專利名稱：輻射狀軸線且基于球形的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的制作方法
輻射狀軸線且基于球形的旋轉(zhuǎn)機(jī)器背景技術(shù)本申請要求美國臨時專利申請No. 60/662941的優(yōu)先權(quán)，該美國臨 時專利申請的申請日為2005年3月16日。本發(fā)明的構(gòu)思包含一種形式的旋轉(zhuǎn)機(jī)器，它采用平行和張開軸線 軸，具有偏心和非偏心轉(zhuǎn)子。在現(xiàn)有技術(shù)中，旋轉(zhuǎn)軸線通過轉(zhuǎn)子的幾 何中心，從而限制了可能的結(jié)構(gòu)。普通的旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)專利使用平行軸 線結(jié)構(gòu)，這意味著旋轉(zhuǎn)軸線相互平行，且所有轉(zhuǎn)子在與該軸線垂直的 平面圓弧中旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸線離開幾何中心(即偏心)將能夠有多轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)(四個、五個和六個)。該偏心構(gòu)思仍然沒有用于轉(zhuǎn)子設(shè)計中， 因為沒有人試圖改變現(xiàn)有Colbourne旋轉(zhuǎn)構(gòu)思的基本原理，并且它相對 獨特和簡單。在從Colbourne構(gòu)思發(fā)展的很多改進(jìn)中，并沒有偏離 Colbourne的基本構(gòu)思。另外，與該偏心構(gòu)思相關(guān)的是輻射狀軸線機(jī)器的構(gòu)思，其中，旋 轉(zhuǎn)軸線環(huán)繞中心固定軸線以輻射狀圖案歪斜或傾斜。軸線的傾斜使得 在轉(zhuǎn)子設(shè)計中產(chǎn)生不同程度的偏心度。當(dāng)輻射狀軸線相互垂直成90度 和偏心度為零時，軸的該歪斜狀態(tài)達(dá)到頂點。從平行軸線變化至輻射 狀軸線機(jī)器(在該輻射狀軸線機(jī)器中，旋轉(zhuǎn)軸線并不與相鄰轉(zhuǎn)子的軸 線平行)將使得旋轉(zhuǎn)機(jī)器有著以前無法想象的更大多樣性。軸線這樣 從平行變化至輻射狀將產(chǎn)生這樣的機(jī)器，其中，轉(zhuǎn)子并不在平面上旋 轉(zhuǎn)，而是在球表面上旋轉(zhuǎn)。歷史表明大量專利介紹了三或四轉(zhuǎn)子機(jī)器，它們都基于平行軸 線。這樣產(chǎn)生的機(jī)器中，所有轉(zhuǎn)子都繞平行軸線軸旋轉(zhuǎn)，它們的結(jié)構(gòu) 幾何形狀和旋轉(zhuǎn)運動將在平表面上。另外，旋轉(zhuǎn)軸線直接穿過轉(zhuǎn)子形 狀的中心(零偏心)。這限制了組合三個或四個轉(zhuǎn)子的可能結(jié)構(gòu)。由 于該幾何形狀涉及當(dāng)它們旋轉(zhuǎn)過360度時保持轉(zhuǎn)子彼此相切，因此具有 單個容積腔室的平行軸線機(jī)器不能由超過四個的轉(zhuǎn)子來確定。這并不 意味著它們不能以相鄰組合布置在一起而產(chǎn)生多個腔室，但是在所有 情況下都不能有超過四個轉(zhuǎn)子來向機(jī)器循環(huán)施加功或從機(jī)器循環(huán)抽取 功。在偏心結(jié)構(gòu)中，軸線離開橢圓形轉(zhuǎn)子的中心(稱為偏心度)。這 產(chǎn)生四轉(zhuǎn)子設(shè)計的延伸，并能夠產(chǎn)生五和六轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其中，六個是 最大實際結(jié)構(gòu)。盡管七個或更多轉(zhuǎn)子在幾何形狀上可行，但是所形成 的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)并不實際，因為所形成的形狀不能有合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)。例 如輸出軸的引入。過去，四轉(zhuǎn)子設(shè)計時旋轉(zhuǎn)機(jī)器的基礎(chǔ)。偏心度的引入能夠有五和六扁平或平面轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。五和六轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)使得更多表面區(qū)域暴露于腔 室中，從而增加它們在每個機(jī)械循環(huán)都做功的可能性，它也使用"淚 珠，，形轉(zhuǎn)子，其中， 一個頂端有半徑，另一頂端形成頂點。當(dāng)這些轉(zhuǎn)子移動通過它們的循環(huán)時，這些五和六轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自然口 (natural port )。四轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)能夠按比例縮放，或者有多組，以便使得功增益相等， 但是將需要明顯增加機(jī)器尺寸。因此，對于給定物理尺寸，五和六轉(zhuǎn) 子旋轉(zhuǎn)機(jī)器的效率高得多。盡管該機(jī)器表示了用于發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的典型裝置，但是旋轉(zhuǎn)機(jī)器上 的偏心轉(zhuǎn)子的該構(gòu)思可以用于其它實施例例如泵。為了使轉(zhuǎn)子聯(lián)合和共同旋轉(zhuǎn)做功，需要齒輪組來提供轉(zhuǎn)子的相位，以便提供做功腔室。 轉(zhuǎn)子定義中的偏心度轉(zhuǎn)子定義中的偏心度構(gòu)思還沒有使用，因為沒有人試圖改變 Colbourne旋轉(zhuǎn)構(gòu)思的基本原理(由于它相對獨特和簡單)。由 Colbourne構(gòu)思的固有完美性和簡單性而發(fā)展的多種改進(jìn)中，都沒有偏 離Colbourne原理的基本構(gòu)思，直到在本文獻(xiàn)中提出的思想。將偏心度引入旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中將產(chǎn)生優(yōu)于現(xiàn)有平行軸線結(jié)構(gòu)的以下優(yōu) 點動態(tài)(運動)端口簡化了發(fā)動機(jī)循環(huán)的方法；能夠有多個(4+) 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，在平行軸線和非平行軸線結(jié)構(gòu)中工作；由于引入由偏離軸 線產(chǎn)生的杠桿臂，從而增加力矩輸出；由于增加表面面積的增加功輸 出，從而對于給定腔室容積將能夠有多個轉(zhuǎn)子(4+);構(gòu)成機(jī)器所需 的物理尺寸減??；對于給定物理尺寸有更大的腔室容積；容易使用斜 齒輪來裝配。對于平行軸線系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子都在與旋轉(zhuǎn)軸線垂直的平面上運動。 在轉(zhuǎn)子的一端或兩端引入半徑頂端將影響偏心度，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線離開轉(zhuǎn)子幾何中心。添加半徑頂端將產(chǎn)生多種合適效果半徑 頂端產(chǎn)生腔室容積，該腔室容積尺寸能夠根據(jù)機(jī)器的用途而變化；半 徑頂端產(chǎn)生作為轉(zhuǎn)子的相互作用表面的補充表面，且與單個頂點相比 在相切接觸時有更大表面面積，半徑頂端還產(chǎn)生適合布置承載曲軸的 轉(zhuǎn)子區(qū)域。過去還沒有開發(fā)旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)的輻射狀軸線結(jié)構(gòu)。