转动装置及应用其的流体马达、发动机、压缩机和泵的制作方法
转动装置及应用其的流体马达、发动机、压缩机和泵的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种转动装置及应用其的流体马达、发动机、压缩机和泵。该转动装置中，通过膨胀活塞环与星轮密封法兰之间的气膜润滑设计或液膜润滑设计实现缸体圆筒形内腔的非接触密封，使转动装置能够运行于高频率-无油的工作环境中。
【专利说明】转动装置及应用其的流体马达、发动机、压缩机和泵
【技术领域】
[0001] 本发明涉及流体机械【技术领域】，尤其涉及一种转动装置及应用该转动装置的流体 马达、发动机、压缩机和泵。
【背景技术】
[0002] 动力转换装置是一种将机械能与流体压力能间进行相互转换的能量转换装置，例 如包括发动机、流体马达、压缩机以及泵。在发动机的传统领域里，主要有往复活塞式四冲 程发动机、三角转子发动机、燃气轮机等机械结构。在流体马达的传统领域里，主要有活塞 式、叶片式、齿轮式等机械构造。在压缩机和泵的传统领域里，主要有柱塞式、叶片式、齿轮 式、螺杆式和涡旋式等机械结构。对于传统的动力转换装置来讲，由于其主要运动元件均采 取滑动摩擦形式，造成大量能量消耗在动力转换装置内部，导致其能量转换效率低下。
[0003] 本发明的 申请人:于2010年6月提出了一种星旋式转动装置及应用其的流体机械 装置（专利申请号：201010196950. 8)。如图1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一连接件连接到主轴上；行星活 塞轮为圆柱滚轮；隔离结构位于环形活塞空间内，第一组通孔和第二组通孔之间，用于将环 形活塞空间隔离为两个容积可变工作空间；行星活塞轮，在两个容积可变工作空间的流体 压力差的作用下沿环形活塞空间内运动。然而，上述星旋式转动装置及应用其的各类流体 机械装置中，由于隔离机构的运动并不是完全的连续运动，由于其噪音问题难于避免，极大 的限制了其在噪音要求较高环境下的应用。
[0004] 偏心转子式压缩机为现有压缩机的一种。图2为现有技术偏心转子式压缩机的结 构示意图。该偏心转子式压缩机可参照参考文献2(专利申请号：200780027498.9)中。请 参照图2,该滚动转子式压缩机包括缸体1，滚动转子2、偏心套3、带有偏心曲轴部分的驱动 轴4、摆动挡块、螺旋弹簧。在驱动轴4的偏心曲轴部分与滚动转子2之间设置能在他们之 间灵活转动的偏心套3,从而使滚动转子2的偏心距得以调整并在工作中实现柔性滚动接 触密封。偏心套3-面绕驱动轴做公转，一面绕偏心中心做自转。而摆动挡块的转动部分 在螺旋弹簧的弹簧力作用下，以摆动部分紧压在滚动转子2的外圆表面上，实现摆动式隔 离。该类型的偏心转子式压缩机具有结构简单、运转平稳等优点，在压缩机领域有十分广阔 的应用。
[0005] 在上述偏心转子式压缩机中，由于其频率较低，并且可以工作在油润滑情况下，因 此其缸体密封问题较容易解决。然而，至今为止，上述的偏心转子结构并没有应用到流体马 达和发动机领域。究其原因，乃是由于在高频率、无油工作环境下的缸体密封的问题迟迟未 得到解决，从而极大的限制了该种偏心转子结构在发动机和流体马达等场景下的应用。
【发明内容】
[0006] (一）要解决的技术问题
[0007] 鉴于上述技术问题，本发明提供了一种转动装置及应用该转动装置的流体马达、 发动机、压缩机和泵。
[0008] (二）技术方案
[0009] 根据本发明的一个方面，提供了一种转动装置。该转动装置包括：缸体，呈圆筒形； 前/后密封端盖，分别密封连接于缸体的前/后两端，与缸体共同构成一圆筒形内腔；主轴， 由缸体和/或前/后密封端盖可转动地支撑，其中心轴线与圆筒形内腔的中心轴线重合；转 子组件，套设于主轴位于圆筒形内腔的部分，通过在圆筒形内腔中做旋转运动形成轴向延 伸的密封工作空间；隔离机构，其末端与转子组件相密封，从而将轴向延伸的密封工作空间 分隔为相互独立的，分别通过设置于缸体上的第一组通孔和第二组通孔与缸体外侧相连通 的第一容积可变腔室和第二容积可变腔室；以及缸体密封组件，位于圆筒形内腔中转子组 件的外侧，包括：两星轮固定法兰，分别设置于圆筒形内腔中转子组件的外侧，与转子组件 联动，其外圆柱面的中部开设镶嵌槽；两膨胀活塞环，分别膨胀固定于两星轮固定法兰外圆 柱面的镶嵌槽内，与缸体的内圆筒面密封配合，且与镶嵌槽的底部和侧壁具有预设尺寸的 间隙；由该间隙泄露出的微量流体在星轮固定法兰的旋转运动带动下形成流体膜，该流体 膜实现圆筒形内腔的密封。
