JP2009517600A - Rotary motor using intermittent rotor motion - Google Patents
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Abstract
本発明は、第1の軸線を中心に回転可能な第1のロータ部材と、第2の軸線を中心に回転可能な第2のロータ部材と、第1のロータ部材及び第2のロータ部材を回転させる伝動装置とを備える回転モータであって、第1のロータ部材及び第2のロータ部材が可変の角速度で回転するようになっていることを特徴とする回転モータを提供する。 The present invention includes a first rotor member that can rotate around a first axis, a second rotor member that can rotate around a second axis, a first rotor member, and a second rotor member. A rotary motor comprising a transmission device for rotation, wherein the first rotor member and the second rotor member rotate at a variable angular velocity.
Description
本発明は、新規の回転モータに関する。 The present invention relates to a novel rotary motor.
回転モータは、車両の内燃機関、圧縮機、ポンプ等を含む多種多様な用途で用いられることが周知である。 It is well known that rotary motors are used in a wide variety of applications including internal combustion engines, compressors, pumps and the like for vehicles.
多種多様な回転式内燃機関がこれまでに提案され開発されてきた。特に、ヴァンケルロータリエンジンがよく知られている。これは、移動軸を中心に回転する実質的に層状のロータ部材を含む。ロータ部材は、3辺が凸状になった三角形の層板である。この板は、室内で移動軸を中心に回転し、室はこの板部材の幅よりもわずかに大きな構成及び寸法になっており、内側形状が板部材の回転形状を補完する。 A wide variety of rotary internal combustion engines have been proposed and developed so far. In particular, the Wankel rotary engine is well known. This includes a substantially laminar rotor member that rotates about a moving axis. The rotor member is a triangular layer plate having three convex sides. The plate rotates around the movement axis in the room, and the chamber has a configuration and dimensions slightly larger than the width of the plate member, and the inner shape complements the rotation shape of the plate member.
さらに、羽根型形状を有するロータ部材を組み込んだ様々な圧縮機及びエンジンが既知である。 Furthermore, various compressors and engines are known that incorporate rotor members having a blade shape.
[発明の目的]
従来技術に代わる有用で機能的な代替物を提供する新規の回転モータを提供することが、本発明の目的である。本明細書における「回転モータ」という用語は、内燃機関及び圧縮機、ポンプ等の両方を含む。
[Object of invention]
It is an object of the present invention to provide a novel rotary motor that provides a useful and functional alternative to the prior art. As used herein, the term “rotary motor” includes both internal combustion engines and compressors, pumps, and the like.
本発明によれば、
第1の軸線を中心に回転可能な第1のロータ部材と、
第2の軸線を中心に回転可能な第2のロータ部材と、
第1のロータ部材及び第2のロータ部材を回転させる伝動装置と
を備える回転モータであって、
第1のロータ部材及び第2のロータ部材が可変の角速度で回転するようになっていることを特徴とする回転モータが提供される。
According to the present invention,
A first rotor member rotatable about a first axis;
A second rotor member rotatable about a second axis;
A rotary motor comprising a transmission device for rotating the first rotor member and the second rotor member,
A rotary motor is provided in which the first rotor member and the second rotor member are configured to rotate at a variable angular velocity.
同じく本発明によれば、モータの回転周期中、第1のロータの角速度及び第2のロータの角速度は互いに異なる。好ましくは、各ロータに関して360度の間中である。 Similarly, according to the present invention, the angular velocity of the first rotor and the angular velocity of the second rotor are different from each other during the rotation period of the motor. Preferably between 360 degrees for each rotor.
さらに、本発明によれば、第1のロータ部材及び第2のロータ部材は、回転するときに互いの間で圧縮室を密閉するような寸法及び構成であり得る。 Further in accordance with the present invention, the first rotor member and the second rotor member may be sized and configured to seal the compression chamber between each other when rotating.
