CN1839246A - 两瓣轮旋转机器 - Google Patents

Abstract

一旋转机器包括一带有用来形成一腔室的间隔开的端壁的外壳。一两瓣轮透镜形转子组件设置在腔室内以便在其中作偏心转动。一孔通过转子组件的中心部分。在转子组件的一端围绕转子组件的中心切割槽。一转子导向组件包括多个大致圆柱形的导向柱，它们平行地朝向诸槽延伸并接合在槽的偏心转动中。一轴延伸通过孔的中心。在一实施例中，采用六个或更多个偶数的间隔开的槽和围绕该轴间隔开的该数量一半的导向柱，其允许使用较大尺寸的孔和轴。在另一实施例中，采用转换朝向转子顶点的四个槽和两个导向柱，其也允许使用较大尺寸的孔和轴。

Description

两瓣轮旋转机器

技术领域

本发明一般地涉及一旋转机器，具体来说，本发明涉及一具有固定导向件的两瓣轮的旋转机器，该导向件用来定位转子的顶点同时转动一轴，或被一旋转轴驱动。

背景技术

作为正向位移机器运行的旋转机器(例如，泵或发动机)的概念可追溯到几百年前。例如，美国专利No.1,340,625介绍了一种旋转机器，其具有一设置有两个槽的两瓣轮的透镜形转子。其中一个瓣轮与转子顶点相一致，而另一个瓣轮垂直于该转子顶点并具有一中心通过转子的中心，它们接合安装在机器外壳上的固定导向件。开槽的转子结构要求机器的旋转轴完全地从一侧到另一侧支承起来。然而，对于高扭矩和高转速的旋转机器来说，相当大的应力必须使单一的轴支承轴承做得很大，即，笨重。此外，在制造中结构通过齿轮提供优点，但尺寸上不紧凑。

在美国专利No.4,300,874中，一旋转机器包括一与大的单一导向件接合的开槽的转子，以及一通过其间的轴的矩形部分。一第一槽容纳导向件，而一垂直于第一槽的第二槽容纳轴的矩形部分。在偏心转动过程中转子可滑动地接触导向件和轴的矩形部分。然而，来自转子偏心运动的离心力以交替的方式在导向件和轴的矩形部分之间传递，由此，造成力集中在各种接触点处。当转速增加时这是摩擦和磨损的根源。

本申请人原先的美国专利No.5,393,208揭示了一具有两瓣轮透镜形转子组件的旋转机器。该转子具有通过转子中心成直角的两个槽，然而，有一孔通过其中心部分，形成围绕转子中心成对称布置的转子一端内切割四个槽的外貌。一转子导向件组件设置有两个导向柱，它们在转子组件偏心转动过程中接合诸槽。设置一轴，其通过转子定位机构内的孔。该类型的转子定位机构没有接触应力，同时以一转速在真空中操作，并使该转子被一通过转子定位机构的轴支承。

应该认识到，一尺寸更紧凑且结构耐用的发动机更为有效。有些有效的标准要求暴露到工作介质的发动机表面，具有滑动接触而没有力的互相作用，并与机器的总的体积相比，要求有更高的排出体积。形成一转子定位机构，它在运行中在转子侧仅有一个压力密封件，而在轴侧上有一润滑密封件，形成这样一机构是本申请人努力的主要目标。与较长冲程组合的该概念允许一装置在许多应用中可替代涡轮机。

还可以认识到，如活塞结构那样能实现的一循环热动力学过程，其固有地在许多情形中具有较高的效率。例如，如果比较一下空气标准布雷顿(Brayton)循环与全膨胀到入口压力的修正的奥托(Otto)循环，就可以发现这样的情况。

发明内容

本发明提供两瓣轮的旋转机器，其能起作一泵、发动机或涡轮的功能。对于两瓣轮旋转机器的改进使得一较大的轴可用于一给定尺寸的转子，或一较小转子用于一给定尺寸的轴。

由于转子曲柄长度或冲程增加，所以与旋转机器的总尺寸和质量相比，该改进还用来增加可由旋转机器排出的体积。这较之用于内部齿轮或成直角的槽以将转子顶点保持在外部外壳的内部附近的情形，导致转子组件允许机器更加紧凑。因此，对于轴上给定的扭矩量，机器将以较低的压差进行操作。

如果转子不完全地封闭在一外壳内，则转子还可起作一用于液体或气体的蜗轮。

在以下的描述和附图中，将会更加明白本发明。

本发明提供一旋转机器，其包括：一带有形成一腔室的间隔开的端壁的外壳；一椭圆形或透镜形的两瓣轮转子组件，其具有相遇在对称地相对的顶点处的弧形面，或带有过渡到流体的或空气动力学的表面的弧形面的两个瓣轮的转子，所述转子组件具有两个在所述弧形面之间延伸的平行端面，各个所述平行端面面向所述端壁之一，所述转子组件设置在所述腔室内以便在其中作偏心转动，所述转子组件具有一位于转子组件的中心部分内的孔，以及一具有轴中心纵向轴线的轴，所述轴中心纵向轴线偏离于所述转子组件中心纵向轴线一偏移距离R_C1，所述轴包括至少一个偏心轴承，以在所述轴和所述转子组件之间形成驱动接触；