[0010] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种流体马达。该流体马达包括上述的转动 装置，该转动装置的第二组通孔与高压流体进口相连通；第一组通孔与低压流体出口相连 通。
[0011] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种发动机。该发动机包括上述的转动装置， 该转动装置的第二组通孔与燃烧室相连通；第一组通孔与废气排出口相连通。
[0012] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种压缩机。该压缩机包括上述的转动装置； 该转动装置的第二组通孔与低压压缩介质输入口相连通，第一组通孔与压缩后高压压缩介 质的排出口相连通。
[0013] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种泵。该泵包括上述的转动装置；该转动装 置的第一组通孔与流体进口相连通；第二组通孔与流体出口相连通。
[0014] (三）有益效果
[0015] 从上述技术方案可以看出，本发明转动装置及应用该转动装置的流体机械装置具 有以下有益效果：
[0016] (1)通过膨胀活塞环与星轮固定法兰之间的气膜润滑设计或液膜润滑设计实现缸 体圆筒形内腔的非接触密封，使转动装置能够运行于高频率-无油的工作环境中，实现了 转动装置的高效低耗旋转密封；
[0017] (2)在偏心转子式转动装置中，对偏心转子组件的两侧端面实施关键的精细密封 设计，将偏心曲轴与星轮固定法兰连接，两者无相对运动，做到零泄漏，滚动活塞轮的两侧 端面与内圆筒面与邻接零件构成了无机械接触的L型迷宫状密封，使高速旋转的滚动活塞 轮的两侧端面在滚动轴承的径向和轴向精密定位的保证下，得以长期维持稳定预设的磨擦 境界面微小间隙，有效控制了转动装置中流体的泄漏；
[0018] (3)通过旋阀体气动复位销钉的运动来实现进气（液）口的自动打开和关闭，气动 复位销钉的这一复合阀门功能，不仅简化了机械构造，而且提高了弹性元件的工作可靠性 与寿命；
[0019] (4)通过将黄金律理念引入至转动装置中，可以优化缸体、太阳轮及滚柱行星活塞 轮的尺寸，进而提高星旋式转动装置的运行效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为现有技术可用于流体马达和发动机的星旋式转动装置的结构示意图；
[0021] 图2为现有技术偏心转子式压缩机的结构示意图；
[0022] 图3A为本发明实施例转动装置的剖视图；
[0023] 图3B为图3A所示转动装置在进气口开通状态沿A-A方向的剖视图；
[0024] 图3C为图3A所示转动装置在进气口关闭状态沿A-A方向的剖视图；
[0025] 图4A为图3所示转动装置缸体内圆筒面内部各元件的剖视图；
[0026] 图4B为图3所示转动装置缸体内圆筒面内部各元件的立体图；
[0027] 图4C为图3A所示转动装置中星轮固定法兰、滚动活塞轮、偏心曲轴及滚动轴承结 合部的局部放大图；
[0028] 图5为本发明实施例转动装置中膨胀活塞环与缸体、星轮固定法兰之间摩擦情况 的不意图；
[0029] 图6A为本发明另一实施例转动装置中缸体密封组件中膨胀活塞环与星轮固定法 兰外圆柱面镶嵌槽匹配的示意图；
[0030] 图6B为本发明再一实施例转动装置中缸体密封组件中膨胀活塞环与星轮固定法 兰外圆柱面镶嵌槽匹配的示意图；
