双轮星旋式的流体机械、发动机、流体马达、压缩机及泵的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种双轮星旋式的流体机械装置、发动机、流体马达、压缩机及泵。上述双轮星旋式流体机械装置包括：相互嵌合的第一转动装置和第二转动装置，两者均包括：环形活塞空间，环绕主轴设置，其环形横截面与主轴的中心轴线垂直；多个滚柱行星活塞轮，在环形活塞空间内均匀设置，可沿该环形活塞空间滚动；流体进口和流体出口，沿垂直于第一主轴和第二主轴的方向相对设置，分别与两环形活塞空间的重合部分相连通；其中，第一转动装置和第二转动装置的主轴相互平行；环形活塞空间部分重合；第一转动装置和第二转动装置的多个滚柱行星活塞轮可相互啮合地通过两环形活塞空间的重合部分。由于本身为对称结构，因此本发明可以正向或反向旋转。
【专利说明】双轮星旋式的流体机械、发动机、流体马达、压缩机及泵
【技术领域】
[0001]本发明涉及流体机械【技术领域】，尤其涉及一种双轮星旋式的流体机械装置、发动机、流体马达、压缩机及泵。
【背景技术】
[0002]本发明的 申请人:于2010年6月10日提交了星旋式流体马达或发动机和压缩机及泵的专利申请(专利申请号:201010196950.8)。在上述专利申请中， 申请人:提出了一种星旋式转动装置。如图1A及IB所示，该星旋式转动装置包括:含圆筒空腔的缸体和由缸体两侧的缸体密封端盖支撑的主轴，中心太阳轮滚筒套设于主轴上；中心太阳轮滚筒的外圆筒面及缸体的内圆筒面构成环形活塞空间；环形活塞空间可通过第一组通孔与流体进/出口相连通，可通过第二组通孔与流体出/进口相连通；行星活塞轮以滚动方式置于环形活塞空间内，其伸出环形活塞空间外的两端通过连接件连接到主轴上；所述行星活塞轮为圆柱滚轮。该星旋式转动装置由于采用了圆环型液压(气压)缸，最大限度利用了机器外圆周空间，不仅半径大出力转矩大，流量大，而且出力恒定。
[0003]然而，上述的星旋式转动装置在用于发动机、流体马达、压缩机或泵时，其必须包括至少一将环形活塞空间隔离为两个容积可变工作空间的隔离机构。在该星旋式转动装置的一个工作周期内，该隔离机构至少要开/合一次。在工程实践过程中，具有上述隔离机构的星旋式转动装置出现了如下问题:
[0004](I)由于隔离机构的存在，造成星旋式转动装置只能单向旋转，从而限定某些需要流体机械双向转动的应用场景；
[0005](2)隔离 机构开/合的噪声大，从而该星旋式转动装置不能应用于对噪声具有严格限制的场景中，例如家用空调机；
[0006](3)在隔离机构要开/合阶段，其输出的扭矩存在一定的差距，从而该星旋式转动装置不能应用于输出扭矩平稳性具有严格限制的场合；
[0007](4)在隔离机构闭合时，其受到流体一定的冲击，相当多的能量损失在该冲击之上，从而导致星旋式转动装置的效率降低。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明提供了一种双轮星旋式的流体机械、发动机、流体马达、压缩机及泵，以实现星旋式转动装置的正向和反向旋转。
[0009]根据本发明的一个方面，提供了一种双轮星旋式流体机械装置，包括:第一转动装置，包括:第一环形活塞空间，环绕第一主轴设置，其环形横截面与第一主轴的中心轴线垂直^个滚柱行星活塞轮，在第一环形活塞空间内均匀设置，可沿该第一环形活塞空间滚动；第二转动装置，与第一转动装置相互嵌合，包括:第二环形活塞空间，环绕第二主轴设置，其环形横截面与第二主轴的中心轴线垂直；n2个滚柱行星活塞轮，在第二环形活塞空间内均匀设置，可沿该第二环形活塞空间滚动；第一环形活塞空间和第二环形活塞空间部分重合；流体进口和流体出口，沿垂直于第一主轴和第二主轴的方向相对设置，分别与两环形活塞空间的重合部分相连通；其中，第一主轴和第二主轴相互平行；第一转动装置和第二转动装置的滚柱行星活塞轮形状相同，并可相互啮合地通过两环形活塞空间的重合部分，A、N2均为大于等于3的整数。
[0010]根据本发明的另一个方面，还提供了一种包括上述双轮星旋式流体机械装置的发动机，其中，流体进口与燃烧室相连通，流体出口与废气排出口相连通。
