JP4041173B2 - Low vibration positive displacement machine - Google Patents
Low vibration positive displacement machine Download PDFInfo
- Publication number
- JP4041173B2 JP4041173B2 JP23033095A JP23033095A JP4041173B2 JP 4041173 B2 JP4041173 B2 JP 4041173B2 JP 23033095 A JP23033095 A JP 23033095A JP 23033095 A JP23033095 A JP 23033095A JP 4041173 B2 JP4041173 B2 JP 4041173B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reciprocating
- opposite directions
- positive displacement
- displacement machine
- shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は容積型機械全般に係り、特に冷凍空調用の圧縮機や発電機駆動用の内燃機関等の低振動容積型機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
容積型機械は、ターボ機械や電動機、発電機等の非容積型機械と異なり間歇的に動力を消費したり発生したりするのでその駆動トルクや出力トルクが周期的に変動し、その容積型機械の外郭部から周囲に周期的に変動する偶力である加振トルクが作用し、振動の発生源となっていた。従来の容積型機械ではこの振動対策として、多気筒化して位相の事なる複数の作動室を連動させて運転し駆動トルクや出力トルクの変動を低減したり、取付け部をバネで浮かす等して振動を遮断する対策が取られて来た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の多気筒化や振動遮断では、容積型機械の振動を低減出来ても完全に無くす事は理論上困難あり、振動による不快感や周囲の部品の損傷という問題を完全に解消する事は出来なかった。しかも、上記対策では構造の複雑化や部品点数増により製造コストが増大してしまうという問題があった。
【0004】
本発明の目的は、容積型機械が間歇的に動力を消費したり発生したりする事により発生していた振動をほぼ完全に解消し、振動が極めて小さく快適で信頼性の高い容積型機械を提供する事であり、またそれを安価で実現する事である。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、独立項である請求項1に係る発明による低振動容積型機械は、それぞれが構成要素の中で静止すべき構造部材を有し、かつ互いに逆方向に回転する2つの駆動軸と、前記各駆動軸により駆動されてほぼ同量の動力を消費する機構とを有すると共に、該機構は、定常運転時の消費動力の周期的な変化の位相がほぼ等しくなる様に前記駆動軸同士を同期させる同期機構を有するものであって、前記静止すべき構造部材同士を一体に固定してなる低振動容積型機械において、互いに逆方向に回転する2つの駆動軸を介して駆動されて動力を消費する機構は、他の部材に案内されて往復運動と該往復動方向の軸線回りの回転を行なうピストン部および該往復運動方向と直角方向で互いに反対側に突出した2つのアーム部からなる往復動部材と、前記往復動部材のピストン部を案内する他の部材である案内部材と、同軸の回転軸回りに互いに逆方向に回転しながらその回転軸から半径方向に偏位した位置でそれぞれ前記往復動部材のアーム部の1つを相対的な回転とその相対回転軸方向の変化が可能に支持する2つの軸部材と、前記2つの軸部材の回転を支持する軸受部材とを構成要素に持ち、前記往復動部材に隣接して密閉空間を形成して作動空間とし、前記2つの軸部材の互いに逆方向の回転により前記往復動部材を往復運動させて前記作動空間の容積を変化させ、作動流体の移送や圧縮を行なう機構である事を特徴とするものである。
【0006】
同じく、請求項5に係る発明による低振動容積型機械は、それぞれが構成要素の中で静止すべき構造部材を有し、かつ互いに逆方向に回転する2つの出力軸と、前記各出力軸を介してほぼ同量の動力を外部に供給する機構とを有すると共に、該機構は、定常運転時の出力の周期的な変化の位相がほぼ等しくなる様に前記出力軸同士を同期させる同期機構を有するものであって、前記静止すべき構造部材同士を一体に固定した事を特徴とするものである。
【0007】
【作用】
まず、上記の課題を解決するための幾つかの手段の中で、2つの軸部材のそれぞれに消費動力あるいは出力がほぼ等しく周期的に変化する2つの容積型マシンあるいは容積型エンジンを連結しそれらの位相を同期させて容積型機械を構成した場合を考える。
【0008】
この場合、一方の軸部材に連結された容積型マシンあるいは容積型エンジンにより周期的に変化する加振トルクが発生するが、同時に、もう一方の軸部材に連結された容積型マシンあるいは容積型エンジンによって、ほぼ同様に周期変化する加振トルクが発生している。しかも、2つの軸部材は、必ず、互いに逆方向にほぼ同期して回転しているので、上記の2つの加振トルクは常に方向が反対で大きさがほぼ等しい状態を保って変化する。更に、容積型マシンあるいは容積型エンジンの静止すべき部材同士等が一体となるように互いに固定されているので、上記の2つの加振トルクは常に前記固定部を介して互いに打消し合い、全体の容積型機械としての外部への装着部には加振トルクがほとんど作用しなくなり、外部を加振する事が無くなる。したがって、外部との連結部に振動遮断の対策を施す必要が無くなる。また、個々の容積型マシンあるいは容積型エンジンにより発生する加振トルクが如何に大きくても、それとほぼ同程度の加振トルク同士で打ち消し合わせる事が出来るので、使用する容積型マシンあるいは容積型エンジンの構造は低振動化のために位相の異なる作動室を多数持つ必要がなく単純で安価な構造で良い。
【0009】
次に、上記の課題を解決するための幾つかの手段の中で、2つの軸部材を共通な1つの容積型マシンあるいは容積型エンジンに連結して容積型機械を構成した場合を考える。
【0010】
この容積機械は、互いに逆方向に回転する2つの同様な駆動軸あるいは出力軸を持つ事になるので、その内部の部品も含めた各部品の動作に関して駆動軸あるいは出力軸の回転軸回りの方向性を持たない構造とする事が出来る。すなわち、駆動軸あるいは出力軸の軸方向から見た時、各部品がある軸に関して対称な運動を行なう構造とする事が出来る。したがって、2つの駆動軸あるいは出力軸の各々に同様な回転慣性( 慣性モーメント) を持つ質量を取付け、同様な駆動源あるいは負荷を連結すれば、2つの駆動軸あるいは出力軸を介して伝達される駆動トルクあるい出力トルクがほぼ等しくなる様にする事が出来る。この時、この容積機械は、各部品の動作に関してだけでなくその各部に作用する力に関しても、常に駆動軸あるいは出力軸の軸方向から見てほぼ対称になり、それらの力の作用結果として発生する加振トルクには駆動軸あるいは出力軸の回転軸回りに方向性が無くなる筈である。
【0011】
一方、一般の容積型機械が発生する加振トルクは、その容積型機械の駆動軸あるいは出力軸を介して伝達される駆動トルクあるい出力トルクの変動に起因して、必ずその駆動軸あるいは出力軸の回りに相手を回転させようとする変動トルクとして発生する。互いに逆方向に回転する2つの同様な駆動軸あるいは出力軸を持つ場合でも、それらの軸が互いに同軸や平行で軸方向が共通であるので、加振トルクが発生するとすればその共通軸方向回りに相手を回転させようとする変動トルクとして発生する筈である。
【0012】
しかし、その加振トルクはその値がゼロ以外の場合には、前記駆動軸あるいは出力軸の回りのどちらの方向に相手を回転させようとする事になり、方向性を持つことになる。これは、各部品の運動の対称性より加振トルクに駆動軸あるいは出力軸の回転軸回りの方向性が無くなるとする前述の論理と矛盾する。したがって、加振トルクの値はゼロでなければならなず、この容積型機械の静止すべき部材同士が一体となるように互いに固定されていれば、それら容積型機械全体の外部への装着部には加振トルクが作用しなくなり、外部を加振する事が無くなる。したがって、外部との連結部に振動遮断の対策を施す必要が無くなる。
【0013】
また、この容積型機械が消費したり供給したりする動力の変動が如何に大きくても、それと関係無く加振トルクがゼロになるので、この容積型機械の構造は低振動化のために位相の異なる作動室を多数持つ必要がなく、単純で安価な構造で良い。なお本手段では、駆動軸あるいは出力軸の軸方向から見た時の各部品の運動の対称性、2つの駆動軸あるいは出力軸の各々に取り付けられた回転慣性( 慣性モーメント) の同一性、2つの駆動軸あるいは出力軸の各々に連結された駆動源あるいは負荷の同一性等が完全なものでない場合でも、その対称性や同一性の誤差が小さく抑えて製作されていれば、加振トルクの発生を実質的に問題にならない程度に小さくする事が出来る。
