专利名称：旋转运动机器的制作方法
相关的申请这份申请要求2003年1月23日申请的美国专利临时申请第60/442,348号的利益，在此通过引证将其全部内容并入本文。
本发明的现有技术旋转运动机器如同在此通过引证将其全部教导并入的美国专利第5,832,731号所描述的那样已被本发明人推荐。一些益处，包括这样的引擎超过传统引擎的优势，已在其中揭示。
本发明的概述人们已经发现，引擎能够更有效运行，而且创造性的改进是需要的。例如，这种改进包括改进的将燃料注入燃烧室的方法和装置、使用机器输出的能量的替代方法和装置、与可径向膨胀的活塞有关的改进、改进的提高机器的热效率和转矩的方法、引擎的进口阀和出口阀的改进配置、把与引擎中燃料燃烧相关联的噪音降到最低的改进方法和装置、以及与机器的操作事件的序列有关的改进方法和装置。
旋转运动机器是依照本发明的一些方面提供的，所述的机器包括至少一个限定出体积在活塞径向膨胀和收缩之时改变的内部舱室的可径向膨胀的活塞、一个至少部份地限定放置活塞的活塞缸的核心部分、一个可相对于核心部分转动并凭借活塞膨胀驱动的相对不可压缩的流体旋转的转子和至少一个与转子相关联在转子旋转之时与适当安排的绕组合作发电的磁铁。所述磁铁可以包括永久磁铁或电磁铁。在特定的实施方案中，电有50赫兹或60赫兹的频率。
流体注射器是依照本发明的其它方面提供的，其中包括两个可彼此相对运动的同心的管子，每个管子有众多相互合作至少雾化一部分安排管子里面的流体的孔。管子之一的运动阻止流体在关闭位置被雾化。在特定的实施方案中，每个管子上众多的孔是微米级尺寸的并且是实质上沿着管子的整个长度安排的。管子的相对运动对应于被雾化的流体数量。这种流体注射器能用来沿着旋转运动机器的燃烧室的长度分配燃料。
提供了一种在旋转运动机器中使用的可径向膨胀的活塞，其中包括围绕中心轴盘绕起来的薄柔性材料的螺旋状物。该螺旋状物包括可分别毗连旋转运动机器的第一芯板和第二芯板放置的第一末端和第二末端。螺旋状物的第一末端和第二末端能包括对第一芯板和第二芯板形成密封的褶皱部分。在特定的实施方案中，螺旋状物是为允许流体在各层螺旋之间而配置的。在一个实施方案中，凸出物能用来形成允许流体在各层螺旋之间的入口。
螺旋状物可以包括附着在其内部端面对它本身形成密封的密封构件。例如，所述密封构件能将燃烧压力容纳在部份地用螺旋状物限定的舱室里面。所述螺旋状物可以在活塞的内部端面包括折叠部分以阻止流体到达该螺旋状物限定的内部舱室。所述螺旋状物可以包括有用来使螺旋状物在收缩之后膨胀的结晶材料条状物的无定形材料的箔。在一个实施方案中，螺旋状物是由熔化温度大约为3200摄氏度的非结晶的无定形材料形成的。材料的至少一个条状物能附着到螺旋状物上以使螺旋状物在收缩之后膨胀。
提供了一种旋转运动机器，其中包括至少一个可径向膨胀的活塞，它限定体积在在活塞径向膨胀和收缩之时改变的内部舱室、一个至少部份地限定可放置活塞的活塞缸的核心部分和一个可相对于核心部分转动并凭借活塞膨胀驱动的相对不可压缩的流体旋转的转子。该核心部分可以有众多允许流体流过冷却机器的孔。
依照本发明更进一步的方面提供一种旋转运动机器，其中包括至少一个限定体积在活塞径向膨胀和收缩之时改变的内部舱室的可径向膨胀的活塞、在其第一和第二端面上粘接活塞的第一芯板和第二芯板、以及可安装在第一芯板或第二芯板上与活塞的内部舱室连通的至少一个进口阀和至少一个出口阀门。所述的进口阀和出口阀能放置得实质上与第一芯板或第二芯板粘接活塞的那个表面齐平。消声室可以是在出口阀处形成的，以减少机器噪音。在一个实施方案中，进口阀允许预压缩的流体进入舱室，而出口阀允许燃料在舱室里面燃烧产生的废气离开舱室。
在其它的实施方案中，提供包括至少一个限定体积在活塞径向膨胀和收缩之时改变的内部舱室的可径向膨胀的活塞、在各自的端面上粘接活塞的第一芯板和第二芯板以及可安装在第一芯板或第二芯板上的至少一个进口阀和至少一个出口阀的旋转运动机器。第二芯板至少限定一部分至少毗连出口阀用来将与燃料在活塞里面燃烧相关联的噪音降到最低的消声室。