したがって、第1のロータ部材及び第2のロータ部材はそれぞれ、半径方向外方に延在して間に受入構造部を有する羽根を含み、第1のロータ部材の受入構造部は、ロータ部材の回転中に第2のロータ部材からの羽根を受け入れるような寸法及び構成であり、第2のロータ部材の受入構造部は、ロータ部材の回転中に第1のロータ部材からの羽根を受け入れるような寸法及び構成であり得る。 Accordingly, each of the first rotor member and the second rotor member includes blades extending outward in the radial direction and having a receiving structure portion therebetween, and the receiving structure portion of the first rotor member is formed of the rotor member. Sized and configured to receive blades from the second rotor member during rotation, and the receiving structure of the second rotor member is configured to receive blades from the first rotor member during rotation of the rotor member Can be dimensions and configurations.
第1のロータ部材及び第2のロータ部材は、伝動装置によって互いに回転式に結合され得る。 The first rotor member and the second rotor member may be rotationally coupled to each other by a transmission.
伝動装置は、部分的に第1の半径を有し得るものと部分的に第2の半径を有し得るものとの複数の歯車を備え得る。 The transmission may comprise a plurality of gears that may partially have a first radius and partially may have a second radius.
歯車は、可変の半径を有し得る。 The gear may have a variable radius.
本発明の一構成では、伝動装置は、回転の少なくとも一部の間は第1のロータ部材を第1の角速度で、第2のロータ部材を第2の角速度で駆動してから、回転の補完的部分では第1のロータ部材を第2の角速度で、第2のロータ部材を第1の角速度で駆動するようになり得る。 In one configuration of the present invention, the transmission device drives the first rotor member at the first angular velocity and the second rotor member at the second angular velocity during at least part of the rotation, and then complements the rotation. In the target portion, the first rotor member may be driven at the second angular velocity, and the second rotor member may be driven at the first angular velocity.
第1の軸線は、第2の軸線と平行であり、第1のロータ部材及び第2のロータ部材は、ハウジング内で室を形成するようにハウジングによって両側を密閉され得る。 The first axis is parallel to the second axis, and the first rotor member and the second rotor member may be sealed on both sides by the housing to form a chamber within the housing.
さらに、本発明によれば、各羽根の自由端は、ハウジング内の室の輪郭に従うようになっている半径方向に延長可能な部分で終端している。このような構成では、ハウジングは、ほぼ楕円形の構造を形成するようにその対向区域が半径方向外方に拡張され得る。 Furthermore, according to the invention, the free end of each vane terminates in a radially extendable portion adapted to follow the contour of the chamber in the housing. In such a configuration, the housing can be expanded radially outward in its opposing area to form a generally elliptical structure.
内燃機関の形態の回転モータは、圧縮室に空気を導入する入口通路、圧縮室からガスを排出する出口通路、所定の区域で圧縮室に燃料を導入する手段、及び圧縮室に導入された燃料に点火する点火手段をさらに備え得る。 A rotary motor in the form of an internal combustion engine includes an inlet passage for introducing air into the compression chamber, an outlet passage for discharging gas from the compression chamber, means for introducing fuel into the compression chamber in a predetermined area, and fuel introduced into the compression chamber It may further comprise ignition means for igniting.
本発明のこれら及び他の特徴を、本発明の範囲を制限することなくより詳細に後述する。 These and other features of the invention are described in more detail below without limiting the scope of the invention.
本発明の一実施の形態を、ごく一例として添付図面を参照して後述する。 An embodiment of the present invention will be described below by way of example only with reference to the accompanying drawings.