【0014】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図1ないし図12により説明する。図1は本発明の第1の実施例の容積型機械であるガス圧縮機を上方より見た断面図、図2は図1におけるI−I断面図、図3は本発明の第2の実施例の容積型機械であるエンジン発電装置を上方より見た断面図、図4は図3におけるII−II断面図、図5は本発明の第3の実施例の容積型機械であるエンジン発電装置を側方から見た断面図、図6は本発明の第4の実施例の容積型機械であるガス圧縮機を側方から見た断面図、図7は本発明の第5の実施例の容積型機械である密閉型圧縮機を側方から見た断面図、図8は図7における機構の作動原理を説明した図、図9は本発明の第6の実施例の容積型機械である開放型圧縮機を側方から見た断面図、図10は本発明の第7の実施例の容積型機械であるエンジン発電装置を側方から見た断面図、図11は本発明の第8の実施例の容積型機械である開放型圧縮機を側方から見た断面図、図12は本発明の第9の実施例の容積型機械である内燃機関を示す断面図、である。
【0015】
図1と図2に本発明の第1の実施例の容積型機械であるガス圧縮機を示す。本実施例の全体は、主軸1、シリンダ2、フレーム3、サイドカバー4、揺動ピストン5、シュー6等で構成される圧縮機構部とそれを駆動する電動機7からなる圧縮機単位を2つ組み合わせて構成されている。圧縮機構部では、フレーム3とサイドカバー4とで回転支持された主軸1の偏心部1aに揺動ピストン5のローラ部5aが回転可能に挿入され、揺動ピストン5のベーン部5bがシュー6を介してシリンダ2に拘束されている。主軸1の回転に伴って揺動ピストン5のローラ部5aが公転運動する際に、ローラ部5a、ベーン部5b、シュー6、およびボルト( 図示せず) により互いに固定されたシリンダ2、フレーム3、サイドカバー4、により囲まれた空間の容積が変化する事を利用して、ガスをシリンダ2の吸入ポート2aから吸入し、圧縮した後に吐出ポート2b、吐出弁8、吐出弁押さえ9を介して吐出するものである。
【0016】
これにステータ7a及びロータ7bを有する駆動用電動機7を加えた本実施例の2つの圧縮機単位は同じものであり、それらの駆動軸である主軸1同士が互いに平行であるが逆方向を向く様に、それぞれのフレーム3の取付け足部3aがボルトにより共通フレーム10に固定されている。なお、2つの電動機7のステータ部7aはそれぞれ2つのフレーム3に固定されている。主軸1同士は、逆方向を向く様に配置され同じ電動機7により駆動されるので、全体のガス圧縮機として組み立てられた状態では互いに逆方向に回転するが、それぞれの一端に固定されたタイミングギア11同士が噛み合う事により、それぞれが駆動する圧縮機構部の位相が常にほぼ一致する様に同期して逆転する。
【0017】
なお、本発明においては、容積型マシンとして、上記実施例に示されるベーン式圧縮機の外、容積型ポンプやスターリング冷凍機等の公知のものが実施される。
【0018】
本第1の実施例によれば、「作用」の項で述べた様に、2つの容積型の圧縮機単位の発生する加振トルクを逆向きで同位相とする事により互いに打消し合わせ、外部への装着部である共通フレーム10から外部に加振トルクがほとんど伝達されぬ様にする事が可能であるという効果がある。また本第1の実施例では、個々の圧縮機単位として従来から使用されているシンプルな構造の圧縮機単位の同じものを2つ組み合わせれても良く、極めて完全な低振動化を比較的安価で達成出来るという効果がある。また本第1の実施例では、2つの圧縮機単位の主軸同士が平行になるよう配置されているので、互いに逆転するそれらを同期させる事が歯車等を使用する事によって簡単に出来るという効果がある。更に、全体の軸方向長さを小さく収める事が出来るという効果がある。
【0019】
図3と図4に本発明の第2の実施例の容積型機械であるエンジン発電装置を示す。本実施例の全体は、クランク軸12、シリンダブロック13、シリンダヘッド14、軸受フレーム15、サイドカバー16、コンロッド17、ピストン18、ピストンピン19、点火プラグ20、吸入弁21、吐出弁22および動弁機構( 図示せず) 等で構成される4サイクル1気筒の内燃機関部とそれにより駆動される発電機23または24からなるエンジン発電機単位を2つ組み合わせて構成されている。4サイクル内燃機関については一般に良く知られているのでその作動原理の説明は省略する。ただし、本第2の実施例に使用されている2つの内燃機関は、個々の部品は共通のものを使用しているが、組立ての際にシリンダヘッド14、吸入弁21、吐出弁22および動弁機構( 図示せず) 等の固定方向を変える事により、互いに逆転する構造のものである。
【0020】
また、発電機23と発電機24とは発電を行なう際の回転方向が、前記内燃機関の回転方向に対応して、互いに逆の関係にあるものを使用している。2つのエンジン発電機単位は互いに逆転するものであり、それらの駆動軸であるクランク軸12同士が互いに平行で同方向を向く様に、それぞれの軸受フレーム15の取付け足部15aがボルトにより共通フレーム25に固定されている。なお、2つの発電機23、24のステータ部23a、24aはそれぞれ2つの軸受フレーム15に固定されており、ロータ部23b、24bはそれぞれ2つのクランク軸12に固定されている。2つの軸受フレーム15にはそれぞれ2つのシリンダブロック13が固定されている。クランク軸12同士は、クランクピン部12aが同方向端部に位置して同方向を向く様に配置されそれぞれの内燃機関で逆方向に駆動されるので、全体の発電装置として組み立てられた状態でも互いに逆方向に回転するが、それぞれの一端に固定されたタイミングギア26同士が噛み合う事により、それぞれを駆動する内燃機関部の位相が常にほぼ一致する様に同期して回転する。
【0021】
なお、本発明においては、容積型エンジンとして、上記実施例の片側作動室の4サイクルエンジンの外に、上下両側作動室のものとしたり、2サイクル内燃機関としたり、外燃機関としたり、また、エンジンには、公知の各種発電機や、ターボ圧縮機を連結して実施することができる。
【0022】
本第2の実施例によっても、「作用」の項で述べた様に、2つのエンジン発電機単位の発生する加振トルクを逆向きで同位相とする事により互いに打消し合わせ、外部への装着部である共通フレーム25から加振トルクがほとんど伝達されぬ様にする事が可能であるという効果がある。また本第2の実施例では、個々の内燃機関として従来から使用されているシンプルな構造の内燃機関を使用しても良く、極めて完全な低振動化を比較的安価で達成出来るという効果がある。また本第2の実施例では、2つの発電機単位の主軸同士が平行になるよう配置されているので、互いに逆転するそれらを同期させるのが歯車等を使用する事によって簡単に出来るという効果がある。更に、全体の軸方向長さを小さく収める事が出来るという効果がある。
【0023】
図5に本発明の第3の実施例の容積型機械である発電装置を示す。本実施例の全体は、クランク軸12、シリンダブロック13、シリンダヘッド14、軸受フレーム15、サイドカバー16、コンロッド17、ピストン18、ピストンピン19、点火プラグ20、吸入弁21、吐出弁22および動弁機構( 図示せず) 等で構成される4サイクル1気筒の内燃機関部とそれにより駆動される発電機23からなる発電機単位を2つ組み合わせて構成されている。本第3の実施例に使用されている2つの内燃機関は、個々の部品も共通のものを使用しており、第2の実施例の場合と異なり組み立ても全く同様に実施し、その結果、出力軸であるクランク軸12の回転方向も等しいものである。すなわち全く同一の物である。したがって、それによって駆動される発電機23も同一の物を2つ使用している。2つの発電機単位のクランク軸12同士は同軸上で互いに逆方向を向いて配置される様に、2つの軸受フレーム15の取付け足部15aが共通フレーム27にボルトで固定されている。クランク軸12同士はそれぞれの内燃機関で同方向に駆動されるが、互いに逆方向を向く様に配置されているので、全体の発電装置として組み立てられた状態では互いに逆方向に回転する。更に、それぞれの一端に固定されたかさ歯車のタイミングギア28同士がかさ歯車の中間ギア29を介して噛み合う事により、それぞれを駆動する内燃機関部の位相が常にほぼ一致する様に同期して互いに逆方向に回転する。中間ギア29は、共通フレームに固定された支持軸30により回転自在に支持されている。
【0024】
本第3の実施例によっても、「作用」の項で述べた様に、2つの発電機単位の発生する加振トルクを逆向きで同位相とする事により互いに打消し合わせ、外部への装着部である共通フレーム27から加振トルクがほとんど伝達されぬ様にする事が可能であるという効果がある。また本第3の実施例では、個々の内燃機関として従来から使用されているシンプルな構造の内燃機関の同一の物を2つ使用しても良く、極めて完全な低振動化を比較的安価で達成出来るという効果がある。また本第3の実施例では、2つの発電機単位の主軸同士が同軸上に配置されているので、全体の発電装置としての軸直角方向の幅を小さく収める事が出来るという効果がある。
【0025】
図6に本発明の第4の実施例の容積型機械であるガス圧縮機を示す。本実施例の全体は、主軸31、シリンダ32、フレーム33、サイドカバー34、揺動ピストン35、シュー(図示せず)等で構成される第1の実施例と同種の圧縮機構部を、クランク軸36、シリンダブロック13、シリンダヘッド14、軸受フレーム37、サイドカバー38、コンロッド17、ピストン18、ピストンピン19、点火プラグ20、吸入弁21、吐出弁22および動弁機構( 図示せず) 等で構成される第2、第3のの実施例と同種の4サイクル1気筒の内燃機関部により、オルダム継ぎ手39を介して駆動する圧縮機単位を2つ組み合わせて構成されている。