提供一种操作旋转运动机器的方法，该方法包括沿着可径向膨胀的活塞所限定的舱室的长度雾化和注射液体燃料，其中燃料燃烧形成废气并引起活塞径向膨胀。该方法进一步包括当活塞收缩的时候用预压缩的流体取代实质上所有的废气，以及重复这些步骤。
在特定的实施方案中，实质上所有的废气是至少在引起活塞收缩的时候被预压缩的流体取代的。在一个实施方案中所述活塞是通过第二个可径向膨胀的活塞因其中的燃料燃烧造成膨胀推进相对不可压缩的流体引起收缩的。
有选择地将液体燃料注入舱室的至少一个燃料注射器、允许预压缩的流体进入舱室的流体进口阀和有选择地允许废气退出舱室的至少一个出口阀在燃料燃烧期间是关闭的。流体进口阀和出口阀大约在活塞已膨胀到它的最大尺寸左右的时候被打开，以允许在引起活塞收缩的时候废气离开舱室。所述的出口阀大约在实质上所有的废气已被压缩流体取代的时候关闭。在特定的实施方案中，实质上所有的废气大约在活塞收缩到其最大直径左右的时候已被预压缩的流体代替。
所述方法也能包括大约在所述活塞收缩到其最大直径一半左右的时候关闭流体进口阀和出口阀，其中所述活塞的继续收缩进一步压缩预压缩的流体。所述流体注射器大约在活塞收缩到其最小直径的时候将燃料注入舱室以便沿着舱室的长度雾化和注入液体燃料。
在其它的实施方案中，提供一种包括至少一个限定体积在活塞径向膨胀和收缩之时改变的内部舱室的可径向膨胀的活塞(该活塞是用热反射材料形成的，以便容纳燃料在所述舱室里面燃烧产生的热)、一个至少部份地限定可放置活塞的活塞缸的核心部分和一个可相对于核心部分转动并凭借活塞膨胀驱动相对不可压缩的流体旋转的转子的旋转运动机器。在舱室中产生的热被容纳在其中，即，导致较少的热损失，借此提高机器提高热效率的操作温度。
在本发明的特定实施方案中，提供一种包括至少一个限定体积在活塞径向膨胀和收缩之时改变的内部舱室的可径向膨胀的活塞、一个至少部份地限定可放置活塞的活塞缸的核心部分和一个可相对于核心部分转动并凭借活塞膨胀驱动相对不可压缩的流体旋转的转子的旋转运动机器，其中所述的核心部分包括众多用来冷却所述核心部分的孔以便提高机器的热效率并借此增加转矩。这种冷却作用通过增加机器的温差提高热效率，借此增加转矩。流体能通过那众多的孔循环，冷却所述的核心部分。
提供一种包括围绕中心轴驱动的转子的旋转运动泵，其中所述转子有迫使相对不可压缩的流体引起至少一个可径向膨胀的活塞在纵轴周围膨胀和收缩的支承表面，所述活塞的膨胀和收缩运动沿着活塞的纵轴泵送流体。在特定的实施方案中，所述的泵包括在活塞的每个端面上的单向阀以便控制泵送流体的方向。所述转子可以用可与马达连接的皮带驱动。所述的泵能在诸如泵送血液的人造心脏之类的医学装置中使用。
附图简要说明本发明上述的和其它的目标、特征和优势从下面在不同视图中相似的参考符号处处表示相同的零部件的附图中举例说明的本发明的各种不同的实施方案的比较具体的描述将变得明显。这些图画不必依比例绘制，而是强调举例说明本发明的原则。
图1是依照本发明的实施方案旋转运动机器的透视图。
图2是在图1中举例说明的机器的剖视图。
图3是在图1举例说明的机器的活塞缸里面的活塞的局部剖视图。
图4是依照本发明的实施方案处在动力冲程阶段的活塞的俯视图。
图5是依照本发明的实施方案处在收缩阶段的活塞的俯视图。
图6是依照本发明的另一个实施方案处在动力冲程阶段的活塞的俯视图。
图7是传统的燃气引擎的局部侧视图。
图8是可放置在图1举例说明的机器的活塞缸里面的螺旋形活塞外侧的局部透视图。
图9是可放置在图1举例说明的机器的活塞缸里面的螺旋形活塞内侧的局部透视图。
图10是图1的螺旋形活塞的局部剖视图。
图11是图1的螺旋形活塞的剖视图。