平行軸線實施例 是普通機(jī)器結(jié)構(gòu)。將偏心度引入基本四轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生五和六轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)機(jī)器。偏心度還能夠用于變成輻射狀軸線結(jié)構(gòu)，其中，轉(zhuǎn)子軸的 軸線并不平行，而是能夠從中軸線張開，以便形成直立圓錐形。當(dāng)人們將輻射狀角度引入旋轉(zhuǎn)軸線時，轉(zhuǎn)子不再能夠在平面或扁 平環(huán)境中工作，而是必須相對球表面而旋轉(zhuǎn)。該輻射狀角度或軸得"張開"(并不平行)引入了偏心度，該偏心度將通過將標(biāo)準(zhǔn)平面形狀(方 形、五邊形和六邊形)映射在球表面上而形成在頂點角度處。這時由 于輻射狀排列(與扁平狀態(tài)不同，其中，人們可選擇地將它引入他們 的設(shè)計)，這時自然形成偏心度。當(dāng)處理輻射狀排列和球表面時，有 這樣的方案，其中，當(dāng)經(jīng)過它的360度循環(huán)時，對于任意給定量偏心度 (由于頂點角度和頂端半徑)，頂端半徑將保持與相鄰轉(zhuǎn)子側(cè)部相切 接觸。在制造機(jī)器時必須添加半徑頂端。如前所述，半徑頂端使得該容 積區(qū)域能夠用于燃燒或泵送動作。六轉(zhuǎn)子凸耳的構(gòu)造方法也相同，對 于所有其它轉(zhuǎn)子設(shè)計也相同。對于在本文獻(xiàn)中所述的所有其它結(jié)構(gòu)， 轉(zhuǎn)子"長，，側(cè)的形成曲線并不是第二階恒定半徑圓弧。它是笫三階曲 線(third order spline)。不這樣描述它將產(chǎn)生并不在"實際生活，， 用途中有用的轉(zhuǎn)子設(shè)計。發(fā)明內(nèi)容旋轉(zhuǎn)機(jī)器具有錐形布置的多個轉(zhuǎn)子軸。內(nèi)燃機(jī)；具有多個轉(zhuǎn)子葉 片；具有多個轉(zhuǎn)子軸；其中，各轉(zhuǎn)子葉片有安裝在它上面的轉(zhuǎn)子軸； 轉(zhuǎn)子軸繞它們的中心線旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子軸的中心線設(shè)置成處在假想圓錐的 表面上。旋轉(zhuǎn)機(jī)器利用由轉(zhuǎn)子軸小齒輪驅(qū)動的斜行星齒輪。內(nèi)燃機(jī)具有 多個轉(zhuǎn)子葉片；具有多個轉(zhuǎn)子軸。其中，各轉(zhuǎn)子葉片有安裝在它上面的轉(zhuǎn)子軸；轉(zhuǎn)子軸繞它們的中心線旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子軸有小齒輪，該小齒輪 設(shè)置成與安裝或形成于輸出軸上的斜(或錐形)行星齒輪匹配或使得 該行星齒輪轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)機(jī)器有多個轉(zhuǎn)子葉片，其中，轉(zhuǎn)子葉片的上表面處在假想球 的表面上。內(nèi)燃機(jī)有多個轉(zhuǎn)子葉片；有多個轉(zhuǎn)子軸。其中，各轉(zhuǎn)子 葉片有安裝在它上面的轉(zhuǎn)子軸，這些轉(zhuǎn)子軸繞它們的中心線旋轉(zhuǎn)；其 中，轉(zhuǎn)子葉片的頂表面處在假想球的表面上。旋轉(zhuǎn)機(jī)器有轉(zhuǎn)子葉片，該轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)軸線偏離葉片橫截面區(qū) 域的中心。內(nèi)燃機(jī)有多個轉(zhuǎn)子葉片；其中，各轉(zhuǎn)子葉片有安裝在它 上面的轉(zhuǎn)子軸；轉(zhuǎn)子軸繞它們的中心線旋轉(zhuǎn)。其中，轉(zhuǎn)子軸在偏離葉 片橫截面區(qū)域中心的位置處安裝至轉(zhuǎn)子葉片。用于旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子葉片有接近"淚珠"形的橫截面。該橫截面 為大致橢圓形，但是有一個尖頭端。橫截面的形狀變化允許控制該機(jī) 器的壓縮比。本發(fā)明包括具有多個轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)或泵。發(fā)動機(jī)部件可 以由陶瓷或金屬或它們的復(fù)合物來構(gòu)成。轉(zhuǎn)子軸延伸穿過各轉(zhuǎn)子葉片 (每個轉(zhuǎn)子葉片對應(yīng)一個轉(zhuǎn)子軸)。轉(zhuǎn)子葉片裝在限定了燃燒室的區(qū) 域中。除了排出口和進(jìn)口以及點火相關(guān)元件所需的任意孔外，該燃燒 室被密封。各轉(zhuǎn)子軸的中心線與豎直方向傾斜一定角度，且各中心線處在假 想圓錐表面上。各轉(zhuǎn)子的頂表面為曲線形。該曲線與給定半徑的球的 表面匹配。轉(zhuǎn)子葉片的橫截面面積從葉片頂部的最大值向葉片底部的 最小值逐漸減小/變細(xì)，也就是葉片在頂部處大于在底部處。轉(zhuǎn)子葉片 固定在轉(zhuǎn)子軸上，這樣，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)時，它們的相應(yīng)軸也旋轉(zhuǎn)。五轉(zhuǎn)子設(shè)計的轉(zhuǎn)子葉片有"淚滴"形橫截面。還有，在五轉(zhuǎn)子設(shè) 計中，轉(zhuǎn)子葉片在偏離葉片橫截面中心的位置處安裝在轉(zhuǎn)子軸上(該 橫截面處在與轉(zhuǎn)子軸中心線垂直的平面中)。相反，四轉(zhuǎn)子設(shè)計的轉(zhuǎn) 子葉片在轉(zhuǎn)子葉片橫截面的中心(或幾乎中心)處安裝在轉(zhuǎn)子軸上， 且轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)子軸的各側(cè)對稱，除了在轉(zhuǎn)子一側(cè)的較小扁平"凹 槽，，。在這兩種設(shè)計中，轉(zhuǎn)子截面的形狀都來源于二階和三階曲線的 一部分。轉(zhuǎn)子軸的頂部超過轉(zhuǎn)子葉片延伸足夠距離，以便允許安裝軸承，從而使軸的中心線保持基本靜止，同時允許軸旋轉(zhuǎn)。由多個錐形輥針 軸承構(gòu)成的錐形軸承可以用于使該軸能夠自由旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸的下端或遠(yuǎn)端具有安裝在它上面或形成于它上面的錐形齒 輪。齒輪的錐度與輸出軸上的行星齒輪的錐度匹配。錐形太陽齒輪設(shè) 置在這些轉(zhuǎn)子軸的中央，并使這些軸保持在抵靠輸出軸的位置。該齒 輪設(shè)置成用于零(或最小)反沖工作。因此，由施加在轉(zhuǎn)子葉片上的 力產(chǎn)生的任何力矩都通過轉(zhuǎn)子軸而傳遞給中心輸出軸。在轉(zhuǎn)子軸端部的齒輪還保證轉(zhuǎn)子葉片同步旋轉(zhuǎn)。對轉(zhuǎn)子葉片的正 時調(diào)節(jié)成這樣，即，在它們的旋轉(zhuǎn)過程中(或者在五轉(zhuǎn)子設(shè)計中在它 們的一部分旋轉(zhuǎn)過程中)，各轉(zhuǎn)子葉片與相鄰轉(zhuǎn)子葉片接觸(或者幾 乎接觸)。發(fā)動機(jī)內(nèi)部中處于轉(zhuǎn)子葉片之間的容積被隔離。當(dāng)葉片繼 續(xù)旋轉(zhuǎn)時，該隔離容積減小，直到達(dá)到最小容積。在達(dá)到最小容積時， 進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)將使得隔離容積的尺寸膨脹。在五轉(zhuǎn)子設(shè)計中，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉 片繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，隔離容積最終被釋放。