JP2006132534A - ロータリ流体原動機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定された円筒状ケーシングを有し、同ケーシング内に回転可能且つ同軸に延在する出力軸を有するロータを支持する流体原動機を提供する。
【解決手段】ロータには、ピストン室と、同ピストン室内に往復運動可能なピストンとを含む。各ピストンのピストン・ロッドがロータに連結のクランク軸に連結され、クランク軸とともに回転する。ケーシングは、ロータの回転中にピストン室と連通する吸入口及び排出口を有し、圧縮流体を吸入口を介して受け入れ、排出口から排出する。駆動列によって、クランク軸及び出力軸の回転を同期化し、環状歯車と、クランク軸の小歯車との歯車比を、好ましくは各ロータ・ブロックのピストンの数の２倍とする。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、概して流体機械に関し、より具体的には、回転軸中心に回転する往復運動ピストンを含むタイプのロータリ流体原動機に関する。

当出願人による従来発明として、以下を参照されたい。 特許文献１「内燃ロータリ・エンジン」、特許文献２「内燃ロータリ・エンジン」、特許文献３「回転圧縮機若しくはポンプ」、特許文献４「内燃ロータリ・エンジン」、特許文献５「内燃ロータリ・エンジン」、特許文献６「ロータリ流体原動機」。

タイ国特許第１６１３０号明細書 米国特許第６５３６３８３Ｂ２号明細書 米国特許第６８１３９８９Ｂ２号明細書 ヨーロッパ特許第１０８５１８２Ｂ１号明細書 日本特許第３３７７９６８号明細書 タイ国特許出願第０９５０９６号明細書

本発明を流体原動機として応用する代替実施例は、様々考えられる。流体原動機は、ロータリ内燃機関と構造を同じくし、円筒状ケーシングと、同円筒状ケーシング内に軸心とする出力軸を備えるロータ及びクランク軸、ロータ内にピストン、ピストン室とを含む。各ピストン室では、加圧流体が吸入口を介して下降移動し、排出口を介して排出される。

円筒状室を形成するケーシングと、前記円筒状室内にあって入力軸を軸心として有するロータであって、後端に小歯車付きのクランク軸を備えるロータと、ロータ内にあるピストン室及びピストンと、入力軸及びクランク軸の回転を同期化するために設けられた駆動列とを備える流体原動機とする。

本発明の上記及び他の目的と長所は、本発明の実施例に関する以下の詳細な説明と、添付図面を参照することによって理解される。

図示の流体原動機には、一対のエンド・プレート１１、１３と、図示のように剛性組立てにより円筒状ロータを囲繞する外側シリンダ１５とにより形成されるケーシングを備える。外側シリンダ１５には、排出口２及び吸入口１が周設され、ピストン室に連通する。

円筒状ロータは、外側シリンダ１５により形成される円筒状の内面に適合する円筒状外面を有する２つの環状体８を含み、且つ出力軸３を軸心として有する。同ロータには、クランク軸の前部取付板９（及びそのカバー）と、クランク軸の後部取付板１０とを含み、それぞれ環状体８に当接固定される。ロータの２つの環状体８の間には、クランク軸中間取付板があり、これに出力軸アーム取付板４３及びそのカバー４４を備える（板４３及びカバー４４の詳細は、図１１に示す）。出力軸３は、前記ケーシングに回転可能に取り付けられ、ケーシングのエンド・プレート１１、１３に取付られるスリーブ・ベアリングにより、ケーシングを貫通する。

