内端。

24.根据权利要求1所述的流体能转移装置，其中：该环形轴承是包括滚子元件的抗摩擦推力轴承。

25.根据权利要求1所述的流体能转移装置，其中：该壳体包括大致环形的壳体部件，该壳体部件有相对轴向端和中间部分，该中间部分在该端头之间延伸，并确定了壳体的球形外部环形部分，该壳体包括一对锥形部件，该对锥形部件分别固定在该环形壳体部件的相对轴向端，并有截头锥形表面，该截头锥形表面确定了壳体的截头锥形部分。

26.根据权利要求25所述的流体能转移装置，其中：锥形部件的截头锥形表面有板密封件，该板密封件从中心轴线径向和轴向延伸，并在摇摆板沿该截头锥形表面滚转时与该摇摆板密封。

27.根据权利要求25所述的流体能转移装置，其中：锥形部件的截头锥形表面有密封槽，而板密封件包括密封部件，该密封部件分别由密封槽接收，且板密封件还包括弹簧，该弹簧弹性偏压该密封部件，且密封部件的外端从密封槽弹性向外布置，以便在摇摆板沿该截头锥形表面滚转时与该摇摆板弹性啮合和密封。

28.根据权利要求25所述的流体能转移装置，其中：环形壳体部件和一对锥形部件有叶片槽，该叶片槽接收越过壳体的环形空腔延伸的叶片，该叶片有局部圆形内端，该局部圆形内端与摇摆板组件的球形部件可滑动的接触，环形壳体部件的叶片槽包括弹簧，该弹簧将叶片弹性压靠在摇摆板组件的球形部件上，以便适应热膨胀和收缩。

29.根据权利要求25所述的流体能转移装置，其中：该壳体包括一对环形端板，该对环形端板固定在环形壳体部件上，该对锥形部件有支承部分，该支承部分分别由该对环形端板支承，锥形部件的支承部分有穿过延伸的轴，并包括密封件，该密封件与该轴和摇摆板的球形部件可旋转地密封。

30.根据权利要求25所述的流体能转移装置，其中：该环形壳体部件包括半部分，半部分有半圆形状，半圆形状彼此固定。

31.根据权利要求1所述的流体能转移装置，其中：摇摆板的球形部件包括一对半球，该对半球有啮合表面，各啮合表面包括用于与另一环形槽部分配合的环形槽部分，以便确定环形轴承的环形槽。

32.根据权利要求1所述的流体能转移装置，其中：该环形轴承包括至少一个抗摩擦滚子轴承，该抗摩擦滚子轴承可旋转地将摇摆板的内端支承在球形部件上，并有滚子元件，该滚子元件绕垂直于摇摆板延伸的相应轴线旋转。

33.根据权利要求1所述的流体能转移装置，还包括：一对抗摩擦滚子轴承，该对抗摩擦滚子轴承可旋转地将轴支承在壳体上。

34.根据权利要求33所述的流体能转移装置，还包括：一对密封件，该对密封件使轴和该对抗摩擦滚子轴承外部的壳体之间可旋转地密封，该对抗摩擦滚子轴承使轴可旋转地支承在壳体上。

35.根据权利要求1所述的流体能转移装置，其中，环形轴承包括：一对抗摩擦滚子轴承，该对抗摩擦滚子轴承可旋转地将摇摆板的内端支承在球形部件上，并有滚子元件，该滚子元件绕垂直于摇摆板延伸的相应轴线旋转；一对抗摩擦滚子轴承，该对抗摩擦滚子轴承可旋转地将轴支承在壳体上；以及一对密封件，该对密封件使轴和在该对抗摩擦滚子轴承外侧的壳体之间可旋转地密封，该对抗摩擦滚子轴承使得轴可旋转地支承在壳体上。

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