一具有12个或更多个偶数的直线凸轮表面的转子围绕一转子组件的中心纵向轴线布置；直线凸轮具有这样的定向：使一半的直线凸轮表面径向地与其余的直线凸轮表面相对；

直线边缘平行于一直线，该直线在R_P距离处垂直于轴的偏心部分的纵向轴线；

一转子导向组件从所述端壁中的至少一个延伸，转子导向组件具有六个或更多个弧形凸轮，一半的所述弧形凸轮沿径向与其余弧形凸轮相对，从所述轴中心的纵向轴线到各个所述弧形中心纵向轴线的一距离等于一偏离距离R_C2，所述转子导向件组件包括以平行方式延伸通过所述平行端面之一的凸轮表面，以便在所述转子组件的所述偏心转动过程中，接合所述十二个或更多个直线凸轮，各个所述导向件具有一表面，其在一部分上具有一局部圆形的垂直的横截面形状，其接合所述直线凸轮，转子导向件组件具有大致一半的导向件弧沿径向与其余导向件弧相对，两组相对的导向件弧具有小于180度的介于相邻圆弧纵向中心之间的最大角度；

其中，各个所述弧形凸轮和直线凸轮确定尺寸、形状和结构，以便在转子组件偏心转动过程中与所述导向件弧接合。

或者，一具有八个或更多个偶数的直线凸轮表面的转子围绕一转子组件的中心纵向轴线布置；直线凸轮具有这样的定向：使一半的直线凸轮表面径向地与其余一半的直线凸轮表面相对；

直线边缘平行于一直线，该直线在R_P距离处垂直于轴的偏心部分的纵向轴线；

一转子导向组件从所述端壁中的至少一个延伸，转子导向组件具有四个或更多个弧形凸轮，一半的所述弧形凸轮沿径向与其余弧形凸轮相对，从所述轴中心的纵向轴线到各个所述弧形中心纵向轴线的一距离等于一偏离距离R_C2，所述转子导向件组件包括以平行方式延伸通过所述平行端面之一的凸轮表面，以便在所述转子组件的所述偏心转动过程中，接合所述8个或更多个直线凸轮，各个所述导向件具有一表面，其在一部分上具有一局部圆形的垂直的横截面形状，其接合所述直线凸轮，转子导向件组件具有大致一半的导向件弧沿径向与其余导向件弧相对，两组相对的导向件弧具有大于180度的介于相邻圆弧纵向中心之间的最大角度；以及

其中，各个所述弧形凸轮和直线凸轮确定尺寸、形状和结构，以便在转子组件偏心转动过程中与所述导向件弧接合。

附图的简要说明

图1是根据本发明的一旋转活塞机器的分解的立体图；

图2a-2d是沿图1的线2-2截取的截面图，示出相继的操作位置；

图3是沿图4a的线3-3截取的截面图；

图4a旋转活塞机器的侧视图；

图4b是沿图3的线4b-4b截取的截面图；

图5是放大比例的图3的局部视图；

图6是沿图7a的线6-6截取的截面图；

图7a是根据本发明原理的一旋转机器的另一实施例的侧视图；

图7b是沿图6的线7b-7b截取的截面图；

图8是放大比例的图6的局部视图；

图9是沿图10a的线9-9截取的截面图；

图10a是根据本发明原理的另一旋转机器的侧视图；

图10b是沿图9的线10b-10b截取的截面图；

图11是放大比例的图9的局部视图；

图12是类似于图3的截面图，但示出另一替代的转子组件；

图13-16是类似于图3的局部图，但示出不同的凸轮结构；

图17是类似于图2a的截面图，但示出具有相等冲程的结构；

图18是类似于图3的截面图，但示出具有相等冲程的结构；以及

图19是类似于图6的截面图，但示出具有相等冲程的结构。

具体实施方式

本发明允许一强度较大的轴用于由本申请人提出的美国专利No.5,393,208所描述的转子中，其具有一给定的曲柄长度，或一较短的曲柄长度用于一给定轴的强度。其意义在于，在较高压力时，较大的轴更能够承受由转动转子作用在其上起主要作用的扭转应力。

一替代的改进结构允许对一给定尺寸的转子增加曲柄长度，该尺寸大致地形成为转子顶点与外部外壳的触点之间的距离。对于给定尺寸的转子曲柄长度越长，则轴上的扭矩和转子轴向长度导致越低的操作压力、承载负荷以及压力密封中减小的损失。曲柄长度定义为偏心承载中心和轴的纵向中心之间的距离。

如果轴被支承在转子两侧上，则对于给定曲柄长度的轴的尺寸和强度受到轴必须通过的通道尺寸的限制，该通道通过转子定位机构。可以表明这取决于固定凸轮弧之间的最小角度，其由输入/输出轴的纵向中心和对于给定曲柄长度的固定凸轮弧半径测得。存在有一最大轴半径和用于间隙的轴切去部分。轴切去部分的特征对于轴扭矩的操作能力具有相当大的影响。

