JP4880040B2

JP4880040B2 - 容積式機械の設計（改良型）

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Publication number: JP4880040B2
Application number: JP2009543979A
Authority: JP
Inventors: セルゲイイワノヴィッチネフェドフ; アレクサンドルイワノヴィッチジルキン; セルゲイルヴォヴィッチソロモノフ; ユーリラザレヴィッチアルズマニャン
Original assignee: セルゲイイワノヴィッチネフェドフ
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2027-12-10
Also published as: US20100054979A1; CN101568698B; EP2098684A2; RU2322587C1; EP2098684A4; WO2008079053A2; US8128389B2; WO2008079053A3; CN101568698A; JP2010514982A

Description

本発明は容積式のピストン回転機械に関し、ポンプ、圧縮機、エンジンにおいて本発明を使用することができる。

偏心部を有するシャフトと、シャフト偏心部に取り付けられるとともに末端面と凸状の側面とによって形成された外面を有するロータピストンと、２つの平らで平行な末端壁とロータピストンを恒久的に収容する３つの作動区域で閉じられた側壁とによって形成された、ロータピストンを配置するための内側空間を含むステータと、ステータ側壁の作動区域に配置されたセグメントと、ロータピストンに連結した歯車状の噛合部と、ステータに固定して連結された、内歯を有するホイールとを含む動力ユニットが知られており、この場合、ロータピストン側面の個々の断面は、偏心部のシャフトの軸線から最も遠くにあるとともに軸線に対して対称的に配置された２つの点を有する凸状の閉じた線であり、シャフトの軸線と直交するステータ側壁の個々の断面は、丸みを帯びた角と直線状又は滑らかな凸状の辺とを有する正三角形の形状を有し、ステータの内部容積は、ステータの３つの作動部分に対するロータピストンの凸状の側面の接線によって、可変容積を有する３つの作動チャンバに細分割される。この動力ユニットは、ロータピストンに固定して連結された外径ｄのスリーブを有し、ステータ末端壁内には円形の開口部が設けられ、この開口部はシャフトと同軸上にあるとともにその直径はＥ＋０．５ｄ（Ｅは、前記シャフトの軸線と前記偏心部の軸線との間の距離である）よりも大きく、前記開口部内に及びシャフトと同軸上に回転式ディスクが配置され、スリーブはステータの内部容積を越えて回転式ディスク内の開口部を貫通し、歯車噛合部の歯車は、スリーブと同軸上にスリーブに固定して連結され、前記歯車噛合部は、ステータの内部容積を越えてステータ内に配置され、ステータと回転式ディスクの間にリングシールが取り付けられる（ロシア特許第２０５６７１２号）。

ガイド部が正Ｍ角形の境界を定める線の形をとる内部円筒面を有する中空ステータと、ステータキャビティ内に偏心して配置されるとともにキャビティ軸に対して遊星運動することができ、運動中、ステータのＭ個の角の区域におけるキャビティの側面とステータの内部円筒面との間の接触により、各々が他のチャンバから隔離された、可変容積を有するＭ個の作動チャンバを形成するロータと、上部にステータキャビティ軸と同軸上に可動シャフトが取り付けられた前部カバーと、ステータに堅く密閉して連結された後部カバーと、弁分配機構とを含む容積式機械も知られており、この場合、ロータ断面は、相互に滑らかに接合したＭ−１個の同様の凸辺を含む平らな形状であり、ロータ回転軸と一致するＭ−１の序列の回転軸を有する。容積式機械の前面カバーは、一体にされたステータに固定かつ密閉して連結され、ステータは、前部及び後部カバーに連結されて、シャフトと同軸の第１及び第２の円形キャビティを形成するとともにキャビティの内周面に沿ってステータキャビティと連通し、弁分配機構は、ロータと同軸の入口及び出口ディスク弁を含み、これらのディスク弁は、それぞれロータの第１及び第２の端部フランジとして作られるとともに、ロータとそれぞれの円形キャビティの側壁との間の最低限保証されたギャップにより、可変容積の作動チャンバをこれらの端部において非接触密閉するロータの自由な運動を確実にし、運動中、後部カバー内に作られたＭ個の入口流路を定期的に覆うことと、ステータの円筒面の個々の角の区域においてステータ内に作られるＭ個の出口流路を収集出口キャビティに定期的に連結することを確実にできるように、それぞれ第１及び第２の円形キャビティ内に配置され、この場合Ｍは３以上の整数である（ロシア特許第２１９９６６８号）。

さらに、この容積式機械のシャフトは、ステータキャビティ内に配置される偏心した区域と共に作られ、後部カバーに設けられた静止した外側ホイールの内側リング歯車と係合する外側リング歯車を有する遊星駆動式内側ホイールを備えたロータ軸である。

しかしながら、上記の技術的解決法は、高い性能及び効率を有する容積式機械を構築するためにロータ外面及びステータ内面の輪郭を最適化するという課題を解決するものではない。

