專利名稱：輻射狀軸線且基于球形的旋轉機器的制作方法
輻射狀軸線且基于球形的旋轉機器
背景技術：
本申請要求美國臨時專利申請No. 60/662941的優(yōu)先權，該美國臨時專利申請的申請日為2005年3月16日。本發(fā)明的構思包含一種形式的旋轉機器，它采用平行和張開軸線軸，具有偏心和非偏心轉子。在現(xiàn)有技術中，旋轉軸線通過轉子的幾何中心，從而限制了可能的結構。普通的旋轉發(fā)動機專利使用平行軸線結構，這意味著旋轉軸線相互平行，且所有轉子在與該軸線垂直的平面圓弧中旋轉。旋轉軸線離開幾何中心(即偏心)將能夠有多轉子結構(四個、 五個和六個)。該偏心構思仍然沒有用于轉子設計中，因為沒有人試圖改變現(xiàn)有Colbourne 旋轉構思的基本原理，并且它相對獨特和簡單。在從Colbourne構思發(fā)展的很多改進中，并沒有偏離Colbourne的基本構思。另外，與該偏心構思相關的是輻射狀軸線機器的構思，其中，旋轉軸線環(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子設計中產(chǎn)生不同程度的偏心度。 當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)達到頂點。從平行軸線變化至輻射狀軸線機器(在該輻射狀軸線機器中，旋轉軸線并不與相鄰轉子的軸線平行)將使得旋轉機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)生這樣的機器，其中，轉子并不在平面上旋轉，而是在球表面上旋轉。歷史表明大量專利介紹了三或四轉子機器，它們都基于平行軸線。這樣產(chǎn)生的機器中，所有轉子都繞平行軸線軸旋轉，它們的結構幾何形狀和旋轉運動將在平表面上。另外，旋轉軸線直接穿過轉子形狀的中心(零偏心)。這限制了組合三個或四個轉子的可能結構。由于該幾何形狀涉及當它們旋轉過360度時保持轉子彼此相切，因此具有單個容積腔室的平行軸線機器不能由超過四個的轉子來確定。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子來向機器循環(huán)施加功或從機器循環(huán)抽取功。在偏心結構中，軸線離開橢圓形轉子的中心(稱為偏心度)。這產(chǎn)生四轉子設計的延伸，并能夠產(chǎn)生五和六轉子結構，其中，六個是最大實際結構。盡管七個或更多轉子在幾何形狀上可行，但是所形成的轉子結構并不實際，因為所形成的形狀不能有合理的機械結構。例如輸出軸的引入。過去，四轉子設計時旋轉機器的基礎。偏心度的引入能夠有五和六扁平或平面轉子結構。五和六轉子結構使得更多表面區(qū)域暴露于腔室中，從而增加它們在每個機械循環(huán)都做功的可能性，它也使用“淚珠”形轉子，其中，一個頂端有半徑，另一頂端形成頂點。當這些轉子移動通過它們的循環(huán)時，這些五和六轉子結構產(chǎn)生自然口(natural port)。四轉子結構能夠按比例縮放，或者有多組，以便使得功增益相等，但是將需要明顯增加機器尺寸。因此，對于給定物理尺寸，五和六轉子旋轉機器的效率高得多。盡管該機器表示了用于發(fā)動機結構的典型裝置，但是旋轉機器上的偏心轉子的該構思可以用于其它實施例例如泵。為了使轉子聯(lián)合和共同旋轉做功，需要齒輪組來提供轉子的相位，以便提供做功腔室。
轉子定義中的偏心度轉子定義中的偏心度構思還沒有使用，因為沒有人試圖改變Colbourne旋轉構思的基本原理(由于它相對獨特和簡單)。由Colbourne構思的固有完美性和簡單性而發(fā)展的多種改進中，都沒有偏離Colbourne原理的基本構思，直到在本文獻中提出的思想。將偏心度引入旋轉結構中將產(chǎn)生優(yōu)于現(xiàn)有平行軸線結構的以下優(yōu)點動態(tài)(運動)端口簡化了發(fā)動機循環(huán)的方法；能夠有多個G+)轉子結構，在平行軸線和非平行軸線結構中工作；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子G+)；構成機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)，轉子都在與旋轉軸線垂直的平面上運動。在轉子的一端或兩端引入半徑頂端將影響偏心度，從而使轉子旋轉軸線離開轉子幾何中心。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)機器的用途而變化；半徑頂端產(chǎn)生作為轉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子區(qū)域。過去還沒有開發(fā)旋轉發(fā)動機的輻射狀軸線結構。平行軸線實施例是普通機器結構。將偏心度引入基本四轉子結構能夠產(chǎn)生五和六轉子旋轉機器。偏心度還能夠用于變成輻射狀軸線結構，其中，轉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。