图1示出本发明的第一实施例，其具有带有面向内的环形壁14的外部外壳12。第一实施例还包括侧部外壳15，其具有面向内的端壁16和18，当与外部外壳连接在一起时，它们形成机器的腔室24。转子组件30设置在机器腔室24内以便在其中作偏心转动。转子组件30具有顶点36、38，通过一转子定位机构定位在紧靠环形壁14的附近，顶点36、38与环形壁14形成一压力密封。一压力密封还形成在转子端面40和42及端壁16、18之间。一对于机构操作不是必须的附加密封通过面向内的轴密封44、45和端面40和42形成，它们将腔室24与转子定位机构密封。这是由于本实施例的弧形面32不包括轴的纵向中心61。轴60的偏心轴承62在轴60和转子组件30之间形成驱动的接触。

可以理解到是，第一实施例代表一正向位移的机器，其中，进出腔室24的流体或气体的通道可以各种方式中的任何一种来实施。因此，将省略对其讨论和描述。

一组四个前导直线凸轮721和四个尾部直线凸轮722嵌入在转子30内，它们转换朝向顶点36、38。一组两个前导凸轮弧711和一组两个尾部凸轮弧712安装在侧部外壳中的至少一个内，它们转换朝向外部外壳的上死点位置。图2中所示的凸轮弧显示为圆柱形和同心，但对于将要提供的总体描述，它们将被分解为个别的凸轮弧。凸轮弧中心713、714离轴纵向中心61的距离等于曲柄长度，且从轴的纵向中心61量起的相邻凸轮弧中心713、714之间的最大角“γ”，现大于180度。这允许相对于转子尺寸有远大得多的曲柄长度或冲程，然而，轴60的一大的部分可“切去”以将轴60配合在孔51内。图1和图2的第一实施例示出一接近最大值的曲柄长度，以使轴60能通过转子定位机构，同时，在轴转动的所有角度保持导向凸轮组件的接合。如图所示，对于强度来说，轴60显示有一通过转子端面40内的孔的附加部分，其不保持与凸轮的同时接合。应该指出的是，区域51的同时接合的最小半径是一将在下文中描述的设计参数，且位于靠近上死点位置的一位置内的转子可通过顶点36、38与外壳环形壁14的接触而使转子进行定位。

图2是图1的剖切截面的前视图，示出各相继位置的转动位置。位置2A示出对于任一凸轮的离偏心轴承纵向轴线63最大距离处的凸轮表面的接触点，同时，两个凸轮表面保持接触。这将在第二实施例中作更为详细的描述。

图3是类似于图1的实施例，对于凸轮采用相同的标号。图3仅示出一个通过凸轮同时接合区域剖切的截面。导向构件的组件具有一前导组的两个凸轮弧711和尾部组的两个凸轮弧712。在转子内有一直线凸轮组件，其具有一前导组的四个直线凸轮表面721和一尾部组的四个直线凸轮表面722。凸轮弧中心713、714离轴纵向中心61等距离，且为了简化起见，凸轮弧中心713、714对称地布置，使凸轮弧中心713和凸轮弧中心714对齐。可以看到两个相邻凸轮弧中心713或714之间的最大角“γ”，以及凸轮弧711或712的半径将确定相对于曲柄长度的同时接合的最大半径。这是轴可通过其且具有间隙可转动的最大半径，也是从偏心轴承中心63量起的形成凸轮弧711、712和直线凸轮721、722之间的一力的最小杠杆臂。当从轴纵向中心61量起的凸轮弧中心713、714之间的最大角γ增加时，对于轴转动的所有角度定位转子的凸轮最小接合半径减小。这可通过转换直线凸轮朝向转子顶点得以实现。其作用是显著地减小转子前部面积或对一给定转子前部面积增加冲程，然而，对应于减小的最小接合半径，直线凸轮表面721、722需要沿径向朝向偏心轴承中心延伸的距离增加。对于该实施例，使用大于180度的凸轮弧中心之间的角度可显著地增加冲程和位移。然后，对于给定范围的对应于要求输出的输入压力和流量，存在有最佳的轴和凸轮组件。

图4显示一视图，其示出通过最小接合半径的横截面的一轴的实例。

图5示出图3的四弧形凸轮和八直线凸轮结构的放大的视图。如该图所示，R_CO是从偏心轴承中心63量起的最小接合半径或孔51的半径。R1_CO和R2_CO是从偏心轴承中心63到导向凸轮712和直线凸轮722的接合点之间的距离。对于凸轮组711、721将有类似的描述，然而，凸轮组712、722将予以描述。当R1_CO和R2_CO相等时，用于前导或尾部凸轮组的最小接合半径为R_CO。有各种技术可从形成几何的矢量中解决该最小R_CO。R_C1是偏心轴承中心63和轴纵向中心61之间的矢量，它是旋转机器的曲柄长度。R1_C2和R2_C2是轴纵向中心61和作用的凸轮弧中心714之间的矢量，这些矢量是固定的。图3所示的凸轮弧712的半径R_P1和R_P2相等，然而，在一般公式中它们不假定相等。α1是矢量R1_C2和R_C1之间的角度。α2是矢量R2_C2和R_C1之间的角度。α1加α2是R1_C2和R2_C2之间的角度，其形成为γ。β1可定义为矢量(R_C2+R1_C2)和R_C1之间的角度。β2可定义为矢量(R_C1+R2_C2)和R_C1之间的角度。β1加β2是直线凸轮722之间的角δ。彼此具有最大角δ的直线凸轮722对应于该结构的最小R_CO。这些值具有以下的关系：