[図面の詳細な説明]
図面を参照すると、同じ符号が同じ特徴を示しており、回転モータ、この場合は内燃機関が、参照符号10で全体的に示されている。不図示の異なる構成では、回転部材は、圧縮機、ポンプ等として適用される場合もある。
[Detailed description of the drawings]
Referring to the drawings, like numerals indicate like features, and a rotary motor, in this case an internal combustion engine, is indicated generally by the
内燃機関10は、第1のロータ軸30によって具現される第1の軸線を中心に回転可能な第1のロータ部材20と、第1のロータ軸30と平行な第2のロータ軸50によって具現される第2の軸線を中心に回転可能な第2のロータ部材40と、第1のロータ部材20及び第2のロータ部材40を回転させる歯車機構60とを備え、第1のロータ部材20及び第2のロータ部材40は、可変の角速度で且つ互いに異なる角速度で回転するようになっている。
The
図3a〜図3fに示すように、図示の実施形態では、第1のロータ部材20及び第2のロータ部材40は、回転するときに互いの間で燃焼室200を密閉するような寸法及び構成である。第1のロータ部材20及び第2のロータ部材40はいずれも、各ロータの対向面それぞれに係合面21及び41を有する。動作上、動作時にロータ20及び40の側面から燃焼排気ガスが逃げるのを防止するために、ロータ20及び40は55で概略的に示すハウジングによって両側を密閉される。ハウジングは、ロータ20及び40の両側に一対の板部材56を備え得る。ロータ部材20及び40の平坦な側面は、適当なシール手段(図示せず)によってこの板に対してシールされることが想定される。ハウジング55は、図8に示すように交わる一対の円形の室56を含み、この中でロータ部材20及び40が回転する。図8を参照すると、ほぼ円形の室56は、より詳細に後述するように、燃焼室200の圧縮及び膨張を変更するために例えば半径方向外方拡張部57によってその外周を変更することができる。
3a-3f, in the illustrated embodiment, the
第1のロータ部材20及び第2のロータ部材40のそれぞれは、半径方向外方に延在する複数の羽根25及び45を備え、それらの間に受入構造部26及び46を有する。受入構造部26及び46は、他方のロータ部材からの羽根を動作上受け入れるような寸法及び構成である。本発明の一実施形態では、羽根構造部25及び45の自由端には、受入構造部26及び46の湾曲に従うようになっている半径方向に延長可能な端部部分25a及び45aが設けられる。このような延長可能な端部部分は、領域57で示すように半径方向外方に拡張されている図8の内部室56の周囲に従うこともできる。上述のように、拡張領域57は、室57への空気の取り込み、空気の圧縮、及び燃焼ガスの膨張に影響を及ぼす。
Each of the
図1を参照すると、歯車機構60が第1のロータ部材20及び第2のロータ部材40を互いに結合するため、これらは互いに対して所定の運動順序でしか動くことができない。歯車機構60は、駆動軸73に設置される駆動歯車装置70、第1のタイミング軸100に設置される第1のタイミング歯車装置80、及び第2のタイミング軸110に設置される第2のタイミング歯車装置90を含む、複数の歯車及び軸を備える。
Referring to FIG. 1, since the
駆動歯車装置は、駆動軸73に互いに隣り合わせで設置された大型歯車71及び小型歯車72から成る。大型歯車71の歯群は、駆動軸の周りに180度にわたってしか延在しておらず、小型歯車72の歯群は、これと相補的に駆動軸73の180度にわたって延在している。
The drive gear device includes a
同様に、第1のタイミング歯車装置80は、第1のタイミング軸100に互いに隣り合って設置される大型歯車81及び小型歯車82から成り、第2のタイミング歯車装置90は、第2のタイミング軸110に互いに隣り合って設置される大型歯車91及び小型歯車92から成る。大型歯車81及び91それぞれの歯群は、第1のタイミング軸100及び第2のタイミング軸110の周りに90度にわたって延在しており、小型歯車82及び92それぞれの歯群は、第1のタイミング軸100及び第2のタイミング軸110の周りに270度(相補的な角度)にわたって延在している。
Similarly, the first
第1のタイミング歯車装置80及び第2のタイミング歯車装置90は、(図4a及び図4dに示すように)駆動歯車装置70と連動するため、或る段階では駆動歯車装置70の大型歯車71が第1のタイミング歯車装置80の小型歯車82及び第2のタイミング歯車装置90の小型歯車92それぞれを駆動し、他の段階では駆動歯車装置70の小型歯車72が第1のタイミング歯車装置80の大型歯車81及び第2のタイミング歯車装置90の大型歯車91それぞれを駆動する。