當人們將輻射狀角度引入旋轉軸線時，轉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。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準平面形狀(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計)， 這時自然形成偏心度。當處理輻射狀排列和球表面時，有這樣的方案，其中，當經(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子側部相切接觸。在制造機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。六轉子凸耳的構造方法也相同，對于所有其它轉子設計也相同。對于在本文獻中所述的所有其它結構，轉子“長”側的形成曲線并不是第二階恒定半徑圓弧。它是第三階曲線(third order spline)。不這樣描述它將產(chǎn)生并不在“實際生活”用途中有用的轉子設計。

發(fā)明內容
旋轉機器具有錐形布置的多個轉子軸。內燃機；具有多個轉子葉片；具有多個轉子軸；其中，各轉子葉片有安裝在它上面的轉子軸；轉子軸繞它們的中心線旋轉；轉子軸的中心線設置成處在假想圓錐的表面上。旋轉機器利用由轉子軸小齒輪驅動的斜行星齒輪。內燃機具有多個轉子葉片； 具有多個轉子軸。其中，各轉子葉片有安裝在它上面的轉子軸；轉子軸繞它們的中心線旋轉；轉子軸有小齒輪，該小齒輪設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動。
旋轉機器有多個轉子葉片，其中，轉子葉片的上表面處在假想球的表面上。內燃機有多個轉子葉片；有多個轉子軸。其中，各轉子葉片有安裝在它上面的轉子軸，這些轉子軸繞它們的中心線旋轉；其中，轉子葉片的頂表面處在假想球的表面上。旋轉機器有轉子葉片，該轉子葉片的旋轉軸線偏離葉片橫截面區(qū)域的中心。內燃機有多個轉子葉片；其中，各轉子葉片有安裝在它上面的轉子軸；轉子軸繞它們的中心線旋轉。其中，轉子軸在偏離葉片橫截面區(qū)域中心的位置處安裝至轉子葉片。用于旋轉機器的轉子葉片有接近“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器的壓縮比。本發(fā)明包括具有多個轉子葉片的旋轉發(fā)動機或泵。發(fā)動機部件可以由陶瓷或金屬或它們的復合物來構成。轉子軸延伸穿過各轉子葉片(每個轉子葉片對應一個轉子軸)。 轉子葉片裝在限定了燃燒室的區(qū)域中。除了排出口和進口以及點火相關元件所需的任意孔外，該燃燒室被密封。各轉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，也就是葉片在頂部處大于在底部處。轉子葉片固定在轉子軸上，這樣，當轉子葉片旋轉時，它們的相應軸也旋轉。五轉子設計的轉子葉片有“淚滴”形橫截面。還有，在五轉子設計中，轉子葉片在偏離葉片橫截面中心的位置處安裝在轉子軸上(該橫截面處在與轉子軸中心線垂直的平面中)。相反，四轉子設計的轉子葉片在轉子葉片橫截面的中心(或幾乎中心)處安裝在轉子軸上，且轉子葉片在轉子軸的各側對稱，除了在轉子一側的較小扁平“凹槽”。在這兩種設計中，轉子截面的形狀都來源于二階和三階曲線的一部分。轉子軸的頂部超過轉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。由多個錐形輥針軸承構成的錐形軸承可以用于使該軸能夠自由旋轉。轉子軸的下端或遠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。錐形太陽齒輪設置在這些轉子軸的中央，并使這些軸保持在抵靠輸出軸的位置。該齒輪設置成用于零(或最小)反沖工作。因此，由施加在轉子葉片上的力產(chǎn)生的任何力矩都通過轉子軸而傳遞給中心輸出軸。在轉子軸端部的齒輪還保證轉子葉片同步旋轉。對轉子葉片的正時調節(jié)成這樣， 即，在它們的旋轉過程中(或者在五轉子設計中在它們的一部分旋轉過程中)，各轉子葉片與相鄰轉子葉片接觸(或者幾乎接觸)。發(fā)動機內部中處于轉子葉片之間的容積被隔離。 當葉片繼續(xù)旋轉時，該隔離容積減小，直到達到最小容積。在達到最小容積時，進一步旋轉將使得隔離容積的尺寸膨脹。在五轉子設計中，當轉子葉片繼續(xù)旋轉時，隔離容積最終被釋放。在作為發(fā)動機工作時，燃料混合物通過進口而引入。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。當轉子葉片旋轉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)旋轉而被壓縮，直到到達最大壓縮點。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，因為燃燒力將向轉子葉片的面提供更均勻的壓力。當燃燒進行時，將迫使轉子葉片在隔離容積膨脹時進行轉動。在充分膨脹后，排出口打開，以便允許燃燒室內部的氣體逸出。然后再次開始循環(huán)。發(fā)動機可以設置為兩循環(huán)或四循環(huán)發(fā)動機或者泵或壓縮機。


