JPH01501408A - 球形ハウジング内にて回転駆動されるピストンを有する動力変換機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 球形ハウジング内にて回転駆動される ピストンを有する動力変換機 本発明は、球形ハウジング内にて回転駆動される一対の互いに向い合う独立的作 動の複動ピストンを有し、且つ前記ピストンは球形ハウジングの中央にて共通の パブ部を介して互いに堅固に結合されており、且つ前記ピストンは、中央に配置 されて横断方向に延在しピストンのハブ部により局部的に貫通されている仕切り 板の両側に配置されており、且つ前記ピストンは球形ハウジングの内部にて第一 の軸の周囲を回転可能なように各々の回転ビンをもつて正反対の両端で少なくも 各ピストンにとって非対称に取り付けられている動力変換機に関する。

２、　従来技術の説明 ノルウェーの特許明細書第８１０６９１号から、上記に類した動力変換機は知ら れている。球形ハウジング内の固定された共有仕切り板の両側にて回転させられ る二つの向い合って配置され互いに密着した円錐台形状のピストンが提案されて いる。更に詳細には、ピストンと仕切り板との間のローラ構造体の両側に、容積 増加と容積減少とを交互に行なう一対の作動室がピストンの間のスライド板（ハ ブ部）と各ピストンとにより郭定される。

このものは、固定仕切り板のシールされたスロット内にて傾斜可能であり且つピ ストン同士を結合しているスライド板に依存している。

発明の概要 本発明の目的とするところは、構成上及び実益上の観点から、簡潔にして一層容 易に適用し得る解決手段である。特に、仕切り板に対するピストンの回転運動と 、相互に結合しているスライド板の軸方向滑動とを回避し、その代りに、一層容 易に制御し得るピストンの周回運動と、ピストンと仕切り板との間を一層容易に シールし得る接続とを使用し得る解決手段を与えることを目的とする。

本発明の動力変換機の特徴は、各ピストンがそれ自体は公知の球のセグメントの 形状を有し、前記各ピストンは、その外方部分は前記ピストンの球のセグメント の球面にて終端され内方部分はハブ部を介して互いに接続されている対向して配 置されたピストン面を具備し、且つ、同等な円筒周縁状の仕切り壁表面に対する 軸受面を形成している中間ハブ部の円柱周縁状表面を具備し、仕切り板は球形ハ ウジングの中心にて第一の軸と交差しているもう一つの軸の周囲を回転可能なよ うにして前記球形ハウジング内に取り付けられており、且つ、前記仕切り板は前 記各ピストンに対する円筒周縁軸受面を備えた軸受部と、前記ピストンの前記ハ ブ部の両端軸受面に対応する端部軸受面とを前記ピストンの前記ハブ部の向い側 に設けられていることである。

英国特許明細書節１，２５９，８０１号及び第１，５４９，２６９号から、球の セグメント状をしたピストンの球面により外方部分を終端された対向する面を具 備する球セグメント形状のピストンを与える解決法は公知である。それらのピス トンは、独立的に作動する二つの作動室をピストン自身の間に郭定する。

本発明に従って回動可能に設けられた仕切り板を使用することにより、仕切り板 とピストンとの間に、簡潔にして一層効果的な協力関係を純粋に機構的に獲得し 得る。

特に仕切り板が、ピストンと共同の成る種の運動とピストンに対する他の運動と して関与し得るので、ピストンと仕切り板との強制的に制御された複合的且つ相 対的な運動により各作動室内にて容積の変更が達成され得る。

更に詳細には、ピストンと仕切り板の表面とが互いに強制的に制御されて球形ハ ウジングの内面に対して共同で運動すると同時に、ピストン面と仕切り板の両面 とが相互に接近し、また離れる方向へと傾斜させられる。

本発明に従って球のセグメント状のピストン及び傾斜可能なようにしてピストン に取り付けられた仕切り板とを使用することにより、ピストン面と仕切り板の等 しい両面とは、圧縮条件、入口と出口と必要によりバルブ付開口部との開放と閉 鎖その他を適合させるため、必要に応じて、最も良く各条件に適合し得るように 形状を変更して設計されることが可能となった。例えば、前記の面は、平面であ ってもよく、また或いは、仕切り板とピストンとの厚さを局部的に増減させるこ とにより幾分湾曲させた任意の同等な形状であってもよい。

本発明により、仕切り板及びピストンの寸法と、ピストン・ピンの回転軸（前記 第一の軸）とピストンの傾斜軸（ハブ軸）との間の角度とにより定まる作動室容 量の一式を揃えることも可能となろう。

本発明によれば、二つのピストンとそれに協力する仕切り板とにより、３６０° 回転する間に四つの作動室の各々において二つの連続する作動サイクルが成し遂 げられ、それらは（例えば２サイクル燃焼機関の）吸入工程と排出工程とに相応 し、また（４サイクル燃焼機関の）四つの作動工程の、該当する作動工程に相対 する。前述の軸相互開角度が例えば３５″であるならば、機械の四つの作動室の 各々において各ピストンの（揺動）角運動量は合計１４０°　（４Ｘ３５’）と なり、従って四つの全てのピストンの角運動量の総計は５６０”となる。本発明 の一実施例による本質的利点は、各作動サイクルが１８０°の回転角にて達成さ れ、そのほぼ半分の回転角（約９０°）は吸入工程に使用され、他方のほぼ半分 の回転角（約９０°）は排出工程に使用され得ることである。同様に、他の応用 分野（例えば４サイクル燃焼機関）における利点は、各作動サイクル（四つの工 程Ｉ乃至■）が３６０”の回転角により達成され、そのほぼ半分の回転角は二つ の工程（例えば、工程■及び■）に使用され、他方のほぼ半分の回転角は他の二 つの工程（例えば、■及び■）に使用され得ることである。その上、最後に述べ た用例においては、隣り合う二つの作動室が二つの連続した作動工程を順に実行 するという利点がある。同一の軸に取り付けた二つのモータ・ユニットを使用す ることにより、四つの全作動工程（Ｉ乃至■）を、連合した作動室に一つずつ順 次に実行させることができる。