[0031] 图6C为本发明再一实施例转动装置中缸体密封组件中膨胀活塞环与星轮固定法 兰外圆柱面镶嵌槽匹配的示意图；
[0032] 图7A至图7H为本发明实施例流体马达工作流程的示意图；
[0033] 图8为本发明实施例包含两转动装置的流体马达的剖视图。
[0034] 图9A为本发明实施例只包含一转动装置的流体马达的输出扭矩曲线；
[0035] 图9B为本发明实施例包含两转动装置的流体马达的输出扭矩曲线。
【具体实施方式】
[0036] 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实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员 所知的形式。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。此外，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，并非用来限 制本发明。
[0037] 本发明 申请人:在多年生产实践的基础上，借鉴上述现有技术中偏心转子式压缩机 的构造，提出了一种借助活塞轮固定法兰和膨胀活塞环进行缸体密封的转动装置及应用该 转动装置的流体马达、发动机、压缩机和泵，以实现缸体非机械接触式的可靠密封。为方便 理解，首先将本发明中所涉及主要元件进行编号说明，如下所示：
[0038] 110-缸体； 111-缸体主体；
[0039] 112-前缸盖； 113-后缸盖；
[0040] 120、130-前/后端盖； 140-气缸头；
[0041] 200-主轴； 300-转子组件；
[0042] 310-偏心曲轴； 320-滚动轴承；
[0043] 330-滚动活塞轮； 400-旋阀式隔离机构；
[0044] 411-容放凹槽； 412-旋阀体；
[0045] 420-旋阀体复位机构； 421-销钉盲孔；
[0046] 422-复位销钉； 423-旁路；
[0047] 600-缸体密封组件； 611、612-星轮固定法兰；
[0048] 621、621'、622_膨胀活塞环；621a_球形滚珠；
[0049] 630-平衡配重块； 640-法兰曲轴定位销钉；
[0050] A-第一转动装置； B-第二转动装置；
[0051] C-密封隔板。
[0052] 转动装置
[0053] 在本发明的一个示例性实施例中，提供了 一种转动装置。图3A为本发明实施例转 动装置的剖视图。图3B和图3C分别为图3A所示转动装置在两个状态时沿A-A方向的剖 视图。请参照图3A和图3B，该转动装置包括：缸体110,呈圆筒形，由缸体主体111和分别 设置在该缸体主体111前/后端面的前缸盖112和后缸盖113共同构成；前/后密封端盖 (120U30)，分别密封连接于缸体的前/后两端的缸盖上，与缸体共同构成一圆筒形内腔； 主轴200,由缸体110和/或前/后密封端盖（120、130)可转动地支撑，其中心轴线与圆筒 形内腔的中心轴线重合；转子组件，套设于主轴位于圆筒形内腔的部分，通过在圆筒形内腔 中做旋转运动形成轴向延伸的密封工作空间；隔离机构，其前端与转子组件相密封，从而将 轴向延伸的密封工作空间分隔为相互独立的第一容积可变腔室和第二容积可变腔室，该第 一容积可变腔室和第二容积可变腔室分别通过设置于缸体上的第一组通孔和第二组通孔 与缸体外侧相连通；以及缸体密封组件600,位于圆筒形内腔中转子组件的外侧，用于实现 密封工作空间的密封。其中缸体密封组件600,包括：两星轮固定法兰￠11和612)，分别设 置于前/后端盖内侧的圆筒形内腔中，与转子组件联动，并通过键与主轴配合，其外圆柱面 的中部开设镶嵌槽；两膨胀活塞环出21、622)，分别膨胀固定于两星轮固定法兰外圆柱面 的镶嵌槽内，与缸体的内圆筒面密封配合，且与镶嵌槽的底部和侧壁具有预设尺寸的间隙； 由该间隙泄露出的微量流体在所述星轮固定法兰的旋转运动带动下形成流体膜，该流体膜 实现所述圆筒形内腔的密封。该预设尺寸介于〇. 〇2mm?0. 3mm之间。