本发明的详细描述本发明的各种不同的实施方案描述如下。图1和图2举例说明依照本发明的原则构成的通常用参考数字10表示的旋转运动机器。通常，核心部分12至少部分地限定放置可径向膨胀的活塞16的活塞缸14。放置在每个活塞16内的流体或燃料注射器18雾化和注射燃料使之进入每个活塞限定的内部舱室20。燃料燃烧并引起活塞16径向膨胀，这迫使诸如油或液压流体之类放置在活塞16外边的相对不可压缩的流体17推动转子或飞轮22围绕着轴24旋转。关于机器10的操作的其它细节在下面给出。
由转子22携带的一个或多个磁铁或电磁铁26因此沿着围绕轴24的路径旋转经过一个或多个安排合作的绕组28依照磁感应原理在其中产生电。在特定的实施方案中，在四缸机器中转子22在将50毫秒周期时间用于每个活塞缸14的时候以大约300转/分钟(rpm)或5转/秒(rps)的速度旋转。即，5rps乘以60秒得到300转/分钟。例如，转子22上有十个磁铁，将产生50赫兹频率的电，而有十二个磁铁，将产生60赫兹频率的电。所产生的电力能用来为电动马达供电，例如，在装备了电动车轮传动装置的自动推进平台(例如，直接驱动主轴的汽车、卡车、铲车、农用车辆、运土机器、越野车、雪地汽车、军用车辆和直升飞机)中。
如同在图2-图5中清楚地见到的那样，在这个实施方案中燃料注射器18包括两个可彼此相对移动的同心的构件或管子。沿着其长度有众多孔的内管30沿着内部舱室20的纵轴34被同心地放置在外管32之内。外管32沿着其长度也有众多与内管30上的孔合作沿着内部舱室20的长度计量、雾化和注入精确数量的液体燃料的孔。在特定的实施方案中，轴36也能用来相对于另一个管子转动管子30或32。
在特定的实施方案中，内管30将液体燃料容纳在其内腔里面。外管32有相对于内管30的孔精确定位的孔，以致在关闭位置燃料被容纳在管子30里面。换言之，当内管30的孔不对准外管32的孔的时候，燃料注射器18被说成是处在关闭位置。随着管子之一的转动，管子30、32上对应的孔开始一一对准，从而允许少量的液体燃料被雾化和注入舱室20。在打开位置，各个管子上的孔在几何学上是一致的，即，一一对准的。因此，管子30、32的相对运动对应于被雾化流体的数量。因为燃料是沿着舱室20的长度分布的，所以推进活塞16的燃烧力沿着其长度实质上是相同的。燃料效率得到改善，超过将燃料在特定位置注入燃烧室顶端的传统内燃机。
因为机器10的燃烧温度可能高达大约1800摄氏度，所以管子30、32是用诸如钨或钨合金(例如，有铱涂层的钨)之类耐高温材料制成的。由于燃料在注射之前被放置在管子30、32里面，所以燃料在被注入舱室20之前被舱室20里面产生的热量预先加热，借此改善燃料效率。在特定的实施方案中，管子30、32上的孔的几何尺寸小到足以雾化通过它们传送的流体。在一个实施方案中，管子30、32上的孔是圆形的，有在大约0.5微米和5微米之间的直径。在特定的实施方案中，在管子30里面的燃料被增压，以有助于将流体注入舱室20。
流体或燃料注射器18也能被用在希望流体沿着注射器的长度分布的其它应用中。在特定的实施方案中，流体包括诸如汽油或柴油燃料之类易燃的燃料、熔体、树脂、塑料、或其它适当的流体。
如同在图1中具体展示的那样，核心部分12有许多流体从中流过冷却机器10的孔或开口38。在特定的实施方案中，在孔38里面的冷却流体不超过大约400摄氏度。这种冷却作用通过增加机器10的温差来提高热效率，借此增加转矩。核心部分12通过环27(图4-6)吸收来自每个活塞16的热量。在本发明的特定实施方案中，环27可以用高温钢或其它适当的材料制成。
图2和图3举例说明放置在第一或顶部里面芯板70和第二或底部芯板72之内的活塞16。装在顶部芯板70上的流体入口或进口阀21，例如，在精确的时间将空气之类的流体注入内部舱室20。装在底部芯板72上的出口阀23，例如，被打开以允许废气流出舱室20。在特定的实施方案中，可以有若干个进口阀或出口阀21、23，例如，可以有四或六个阀门21、23。