【0026】
ただし、本第4の実施例に使用されている2つの圧縮機構部は、個々の部品は共通のものを使用しているが、組立ての際にシリンダ32等の部品の固定方向を変える事により、互いに逆方向に回転させて使用する構造としてあり、2つの内燃機関部も、第2実施例の場合と同様に個々の部品は共通であるが組立て方向変える事により、互いに逆方向に回転する構造となっている。すなわち、2つの圧縮機単位はそれらの回転軸が互いに逆方向に回転する構造である。また、その時に圧縮機構部の位相と内燃機関部の位相との関係が、2つの圧縮機単位間でほぼ等しくなる様に、それぞれの圧縮機構部と内燃機関部とがオルダム継ぎ手39により連結されている。
【0027】
本実施例の全体は、それらの回転軸が同軸で同方向を向く様に、2つの圧縮機単位を共通フレーム40に固定してある。その結果、それらの回転軸は全体の圧縮機として組み立てられた状態でも互いに逆方向に回転する。更に、一方の圧縮機単位の主軸31と他方の圧縮機単位のクランク軸36とは逆転継ぎ手41により連結されており、2つの圧縮機単位の圧縮機構部同士および内燃機関部同士がそれらの位相を常にほぼ同期させて互いに反対方向に回転する様になっている。逆転継ぎ手41は、往復動部材42、案内部材43、円盤部材44、球面ブッシュ45より構成され、往復動部材42がそのピストン部42aを案内部材43に案内されて往復運動をしながら往復運動方向の軸回りに揺動すると、往復動部材42の2つのアーム部42bが挿入された2つの球面ブッシュ45が互いに逆方向の公転運動をする事を利用して、球面ブッシュ45を揺動可能に支持する2つの円盤部材44およびそれらが固定された軸部材同士を互いに逆方向に同じ速度で回転する様に連結するものである。この機構は後述の本発明の第5の実施例の中でも容積型圧縮機本体の機構として利用され、その原理を図8で説明してある。
【0028】
本第4の実施例によっても、「作用」の項で述べた様に、2つの圧縮機単位の発生する加振トルクを逆向きで同位相とする事により互いに打消し合わせ、本実施例全体の外部への装着部である共通フレーム40から加振トルクがほとんど伝達されぬ様にする事が可能であるという効果がある。なお、これを、2つの圧縮機単位の圧縮機構部が発生する加振トルク同士と内燃機関部が発生する加振トルク同士の両方をそれぞれ逆向きで同位相とする事により互いに打消し合わせ、本実施例全体の外部への装着部である共通フレーム40から加振トルクがほとんど伝達されぬ様にする事が可能であると言い替えても良い。また本第4の実施例では、個々の圧縮機構部や内燃機関として従来から使用されているシンプルな構造の物を使用しても良く、極めて完全に近い低振動化を比較的安価で達成出来るという効果がある。また本第4の実施例では、2つの圧縮機単位の主軸同士が同軸上に配置されているので、全体の圧縮機としての軸直角方向の幅を小さく収める事が出来るという効果がある。
【0029】
これまでの第1の実施例ないし第4の実施例の容積型機械では、いずれも、マシンとそれを駆動するエンジンの組合せを2組用意して全体として低振動の容積型機械を構成しているが、そのマシンとエンジンの方式・構造に関して少なくとも一方が容積型である事さえ満足していれば、それらを他の方式・構造のどんなマシンまたはエンジンに置き換えても、同様に全体として容積型機械の低振動化が実現出来る。また、それらの構成要素であるマシンとエンジンは、それぞれが共通のフレームに固定される事により一体化されていたが、それらの構成要素同士を直接固定して一体化しても、同様に低振動の容積型機械が得られる。
【0030】
図7および図8に本発明の第5の実施例の容積型機械である密閉型圧縮機を示す。往復動部材46はその2つのピストン部46aをシリンダブロック47の内周円筒面47aにより案内されて往復運動と該往復動方向の軸線回りの回転を行なえる様に支持されている。往復動部材46のピストン部46aには前記の往復運動方向と直角方向で互いに反対側に突出した2つの円柱状のアーム部46bが圧入およびナット46cで固定されており、そのアーム部46bはそれぞれ球面ブッシュ48の内周円筒面部に回転自在に挿入されている。2つの球面ブッシュ48の外周球面部は、それぞれ駆動軸49の駆動アーム部49aにより駆動軸49の回転軸から偏位した位置で球面対偶で支持されている。
【0031】
その結果、往復動部材の2つのアーム部46bと2つの駆動軸49とは相対的な回転と互いの相対的な傾斜方向変化が可能に駆動軸49の回転軸から偏位した位置で連結されている。駆動軸49の駆動アーム部49aの径方向の反対側には釣合い質量49bが形成されている。また2つの駆動軸49はそれぞれ軸受フレーム50の軸受部50aにより回転支持されている。2つの軸受フレーム50はその軸受部50aの中心軸が互いに同軸上に配置される様にそれぞれシリンダブロック47にボルト( 図示せず) により固定されている。シリンダブロック47に形成された2つの内周円筒面47aの中心軸同士はやはり互いに同軸であり、更に、そのシリンダブロック47に固定された軸受フレーム50の軸受部中心軸とは、互いに直角になっている。
【0032】
シリンダブロック47の内周円筒面47aの開口端はシリンダヘッド51により閉塞されており、往復動部材のピストン部46aとシリンダブロックの内周円筒面47aとシリンダヘッド51とにより囲まれた作動室52が2つ形成されている。往復動部材のピストン部46aには作動室52への吸入通路46dが形成されており、これを開閉する吸入弁53が装着されている。シリンダヘッド51には吐出ポート51aが形成されており、これを開閉する吐出弁54が装着されている。またシリンダヘッド51の外側には高圧室カバー55が固定されており、それらの間に高圧空間56が形成されている。
【0033】
2つの軸受フレームには、それぞれ駆動用モータ57のステータ部57aがボルトで固定され、2つの駆動軸49にはそれぞれ軸受部50aを挾んで駆動アーム部49aの反対側に駆動用モータ57のロータ部57bが固定されている。ロータ部57bには前述の釣合い質量49bと逆方向でより小さい遠心力を発生する釣合い質量58が取付けられている。ステータ部57aとロータ部57bとで構成される2つの駆動用モータ57は同じものであるが、上記の圧縮機の全体構成の中に互いに対向した姿勢で組み込まれており、2つの駆動軸49を互いに逆方向に回転駆動する。これらの構成要素は、中央チャンバ59の内周部に焼きばめ等で固定され、更に、中央チャンバ59とその両側の2つの端部チャンバ60とで構成される密閉容器に収納されている。
【0034】
図8に2つの駆動軸49が互いに逆転駆動された場合の各可動部品の動きを示す。図8の(a)〜(e)は図7の右方向から見た各可動部品の動きであり、(a´)〜(e´)はそれぞれ(a)〜(e)を上方から見た図である。2つの球面ブッシュ48は駆動軸49の回転軸( 点A) から半径方向に偏位した位置に球面対偶で支持されているので、2つの駆動軸49が互いに逆方向に回転するとそれらの中心( 点B、点C) は図8の(a)〜(e)の様に回転軸( 点A) を中心とし同一公転半径で逆方向に公転運動をする。
【0035】
往復動部材46は図8(a)〜(e)の上下方向の往復動方向軸から傾斜出来ないので、その2つの円柱状のアーム部46bは常に前記往復動方向軸と直角方向すなわち図8においては水平方向を必ず向いている。従って、円柱状のアーム部46bが挿入されている球面ブッシュ48の2つの中心( 点B、点C) の図8(a)〜(e)における上下方向座標は、常に等しい。
【0036】
一方、往復動部材46は前記往復動方向軸の回りには回転出来るので、円柱状のアーム部46bは図8(a´)〜(e´)に示す往復動方向軸(点D)を中心とした揺動運動を行なう。従って、アーム部46bが挿入されている球面ブッシュ48の2つの中心( 点B、点C) の図8(a)〜(e)における左右方向座標は、符号が逆となる。
【0037】
本実施例は2つの球面ブッシュ48の中心( 点B、点C) のそれぞれの図8(a)〜(e)における2次元座標に上記の関係を常に強制するものであり、球面ブッシュ48を組み込まれた2つの駆動軸49はそれぞれの駆動用モータ57により互いに反対方向に駆動されるばかりでなく、互いに完全に同期して回転する。その際、往復動部材46はそれを支持する2つの球面ブッシュ48が図8(a)〜(e)における上下方向座標に関して相等しい周期変化を行なうのに伴い同じく上下方向の周期的な往復運動を行ない、その上下に形成された2つの作動室52の容積を周期的に変化させる。
【0038】
作動気体は、中央チャンバ59に取付けられた低圧配管61より密閉容器内部の低圧空間62に流入し、往復動部材のピストン部46aの吸入通路46dや吸入弁53を介して作動空間52に吸入されて圧縮され、シリンダヘッドの吐出ポート51aや吐出弁54を介して高圧空間56に吐出され、各高圧空間56から中央チャンバ59を介して外部に延びる高圧配管63を通って密閉容器外部に流出する。
【0039】
