JP2013531758A - 遊星回転式流体モータ又は発動機及び圧縮機又はポンプ - Google Patents
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Abstract
Description
2. 機械的摩耗を軽減してエネルギー消耗を低減させるために、部品の耐摩耗性や減磨耗性に対して工夫する他、特に主要部品の機械設計において、できるだけ、負荷を受けた摩擦運動ペアに滑り摩擦ではなく、転がり摩擦を用いる。
前記回転弁シート支持芯軸の両端は前記両側端蓋上に固定される。
1. 円環型液圧(気圧)シリンダーを採用し、機械外円周空間を最大限に有効的に利用するため、半径が大きく出力トルクが大きく、流量が大きく、出力が安定するだけではなく、発熱する場合、シリンダーブロックにフィンを取付ける、或いは水冷シリンダーを採用することが容易である。主な部品であるピストンは転がり方式を採用するため、ピストンとシリンダーブロックとの摩擦摩耗を実質的に大きく減少させ、封止信頼性を向上させ、エネルギー消耗を大きく低減した。機械は、水ないし油ないしガス、低圧ないし高圧、低速ないし高速、マイクロ型ないし超大型に逐一に対応することができ、市場は非常に広い。機械全体は対称平衡の機械構造設計を用い、同心円の組立を基調とし、部品が少なくて形状が簡潔であり、現場製造に有利である。体積が小さく重量が軽く、市販量産品である統一規格の転がり軸受を大量に用い、騒音が小さくて振動がなく、低コスト、高精度、長寿命であり、修理やメンテナンスも容易である。
A. 小さい体積、軽い重量:回転子発動機はいくつかの利点を有するが、その最も重要な点は体積を小さくして重量を軽減したことである。運転が静かで安定するため、同じ出力パワーレベルを保証する前提で、回転子式発動機は設計重量が往復式の三分の二であり、エネルギー消耗が低く、排出が少ない。地球温暖化対策と化石燃料が少なくなっている現在、それは重要な意義を有する。
遊星回転式回動装置の実施例は、図1に示されている。装置は、1つの固定子と、1つの回転子と、中心太陽ホイールドラム10とを含む。前記固定子は、円筒キャビティを含むシリンダーブロック1を有する。前記回転子は、シリンダーブロックの両側端蓋2に支持される主軸3と、キー18によって主軸3上に対称固定される2つの遊星ピストンホイール固定フランジ9と、遊星ピストンホイール8とを含む。前記中心太陽ホイールドラムは、2つの遊星ピストンホイール固定フランジの間に設けられると共に、転がり軸受21によって主軸に嵌まれて回転するように取り付けられる。前記中心太陽ホイールドラムの外円面とシリンダーブロックの前記円筒筒壁との間には、環状ピストン空間19が形成される。2つの遊星ピストンホイール固定フランジは、主軸上に対称固定されることにより環状ピストン空間の両側を封止する。前記遊星ピストンホイールは円柱ローラーである。円柱ローラーは環状ピストン空間内に置かれ、転がり密着配合の方式で遊星ピストンホイールの隣り合うピストン空間を封止する(例えば、遊星ピストンホイールと両側壁との隙間を0.15mm内に限定する)。柱形ローラーの両端は、遊星ピストンホイール固定フランジ上に固定される。