在所示的实施方案中，阀门21、23与顶部和底部的芯板70、72齐平，这使这些阀门对活塞16较少显露，以便将活塞碰撞阀门的可能性减到最小。在其它的实施方案中，阀门21、23可以有为使在活塞16的每个周期期间能进入/退出每个舱室20的流体/废气的数量达到最大值而设计的形状。换言之，阀门21、23是为了使在舱室20上面/下面的区域最大而成形的。例如，看特定的活塞缸14的顶端，阀门21可以是梯形的、三角形的、或夹层饼形的(其中较狭窄的端面指向圆形舱室20的中心)以便使用最大通过面积在每个活塞16的周期中将空气递送到舱室20之中。出口阀23同样可以是为了使在每个活塞16的周期中能从舱室20取出的废气数量达到最大值而成形的。有益的是，机器10能以较高的速度运行，因为如果需要，能通过舱室20传送增大体积的预压缩的空气和废气。
在本发明的实施方案中，顶部和底部的芯板70、72能用有低表面能的材料(即，有低表面张力的材料)制成。例如，Al2O3N2(ALON)能用来形成芯板70、72。因为芯板70、72有低表面能，流体(例如，相对不可压缩的流体17)容易形成液珠或泡沫而且不沿着芯板70、72的表面散布，这具有降低流体17向舱室20中泄漏的可能性的有益结果。
液压流体17被安排在由活塞16的外侧、旋转环27的内侧、核心部分12的外侧和转子22的内侧(图4-6)限定的空间25之内。空间25实质上是恒定不变的，以致接受膨胀活塞16从活塞缸14里面向外施力的液压流体17推动转子22的表面29使之旋转。例如，图4举例说明燃料燃烧使活塞16径向膨胀引起转子22旋转的工作冲程的开始。毗连转子22的推动表面31的流体17迫使流体17使另一个活塞16收缩，例如，如图5所示。环27旋转以允许流体17进入活塞缸14(图5)或促使流体对着支承表面29喷出(图4)。因此，反作用活塞16(例如，四个或六个(在图1中展示四个))与一个推进流体17引起对应的活塞16收缩的活塞16一先一后地工作。图6举例说明有固定空腔35的受流体17推动的转子22的另一个实施方案。
当活塞16已经收缩到它的最小直径的时候(图5)，特定活塞缸14的进口阀21和出口进口阀23在注射燃料而且发生燃烧之时关闭。当活塞16已经膨胀到接近它的最大直径的时候(图4)，进口阀21和出口阀23被打开，这允许诸如空气之类的流体迫使燃料燃烧产生的废气通过出口阀23排出。在特定的实施方案中，压缩机33(图2)将空气预先压缩以减少驱逐废气所需要的时间。
在一个实施方案中，实质上所有的废气在活塞16收缩到其最大直径一半左右的时候就已被驱出。此时，进口阀和出口阀21、23被关闭而且活塞16被流体17进一步压缩，从而进一步压缩在舱室20里面的预压缩空气。当活塞16收缩到接近其最小直径的时候，燃料注射器18将燃料注入舱室20，类似柴油引擎，由于舱室20里面的工作温度高燃料开始燃烧。重复这种操作，借此旋转转子22在绕组28中发电。
在其它的实施方案中，一个或多个核心部分和相关联的活塞可以叠放在核心部分12的顶部，形成“多层”机器。在特定的实施方案中，公用的燃料注射器机构能用来在舱室20里面提供燃料。
本发明的机器10具有超过传统内燃机的增大的转矩特性。如同图7举例说明那样，在部分传统引擎中活塞40在活塞缸42里面往复运动通过移动借助连杆轴承48耦合的连杆46转动曲轴44。人们见到，当燃料在活塞缸42里面燃烧并借此对活塞40施加最大力量的时候，转动曲轴44的力臂因为它在活塞缸之下处在或接近最小值。换言之，赋予曲轴44的转矩是施加给曲轴的力乘以沿着其垂直方向距中心的距离。因此，在这种引擎中转矩并未使用活塞40施加的全部的力，因此是低效率的。
反之，本发明的机器10的转矩特性是改进的。在燃烧的时候活塞16施加最大的力期间，所有的力都以流体静力学方式传递给液压流体17推进液压流体并借此引起转子22的旋转。