[0054] 以下分别对本实施例转动装置的各个组成部件进行详细说明。
[0055] 缸体110呈圆筒形，具有一内圆筒面。缸体110包括缸体主体111、分别设置在该 缸体主体111前/后端面的前缸盖112和后缸盖113。在缸体主体111外侧的预设位置，一 般为上方，设置气缸头140。后续隔离机构的旋阀体及其复位机构均对应该气缸头140的位 置进行设置，这些内容将在下文进行详细说明。
[0056] 前/后密封端盖（120和130)，分别密封连接于缸体110前/后缸盖（112和113) 的前/后两端，与缸体110共同构成一圆筒形内腔。该圆筒形内腔即为本实施例转动装置 的工作区域。
[0057] 主轴200由设在缸体前/后缸盖（112和113)上的滚动轴承进行可转动的径向定 位支撑；而其轴向定位则由压在滚动轴承外套圈端面上的前/后密封端盖（120和130)的 精密调节完成支撑，其中心轴线与圆筒形内腔的中心轴线重合。主轴200在圆筒形内腔的 外部和内部之间传递扭矩，以压缩机为例：该主轴200的第一部分位于圆筒形内腔外，与外 界动力源相接，将外界动力源输入的扭矩传输至圆筒形内腔；第二部分位于圆筒形内腔内， 利用外界动力源输入的扭矩带动偏心转子组件300转动。
[0058] 需要说明的是，虽然本实施例中主轴只有一端伸出圆筒形内腔外，由一侧输入或 输出扭矩，但是，本发明同样包括主轴两端均伸出圆筒形内腔外，由两端输入或输出扭矩的 情况。本领域技术人员应当很清楚的明了此种技术方案如何实现，此处不再赘述。
[0059] 转子组件套设于主轴200位于圆筒形内腔的部分，通过在圆筒形内腔内做旋转运 动形成轴向延伸的密封工作空间。
[0060] 隔离机构的前端与转子组件相密封，从而将上述密封工作空间分隔为相互独立的 第一容积可变腔室和第二容积可变腔室，该第一容积可变腔室和第二容积可变腔室分别通 过设置于缸体上的第一组通孔和第二组通孔与缸体外侧相连通。
[0061] 图4A为图3所示转动装置中缸体内圆筒面内部各元件的剖视图。图4B为图3所 示转动装置中缸体内圆筒面内部各元件的立体图。请参照图4A和图4B，在本实施例中，转 子组件为偏心转子组件300。该偏心转子组件300套设于主轴200位于圆筒形内腔的部分， 包括：偏心曲轴310,套设于主轴200位于圆筒形内腔的部分，其中心轴线与主轴200的中 心轴线相互平行且错开预设距离；滚动活塞轮330,套设于偏心曲轴310上，其中心轴线与 偏心曲轴310的中心轴线重合。该滚动活塞轮330沿缸体110的内圆筒面滚动，缸体110 的内圆筒面和滚动活塞轮330的外圆柱面之间形成轴向延伸的月牙形密封工作空间。
[0062] 本实施例转动装置中，偏心曲轴的偏心量e的选择，是机构设计的关键，其不能设 计的过大或过小。以马达为例，偏心量太小，偏心曲轴的直径太大，马达的输出扭矩就越小； 偏心量e太大，虽然扭矩变大，但马达启动所需要的瞬时功率就越大，设备启动困难，实用 性受到影响。只有当偏心量e介于R/8?R/5之间时，才能在大扭矩和低启动功率下取得 平衡，达到实用性的要求，其中R为缸体内圆筒面的半径。例如，在应用本发明所制备的5 台流体马达中，偏心量e的取值分别为：R/8 ;R/7 ;R/6 ;R/6 ;R/5。实验证明，该5台流体马 达的运转效率均达到了设计要求。
[0063] 为了减小偏心曲轴310和滚动活塞轮330之间的摩擦，本实施例转动装置还包括： 至少两滚动轴承320,对称地套设于偏心曲轴310上，其内套圈固定于偏心曲轴310,其外套 圈固定于滚动活塞轮330,以隔绝两者的转动。该些滚动轴承与滚动活塞轮之间的预紧弹性 力将滚动活塞轮压紧于圆筒形内腔的内圆筒面，使圆筒形内腔的内圆筒面和滚动活塞轮的 外圆柱面形成轴向延伸的月牙形密封腔室。
[0064] 为了实现缸体的可靠密封，请参照图4A，星轮固定法兰呈朝向圆筒形内腔中心的 "L"形；两星轮固定法兰套设于主轴上，偏心曲轴套设于两侧"L"形星轮固定法兰的内侧。 位于同一侧的星轮固定法兰与偏心曲轴一体成型或分别成型。偏心曲轴与星轮固定法兰之 间无相对运动，做到零泄漏，
