JPH0658042B2

JPH0658042B2 - 流体動力トランスファー装置

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Publication number: JPH0658042B2
Application number: JP63013465A
Authority: JP
Inventors: エイマクマスターハロルド
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-01-23
Filing date: 1988-01-23
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: US4799870A; GB2200168B; GB2200168A; FR2617537B1; FR2617537A1; GB8801253D0; DE3800947A1; JPS63198701A; CA1301070C; DE3800947C2

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、流体動力トランスファー装置に関し、より詳
しくは、軸によって支持されたベーンをハウジング内に
少なくとも一つ有し、該ベーンがハウジングに導入され
た作動流体と軸との間で動力を伝達する回転流体動力ト
ランスファー装置に関する。

〔従来の技術〕

ロータリーポンプ及びロータリーエンジンは、仕事をす
る回転子要素を有する機械である。ロータリーエンジン
は、シリンダー内で回転してエネルギーを機械力又は運
動に変換するピストンを有する。ロータリーポンプは流
入口から流体をポンプに吸い込んで排出口から流体を圧
送するため転がり接触する一対の部材を有する。或る周
知の型式のロータリーエンジンは、回転子と偏心軸とを
有する回転式内燃機関から構成されるワンケル(Wankel)
エンジンである。回転子は、周囲の流入口と排出口とを
有するトロコイド状チャンバの回りで一方向に運動す
る。回転子はチャンバの容積を３つの区画室に分割す
る。

コブ(Cobb)氏の米国特許第763,963号、ハートレイ(Hart
ley)氏の米国特許第3,040,664号、スティーブンソン(St
evenson)氏の米国特許第3,277,792号、ヘンドリック(He
ndrick)氏の米国特許第764,465号、デービス(Davis)氏
の米国特許第2,842,325号は、西独特許第2,064,429号明
細書と同様に、ほぼ本発明が関係する型式の回転流体動
力トランスファー装置を開示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、従来の回転装置よりも著しく大きい作
動排気量当たりの動力をもたらし且つ著しく大きいハウ
ジングの容積当たりの作動排気量をもたらすようになっ
た改良された回転式の流体動力トランスファー装置を提
供することにある。

本発明の別の目的は、赤道平面を有する球形ハウジング
内に軸によって回転可能に取付けられた少なくとも一つ
の回転子と、少なくとも一つのベーンとを有し、ハウジ
ングの赤道平面に対するベーンの部分の回転を実質的に
拘束するためにベーンを軸に連続する装置を更に有する
改良された流体動力トランスファー装置を提供すること
にある。

本発明の更に別の目的は、赤道平面と極軸線とを有する
球形ハウジング内に取付けられた一対の回転子を含む流
体動力トランスファー装置であって、ヒンジ装置によっ
てヒンジ式に相互連結されたベーンが夫々の軸線を中心
に回転子を回転させ、この軸線は、軸が回転するとき極
軸線に対して傾斜され、ベーンを夫々の軸に連結する装
置が、実質的にヒンジ装置の回転をハウジングの赤道平
面に拘束するために設けられる流体動力トランスファー
装置を提供することにある。

本発明の上記目的及び他の目的を達成するために、本発
明に従って構成された動力流体動力トランスファー装置
は、赤道平面と極軸線とを有する球形ハウジングと、回
転可能に取付けられた軸と、ハウジング内に受入れられ
た回転子とを有する。ベーンが回転可能な軸によって支
持される。回転子は、極軸線に対して傾斜した回転軸線
を中心に回転可能なベーンによって支持される。ベーン
は、軸が回転するとき、回転子を回転させる。回転子
は、ハウジングと協働して作動流体を受入れる作動チャ
ンバを少なくとも部分的に構成する面を有する。ベーン
は回転子とハウジングとの間に延び、作動チャンバの隣
接する部分を分割する。本装置は更に、ベーンを軸に連
結して実質的にベーンの部分の回転をハウジングの赤道
平面に拘束する装置を有する。ベーンは作動流体と軸と
の間で動力を伝達する。