α1＝2β1

α2＝2β2

χ＝α1+α2

δ＝β1+β2

以及；

|R_C1|＝|R1_C2|＝|R2_C2|

以及R_CO1和R_CO2是：

$\left|R_{\mathrm{CO}1}\right|=\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}1)+R_{P1}^2}$

$\left|R_{\mathrm{CO}2}\right|=\sqrt{R_{C1}^2+{R2}_{C2}^2-2R_{C1}{R2}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}2)+R_{P2}^2}.$

当R_CO1等于R_CO2时，是最小同时接合半径。对于R_P1等于R_P2的情形，可以看到α1等于α2，其是从轴纵向中心61量起的凸轮弧中心614之间的角的一半。则得最小接合半径R_CO；

$\left|R_{\mathrm{CO}1}\right|=\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-1/2X)+R_{P1}^2}.$

图13是具有不同凸轮弧半径R_P1和R_P2的一实施例。如果R_P1和R_P2不相等，则令R_CO1和R_CO2相等，这样可确定α1和α2。这可表现为紧凑的形式，或通过若干种数学方法迭代来实现。通过将公式中对于α1或α2所求得的对应值代入R_CO1或R_CO2，可求得R_CO值。

此外，轴60的最大半径用R_smax表示，其中：

$\left|R_{s\max }\right|=\sqrt{{R1}_{C2}^2+R_{P1}^2-2{R1}_{C2}{R}_{P1}\cos (90-\mathrm{\β}1)}.$

是轴通过凸轮组的该平面的参数R_smax。换句话说，R_smax受槽间距的限制，在角δ时是最大间距，轴60仅可以是这样大，以允许凸轮弧712与直线凸轮722没有约束地接合。最小接合半径不延伸超过图2和3的实施例的轴的纵向中心，这样，圆柱形轴可不通过孔51。

通过将直线凸轮转换朝向转子顶点，对于转子的一给定的前面面积，R_smax较大，然而，R_CO远为较小，导致大量材料从轴60移去。然而，装置的非常长的冲程能将较低的压力更有效地转换到输出。例如，这可允许相对疏松地配装压力密封件以便有效地工作。

图6是本发明的第三实施例，仅示出通过凸轮非同时接合的区域51的“切去”部分。一导向凸轮组件具有一前导组的三个凸轮弧611和尾部组的三个凸轮弧612。在转子内的一直线凸轮组件具有一前导组的六个直线凸轮表面621和尾部组的六个直线凸轮表面622。凸轮弧中心613、614离轴的纵向中心61等距离，且为了简化起见，凸轮弧中心613、614对称地布置，使相对的凸轮弧中心613和凸轮弧中心614对齐。可以看到两个相邻凸轮弧中心613或614之间的最大角“γ”，以及凸轮弧611或612的半径将确定相对于曲柄长度的同时接合的最大半径。这是轴可通过其且具有间隙可转动的最大半径，也是从偏心轴承中心63量起的形成凸轮弧611、612和直线凸轮621、622之间的一力的最小杠杆臂。当从轴纵向中心61量起的凸轮弧中心613、614之间的最大角减小时，例如，通过具有更多个凸轮弧611、612，直线凸轮621、622需要朝向孔51中心沿径向延伸的长度减小。在弧中心之间引入一小于180度的角度，其作用在于，对于一给定转子的前部面积接合或孔51的最小半径较大。对于轴60其作用还在于，对于孔51的间隙可移去更少的材料，因此强度更大。尽管有可能其它实施例有增加数量的导向凸轮611、612以及设置两倍的直线凸轮621、622，但在增加的孔尺寸51、接合的最小半径51，或轴60的强度方面并未获得太多的优点。

图7示出第三实施例的轴向视图，并表明对于同样的曲柄长度轴在通过孔51的通道内可以更大和由此强度更大。

图8示出图2的六弧形凸轮和十二直线凸轮的放大的视图。如该图所示，R_CO是从偏心轴承中心63量起的同时接合的最小半径或该位置处的区域51的半径。应该指出的是，对于弧形凸轮611、612围绕轴纵向轴线61不等距离间隔开或具有不同半径的本实施例的变体来说，这与弧形凸轮中心614不对齐。R1_CO和R2_CO是从偏心轴承中心63到凸轮弧612和直线凸轮622的接合点之间的距离。对于凸轮组611、621将有类似的描述，然而，凸轮组612、622将予以描述。当R1_CO和R2_CO相等时，用于前导或尾部凸轮组的最小接合半径为R_CO。有各种技术可从形成几何的矢量中解决该最小R_CO。R_C1是偏心轴承中心63和轴纵向中心61之间的矢量，它是旋转机器的曲柄长度。R1_C2和R2_C2是轴纵向中心61和作用的凸轮弧中心614之间的矢量，这些矢量是固定的。图5所示的凸轮弧612的半径R_P1和R_P2相等，然而，在一般公式中它们不假定相等。α1是矢量R1_C2和R_C1之间的角度。α2是矢量R2_C2和R_C1之间的角度。α1加α2是R1_C2和R2_C2之间的角度，其定义为γ。β1可定义为矢量(R_C2+R1_C2)和R_C1之间的角度。β2可定义为矢量(R_C1+R2_C2)和R_C1之间的角度。β1加β2是直线凸轮622之间的角δ。彼此具有最大角δ的直线凸轮622对应于该结构的最小R_CO。这些值具有以下的关系：

