JP2013130132A - ロータリカムリング流体機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型高効率で軸受のない簡単なロータリカムリング流体機械を提供する。
【解決手段】ケーシング1と、ケーシングにフランジ12、43と、ケーシング内にステータ2と、ステータ内にロータカムリング31と、ロータカムリング内に固定軸4と、固定軸のベーン溝42aにベーン5b、5aを有する。ロータカムリングの内周面と、固定軸の外周面と、ベーンと、フランジにより流体室が形成される。ロータカムリングが回転すると流体室の容積が増減する。
【選択図】図1

Description

本発明は 液ポンプ、真空ポンプ、圧縮機、ブロア、膨張機等の流体機械に関する。
ベーンポンプは例えば、ロータと、カムリングと、ベーンと、供給ポートと、吐出ポートを有する。ベーンはロータの回転に応じてカムリングの内周面に摺接するようにロータの複数の径方向ベーン溝に出入りする。供給ポートはカムリングとロータとの間のポンプ空間に流体を供給し、吐出ポートは流体を吐出する。このようなベーンポンプはモータにベーンポンプを取付けるから大きい。特開2011-117391号(特許文献1)は小型ベーンポンプを開示する。ステータがモータハウジング内にある。モータロータがステータ内にある。シャフトがモータロータと一体に回転する。非磁性ポンプロータがシャフトと一体に回転し、外周面に複数のベーン溝を持つ。軟磁性カムリングがポンプロータを収容する内周面を有する。軟磁性ベーンがカムリングの内周面に摺接するように各ベーン溝に摺動自在に収容される。軟磁性ポンプハウジングがカムリングを収容する。ポンプハウジングの内周面とカムリングの外周面が接触する。ポンプハウジングの一部がステータに接触する。ポンプロータの回転に応じてポンプロータの外周面とカムリングの内周面とベーンの間の複数のポンプ室の容積が変化する。このベーンポンプは磁気作用でベーンをロータのベーン溝から抜け出る方向に引っ張り、バネがない分小型であるがポンプ部がモータ部と別に構成されるので小型は十分でない。
特開2011-117391号
課題は小型高効率で簡単な“ロータリカムリング流体機械”(以下“本機械”と言う)の提供である。
本機械はケーシングと、ケーシングに固定されるフランジと、ケーシング内にステータと、ステータ内に配置されて内周に内周面と外周にロータを有するロータカムリングと、ロータカムリングの内側で外周面に開口するベーン溝と端面にフランジを設ける固定軸と、固定軸のベーン溝に収容されるベーンを有する。ロータカムリングの内周面と、固定軸の外周面と、ベーンと、フランジにより流体室が形成される。ロータカムリングが回転すると、流体室の容積が増減する。
固定軸又はフランジ又はロータカムリングに吸入口又は吐出口を有する。
ロータカムリングの内周面は円又は円弧状凹部と、固定軸の外周面に摺接する線又は面を有する。
ベーンの数は円弧状凹部の数より一つ少ない。
ベーンは溝(背圧溝)を有する。
ベーン溝は底部に穴(バネ穴又は貫通孔)を有する。
摺接面は中央にチップシール溝を有し、チップシール溝は軸方向に対して傾斜する。
ロータカムリングの端面がリングシールを介してフランジに密封状態で摺接する。
ロータカムリング端面又はフランジにリングシール溝を有し、リングシール溝はロータカムリングの軸心から偏心する。
本機械は軸受及びその関連部品のない簡単な構造を有し、小型高効率である。
実施例1の本機械の分解図 実施例1のカムリング (a)斜視図 (b)側面図 (c)A-A図 実施例1の丸リングシールの斜視図 実施例1の固定軸 (a)斜視図 (b)側面図 (c)正面図 実施例1のベーン (a)斜視図 (b)側面図 (c)底面図 (d)A-A図 実施例1の第1フランジ (a)正面図 (b)斜視図 (c)側面図 実施例1の吸入蓋 (a)正面図 (b)斜視図 (c)側面図 実施例1の流体室の容積が増減する原理を示す断面図 カムリングの別の例 (a)端面図 (b)斜視図 カムリングのさらに別の例 (a)端面図 (b)斜視図 実施例2の本機械 (a)分解図 (b)断面図 実施例2のカムリング (a)斜視図 (b)端面図 (c)A-A図 実施例2の角リングシールの斜視図 実施例2の固定軸 (a)斜視図 (b)端面図 (c)側面図 (d)A-A図 実施例2のベーン (a)斜視図 (b)側面図 (c)底面図 (d)A-A図 実施例2の第1フランジ (a)斜視図 (b)正面図 (c)A-A図 実施例2の吸入蓋 (a)斜視図 (b)正面図 (c)側面図 実施例3の本機械の分解図 実施例3の機械 (a)軸方向断面図 (b)A-A図 実施例3の 流体室の容積が増減する原理を示す断面図 実施例4の 流体室の容積が増減する原理を示す断面図 実施例5の固定軸 (a)断面図 (b)斜視図 実施例5の機械 (a)軸直角方向端面図 (b)軸方向断面図 実施例6の圧縮機 (a)軸方向断面図 (b)分解図 実施例7の 流体室の容積が増減する原理を示す断面図 実施例8の機械 (a)軸方向端面図 (b)A-A図 (c)B-B図 実施例9の膨張機 (a)軸方向端面図 (b)A-A図
(実施例1)
図1〜図8は実施例1を示す。図1は本機械を示す。(a) ケーシング1はケーシング本体11、吐出蓋13, 及び吸入蓋14を有する。第1フランジ12もケーシング1を構成する。(b) 第1フランジ12と第2フランジ43がケーシング1に固定される。(c) 複数のコイル21を有するステータ2はケーシング1内にある。(d) ロータカムリング3はステータ2内に同軸に回転自在に配置され、内周に内周面31aを有し、外周にロータ32を有する。図1のロータカムリング3は内周に内周面31aを有するカムリング31と、カムリング31の外周に固定されるロータ32からなる。参考に図18のロータカムリング3は磁石322を組み込んだ磁性体リング321(ロータ32)の内周にカムリング31を入れたロータ32とカムリング31が一体の構造を有する。(e) 固定軸4はロータカムリング3の内側で、外周面41に開口する少なくとも一つの軸方向ベーン溝42a、42bを有し、両端面48a、 48bに第1フランジ12と第2フランジ43を有する。第1フランジ12は固定軸4の一端48a及びケーシング本体11の一端11aと接合される。第2フランジ43は固定軸4の他端48bに一体である。参考に図22の固定軸4はフランジと一体ではなく、固定軸4の一端48aと第1フランジ12が接合され、固定軸4の他端48bと第2フランジ43が接合される。(f) ベーン5a, 5bは固定軸4のベーン溝42a,42bに半径方向に摺動自在に収容される。(g) 流体室35はロータカムリング3又はカムリング31の内周面31aと、固定軸4の外周面41と、ベーン5a, 5bと、フランジ12, 43により形成される。(h) ロータカムリング3が回転すると流体室35の容積が増減する。
図2のカムリング31は円形の外周面と、なめらかな曲線の内周面31aを有する。参考にカム面31dは円弧状凹部312の中にある内周面31aである。ロータカムリング3又はカムリング31は、両端面に図3の丸リングシール33,33が入る丸リングシール溝31b,31bを有する。丸リングシール溝31bは第1フランジ12及び第2フランジ43に設けてもよい。丸リングシール溝31b、31bはロータカムリング3又はカムリング31の軸心から偏心する。ロータカムリング3又はカムリング31の両端は丸リングシール33を介して第1フランジ12及び第2フランジ43に密封状態で摺接する。内周面31aは固定軸4の外周面41に面で摺接する3つの円弧状摺接面311と、各円弧状摺接面311の間に3つの円弧状凹部312を有する。カムリング31の外周面に円環状のロータ32が固定される。
図4の固定軸4は外周面41と、ベーン溝42a, 42bと、第2フランジ43と、複数のネジ穴44を有する。ベーン溝42a, 42bは外周面41に軸方向に開口する。固定軸4の他端48bは第2フランジ43と一体である。固定軸の一端48aは第1フランジ12と接合される。ネジ穴44は固定軸4を貫通する。流体の吸入口15a,15bはベーン溝42a,42bに隣接する第2フランジ43にある。ベーン溝42a, 42bの長さは外周面41の全長41aとほぼ同じで、深さは図5のベーン5a, 5bの幅55より長い。バネ穴61はベーン溝42a, 42bの底部にあり、ベーン溝42a, 42bと連通する。図1のバネ6は図5のベーン5a, 5bを外方に押圧する。
図5のベーン5a,5bは先端面51と、バネ溝52と、少なくとも一つの溝(背圧溝)53を有する。先端面51は断面円弧状であり、カムリング31の内周面31aに摺接する。バネ溝52はベーン5の底部54の中央で固定軸4のベーン溝42a,42bのバネ穴61とつながる位置にある。バネ溝52はバネ6を固定する。背圧溝53はベーン5a, 5bの一方の側面にある。各背圧溝53は先端面51より僅かに下の位置から底部54まで延在する。背圧溝53は、ベーン溝42の圧力と、流体室35の圧力をほぼ等しくする作用をする。ベーン溝42の圧力とは、ベーン5a, 5bの底部54とベーン溝42a, 42bの底部421a, 421bの間の空間の圧力である。バネ溝52にバネ6が固定される。