本実施例においては、2つの駆動軸49、駆動モータのロータ部57bが互いに逆転しており、その他の可動部品も図8(a)〜(e)の様な運動を行なうので、この方向から見たときの圧縮機各部の2次元運動を図8(a)〜(e)の各図の縦の中心軸を対称軸として全く対称な運動にする事が出来る。更に、2つの駆動軸49の各々に同様な回転慣性( 慣性モーメント) を持つ質量が取り付けられ、それらが同一のパワーのモータで駆動されているので、本実施例の圧縮機は各部品の動作に関してだけでなくその各部に作用する力に関しても、常に前記駆動軸の方向から見た対称軸に関して対称となり、それらの力の作用結果として発生する加振トルクには駆動軸の回転軸回りの方向性が無くなる筈であり、加振トルクは発生しない。すなわち本実施例によれば、まず、容積型圧縮機でありながらそれを駆動するための動力が周期的に変動する事に起因する加振トルクが発生しないという効果がある。
【0040】
次に本実施例においては、往復動部材46の往復運動の慣性力(図7上下方向)を2つの駆動軸49に取り付けた釣合い質量49b、59の遠心力の前記往復運動方向成分の和で打ち消すと同時に、前記遠心力の前記往復運動方向と直角方向成分(図7紙面垂直方向)も2つの駆動軸49が互いに逆転している事を利用して打ち消し合わす事が可能である。更に、図8(a´)〜(e´)に示す様に往復動部材46が往復動方向軸(点D)を中心とした揺動運動を行なう事により発生する慣性偶力も、それぞれの駆動軸49に固定された釣合い質量49bの遠心力と質量58の遠心力の合力作用点を互いに軸方向(図7左右方向)にずらす事により、遠心力の前記往復運動方向と直角方向成分(図7紙面垂直方向)による偶力でほぼ打ち消す事が出来る。すなわち本実施例によれば、往復動機構であるにもかかわらず不釣合慣性力の発生をほぼ完全に防止出来るという効果がある。なお、往復動部材46の往復運動の慣性力と揺動運動の慣性偶力の両者を同時に打ち消すためには、2つの釣合い質量49b、58をそれぞれの駆動軸49に取り付ける事が必要である。
【0041】
次に本実施例において往復動部材46は、ほぼ同一の駆動トルクを発生する2つの駆動用モータ57で駆動されるため、往復動部材46の往復運動の慣性力とそのピストン部46aに作用する作動気体の圧力による圧縮荷重は、2つのアーム部46bが前記慣性力と圧縮荷重の作用中心(図8の点D)からほぼ等しい距離だけ離れた2つの球面ブッシュ48を介し、ほぼ等しい力で支持されている。つまりそれ以上他の部材から支持力が作用しなくても、それらの力だけで釣り合う事が出来るので、往復動部材のピストン部46aとシリンダブロック47の内周円筒面47aとの間には荷重が作用しない。すなわち従来の往復動機構において機械摩擦損失発生の要因の一つであったピストンサイドフォースが発生しないので、機械摩擦損失が低減し効率が向上するという効果がある。
【0042】
次に本実施例は、これまでの第1の実施例ないし第4の実施例がいずれもマシンとそれを駆動するエンジンとを2つずつ必要としたのと異なり、一方のマシン部を唯一のマシンで構成し、しかもそれで逆転同期機構を兼用しているので、全体の圧縮機としての構成部品が少なくて済む。すなわち、低コストで生産出来るという効果がある。
【0043】
更に本実施例においては、圧縮機の軸直角方向の幅や径を小さく収める事が出来るという効果がある。
【0044】
図9に本発明の第6の実施例の容積型機械である開放型圧縮機を示す。中央の圧縮機部は、往復動部材46、シリンダブロック64、球面ブッシュ48、駆動軸65、軸受フレーム66、シリンダヘッド51、吸入弁53、吐出弁54等により図7の第5の実施例と同様な機構で構成され、作動室67の容積変化により作動気体の圧縮を行なうものである。その駆動源として、クランク軸36、シリンダブロック13、シリンダヘッド14、軸受フレーム37、サイドカバー38、コンロッド17、ピストン18、ピストンピン19、点火プラグ20、吸入弁21、吐出弁22、および動弁機構( 図示せず) 等で構成される4サイクル1気筒の内燃機関部が2つ用意され、それらの出力軸であるクランク軸36がオルダム継手39を介して両側から駆動軸65に連結されている。その際、2つの内燃機関部同士は同位相となる様に連結されている。前記の2つの内燃機関部は同一のものであるが、対向させて全体の開放型圧縮機に組み込まれているので、出力軸は互いに逆転する。また上記の構成要素の中の静止部材は、軸受フレーム66、37が共通フレーム68に固定される事により互いに一体に固定されている。本実施例では、動力を消費する圧縮機部とそれを駆動する内燃機関部の両方が容積型であるが、圧縮機部が第5の実施例と同じ理屈で加振トルクを発生させない上に、2つの内燃機関部の加振トルクは方向が逆であり位相が同期しているので互いに打ち消し合い、全体としてやはり加振トルクが発生しないという効果がある。
【0045】
また、本実施例では動力を消費する部分でもその動力を供給する部分でも電機機械を使用しておらず、電源・送電等の設備が不要であり電力を消費しない事により電力ピークカットにも貢献出来るという効果がある。
【0046】
また、本実施例において圧縮機部を冷凍サイクル用の冷凍機として使用すれば、内燃機関部の廃熱を直接熱の形態でヒートポンプで組み上げ暖房運転時に活用する事が可能であり、動力源も含めた全体のエネルギー効率を向上出来るという効果がある。
【0047】
更に、本実施例によれば、圧縮機部でピストンサイドフォースが発生せず機械摩擦損失が低減し効率が向上するという効果、構成部品が少なくて低コストで生産出来るという効果、圧縮機の軸直角方向の幅や径を小さく収める事が出来るという効果が第5の実施例と同様に得られる。
【0048】
図10に本発明の第7の実施例の容積型機械である発電装置を示す。中央の内燃機関部において、往復動部材69はその主ピストン部69aと副ピストン部69bをそれぞれシリンダブロック70の内周円筒面70a、70bにより案内されて往復運動と該往復動方向の軸線回りの回転を行なえる様に支持されている。往復動部材69の主ピストン部69aおよび副ピストン部69bを形成している部材には、前記の往復運動方向と直角方向で互いに反対側に突出した2つの円柱状のアーム部69cが圧入およびナット69dで固定されており、そのアーム部69cはそれぞれ球面ブッシュ71の内周円筒面部に回転自在に挿入されている。
【0049】
2つの球面ブッシュ71の外周球面部は、それぞれ主軸72の出力アーム部72aにより主軸72の回転軸から半径方向に偏位した位置で球面対偶で支持されている。その結果、往復動部材の2つのアーム部69cと2つの主軸72とは相対的な回転と互いの相対的な傾斜方向の変化が可能に主軸72の回転軸から偏位した位置で連結されている。
【0050】
主軸72の出力アーム部72aの径方向の反対側には釣合い質量72bが取付けられている。また2つの主軸72はそれぞれ軸受フレーム73の軸受部73aにより回転支持されている。2つの軸受フレーム73はその軸受部73aの中心軸が互いに同軸上に配置される様にそれぞれシリンダブロック70にボルト( 図示せず) により固定されており、更にシリンダブロック70の互いに同軸な2つの内周円筒面70a、70bの中心軸と直交する様になっている。
【0051】
シリンダブロック70の内周円筒面70aの開口端はシリンダヘッド74により閉塞されており、往復動部材の主ピストン部69aと内周円筒面70aとシリンダヘッド74とにより囲まれた作動室75が1つ形成されている。シリンダヘッド74には吸入ポートと吐出ポートが2つずつ形成されており、これを開閉する吸入弁76、吐出弁77や点火プラグ78および動弁機構( 図示せず) 等が装着されている。
【0052】
図10には断面より遠方にある吸入弁76、吐出弁77がそれぞれ1つずつ表示されているが、吸入弁76の断面より手前側にもう一つの吐出弁が、吐出弁77の断面より手前側にもう一つの吸入弁がそれぞれ装着されている。すなわち、点火プラグ78を中心として2つずつの吸入ポートと吐出ポートを開閉する2つずつの吸入弁76と吐出弁77が、点対称の位置に配置されている。シリンダブロック70の内周円筒面70bは副ピストン部69bの往復運動の案内の機能だけを果たすものであり、一端が開口されたままで作動室は形成されておらず、内燃機関部の形態は4サイクル1気筒である。
【0053】
その機構は図7の第5の実施例の中央の圧縮機部と共通であり、第5の実施例の場合の説明と同じ理由により2つの主軸72は互いに同期しながら逆転し、更に、内燃機関部からの加振トルク発生を解消する事が可能である。互いに同期しながら逆転する2つの主軸72の一端には、それぞれ発電機79のロータ部79aが固定されており、ステータ部79bが軸受フレーム73に固定されている。発電機は、公知の直流型や交流型のものが実施されるが、その配線やブラシ等の詳細な部品の図示は省略する。交流発電機の場合、2つの発電機79の交流出力の位相がほぼ等しくなるように、ロータ部79aとステータ部79bの主軸72回りの位置を合わせて固定されている。なお、ロータ部79aには前述の釣合い質量72bと逆方向でより小さい遠心力を発生する釣合い質量80が取付けられている。2つの交流発電機79は全く同仕様のものであるが、互いに対向して組み込まれているので、逆転する2つの主軸72で同様に駆動する事が出来、位相が等しい事によりそれぞれが発生する加振トルクを互いに打消合う事が出来る。本実施例によれば、容積型機械であるにもかかわらず加振トルクが発生しないという効果、往復動機構であるにもかかわらず不釣合慣性力の発生をほぼ完全に防止出来るいう効果、ピストンサイドフォースが発生せず機械摩擦損失が低減し効率が向上するという効果、構成部品が少なくて低コストで生産出来るという効果、発電装置の軸直角方向の幅や径を小さく収める事が出来るという効果が、第5の実施例で説明した理由と同じ理由で得られる。
【0054】
