JP2002506173A - 複合歯形気体圧縮機 - Google Patents
複合歯形気体圧縮機Info
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- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
- F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
- F01C1/12—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
- F01C1/14—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
- F01C1/20—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with dissimilar tooth forms
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Abstract
Description
縮しまたは膨張させるための、複合歯形回転式機械を開示している。この機械は
、キャビティを画定して吸気口および排気口を有するハウジングと、このハウジ
ングに回転可能に収容される1対の相手歯車であって、各歯車が、異なるサイズ
であり共通のピッチ円を有する2種の歯を有する1対の相手歯車と、1対の軸で
あって、それぞれがこのハウジング内に回転可能に軸受で支えられ、それぞれが
歯車の1つに固定されている1対の軸とを含む。既知の回転式機械によれば、こ
の1対の相手歯車を回転させるために、トルク伝達手段がハウジングの軸の外側
から取り付けられ、このトルク伝達手段は、1対の歯車が回転中に互いに金属接
触する範囲から外れて維持されるように配置される。この従来技術の回転式機械
は、トルク伝達手段が追加されるので比較的大きいサイズで複雑な構造である。
そのうえ歯車は、回転中に互いに金属接触する範囲から外れ、特に大きいサイズ
の歯のそれぞれが、係合するためのユニットとしてある円ピッチを有する構成で
あるので(1つの刃みぞに対して1つの歯)、液体伝達中に大量の還流が生じ、
その伝達効率が非常に低くなる。したがって前記回転式機械は、基本的に気体を
圧縮し膨張させる機能を有しておらず、工業で利用することが困難である。
こされた気体の充填を低減させまたは回避することができる、複合歯形気体圧縮
機を提供することである。
は、密封キャビティを構成するために上端部カバーおよび下端部カバーが両側に
取り付けられたハウジングと、このキャビティ内に回転可能に収容された1対の
かみ合わせ歯車であって、各歯車が、異なるサイズであり共通のピッチ円を有す
る2種の歯を有するかみ合わせ歯車と、吸気口および排気口と、キャビティの吸
気口側および排気口側にそれぞれ位置決めされた吸気チャンバおよび排出チャン
バとを含み、歯車は単一方向に回転し、その一方はより大きい歯を有する駆動歯
車であり、他方はこのより大きい歯に係合するより大きい刃みぞを有する駆動歯
車であり、より大きい歯およびより大きい刃みぞは非対称的な形状に形成され、
この歯車をその回転方向で見た場合、その前歯面の輪郭カーブは一定の角速度比
の伝達を実現するように設計され、一方その後歯面の輪郭カーブは、接触の初め
から終わりまで互いに共役接触するように設計されている。
排出用の逃げみぞがより大きい刃みぞを有する歯車上に配置されて、この排気口
により大きい刃みぞが接続されるようにする。
ている。圧縮機全体は、5個の主な構成要素、すなわち1対のかみ合わせ歯車、
ハウジング、上端部カバーおよび下端部カバーを有するだけであり、したがって
軽量、小型で、低コストである。
偏心機構も有しておらず、運動が安定して振動が小さい。吸気弁も排気弁も存在
せず、圧縮機は低騒音である。
いすき間容積を実現することができ、気体還流によって引き起こされる気体の充
填を回避することができ、機械的摩耗を低減することができ、それによってエネ
ルギー効率比および体積効率が高められる。
下の詳細な説明から、より良く理解されよう。
、ハウジング1と、このハウジング1の両側に取り付けられた端部カバー2およ
び3とによって形成された、密封空間内に収容される。この機構は、駆動歯車2
1と、この駆動歯車21にかみ合う駆動歯車22を含む。駆動歯車21および駆
動歯車22のそれぞれは、共通のピッチ円を持つ2種の歯を有する。図1および
図2に示すように、ハウジング1とこれらの歯車との間には、吸気チャンバ6お
よび排出チャンバ7が形成される。気体圧縮機は吸気口4および排気口5を有し
、より具体的には、排気口5は端部カバー2に配置される。駆動歯車21は、完
全なより大きい歯を有し、一方駆動歯車22は、前記より大きい歯に対応するよ
り大きい刃みぞを有することに留意されたい。駆動歯車21のより大きい歯と駆
動歯車22のより大きい刃みぞは、対称的な形状のものである。複合歯形機構が
図1に示す位置に回転すると、より大きい歯の背面上に隙間が現われ、それによ
って、より大きい刃みぞ内にすでに充填された高圧気体が、より大きい歯の背面
に沿って排出チャンバ内に還流される。複合歯形機構が図2の位置に回転すると
、より大きい刃みぞのクリアランス8内に残っている高圧気体は排気口5に入る
ことができず、最終的に吸気チャンバ6に流入し、その結果エネルギー損失が生
じ、吸気量に影響を及ぼし、騒音さえ発生する。
なデザインを有する複合歯形機構の、第1、第2、および第3の瞬間回転状態を
示す。図3に示す状態では、排出チャンバ7内の高圧気体がより大きい刃みぞと
の接続状態にちょうど入り始めており、一方、より大きい刃みぞは排気口5と接
