WO2021114447A1 - 转子转筒机构及自由叶片转子装置以及由该装置组成的转子发动机 - Google Patents

转子转筒机构及自由叶片转子装置以及由该装置组成的转子发动机 Download PDF

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Abstract

一种转子转筒机构（2）、自由叶片转子装置以及由自由叶片转子装置组成的转子发动机，转子转筒机构（2）包括转子组件（3）和转筒组件（4），转子组件（3）置于转筒组件（4）中，转子组件（3）由至少三个叶片（3.1）铰接在一起且铰接点同心，叶片（3.1）间的角度可调，至少三个叶片（3.1）分别由转筒组件（4）中伸出，并能相对于转筒组件（4）伸缩，转筒组件（4）的两端分别设置有主轴（4.4），主轴（4.4）未贯穿转筒组件（4），主轴（4.4）的动力输入或输出作用在转筒组件（4）上，转子组件（3）可在转筒组件（4）内自由摆动，并随转筒组件（4）同步转动。

Description

转子转筒机构及自由叶片转子装置以及由该装置组成的转子发动机 技术领域
本发明属于发动机、空压机等的技术领域，特别涉及一种转子转筒机构及自由叶片转子装置以及由该装置组成的转子发动机。
背景技术
现有转子发动机的叶片转子装置中，通常采用将叶片设置在主轴上，如中国专利CN87102280A公开的双偏心内轴式旋转活塞式机械，它由与主轴同心的圆形气缸和一个偏心驱动盘、一个偏心转子套、一个主旋转活塞、一个或多个副旋转活塞以及连杆、气缸盖等零件组成。在上述公开的技术方案中，则是将主旋塞用花键孔与主轴上的花键轴连接，而副旋塞套在主轴中央，其中主旋塞和副旋塞相当于叶片结构，由于叶片在主轴上不能固定连接，造成主轴输入扭力不能很好的传递到叶片上或叶片的扭力不能很好的传递到主轴上，而且因主轴的力直接作用在叶片上，使叶片要承受很大的扭力，并且主轴直径较大，造成转筒的内外直径也相应放大，而转筒的直径与叶片转子的直径之差决定了吸气或做功的工作容积，从而使有效工作容积变小，如果要想提高装置的工作容积，则只能通过增加缸体尺寸来实现。
中国专利CN109139120A公开了一种转轮叶片同步回旋机构，包括定子、转子与叶片啮合控制装置，定子上固定安装有左圆滑块，左圆滑块上开有左轴孔，传动轴的轴体穿过左轴孔，回旋叶片通过轴套安装在左圆滑块上。在上述公开的技术方案中，由于采用中空的叶片转子结构设计，其传动轴则需要穿过转轮以及叶片转子轴心，其一方面会造成叶片转子中间过孔增大，从而使转子轴颈的直径必然做得很大，而要得到相同的工作容积，其转轮直径也相应放大， 致使整机尺寸放大；而且在上述结构中，传动轴还需另设单边轴承，造成结构复杂以及受力不平衡的问题。
中国专利201280062725.2公开了一种旋转机器，包括壳体、转子、多个叶片，其可移动地被接纳在转子中的相应的槽中并围绕轴线C铰接地连接到控制臂的一端并在另一端可旋转地支撑在居中地穿过壳体中的腔延伸的固定轴中，轴和准备好安装在轴的端部上的轴承，轴承偏心地位于转子壳体盖上的轴承凸台中。在上述公开的技术方案中，多个叶片的铰接点未在同一轴线上，其叶片轴心与缸套轴心不同轴，叶片相对于转子仅为单纯的直线伸缩运动，不利于叶片端面与缸套内壁的贴合，从而造成密封不良，而且用于连接叶片的轴穿出了转子壳体，并通过轴承及偏心调节器支承在转子壳体盖上，造成缸体侧壁结构复杂，且主轴只能单边设置，也不利于侧壁没置进、排气口以及气路等
此外，现有叶片转子装置普遍存在转子与缸套间磨损较大、装置在运行过程中存在旋转惯量、功率输出不连续且功重比低下等问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述存在的问题，提供一种能够在不增加整机尺寸的情况下，使装置具有较大工作容积，而且缸体内气体密封可靠性更高且机械结构更加精简的转子转筒机构及自由叶片转子装置以及由该装置组成的转子发动机。