α1＝2β1

α2＝2β2

χ＝α1+α2

δ＝β1+β2

以及；

|R_C1|＝|R1_C2|＝|R2_C2|

以及R_CO1和R_CO2是：

$\left|R_{\mathrm{CO}1}\right|=\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}1)+R_{P1}^2}$

$\left|R_{\mathrm{CO}2}\right|=\sqrt{R_{C1}^2+{R2}_{C2}^2-2R_{C1}{\mathrm{CR}2}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}2)+R_{P2}^2}$

当R_CO1等于R_CO2时，是最小同时接合半径。对于R_P1等于R_P2的情形，可以看到α1等于α2，其是从轴纵向中心61量起的凸轮弧中心614之间的角的一半。则得最小接合半径R_CO；

$\left|R_{\mathrm{CO}1}\right|=\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-1/2X)+R_{P1}^2}$

如果弧形凸轮612的R_P1和R_P2不相等，则令R_CO1和R_CO2相等，这样可确定α1和α2。这可表现为紧凑的形式，或通过若干种数学方法迭代来实现。通过将公式中对于α1或α2所求得的对应值代入R_CO1或R_CO2，可求得R_CO值。

此外，轴60的最大半径用Rsmax表示，其中：

$\left|\mathrm{Rs}\max \right|=\sqrt{{R1}_{C2}^2+R_{P1}^2-2{R1}_{C2}{R}_{P1}\cos (90-\mathrm{\β}1)}.$

是轴通过凸轮组的该平面的参数Rsmax。换句话说，Rsmax受槽间距的限制，在角δ时是最大间距，轴60仅可以是这样大，以允许凸轮弧612与直线凸轮622没有约束地接合。当轴60的半径R_s是：

R_CO-R_smax≤R_S≤R_Smax时，

在轴60上需要一非常小的切去部分，以使轴60不再较佳地呈圆柱形。

该类型的结构提供一耐用的机构，同时，允许轴直径大于如果使用齿轮或呈直角的槽时可能的情形，因此，允许较大的扭矩操作能力。对于给定冲程最小接合半径较大，这也意味着凸轮表面的最大接触速度较低，且离转子中心的力矩臂较大，从而减小接触力。这对于转子的快速角加速度可具有重要意义，这可对凸轮表面形成显著的互相作用力。

尽管本发明的该优选实施例显示围绕转子组件的偏心轴承中心63对称地布置的导向凸轮611、612，但不要求导向凸轮611、612或直线凸轮621、622均匀地间隔。此外，还表明不要求导向凸轮611、612全部是不均匀的半径。

图9示出具有直线滑动的凸轮表面811、812的一实施例，它们在对中在图3的第二实施例的凸轮弧中心714的位置处的一轴承中心814上转动。有四个转动的滑动凸轮表面811、812和八个直线凸轮821和822，然而，滑动件的边缘必须清除由转动的滑动件815的边缘的路径所确定的轴。

图10示出通过孔51的轴60的部分，其比图4中所示第二实施例的轴大和结实。

图11示出诸矢量，其描述处于滑动接触端的同时接合的最小半径。一附加的矢量R_延伸d加到R_CO1，其采用上述同样方法予以确定，例外的是，R_P1现是直线凸轮表面离滑动件凸轮轴承中心814的距离。

$R_{\mathrm{CO}1}=\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}1)+R_{P1}^2}$

应该指出的是，矢量R_延伸d可朝向转子中心。由于滑动件凸轮表面811、812围绕一轴承中心814转动，滑动件凸轮表面811、812必须通过某装置定向以便与转子直线凸轮821、822再次接合。这些转动的滑动件凸轮表面811、812也可从以轴60的一半转速rpm转动的装置中提供附加的输入/输出。例如，滑动件可偶联到另一转子，该转子处于180度不同相的另一阶段中。某些这样的特征甚至可用来平衡并提供一类似于飞轮的作用。R_smax在此情形中是曲柄长度减去滑动件凸轮表面815的边缘路径的半径。

图12示出类似于图3实施例的本发明的又另一实施例。转子30在此图中显示为转动处在30度处，其只在于演示的目的。然而，在此实施例中，直线凸轮721、722布置成这样：有一部分的冲程中没有与导向凸轮的连续的接合。这允许一比R_CO的半径形成的孔甚至更大的孔。转子顶点对该部分的冲程保持转子的对齐。其意义在于，当沿着朝向一顶点36、38方向延伸的直线凸轮721、722之间的角度减小时，导向凸轮的接合最小半径R_CO减小。围绕转子中心的一扭矩或力矩产生一力的互相作用，当离中心的距离R_CO减小时，力的互相作用将增加。可使用一较大和结实的轴60，在许多应用中，对于该部分冲程的保持对齐的转子顶点是一更佳耐用的结构。本实施例具有理想的特征在于，恒定的转速状态和转子表面上均匀的压力分布将不会在顶点36、38上形成任何的力。该位置的接合半径仍然是；

$R_{\mathrm{CO}1}=\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{\mathrm{CR}}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}1)+R_{P1}^2}.$

$R_{\mathrm{CO}2}=\sqrt{R_{C1}^2+{R2}_{C2}^2-2R_{C1}{R2}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}2)+R_{P2}^2}.$