上述の２つの技術的解決法で説明した動力ユニットと同様の動力ユニットに関するロシア特許出願第２００３１０５２０１号（２００３年２月２５日公開）において、ロータ外面及びステータ内面を形成するための数学方程式を定義する試みがなされた。この動力ユニットは、偏心部を有するシャフトと、側面と平らな末端壁とを有するロータピストンと、ロータピストンのための駆動機構と、作動物質のための分配装置と、内側面と末端壁と内部容積とを有する作動シリンダとを備え、ロータピストンは、シャフト偏心部に取り付けられるとともに作動シリンダの内部容積内に配置され、シャフト軸と直交する作動シリンダの内側面の個々の断面輪郭はＮ角形（Ｎは３以上）の形状を有し、シャフト軸と直交するロータピストン側面の個々の断面輪郭は、Ｎ＝３の場合には牡蠣形を有し、またＮが３よりも大きい場合には正曲線（Ｍ−１）角形の形状を有し、作動シリンダは、ロータピストンの側面と接触するＮ個の作動区域をその内側面に有し、作動シリンダの内部容積は、ロータピストンの側面と作動シリンダの側面の作動区域との間の接触線によりＮ個の可変容積の作動チャンバに細分割され、作動シリンダのＮ個の角部の各々の中に入口−出口孔が設けられ、作動物質分配装置は、回転式弁装置と、回転式弁装置のための駆動機構と、作動物質のためのＮ本の主管路とを含み、作動物質のためのＮ本の主管路はそれぞれのＮ個の入口−出口孔に連結され、弁装置の回転軸は動力ユニットのシャフト軸と一致し、回転式弁装置のための駆動機構はシャフトに連結される。回転式弁装置は１つの平らな分配ディスクの形で作られ、作動物質のためのＮ本の主管路及びＮ個の入口−出口孔を介して作動シリンダのＮ個の作動チャンバの全てに作動物質を同時に分配するための（Ｎ−１）個の入口貫通孔と（Ｎ−１）個の出口貫通孔とを含む。

上記の類似した解決策のロータ−ステータ構成の主な識別特徴は、全体として多数の径方向接点を含むステータの作動キャビティの側面内に含まれた平坦な矩形小平面を利用できるということである。その他の外的特徴のうち、ロータ及び作動キャビティの両方の輪郭曲線が包絡し、すなわち判別式の類に関連する点を挙げることができ、このためこれらのピストン回転機械を判別型と呼ぶことができる。

このような機械では、従来の技術的解決法におけるロータピストン側面の前記断面輪郭を、ｘとｙの直交座標系において、

の方程式によって表すことができ、
上式において、ｅは偏心度（主シャフト部分の軸線と偏心シャフト部分の軸線との間の距離）であり、
ｚ＝Ｎ−１であり、この場合、Ｎは作動シリンダの断面において形成される曲線角区域を有する正Ｎ角形における角の個数（Ｎ＞３）であり、
ａは正Ｎ角形の外接円の半径であり、

であり、
Фは角度パラメータであり、

であり、
また、作動シリンダ内側面の前記断面輪郭は、正Ｎ角形であるとともにこの正Ｎ角形の中に曲線角区域を有し、この場合、曲線角区域の作動シリンダ断面の輪郭の形状を、ｘとｙの直交座標系において、

の方程式によって表すことができ、
また、作動シリンダ内側面の断面輪郭における直線区域を、

の方程式によって表すことができ、
上式において、ｅは偏心度（主シャフト部分の軸線と偏心シャフト部分の軸線との間の距離）であり、
ｚ＝Ｎ−１であり、この場合、Ｎは作動シリンダの断面において形成される正Ｎ角形における角の個数（Ｎ＞３）であり、
ｘは偏心シャフト部の軸周りにおけるロータピストンの回転の角度であり、

であり、
ａは正Ｎ角形の外接円の半径であり、
ｋは作動シリンダ内面上の作動区域の個数である。
（２００３年２月２５日に公開されたロシア特許出願第２００３１０５２０１号を参照のこと。）

上述するとともに上記方程式によって表した判別型ピストン回転機械のための「ロータ−ステータ」構成は、その実用的な有意水準を大幅に低下させる数多くの固有の特徴によって特徴付けられる。

ロータ及びステータの取付け中の、これらの相互の配置の唯一の改良型がこの構成に固定される。すなわち、ロータの幾何学的中心を通る軸線に対するロータの位置及び遊星歯車機構の小歯車と大歯車（これらの歯車は、駆動シャフトとロータとの同期運動に使用される機構の主構造要素である）との間の初期の接点を１つの方法で決定することができ、前記軸線に対するステータの作動キャビティの輪郭の位置も１つの方法のみで決定することができるが、これは、形式的には、従来の技術的解決法におけるロータ−ステータ構成がたった３つの値、すなわちロータの頂点の個数（ｚ）、偏心度（ｅ）、及び形状パラメータ（ａ^*＝ａ／ｅ）によって決定されることを意味する。この事実により、ロータ−ステータの対を製造し組み立てる技術プロセスに深刻な問題が持ち込まれる。

別の従来の解決策では、小歯車がステータに連結され、大歯車がロータに連結されるという逆の改良型を実現せずに、小歯車がロータに連結され、大歯車がステータに連結されるという状況が実現される。従って、従来の方程式では、この逆の状況に関してロータ−ステータ構成を決定することができず、これにより回転機械の用途の範囲が大幅に区切られる。

従来の方程式は、無次元パラメータ＝ａ／ｅの値の下限を設定しない結果、ロータ輪郭の頂点に「ループ」が出現し、このため、この類似の解決策の実現可能性が実際には失われるということになる。

従来の方程式には、ステータの作動キャビティの輪郭の曲線区域と直線区域との間の接合点を識別するものがなく、これにより、ロータ及びステータの形状を正確に実現できないようになる。

類似の解決策では、ステータの輪郭の直線区域と曲線区域とを接合するために１つの接合曲線しか使用しないが、提案する技術的解決法に関連して行う方程式解析は、第１の実施形態には奇数値のｚパラメータの、或いは第２の実施形態には偶数値のｚパラメータの２つの曲線が正確な接合のために必要であることを示している。従って、上述した係合パラメータｚの値では、最も類似した解決策は機能しない。

最終的に、最も類似した解決策は、かなり数の用途に、特にエンジン、圧縮機、又はポンプなどにおいて実現する場合、これらの作製精度が低く、これらの比容量、出力、効率が低く、耐用年数が短い場合には役に立たない。