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1是四轉子四循環(huán)發(fā)動機實施例；
圖2是四轉子四循環(huán)發(fā)動機的透視圖，其中頂部去除；
圖3是四轉子四循環(huán)發(fā)動機的透視圖，其中沒有中間殼體和若干轉子；
圖4是四轉子四循環(huán)發(fā)動機的傳動齒輪的透視圖5是轉子軸的透視圖，表示了進口和排出口 ；
圖6是轉子的透視圖，表示了進口和排出口 ；
圖7是四轉子四循環(huán)發(fā)動機的透視圖，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9是基本循環(huán)-0度的透視圖10是基本循環(huán)-90度的透視圖11是基本循環(huán)-135至180度的透視圖12是基本循環(huán)-190至270度的透視圖13是基本循環(huán)-360度的透視圖14是兩循環(huán)六轉子發(fā)動機實施例的透視圖(俯視圖)；
圖15是兩循環(huán)六轉子發(fā)動機實施例的透視圖(正視圖)；
圖16是兩循環(huán)六轉子發(fā)動機的透視圖，其中殼體已經(jīng)除去；
圖17是兩循環(huán)六轉子發(fā)動機的透視圖，其中轉子已經(jīng)除去；
圖18是兩循環(huán)六轉子發(fā)動機內部的透視圖，其中殼體已經(jīng)除去；
圖19是兩循環(huán)六轉子發(fā)動機內部的透視圖，其中殼體蓋已經(jīng)除去；
圖20是沿轉子軸線向下看的俯視圖。發(fā)動機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運動二沖程發(fā)動機中使用的曲柄箱)；圖21是圖19的發(fā)動機在頂死點的透視圖；圖22是圖19的發(fā)動機在100度進入膨脹循環(huán)時的透視圖；圖23是圖19的發(fā)動機在120度時的透視圖，排氣放出，且開始吸氣；圖M是圖19的發(fā)動機在180度時的透視圖，排出口關閉，吸氣預壓縮結束，燃燒室壓縮開始；圖25是圖19的發(fā)動機在230度時的透視圖，所有口都關閉，燃燒室壓縮；圖沈是發(fā)動機的外部動力實施例的透視圖；圖27是外部動力發(fā)動機的透視圖，該外部動力發(fā)動機的上半殼體已經(jīng)除去；圖28是外部動力發(fā)動機的透視圖，該外部動力發(fā)動機的內部殼體已經(jīng)除去；
圖四是外部動力發(fā)動機的透視圖，該外部動力發(fā)動機的轉子已經(jīng)除去；圖30是外部動力發(fā)動機的透視圖，該外部動力發(fā)動機的轉子和內部殼體已經(jīng)除去；圖31是外部動力發(fā)動機的透視圖，該外部動力發(fā)動機的軸承半球已經(jīng)除去；圖32是外部動力發(fā)動機的透視圖，該外部動力發(fā)動機有內部齒輪和殼體；圖33是外部動力發(fā)動機的透視圖，該外部動力發(fā)動機有不同齒輪；圖34是發(fā)動機齒輪組的透視圖；圖35是發(fā)動機轉子的放大透視圖；圖36是發(fā)動機吸氣和排氣的透視圖；圖37是五轉子平行軸線泵的透視圖；圖38是平行軸線泵內部的透視圖；圖39是泵凸耳和歧管的透視圖，其中沒有外部殼體-流體方向通過口 ；圖40是泵流體方向通過口的俯視圖；圖41是泵在0度旋轉時的俯視圖；圖42是泵在45度旋轉時的俯視圖；圖43是泵在90度旋轉時的俯視圖；圖44是泵在180度旋轉時的俯視圖-沒有流體流動；圖45是泵在大約270度旋轉時的俯視圖；圖46是泵在315度旋轉時的俯視圖；圖47是平行軸線泵的透視圖。
具體實施例方式四轉子四循環(huán)發(fā)動機圖1-13表示了張開軸線的、四轉子四循環(huán)發(fā)動機，但是該機器可以設置為兩循環(huán)或四循環(huán)機器。另外，它可以用作泵。本發(fā)明包括具有多個轉子葉片(至少三個)的旋轉機器，這些轉子葉片通過燃料混合物的燃燒來驅動。機器部件可以由陶瓷或金屬或它們的復合材料來構成。轉子軸延伸穿過各轉子葉片(每個轉子葉片對應一個轉子軸)。轉子葉片裝在限定了燃燒室的區(qū)域中。 除了排出口和進口以及點火相關元件所需的任意孔外，該燃燒室被密封。圖1表示了基于張開或輻射狀軸線設計的多轉子機器的優(yōu)選實施例。該圖是基于四轉子結構，但是很多相同原理也適用于五轉子和六轉子形式。具體參考圖1-13，四轉子四循環(huán)發(fā)動機100表示為有殼體101和頂蓋102，并有進口 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活塞110，該旋轉活塞110在缸壁111內部旋轉，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107騎在輸出軸119的太陽齒輪113上。