在作為發(fā)動機(jī)工作時，燃料混合物通過進(jìn)口而引入。優(yōu)選是，燃 料混合物為氫和氧，但是也可以使用石油蒸氣(汽油等)和空氣的混 合物。當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)以便形成隔離容積時，該隔離容積則容納燃料 混合物。燃料混合物隨著繼續(xù)旋轉(zhuǎn)而被壓縮，直到到達(dá)最大壓縮點。 剛剛超過最大壓縮點，隔離容積就開始膨脹，且燃料混合物點火。點 火優(yōu)選是通過從燃燒室的頂部中心引入的激光來實現(xiàn)。使用激光可以 提供用于形成燃燒的柱面波前端，與當(dāng)使用普通點火源時產(chǎn)生的球形 波前端不同。不過，可以利用火花塞以及其它點火方法，例如自燃。 錐形波前端燃燒為優(yōu)選，因為燃燒力將向轉(zhuǎn)子葉片的面提供更均勻的 壓力。當(dāng)燃燒進(jìn)行時，將迫使轉(zhuǎn)子葉片在隔離容積膨脹時進(jìn)行轉(zhuǎn)動。在 充分膨脹后，排出口打開，以便允許燃燒室內(nèi)部的氣體逸出。然后再 次開始循環(huán)。發(fā)動機(jī)可以設(shè)置為兩循環(huán)或四循環(huán)發(fā)動機(jī)或者泵或壓縮機(jī)。


通過說明書和附圖將清楚本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點，附圖中圖l是四轉(zhuǎn)子四循環(huán)發(fā)動機(jī)實施例；圖2是四轉(zhuǎn)子四循環(huán)發(fā)動機(jī)的透視圖，其中頂部去除；圖3是四轉(zhuǎn)子四循環(huán)發(fā)動機(jī)的透視圖，其中沒有中間殼體和若干轉(zhuǎn)子；圖4是四轉(zhuǎn)子四循環(huán)發(fā)動機(jī)的傳動齒輪的透視圖；圖5是轉(zhuǎn)子軸的透視圖，表示了進(jìn)口和排出口；圖6是轉(zhuǎn)子的透視圖，表示了進(jìn)口和排出口；圖7是四轉(zhuǎn)子四循環(huán)發(fā)動機(jī)的透視圖，其中沒有頂部和中間殼體；圖8是四循環(huán)工作的總體透視圖；圖9是基本循環(huán)-0度的透視圖；圖10是基本循環(huán)-9 0度的透視圖；圖11是基本循環(huán)-135至180度的透視圖；圖12是基本循環(huán)-l 9 0至2 7 0度的透視圖；圖13是基本循環(huán)-360度的透視圖；圖14是兩循環(huán)六轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)實施例的透視圖(俯視圖)； 圖15是兩循環(huán)六轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)實施例的透視圖(正視圖)； 圖16是兩循環(huán)六轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的透視圖，其中殼體已經(jīng)除去； 圖17是兩循環(huán)六轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的透視圖，其中轉(zhuǎn)子已經(jīng)除去； 圖18是兩循環(huán)六轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)內(nèi)部的透視圖，其中殼體已經(jīng)除去； 圖19是兩循環(huán)六轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)內(nèi)部的透視圖，其中殼體蓋已經(jīng)除去；圖20是沿轉(zhuǎn)子軸線向下看的俯視圖。發(fā)動機(jī)的各半球或半部有四 個腔室。兩個腔室用于動力抽取，另外兩個用于很容易地將燃料/空氣 混合物吸入兩個相鄰點火腔室中(這兩個腔室等效于在普通往復(fù)運動 二沖程發(fā)動機(jī)中使用的曲柄箱)；圖21是圖19的發(fā)動機(jī)在頂死點的透視圖；圖22是圖19的發(fā)動機(jī)在100度進(jìn)入膨脹循環(huán)時的透視圖；圖23是圖19的發(fā)動機(jī)在120度時的透視圖，排氣放出，且開始吸氣；圖24是圖19的發(fā)動機(jī)在180度時的透視圖，排出口關(guān)閉，吸氣預(yù)壓縮結(jié)束，燃燒室壓縮開始；圖25是圖19的發(fā)動機(jī)在230度時的透視圖，所有口都關(guān)閉，燃燒室壓縮；圖26是發(fā)動機(jī)的外部動力實施例的透視圖；圖27是外部動力發(fā)動機(jī)的透視圖，該外部動力發(fā)動機(jī)的上半殼體 已經(jīng)除去；圖28是外部動力發(fā)動機(jī)的透視圖，該外部動力發(fā)動機(jī)的內(nèi)部殼體 已經(jīng)除去；圖29是外部動力發(fā)動機(jī)的透視圖，該外部動力發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子已經(jīng) 除去；圖30是外部動力發(fā)動機(jī)的透視圖，該外部動力發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子和內(nèi) 部殼體已經(jīng)除去；圖31是外部動力發(fā)動機(jī)的透視圖，該外部動力發(fā)動機(jī)的軸承半球 已經(jīng)除去；圖32是外部動力發(fā)動機(jī)的透視圖，該外部動力發(fā)動機(jī)有內(nèi)部齒輪 和殼體；圖33是外部動力發(fā)動機(jī)的透視圖，該外部動力發(fā)動機(jī)有不同齒輪；圖34是發(fā)動機(jī)齒輪組的透視圖； 圖35是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子的放大透視圖； 圖36是發(fā)動機(jī)吸氣和排氣的透視圖； 圖37是五轉(zhuǎn)子平行軸線泵的透視圖； 圖38是平行軸線泵內(nèi)部的透視圖；圖39是泵凸耳和歧管的透視圖，其中沒有外部殼體-流體方向通過圖40是泵流體方向通過口的俯視圖； 圖41是泵在0度旋轉(zhuǎn)時的俯視圖； 圖42是泵在45度旋轉(zhuǎn)時的俯視圖； 圖43是泵在90度旋轉(zhuǎn)時的俯視圖； 圖44是泵在180度旋轉(zhuǎn)時的俯視圖-沒有流體流動； 圖45是泵在大約27 0度旋轉(zhuǎn)時的俯視圖； 圖46是泵在315度旋轉(zhuǎn)時的俯視圖； 圖47是平行軸線泵的透視圖。
具體實施方式
四轉(zhuǎn)子四循環(huán)發(fā)動機(jī)圖1-13表示了張開軸線的、四轉(zhuǎn)子四循環(huán)發(fā)動機(jī)，但是該機(jī)器可 以設(shè)置為兩循環(huán)或四循環(huán)機(jī)器。另外，它可以用作泵。本發(fā)明包括具有多個轉(zhuǎn)子葉片(至少三個)的旋轉(zhuǎn)機(jī)器，這些轉(zhuǎn) 子葉片通過燃料混合物的燃燒來驅(qū)動。機(jī)器部件可以由陶資或金屬或 它們的復(fù)合材料來構(gòu)成。轉(zhuǎn)子軸延伸穿過各轉(zhuǎn)子葉片(每個轉(zhuǎn)子葉片 對應(yīng)一個轉(zhuǎn)子軸)。轉(zhuǎn)子葉片裝在限定了燃燒室的區(qū)域中。除了排出 口和進(jìn)口以及點火相關(guān)元件所需的任意孔外，該燃燒室被密封。圖l表示了基于張開或輻射狀軸線設(shè)計的多轉(zhuǎn)子機(jī)器的優(yōu)選實施 例。該圖是基于四轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，但是很多相同原理也適用于五轉(zhuǎn)子和六 轉(zhuǎn)子形式。具體參考圖l-13，四轉(zhuǎn)子四循環(huán)發(fā)動機(jī)100表示為有殼體101和頂 蓋102，并有進(jìn)口103和火花塞入口104。