[0065] 图4C为图3A所示转动装置中星轮固定法兰、滚动活塞轮、偏心曲轴及滚动轴承 结合部的放大图。请参照图4C，偏心曲轴的内侧设置轴肩，滚动轴承的内圈固定于偏心曲 轴的轴肩；滚动活塞轮侧面与其外侧星轮固定法兰侧面的对应位置之间，及偏心曲轴轴肩 外侧的部分与滚动活塞轮内圆筒面的对应位置之间，共同构成"L"形迷宫式密封。具体而 言，"L"形迷宫式密封中，滚动活塞轮侧面与其外侧星轮固定法兰侧面的对应位置之间，及 偏心曲轴轴肩外侧的部分与滚动活塞轮内圆筒面的对应位置之间的间隙Λ介于〇.〇3_? 0. 06mm 之间。
[0066] 实践证明，通过无机械接触的"L"形迷宫状密封，使高速旋转的滚轮的两侧端面在 星轮支撑滚动轴承的径向和轴向精密定位的保证下，得以长期维持稳定预设的磨擦境界面 微小间隙，有效控制了泄漏。在应用本发明所制备的5台流体马达中，间隙△的取值分别 为：0· 03mm ;0· 04mm ;0· 05mm ;0· 05mm ;0· 06mm。实验证明，该5台流体马达圆筒形内腔的密 封良好。
[0067] 此外，本领域技术人员应当清楚，除了上述偏心转子组件外，该转子组件还可以为 其他类型的转子组件，例如本发明的 申请人:在之前专利中（专利申请号：201010196950. 8) 提出的星旋转子组件。该星旋转子组件包括：套设于主轴上的中心太阳轮滚筒及在中心太 阳轮滚筒的外圆筒面及所述缸体的内圆筒面构成环形活塞空间滚动的若干个圆柱形行星 活塞轮。
[0068] 请参照图3B，本实施例中，隔离机构为旋阀式隔离机构400。该旋阀式隔离机构 400包括：旋阀体412和旋阀体复位机构420。该旋阀体412在旋阀体复位机构420的作用 下，末端始终压住滚动活塞轮的外表面，从而将月牙形密封工作空间分隔为相互独立的第 一容积可变腔室和第二容积可变腔室。
[0069] 缸体主体111上对应气缸头140的位置形成有一轴向延伸的、朝向圆筒形内腔敞 开的容放凹槽。该旋阀体412配装在该容放凹槽内并由该容放凹槽可转动的支撑，并在预 定的角度范围内摆动。当偏心转子组件的转动至上部位置时，旋阀体412被压入该容放凹 槽内，呈压入状态。当偏心转子组件转动至下部位置时，旋阀体摆动至其最大位置，呈伸出 状态。该旋阀体412将所述轴向延伸的密封工作空间分隔为相互独立的第一容积可变腔室 和第二容积可变腔，定义其正面朝向的腔室为第二腔室，其背面朝向的腔室为第一腔室。
[0070] 在本实施例中，旋阀体与通过旋阀体转动轴的缸体直径的夹角ω遵循黄金分割 率，g卩ω = (1-0. 618) Χ90° = 34. 38°。在本发明其他的实施例中，该ω可介于30°至 40°之间即可。
[0071] 实践证明，通过将黄金律的理念引入至转动装置中，可以优化缸体、太阳轮及滚柱 行星活塞轮的尺寸，进而提高星旋式转动装置的运行效率。在应用本发明所制备的5台流 体马达中，ω的取值分别为：30° ;32° ;35° ;38° ;40°。实验证明，该5台流体马达的 运转效率均达到了设计要求。
[0072] 本实施例中，旋阀体为片状结构，即旋阀片。但该旋阀体也可以是如图2所示的 半圆形结构等等。此外，本领域技术人员也应当清楚，除旋阀体及其复位机构之外，本发明 隔离机构还可以采用其他类型的阀体，例如：旋阀片（专利申请号：200780027498. 9);闸阀 (专利申请号=201110322746. 0);旋阀体（专利申请号：201110145313. 2)等等。这些隔离 机构的安装方式可参考相关文献，此处不再详细描述。
[0073] 本实施例中，不论何种形式的隔离机构，由于偏心转子组件的运动为360度连绵 不断的运动，从而隔离机构的运动也同样为连续，升降角逐渐变化的运动，从而克服了隔离 机构的冲击噪声问题。
[0074] 如图3B和图3C所示，旋阀体复位机构420用于使旋阀体始终压设于滚动活塞轮 的外圆柱面。在容放凹槽的底部，侧对旋阀体位置，开有一个销钉盲孔。可滑动密封的复位 销钉422插入销钉盲孔，其末端沿朝向旋阀体的方向。弹性件，位于所述复位销钉422内侧 的销钉孔内，其末端抵接于所述复位销钉422的尾部，产生的弹性力使复位销钉422的头部 沿朝向旋阀体的方向顶住旋阀体，实现所述旋阀体的复位密封。
