JPH03500566A - ローラ・羽根型流体機械 - 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】 ローラ・羽根型流体機械 技術分野 本発明は、液体又はガスを作動流体としたモータ又はポンプの役目をする機構に 関し、より詳しくはローラ・羽根型流体機械に関する。

発明の背景 作動流体の入口通路と出口通路とを有する中空状ケーシングを備えたローラ・羽 根型流体機械（ソビエト連邦特許第５６７８４４号）は従来から公知である。

ケーシングには羽根付きロータと孔付きローラが収容されている。ロータとロー ラは供給エネルギによって同期回転される。ケーシング表面とローラ表面によっ てローラ間の大室と小室とに分割された作動室を形成する。ローラの表面とケー シング及びロータの表面とによって密封状間隙を形成する。

ローラ間の小室はケーシングに形成した流体逃し通路を介して相互に連通される 。流体機械内のロータの流体逃しは下記の理由で不充分である。ロータ回転中に ローラ間の大室が閉塞される瞬間がある０両室の圧力差は大きな値に達する。

このことによってロータはケーシングの片方側に押圧されて密封状間隙の寸法が 変化する。従って作動行程時の内部洩れが増加し、遊び行程時の圧力損失が増加 する。

流体機械の機械的効率及び体積効率は主としてロータ羽根の長さに依る。と云う のはこのロータ羽根の長さは、ロータがゲージングを押圧する際のロータとゲー ジング間の接触表面の長さと、作動流体が通過する密封状間隙の長さを決定する からである。その結果ロータがケーシングの片方側に押圧されると、回転数の範 囲を減少しく実際には低回転での作動を妨げ）かつ流体機械の耐用時間及び信頼 性を低下する。

作動流体の入口通路及び出口通路とケーシングの内部空間に向って開口した中空 部とを有する別のローラ・羽根型流体機械（ソビエト連邦特許第９９２８２１号 ）も従来から公知である。

中空部には、ゲージングの内部に収容したロータと直接に相互作用するローラが 収容されている。ロータは羽根を有し、ローラ間の大室と小室に該ローラによっ て分割された作動空間を備え、該両室はロータに形成された半径方向の流体逃し 通路を介して対をなして互に連通されている。ローラはロータの羽根が通過する ための溝孔を有し、ロータは供給エネルギの作用下にローラと同期回転するよう に設けられている。

ローラの表面とロータの表面とが協働して密封状間隙を形成する。ロータに形成 された半径方向の流体逃し通過の孔を通過する瞬間にローラ及びロータの表面で 形成された密封状間隙が半径方向に拡大する。このため、ロータの停止の原因と なる作動流体の急激な洩れを生じ、よくいってもけいれん運動を起す。この場合 、作動流体が洩れるので低速運転ができなくなる。

発明の要約 本発明の主たる目的は、流体逃しの再分配とロータ羽根の適切な選択によって広 範囲のロータの回転回数が得られるローラ・羽根型流体機械を提供することであ る上記の目的は、作動流体の入口通路と出０通路とを有する中空状ケーシングと 、該ケーシングの空間に向って開口した中空部とを備え、該中空部内には、ゲー ジング内に配置されたロータと直接に相互作用すると共に、流体逃し通路を介し て対をなして互に連通されるローラ間の大室及び小室によって分割される作動空 間をケーシングと協働して分割するローラが収容されたローラ・羽根型流体機械 において、本発明によれば、上記ローラ間の大室と小室はケーシングに形成され た流体逃し通路を介して対をなして互に連通され、また上記流体逃し通路の孔の 幾何学的中心は直径的に対向して配置されると共に、隣接した羽根の幾何学的中 心及びロータの回転軸線を通る平面によって画定された断面上におけるケーシン グの長手対称面に→直角な平面上に横たわっていることを特徴とするローラ・羽 根型流体機械によって達成される。

ローラ間の大室と小室が、ロータの本体の長手平面上に配置され、かつロータの 側面に設けられた溝と対をなして連通ずる別の流体逃し通路を介して対をなして 互に連通されていると好都合である。

