专利名称：旋转式缸体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够对缸体中活塞的往复运动与轴的旋转运动进行相互转换的旋转式缸体装置，更具体地涉及能够应用于内燃机、压缩机、真空泵、液压旋转机等的旋转式缸体装置。
背景技术：
在内燃机、压缩机、真空泵、液压旋转机等的每一个中，采用了不同类型的驱动机构。例如，根据用途采用通过连接到曲轴的活塞单元的往复运动而使流体反复地吸入和排出的往复式驱动机构、通过使可动涡盘相对于固定涡盘转动而使流体反复地吸入和排出的漩涡式(scroll type)驱动机构、通过滚筒的旋转运动而使流体反复地吸入和排出的旋转式驱动机构(参见特开2004-190613号公报)、螺杆式驱动机构和叶片式驱动机构。尤其是反复式驱动机构主要用于内燃机、压缩机、真空泵等，每一种机器均以例如IOOOOrpm的中速转动，并且在每一种机器中均需要高气密性。在往复式驱动机构中，容易由于缸体中活塞单元的往复运动引起的能量损失而使能量转换效率降低。此外，需要用于支撑在缸体中往复运动的活塞单元的连杆、连接到连杆的曲轴和连接到曲轴的曲臂，所以，将活塞单元的往复运动转换为旋转运动的能量转换装置在尺度上必然大。在活塞单元往复地运动时由可旋转构件的质量平衡(重心)的偏离引起的振动必须由阻尼器等来吸收。
发明内容
发明要解决的问题因此，本发明的一个方面的目的是提供旋转式缸体装置，在该旋转式缸体装置中，能够以固定的转动速度绕着轴转动的可旋转构件能够在轴向上和在径向上被紧凑地组装，活塞单元通过绕着多个曲轴的旋转运动的组合能够直线地往复运动，由活塞单元的直线往复运动而引起重心偏离从而导致可旋转构件的质量的不平衡能够被修正以抑制旋转振动和减小噪声。用于解决问题的方案为实现该目的，一种旋转式缸体装置，其能够对缸体中活塞的往复运动和轴的旋转运动进行相互转换，该旋转式缸体装置包括第一曲轴，其被相对于所述轴的轴线偏心地设置，所述第一曲轴以距离所述轴具有半径r的第一虚拟曲臂绕着所述轴转动；复合活塞组件，其具有偏心筒状体，所述偏心筒状体由第一筒状部和第二筒状部构成，所述第一曲轴被同轴地装配到所述第一筒状部，所述第二筒状部的轴线被制成为相对于所述第一筒状部的轴线偏心的第二虚拟曲轴，并且所述第二筒状部与所述第一筒状部形成为一体并且所述第二筒状部分别位于所述第一筒状部的轴向两侧，在装配到一个所述第二筒状部的第一活塞单元与装配到另一个所述第二筒状部的第二活塞单元彼此交叉的状态下，所述复合活塞组件以具有半径r的第二虚拟曲臂绕着所述第一曲轴转动；第一平衡配重和第二平衡配重，其用于为绕着所述轴设置并且能够以固定的旋转速度旋转的可旋转构件之间提供旋转平衡，所述第一平衡配重和所述第二平衡配重分别设置到安装有所述复合活塞组件的所述第一曲轴的两个端部；和主体壳体，其以所述轴可旋转的方式保持所述轴，所述主体壳体以下述部件可旋转的方式容纳所述第一曲轴、绕着所述轴转动的所述第一平衡配重和所述第二平衡配重以及绕着所述第一曲轴转动的所述复合活塞组件，其中，在与所述第一活塞单元和所述第二活塞单元绕着所述第二虚拟曲轴有关的第一旋转质量平衡、与所述复合活塞组件绕着所述第一曲轴有关的第二旋转质量平衡以及与所述第一曲轴和所述复合活塞组件绕着所述轴有关的第三旋转质量平衡一律仅由安装到所述第一曲轴的两个端部的所述第一平衡配重和所述第二平衡配重提供的状态下，所述第一曲轴绕着所述轴转动，以及所述复合活塞组件绕着所述第一曲轴转动，因此，安装到所述第二筒状部的所述第一活塞单元和所述第二活塞单元在绕着所述轴相对转动的状态下在所述第二虚拟曲轴的半径为2r的圆形轨迹的径向上直线地往复运动。注意，第一虚拟曲臂是指将轴连接到第一曲轴的轴线的部分。即使不存在专用的曲臂，也能够将用作曲臂的结构视为第一虚拟曲臂。第二虚拟曲臂是指将第一曲臂的轴线连接到第二虚拟曲轴的部分。即使不存在曲臂，也能够将用作曲臂的结构视为第二虚拟曲臂。第二虚拟曲轴是虚拟的转动轴。即使不存在物理上的转动轴，也能够将用作转动轴的虚拟轴线视为第二虚拟曲轴。此外，各个活塞单元是指其中密封盖、密封盖保持件、活塞环等被一体地安装到活塞头部的单元。优选地，在所述旋转式缸体装置中，在所述第一曲轴的两个端部分别形成有销孔， 所述销孔的轴线与所述第一曲轴的轴线交叉，在所述第一平衡配重的轴部和所述第二平衡配重的轴部分别形成有轴向孔和销孔，所述第一平衡配重的所述销孔的轴线与所述第一平衡配重的轴线交叉，所述第二平衡配重的所述销孔的轴线与所述第二平衡配重的轴线交叉，和在所述第一曲轴的所述销孔与所述第一平衡配重的销孔和所述第二平衡配重的销孔相连通并且在相连通的销孔中以防止脱出的方式插入销的状态下，所述第一曲轴的两个端部分别装配于所述第一平衡配重的所述轴向孔和所述第二平衡配重的所述轴向孔，以将所述第一曲轴与所述第一平衡配重和所述第二平衡配重结合为一体。