出力軸３の軸心及びロータの軸心は同一（又は同心）とされ、回転をともにする。

図１４に示すように、クランク軸取付アーム５６が出力軸３に固定され、出力軸と一体に回転する。クランク軸取付アーム５６には、ベアリング・ハウジング５３、５５及びベアリング５４を含む。ピストン室が、ロータの環状体８内で、ピストン室ベース２７に固定される。各ピストン室は、その軸方向ロータの環状体８の外面に至り、円筒状バルブ７に包囲される。図１０において、シール４２がロータ環状体８に挿入され、円筒状バルブ７からの潤滑油漏れが防止される。各ピストン室の軸心は、出力軸軸心からロータの回転方向に一様に離間することが好ましい。円筒状バルブ７は、そのピストン室の軸心沿いに僅かに移動可能とされる。バルブの湾曲端がケーシングの外側シリンダ１５の円筒状内面にコイルばね３１により液密に圧接される。図６に示すように、コイルばね３１は、円筒状バルブ７を不動とするためにピストン室ベース２７及び円筒状バルブの下端に取り付けられたばね棒３２に着座する。ピストン室ベース２７の外面は、リング・シール２８で被覆され、それによって円筒状バルブ７からの潤滑油漏れが防止される。各ピストン室の外側及びその円筒状バルブ７の内側のそれぞれのキー溝３０、３４には、ばね付きのキー２９が取り付けられる。図７に示すように、開バルブ３５及び閉バルブ３６が円筒状バルブ７の湾曲端に形成され、開バルブ３５により排出口及び吸入口の開口開始位置が決められ、閉バルブ３６により排出口及び吸入口の閉鎖開始位置が決められる。ピストン６は、通常は従来構造と同様の円筒形とされ、各ピストン室内で往復運動を行う。ピストン・ロッドが各ピストン６に旋回可能に連結され、且つクランク軸５の対応するクランクにベアリング５４により回動自在に連結される。本流体原動機は、第１及び第２の、２つのモータ・ブロックを有し、各ブロックが２つのピストンを有する。第１モータ・ブロック、ピストン室ベース２７が、クランク軸前部取付板９及び出力軸アーム取付板のカバー４４に固定される。第２モータ・ブロック、ピストン室ベース２７が、クランク軸後部取付板１０及び出力軸アーム取付板４３に固定される。

図４で、ケーシングの前部エンド・プレート１３とクランク軸の前部取付板９の間に、ねじ歯車４を囲繞するねじ歯車室１４がある。ねじ歯車４は、潤滑油ポンプを駆動するための出力軸３の前端に形成される。

出力軸３及び両クランク軸５の回転を同期化するために、駆動列が設けられる。図５に示すように、駆動列は、駆動列室１２内の環状歯車担持キャップ２２を含む。駆動列室１２は、ケーシングの後部エンド・プレート１１とクランク軸後部取付板１０の間にある。出力軸を担持するスリーブが、環状歯車担持キャップ２２の中央に形成され、このスリーブの一端がケーシングの後部エンド・プレート１１に固定される。環状歯車２３が、環状歯車担持キャップ２２に固定される。環状歯車２３は、両クランク軸５の後端に形成された小歯車と歯合する。駆動列により、ロータリ流体原動機効率に適切となる、好ましくは各モータ・ブロックのピストンの数の２倍とされる、環状歯車の小歯車に対する歯車比が定められる。例えば、一般的な２ピストン・ロータリ加圧原動機において、環状歯車の小歯車に対する歯車比は４対１とされ、したがって、出力軸が時計回りに１回転するときに、クランク軸は４回転する。同様に、３、４、６、８ピストン・ロータリ加圧原動機の歯車比は、それぞれ６対１、８対１、１２対１及び１６対１とされる。

出力軸３及びクランク軸５が同期回転すると、クランク軸５の回転によってピストン６がそのピストン室内で往復運動する。ピストンの往復運動は、加圧流体を吸入口１を介して受け（吸入行程）、排出口２から排出する（排出行程）ように同期化される。

例として、図１５及び図１６に示すロータリ加圧原動機の作動順序により、モータ・ブロックのピストン２式を図解する。各ブロックは、２つのピストンを備える。

第１モータ・ブロックの流入行程中（図１５のポジション５７、５８、５９）、ピストンが加圧流体によってピストン室内に下降する間、ピストン室１号及び２号が吸入口を通過する。ピストンがその下降行程を終えるとき、吸入行程も終わる。同時に、第２モータ・ブロックが排出行程で作動中である（図１５のポジション６０、６１、６２）。

第１モータ・ブロックの排出行程（図１６のポジション６３、６４）は、ピストン室１号及び２号が出力軸中心に運動を続け、同時にクランク軸がピストン１号及び２号を駆動し上昇させて流体を排出させる。同時に、第２モータ・ブロックの吸入行程が作動中となる（図１６のポジション６５、６６）。

ピストン室１号及び２号により、第１モータ・ブロックを成し、ピストン室３号及び４号により第２ピストン室セットを成す。出力動力を極大化するには、ピストンの各対の運動を平衡させなければならない。しかし、それによって本発明の変形が限定されることはない。所望容量により、本ロータリ加圧原動機に複数のモータ・ブロックを備えることが好ましかろう。また、１つのモータ・ブロックに複数のピストン及びピストン室を備えることが可能とされ、同じく平衡させる必要性から、少なくとも２つとするのが好ましい。さらに、各ピストンの吸入行程は各モータ・ブロックのピストンの数のほぼ２倍であり、即ち３、４、６、８ピストン・モータ・ブロックに対して６、８、１２、１６行程とされる。