遊星回転式流体モータ又は発動機の実施例の1種は、図2と3に示されている。前記遊星回転式流体モータ又は発動機は、円筒キャビティを含むシリンダーブロック1と、シリンダーブロックの両側端蓋2に支持される主軸3とを含む。シリンダーブロックと両側端蓋との間は封止リング4によって封止され、流体漏れを防止する。主軸の周りには、主軸を回動させる遊星ホイール回動装置が設けられる。前記シリンダーブロック円筒表面は、主軸を囲む円形表面である。前記シリンダーブロック円筒表面には円筒の軸方向に沿って凹溝5が設けられ、凹溝には回転弁シート6が設けられる。前記回転弁シートの末端は、回転弁シート支持芯軸7によって両側端蓋2上に固定され、リンダーブロック1上に固定されてもよい。回転弁シート支持芯軸は、シリンダーブロックの前記円筒の軸方向中心線と平行的に設けられる。回転弁シート頭部の端面は円弧面6-1である。回転弁シートは、回転弁シート支持芯軸7を中心として凹溝の1つの縦方向側面5-1に沿って扇形に揺動する。揺動する過程において、回転弁シートの前記円弧面は凹溝の側面と接触する。前記凹溝底面からシリンダーブロックの外面までは、動力源送込み口1-1として貫通孔が設けられる。回転弁シート支持芯軸側のシリンダーブロック上には、動力源排出口1-2としてシリンダーブロック円筒表面からシリンダーブロック外面までの貫通孔が設けられる。前記遊星ホイール回動装置は、遊星ピストンホイール8と、遊星ピストンホイール固定フランジ9と、中心太陽ホイールドラム10とを含む。前記遊星ピストンホイールは、前記遊星ピストンホイール固定フランジ上に固定される円柱ローラーである。実施例において、円柱ローラーは軸受11によって支持軸12上に転がり嵌まれている。支持軸12の両端は、遊星ピストンホイール固定フランジに接続固定される。前記遊星ピストンホイール固定フランジとシリンダーブロックとの間は、封止リング13によって封止される。遊星ピストンホイール固定フランジは、キー18によって主軸に接続固定される。遊星ピストンホイールの回動によって遊星ピストンホイール固定フランジを回動させ、遊星ピストンホイール固定フランジの回動によって主軸を回動させる。中心太陽ホイールドラムが主軸に嵌まれるように遊星ピストンホイールと主軸との間に設けられることにより、中心太陽ホイールドラム表面とシリンダーブロック内面との間には、遊星ピストンホイールが回動する環状ピストン空間19が形成される。
図4は、遊星ピストンホイール回転弁シート(遊星回転式と略する)液圧モータ又は原動機の遊星ピストンホイール(星ホイールと略する)が進液口臨界点を経過する場合の、回転弁シートとの接触点の力学作用平行四角形ペクトル分析図を示している。このような力学構造の各箇所の力作用は、厳密的に力学理論に従って分布されている。いわゆる進液口臨界点とは、回転弁シート6の揺動ゾーンのことをいう。遊星ピストンホイールAは進液口臨界点を経過しようとする場合、抵抗力F1を克服する必要があるが、F1>F2のため、この時の正常に有効作動する遊星ピストンホイールBの力では明らかに不十分である。図示の力学構造において、実測されたF1はF2の略1.7倍である。遊星ピストンホイールBが進液口臨界点を経過し終わろうとするとき、回転弁シート頭部と遊星ピストンホイールCとは封止し続け、このときに入液回転弁シートが凹溝にあり、既に本実施例の別の高圧液圧シリンダーになっているが、遊星ピストンホイールCに対する液圧推力は大きくない。このとき、進液口の回転弁シート6の遊星ピストンホイールCに対する機械推力F3は大きい。それら微妙な楔原理力学組合せは力学増幅作用を有し、図示のF3はピストンホイールAの抵抗力F1を超えて、受けた抵抗力はその1.1倍と高くなり、遊星ピストンホイールAを阻止する回転弁シート6を押しあげて進むのに十分である。よって、液圧モータは次の循環作動に入ることができる。
圧力液体としては、液圧油、圧力水のような、圧力ポンプによって生じた液体であってもよい。圧力液体を用いる場合、圧力液体は動力源送込み口から直接に注入され、遊星ピストンホイールを回動させることができる。図9に示すように、流体モータの出力トルク安定特性曲線は理想的な直線である。360°において、120°置きの3つの環状液圧シリンダは交互して作動し、6回切替され、60°置きに出力トルクは小さい加力パルスを有する。