优选地，在所述旋转式缸体装置中，所述第一平衡配重和所述第二平衡配重中的至少一方与所述轴形成为一体。优选地，在所述旋转式缸体装置中，各个所述第二筒状部均具有轴承保持部，所述轴承保持部分别形成于所述第二筒状部的内周面和外周面，内侧轴承由形成于所述内周面的轴承保持部保持，外侧轴承由形成于所述外周面的轴承保持部保持，且所述第一曲轴以可旋转的方式由所述内侧轴承保持，所述第一活塞单元和所述第二活塞单元以可旋转的方式由所述外侧轴承保持。发明的效果在本发明的旋转式缸体装置中，通过使轴旋转而使第一曲轴绕着轴转动，并且通过使复合活塞组件绕着第一曲轴转动，使安装到第二筒状部的第一活塞单元和第二活塞单元沿着第二虚拟曲轴的半径为2r的圆形轨迹的径向直线地往复运动。在该操作的同时，与第一活塞单元和第二活塞单元绕着第二虚拟曲轴有关的第一旋转质量平衡、与复合活塞组件绕着第一曲轴有关的第二旋转质量平衡和与第一曲轴和复合活塞组件绕着轴有关的第三旋转质量平衡一律仅由第一平衡配重(balance weight)和第二平衡配重提供。此外，由活塞单元的直线往复运动引起的重心偏离导致的不平衡能够被修正，使得能够抑制旋转式缸体装置的旋转振动并且能够减小操作噪声。在本发明的旋转式缸体装置中，通过抑制由绕着轴转动可旋转构件引起的旋转振动，能够减小能量损失并且能够提高能量转换效率。此外，能够简化防振机构。与传统的装置相比，能够减少曲轴和曲臂的数量，从而能够简化本发明的旋转式缸体装置的结构。在第一曲轴的销孔与第一平衡配重的和第二平衡配重的销孔相连通的状态下，第一曲轴的两个端部分别装配在第一平衡配重的和第二平衡配重的轴向孔内，在该情况下，能够将销装配并固定在销孔内，能够提高在与第一平衡配重和第二平衡配重的轴线垂直的方向上将第一平衡配重和第二平衡配重安装到第一曲轴的两个端部的精度。在第一平衡配重和第二平衡配重中的至少一方与轴形成为一体的情况下，能够减少部件的数量。通过调整将轴连接到第一曲轴的第一虚拟曲臂的长度，能够将第一曲轴在轴向上和在径向上紧凑地安装到轴。通过调整第一平衡配重和第二平衡配重的半径来调整第一虚拟曲臂的长度。在各第二筒状部均具有分别形成于内周面和外周面的轴承保持部、由形成于内周面的轴承保持部保持内侧轴承、由形成于外周面的轴承保持部保持外侧轴承、由内侧轴承可旋转地保持第一曲轴、由外侧轴承保持第一活塞单元和第二活塞单元的情况下，通过调整将第一曲轴连接到第二虚拟曲轴的第二虚拟曲臂的长度，能够将包括偏心筒状体的复合活塞组件在轴向上和在径向上紧凑地安装到第一曲轴。通过调整第二筒状部的转动半径来调整第二虚拟曲臂的长度。
现在将通过示例并参照
本发明的实施方式，在附图中图1是本发明的旋转式缸体装置的立体图；图2是图1中示出的旋转式缸体装置的立体图，其中拆下了第一壳体；图3是图1中示出的旋转式缸体装置的剖视立体图；图4是旋转式缸体装装置的分解立体图；图5A-图5L是示出第一曲轴和第二虚拟曲轴的旋转运动以及曲臂的直线往复运动的说明图；图6A是应用了旋转式缸体装置的压缩机的平面图，其中拆下了第一壳体；图6B是沿Z轴截取的压缩机的剖视图；图6C是沿Z轴截取的压缩机的剖视图，其中活塞单元十字交叉；图7是第一曲轴的前视图；图8A是第一平衡配重的前视图；图8B是第一平衡配重的俯视图8C是第一平衡配重的仰视图；图9A是第二平衡配重的前视图；图9B是第二平衡配重的俯视图；图9C是第二平衡配重的仰视图；图IOA是偏心筒状体的平面图；图IOB是沿X轴截取的偏心筒状体的剖视图；图IlA是第一壳体的平面图；图IlB是沿X轴截取的第一壳体的剖视图；图12A是第二壳体的平面图；图12B是沿X轴截取的第二壳体的剖视图；图13A是第一活塞主体的局部剖切平面图；图1 是沿Z轴截取的第一活塞主体的半剖视图；图13C是第一活塞主体的右视图；图13D是第一活塞主体的仰视图；图14A是安装有内燃机的活塞环的活塞单元的平面图；图14B是容纳在主体壳体中的活塞单元的局部剖视图；图15A是缸体的平面图；图15B是沿X轴截取的缸体的剖视图；图16A是缸体密封盖的平面图；图16B是沿缸体X轴截取的缸体密封盖的半剖视图；图17A是密封盖保持件的平面图；图17B是沿X轴截取的密封盖保持件的剖视图；图18是真空泵的缸体密封盖组件的局部剖视图；图19是示出轴的旋转位置和活塞单元的平面动作说明图，其中拆下了第一壳体；图20是示出轴的旋转位置和活塞单元的平面动作说明图，其中拆下了第一壳体；图21是示出轴的旋转位置和活塞单元的平面动作说明图，其中拆下了第一壳体；图22是示出轴的旋转位置和活塞单元的平面动作说明图，其中拆下了第一壳体；图23A和图2 是活塞单元和缸体的局部剖视图。