然而，当导向凸轮711、712与直线凸轮721、722脱开接触时，对于任一凸轮接触点可以求得同时接合的实际最大半径RCO。

图13示出具有不同半径但呈同心的多个凸轮的一实施例。

图14示出一实施例，其中，相对径向导向的两个凸轮弧711、712安装成具有不同的凸轮弧中心713、714。相对的凸轮弧部分地显现为透镜形或椭圆形，而相对的直线凸轮721、722会聚在一起。

一般地来说，制造凸轮弧全部横截面上呈圆柱形或半圆柱形形状的凸轮弧较为容易。然而，弧形凸轮在与槽接合的导向凸轮表面的那部分上不一定需要保持圆形截面形状。

图15具有与图16相同的几何结构，显示一向内螺旋形的中心。

如图16所示，对于一实施例，也可具有在各个垂直对分的平面内的各个部分，其形成具有不同半径R_P的凸轮弧711、712，它们造成一向内成螺旋形的凸轮表面。图16也是图14和图15所示实施例的特殊情形，但几何上的描述可不同地参照凸轮弧中心713、714。

在此结构中，相对的直线凸轮721、722会聚在一起并甚至可以呈弧形。其效果是，在垂直于轴纵向轴线的平面内有无限数量的直线凸轮和凸轮弧。最内的同时接合表面将仍具有如上所述的相同的转动，视所述凸轮弧711、722的R_P和该位置处的“γ”而定。

$R_{\mathrm{CO}1}=\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}1)+R_{P1}^2}.$

$R_{\mathrm{CO}2}=\sqrt{R_{C1}^2+{R2}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}2)+R_{P2}^2}.$

以及R_smax是

$\left|\mathrm{Rs}\max \right|=\sqrt{{R2}_{C2}^2+R_{P2}^2-2{R2}_{C2}{R}_{P2}\cos (90-\mathrm{\β}2)}.$

一般来说，对于导向柱呈锥形或在垂直平面内不是呈均匀半径的任何结构，对接合的最小半径和最大轴半径的计算，必须在导向凸轮的全部纵向长度上进行计算。

图17是三个上述的实施例，其画成相同的冲程或曲柄长度。当γ增加时，轴通孔51的通道变小，然而，如上文中所提及的轴的切去部分进一步从轴纵向轴线中切去，这可减小轴该部分内的扭转应力。由于接触力增加和接触速度更接近于转子中心，所以，离偏心轴承纵向中心的凸轮互相作用的最小距离可给予更大的关注。

尽管本发明已对其具体的实施例作了描述，但本技术领域内的技术人员根据以上的描述将容易地明白还有许多变化和修改。因此，应该理解到，在附后权利要求书的范围内，本发明还可不按以上具体描述来实施。

就本发明的构造和操作方式的细节而言，诸附图和以上的描述并不代表本发明的唯一形式。在某些情形中显现得有利时，则可考虑零件形式和数量的变化，以及等价物的替代；尽管使用了具体的物项，但它们只有一般的和描述的意义，并不是为了进行限制，本发明的范围由附后的权利要求书予以描述。

Claims (25)

1.一旋转机器，其包括：

一带有用来形成一腔室的间隔开的端壁的外壳；

一椭圆形或透镜形的两瓣轮转子组件，具有相遇在对称地相对的顶点处的弧形面，所述转子组件具有两个在所述弧形面之间延伸的平行端面，各个所述平行端面面向所述端壁之一，所述转子组件设置在所述腔室内以便在其中作偏心转动，所述转子组件还具有8个或更多个偶数的直线凸轮，在围绕所述转子组件的一中心布置的所述平行端面中的至少一个内，各个所述直线凸轮形成一边缘，其终止在离所述转子中心的一距离处；

一转子导向组件，从所述端壁中的至少一个延伸，所述转子导向组件包括四个或更多个弧形凸轮，所述四个或更多个弧形凸轮各在其一部分上呈圆柱形形状，所述四个或更多个弧形凸轮各在所述部分上具有一半径R_P，所述四个或更多个弧形凸轮各延伸通过具有所述直线凸轮的所述平行端面中的至少一个，所述四个或更多个弧形凸轮在所述转子组件的所述偏心转动过程中接合所述直线凸轮，各个所述弧形凸轮具有一中心纵向轴线；

一轴，具有一中心纵向轴线，所述轴的所述中心纵向轴线偏离所述转子组件的所述中心一偏离距离R_C1，所述轴延伸通过所述腔室并可转动地安装在所述端壁中的一个或两个内，所述轴还对中在所述四个或更多个弧形凸轮之间，以使所述轴的所述中心纵向轴线到所述四个或更多个弧形凸轮的各所述中心纵向轴线的距离R_C2等于所述偏离距离R_C1，所述轴包括至少一个偏心轴承，以便在所述轴和所述转子组件之间形成驱动的接触，所述偏心轴承具有通过所述转子组件的所述中心的纵向中心；

各个所述弧形凸轮与所述八个或更多个直线凸轮的两个接合的直线凸轮中的任一个接合的接合点，所述接合点具有离所述转子组件的所述中心的距离，所述接合点具有一转子组件的位置，所述转子组件的位置具有一从所述轴的中心纵向轴线量起的介于所述转子组件的所述中心到所述弧形凸轮中心纵向轴线之间的角度(180-α)，所述接合点具有离所述转子组件的所述中心的距离等于