殼體101有冷卻翅片105和殼體 帶106，在圖2中，該殼體帶106以及該頂部已經(jīng)被除去?？梢钥匆娝膫€ 小齒輪107，每一小齒輪與軸108的端部連接，且各軸108有安裝在其上 的旋轉(zhuǎn)活塞IIO，該旋轉(zhuǎn)活塞110在缸壁111內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，并形成燃燒室 109。各軸108有總體上為錐形的滾柱軸承112，該滾柱軸承112也固定 至其一個端部?？梢钥匆娺M(jìn)口103延伸穿過軸108，并偏離各軸的底部 中心，在該軸的底部具有安裝在其上的小齒輪107，該小齒輪1(H騎在 輸出軸119的太陽齒輪113上。軸108具有在其中延伸的進(jìn)口開口114以 及排出口115?？諝夂腿剂线M(jìn)入軸108中的軸進(jìn)口103，并在1H處從該 軸進(jìn)口出來，經(jīng)過一個旋轉(zhuǎn)活塞IIO,并經(jīng)過排出口115在116處排出， 如圖5所示。各轉(zhuǎn)子軸的中心線與中軸線成一定角度傾斜，且各中心線處在假 想圓錐的表面上，其中，該假想圓錐的頂角小于180度且大于0度。該四轉(zhuǎn)子設(shè)計的轉(zhuǎn)子葉片具有"卵形，，橫截面，如圖l-7中所示。 圖6示出了該四轉(zhuǎn)子設(shè)計中轉(zhuǎn)子葉片的獨立視圖。在所有輻射狀設(shè)計 中，轉(zhuǎn)子的頂表面都是彎曲的。曲率與給定半徑的球表面的曲率匹配。 轉(zhuǎn)子葉片的橫截面積從葉片頂部處的最大值向葉片底部處的最小值逐 漸減小/變細(xì)一一也就是說葉片在頂部比在底部更大(如圖l - 7中所 示)。轉(zhuǎn)子葉片固定在轉(zhuǎn)子軸上，使得當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)時，它們各自的 軸也旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子葉片繞轉(zhuǎn)子軸的中心線旋轉(zhuǎn)。在四轉(zhuǎn)子設(shè)計中，轉(zhuǎn)子 葉片在轉(zhuǎn)子葉片的橫截面區(qū)域的接近中心處(稍微偏心)安裝在轉(zhuǎn)子 軸上，并且轉(zhuǎn)子葉片接近對稱，在轉(zhuǎn)子的一個端部上具有小凹槽。在 五轉(zhuǎn)子設(shè)計中，轉(zhuǎn)子葉片在明顯偏離葉片橫截面區(qū)域中心(該橫截面 處在與轉(zhuǎn)子軸中心線垂直的平面內(nèi))的位置處安裝在轉(zhuǎn)子軸上。在這兩種設(shè)計中，轉(zhuǎn)子橫截面的形狀都是根據(jù)如前所述的張開角度、頂端 半徑、球半徑和轉(zhuǎn)子數(shù)目而定制設(shè)計的。轉(zhuǎn)子軸的頂部延伸超過轉(zhuǎn)子葉片的距離足以能夠安裝軸承，以便 保持該軸的中心線基本固定，同時允許該軸旋轉(zhuǎn)?？梢允褂糜啥鄠€錐 形滾針軸承構(gòu)成的錐形軸承來允許該軸自由旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸的下端或遠(yuǎn)端具有安裝在其上或形成于其上的錐形齒輪。 該齒輪的錐度與輸出軸上的行星齒輪的錐度相匹配。在轉(zhuǎn)子軸上的錐 形小齒輪裝配在輸出軸的"杯形"區(qū)域內(nèi)部。錐形太陽齒輪位于這些 轉(zhuǎn)子軸的中央，并將這些軸保持在抵靠輸出軸的位置上。這種齒輪設(shè) 置為用于零(或最小)反沖工作。因此，由施加在轉(zhuǎn)子葉片上的力產(chǎn) 生的任何力矩都通過轉(zhuǎn)子軸而傳遞給中心輸出軸。在轉(zhuǎn)子軸端部處的齒輪還保證轉(zhuǎn)子葉片同步旋轉(zhuǎn)。對轉(zhuǎn)子葉片的正時調(diào)節(jié)成這樣，即，在它們的一部分旋轉(zhuǎn)過程中，各轉(zhuǎn)子葉片與相 鄰轉(zhuǎn)子葉片接觸(或幾乎接觸)。下面介紹的發(fā)動機(jī)工作是對于設(shè)置成以四循環(huán)(沖程)配置運行 的四轉(zhuǎn)子、輻射狀軸線旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)。由于該輻射狀軸線結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子在 球表面上旋轉(zhuǎn)，并且，由于偏心，旋轉(zhuǎn)軸線偏離轉(zhuǎn)子形狀的中心，從 而產(chǎn)生更大的杠桿臂，以便在燃燒過程中進(jìn)行做功。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞它們的軸線旋轉(zhuǎn)過360度時，它們產(chǎn)生可變尺寸的腔室，該腔室經(jīng)歷壓縮和排 放循環(huán)。來自該過程的動力通過斜行星齒輪組傳遞，該斜行星齒輪組 與動力輸出(PTO)環(huán)形齒輪連接，該動力輸出環(huán)形齒輪再根據(jù)需要安 裝在其它裝置(例如傳動裝置、泵等)上。進(jìn)氣和排氣氣體流過主小 齒輪軸，且由于進(jìn)口和排出口布置在轉(zhuǎn)子自身上，我們簡化了該發(fā)動 機(jī)的口布置。進(jìn)氣氣體從安裝在發(fā)動機(jī)殼體頂部的歧管進(jìn)入，排氣氣 體沿相同小齒輪軸通過PTO排出。該過程在圖8中示出。在工作時(該說明參考四轉(zhuǎn)子設(shè)計)，燃料混合物通過進(jìn)口引入。優(yōu)選是，燃料混合物為氬和氧，但是也可以使用石油蒸氣(汽油等) 和空氣混合物。當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)以便形成隔離容積時，該隔離容積則 容納該燃料混合物。該燃料混合物隨著繼續(xù)旋轉(zhuǎn)而被壓縮，直到到達(dá) 最大壓縮點。剛超過最大壓縮點，該隔離容積就開始膨脹，且燃料混 合物被點火。該點火通過使用火花塞從燃燒室頂部中央進(jìn)行點火來實 現(xiàn)。當(dāng)燃燒過程繼續(xù)時，將迫使轉(zhuǎn)子葉片隨著隔離容積膨脹而進(jìn)行轉(zhuǎn) 動。最終，轉(zhuǎn)子葉片不再相互接觸，且允許所捕獲的燃?xì)馊莘e逸出至 燃燒室的其余部分。這時，排出口打開，以便允許燃燒室內(nèi)部的氣體 排出。可以選擇利用真空將這些氣體從燃燒室吸出。然后再次開始該 循環(huán)。這種四轉(zhuǎn)子組的特性是在由斜行星齒輪組提供的等角速度下定 相共同旋轉(zhuǎn)，在該斜行星齒輪組中， 一定范圍的減速比可以適合本發(fā) 動機(jī)的這些目的。進(jìn)入槽道和排出槽道穿過轉(zhuǎn)子的(中心)孔延伸，并通向轉(zhuǎn)子側(cè) 面上的、接近180度頂端端部的口，其中，進(jìn)口在后側(cè)，排出口在前側(cè)。 在該結(jié)構(gòu)中，所需的開口槽道只局限于轉(zhuǎn)子，發(fā)動機(jī)殼體設(shè)計只有正 常的充氣通風(fēng)。轉(zhuǎn)子設(shè)置在張開軸線上，該結(jié)構(gòu)表示了本發(fā)明的設(shè)計。張開角度 影響轉(zhuǎn)子型面，而不會對四循環(huán)內(nèi)燃過程用于該機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。 在旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)中包含四循環(huán)內(nèi)燃過程的一些優(yōu)點是部件更少，工作 循環(huán)更平滑、功率尺寸比更高，且轉(zhuǎn)子在一圈中完成四循環(huán)過程。另外，轉(zhuǎn)子偏離該軸(偏心)使得在轉(zhuǎn)子面上產(chǎn)生了杠桿作用區(qū) 域，當(dāng)燃燒過程進(jìn)行時，該杠桿作用區(qū)域增大，從而增加可用力矩。 