具体实施例方式现在，将参照附图详细地说明本发明的优选的实施方式。将参照图1至图2 作为本发明的实施方式说明将被组装在压缩机中的旋转式缸体装置。旋转式缸体装置能够对缸体中活塞的往复运动和轴的旋转运动进行相互转换。在图1中，轴(输入/输出轴)4可旋转地保持在由第一壳体1和第二壳体2构成的主体壳体3中。第一壳体1和第二壳体2通过分别设置在主体壳体3的四个角部的螺栓 3a合为一体。如图3所示，在主体壳体3中，可绕着第一曲轴5转动的偏心筒状体6以及构成了复合活塞组件P (见图2、且可绕着第一曲轴5转动的第一活塞单元7及第二活塞单元 8可旋转地容纳在主体壳休3中。将说明结构构件的细节。在图3中，第一曲轴5偏心地安装到轴4。在本实施方式中，轴4与第一平衡配重9形成为一体。注意，轴可以与第二平衡配重10形成为一体。第一平衡配重9和第二平衡配重10分别与第一曲轴5的端部装配。在图7中，槽fe分别形成在第一曲轴5的两个端部并且在曲轴5的轴向上延伸。轴线与第一曲轴5的轴线垂直的销孔恥形成在各槽5a。销孔恥的直径大于槽fe的宽度，并且销孔恥与槽fe的一部分重合。端面形成为D形状的D形部5c分别形成在第一曲轴5的两个端部。第一平衡配重9和第二平衡配重10在销孔fe与第一平衡配重9的销孔9b和第二平衡配重10的销孔IOb对应的状态下(见图8A和图9A)分别与第一曲轴5的两个端部装配。在图8A至8C和图9A至9C中，螺栓孔9a和销孔9b形成在第一平衡配重9的轴部；螺栓孔IOa和销孔IOb形成在第二平衡配重10的轴部。第一平衡配重9和第二平衡配重10在第一曲轴5的销孔5b (见图7)与销孔9b和IOb对应的状态下与第一曲轴5装配。销Ila(见图3)装配在互相连通的销孔恥和9b中；销lib (见图3)装配在互相连通的销孔恥和IOb中。螺栓1 和12b以使得槽fe和销孔恥变窄的方式分别装配在螺栓孔9a和IOa中。因此，销Ila和lib被保持，并且第一平衡配重9和第二平衡配重10可以与第一曲轴5的两个端部结合为一体(见图4)。通过该结构，可以提高将第一平衡配重9和第二平衡配重10在与第一曲轴5的轴线垂直的方向上安装到第一曲轴5的两个端部的精度。在图3中，与第一平衡配重9形成为一体的轴4由第一轴承13a可旋转地支撑；第二平衡配重10的与轴4同轴地形成的轴部IOc由第二轴承1 可旋转地支撑。例如，第一平衡配重9和第二平衡配重10为扇形块(见图8B、8C、9B和9C)。第一平衡配重9和第二平衡配重10用于在例如第一曲轴5和复合活塞组件P等围绕着轴4安装的可旋转构件之间提供旋转平衡。如上所述，轴4与第一平衡配重9和第二平衡配重10中的至少一个形成为一体，从而可以减少部件的数量。此外，通过调整将轴4连接到第一曲轴5的第一虚拟曲臂的长度，可以将第一曲轴5在轴向和径向上紧凑地安装到轴4。例如，通过调整第一平衡配重9和第二平衡配重10的转动半径r来调整第一虚拟曲臂的长度。如图IOB所示，偏心筒状体6具有相对于第一曲轴5的轴线偏心地布置的多个第二虚拟曲轴Ha和14b。在本实施方式中，两个活塞单元7和8十字交叉，因此第二虚拟曲轴Ha和14b以180度的相位差围绕着第一曲轴5布置。如图3所示，十字交叉的活塞单元7和8安装到能够绕着第一曲轴5转动的偏心筒状体6。如图IOB所示，偏心筒状体6由第一筒状部6a和第二筒状部6b构成，用作转轴的第一曲轴5穿过第一筒状部6a，而第二筒状部6b从第一筒状部6a的两个轴向端部延伸。第一曲轴5同轴地装配在第一筒状部6a中并且用作偏心筒状体6的转轴。第二筒状部6b的轴线与相对于第一曲轴5 (第一筒状部6a)的轴线偏心地布置的第二虚拟曲轴1 和14b相一致。如图3所示，彼此十字交叉的第一活塞单元7和第二活塞单元8通过外侧轴承16a和16b可旋转地安装到第二筒状部6b。在图IOA和图IOB中，各第二筒状部6b均具有形成于内周面的轴承保持部6c和形成于外周面的轴承保持部6d。如图3所示，内侧轴承1 和1 分别由轴承保持部6c保持；外侧轴承16a和16b分别由轴承保持部6d保持。内侧轴承1 和1 可旋转地支撑第一曲轴5。如图3所示，第一活塞单元7和第二活塞单元8在被装配到第二筒状部6b并且第一活塞单元7的和第二活塞单元8的轴线与第二虚拟曲轴1 和14b垂直的状态下由外侧轴承16a和16b可旋转地支撑。利用该结构，通过调整将第一曲轴5连接到第二虚拟曲轴1 和14b的第二虚拟曲臂的长度，可以在轴向和径向上将包括偏心筒状体6的复合活塞组件P紧凑地安装到第一曲轴5。第二虚拟曲臂的长度通过调整第二筒状部6b的转动半径来调整。第一活塞单元7和第二活塞单元8装配到偏心筒状体6的第二筒状部6b，第一活塞单元7和第二活塞单元8的轴线与第二虚拟曲轴1 和14b垂直，并且第一活塞头部7c 和第二活塞头部8c在同一平面内往复运动。因此，复合活塞组件P (见图幻可以被紧凑地组装，从而能够使装置小型化并且能够使装置的安装空间更小。在图2中，第一活塞头部7c设置于第一活塞主体7A的两个轴向端部；第二活塞关部8c设置于第二活塞主体8A的两个轴向端部。环形密封盖17a和17b (见图16A和图 16B)和密封盖保持件18a和18b (见图17A和图17B)通过螺栓19被固定到第一活塞头部 7c和第二活塞头部Sc。