[0011]根据本发明的再一个方面，还提供了一种包括上述双轮星旋式流体机械装置的流体马达，其中，流体进口与高压流体输出口相连通，流体出口与低压流体进口相连通。
[0012]根据本发明的又一个方面，还提供了 一种包括上述双轮星旋式流体机械装置的压缩机，其中，流体进口与低压流体进口相连通，流体出口与高压流体输出口相连通。
[0013]根据本发明的又一个方面，还提供了一种包括上述双轮星旋式流体机械装置的泵，其中，流体进口与低压流体进口相连通，流体出口与高压流体输出口相连通。
[0014]从上述技术方案可以看出，本发明双轮星旋式流体机械装置、发动机、流体马达、压缩机及泵具有以下有益效果:
[0015](I)由于本身为对称结构，因此本发明各种机械可以正向或反向旋转；
[0016](2)由另一转动装置的行星活塞轮代替旋阀片，从而避免了现有技术星旋式转动装置中旋阀片开/合过程的噪声；
[0017](3)多个行星活塞轮的啮合过程是连续地，没有严格的开/合阶段，从而保证了输出扭矩连续平稳；
[0018](4)避免了流体对旋阀片的冲击，减小了能量损失，从而提高了本发明各种机械的效率和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1A为现有技术星旋式转动装置的侧面断面示意图；
[0020]图1B为图1A所示星旋式转动装置的转动原理示意图；
[0021]图2A为根据本发明第一实施例双轮星旋式流体机械装置的侧面断面示意图；
[0022]图2B为图2A所示双轮星旋式流体机械装置的转动原理示意图；
[0023]图3A为图2A所示双轮星旋式流体机械装置中行星活塞轮固定法兰的示意图；
[0024]图3B为图2A所示双轮星旋式流体机械装置的装配示意图；
[0025]图4A为图2A所示双轮星旋式流体机械装置中转动装置的中心太阳轮与行星活塞轮的尺寸几何关系示意图；
[0026]图4B为图2A所示双轮星旋式流体机械装置中可变容积端面的尺寸几何关系示意图；
[0027]图5A为行星活塞轮个数为4时，双轮星旋式流体机械装置单啮合点状态的示意图；
[0028]图5B为行星活塞轮个数为4时，双轮星旋式流体机械装置双啮合点状态的示意图；
[0029]图6为根据本发明第二实施例双轮星旋式流体机械装置的侧面断面示意图；
[0030]图7为根据本发明第三实施例双轮星旋式流体机械装置的转动原理示意图；[0031]图8为根据本发明实施例发动机/流体马达/压缩机的工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。
[0033]并且，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，
仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
[0034]需要说明的是，本文着重对本发明双轮星旋式流体机械装置中转动装置和现有技术的星旋式转动装置的不同之处进行了说明。至于两者的相同之处，可以参照在【背景技术】中给出的专利申请(专利申请号:201010196950.8)，该文献的全部内容并入本发明作为参考。
[0035]对于附图1A和附图1B来说，其是引用2010年6月10日提交的星旋式流体马达或发动机和压缩机及泵的专利申请(专利申请号:201010196950.8)中的附图，其图中所标记的图号仅供参考，不纳入本发明使用。为方便本领域技术人员对本发明理解，首先将本发明所涉及主要元件进行编号说明，具体如下所示:
[0036]01-主动轴；02-主轴密封胶圈；
·[0037]03-主动轴前端盖；04_锁紧螺母；
[0038]05-主转动装置的行星活塞轮前固定法兰；
[0039]06-法兰密封环；07-键；
[0040]08-太阳轮轴承 09-缸体；
[0041]10-太阳轮；11-主转动装置的行星活塞轮后固定法兰；
[0042]12-太阳轮密封环13-主动轴后端盖；
[0043]14-主轴轴承； 15-从动轴；
[0044]16-从动轴后端盖；17-后缸盖；