Since the first
種々の段階での小型歯車と大型歯車とのこの相互作用により、駆動歯車装置70の1回転中の異なる段階で第1のロータ部材20及び第2のロータ部材40が異なる角速度を有することになる。第1のロータ部材20及び第2のロータ部材40の角速度のグラフを図5に示す。図5に示すグラフは、直線から成る必要はなく、例えば、方向転換前のグラフ下側及び終了前のグラフ上側に曲線区間があってもよい。その結果、本発明のモータの圧縮室及び膨張室の最大容積は不均等になるであろう。
This interaction between the small gear and the large gear at various stages results in the
第1のタイミング歯車装置80及び第2のタイミング歯車装置90は、第1のタイミング軸100及び第2のタイミング軸110をそれぞれ駆動する。第1のタイミング軸100及び第2のタイミング軸110はさらに、第1の減速歯車装置120及び第2の減速歯車装置130をそれぞれ駆動し、これらは、第1の最終駆動歯車140及び第2の最終駆動歯車150を介してロータ部材20及び40を逆方向に駆動する。
The first
駆動歯車装置70、第1のタイミング歯車装置80、及び第2のタイミング歯車装置90のそれぞれの小型歯車及び大型歯車の両方を1つの歯車に組み込んでもよく、又は連続的に可変の伝動装置を用いてもよいことが想定される。本明細書に記載される歯車によって達成される結果は、図示されない種々の歯車構成によって達成することができ、本発明は図4a〜図4dに示す歯車構成に限定されないことに留意すべきである。
Both the small gear and the large gear of each of the
第2の減速歯車装置130は、第2のロータ部材40の方向の逆転を可能にする追加の逆転歯車131を有する。
The second
タイミング歯車装置80及び90に加えて、ロータ部材20及び40の運動を制御することができるようにする種々の代替機構がある。このような機構の1つは、例えば図9に概略的に示されており、この場合、ロータ20及び40の軸30及び50それぞれに固定され得るテンプレート63が設けられ、これらのテンプレート63は、羽根25、45の運動を一致させる溝の形態のカム構造部61を含む。このようなカム構造部61には、ピン62の形態の従動子が従動する。したがって、テンプレート63及び従動子62は、ロータ20及び40の運動を再現する。他の変形形態も確かに可能である。
In addition to the timing gears 80 and 90, there are various alternative mechanisms that allow the movement of the
内燃機関10として動作する回転モータは、ロータ20及び40によって形成される燃焼室200に空気52を導入するために、図6に51で概略的に示す入口通路をさらに備える。さらに、内燃機関10は、燃焼室200から燃焼ガス54を排出するために、図6に53で概略的に示す出口通路を備える。内燃機関10は、燃焼室200に直接噴射するか又は入口通路を通して導入された空気と共に燃焼室200に流し込むことによって所定の地点で燃焼室200に燃料(図示せず)を導入するための、燃料噴射装置(図示せず)又は気化器(図示せず)等の手段を備えることも意図される。
The rotary motor operating as the
内燃機関10は、燃焼室200内の燃料と空気との混合気に点火するための、スパークプラグ等の点火手段(図示せず)も含む。燃焼室200内の高圧縮が、圧縮・点火動作のためにディーゼル又は他の同様の燃料を用いることを可能にし得ることが想定される。
The
動作上、駆動歯車装置70は、第1のタイミング歯車装置80及び第2のタイミング歯車装置90を駆動する。駆動歯車装置70並びに各タイミング歯車装置80及び90は、駆動軸73の回転ごとに、第1のタイミング軸100が各回転の少なくとも一部の間は第2のタイミング軸110とは異なる角速度で駆動され、その後、図5に示すように第1のタイミング軸100及び第2のタイミング軸110の角速度が逆になるように、配置される。
In operation, the
タイミング軸は、第1の減速歯車装置120及び第2の減速歯車装置130を駆動し、そして、第1のロータ部材及び第2のロータ部材をそれぞれ駆動する。第2のロータ部材40の方向は、第2の減速歯車装置130に逆転歯車131が含まれることによって逆転されるため、第1のロータ部材20及び第2のロータ部材40は、図3a〜図3fに示すように逆方向に回る。
The timing shaft drives the first