ロシア特許第２０５６７１２号ロシア特許第２１９９６６８号ロシア特許出願第２００３１０５２０１号

本発明の目的は、ロータ−ステータの作動面の構成及びこれらの作製精度を最適化することにより、効率、比容量、及び出力の上昇を可能にする容積式機械の改良型を作製し、この結果、判別型ピストン回転機械の性能を上昇させるとともにこれらの応用分野を広げることにある。

この目的を達成するために、本発明の２つの実施形態を提案する。

第１の実施形態では、ステータと、ステータ内に偏心して取り付けられたロータと、大歯車及び小歯車から成る遊星歯車機構とを含み、大歯車が小歯車の外側に係合した形で固定して取り付けられ、小歯車が遊星歯車機構の大歯車の周囲を移動可能なように作られ、ステータが大歯車に連結され、ロータが遊星歯車機構の小歯車に連結された従来構成の容積式機械において、本発明により、ロータの断面における外面輪郭が直線群の包絡線となり、この群を生成する線ｙ_zが、大歯車に固定して連結されるとともに、この線の開始点が大歯車の中心にあるＯ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系において、

の方程式により設定され、
上式において、Ａは軸Ｏ₁Ｘ₁に対する直線ｙ_zの傾斜角（０≦Ａ≦π）であり、
ｘ１はＯ₁Ｘ₁に沿った直線ｙｚの現在点の座標であり、
Ｂは、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系の開始点Ｏ₁を直線ｙ_zに連結する区域の傾斜角（０≦Ｂ≦π及びＢ≠Ａ）であり、Ｏ₁Ｘ₁軸から計算され、
ａは、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系の開始点Ｏ₁を直線ｙ_zに連結する区域の長さであり、
また、ロータの輪郭は、

のパラメータ方程式により作成され、
上式において、ｘ、ｙは、ＯＸＹデカルト座標系のＸ、Ｙ軸に沿った輪郭点の現在座標であり、その開始点は小歯車の中心にあり、
ｅは偏心度の値であり、
ｚは、係合パラメータ（ｚ＝２、３、・・・）であり、
α＝（ｚ＋１）Ψであり、
Ψは小歯車に対する大歯車の回転角であり、ＯＸＹ座標系におけるＸ軸から計算され、この開始点は小歯車の中心にあって１つのパラメータの役割を果たし
０≦Ψ≦２πであり、

であり、
ａ^*は、ａ^*＝ａ／ｅとして定義される形状パラメータであり、

の条件を満たし、
また、ステータの断面における内面輪郭はｚ＋１個の直線区域で作られ、これらの各々は、

のパラメータ方程式に対応して作られ、
上式において、ｘ_k、ｙ_kは、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁デカルト座標系の軸Ｘ₁、Ｙ₁に沿ったステータの輪郭点の現在座標であり、この開始点は大歯車の中心にあり、
ｋ＝０、１、・・・ｚは直線区域の数であり、

であり、
χは大歯車に対する小歯車の回転角であり、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系のＸ₁軸から計算され、この開始点は大歯車の中心にあって１つのパラメータの役割を果たし、この場合、

の場合、

Ｂ−Ａ＜０かつ

、又はＢ−Ａ＞０かつ

の場合、

Ｂ−Ａ＜０かつ

の場合、

となり、この場合、ステータの輪郭の隣り合う直線区域は、互いにｚ＋１個の曲線区域によって接合され、これらの曲線区域の各々は、次のパラメータ方程式のいずれか、すなわち、

上式において、ｘ′、ｙ′は、軸Ｏ₁Ｘ₁、Ｏ₁Ｙ₁に沿った接合弓形の現在座標であり、
θは、ｋが偶数かつＢ−Ａ＜０の場合、或いはｋが奇数かつＢ−Ａ＞０の場合、

の区域上で定められるパラメータであり、
若しくはθは、ｚが偶数かつｋが奇数かつＢ−Ａ＜０の場合、或いはｚが偶数かつｋが偶数かつＢ−Ａ＞０の場合、

の区域上で定められるパラメータであり、

であり、
又は、

に対応する弓形として作られ、
上式において、θは、ｚが奇数かつｋが奇数かつＢ−Ａ＜０である場合、

の区域上で定められるパラメータであり、
若しくはθは、ｚが奇数かつｋが偶数かつＢ−Ａ＞０である場合、

の区域上で定められるパラメータである。

第２の実施形態では、ステータと、ステータ内に偏心して取り付けられたロータと、大歯車及び小歯車から成る遊星歯車機構とを含み、小歯車が大歯車の内側に係合した形で取り付けられた従来構成の容積式機械において、本発明により、小歯車が固定して取り付けられ、大歯車が遊星歯車機構の小歯車の周囲を移動可能に作られ、ステータが小歯車に連結され、ロータが遊星歯車機構の大歯車に連結され、ロータ断面における外面輪郭が直線群の包絡線となり、この群を生成する線ｙ_zが、小歯車に固定して連結されるとともに、この開始点が小歯車の中心にあるＯ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系において、

の方程式により設定され、
上式において、ＡはＯ₁Ｘ₁軸に対する直線ｙ_zの傾斜角（０≦Ａ≦π）であり、
ｘ１はＯ₁Ｘ₁に沿った直線ｙ_zの現在点の座標であり、
Ｂは、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系の開始点Ｏ₁を直線ｙ_zに連結する区域の傾斜角（０≦Ｂ≦π、Ｂ≠Ａ）であり、Ｏ₁Ｘ₁軸から計算され、
ａは、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系の開始点Ｏ₁を直線ｙ_zに連結する区域の長さであり、
また、ロータの輪郭は、