軸108具有在其中延伸的進口開口 114以及排出口 115。空氣和燃料進入軸108中的軸進口 103，并在114處從該軸進口出來，經(jīng)過一個旋轉活塞110，并經(jīng)過排出口 115在116處排出，如圖5所示。各轉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。該四轉子設計的轉子葉片具有“卵形”橫截面，如圖1-7中所示。圖6示出了該四轉子設計中轉子葉片的獨立視圖。在所有輻射狀設計中，轉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——也就是說葉片在頂部比在底部更大(如圖1-7中所示)。轉子葉片固定在轉子軸上，使得當轉子葉片旋轉時，它們各自的軸也旋轉。轉子葉片繞轉子軸的中心線旋轉。在四轉子設計中，轉子葉片在轉子葉片的橫截面區(qū)域的接近中心處(稍微偏心)安裝在轉子軸上，并且轉子葉片接近對稱，在轉子的一個端部上具有小凹槽。在五轉子設計中，轉子葉片在明顯偏離葉片橫截面區(qū)域中心(該橫截面處在與轉子軸中心線垂直的平面內)的位置處安裝在轉子軸上。在這兩種設計中，轉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、球半徑和轉子數(shù)目而定制設計的。轉子軸的頂部延伸超過轉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?？梢允褂糜啥鄠€錐形滾針軸承構成的錐形軸承來允許該軸自由旋轉。轉子軸的下端或遠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。在轉子軸上的錐形小齒輪裝配在輸出軸的“杯形”區(qū)域內部。錐形太陽齒輪位于這些轉子軸的中央，并將這些軸保持在抵靠輸出軸的位置上。這種齒輪設置為用于零(或最小)反沖工作。因此，由施加在轉子葉片上的力產(chǎn)生的任何力矩都通過轉子軸而傳遞給中心輸出軸。在轉子軸端部處的齒輪還保證轉子葉片同步旋轉。對轉子葉片的正時調節(jié)成這樣，即，在它們的一部分旋轉過程中，各轉子葉片與相鄰轉子葉片接觸(或幾乎接觸)。下面介紹的發(fā)動機工作是對于設置成以四循環(huán)(沖程)配置運行的四轉子、輻射狀軸線旋轉發(fā)動機。由于該輻射狀軸線結構，轉子在球表面上旋轉，并且，由于偏心，旋轉軸線偏離轉子形狀的中心，從而產(chǎn)生更大的杠桿臂，以便在燃燒過程中進行做功。當轉子繞它們的軸線旋轉過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。進氣和排氣氣體流過主小齒輪軸，且由于進口和排出口布置在轉子自身上，我們簡化了該發(fā)動機的口布置。進氣氣體從安裝在發(fā)動機殼體頂部的歧管進入，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(該說明參考四轉子設計)，燃料混合物通過進口引入。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)和空氣混合物。當轉子葉片旋轉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)旋轉而被壓縮， 直到到達最大壓縮點。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行點火來實現(xiàn)。當燃燒過程繼續(xù)時，將迫使轉子葉片隨著隔離容積膨脹而進行轉動。最終，轉子葉片不再相互接觸，且允許所捕獲的燃氣容積逸出至燃燒室的其余部分。這時，排出口打開，以便允許燃燒室內部的氣體排出?？梢赃x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，在該斜行星齒輪組中，一定范圍的減速比可以適合本發(fā)動機的這些目的。進入槽道和排出槽道穿過轉子的(中心)孔延伸，并通向轉子側面上的、接近180 度頂端端部的口，其中，進口在后側，排出口在前側。在該結構中，所需的開口槽道只局限于轉子，發(fā)動機殼體設計只有正常的充氣通風。轉子設置在張開軸線上，該結構表示了本發(fā)明的設計。張開角度影響轉子型面，而不會對四循環(huán)內燃過程用于該機構產(chǎn)生不利影響。在旋轉發(fā)動機中包含四循環(huán)內燃過程的一些優(yōu)點是部件更少，工作循環(huán)更平滑、功率尺寸比更高，且轉子在一圈中完成四循環(huán)過程。另外，轉子偏離該軸(偏心)使得在轉子面上產(chǎn)生了杠桿作用區(qū)域，當燃燒過程進行時，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，轉子產(chǎn)生稍微且逐漸的分離 (這可比得上往復運動活塞發(fā)動機中的交疊時期)。