本発明によれば、この様にして（２サイクル燃焼機関又は他のモータもしくは機 関において）、二つの作動室における効果的な吸入工程制御を行なうと同時に残 余の二つの作動室における効果的な排出工程制御をも同様にして行なうことがで きる。互いに連続的な吸入工程と排出工程とを含む１８０”の作動工程（球形ハ ウジング内における１８０＠の回転）の後に、同様な吸入工程と排出工程とを含 む更に１８０°の同様な作動工程が達成される。もし必要ならば、各作動室の各 作動工程における容量を変更するため、前記二輪間の角度は前記の３５″よりも 大きめもしくは小さめの角度に設定されてよい。

共にクランクシャフトにより貫通されているピストンと該ピストンの共通ハブ部 とが純粋に機構的手段により与えられており、前記クランクシャフトは内部に回 転軸受とスラスト軸受とを有するピストンの内部に第三の回転軸にて回転可能な ようにして設けられ、更に前記クランクシャフトは、従来の方法にて前記回転ピ ンに堅固に結合されている。

この様にして、共通な貫通りランクシャフト上へのピストンと共同ハブ部との設 置が効果的に行なわれ、クランクシャフトとピストンとの間にある軸受部におけ る潤滑剤の効果的貫流も可能となる。同時に、球形ハウジング内における潤滑剤 通路と各作動室のと間の効果的シールが、容易な方法にて保障され得る。

本発明の本質的利点は、ピストンと、ピストンに共同する共通なりランクシャフ トとが共に密接な回転体を形成することであり、該回転体は球形モータ・ハウジ ング・チャンバの内部にて回転可能であり、すなわち、モータ・ハウジング・チ ャンバのすぐ外側のモータ・ハウジング内に回転可能に設けられた二つの軸ジヤ ーナルの間にて回転可能である。本発明のもう一つの優位点は、仕切り壁もまた 回転体形状にしてモータ・ハウジング・チャンバのすぐ外側のモータ・ハウジン グ内に回動可能に設置され、前記モータ・ハウジング・チャンバ内にて傾斜可能 なことである。ピストンの回転運動により、正確に制御された方法にて仕切り壁 の傾斜運動を強制的に制御し得るので、ピストンと仕切り壁とのいずれを阻害す る力をも回避し得る。また、前記の各部材を、とりわけコンパクトに、すなわち 大きな体積効率をもって小さな空間に形成し得る。その上、部材相互間のはめあ い公差を最小とし且つ精密に係合させることにより、摩擦を最小とすることがで きる。

本発明に従って（ノルウェー特許明細書第８１０６９１号の解決法による２７０ ”に対し）１８０”の作動サイクルを有することにより、少数の弁を用いた、或 いは弁を用いない、入口と出口との場合によりその他の機器とを簡潔且つ一層有 益に配置すると共に、弁及びその他の機器を簡潔且つ一層効果的に制御するよう にした極めて簡潔な構成が実現される。加えて、所要箇所は比較的容易にシール され得る。

本発明による機械は、相対的に高い効率と小さな体積とそれによる小さな所要空 間とのお陰で、目的を異にする多くの用途に用いられ得る。例えば、この機械は コンプレッサ、ポンプ、空気圧又は水圧モータ、ピストン蒸気機関、スターリン グ・モータ等の様式にて使用されてよい。かかる場合には、入口と出口とは各々 、弁又は他の制御機器を使用することなく、球形ハウジングに対するピストンと 仕切り板とのそれぞれの運動により制御されてよい。

機械が４サイクル燃焼機関の様式である場合には、排気口と掃気口とは、部分的 には独立の弁により制御されてよく、また部分的には、仕切り板とピストンとの それぞれによる開口部の遮蔽、開放により、仕切り板とピストンとのそれぞれに より制御されてよい。この様にして幾つかの工程において、排気口と掃気口との 少なくとも開放維持と閉鎖維持とが各々弁にて制御されてよ＜、一方、その全体 の中での掃気と排気との時期と期間とは仕切り板とピストンとの各々の運動によ り制御されてよい。

機械がスターリング・モータの様式である場合には、機械は、各々の軸を共通に 接続された二つのモータ・ユニットから成っていてよく、一方のモータ・ユニッ トは加熱装置と連合しているのに対し他方のモータ・ユニットは冷却装置と連合 しており、また、冷却装置と加熱装置との間の共通軸の周囲には熱交換器が配置 されていてよい。こうして、高い体積効率を有して緻密に小型化されたモータを 実現し得る極めて有益な解決法が、個別的要領にて与えられる。このことは、こ の機械、すなわちスターリング・モータに一連の異分野における広大な用途を拓 かしめる。

最後に述べたケースにおいて、前記二つのモータ・ユニットがモータ・ユニット 相互の作動工程を調節するため角度調節装置を介して互いに接続されており、該 調節装置は調節弁により制御され且つ流体により作動させられる回転ピストン装 置の様式であってよく、前記調節装置は一対のモータ・ユニットを二つの互いに 反対な回転方向に回転させてモータの出力を制御すべく共通回転軸についてのモ ータ・ユニット相互の回転により調節されることが提示される。