[0045]18-从转动装置的行星活塞轮后固定法兰；
[0046]19-两端支点梁式行星活塞轮轴；20_行星活塞轮轴承；
[0047]21-行星活塞轮；22-轴套；
[0048]23-锁紧螺帽； 24-滑块；
[0049]25-前缸盖；26-从动轴前端盖；
[0050]27-从转动装置的行星活塞轮前固定法兰；
[0051]28-从转动装置的行星活塞轮固定法兰盘；
[0052]29-锁紧螺帽；
[0053]30-主转动装置的行星活塞轮固定法兰盘；
[0054]31-悬臂梁式行星活塞轮轴；
[0055]100-流体进口 ； 200-流体出口。[0056]本发明提出了一种双轮星旋式流体机械装置。该双轮星旋式流体机械装置基于两台相互嵌合的转动装置。该转动装置包括:环形活塞空间，环绕主轴设置，其环形横截面与主轴的中心轴线垂直；N个滚柱行星活塞轮，在环形活塞空间内均匀设置，沿环形活塞空间内运动，其中N大于等于3。本领域技术人员应当清楚，对于该转动装置的环形活塞空间，其内外径之差应当恰好等于行星活塞轮的直径。
[0057]基于上述转动装置，本发明双轮星旋式流体机械装置包括:第一转动装置、第二转动装置、流体进口和流体出口。第一转动装置位于双轮星旋式流体机械装置的左侧，包括:第一环形活塞空间，环绕第一主轴设置，其环形横截面与第一主轴的中心轴线垂直A1个滚柱行星活塞轮，在第一环形活塞空间内均匀设置，可沿该第一环形活塞空间滚动，其中N1 ^ 3。第二转动装置位于双轮星旋式流体机械装置的右侧，包括:第二环形活塞空间，环绕第二主轴设置，其环形横截面与第二主轴的中心轴线垂直；N2个滚柱行星活塞轮，在第二环形活塞空间内均匀设置，可沿该第二环形活塞空间滚动，其中N2 >3。其中，第一主轴和第二主轴相互平行；第一环形活塞空间和第二环形活塞空间部分重合；第一转动装置和第二转动装置的滚柱行星活塞轮形状相同，并可相互啮合地通过两环形活塞空间的重合部分。流体进口和流体出口，沿垂直于所述第一主轴和第二主轴的方向相对设置，分别与两环形活塞空间的重合部分相连通。其中，第一转动装置和第二转动装置中的至少一个转动装置中，其滚柱行星活塞轮伸出环形活塞空间外的部分通过连接件连接到主轴上，与主轴联动。其中，第一转动装置和第二转动装置中，滚柱行星活塞轮的数量可以相同，也可以不同。
[0058]下文以第一转动装置和第二转动装置结构对称，且由第二转动装置输入/输出扭矩的双轮星旋式流体机械装置为例对本发明进行详细说明。图2A为根据本发明第一实施例双轮星旋式流体机械装置的侧面断面示意图；图2B为图2A所示双轮星旋式流体机械装置的转动原理示意图。
[0059]对于由一侧转 动装置的主轴输入或输出扭矩的情况，定义输入或输出扭矩的主轴对应的转动装置为主转动装置，如图2A中右侧的转动装置；另一转动装置为从转动装置，如图2A中左侧的转动装置。
[0060]请参照图2A，对于右侧的主转动装置，后缸盖和前缸盖分别固定于主转动装置缸体09的后端和前端。主动轴后端盖13和主动轴前端盖03分别固定于后缸盖和前缸盖的外侧，支撑主动轴01。中心太阳轮10套住主动轴01旋转安装，中心太阳轮外圆面与缸体内圆面之间形成第二环形活塞空间，该第二环形活塞空间的两侧由前缸盖和后缸盖密封。6个行星活塞轮设置于该第二环形活塞空间内，沿该第二环形活塞空间滚动。
[0061]请参照图2A，对于左侧的从转动装置，后缸盖17和前缸盖25分别固定于从转动装置缸体的后端和前端。从动轴后端盖16和从动轴前端盖26分别固定于后缸盖17和前缸盖25的外侧，支撑从动轴15。中心太阳轮套住从动轴15旋转安装，中心太阳轮外圆面与缸体内圆面之间形成第一环形活塞空间，该第一环形活塞空间的两侧由前缸盖和后缸盖密封。6个行星活塞轮(如:21)设置于该第一环形活塞空间内，固定于至少一侧的行星活塞轮固定法兰，沿该第一环形活塞空间滚动。
[0062]如常见的旋转机构那样，如图2A所示，本双轮星旋式流体机械装置有太阳轮轴承
08、主轴轴承14和行星活塞轮轴承20等支持旋转运动的部件。为了实现环形活塞空间的密封，在相应的位置设置有主轴密封胶圈02、法兰密封环06、太阳轮密封环12等流体机械密封部件。为了减小行星活塞轮与环形活塞空间的摩擦，在行星活塞轮与环形活塞空间接触的部分设置轴套22。