該分離是張開軸線的結果，但是對發(fā)動機的性能沒有影響；在往復活塞內燃機中的“交疊(overlap)”優(yōu)點在本發(fā)明的設計中沒有很大價值，因為本發(fā)動機的特性為轉子開口。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。當它關閉時，轉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子空穴(轉子和發(fā)動機殼體之間的容積)。它們將由轉子進口來沖洗/供給，并當轉子轉動時產(chǎn)生用于冷卻的容積。在旋轉一定角度時，將迫使一些更冷的氣體進入轉子排出口，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。由于轉子和殼體的形狀，轉子自由地通過空穴(即并不滑動接觸)。術語“空穴(pocket)容積”用于描述在整個循環(huán)中環(huán)繞轉子的區(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)——發(fā)動機處于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)動機排出。在整個膨脹做功循環(huán)中，空穴蒸氣 (空氣)被驅入處于轉子頂端的排出口中(大約通過90度旋轉)?？昭ㄈ莘e處于最大值， 且燃燒室容積為最小值。最大轉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)在轉子有效接觸的情況下進行至150度，并再通過30度至“BDC”。135度至180度(圖11)——轉子在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，轉子葉片表示為處于葉片之間沒有接觸的旋轉部分中。大約190度(圖12)——進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。在該旋轉部分中，該機器內部的一個容積被隔離。當葉片繼續(xù)旋轉時，該隔離容積減小，直到達到最小容積。190度至270度——進入循環(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”，轉子的熱側在空穴空氣中冷卻，且進口使空穴容積充氣。360度(圖13)——在達到最小容積點后，進一步旋轉導致隔離容積的尺寸膨脹。 點火根據(jù)正時提前來進行。動力沖程(循環(huán))持續(xù)大約75度。在135度位置處(其中，轉子相互成“方形”)，在轉子側的上表面和較短端部的頂端半徑之間的相切點開始分離。由于轉子側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，較短轉子端部的頂端半徑能夠保持相切直到該位置?！敖化B”端部型面看起來為大約90度圓弧，但實際上是繞轉子的主軸線對稱的兩個大約45度曲線——這兩個曲線意味著保持與“上”轉子側保持接觸(相切)。這導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，在轉子端部上的頂端半徑開始在交疊端處與相鄰上轉子側相切。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，另一對用于進入。這并不是優(yōu)選的開口方法，但是仍然能工作。六轉子球形發(fā)動機圖14至25表示了利用兩沖程燃燒循環(huán)的六轉子球形發(fā)動機。盡管圖示實施例為發(fā)動機，但是該構思和基本機器原理也用于泵。在圖14-25中，兩循環(huán)六轉子球形旋轉發(fā)動機120有殼體121，并有在一端從殼體伸出的驅動軸122和從殼體另一端伸出的輸出軸123。該發(fā)動機具有在其每一側的一對排出口 IM和125以及火花塞126，并有在發(fā)動機120每一側上的進入歧管127。如圖16-19中所示，發(fā)動機120有多個轉子128，各轉子總體上為淚珠形，且各轉子安裝在從齒輪131伸出的軸上。驅動軸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，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中表示了預壓縮腔室141 和燃燒室140。參考圖14至25，六個相同的雙極轉子128以球形順序配合，以便在所包含的內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子的兩端，且全部六個轉子以相同角度方向和相同角速度共同旋轉。輸入設計參數(shù)包括工作球面的半徑、轉子的厚度以及轉子128的頂端半徑。轉子之間的相對運動是當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器同步。