$\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α})+R_P^2}.$

2.如权利要求1所述的旋转机器，其特征在于，还包括：

一邻近于所述八个或更多个直线凸轮的区域，所述区域具有从所述转子组件的所述中心量起的同时接合的最小半径，所述半径由所述弧形凸轮的两个相邻的前导弧形凸轮或相邻的尾部弧形凸轮定义，所述两个弧形凸轮具有一第一对齐的弧形凸轮和一第二对齐的弧形凸轮，所述两个相邻的弧形凸轮具有一从所述轴的中心纵向轴线量起的介于所述两个相邻弧形凸轮的所述中心纵向轴线之间的角度(χ)，对于任何两个相邻的前导弧形凸轮或尾部弧形凸轮，所述角度(χ)为最大值，所述角度(χ)大于180度，同时接合的所述最小半径是所述两个相邻弧形凸轮的所述第二对齐的所述接合距离和在相等时是所述两个相邻弧形凸轮的所述第一对齐的所述接合距离，所述转子具有对同时接合的所述最小半径的位置，所述位置具有从所述轴的中心纵向轴线量起的介于所述转子组件的所述中心到两个相邻弧形凸轮中心纵向轴线的所述第二对齐之间的角度(180-α1m)，所述位置具有一介于所述转子组件的所述中心到两个相邻弧形凸轮中心纵向轴线的所述第一对齐之间的角度(180-α2m)，同时接合的所述最小半径等于

$\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}1m)+R_{P1}^2}.$

3.如权利要求2所述的旋转机器，其特征在于，所述同时接合的最小半径也等于

$\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}2m)+R_{P2}^2}.$

4.如权利要求3所述的旋转机器，其特征在于，对于相等半径的所述弧形凸轮，所述接合的最小半径等于

$\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-1/2X)+R_{P1}^2}.$

5.如权利要求4所述的旋转机器，其特征在于，还包括所述前导或尾部弧形凸轮组的所述两个弧形凸轮的所述第二对齐弧形凸轮的一边缘，所述边缘包含一介于在同时接合的最小半径处的弧形凸轮和直线凸轮之间的接触点，所述边缘是离所述轴的中心纵向轴线的距离R_smax，离轴的纵向中心的所述距离R_smax等于

$\sqrt{R_{C2}^2+R_{P1}^2-2R_{C2}{R1}_{P1}\cos (90-\mathrm{\α}1m/2)}.$

6.如权利要求5所述的旋转机器，其特征在于，还包括一通过转子组件的中心部分和所述平行的端面的孔；

其中，所述轴延伸通过所述孔和所述腔室，并可转动地安装在各个所述端壁内；以及

其中，确定所述孔的尺寸，对于所述槽的各个所述敞开端，使所述转子组件的中心纵向轴线到各个所述两个边缘之间的距离小于同时接合的最小半径，该最小半径等于

$\sqrt{R_{C1}^2+R_{C2}^2-2R_{C1}{R}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}1m)+R_{P1}^2}.$

7.如权利要求6所述的旋转机器，其特征在于，所述轴的最大半径小于

$\sqrt{R_{C2}^2+R_{P1}^2-2R_{C2}{R}_{P1}\cos (90-\mathrm{\α}1m/2)}.$

8.如权利要求7所述的旋转机器，其特征在于，还包括在所述轴内的一切去部分，以对所述轴提供间隙，从而延伸通过所述转子组件内的孔。

9.如权利要求7所述的旋转机器，其特征在于，所述弧形凸轮形成一定的形状以对所述轴提供转动间隙。

10.如权利要求7所述的旋转机器，其特征在于，所述弧形凸轮呈大致圆柱形的形状。

11.如权利要求7所述的旋转机器，其特征在于，所述轴呈圆柱形的形状，但邻近于所述偏心轴承的一部分除外。

12.如权利要求7所述的旋转机器，其特征在于，所述弧形凸轮是圆柱形轴承。

13.如权利要求12所述的旋转机器，其特征在于，各个所述圆柱形轴承包括两个或多个滚轮，它们纵向地对齐并安装在一滚轮轴上。

14.一旋转机器，包括：

一带有用来形成一腔室的间隔开的端壁的外壳；

一椭圆形或透镜形的两瓣轮转子组件，具有相遇在对称地相对的顶点处的弧形面，所述转子组件具有两个在所述弧形面之间延伸的平行端面，各个所述平行端面面向所述端壁之一，所述转子组件设置在所述腔室内以便在其中作偏心转动，所述转子组件还具有十二个或更多个偶数的直线凸轮，在围绕所述转子组件的一中心布置的所述平行端面中的至少一个内，各个所述直线凸轮形成一边缘，其终止在离所述转子中心的一距离处；

一转子导向组件，从所述端壁中的至少一个延伸，所述转子导向组件包括六个或更多个弧形凸轮，所述六个或更多个弧形凸轮各在其一部分上呈圆柱形形状，所述六个或更多个弧形凸轮各在所述部分上具有一半径R_P，所述六个或更多个弧形凸轮各延伸通过具有所述直线凸轮的所述平行端面中的至少一个，所述六个或更多个弧形凸轮在所述转子组件的所述偏心转动过程中接合所述直线凸轮，各个所述弧形凸轮具有一中心纵向轴线；