密封盖17a和17b由例如聚醚醚酮(PEEK)等无油密封材料组成。 直立部17c沿着外周边缘形成并且在活塞头的运动方向上延伸(见图16A和图16B)。在压缩机、液压旋转机等中，直立部17c在第一活塞头部7c和第二活塞头部8c的运动方向上向外延伸(见图23A)。 在图2和图3中，缸体21通过螺栓22装配在开口部20中，开口部20形成于由第一壳体1和第二壳体2构成的主体壳体3的四个侧面。在图2中，第一活塞单元7和第二活塞单元8以通过密封盖17a和17b (直立部17c)与缸体21的内表面21f (见图15B)之间保持密封的方式在内表面21f上滑动。注意，密封盖17a和17b非常轻并且其转动质量可以忽略，所以，由第一平衡配重9和第二平衡配重10进行的、稍后说明的使第一至第三旋转平衡的平衡功能不会受到影响。图13A是第一活塞主体7A的局部剖切的平面图，其中拆去了密封盖和密封盖保持件；图13B是沿Z轴截取的第一活塞主体7A的剖视图；图13C是第一活塞主体7A的右侧视图；图13D是第一活塞主体7A的仰视图。第一活塞主体7A和第二活塞主体8A具有相同的构造，所以将仅说明第一活塞主体7A。注意，第二活塞主体8A(见图幻的结构元件与第一活塞主体7A的结构元件相同。为防止与轴4的轴部9c (见图8A)干涉而形成的避开孔 (escape hole) 7a (见图13A)形成于第一活塞主体7A的中央部。避开孔7a的中心对应于第二虚拟曲轴14a。用于保持外侧轴承16a的轴承保持部7b形成为包围避开孔7a(见图 13B 和图 13D)。均形成为圆板状的第一活塞头部7c，分别设置到第一活塞主体7A的轴向两端。具有螺栓孔7e的基板7d设置到第一活塞主体7A(见图13C)。如图13A所示，基板7d分别设置到第一活塞主体7A的两个端面，图4中示出的密封盖17a与分别形成于基板7d的径向外侧的台阶部7f装配，然后在螺栓孔18c与螺栓孔7e (见图13C)相连通的状态下将密封盖保持件18a叠放在密封盖17a上。通过将螺栓19旋拧到螺栓孔18c和7e中，而使密封盖17a被夹持在密封盖保持件18a和第一活塞头部17c之间并结合为一体。此外，密封盖 17b也被夹持在密封盖保持件18b和第二活塞头部18c之间并被结合为一体。图14A和图14B中示出第一活塞单元7的结构的示例。多个环形槽7g形成于每个第一活塞头部7c的外周面。活塞环(密封构件) 装配在每个环形槽7g中。第一活塞单元7被安装到主体壳体3的开口部20。密封构件在缸体21的内表面21f上滑动。通过将缸体头(未示出)装配到缸体21，可以高度地维持缸体室的气密性。图18示出安装到空气吸引用真空泵中的第一活塞单元7的示例。密封盖17a的直立部17c朝向内侧装配到形成于第一活塞头部7c的端面的台阶部7f上。将密封盖保持件18a叠放于密封盖17a并且拧上螺栓19，使得密封盖17a被夹持在密封盖保持件18a和第一活塞头部7c (见图4)之间并结合为一体。如图15A和图15B所示，缸体21具有沿着开口部21a的边缘形成的凸缘21b，并且筒状主体部21c从凸缘21b延伸。第一活塞单元7的第一活塞头部7c和第二活塞单元8的第二活塞头部8c在筒状主体部21c和凸缘21b的内表面上滑动(见图1和图2)。两个通孔2Id形成在凸缘21b中。筒状主体部21c被插入主体壳体3的开口部20中(见图3)，并且凸缘21b与主体壳体3的侧面接触。在那时，通孔21d与第一壳体1的螺栓孔Id和第二壳体2的螺栓孔2d相连通。因此，通过将螺栓22旋拧入通孔21d和螺栓孔Id和2d(见图4)，将缸体21固定到主体壳体3上。在图15A和图15B中，多个螺栓孔21e形成在凸缘21b中。在将缸体头叠放到缸体21上并通过螺栓固定到缸体21时使用螺栓孔21e。在图IlA和图IlB中，开口部20a形成于第一壳体1的四个侧面的每一个侧面中。轴承保持部Ia形成于第一壳体1的轴向端部。第一轴承13a被装配到轴承保持部Ia(见图3)。开口部Ib形成于轴承保持部Ia的中央部。与第一平衡配重9 一体的轴4穿过由轴承保持部Ia保持的第一轴承13a，并经由开口部Ib从主体壳体3朝外突出(见图3)。螺栓孔Ic分别形成于第一壳体1的四个角部，螺栓3a(见图1)将被旋拧入螺栓孔lc。此外，螺栓孔Id形成于第一壳体1的四个侧面，螺栓22 (见图1)将被旋拧入螺栓孔Id。在图12A和图12B中，开口部20b形成于第二壳体的四个侧面的每一个侧面。轴承保持部加形成于第二壳体2的轴向端部。第二轴承1 被装配到轴承保持部2a(见图3)。开口部2b形成于轴承保持部加的中央部。与第二平衡配重10—体的轴部IOc穿过由轴承保持部加保持的第二轴承13b (见图幻。螺栓孔2c分别形成于第二壳体2的四个角部，螺栓3a(见图1)将在螺栓孔2c与第一壳体1的螺栓孔Ic 一致的状态下被旋拧入螺栓孔2c。