本发明采用的技术方案是：转子转筒机构，包括转子组件和转筒组件，所述转子组件置于转筒组件中，其特征在于：所述转子组件由至少三个叶片铰接在一起，且所述至少三个叶片的铰接点同心，所述叶片彼此间的夹角可调，所述至少三个叶片分别由转筒组件中伸出，并能相对于转筒组件伸缩，所述转筒组件的两端分别设置有主轴，所述主轴未贯穿转筒组件，所述主轴的动力输入 或输出作用在转筒组件上，所述转子组件可在转筒组件内自由摆动，并随转筒组件同步转动。
本发明所述的转子转筒机构，其所述至少三个叶片套接在同一个转子心轴上连接成整体结构，且至少三个叶片以转子心轴为轴心在圆周上分布，所述转子心轴未伸出转筒组件，且未与转筒组件有任何连接关系。
本发明所述的转子转筒机构，其所述至少三个叶片分别通过其根部设置的转接部套接在转子心轴上，所述至少三个叶片的转接部在转子心轴上的套接位置交错布置。
本发明所述的转子转筒机构，其所述转筒组件由带主轴的转筒以及带主轴的转盘组成，所述转筒与转盘装配后形成中空的腔室，用于设置转子组件，所述转筒和转盘上的主轴贯穿中空的腔室。
本发明所述的转子转筒机构，其在所述转筒组件上均布设置有与叶片对应的叶片伸缩转轴孔，在每个叶片伸缩转轴孔中设置有叶片伸缩转轴，在所述叶片伸缩转轴上开设有与叶片截面相同的叶片伸缩孔，所述转子组件的叶片穿过对应叶片伸缩孔伸出转筒组件。
一种自由叶片转子装置，包括所述的转子转筒机构和气缸组件，所述转子转筒机构设置在气缸组件内，由所述转筒组件中伸出的叶片端部均贴合在气缸组件的内壁面上，所述至少三个叶片在气缸组件内相互制约，所述转子组件在转动过程中与气缸组件始终保持同心，所述转筒组件偏心的设置在气缸组件内。
本发明所述的自由叶片转子装置，其所述气缸组件由缸体、缸盖以及缸套组成，所述转子转筒机构置于缸套内，所述缸套可转动地置于缸体的圆孔中，所述转筒组件轴向左右两端的主轴定位于缸体轴承上。
本发明所述的自由叶片转子装置，其在所述缸套与缸体内壁之间设置有缸套轴承，所述叶片的端部贴合在缸套的内壁面，且所述叶片的端面呈与缸套内壁面配合的弧形面，所述缸套可在缸套轴承中自由转动。
一种由所述自由叶片转子装置组成的转子发动机，包括两组自由叶片转子装置和隔板，所述两组自由叶片转子装置对称地布置在隔板两侧，所述两组自由叶片转子装置中的转筒组件上对应侧的主轴相互连接，所述隔板一侧的自由叶片转子装置用于吸气、压缩，其另一侧的自由叶片转子装置用于做功、排气，在所述隔板内设置有燃烧室，所述燃烧室通过开在隔板上的隔板气路以及设置在转筒组件上的转筒气路与隔板两侧自由叶片转子装置各自的压气腔和做功腔关联，在转子转筒机构转动过程中，所述转筒气路与隔板气路交替错位或对位，实现开通或关闭气路，完成吸气压缩做功排气四个冲程循环功能。
本发明所述的转子发动机，其在所述燃烧室上设置有能调节其燃烧容积的调节装置。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明的主轴设置在转子转筒组件轴线左右两端，与现有采用将叶片设置在主轴上的结构设计相比，由于现有结构中叶片与主轴连接而叶片又不能与主轴固定连接，造成主轴输入扭力不能很好的传递到叶片上或叶片的扭力不能很好的传递到主轴上，且叶片要承受很大的扭力，并且主轴直径较大，造成转筒的内外直径也相应放大，而转筒的直径与叶片转子的直径之差决定了吸气或做功的工作容积，从而使有效工作容积变小的问题，现有结构设计若要做到与本发明相等的工作容积，必然会增大机体的尺寸。
2、本发明的转子转筒组件中间没有主轴穿过，转子转筒组件内的整个空间用于放置转子组件，与现有主轴穿过转子组件的结构设计相比，由于现有结 构中主轴要穿过整个转子组件轴心，为保证主轴强度直经不能太小，这样必然造成转子组件中间过孔增大，从而使转子组件轴颈的直径必然做得很大，而要得到相同的工作容积，其转子转筒组件直径也相应放大，致使整机尺寸放大；另外，现有结构中的转子组件还需另设单边轴承，造成结构复杂以及受力不平衡的问题。