更に、本発明の上記目的及び他の目的を達成するため
に、本発明に従って構成された流体動力トランスファー
装置は、赤道平面と極軸線とを有し且つ凹状内面を有す
る球形ハウジングを有する。第１及び第２の軸が夫々、
ハウジングを貫通し、第１及び第２の極軸線を中心に回
転可能に取付けられる。一対の回転子がハウジング内に
受入れられる。各回転子は、ハウジングの凹状内表面を
摺動する凸状面を有する。第１及び第２のベーンと、ベ
ーンをヒンジ式に連結するためのヒンジ装置とが、夫々
の回転可能な軸によって支持される。回転子の各々は、
夫々の極軸線に対して傾斜した回転軸を中心に回転可能
な夫々のベーンによって支持される。各回転子は、他の
回転子の円錐面に転がり接触してハウジングと線接触を
なし且つ作動流体を受入れる作動チャンバを構成する円
錐面を有する。線接触及びベーンはハウジングと回転子
との間に延びて作動チャンバの隣接する部分を作動区画
室に分割する。ベーンは夫々の軸が回転するとき、回転
子を回転させる。本装置は更に、ベーンを夫々の軸に連
結して、実質的にヒンジ装置の回転をハウジングの赤道
平面に拘束する装置を有する。回転子及びベーンは作動
流体と軸との間で動力を伝達する。

回転子の各々は、好ましくは一対の回転子部分と回転子
部分を一緒に保持する外側バンドとを有する。回転子部
分は、夫々のベーンを受入れるために回転子を完全に貫
通する溝を形成する。外側バンドは夫々、好ましくは、
円錐面を有し、円錐面は、互いに回転係合して、更なる
線接触を形成する。

更に、上記拘束装置は、好ましくは、サンギア部、リン
グギア部、及びサンギア部とリングギヤ部とを互いに連
結するピニオンプラネットギアを含むギア装置又はリン
ケージを有する。

特定の応用例によると、本装置は、例えば回転ポンプ或
いは回転エンジンのように作動し得る。２サイクルロー
タリーエンジンとして（即ち吸気及び圧縮行程なしで）
作動されるとき、該エンジンの動力行程は、ベーンの各
端に対する軸の３６０°の回転につき継続する２７０°
に相当するのが良く、これによって、所定の排気量当た
りの出力が２倍となる。このエンジンは又、液体燃料又
はオキシダントを使用することによって、４サイクルエ
ンジンを出力するであろう所定の排気量に対して、４倍
の動力を出力することができる。かかるロータリーエン
ジンは、平均して１回転当たり５４０°の動力行程にな
る６気筒４サイクルピストンエンジンに相当するであろ
う。

また、容積全体に対する装置の作動容積の比率は、装置
のコンパクトな球形の設計により、非常に望ましいもの
である。設計では、４気筒４サイクルピストンエンジン
と比較して、３乃至４倍の改良が可能である。

本発明の目的、特徴及び利点は、本発明を実施するため
の最良のモード（実施態様）に関する以下の詳細な説明
により、添付図面を参照して、容易に理解できよう。

〔実施例〕次に図面を参照すると、第１図乃至第４図には、本発明
に従って構成された流体動力トランスファー装置（集合
的に参照数字１０で指示する）の実施例が図示されてい
る。図示の如く、装置１０は、特にロータリーエンジン
として具体化されている。しかしながら、当業者には明
らかなように、本装置を、例えばロータリーポンプ又は
他の機械として具体化しても良い。

装置１０は、第１、第２及び第３のハウジング部分（全
体的に１４、１６、１７で夫々指示する）を含む中空球
形ハウジング１２を有する。ハウジング部分１４、１６
は夫々、凹状の全体的に球形且つ滑らかな内面１８、２
０を有する。第３ハウジング部分１７は下部分１９を有
し、この下部分１９も又、全体的に球形で滑らかな凹状
の内面２１を有する。

ハウジング部分１４、１６は、円周方向に間隔を隔てた
複数のボルト２２によって第３ハウジング部分１７にボ
ルト止めされ、ボルト２２は、赤道平面２３を中心に部
分１４、１６、１７を一緒に保持する。環状カバー部材
２７が部分的に部分１７を覆い、好まししくは、カバー
部材２７は、部分１７に対してクランプされる。