本発明の尚一層の特徴は、添付図面との関連を有する以下の説明から明らかとな ろう。

図面の説明 第１図は、一方の外側位置にて描かれたピストンと該ピストンの中央を通る共通 りランクシャフトとを具備するコンプレッサの様式にて描かれた本発明の機械の 縦断面図、 第２図は、第１図と同じピストン位置を有する第１図の機械の、第１図の切断面 とは直角に切断面にて描かれた一部断面側面図、 第３図は、第２図に描かれた位置からクランクシャフトが４５″回転した後の機 械の一部断面側面図、第４図は、第３図に描かれたと同じ角位置のピストンと、 ピストンの中央を貫通させた共通りランクシャフトとの断面図、 第５図は、三段膨張ピストン蒸気機関の様式での本発明による機械を概略的、 第６図は、第５図の機械の詳細を示した断面図、第７図は、へ室スターリング・ モータの様式における本発明の機械を示した概略断面図、 第８図及び第９図は第７図によるスターリング・モータのための調節装置を示し た断面図、 第１０図及び第１１図は４サイクル燃焼機関の様式における本発明の機械を示し た断面図、第１２図は、第１０図及び第１１図の機械の四つの作動室の各々にお ける四つの作動工程を概略的に示した図である。

好ましい実施例の説明 第１図乃至第４図には、本実施例では気相媒質圧縮用コンプレッサの様式と液相 媒質汲み上げ用ポンプの様式にて各々図示されている動力変換機が示されている 。或いはまた、この機械は、それぞれ気相もしくは液相の圧力媒質により駆動さ れる空気圧モータまたは水圧モータとしても使用されてよい。

同様な二つの主たる構成要素１０ａ、１０ｂから成る球形ハウジング１０が図示 されている。ノ）ウジング内部に球状の空間１３が形成されるようにして、構成 要素１０ａ、１０ｂは、締結孔１１ａとそこへ組み付けられた締結ボルト１２と を以て、相等しいフランジ部１１で接合されている。

ハウジングの各構成要素１０ａ、１０ｂには、そのフランジ部１１の反対側の端 部にスリーブ状軸受部１４が設けられている。軸受部１４の中には、第１図に示 されている如く一対の組み合わされた回転スライドバアリング１５．１６があり 、その中にクランクシャフト１８の一部を形成する回転ビン１７ａ、１７ｂが回 転可能に貫設されている。クランクシャフト１８は、ハウジング１０に結合した 軸受部１４を貫通する。クランクシャフト１８の主要部１８ａは、回転ビン１７ ａ、１７ｂに堅固に結合されている。図示の実施例においては、回転ビンとクラ ンクシャフト１８の主要部１８ａとは単一構造物をなしている。クランクシャフ トの主要部１８ａと回転ビンとの間の遷移域にはカラ一部１９があり、ガスケッ ト２０を介して、軸受部１４に対するシールを形成している。クランクシャフト １８の主要部１８ａは、最小の直径ｄ１を有する中央の円柱状軸部２１と、それ に続く中位の直径ｄ２を有する一対の対向するハブ部２２と、それに続く最大の 直径ｄ３を有するもう一対の対向する球状シェル部２３とからなる。

クランクシャフト１８は回転ビン１７ａ、１７ｂの中心とハウジング１０の中心 を通る第一回転軸ｘ−ｘの周りを回転し得るようにして据え付けられており、一 方、クランクシャフトの主要部１８ｂは図示の実施例では軸Ｘ−Ｘに対して３５ ″の角度をなしている主要部軸ｙ　−ｙを有している。クランクシャフトの主要 部１８ａは段付きの内腔２５を有するピストン構造体２４の中に回転可能に設け られており、その内腔２５は、ブツシュ２６゜２７を介在させて確実な嵌め合い のちとに主要部１８ａを受けいれる。各々の球状シェル部２３とピストン構造体 ２４との間のシール２８．２９にて示されており、また、ピストン構造体２４の 球状端面３２とハウジング１０の球状内面３３とハブ部２２の球状内面３４との 間のシールが３０．３１にて示されている。回転ビン１７ａと、ハブ部２２と、 球状シェル部２３と、クランクシャフトの主要部１８ａとピストン構造体の孔２ ５との間の環状間隙と、それに加えてクランクシャフトの他端の球状シェル部と ハブ部と回転ビン１７ａとを経由する貫通路３５が示されている。

ピストン構造体２４は二つの向い合うピストン３６とその中間にある共通のハブ 部３７とから成り、一体のユニットを構成している。より詳細には、ピストン構 造体２４は半分ずつの要素として製造され（軸ｙ−ｙに沿い且つ第１図の紙面に 直角に分割される）、ねじボルトもしくは類似の開放可能な締結手段にて、これ 以上は示されない手法をもって締結される。これにより、ピストン構造体はクラ ンクシャフトの外側の位置に迅速に設置され得る。

各ピストン３６は、第１図の紙面に直角な平面の形で図示されている二つの向か い合うピストン面３６ａ。

３６ｂを備えている。中間ハブ部３７は、互いに向かい合う同等な円柱シール面 ３７ａ、３７ｂを備えている。

ハブ部３７は第１図の紙面を貫く方向にピストン３６よりも短めの寸法を有して おり、その両端には、仕切り板４０の対向するハブ部３８．３９の同等なラジア ル・シール面を軸方向に押しているラジアル・シール面を備えている（第２図参 照）。ピストン構造体のノ１ブ部は仕切り板４０の中央に穿たれたスロット内の 凹状シール面４１ａ、４１ｂに当接するシール面３７ａ、３７ｂによってシール を形成するようにして仕切り板４０内の貫通スロット内に配置されていることが 第１図から明らかである。

仕切り板４０はその球面側縁部に、軸ｚ−ｚに関して互いに押し合っているフラ ンジ部の内部のそれぞれの空腔内に組み込まれた軸受スリーブ４４．４５に回転 可能に取り付けられた二つの向かい合うピボット・ピン４２゜４３を具備してい る。仕切り板は、球のセグメント形状の二つの相対する円板部４６．４７を具備 しており、それらは前記のハブ部３８．３９　（第２図参照）により互いに接続 されている。組立て上の理由により、仕切り板４０は（図示しないが）第１図の 紙面に平行な二つの部分に分割されている。