[0063]为了实现两转动装置环形活塞空间重合部的精确设置，主转动装置和从转动装置的缸体优选为一体成型。当然，本领域技术人员应当清楚，在保证精度的前提下，两者的缸体也可以分别成型。
[0064]无论是主转动装置还是从转动装置，行星活塞轮在环形活塞空间内的位置是有严格限制的，而对行星活塞轮位置的限定是通过至少一个行星活塞轮固定法兰实现的。
[0065]请参照图3A，图3A为图2A所示双轮星旋式流体机械装置中行星活塞轮固定法兰的示意图。该行星活塞轮固定法兰整体上呈具有一定厚度的齿轮状。该齿轮状行星活塞轮固定法兰包括:中间的旋转部和四周的齿牙部。该旋转部中心设置供主轴穿过的孔。
[0066]该齿牙部包括个数与星旋式转动装置中行星活塞轮的个数相同的多个齿牙。每一齿牙的横截面至少包括与行星活塞轮端面相匹配的圆形部分，该圆形部分的圆心上设置供行星活塞轮的芯轴插入的圆孔。优选地，如图3A所示，该齿牙的横截面形状还包括:其两侧的，在对应行星活塞轮与另一转动装置的行星活塞轮相啮合时，两相互啮合的行星活塞轮之间位于中心太阳轮外侧的空隙部分确定部分的对应部分，从而减小了容积不变区。
[0067]图3B为图2A所示双轮星旋式流体机械装置的装配示意图。如图3B所示,行星活塞轮的支持芯轴为两端对称支点构造，可以均匀地承受载荷，以保证行星活塞轮滚动运行时与缸体、太阳轮的圆筒面有足够的密封精度与寿命。行星活塞轮的支持芯轴的两端对称支点设在其两侧对称安装的行星活塞轮固定法兰上。由于主转动装置和从转动装置中行星活塞轮相互啮合的通过两环形活塞空间的重合部分，因此，对于主转动装置和从转动装置中位于同一侧的两行星活塞轮固定法兰，其旋转轴相互平行，其齿牙部同样相互啮合地进行转动。
[0068]采用该种行星活塞轮固定方式后，实际上在两转动装置的相应行星活塞轮固定法兰构成了齿轮泵(马达)。由于在转子的中部为多个行星活塞轮的滚动支持，因此，行星活塞轮固定法兰与缸体的接触面间隙经过初始跑合后，以行星活塞轮的无磨擦滚动支持为定位基准，间隙稳定下来不再扩大，实现了有支撑定位基准的磨擦境界面临界滑动状态，这是一个相对运动面之间隙为最小、无接触、无磨擦、无磨损的理想的滑动密封构造。从精密工学的原理出发，优先采用此种平衡对称的构造。
[0069]对于如图2A和图2B所示的双轮星旋式流体机械装置而言，要保证其顺利运转，两行星活塞轮转动装置的结构参数需要满足预设的条件。以下将针对两行星活塞轮转动装置的结构参数进行说明。
[0070]图4A为图2A所示双轮星旋式流体机械装置中转动装置的中心太阳轮与行星活塞轮的尺寸几何关系示意图。如图4A所示，转动装置的各参数如下:
[0071]D-环形活塞空间外径；
[0072]Φ-环形活塞空间内径；
[0073]r-行星活塞轮半径；
[0074]R-行星活塞轮中心分度圆半径；
[0075]Θ -行星活塞轮分度半角；
[0076]N-行星活塞轮数量。[0077]如图4A所示，要保证第一转动装置和第二转动装置的滚柱行星活塞轮相互啮合，需要保证以下条件:
[0078]
【权利要求】
1.一种双轮星旋式流体机械装置，其特征在于，包括: 第一转动装置，包括:第一环形活塞空间，环绕第一主轴设置，其环形横截面与第一主轴的中心轴线垂直A1个滚柱行星活塞轮，在第一环形活塞空间内均匀设置，可沿该第一环形活塞空间滚动； 第二转动装置，与所述第一转动装置相互嵌合，包括:第二环形活塞空间，环绕第二主轴设置，其环形横截面与第二主轴的中心轴线垂直；n2个滚柱行星活塞轮，在第二环形活塞空间内均匀设置，可沿该第二环形活塞空间滚动；所述第一环形活塞空间和第二环形活塞空间部分重合； 流体进口和流体出口，沿垂直于所述第一主轴和第二主轴的方向相对设置，分别与两环形活塞空间的重合部分相连通； 其中，所述第一主轴和第二主轴相互平行；第一转动装置和第二转动装置的滚柱行星活塞轮形状相同，并可相互啮合地通过第一环形活塞空间和第二环形活塞空间的重合部分，所述N1、N2均为大于等于3的整数。