ハウジング１２はブラケット１１によって支持され、ブ
ラケット１１の各々は、最も下方に位置するボルト２２
によってハウジング１２の各ハウジング部分１４又は１
６と、第３ハウジング部分１７とに連結される。また、
ボルト１３が、装置１０を支持面１５上に固定するため
に設けられる。

装置１０は又、一対の軸（全体的に２４で指示する）を
有する。軸２４はハウジング１２の極軸線２５と整合し
ている。軸２４は、ハウジング部分１４、１６に形成さ
れた間隔を隔てた円形孔２６を夫々貫通する。

軸２４はスリーブベアリング２８、２９によって孔２６
内に回転可能に支持される。環状部材３０が、例えばね
じ山によって、夫々の軸２４に隣接してハウジング部分
１４、１６の各々の外表面に取付られる。キャップ部材
３２が、ハウジング部分の夫々の環状部材３０に押し当
たって支持されており、キャップ部材３２は、孔３４を
有し、各ハウジング部分の軸２４が孔３４を貫通する。
環状のスラストベアリング３６が孔３４廻りにキャップ
部材３２に取付けられ、軸２４の各々を更に支持し且つ
シールする。

装置１０は更に、全体的に４２で指示する一対の回転子
を有し、回転子４２はハウジング１２内に受入れられて
いる。回転子４２の各々は、対をなす同一の回転子部分
（即ち半分のコーン）４４、４６と相互連結外側バンド
４８とを有する。複数の円周方向に間隔を隔てたボルト
４９が外側バンド４８を回転子部分４４、４６に連結す
る。

回転子４２の外側バンド４８は夫々、ハウジング部分１
４、１６、１７によって形成された溝５０、５２内に、
スラスト方向及び半径方向ベアリング５１、５３によっ
て摺動自在に支持され、回転子の夫々の回転軸線５４、
５５を中心に回転できる。回転軸線５４、５５は極軸線
に対して１５°傾斜し、相互に３０°の角度をなして示
されている。しかしながら、他の角度を採用しても良い
ことを理解すべきである。

回転子４２の外側バンド４８は凸状の外側表面又は外側
面を有し、この外側表面はベアリング５１、５３上を摺
動する。

回転子部分４４、４６の各々は、円錐面５６を有し、円
錐面５６は、他方の回転子４２の対応する回転子部分４
４又は４６の円錐面５６に転がり係合し且つ該円錐面と
協働して線接触５８を形成し、この線接触は回転子４２
及び軸２４が回転するときに不動のままである。凹状内
側面２１及び円錐面５６は作動チャンバ５９を形成し、
この作動チャンバ５９は、線接触５８の反対側において
コーンからコーンまで６０°の幅を有する。

外側バンド４８の各々は又、連続する円錐面６０を有
し、この円錐面６０は他の円錐面６０に転がり係合し、
その円錐面と協働して線接触５８を更に形成する。外側
バンド４８の各々は又、フライホイールのように作用
し、面６０の連続する表面は、作動チャンバ５９のベー
ン間隙が線接触５８を通り過ぎるときに歯形、溝又は段
の形成(Cogging)を防止する。

装置１０は又、ベーン組立体（全体的に６２で指示す
る）を有する。ベーン組立体６２は、第５図に最も良く
示すように、第１、第２のちょうネクタイ(bowtie)形ベ
ーン６４、６６を有し、これらのベーンはヒンジピン６
８によってヒンジ式に相互連結される。図示されていな
いブッシングが、ピン６８の部分をベーン６４、６６に
回転自在に支持している。

軸線２５、５４、５５とヒンジピン６８の中心線とは、
ハウジング１２の中心点で交わる。ベーン６４、６６及
び線接触５８は、作動チャンバを作動区画室に分割する
上で、協働する。

第４図に最も良く示すように、回転子部分４４、４６は
ベーンの厚さだけ間隔を隔てている。ベーン６４、６６
は、各回転子４２の回転子部分４４と回転部分４６によ
って形成された溝７０内に受入れられ、保持される。溝
７０は、回転子部分４４、４６の円錐面５６と外側面７
１との間に延びる。