第１図にはピストン３６が各々の外側位置にて示されており、その位置において 、ピストン表面３６ｂと仕切り板表面４７ｂ、４６ｂとの間の最大容積を有する 作動室４３ａ、４９ａが、仕切り板４０の両側に形成される。

同様にして、（第３図に示された如く）ピストン表面３６ａと仕切り板表面４７ ｂ、４６ａとの間の最小容積を有する作動室４８ｂ、４９ｂが、仕切り板４０の 両側に形成される。

第２図には、二つのハウジング構成要素１０ａ。

１０ｂの接合部付近のハウジング１０の球状内面に（中心をはさんで互いに向き 合って）配置された二つの入口のうちの一つが、破線５０ａにより示されている 。同様にして、二つのハウジング構成要素１０ａ、１０ｂの接合部付近のハウジ ング１０の球状内面に配置された二つの出口のうちの一つが、破線５０ｂにより 示されている。

第２図には、第２図においては省略されたハウジング１０の前壁の内側の仕切り 板４０のピボット・ビン４２の両側にそれぞれ配置された一つの入口５０ａと一 つの出口５０ｂとが示されており、また、一方、同等な開口部５０ａ、５０ｂが 、第２図のハウジング後壁のもう一つのピボット・ビン４３の両側にそれぞれ同 様な要領にて配置されている。第２図に示された位置においては、組み合せられ る四つの開口部は仕切り板４０の球状端面４６ｃ　（４７ｃ）により覆い隠され ている。仕切り板４０が第２図に示された位置から外れて揺動するにつれて（こ れはピストン３６とハブ部３７とに結合されたクランクシャフト１８が軸Ｘ−Ｘ の周りを矢印Ｐ１により示された回転方向に回転することにより惹き起こされる ）各開口部５０ａ、５０ｂはそれぞれの作動室４８ａ。

４８ｂ、４９ａ、４９ｂと連結可能となろう。

第３図においては、ピストン３６と仕切り板４０とは、二つの外側位置の中間の 位置、すなわちピストン３６が軸ｘ−ｘの周りを９０″回転しそれに応じて仕切 り板４０が軸ｚ−ｚの周りを強制的に３５”傾斜させられた後の位置にて示され ている。第３図に示された中間的位置においては、仕切り板４０の端部球面４７ ｃ　（４６ｃ）と各ピストン３６の端部球面３６ｃとの間に露出域５１゜５２が ある（傾線で示す）。領域５１．５２は仕切り板４０と各ピストン３６との動き により共同で制御されることが第３図より明らかであろう。第２図に示された位 置から第３図に示された位置に至るまでに、作動室４８ａ　（４９ａ）の容積は 減少し、一方、作動室４８ｂ（４９ｂ）の容積は増加しよう。

ピストンが第３図の位置から他の外側位置へと移る間に、仕切り板４０は、矢印 Ｐ３にて示された傾斜方向に傾くことにより第２図に示された仕切り板の始動位 置へと向けて戻る。仕切り板のこの逆方向傾斜により、第１図及び第２図に示さ れた始動位置からピストン構造体が１８０”回転したとき以降は、作動室４８ａ 　（４９ａ）は（第２図に示された作動室４８ｂと同様に）容積が最小へと向け て縮小し続け、一方、それに対応して作動室４８ｂ　（４９ｂ）は最大へと向け て容積を増加させ続ける。その後、第１図と第２図の始動位置へと戻る３６０” 回転の後半の１８０”をピストンが通過する間に、作動室４８ａ　（４９ａ）は その新しい同様なサイクルの間に容積が増加し、それに伴って作動室４８ｂ（４ ９ｂ）の容積は減少する。この３６ｏ＠の回転を通じて各作動室４８ａ、４８ｂ 、４９ａ、４９ｂは、作用媒質の入口と出口と（又は出口と入口と）を有する完 全密閉型作動サイクルを、すなわち二つずつ対になって交互に作動するそれら四 つの容積の等しいことを保障する。

第４図には二つのバイブ・スタブ５３，５４が示されており、その各々はハウジ ング構成要素１０ａ、１０ｂのフランジ部１１の壁を経由して、詳しくは示され ていない要領にて、ハウジング１０のそれぞれ組み合せられた入口と出口とに連 絡する。中心を挾んで向かい合うハウジングの壁部に更にもう二つのバイブφス タブが同様にして配置され、そこへ残余の二つの開口部（入口と出口）が接続さ れる。

図示の実施例において、第１図乃至第４図では本発明は、気相もしくは液相の作 用媒質を取り扱うコンプレッサまたはポンプの様式にて示されている。しかしな がら本構成は、既に言及した如く、気相もしくは液相の作用媒質により駆動され る空気圧モータまたは水圧モータの様式にて一層好適に使用され得る。図示の実 施例として、共同する付加的装置を伴う多様な異なった機械様式が以下に述べら れるが、主要な構成要素に関しては第１図乃至第４図の実施例による主たる構成 要素と同様である。

第５図に示された第二実施例は、直列に接続された三つの蒸気圧モータ６１．６ ２．６３を備えた、三段膨張型のピストン式蒸気圧機関６０を示す。モータ６１ は二本の並列蒸気供給管６４ａ、６４ｂを経由して蒸気ボイラ６４から生蒸気を 供給され、モータ６１からの排出蒸気は二本の並列蒸気管６５ａ、６５ｂを経由 してモータ６２へと供給され、モータ６２からの排出蒸気は二本の蒸気管６６ａ 、６６ｂを経由してモータ６３へと供給され、モータ６３からの排出蒸気は二本 のバイブ６７ａ。