2.根据权利要求1所述的双轮星旋式流体机械装置，其特征在于，所述第一转动装置和第二转动装置为满足以下条件的转动装置:
3.根据权利要求2所述的双轮星旋式流体机械装置，其特征在于，所述N为大于等于5的整数。
4.根据权利要求2所述的双轮星旋式流体机械装置，其特征在于，所述N1>N2。
5.根据权利要求1所述的双轮星旋式流体机械装置，其特征在于，所述第一转动装置和第二转动装置均包括: 缸体； 后缸盖和前缸盖，分别固定于所述缸体的后端和前端； 主轴后端盖和主轴前端盖，分别固定于所述后缸盖和前缸盖的外侧，支撑主轴； 中心太阳轮，套住主轴旋转安装，中心太阳轮外圆面与缸体内圆面之间形成环形活塞空间，该环形活塞空间的两侧由所述前缸盖和后缸盖密封，行星活塞轮在该环形活塞空间内均匀设置。
6.根据权利要求5所述的双轮星旋式流体机械装置，其特征在于，滚柱行星活塞轮通过两端的行星活塞轮固定法兰固定于主轴上， 所述行星活塞轮固定法兰呈具有一定厚度的齿轮状，包括:旋转部，位于所述行星活塞轮固定法兰的中间，其中心设置供主轴穿过的孔；齿牙部，包括均匀设置于所述旋转部的外围四周的与各行星活塞轮对应的多个齿牙，每一齿牙中心设置供行星活塞轮芯轴插入的孔。
7.根据权利要求6所述的双轮星旋式流体机械装置，其特征在于，所述齿牙的横截面至少包括与行星活塞轮端面相匹配的圆形部分。
8.根据权利要求7所述的双轮星旋式流体机械装置，其特征在于，齿牙的横截面形状还包括:其两侧的，在两行星活塞轮相啮合时，该两行星活塞轮之间位于中心太阳轮外侧的空隙部分对应的形状。
9.根据权利要求5所述的双轮星旋式流体机械装置，其特征在于: 所述第一转动装置中，滚柱行星活塞轮通过位于前端和后端其中之一的行星活塞轮固定法兰固定于主轴上； 所述第二转动装置中，滚柱行星活塞轮通过位于前端和后端其中另一的行星活塞轮固定法兰固定于主轴上； 所述第一转动装置和所述第二转动装置中，滚柱行星活塞轮与行星活塞轮固定法兰相对的另一端为悬空端。
10.根据权利要求9所述的双轮星旋式流体机械装置，其特征在于，所述行星活塞轮的悬空端通过固定于其上的圆形滑块抵接于相应的前缸盖或后缸盖上。
11.根据权利要求5所述的双轮星旋式流体机械装置，其特征在于，还包括: 容积填充块，位于滚柱行星活塞轮的两侧，固定于至少一端的行星活塞轮固定法兰上，填充于在两行星活塞轮相啮合时，该两行星活塞轮之间位于中心太阳轮外侧的空隙部分。`
12.根据权利要求1至14中任一项所述的双轮星旋式流体机械装置，其特征在于，通过所述第一主轴或第二主轴至少其中之一来输入或输出扭矩。
13.根据权利要求1至14中任一项所述的双轮星旋式流体机械装置，其特征在于: 当应用于发动机时，所述流体进口与燃烧室相连通，所述流体出口与废气排出口相连通； 当应用于流体马达时，所述流体进口与高压流体进口相连通，所述流体出口与低压流体排出口相连通； 当应用于压缩机时，所述流体进口与低压流体进口相连通，所述流体出口与高压流体输出口相连通；或 当应用于泵时，所述流体进口与低压流体进口相连通，所述流体出口与高压流体输出口相连通。
14.一种包括权利要求1至12中任一项所述的双轮星旋式流体机械装置的发动机，其特征在于: 所述流体进口与燃烧室相连通，所述流体出口与废气排出口相连通。
15.一种包括权利要求1至12中任一项所述的双轮星旋式流体机械装置的流体马达，其特征在于: 所述流体进口与高压流体输出口相连通，所述流体出口与低压流体进口相连通。
16.一种包括权利要求1至12中任一项所述的双轮星旋式流体机械装置的压缩机，其特征在于: 所述流体进口与低压流体进口相连通，所述流体出口与高压流体输出口相连通。
17.—种包括权利要求1至12中任一项所述的双轮星旋式流体机械装置的泵，其特征在于:所述流体进口与 低压流体进口相连通，所述流体出口与高压流体输出口相连通。
【文档编号】F04C2/12GK103790637SQ201210429595
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2012年10月31日
【发明者】姚其槐, 姚镇 申请人:北京星旋世纪科技有限公司