[0075] 本领域技术人员同样应当清楚，该旋阀体复位机构也可以为其他类型的复位机 构，例如设置在缸体外部的机械式复位机构等。该些机械式复位机构在本申请的 申请人:先 前专利（专利申请号：201120071995. 2)中有详细阐述，此处不再重述。
[0076] 请参照图4A和图4B，缸体密封组件600位于圆筒形内腔内，转子组件的外侧，包 括：两星轮固定法兰（611和612)，分别设置于前/后端盖（120和130)内侧的圆筒形内腔 中，与转子组件联动，并通过键与主轴配合，其外圆柱面的中部开设镶嵌槽；两膨胀活塞环 (621和622)，分别膨胀固定于两星轮固定法兰￠11和612)外圆柱面的镶嵌槽内，与缸体 110的内圆筒面密封配合（如图5所示的紧固密封面），且与镶嵌槽的底部和侧壁具有预设 尺寸的间隙，例如：〇. 〇2mm?0. 3mm的间隙。当转子组件为偏心转子组件时，该两星轮固定 法兰与偏心曲轴通过法兰曲轴固定销钉固定。当转子组件为星旋转子组件时，该两星轮固 定法兰与圆柱形行星活塞轮相连接。
[0077] 本领域技术人员应当清楚，在设置星轮固定法兰进行密封的情况下，如果星轮固 定法兰（611和612)和缸体110内圆筒面之间采用接触式机械密封，那么高速圆周转动的 星轮固定法兰（611和612)与缸体110接触部的磨擦必然很大，磨擦生热，零件很快就会磨 损甚至被烧坏，除非星轮固定法兰（611和612)和缸体110泡在润滑油里。而在高频无油 的工程需求中，这是根本不可能实现的。
[0078] 本实施例中，将膨胀活塞环（621和622)膨胀固定到星轮固定法兰（611和612)外 圆柱面中部的沟槽中，通过膨胀活塞环实现缸体圆筒形内腔工作区域的可靠密封。图5为 本发明实施例转动装置中膨胀活塞环与缸体、星轮固定法兰之间摩擦情况的示意图。以下 结合图5,对该活塞环与外侧缸体内壁和内侧星轮固定法兰的磨损情况进行分析说明。
[0079] 请参照图5,星轮固定法兰（611和612)的外圆柱面与缸体110内圆筒面之间存在 适当的间隙AC，即星轮固定法兰（611和612)与缸体110内壁并不直接接触，两者之间不 产生直接摩擦。在本发明优选的实施例中，星轮固定法兰外圆柱面与缸体内圆筒面的间隙 0. 08mm < Δ C < 0. 3mm。
[0080] 多次实验证明，当密封空间的细微间隙小于0. 02mm时，其泄露的气体非常少，基 本可以忽略不计。而当细微间隙大于0. 3_时，泄露气体将会影响到容积可变密封空间。在 本发明中，膨胀活塞环（621和622)和星轮固定法兰（611和612)镶嵌槽的侧面和底部之 间均具有〇. 〇2mm至0. 3mm的细微间隙，既保证了密封工作空间的基本完整，又能够保证有 微量气体从该细微间隙中泄露出来，本发明实现圆筒形内腔密封的秘诀即在于该泄露出来 的微量气体。
[0081] 星轮固定法兰（611和612)的旋转运动会把微量气体带入该细微间隙里形成气 膜，产生流体润滑效果，保证了星轮固定法兰与活塞环的接触面的磨擦损耗最小化，实现了 对圆筒形内腔的高效低耗旋转动态密封。此外，还需要说明的是，泄露出来的压力流体在膨 胀活塞环的轴向内外侧形成压力梯度差，即星轮固定法兰内侧的高压气体区和外侧的低压 气体区所形成的压力梯度差。在缸体内由于气体的进排气周期性变化而产生的压力脉冲影 响下，膨胀活塞环（621和622)侧面的位置会有微观振动变化。
[0082] 由于膨胀活塞环和星轮固定法兰之间存在细微间隙，因此两者并不是紧密配合。 在滚动活塞轮的偏心转子组件在圆筒形内腔内滚动的过程中，与其固定的星轮固定法兰随 其一起转动，但膨胀活塞环并不随星轮固定法兰而转动。因此，膨胀活塞环的外圆面和缸体 的内圆筒面之间并没有相对运动，两者之间也没有摩擦。