又羽根の長さが、ローラの直径の０．８〜３倍の寸法から選択されると都合がよ い。

ローラ間の大室と小室が、ゲージングに形成された流体逃し通路によって対をな して接続され、またロータ本体長手平面に位置しかつロータの側面の溝に対をな して接続した別の流体逃し通路によって対をなして接続されているので、ロータ の流体を軸線方向及び半径方向に完全に逃がすことができる。ロータの羽根の長 さをローラの０．８〜３倍の長さに変えることによって作動流体の洩れが最小の 流体機械の運転が得られる。このためロータの回転数の範囲が広くなり、流体機 図面の簡単な説明 添付図面を参照した実施例について本発明を説明すると、第１図は本発明にかか るローラ・羽根型流体機械の概略断面図、第２図は第１図の■−■線についての 縦断面図、第３図は部分Ａの拡大縦断面図である。

発明の実施するための最良の形態 本流体機械は作動流体の入口通路２及び作動流体の出口通ｎ３と、ケーシング１ の空間に向って開口した中空部とを備えた中空状ゲージング１（第１図）を具備 する。中空部には、ケーシング１間に配設されかつ羽根６を設けたロータ５と直 接に相互作用するローラ４が収容されている。作動空間７はケーシング１の内面 とロータ５の外面とによって形成される。

上記の作動空間７はローラ４によってローラ間の大室８とローラ間の小室つとに 分割される。

ローラ４の表面はケージング１の表面と協働して密封状間隙１０を形成し、又ロ ーラ４の表面はロータ５の表面と協働して密封状間隙１１を形成する。ケーシン グ１の表面はロータ５の表面と協働して密封状間隙１２を形成しく第２図）、又 ゲージング１の表面は羽根６の表面と協働して密封状間隙１３を形成する（第１ 図）。

ロータ５は（最も好ましい配列では）大枚の羽根６を有する。

互に隣接した羽根６の幾何学的中心及びロータ５の回転軸線を通る直線によって 形成される角度αは６０°である。しかし本発明の流体機械に他の配列、例えば 夫々９０°　、４５°　、３６゜等の角度αを有する４、８．１０枚等の羽根を 設けることができる。

ローラ間の大室８とローラ間の小室９とは、ロータ５の半径方向の流体逃しをす る流体逃し通路１４　、１５（第１図）１６　、１７（第３図）を介して対をな して互に連通されている。流体逃し通路１４　、１５（第１図）はケーシング１ 内に形成されかつ流体逃し通路１６　、１７（第３図）によって対をなして互に 連通されている。

流体逃し通路１６　、１７はゲージング１とベアリング１８の外レース間に形成 されている。流体逃し通路１６　、１７（第１図）の孔は半径Ｒ１の位置に設け られ、その寸法はＲ２≦Ｒ５≦Ｒ３と変化する。ここにＲ２＝ロータ５の回転半 径、Ｒ３＝羽根６上で測ったローラ４の半径である。流体逃し通路１４　、１５ は対をなして接続され、直径方向に対向して配置されると共に両通路の軸線はロ ータ５の回転軸線を通過する平面上に横たわっている。流体逃し通路１４　、１ ５の孔径は半径Ｒ，上の羽根６の幅寸法を超過してはならない。そうでないと機 械の入口と出口の圧力が混合されてしまう。流体逃し通路１５は１対以上の対を なして形成することができる。流体逃し通路１６　、１７（第３図）は別の場所 、例えばロータ５のジャーナルに形成することができる。流体逃し通路１４　、 １５（第１図）の孔の幾何学的中心はケーシング１の長手対稲平面に直角な平面 上に横たわる。流体逃し通路１５の幾何学的中心は隣接した羽根６の幾何学的中 心とロータ５の回転軸線とを通る平面によって画定された断面上に横たわる。

ａ体逃Ｌｉ１ｎ１４　、１５　、１６　、１７（ｉ　２図）は、通Ｐｒ１４、続 イテ通路１６を介してローラ間の小室に連通し又通路１５、続いて通路１７を介 してローラ間の大室に連通ずることによって、いがなる位置においても、ケーシ ング１及びローラ４に対してロータの半径方向の流体逃げ通路ができるように形 成されている。