６７ｂを経由して蒸気凝縮器６８へと供給される。バイブロ８ａを経由して凝縮 器６８からカスケード・タンク６９へ凝縮水が供給される。二本の枝管７０ａ、 ７０ｂに分岐しているバイブ７０が、カスケード・タンク６９から画室フィード ψポンプ７１へと通じている。二本の枝管７２ａ、７２ｂが、フィード・ポンプ ７１から蒸気ボイラ６４へと通じている。

モータ６１．６２．６３の各々とフィード・ポンプ７１とは、それぞれ第６図及 び第１図乃至第４図に示された普遍的構成に対応する。

第６図に、二つの断片からなるハウジング１０の一片１０ａが示されている。仕 切りは、第１図乃至第４図の構成に関連して述べられたものと一致する。それぞ れハウジング片の内面との関連を存して第１図乃至第４図の仕切り板に相当する 仕切り板４０の動きにより制御されるとともに第１図乃至第４図のピストンに相 当するピストン３６により制御されて付加的なバルブを使用することなく開閉さ れる、中心を挟んで互いに向かい合う一対の入口５０ａと、その中間にある、中 心を挟んで互いに向かい合う一対の同様な出口５０ｂとがハウジング内に示され ている。仕切り板４０は、第１図乃至第４図のピボット・ビンに関して示された と同じ要領にて、ピボット・ピン４２．４３の周りを旋回可能なようにしてハウ ジング１０の内部に設置される。仕切り板４０とピストン３６との構成と作動方 式とは、第１図乃至第４図の仕切り板４０とピストン３６とに関して述べられた ところと同様である。

第７図には、作用媒質がそれぞれ異なった温度水準にて圧縮され且つ膨張させら れて熱回収する、密閉式再生回路を有するへ室スターリング・モータもしくはス ターリング・エンジンの様式にて本発明による機械が示されている。このスター リング・モータもしくはスターリング・エンジンは、必要ならばモータ、ヒート ポンプ、圧力発生装置、冷却装置等として構成され得る。図示の実施例において このスターリング・モータは、外部燃焼もしくは他の外部加熱を伴い且つ同様の 外部冷却を伴うモータとして使用されるよう企画されている。

軸受８８，８９ａ、８９ｂ、９０を介して共通の駆動軸に結合されており且つ直 列に接続されている二つのモータ・ユニット８５．８６の概略の構成が示されて いる。

一つのモータ・ユニット８５は冷却装置９１（その外形が実線で示されている） によって取り囲まれており、従ってもう一つのモータ・ユニットは加熱装置９２ （その外形が実線で示されている）により取り囲まれている。

モータ・ユニット８５．８６の間の連結軸９３（破線により示されている）とそ れに共同する軸受８９ａ。

８９ｂは、熱交換器又は通常の蓄熱器９４（その外形が実線で示されている）に より取り囲まれている。

本発明による解決法に従って、一方の冷却されたモータ・ユニット８５は独立し た四つのチャンバ（そのうちの二つのチャンバ８５ａ、８５ｂのみが第７図に示 されている）を持ち、他方のモータ・ユニット８６は独立した四つのチャンバ８ ６ａ、８６ｂ、８６ｅ、８６ｄを持つように配置されている。二つのモータ・ユ ニット８５゜８６の間に、独立した四つの誘導路９５ａ、９５ｂ。

９５ｃ、９５ｄが示されている。更に詳細には、一方のモータ・ユニットの四つ のチャンバの各々は、それぞれの前記通路を経由して他方のモータ・ユニットの 各自に対応するユニットに接続されている。このようにして、二対の複動ピスト ン、すなわち各モータ・ユニットに二つずつの複動ピストンを備えた配置が実現 される。一方のモーターユニットのピストンは、他方のモータ・ユニットのピス トンに対して位相が９０″異なっている。このごとは、二つのモータ・ユニット のピストンが作動サイクルの成る局面においてはそれらピストンの間にて媒質を 圧縮し、作動サイクルの他の局面においてはそれらピストンの間にて媒質を膨張 させ、作動サイクルの更に他の局面においては作動室から作動室への媒質の移動 を認めることの原因となっている（二つの複動ピストンを有するシステムにおけ る通常のスターリング・サイクル）。

第７図は詳細部分に特に重点を置くことなく原理スケッチとして解決法を図示し ているものであるから、冷却袋ｆｉｆ９１と加熱装置９２と熱交換器とのそれぞ れの詳細は示されていない。例えば通路は、熟練者には容易に明らかとなろうか ら、一般的経路だけではなしに図面に示された経路とは展開長に関して大幅に異 なるようにして作られてよい。しかしながら、バイブが互いに同じ長さと同じ容 積とを有することが必要である。

二つのモータ・ユニット内の仕切り壁４０の正逆二つの回転方向のうちの一つが 矢印Ｐ２にて示されており、二つのピストン３６を具備するピストン構造体の回 転方向は矢印Ｐ１にて示されている。一方のモータ・ユニット８６のピストン３ ６はその外側位置の一方にあるようにして示されており、他方のモータ・ユニッ ト８５のピストン３６は中間位置を占めている。第７図に示されている如く二つ のモータ・ユニットのピストン構造は回転軸に対する互いの角位置が９０″ずれ ているので、一方のモーターユニットの作動室はいつでも他方のモータ・ユニッ トの作動室に対して位相が９０°ずれている。

本発明に基づくこの解決法の本質的部分は、二つのモータ・ユニットが使用され 、その双方が個々に、構成と作用方式とにおいて第１図乃至第４図に示された解 決法とほぼ一致することである。しかしながら本発明による解決法では、スター リング−モータにおいて、バイブの両端は二つのモータ・ユニットの同等な作動 室に対し完全に開放された状態にて接続され、各作動室への接続を遮る何物をも 用いないので、如何なる様式の弁も使用°されないことが注目されるべきである 。本発明による本質的利益は、スターリング・モータが簡潔な構成法を獲得する と同時に、著しく高い効率と、比較的小さな容量と、それによりもｈらされる小 さな所要スペースと、少なからぬ材料の節約と付属機器の節減とを実現し得るこ とである。