図6の第1フランジ12は固定軸4の一端48aとケーシング本体11の一端11aに密封状態で接合される。一端11aに接合される第1フランジ12はケーシング1の一部を構成する。第1フランジ12は内面に環状の流体室壁121を有し、流体室壁121の外側に貯蔵部122を有する。流体室壁121は2つの吐出口16a,16bと、複数のネジ穴123を有する。ネジ穴123の周囲にOリングが入るOリング溝124がある。第1フランジ12と吐出蓋13の接合により貯蔵部122は図19のような貯蔵室17を形成する。貯蔵室17により吐出口16a,16bから出る流体の脈流は整流される。
図7の吸入蓋14はケーシング本体11の他端11bに密封状態で接合される。吸入蓋14は流体の吸入口141と、内面に環状の流体室壁142を有する。中間吸入口143a, 143bは流体室壁142にある。流体室壁142は固定軸4の第2フランジ43に密封状態で当接し、中間吸入口143a,143bは第2フランジ43の吸入口15a,15bと連通する。吸入蓋14の吸入口141から入った流体は、中間吸入口143a,143b及び吸入口15a,15bを経て、カムリング31の内周面31aと固定軸4の外周面41との間の流体室35に入る。流体室壁142は複数のネジ穴144とOリング溝145を有する。
図8はロータカムリング3が回転すると流体室35の容積が増減する原理を示す。ベーン数は2で、円弧状凹部の数3より一つ少ないから、ロータカムリング3の回転時に流体の吐出量又は吸入量はほぼ均一になりモータのトルク変動と流体の吐出や吸入時の脈動が小さくなる。(a) でベーン5aはカムリング31の内周面31aと固定軸4の外周面41が接する位置に、ベーン5bは内周面31aと外周面41が最も離れた位置にある。ベーン5aの両側にある吸入口15a及び吐出口16aは内周面31aと外周面41の間の流体室に連通しない。ベーン5bの両側にある吸入口15b及び吐出口16bは内周面31aと外周面41とベーン5bの間の流体室35c,35dに連通する。(a) から(b)までカムリング31が時計方向に回転すると、吸入口15a側の流体室35eは拡大して吸入口15aより流体室35eに流体が流入するが、吐出口16a側の流体室35aは縮小して吐出口16aより流体室35aから流体が吐出される。(c) でベーン5aは内周面31aと外周面41が最も離れた位置にあり、ベーン5bは内周面31aと外周面41が接する位置にある。ベーン5aの両側の吸入口15a及び吐出口16aは流体室35e,35aに連通し、ベーン5bの両側の吸入口15b及び吐出口16bは流体室35に連通しない。カムリング31がさらに回転すると、(d) の状態を経て(a) の状態に戻る。このように、カムリング31が回転すると、位相がずれて吸入口15a,15bより流体室35に流体が流入し、吐出口16a,16bより流体室35から流体が吐出される。
図9はカムリング31の別の例を示す。内周面31aの3つの円弧状摺接面311は、固定軸4の外周面41に面で摺接する。円弧状摺接面311の中央にチップチップシールが挿入されるシール溝313a, 313b, 313cがある。図10はカムリング31のさらに別の例を示す。円弧状摺接面311の中央にチップシール溝314a, 314b, 314cがある。チップシールが挿入されるチップシール溝314a, 314b, 314cは軸方向に対して少し傾斜する。各チップシールは傾斜しているのでチップシールに当るベーン5a,5bの衝撃が緩和される。
(実施例2)
図11はベーン5の数が3で、円弧状凹部312の数4より一つ少ない本機械を示す。 図12のカムリング31の内周面31aは固定軸4の外周面41に面で摺接する4つの円弧状摺接面311と各円弧状摺接面311の間に4つの円弧状凹部312を有する。図13の角リングシール34と、カムリング31の端面にある角リングシール溝31c、31cは円環状ではないから、カムリング31の肉厚を低減できる。図14の固定軸4は外周面41に開口する3つのベーン溝42a,42b,42cを有する。第2フランジ43は、ベーン溝42a,42b,42cに隣接する位置に流体の吸入口15a,15b,15cを有する。ベーン溝42a、42b、42cの長さは外周面41の全長41aとほぼ同じで、深さは図15のベーン5a, 5b, 5cの幅55より長い。貫通穴45a, 45b, 45cは、固定軸4のベーン溝42a, 42b, 42cの底部に形成され、連通する。貫通穴45a,45b,45cにバネ6a,6b,6cが収容される。図16の第1フランジ12の流体室壁121は3つの吐出口16a,16b,16cを有する。図17の吸入蓋14はケーシング本体11の他端11bに密封状態で接合される。吸入蓋14の流体室壁142は中間吸入口143a,143b,143cを有する。固定軸4の第2フランジ43が流体室壁142に当接したとき、中間吸入口143a,143b,143cは第2フランジ43の吸入口15a,15b,15cと連通する。流体室壁142は複数のネジ穴144の周囲にOリングが入る三角形のOリング溝146を有する。
(実施例3)
本機械はベーン5の数が1だから部品数がより少なくて構造がより簡単である。内周面31aは円31aと摺接線316からなる。ロータカムリング3を構成するカムリング31とロータ32が一体である。固定軸4と吸入蓋14と第2フランジ43も一体である。図18、図19のロータカムリング3は、外周に磁性体リング321に複数の磁石322を埋め込み、内周にカムリング31を取り付け、内周に内周面31aと外周にロータ32を構成する。固定軸4又は吸入蓋14又は第2フランジ43は、固定軸4の役割をする固定軸部4と、吸入蓋14の役割をする吸入蓋部14aと、第2フランジ43の役割をする第2フランジ部43aと、カムリング支持台14bを有する。カムリング支持台14bはカムリング31の回転を支持し、カムリング31の外周面を支持する支持面14cを有する。ケーシング本体11の一端11aに固定される第1フランジ12は、第一の吐出口16が開口する貯蔵部122を有する。第1フランジ12に接合される吐出蓋13は第二の吐出口13aを有する。第1フランジ12の吐出口16に貯蔵部122側に吐出弁161が取付けられる。貯蔵部122と第1フランジ12に接合された吐出蓋13により、貯蔵室17が形成される。吐出弁161は吐出された流体がカムリング31と固定軸部4aの間の流体室35に逆流するのを防止する。ロータカムリング3又はカムリング31に遠心力による振動をなくすための穴315を複数設けても良い。図20はロータカムリング3が回転すると、流体室35の容積が増減する原理を示す。円状のカムリング31と固定軸部4aは同軸に配置される。内周面31aはカムリング31に対して偏心する。内周面31aの内周と固定軸部4aの外周は直径が違う円形なので、内周面31aは固定軸部4aの外周面41と線(摺接線316)で摺接する。(a)でベーン5は内周面31aと外周面41が接する。ベーン5の両側の吸入口15及び吐出口16は内周面31aと外周面41の間の流体室35に連通しない。(a)から(b)にカムリング31が時計方向に回転すると、吸入口15から流体が流入する流体室35aは拡大し、吐出口16に流体が吐出される流体室36bは縮小する。(c) の状態に達すると流体の吸入速度及び吐出速度は最大になる。カムリング31がさらに回転すると(d) に示すように流体の吸入速度及び吐出速度は減少し、(a) の状態に戻るとゼロになる。このようにカムリング31が一回転すると一サイクルの流体の吸入及び吐出が行われる。
(実施例4)
図21のカムリング31は楕円形の内周面31aを有する。円弧状凹部312の数は2で、ベーン5aの数も2である。ベーンの数が二つ以上で円弧状凹部の数と同じの場合、固定軸にかかる荷重が軽減される。ベーンの往復運動による本機械の振動も軽減される。ベーン5a, 5bが内周面31aと固定軸4の外周面41が接する(a)の状態で、ベーン5a,5bの両側の吸入口15a,15b及び吐出口16a,16bは、内周面31aと外周面41の間の流体室35a,35bに連通しない。(b) の状態までカムリング31が時計方向に回転すると、吸入口15aから流体が流入する流体室35cは拡大し、吐出口16aに流体が吐出される流体室35aは縮小する。吸入口15bより流体が流入される流体室35dは拡大し、吐出口16bより流体が吐出される流体室35bは縮小する。(c) の状態に達すると、吸入口15a,15bを介した流体の吸入速度及び吐出口16a,16bを介した流体の吐出速度は最大になる。カムリング31がさらに回転すると、(d) の状態を経て(a) の状態に戻る。このようにカムリング31が回転すると、流体は同位相で流入され、吐出される。