此外，螺栓孔2d形成于第二壳体2的四个侧面，螺栓22(见图1)将被旋拧入螺栓孔2d。接下来将参照图4说明旋转式缸体装置的组装结构。将内侧轴承15a和15b安装到轴承保持部6c。将第一曲轴5装配到已安装了内侧轴承1 和1 状态下的第一筒状部6a的中央孔中(见图幻。将第一活塞单元7和第二活塞单元8分别与外侧轴承16a和1 装配在第二筒状部乩中，以形成十字交叉配置。分别将第一平衡配重9和第二平衡配重10装配到第一曲轴5的两个端部。将销Ila和lib装配在销孔恥中，并且旋拧螺栓1 和12b以使第一平衡配重9和第二平衡配重10与第一曲轴5结合为一体。将第一轴承13a装配于第一壳体1的轴承保持部la，并且将第二轴承Hb装配于第二壳体2的轴承保持部加。将轴4装配于第一轴承13a，将第二平衡配重10的轴部IOc装配于第二轴承13b，并且将第一壳体1和第二壳体2组合以形成主体壳体3。因此，第一曲轴5、第一平衡配重9、第二平衡配重10和复合活塞组件P (见图2)被容纳在主体壳体3中(见图1)。使螺栓孔Ic与螺栓孔2c —致，然后将螺栓3a旋拧入螺栓孔Ic和2c，使得主体壳体3 (见图1)能够被完全地组装。最后，将缸体21装配于分别形成在主体壳体3的四个侧面的开口部20(见图2和图幻中，然后将第一缸体头部 7c和第二缸体头部8c分别可滑动地装配到缸体21的开口部21a(见图2、，使得能够完成旋转式缸体装置。在上述旋转式缸体装置中，第一活塞单元7和第二活塞单元8绕着第二虚拟曲轴 1 和14b的第一旋转平衡、复合活塞组件P绕着第一曲轴5的第二旋转平衡以及第一曲轴 5和复合活塞组件P绕着轴4的第三旋转平衡一律仅由第一平衡配重9和第二平衡配重10 提供。通过该结构，即使安装到第二筒状部乩的第一活塞单元7和第二活塞单元8由于第一曲轴5绕着轴4的转动和复合活塞组件P绕着第一曲轴5的转动而沿着绕着轴4的圆 23 ( S卩，第二虚拟曲轴1 和14b的圆形轨迹)(见图5A)的径向直线地往复运动，第一活塞单元7和第二活塞单元8的由其直线往复运动造成的重心偏离也由提供的平衡修正，使得能够减小噪声。通过减小旋转振动，能够防止由活塞头的直线往复运动造成的机械损失，使得第一活塞单元7和第二活塞单元8的能量转换效率能够大于传统的往复式驱动机构的能量转换效率。此外，能够简化如阻尼器等防振机构。将参照图5A至图5L说明第一曲轴5以及第二虚拟曲轴Ha和14b绕着轴4的旋转运动和第一活塞单元7和第二活塞单元8的直线往复运动。在图5A至图5L中，圆23的中心0与轴4的轴线一致。第一曲轴5从中心0偏离。通过使第一曲轴5转动，第二虚拟曲轴1 和14b在不滑动的情况下被转动。第二曲轴1 和14b的数量等于活塞单元7和 8的数量。中心0(轴4)和第一曲轴5的轴线之间的距离r为第一虚拟曲臂和第二虚拟曲臂的臂长(转动半径)。第一曲轴5沿着半径等于第一虚拟曲臂的臂长r的圆形轨迹30绕着轴4(中心0)转动。第二虚拟曲轴1 和14b显然沿着半径等于第二虚拟曲臂的臂长r圆形轨迹(虚拟圆) 绕着第一曲轴5转动。因此，第一活塞单元7和第二活塞单元8能够沿着中心为中心0并且半径R等于虚拟圆M的直径2r的圆23的径向往复地运动。在本实施方式中，以十字交叉的形式装配有第一和第二活塞单元7和8的第二筒状部6b的轴线为第二虚拟曲轴Ha和14b。在图5A中，第二虚拟曲轴1 和14b以180度的相位差绕着第一曲轴5布置在半径为r的虚拟圆M上。第二虚拟曲轴1 位于圆23和直径Rl的交点(最低点)；第二虚拟曲轴14b位于圆23的中心0(轴4的轴线)。第一曲轴5与圆23的中心0相隔距离r。将说明使第一曲轴5沿逆时针方向绕着圆23的中心0转动的情况。注意，虚拟圆 M在不发生滑动的情况下沿着圆23在顺时针方向上转动。在图5A至图5L的各幅图中，第一曲轴5均改变了 30度。当第一曲轴5从图5A中示出的位置沿逆时针方向转动90度时，第一曲轴5移动到图5D中示出的位置。在该操作的同时，第二虚拟曲轴Ha沿着圆23的直径Rl运动到中心0，并且第二虚拟曲轴14b运动到与直径Rl垂直相交的直径R2与圆23的交点(最右侧的点)。当第一曲轴5从图5D中示出的位置沿逆时针方向再转动90度时，第一曲轴5运动到图5G中示出的位置。在该操作的同时，第二虚拟曲轴1 运动到圆23和直径Rl的交点(最高点)，并且第二虚拟曲轴14b运动到圆23的中心0。