該齒輪組能夠處于內部，如圖15中所示，或者根據(jù)需要安裝在轉子的外部。由于轉子運動產(chǎn)生的低壓，燃料/空氣混合物供給八個腔室中的四個內。這四個腔室用作進入和預壓縮腔室。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。當轉子1 繼續(xù)旋轉時，燃料/空氣混合物則經(jīng)由輸送槽道而從預壓縮腔室進入相鄰腔室，該輸送槽道在轉子經(jīng)過進口時是敞開的或“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，從而產(chǎn)生發(fā)動機的兩循環(huán)。圖20表示了沿轉子軸線向下看的視圖。各半球或半個發(fā)動機包含四個腔室。兩個用于抽取動力，另外兩個用于準備燃料/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)的往復運動兩沖程發(fā)動機使用曲柄箱。圖21至25表示了兩循環(huán)發(fā)動機120的工作。各圖表示了燃燒室120和相鄰預燃燒室141。所述循環(huán)實際上在每個發(fā)動機循環(huán)中在另外四個腔室中也同時進行。在所示當前位置，轉子1 處于TDC。點火室143(右側)處于它的最小尺寸，預燃燒室處于最大。火花塞126點火，轉子128由于氣體膨脹而轉動。在圖22中，轉子1 在其膨脹循環(huán)中處于在大約100度處。相反，在相鄰腔室140中，通過單向閥從發(fā)動機殼體121上的進氣歧管引入腔室中的預燃燒混合物被壓縮。在大約100度處，排出口 IM露出，從而能夠通過發(fā)動機殼體121進行排氣。在圖23的大約120度，排氣幾乎排出，且傳送口開口從轉子128的下面露出。這使得壓縮的預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)中的排氣與進氣之間的“交疊”時期。當各口移動或改變尺寸時，排氣和進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，轉子1 完全壓縮預燃燒室141，且這時開始壓縮燃燒室140。 傳送口 142完全露出，排出口這時由于轉子128的通路而被關閉(被覆蓋)。在大約230度處(圖25)，轉子1 覆蓋排出口 IM和傳送口 142，且開始燃料混合物的壓縮循環(huán)。當燃燒室140壓縮時，預燃燒室141通過單向閥吸入新的燃料混合物，以便重復該過程。圖沈至36表示了六轉子球形發(fā)動機150的可選變化形式。該實施例所示的發(fā)動機150能夠通過蒸汽或壓縮氣體運行。在圖沈-36中，外動力六轉子旋轉發(fā)動機150有殼體151，并有從該殼體151伸出的輸出齒輪152。旋轉軸承IM從發(fā)動機各側伸出，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，用于壓縮空氣進入。各轉子156安裝在一個旋轉軸承巧4上，該旋轉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，用于驅動輸出軸152。在圖31中可以看見旋轉閥163和扇形部分155。旋轉閥163安裝在軸承半球164 內部。旋轉閥163有齒輪齒164，扇形部分165安裝在外部扇形部分155和轉子156內部， 以便在其中容納旋轉閥163。圖33更清楚地表示了旋轉閥163有齒輪齒164和星形齒輪167。在圖34中，轉子軸IM表示為與斜齒輪160連接，該斜齒輪160使得轉子IM —起升高，用于均勻分配力矩。星形齒輪168用作雙重任務，用作差動器以便均勻分配來自轉子的力矩以及定相旋轉閥和旋轉口，同時旋轉口 170在它旋轉成與相應進口對齊時允許能量進入該腔室。在圖35 中，單個轉子156表示為具有大致淚珠形形狀，并有傾斜邊緣171，用于平滑滾轉抵靠第二相鄰轉子156的邊緣171。該轉子有通過轉子的排出口 157。六個相同的雙極轉子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子的兩端，且全部六個轉子156以相同角度方向和相同角速度共同旋轉。輸入設計參數(shù)包括工作球面的半徑和轉子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器同步。該齒輪組能夠處于內部，或者根據(jù)需要安裝在轉子156的外部。在工作中，蒸汽或壓縮空氣通過主轉子軸152引入中心球形腔室中。所有開口、排氣和吸氣都通過由內部部件旋轉(當它們旋轉過360度時)來打開(露出)或關閉(隱藏)口而進行。通過行星齒輪組而與轉子連接并與轉子的旋轉一起定相的旋轉閥使得“燃料”能夠送入轉子腔室，以便抽取功。一旦已經(jīng)做功，用過的燃料通過在轉子前端的開口釋放，并通過轉子156中的槽道157排出。當轉子156旋轉時，槽道157與發(fā)動機殼體151中的輸出通氣口 153對齊。