(実施例5)
図22の固定軸4はベーン溝42a,42bの両側で外周面41に開口する吸入口15a,15b及び吐出口16a,16bを有する。 ベーン溝42a,
42bはベーン5a, 5bを収容する。固定軸4の一端48aは第1フランジ12と、他端48bは第2フランジ43と接合される。図23の第2フランジ43とケーシン本体11は一体である。吸入穴46a, 46bは固定軸4内に延在し、吸入口15a, 15bと連通する。吐出穴47a, 47bは固定軸4内に延在し、吐出口16a, 16bと連通する。吐出口16a, 16bと吸入口15a, 15bはベーン溝42a, 42bのすぐそばになければならないので加工性を良くするためにベーン溝42a,42b側に傾斜するのが好ましい。吐出口16a,16bに吐出弁161a,161bが設けられる。
(実施例6)
図24の圧縮機は給油管18と吐出弁161を有する。第1フランジ12の給油穴12aと固定軸4の給油穴4bはベーン溝42の底部の貫通穴45と連通する。給油穴12aと給油穴4bに挿入された給油管18は貯蔵室17の下部まで伸びる。貯蔵室17の下部に貯蔵された油が給油管18、貫通穴45, バネ穴61を通って、ベーン溝42に給油される。給油管18は給油だけではなくてベーン溝42の圧力が吐出口16の圧力とほぼ同じくしてベーン5に背圧をかける。3つの吐出弁161は第1フランジ12の3つの吐出口16に設置され、吐出口16から吐出された流体が吐出口16側に逆流するのを防止する。ケーシング本体11と吸入蓋14は一体である。固定軸4と一体になっている第2フランジ43にある3つの吸入口15から流入した気体と油は流体室35を通って気体は圧縮され、油と一緒に3つの吐出口16から貯蔵室17に流入される。圧縮された気体は貯蔵室17を出て吐出口13aから排出される。油は貯蔵室17に貯蔵された後、給油管18を通してベーン溝42に給油される。
(実施例7)
図25はカムリング31の円弧状凹部312が一つで、ベーン5も一つである。カムリング31の内周面31aは固定軸4の外周面41と面(摺接面311)で接触する。摺接面311の中心がベーン5の近傍に位置する時、吐出口16側の高圧流体が吸入口15側の低圧流体に円弧状凹部312を通って逆流しないように摺接面311の長さL1が吐出口16と吸入口15間の長さL2より長い。
(実施例8)
図26の本機械は図21の固定軸4とカムリング31とベーン5a, 5bの2セットを軸方向に設け、二つのカムリング36, 37を互いに90度ずらしたので脈動とトルク変動が小さい。また第1フランジ12と第2フランジ43の間のケーシン1内の空間1a等の部品のない空いた空間は貯蔵室17の役割をするから体積の大きい貯蔵室を確保できる。ロータカムリング3は内周に第1カムリング36の内周面36aと第2カムリング37の内周面37aを有し、外周にロータ32を有する。第1固定軸4cはロータカムリング3の内側で、二つのベーン溝42を有し、両端に第1フランジ12と第3フランジ49を有する。第2固定軸4dはロータカムリング3の内側で、二つのベーン溝42を有し、両端に第2フランジ43と第3フランジ49を有する。第1固定軸4cも第2固定軸4dも其々二つのベーン5を有する。ベーン5を収容する4つのベーン溝は同じ軸線上にある。第1カムリング36の内周面36aと、第1固定軸4cの外周面41bと、ベーン5a, 5bと、第1プランジ12、と第3フランジ49により第1流体室35fが形成される。第2カムリング37の内周面37aと、第2固定軸4dの外周面41cと、ベーン5c, 5dと、第2プランジ43と、第3フランジ49により第2流体室35gが形成される。ロータカムリング3が回転すると第1流体室35fと第2流体室35gの容積が増減する。第1固定軸4cと第2固定軸4dは其々3つずつ2セットの吸入口15aを有する。第1フランジ12と第2フランジ43は其々二つの吐出口16を有する。流体は吸入蓋14の吸入口141から流入し、第2フランジ43の中間吸入口143を通って第2固定軸4dの連通溝7に入る。蓮通溝7の流体の一方は第2固定軸4dの吸入穴46aと、第3フランジ49の吸入穴46aと、第1フランジ12の吸入穴46aと連通する。流体の他方は第2固定軸4dの吸入穴46bと、第3フランジ49の吸入穴46bと、第1フランジ12の吸入穴46bと連通する。第2固定軸4dの吸入穴46a, 46bに入った流体は第2固定軸4dの6つの吸入口15aを通って第2流体室35gに入る。第1固定軸4cの吸入穴46a, 46bに入った流体は第1固定軸4cの6つの吸入穴15aを取って、第1流体室35fに流入する。流体室35f, 35gの流体は総4つの吐出口16から第1フランジ12の吐出穴12bと第2フランジ43の吐出穴43cを通って合流し、吐出蓋13の吐出口13aから排出される。
(実施例9)
図27の発電機と一体の膨張機はロータカムリング3又はカムリング31に3つの吸入口15a, 15b, 15cがある。第1フランジ12と吐出蓋13は一体である。第2フランジ43と吸入蓋14は一体であり、カムリング31の外周面と接触する吸入ドラム8を有する。高圧の流体は吸入蓋14の吸入口141より吸入され、第2フランジ43に一体に設けられた吸入ドラム8にある中間吸入口143a又は143bを通って、カムリング31の吸入口15a又は15b又は15cを通って吸入され、3つの流体室35a, 35b, 35cで膨張され、ロータカムリング3を回転させ、発電しながら低圧の流体になる。流体室35a, 35b, 35cで低圧になった流体は、固定軸4の6つの吐出口16と、2つの吐出穴47a, 47bと、蓮通溝7を通って、吐出蓋13の吐出口13aから排出される。
本発明は 液ポンプ、真空ポンプ、圧縮機、ブロア、膨張機等の流体機械に関する。
ベーンポンプは例えば、ロータと、カムリングと、ベーンと、供給ポートと、吐出ポートを有する。ベーンはロータの回転に応じてカムリングの内周面に摺接するようにロータの複数の径方向ベーン溝に出入りする。供給ポートはカムリングとロータとの間のポンプ空間に流体を供給し、吐出ポートは流体を吐出する。このようなベーンポンプはモータにベーンポンプを取付けるから大きい。特開2011-117391号(特許文献1)は小型ベーンポンプを開示する。ステータがモータハウジング内にある。モータロータがステータ内にある。シャフトがモータロータと一体に回転する。非磁性ポンプロータがシャフトと一体に回転し、外周面に複数のベーン溝を持つ。軟磁性カムリングがポンプロータを収容する内周面を有する。軟磁性ベーンがカムリングの内周面に摺接するように各ベーン溝に摺動自在に収容される。軟磁性ポンプハウジングがカムリングを収容する。ポンプハウジングの内周面とカムリングの外周面が接触する。ポンプハウジングの一部がステータに接触する。ポンプロータの回転に応じてポンプロータの外周面とカムリングの内周面とベーンの間の複数のポンプ室の容積が変化する。このベーンポンプは磁気作用でベーンをロータのベーン溝から抜け出る方向に引っ張り、バネがない分小型であるがポンプ部がモータ部と別に構成されるので小型は十分でない。
特開2011-117391号
課題は小型高効率で簡単な“ロータリカムリング流体機械”(以下“本機械”と言う)の提供である。
本機械はケーシングと、ケーシングに固定されるフランジと、ケーシング内にステータと、ステータ内に配置されて内周に内周面と外周にロータを有するロータカムリングと、ロータカムリングの内側で外周面に開口するベーン溝と端面にフランジを設ける固定軸と、固定軸のベーン溝に収容されるベーンを有する。ロータカムリングの内周面と、固定軸の外周面と、ベーンと、フランジにより流体室が形成される。ロータカムリングが回転すると、流体室の容積が増減する。
固定軸又はフランジ又はロータカムリングに吸入口又は吐出口を有する。
ロータカムリングの内周面は円又は円弧状凹部と、固定軸の外周面に摺接する線又は面を有する。
ベーンの数は円弧状凹部の数より一つ少ない。
ベーンは溝(背圧溝)を有する。
ベーン溝は底部に穴(バネ穴又は貫通孔)を有する。
摺接面は中央にチップシール溝を有し、チップシール溝は軸方向に対して傾斜する。
ロータカムリングの端面がリングシールを介してフランジに密封状態で摺接する。
ロータカムリング端面又はフランジにリングシール溝を有し、リングシール溝はロータカムリングの軸心から偏心する。
本機械は軸受及びその関連部品のない簡単な構造を有し、小型高効率である。