図3a〜図3fは、ロータ部材20及び40の互いに対する回転の仕方を示す。図3aでは、第1のロータ部材20が第2のロータ部材40よりも速く回転している。第1のロータ部材20の羽根25が第2のロータ部材40の受入構造部46(第2のロータ部材40の2つの羽根45間にある)に受け入れられると、密閉された燃焼室200が形成される。
3a-3f show how the
この段階で、図6に52で示す空気と燃料との可燃混合気が燃焼室200に導入される。この混合気は、気化器を用いて入口から混合気を導入すること、又は燃料噴射装置(図示せず)を用いて燃焼室200に細かい燃料噴霧を噴射して、入口通路を通して導入された空気と燃焼室200内で混合すること等による、既知の手段によって導入され得ることが想定される。一構成では、図示のように羽根25及び45にある図2の小さな補助燃焼室22を、燃焼プロセスを強化するために設けることができる。燃料噴射は小室22に向けられることが想定される。
At this stage, a combustible mixture of air and fuel indicated by 52 in FIG. 6 is introduced into the
第1のロータ部材20及び第2のロータ部材40が等しくない角速度で回転し続けると、(図3b及び図3cに示すように)燃焼室200のサイズが小さくなることにより燃料と空気の混合気が圧縮される。図3cに示す段階で、第1ロータ部材及び第2のロータ部材の角速度が変わるため、遅い方のロータ部材(第2のロータ部材40)が今度は2つのロータ部材20及び40のうち速く動く方になり、第1のロータ部材20はその逆になる。
If the
圧縮された燃焼室200内の圧縮された燃料/空気の混合気52は、このとき点火手段によって点火される。燃料/空気の混合気が点火されると、燃焼室200内のガスが膨張する。燃焼室200は、図3dに示すように第2のロータ部材を反時計方向に駆動しながら膨張する。同時に、図3eに示すような第1のロータ部材20及び第2のロータ部材40の羽根と受入構造部との相互作用によって、別の燃焼室200が形成されつつある。図3aの密閉された燃焼室200の形成前に、その容積が減り、隣接する室201内に過剰空気が導かれることで、隣接する室201内の圧力が周囲空気圧よりも高く上昇することが分かっている。例えば図3c及び図3dに示すような羽根25と45との相互作用によって室201の容積が減るときに、同じ作用が生じることに留意されたい。このような流体の移動の結果、内燃機関の効率が高まる。
The compressed fuel /
燃焼室200内の燃焼ガス54は、続いてハウジング55の出口通路53を通して排出される。出口通路53は、ロータ部材20及び40の脇でハウジング55に設置され得る(図6)。
The
図3a及び図3bの最初の燃焼室200内の点火された燃料/空気の混合気のガス膨張が、図3e及び図3fで形成されている次の燃焼室201のための燃料/空気の混合気の圧縮に役立つことが分かる。
The gas expansion of the ignited fuel / air mixture in the
この基本的な動作原理は、多種多様な構成で用いることができ、圧縮される燃料/空気の混合気52の容積を最大にするために、又は点火された燃料/空気の混合気が羽根45に作用する時間を最大にするために、多種多様な形状をロータ部材20、40として用いることができることが想定される。
This basic principle of operation can be used in a wide variety of configurations, in order to maximize the volume of the compressed fuel /
歯車機構60は、遊星歯車装置であり得ることが想定される。燃焼室200の形状が細長いため、スパークプラグの形態の2つの点火手段を用いて燃焼室200の両端で混合気52に点火できることがさらに想定される。同じ理由から、細長い燃焼室200用に、2つの燃料噴射装置(図示せず)を離間関係で用いることが好ましい。
It is envisioned that the
ロータ20及び40の羽根25及び45並びに受入構造部26及び46は、燃焼効率を高めるために燃焼促進構造部を含み得ることがさらに想定される。
It is further envisioned that the
上記は本発明の一実施形態にすぎず、本発明の範囲から逸脱せずに詳細に多くの変形を加えることが可能であることを理解されたい。例えば、1つの入口通路51又は出口通路53の周りに1組のロータ部材を円形に配置してもよい。また、強度又は信頼性を高めるために、多種多様な形状で、羽根25、45があまり長く延在していないロータ部材20、40を用いてもよい。さらなる実施形態では、中央ロータ部材と共に複数の燃焼室を形成させるために、1つの中央ロータ部材の周りに複数のロータ部材20、40を設置してもよいことが想定される。さらに別の実施形態では、相互作用ロータ部材20、40の一方が固定保持されたまま、1つ又は複数の回転ロータ部材がこの場合も上述と同様に固定ロータ部材と相互作用しながら固定ロータ部材の周りで回転してもよいことが想定される。このような実施形態では、1つの固定ロータ部材を中心に回転する複数のロータ部材は、全燃焼室で同時に燃焼が行われるのではなく一定の間隔で行われるようにタイミングがずらされ得ることがさらに想定される。
It should be understood that the above is only one embodiment of the present invention, and that many variations can be made in detail without departing from the scope of the present invention. For example, a set of rotor members may be arranged in a circle around one
さらに別の実施形態では、複数のロータを同じ軸に設置して、ロータ群として各ロータを対応するロータと相互作用させてもよいことが想定される。これらのロータ群のそれぞれは、互いに同期していてもよく、又は互いに非同期であるようにタイミングをずらされてもよい。 In yet another embodiment, it is envisioned that multiple rotors may be installed on the same axis and each rotor may interact with a corresponding rotor as a group of rotors. Each of these rotor groups may be synchronized with each other or may be offset in timing so as to be asynchronous with each other.
Claims (11)
第2の軸線を中心に回転可能な第2のロータ部材と、
前記第1のロータ部材及び前記第2のロータ部材を回転させる伝動装置と
を備え、前記第1のロータ部材及び前記第2のロータ部材は、可変の角速度で回転するように構成された回転モータであって、
前記ロータの360度周期で、開始位置から、一回転の一部分の間は前記第1のロータが第1の平均回転速度で、前記第2のロータが異なる平均回転速度で回転し、その後、一回転の後続部分の間は前記第1のロータの前記平均回転速度及び前記第2のロータの前記平均回転速度が変えられることにより、前記ロータの360度の回転後に該ロータが再び前記開始位置につくことを特徴とする回転モータ。 A first rotor member rotatable about a first axis;
A second rotor member rotatable about a second axis;
A rotary motor configured to rotate the first rotor member and the second rotor member, wherein the first rotor member and the second rotor member rotate at a variable angular velocity. Because
In the 360 degree period of the rotor, from the start position, the first rotor rotates at a first average rotation speed and the second rotor rotates at a different average rotation speed for a part of one rotation, and then one rotation During the subsequent portion of rotation, the average rotational speed of the first rotor and the average rotational speed of the second rotor are changed so that after the rotor rotates 360 degrees, the rotor returns to the start position. Rotating motor characterized by lighting.
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