続し、高圧気体が排気口5から排出され始めている。複合歯形機構が図4に示す
状態へと回転し続けると、高圧気体はより大きい刃みぞに強制的に押しやられて
排出し続け、一方、より大きい歯の背面は、より大きい刃みぞの歯面の輪郭との
接触状態に入り始め、気体を圧縮する次のプロセスが始まる。このとき、より大
きい歯の背面とより大きい刃みぞの歯面の輪郭との係合により、高圧気体の還流
によって引き起こされた気体の充填を妨げることができる。複合歯形機構が図5
の状態へと回転し続けると、より大きい刃みぞは、排気口5との直接的な接続を
維持できなくなる。クリアランス8内の高圧気体が低圧の吸気チャンバ6に戻ら
ないようにするため、気体排出用の逃げみぞ9を歯車の表面に形成して、このク
リアランス8と排気口5とが接続されるようにし、それによって、クリアランス
8内の高圧気体を、気体排出用の逃げみぞ9を通して排気口5に排出することが
可能になる。
をそれぞれ示す。図6および図7から、より大きい歯とより大きい刃みぞの歯面
の輪郭カーブは、非対称に設計されていることがわかる。このような設計の目的
は、気体の還流によって引き起こされる高圧気体の充填を妨げて、すき間容積を
できる限り小さくすることである。圧縮機内の各歯車が一方向に回転する点を考
慮し、図6および図7の輪郭カーブ17および24はインボリュートまたはサイ
クロイドに設計されて、一定角速度比の歯車による伝達が実現する。カーブ17
がカーブ24から分離した後であって、これに続く小さいほうの歯が係合してい
ないとき、その回転はカーブ17およびカーブ26によって実現される。歯車が
係合する理論により、また計算器援用設計および分析的方法に基づく分析の可能
性ならびに歯車の製作の便利さを考慮すると、このカーブ26はサイクロイドと
して実現される。カーブ14および30も、サイクロイドとして実現される。密
封状態を確実にしてどのような高圧気体の還流も回避するために、点15から点
13まで、2つの輪郭カーブの間には連続的な点接触が存在するべきである。点
31は、より大きい歯が排出チャンバ7を離れるとすぐに点15と接触し始める
。より大きい歯の歯末幅dは、より大きい刃みぞの底幅dに等しい。カーブ12
は、点31の動作軌跡によって画定された移行カーブとして設計されており、小
さいほうの歯の歯底円による滑らかな移行になっている(点11)。点13と点
25の間を滑らかな移行にするため、小さい円弧を使用した。
図9に示すが、各点のデータは、その点の座標値である。
この気体圧縮機が2つの吸気口4と2つの排気口5を有することがわかる。ただ
1つの駆動歯車を有する気体圧縮機と比べると、この気体圧縮機の送出能力は2
倍になっている。
では、モータ11および圧縮機が密封ハウジング10内に収容され、圧縮機はモ
ータ11の下に位置付けられている。圧縮機は、そのハウジング1内に吸気口4
を、上端部カバー2に排気口5を有している。ハウジング1、上端部カバー2、
および下端部カバー3は密封空間を画定し、その内部には、駆動歯車と駆動歯車
によって構成される複合歯形機構が収容されている。図3を参照すると、モータ
により駆動歯車を回転させるにつれて吸気チャンバ6の容積が徐々に増加するこ
とが明白であり、したがって負の分圧が作り出され、それによって、気体は吸気
口4を通して吸気チャンバ6内に引き入れられる。歯車の回転とともに気体が排
出チャンバ7にもたらされ、排出チャンバ7の容積が徐々に減少し、それによっ
て気体が圧縮される。排出チャンバ7が排気口5に直接接続される位置に歯車が
回転すると、気体が排出される。歯車の連続的に係合回転するとともに、クリア
ランス8内の気体は気体排出用の逃げみぞ9を通して上端部カバー2の排気口5
に最終的に排出され、したがって、気体圧縮の基本的な動作プロセス、すなわち
気体吸引、送出、圧縮、および気体排出が実現される。圧縮機の排出気体は、ハ
ウジング10の上部キャビティ内で凝縮され、最終的に動作ループに排出される
。
複合歯形機構の、瞬間回転状態を示す図である。
複合歯形機構の、第1の瞬間回転状態を示す図である。
す図である。
を示す図である。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 密封キャビティを構成するために上端部カバーおよび下端部
カバーが両側に取り付けられたハウジングと、前記キャビティ内に回転可能に収
容された1対のかみ合わせ歯車であって、各歯車が、異なるサイズであり共通の
ピッチ円を有する2種の歯を有するかみ合わせ歯車と、吸気口および排気口と、
前記キャビティの吸気口側および排気口側にそれぞれ位置決めされた吸気チャン
バおよび排出チャンバとを含む複合歯形気体圧縮機であって、前記歯車が単一方
向に回転し、その一方がより大きい歯を有する駆動歯車であり、他方が前記より
大きい歯に係合するより大きい刃みぞを有する駆動歯車であり、前記より大きい
歯および前記より大きい刃みぞが非対称的な形状で形成され、前記歯車をその回
転方向で見た場合、その前歯面の輪郭カーブが一定の角速度比の伝達を実現する
ように設計され、一方その後歯面の輪郭カーブが接触の初めから終わりまで互い
に共役接触するように設計されていることを特徴とする複合歯形気体圧縮機。 - 【請求項2】 前記排気口が前記端部カバーに設けられ、前記より大きい刃
みぞと前記排気口とを接続するため、気体排出用の逃げみぞが駆動歯車の表面に
設けられていることを特徴とする請求項1に記載の複合歯形気体圧縮機。 - 【請求項3】 前記圧縮機が、前記駆動歯車とはめ合う少なくとも1つの駆
動歯車をさらに含み、各駆動歯車に対して吸気口および排気口が配置されること
を特徴とする請求項1に記載の複合歯形気体圧縮機。
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