該"偏心，，也影響轉(zhuǎn)子保持滑動(抵靠)接觸的持續(xù)時間。在大約90 度(從135度至225度)期間內(nèi)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生稍微且逐漸的分離(這可比 得上往復(fù)運動活塞發(fā)動機(jī)中的交疊時期)。該分離是張開軸線的結(jié)果， 但是對發(fā)動機(jī)的性能沒有影響；在往復(fù)活塞內(nèi)燃機(jī)中的"交疊 (overlap)"優(yōu)點在本發(fā)明的設(shè)計中沒有很大價值，因為本發(fā)動機(jī)的 特性為轉(zhuǎn)子開口。如果這些開口布置為相互掃過，那么在需要時也可 以選擇交疊。當(dāng)它關(guān)閉時，轉(zhuǎn)子的稍微分離時期沒有影響，且是由于 偏心。我們的優(yōu)點是四個半圓形周邊轉(zhuǎn)子空穴(轉(zhuǎn)子和發(fā)動機(jī)殼體之間 的容積)。它們將由轉(zhuǎn)子進(jìn)口來沖洗/供給，并當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生用于 冷卻的容積。在旋轉(zhuǎn)一定角度時，將迫使一些更冷的氣體進(jìn)入轉(zhuǎn)子排出口，從而稀釋排氣并有可能提供氧以便"補燃(after-burn)，，。 總的來說，這些被掃過的容積并不直接影響四循環(huán)過程。由于轉(zhuǎn)子和 殼體的形狀，轉(zhuǎn)子自由地通過空穴(即并不滑動接觸)。術(shù)語"空穴 (pocket)容積"用于描述在整個循環(huán)中環(huán)繞轉(zhuǎn)子的區(qū)域。不要與燃 燒室混淆。下面即根據(jù)以下圖形以大致15度增量來介紹該實施例的基本循環(huán)。零度(圖9) 一一發(fā)動機(jī)處于TDC。燃料/空氣混合物已經(jīng)在中心腔 室中并處于壓力下，等候火花點火。前一循環(huán)的排氣處于周圍的空穴 容積中，并通過轉(zhuǎn)子的前緣以及通過小齒輪軸離開，在該小齒輪軸中， 該排氣從發(fā)動機(jī)排出。在整個膨脹做功循環(huán)中，空穴蒸氣(空氣)被 驅(qū)入處于轉(zhuǎn)子頂端的排出口中(大約通過90度旋轉(zhuǎn))。空穴容積處于 最大值，且燃燒室容積為最小值。最大轉(zhuǎn)子表面暴露于空穴蒸氣中。大約90度(圖10)——排出口朝著燃燒室敞開；排氣循環(huán)在轉(zhuǎn)子 有效接觸的情況下進(jìn)行至150度，并再通過30度至"BDC"。135度至180度(圖ll )——轉(zhuǎn)子在180度后逐漸分離——口對齊以 便交疊。交疊可以延伸20度。在圖11中，轉(zhuǎn)子葉片表示為處于葉片之 間沒有接觸的旋轉(zhuǎn)部分中。大約190度(圖12)——進(jìn)口敞開至中心空腔中。排出口敞開至空 穴容積中。在葉片之間形成初始接觸。在該旋轉(zhuǎn)部分中，該機(jī)器內(nèi)部 的一個容積被隔離。當(dāng)葉片繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，該隔離容積減小，直到達(dá)到 最小容積。190度至270度——進(jìn)入循環(huán)。排出口充入空穴空氣。大約275度——壓縮循環(huán)開始。排出口被空穴空氣"緩沖"，轉(zhuǎn)子 的熱側(cè)在空穴空氣中冷卻，且進(jìn)口使空穴容積充氣。360度(圖13) —一在達(dá)到最小容積點后，進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致隔離容 積的尺寸膨脹。點火根據(jù)正時提前來進(jìn)行。動力沖程(循環(huán))持續(xù)大約75度。在135度位置處(其中，轉(zhuǎn)子相互成"方形，，)，在轉(zhuǎn)子側(cè)的上表面和較短端部的頂端半徑之間的相切點開始分離。由于轉(zhuǎn)子側(cè)型面的真正圓弧的下降曲率以及由于以15。斜度表示的偏心度，較短轉(zhuǎn)子端部 的頂端半徑能夠保持相切直到該位置。"交疊"端部型面看起來為大約90度圓弧，但實際上是繞轉(zhuǎn)子的 主軸線對稱的兩個大約45度曲線一一這兩個曲線意味著保持與"上" 轉(zhuǎn)子側(cè)保持接觸(相切)。這導(dǎo)致在摩擦接觸下的壓縮和膨脹沖程持 續(xù)135度，有效封閉持續(xù)大約165度。在225度處，在轉(zhuǎn)子端部上的頂端半徑開始在交疊端處與相鄰上轉(zhuǎn) 子側(cè)相切。另外的開口方法包括使用相對的頭部開口對； 一對用于排出，另 一對用于進(jìn)入。這并不是優(yōu)選的開口方法，但是仍然能工作。六轉(zhuǎn)子球形發(fā)動機(jī)圖14至25表示了利用兩沖程燃燒循環(huán)的六轉(zhuǎn)子球形發(fā)動機(jī)。盡管 圖示實施例為發(fā)動機(jī)，但是該構(gòu)思和基本機(jī)器原理也用于泵。在圖14-25中，兩循環(huán)六轉(zhuǎn)子球形旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)120有殼體121，并 有在一端從殼體伸出的驅(qū)動軸122和從殼體另一端伸出的輸出軸123。 該發(fā)動機(jī)具有在其每一側(cè)的一對排出口124和125以及火花塞126，并有 在發(fā)動機(jī)120每一側(cè)上的進(jìn)入歧管127。如圖16-19中所示，發(fā)動機(jī)120有多個轉(zhuǎn)子128，各轉(zhuǎn)子總體上為 淚珠形，且各轉(zhuǎn)子安裝在從齒輪131伸出的軸上。驅(qū)動軸122與差動齒 輪132連接，該差動齒輪132包括一對齒輪133，各齒輪133在差動銷134 上旋轉(zhuǎn)，用于與齒輪132嚙合，且通過齒輪133而與齒輪135嚙合。在圖 17中可以看見單向提升閥138以及多個傳送口140。圖10中還表示了空 心輸出軸137，該空心輸出軸137通過差動齒輪而與輸出軸122連接。在 圖21和22中可以看見三個排出口 124以及點火室143和傳送槽或口 142。圖20中表示了預(yù)壓縮腔室1"和燃燒室140。參考圖14至25，六個相同的雙極轉(zhuǎn)子128以球形順序配合，以便在 所包含的內(nèi)部理論立方體的頂點處形成八個空腔。工作壓力均勻施加 在轉(zhuǎn)子的兩端，且全部六個轉(zhuǎn)子以相同角度方向和相同角速度共同旋 轉(zhuǎn)。輸入設(shè)計參數(shù)包括工作球面的半徑、轉(zhuǎn)子的厚度以及轉(zhuǎn)子128的頂 端半徑。轉(zhuǎn)子之間的相對運動是當(dāng)它們彼此抵靠運動時的相切滑動接觸。該實施例表示了行星齒輪組，用于均勻傳遞力矩和幫助使機(jī)器同步。該齒輪組能夠處于內(nèi)部，如圖15中所示，或者根據(jù)需要安裝在轉(zhuǎn) 子的外部。由于轉(zhuǎn)子運動產(chǎn)生的低壓，燃料/空氣混合物供給八個腔室中的四 個內(nèi)。這四個腔室用作進(jìn)入和預(yù)壓縮腔室。單向閥用于控制燃料/空氣 混合物流動的方向。在該進(jìn)入循環(huán)中，另四個腔室處于它們的點火和 燃燒工作循環(huán)中。當(dāng)轉(zhuǎn)子128繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，燃料/空氣混合物則經(jīng)由輸 送槽道而從預(yù)壓縮腔室進(jìn)入相鄰腔室，該輸送槽道在轉(zhuǎn)子經(jīng)過進(jìn)口時 是敞開的或"暴露的"。這一階段與相鄰腔室的壓縮和點火一致。然 后，循環(huán)自身以交替順序重復(fù)，從而產(chǎn)生發(fā)動機(jī)的兩循環(huán)。圖20表示了沿轉(zhuǎn)子軸線向下看的視圖。各半球或半個發(fā)動機(jī)包含 四個腔室。兩個用于抽取動力，另外兩個用于準(zhǔn)備燃料/空氣混合物， 以便吸入到兩個相鄰點火室中。