[0083] 基于上文论述，本领域技术人员应当能够理解本实施例中通过膨胀活塞环的 润滑设计-气膜润滑设计或液膜润滑设计实现非接触密封的具体原理。请参照图5， 考虑到加工误差与成本，在本发明优选的实施例中，膨胀活塞环与镶嵌槽侧壁的细微间 隙ΛΑ满足：0.05mm彡ΛΑ彡0.3臟，该膨胀活塞环与镶嵌槽底部的细微间隙ΛΒ满足： 0. 1_彡ΛΒ彡0. 3_。膨胀活塞环为开口活塞环，其材料根据工况来选定，如高温下可用 离心铸造青铜合金，常温下采用高强度铝合金等等。以下为应用本发明所制备的5台流体 马达中各间隙的取值：
[0084] 在第一台流体马达中，Δ A = 0· 05mm, Δ B = 0· 3mm, Δ C = 0· 3mm ;
[0085] 在第二台流体马达中，Δ A = 0· 08mm，Δ B = 0· 25mm，Δ C = 0· 25mm ;
[0086] 在第三台流体马达中，ΔΑ = 0· 1mm, Δ B = 0· 2mm, Δ C = 0· 2mm ;
[0087] 在第四台流体马达中，Δ A = 0· 2mm，Δ B = 0· 1mm, Δ C = 0· 1mm ;
[0088] 在第五台流体马达中，ΔΑ = 0· 3mm, Δ B = 0· 05mm, Δ C = 0· 08mm。
[0089] 实验证明，该5台流体马达的星轮固定法兰和膨胀活塞环均实现了圆筒形缸体的 可靠密封，长时间运转良好，达到了预定的性能参数。本领域技术人员应当清楚，这些间隙 的参数同样适用于发动机、压缩机和泵等其他类型的流体机械。
[0090] 在上述实施例的基础上，本发明还提供了另外的几种缸体密封组件。
[0091] 在第一种缸体密封组件中，为了保证滚动活塞轮区域的可靠密封，采用2道膨胀 活塞环，如图6A所示，该2道膨胀活塞环构成2级密封面，即图中所示的一级密封面和二级 密封面。该种构造比图5所示的只有一级密封面的构造相比，其密封效果更好。当然，本领 域技术人员可以根据需要来设置膨胀活塞环的道数，例如：3道、4道、5道。
[0092] 在第二种缸体密封组件中，膨胀活塞环和镶嵌槽之间采用迷宫式密封，膨胀活塞 环内环面与镶嵌槽底部相互啮合，从而优化了密封的效果。举例来讲：膨胀活塞环的内环 呈锯齿形状，而镶嵌槽的底部也呈对应的锯齿形状，从而构成齿型密封面，如图6B所示。此 夕卜，本领域技术人员应当了解，该锯齿形状还可以为不规则的凹凸结构或者条纹，也可以产 生同样的效果。
[0093] 在第三种缸体密封组件中，星轮固定法兰镶嵌槽的底部与膨胀活塞环的内环均为 圆弧滚珠沟道形状，两者之间设置球形滚珠。在梯度压力气体作用下滚珠沟道会因为位置 移动了一点距离λ，而把球形滚珠夹紧，膨胀活塞环内圆与星轮固定法兰镶嵌槽底部之间 的微小密封用间隙（约0. 1_)由于有球形滚珠的可靠定位支撑而能够做的很小，提高了密 封精度，并且，夹紧的球形滚珠会对膨胀活塞环产生径向压力，使其更加紧贴气缸壁固定， 如图6C所示。在大型流体机械中，膨胀活塞环与星轮固定法兰的尺寸均较大，膨胀活塞环 的内圆面和星轮固定法兰镶嵌槽底部的间隙非常不容易控制，而采用滚珠较容易解决该问 题。而该种类型的缸体密封组件的膨胀活塞环还可以采用分段制作，尤其适用于大型流体 机械的情况。该球形滚珠可选用钢球，而膨胀活塞环与星轮固定法兰的滚珠沟道的材料可 参考轴承的用材。
[0094] 本实施例中，由于转子组件为偏心转子组件，为了保证整台星旋式转动装置的动 平衡，必须要在合适的位置进行平衡配重。在以往的转动装置转子组件中，平衡配重块位于 圆筒形内腔内，固定于偏心曲轴或者主轴上，而在本实施例中，星轮固定法兰为平衡配重块 提供了合适载体。
[0095] 请参照图4A和图4B，在星轮固定法兰的外侧，偏心曲轴较轻的一边对称设置平衡 配重块630。该平衡配重块一般呈不完整的圆环状，通过法兰曲轴固定销钉固定在偏心曲轴 上。
[0096] 相比于平衡配重块位于圆筒形内腔的转动装置的设置，平衡配重块配置于密封工 作空间的外侧更加有利于后期动平衡的调整。
[0097] 至此，已经结合附图对本实施例转动装置进行了详细描述。依据以上描述，本领域 技术人员应当对本发明转动装置有了清楚的认识。以下将介绍几种应用本实施例转动装置 的流体机械装置。