流体逃し通路１５は流体機械の対称軸線上にがっ任意の角度αをあけて配置する ことができる。対をなした通路１５は常に直径的に対向して設けられかつロータ ５の回転軸線を通る平面上に横たわっている。

またローラ間の大室８及び小室９（第１図）は、ロータ５の本体の長手平面に配 置された別の流体逃し通ｉ￥８１９，２０を介して対をなして相互に接続されて 彎いる。この通路１９　、２０はロータ５本体の長手平面に配置されていて、該 ロータ５の両側面に形成された溝２１　、２２に対となして連通している。？１ ｔ２１゜２２は断続構造である。この断続状の渭２１　、２２によって流体逃し 作用の効率が向上する。と云うのは、側面の密封状間隙１２が円錐形であった場 合に該密封状間隙の形状を平行面形状に復帰させる効果があるためである。又上 記の渭２１　、２２を連続状にしてもよい。しかし連続状溝は平行面形状の密封 状間隙１２の場合にだけ効果的で、該密封状間隙１２が円錐形の場合には役に立 たないので断続状溝２１　、２２が好ましい、大面積の渭２１はロータ５の軸線 の近くに設けられている。小面積の？１１２２はロータ５の本体の長手平面に配 置された流体逃し通路１９゜２０を介して、ロータ５の反対側の側面に配置され た大面積の渭２１と接続されている。ロータ５の夫々の側面上の溝２１　、２２ の数は少なくとも一つ（この場合溝２１　、２２は完全円形である）が必要であ る。夫々のロータ５の側面の溝２１　、２２の数が二つ以上又は三つ以上である ことが好ましい、渭２１　、２２をケーシング１の側面に形成してもよい。しか し次の理由で溝２１　、２２をロータ５の側面上に設けることが好ましい。溝２ １　、２２をロータ５の両側面に形成すると、該渭２１　、２２をケーシング１ の両側面に形成した時にロータ５の回転中に起り得るような、隣接溝２１スは２ ２（第２０）間の橋絡部２３（第１図）と通路２１　、２２とが重なり合うこと がない。

ロータ５内に溝２１　、２２を互に連通ずる通路１９　、２０を設けることによ って、ケーシング１に対してロータ５の端部を押圧して側面の密封状間隙１２の 値を変化させることのない流体機械のロータ５の軸線方向の流体逃しか得られる 。上記の密封状間隙の値は作動流体の洩れ、従ってロータ５の回転数の範囲に重 大な関係がある。

ロータ５の軸線方向の流体逃しは流体機械の効率、信顆性及び耐久性に貢献する 。ローラは供給されたエネルギの作用下でローラ４と同期回転するように設けら れたロータ５の羽根の通路用の小孔２０（第１図）を備える。ロータ５（第２図 ）の羽根６の長さｌはローラ４の直径の０．８〜３倍の範囲内で選択される。

ロータ５の羽根６の長さをこのように選択すると、作動流体の洩れを最小にして 流体機械を効率よく作動させることができ、従ってロータ回転数の範囲を広げて 流体機械の効率を向上することができる。ロータ５の羽根６の長さの選択につい て説明する。ロータ５の羽根６の長さ！を、ローラ４の直径をｄとした場合に３ ｄよりも大であるとすると、ベアリング１８用の凹所を含んだ凹所の全長はｌ≧ ５ｄとなり技術的に困難である。ス羽根６の長さが３ｄを超過すると、側面の密 封間隙１２が大きくなる。これと共に作動流体の洩れが増大し、その結果機械の 回転数の範囲従って効率が低減する。

羽根６の長さを０．８ｄにすることは以下の理由で推薦できない、流体機械の作 動容積は次式で表される。

ここでＤ＋”羽根６上で測ったロータ５の直径、Ｄ２＝ロータ５の回転直径とす 、所望の作動容積は羽根６の長さを増大することスはロータ５の直径を増加する ことによって得られる。後者の方法では、側面の密封状間隙１２が不当に広くな って、従って作動流体の洩れがひどくなり、その結果流体機械の回転数範囲が狭 くなり効率が低下する。