3、本发明中叶片采用同轴转动的方式，即所有叶片铰接在同一转动轴心上，并利用缸套进行支承及定心，转子组件除了其叶片穿过转筒组件处之外，转子组件在转筒组件内处于自由浮动状态，即转子组件中的转子心轴仅用于连接所有叶片而不支承在其他部件上，这样大大简化了转子转筒组件的结构设计，并能实现转子组件在转筒组件内的转动及摆动。
4、本发明的缸套还可设置成可转动的，且转筒组件的外圆面与缸套的内圆面相切并紧贴，当转筒组件转动时可带动缸套一同转动，形成滚动摩擦，这样转筒外圆面与缸套内圆面相切部位的问隙可以做得很小，使各腔室密封效果更好，同时减小了转筒组件与缸套间的相对运动，以及转子叶片与缸套间的相对运动，使磨擦损耗和磨损大大减小；另外转子的叶片端头可做成靴状，且靴面的弧形与缸套内壁面弧形相同，有利于密封和转子定心。
5、本发明克服了三角转子发动机长期不能解决的转子与缸壁间的密封与润滑问题，大幅提高热效率及减少排放，磨损更小，寿命更长。
6、本发明没有偏心旋转惯量，可以省去转子发动机或活塞发动机的惯性平衡飞轮，减少发动机重量及振动。
7、本发明功率输出连续性好，功重比大，转子每转一圈做三次功，不存在普通活塞发动机转两圈才做一次功造成的功率输出不连续，功重比低下，且须增加重量很大的惯性飞轮，以使转速均匀的问题。
8、本发明通过改变进气口位置，或调整压气缸和做功缸有效容积，可以轻易实现奥托循环，阿特金森循环和狄赛尔循环的相互切换。
9、本发明的发动机具有固定的燃烧室，通过在燃烧室上设置简单的调节装置，使燃烧室容积可调，则可轻易实现压缩比静态可调或动态可调功能。
附图说明
本发明将通过具体实施例并参照附图的方式说明，其中
图1是本发明中转子转筒机构的装配示意图。
图2是本发明中转子组件的装配示意图。
图3和图4是本发明中转筒组件的装配示意图。
图5是本发明中自由叶片转子装置的结构示意图。
图6是本发明中自由叶片转子装置的装配示意图。
图7是本发明中转子发动机的结构示意图。
图8是本发明中转子发动机的装配示意图。
图9是本发明中隔板的结构示意图。
附图标记说明：1气缸组件，1.1缸体，1.2缸盖，1.3缸套，1.4缸套轴承，2转子转筒机构，3转子组件，3.1叶片，3.2转子心轴，3.3转接部，4转筒组件，4.1转筒，4.2转盘，4.3叶片伸缩转轴孔，4.4主轴，5叶片伸缩转轴，5.1叶片伸缩孔，6隔板，7燃烧室，8隔板气路，9转筒气路。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。 即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1和2所示，一种转子转筒机构，包括转子组件3和转筒组件4，所述转子组件3置于转筒组件4中，所述转子组件3由至少三个叶片3.1铰接在一起，且所述至少三个叶片3.1的铰接点同心，所述叶片3.1彼此间的夹角可调，所述至少三个叶片3.1分别由转筒组件4中伸出，并能相对于转筒组件4伸缩，所述转筒组件4的两端分别设置有主轴4.4，所述主轴4.4未贯穿转筒组件4，所述主轴的动力输入或输出作用在转筒组件4上，所述转子组件3可在转筒组件4内自由摆动，并随转筒组件4同步转动。
在本实施例中，所述叶片转子组件3的叶片为三个，所述三个叶片3.1分别通过其根部设置的转接部3.3套接在同个转子心轴3.2上连接成整体结构，所述三个叶片3.1的转接部在转子心轴3.2上的套接位置交错布置，且所述三个叶片3.1以转子心轴3.2为轴心在圆周上分布，所述转子心轴3.2未伸出转筒组件4，且未与转筒组件4有任何连接关系。
如图3和4所示，所述转筒组件4由带主轴4.4的转筒4.1以及带主轴4.4的转盘4.2组成，所述转筒4.1与转盘4.2装配后形成用于安装叶片转子组件3的中空腔室，所述转筒4.1和转盘4.2上的主轴4.4未贯穿中空腔室，在所述转筒组件4径向方向的筒壁上设置有与转子组件3的叶片3.1数量相等的叶片伸缩转轴孔4.3，在所述转筒组件4上的每个叶片伸缩转轴孔4.3处设置有叶片伸缩转轴5，在所述叶片伸缩转轴5上开设有与叶片3.1截面相同的叶片 伸缩孔5.1，所述转子组件3的叶片3.1穿过对应叶片伸缩孔5.1伸出转筒组件4。