本発明による二つのこうしたモータ・ユニット８５゜８６を使用することにより 、更に、二つのピストン構成間の角位置を加減可能なように調節する可能性を利 用し得ることとなった。第８図及び第９図には、一方のモータ・ユニットの軸ジ ヤーナル９９と他方のモータ・ユニットの軸ジヤーナル１００との間の流体カッ プリング９８が示されている。一方の軸ジヤーナル９９は第一ビストン部材１０ １に緊合されており、他方の軸ジヤーナルは同様に第二ピストン部材１０２に緊 合されている。

ピストン部材１０１，１０２は、共通ハウジング１０４の共通チャンバ１０３の 内部に配置されている。チャンバ１０３の内側の流体通路１０５ａ、１０５ｂと 、環状チャンバ１０６ａ、１０６ｂと、スリーウェイ調整弁１０８への配管１０ ７ａ、１０７ｂとが示されている。

調整弁１０８のハンドル手段１０９により、必要に応じ、流体制御媒体を介して ピストン部材１０１．１０２を互いに接近し或いは離れる方向へと回転させ得る 。明確に示されている如く、ピストン部材は、第８図に示されている１８０”の 外側位置から、第７図に示された位置に相当する中間位置（’９０’）、すなわ ち二つのモータ・ユニットのピストン配置の間に９０″の位相差のある位置を経 由して、もう一方の外側位置へと回転させられ得る。ピストン配置は、第７図に 示された位置から、二つの外側位置のそれぞれへと向けて反対の方向に９０＠回 転させ得る。このことが、９０°から０″へと角度偏倚をいずれの方向へも減少 させ得るようにする。いずれの場合にも、効率を零へと向けて低下させることが できる。

効率ゼロの外側位置から始めて、角度偏倚を９０″又はそれ以上へと増加させる ことにより次第に効率を最大へと向けて増大させることもできる。ピストン部材 が他方に対していずれの外側位置をとるかにより、ゼロから始めて最大効率へと 向けて、二つのそれぞれ反対な向きをとるこができる。換言するならば、旋回方 向は始動時に選択された外側位置により決定されるので、極めて簡潔な方法にて 停止位置からの駆動方向を反転し得る可能性がある。そののち、偏倚は９０″へ と増大させられてよく、また、９０″を越えて偏倚を増大させることにより一層 の効率向上を計られてよい。その結果、モータ・ユニット間の角度偏倚を変化さ せることにより、比較的簡単且つ容易な方法にてモータ出力の効果的調節を確実 なものにすると共にいずれの外側位置へと向けて移動させられたかにより正回転 から逆回転へ、或いはその逆にと旋回方向を反転させ得る可能性がある。

第１０図、第１１図及び第１２図においては、二つの連結されたハウジング部材 １０ａ、１０ｂからなるハウジング１０を具備する４サイクル燃焼機関１１０と の関連にて本発明が図示されている。同様の構成は、２サイクル燃焼機関に関し ても使用されてよい。

第１０図には、四組の結合されたスパーク・プラグと燃料弁１１１　ａ、１１　 ｌ　ｂ、１１１　ｃ、１１１　ｄ、すなわちチャンバ１１２ａ、１１２ｂ、１１ ２ｃ、１１２ｄのそれぞれのためのスパーク・プラグと燃料弁とのユニットが示 されている。その上、弁にて制御される二つの排出路１１３ａ、１１３ｃ及び弁 にて制御される二つの掃気路１１３ｂ、１１３ｄ、すなわち対をなしている作動 室の各々のための通路が、独立の弁１１４をそれぞれ伴って示されている。スパ ーク・プラグと燃料弁とを同時に制御することが、本質的には従来の原理で知ら れている方法にて行なわれる。排出路と掃気路との開閉を同時に制御することが 、成る程度は弁の制御により行なわれ、また成る程度は仕切り板４０とピストン ３６とのそれぞれによる横滑りに類似した開放動作と遮蔽動作との各々により行 なわれ得る。スパーク・プラグと燃料ノズルと排気出口との配置は、最も良く効 果を発揮し得るようにして仕切り板４０とピストン３６との各々の作動経路に対 して位置決めされる。

２サイクル燃焼機関（詳細は省略）においては、排出路はピストンと仕切り壁と によってのみ、言い換えれば仕切り壁の制御によってのみ開閉される一方、掃気 弁は独立に制御されることが必要とされる。掃気は、超過圧力により行われねば ならない（オーバー・チャージャ）。

各排出路の弁１１４と仕切り壁４０のピボット・ピン４２．４３とは、モータ・ ハウジングのそれぞれの窪み、すなわち二つのハウジング片１０ａ、１０ｂの間 の結合面に設置されている。

第１２図には、参照数字１．１５ａ、１１５ｂ。

１１５ｃ、１１５ｄにて示されている四つの局部的スケッチにより図示された４ サイクル−モータにおける四つの工程が概略的に示されており、その参照数字は 、仕切り板４０と二つのピストン３６との間に位置する四つの異なる作動室１１ ２ａ乃至１１２ｄにおける作動工程（Ｉ乃至■）を示している。

中央に描かれ且つ互いに同心に配置されている四つの（仮想的な）リング１１６ ｇ、１１６ｂ、１１６ｃ。

１１６ｄにおいて（その一つ一つが作動工程ｌ乃至■に対応する）、四つの燃料 弁／スパーク・プラグ１１１ａ乃至１１１ｄ　（第１０図）の開放・接続状態は （各々のリングすなわち作動工程において）開口部１１７ａ。