本発明の流体機械は次のように作動する。

羽根６を有するロータ５（第１図）が供給エネルギによって回転されて出口通路 ３に作動流体を移送する。ロータ５が回転するとロータに同期したローラ４が回 転する。流体機械は偶数のローラ４と、ロータ５の回転軸線に対して直径的に向 き合ったローラ間の二つの大室８及びローラ間の二つの小室とを有する。回転中 にローラ４の一群は羽根６を通過させ、ローラ４の他群はケーシング１の表面と 協働して密封状間隙１０を形成し、スロータの表面と協働して密封状間隙１１を 形成する。ケーシング１の表面は羽根６の表面と協働して密封状間隙１３を形成 する。密封状間隙１０　、１１　、１２　、１３（第３図）は入口２及び出口３ において圧力を分割する。これと同時にロータ５は軸線方向及び半径方向に逃が される。ロータ５の半径方向の逃しは、ケーシング１に形成された流体逃がし通 路１４゜１５（第１図）と流体逃し通路１６　、１７（第３図）を介してローラ 間の大室８とローラ間の小室９とを対をなして接続することにより達成される。

ロータ５（第１図）の軸線方向の逃しはロータ５の側面に形成された溝２１　、 ２２（第１図）を接続する流体逃し通路１９　、２０（第２図）を介してローラ 間の大室８とローラ間の小室９とを対をなして接続することによって達成される 。

作動容量■。＝４０　、１２５　、１８００　、２０００ｃｍコの四種顕の流体 機械によって試験したところ、本流体機械は粘度が１〜２０００ｍｍ”／ｓの潤 滑油で作動するサーボを含んだ０．１〜３００回転／分の範囲のロータ５の回転 数のモータモード及びポンプモードの両方に確実に使用できることが判明した。

広範囲の回転数及び作動圧力において高い効率が得られるので、小形寸法でかつ 単位作動容量当りの重量が小さくても大きなトルクが得られる。本発明の流体機 械はロータのいかなる位置及びロータがいずれの方向に回転する場合もロータ軸 のキトルクは一定である。

産業上の利用可能性 本発明は広範囲の回転数に亘っなサーボ装置に使用すると効果的である。又本発 明は空気モータ、コンプレッサ及び内燃機関に使用することができる。

手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 ＰＣＴ／ＳＵ８８１０００８７ ２、　発明の名称 ローラ・羽根型流体機械 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号５、補正命令の日付 平成２年１０月９日（発送日） ６、補正の対象 明細書及び請求の範囲の翻訳文 ７、補正の内容 明細書、請求の範囲の翻訳文の浄書（内容に変更なし） ８、添附書類の目録 明細書及び請求の範囲の翻訳文　各　１　通国際調査報告

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．作動流体の入口通路（２）と出口通路（３）とを有する中空状ケーシング（ １）と、該ケーシング（１）の空間に向って開口した中空部とを備え、該中空部 内には、ケーシング（１）内に配置されたロータ（５）と直接に相互作用すると 共に、流体逃し通路（１４，１５）を介して対をなして互に連通されるローラ間 の大室（８）及び小室（９）によって分割される作動空間（７）をケーシング（ １）と協働して分割するローラ（４）が収容されたローラ・羽根型流体機械にお いて、上記ローラ間の大室（８）と小室（９）はケーシング（１）に形成された 流体逃し通路（１４，１５，１６，１７）を介して対をなして互に連通され、ま た上記流体逃し通路の孔の幾何学的中心は直径的に対向して配置されると共に、 隣接した羽根（６）の幾何学的中心及びロータ（５）の回転軸線を通る平面によ って画定された断面上におけるケーシング（１）の長手対称面に直角な平面上に 横たわっていることを特徴とするローラ・羽根型流体機械。
2. ２．ローラ間の大室（８）と小室（９）が、ロータ（５）の本体の長手平面上に 配置され、かつロータ（５）の側面に設けられた溝（２１，２２）と対をなして 連通する別の流体逃し通路（１９，２０）を介して対をなして互に連通された請 求の範囲１に記載の流体機械。 ３，羽根（６）の長さが、ローラ（４）の直径の０．８〜３倍の寸法から選択さ れた請求の範囲２に記載の流体機械。