实施例2
如图5和6所示，一种自由叶片转子装置，包括所述的转子转筒机构2和气缸组件1，所述转子转筒机构2设置在气缸组件1内，所述气缸组件1由缸体1.1、缸盖1.2以及缸套1.3组成，所述缸体和缸盖通过对应法兰连接在一起，所述转子转筒机构2置于缸套1.3内，所述缸套1.3可转动地置于缸体1.1的圆孔中，在所述缸体上设置有进气口，在所述缸盖上设置有出气口，所述转子转筒机构2的转筒组件4轴向左右两端的主轴4.4定位于缸体轴承上，由所述转筒组件4中伸出的叶片3.1端部均贴合在气缸组件1的内壁面上，所述至少三个叶片3.1在气缸组件1内相互制约，所述转子组件3在转动过程中与气缸组件1始终保持同心，所述转筒组件4偏心的设置在气缸组件1内。
在本装置中，主轴设置在转子转筒组件轴线左右两端，而转子转筒组件中间没有主轴穿过，转子转筒组件内的整个空间用于放置转子组件，转子不用承担较大扭力，而且主轴不用穿过转子心轴，这样转子的轴径以及转子心轴的直径大大减小，在满足所需工作容积的情况下，可减小整机的尺寸设计及简化结构设计；而且装置在运行过程中，转子组件和转筒组件均绕其自身轴心转动，基本没有偏心旋转惯量，可以省去转子发动机或活塞发动机的惯性平衡飞轮，减少发动机重量及振动。本装置能够适用于发动机、空压机等涉及气体压缩的设备中。
为了进一步减小缸套相对于缸体转动的摩擦，在所述缸套1.3与缸体1.1内壁之间设置有缸套轴承1.4，所述伸出转筒组件4的叶片3.1端部贴合在缸套1.3的内壁面，且所述叶片3.1的端面呈与缸套1.3内壁面配合的弧形面， 所述缸套1.3可在缸套轴承1.4中自由转动。
其中，所述叶片3.1与缸套1.3贴合的端头可做成靴状，且靴面的弧形与缸套内壁面弧形相同，从而有效增加叶片端部与缸套内壁面贴合接触的面积，并解决叶片与内壁间密封与润滑的问题，大幅提高热效率及减少排放，磨损更小，寿命更长，在所述转筒组件4的叶片伸缩转轴孔4.3处设置有与叶片3.1端部凸起部对应配合的开口结构，以使叶片的端部在相对于转筒缩回的状态下，能够与转筒组件的叶片伸缩转轴孔开口处配合。
实施例3
实施例3与实施例2基本相同，其不同之处在于：在所述缸套1.3与缸体1.1内壁之间未设置有缸套轴承1.4，所述缸套1.3直接与缸体1.1内壁接触且在缸套1.3与缸体1.1内壁之间涂覆润滑剂，以保证缸套1.3在缸体1.1内的自由转动。
实施例4
如图7、8和9所示，一种由上述实施例2和3中所述的自由叶片转子装置组成的转子发动机，所述转子发动机由两组对称设置的自由叶片转子装置组成，两组自由叶片转子装置的缸盖共同构成隔板6且所述两组自由叶片转子装置对称地布置在隔板6两侧，在所述两组自由叶片转子装置的缸体上设置有进气口和排气口，所述两组自由叶片转子装置中转筒组件4上对应侧的主轴相互连接，所述隔板6一侧的自由叶片转子装置用于吸气压缩，其另一侧的自由叶片转子装置用于做功排气，在所述隔板6内设置有燃烧室7以及设置在燃烧室，在所述燃烧室7内设置有能调节其燃烧容积的调节装置，所述燃烧室7通过开在隔板6上的隔板气路8以及设置在转筒组件4上的转筒气路9与隔板6两侧自由叶片转子装置各自的压气腔和做功腔连通，在转筒组件转动时，转筒组件 上的转筒气路与隔板上的隔板气路不断产生对位和错位交变，实现自动开启或关闭气路功能，配合进气口和排气口，完成吸气，压缩，做功，排气功能。而且由于本装置中所采用的转子转筒组件的结构设计，能够简单地通过改变缸体上进气口的位置，或调整压气缸和做功缸有效容积，可以轻易实现奥托循环，阿特金森循环和狄赛尔循环的相互切换。
以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 转子转筒机构，包括转子组件(3)和转筒组件(4)，所述转子组件(3)置于转筒组件(4)中，其特征在于：所述转子组件(3)由至少三个叶片(3.1)铰接在一起，且所述至少三个叶片(3.1)的铰接点同心，所述叶片(3.1)彼此间的夹角可调，所述至少三个叶片(3.1)分别由转筒组件(4)中伸出，并能相对于转筒组件(4)伸缩，所述转筒组件(4)的两端分别设置有主轴(4.4)，所述主轴(4.4)未贯穿转筒组件(4)，所述主轴的动力输入或输出作用在转筒组件(4)上，所述转子组件(3)可在转筒组件(4)内自由摆动，并随转筒组件(4)同步转动。