为了减少机器噪音(包括与燃料燃烧相关联的噪音)，一个或多个消声室37可以在本发明进一步的实施方案中提供。如图2所示，消声室37部份地是由底板72和外壳74形成的。表面39是为吸收和消散声波构成的。
在进一步的实施方案中，活塞16包括可围绕中心轴盘绕的薄柔性材料的螺旋状物。图8是处于松弛状态的活塞16的外端56的透视图。在这个实施方案中，材料的条状物或箔50是用诸如铼之类能包括铱涂层的高温材料形成的。至少一个诸如钨或钨/铼化合物/合金之类包括难压缩的结晶化合物的材料的条状物51附着到条状物50上，以便将“复原力”提供给主条状物50，即，使活塞16即使在高温下也在被液压流体17收缩之后膨胀。条状物51在特定的实施方案中可以有介于大约100-250微米之间的厚度，而且是用铱膜覆盖的，以使高温下的氧惰性最大。因此，活塞16是以这样的方式制造的，以致尽管主条状物50具有无定形性质活塞总是维持它的弹性。
在一个实施方案中，活塞16具有大约25微米的厚度，是由无定形的非结晶结构形成的，而且是由热反射材料形成的。因为螺旋状物具有热反射特性，所以舱室20里面的热量被容纳在其中，即，导致较少的热损失，借此提高机器10的操作温度，提高热效率。在特定的实施方案中，TRI-X材料(由马萨诸塞州沃尔瑟姆市的XMX公司制造)被用来形成活塞16。TRI-X材料具有3200摄氏度以上的熔化温度。
在特定的实施方案中，人们想要的是使用液压液体17之类的压缩活塞16的流体在活塞16盘卷起来时润滑活塞。在一个实施方案中，在外端面提供一个或多个凸出物54以便在活塞盘卷起来的时候在最外圈形成入口，以致液压流体能在各圈之间提供。
在这个实施方案中活塞16包括在内端60用来对它本身形成密封阻止流体到达内部舱室20的折叠部分58(图4、图9和图10)。密封构件62可以附着到内端60上形成对抗燃料燃烧产生的力的密封。在一个实施方案中，密封构件62是焊接到内端60上钨合金。
如同图11举例说明的那样，活塞16可以包括在活塞的第一末端66和第二末端68的褶皱部分64，以便对至少部份地限定内部舱室20的顶部芯板70和底部芯板72形成密封。活塞缸本质上是等压舱室。液压流体17中的力近似等于气体反作用力加上加速力。因此，在传统的燃气引擎需要活塞环的活塞边界在力方面中没有显著变化。
在进一步的实施方案中，本发明的原则能被扩展到其它应用。例如，机器10能作为借助螺旋形活塞16的运动推进流体的泵使用。燃料在内部舱室20中燃烧所需要结构在某些应用中是不需要的。阀门21、23或单向阀可以放置在螺旋形活塞16的每个端面上，即，毗连顶部和底部的芯板70、72。转子22是借助(举例来说)通过绕组28供应的电力或与马达耦合的皮带旋转的，以便推进流体通过舱室20。在特定的应用中，机器10能作为医学装置使用，例如泵送血液的人造心脏。
尽管这项发明已参照其实施方案予以具体的展示和描述，但是熟悉这项技术的人将会理解不脱离权利要求书所囊括的本发明的范围在形式和细节方面可以有各种不同的改变。
权利要求
1.一种旋转运动机器，其中包括(a)至少一个可径向膨胀的活塞，它限定在活塞径向膨胀和收缩之时体积改变的内部舱室；(b)一个至少部份地限定放置所述活塞的活塞缸的核心部分；(c)一个可相对于核心部分转动并且借助受活塞膨胀驱动的相对地不可压缩的流体旋转的转子；以及(d)至少一个与转子相关联在转子旋转之时与适当安排的绕组合作发电的磁铁。
2.根据权利要求1的旋转运动机器，其中磁铁是永久磁铁或电磁铁。
3.根据权利要求1的旋转运动机器，其中电有50或60赫兹的频率。
4.一种发电机，其中包括至少一个借助旋转运动机器旋转的磁铁；以及一个可毗连那至少一个磁铁的路径放置的绕组，其中电是在绕组中产生的。
5.根据权利要求4的发电机，其中所述旋转运动机器包括(a)至少一个可径向膨胀的活塞，它限定在活塞径向膨胀和收缩之时体积改变的内部舱室；(b)一个至少部份地限定放置活塞的活塞缸的核心部分；以及(c)一个支撑那至少一个磁铁的转子，所述转子可相对于核心部分转动而且借助受活塞膨胀驱动的相对地不可压缩的流体旋转。