這兩個腔室等同于在常規(guī)的往復(fù)運動 兩沖程發(fā)動機(jī)使用曲柄箱。圖21至25表示了兩循環(huán)發(fā)動機(jī)120的工作。各圖表示了燃燒室120 和相鄰預(yù)燃燒室141。所述循環(huán)實際上在每個發(fā)動機(jī)循環(huán)中在另外四個 腔室中也同時進(jìn)行。在所示當(dāng)前位置，轉(zhuǎn)子128處于TDC。點火室"3 (右側(cè))處于它的最小尺寸，預(yù)燃燒室處于最大?；鸹ㄈ?26點火，轉(zhuǎn)子128由于氣體膨脹而轉(zhuǎn)動。在圖22中，轉(zhuǎn)子 128在其膨脹循環(huán)中處于在大約100度處。相反，在相鄰腔室HO中，通 過單向閥從發(fā)動機(jī)殼體121上的進(jìn)氣歧管引入腔室中的預(yù)燃燒混合物 被壓縮。在大約100度處，排出口124露出，從而能夠通過發(fā)動機(jī)殼體 121進(jìn)行排氣。在圖23的大約120度，排氣幾乎排出，且傳送口開口從轉(zhuǎn)子128的 下面露出。這使得壓縮的預(yù)燃燒混合物通過傳送槽傳送至燃燒室140 中。這產(chǎn)生了共同處于兩沖程循環(huán)中的排氣與進(jìn)氣之間的"交疊"時 期。當(dāng)各口移動或改變尺寸時，排氣和進(jìn)氣的流動特征可以變化成有 峰值效率和更低排放。在180度處(圖24)，轉(zhuǎn)子128完全壓縮預(yù)燃燒室141，且這時開始 壓縮燃燒室140。傳送口142完全露出，排出口這時由于轉(zhuǎn)子128的通路而被關(guān)閉(被覆蓋)。在大約230度處(圖25 ),轉(zhuǎn)子128覆蓋排出口124和傳送口142，且開始燃料混合物的壓縮循環(huán)。當(dāng)燃燒室140壓縮時，預(yù)燃燒室141通 過單向閥吸入新的燃料混合物，以便重復(fù)該過程。圖26至36表示了六轉(zhuǎn)子球形發(fā)動機(jī)150的可選變化形式。該實施例 所示的發(fā)動機(jī)150能夠通過蒸汽或壓縮氣體運行。在圖26 - 36中，外動力六轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)150有殼體151，并有從 該殼體151伸出的輸出齒輪152。旋轉(zhuǎn)軸承154從發(fā)動機(jī)各側(cè)伸出，如圖 27中所示，圖中還表示了外部扇形部分155和穿過其的空氣排出口 153。多個偏心安裝和大致淚珠形的轉(zhuǎn)子156各自有從壓縮室出來的出 口空氣通道157。輸出齒輪152能夠看見具有其中的通道158，用于壓縮 空氣進(jìn)入。各轉(zhuǎn)子156安裝在一個旋轉(zhuǎn)軸承154上，該旋轉(zhuǎn)軸承的軸部 分再與軸承160連接，如圖30 - 32所示，各齒輪160與惰齒輪161嚙合， 該惰齒輪161再與輸出軸齒輪162嚙合，用于驅(qū)動輸出軸152。在圖31中可以看見旋轉(zhuǎn)閥163和扇形部分155。旋轉(zhuǎn)閥163安裝在軸 承半球164內(nèi)部。旋轉(zhuǎn)閥163有齒輪齒164，扇形部分165安裝在外部扇 形部分155和轉(zhuǎn)子156內(nèi)部，以便在其中容納旋轉(zhuǎn)閥163。圖33更清楚地表示了旋轉(zhuǎn)閥163有齒輪齒164和星形齒輪167。在圖 34中，轉(zhuǎn)子軸154表示為與斜齒輪160連接，該斜齒輪160使得轉(zhuǎn)子154 一起升高，用于均勻分配力矩。星形齒輪168用作雙重任務(wù)，用作差動 器以便均勻分配來自轉(zhuǎn)子的力矩以及定相旋轉(zhuǎn)閥和旋轉(zhuǎn)口 ，同時旋轉(zhuǎn) 口17 0在它旋轉(zhuǎn)成與相應(yīng)進(jìn)口對齊時允許能量進(jìn)入該腔室。在圖35中， 單個轉(zhuǎn)子156表示為具有大致淚珠形形狀，并有傾斜邊緣171，用于平 滑滾轉(zhuǎn)抵靠第二相鄰轉(zhuǎn)子156的邊緣171。該轉(zhuǎn)子有通過轉(zhuǎn)子的排出口 157。六個相同的雙極轉(zhuǎn)子156以球形順序配合，以便產(chǎn)生八個空腔。工 作壓力均勻施加在轉(zhuǎn)子的兩端，且全部六個轉(zhuǎn)子156以相同角度方向和 相同角速度共同旋轉(zhuǎn)。輸入設(shè)計參數(shù)包括工作球面的半徑和轉(zhuǎn)子156的 頂端半徑。該實施例表示了行星齒輪組，用于均勻傳遞力矩和使機(jī)器 同步。該齒輪組能夠處于內(nèi)部，或者根據(jù)需要安裝在轉(zhuǎn)子156的外部。在工作中，蒸汽或壓縮空氣通過主轉(zhuǎn)子軸152引入中心球形腔室 中。所有開口、排氣和吸氣都通過由內(nèi)部部件旋轉(zhuǎn)(當(dāng)它們旋轉(zhuǎn)過360 度時)來打開(露出)或關(guān)閉(隱藏)口而進(jìn)行。通過行星齒輪組而 與轉(zhuǎn)子連接并與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)一起定相的旋轉(zhuǎn)閥使得"燃料"能夠送入轉(zhuǎn)子腔室，以便抽取功。
一旦已經(jīng)做功，用過的燃料通過在轉(zhuǎn)子前端的開口釋放，并通過轉(zhuǎn)子156中的槽道157排出。當(dāng)轉(zhuǎn)子156旋轉(zhuǎn)時，槽 道157與發(fā)動機(jī)殼體151中的輸出通氣口15 3對齊。內(nèi)部旋轉(zhuǎn)閥組件163 使用一組傳送小齒輪167，該組傳送小齒輪167設(shè)置在旋轉(zhuǎn)閥163邊緣上 的斜齒輪164之間。傳送小齒輪167能夠從相對的轉(zhuǎn)子直接傳送力矩。五轉(zhuǎn)子泵在圖37、 38a和38b中，五轉(zhuǎn)子泵175有殼體176，該殼體176有在 其一端處的發(fā)動機(jī)蓋177，還有在另一端處的發(fā)動機(jī)體底蓋178。歧管 180安裝在發(fā)動機(jī)體蓋177上，旋轉(zhuǎn)軸181從發(fā)動機(jī)體底蓋178向外伸 出。流動口182在歧管188的各側(cè)上。在圖38a和38b中可以看見多個轉(zhuǎn) 子凸耳184，各轉(zhuǎn)子凸耳184有安裝在其端部上的底部齒輪185?？梢钥?見，各凸耳184安裝在凸耳軸186上。轉(zhuǎn)子軸181安裝在中心驅(qū)動齒輪187 上，該中心驅(qū)動齒輪187再與旋轉(zhuǎn)凸耳齒輪185連接。在圖40中可以看 見，進(jìn)口/出口188穿過發(fā)動機(jī)體蓋177進(jìn)入歧管180中。該泵使得進(jìn)入 進(jìn)口182的空氣產(chǎn)生增大的壓力，如箭頭所示，并增加離開出口183和 190的進(jìn)氣空氣壓力。如圖43所示，該內(nèi)腔室191表示為最大容積，且 外腔室192處于最小容積。圖37至47表示了具有平行軸線的五轉(zhuǎn)子泵175。偏心度的構(gòu)思允許 形成五轉(zhuǎn)子和六轉(zhuǎn)子機(jī)器。旋轉(zhuǎn)軸線的偏離產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子184有對著中心 腔室的更大表面區(qū)域，以便從中心腔室抽取功或向它施加功。轉(zhuǎn)子184或排出;材料的自然開口。