  2. 根据权利要求1所述的转子转筒机构，其特征在于：所述至少三个叶片(3.1)套接在同一个转子心轴(3.2)上连接成整体结构，且至少三个叶片(3.1)以转子心轴(3.2)为轴心在圆周上分布，所述转子心轴(3.2)未伸出转筒组件(4)，且未与转筒组件(4)有任何连接关系。
  3. 根据权利要求1或2所述的转子转筒机构，其特征在于：所述至少三个叶片(3.1)分别通过其根部设置的转接部(3.3)套接在转子心轴(3.2)上，所述至少三个叶片(3.1)的转接部(3.3)在转子心轴(3.2)上的套接位置交错布置。
  4. 根据权利要求1或2或3所述的转子转筒机构，其特征在于：所述转筒组件(4)由带主轴(4.4)的转筒(4.1)以及带主轴(4.4)的转盘(4.2)组成，所述转筒(4.1)与转盘(4.2)装配后形成中空的腔室，用于设置转子组件(3)，所述转筒(4.1)和转盘(4.2)上的主轴(4.4)未贯穿中空的腔室。
  5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的转子转筒机构，其特征在于：在所述转筒组件(4)上均布设置有与叶片(3.1)对应的叶片伸缩转轴孔(4.3)， 在每个叶片伸缩转轴孔(4.3)中设置有叶片伸缩转轴(5)，在所述叶片伸缩转轴(5)上开设有与叶片(3.1)截面相同的叶片伸缩孔(5.1)，所述转子组件(3)的叶片(3.1)穿过对应叶片伸缩孔(5.1)伸出转筒组件(4)。
  6. 一种自由叶片转子装置，包括如权利要求1至5中任意一项所述的转子转筒机构(2)和气缸组件(1)，所述转子转筒机构(2)设置在气缸组件(1)内，由所述转筒组件(4)中伸出的叶片(3.1)端部均贴合在气缸组件(1)的内壁面上，所述至少三个叶片(3.1)在气缸组件(1)内相互制约，所述转子组件(3)在转动过程中与气缸组件(1)始终保持同心，所述转筒组件(4)偏心的设置在气缸组件(1)内。
  7. 根据权利要求6所述的自由叶片转子装置，其特征在于：所述气缸组件(1)由缸体(1.1)、缸盖(1.2)以及缸套(1.3)组成，所述转子转筒机构(2)置于缸套(1.3)内，所述缸套(1.3)可转动地置于缸体(1.1)的圆孔中，所述转筒组件(4)轴向左右两端的主轴(4.4)定位于缸体轴承上。
  8. 根据权利要求7所述的自由叶片转子装置，其特征在于：在所述缸套(1.3)与缸体(1.1)内壁之间设置有缸套轴承(1.4)，所述叶片(3.1)的端部贴合在缸套(1.3)的内壁面，且所述叶片(3.1)的端面呈与缸套(1.3)内壁面配合的弧形面，所述缸套(1.3)可在缸套轴承(1.4)中自由转动。
  9. 一种由权利要求6至8中任意一项所述的自由叶片转子装置组成的转子发动机，其特征在于：包括两组自由叶片转子装置和隔板(6)，所述两组自由叶片转子装置对称地布置在隔板(6)两侧，所述两组自由叶片转子装置中的转筒组件(4)上对应侧的主轴相互连接，所述隔板(6)一侧的自由叶片转子装置用于吸气、压缩，其另一侧的自由叶片转子装置用于做功、排气，在所述隔板(6)内设置有燃烧室(7)，所述燃烧室(7)通过开在隔板(6)上 的隔板气路(8)以及设置在转筒组件(4)上的转筒气路(9)与隔板(6)两侧自由叶片转子装置各自的压气腔和做功腔关联，在转子转筒机构(2)转动过程中，所述转筒气路(9)与隔板气路(8)交替错位或对位，实现开通或关闭气路，完成吸气压缩做功排气四个冲程循环功能。
  10. 根据权利要求9所述的转子发动机，其特征在于：在所述燃烧室(7)上设置有能调节其燃烧容积的调节装置。
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