[发明专利]流体能量转换装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请的主题涉及美国专利第6,174,151号，上述专利的全部公开内容通过引用完整地被合并于本文中。本申请要求于2010年5月5日提交的、序列号为61/331,572的美国临时专利申请的优先权和权益，上述申请的公开内容通过引用完整地被合并于本文中。

技术领域

本发明涉及根据相互啮合摆线齿轮流体驱替的原理操作的能量转换装置并且更特别地涉及这种系统中的摩擦力的减小。

背景技术

摆线齿轮、流体驱替泵和发动机在本领域中是公知的。一般而言，叶状、偏心安装、内阳转子与形成于具有圆柱形孔和两个端板的外壳中的紧配合腔室中的配合叶状阴外转子相互作用。偏心安装的内转子齿轮具有设定数量的叶或齿并且与具有比内转子多一个附加叶或齿的周围外叶状转子（即，环形齿轮）协作。外转子齿轮包含在紧配合圆柱形封罩内。

内转子典型地固定到驱动轴，并且当它在驱动轴上旋转时，它相对于外转子的每个回转前进一个齿隙。外转子可旋转地保持在外壳中，相对于内转子偏心，并且在一侧与内转子啮合。当内转子和外转子从它们的啮合点转动时，内转子和外转子的齿之间的空间通过内转子的旋转的第一个一百八十度在尺寸上逐渐增加，从而产生膨胀空间。在内转子的回转的后半部分期间，当齿啮合时内转子和外转子之间的空间在尺寸上减小。

当该装置用作泵时，待泵送的流体由于其膨胀导致的在膨胀空间中产生的真空而从入口抽吸到膨胀空间中。在到达最大体积点之后，内转子和外转子之间的空间开始在体积上减小。在由于体积减小获得足够的压力之后，减小的空间通向出口并且流体从装置被排出。入口和出口由外壳以及内转子和外转子彼此隔离。

这种装置的一个显著问题是效率损失和由于该配置的各移动部件之间的摩擦引起的部件磨损。当装置用作发动机或电动机而不是泵时这样的效率损失尤其严重。

为了消除摩擦损失，诸如Lusztig（美国专利第3,910,732号）、Kilmer（美国专利第3,905,727号）和Specht（美国专利第4,492,539号）的不同发明人已使用滚动元件轴承。然而，这种轴承主要用于控制驱动轴和装置外壳之间而不是装置自身的内部机构的摩擦损失。

Minto等人（美国专利第3,750,393号）通过将导致腔室膨胀和内转子轴的相关旋转的高压蒸气提供给腔室而使用该装置作为发动机（原动机）。当到达腔室的最大膨胀时，排气口带走膨胀蒸气。Minto认识到由于外转子元件的内面和外面之间的压力差引起的旋转外齿轮的径向外表面和紧配合圆柱形封罩之间的粘合是个问题。为了消除不平衡径向液压力对外转子的影响，Minto提出了在端部之一中使用径向通道，所述径向通道从入口和出口径向向外延伸到圆柱形封罩的内圆柱形表面。这些径向通道然后与形成于圆柱形封罩的内表面中的纵向凹槽连通。

当该装置用作泵时，为了通过摩擦和磨损减小而改善效率，Dominique等人（美国专利第4,747,744号）对该装置进行了减小或最小化摩擦力的改进。然而，Dominique也认识到该类型装置的问题之一是装置的入口和出口之间的旁路泄漏。也就是说，工作流体从输入口直接流动到输出口而不进入装置的膨胀和收缩腔室。为了减小旁路泄漏，Dominique使用包括弹簧、加压流体、磁场或球形突起的多个机构来迫使装置的内转子和外转子与包含入口和出口的端板紧密接触。不幸的是，这会导致转子与端板接触以及伴随的高摩擦损失和效率损失。尽管当该装置用作泵时这种损失不是主要设计因素，但是当使用该装置作为发动机和电动机时它是关注的重点。在这里，这种摩擦损失会对发动机的效率很有害。

除了摩擦损失以外，装置的基本设计导致齿轮齿廓的磨损，尤其在齿轮叶冠处，导致腔室间密封能力的降低。为了良好的腔室间密封，典型的齿轮齿廓间隙大约为0.002英寸（0.05mm）。为了提供外转子的径向外表面和密封外壳的径向内表面之间的流体动力轴颈轴承，需要大约0.005-0.008英寸（0.13-0.20mm）的相应间隙。在运行期间，外转子轴线的小偏心导致内和外转子的叶冠在它们彼此经过时接触，导致齿轮叶冠的磨损和腔室间密封能力的降低。

因此本发明的一个目的是提供一种高机械效率的摆线齿轮装置。

本发明的另一个目的是提供一种具有最小摩擦损失的摆线齿轮装置。

本发明的一个目的是提供一种具有最小机械摩擦损失的摆线齿轮装置。

本发明的再一个目的是提供一种具有最小流体摩擦损失的摆线齿轮装置。

本发明的还一个目的是提供一种机械简单的能量转换装置。