実施例1の本機械の分解図 実施例1のカムリング (a)斜視図 (b)側面図 (c)A-A図 実施例1の丸リングシールの斜視図 実施例1の固定軸 (a)斜視図 (b)側面図 (c)正面図 実施例1のベーン (a)斜視図 (b)側面図 (c)底面図 (d)A-A図 実施例1の第1フランジ (a)正面図 (b)斜視図 (c)側面図 実施例1の吸入蓋 (a)正面図 (b)斜視図 (c)側面図 実施例1の流体室の容積が増減する原理を示す断面図 カムリングの別の例 (a)端面図 (b)斜視図 カムリングのさらに別の例 (a)端面図 (b)斜視図 実施例2の本機械 (a)分解図 (b)断面図 実施例2のカムリング (a)斜視図 (b)端面図 (c)A-A図 実施例2の角リングシールの斜視図 実施例2の固定軸 (a)斜視図 (b)端面図 (c)側面図 (d)A-A図 実施例2のベーン (a)斜視図 (b)側面図 (c)底面図 (d)A-A図 実施例2の第1フランジ (a)斜視図 (b)正面図 (c)A-A図 実施例2の吸入蓋 (a)斜視図 (b)正面図 (c)側面図 実施例3の本機械の分解図 実施例3の機械 (a)軸方向断面図 (b)A-A図 実施例3の 流体室の容積が増減する原理を示す断面図 実施例4の 流体室の容積が増減する原理を示す断面図 実施例5の固定軸 (a)断面図 (b)斜視図 実施例5の機械 (a)軸直角方向端面図 (b)軸方向断面図 実施例6の圧縮機 (a)軸方向断面図 (b)分解図 実施例7の 流体室の容積が増減する原理を示す断面図 実施例8の機械 (a)軸方向端面図 (b)A-A図 (c)B-B図 実施例9の膨張機 (a)軸方向端面図 (b)A-A図
(実施例1)
図1〜図8は実施例1を示す。図1は本機械を示す。(a) ケーシング1はケーシング本体11、吐出蓋13, 及び吸入蓋14を有する。第1フランジ12もケーシング1を構成する。(b) 第1フランジ12と第2フランジ43がケーシング1に固定される。(c) 複数のコイル21を有するステータ2はケーシング1内にある。(d) ロータカムリング3はステータ2内に同軸に回転自在に配置され、内周に内周面31aを有し、外周にロータ32を有する。図1のロータカムリング3は内周に内周面31aを有するカムリング31と、カムリング31の外周に固定されるロータ32からなる。参考に図18のロータカムリング3は磁石322を組み込んだ磁性体リング321(ロータ32)の内周にカムリング31を入れたロータ32とカムリング31が一体の構造を有する。(e) 固定軸4はロータカムリング3の内側で、外周面41に開口する少なくとも一つの軸方向ベーン溝42a、42bを有し、両端面48a、 48bに第1フランジ12と第2フランジ43を有する。第1フランジ12は固定軸4の一端48a及びケーシング本体11の一端11aと接合される。第2フランジ43は固定軸4の他端48bに一体である。参考に図22の固定軸4はフランジと一体ではなく、固定軸4の一端48aと第1フランジ12が接合され、固定軸4の他端48bと第2フランジ43が接合される。(f) ベーン5a, 5bは固定軸4のベーン溝42a,42bに半径方向に摺動自在に収容される。(g) 流体室35はロータカムリング3又はカムリング31の内周面31aと、固定軸4の外周面41と、ベーン5a, 5bと、フランジ12, 43により形成される。(h) ロータカムリング3が回転すると流体室35の容積が増減する。
図2のカムリング31は円形の外周面と、なめらかな曲線の内周面31aを有する。参考にカム面31dは円弧状凹部312の中にある内周面31aである。ロータカムリング3又はカムリング31は、両端面に図3の丸リングシール33,33が入る丸リングシール溝31b,31bを有する。丸リングシール溝31bは第1フランジ12及び第2フランジ43に設けてもよい。丸リングシール溝31b、31bはロータカムリング3又はカムリング31の軸心から偏心する。ロータカムリング3又はカムリング31の両端は丸リングシール33を介して第1フランジ12及び第2フランジ43に密封状態で摺接する。内周面31aは固定軸4の外周面41に面で摺接する3つの円弧状摺接面311と、各円弧状摺接面311の間に3つの円弧状凹部312を有する。カムリング31の外周面に円環状のロータ32が固定される。
図4の固定軸4は外周面41と、ベーン溝42a,
42bと、第2フランジ43と、複数のネジ穴44を有する。ベーン溝42a, 42bは外周面41に軸方向に開口する。固定軸4の他端48bは第2フランジ43と一体である。固定軸の一端48aは第1フランジ12と接合される。ネジ穴44は固定軸4を貫通する。流体の吸入口15a,15bはベーン溝42a,42bに隣接する第2フランジ43にある。ベーン溝42a, 42bの長さは外周面41の全長41aとほぼ同じで、深さは図5のベーン5a, 5bの幅55より長い。バネ穴61はベーン溝42a, 42bの底部にあり、ベーン溝42a, 42bと連通する。図1のバネ6は図5のベーン5a, 5bを外方に押圧する。
図5のベーン5a,5bは先端面51と、バネ溝52と、少なくとも一つの溝(背圧溝)53を有する。先端面51は断面円弧状であり、カムリング31の内周面31aに摺接する。バネ溝52はベーン5の底部54の中央で固定軸4のベーン溝42a,42bのバネ穴61とつながる位置にある。バネ溝52はバネ6を固定する。背圧溝53はベーン5a, 5bの一方の側面にある。各背圧溝53は先端面51より僅かに下の位置から底部54まで延在する。背圧溝53は、ベーン溝42の圧力と、流体室35の圧力をほぼ等しくする作用をする。ベーン溝42の圧力とは、ベーン5a, 5bの底部54とベーン溝42a, 42bの底部421a, 421bの間の空間の圧力である。バネ溝52にバネ6が固定される。
図6の第1フランジ12は固定軸4の一端48aとケーシング本体11の一端11aに密封状態で接合される。一端11aに接合される第1フランジ12はケーシング1の一部を構成する。第1フランジ12は内面に環状の流体室壁121を有し、流体室壁121の外側に貯蔵部122を有する。流体室壁121は2つの吐出口16a,16bと、複数のネジ穴123を有する。ネジ穴123の周囲にOリングが入るOリング溝124がある。第1フランジ12と吐出蓋13の接合により貯蔵部122は図19のような貯蔵室17を形成する。貯蔵室17により吐出口16a,16bから出る流体の脈流は整流される。
図7の吸入蓋14はケーシング本体11の他端11bに密封状態で接合される。吸入蓋14は流体の吸入口141と、内面に環状の流体室壁142を有する。中間吸入口143a, 143bは流体室壁142にある。流体室壁142は固定軸4の第2フランジ43に密封状態で当接し、中間吸入口143a,143bは第2フランジ43の吸入口15a,15bと連通する。吸入蓋14の吸入口141から入った流体は、中間吸入口143a,143b及び吸入口15a,15bを経て、カムリング31の内周面31aと固定軸4の外周面41との間の流体室35に入る。流体室壁142は複数のネジ穴144とOリング溝145を有する。
図8はロータカムリング3が回転すると流体室35の容積が増減する原理を示す。ベーン数は2で、円弧状凹部の数3より一つ少ないから、ロータカムリング3の回転時に流体の吐出量又は吸入量はほぼ均一になりモータのトルク変動と流体の吐出や吸入時の脈動が小さくなる。(a) でベーン5aはカムリング31の内周面31aと固定軸4の外周面41が接する位置に、ベーン5bは内周面31aと外周面41が最も離れた位置にある。ベーン5aの両側にある吸入口15a及び吐出口16aは内周面31aと外周面41の間の流体室に連通しない。ベーン5bの両側にある吸入口15b及び吐出口16bは内周面31aと外周面41とベーン5bの間の流体室35c,35dに連通する。(a) から(b)までカムリング31が時計方向に回転すると、吸入口15a側の流体室35eは拡大して吸入口15aより流体室35eに流体が流入するが、吐出口16a側の流体室35aは縮小して吐出口16aより流体室35aから流体が吐出される。(c) でベーン5aは内周面31aと外周面41が最も離れた位置にあり、ベーン5bは内周面31aと外周面41が接する位置にある。ベーン5aの両側の吸入口15a及び吐出口16aは流体室35e,35aに連通し、ベーン5bの両側の吸入口15b及び吐出口16bは流体室35に連通しない。カムリング31がさらに回転すると、(d) の状態を経て(a) の状態に戻る。このように、カムリング31が回転すると、位相がずれて吸入口15a,15bより流体室35に流体が流入し、吐出口16a,16bより流体室35から流体が吐出される。
図9はカムリング31の別の例を示す。内周面31aの3つの円弧状摺接面311は、固定軸4の外周面41に面で摺接する。円弧状摺接面311の中央にチップシールが挿入されるシール溝313a, 313b,
313cがある。図10はカムリング31のさらに別の例を示す。円弧状摺接面311の中央にチップシール溝314a, 314b, 314cがある。チップシールが挿入されるチップシール溝314a, 314b, 314cは軸方向に対して少し傾斜する。各チップシールは傾斜しているのでチップシールに当るベーン5a,5bの衝撃が緩和される。
(実施例2)
