位移滑片式轉子發動機的製作方法
2023-05-28 18:06:16 3
專利名稱：位移滑片式轉子發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種位移滑片式轉子發動機，尤其涉及一種安裝有滑片的轉子在定子 腔內無偏心轉動，構成化學能轉化為機械內的多缸大功率內燃機。
二
背景技術：
在現有的轉子發動機中，汪克爾型三角活塞發動機是現有技術中發展較成熟的轉 子發動機，由日本馬自達公司引進並研發數十年之久，不過由於其特有的結構特徵使其有 幾大缺陷是不可避免的。一、三角轉子在轉動時是偏心的使其在工作時產生的震動很大。
二、三角轉子發動機的扭矩很低，使其不能應用在重型車輛上。三、三角轉子發動機的燃燒 室形狀是一個狹長的空間，使其燃燒效率沒有活塞式發動機高。四、因其特有的結構使其壓 縮比較低，無法使用柴油動力。五、三角轉子及其定子腔的形狀使該發動機的加工成本與維 修成本較高。
三
發明內容
為了製造出一種成本低廉，部件極少，功率重量比超大的發動機。本發明採用全 新的設計理念，一、考慮到發動機在工作時無震動，本發明採用轉子與定子組合形式，且轉 子在定子內是無偏心轉動的。二、考慮到轉子的無偏心轉動可以實現轉子與定子腔間隔出 汽缸，其功率重量比要比三角轉子發動機大，則需要在一個小體積的空間內設置多個汽缸， 本發明採用了可上下位移的滑片式，即在圓盤狀轉子上設置滑片槽，並豎直插入多個滑片 構成多個汽缸，在圓盤轉子的兩面都間隔出汽缸，當在轉子上插入6個葉片時，本發明共有 12個汽缸，當在轉子上插入8個葉片時，本發明共有16個汽缸，其汽缸數是滑片數的兩倍。
三、考慮到滑片的長度不變，而轉子無偏心轉動要使汽缸容積發生周期性變化，本發明的原 理是將定子內腔的上下兩個端面的圓周展開形狀設為兩個波長的簡諧波狀，將滑片置於上 下兩個簡諧波中間，且滑片的長度與兩個簡諧波距離相等，此時當滑片左右移動時，其在上 下兩個簡諧波阻擋的作用下上下位移，當將轉子設置成圓盤狀，並置於上下簡諧波之間，即 在轉動時實現它們間隔出的汽缸容積發生周期形變化。由該原理構成的本發明有2種方 案，1、是轉子設計成圓盤狀，在轉子上設置滑片槽，定子腔上下兩個端面設計成兩波長的簡 諧波狀，之後在轉子上插入滑片即可。2、是將轉子與定子換位，將1方案中的轉子固定，變 為定子，再將1方案中的定子上下兩個端面變為上下轉子構件與輸出軸固定，之後在定子 上設置可上下位移的滑片，當轉子轉動時滑片僅上下位移，不發生旋轉，同樣可實現本原理 構成發動機。本發明顯著的有益效果是。1整機部件極少，結構簡單，部件僅有轉子、定子、滑片三種類型使其加工成本較 低，適合推廣。2.轉子在定子內部做無偏心的轉動，使本發明幾乎無震動。3.本發明無需設置氣體閥門機構，其換氣方式是自吸氣自排氣式。
4.本發明的汽缸形狀是立方體形狀，該種形狀有利於氣體的燃燒。5.本發明在一個小體積空間內容納了 16個汽缸，其功率重量比超大。6.本發明根據相同原理有兩種結構，該兩種結構各有優勢，第1種優勢在於其結 構簡單，換氣容易，加工與維修容易。第2種在於當轉子轉動時，滑片僅上下位移不轉動，使 其密封性能好。7.本發明火花塞無需設置打火電路，只需使其處於高熱狀態，溫度大於燃料燃點 即可，燃料在壓縮時不接觸火花塞，在壓縮到最大程度才接觸火花塞使本發動機的點火時 間精確從根本上解決早燃或晚燃等問題。8.本發明壓縮比高，可使用壓燃動力，因其結構簡單，無齒輪，無曲軸，結構堅固， 所以可以承受爆震威力，當需要本發明利用爆震能量做功時，本發明可改為爆震能量的發 動機。9.本發明採用轉子在定子內無偏心轉動實現能量轉化，其摩擦阻力較小，能量損 耗少。10.定子組成簡單，所以本發明冷卻容易，可直接在定子構件上設置水道或散熱 片，來構成水冷或風冷散熱。
四