遊星回転式圧縮機及びポンプについて、図2、図12、図13及び実施例1と実施例2に示すように、前記遊星回転式圧縮機及びポンプは、円筒キャビティを含むシリンダーブロック1と、シリンダーブロックの両側端蓋2に支持される主軸3とを含む。シリンダーブロックと両側端蓋との間は封止される。主軸の周りには、主軸によって回動される遊星ホイール回動装置が設けられる。前記シリンダーブロック円筒表面には、円筒の軸方向に沿って凹溝5が設けられ、凹溝には回転弁シート6が設けられる。前記回転弁シートの末端は、回転弁シート支持芯軸7によって凹溝中に固定される。回転弁シート支持芯軸は、シリンダーブロックの前記円筒中心線と平行的に設けられる。回転弁シート頭部の端面は円弧面である。回転弁シートは回転弁シート支持芯軸を中心として、凹溝の一側面に沿って扇形揺動する。揺動する過程において、回転弁シートの前記円弧面は凹溝の側面と接触する。前記遊星ホイール回動装置は、遊星ピストンホイール8と、遊星ピストンホイール固定フランジ9と、中心太陽ホイールドラム10とを含む。前記遊星ピストンホイールは、両端が回動的に前記遊星ピストンホイール固定フランジ上に固定される円柱ローラーである。遊星ピストンホイール固定フランジはキーによって主軸に接続固定される。中心太陽ホイールドラムは主軸に嵌まれて、遊星ピストンホイールと主軸との間に設けられる。前記中心太陽ホイールドラム外円面とシリンダーブロックの前記円筒筒壁との間には、遊星ピストンホイールが回動する環状ピストン空間が形成される。
遊星回転式圧縮機及びポンプの他の実施例について、実施例3に示すように、シリンダーブロックの前記凹溝は少なくとも1つ有し、前記遊星ピストンホイールは2つ有する。図14に示すように、ダブルパラネット遊星回転式流体圧縮機は、作動する2つの遊星ピストンホイールを有する。2つの遊星ピストンホイールは180度置きに対称配置され、精密機械工学原理に適い、運転する時に偏心振動を有しない。360°において二回の排気パルスが発生するため、シリンダの容積圧縮比はシングルプラネット式の半分のみであり、排気の圧力も低い。図14aは、排気口逆止弁14-1が閉状態であり、排気回転弁シートが完全に二段圧縮室(高圧室)の底部までに揺動し、遊星ピストンホイールが臨界点を通過する位置模式図である;図14bは、遊星ピストンホイールが既に排気回転弁シート切替ゾーンを通って吸気し始め、向こうの他方の遊星ピストンホイールが気体を圧縮し始める位置模式図である;図14cは、遊星ピストンホイールの初期圧縮によって、排気し始める位置模式図である;図14dは、遊星ピストンホイールが排気回転弁シート切替ゾーンに入り、高圧排気し始める位置模式図である。ダブルパラネット遊星回転式流体圧縮機のシリンダはフィン付き固定子のように作製されることができ、排気回転弁シートガイドブロック、排気口逆止弁14-1を有するほか、排気集約ブロック14-2及び吸気集約ブロック14-3を更に有する。排気回転弁シートガイドブロックの25-1曲面は、製造し易い円弧ガイド曲面又は他の適切な曲面を採用することにより、排気回転弁シートローラーの上昇に従って圧力角が均一に小さくなることを確保し得る。
Claims (21)
前記装置は更に1つの中心太陽ホイールドラムを含み、
前記固定子は、円筒キャビティを含むシリンダーブロックを有し、
前記回転子は、主軸と、主軸上に対称固定される2つの遊星ピストンホイール固定フランジと、遊星ピストンホイールとを含み、