のパラメータ方程式により作成され、
上式において、ｘ、ｙは、ＯＸＹデカルト座標系のＸ、Ｙ軸に沿った輪郭点の現在座標であり、その開始点は大歯車の中心にあり、
ｅは偏心度の値であり、
ｚは、係合パラメータ（ｚ＝２、３、・・・）であり、
ａ^*は、ａ^*＝ａ／ｅとして定義される形状パラメータであり、

の条件を満たし、
α₁＝ｚｔであり、
ｔは大歯車に対する小歯車の回転角であり、ＯＸＹ座標系における軸Ｘから計算され、この開始点は大歯車の中心にあって１つのパラメータの役割を果たし、
０≦ｔ≦２πであり、

であり、
また、ステータの断面における内面輪郭はｚ個の直線区域で作られ、これらの各々は、

のパラメータ方程式に対応して作られ、
上式において、ｘ_n、ｙ_nは、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁デカルト座標系のＸ₁、Ｙ₁軸に沿ったステータの輪郭点の現在座標であり、この開始点は小歯車の中心にあり、
ｎ＝０、１、・・・ｚは直線区域の数であり、

であり、
ρは小歯車に対する大歯車の回転角であり、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系の軸Ｘ₁から計算され、この開始点は小歯車の中心にあって１つのパラメータの役割を果たし、この場合、

の場合、

Ｂ−Ａ＜０かつ

、又はＢ−Ａ＞０かつ

の場合、

Ｂ−Ａ＜０かつ

の場合、

の区域上で定められるパラメータであり、
若しくはθは、ｚが奇数かつｋが奇数かつＢ−Ａ＜０の場合、或いはｚが奇数かつｋが偶数かつＢ−Ａ＞０の場合、

の区域上で定められるパラメータであり、

であり、
又は、

に対応する弓形として作られ、
上式において、θは、ｚが偶数かつｋが奇数かつＢ−Ａ＜０である場合、或いはｚが偶数かつｋが偶数かつＢ−Ａ＞０である場合、

の区域上で定められるパラメータである。

本発明の第１及び第２の実施形態では、θは、第１の事例では小歯車に、また第２の事例では大歯車に連結される駆動シャフトの回転角を表すパラメータである。

本発明の実施可能な実施形態において添付図面を参照しながら、本発明の上述の利点及び具体的な特徴についてさらに説明する。

容積式機械の第１の実施形態の運動図であり、ここでは小歯車がロータに連結され、大歯車がステータに連結される。図１と同様の容積式機械の例示的な組立図である。ロータの外面輪郭を構築する際の本発明の第１の実施形態のための遊星歯車機構の大小の歯車の初期位置を示す図である。図３と同様の大小の歯車の中間位置を示す図である。ステータの内面輪郭を構築する際の本発明の第１の実施形態のための遊星歯車機構の大小の歯車の初期位置を示す図である。図５と同様の大小の歯車の中間位置を示す図である。ｚ＝２の場合の第１の実施形態による例示的なロータ−ステータ構成である。ｚ＝３の場合の図７と同様の図である。ｚ＝４の場合の図７と同様の図である。容積式機械の実施形態の運動図であり、ここでは小歯車がステータに連結され、また大歯車がロータに連結される。図１０と同様の容積式機械の例示的な組立図である。ロータの外面輪郭を構築する際の本発明の第２の実施形態の遊星歯車機構の大小の歯車の初期位置を示す図である。図１２と同様の大小の歯車の中間位置を示す図である。ステータの内面輪郭を構築する際の本発明の第２の実施形態の遊星歯車機構の大小の歯車の初期位置を示す図である。図１４と同様の大小の歯車の中間位置を示す図である。ｚ＝２の場合の第２の実施形態による例示的なロータ−ステータ構成である。ｚ＝３の場合の図１６と同様の図である。ｚ＝４の場合の図１６と同様の図である。

第１の実施形態（図１、２）によれば、容積式機械は、ステータ１と、このステータ１内に偏心して配置されたロータ２とを備える。遊星歯車機構は、大歯車３及び小歯車４から成る。大歯車３は、遊星歯車機構の大歯車３の周囲を移動可能に作られた小歯車４の外側と係合した形で固定して取り付けられる。ステータ１は大歯車３に連結され、ロータは遊星歯車機構の小歯車４に連結される。ロータ２の断面における外面輪郭は直線群の包絡線であり、この群を生成する直線ｙｚは大歯車３に固定して連結され、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系（図３〜５）において直線ｙｚの開始点が大歯車３の中心にある。偏心度ｅは、ステータ１及びロータ２の中心間の距離であり、これは大歯車３及び小歯車４の中心間の距離に相当する（図３）。

第２の実施形態（図１０、１１）によれば、容積式機械は、ステータ１と、ステータ１内に偏心して配置されたロータ２とを備える。遊星歯車機構は、大歯車３及び小歯車４から成る。小歯車４は、大歯車３の内側に係合した形で取り付けられる。小歯車は固定して取り付けられ、大歯車３は遊星歯車機構の小歯車４の周囲を移動可能に作られる。ステータ１は小歯車４に連結され、ロータは遊星歯車機構の大歯車３に連結される。

ロータ２の輪郭は、直線ｙ_zの群Ｌｚの包絡線であり、この群を生成する直線ｙ_zは、（図３の第１の実施形態の場合）大歯車３に、又は（図１２の第２の実施形態の場合）小歯車４に連結されるとともに、

の方程式により設定され、
上式において、Ａは、固定したＸ軸に対する直線ｙ_zの方向を最初に決定する角度である（第１の実施形態（図２、３）の場合、その初期位置における接点Ｋ₀と小歯車４の中心Ｏとを通り、或いは第２の実施形態の場合、その初期位置における接点Ｋ₀と大歯車３の中心Ｏとを通る）。
Ｂは、第１の実施形態（図２）の場合には大歯車３との、或いは第２の実施形態（図１０）の場合には小歯車４との直線の連結を固定する区域Ｏ₁Ｄの方向を決定する角度である。