* ^ 盡管所示實施例為泵，但是該構(gòu)思和基本機(jī)器原理也可以很容易地用于燃燒發(fā)動機(jī)。平行五凸耳機(jī)器175可以設(shè)置成(但不局限于)燃燒發(fā)動機(jī)(四沖程或兩沖程)、蒸汽或氣動發(fā)動機(jī)或者流體泵。圖39至47表示了雙作用泵結(jié)構(gòu)的平行五凸耳機(jī)器175。"雙作用泵"是指泵在發(fā)動機(jī)沖程或循環(huán)的不同部分中同時泵送和抽吸流體?；钊愋碗p作用泵在一側(cè)上泵送流體(當(dāng)活塞和抽吸流體在另一側(cè)時)。平行五凸耳循環(huán)基于凸耳184的旋轉(zhuǎn)，其中，凸耳的不同位置和側(cè)部確定了凸耳是抽吸流體還是泵送流體。圖39 - 40表示了平行五凸耳泵175的分離(breakaway)視圖和俯 視圖。該分離視圖表示了在歧管組件下面的較長、偏心和平行的凸耳。 在該歧管組件中有六個雙作用口， 一個180在中心，另外五個182成環(huán) 繞該中心的五邊形結(jié)構(gòu)。該俯視圖表示了口位置附近的總體情況，通 過數(shù)字和箭頭來確定流動方向。泵的檢驗表明在泵中有兩個不同腔室。 一個腔室192在凸耳和泵的 外壁之間，另一腔室191朝著泵的中心(當(dāng)凸耳它們自身密封抵靠時)。 在泵的循環(huán)過程中，口l - 5 ( 182 )將總是沿相同方向工作，意味著流 體通過口l - 5同時進(jìn)入泵175或同時離開泵175。而第六口 U90)總是 以與口1-5相反的方式作用。在歧管180中，單向閥在各口位置處進(jìn)行 打開和關(guān)閉。例如，當(dāng)內(nèi)腔室抽吸流體時，輸入閥將自動打開，輸出 閥將自動關(guān)閉(即壓力控制)。然后，這些閥將使它們的位置反轉(zhuǎn)， 以便使流體能夠從泵流出。泵完成一個完整循環(huán)的基本操作如下。在圖41a和41b的位置"中，凸耳處于頂死點(Top Dead Center) (O度旋轉(zhuǎn))。該位置顯示了這兩個腔室的流體運動。該頂死點位置產(chǎn)生了由凸 耳184的頂端確定的最小內(nèi)腔室191面積(泵的中心)。在該位置，最 少量的流體存在于內(nèi)腔室191中，而最大量的流體在凸耳側(cè)面與泵殼體 側(cè)壁之間(外腔室192)。在該頂死點位置，內(nèi)腔室剛剛結(jié)束泵出流體， 且外腔室剛剛結(jié)束吸入流體。在圖42a和42b的位置f2，凸耳處于動力沖程的45度旋轉(zhuǎn)處。隨著 凸耳184開始從頂死點位置轉(zhuǎn)動，流體被推出外腔室并被吸入中心。應(yīng) 當(dāng)注意，凸耳頂端保持與其相鄰?fù)苟膫?cè)面相切。這是內(nèi)腔室和外腔 室(191、 192)之間的密封，因此在中間產(chǎn)生吸力，并在外側(cè)產(chǎn)生推 力。應(yīng)當(dāng)知道，泵的整個空腔(內(nèi)腔室和外腔室)總是充滿流體(即 沒有空氣空穴)，并總是有相同的總流體容積。在五邊形歧管18 0的各拐角處有一對口182。 一個口用于將流體從 儲箱抽吸至泵中(吸入)，另一個口用于將流體推出泵。各口的內(nèi)部 是自動閥，該自動閥將只允許流體根據(jù)壓力差而單向流動，即一個閥 將只打開以便進(jìn)入腔室，另 一個閥將只打開以便從泵中出來。第六對口190處于泵歧管的中心，且作用與拐角處的口相同。中心口有不同直徑?？诘闹睆礁鶕?jù)泵的尺寸、凸耳的幾何形狀以及偏心量來調(diào)節(jié)。五個拐角口182—起工作，并與中心口190相反，當(dāng)計算流入 和流出容積時必須考慮它們。圖43a和43b所示的位置是大約90度，這時相切將斷開。在旋轉(zhuǎn)大約90度時，在凸耳184之間的相切密封將分離。產(chǎn)生該情 況的實際旋轉(zhuǎn)角度取決于凸耳184的頂端半徑，因此取決于凸耳側(cè)部的 半徑。在該階段，內(nèi)腔室191的流體容積最大，外腔室的流體容積最小。這時泵的工作循環(huán)結(jié)束。對于大約旋轉(zhuǎn)180度時(90至270度)， 在轉(zhuǎn)子184之間的相切連接將分離，在兩個腔室之間的壓力將相等。在圖44a和44b中有大約旋轉(zhuǎn)90-270度的死區(qū)。當(dāng)凸耳184從彼此相切中分離時，內(nèi)和外腔室(191、 192)組合成 一個大腔室。在凸耳之間不接觸的該時間中，流體并不流入泵和從泵 流出，因此導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)的死區(qū)。泵結(jié)構(gòu)的一種可選設(shè)計是組合兩個五凸耳泵，且將它們的相位相 差180度，這樣，在整個循環(huán)中有連續(xù)泵壓，從而消除了死區(qū)。在圖45a和45b中，在大約270度處再次產(chǎn)生相切接觸。在死區(qū)結(jié)束處，在凸耳之間再次接觸，因此將內(nèi)腔室與外腔室192 密封隔開。在該位置，內(nèi)腔室191處于最大容積，而外腔室191處于最 小容積。在接下來的幾度旋轉(zhuǎn)中，泵的動力沖程開始，開始將流體從 內(nèi)腔室191推出，并將流體吸入外腔室192中。動力沖程在圖46a和46b中表示，且處于315度旋轉(zhuǎn)。從270至360度旋轉(zhuǎn)中，泵175從內(nèi)腔室191排出流體并將流體吸入 外腔室192中。這是與0-90度旋轉(zhuǎn)相反的流動情況。總的來說，泵的工作是從270度開始通過360度(即O度)至90度， 且從90度至270度為空載。內(nèi)腔室191在0度頂死點處從泵送轉(zhuǎn)變成抽 吸，同時外腔室192從抽吸變成泵送，因此該泵為雙作用功能。凸耳的旋轉(zhuǎn)由在泵底部的軸引起。所示齒輪傳動結(jié)構(gòu)為l: 1，但是 泵也可以才艮據(jù)需要而增速或減速。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)機(jī)器(100)，包括殼體(101)；多個轉(zhuǎn)子軸(108)，這些轉(zhuǎn)子軸(108)安裝在所述殼體(101)中；各所述轉(zhuǎn)子軸(108)安裝成在其中心線上旋轉(zhuǎn)，且其中心線處于假想圓錐的表面上；各所述軸(108)在其一個端部上具有斜齒輪(107)；且各所述軸(108)上具有傾斜轉(zhuǎn)子(110)，用于與其一起旋轉(zhuǎn)；各所述傾斜轉(zhuǎn)子(110)定位成與另外兩個傾斜轉(zhuǎn)子(110)相切滑動接觸，以便在所述轉(zhuǎn)子(110)內(nèi)側(cè)形成壓縮腔室；以及輸出軸(119)，該輸出軸定位在所述假想圓錐的頂點上，用于與所述轉(zhuǎn)子軸(108)的端部上的各齒輪(107)操作連接；由此，所述多個傾斜轉(zhuǎn)子(110)的旋轉(zhuǎn)能夠循環(huán)壓縮所述殼體(101)中的流體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(100)，其中至少一個所述 傾斜轉(zhuǎn)子(110)中有流體進(jìn)口 (114)，用于引導(dǎo)流體進(jìn)入所述壓縮 腔室。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(100)，其中至少一個所述 傾斜轉(zhuǎn)子(110)中有流體出口 (115)，用于引導(dǎo)流體離開所述壓縮 腔室。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(100),其中所述殼體(IOI) 有內(nèi)壁(111)，該內(nèi)壁針對各所述轉(zhuǎn)子(110)成形以限制在各所述 轉(zhuǎn)子(110)與所述內(nèi)壁(111)之間的區(qū)域。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(100)，其中至少一個所述 轉(zhuǎn)子軸(108)具有穿過其的通道(103)，以允許流體從所述轉(zhuǎn)子進(jìn) n通過。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(100)，其中各所述轉(zhuǎn)子軸(108) 具有穿過其的通道，以便允許流體通過。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(100)，其中每一所述轉(zhuǎn)子 (110)有進(jìn)口 (115)，用于^f吏流體從所述殼體內(nèi)部進(jìn)入所述軸通道 (103)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(100)，其中每一所述轉(zhuǎn)子 有出口 (115)，用于使流體通過所述軸通道(103)進(jìn)入所述壓縮腔室。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(100)，其中各所述轉(zhuǎn)子軸 (108 )具有圓錐形上部軸承(112 )，該上部軸承將各所述轉(zhuǎn)子軸(108 )支承在所述殼體(101)上，并限制所述轉(zhuǎn)子軸(108)的軸向移動。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(100)，具有四個旋轉(zhuǎn)軸 (108)，安裝在假想圓錐的表面上，各旋轉(zhuǎn)軸上有傾斜轉(zhuǎn)子(110)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(100)，具有五個旋轉(zhuǎn)軸 (108)，安裝在假想圓錐的表面上，各旋轉(zhuǎn)軸上有傾斜轉(zhuǎn)子(110)。