前記中心太陽ホイールドラムは2つの遊星ピストンホイール固定フランジの間に設けられると共に、主軸に嵌めて取り付けられ、
前記中心太陽ホイールドラムの外円面とシリンダーブロックの前記円筒筒壁との間には、環状ピストン空間が形成され、
前記遊星ピストンホイールは、転がり方式で環状ピストン空間内に置かれる円柱ローラーであり、
円柱ローラーの支持軸の両端は、遊星ピストンホイール固定フランジ上に固定されることを特徴とする遊星回転式回動装置。
シリンダーブロックと両側端蓋との間は封止され、
主軸の周りには、主軸を回動させる遊星ホイール回動装置が設けられ、
前記シリンダーブロック円筒の内面には円筒の軸方向に沿って凹溝が設けられ、凹溝内には回転弁シートが設けられ、
前記回転弁シートの末端は、回転弁シート支持芯軸によって凹溝内に固定され、
回転弁シート支持芯軸は、シリンダーブロックの前記円筒の軸方向中心線と平行的に設けられ、
回転弁シート頭部の端面は円弧面であり、
前記凹溝底面からシリンダーブロックの外面までは、動力源送込み口として貫通孔が設けられ、
シリンダーブロック上には、動力源排出口としてシリンダーブロック円筒の内面からシリンダーブロックの外面までの貫通孔が設けられ、
前記遊星ホイール回動装置は、遊星ピストンホイールと、遊星ピストンホイール固定フランジと、中心太陽ホイールドラムとを含み、
前記遊星ピストンホイールは、両端が回動的に前記遊星ピストンホイール固定フランジ上に固定される円柱ローラーであり、
前記遊星ピストンホイール固定フランジとシリンダーブロックとの間は封止され、
遊星ピストンホイール固定フランジはキーによって主軸に接続固定され、
中心太陽ホイールドラムは主軸に嵌めて、遊星ピストンホイールと主軸との間に設けられ、
前記中心太陽ホイールドラム外円面とシリンダーブロックの前記円筒筒壁との間には、遊星ピストンホイールが回動する環状ピストン空間が形成され、
シリンダーブロックの前記凹溝は少なくとも2つ有し、前記遊星ピストンホイールは少なくとも3つ有することを特徴とする遊星回転式流体モータ又は発動機。
圧力を有する気体又は液体は前記シリンダーブロックの動力源送込み口からシリンダーブロックの前記凹溝に注入され、気体又は液体は、回転弁シートを、回転弁シート支持芯軸を中心として凹溝の一側面に沿って下方へ扇形に揺動させ、
回転弁シートの頭部が遊星ピストンホイールを前方へ回動させるのに従って、圧力を有する気体又は液体は環状ピストン空間に突き進み、継続して遊星ピストンホイールを前方へ推進し、環状ピストン空間に沿って回動させ、
前方へ回動する遊星ピストンホイールは、気体又は液体を押出して動力源排出口からそれを排出し、且つ、
回転弁シートが下方へ揺動して中心太陽ホイールドラムに到達した後に隔てられた隣り合うピストン空間によって、気体又は液体の圧差が形成され、
遊星ピストンホイールは前方へ回動する過程において、回転弁シートが上方へ揺動してリセットされ、次の往復周期に入るように当該回転弁シートを圧迫することを特徴とする遊星回転式流体モータ又は発動機の作動方法。
シリンダーブロックと両側端蓋との間は封止され、
主軸の周りには、主軸によって回動される遊星ホイール回動装置が設けられ、
前記シリンダーブロック円筒内面には、円筒の軸方向に沿って凹溝が設けられ、凹溝には回転弁シートが設けられ、
前記回転弁シートの末端は、回転弁シート支持芯軸によって凹溝中に固定され、
回転弁シート支持芯軸は、シリンダーブロックの前記円筒軸方向中心線と平行的に設けられ、
回転弁シート頭部の端面は円弧面であり、
前記凹溝底面からシリンダーブロックの外面までは、動力源送込み口として貫通孔が設けられ、