ステータ１の輪郭の形成は包絡線の発見に関連するが、この場合は曲線群Ｋｚの包絡線の発見に関連し、これらの各々はロータ１の輪郭曲線である。

大歯車３の半径Ｒ及び小歯車４の半径ｒは、

の関係で結ばれ、
上式において、本発明の両実施形態では、ｚは２から始まる偶数値を有する係合パラメータである。

第１の実施形態では、ロータ２（図３、４）の輪郭の構造は、直線ｙ_zの群Ｌｚの包絡線を決定することに関連する。

固定したｚにおける直線群Ｌｚは、大歯車３がその内歯を小歯車４の外歯と係合させて小歯車４の周囲を移動する過程において形成される。この過程中、区域ＯＯ₁（その長さは偏心度の値ｅに等しい）のそれぞれの回転角θ及び大歯車３の回転角Ψは、個々の瞬間に対応する（図４）。周囲を移動中、直線ｙ_zは、可動であるとともに大歯車に関連しているＯＸ₁Ｙ₁座標系内ではその位置を変えないが、固定され小歯車３に関連しているＯＸＹ座標系内における直線ｙｚの位置は連続的に変化する。

上述したように、ＯＸＹ座標系内における直線群Ｌｚの包絡線すなわちロータ２の輪郭を求めるパラメータ方程式は、

の形を有し、
上式において、ｘ、ｙは、ＯＸＹデカルト座標系のＸ、Ｙ軸に沿った輪郭点の現在座標であり、その開始点は小歯車の中心にあり、
ｅは偏心度の値であり、
ｚは、係合パラメータ（ｚ＝２、３、・・・）であり、
α＝（ｚ＋１）Ψであり、
Ψは小歯車に対する大歯車の回転角であり、ＯＸＹ座標系におけるＸ軸から計算され、この開始点は小歯車の中心にあって１つのパラメータの役割を果たし、
０≦Ψ≦２πであり、

の条件を満たし、
この方程式によって表されるようなロータの輪郭は、ｚ個の同様な分枝及びｚ個の頂点を有する（ｚ≧２）（図７〜９）。

本発明の第１の実施形態におけるステータ１の輪郭構造（図５、６）もまた、包絡線を決定することに関連するが、この場合、小歯車４が大歯車３の周囲を移動中に（図５、６）、より正確には大歯車に連結されたロータ２の周囲を移動中に形成される曲線群Ｋｚの包絡線を決定することに関連し、その輪郭曲線の明確な位置は個々の回転角に対応する。このような曲線が集まって曲線群Ｋｚを形成することになる。この時点で、座標系の指数化方式（ｉｎｄｅｘａｔｉｏｎ）が変化し、今やＯ₁Ｘ₁Ｙ₁可動系が小歯車４に関連し、ＯＸＹ固定系が大歯車に関連する。またこれらの座標系の開始点は、小歯車４及び大歯車３のそれぞれの中心に位置する。

ステータ１の輪郭、すなわち曲線群Ｋｚの包絡線はｚ＋１個の直線区域から成り、これらの各々を表すパラメータ方程式は、

の形を有し、
上式において、ｘ_k、ｙ_kは、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁デカルト座標系のＸ₁、Ｙ₁軸に沿ったステータの輪郭点の現在座標であり、この開始点は大歯車の中心にあり、
ｋ＝０、１、・・・ｚは直線区域の数であり、

の場合、

Ｂ−Ａ＜０かつ

、又はＢ−Ａ＞０かつ

の場合、

Ｂ−Ａ＜０かつ

の場合、

となり、ステータの輪郭の隣り合う直線区域は、互いにｚ＋１個の曲線区域によって接合され、これらの曲線区域の各々は、次のパラメータ方程式のいずれか、すなわち、

上式において、ｘ′、ｙ′は、Ｏ₁Ｘ₁、Ｏ₁Ｙ₁軸に沿った接合弓形の現在座標点であり、
θは、小歯車４に連結された駆動シャフトの回転角を表すパラメータ（図４、６）であり、ｋが偶数かつＢ−Ａ＜０、又はｋが奇数かつＢ−Ａ＞０である場合、

の区域において決定され、
或いは、θは、ｚが偶数かつｋが奇数かつＢ−Ａ＜０、又はｚが偶数かつｋが偶数かつＢ−Ａ＞０である場合、

の区域において決定されるパラメータであり、

であり、
又は、

に対応する弓形となり、
上式において、θは、ｚが奇数かつｋが奇数かつＢ−Ａ＜０である場合、

の区域において決定されるパラメータであり、
或いは、θは、ｚが奇数かつｋが偶数かつＢ−Ａ＞０である場合、

の区域において決定されるパラメータである。

本発明の第２の実施形態におけるロータ２の輪郭構造（図１２、１３）は、直線ｙ_zの群Ｌｚの包絡線で決定される。

ｚが固定されている場合、群Ｌｚは、小歯車４がその外歯を大歯車３の内歯と係合させて、固定した大歯車３の周囲を移動中に形成される。この期間中、区域ＯＯ₁（その長さは偏心度に値ｅに等しい）のそれぞれの回転角θ及び小歯車４の回転角ｔは、個々の瞬間に対応する。周囲を移動中、直線ｙ_zは、可動であるとともに大歯車に連結されたＯＸ₁Ｙ₁座標系内ではその位置を変えないが、固定され小歯車３に連結されたＯＸＹ座標系内における直線ｙｚの位置は絶えず変化する。

