[发明专利]辐射状轴线且基于球形的旋转机器

说明书

背景技术

本申请要求美国临时专利申请No.60/662941的优先权，该美国临时专利申请的申请日为2005年3月16日。

本发明的构思包含一种形式的旋转机器，它采用平行和张开轴线轴，具有偏心和非偏心转子。在现有技术中，旋转轴线通过转子的几何中心，从而限制了可能的结构。普通的旋转发动机专利使用平行轴线结构，这意味着旋转轴线相互平行，且所有转子在与该轴线垂直的平面圆弧中旋转。旋转轴线离开几何中心(即偏心)将能够有多转子结构(四个、五个和六个)。该偏心构思仍然没有用于转子设计中，因为没有人试图改变现有Colbourne旋转构思的基本原理，并且它相对独特和简单。在从Colbourne构思发展的很多改进中，并没有偏离Colbourne的基本构思。

另外，与该偏心构思相关的是辐射状轴线机器的构思，其中，旋转轴线环绕中心固定轴线以辐射状图案歪斜或倾斜。轴线的倾斜使得在转子设计中产生不同程度的偏心度。当辐射状轴线相互垂直成90度和偏心度为零时，轴的该歪斜状态达到顶点。从平行轴线变化至辐射状轴线机器(在该辐射状轴线机器中，旋转轴线并不与相邻转子的轴线平行)将使得旋转机器有着以前无法想象的更大多样性。轴线这样从平行变化至辐射状将产生这样的机器，其中，转子并不在平面上旋转，而是在球表面上旋转。

历史表明大量专利介绍了三或四转子机器，它们都基于平行轴线。这样产生的机器中，所有转子都绕平行轴线轴旋转，它们的结构几何形状和旋转运动将在平表面上。另外，旋转轴线直接穿过转子形状的中心(零偏心)。这限制了组合三个或四个转子的可能结构。由于该几何形状涉及当它们旋转过360度时保持转子彼此相切，因此具有单个容积腔室的平行轴线机器不能由超过四个的转子来确定。这并不意味着它们不能以相邻组合布置在一起而产生多个腔室，但是在所有情况下都不能有超过四个转子来向机器循环施加功或从机器循环抽取功。

在偏心结构中，轴线离开椭圆形转子的中心(称为偏心度)。这产生四转子设计的延伸，并能够产生五和六转子结构，其中，六个是最大实际结构。尽管七个或更多转子在几何形状上可行，但是所形成的转子结构并不实际，因为所形成的形状不能有合理的机械结构。例如输出轴的引入。

过去，四转子设计时旋转机器的基础。偏心度的引入能够有五和六扁平或平面转子结构。五和六转子结构使得更多表面区域暴露于腔室中，从而增加它们在每个机械循环都做功的可能性，它也使用“泪珠”形转子，其中，一个顶端有半径，另一顶端形成顶点。当这些转子移动通过它们的循环时，这些五和六转子结构产生自然口(naturalport)。

四转子结构能够按比例缩放，或者有多组，以便使得功增益相等，但是将需要明显增加机器尺寸。因此，对于给定物理尺寸，五和六转子旋转机器的效率高得多。

尽管该机器表示了用于发动机结构的典型装置，但是旋转机器上的偏心转子的该构思可以用于其它实施例例如泵。为了使转子联合和共同旋转做功，需要齿轮组来提供转子的相位，以便提供做功腔室。

转平定义中的偏心度

转子定义中的偏心度构思还没有使用，因为没有人试图改变Colbourne旋转构思的基本原理(由于它相对独特和简单)。由Colbourne构思的固有完美性和简单性而发展的多种改进中，都没有偏离Colbourne原理的基本构思，直到在本文献中提出的思想。

将偏心度引入旋转结构中将产生优于现有平行轴线结构的以下优点：动态(运动)端口简化了发动机循环的方法；能够有多个(4+)转子结构，在平行轴线和非平行轴线结构中工作；由于引入由偏离轴线产生的杠杆臂，从而增加力矩输出；由于增加表面面积的增加功输出，从而对于给定腔室容积将能够有多个转子(4+)；构成机器所需的物理尺寸减小；对于给定物理尺寸有更大的腔室容积；容易使用斜齿轮来装配。

对于平行轴线系统，转子都在与旋转轴线垂直的平面上运动。

在转子的一端或两端引入半径顶端将影响偏心度，从而使转子旋转轴线离开转子几何中心。添加半径顶端将产生多种合适效果：半径顶端产生腔室容积，该腔室容积尺寸能够根据机器的用途而变化；半径顶端产生作为转子的相互作用表面的补充表面，且与单个顶点相比在相切接触时有更大表面面积，半径顶端还产生适合布置承载曲轴的转子区域。

过去还没有开发旋转发动机的辐射状轴线结构。平行轴线实施例是普通机器结构。将偏心度引入基本四转子结构能够产生五和六转子旋转机器。偏心度还能够用于变成辐射状轴线结构，其中，转子轴的轴线并不平行，而是能够从中轴线张开，以便形成直立圆锥形。