１１７ｂ、１１７ｃ及び１１７ｄにより印され、二つの排気弁１１３ａ、１１３ ｃ　（第１１図）の開放・接続状態は（各々のリングすなわち作動工程において ）開口部１１８ａ、１１８ｂにより印され、二つの掃気弁１１３ｂ、１１３ｄ　 （第１１図）の開放・接続状態は（各々のリングすなわち作動工程において）開 口部１１９ａ、１１９ｂにより印されている。

局部的スケッチ（１１５ａ乃至１１５ｄ）の各々において、モータの内部にて中 心を挟んで互いに向かい合って配置されている二つずつの作動室、すなわち作動 室１１２ａと１１２ｅ、及び作動室１１２ｂと１１２ｄとは、それぞれ同一の作 動工程にて動作することが第１２図から明らかであろう。その上、一つのピスト ン３６の両側にあり且つ仕切り板４０の同じ側にある二つの隣り合った作動室１ １２ａ、１１２ｂは、互いの間で次に続く作動工程を有していることが明らかで あろう。従って、作動室１］２ｃと作動室１１２ｂも互いの間で次に作動工程を 有しており、すなわちそれは作動室１】２ａと作動室１１２ｂとの作動工程にそ れぞれ一致する。局部的スケッチ１１５ａ乃至１１５ｄに示された四つの作動工 程！乃至■のうちの二つの作動工程のみが続けて使用される。このことは、実際 上、はずみ車の使用により解決される。或いはまた、二つのモータ・ユニットが 組み合わされて使用され、四つの作動工程がいつでも二つのモータ・ユニットの 作動室に配分されるようにして、一方のモータ・ユニットの作動室が（例えば作 動工程■及び■の）二つの工程にて動作し、他方のモータ・ユニットの作動室が （例えば作動工程■及び■）の工程にて動作するようにしてもよい。

それに準じて、２サイクル・モータにおいては二種類の作動工程がピストンの両 側と仕切り板の両側とに二つずつ配置され、通常ははずみ車及び／又は余分のモ ーターユニットは必要とされない。しかしながら、４サイクル・モータと２サイ クル・モータとの双方において、二つ以上のモータ・ユニットが同一の軸に使用 されてよい。

（第１２図に示されている如く）強制的に往復方向への傾斜運動を生じさせるピ ストン３６の回転運動により制御される仕切り板４０（第１２図においては詳細 は省略）の往復傾斜運動により、４サイクル・モータの図示された作動工程Ｉ乃 至■（局部的スケッチ１１５ａ乃至１１５ｄ）が遂行される。開放（すなわちモ ータ・チャンバの種々の出入口を開くこと）の始期は、はぼ図示されたリング１ １６ａ乃至１１６ｄの開口により示された角位置をとり、種々のスケッチ１１５ ａ乃至１１５ｄに対し角度について関連を有する。第１２図においては互いに角 度位置にはさほど重点を置くことなく、角度位置は暗示的に示されているのみで あるから、種々の弁等がどの作動工程にて作動させられるかがリング１１６ａ乃 至１１６ｄにより概念的に示されているに過ぎない。それは、一つの作動工程（ 又はそれ以降の作動工程）のどれ程の部分が開放区間に含まれるかについて、角 度によっては何も示唆しない。

作動工程Ｉにおいては、第一の作動室１１２ａの燃料弁／スパーク・プラグ１ｌ ｌａ　（開口１１７ａにて示されている）と、中心を挟んでそれと向かい合う作 動室１１２ｃの燃料弁／スパーク・プラグ１ｌｌｂ　（開口１１７ｂにて示され ている）とのみが作動させられる。

作動工程■においては、中心を挟んで互いに向かい合う作動室１１２ｂ、１１２ ｄのそれぞれの燃料弁／スパーク・プラグ１ｌｌｃ　（開口１１７ｃにて示され ている）及び１ｌｌｄ　（開口１１７ｄにて示されている）が作動させられる。

この作動工程Ｈにおいては、作動室１１２ａ、１１２ｃの排気路１１３ａ、１１ ３ｃ　（開口１１８ａ、１１８ｂにて示されている）が作動させられる。

作動工程■においては、この同じ排気路１１３ａ。

１１３Ｃ（開口１１８ａ、１１８ｂ）が、作動室１１２ｂ、１１２ｄのために作 動させられる。この同じ作動工程■において、掃気路１１３ｂ、１１３ｄ　（開 口１１．９ａ、１１９ｂにて示されている）が、作動室１１２ａ、１１２ｃのた めに作動させられる。

作動工程■において、その同じ掃気路１１３ｂ。

１１３ｄ　（開口１１９ａ、１１９ｂ）が、作動室１１２ｂ、１１２ｄのために 作動させられる。

以上の記述から、これら四つの燃料弁／スパーク・プラグ１１１ａ乃至１１１ｄ はピストンもしくは仕切り板によって制御されるのではなく、例えば電子制御に より独立に作動させられることが明らかであろう。実際には排気路１１３ａ、１ １３ｃは、初めの二つの作動工程においては開かれ、それに続く二つの作動工程 においては閉じられよう。すなわち、その上更にピストン３６によって隣り合う 二つの作動室が互いの間で制御されて、別工程にある二つの隣り合う作動室が順 次開放される。それに伴って掃気路１１３ｂ、１１．３ｄもまた初めの二つの作 動工程においては開かれ、それに続く二つの作動工程においては閉じられよう。