の形を有し、
上式において、ｘ、ｙは、ＯＸＹデカルト座標系のＸ、Ｙ軸に沿ったロータ２の輪郭点の現在座標であり、その開始点は大歯車３の中心にあり、
ｅは偏心度の値であり、
ｚは、係合パラメータ（ｚ＝２、３、・・・）であり、
ａ^*は、ａ^*＝ａ／ｅとして定義される形状パラメータであり、

の条件を満たし、
ｔは大歯車３に対する小歯車４の回転角であり、ＯＸＹ座標系におけるＸ軸から計算され、この開始点は大歯車３の中心にあって１つのパラメータの役割を果たし、
０≦ｔ≦２πであり、

である。

本発明の第２の実施形態におけるステータ１の輪郭構造（図１３、１４）もまた、包絡線を決定することに関連するが、この場合、大歯車３が小歯車４の周囲を移動中に、より正確には小歯車に連結されたロータ２の周囲を移動中に形成される曲線群Ｋｚの包絡線を決定することに関連し、その輪郭曲線の明確な位置は個々の回転角に対応する。このような曲線が集まって曲線群Ｋｚを形成することになる。この時点で、座標系の指数化方式が変化し、今やＯ₁Ｘ₁Ｙ₁可動系が大歯車３に関連し、ＯＸＹ固定系が小歯車４に関連する。またこれらの座標系の開始点は、大歯車３及び小歯車４のそれぞれの中心に位置する。

曲線群Ｋｚの包絡線、すなわちステータ１の輪郭は、ｚ個の直線区域から成り、これらの各々を表すパラメータ方程式は、

の形を有し、
上式において、ｘ_n、ｙ_nは、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁デカルト座標系のＸ₁、Ｙ₁軸に沿ったステータの輪郭点の現在座標であり、この開始点は小歯車４の中心にあり、
ｎ＝０、１、・・・ｚは直線区域の数であり、

であり、
ρは小歯車４に対する大歯車３の回転角であり、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系のＸ₁軸から計算され、この開始点は小歯車４の中心にあって１つのパラメータの役割を果たし、この場合、

の場合、

Ｂ−Ａ＜０かつ

、又はＢ−Ａ＞０かつ

の場合、

Ｂ−Ａ＜０かつ

の場合、

となり、ステータ１の輪郭の隣接する直線区域は、互いにｚ個の曲線区域によって接合され、これらの曲線区域の各々は、次のパラメータ方程式のいずれか、すなわち、

上式において、ｘ′、ｙ′は、Ｏ₁Ｘ₁、Ｏ₁Ｙ₁軸に沿った接合弓形の現在座標であり、
θは、ｋが偶数かつＢ−Ａ＜０、又はｋが奇数かつＢ−Ａ＞０である場合、

の区域において決定されるパラメータであり、
或いは、θは、ｚが奇数かつｋが奇数かつＢ−Ａ＜０、又はｚが奇数かつｋが偶数かつＢ−Ａ＞０である場合、

の区域において決定されるパラメータであり、

であり、
又は、

に対応する弓形として作られ、
上式において、θは、ｚが偶数かつｋが奇数かつＢ−Ａ＜０、又はｚが偶数かつｋが偶数かつＢ−Ａ＞０である場合、

の区域において決定されるパラメータである。

本発明の第１の提案する実施形態では、圧縮機及びポンプにおける２頂点ロータ（図７）の構成の使用は、高い（１よりも大きい）比容量を特徴とし、この係数では、ｚ＝２の場合、判別型圧縮機及びポンプは、回転工学及び一般工学における類似の解決策を有さず、最小の寸法−重量特性を達成することが主な要件である分野にこれらの構成を利用することができる。内燃機関におけるこのような構成の利用は、（１２０もの高さにもなり得る）高い圧縮比に起因して問題がある。図８及び図９にそれぞれ示す３頂点ロータ（ｚ＝３）及び４頂点ロータ（ｚ＝４）の構成では、ｚ＝２の場合と比べて特定係数がかなり低い（例えば、判別圧縮機の最大比容量は、ｚ＝３で０．４５でありｚ＝４で０．２５である）。従って、寸法−重量特性に関する要件とは別に、圧力変動レベル及び出力シャフトの回転均一度に対する一定の要件も存在する場合、圧縮機及びポンプにはこのような構成を推奨することができる。同時に、形状パラメータａ^*に対応する値を選択することにより、このような構成には常である最大圧縮比（ｚ＝３で４５及びｚ＝４で２９）によって、このような構成をロータリエンジンに使用できるようになる。

本発明の第２の実施形態の構成（図１６〜１８）の際立った特徴として、ｚ＝２〜４の場合のこれらの特定係数により、第１の実施形態の構成よりもかなり劣るということが挙げられるが、このような劣等性は、ｚパラメータを増加させることによって減少し、ｚ＞１０において事実上消滅する。このような構成の、第１の実施形態の構成を凌駕する利点として、シールの周囲長がより短くて済むことにより、これらの使用時に作動チャンバを密閉するという問題を大いに解決できるという点が挙げられる。この事実を十分に考慮すると、ｚ＞１０の場合には本発明の第２の実施形態が望ましい。（例えば、医療において）低いしきい値の圧力変動及び可能な限りの作動円滑性を規制する動力ユニットに対する要件が存在する場合、高いｚパラメータ値の構成を使用する必要性が生まれる。

本発明の第２の実施形態による構成をロータリエンジンで使用するというあらゆる可能性は、圧縮比が６よりも高くなり得ないという理由で事実上排除される。３頂点ロータの構成（図１４）は、製造が容易であることを条件とする家庭用ポンプでの使用に見込まれる。

圧縮機及びポンプのために選択される形状パラメータａ^*の値は、そのような場合には最大比容量specific capacityを達成できるから、最小であるべきであり、またエンジンのためのそのような値は、作動チャンバ内で必要な圧縮比を確保するために、最小値よりもかなり大きくすべきである。角度パラメータＡ及びＢの値は、技術的要因と組立て条件とに基づいて選択すべきである。

ｚパラメータの値の選択時には、この値が高いほど圧縮機及びポンプの比容量、及びエンジンの比出力が低くなるが、同時に、この値が増加すると、圧縮機及びポンプの出力における脈動レベルの低下、及びエンジンを含む全ての種類のピストン回転機械の出力シャフトの回転の不均一性を招くということを心に留めておくべきである。

提案した容積式機械の実施形態は、ロータ−ステータの判別型構成の幾何学的及び力学的特徴により条件付けられるとともに作動物質を高い技術効率及び経済効率で分配するという課題及び作動チャンバを密閉するという課題の解決を可能にする構造要件を含む。長期的に見れば、この構造要件は、回転工学のみならず一般工学においても、耐用年数、信頼性、及び比速度といった要素を現存のレベルよりもかなり高いレベルに上昇させる。

提案したピストン回転機械の実施形態のその他の特徴の中から、以下の特徴を挙げることができる。

− 提案した装置をロータリエンジンとして使用する場合、燃焼室の形状が最適（半球状）であり、これは作業工程に有利な条件を生み出すという現実の可能性に相当する。この結果、作動混合物の燃焼効率及び熱量効率が、従来の内燃機関におけるもの、さらには今日最も広く使用されているトロコイド型ロータリエンジン（バンケルエンジン）におけるもの以上となり、この結果、高い効率（まず第１に燃料効率）と環境基準の遵守とが保証される。

− 加熱係数が、トロコイド型及び従来型動力ユニットにおけるそれと比べてそれほど際立っていない。この理由は、判別型構成の（縦軸に対する）「深い」対称性にある。この判別型機械の対称性という固有の特徴の評価については、この対称性がこのような機械の形状そのもの及びこれらの機械における作動チャンバの配置を特徴付けるだけでなく、温度、運動学的要素、及び力率の分野が中心にあるという事実も含むという意味で解釈すべきである。後者の事実により、特にロータ及びステータに必要な材料を選択することにより、ロータ−ステータ構成における熱負荷の不均衡及び加熱歪みを大きく減少できるようになる。従って、これにより、ロータ−ステータの対における寄生性の動力接点の存在が事実上完全に排除され、すなわち長期的に見れば、加熱条件により条件付けられる磨耗と目詰まりの危険性とが大幅に減少することになる。

− 新しいピストン回転型動力ユニットの利点が失われないようにする高い特定係数（例えば、判別型圧縮機の比容量は、トロコイド型圧縮機の特定係数の２倍の高さである）であり、これは比速度により条件付けられる。計算が示すように、所定の同様の出力特性において、判別型機械の寸法及び重量は、用途に関係なく、往復式動力ユニットのそれよりも３〜４倍低く、トロコイド型ユニットのそれよりも１．５〜２倍低い。

提案した容積式機械の実施形態は、内燃機関、ポンプ、又は圧縮機に最もうまく利用することができる。

１ステータ
２ロータ

Claims

ステータと、該ステータ内に偏心して取り付けられたロータと、大歯車及び小歯車から成る遊星歯車機構とを含む容積式機械の設計であって、
前記大歯車は、前記小歯車の外側から固定して配置されるとともに該小歯車と係合し、
前記小歯車は、前記遊星歯車機構の前記大歯車の周囲を移動可能なように作られ、
前記ステータは前記大歯車に連結され、前記ロータは前記遊星歯車機構の前記小歯車に連結され、
前記ロータの断面における外面輪郭が直線群の包絡線となり、
前記群を生成する直線ｙ_zが、前記大歯車に固定して連結されるとともに前記直線の開始点が前記大歯車の中心にあるＯ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系において、

の方程式により設定され、
上式において、Ａは軸Ｏ₁Ｘ₁に対する前記直線ｙ_zの傾斜角（０≦Ａ≦π）であり、
ｘ₁はＯ₁Ｘ₁に沿った前記直線ｙ_zの現在点の座標であり、
Ｂは、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系の開始点Ｏ₁を前記直線ｙ_zに連結する区域の傾斜角（０≦Ｂ≦π及びＢ≠Ａ）であり、前記Ｏ₁Ｘ₁軸から計算され、
ａは、前記Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系の前記開始点Ｏ₁を前記直線ｙ_zに連結する前記区域の長さであり、
前記輪郭は、

のパラメータ方程式により作成され、
上式において、ｘ、ｙは、ＯＸＹデカルト座標系のＸ、Ｙ軸に沿った輪郭点の現在座標であり、その開始点は前記小歯車の中心にあり、
ｅは偏心度の値であり、
ｚは、係合パラメータ（ｚ＝２、３、・・・）であり、
α＝（ｚ＋１）Ψであり、
Ψは前記小歯車に対する前記大歯車の回転角であり、前記ＯＸＹ座標系における前記Ｘ軸から計算され、この開始点は前記小歯車の中心にあって１つのパラメータの役割を果たし、０≦Ψ≦２πであり、

であり、
ａ^*は、ａ^*＝ａ／ｅとして定義される形状パラメータであり、

の条件を満たし、
前記ステータの断面における内面輪郭はｚ＋１個の直線区域で作られ、これらの各々は、

のパラメータ方程式に対応して作られ、
上式において、ｘ_k、ｙ_kは、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁デカルト座標系の軸Ｘ₁、Ｙ₁に沿ったステータの輪郭点の現在座標であり、この開始点は前記大歯車の中心にあり、
ｋ＝０、１、・・・ｚは直線区域の数であり、

であり、
χは前記大歯車に対する前記小歯車の回転角であり、前記Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系の前記Ｘ₁軸から計算され、この開始点は前記大歯車の中心にあって１つのパラメータの役割を果たし、この場合、

の場合、

Ｂ−Ａ＜０かつ

、又はＢ−Ａ＞０かつ

の場合、

Ｂ−Ａ＜０かつ

の場合、

となり、この場合、前記ステータの輪郭の隣り合う直線区域は、互いにｚ＋１個の曲線区域によって接合され、該曲線区域の各々は、次のパラメータ方程式のいずれか、すなわち、

上式において、ｘ′、ｙ′は、前記軸Ｏ₁Ｘ₁、Ｏ₁Ｙ₁に沿った接合弓形の現在座標であり、
θは、ｋが偶数かつＢ−Ａ＜０の場合、或いはｋが奇数かつＢ−Ａ＞０の場合、

の区域上で定められるパラメータであり、
若しくはθは、ｚが偶数かつｋが奇数かつＢ−Ａ＜０の場合、或いはｚが偶数かつｋが偶数かつＢ−Ａ＞０の場合、

の区域上で定められるパラメータであり、

であり、
又は、

に対応する弓形として作られ、
上式において、θは、ｚが奇数かつｋが奇数かつＢ−Ａ＜０である場合、

の区域上で定められるパラメータであり、
若しくはθは、ｚが奇数かつｋが偶数かつＢ−Ａ＞０である場合、

の区域上で定められるパラメータである、
ことを特徴とする容積式機械の設計。
ステータと、該ステータ内に偏心して取り付けられたロータと、大歯車及び小歯車から成る遊星歯車機構とを含む容積式機械の設計であって、
前記小歯車は、前記大歯車の内側に配置されるとともに該大歯車と係合し、
前記小歯車は固定して取り付けられ、
前記大歯車は、前記遊星歯車機構の前記小歯車の周囲を移動可能に作られ、
前記ステータは前記小歯車に連結され、前記ロータは前記遊星歯車機構の前記大歯車に連結され、
前記ロータの断面の外面輪郭が直線群の包絡線となり、
前記群を生成する直線ｙ_zが、前記小歯車に固定して連結されるとともに前記直線の開始点が前記大歯車の中心にあるＯ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系において、

の方程式により設定され、
上式において、ＡはＯ₁Ｘ₁軸に対する前記直線ｙ_zの傾斜角（０≦Ａ≦π）であり、
ｘ１はＯ₁Ｘ₁に沿った前記直線ｙ_zの現在点の座標であり、
Ｂは、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系の開始点Ｏ₁を前記直線ｙ_zに連結する区域の傾斜角（０≦Ｂ≦π、Ｂ≠Ａ）であり、前記Ｏ₁Ｘ₁軸から計算され、
ａは、前記Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系の前記開始点Ｏ₁を前記直線ｙ_zに連結する前記区域の長さであり、
前記ロータの輪郭は、

のパラメータ方程式により作成され、
上式において、ｘ、ｙは、ＯＸＹデカルト座標系のＸ、Ｙ軸に沿った輪郭点の現在座標であり、この開始点は前記大歯車の中心にあり、
ｅは偏心度の値であり、
ｚは、係合パラメータ（ｚ＝２、３、・・・）であり、
ａ^*は、ａ^*＝ａ／ｅとして定義される形状パラメータであり、

の条件を満たし、
α１＝ｚｔであり、
ｔは前記大歯車に対する前記小歯車の回転角であり、前記ＯＸＹ座標系における前記軸Ｘから計算され、この開始点は前記大歯車の中心にあって１つのパラメータの役割を果たし、
０≦ｔ≦２πであり、

であり、
前記ステータの断面における内面輪郭はｚ個の直線区域で作られ、これらの各々は、

のパラメータ方程式に対応して作られ、
上式において、ｘ_n、ｙ_nは、Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁デカルト座標系のＸ₁、Ｙ₁軸に沿ったステータの輪郭点の現在座標であり、この開始点は前記小歯車の中心にあり、
ｎ＝０、１、・・・ｚは直線区域の数であり、

であり、
ρは前記小歯車に対する前記大歯車の回転角であり、前記Ｏ₁Ｘ₁Ｙ₁座標系の前記軸Ｘ₁から計算され、この開始点は前記小歯車の中心にあって１つのパラメータの役割を果たし、この場合、

の場合、

Ｂ−Ａ＜０かつ

、又はＢ−Ａ＞０かつ

の場合、

Ｂ−Ａ＜０かつ

の場合、

となり、この場合、前記ステータの輪郭の隣り合う直線区域は、互いにｚ＋１個の曲線区域によって接合され、該曲線区域の各々は、次のパラメータ方程式のいずれか、すなわち、

上式において、ｘ′、ｙ′は、前記軸Ｏ₁Ｘ₁、Ｏ₁Ｙ₁に沿った接合弓形の現在座標であり、
θは、ｋが偶数かつＢ−Ａ＜０の場合、或いはｋが奇数かつＢ−Ａ＞０の場合、

の区域上で定められるパラメータであり、
若しくはθは、ｚが奇数かつｋが奇数かつＢ−Ａ＜０の場合、或いはｚが奇数かつｋが偶数かつＢ−Ａ＞０の場合、

の区域上で定められるパラメータであり、

であり、
又は、

に対応する弓形として作られ、
上式において、θは、ｚが偶数かつｋが奇数かつＢ−Ａ＜０である場合、或いはｚが偶数かつｋが偶数かつＢ−Ａ＞０である場合、

の区域上で定められるパラメータである、
ことを特徴とする容積式機械の設計。