図11はベーン5の数が3で、円弧状凹部312の数4より一つ少ない本機械を示す。 図12のカムリング31の内周面31aは固定軸4の外周面41に面で摺接する4つの円弧状摺接面311と各円弧状摺接面311の間に4つの円弧状凹部312を有する。図13の角リングシール34と、カムリング31の端面にある角リングシール溝31c、31cは円環状ではないから、カムリング31の肉厚を低減できる。図14の固定軸4は外周面41に開口する3つのベーン溝42a,42b,42cを有する。第2フランジ43は、ベーン溝42a,42b,42cに隣接する位置に流体の吸入口15a,15b,15cを有する。ベーン溝42a、42b、42cの長さは外周面41の全長41aとほぼ同じで、深さは図15のベーン5a, 5b, 5cの幅55より長い。貫通穴45a, 45b, 45cは、固定軸4のベーン溝42a, 42b, 42cの底部に形成され、連通する。貫通穴45a,45b,45cにバネ6a,6b,6cが収容される。図16の第1フランジ12の流体室壁121は3つの吐出口16a,16b,16cを有する。図17の吸入蓋14はケーシング本体11の他端11bに密封状態で接合される。吸入蓋14の流体室壁142は中間吸入口143a,143b,143cを有する。固定軸4の第2フランジ43が流体室壁142に当接したとき、中間吸入口143a,143b,143cは第2フランジ43の吸入口15a,15b,15cと連通する。流体室壁142は複数のネジ穴144の周囲にOリングが入る三角形のOリング溝146を有する。
(実施例3)
本機械はベーン5の数が1だから部品数がより少なくて構造がより簡単である。内周面31aは円31aと摺接線316からなる。ロータカムリング3を構成するカムリング31とロータ32が一体である。固定軸4と吸入蓋14と第2フランジ43も一体である。図18、図19のロータカムリング3は、外周に磁性体リング321に複数の磁石322を埋め込み、内周にカムリング31を取り付け、内周に内周面31aと外周にロータ32を構成する。固定軸4又は吸入蓋14又は第2フランジ43は、固定軸4の役割をする固定軸部4aと、吸入蓋14の役割をする吸入蓋部14aと、第2フランジ43の役割をする第2フランジ部43aと、カムリング支持台14bを有する。カムリング支持台14bはカムリング31の回転を支持し、カムリング31の外周面を支持する支持面14cを有する。ケーシング本体11の一端11aに固定される第1フランジ12は、第一の吐出口16が開口する貯蔵部122を有する。第1フランジ12に接合される吐出蓋13は第二の吐出口13aを有する。第1フランジ12の吐出口16に貯蔵部122側に吐出弁161が取付けられる。貯蔵部122と第1フランジ12に接合された吐出蓋13により、貯蔵室17が形成される。吐出弁161は吐出された流体がカムリング31と固定軸部4aの間の流体室35に逆流するのを防止する。ロータカムリング3又はカムリング31に遠心力による振動をなくすための穴315を複数設けても良い。図20はロータカムリング3が回転すると、流体室35の容積が増減する原理を示す。円状のカムリング31と固定軸部4aは同軸に配置される。内周面31aはカムリング31に対して偏心する。内周面31aの内周と固定軸部4aの外周は直径が違う円形なので、内周面31aは固定軸部4aの外周面41と線(摺接線316)で摺接する。(a)でベーン5は内周面31aと外周面41が接する。ベーン5の両側の吸入口15及び吐出口16は内周面31aと外周面41の間の流体室35に連通しない。(a)から(b)にカムリング31が時計方向に回転すると、吸入口15から流体が流入する流体室35aは拡大し、吐出口16に流体が吐出される流体室35bは縮小する。(c) の状態に達すると流体の吸入速度及び吐出速度は最大になる。カムリング31がさらに回転すると(d) に示すように流体の吸入速度及び吐出速度は減少し、(a) の状態に戻るとゼロになる。このようにカムリング31が一回転すると一サイクルの流体の吸入及び吐出が行われる。
(実施例4)
図21のカムリング31は楕円形の内周面31aを有する。円弧状凹部312の数は2で、ベーン(5a、5b)の数も2である。ベーンの数が二つ以上で円弧状凹部の数と同じの場合、固定軸にかかる荷重が軽減される。ベーンの往復運動による本機械の振動も軽減される。ベーン5a, 5bが内周面31aと固定軸4の外周面41が接する(a)の状態で、ベーン5a,5bの両側の吸入口15a,15b及び吐出口16a,16bは、内周面31aと外周面41の間の流体室35a,35bに連通しない。(b) の状態までカムリング31が時計方向に回転すると、吸入口15aから流体が流入する流体室35cは拡大し、吐出口16aに流体が吐出される流体室35aは縮小する。吸入口15bより流体が流入される流体室35dは拡大し、吐出口16bより流体が吐出される流体室35bは縮小する。(c) の状態に達すると、吸入口15a,15bを介した流体の吸入速度及び吐出口16a,16bを介した流体の吐出速度は最大になる。カムリング31がさらに回転すると、(d) の状態を経て(a) の状態に戻る。このようにカムリング31が回転すると、流体は同位相で流入され、吐出される。
(実施例5)
図22の固定軸4はベーン溝42a,42bの両側で外周面41に開口する吸入口15a,15b及び吐出口16a,16bを有する。
ベーン溝42a, 42bはベーン5a, 5bを収容する。固定軸4の一端48aは第1フランジ12と、他端48bは第2フランジ43と接合される。図23の第2フランジ43とケーシン本体11は一体である。吸入穴46a, 46bは固定軸4内に延在し、吸入口15a, 15bと連通する。吐出穴47a, 47bは固定軸4内に延在し、吐出口16a, 16bと連通する。吐出口16a, 16bと吸入口15a, 15bはベーン溝42a, 42bのすぐそばになければならないので加工性を良くするためにベーン溝42a,42b側に傾斜するのが好ましい。吐出口16a,16bに吐出弁161a,161bが設けられる。
(実施例6)
図24の圧縮機は給油管18と吐出弁161を有する。第1フランジ12の給油穴12aと固定軸4の給油穴4bはベーン溝42の底部の貫通穴45と連通する。給油穴12aと給油穴4bに挿入された給油管18は貯蔵室17の下部まで伸びる。貯蔵室17の下部に貯蔵された油が給油管18、貫通穴45, バネ穴61を通って、ベーン溝42に給油される。給油管18は給油だけではなくてベーン溝42の圧力が吐出口16の圧力とほぼ同じくしてベーン5に背圧をかける。3つの吐出弁161は第1フランジ12の3つの吐出口16に設置され、吐出口16から吐出された流体が吐出口16側に逆流するのを防止する。ケーシング本体11と吸入蓋14は一体である。固定軸4と一体になっている第2フランジ43にある3つの吸入口15から流入した気体と油は流体室35を通って気体は圧縮され、油と一緒に3つの吐出口16から貯蔵室17に流入される。圧縮された気体は貯蔵室17を出て吐出口13aから排出される。油は貯蔵室17に貯蔵された後、給油管18を通してベーン溝42に給油される。
(実施例7)
図25はカムリング31の円弧状凹部312が一つで、ベーン5も一つである。カムリング31の内周面31aは固定軸4の外周面41と面(摺接面311)で接触する。摺接面311の中心がベーン5の近傍に位置する時、吐出口16側の高圧流体が円弧状凹部312を通って吸入口15側の低圧流体に逆流しないように摺接面311の長さL1が吐出口16と吸入口15間の長さL2より長い。
(実施例8)
図26の本機械は図21の固定軸4とカムリング31とベーン5a, 5bの2セットを軸方向に設け、二つのカムリング36, 37を互いに90度ずらしたので脈動とトルク変動が小さい。また第1フランジ12と第2フランジ43の間のケーシン1内の空間1a等の部品のない空いた空間は貯蔵室17の役割をするから体積の大きい貯蔵室を確保できる。ロータカムリング3は内周に第1カムリング36の内周面36aと第2カムリング37の内周面37aを有し、外周にロータ32を有する。第1固定軸4cはロータカムリング3の内側で、二つのベーン溝42を有し、両端に第1フランジ12と第3フランジ49を有する。第2固定軸4dはロータカムリング3の内側で、二つのベーン溝42を有し、両端に第2フランジ43と第3フランジ49を有する。第1固定軸4cも第2固定軸4dも其々二つのベーン5を有する。ベーン5を収容する4つのベーン溝は同じ軸線上にある。第1カムリング36の内周面36aと、第1固定軸4cの外周面41bと、ベーン5a, 5bと、第1プランジ12、と第3フランジ49により第1流体室35fが形成される。第2カムリング37の内周面37aと、第2固定軸4dの外周面41cと、ベーン5c, 5dと、第2プランジ43と、第3フランジ49により第2流体室35gが形成される。ロータカムリング3が回転すると第1流体室35fと第2流体室35gの容積が増減する。第1固定軸4cと第2固定軸4dは其々3つずつ2セットの吸入口15aを有する。第1フランジ12と第2フランジ43は其々二つの吐出口16を有する。流体は吸入蓋14の吸入口141から流入し、第2フランジ43の中間吸入口143を通って第2固定軸4dの連通溝7に入る。通溝7の流体の一方は第2固定軸4dの吸入穴46aと、第3フランジ49の吸入穴46aと、第1フランジ12の吸入穴46aと連通する。流体の他方は第2固定軸4dの吸入穴46bと、第3フランジ49の吸入穴46bと、第1フランジ12の吸入穴46bと連通する。第2固定軸4dの吸入穴46a, 46bに入った流体は第2固定軸4dの6つの吸入口15aを通って第2流体室35gに入る。第1固定軸4cの吸入穴46a, 46bに入った流体は第1固定軸4cの6つの吸入穴15aをって、第1流体室35fに流入する。流体室35f,
35gの流体は総4つの吐出口16から第1フランジ12の吐出穴12bと第2フランジ43の吐出穴43cを通って合流し、吐出蓋13の吐出口13aから排出される。
(実施例9)
図27の発電機と一体の膨張機はロータカムリング3又はカムリング31に3つの吸入口15a, 15b, 15cがある。第1フランジ12と吐出蓋13は一体である。第2フランジ43と吸入蓋14は一体であり、カムリング31の外周面と接触する吸入ドラム8を有する。高圧の流体は吸入蓋14の吸入口141より吸入され、第2フランジ43に一体に設けられた吸入ドラム8にある中間吸入口143a又は143bを通って、カムリング31の吸入口15a又は15b又は15cを通って吸入され、3つの流体室35a, 35b, 35cで膨張され、ロータカムリング3を回転させ、発電しながら低圧の流体になる。流体室35a, 35b, 35cで低圧になった流体は、固定軸4の6つの吐出口16と、2つの吐出穴47a, 47bと、通溝7を通って、吐出蓋13の吐出口13aから排出される。
本発明は 液ポンプ、真空ポンプ、圧縮機、ブロア、膨張機等の流体機械に関する。
ベーンポンプは例えば、ロータと、カムリングと、ベーンと、供給ポートと、吐出ポートを有する。ベーンはロータの回転に応じてカムリングの内周面に摺接するようにロータの複数の径方向ベーン溝に出入りする。供給ポートはカムリングとロータとの間のポンプ空間に流体を供給し、吐出ポートは流体を吐出する。このようなベーンポンプはモータにベーンポンプを取付けるから大きい。特開2011-117391号(特許文献1)は小型ベーンポンプを開示する。ステータがモータハウジング内にある。モータロータがステータ内にある。シャフトがモータロータと一体に回転する。非磁性ポンプロータがシャフトと一体に回転し、外周面に複数のベーン溝を持つ。軟磁性カムリングがポンプロータを収容する内周面を有する。軟磁性ベーンがカムリングの内周面に摺接するように各ベーン溝に摺動自在に収容される。軟磁性ポンプハウジングがカムリングを収容する。ポンプハウジングの内周面とカムリングの外周面が接触する。ポンプハウジングの一部がステータに接触する。ポンプロータの回転に応じてポンプロータの外周面とカムリングの内周面とベーンの間の複数のポンプ室の容積が変化する。このベーンポンプは磁気作用でベーンをロータのベーン溝から抜け出る方向に引っ張り、バネがない分小型であるがポンプ部がモータ部と別に構成されるので小型は十分でない。
特開2011-117391号
課題は小型高効率で簡単な“ロータリカムリング流体機械”(以下“本機械”と言う)の提供である。
本機械はケーシングと、ケーシングに固定されるフランジと、ケーシング内にステータと、ステータ内に配置されて内周に内周面と外周にロータを有するロータカムリングと、ロータカムリングの内側で外周面に開口するベーン溝と端面にフランジを設ける固定軸と、固定軸のベーン溝に収容されるベーンを有する。ロータカムリングの内周面と、固定軸の外周面と、ベーンと、フランジにより流体室が形成される。ロータカムリングが回転すると、流体室の容積が増減する。
固定軸又はフランジ又はロータカムリングに吸入口又は吐出口を有する。
ロータカムリングの内周面は円又は円弧状凹部と、固定軸の外周面に摺接する線又は面を有する。
ベーンの数は円弧状凹部の数より一つ少ない。
ベーンは溝(背圧溝)を有する。
ベーン溝は底部に穴(バネ穴又は貫通孔)を有する。
摺接面は中央にチップシール溝を有し、チップシール溝は軸方向に対して傾斜する。
ロータカムリングの端面がリングシールを介してフランジに密封状態で摺接する。
ロータカムリング端面又はフランジにリングシール溝を有し、リングシール溝はロータカムリングの軸心から偏心する。
本機械は軸受及びその関連部品のない簡単な構造を有し、小型高効率である。
実施例1の本機械の分解図 実施例1のカムリング (a)斜視図 (b)側面図 (c)A-A図 実施例1の丸リングシールの斜視図 実施例1の固定軸 (a)斜視図 (b)側面図 (c)正面図 実施例1のベーン (a)斜視図 (b)側面図 (c)底面図 (d)A-A図 実施例1の第1フランジ (a)正面図 (b)斜視図 (c)側面図 実施例1の吸入蓋 (a)正面図 (b)斜視図 (c)側面図 実施例1の流体室の容積が増減する原理を示す断面図 カムリングの別の例 (a)端面図 (b)斜視図 カムリングのさらに別の例 (a)端面図 (b)斜視図 実施例2の本機械 (a)分解図 (b)断面図 実施例2のカムリング (a)斜視図 (b)端面図 (c)A-A図 実施例2の角リングシールの斜視図 実施例2の固定軸 (a)斜視図 (b)端面図 (c)側面図 (d)A-A図 実施例2のベーン (a)斜視図 (b)側面図 (c)底面図 (d)A-A図 実施例2の第1フランジ (a)斜視図 (b)正面図 (c)A-A図 実施例2の吸入蓋 (a)斜視図 (b)正面図 (c)側面図 実施例3の本機械の分解図 実施例3の機械 (a)軸方向断面図 (b)A-A図 実施例3の 流体室の容積が増減する原理を示す断面図 実施例4の 流体室の容積が増減する原理を示す断面図 実施例5の固定軸 (a)断面図 (b)斜視図 実施例5の機械 (a)軸直角方向面図 (b)軸方向断面図 実施例6の圧縮機 (a)軸方向断面図 (b)分解図 実施例7の 流体室の容積が増減する原理を示す断面図 実施例8の機械 (a)軸方向面図 (b)A-A図 (c)B-B図 実施例9の膨張機 (a)軸方向面図 (b)A-A図
(実施例1)
図1〜図8は実施例1を示す。図1は本機械を示す。(a) ケーシング1はケーシング本体11、吐出蓋13, 及び吸入蓋14を有する。第1フランジ12もケーシング1を構成する。(b) 第1フランジ12と第2フランジ43がケーシング1に固定される。(c) 複数のコイル21を有するステータ2はケーシング1内にある。(d) ロータカムリング3はステータ2内に同軸に回転自在に配置され、内周に内周面31aを有し、外周にロータ32を有する。図1のロータカムリング3は内周に内周面31aを有するカムリング31と、カムリング31の外周に固定されるロータ32からなる。参考に図18のロータカムリング3は磁石322を組み込んだ磁性体リング321(ロータ32)の内周にカムリング31を入れたロータ32とカムリング31が一体の構造を有する。(e) 固定軸4はロータカムリング3の内側で、外周面41に開口する少なくとも一つの軸方向ベーン溝42a、42bを有し、両端面48a、 48bに第1フランジ12と第2フランジ43を有する。第1フランジ12は固定軸4の一端48a及びケーシング本体11の一端11aと接合される。第2フランジ43は固定軸4の他端48bに一体である。参考に図22の固定軸4はフランジと一体ではなく、固定軸4の一端48aと第1フランジ12が接合され、固定軸4の他端48bと第2フランジ43が接合される。(f) ベーン5a, 5bは固定軸4のベーン溝42a,42bに半径方向に摺動自在に収容される。(g) 流体室35はロータカムリング3又はカムリング31の内周面31aと、固定軸4の外周面41と、ベーン5a, 5bと、フランジ12, 43により形成される。(h) ロータカムリング3が回転すると流体室35の容積が増減する。
図2のカムリング31は円形の外周面と、なめらかな曲線の内周面31aを有する。参考にカム面31dは円弧状凹部312の中にある内周面31aである。ロータカムリング3又はカムリング31は、両端面に図3の丸リングシール33,33が入る丸リングシール溝31b,31bを有する。丸リングシール溝31bは第1フランジ12及び第2フランジ43に設けてもよい。丸リングシール溝31b、31bはロータカムリング3又はカムリング31の軸心から偏心する。ロータカムリング3又はカムリング31の両端は丸リングシール33を介して第1フランジ12及び第2フランジ43に密封状態で摺接する。内周面31aは固定軸4の外周面41に面で摺接する3つの円弧状摺接面311と、各円弧状摺接面311の間に3つの円弧状凹部312を有する。カムリング31の外周面に円環状のロータ32が固定される。
図4の固定軸4は外周面41と、ベーン溝42a,
42bと、第2フランジ43と、複数のネジ穴44を有する。ベーン溝42a, 42bは外周面41に軸方向に開口する。固定軸4の他端48bは第2フランジ43と一体である。固定軸の一端48aは第1フランジ12と接合される。ネジ穴44は固定軸4を貫通する。流体の吸入口15a,15bはベーン溝42a,42bに隣接する第2フランジ43にある。ベーン溝42a, 42bの長さは外周面41の全長41aとほぼ同じで、深さは図5のベーン5a, 5bの幅55より長い。バネ穴61はベーン溝42a, 42bの底部にあり、ベーン溝42a, 42bと連通する。図1のバネ6は図5のベーン5a, 5bを外方に押圧する。
図5のベーン5a,5bは先端面51と、バネ溝52と、少なくとも一つの溝(背圧溝)53を有する。先端面51は断面円弧状であり、カムリング31の内周面31aに摺接する。バネ溝52はベーン5の底部54の中央で固定軸4のベーン溝42a,42bのバネ穴61とつながる位置にある。バネ溝52はバネ6を固定する。背圧溝53はベーン5a, 5bの一方の側面にある。各背圧溝53は先端面51より僅かに下の位置から底部54まで延在する。背圧溝53は、ベーン溝42の圧力と、流体室35の圧力をほぼ等しくする作用をする。ベーン溝42の圧力とは、ベーン5a, 5bの底部54とベーン溝42a, 42bの底部421a, 421bの間の空間の圧力である。バネ溝52にバネ6が固定される。
図6の第1フランジ12は固定軸4の一端48aとケーシング本体11の一端11aに密封状態で接合される。一端11aに接合される第1フランジ12はケーシング1の一部を構成する。第1フランジ12は内面に環状の流体室壁121を有し、流体室壁121の外側に貯蔵部122を有する。流体室壁121は2つの吐出口16a,16bと、複数のネジ穴123を有する。ネジ穴123の周囲にOリングが入るOリング溝124がある。第1フランジ12と吐出蓋13の接合により貯蔵部122は図19のような貯蔵室17を形成する。貯蔵室17により吐出口16a,16bから出る流体の脈流は整流される。
図7の吸入蓋14はケーシング本体11の他端11bに密封状態で接合される。吸入蓋14は流体の吸入口141と、内面に環状の流体室壁142を有する。中間吸入口143a, 143bは流体室壁142にある。流体室壁142は固定軸4の第2フランジ43に密封状態で当接し、中間吸入口143a,143bは第2フランジ43の吸入口15a,15bと連通する。吸入蓋14の吸入口141から入った流体は、中間吸入口143a,143b及び吸入口15a,15bを経て、カムリング31の内周面31aと固定軸4の外周面41との間の流体室35に入る。流体室壁142は複数のネジ穴144とOリング溝145を有する。
図8はロータカムリング3が回転すると流体室35の容積が増減する原理を示す。ベーン数は2で、円弧状凹部の数3より一つ少ないから、ロータカムリング3の回転時に流体の吐出量又は吸入量はほぼ均一になりモータのトルク変動と流体の吐出や吸入時の脈動が小さくなる。(a) でベーン5aはカムリング31の内周面31aと固定軸4の外周面41が接する位置に、ベーン5bは内周面31aと外周面41が最も離れた位置にある。ベーン5aの両側にある吸入口15a及び吐出口16aは内周面31aと外周面41の間の流体室に連通しない。ベーン5bの両側にある吸入口15b及び吐出口16bは内周面31aと外周面41とベーン5bの間の流体室35c,35dに連通する。(a) から(b)までカムリング31が時計方向に回転すると、吸入口15a側の流体室35eは拡大して吸入口15aより流体室35eに流体が流入するが、吐出口16a側の流体室35aは縮小して吐出口16aより流体室35aから流体が吐出される。(c) でベーン5aは内周面31aと外周面41が最も離れた位置にあり、ベーン5bは内周面31aと外周面41が接する位置にある。ベーン5aの両側の吸入口15a及び吐出口16aは流体室35e,35aに連通し、ベーン5bの両側の吸入口15b及び吐出口16bは流体室35に連通しない。カムリング31がさらに回転すると、(d) の状態を経て(a) の状態に戻る。このように、カムリング31が回転すると、位相がずれて吸入口15a,15bより流体室35に流体が流入し、吐出口16a,16bより流体室35から流体が吐出される。
図9はカムリング31の別の例を示す。内周面31aの3つの円弧状摺接面311は、固定軸4の外周面41に面で摺接する。円弧状摺接面311の中央にチップシールが挿入されるシール溝313a, 313b, 313cがある。図10はカムリング31のさらに別の例を示す。円弧状摺接面311の中央にチップシール溝314a, 314b, 314cがある。チップシールが挿入されるチップシール溝314a, 314b, 314cは軸方向に対して少し傾斜する。各チップシールは傾斜しているのでチップシールに当るベーン5a,5bの衝撃が緩和される。
(実施例2)
図11はベーン5の数が3で、円弧状凹部312の数4より一つ少ない本機械を示す。 図12のカムリング31の内周面31aは固定軸4の外周面41に面で摺接する4つの円弧状摺接面311と各円弧状摺接面311の間に4つの円弧状凹部312を有する。図13の角リングシール34と、カムリング31の端面にある角リングシール溝31c、31cは円環状ではないから、カムリング31の肉厚を低減できる。図14の固定軸4は外周面41に開口する3つのベーン溝42a,42b,42cを有する。第2フランジ43は、ベーン溝42a,42b,42cに隣接する位置に流体の吸入口15a,15b,15cを有する。ベーン溝42a、42b、42cの長さは外周面41の全長41aとほぼ同じで、深さは図15のベーン5a, 5b, 5cの幅55より長い。貫通穴45a, 45b, 45cは、固定軸4のベーン溝42a, 42b, 42cの底部に形成され、連通する。貫通穴45a,45b,45cにバネ6a,6b,6cが収容される。図16の第1フランジ12の流体室壁121は3つの吐出口16a,16b,16cを有する。図17の吸入蓋14はケーシング本体11の他端11bに密封状態で接合される。吸入蓋14の流体室壁142は中間吸入口143a,143b,143cを有する。固定軸4の第2フランジ43が流体室壁142に当接したとき、中間吸入口143a,143b,143cは第2フランジ43の吸入口15a,15b,15cと連通する。流体室壁142は複数のネジ穴144の周囲にOリングが入る三角形のOリング溝146を有する。
(実施例3)
本機械はベーン5の数が1だから部品数がより少なくて構造がより簡単である。内周面31aは円31aと摺接線316からなる。ロータカムリング3を構成するカムリング31とロータ32が一体である。固定軸4と吸入蓋14と第2フランジ43も一体である。図18、図19のロータカムリング3は、外周に磁性体リング321に複数の磁石322を埋め込み、内周にカムリング31を取り付け、内周に内周面31aと外周にロータ32を構成する。固定軸4又は吸入蓋14又は第2フランジ43は、固定軸4の役割をする固定軸部4aと、吸入蓋14の役割をする吸入蓋部14aと、第2フランジ43の役割をする第2フランジ部43aと、カムリング支持台14bを有する。カムリング支持台14bはカムリング31の回転を支持し、カムリング31の外周面を支持する支持面14cを有する。ケーシング本体11の一端11aに固定される第1フランジ12は、第一の吐出口16が開口する貯蔵部122を有する。第1フランジ12に接合される吐出蓋13は第二の吐出口13aを有する。第1フランジ12の吐出口16に貯蔵部122側に吐出弁161が取付けられる。貯蔵部122と第1フランジ12に接合された吐出蓋13により、貯蔵室17が形成される。吐出弁161は吐出された流体がカムリング31と固定軸部4aの間の流体室35に逆流するのを防止する。ロータカムリング3又はカムリング31に遠心力による振動をなくすための穴315を複数設けても良い。図20はロータカムリング3が回転すると、流体室35の容積が増減する原理を示す。円状のカムリング31と固定軸部4aは同軸に配置される。内周面31aはカムリング31に対して偏心する。内周面31aの内周と固定軸部4aの外周は直径が違う円形なので、内周面31aは固定軸部4aの外周面41と線(摺接線316)で摺接する。(a)でベーン5は内周面31aと外周面41が接する。ベーン5の両側の吸入口15及び吐出口16は内周面31aと外周面41の間の流体室35に連通しない。(a)から(b)にカムリング31が時計方向に回転すると、吸入口15から流体が流入する流体室35aは拡大し、吐出口16に流体が吐出される流体室35bは縮小する。(c) の状態に達すると流体の吸入速度及び吐出速度は最大になる。カムリング31がさらに回転すると(d) に示すように流体の吸入速度及び吐出速度は減少し、(a) の状態に戻るとゼロになる。このようにカムリング31が一回転すると一サイクルの流体の吸入及び吐出が行われる。
(実施例4)
図21のカムリング31は楕円形の内周面31aを有する。円弧状凹部312の数は2で、ベーン(5a、5b)の数も2である。ベーンの数が二つ以上で円弧状凹部の数と同じの場合、固定軸にかかる荷重が軽減される。ベーンの往復運動による本機械の振動も軽減される。ベーン5a, 5bが内周面31aと固定軸4の外周面41が接する(a)の状態で、ベーン5a,5bの両側の吸入口15a,15b及び吐出口16a,16bは、内周面31aと外周面41の間の流体室35a,35bに連通しない。(b) の状態までカムリング31が時計方向に回転すると、吸入口15aから流体が流入する流体室35cは拡大し、吐出口16aに流体が吐出される流体室35aは縮小する。吸入口15bより流体が流入される流体室35dは拡大し、吐出口16bより流体が吐出される流体室35bは縮小する。(c) の状態に達すると、吸入口15a,15bを介した流体の吸入速度及び吐出口16a,16bを介した流体の吐出速度は最大になる。カムリング31がさらに回転すると、(d) の状態を経て(a) の状態に戻る。このようにカムリング31が回転すると、流体は同位相で流入され、吐出される。
(実施例5)
図22の固定軸4はベーン溝42a,42bの両側で外周面41に開口する吸入口15a,15b及び吐出口16a,16bを有する。
ベーン溝42a, 42bはベーン5a, 5bを収容する。固定軸4の一端48aは第1フランジ12と、他端48bは第2フランジ43と接合される。図23の第2フランジ43とケーシン本体11は一体である。吸入穴46a, 46bは固定軸4内に延在し、吸入口15a, 15bと連通する。吐出穴47a, 47bは固定軸4内に延在し、吐出口16a, 16bと連通する。吐出口16a, 16bと吸入口15a, 15bはベーン溝42a, 42bのすぐそばになければならないので加工性を良くするためにベーン溝42a,42b側に傾斜するのが好ましい。吐出口16a,16bに吐出弁161a,161bが設けられる。
(実施例6)
図24の圧縮機は給油管18と吐出弁161を有する。第1フランジ12の給油穴12aと固定軸4の給油穴4bはベーン溝42の底部の貫通穴45と連通する。給油穴12aと給油穴4bに挿入された給油管18は貯蔵室17の下部まで伸びる。貯蔵室17の下部に貯蔵された油が給油管18、貫通穴45, バネ穴61を通って、ベーン溝42に給油される。給油管18は給油だけではなくてベーン溝42の圧力が吐出口16の圧力とほぼ同じくしてベーン5に背圧をかける。3つの吐出弁161は第1フランジ12の3つの吐出口16に設置され、吐出口16から吐出された流体が吐出口16側に逆流するのを防止する。ケーシング本体11と吸入蓋14は一体である。固定軸4と一体になっている第2フランジ43にある3つの吸入口15から流入した気体と油は流体室35を通って気体は圧縮され、油と一緒に3つの吐出口16から貯蔵室17に流入される。圧縮された気体は貯蔵室17を出て吐出口13aから排出される。油は貯蔵室17に貯蔵された後、給油管18を通してベーン溝42に給油される。
(実施例7)
図25はカムリング31の円弧状凹部312が一つで、ベーン5も一つである。カムリング31の内周面31aは固定軸4の外周面41と面(摺接面311)で接触する。摺接面311の中心がベーン5の近傍に位置する時、吐出口16側の高圧流体が円弧状凹部312を通って吸入口15側の低圧流体に逆流しないように摺接面311の長さL1が吐出口16と吸入口15間の長さL2より長い。
(実施例8)
図26の本機械は図21の固定軸4とカムリング31とベーン5a, 5bの2セットを軸方向に設け、二つのカムリング36, 37を互いに90度ずらしたので脈動とトルク変動が小さい。また第1フランジ12と第2フランジ43の間のケーシン1内の空間1a等の部品のない空いた空間は貯蔵室17の役割をするから体積の大きい貯蔵室を確保できる。ロータカムリング3は内周に第1カムリング36の内周面36aと第2カムリング37の内周面37aを有し、外周にロータ32を有する。第1固定軸4cはロータカムリング3の内側で、二つのベーン溝42を有し、両端に第1フランジ12と第3フランジ49を有する。第2固定軸4dはロータカムリング3の内側で、二つのベーン溝42を有し、両端に第2フランジ43と第3フランジ49を有する。第1固定軸4cも第2固定軸4dも其々二つのベーン5を有する。ベーン5を収容する4つのベーン溝は同じ軸線上にある。第1カムリング36の内周面36aと、第1固定軸4cの外周面41bと、ベーン5a, 5bと、第1プランジ12、と第3フランジ49により第1流体室35fが形成される。第2カムリング37の内周面37aと、第2固定軸4dの外周面41cと、ベーン5c, 5dと、第2プランジ43と、第3フランジ49により第2流体室35gが形成される。ロータカムリング3が回転すると第1流体室35fと第2流体室35gの容積が増減する。第1固定軸4cと第2固定軸4dは其々3つずつ2セットの吸入口15aを有する。第1フランジ12と第2フランジ43は其々二つの吐出口16を有する。流体は吸入蓋14の吸入口141から流入し、第2フランジ43の中間吸入口143を通って第2固定軸4dの連通溝7に入る。連通溝7の流体の一方は第2固定軸4dの吸入穴46aと、第3フランジ49の吸入穴46aと、第1フランジ12の吸入穴46aと連通する。流体の他方は第2固定軸4dの吸入穴46bと、第3フランジ49の吸入穴46bと、第1フランジ12の吸入穴46bと連通する。第2固定軸4dの吸入穴46a, 46bに入った流体は第2固定軸4dの6つの吸入口15aを通って第2流体室35gに入る。第1固定軸4cの吸入穴46a, 46bに入った流体は第1固定軸4cの6つの吸入穴15aを通って、第1流体室35fに流入する。流体室35f,
35gの流体は総4つの吐出口16から第1フランジ12の吐出穴12bと第2フランジ43の吐出穴43cを通って合流し、吐出蓋13の吐出口13aから排出される。
(実施例9)
図27の発電機と一体の膨張機はロータカムリング3又はカムリング31に3つの吸入口15a, 15b, 15cがある。第1フランジ12と吐出蓋13は一体である。第2フランジ43と吸入蓋14は一体であり、カムリング31の外周面と接触する吸入ドラム8を有する。高圧の流体は吸入蓋14の吸入口141より吸入され、第2フランジ43に一体に設けられた吸入ドラム8にある中間吸入口143a又は143bを通って、カムリング31の吸入口15a又は15b又は15cを通って吸入され、3つの流体室35a, 35b, 35cで膨張され、ロータカムリング3を回転させ、発電しながら低圧の流体になる。流体室35a, 35b, 35cで低圧になった流体は、固定軸4の6つの吐出口16と、2つの吐出穴47a, 47bと、連通溝7を通って、吐出蓋13の吐出口13aから排出される。

Claims (9)

  1. (a) ケーシングと、(b) 前記ケーシンに固定されるフランジと、(c) 前記ケーシング内にステータと、(d) 前記ステータ内に配置され、内周に内周面を有し、外周にロータを有するロータカムリングと、(e) 前記ロータカムリングの内側で、外周面に開口するベーン溝を有し、端面に前記フランジを設ける固定軸と、(f) 前記固定軸のベーン溝に収容されるベーンを有し、(g) 前記ロータカムリングの内周面と、前記固定軸の外周面と、前記ベーンと、前記プランジにより流体室が形成され、(h) 前記ロータカムリングが回転すると、前記流体室の容積が増減するロータリカムリング流体機械。
  2. 前記固定軸又は前記フランジ又は前記ロータカムリングに吸入口又は吐出口を有する請求項1のロータリカムリング流体機械。
  3. 前記ロータカムリングの内周面は円又は円弧状凹部と、前記固定軸の外周面に摺接する線又は面を有する請求項1のロータリカムリング流体機械。
  4. 前記ベーンの数は前記円弧状凹部の数より1つ少ない請求項1のロータリカムリング流体機械。
  5. 前記ベーンは溝(背圧溝)を有する請求項1のロータリカムリング流体機械。
  6. 前記ベーン溝は底部に孔(バネ穴、貫通穴)を有する請求項1のロータリカムリング流体機械。
  7. 前記摺接する面は中央にチップシール溝を有し、前記チップシール溝は軸方向に対して傾斜する請求項1のロータリカムリング流体機械。
  8. 前記ロータカムリングの端面がリングシールを介して前記フランジに密封状態で摺接する請求項1のロータリカムリング流体機械。
  9. 前記ロータカムリング端面又は前記フランジにリングシール溝を有し、前記リングシール溝は前記ロータカムリングの軸心から偏心する請求項1のロータリカムリング流体機械。
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