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1第1套方案外觀示意2第1套方案轉子及滑片示意3第1套方案定子殼體示意4第1套方案轉子與定子安裝5第1套方案汽缸每個行程示意6兩套方案的工作原理7兩套方案的汽缸數量8第2套方案轉子示意9第2套方案殼體示意10第2套方案組裝11第2套方案汽缸每個行程示意中1.輸出軸2.滑片3a.定子上殼體3b.定子下殼體4.殼體螺栓5.殼體螺 栓孔6.火花塞7.火花塞孔8.推力軸承9.進氣口 10.排氣口 11.圓盤轉子12.滑片槽 13.輸出軸孔14.殼體端面15.殼體內圓柱16.輸出軸上外花鍵17.輸出軸下外花鍵18a. 上轉子構件18b.下轉子構件19.上轉子內花鍵20.下轉子內花鍵21.熱火頭孔22.轉子 內圓柱23.轉子內端面24.轉子進氣口 25.轉子排氣口 26.殼體上蓋27.上殼體28.中間 殼體29.下殼體30.殼體下蓋
五
具體實施例方式1.本發明第1套方案結構如圖1所示為第1套方案發動機外觀示意圖，從圖中可以了解到本發明的發動機形狀是一個圓柱狀，輸出軸(1)從圓柱的上下兩個頂面中心點位置探出，用於連接負載設 備。發動機的定子是由上下兩個殼體(3)對置拼合組成，由一圈多個殼體螺栓固定。在圓 柱上下兩個端面上，安裝有以輸出軸為軸線相差90度的上下兩個火花塞及相差90度的上 下兩對氣口。如圖2所示為本發明第1套方案的轉子及滑片示意圖，圖中在輸出軸⑴上固定 套有圓盤轉子(11)，也可視為將輸出軸(1)與圓盤轉子(11)設置成一整體。在圓盤轉子上 設置有一圈多個滑片槽(12)，該滑片槽的數量可以是6個也可以是8個或更多，其作用是將 滑片(2)插入，並使滑片(2)可在槽內密封的上下位移。如圖3所示為本發明第1套方案的定子殼體示意圖，本發明的定子由定子上殼體 (3a)與定子下殼體(3b)對置組合而成。在定子殼體的邊緣設置有一圈多個殼體螺栓孔 (5)，在其內部插入殼體螺栓(4)將定子進行固定。在定子殼體端面的一側設置有火花塞孔 (7)，在端面的另一側設置有兩個氣口，其中一個為進氣口(9)另一個為排氣口(10)，需要 注意的是，本發明的上下兩個殼體上都設置有火花塞孔及換氣口，但在上下殼體上他們是 以輸出軸為軸線相差90度角設置的，並且本發明中進氣口與排氣口是較長的弧形狀，他們 的弧度相加約為180度，火花塞孔與兩氣口交界處對置180度放置。另外定子殼體的內腔 端面(14)並非平面，其端面圓周展開圖剛好是兩個波長的簡諧波狀，上下兩個定子內腔端 面並非一致，而是以輸出軸為軸線相差90度角放置，在定子內腔的端面中心位置設置有殼 體內圓柱(15)，在其內部設置有推力軸承⑶及輸出軸孔(13)。如圖4所示為本發明第1套方案的組裝示意圖，圖中將圓盤轉子放置在上下兩個 對置的殼體中間。在圓盤轉子上插入多個滑片，當將定子的上下殼體(3a) (3b)對置組合 後，定子內部的上下兩個殼體內圓柱(15)的端面剛好與圓盤轉子兩側端面密封接觸。定子 上下殼體邊緣的面也剛好壓在轉子的邊緣上，使轉子將定子分隔成上下兩個密封的空腔。 在轉子上插入滑片(2)，如將定子內腔的上下端面圓周展開，其形狀剛好是上下兩條相對平 行的簡諧波狀曲線。滑片的長度與上下兩個簡諧波的距離相匹配，滑片的寬度等於定子內 腔半徑減去殼體內圓柱半徑，當將轉子插入有8個滑片時，滑片(2)與轉子(11)及上下殼 體(3)共間隔出16個封閉的空間，該16個空間即為本發明的汽缸。如圖5所示為本發明第1套方案的汽缸行程示意圖，其中以汽缸A為例，假設汽缸 A處於起始的0度為位置，此時該汽缸剛處於排氣結束階段，當轉子轉動到90度時，汽缸A 實現吸氣過程，當轉子轉動到180度時，汽缸A實現壓縮過程，當轉子轉動到270度時，汽缸 A實現膨脹過程，當汽缸A轉動到360度時，汽缸A實現排氣過程，以上過程即本發明中汽缸 A的循環過程。