すなわち、その上更にピストン３６によって隣り合う二つの作動室が互いの間で 制御されて、別工程にある二つの隣り同士の作動室が順次開放される。

国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．球形ハウジング（１０）の内部にて回転駆動される一対の互いに向かい合う 独立の複動ピストン（３６）を有し、前記ピストンは前記球形ハウジングの中央 にて共通のハブ部（３７）を介して互いに堅固に結合されており、且つ前記ピス トンは、中央に配置されて横断方向に延在し前記ピストンの前記ハブ部（３７） により局部的に貫通されている仕切り板（４０）の両側に配置されており、且つ 前記ピストンはそれぞれの回転ピン（１７ａ，１７ｂ）をもって前記球形ハウジ ングの内部にて第一の軸（ｘ−ｘ）の周囲を回転可能なように正反対の両端にて 少なくとも各ピストンにとって非対称に取り付けられている動力変換機において 、前記各ピストン（３６）は通常の球のセグメントの形状を有し、 前記各ピストン（３６）は、その外方部分は前記ピストン（３６）の球のセグメ ントの球面（３６ｃ）にて終端され内方部分は前記ハブ部（３７）を介して互い に接続されている対向して配置されたピストン面（３６ａ，３６ｂ）を具備し、 且つ、円筒周縁状の仕切り壁表面（４１ａ，４１ｂ）に対する軸受面を形成して いる中間ハブ部の円柱周縁状表面（３７ａ，３７ｂ）を具備し、前記仕切り板（ ４０）は前記球形ハウジングの中心にて第一の軸（ｘ−ｘ）と交差している第二 の軸（ｚ−ｚ）の周囲を回動可能なようにして前記球形ハウジング内に取り付け られており、且つ、前記仕切り板（４０）は前記各ピストンに対する円筒周縁状 軸受面を備えた軸受部と、前記ピストンの前記ハブ部（３７）の両端軸受面に対 応する端部軸受面とを前記ピストンの前記ハブ部（３７）の向かい側に設けられ ていることを特徴とする動力変換機。
2. ２．前記ピストン（３６）とそれらに共通な前記ハブ部（３７）とが、前記回転 ピン（１７ａ，１７ｂ）に通常の方法にて堅固に結合され且つ各軸受部（１４） 内に回転スラスト・ベアリング（１５，１６）を有して第三の回転軸（ｙ−ｙ） にて前記ピストン内において回転可能に取り付けられたクランクシャフト（１８ ）により貫通されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の動力変換機。
3. ３．前記クランクシャフト（１８）とそれに共同する前記回転ピン（１７ａ，１ ７ｂ）とは一体構造であり、一方、ピストン（３６）と前記ハブ部（３７）とは 長手方向に分割され得る二つ以上の部分からなることを特徴とする請求の範囲第 ２項記載の動力変換機。
4. ４．最小容積と長大容積との作動室を有するピストンの各外側位置における前記 仕切り板（４０）の前記球状端面（４６ｃ，４７ｃ）が前記仕切り板の両端をも つてピボット・ピン（４２，４３）のそれぞれ両側にある前記球形ハウジング（ １０）の入口（５０ａ）と出口（５０ｂ）とを遮蔽し、且つ、前記仕切り板（４ ０）の球状端面（４６ｃ，４７ｃ）がそれぞれ組み合わされた要請増加中の作動 室と前記入口（５０ａ）との連絡を制御するとともにそれぞれ組み合わされた容 積減少中の作動室と前記出口（５０ｂ）との連絡を制御することを特徴とする請 求の範囲第１、第２又は第３項記載の動力変換機。
5. ５．前記仕切り板（４０）の前記球状外面（４６ｃ，４７ｃ）が前記仕切り板の ピボット・ピン（４２，４３）付近の中央域にて長大幅を有するとともに前記ピ ボット・ピンから前記球状外面の両端へと向けて徐々に幅が減少し・且つ、前記 仕切り板（４０）が遷移部（３８，３９）によって互いに結合された二つの円板 部（４６，４７）を含み、前記遷移部（３８，３９）は前記ピストンの前記ハブ 部（３７）と軸方向に整合させられてこれと向き合っていることを特徴とする請 求の範囲第４項記載の動力変換機。
6. ６．前記入口（５０ａ）と前記出口（５０ｂ）とがそれらの領域を前記仕切り板 の前記球状端面（４６ｃ，４７ｃ）及び共同するピストン（３６）の球状端面（ ３６ｃ）により共同で遮蔽され且つ開放されるようにして配置と寸法とを定めら れることを特徴とする請求の範囲第４又は第５項記載の動力変換機。
7. ７．前記入口と前記出口とがそれぞれ前記球形ハウジング（１０）との関連にて 専ら前記ピストン（３６）と前記仕切り板（４０）とのそれぞれの移動により制 御されることを特徴とする、コンプレッサ、ポンプ、空気圧又は水圧モータ、蒸 気機関等の様式の、請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の動力変換機 。
8. ８．排気口と掃気口とが部分的には個別の弁により制御され、また部分的には前 記仕切り板と前記ピストンのそれぞれにて前記開口を遮蔽、開放することにより 前記仕切り板（４０）と前記ピストンとのそれぞれによって制御されることを特 徴とする、４サイクル燃焼機関の様式の、請求の範囲第１項乃至第６項のいずれ かに記載の動力変換機。
9. ９．一方のモータ・ユニット（８５）は加熱装置（９１）と連合し他方のモータ ・ユニット（８６）は冷却装置（９２）と連合し、前記冷却装置と加熱装置との 間の共通シャフトの周囲には熱交換器（９４）が配置されるようにして前記共通 シャフトに各々の端部を接続されている二つのモータ・ユニット（８５，８６） からなることを特徴とする、スターリング・モータ又はスターリング・エンジン の様式の、請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の動力変換機。
10. １０．前記二つのモータ・ユニット（８５，８６）は前記モータ・ユニット相互 の作動工程を調節するため角度調節装置を介して互いに接続されており、前記調 節装置は調節弁により制御され且つ流体により作動させられる回転ピストン装置 の様式であってよく、前記調節装置は一対のモータ・ユニットを二つの互いに反 対な回転方向に回転させて前記モータの出力を制御すべく共通回転軸についての 前記モータ・ユニット相互の回転により調節されることを特徴とする、請求の範 囲第９項記載の動力変換機。