6.一种包括两个同心的可彼此相对运动的管子的流体注射器，每个管子有众多的孔用来至少雾化一部分安排合作在管子里面的流体，所述管子之一的运动阻止流体被雾化。
7.根据权利要求6的流体注射器，其中那众多的孔是实质上沿着管子的整个长度安排的。
8.根据权利要求6的流体注射器，其中所述管子的相对运动与被雾化流体的数量相对应。
9.根据权利要求6的流体注射器，其中所述管子是用高温材料制成的。
10.根据权利要求6的流体注射器，其中所述流体是在管子里面预热的。
11.根据权利要求6的流体注射器，其中所述流体至少包括易燃的燃料、塑料、熔体、树脂和塑料熔体之一。
12.根据权利要求6的流体注射器，其中所述的孔实质上是圆形的，有介于大约0.5微米和5微米之间的直径。
13.一种包括两个同心的管子的流体注射器，每个管子都有众多沿着管子的公共纵轴安排的孔，这众多的孔是为雾化流体配置的。
14.根据权利要求13的流体注射器，其中所述管子之间的相对运动在第一个位置将流体容纳在管子中并且在第二个位置至少允许一部分流体雾化。
15.一种旋转运动机器，其中包括(a)至少一个可径向膨胀的活塞，它限定在活塞径向膨胀和收缩之时体积改变的内部舱室；(b)一个至少部份地限定放置活塞的活塞缸的核心部分；(c)一个可相对核心部分转动的转子；以及(d)一个安排在所述活塞之内的燃料注射器，所述燃料注射器包括沿着活塞的内部舱室的纵轴安排的第一构件，所述的第一构件包括内腔而且有从所述内腔向第一构件的外表面延伸的第一组众多的孔，所述的燃料注射器还包括围住第一构件的第二构件，所述第二构件包括从第二构件的内表面向外表面延伸的第二组众多的孔，第一组和第二组众多的孔以这样一种方式合作，以致在第一个位置容纳安排在第一构件内腔里面的流体，而在第二个位置至少允许一部分安排在第一构件内腔里面的流体经过第一组和第二组众多的孔进入活塞的内部舱室。
16.根据权利要求15的旋转运动机器，其中第一和第二组孔的几何形状足够小，足以雾化从中通过的流体。
17.根据权利要求15的旋转运动机器，其中旋转运动机器有大约1800摄氏度的燃烧温度。
18.根据权利要求15的旋转运动机器，其中第一和第二组众多的孔在几何学上是一致的。
19.一种在旋转运动机器中使用的可径向膨胀的活塞，包括围绕中心轴盘绕的薄柔性材料的螺旋状物，所述螺旋状物包括可分别毗连旋转运动机器的第一芯板和第二芯板放置的第一末端和第二末端，所述螺旋状物的第一末端和第二末端包括对第一芯板和第二芯板形成密封的褶皱部分。
20.根据权利要求19的可径向膨胀的活塞，其中螺旋状物是为允许流体在诸各层螺旋之间而配置的。
21.根据权利要求20的可径向膨胀的活塞，其中凸出物被用来形成允许流体在诸各层螺旋之间的入口。
22.根据权利要求19的可径向膨胀的活塞，进一步包括可与螺旋状物连接对螺旋状物形成密封的密封构件。
23.根据权利要求19的可径向膨胀的活塞，进一步包括在所述活塞的内部端面的折叠部分，以阻止流体到达螺旋状物限定的内部舱室。
24.根据权利要求19的可径向膨胀的活塞，其中螺旋状物包括有用来使螺旋状物在收缩之后膨胀的结晶材料条状物的无定形材料的箔。
25.一种旋转运动机器，其中包括(a)至少一个可径向膨胀的活塞，它限定在活塞径向膨胀和收缩之时改变的内部舱室，所述活塞包括有第一末端和第二末端的薄柔性材料的螺旋状物；(b)一个至少部份地限定放置活塞的活塞缸的核心部分；以及(c)第一芯板和第二芯板，其中螺旋状物的第一末端和第二末端可分别毗连第一芯板和第二芯板放置，第一末端和第二末端包括对第一芯板和第二芯板形成密封的褶皱部分。
26.根据权利要求25的旋转运动机器，进一步包括可附着到活塞的内部端面上用来对螺旋状物形成密封的封闭构件。
27.根据权利要求25的旋转运动机器，其中螺旋状物是为避免安排在内部舱室之外的相对不可压缩的流体到达其中而配置的。