內部旋轉閥組件163使用一組傳送小齒輪167，該組傳送小齒輪 167設置在旋轉閥163邊緣上的斜齒輪164之間。傳送小齒輪167能夠從相對的轉子直接傳送力矩。五轉子泵在圖37、38a和38b中，五轉子泵175有殼體176，該殼體176有在其一端處的發(fā)動機蓋177，還有在另一端處的發(fā)動機體底蓋178。歧管180安裝在發(fā)動機體蓋177上，旋轉軸181從發(fā)動機體底蓋178向外伸出。流動口 182在歧管188的各側上。在圖38a和38b 中可以看見多個轉子凸耳184，各轉子凸耳184有安裝在其端部上的底部齒輪185?？梢钥匆姡魍苟?84安裝在凸耳軸186上。轉子軸181安裝在中心驅動齒輪187上，該中心驅動齒輪187再與旋轉凸耳齒輪185連接。在圖40中可以看見，進口 /出口 188穿過發(fā)動機體蓋177進入歧管180中。該泵使得進入進口 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的進氣空氣壓力。如圖43所示，該內腔室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子泵175。偏心度的構思允許形成五轉子和六轉子機器。旋轉軸線的偏離產(chǎn)生的轉子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。轉子184的自然形狀和它們的彼此方位在它們經(jīng)過360度旋轉時產(chǎn)生用于吸入或排出材料的自然開口。盡管所示實施例為泵，但是該構思和基本機器原理也可以很容易地用于燃燒發(fā)動機。平行五凸耳機器175可以設置成(但不局限于)燃燒發(fā)動機(四沖程或兩沖程)、 蒸汽或氣動發(fā)動機或者流體泵。圖39至47表示了雙作用泵結構的平行五凸耳機器175?！半p作用泵”是指泵在發(fā)動機沖程或循環(huán)的不同部分中同時泵送和抽吸流體?；钊愋碗p作用泵在一側上泵送流體(當活塞和抽吸流體在另一側時)。平行五凸耳循環(huán)基于凸耳184的旋轉，其中，凸耳的不同位置和側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構。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(當凸耳它們自身密封抵靠時)。在泵的循環(huán)過程中，口 1-5 (182) 將總是沿相同方向工作，意味著流體通過口 1-5同時進入泵175或同時離開泵175。而第六口(190)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行打開和關閉。例如，當內腔室抽吸流體時，輸入閥將自動打開，輸出閥將自動關閉(即壓力控制)。然后，這些閥將使它們的位置反轉，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#1中，凸耳處于頂死點(Top Dead Center) (0度旋轉)。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腔室191面積(泵的中心)。在該位置，最少量的流體存在于內腔室191中，而最大量的流體在凸耳側面與泵殼體側壁之間(外腔室19幻。在該頂死點位置，內腔室剛剛結束泵出流體，且外腔室剛剛結束吸入流體。在圖4 和42b的位置#2，凸耳處于動力沖程的45度旋轉處。隨著凸耳184開始從頂死點位置轉動，流體被推出外腔室并被吸入中心。應當注意，凸耳頂端保持與其相鄰凸耳的側面相切。這是內腔室和外腔室(191、192)之間的密封，因此在中間產(chǎn)生吸力，并在外側產(chǎn)生推力。應當知道，泵的整個空腔(內腔室和外腔室)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180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。 口的直徑根據(jù)泵的尺寸、凸耳的幾何形狀以及偏心量來調節(jié)。五個拐角口 182—起工作，并與中心口 190相反，當計算流入和流出容積時必須考慮它們。圖43a和4 所示的位置是大約90度，這時相切將斷開。在旋轉大約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角度取決于凸耳184的頂端半徑，因此取決于凸耳側部的半徑。在該階段，內腔室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)結束。對于大約旋轉180度時(90至270度)，在轉子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Ma和44b中有大約旋轉90-270度的死區(qū)。當凸耳184從彼此相切中分離時，內和外腔室(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，因此導致旋轉的死區(qū)。