12. —種旋轉(zhuǎn)機(jī)器(120、 150)，包括 殼體(121、 151 ); 多個旋轉(zhuǎn)軸(131、 154),各旋轉(zhuǎn)軸安裝在所述殼體(121、 154) 中，且各軸在其一個端部上具有斜齒輪(131、 154)，該斜齒輪與至 少一個同步斜齒輪(136、 161)嚙合，從而使所有所述旋轉(zhuǎn)軸都同步， 至少一個所述旋轉(zhuǎn)軸(131、 154)具有進(jìn)入其的進(jìn)口通道(103);以 及多個旋轉(zhuǎn)活塞U28、 156)，每一旋轉(zhuǎn)活塞偏心地安裝至一個所 述旋轉(zhuǎn)軸(131、 154)，用于與該旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)，且每一旋轉(zhuǎn)活塞 (128、 156)安裝成與至少兩個其它旋轉(zhuǎn)活塞(128、 156)進(jìn)行相切 滑動接觸，以便當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)活塞(128、 156)旋轉(zhuǎn)時在它們之間形成 容積腔室；由此，流體能夠在旋轉(zhuǎn)機(jī)器中被壓縮。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(120、 150)，具有輸出軸 (122、 152)，該輸出軸可旋轉(zhuǎn)地穿過所述殼體(Hl、 1S1)安裝，所述輸出軸有斜齒輪(135、 162)，各旋轉(zhuǎn)軸斜齒輪(131、 160)齒 輪傳動至該斜齒輪(135、 162)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(120、 150)，其中所述 同步斜齒輪安裝至所述殼體，并與各所述旋轉(zhuǎn)活塞軸斜齒輪嚙合，用 于使所述旋轉(zhuǎn)軸(130、 154)同步。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(120、 150)，其中各所 述旋轉(zhuǎn)活塞軸(130、 154 )沿徑向定位成與其它每個旋轉(zhuǎn)活塞軸(130、 154)成一定角度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(120、 150)，其中各所述旋轉(zhuǎn)活塞(128、 156)是預(yù)定的球形部分，它在旋轉(zhuǎn)時與至少兩個 其它旋轉(zhuǎn)活塞(128、 156)嚙合。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器，具有六個球形旋轉(zhuǎn)活塞 (128、 156)，每一旋轉(zhuǎn)活塞偏心安裝在一個所述旋轉(zhuǎn)軸(13G、 154)上。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(120、 150)，其中各球 形活塞(128、 156)有穿過其的通道(140、 157)，且通過所述球形 旋轉(zhuǎn)活塞(128、 156)的旋轉(zhuǎn)而打開和關(guān)閉所述通道。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(120、 150),其中各所 述球形活塞(128、 156)為總體上為淚珠形形狀且偏心安裝的球形部 分。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(120、 150),具有五個總 體上為淚珠形形狀的旋轉(zhuǎn)活塞(128、 156)，它們形成中心燃燒室。
21. —種旋轉(zhuǎn)泵(175)包括泵殼體(176)，該泵殼體有流體進(jìn)口和出口 (188); 空氣分配歧管(180)，該空氣分配歧管操作安裝至所述殼體 (176)，并與所述流體進(jìn)口和出口 (188)連接，用于分配進(jìn)口流體 和增壓出口流體；以及多個軸(186)，這些軸可旋轉(zhuǎn)地、彼此平行地安裝在所述殼體 (176 )內(nèi)，各所述軸(186 )上有偏心安裝的凸耳(184 ),各凸耳(184 ) 定位成在旋轉(zhuǎn)循環(huán)的一部分中與兩個相鄰?fù)苟?184)進(jìn)行相切滑動接 觸，以便在它們之間形成壓縮腔室；由此，旋轉(zhuǎn)泵(175)通過彼此相切滑動接觸的多個旋轉(zhuǎn)偏心凸耳 (184)的旋轉(zhuǎn)而在流體中產(chǎn)生壓力。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的旋轉(zhuǎn)泵(175 )，具有五個旋轉(zhuǎn)軸(186 )， 這些旋轉(zhuǎn)軸支承五個偏心安裝的凸耳(184)，各凸耳與兩個相鄰?fù)苟?進(jìn)行滾轉(zhuǎn)接觸，從而在凸耳(184)之間形成壓縮腔室。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)機(jī)器可以為泵或內(nèi)燃機(jī)，它有殼體(101)，該殼體包圍多個轉(zhuǎn)子軸(108)，這些轉(zhuǎn)子軸處在假想圓錐的表面上，用于驅(qū)動位于假想圓錐頂點處的輸出軸。軸(108)有在一端處并與輸出軸嚙合的斜齒輪(107)以及在另一端處的錐形軸承(112)。傾斜偏心轉(zhuǎn)子(110)安裝在各軸(108)上，并形成為與兩個相鄰轉(zhuǎn)子(110)保持相切滑動接觸，以便形成壓縮或燃燒腔室。壓縮機(jī)或發(fā)動機(jī)(120、150)的球形形式使用多個旋轉(zhuǎn)活塞(128、156)，各旋轉(zhuǎn)活塞偏心安裝，并形成球形部分。各旋轉(zhuǎn)活塞(128、156)安裝成與至少兩個其它旋轉(zhuǎn)活塞(128、156)進(jìn)行相切滑動接觸，以便在它們之間形成位移腔室。旋轉(zhuǎn)活塞(128、156)使用大致“淚珠形”形狀。旋轉(zhuǎn)泵(175)有殼體(176)，該殼體(176)有歧管(180)，用于分配進(jìn)氣和排氣空氣。泵(175)有多個凸耳軸(186)，各凸耳軸(186)有偏心安裝的轉(zhuǎn)子(184)，這些轉(zhuǎn)子安裝在凸耳軸上和安裝在殼體中，以便當(dāng)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中都相互接觸時在轉(zhuǎn)子(184)中間形成壓縮腔室。
文檔編號F01C21/08GK101228335SQ200680017076
公開日2008年7月23日 申請日期2006年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月16日
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