シリンダーブロック上には、動力源排出口としてシリンダーブロック円筒内面からシリンダーブロック外面までの貫通孔が設けられ、
前記遊星ホイール回動装置は、遊星ピストンホイールと、遊星ピストンホイール固定フランジと、中心太陽ホイールドラムとを含み、
前記遊星ピストンホイールは、両端が回動的に前記遊星ピストンホイール固定フランジ上に固定される円柱ローラーであり、
円柱ローラーの移動方向の前端には、円柱ローラーに密着して回転弁シートガイドブロックが設けられ、
回転弁シートとシリンダーブロックとの間には回転弁シートリセット装置が設けられ、
遊星ピストンホイール固定フランジはキーによって主軸に接続固定され、
中心太陽ホイールドラムは主軸に嵌まれて、遊星ピストンホイールと主軸との間に設けられ、
前記中心太陽ホイールドラム外円面とシリンダーブロックの前記円筒筒壁との間には、遊星ピストンホイールが回動する環状ピストン空間が形成されることを特徴とする遊星回転式圧縮機及びポンプ。
中心太陽ホイールドラムは前記主軸上に嵌めて設けられ、
前記中心太陽ホイールドラムの外円筒面と前記シリンダーブロックの内円筒面とによって環状ピストン空間が形成され、
前記環状ピストン空間は、第1群の貫通孔を介して流体入口/出口と連通され、第2群の貫通孔を介して流体出口/入口と連通され、
遊星ピストンホイールは転がり方式で前記環状ピストン空間に置かれ、当該遊星ピストンホイールの前記環状ピストン空間外へ伸び出した両端は接続部品を介して主軸上に接続され、
前記遊星ピストンホイールは円柱ローラーであることを特徴とする遊星回転式回動装置。
前記第1群の貫通孔及び第2群の貫通孔はいずれもM個(M≧1)であり、前記M個の第1群の貫通孔及びM個の第2群の貫通孔はいずれも360°/M置きに均一配置されることを特徴とする請求項12に記載の遊星回転式回動装置。
前記隔離構造は、前記環状ピストン空間内であって前記第1群の貫通孔と前記第2群の貫通孔の間に位置し、前記環状ピストン空間を2つの容積可変の作動室に仕切り、
前記遊星ピストンホイールは、前記2つの容積可変作動空間の流体圧差の作用により、前記環状ピストン空間内に沿って運動することを特徴とする請求項12に記載の遊星回転式回動装置。
前記第2群の貫通孔はシリンダーブロックの内円筒面上に設けられ、前記凹溝に隣り合い、
前記隔離構造は、回転弁シートと回転弁シート芯軸とを含み、前記回転弁シート支持芯軸は前記凹溝の一端に設けられ、前記主軸軸方向中心線に平行に配置され、前記回転弁シートは前記凹溝内に配置され、
前記回転弁シートは、回転弁シート芯軸を介して閉位置と開位置との間で揺動し、
前記回転弁シートが前記閉位置にあるとき、前記回転弁シート頂端の中部は前記中心太陽ホイールドラムの外円筒面上に押圧することにより、前記環状ピストン空間を容積可変の2つの作動空間に仕切ることを特徴とする請求項15に記載の遊星回転式回動装置。
前記遊星回転式回動装置の第1群の貫通孔は燃焼室に連通し、第2群の貫通孔は廃気排出口に連通することを特徴とする発動機。
前記遊星回転式回動装置の第1群の貫通孔は高圧流体入口に連通し、前記第2群の貫通孔は低圧流体排出口に連通することを特徴とする流体モータ。
前記遊星回転式回動装置の第1群の貫通孔は高圧流体送出し口に連通し、前記第2群の貫通孔は低圧流体入口に連通することを特徴とする圧縮機。
前記遊星回転式回動装置の第1群の貫通孔は高圧流体送出し口に連通し、前記第2群の貫通孔は低圧流体入口に連通することを特徴とするポンプ。
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