図11に本発明の第8の実施例の容積型機械である開放型圧縮機を示す。中央の内燃機関部は、図10の第7の実施例とほぼ等しい4サイクル1気筒の容積型内燃機関であるが、2つの出力軸81には第7の実施例の交流発電機と異なり容積型の圧縮機部がそれぞれオルダム継手39を介して連結されている。2つの圧縮機部は図1の本発明の第1の実施例とほぼ等しい容積型圧縮機であるが、オルダム継手39を介して内燃機関の出力軸81に駆動軸82が連結される際に、その回転位相を2つの圧縮機部の間でほぼ等しく合わせて出力軸81に連結されている。
【0055】
本実施例では、まず、動力を消費する圧縮機部とそれを駆動する内燃機関部の両方が容積型であるが、内燃機関部が第5の実施例と同じ理由で加振トルクを発生させない上に、2つの圧縮機部による加振トルクは方向が逆であり位相が同期しているので互いに打ち消し合い、全体としてやはり加振トルクが発生しないという効果がある。
【0056】
また、本実施例によれば、内燃機関部のピストンサイドフォースが発生せず機械摩擦損失が低減し効率が向上するという効果、構成部品が少なくて低コストで生産出来るという効果、発電装置の軸直角方向の幅や径を小さく収める事が出来るという効果が、第5の実施例で説明した理由と同じ理由で得られる。
【0057】
また、本実施例では第6の実施例と同様に、電源・送電等の設備が不要であり、電力ピークカットにも貢献出来るという効果や内燃機関部の廃熱を暖房運転に活用して全体のエネルギー効率を向上出来るという効果がある。
【0058】
図12に本発明の第9の実施例として内燃機関を示す。本実施例は第7の実施例の発電装置や第8の実施例の圧縮機において駆動源であった内燃機関部と同様の機構を持った物であるが、互いに逆転する2つの中間出力軸83を最終的に1つの最終出力軸84に連結し、従来の通常の内燃機関と同様に1方向に回転する1つの出力軸で各種の機械を駆動する構造として汎用性を持たせたものである。2つの中間出力軸83にはそれぞれ回転慣性質量85が固定されており、また、相対的な捩じれを可能とするゴムやバネ等の可撓部材86を介してかさ歯車歯車87が同軸に装着されている。2つのかさ歯車歯車87は互いに逆転しながら共同して最終出力軸84に固定されたかさ歯車歯車88を回転駆動する。なお、最終出力軸84を回転可能に支持する最終軸受フレーム89は、中間出力軸83の回転軸すなわちかさ歯車歯車87の回転軸まわりに回転出来る構造であり、静止フレーム(図示せず)により回転自在に支持され、2つのかさ歯車歯車87から常に等しい動力が最終出力軸84に伝達される様になっている。
【0059】
容積型のエンジンが発生する動力は周期的に変動するものであるが、前記第7の実施例と第8の実施例ではその動力を互いに逆転する2つの出力軸で取り出す事により出力軸回りの方向性を持たせず、加振トルクの発生を防止していた。本実施例では、途中の互いに逆転する2つの出力軸である中間出力軸83までは方向性を持たないが、最終出力軸84の段階では1つの軸が1方向に回転しており方向性を持ってしまうので、発生する動力の周期的な変動に起因する加振トルクが発生するが、以下の理由でその加振トルクを小さくしている。
【0060】
まず、本実施例では、中間出力軸83と最終出力軸84との間に可撓部材86が組み込まれており、大きな回転慣性質量85が固定された中間出力軸83が最終出力軸84に対して相対的にある程度の回転変動を行なうので、その回転慣性質量の回転変動で発生する慣性トルクにより内燃機関の発生する動力変動に起因する出力トルクの変動がかなり緩和されて最終出力軸84に伝達される。本構造の内燃機関では、その構造の対称性から中間出力軸83まで出力を伝達した段階では加振トルクが発生せず、それ以降に最終出力軸84をある方向に駆動しようとするトルクの反作用が変動する事により加振トルクが発生すると考えられるが、前述の如く最終出力軸84に伝達される出力トルクの変動がかなり緩和されるので加振トルクも小さくなる。
【0061】
従来の容積型エンジンで振動を低減するためには、多気筒化する事によるコストの増大が避けられなかったが、本実施例によれば、多気筒化する事によるコストの増大無しに、振動の小さい容積型エンジンを提供出来るという効果がある。
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、容積型機械におけるトルク変動に起因した加振力をほぼ完全に解消する事が出来、極めて低振動な容積型機械を提供出来るという効果がある。
【0063】
即ち前記2つの加振トルクは常に前記固定部を介して互いに打消し合い、全体の容積型機械としての外部への装着部には加振トルクがほとんど作用しなくなり、外部を加振する事が無くなる。したがって、外部との連結部に振動遮断の対策を施す必要が無くなる。また、個々の容積型マシンあるいは容積型エンジンにより発生する加振トルクが如何に大きくても、それとほぼ同程度の加振トルク同士で打ち消し合わせる事が出来るので、使用する容積型マシンあるいは容積型エンジンの構造は低振動化のために位相の異なる作動室を多数持つ必要がなく単純で安価な構造で良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の容積型機械であるガス圧縮機を上方より見た断面図
【図2】図1におけるI−I断面図
【図3】本発明の第2の実施例の容積型機械であるエンジン発電装置を上方より見た断面図
【図4】図3におけるII−II断面図
【図5】本発明の第3の実施例の容積型機械であるエンジン発電装置を側方から見た断面図
【図6】本発明の第4の実施例の容積型機械であるガス圧縮機を側方から見た断面図
【図7】本発明の第5の実施例の容積型機械である密閉型圧縮機を側方から見た断面図
【図8】図7における機構の作動原理を説明した図
【図9】本発明の第6の実施例の容積型機械である開放型圧縮機を側方から見た断面図
【図10】本発明の第7の実施例の容積型機械であるエンジン発電装置を側方から見た断面図
【図11】本発明の第8の実施例の容積型機械である開放型圧縮機を側方から見た断面図
【図12】本発明の第9の実施例の容積型機械である内燃機関を示す断面図
【符号の説明】
1…主軸、1a…偏心部、2…シリンダ、2a…吸入ポート、2…吐出ポートb、3…フレーム、3a…取付け足部、4…サイドカバー、5…揺動ピストン、5a…ローラ部、5b…ベーン部、6…シュー、7…電動機、7a…ステータ部、8…吐出弁、9…吐出弁押さえ、10…共通フレーム、11…タイミングギア、12…クランク軸、12a…クランクピン部、13…シリンダブロック、14…シリンダヘッド、15…軸受フレーム、16…サイドカバー、17…コンロッド、18…ピストン、19…ピストンピン、20…点火プラグ、21…吸入弁、22…吐出弁、23…発電機、23a…ステータ部、23b…ロータ部、24…発電機、24a…ステータ部、24b…ロータ部、25…共通フレーム、26…タイミングギア、27…共通フレーム、28…タイミングギア、29…中間ギア、30…支持軸、31…主軸、31a…偏心部、32…シリンダ、33…フレーム、34…サイドカバー、35…揺動ピストン、36…クランク軸、36a…クランクピン部、37…軸受フレーム、38…サイドカバー、39…オルダム継ぎ手、40…共通フレーム、41…逆転継ぎ手、42…往復動部材、42a…ピストン部、42b…アーム部、43…案内部材、44…円盤部材、45…球面ブッシュ、46…往復動部材、46a…ピストン部、46b…アーム部、46c…ナット、46d…吸入通路、47…シリンダブロック、47a…内周円筒面、48…球面ブッシュ、49…駆動軸、49a…駆動アーム部、49b…釣合い質量、50…軸受フレーム、50a…軸受部、51…シリンダヘッド、52…作動室、53…吸入弁、54…吐出弁、55…高圧室カバー、56…高圧空間、57…駆動用モータ57、57a…ステータ部、57b…ロータ部、58…釣合い質量、59…中央チャンバ、60…端部チャンバ、61…低圧配管、62…低圧空間、63…高圧配管、64…シリンダブロック、65…駆動軸、66…軸受フレーム、67…作動室、68…共通フレーム、69…往復動部材、69a…主ピストン部、69b…副ピストン部、69c…アーム部、69d…ナット、70…シリンダブロック、70a…内周円筒面、70b…内周円筒面、71…球面ブッシュ、72…主軸、72a…出力アーム部、72b…釣合い質量、73…軸受フレーム、73a…軸受部、74…シリンダヘッド、75…作動室、76…吸入弁、77…吐出弁、78…点火プラグ、79…交流発電機、79a…ロータ部、79bステータ部、80…釣合い質量、81…出力軸、82…駆動軸、83…中間出力軸、84…最終出力軸、85…回転慣性質量、86…可撓部材、87かさ歯車歯車、88…かさ歯車歯車、89…最終軸受フレーム
A…駆動軸49の回転軸、B…球面ブッシュ48の中心、C…球面ブッシュ48の中心、D…往復動部材46の往復動方向軸[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates generally to positive displacement machines, and more particularly to a low vibration positive displacement machine such as a compressor for refrigeration and air conditioning or an internal combustion engine for driving a generator.