ベーン６４、６６の各々は、夫々の出力軸（アウトプッ
ト軸）２４に直結される。ギア装置、即ち、リンケージ
（全体的に７２で指示する）が、ベーン６４、６６の各
々に設けられる。各リンケージ７２は、比較的長く且つ
凸状のプラネタリサンギア部７４を有し、サンギア部７
４は、ヒンジピン６８と反対側のベーン６４又は６６の
側部に取付けられる。各リンケージ７２は又、夫々の軸
２４の内端に取付けられた凹状のリンクギア部７６と、
２つの部位７４、７６に連結した細長いピニオンプラネ
ットギア７８とを有する。

バランスウェイト組立体（第３図に全体的に８０で指示
する）が、２つの部位７４、７６の間に各プラネットギ
ア７８を保持する。ボルト（図示せず）が、細長い各プ
ラネットギア７８の両端に形成された孔８２内に延入す
る。これらのボルトは、各組立体８０のプレート８４を
プラネットギア７８の端に係止する。プレート８４は
又、（例えばボルトによって）バランスウェイト８６に
係止され、回転するプラネットギア７８及びベーン６
４、６６の部分の釣り合いをとる。

プラネットギア７８の各々は、ベーン６４、６６がヒン
ジピン６８を中心に揺動するとき、夫々の部位７４、７
６の間で前後に揺動する。細長いプラネットギア７８
は、回転子４２が回転し且つベーン６４、６６が回転す
るとき、ヒンジピン６８をハウジング１２の赤道平面２
３内で回転させ続ける。プラネットギア７８は又、スプ
ラインとして作用し、トルクを伝達する。

ハウジング部分１４、１６は、流入口及び流出口（図せ
ず）を有する。１つ以上の小さな流入口が、赤道付近
に、好ましくは線接触５８から６０°の範囲内におい
て、液体燃料及びオキシダントの注入用に貫通してい
る。

第３図では、ヒンジピン６８は線接触５８のところにあ
り、この時、２つの区画室が形成される（ベーンの一方
の側に１つの区画室が形成され、ベーンの他方の側に他
の１つの区画室が形成される）。第４図では、ヒンジピ
ン６８は線接触５８から９０°回転され、３つの区画室
が形成される（ベーンが９０°回転した第４図の位置で
は、ベーン６４、６６の下側に１つの区画室が形成さ
れ、ベーン６４、６６の上側に、接触線５８によって分
割された２つの区画室が形成される）。ヒンジピン６８
の図示した端が下方に移動していると、ベーン６４、６
６、線接触５８及びハウジング１２によって形成された
作動区画室は、作動行程にあり、拡張する。同時に、線
接触５８の反対側の同様の区画室は、排出行程にあり、
収縮する。第４図に示すように、ベーン組立体６２の下
側表面によって画成された作動区画室は、その最大容積
に達しており、ヒンジピン６８の反対側の端がハウジン
グ１２の排出口の中に上昇して、作動区画室がまさに排
出行程に移行しようとしている。

ヒンジピン６８が線接触５８から６０°移動した後に、
ベーン６４、６６と線接触５８とハウジング１２とによ
って形成された区画室の容積は最大の約４％だけにすぎ
ず、好ましくは液体ＮＨ_３及びN₂Oが別々に流入口から
このくさび形区画室に注入され、この区画室で、液体Ｎ
Ｈ_３及びN₂Oは化学反応により自然に爆発して該区画室
に捕捉されたガスの温度及び圧力を上昇させる。このよ
うにして、高効率のために２０対１よりも大きい膨張比
をもっさ作動行程が開始される。もし燃料の注入が９０
°まで連続すると、膨張率は更に、低効率でより大きな
出力のために約８対１になる。