如圖6所示為本發動機工作原理圖，圖中上下兩個圖形(3)就是本發明的定子，中 間一個長條狀圖形(1)就是本發明的轉子，在轉子上插入的豎條狀圖形(2)就是本發明的 滑片。其原理如下，由上下兩個定子內腔的端面組成兩個相對平行的簡諧波狀曲線，將轉 子及滑片放在其中使定子腔內隔出多個空間。當轉子在定子腔內轉動時，就好比本圖中的 (1)在(3)內左右移動，滑片(2)被轉子帶動的同時上下位移，並且將汽缸內的氣體向前推 動，汽缸的容積在殼體端面的作用下變大或變小。因為本發明設置有兩個波長的簡諧波狀 端面，所以其汽缸的容積大小變化兩次，完成四個衝程，構成發動機原理。如圖7所示為本發明的轉子與定子構成汽缸數量圖，圖中在圓盤轉子上插入了 8個滑片，由8個滑片將轉子間隔出8個區域，因為轉子設置有兩個面，所以本發明中如設置 有6個滑片，則本發動機為12缸發動機，如設置有8個滑片則本發動機設置有16個汽缸， 即本發明汽缸數是滑片數量的2倍。2.本發明第2套方案結構如圖8所示為本發明第2套方案的轉子示意圖，本發明的第2套方案將原有轉子 改為定子，將原有的定子改為轉子。轉子由上轉子構件(18a)與下轉子構件(19a)及輸出 軸構件(1)構成。在上下轉子構件(18)的轉子內圓柱(22)內設置有用於輸出軸穿過的 孔，孔內設置有上下轉子內花鍵(19) (20)，其與輸出軸上的上下外花鍵(16) (17)相匹配， 使輸出軸(1)可插入上下轉子構件(18)內並固定。在上下轉子構件上還設置有熱火頭孔 (21)，轉子進氣口(24)及轉子排氣口(25)。該兩個氣口在轉子內側端面是並列放置的，而 在轉子外側端面是內圈與外圈放置的，其目的是當將轉子總成安裝定子內時在定子上設置 內圈與外圈氣道方便氣體傳輸。另外當應用第2套方案時，本發明的點火方式則改為壓燃 方式，因為是在轉動的轉子上設置熱火頭，所以熱火頭無法連接外部供電設備，所以熱火頭 選用熱延時鎢絲構成，其可吸收前一次做功所釋放的熱量來點燃下一次壓縮後的氣體。如圖9所示為第2套方案的定子殼體示意圖，本發明的第2套方案的定子是由多 個殼體構件並列排置，並由螺栓(4)插入定子邊緣的殼體螺栓孔(5)內進行固定。其殼體 構件分別為殼體上蓋(26)、上殼體(27)、中間殼體(28)、下殼體(29)、殼體下蓋(30)。在殼 體的上下蓋外側端面都設置有進氣口(9)排氣口(10)，在殼體上下蓋內側端面，設置有兩 圈氣道，兩圈氣道分別連接另一面的兩個氣口(9) (10)。在中間殼體上設置有滑片槽(12)， 滑片槽內安裝本發明的滑片(2)。如圖10所示為本發明第2套方案的組裝圖，圖中將轉子總成放在殼體上蓋(26) 與殼體下蓋(30)之間，放置在上殼體(27)、中間殼體(28)、下殼體(29)內側。因本發明在 殼體上下蓋的內側端面設置有內外圈氣道，又因為轉子的上下轉子構件的外端面設置有內 外圈氣口，所以當發動機組裝後氣體可通過該種設置進出汽缸。如圖11所示為本發明第2套方案的汽缸行程示意圖。由轉子上腔內的正前方的 汽缸A來說明本發動機的運行原理。假設輸出軸當前度數為0度，汽缸A處於體積最小狀 態，當輸出軸轉動到90度時，汽缸A體積變為最大，實現進氣衝程。當輸出軸轉動到180度 時，汽缸A體積變為最小，實現壓縮衝程。此時壓縮氣體被點燃並推動汽缸繼續轉動，當輸 出軸轉動到270度時，汽缸A體積變為最大，完成膨脹過程。當輸出軸轉動到360度時，汽 缸A體積再次變為最小，將廢氣排出。以上過程即為本發明的四衝程原理。另外本發明不但可以作為發動機來使用，當將火花塞去掉，再將氣口數量在原有 的基礎上增加一倍，或將定子內腔端面展開圖僅設置成一個波長的簡諧波狀時，本發明也 可做為泵或氣液動馬達來使用。
權利要求
一種位移滑片式轉子發動機，由轉子與定子兩部分組成，其原理為將定子內腔上下端面的圓周展開圖設計成兩個波長的簡諧波狀，將一個圓盤轉子置於其間，當在圓盤轉子上豎直插入多個滑片時，滑片與圓盤轉子在定子腔內間隔出多個空間，當圓盤轉子轉動時，滑片在轉動的同時上下位移使多個空間容積發生周期性變化，實現四衝程原理，構成兩種不同結構的發動機。