[0002]
[Prior art]
Unlike non-volumetric machines such as turbomachines, electric motors, and generators, positive displacement machines consume and generate power intermittently, so their drive torque and output torque fluctuate periodically. Excitation torque, which is a couple that periodically fluctuates, acts from the outer shell portion of the outer periphery of the outer periphery of the outer periphery of the outer shell, and is a source of vibration. In conventional positive displacement machines, measures against this vibration include the operation of multiple working chambers with different cylinders and different phases to reduce fluctuations in drive torque and output torque, and floating the mounting part with a spring. Measures have been taken to block vibration.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
With the above-mentioned conventional technology, the number of cylinders and vibration isolation are theoretically difficult to eliminate even if the vibration of the positive displacement machine can be reduced, completely eliminating the problems of discomfort caused by vibration and damage to surrounding parts. I couldn't do it. In addition, the above measures have a problem that the manufacturing cost increases due to the complicated structure and the increased number of parts.
[0004]
It is an object of the present invention to eliminate a vibration generated by a positive displacement machine consuming or generating power intermittently almost completely, and to provide a highly reliable positive displacement machine with extremely small vibration. It is to provide it, and to realize it at low cost.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the claims are independent claims. 1 The low-vibration positive displacement machine according to the invention is a structural part that should be stationary in each component. Material Have And two drive shafts that rotate in opposite directions and a mechanism that is driven by each of the drive shafts and consumes substantially the same amount of power, and the mechanism periodically changes the power consumption during steady operation. In a low-vibration positive displacement machine in which the structural members to be stationary are integrally fixed, the drive shafts are synchronized so that their phases are substantially equal. The mechanism that consumes power by being driven through the two drive shafts is a piston portion that is guided by other members to perform reciprocation and rotation around the axis in the reciprocation direction, and a direction perpendicular to the reciprocation direction. A reciprocating member composed of two arm portions projecting on opposite sides, a guide member which is another member for guiding the piston portion of the reciprocating member, and rotating in opposite directions around a coaxial rotation axis Times Two shaft members each supporting one of the arm portions of the reciprocating member at a position displaced in the radial direction from the shaft so as to be capable of relative rotation and change in the relative rotation axis direction; and the two shaft members A bearing member that supports the rotation of the two reciprocating members, forming a sealed space adjacent to the reciprocating member to form an operating space, and reciprocating the reciprocating member by rotating the two shaft members in opposite directions. It is a mechanism that moves and changes the volume of the working space to move and compress the working fluid. It is characterized by things.
[0006]
Similarly, claims 5 The low-vibration positive displacement machine according to the invention is a structural part that should be stationary in each component Material Have And two output shafts rotating in opposite directions to each other, and a mechanism for supplying substantially the same amount of power to the outside through the output shafts, and the mechanism periodically changes the output during steady operation. Having a synchronization mechanism that synchronizes the output shafts so that their phases are substantially equal, Structural members that should be stationary One It is characterized by being fixed to the body.
[0007]
[Action]
First, among several means for solving the above-described problems, two positive displacement machines or positive displacement engines whose consumption power or output changes approximately equally and periodically are respectively connected to the two shaft members. Let us consider a case where a positive displacement machine is configured by synchronizing the phases.
[0008]
In this case, an excitation torque that changes periodically is generated by the positive displacement machine or positive displacement engine connected to one shaft member, but at the same time, the positive displacement machine or positive displacement engine connected to the other shaft member. As a result, an exciting torque that changes in a cycle in a similar manner is generated. Moreover, since the two shaft members are always rotating in almost opposite directions in synchronism with each other, the above-described two excitation torques always change in opposite directions and in substantially the same size. Further, since the members to be stationary of the positive displacement machine or positive displacement engine are fixed to each other so as to be integrated, the above two excitation torques always cancel each other through the fixed portion, Excitation torque hardly acts on the externally mounted portion as the positive displacement machine, and the external vibration is eliminated. Therefore, it is not necessary to take measures against vibration isolation at the connecting portion with the outside. In addition, no matter how large the excitation torque generated by an individual positive displacement machine or positive displacement engine, it can be canceled out with approximately the same excitation torque, so the positive displacement machine or positive displacement engine used This structure does not require a large number of working chambers with different phases in order to reduce vibration, and can be a simple and inexpensive structure.
[0009]
Next, among several means for solving the above-described problems, a case where a positive displacement machine is configured by connecting two shaft members to a common positive displacement machine or positive displacement engine will be considered.
[0010]
Since this positive displacement machine has two similar drive shafts or output shafts rotating in opposite directions, the direction of the drive shaft or output shaft around the rotation axis is related to the operation of each component including its internal components. It can be made into a structure that does not have sex. That is, when viewed from the axial direction of the drive shaft or the output shaft, each component can be configured to perform a symmetric motion with respect to a certain axis. Therefore, if a mass having the same rotational inertia (moment of inertia) is attached to each of the two drive shafts or output shafts, and a similar drive source or load is connected, the signals are transmitted via the two drive shafts or output shafts. Driving torque or output torque can be made almost equal. At this time, this positive displacement machine is not only related to the operation of each part but also to the force acting on each part, it is always almost symmetric when viewed from the axial direction of the drive shaft or output shaft, and is generated as a result of the action of those forces. The excitation torque to be applied should have no directivity around the rotation axis of the drive shaft or output shaft.
[0011]
On the other hand, the excitation torque generated by a general positive displacement machine is always caused by fluctuations in the drive torque or output torque transmitted via the drive shaft or output shaft of the positive displacement machine. It is generated as fluctuating torque that tries to rotate the opponent around the axis. Even if there are two similar drive shafts or output shafts rotating in opposite directions, these shafts are coaxial or parallel to each other and have the same axial direction. It should be generated as a fluctuating torque that tries to rotate the opponent.
[0012]
However, when the value of the excitation torque is other than zero, the other end is rotated in the direction around the drive shaft or the output shaft, and the direction is directed. This contradicts the above-described logic that the direction of the drive torque or the output shaft around the rotation axis disappears due to the symmetry of the motion of each component. Therefore, the value of the excitation torque must be zero, and if the members to be stationary of this positive displacement machine are fixed to each other so as to be united, the mounting portion to the outside of the entire positive displacement machine Excitation torque is no longer applied to, and no external vibration is applied. Therefore, it is not necessary to take measures against vibration isolation at the connecting portion with the outside.