線接触５８から１８０°ヒンジピンが回転した後には、
第３図に示すようにベーン６４、６６は平坦であり、軸
線２５、５４、５５と線接触５８とによって構成される
平面内に位置する。この時点で、ベーン６４、６６は、
円錐面５６の間に６０°の幅間隔のスパンを有し、ベー
ン６４、６６と線接触５８とハウジング１２とによって
画成される区画室の容積は最大の６２％に拡張する。こ
の時、２つの区画室だけが瞬間的に形成されるにすぎな
い。この時点でベーン６４、６６は、溝７０から回転子
４２に完全に延びているが、線線５８のところで溝７０
に完全に埋設したベーンの反対端により片持ち支持さ
れ、減少するガス圧に対して適当に支持される。

線接触５８から１８０°乃至２７０°のヒンジピンの回
転の間に、区画室の容積は、排出行程の開始前に更に３
８％拡張し続ける。この時間間隔の間、区画室は、面５
６とベーン６４、６６の両端部とハウジング１２とによ
って画成されている。以上のことから分かるように、こ
の２サイクルエンジンでは、排出行程をベーン６４、６
６の２つの端の各々に対して２７０°の長さにすること
ができる。

上記説明により、回転子４２が、それらの軸線５４、５
５を中心に定速度で円滑に回転することも又、理解でき
る。ヒンジピン６８の端の線接方向速度は3.4％だけ変
化するにすぎない。

ベーン６４、６６は正弦式にそれらの溝７０に出入りし
ながら揺動する。第３図では、ベーン６４、６６は完全
に延ばされて、今まさに、それらの溝７０の中に引っ込
もうとしており、それらの最大加速力は両方向に作り出
している。したがって、加速力は、互いに打ち消し合う
傾向を有する。

最大の力は、ベーン６４、６６が軸線２５、５４、５５
の平面内で正反対に位置し、これらのベーンがヒンジの
ところで座屈する傾向がないときに生じる。他の時点で
は、ヒンジ組立体６２は、第４図に示すように線接触５
８から９０°回転したところで線の外側に３０°折れ上
がることになる。この時には加速はない。上記２つの限
界の間では、円弧９０°−２７０°において面５６から
１５°以上の角度で延びるベーン６４、６６の部分は、
ハウジング１２の赤道平面２３に向かってヒンジを座屈
させようとする加速力を及ぼす。しかしながら、円弧２
７０°−０°−９０°におけるベーン６４、６６の端部
は、ハウジング１２の赤道平面２３から引き離れようと
し、ヒンジを平らにしようとし、従って、ヒンジの正味
の座屈作用は常にゼロである。

上述の装置には扱いにくい加速力はなく、確かにロータ
リーエンジンとして円滑に作動する。更に、最小限の点
数の構成要素をもち、バルブ又はカムのない単純な設計
である。

吸気及び圧縮行程は、４サイクルエンジンの半分の時間
を費やすことから、この２サイクルエンジンは、所定の
排気量に対して２回動力を送り出すことができる。

液体燃料及びオキシダントを使用することによって、圧
縮行程が４サイクルエンジンの動力行程エネルギーの約
1/2を吸収することから、更に２倍の改良が達成され、
従ってエンジンは４サイクルエンジンが出すであろう所
定の排気量に対して４倍動力を出すことができる。

更に、クランク軸、フライホイール、クランクケース及
びバルブ機構のないコンパクトな球形の設計により、容
積全体に対する作動容積の比率が非常に好適である。
又、スタータも必要ない。

流体動力トランスファー装置１０はロータリーエンジン
として図示され、このロータリーエンジンでは動力行程
は、ベーン６４、６６の各端に関して、軸２４の３６０
°の回転当たり、連続する２７０°である。従って、例
示したロータリーエンジンは、平均して軸の１回転当た
り５４０°の動力行程になるであろう６気筒ピストンエ
ンジンに相当する。又、装置１０は赤道平面に平坦なデ
ィスクをもった単一の半球形として構成しても良い。

流体動力トランスファー装置１０を特定の型のエネルギ
ーを機械力及び運動に変換することによって仕事をする
ように動力を加える確実な容積式エンジン(positive di
splacement engine)として示し且つ説明したが、流体動
力トランスファー装置は又、流入口からそれ自身の中に
作動流体を吸込んで該流体を軸２４の回転により排出口
から圧送する容積式ポンプの形式をとっても良いことを
理解すべきである。