当第一曲轴5从图5G中示出的位置沿逆时针方向再转动90度时，第一曲轴5运动到图5J中示出的位置。在该操作的同时，第二虚拟曲轴1 运动到圆23的中心0，并且第二虚拟曲轴14b运动到圆23和直径R2的交点(最左侧的点)。当第一曲轴5从图5J中示出的位置沿逆时针方向再转动90度时，第一曲轴5运动到图5A中示出的位置。在该操作的同时，第二虚拟曲轴1 运动到圆23和直径Rl的交点(最低点)，并且第二虚拟曲轴14b运动到圆23的中心0。通过使第一曲轴5绕着中心0(轴4)转动，第二虚拟曲轴1 沿着作为虚拟圆M的圆形轨迹的圆23的直径Rl往复地运动，并且第二虚拟曲轴14b沿着圆23的直径R2往复地运动。通过第一曲轴5沿着距离轴4 (中心0)具有半径r的圆形轨迹30进行的旋转运动以及第二虚拟曲轴Ha和14b沿着距离第一曲轴5具有半径r的圆形轨迹进行的旋转运动，使得装配在轴线与第二虚拟曲轴Ha相对应的第二筒状部6b上的第一活塞单元7沿着半径为2r并且中心与轴4的轴线对应的圆23的直径Rl反复地往复运动；使得装配在轴线与第二虚拟曲轴14b相对应的第二筒状部6b上的第二活塞单元8沿着半径为2r并且中心与轴4的轴线对应的圆23的直径R2反复地往复运动。例如，如图6A至图6C所示，利用螺栓孔21e (见图15A和图15B)分别面对着第一活塞头部7c和第二活塞头部8c将第一缸体头25和第二缸体头沈分别安装到其中分别容纳有第一活塞头部7c和第二活塞头部8c的缸体21中，从而形成缸体室27a、27b、27c和27d。流体出口 28和流体入口 29被设置到各个缸体室27a、27b、27c和27d。例如，通过利用马达等使轴4转动，使第一曲轴5和偏心筒状体6转动。偏心筒状体6绕着第一曲轴5转动，使得第一活塞单元7和第二活塞单元8沿着距离轴4的半径为r的圆23(见图5A)的径向直线地往复运动。在该操作的同时，流体经由流体入口四被吸入缸体室27a、27b、27c和27d,并且经由流体出口 28从缸体室27a、27b、27c和27d排出。因此，能够实现压缩机或者泵。将参照图19至图22说明轴4的旋转转动和第一活塞头部7c和第二活塞头部8c的直线往复运动。在图19中，轴4位于初始位置；在图20中，轴4从初始位置转过90度；在图21中，轴4从初始位置转过180度；在图22中，轴4从初始位置转过270度。在图19和图20中，第一活塞单元7向上运动，并且第二活塞单元8向右运动。流体被吸入缸体室27a和27c ；流体从缸体室27b和27d排出。在图20和图21中，第一活塞单元7向上运动，第二活塞单元8开始向左运动。流体从缸体室27b和27c排出；流体被吸入缸体室27a和27d。在图21和图22中，第一活塞单元7开始向下运动，第二活塞单元8向左运动。流体从缸体室27a和27c排出；流体被吸入缸体室27b和27d。注意，第一活塞头部7c和第二活塞头部8c不需要具有圆形的形状，例如它们可以具有多边形的形状。在使用组装在压缩机中的一部分活塞单元作为真空泵的情况下，该装置可以用作混合式泵。在该情况下，密封盖17a和17b被安装到用作压缩机的活塞头部，并且它们的直立部17c在滑动方向上向外延伸；密封盖17a和17b也被安装到用作真空泵的活塞头部，优选地，它们的直立部17c在滑动方向上向内延伸(见图18)。在流体为水或液体的情况下，可以省略密封盖17a和17b。在上述实施方式中，旋转式缸体装置具有两个活塞单元。活塞单元的数量可以为三个或者更多。例如，在装置具有三个活塞单元的情况下，三个第二虚拟曲轴以120度的角度间隔地绕着第一曲轴5布置在图5A中示出的虚拟圆M上。在其中一个活塞单元中，活塞头部可以省略。如果第二虚拟曲轴与一个活塞单元中的轴4的轴线对应，将产生旋转死点。然而，通过省略其中一个活塞单元的活塞头，可以避免在该一个活塞单元中产生旋转死点，使得旋转式缸体装置的旋转运动能够继续。在上述实施方式中，第一活塞头部7c和第二活塞头部8c被安装到偏心筒状体6 以在同一 X-Y平面内往复运动。在偏心筒状体被分成多个部分的情况下，多个活塞单元可以沿高度方向(Z轴方向)配置并且在不同的高度处十字交叉。在上述实施方式中，第一活塞单元7和第二活塞单元8十字交叉，但是它们的配置并不受到限制。例如，第一活塞单元7和第二活塞单元8可以以60度的相位差绕着第一曲轴5配置等。如图14A和图14B所示，活塞环几分别被设置到第一活塞头部7c和第二活塞头部Sc。该结构可以应用于内燃机。例如，如果进气阀、排气阀、喷油器(injector)、火花塞等被设置到通过将缸体头安装到缸体21而形成的各个缸体室，则该结构可以应用于发动机。在该情况下，第一活塞单元7和第二活塞单元8通过缸体室中的爆炸性燃烧的燃料而直线地往复运动，使得活塞单元的直线往复运动能够被转换并且被输出为偏心筒状体6和第一曲轴5 (复合活塞组件 P)绕着轴4的旋转运动。图23A是用于压缩机或液压旋转机的第一活塞单元7的缸体21的局部剖视图，图 2 是用于内燃机的第一活塞单元7的缸体21的局部剖视图。第二活塞单元8具有相同的结构，因此将省略说明。在图23A中，考虑到由机加工误差和温度变化引起的尺度变化，在缸体21的内表面21f和活塞头部7c的外周面7j及密封盖18a的外周面18d之间设计间隙G，以防止机械干涉。间隙G以使得密封盖17a的直立部17c在不咬合缸体21的内表面21f并保持密封特性的情况下可以滑动的方式被最小化。