[0013]
In addition, no matter how large the fluctuations in the power consumed or supplied by this positive displacement machine, the excitation torque becomes zero regardless of this, so the structure of this positive displacement machine is phased to reduce vibration. It is not necessary to have many different working chambers, and a simple and inexpensive structure is sufficient. In this means, the symmetry of the motion of each component when viewed from the axial direction of the drive shaft or output shaft, the identity of the rotational inertia (moment of inertia) attached to each of the two drive shafts or output shaft, Even if the identity of the drive source or load connected to each of the two drive shafts or output shafts is not perfect, the excitation torque can be reduced if the symmetry and identity errors are kept small. Occurrence can be reduced to such an extent that it does not substantially become a problem.
[0014]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional view of a gas compressor, which is a positive displacement machine according to a first embodiment of the present invention, as viewed from above, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II in FIG. 1, and FIG. 3 is a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of an engine power generator as an example of a positive displacement machine from above, FIG. 4 is a cross-sectional view along II-II in FIG. 3, and FIG. 5 is an engine power generator as a positive displacement machine of a third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a sectional view of a gas compressor, which is a positive displacement machine according to a fourth embodiment of the present invention, viewed from the side, and FIG. 7 is a sectional view of the fifth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a sectional view of a hermetic compressor as a positive displacement machine viewed from the side, FIG. 8 is a diagram illustrating the operating principle of the mechanism in FIG. 7, and FIG. 9 is a positive displacement machine according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 10 is a cross-sectional view of an open type compressor as viewed from the side, and FIG. 10 is a cross-sectional view of the engine generator as a positive displacement machine according to the seventh embodiment of the present invention as viewed from the side. FIG. 11 is a sectional view of an open type compressor as a positive displacement machine according to an eighth embodiment of the present invention as viewed from the side, and FIG. 12 shows an internal combustion engine as a positive displacement machine according to the ninth embodiment of the present invention. FIG.
[0015]
1 and 2 show a gas compressor which is a positive displacement machine according to a first embodiment of the present invention. The entirety of the present embodiment is composed of two compressor units each including a compression mechanism portion including a main shaft 1, a
[0016]
The two compressor units of the present embodiment, in which a driving motor 7 having a stator 7a and a
[0017]
In addition, in this invention, well-known things, such as a positive displacement pump and a Stirling refrigerator, are implemented as a positive displacement machine besides the vane type compressor shown by the said Example.
[0018]
According to the first embodiment, as described in the section of “Operation”, the excitation torques generated by the two positive displacement compressor units are reversed and in phase with each other, There is an effect that it is possible to hardly transmit the excitation torque to the outside from the
[0019]
FIGS. 3 and 4 show an engine power generator as a positive displacement machine according to a second embodiment of the present invention. The entirety of the present embodiment includes a
[0020]
Further, the
[0021]
In the present invention, as a positive displacement engine, in addition to the four-stroke engine in the one-side working chamber of the above embodiment, the one in the upper and lower working chambers, the two-stroke internal combustion engine, the external combustion engine, The engine can be implemented by connecting various known generators and turbo compressors.
[0022]
Also in the second embodiment, as described in the section of “Operation”, the excitation torques generated by the two engine generator units are opposite to each other so as to cancel out each other, and to the outside. There is an effect that the excitation torque can be hardly transmitted from the
[0023]
FIG. 5 shows a power generator as a positive displacement machine according to a third embodiment of the present invention. The entirety of the present embodiment includes a
[0024]
Also according to the third embodiment, as described in the section of “Action”, the excitation torque generated by the two generator units is reversed and in phase with each other so that they can be canceled out and attached to the outside. There is an effect that it is possible to hardly transmit the excitation torque from the
[0025]
FIG. 6 shows a gas compressor which is a positive displacement machine according to a fourth embodiment of the present invention. The entirety of the present embodiment is composed of a compression mechanism portion of the same type as that of the first embodiment, which includes a
[0026]
However, the two compression mechanism parts used in the fourth embodiment use the same individual parts, but by changing the fixing direction of the parts such as the
[0027]
In this embodiment, the two compressor units are fixed to the
[0028]
Also according to the fourth embodiment, as described in the section of “Operation”, the excitation torque generated by the two compressor units is reversed to be in phase with each other, thereby canceling each other out. There is an effect that it is possible to hardly transmit the excitation torque from the
[0029]
In the positive displacement machines of the first to fourth embodiments so far, each of the two combinations of the machine and the engine that drives the same is prepared to constitute a low vibration positive displacement machine as a whole. However, as long as at least one of the machine and the engine / structure of the machine and engine is satisfied, it can be replaced with any other machine / engine of the other system / structure. Machine vibration can be reduced. In addition, the machine and the engine, which are those components, were integrated by being fixed to a common frame, but even if these components are directly fixed and integrated, they are similarly low vibration. The positive displacement machine is obtained.
[0030]
7 and 8 show a hermetic compressor as a positive displacement machine according to a fifth embodiment of the present invention. The reciprocating
[0031]
As a result, the two
[0032]
The opening end of the inner peripheral
[0033]
A
[0034]
FIG. 8 shows the movement of each movable part when the two
[0035]
Since the reciprocating
[0036]
On the other hand, since the reciprocating
[0037]
In this embodiment, the above relationship is always forced to the two-dimensional coordinates in FIGS. 8A to 8E at the centers (points B and C) of the two
[0038]
The working gas flows into the
[0039]
In this embodiment, the two
[0040]
Next, in this embodiment, the inertia force (the vertical direction in FIG. 7) of the reciprocating motion of the reciprocating
[0041]
Next, in this embodiment, the reciprocating
[0042]
Next, this embodiment differs from the previous first to fourth embodiments in that each of the two machines and the engine for driving the machine is required. Since it is configured by a machine and also serves as a reverse synchronization mechanism, the number of components as a whole compressor can be reduced. That is, there is an effect that it can be produced at low cost.
[0043]
Furthermore, in this embodiment, there is an effect that the width and diameter in the direction perpendicular to the axis of the compressor can be reduced.
[0044]
FIG. 9 shows an open type compressor which is a positive displacement machine according to a sixth embodiment of the present invention. The central compressor section includes a reciprocating
[0045]
In addition, in this embodiment, no electric machine is used in the part that consumes power or the part that supplies the power, and no equipment such as power supply or power transmission is required, and it contributes to power peak cut by not consuming electric power. There is an effect that can be done.
[0046]
In addition, if the compressor unit is used as a refrigerator for the refrigeration cycle in this embodiment, the waste heat of the internal combustion engine unit can be directly assembled in the form of heat with a heat pump and used during heating operation, and the power source is also There is an effect that the overall energy efficiency including the energy can be improved.
[0047]
Furthermore, according to the present embodiment, the piston side force is not generated in the compressor section, the mechanical friction loss is reduced and the efficiency is improved, the effect that the number of components can be reduced, and the compressor shaft can be produced at a low cost. The effect that the width and diameter in the perpendicular direction can be reduced can be obtained as in the fifth embodiment.
[0048]
FIG. 10 shows a power generator as a positive displacement machine according to a seventh embodiment of the present invention. In the central internal combustion engine section, the reciprocating
[0049]
The outer peripheral spherical surface portions of the two
[0050]
A
[0051]
The opening end of the inner peripheral cylindrical surface 70a of the
[0052]
FIG. 10 shows one
[0053]
The mechanism is the same as that of the central compressor portion of the fifth embodiment shown in FIG. 7, and the two
[0054]
FIG. 11 shows an open type compressor which is a positive displacement machine according to an eighth embodiment of the present invention. The central internal combustion engine section is a four-cycle one-cylinder positive displacement internal combustion engine that is substantially equal to the seventh embodiment of FIG. 10, but the two
[0055]
In the present embodiment, first, both the compressor section that consumes power and the internal combustion engine section that drives the compressor section are of the positive displacement type, but the internal combustion engine section does not generate an excitation torque for the same reason as in the fifth embodiment. In addition, since the excitation torques of the two compressor sections are opposite in direction and synchronized in phase, they cancel each other, and there is an effect that no excitation torque is generated as a whole.
[0056]
Further, according to the present embodiment, the piston side force of the internal combustion engine part is not generated, the mechanical friction loss is reduced and the efficiency is improved, the effect that the number of components can be reduced and the production can be performed at a low cost, the shaft of the power generator The effect that the width and diameter in the perpendicular direction can be reduced can be obtained for the same reason as described in the fifth embodiment.
[0057]
Further, in this embodiment, as in the sixth embodiment, there is no need for equipment such as a power source and power transmission, and the effect that it can contribute to the peak power cut and the waste heat of the internal combustion engine section are utilized for the heating operation. There is an effect that the energy efficiency of can be improved.