本発明を実施するための最良のモード（実施態様）を詳
細に説明したが、本発明が関係する技術に精通した者に
は特許請求の範囲によって構成されるような発明を実施
するための種々の変形設計及び実施例が分かるであろ
う。特に、ヒンジピン６８を赤道平面２３に拘束するた
めの他の手段が認識されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により構成された流体動力トランスフ
ァー装置の側面図である。第２図は、第１図に示す装置の端面図である。第３図は、回転の軸線及び装置の赤道平面に垂直な極軸
線における断面図である。第４図は、回転子を第３図に示す回転子の位置から９０
°回転させた状態で示す第３図と同様な図である。第５図は、本装置に用いた相互連結ベーン、軸、及びベ
ーンと軸との間の連結を示す斜視図である。第６図は、相互連結されたベーンと、夫々の回転子部分
とを示す斜視図である。１０……流体動力トランスファー装置１４、１６、１７……ハウジング２３……赤道平面２４……軸２５……極軸線４２…回転子５９……作動チャンバ６４、６６……ベーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体動力トランスファー装置であって、一対のベーンと、これらのベーンを連結するためのヒンジと、一対の軸と、各ベーンを夫々の軸に連結するための一対のリンケージ
であって、各リンケージが、夫々の前記ベーンを前記ヒ
ンジを中心に揺動させるとともに、前記軸に対して垂直
な平面において前記ヒンジが回転するように該ヒンジを
拘束するリンケージとを有する、ことを特徴とする流体
動力トランスファー装置。
【請求項２】ベーンを収容するための球形ハウジングを
更に有し、該ハウジングが、極軸線と、前記軸に対して垂直な平面
と一致する赤道平面とを有する、ことを特徴とする請求
項１に記載の流体動力トランスファー装置。
【請求項３】前記ハウジング内に受入れられた一対の回
転子を更に有し、前記回転子は極軸線に対して傾斜した回転軸線を中心に
回転可能な前記ベーンによって支持され、前記ベーンは、前記軸が回転するとき、前記回転子を回
転させ、前記回転子は、作動流体を受入れる作動チャンバを前記
ハウジングと協働して少なくとも部分的に形成する面を
有し、前記ベーンは前記回転子と前記ハウジングとの間に延び
て作動チャンバの隣接する部分を分割する、ことを特徴
とする請求項２に記載の流体動力トランスファー装置。
【請求項４】前記回転子の各々が、一対の回転子部分
と、該回転子部分を一緒に保持するための外側バンドと
を有し、前記回転子部分は、前記回転子を完全に貫通する溝を形
成し、前記各々のベーンが、夫々の前記溝内に受入れられる、
ことを特徴とする請求項３に記載の流体動力トランスフ
ァー装置。
【請求項５】前記ハウジングが、該ハウジングの内面に
形成された一対の溝部を有し、各々の外側バンドが、夫
々の溝部内に摺動自在に受入れられる、ことを特徴とす
る請求項４に記載の流体動力トランスファー装置。
【請求項６】前記リンケージの各々が一対のギア部と、
それらのギア部の間に作動的に受入れられたピニオンギ
アとを有し、前記ギア部の一方は、夫々のベーンにしっかりと連結さ
れ、前記ギア部の他方は、夫々の軸にしっかりと連結され
る、ことを特徴とする請求項１に記載の流体動力トラン
スファー装置。
【請求項７】前記ピニオンギアの各々が、該ピニオンギ
アに取付けられたバランスウェイトを有する、ことを特
徴とする請求項６に記載の流体動力トランスファー装
置。
【請求項８】前記球形ハウジングが、凹状の内表面を有
し、前記回転子の各々が、該ハウジングの凹状内表面を摺動
する凸状面を有する、ことを特徴とする請求項３に記載
の流体動力トランスファー装置。
【請求項９】前記回転軸線が、互いに対して傾斜してい
る、ことを特徴とする請求項３に記載の流体動力トラン
スファー装置。
【請求項１０】前記外側バンドの各々が、他の外側バン
ドの円錐面に転がり係合する連続円錐面を有する、こと
を特徴とする請求項４に記載の流体動力トランスファー
装置。