泵結構的一種可選設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4 和45b中，在大約270度處再次產(chǎn)生相切接觸。在死區(qū)結束處，在凸耳之間再次接觸，因此將內腔室與外腔室192密封隔開。在該位置，內腔室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中，泵的動力沖程開始，開始將流體從內腔室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。從270至360度旋轉中，泵175從內腔室191排出流體并將流體吸入外腔室192 中。這是與0-90度旋轉相反的流動情況?？偟膩碚f，泵的工作是從270度開始通過360度(即0度)至90度，且從90度至 270度為空載。內腔室191在0度頂死點處從泵送轉變成抽吸，同時外腔室192從抽吸變成
凸耳的旋轉由在泵底部的軸引起。所示齒輪傳動結構為1 1，但是泵也可以根據(jù)需要而增速或減速。
權利要求
1.一種旋轉機器，包括殼體；多個轉子軸，該多個轉子軸的每一個都具有中心線并圍繞該中心線旋轉，其中，該多個轉子軸安裝在所述殼體中，并圍繞一中央旋轉軸線在假想圓錐的表面上布置成一個陣列， 使得該多個轉子軸的每一個轉子軸的中心線都處于所述假想圓錐的表面上，所述假想圓錐具有大于零小于180度的頂角；多個轉子葉片，該多個轉子葉片的每一個都定位在所述多個轉子軸中對應的且不同的一個轉子軸上，用于與其一起旋轉，其中，所述多個轉子葉片相對于彼此布置成使得每一個轉子葉片與至少另外兩個轉子葉片成相切滑動接觸，所述多個轉子葉片共同地形成具有容積的做功腔室，所述容積隨所述多個轉子軸中的轉子軸的旋轉而變化；多個斜齒輪，該多個斜齒輪的每一個都定位在所述多個轉子軸中對應的且不同的一個轉子軸的一個端部上；以及旋轉軸，該旋轉軸限定了所述中央旋轉軸線并與所述多個斜齒輪操作連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的旋轉機器，其中所述多個轉子葉片是多個基本上為卵形的轉子葉片。
3.根據(jù)權利要求1所述的旋轉機器，其中所述多個轉子葉片相對于各自的中心線偏心地定位在各自的轉子軸上。
4.根據(jù)權利要求1所述的旋轉機器，其中所述多個轉子葉片具有相同形狀。
5.根據(jù)權利要求2所述的旋轉機器，其中所述多個基本上為卵形的轉子葉片具有淚滴形狀。
6.根據(jù)權利要求1所述的旋轉機器，其中所述殼體具有球形內表面，所述多個轉子葉片中的每一個轉子葉片都具有與所述殼體的球形內表面相配的球形上表面。
7.根據(jù)權利要求1所述的旋轉機器，進一步包括操作連接至所述多個斜齒輪的一組齒輪，該組齒輪使得所述多個轉子軸在所述機器工作期間共同旋轉。
8.根據(jù)權利要求1所述的旋轉機器，其中所述多個轉子葉片中的第一轉子葉片具有球形上表面、側壁和第一通道，該第一通道自所述側壁穿過所述第一轉子葉片延伸至所述第一轉子葉片所在的轉子軸，所述第一轉子葉片所在的轉子軸具有在其內部形成的內部通道，該內部通道與穿過所述第一轉子葉片的第一通道對齊。
9.根據(jù)權利要求8所述的旋轉機器，其中位于所述第一轉子葉片中的該第一通道和所述第一轉子葉片所在的所述轉子軸中的內部通道一起形成進口。
10.根據(jù)權利要求8所述的旋轉機器，其中位于所述第一轉子葉片中的該第一通道和所述第一轉子葉片所在的所述轉子軸中的內部通道一起形成排出口。
11.根據(jù)權利要求8所述的旋轉機器，其中所述轉子軸中的所述內部通道延伸出所述轉子軸的一個端部。
12.根據(jù)權利要求8所述的旋轉機器，其中所述第一轉子葉片具有第二通道，該第二通道自所述第一轉子葉片的側壁穿過所述第一轉子葉片延伸至所述第一轉子葉片所在的轉子軸，所述第一轉子葉片所在的轉子軸具有在其內部形成的第二內部通道，該第二內部通道與穿過所述第一轉子葉片的第二通道對齊。
全文摘要
本發(fā)明涉及輻射狀軸線且基于球形的旋轉機器。該旋轉機器可以為泵或內燃機。它有殼體，該殼體包圍多個轉子軸，這些轉子軸處在假想圓錐的表面上，用于驅動位于假想圓錐頂點處的輸出軸。軸有在一端處并與輸出軸嚙合的斜齒輪以及在另一端處的錐形軸承。傾斜偏心轉子安裝在各軸上，并形成為與兩個相鄰轉子保持相切滑動接觸，以便形成壓縮或燃燒腔室。壓縮機或發(fā)動機的球形形式使用多個旋轉活塞，各旋轉活塞偏心安裝，并形成球形部分。各旋轉活塞安裝成與至少兩個其它旋轉活塞進行相切滑動接觸，以便在它們之間形成位移腔室。旋轉活塞使用大致“淚珠形”形狀。旋轉泵有殼體，該殼體有歧管，用于分配進氣和排氣空氣。
文檔編號F01C21/08GK102207006SQ201110097628
公開日2011年10月5日 申請日期2006年3月16日 優(yōu)先權日2005年3月16日
發(fā)明者李·S·查德威克二世 申請人:瑟奇蒙特有限責任公司