在图23B中，以将活塞环几设在活塞头部7c的环形槽7g中的方式在环形槽7g 和活塞环(密封构件) 之间形成间隙G。在使第一曲轴5和复合活塞组件P绕着轴4的第三旋转平衡平衡的情况下，活塞环几在缸体中沿径向的运动被限制，所以不能够很好地提供第三旋转平衡。因此，平衡设计的优选的误差范围是3%以下。如图6A所示，四个缸体头设置在2活塞/4缸体头的旋转式缸体装置中，所以一部分缸体头可以用于产生正压，而剩下的缸体头可以用于产生负压。此外，通过四个缸体头可以进行气体的多段压缩。在该情况下，活塞单元的冲程不能改变，所以即使在一个活塞单元中，也必须改变活塞和缸体的直径。优选地，由第一平衡配重9和第二平衡配重10提供了第一旋转平衡至第三旋转平衡。如上所述，通过使轴4旋转，第一曲轴绕着轴4转动并且偏心筒状体6绕着第一曲轴5转动，使得安装在轴线与第二虚拟曲轴1 和14b对应的第二筒状部6上的第一活塞单元7和第二活塞单元8沿着第二虚拟曲轴1 和14b的圆形轨迹(内摆线)在距离轴4具有半径r的圆23(见图5A)的径向上直线地往复运动。在该操作的同时，由第一平衡配重9和第二平衡配重10能够提供了与第一活塞单元7和第二活塞单元8绕着第二虚拟曲轴1 和14b (见图10B)有关的第一旋转平衡、与复合活塞组件P绕着第一曲轴5有关的第二旋转平衡以及与第一曲轴5和复合活塞组件P绕着轴4有关的第三旋转平衡。此外，由第一活塞单元7和第二活塞单元8的直线往复运动造成的重心偏离能够被修正，从而可以提供能够减小旋转振动和噪声的紧凑的旋转式缸体装置。通过减小由绕着轴4的旋转引起的旋转振动，能够减小机械损失并且提高能量转换效率。此外，能够简化例如阻尼器等防振机构。与传统的装置相比，能够减少用于构成曲轴和曲臂的元件的数量，从而能够实现简单的曲柄机构。如果失去了第一旋转平衡，则第二旋转平衡和第三旋转平衡也失去。特公昭63-24158号公报公开了一种能够为旋转构件提供平衡的内摆线旋转式缸体装置(见第6栏，第31-34行)。然而，在该专利公报中，仅提供了轴和曲轴的平衡。根本未公开能提供与曲轴相连的滑动件以及与该滑动件相连的包括活塞组件的可旋转构件的旋转平衡的技术思想。传统上，不存在修正由活塞单元的直线往复运动引起的重心偏离的技术思想，所以由重心偏离引起的振动用例如阻尼器等振动吸收机构来吸收。另一方面，在本发明的旋转式缸体装置中，包括轴4、第一曲轴5和第二虚拟曲轴1 和14b的可旋转构件能够以固定的转动速度相对于中心转动，由第一平衡配重9和第二平衡配重10提供第一旋转平衡至第三旋转平衡，使得总平衡被很好地保持。此外，能够修正由第一活塞单元7和第二活塞单元8的直线往复运动引起的重心偏离。因此，能够提供能抑制由绕着轴4的旋转运动和第一活塞单元7和第二活塞单元8的直线往复运动引起的旋转振动的内摆线旋转式缸体装置。将说明与本发明相关的46cc排量的压缩机的平衡性能和传统的类似的机构。注意，第一曲轴5绕着轴4的偏心重量为10g，安装到第一曲轴5的复合活塞组件P的偏心重量为210g (包括第一活塞单元7和第二活塞单元8、偏心筒状体6、内侧轴承1 和15b以及外侧轴承16a和16b)。在本发明中，由第一平衡配重9和第二平衡配重10提供第一旋转平衡至第三旋转平衡，使得能够以平衡220g偏心重量的方式进行绕着轴4的旋转运动。因此，能够减少机械损失，能够提高能量转换效率，并且能够减小噪声。另一方面，在特公昭63-24158号公报中，仅平衡了绕着轴转动的曲轴。曲轴(IOg)绕着轴的平衡被欠佳地(大约5%)提供。因此，旋转振动必然大，机械损失必然大，能量转换效率必然低。此外，由于强噪声，振动必须通过例如阻尼器等来吸收。 由于轴4与第一平衡配重9和第二平衡配重10中的至少一方形成为一体，所以能够减少部件的数量。此外，通过调整将轴4连接到第一曲轴5的第一虚拟曲臂的长度，可以在轴向上和在径向上绕着轴4紧凑地安装第一曲轴5。通过调整第一平衡配重9和第二平衡配重10的转动半径来调整第一虚拟曲臂的长度。 内侧轴承15a、15b和外侧轴承16a、16b分别由形成于第二筒状部乩的内外周面的轴承保持部6c和6d保持。第一曲轴5由内侧轴承1 和1 可旋转地保持，第一活塞单元7和第二活塞单元8由外侧轴承16a和16b可旋转地保持。因此，通过调整将第一曲轴5连接到第二虚拟曲轴1 和14b的第二虚拟曲臂的长度，能够在轴向上和在径向上绕着第一曲轴5紧凑地安装包括偏心筒状体6的复合活塞组件P。通过调整第二筒状部6b的转动半径来调整第二虚拟曲臂的长度。第一活塞头部7c和第二活塞头部8c分别安装到第一活塞单元7和第二活塞单元 8的前端部，并且分别面对着第一活塞头部7c和第二活塞头部8c且形成缸体室27a至27d 的缸体头25和沈被安装到主体壳体3。在旋转式缸体装置中，通过两个活塞单元的往复运动，流体被导入并且被排出缸体室27a至27d。因此，旋转式缸体装置可以应用到多种驱动机构，例如液压传动机、真空抽吸机、内燃机等。这里描述的所有示例和条件用语旨在帮助读者理解本发明以及发明人贡献的概念以促进技术的教示目的，并且作为不限于这些具体地描述的示例和条件来解释，也不限于说明书中涉及叙述本发明的优势和劣势的这些示例的组织结构。虽然已经详细地说明了本发明的实施方式，需要知道的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，由此可以做出各种变化、替代和变换。