28.根据权利要求25的旋转运动机器，其中第一芯板和第二芯板包括Al2O3N2。
29.一种旋转运动机器，其中包括(a)至少一个可径向膨胀的活塞，它限定体积在活塞径向膨胀和收缩之时改变的内部舱室；(b)一个至少部份地限定可放置活塞的活塞缸的核心部分，所述核心部分有众多的孔，流体通过这些孔流动，冷却机器；以及(c)一个可相对于核心部分转动并且靠活塞膨胀驱动相对不可压缩的流体旋转的转子。
30.根据权利要求29的旋转运动机器，其中活塞、核心部分和转子都被装在一个外壳之内，所述外壳至少形成与核心部分上众多的孔合作提供流体流通过机器冷却的部分流动路径。
31.根据权利要求30的旋转运动机器，其中外壳至少限定一部分用来消除引擎噪音的消声室。
32.根据权利要求29的旋转运动机器，进一步包括第二个核心部分，有至少一个相关联的活塞堆放在该核心部分的顶端上。
33.一种在旋转运动机器使用的可径向膨胀的活塞，其中包括围绕着中心轴盘绕的薄柔性材料的螺旋状物，所述的螺旋状物是由熔化温度大约3200摄氏度的材料形成的。
34.根据权利要求33的活塞，其中活塞有大约25微米的厚度。
35.根据权利要求33的活塞，其中活塞包括无定形的非结晶结构。
36.根据权利要求33的活塞，其中活塞是用热反射材料制成的。
37.根据权利要求33的活塞，进一步包括可附着到螺旋状物上使螺旋状物在收缩之后膨胀的条状材料。
38.一种在旋转运动机器中使用的可径向膨胀的活塞，其中包括围绕中心轴盘绕的薄柔性材料的螺旋状物，该螺旋状物是由热反射材料形成的。
39.一种可围绕着在旋转运动机器中使用的纵轴盘绕的薄柔性材料的螺旋状物，所述螺旋状物包括为允许流体在各圈之间而配置的第一末端。
40.根据权利要求39的螺旋状物，其中所述螺旋状物包括第二末端，该末端包括用来对螺旋状物形成密封阻止流体到达螺旋状物限定的内部舱室的密封构件。
41.一种旋转运动机器，其中包括(a)至少一个限定在活塞径向膨胀和收缩之时改变体积的内部舱室的可径向膨胀的活塞；(b)在其第一和第二端面上粘接活塞的第一芯板和第二芯板；以及(c)可安装在第一芯板或第二芯板上与活塞的内部舱室连通的至少一个进口阀和至少一个出口阀，所述的进口阀和出口阀实质上与粘接活塞的第一芯板或第二芯板的表面齐平。
42.根据权利要求41的旋转运动机器，其中所述的进口阀和出口阀被分别安装在第一芯板和第二芯板上。
43.根据权利要求41的旋转运动机器，其中进口阀允许预压缩的流体进入舱室。
44.根据权利要求41的旋转运动机器，其中出口阀允许燃料在所述舱室里面燃烧产生的废气离开所述舱室。
45.根据权利要求41的旋转运动机器，其中进口阀和出口阀是为了使内部舱室上方/下面的面积达到最大值而成形的。
46.一种旋转运动机器，其中包括(a)至少一个限定体积在活塞径向膨胀和收缩之时改变的内部舱室的可径向膨胀的活塞；(b)在各自的端面上粘接活塞的第一芯板和第二芯板；(c)可安装在第一芯板或第二芯板上的至少一个进口阀和至少一个出口阀；而且(d)所述第二芯板至少限定一部分至少毗连出口阀用来使与燃料在活塞里面燃烧相关联的噪音最小的消声室。
47.根据权利要求46的旋转运动机器，其中外壳至少形成一部份消声室。
48.操作旋转运动机器的方法，其中包括(a)将液体燃料雾化并沿着可径向膨胀的活塞限定的舱室的长度注入，燃料燃烧形成废气并引起活塞径向膨胀；(b)在引起活塞收缩的时候用预压缩的流体取代实质上所有的废气；以及(c)重复步骤(a)和(b)。
49.根据权利要求48的方法，其中用预压缩的流体取代实质上所有的废气的步骤至少是在引起活塞收缩时完成的。
50.根据权利要求48的方法，其中所述活塞是被其中的燃料燃烧造成的第二个可径向膨胀的活塞膨胀推进的相对不可压缩的流体引起收缩的。
51.根据权利要求50的方法，进一步包括用相对不可压缩的流体旋转转子。
52.根据权利要求51的方法，进一步包括借助与转子相关联的至少一个磁铁相对于安排合作的绕组的运动发电。