2.根據權利要求1所述，其特徵在於本發明將定子腔內上下兩個端面的圓周展開圖設 計成兩個波長的簡諧波狀，且上下兩個簡諧波的曲線是相對平行的；再在兩個端面間加入 一個圓盤，在圓盤一圈豎直插入多個可上下滑動的滑片，滑片的長度與兩個端面的間距相 匹配；當圓盤轉動時滑片在端面的作用下上下移動使間隔出的汽缸容積發生周期性變化， 構成四衝程原理。
3.根據權利要求1、2所述，其特徵在於本發明可根據以上原理設計成兩種結構；結構1 為將定子腔內的圓盤構件設置成轉子，將圓周展開後成為兩個波長的簡諧波狀端面設置成 定子，再將長度與兩端面距離相匹配的多個滑片插入在圓盤上構成第1套方案的發動機； 結構2為將圓周展開後成為兩個波長的簡諧波狀端面設置成上下兩個轉子構件，將其中間 圓盤固定成定子，在將多個滑片插入在圓盤上構成第2套方案的發動機。
4.根據權利要求3所述，其特徵在於本發明第1套方案轉子是一個圓盤狀，其是由輸出 軸插入在圓盤構件內構成或直接加工成一個整件；在圓盤的一圈設置有上下通透的多個滑 片槽；再將長度與定子兩端面距離相匹配多個滑片插入在滑片槽內構成轉子總成。
5.根據權利要求3所述，其特徵在於本發明第1套方案定子是由上下兩個殼體構件構 成；定子的內腔上下兩個端面並非平面，其端面的圓周展開圖形是一條兩個波長的簡諧波 狀曲線；在定子內端面的中心位置設置有殼體內圓柱，圓柱內設置輸出軸孔及輸出軸推力 軸承。
6.根據權利要求3所述，其特徵在於本發明第1套方案的換氣方式為在定子腔端面上 設置兩個弧形的氣口，一個為進氣口，一個為排氣口 ；且兩個氣口弧度總和為180度；第1 套方案的點火方式為在定子腔端面上與兩個氣口交界處對置180度的位置設置有火花塞， 火花塞可持續打火或持續紅熱，溫度高於燃料燃點，無需設置打火電路。
7.根據權利要求3所述，其特徵在於本發明第2套方案的轉子總成是由輸出軸插入 在上轉子構件與下轉子構件中構成；上下轉子構件內端面形狀與第1套方案的定子腔端面 形狀相同；在上下轉子構件的外端面上分別設置有內圈與外圈氣口，氣口成弧形，總弧長為 180 度。
8.根據權利要求3所述，其特徵在於本發明第2套方案的定子是由殼體上蓋、上殼體、 中間殼體、下殼體、殼體下蓋並列排置，用螺栓進行固定；在殼體上下蓋的內端面設置有內 外圈氣道，用於連接轉子外端面的進排氣口 ；在中間殼體上的設置有一圈多個上下通透的 滑片槽，在槽內安裝長度與上下轉子內端面距離相匹配的滑片。
9.根據權利要求3所述，其特徵在於本發明第2套方案的換氣方式為在上下轉子構件 外端面設置內圈與外圈氣口，在殼體上下蓋的內端面設置內外圈氣道，在外側設置氣口與 氣道連接，組裝後轉子上的氣口即可通過氣道與殼體上的氣口連接；第2套方案的點火方 式為壓燃式，其是在轉子構件上設置熱火頭孔與熱火頭，利用前一次燃燒餘熱來點燃下一 次壓縮氣體。
10.根據權利要求1所述，其特徵在於本發明不但可以作為發動機來使用，當將火花塞 去掉，再將氣口數量在原有的基礎上增加一倍，或定子內腔端面展開圖改為一個波長簡諧 波狀時，本發明也可做為泵或氣液動馬達來使用。
全文摘要
一種位移滑片式轉子發動機，由轉子與定子兩部分組成，其原理為將定子內腔上下端面的圓周展開圖設計成兩個波長的簡諧波狀，將一個圓盤轉子置於其間，當在圓盤轉子上豎直插入多個滑片時，滑片與圓盤轉子在定子腔內間隔出多個空間，當圓盤轉子轉動時，滑片在轉動的同時上下位移使多個空間容積發生周期性變化，實現四個衝程，構成功率重量比較高的發動機。
文檔編號F02B55/02GK101852094SQ20091019099
公開日2010年10月6日 申請日期2009年9月28日 優先權日2009年9月28日
發明者尚世群 申請人:尚世群