权利要求
1.一种旋转式缸体装置，其能够对缸体中活塞的往复运动和轴的旋转运动进行相互转换，所述旋转式缸体装置包括第一曲轴，其被相对于所述轴的轴线偏心地设置，所述第一曲轴以距离所述轴具有半径r的第一虚拟曲臂绕着所述轴转动；复合活塞组件，其具有偏心筒状体，所述偏心筒状体由第一筒状部和第二筒状部构成，所述第一曲轴被同轴地装配到所述第一筒状部，所述第二筒状部的轴线被制成为相对于所述第一筒状部的轴线偏心的第二虚拟曲轴，并且所述第二筒状部与所述第一筒状部形成为一体并且所述第二筒状部分别位于所述第一筒状部的轴向两侧，在装配到一个所述第二筒状部的第一活塞单元与装配到另一个所述第二筒状部的第二活塞单元彼此交叉的状态下，所述复合活塞组件以具有半径r的第二虚拟曲臂绕着所述第一曲轴转动；第一平衡配重和第二平衡配重，其用于为绕着所述轴设置并且能够以固定的旋转速度旋转的可旋转构件之间提供旋转平衡，所述第一平衡配重和所述第二平衡配重分别设置到安装有所述复合活塞组件的所述第一曲轴的两个端部；和主体壳体，其以所述轴可旋转的方式保持所述轴，所述主体壳体以下述部件可旋转的方式容纳所述第一曲轴、绕着所述轴转动的所述第一平衡配重和所述第二平衡配重以及绕着所述第一曲轴转动的所述复合活塞组件，其中，在与所述第一活塞单元和所述第二活塞单元绕着所述第二虚拟曲轴有关的第一旋转质量平衡、与所述复合活塞组件绕着所述第一曲轴有关的第二旋转质量平衡以及与所述第一曲轴和所述复合活塞组件绕着所述轴有关的第三旋转质量平衡一律仅由安装到所述第一曲轴的两个端部的所述第一平衡配重和所述第二平衡配重提供的状态下，所述第一曲轴绕着所述轴转动，以及所述复合活塞组件绕着所述第一曲轴转动，因此，安装到所述第二筒状部的所述第一活塞单元和所述第二活塞单元在绕着所述轴相对转动的状态下在所述第二虚拟曲轴的半径为2r的圆形轨迹的径向上直线地往复运动。
2.根据权利要求1所述的旋转式缸体装置，其特征在于，在所述第一曲轴的两个端部分别形成有销孔，所述销孔的轴线与所述第一曲轴的轴线交叉，在所述第一平衡配重的轴部和所述第二平衡配重的轴部分别形成有轴向孔和销孔，所述第一平衡配重的所述销孔的轴线与所述第一平衡配重的轴线交叉，所述第二平衡配重的所述销孔的轴线与所述第二平衡配重的轴线交叉，和在所述第一曲轴的所述销孔与所述第一平衡配重的销孔和所述第二平衡配重的销孔相连通并且在相连通的销孔中以防止脱出的方式插入销的状态下，所述第一曲轴的两个端部分别装配于所述第一平衡配重的所述轴向孔和所述第二平衡配重的所述轴向孔，以将所述第一曲轴与所述第一平衡配重和所述第二平衡配重结合为一体。
3.根据权利要求1所述的旋转式缸体装置，其特征在于，所述第一平衡配重和所述第二平衡配重中的至少一方与所述轴形成为一体。
4.根据权利要求1所述的旋转式缸体装置，其特征在于，各个所述第二筒状部均具有轴承保持部，所述轴承保持部分别形成于所述第二筒状部的内周面和外周面，内侧轴承由形成于所述内周面的轴承保持部保持，外侧轴承由形成于所述外周面的轴承保持部保持，和所述第一曲轴以可旋转的方式由所述内侧轴承保持，所述第一活塞单元和所述第二活塞单元以可旋转的方式由所述外侧轴承保持。
全文摘要
公开了一种紧凑的旋转式缸体装置，其中，能够以匀速绕轴旋转的旋转部件在装置的轴向和径向上紧凑地安装，并且旋转部件绕多个曲轴的旋转运动以能够使活塞单元直线地往复运动的方式组合，并且通过抑制由于获得旋转部件的质量平衡而引起的旋转导致的振动而实现了噪音的降低。第一、第二和第三旋转平衡借助于第一和第二平衡配重(9，10)而被平衡。第一旋转平衡为第一和第二活塞单元(7，8)围绕第二虚拟曲轴(14a，14b)；第二旋转平衡为复合活塞组件(P)围绕第一曲轴(5)；第三旋转平衡为第一曲轴(5)和复合活塞组件(P)围绕轴(4)。在上述平衡状态的同时，第一曲轴(5)绕轴(4)旋转，并且复合活塞组件(P)绕第一曲轴(5)旋转，因此安装于第二筒状部(6b)的第一和第二活塞单元(7，8)沿着第二虚拟曲轴(14a，14b)的滚动圆(23)的径向以直线往复的方式移动，滚动圆以轴(4)为圆心并且具有半径2r。
文档编号F01B9/02GK102575521SQ20108004829
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月22日 优先权日2009年10月26日
发明者小松文人 申请人:有限会社K.R&D