53.根据权利要求48的方法，其中至少一个有选择地将液体燃料注入舱室的燃料注射器、允许预压缩的流体进入舱室的进口阀和至少一个有选择地允许废气排出舱室的出口阀在燃料燃烧期间是关闭的。
54.根据权利要求53的方法，进一步包括大约在活塞已膨胀到接近其最大尺寸的时候打开流体进口阀和出口阀，以允许在引起活塞收缩的时候废气离开舱室。
55.根据权利要求54的方法，进一步包括大约在实质上所有的废气已被压缩流体代替的时候关闭出口阀。
56.根据权利要求55的方法，其中大约在活塞已收缩到其最大直径一半左右的时候实质上所有的废气就已被预压缩的流体代替。
57.根据权利要求56的方法，进一步包括大约在活塞收缩到其最大直径一半左右的时候关闭流体进口阀和出口阀，活塞的继续收缩进一步压缩所述的预压缩的流体。
58.根据权利要求56的方法，其中大约在活塞收缩到其最小直径的时候流体注射器将燃料注入舱室，以便沿着舱室的长度雾化和注入液体燃料。
59.一种旋转运动机器，其中包括(a)至少一个可径向膨胀的活塞，它限定体积在活塞径向膨胀和收缩之时改变的内部舱室，该活塞是用热反射材料形成的以便容纳包括燃料在舱室里面燃烧产生的热；(b)一个至少部份地限定可放置活塞的活塞缸的核心部分；以及(c)一个可相对于核心部分转动并且凭借活塞膨胀驱动的相对不可压缩的流体旋转的转子。
60.根据权利要求59的旋转运动机器，进一步包括至少一个与转子相关联的磁铁，以便借助所述磁铁相对于绕组的运动在安排合作的绕组中发电。
61.一种旋转运动机器，其中包括(a)至少一个可径向膨胀的活塞，它限定体积在活塞径向膨胀和收缩之时改变的内部舱室；(b)一个至少部份地限定可放置活塞的活塞缸的核心部分，所述核心部分包括众多用来冷却所述核心部分的孔以便提高机器的热效率借此增加转矩；以及(c)一个可相对于核心部分转动并凭借活塞膨胀驱动的相对不可压缩的流体旋转的转子。
62.根据权利要求61的旋转运动机器，进一步包括通过那众多的孔循环冷却核心部分的流体。
63.一种旋转运动机器，其中包括(a)至少一个可径向膨胀的活塞，它限定体积在活塞径向膨胀和收缩之时改变的内部舱室；(b)一个至少部份地限定可放置活塞的活塞缸的核心部分；以及(c)一个可相对于核心部分转动并凭借活塞膨胀驱动的相对不可压缩的流体旋转的转子；所述活塞大约在燃料在舱室内开始燃烧之时提供用来旋转转子的最大转矩。
64.一种旋转运动泵，其中包括一个围绕着中心轴被驱动的转子，该转子迫使相对不可压缩的流体引起至少一个可径向膨胀的活塞在其纵轴周围膨胀和收缩的支承表面，活塞的膨胀和收缩运动沿着活塞的纵轴泵送流体，该泵进一步包括在活塞每个端面上的单向阀以控制泵送流体的方向。
65.根据权利要求64的旋转运动泵，其中所述转子是被皮带驱动的。
66.根据权利要求64的旋转运动泵，其中所述泵是在医学装置中使用的。
67.根据权利要求66的旋转运动泵，其中所述装置包括泵送血液的人造心脏。
全文摘要
一种旋转运动机器及其操作方法，其中包括至少一个限定在活塞径向膨胀和收缩时改变体积的内部舱室的可径向膨胀的活塞(16)、一个至少部分地限定放置活塞的活塞缸(14)的核心部分(12)、一个可相对于核心部分转动并且借助受活塞膨胀驱动的相对地不可压缩的流体(17)旋转的转子、和至少一个与转子相关联并且在转子旋转之时与适当安排的绕组合作发电的磁铁。新颖的燃料注射器沿着内部舱室的长度雾化并注射燃料。活塞可以包括有用来使螺旋状物在收缩之时膨胀的结晶材料条状物的无定形材料柔性薄箔的螺旋状物。在一个实施方案中，螺旋状物有大约3200摄氏度的熔化温度。
文档编号F02B53/02GK1761801SQ200480007618
公开日2006年4月19日 申请日期2004年1月20日 优先权日2003年1月23日
发明者曼弗雷德·R·库埃赫纳利 申请人:曼弗雷德·R·库埃赫纳利