一轴，具有一中心纵向轴线，所述轴的所述中心纵向轴线偏离所述转子组件的所述中心一偏离距离R_c1，所述轴延伸通过所述腔室并可转动地安装在所述端壁中的一个或两个内，所述轴还对中在所述六个或更多个弧形凸轮之间，以使所述轴的所述中心纵向轴线到所述六个或更多个弧形凸轮的各所述中心纵向轴线的距离R_C2等于所述偏离距离R_C1，所述轴包括至少一个偏心轴承，以便在所述轴和所述转子组件之间形成驱动的接触，所述偏心轴承具有通过所述转子组件的所述中心的纵向中心；

各个所述弧形凸轮与所述十二个或更多个直线凸轮的两个接合的直线凸轮中的任一个接合的接合点，所述接合点具有离所述转子组件的所述中心的距离，所述接合点具有一转子组件的位置，所述转子组件的位置具有一从所述轴的中心纵向轴线量起的介于所述转子组件的所述中心到所述弧形凸轮中心纵向轴线之间的角度(180-α)，所述接合点具有离所述转子组件的所述中心的距离等于

$\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α})+R_P^2}.$

15.如权利要求14所述的旋转机器，其特征在于，还包括：

一邻近于所述八个或更多个直线凸轮的区域，所述区域具有从所述转子组件的所述中心量起的同时接合的最小半径，所述半径由所述弧形凸轮的两个相邻的前导弧形凸轮或相邻的尾部弧形凸轮定义，所述两个弧形凸轮具有一第一对齐的弧形凸轮和一第二对齐的弧形凸轮，所述两个相邻的弧形凸轮具有一从所述轴的中心纵向轴线量起的介于所述两个相邻弧形凸轮的所述中心纵向轴线之间的角度(χ)，对于任何两个相邻的前导弧形凸轮或尾部弧形凸轮，所述角度(χ)为最大值，所述角度(χ)大于180度，同时接合的所述最小半径是所述两个相邻弧形凸轮的所述第二对齐的所述接合距离和在相等时是所述两个相邻弧形凸轮的所述第一对齐的所述接合距离，所述转子具有对同时接合的所述最小半径的位置，所述位置具有从所述轴的中心纵向轴线量起的介于所述转子组件的所述中心到两个相邻弧形凸轮中心纵向轴线的所述第二对齐之间的角度(180-α1m)，所述位置具有一介于所述转子组件的所述中心到两个相邻弧形凸轮中心纵向轴线的所述第一对齐之间的角度(180-α2m)，同时接合的所述最小半径等于

$\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}1m)+R_{P1}^2}.$

16.如权利要求15所述的旋转机器，其特征在于，所述同时接合的最小半径也等于

$\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}2m)+R_{P2}^2}.$

17.如权利要求16所述的旋转机器，其特征在于，对于相等半径的所述弧形凸轮，所述接合的最小半径等于

$\sqrt{R_{C1}^2+{R1}_{C2}^2-2R_{C1}{R1}_{C2}\cos (180-1/2X)+R_{P1}^2}.$

18.如权利要求17所述的旋转机器，其特征在于，还包括所述前导或尾部弧形凸轮组的所述两个弧形凸轮的所述第二对齐弧形凸轮的一边缘，所述边缘包含一介于在同时接合的最小半径处的弧形凸轮和直线凸轮之间的接触点，所述边缘是离所述轴的中心纵向轴线的距离R_smax，离轴的纵向中心的所述距离R_smax等于

$\sqrt{R_{C1}^2+R_{P1}^2-2R_{C2}{R}_{P1}\cos (90-\mathrm{\α}1m/2)}.$

19.如权利要求18所述的旋转机器，其特征在于，还包括一通过转子组件的中心部分和所述平行的端面的孔；

其中，所述轴延伸通过所述孔和所述腔室，并可转动地安装在各个所述端壁内；以及

其中，确定所述孔的尺寸，对于所述槽的各个所述敞开端，使所述转子组件的中心纵向轴线到各个所述两个边缘之间的距离小于同时接合的最小半径，该最小半径等于

$\sqrt{R_{C1}^2+R_{C2}^2-2R_{C1}{R}_{C2}\cos (180-\mathrm{\α}1m)+R_{P1}^2}.$

以及所述轴的最大半径小于

$\sqrt{R_{C2}^2+R_{\mathrm{CP}1}^2-2R_{C2}{R}_{P1}\cos (90-\mathrm{\α}1m/2)}.$

20.如权利要求19所述的旋转机器，其特征在于，还包括在所述轴内的一切去部分，以对所述轴提供间隙，从而延伸通过所述转子组件内的孔。

21.如权利要求19所述的旋转机器，其特征在于，所述弧形凸轮形成一定的形状以对所述轴提供转动间隙。

22.如权利要求19所述的旋转机器，其特征在于，所述弧形凸轮呈大致圆柱形的形状。

23.如权利要求19所述的旋转机器，其特征在于，所述轴呈圆柱形的形状，但邻近于所述偏心轴承的一部分除外。

24.如权利要求19所述的旋转机器，其特征在于，所述弧形凸轮是圆柱形轴承。

25.如权利要求24所述的旋转机器，其特征在于，各个所述圆柱形轴承包括两个或多个滚轮，它们纵向地对齐并安装在一滚轮轴上。

Images