ロータリ流体原動機の第１ブロックの吸入口及び排出口ポジションを示す概略図である。 ロータリ流体原動機の第２ブロックの吸入口及び排出口ポジションの概略図である。 ロータリ流体原動機の組立斜視図である。 ロータリ流体原動機の分解斜視図である。 ケーシングの前部エンド・プレート、ねじ歯車室、クランク軸前部取付板の断面図及びその分解図である。 ケーシングの後部エンド・プレート、駆動列室、クランク軸後部取付板の断面図及びその分解図である。 ピストン室ベース及び円筒状バルブの分解斜視図、及び円筒状バルブの結合ばね棒及びコイルばねの詳細図である。 円筒状バルブ内部の詳細を示す斜視図及び図６の側面図である。 流体原動機の背面図である。 流体原動機の正面図である。 ロータ環状体の斜視図である。 クランク軸中間取付板の斜視図である。 クランク軸前部取付板の斜視図である。 クランク軸後部取付板の斜視図である。 出力軸及びクランク軸取付アームの斜視図である。 第１ロータリ・モータ・ブロックの吸入行程及び第２ロータリ・モータ・ブロックの同時排出行程の概略図である。 第１ロータリ・モータ・ブロックの排出行程及び第２ロータリ加圧モータ・ブロックの同時吸入行程の概略図である。

符号の説明

３ 出力軸
４ ねじ歯車
５ クランク軸
６ ピストン
８ 環状体
９ クランク軸前部取付板
１０ クランク軸後部取付板
１１ 後部エンド・プレート
１３ 前部エンド・プレート
１５ 外側シリンダ
２３ 環状歯車
４３ 出力軸アーム取付板

Claims (7)

1. 固定された円筒状ケーシングと、
   前記ケーシング内のロータであって、前記ロータが前記ケーシング内に回転可能且つ同軸に延在する出力軸を有し、前記ロータが複数のピストン室及び前記ピストン室内にそれぞれピストンを含み、前記ピストンが前記室内を前記出力軸の回転軸から半径方向に離間したライン沿いに往復運動可能とされ、且つ前記各ピストンが前記ロータに連結されたクランク軸に連結されたピストン・ロッドを有してこれらとともに回転する前記ロータと、
   前記ロータの回転中に前記ピストン室に連通する流体吸入口及び排出口を有することにより、加圧流体を前記吸入口を介して取り入れ且つ排出口から排出する前記ケーシングと、
   前記吸入及び排出口と前記ピストン室の間をそれぞれ連通させるための前記ピストン室のバルブ部材であって、前記バルブ部材が前記円筒状ケーシングに対応する円筒状端を有することによって、前記バルブ部材が閉じるときに前記吸入及び排出口が閉じられる前記バルブ部材と、
   前記クランク軸及び前記出力軸の回転を同期化する駆動列であって、環状歯車の小歯車に対する歯車比をエンジン効率に適切とする、好ましくは各エンジン・ブロックのピストンの数の２倍であり、２、３、４、５、６ピストン・エンジンの場合にそれぞれ４対１、６対１、８対１、１０対１、１２対１とする前記駆動列と、
   前記ピストン室内で、前記ピストンが全て前記室内で同じ行程ポジションを有する同期した往復運動を行う前記ピストン、
   を備えるロータリ流体原動機。
2. 前記ロータに、それぞれ複数の前記ピストン及び前記ピストン室を含む複数のブロックを含む請求項１に記載のロータリ流体原動機。
3. 前記ピストン室及び前記ピストンが、前記ブロックにおいて相互に対向の対となって配置される請求項２に記載のロータリ流体原動機。
4. 前記ロータに連結されたクランク・アームを備え、前記ピストン・ロッドが前記クランク・アームの各端に連結される請求項１に記載のロータリ流体原動機。
5. 前記各ブロックに、前記ブロックのピストンのクランク軸の一端を回転可能に支持する取付板と、隣り合うブロックの間に配置されて、前記隣り合うブロックのピストンのクランク軸の対向端を回転可能に支持する中間取付板とを含む請求項２に記載のロータリ流体原動機。
6. 前記バルブ・ケーシングが前記取付板に固定される請求項５に記載のロータリ流体原動機。
7. 各ピストンが、前記円筒状ケーシングに対応する形状の湾曲端を有する請求項１に記載のロータリ流体原動機。

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