[0058]
FIG. 12 shows an internal combustion engine as a ninth embodiment of the present invention. This embodiment has the same mechanism as that of the internal combustion engine portion which is a drive source in the power generation apparatus of the seventh embodiment and the compressor of the eighth embodiment, but two intermediate output shafts that are reverse to each other. 83 is finally connected to one
[0059]
The power generated by the positive displacement engine fluctuates periodically. However, in the seventh and eighth embodiments, the power around the output shaft can be obtained by taking out the power with the two output shafts that are reverse to each other. It did not have directionality and prevented the generation of excitation torque. In this embodiment, the
[0060]
First, in this embodiment, a
[0061]
In order to reduce vibration in a conventional positive displacement engine, an increase in cost due to the increase in the number of cylinders is unavoidable. However, according to the present embodiment, the vibration is increased without an increase in the cost due to the increase in the number of cylinders. It is possible to provide a small displacement type engine.
[0062]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the excitation force resulting from the torque fluctuation in a positive displacement machine can be eliminated almost completely, and there exists an effect that a positive displacement machine with an extremely low vibration can be provided.
[0063]
That is, the two excitation torques always cancel each other out via the fixed portion, and the excitation torque hardly acts on the externally mounted portion as the whole positive displacement machine, and the outside can be vibrated. Disappear. Therefore, it is not necessary to take measures against vibration isolation at the connecting portion with the outside. In addition, no matter how large the excitation torque generated by an individual positive displacement machine or positive displacement engine, it can be canceled out with approximately the same excitation torque, so the positive displacement machine or positive displacement engine used This structure does not require a large number of working chambers with different phases in order to reduce vibration, and can be a simple and inexpensive structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas compressor as a positive displacement machine according to a first embodiment of the present invention as viewed from above.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG.
FIG. 3 is a sectional view of an engine power generator as a positive displacement machine according to a second embodiment of the present invention as viewed from above.
4 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an engine power generator as a positive displacement machine according to a third embodiment of the present invention as viewed from the side.
FIG. 6 is a sectional view of a gas compressor, which is a positive displacement machine according to a fourth embodiment of the present invention, as viewed from the side.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a hermetic compressor as a positive displacement machine according to a fifth embodiment of the present invention when viewed from the side.
8 is a diagram illustrating the operating principle of the mechanism in FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of an open type compressor that is a positive displacement machine according to a sixth embodiment of the present invention when viewed from the side.
FIG. 10 is a sectional view of an engine power generator as a positive displacement machine according to a seventh embodiment of the present invention as viewed from the side.
FIG. 11 is a cross-sectional view of an open type compressor that is a positive displacement machine according to an eighth embodiment of the present invention when viewed from the side.
FIG. 12 is a sectional view showing an internal combustion engine which is a positive displacement machine according to a ninth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main shaft, 1a ... Eccentric part, 2 ... Cylinder, 2a ... Intake port, 2 ... Discharge port b, 3 ... Frame, 3a ... Mounting foot part, 4 ... Side cover, 5 ... Swing piston, 5a ... Roller part, 5b ... vane part, 6 ... shoe, 7 ... electric motor, 7a ... stator part, 8 ... discharge valve, 9 ... discharge valve holder, 10 ... common frame, 11 ... timing gear, 12 ... crankshaft, 12a ... crankpin part, DESCRIPTION OF
A: Rotation axis of
Claims (10)
互いに逆方向に回転する2つの駆動軸を介して駆動されて動力を消費する機構は、他の部材に案内されて往復運動と該往復動方向の軸線回りの回転を行なうピストン部および該往復運動方向と直角方向で互いに反対側に突出した2つのアーム部からなる往復動部材と、前記往復動部材のピストン部を案内する他の部材である案内部材と、同軸の回転軸回りに互いに逆方向に回転しながらその回転軸から半径方向に偏位した位置でそれぞれ前記往復動部材のアーム部の1つを相対的な回転とその相対回転軸方向の変化が可能に支持する2つの軸部材と、前記2つの軸部材の回転を支持する軸受部材とを構成要素に持ち、前記往復動部材に隣接して密閉空間を形成して作動空間とし、前記2つの軸部材の互いに逆方向の回転により前記往復動部材を往復運動させて前記作動空間の容積を変化させ、作動流体の移送や圧縮を行なう機構である事を特徴とする低振動容積型機械。Each having a structural member to be stationary for in the components and having a mechanism for consumption and two drive shafts rotating in opposite directions, about the same amount of power is driven by the respective drive shaft In addition, the mechanism includes a synchronization mechanism that synchronizes the drive shafts so that the phase of the periodic change in power consumption during steady operation is substantially equal, and the structural members to be stationary are integrated. In a low vibration positive displacement machine fixed to
A mechanism that consumes power by being driven through two drive shafts that rotate in opposite directions is a piston portion that is guided by another member to perform reciprocating motion and rotation about an axis in the reciprocating motion direction, and the reciprocating motion. A reciprocating member composed of two arm portions projecting in opposite directions at right angles to the direction, a guide member which is another member for guiding the piston portion of the reciprocating member, and directions opposite to each other around a coaxial rotation axis Two shaft members which support one of the arm portions of the reciprocating member at a position deviated from the rotation axis in a radial direction while rotating in a rotational direction and a change in the relative rotation axis direction. A bearing member for supporting the rotation of the two shaft members as a component, forming a sealed space adjacent to the reciprocating member as an operating space, and by rotating the two shaft members in opposite directions. The reciprocating member Back and forth motion to change the volume of the working space, low vibration displacement machine, characterized in that a mechanism for the transfer and compression of the working fluid.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23033095A JP4041173B2 (en) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | Low vibration positive displacement machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23033095A JP4041173B2 (en) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | Low vibration positive displacement machine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0972275A JPH0972275A (en) | 1997-03-18 |
JP4041173B2 true JP4041173B2 (en) | 2008-01-30 |
Family
ID=16906154
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23033095A Expired - Fee Related JP4041173B2 (en) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | Low vibration positive displacement machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4041173B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19961646C1 (en) * | 1999-12-21 | 2001-11-15 | Knorr Bremse Systeme | Low-vibration, two-stage plunger compressor |
JP4042417B2 (en) * | 2002-01-28 | 2008-02-06 | 株式会社日立製作所 | Positive displacement machine |
JP5283301B2 (en) * | 2004-02-17 | 2013-09-04 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Brake hydraulic pressure control device |
JP5070348B2 (en) * | 2011-02-25 | 2012-11-14 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Brake hydraulic pressure control device |
KR102228258B1 (en) * | 2014-06-12 | 2021-03-17 | 학교법인 두원학원 | Small refrigerant compressor |
JP6449576B2 (en) * | 2014-07-11 | 2019-01-09 | 国立大学法人 東京大学 | Positive displacement machine |
-
1995
- 1995-09-07 JP JP23033095A patent/JP4041173B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0972275A (en) | 1997-03-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7827901B2 (en) | Free swinging piston heat machine | |
AU2008287615B2 (en) | An axial piston machine with rotation restraint mechanism | |
GB2430238A (en) | Multi-cylinder, free-piston, alpha Stirling machine with stepped pistons | |
WO2008010490A1 (en) | Cycloid reciprocating engine and pump employing this crank mechanism | |
EP0619000A4 (en) | Multiple axis rotary compressor. | |
JPH08507353A (en) | Swing yoke device | |
US4932373A (en) | Motion converting mechanism | |
GB2470808A (en) | Positive Displacement Machines with balanced hypocycloidal drive | |
JPH10220547A (en) | Motion converting mechanism of low vibration, internal combustion engine and reciprocating compressor | |
US20070062469A1 (en) | Rotary radial internal combustion piston engine | |
JP4041173B2 (en) | Low vibration positive displacement machine | |
KR960000436B1 (en) | Rotating and reciprocating piston engine | |
US9528585B2 (en) | Piston engine | |
US20060283186A1 (en) | Stirling cycle machines | |
WO2008108670A1 (en) | Axial piston device | |
JP4521785B1 (en) | Rotating piston machine | |
JP3626018B2 (en) | Directly connected reciprocating crank unit | |
JP2003510528A (en) | Conversion from linear reciprocating motion to rotary motion | |
WO1996031688A1 (en) | Virtual crankshaft engine | |
JP6376634B1 (en) | Drive device with oscillating linear motion mechanism | |
NZ560333A (en) | Balancing of multicyclinder free piston machines | |
JP3426113B2 (en) | Reciprocating piston mechanism | |
JP2002369487A (en) | Power-generating equipment | |
RU2134795C1 (en) | Method of and volumetric expansion (displacement) machine for conversion of motion | |
US5911564A (en) | Control system for multiple engines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050809 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051007 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051129 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060120 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060125 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20060130 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20060303 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071011 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071109 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101116 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101116 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111116 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111116 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121116 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121116 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131116 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |