JP6484394B2 - 回転排出装置 - Google Patents

Description

慣習的な流体ポンプと、ピストンを駆動させるための「クランク状」の往復装置を備えた内燃エンジンとは、当然、当該技術において周知であるとともに、理解されている。これら構成のデメリットは、ピストンの直線運動を、ピストンが取り付けられたシャフトの回転運動へ変換する必要があることと、それによって損失が生じることとである。

同様に、ピストンを駆動させるための往復構成を備えた、流体の排出または膨張のための慣習的な装置、または、装置内を通る流体の流れによって制御可能である装置は、同じ問題を被る。

そのようなクランクに基づく直線運動から回転運動への変換の必要性を避ける流体圧縮装置が、強く所望されている。

同様に、慣習的な流体の排出、膨張、または流れの装置と同じ技術的効果を達成するが、そのような慣習的なクランクの直線運動から回転運動への変換の必要性を避ける装置が、強く所望されている。

本開示によれば、添付の特許請求の範囲に説明される装置および方法が提供される。本発明の他の特徴は、従属請求項および以下の説明から明らかになるであろう。

したがって、第１の回転軸を規定するとともに、第１の回転軸周りで回転可能であるシャフトと、第２の回転軸を規定する心棒であって、シャフトが心棒を通って延びる、心棒と、シャフトに設けられた第１のピストン部材であって、第１のピストン部材が、心棒からシャフトの遠位端に延びる、第１のピストン部材と、心棒に保持されたロータと、を備え、ロータが第１のチャンバを備え、第１のピストン部材が第１のチャンバを横断して延び、それにより、ロータおよび心棒が、第１の回転軸周りに、シャフトとともに回転可能であり、ロータが、第２の回転軸周りに、心棒周りに旋回可能であることで、ロータが第１の回転軸周りに回転する際に、ロータと第１のピストン部材との間の相対的旋回運動を可能とする、装置が提供され得る。

第１のチャンバは第１の開口を有し得、第１のピストン部材が、心棒から第１のチャンバを横断して第１の開口に向かって延びている。

心棒は、シャフトの端部間のほぼ半分の位置に設けられ得る。

第１のピストン部材は心棒の一方側からシャフトに沿って延び得、第２のピストン部材が心棒の他方側からシャフトに沿って延び、ロータが第２のチャンバを備えて、ロータが第１の回転軸周りに回転する際の、ロータと第２のピストン部材との間の相対的旋回運動を可能とする。

第２のチャンバは第２の開口を有し得、第２のピストン部材は、心棒から第２のチャンバを横断して第２の開口に向かって延び得る。

第１のチャンバと第２のチャンバとの間には、閉鎖可能な流路が設けられ得る。

閉鎖可能な流路は、ロータがその旋回の一方の範囲まで旋回する際に開かれ、ロータがその旋回の他方の範囲に向かって旋回する際に閉じられる、心棒内の流路を備え得る。

シャフトと、心棒と、ピストン部材とは、互いに対して固定され得る。

第２の回転軸は、第１の回転軸に対してほぼ垂直であり得る。

本装置は、キャビティを画定する壁を有するハウジングと、キャビティ内で回転可能かつ旋回可能であるロータと、をさらに備え得、壁の大部分にわたり、ロータとの間にわずかなクリアランスが維持されるように、ハウジングに対して配置されている。

ハウジングは、シャフトを保持するための支持構成をさらに備え得る。

ピストン部材は、ハウジングの壁の近位で終端するようなサイズである場合があり、わずかなクリアランスが、ピストン部材の端部とハウジング壁との間に維持されている。

ハウジングは、流路とそれぞれのチャンバとの間で流体を通すために、チャンバ毎に少なくとも１つのポートをさらに備え得る。

各チャンバに関し、ハウジングは、流体をチャンバ内に送り込むための流入ポートと、チャンバから流体を出すための排出ポートとをさらに備え得る。

ポートは、ポートと、それぞれのロータ開口との相対位置の第１のセットにおいて、ポートとロータ開口とが整列しておらず、それにより、開口がハウジングの壁によって完全に閉じられて、チャンバと、ポートとの間の流体の流れを防止し、ポートと、それぞれのロータ開口との相対位置の第２のセットにおいて、開口が、少なくとも部分的に、ポートと整列しており、それにより、開口が少なくとも部分的に開いて、流体がチャンバとポートとの間を流れることを可能にするような、ハウジング上のサイズおよび位置とされ得る。

本装置は、ロータを心棒周りに旋回させるように作動可能である旋回アクチュエータをさらに備え得る。

旋回アクチュエータは、ロータ上の第１のガイド用形状と、ハウジング上の第２のガイド用形状と、をさらに備え得、第１のガイド用形状が、第２のガイド用形状に対する相補的形状であり、第１のガイド用形状と第２のガイド用形状との一方が、第１のガイド部材と第２のガイド部材との他方がたどるように制限された通路を規定し、それにより、ロータを心棒周りに旋回させる。

ガイド路は、ロータまたはハウジングの第１の外周周りの通路を描き得、ガイド路は少なくとも、通路を第１の外周の第１の側部から離れるように向け、次いで、第１の外周の第２の側部に向けて戻す第１の屈曲部と、通路を第１の外周の第２の側部から離れるように向け、次いで、第１の外周の第１の側部に向けて戻す第２の屈曲部とを備えている。

チャンバは、燃料供給部と流体連通している場合がある。

チャンバは、燃料点火装置と流体連通している場合がある。

第１のチャンバは特に、流体の圧縮、および／または排出、および／または流れ、および／または膨張に適合している場合がある。

第２のチャンバは特に、流体の圧縮、および／または排出、および／または流れ、および／または膨張に適合している。

第１の回転軸周りに回転可能である第１のピストン部材と、第１のチャンバを備え、第２の回転軸周りに旋回可能であるロータと、を備え、第１のピストン部材が第１のチャンバを横断して延び、それにより、ロータおよび第１のピストン部材が、第１の回転軸周りに回転可能であり、ロータが、第２の回転軸周りに旋回可能であることで、ロータと、第１の回転軸周りに回転するとロータに結合した第１のピストン部材との間の相対的旋回運動を可能とする、装置も提供され得る。

装置を作動させる方法であって、本装置が、第１の回転軸周りに回転可能である第１のピストン部材と、第１のチャンバを備え、第２の回転軸周りに旋回可能であるロータと、を備え、第１のピストン部材が第１のチャンバを横断して延び、それにより、作動時に、ロータおよび第１のピストン部材が、第１の回転軸周りに回転し、ロータが、第２の回転軸周りに旋回し、それにより、ロータと第１のピストン部材との間の相対的旋回運動が存在することになり、これにより、第１のチャンバの容量を変化させ、このチャンバ容量の変化が、第１の回転軸周りのロータの回転にリンクしている、方法も提供され得る。

第１の回転軸を規定するとともに、第１の回転軸周りで回転可能であるシャフトと、第２の回転軸を規定する心棒であって、シャフトが心棒を通って、ある角度で延びる、心棒と、シャフトに設けられた第１のピストン部材であって、第１のピストン部材が、心棒からシャフトの遠位端に延びる、第１のピストン部材と、心棒に保持されたロータと、を備え、ロータが、第２の回転軸周りに、心棒に対して旋回可能であり、ロータが第１の圧縮チャンバを備え、第１の圧縮チャンバが第１の開口を有し、第１のピストン部材が、心棒から第１の圧縮チャンバを横断して第１の開口に向かって延び、ロータが、第１の回転軸周りに、心棒およびシャフトとともに回転可能であるとともに、第２の回転軸周りに、心棒周りに旋回可能であり、それにより、ロータが第１の回転軸周りに回転する際に、第１のピストン部材が第１の圧縮チャンバの一方側から、第１の圧縮チャンバの反対側に移動するように作動可能であり、それにより、第１の圧縮チャンバ内の流体を圧縮する、流体圧縮装置も提供される。

第１の回転軸を規定するとともに、第１の回転軸周りで回転可能であるシャフトと、第２の回転軸を規定する心棒であって、シャフトが心棒を通って、ある角度で延びる、心棒と、シャフトに設けられた第１のピストン部材であって、第１のピストン部材が、心棒からシャフトの遠位端に延びる、第１のピストン部材と、心棒上に保持されているロータであって、ロータが、第２の回転軸周りに、心棒に対して回転可能である、ロータと、を備え、ロータが第１の圧縮チャンバを備え、第１の圧縮チャンバが第１の開口を有し、第１のピストン部材が、心棒から第１の圧縮チャンバを横断して第１の開口に向かって延び、ロータが、第１の回転軸周りに、心棒およびシャフトとともに回転可能であるとともに、第２の回転軸周りに、心棒周りに旋回可能であり、それにより、ロータが第１の回転軸周りに回転する際に、ロータの外周にガイド力が適用される場合に、第１のピストン部材が第１の圧縮チャンバの一方側から、第１の圧縮チャンバの反対側に移動するように作動可能であり、それにより、第１の圧縮チャンバ内の流体を圧縮する、流体圧縮装置も提供される場合がある。

第１の回転軸を規定するとともに、第１の回転軸周りで回転可能であるシャフトと、第２の回転軸を規定する心棒であって、シャフトが心棒を通って延びる、心棒と、シャフトに設けられた第１のピストン部材であって、第１のピストン部材が、心棒からシャフトの遠位端に延びる、第１のピストン部材と、心棒に保持されたロータと、を備え、ロータが第１の圧縮チャンバを備え、第１の圧縮チャンバが第１の開口を有し、第１のピストン部材が、心棒から第１の圧縮チャンバを横断して第１の開口に向かって延び、それにより、ロータが、第１の回転軸周りに、シャフトとともに回転可能であり、ロータが第２の回転軸周りに、心棒周りに旋回可能であり、それにより、ロータが第１の回転軸周りに回転する際の、ロータと第１のピストン部材との間の相対的旋回運動が、第１の圧縮チャンバ内の流体を圧縮するように作用する、流体圧縮装置も提供される場合がある。

心棒は、シャフトのほぼ中心に設けられ得る。心棒は、シャフトの端部間のほぼ半分の位置に設けられ得る。

第１のピストン部材は心棒の一方側からシャフトに沿って延び得、第２のピストン部材が心棒の他方側からシャフトに沿って延び得、ロータが、第２の開口を有する第２の圧縮チャンバを備え、第２のピストン部材が、心棒から第２の圧縮チャンバを横断して第２の開口に向かって延び、それにより、ロータが第１の回転軸周りに回転する際に、第２のピストン部材が第２の圧縮チャンバの一方側から、第２の圧縮チャンバの反対側に移動するように作動可能であり、それにより、第２の圧縮チャンバ内の流体を圧縮する。

第１のピストン部材は心棒の一方側からシャフトに沿って延び得、第２のピストン部材が心棒の他方側からシャフトに沿って延び得、ロータが、第２の開口を有する第２の圧縮チャンバを備え、第２のピストン部材が、心棒から第２の圧縮チャンバを横断して第２の開口に向かって延び、それにより、ロータが第１の回転軸周りに回転する際の、ロータと第２のピストン部材との間の相対的旋回運動が、第２の圧縮チャンバ内の流体を圧縮するように作用する。

第１の圧縮チャンバと第２の圧縮チャンバとの間には、閉鎖可能な流路が設けられ得る。

閉鎖可能な流路は、ロータがその旋回の一方の範囲まで旋回する際に開かれ、ロータがその旋回の他方の範囲に向かって旋回する際に閉じられる、心棒内の流路を備え得る。

シャフトと、心棒と、ピストン部材とは、互いに対して固定され得る。

第２の回転軸は、第１の回転軸に対してほぼ垂直であり得る。

流体圧縮装置は、キャビティを画定する壁を有するハウジングをさらに備え得、ロータがキャビティ内で回転可能であるとともに旋回可能であり、壁の大部分にわたり、圧縮チャンバ開口との間にわずかなクリアランスが維持されるように、ハウジングに対して配置されている。

ハウジングは、シャフトを保持するための支持構成をさらに備え得る。

ピストン部材は、ハウジングの壁の近位で終端するようなサイズである場合があり、わずかなクリアランスが、ピストン部材の端部とハウジング壁との間に維持されている。

ハウジングは、流路とそれぞれの圧縮チャンバとの間で流体を通すために、圧縮チャンバ毎に少なくとも１つのポートをさらに備え得る。

各圧縮チャンバに関し、ハウジングは、流体を圧縮チャンバ内に送り込むための流入ポートと、圧縮チャンバから流体を出すための排出ポートとをさらに備え得る。

ポートは、ポートと、それぞれのロータ開口との相対位置の第１のレンジにおいて、ポートとロータ開口とが整列しておらず、それにより、開口がハウジングの壁によって完全に閉じられて、圧縮チャンバと、ポートとの間の流体の流れを防止し、ポートと、それぞれのロータ開口との相対位置の第２のレンジにおいて、開口が、少なくとも部分的に、ポートと整列しており、それにより、開口が少なくとも部分的に開いて、流体が圧縮チャンバとポートとの間を流れることを可能にするような、ハウジング上のサイズおよび位置とされ得る。

本装置は、ロータを心棒周りに旋回させるように作動可能である旋回アクチュエータをさらに備え得る。すなわち、本装置は、ロータを、心棒によって規定された第２の回転軸周りに旋回させるように作動可能な旋回アクチュエータを備えている。別の言い方では、本装置は、ロータが、シャフトによって規定された第１の回転軸周りに回転している間、ロータを、心棒によって規定された第２の回転軸周りに旋回させるように作動可能な旋回アクチュエータをさらに備えている。

旋回アクチュエータは、ロータ上の第１のガイド用形状と、ハウジング上の第２のガイド用形状とを備え得、第１のガイド用形状が、第２のガイド用形状に対する相補的形状であり、第１のガイド用形状と第２のガイド用形状との一方が、ロータが回転する際に第１のガイド部材と第２のガイド部材との他方がたどるように制限された通路を規定し、それにより、ロータを心棒周りに旋回させる。

通路は、ロータを心棒周りに旋回させるように構成されたルートを有し得る。

ガイド路は、ロータまたはハウジングの第１の外周周りの通路を描き得、ガイド路は少なくとも、通路を第１の外周の第１の側部から離れるように向け、次いで、第１の外周の第２の側部に向ける第１の屈曲部と、通路を第１の外周の第２の側部から離れるように向け、第１の外周の第１の側部に向けて戻す第２の屈曲部とを備えている。

ガイド路は、ロータまたはハウジングの第１の外周周りの通路を描き得、ガイド路は少なくとも、通路を第１の外周の第１の側部から離れるように向け、次いで、第１の外周の第２の側部に向けて戻す第１の屈曲部と、通路を第１の外周の第２の側部から離れるように向け、次いで、第１の外周の第１の側部に向けて戻す第２の屈曲部とを備えている。

圧縮チャンバは、燃料供給部と流体連通している場合がある。

圧縮チャンバは、燃料点火装置と流体連通している場合がある。

このため、流体ポンプまたは内燃エンジンの一部を形成し得、旋回するロータおよびピストンの構成の使用によって必要とされるように流体を動かすように操作可能である、流体圧縮装置が提供され得る。

このため、流体排出装置、流体膨張装置、および／または流体作動装置の作動要素も提供され得る。

本装置は、本開示のロータが「回転（ｒｏｔａｔｅ）」と「関節でつなぐ（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）」とを同時に行うように作動可能であることから、「ローティキュレータ（ｒｏｔｉｃｕｌａｔｅｒ）」と述べられる場合がある。このため、流体圧縮装置（たとえば、流体ポンプまたは内燃エンジン）、流体排出装置、流体膨張装置、または流体作動装置の一部を形成し得る「ローティキュレータ装置」が提供される。

本開示の例を、ここで、添付図面を参照して説明する。

本開示による、ロータアセンブリおよびハウジングを含む装置の例の部分分解図である。 図１に示す例に対する、装置に関するハウジングの代替的例の外部の斜視図である。 図１に示すロータアセンブリの斜視図である。 図３に示す例に対する、ロータアセンブリの代替的例の図である。 本開示による装置の半「透明」な斜視図である。 図５に示す例に対する、装置の代替的例の図である。 隠れた細部が破線で示されている、図５に示すハウジングの平面図である。 図５に示すハウジングの側断面図である。 隠れた細部が破線で示されている、図６に示すハウジングの平面図である。 図６に示すハウジングの平面図である。 図３に示すロータアセンブリの代替的な図である。 図１１のロータアセンブリのロータを示す図である。 図１１に示すロータアセンブリの平面図である。 図１２に示すロータの端図である。 ロータアセンブリの心棒の斜視図である。 ロータアセンブリのシャフトの斜視図である。 図１５の心棒と図１６のシャフトとのアセンブリを示す図である。 図１２のロータの側面図である。 図１２のロータの平面図である。 ロータアセンブリの代替的例の図である。 図２０のロータアセンブリのロータを示す図である。 図２０のロータアセンブリの端図である。 図２１のロータの端図である。 ロータアセンブリのさらなる代替的例の図である。 図２４のロータアセンブリのロータの斜視図である。 本開示の装置を備えたポンプのサイクルを示す図である。 本開示の装置の代替的例の部分分解斜視図である。 装置が１８０度回転した、図２７のロータアセンブリを囲むハウジングの半「透明」な斜視図である。 図２７および図２８の例の動作サイクルの例を示す図である。 ロータハウジングの代替的例の内部の図である。 ロータの代替的例の図である。

本開示の装置および方法が、以下に説明される。本装置は、流体圧縮装置（たとえば、流体ポンプまたは内燃エンジン）、流体排出装置、流体膨張装置、および流体駆動装置（たとえば、内部を通る流体の流れによって駆動する装置）の一部として使用するのに適切である。すなわち、本装置は、具体的には、流体の圧縮、および／または排出、および／または流れ、および／または膨張に適合している場合がある。「流体」との用語は、その通常の意味、たとえば、液体、気体、または、液体と気体との組合せを含むか、流体として機能する材料を含むと意図されている。本装置のコアの要素は、本装置が採用され得る非限定的な用途の例とともに説明される。

図１は、ハウジング１２およびロータアセンブリ１４を有する、本開示による装置１０の部分分解図を示している。図２は、ロータアセンブリ１４周りで閉じられた場合の、ハウジング１２の例を示している。図示の例では、ハウジング１２は、ロータアセンブリ１４周りで閉じられた、２つのパーツ１２ａ、１２ｂに分割されている。しかし、代替的例では、ハウジングは、３つ以上のパーツで製造され得、かつ／または、図１のハウジングとは異なって分割され得る。

ロータアセンブリ１４は、ロータ１６、シャフト１８、心棒２０、およびピストン部材２２を備えている。ハウジング１２は、キャビティ２６を画定する壁２４を有し、ロータ１６が、キャビティ２６内で回転可能かつ旋回可能である。

シャフト１８は、第１の回転軸３０を規定するとともに、第１の回転軸３０周りで回転可能である。心棒２０は、シャフト１８周りに延びている。心棒は、シャフト１８に対するある角度で延びている。さらに、心棒は、第２の回転軸３２を規定する。別の言い方では、心棒２０は、第２の回転軸３２を規定し、シャフト１８は、心棒２０に対するある角度で心棒２０を通って延びる。ピストン部材２２は、シャフト１８上に設けられている。

図示の例では、本装置には、２つのピストン部材２２、すなわち、第１のピストン部材２２と第２のピストン部材２２とが設けられている。ロータ１６は、２つのチャンバ３４ａ、３４ｂをも画定する。これら２つのチャンバ３４ａ、３４ｂは、ロータ１６の両側において、一方が他方に対して正反対の位置にある。

装置が流体圧縮装置の一部である例では、各チャンバ３４は、圧縮チャンバとして提供され得る。同様に、装置が流体排出装置である例では、各チャンバ３４は、排出チャンバとして提供され得る。装置が流体膨張装置である例では、各チャンバ３４は、膨張チャンバとして提供され得る。装置が流体駆動装置である例では、各チャンバ３４は、流体流れチャンバとして提供され得る。

図示の例では、ロータ１６の両側の圧縮チャンバ３４ａ、３４ｂは、同じ容量を有している。代替的例では、ロータの一方側の圧縮チャンバは、他方の圧縮チャンバに対して異なる容量を有し得る。たとえば、本装置が内燃エンジンの一部を形成する例では、名目上は流入部（たとえば、空気が吸い込まれる場所）として作用するチャンバ３４ａは、名目上は流出部／排気として作用するロータ１６の他方側のチャンバ３４ｂよりも大きい容量が提供され得る。

ピストン部材２２が実際、ロータアセンブリ１４全体を通って延びる一片である場合があるが、この構成は、各チャンバ３４にピストン部材２２が設けられていることを有効に意味している。すなわち、ピストン部材２２が１つのパーツのみを備える場合があるが、ロータアセンブリ１４の両側に１つずつ、２つのピストン部材セクション２２を形成する場合がある。

別の言い方では、第１のピストン部材２２は、心棒２０の一方側から、シャフト１８に沿って、ハウジング１２の一方側に向かって延び、第２のピストン部材２２は、心棒２０の他方側から、シャフト１８に沿って、ハウジング１２の他方側に向かって延びている。ロータ１６は、ロータアセンブリ１６の一方側に第１の開口３６を有する第１のチャンバ３４ａと、ロータアセンブリ１６の他方側に第２の開口３６を有する第２のチャンバ３４ｂとを備えている。ロータ１６は、心棒２０上に保持されており、ロータ１６は、第２の回転軸３２周りに、心棒２０に対して旋回可能である。ピストン部材２２は、心棒２０からチャンバ３４ａ、３４ｂを横断して開口３６に向かって延びている。ピストン部材２２の縁部と、チャンバ３４を画定するロータ１６の壁との間に、わずかなクリアランスが維持されている。このクリアランスは、ピストン部材２２の縁部と、チャンバ３４を画定するロータ１６の壁との間にシールを提供するように十分に小さくすることが可能である。代替的または追加的に、シール部材が、ピストン部材２２と、チャンバ３４を画定するロータ１６の壁との間に設けられる場合がある。

チャンバ３４は、ピストン部材２２へ向かって、およびピストン部材２２から離れて移動する側壁（すなわち、チャンバ３４の端壁）によって画定され、この側壁は、ピストン部材２２の側部を越えて通る境界壁によって結合している。すなわち、チャンバ３４は、側壁／端壁と、ロータ１６に設けられた境界壁とによって画定されている。

このため、ロータ１６は、第１の回転軸３０周りに、シャフト１８とともに回転可能であるとともに、第２の回転軸３２周りに、心棒２０周りに旋回可能である。この構成は、ロータ１６が第１の回転軸３０周りに回転する際に、第１のピストン部材２２が、第１のチャンバ３４ａの一方側から、第１のチャンバ３４ａの他方側に移動する（すなわち、横断する）ように作動可能になる結果となる。別の言い方では、ロータ１６が、第１の回転軸３０周りに、シャフト１８とともに回転可能であり、ロータ１６が、第２の回転軸３２周りに、心棒２０周りに旋回可能であることから、作動中、ロータ１６が第１の回転軸３０周りに回転すると、ロータ１６と第１のピストン部材２２との間の相対的旋回（すなわち、ロッキング）運動が存在する。すなわち、本装置は、ロータ１６が第１の回転軸３０周りに回転する際に、第１のピストン部材２２に対するロータ１６の旋回運動を制御することを可能とするように構成されている。

本装置が流体圧縮装置の一部である例では、第１のチャンバ３４ａの側壁が第１のピストン部材２２に向かって移動する際に、旋回運動は、第１のチャンバ３４ａ内の流体を圧縮するように作用する。

本装置が流体排出装置の一部である例では、第１のチャンバ３４ａの側壁が第１のピストン部材２２に向かって移動する際に、旋回運動は、第１のチャンバ３４ａから流体を排出させるように作用する。

本装置が流体膨張装置の一部である例では、旋回運動は、チャンバ３４ａ内の流体の膨張によって生じ、それにより、第１のチャンバ３４ａの側壁を第１のピストン部材２２から離れるように移動させる。

本装置が流体駆動装置の一部である例では、旋回運動は、チャンバ３４ａ内への流体の流れによって生じ、それにより、第１のチャンバ３４ａの側壁を第１のピストン部材２２から離れるように移動させる。

この構成は、やはり、ロータ１６が第１の回転軸３０周りに回転する際に、第２のピストン部材２２が、第２のチャンバ３４ｂの一方側から、第２のチャンバ３４ｂの反対側に移動する（すなわち、横断する）ように作動可能になる結果となる。別の言い方では、ロータ１６が、第１の回転軸３０周りに、シャフト１８とともに回転可能であり、ロータ１６が、第２の回転軸３２周りに、心棒２０周りに旋回可能であることから、作動中、ロータ１６が第１の回転軸３０周りに回転すると、ロータ１６と両方のピストン部材２２との間の相対的旋回（すなわち、ロッキング）運動が存在する。すなわち、本装置は、ロータ１６が第１の回転軸３０周りに回転する際の、両方のピストン部材２２に対するロータ１６の旋回運動の制御を可能とするように構成されている。

本装置が流体圧縮装置の一部である例では、流体はこうして、流体がロータアセンブリ１６の反対側の第１のチャンバ３４ａ内で圧縮されているのと同時に、第２のチャンバ３４ｂ内で圧縮される。このため、旋回運動は、チャンバ３４ａ、３４ｂの側壁がそのそれぞれのピストン部材２２に向かって移動する際に、第１のチャンバ３４ａと第２のチャンバ３４ｂとの中の流体を圧縮するように作用する。

本装置が流体排出装置の一部である例では、流体はこうして、流体がロータアセンブリ１６の反対側の第１のチャンバ３４ａ内で排出されているのと同時に、第２のチャンバ３４ｂ内で排出される。

本装置が流体膨張装置の一部である例では、流体はこうして、流体がロータアセンブリ１６の反対側の第１のチャンバ３４ａ内で膨張されているのと同時に、第２のチャンバ３４ｂ内で膨張される。

本装置が流体駆動装置の一部である例では、旋回運動は、チャンバ３４ｂ内への流体の流れによって生じ、それにより、チャンバ３４ａ内への流体の流れが第１のチャンバ３４ａの側壁を第１のピストン部材２２から離れるように移動させるのと同時に、第１のチャンバ３４ｂの側壁を第１のピストン部材２２から離れるように移動させる。

別の言い方では、ロータ１６および第１のピストン部材２２が、第１の回転軸３０周りに回転し、ロータ１６が、第２の回転軸３２周りに旋回すると、ロータ１６と第１のピストン部材２２との間の相対的旋回（すなわち、ロッキング）運動が存在することになり、これにより、第１のチャンバの容量を変化させる。このチャンバ容量の変化は、第１の回転軸３０周りのロータ１６の回転にリンクしている。相対的な旋回運動は、以下に説明するように、旋回アクチュエータによって引き起こされる。

本装置が流体ポンプの一部を形成する例では、ロータ１６と第１のピストン部材２２とが、ロータ１６の第１の回転軸３０周りの回転に応じて、互いに対して旋回（すなわち、移動）する。

本装置が内燃エンジンの一部を形成する例では、ロータ１６と第１のピストン部材２２とが、互いに対して旋回（すなわち、移動）して、ロータ１６を第１の回転軸３０周りに回転させる。

ロータ１６がピストン部材２２に対して旋回（すなわち、ロック）し得るようにロータ１６を取り付けることは、チャンバ３４ａ、３４ｂ内にサブチャンバ３４ａ１、３４ａ２、３４ｂ３、３４ｂ４を形成するように、チャンバ３４ａ、３４ｂ、またはその各々の２つの半体間に、移動可能である仕切りが設けられていることを意味する。作動時には、サブチャンバ３４ａ１、３４ａ２、３４ｂ３、および３４ｂ３の各々の容量は、ロータ１６とピストン部材２２との相対的な向きに応じて変化する。

ハウジング１２がロータアセンブリ１４周りに閉じている場合、ロータ１６は、ハウジング壁２４に対して配置されており、それにより、壁２４の大部分の上で、チャンバの開口３４との間にわずかなクリアランスが維持されるようになっている。このクリアランスは、ロータ１６とハウジング壁２４との間にシールを提供するように十分に小さくすることができる。

代替的または追加的に、シール部材が、ハウジング壁２４とロータ１６との間のクリアランスに設けられる場合がある。

ポートが、チャンバ３４ａ、３４ｂへ、およびチャンバ３４ａ、３４ｂから、流体を通すために設けられている。各チャンバ３４に関し、ハウジング１２は、流体をチャンバ３４内に送り込むための流入ポート４０と、チャンバ３４から流体を出すための排出ポート４２とを備え得る。流入ポート４０と流出／排出ポート４２とは、図１と図２とに、異なる幾何学形状で示されている。図１では、各ポートが「三日月形状」として示されており、図２では、「Ｔ」形状として示されている。これらの両方は、装置に必要とされる構成に応じて適用され得る、幾何学形状の非限定的な例である。ポート４０、４２は、ハウジングを通して延び、ハウジング１２の壁２４上に開いている。やはり設けられているのは、シャフト１８の端部を支持するための支持構成４４である。この支持構成４４は、用途に適切な、任意の慣習的な種類のものである場合がある。

ポート４０、４２は、作動時に、それぞれのチャンバ開口３６がポート４０、４２を越えて移動する際に、第１の相対位置では開口３６がポート４０、４２と整列し、それにより、チャンバ開口が完全に開くようになっており、第２の相対位置では、開口３６が整列しておらず、それにより、開口３６がハウジング１２の壁２４によって完全に閉じられるようになっており、また、中間の相対位置では、開口３６がポート４０、４２と部分的に整列し、それにより、開口３６が部分的に、ハウジングの壁２４によって制限されるようになっているような、ハウジング１２上でのサイズおよび位置とされ得る。

代替的には、ポート４０、４２は、作動時に、ポート４０、４２と、それぞれのロータ開口３６との相対位置の第１のレンジ（またはセット）において、ポート４０、４２とロータ開口３６とが整列しておらず、それにより、開口３６がハウジング１２の壁２４によって完全に閉じられて、チャンバ３４ａ、３４ｂと、ポート４０、４２との間の流体の流れを防止するような、ハウジング１２上のサイズおよび位置とされ得る。同時に、ポート４０、４２の開口は、ロータの本体の外周によって閉じられて、チャンバ３４ａ、３４ｂとポート４０、４２との間の流体の流れを防止している場合もある。ポート４０、４２と、それぞれのロータチャンバ開口３６との相対位置の第２のレンジ（またはセット）において、開口３６は、少なくとも部分的に、ポート４０、４２と整列しており、それにより、開口３６が少なくとも部分的に開いて、チャンバ３４ａ、３４ｂとポート４０、４２との間を流体が流れることを可能にするようになっている。

ポートの配置およびサイズは、可能な作動効率を最適にするように促すように、用途（すなわち、流体駆動装置の流体ポンプ装置、流体排出装置、流体膨張装置の一部として使用されるか）に応じて変化し得る。本明細書に説明されるとともに、図に示されるポートの位置は、単に、媒体（たとえば、流体）の流入および流出の原理を示すものである。

本開示の装置のいくつかの（図示されていない）例では、流入ポートおよび流出ポートには、ポート４０、４２を通る流体／媒体の流れを制御するように作動可能である、機械式または電気機械式のバルブが設けられている場合がある。

図３、図４は、本開示による、ロータアセンブリ１４の２つの例の拡大図を示している。

図３の例は、図１に示す例に対応している。しかし、比較すると、図４の例は、代替的な例を示しており、図３の例に比べ、第１の回転軸３０周りに９０度回転されている。２つの例は、基本的には同じものであるが、図４の例では、チャンバ３４は、図３に示す例のアスペクト比とは異なるアスペクト比を有し、ピストン部材２２がかなり狭くなっている。チャンバ３４のアスペクト比、そしてひいては、ピストン部材２２の幅は、装置の必要とされるキャパシティに応じて選択されることになることを理解されたい。

本装置は、ロータ１６を心棒２０周りに旋回させるように作動可能である（すなわち、構成されている）旋回アクチュエータを備えている。すなわち、本装置は、ロータ１６を、心棒２０によって規定された第２の回転軸３２周りに旋回させるように作動可能である（すなわち、構成されている）旋回アクチュエータをさらに備え得る。旋回アクチュエータは、装置に必要とされる性能に適切な任意の角度だけロータ１６を旋回させるように構成され得る。たとえば、旋回アクチュエータは、ロータ１６を実質的に約６０度の角度にわたって旋回させるように作動可能である場合がある。

旋回アクチュエータは、例に示すように、ロータ１６上の第１のガイド用形状と、ハウジング１２上の第２のガイド用形状とを備えている場合がある。このため、旋回アクチュエータは、ロータ１６が第１の回転軸３０周りに回転する際に、ピストン部材２２に対するロータ１６の制御された相対旋回運動を引き起こすように構成されている、ロータ１６とハウジング１２との間の機械的リンクを提供する場合がある。すなわち、ロータ１６の旋回運動を引き起こす、旋回アクチュエータのガイド用形状に対して作用する、ロータ１６の相対移動である。

第１のガイド用形状は、第２のガイド用形状に対する相補的形状である。第１のガイド用形状と第２のガイド用形状との一方は、ロータが第１の回転軸３０周りに回転する際に、第１のガイド部材形状と第２のガイド部材形状との他方がたどるように制限された通路を規定する。おそらく溝として設けられる通路は、ロータ１６を心棒２０および軸３２周りに旋回させるように構成されたルートを有している。このルートは、ロータ１６の回転と旋回との間の機械的な利点を設定するようにも作用する。

旋回アクチュエータの非限定的な例は、図５、図６に示す例に図示されている。これら図では、図５に示す装置１０は、図１、図２に示す装置に対応している。

ガイド用溝５０がロータに設けられ、指針５２（図１に見ることができる）が、ハウジング１２の壁２４に設けられている。この指針５２は、溝５０内に置かれる。しかし、図６に示す代替的例では、指針５２’はロータ１６上に設けられ、ガイド用溝５０’は、ハウジング１２内に設けられている。すなわち、ガイド路５０、５０’は、ロータまたはハウジングに設けられ得、他方のガイド用形状、指針５２、５２’は、やはり、ロータ１６またはハウジング１２に設けられ得る。

これら例は、図５の例に対応する図７および図８、ならびに、図６の例に対応する図９および図１０に示す断面を参照してさらに説明される。

図１１、図１２は、図１、図３に示す例によるロータアセンブリ１６およびロータ１４を示している。ロータ１６は、ほぼ球形である。便宜上、図１１は、シャフト１８、心棒２０、およびピストン部材２２が取り付けられた、ロータアセンブリ１４全体を示している。対照的に、図１２は、ロータ１６自体と、ロータ１４を通って延び、心棒２０を受領するように構成されたキャビティ６０とを示している。図１３は、図１１に示すロータ構成の平面図を示しており、図１４は、ロータ１４のチャンバ３４を画定する開口３６を見下ろす端図である。

ロータ１４は、シャフト１８と心棒２０とのアセンブリの周りにともに組み付けられる、１つまたは複数の部品で提供され得る。代替的には、ロータ１６は、１つのピースとして一体に形成されるか、いくつかのパーツから１つの要素を形成するように製造されるかにより、１つのピースとして提供され得る。いくつかのパーツから１つの要素を形成するように製造される場合、心棒２０がキャビティ６０内にスライドし、次いで、シャフト１８とピストン部材２２とが、心棒２０に形成された通路６２内にスライドし、次いで、ともに固定される。

図１５は、心棒１８およびピストン部材２２を受領するための通路６２を有する心棒２０の斜視図である。心棒２０は、実質的に円筒状である。図１６は、シャフト１８とピストン部材２２との例示的構成を示している。シャフト１８とピストン部材２２とは、図１６に示すように、一体に形成され得るか、複数のパーツから製造され得る。ピストン部材２２は、断面がほぼ正方形であるか矩形である。図に示すように、シャフト１８は、円筒状の支持領域を備えている場合がある。この円筒状の支持領域は、ハウジング１２の支持構成４４に着座し、ひいては、シャフト１８の第１の回転軸３０周りの回転を可能とするために、ピストン部材２２から延びている。

図１７は、心棒２０に組み付けられたシャフト１８およびピストン部材２２を示している。シャフト１８、ピストン部材２２、および心棒２０は、上述のようにアセンブリとして形成され得る。または、シャフト１８、ピストン部材２２、および心棒２０は、おそらく鋳造または鍛造により、１つのものとして一体に形成され得る。

心棒２０は、シャフト１８およびピストン部材２２のほぼ中心に設けられ得る。すなわち、心棒２０は、シャフト１８の２つの端部間のほぼ半分の位置に設けられ得る。組み立てられると、シャフト１８と、心棒２０と、ピストン部材２２とは、互いに対して固定され得る。心棒２０は、シャフトおよびピストン部材２２に対してほぼ垂直である場合があり、このため、第２の回転軸３２は、第１の回転軸３０に対してほぼ垂直である場合がある。

ピストン部材２２は、ハウジング１２の壁２４の近位で終端するようなサイズであり、わずかなクリアランスが、ピストン部材２２の端部とハウジング壁２４との間に維持されている。このクリアランスは、ピストン部材２２とハウジング壁２４との間にシールを提供するように十分に小さくすることが可能である。代替的または追加的に、シール部材は、ハウジング壁２４とピストン部材２２との間のクリアランスに設けられる場合がある。

図１８、図１９に明確に示すように、ガイド用形状がロータ１６上の通路として設けられている例では、ガイド路５０は、ロータまたはハウジングの第１の外周の周り（すなわち、上、近位、および／または一方側）の通路を描写する。この例では、第１の外周の平面は、第１の外周が第１の回転軸３０周りに回転する際に、第２の回転軸３２によって描かれる平面と重なっているか、整列している。たとえば、通路５０’がハウジング１２に設けられている、図６に示すものと同種のものについて、同じことが言える。

ガイド路５０、５０’は、少なくとも、通路を第１の外周の第１の側部から離れるように向け、次いで、第１の外周の第２の側部に向ける第１の屈曲端７０と、通路５０、５０’を第１の外周の第２の側部から離れるように向け、次いで、第１の外周の第１の側部に向けて戻す第２の端７２とを備えている。通路５０は、第１の外周の通路をたどらず、むしろ、第１の外周の側部から側部へと揺動する。すなわち、通路５０は、第１の外周の通路をたどらないが、第１の外周の側部との間の正弦波形状のルートを規定する。通路５０は、第２の回転軸３２からオフセットしている場合がある。このため、ロータ１６が第１の回転軸３０周りに回転すると、通路５０、５０’と、指針５２、５２’との相互作用により、心棒２０、そしてひいては、第２の回転軸３２周りに、ロータ１６を前後に傾ける（すなわち、ロックするか旋回させる）。

そのような例では、ガイド路が第１の外周の一方側の屈曲部７０、７２から、外周の他方側の屈曲部７０、７２に延びる距離により、ロータ１６の第２の回転軸３２周りの旋回角度と、シャフト１８の第１の回転軸３０周りの角回転との間の関係が規定される。屈曲部７０、７２の数により、ロータ１６の第１の回転軸３０周りの回転毎の、ロータ１６の第２の回転軸３２周りの旋回の数の比（たとえば、圧縮、膨張、排出サイクルなど）が規定される。

すなわち、ガイド路５０、５０’の向きにより、第１の回転軸３０の回転に関して、ロータ１６の第２の回転軸３２周りの傾斜、振幅、および周波数が規定され、それにより、任意のポイントにおけるシャフトからの径方向の戻り（またはその逆）に関するチャンバ３４の角度の変位の量を規定する。

別の言い方では、通路５０、５０’の向きにより、ロータの回転速度と、ロータチャンバ３４ａ、３４ｂの容量の変化量との間の機械的比／関係が直接表される。すなわち、通路５０、５０’の描く曲線により、ロータ１６の回転速度と、ロータ１６の旋回量との間の機械的比／関係が直接表される。すなわち、ロータアセンブリ１４の回転速度に関するチャンバの容量の変化量は、ガイド路の曲線の変化（すなわち、屈曲部）の激しさよって設定される。

溝のプロファイルは、ガソリン、ディーゼル（および他の燃料）の燃焼エンジンに関し、ポンプおよび膨張が、ロータアセンブリの耐用年数の間、異なる特性および／またはチューニングを必要とし得るように、圧縮の特性に対する様々な変化を提供するように変更することができる。別の言い方では、通路５０、５０’の曲線は、変化させることができる。

このため、ガイド路５０、５０’は、装置の任意の所与の用途のために予め設定され得る、「プログラム可能なクランクの通路」を提供する。

代替的には、ガイド路５０、５０’を規定する特徴は、通路５０、５０’の調整を可能にするように、移動可能である場合があり、これにより、装置が作動中である間、クランクの通路を動的に調整され得る。これにより、装置の制御性能および／または効率をアシストするように、第２の回転軸周りの、ロータの旋回動作の量および程度のチューニングが可能になり得る。すなわち、調整可能なクランクの通路により、ロータの回転速度と、ロータチャンバ３４ａ、３４ｂの容量の変化量との間の機械的比／関係の変更が可能になる。このため、通路５０、５０’は、ロータ１２およびロータハウジング１６に備えられ、かつ、ロータ１２およびロータハウジング１６に対して、部分的または全体として、移動および／または調整することができる、チャンネル要素などとして提供され得る。

図６に示す例と同種のロータアセンブリ１４が、図２０から図２３に示されている。見ることができるように、この例は、ロータ１６上のガイド用溝５０の代わりに、ハウジング１２のガイド用溝５０’と係合するための、ロータ１６の指針５２’が設けられていることを除き、図１１から図１４に示す例に類似している。

ロータハウジング１４およびロータ１６のさらなる例が、図２４および図２５に示されている。この例は、ほぼ球状のロータ本体の代わりに、ロータ１６が実質的に少ない材料を含み、心棒２０を受領するためのチャンバ３４およびキャビティ６０を画定するように、壁のみが設けられている点を除き、図２０から図２３の例と基本的に同じである。すべての他の箇所において、図２０から図２３の例と同じである。

図３０は、図６、図９、図１０に示すハウジングに対する代替的なハウジングを示している。図３０は、第１の回転軸３０が座する水平面に沿って分割されたハウジングの半分を示している。この例では、流入ポート４０および流出ポート４２が、ハウジングの内側の「Ｔ」形状から、ハウジング１２の外部表面における実質的に丸い形状へと変化している。ガイド路５２’は、屈曲部を伴う通路を規定する、図６、図９、図１０に示すルートとは異なるルートを規定している。前述のように、作動時には、通路および屈曲部により、ピストン２２に対する、ロータ１６の変位の変化量が規定され、ロータ１６の回転と旋回との間の機械的な戻りに深く影響することを可能にする。ルートは、用途の要請を満たすように、最適化され得る。すなわち、ガイド路は、様々な用途に適するようにプログラムされ得る。

図３１は、図２１、図２５に示す例と同種の、ロータ１６の別の非限定的な例を示している。心棒２０上にロータ１６を保持するように、支持アセンブリ（たとえば、ローラ支持構成）を受領するか、支持表面を提供するための支持領域７３が示されている。同様に示されているのは、ロータの重要ではない領域にキャビティとして設けられた「切抜き」形状７４である。この切抜き形状７４により、構造を軽量化し（すなわち、重量をセーブする形状を提供し）、製造の間にロータ１６をグリップ／クランプ／支持するための領域を提供する。指針５２’に隣接する追加の領域７５も、製造の間にロータ１６をグリップ／クランプ／支持するために提供され得る。

本装置が流体ポンプ（たとえば、流体の圧縮および／または排出のため）として採用される例では、シャフト１８は、ハウジング１２内のロータを回転させるように、駆動モータに結合されている場合がある。

本装置が内燃エンジンの一部を形成する例では、シャフト１８は、永続可能な回転ロータアセンブリによって出力が送られることになる、出力取出装置（ｐｏｗｅｒ ｏｆｆ ｔａｋｅ）、ギアボックス、または他の装置に結合されている場合がある。そのような例では、チャンバ３４は、燃料供給源（たとえば、空気）と流体連通し、また、燃料点火装置（たとえば、スパーク点火装置）と流体連通している場合がある。本装置は、圧縮サイクルの予め規定されたポイントにおいて、燃料を導入し、圧縮し、点火および燃焼して流体をチャンバ内で膨張させ、それにより、ピストン部材２２を移動させ、ひいては、ロータアセンブリ１４の回転を継続させるように、構成され得る場合もある。点火は、様々な場所、たとえばハウジング１２から始まり、開いたシリンダ口３２内、または、チャンバ３４の中心に、ロータ本体内に取り付けられ、適切なタイミングの固定出力源と接触する、絶縁された電極を介して行われる。

図２６は、図１から図２５の例が、流体ポンプ（たとえば、流体圧縮装置および／または流体排出装置）として構成されている場合に、どのように動作し得るかを示している。各ラインの中心の図（ｉｉ）は、シャフト１８およびピストン部材２２が設置されたロータ１６の断面図を示している。左の図（ｉ）は、中心の図（ｉｉ）の端図を示している。右の図（ｉｉｉ）は、ロータアセンブリの反対側の端図を示している。ロータアセンブリは対称的である。

図２６（ａ）は、作動サイクルの公称で０度の角度位置における各サブチャンバ３４ａ１、３４ａ２、３４ｂ３、３４ｂ４の各々の状態を示している。サブチャンバ３４ａ１、３４ｂ３は、最大容量であり、流体で充填されており、排出ポート４２を通しての排出サイクルが開始されようとしている。サブチャンバ３４ａ２、３４ｂ４は、完全に圧縮／排出され、空にされ、インテークポート４０を通しての充填サイクルを開始する準備がされている。

図２６（ｂ）は、作動サイクルの２２．５度の位置に回転したサブチャンバ３４ａ１、３４ａ２、３４ｂ３、３４ｂ４の各々の状態を示している。サブチャンバ３４ａ１、３４ｂ３は、圧縮／排出を開始し、また、排出ポート４２を通しての排出が開始される。逆に、サブチャンバ３４ａ２、３４ｂ４は、容積の増大を開始し（すなわち、膨張）、流入ポート４０を通して流体を引き込む。

図２６（ｃ）は、作動サイクルの９０度の位置に回転したサブチャンバ３４ａ１、３４ａ２、３４ｂ３、３４ｂ４の各々の状態を示している。サブチャンバ３４ａ１、３４ｂ３は、圧縮／排出の途中であり、また、排出ポートを通して排出している。逆に、サブチャンバ３４ａ２、３４ｂ４は、膨張の途中であり、流入ポートを通して流体を引き込み続けている。

図２６（ｄ）は、作動サイクルの１５７．５度の位置に回転したサブチャンバ３４ａ１、３４ａ２、３４ｂ３、３４ｂ４の各々の状態を示している。サブチャンバ３４ａ１、３４ｂ３は、完全に圧縮／排出した状態に近付いており、ほとんど空である。逆に、サブチャンバ３４ａ２、３４ｂ４は、完全に膨張した状態に近付いており、完全に流体で充填された状態に近い。

図２６（ｅ）は、作動サイクルの１８０度の位置に回転したサブチャンバ３４ａ１、３４ａ２、３４ｂ３、３４ｂ４の各々の状態を示している。サブチャンバ３４ａ１、３４ｂ３は、完全に圧縮／排出され、空であり、充填サイクルを開始する準備がされている。逆に、サブチャンバ３４ａ２、３４ｂ４は、完全に膨張され、充填され、排出サイクルを開始する準備がされている。このポイントを越えて、サイクルは再び開始し得るが、１８０度のポイントでは、サブチャンバ３４ａ１、３４ａ２は、サブチャンバ３４ｂ３および３４ｂ４が有する役割と、完全に入れ替わっていることに留意されたい。１８０度と３６０度との間では、上述のプロセスがこれら逆になった役割に沿って繰り返される。

図２７および図２８は、「２ストローク」のサイクルのエンジンと同種の内燃エンジンの一部として提供される装置の代替的例を示している。図２７は、１つの角度からのエンジンの、部分分解拡大斜視図を示している。図２８は、異なる角度からのエンジンの変形形態の半「透明」な図を示している。図２７の例と図２８の例とは、図２８が、図２７のアスペクト比とは異なるアスペクト比で、ピストン部材２２および圧縮チャンバ３４をも示していること以外、同一である。これら例のロータアセンブリ１６の多くの箇所は、前の例に説明したものと同じである。

しかし、ロータアセンブリ１６の一方側の第１の圧縮チャンバ３４ａと、ロータアセンブリ１６の他方側の第２の圧縮チャンバ３４ｂとの間の、少なくとも１つの閉鎖可能な流路８０が設けられていることが、重要な差異である。流路８０は、ロータがその旋回の一方の範囲まで旋回する際に開かれ、ロータがその旋回運動の他方の範囲に向かって旋回する際に閉じられる、心棒２０内の流路を備え得る。図２７、図２８の例と、前述の例との間のさらなる顕著な差異は、ハウジングが、流路と圧縮チャンバ３４ａ、３４ｂのそれぞれとの間の流体の通流のために、圧縮チャンバ３４ａ、３４ｂ毎に１つのみのポートを備えていることである。ハウジングの一方の半体１２ａには流入ポート４０が設けられ、ハウジングの他方の半体１２ｂには排出ポート４２が設けられている。この例では、排出ポート４２は、断面積が流入ポート４０よりも著しく小である。

図２９は、図２７、図２８の例の燃焼サイクルがどのように動作し得るかを示している。各ラインの中心の図（ｉｉ）は、シャフト１８およびピストン部材が設置されたロータ１６の断面図を示している。左の図（ｉ）は、中心の図（ｉｉ）の端図を示している。右の図（ｉｉｉ）は、ロータアセンブリの反対側の端図を示している。

図２９（ａ）では、ゼロ度の回転の位置において、サブチャンバ３４ａ１は、導入フェイズにより、流入ポート４０を通して空気を吸引した後に、完全に充填されている。サブチャンバ３４ａ２は、完全に圧縮され、サブチャンバ３４ａ１とサブチャンバ３４ｂ３との間の閉鎖可能な流路８０を通して、サブチャンバ３４ｂ３内に排出される。サブチャンバ３４ｂ３は完全に開かれ、部分的に排出ポート４２と整列している。サブチャンバ３４ｂ４は、完全に圧縮された空気と燃料との混合物を含んでおり、その出力（すなわち、点火）ストロークを開始する。

燃料は、以下の図２９（ｂ）、図２９（ｃ）、または図２９（ｄ）で説明されるステージの１つの間に、サブチャンバ３４ｂ３内に導入される。

図２９（ｂ）は、２２．５度の角度位置を示している。サブチャンバ３４ａ１は、ここでは閉じられており、圧縮ストロークを開始する。サブチャンバ３４ａ２は膨張を開始し、流入ポート４０を通して内部に流体を引き込む。サブチャンバ３４ｂ３は、ここでは閉じられており、圧縮を開始する。サブチャンバ３４ｂ４内では、燃料と空気との混合物が点火されるとともに燃焼され、膨張を生じる。これにより、ピストン部材２２とロータ１６との間の相対移動が生じ、それにより、ロータ１６の第１の回転軸３０周りの回転を引き起こす。

図２９（ｃ）は、９０度回転した位置を示している。サブチャンバ３４ａ１は、依然として閉じられており、圧縮の途中である。サブチャンバ３４ａ２は、膨張の途中であり、依然として、流入ポート４０を通して流体を引き込んでいる。サブチャンバ３４ｂ３は、依然として閉じられており、圧縮ストロークの途中である。サブチャンバ３４ｂ４は、出力ストロークの途中であり、依然として、内部の燃焼によって開かれるようにされている。

図２９（ｄ）は、１５７．５度の角度位置を示している。サブチャンバ３４ａ１は、依然として閉じられており、完全に圧縮された状態に近付いている。サブチャンバ３４ａ２は、完全に膨張した状態に近付いており、依然として、流入ポート４０を通して引き込んでいる。サブチャンバ３４ｂ３は、依然として閉じられており、その圧縮ストロークの終了に近付いている。サブチャンバ３４ｂ４は、依然として燃焼プロセスによって膨張されており、その出力ストロークの終了に近付いている。

図２９（ｅ）は、１８０度の角度位置を示している。サブチャンバ３４ａ１は、完全に圧縮され、サブチャンバ３４ａ１とサブチャンバ３４ｂ４との間の閉鎖可能な流路８０を通して、サブチャンバ３４ｂ４内に排出される。サブチャンバ３４ａ２は、導入フェイズの後に完全に充填される。サブチャンバ３４ｂ３は、完全に圧縮され、その点火（出力）ストロークを開始して、次の１８０度の回転へ出力する準備がされている。サブチャンバ３４ｂ４は完全に開かれ、排出ポート４２と一瞬整列し、同時に、サブチャンバ３４ａ１からの通路と整列する。

１８０度のポイントでは、チャンバ３４ａ１および３４ｂ２は、チャンバ３４ｂ３および３４ｂ４が有する役割と、完全に入れ替わっている。１８０度と３６０度との間では、上述のプロセスがこの逆になった役割に沿って繰り返される。

図２６および図２９に関する上述の例で使用される角度位置は、非限定的な例に過ぎない。

本装置が流体膨張装置の一部である例では、旋回運動は、チャンバ３４の少なくとも１つの内の流体の膨張によって生じ、それにより、第１のチャンバ３４ａの側壁を第１のピストン部材２２から離れるように移動させる。また、それにより、ロータ指針５２、５２’をガイド路５０、５０’に対して作用させ、こうして、ロータ１６を第１の回転軸周りに回転させる。たとえば、本開示の装置は、流れの発生源（たとえば、蒸気タービンからの排気）の「下流」の生成システムの一部として設けられ、蒸気を、流入ポート４０を通して受領する場合がある。蒸気が膨張すると、ロータ１６およびシャフト１８が第１の回転軸３０周りに回転し、シャフト１８の回転は、ジェネレータまたは他の装置を駆動させるために使用される。膨張した流体は、膨張チャンバ３４ａから、他方の膨張チャンバ３４ｂ内の流体の膨張によって押し出される場合がある。

代替的例では、本装置は、化学反応に関する膨張反応装置の一部を形成する場合がある。この反応装置は、動力取出しのために、熱力学的膨張を、第１の回転軸３０周りのロータの回転を駆動させるように利用する。そのような例では、化学物質を受領するチャンバ３４は、開口３６を有していない場合があるが、化学物質をチャンバ３４に送り込むための注入装置が設けられている場合がある。このため、チャンバ３４は、ロータ１６内の閉じられた空隙／キャビティとして画定され得る。そのような例では、採用される燃料は、過酸化水素などである場合がある。

本装置が流体駆動装置である例では、旋回運動は、チャンバ３４ａ内への流体の流れによって生じ、それにより、第１のチャンバ３４ａの側壁を第１のピストン部材２２から離れるように移動させる。また、それにより、ロータ指針をガイド路に対して作用させ、こうして、出力取出しのために、ロータ１６を第１の回転軸３０周りに回転させる。たとえば、本開示の装置は、油圧モータまたは空気モータとして提供され得る。そのような例では、本装置は、流入ポート４０を通して流体を受領するように構成され得る。流体が流れると、ロータ１６およびシャフト１８が第１の回転軸周りに回転する。流体は、重力下で出ることができるか、連続したチャンバ内への流体の流れにより、そのチャンバから押し出される。

さらなる代替的例では、本装置は、流体調整または測定装置の一部を形成する場合がある。そのような例では、本装置は、流入ポート４０を通して流体を受領するように構成され得る。流体が流れると、ロータ１６およびシャフト１８が第１の回転軸周りに回転する。流体は、次のチャンバ内への流体の流れにより、そのチャンバ３４ａから押し出される。シャフトの速度は、装置を通る流量を測定するか制限するために、測定、制御、および／または制限され得る。

さらなる例では、互いから完全に離れた２つのそのようなローティキュレータユニット（ｒｏｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）は、互いの間の剛性の流体伝達のために結合する場合があり、液圧ギアシステムまたは液圧差動システム（液体によって結合した３つのユニットによる）として使用するために作動可能である。そのような例では、流体は、エネルギ伝達媒体として作用して、入力トルクを、他の遠位のユニットの出力トルクに分配する。また、結合されたユニットの容量の差により、ロータの速度の変化が生じる。このシステムにより、高リスクまたは爆発性雰囲気内に回転出力を得る、本質的に安全な方法が提供される。

本装置がどのように利用され得るかの複数の例が説明されてきたが、ロータアセンブリのコア要素、および、この独創的な「ローティキュレータ」構成が、さらなる用途に利用され得ることから、本開示はこれら例には限定されない。

本開示の装置によって提供される、シンプルなローティキュレータジョイントにより、ロータが同時に回転することと関節でつなぐことを行い（すなわち、旋回）、それにより、作業および所望の機能を実施するために利用されることが可能なる。

たとえば、本装置は、容量性のエネルギを回転による作業に変換するか、回転の入力を流体の排出または流体の流れの制御に変換することが必要である多くの用途に適用され得る。別の言い方では、本装置は、容量性の変位を回転力に変換すること、および／または、回転力を容量性の変位に変換することに適している。

このため、本装置は、両方向かつ両方の方式の、トルク／圧力変換装置である。本装置は、正圧または負圧を回転力に変換するように構成され得る。代替的には、本装置は、回転力を圧縮力または真空吸引力に変換するように構成され得る。このため、本装置は、媒体を連続的に排出するか、媒体を圧縮的に排出するように構成され得る。

上述のように、本装置は、熱エンジン、蒸気エンジン、流量計（たとえば水量計）、流体タービン、液圧モータまたは空気モータの一部を形成し得る。本装置は、真空源から回転エネルギを引き出すためにも利用され得る。

本装置は、真空の生成のための装置（すなわち、真空ポンプ）の一部を形成する場合がある。本装置は、代替的には、液体状態から気体状態へのガスの膨張、または、冷却ガスの膨張の管理のための装置の一部を形成する場合がある。そのような例では、本装置は、駆動されるか制御された回転手段、たとえば、ロータの回転を所望の速度に制限するブレーキまたはモータに結合され得、それにより、チャンバ内における気体／液体の膨張を制御する。このことは、膨張の制御を可能にするように、それ自体によってロータを回転させない場合があるか、ロータを過度に速く回転させ、こうして、膨張の制御の十分な利点を達成しない場合がある。

回転毎に内部容量の１００％縮小まで提供する、真の容積式ユニットである場合、このユニットは、「押す」作業と「引く」作業とを同時に実施することができ、そのため、たとえば、その流入部に完全な真空を形成することができ、一方、同時に、その流出部に圧縮空気を提供する。または、組み合わせられた同時の吸入ポンプと排出ポンプとである。

このため、流体ポンプ、流体排出装置、内燃エンジン、流体膨張装置、または流体駆動装置として使用するために適合され得る、コンパクトな装置が提供される。

ロータ１４とハウジング１２とは、間にわずかなクリアランスを伴って構成され得、これにより、オイルレスかつ真空の動作を可能にし、かつ／またはロータ１６とハウジング１２との間の接触シール手段の必要性を不要にし、それにより、摩擦損失を最小にしている。

ロータアセンブリ１４の性質は、このアセンブリがフライホイールとして作用する場合があり、他のエンジンおよびポンプの設計には一般的な、別々のフライホイールの要素に関する必要性を不要にし、それにより、比較的軽量な構成に貢献している。

さらに、本開示の装置は、３つの主要な内部の可動部品（シャフト、ロータ、および心棒）のみを備えており、それにより、製造および組立てがシンプルな装置を形成している。

そのようなことから利益を得る用途では、シャフト１８は、ハウジングの両側から外に延びて、装置を駆動させるためのパワートレインおよび／または発電機に結合されるか、複数のユニットを一列に結合し得る。

本発明の装置は、様々な容量または出力の要請に適する任意のサイズに拡縮することができ、そのデュアル出力ドライブシャフトも、共通のラインシャフト上に複数のドライブを取り付けることを容易にしており、それにより、容量、平滑さ、パワーの出力を増大させ、冗長性を与えるか、第２の内燃エンジンを保持することのわずかな重量の不利益を伴って、要求に応じてさらなる出力を与える。

本装置は本来的に、慣性力がかなり低く、それにより、負荷が少なく、迅速かつ容易な起動を提供する。

直径２５０ｍｍのロータは、（容量の１００％の縮小を促しつつ）回転毎に４．０リットルの排出量を達成できることが想定される。ドライブの容量は、球の容量に伴う傾向にあり、そのため、４００ｍｍの直径により、回転毎に４０リットルの潜在的な最大排出量で、２５０ｍｍの直径のロータの排出量の約１０倍を提供する。

本出願に関する本明細書と同時か、その前に出され、本明細書とともに公開されるすべての文書および文献が注目され、それら文書および文献すべての内容は、参照することにより、本明細書に組み込まれる。

本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書、および図面のいずれも含む）に開示される特徴すべて、および／または、そうして開示されるいずれの方法またはプロセスのステップすべては、そのような特徴および／またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組合せを除き、任意の組合せで組み合わせられ得る。

本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書、および図面のいずれも含む）に開示の各特徴は、別様に明確に示されていない限り、同じか、均等か、類似の目的を達成する代替的特徴で置き換えられ得る。このため、別様に明確に述べられていない限り、開示の特徴の各々は、包括的な一連の、均等であるか同様の特徴の一例に過ぎない。

本発明は、前述の実施形態の詳細には制限されない。本発明は、本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書、および図面のいずれも含む）に開示される特徴の任意の新規の特徴、もしくは任意の新規の組合せ、または、そのように開示される任意の方法またはプロセスのステップの任意の新規のステップ、もしくは新規の組合せに拡大される。

Claims (22)

1. 装置（１０）であって、
   第１の回転軸（３０）を規定するとともに、第１の回転軸（３０）周りで回転可能であるシャフト（１８）と、
   第２の回転軸（３２）を規定する心棒（２０）であって、シャフト（１８）が心棒（２０）を通って延びる、心棒（２０）と、
   シャフト（１８）に設けられた第１のピストン部材（２２）であって、第１のピストン部材（２２）が、心棒（２０）からシャフト（１８）の遠位端に延びる、第１のピストン部材（２２）と、を備え、および、
   シャフト（１８）と、心棒（２０）と、ピストン部材（２２）とが、互いに対して固定されおり、
   心棒（２０）に保持されたロータ（１６）を備え、
   ロータ（１６）が第１のチャンバ（３４ａ）を備え、
   第１のピストン部材（２２）が第１のチャンバ（３４ａ）を横断して延び、
   それにより、
   ロータ（１６）および心棒（２０）が、第１の回転軸（３０）周りに、シャフト（１８）とともに回転可能であり、
   ロータ（１６）が、第２の回転軸（３２）周りに、心棒（２０）周りに旋回可能であることで、
   ロータ（１６）が第１の回転軸（３０）周りに回転する際の、ロータ（１６）と第１のピストン部材（２２）との間の相対的旋回運動を可能とする、
   装置（１０）。
2. 第１のチャンバ（３４ａ）が第１の開口（３６）を有し、
   第１のピストン部材（２２）が、心棒（２０）から第１のチャンバ（３４ａ）を横断して第１の開口（３６）に向かって延びている、
   請求項１に記載の装置（１０）。
3. 心棒（２０）が、シャフト（１８）の端部間のほぼ半分の位置に設けられている、
   請求項１または請求項２に記載の装置（１０）。
4. 第１のピストン部材（２２）が心棒（２０）の一方側からシャフト（１８）に沿って延び、
   第２のピストン部材（２２）が心棒（２０）の他方側からシャフト（１８）に沿って延び、
   ロータ（１６）が第２のチャンバ（３４ｂ）を備えて、
   ロータ（１６）が第１の回転軸（３０）周りに回転する際の、ロータ（１６）と第２のピストン部材（２２）との間の相対的旋回運動を可能とする、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置（１０）。
5. 第２のチャンバ（３４ｂ）が第２の開口（３６）を有し、
   第２のピストン部材（２２）が、心棒（２０）から第２のチャンバ（３４ｂ）を横断して第２の開口（３６）に向かって延びている、
   請求項４に記載の装置（１０）。
6. 第１のチャンバ（３４ａ）と第２のチャンバ（３４ｂ）との間に、閉鎖可能な流路（８０）が設けられている、請求項４または請求項５に記載の装置（１０）。
7. 閉鎖可能な流路（８０）が、ロータ（１６）がその旋回の一方の範囲まで旋回する際に開かれ、ロータ（１６）がその旋回のその他方の範囲に向かって旋回する際に閉じられる、心棒（２０）内の流路を備えている、請求項６に記載の装置（１０）。
8. 第２の回転軸（３２）が、第１の回転軸（３０）に対してほぼ垂直である、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の装置（１０）。
9. キャビティ（２６）を画定する壁（２４）を有するハウジング（１２）と、
   キャビティ（２６）内で回転可能かつ旋回可能であるロータ（１６）と、
   をさらに備え、
   壁（２４）の大部分の上で、ロータ（１６）との間にわずかなクリアランスが維持されるように、ハウジング（１２）に対して配置されている、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置（１０）。
10. ハウジング（１２）が、シャフト（１８）を保持するための支持構成（４４）をさらに備える、請求項９に記載の装置（１０）。
11. ピストン部材（２２）が、ハウジング（１２）の壁（２４）の近位で終端するようなサイズであり、わずかなクリアランスが、ピストン部材（２２）の端部とハウジング壁（２４）との間に維持されている、
    請求項９または請求項１０に記載の装置（１０）。
12. ハウジング（１２）が、流路とそれぞれのチャンバ（３４ａ、３４ｂ）との間で流体を通すために、チャンバ（３４ａ、３４ｂ）毎に少なくとも１つのポート（４０、４２）をさらに備える、
    請求項４を引用する、請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の装置（１０）。
13. 各チャンバ（３４ａ、３４ｂ）に関し、
    ハウジング（１２）が、流体をチャンバ（３４ａ、３４ｂ）内に送り込むための流入ポート（４０）と、
    チャンバ（３４ａ、３４ｂ）から流体を出すための排出ポート（４２）と、
    をさらに備える、請求項４を引用する、請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の装置（１０）。
14. ポート（４０、４２）が、
    ポート（４０、４２）と、それぞれのロータ開口（３６）との相対位置の第１のセットにおいて、ポート（４０、４２）とロータ開口（３６）とが整列しておらず、それにより、開口（３６）がハウジング（１２）の壁（２４）によって完全に閉じられて、チャンバ（３４ａ、３４ｂ）と、ポート（４０、４２）との間の流体の流れを防止し、
    ポート（４０、４２）と、それぞれのロータ開口（３６）との相対位置の第２のセットにおいて、開口（３６）が、少なくとも部分的に、ポート（４０、４２）と整列しており、それにより、開口（３６）が少なくとも部分的に開いて、流体がチャンバ（３４ａ、３４ｂ）とポート（４０、４２）との間を流れることを可能にするような、ハウジング（１２）上のサイズおよび位置とされている、
    請求項２および／または請求項５に従属する、請求項１２または請求項１３に記載の装置（１０）。
15. ロータ（１６）を心棒（２０）周りに旋回させるように作動可能である旋回アクチュエータをさらに備えている、
    請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の装置（１０）。
16. 旋回アクチュエータが、
    ロータ（１６）上の第１のガイド用形状（５０、５２’）と、
    ハウジング（１２）上の第２のガイド用形状（５０’、５２）と、をさらに備え
    第１のガイド用形状が、第２のガイド用形状に対する相補的形状であり、
    第１のガイド用形状と第２のガイド用形状との一方が、第１のガイド部材と第２のガイド部材との他方（５２、５２’）がたどるように制限されたガイド通路（５０、５０’）を規定し、
    それにより、ロータ（１６）を心棒（２０）周りに旋回させる、
    請求項９に従属する、請求項１５に記載の装置（１０）。
17. ガイド路（５０、５０’）が、ロータ（１６）またはハウジング（１２）の第１の外周周りの通路を描き、
    ガイド路（５０、５０’）が少なくとも、
    通路を第１の外周の第１の側部から離れるように向け、次いで、第１の外周の第２の側部に向けて戻す第１の屈曲部（７０）と、
    通路を第１の外周の第２の側部から離れるように向け、次いで、第１の外周の第１の側部に向けて戻す第２の屈曲部（７２）と、を備えている、
    請求項１６に記載の装置（１０）。
18. チャンバ（３４ａ、３４ｂ）が、燃料供給源と流体連通している、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の装置（１０）。
19. チャンバ（３４ａ、３４ｂ）が、燃料点火装置と流体連通している、請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の装置（１０）。
20. 第１のチャンバ（３４ａ）が特に、流体の圧縮、および／または排出、および／または流れ、および／または膨張に適合している、請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載の装置（１０）。
21. 第２のチャンバ（３４ｂ）が特に、流体の圧縮、および／または排出、および／または流れ、および／または膨張に適合している、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の装置（１０）。
22. 装置を作動させる方法であって、
    装置が、
    第１の回転軸（３０）を規定するとともに、第１の回転軸（３０）周りで回転可能であるシャフト（１８）と、
    第２の回転軸（３２）を規定する心棒（２０）であって、シャフト（１８）が心棒（２０）を通って延びる、心棒（２０）と、
    シャフト（１８）に設けられた第１のピストン部材（２２）と、を備え、および、
    シャフト（１８）と、心棒（２０）と、ピストン部材（２２）とが、互いに対して固定されており、
    第１のピストン部材（２２）が第１の回転軸（３０）周りに回転可能であり、
    第１のチャンバ（３４ａ）を備え、第２の回転軸（３２）周りに旋回可能であるロータ（１６）を備え、
    第１のピストン部材（２２）が第１のチャンバ（３４ａ）を横断して延び、
    それにより、作動時に、
    ロータ（１６）および第１のピストン部材（２２）が、第１の回転軸（３０）周りに回転し、
    ロータ（１６）が、第２の回転軸（３２）周りに旋回し、
    それにより、ロータ（１６）と第１のピストン部材（２２）との間の相対的旋回運動が存在するようになっており、
    これにより、第１のチャンバの容量を変化させ、
    チャンバの容量の変化が、ロータ（１６）の第１の回転軸（３０）周りの回転にリンクしている、
    方法。

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