[0098] 流体马达
[0099] 在本发明的另一个示例性实施例中，还提供了一种流体马达。该流体马达包括上 述转动装置，并且该转动装置中，第二容积可变腔室通过第二组通孔与高压流体进口相连 通；第一容积可变腔室通过第一组通孔与低压流体出口相连通；高压流体推动偏心转子转 动，通过主轴将产生的扭矩传递至圆筒形内腔外。
[0100] 请参照图3B和图3C，其所示转动装置中包括特别应用于流体马达和发动机的旋 阀体复位机构。所述销钉盲孔的顶端通过第一旁路与第二组通孔相连通，底部通过第二旁 路与容放凹槽相连通，所述弹性件为进入所述销钉孔内的高压流体。当转子组件滚过圆筒 形空间的顶端时，旋阀体完全旋入容放凹槽内，复位销钉的顶端位于销钉盲孔的中部，将高 压流体进口与容放凹槽隔绝。当转子组件滚过圆筒形空间的顶端后，在高压流体作用下，复 位销钉向下运动，压迫旋阀体从容放凹槽中旋出，复位销钉的顶端运动至销钉盲孔的底部， 高压流体通过第二组通孔、第一旁路、销钉盲孔、第二旁路、容放凹槽进入第二容积可变腔 室。
[0101] 以下将结合图7A至图7H，介绍本实施例流体马达的工作冲程：
[0102] (1)在初始状态，偏心转子组件旋转至圆筒形内腔的最上方，销钉位于销钉孔的最 内侧位置，旋阀体完全置于容放凹槽内，高压流体进口与月牙形密封工作空间隔离，如图7A 所示；
[0103] (2)随后，在惯性作用下，滚动活塞轮沿逆时针方向滚动，偏离圆筒形内腔的最上 方，销钉从销钉孔的最内侧位置向下运动，旋阀体从容放凹槽内旋出，高压流体进口与月牙 形密封工作空间连通，并且连通的区域越来越大，工作流体沿高压流体进口一第二组通孔 -销钉盲孔一容放凹槽进入第二容积空间，在此过程中，高压流体推动滚动活塞轮向前滚 动，如图7B至图7H所示；
[0104] (3)滚动活塞轮转动一周后，滚动活塞轮旋转至圆筒形内腔的最上方，如图7H所 示，流体马达回至初始状态，同图7A。
[0105] 图9A为本发明实施例包括一台转动装置的流体马达输出扭矩的示意图。如图9A 所示，该流体马达输出的扭矩并不平稳，存在着输出扭矩波峰和波谷的情况，在某些情况下 存在启动死点。
[0106] 在本发明的再一个示例性实施例中，还提供了一种流体马达。该流体马达包括共 用串联的T台上述转动装置，该T台转动装置的任一台转动装置中：第二组通孔与高压流体 进口相连通；第一组通孔与低压流体出口相连通。T台转动装置中至少两台转动装置的相 位角Θ相互错开的角度大于临界区间角，转动装置的相位角Θ是指：自本周期的高压 流体做功冲程开始，转子组件在圆筒形内腔中所转动的角度；临界区间角Θ i是指：从上一 周期的低压流体排出冲程开始至本周期的高压流体做功冲程开始之间，转子组件在圆筒形 内腔中所需转动的角度。其中，该取值一般介于20°?40°之间。并且，在本发明 优选地实施例中，T台转动装置中相位相邻的两台转动装置的相位角Θ相互错开的角度为 360/T。例如：（1)以包含2台转动装置的流体马达为例，两转动装置的相位角Θ相互错开 180° ; (2)以包含3台转动装置的流体马达为例，3台转动装置的相位角Θ在某一时刻为： 0。 、120。 、240。。
[0107] 以包括共用同一主轴的2台转动装置的流体马达为例，其剖面示意图请参照图8。 在图8所示的流体马达中，左右两个转动装置（A和B)由密封隔板C相隔离，两者的滚动活 塞轮的相位错开180度，当一个转动装置的滚动活塞轮经过马达的旋阀片气门区域时，活 塞滚轮没有推力，即处于死点，但是相位错开180度的另一个转动装置的活塞滚轮有推力， 而且处于扭矩最大点，这样就克服了起动死点问题。而且，两个偏心曲轴滚动星轮的输出合 成扭矩。
[0108] 图9B为本发明实施例包括并联的2台转动装置的流体马达输出扭矩的示意图。对 比图9A和图9B，可以看出，包括并联的2台转动装置的流体马达输出扭矩要平稳的多，并且 没有死点。
[0109] 至此，已经结合两个实施例对本发明流体马达进行了详细描述。依据以上描述，本 领域技术人员应当对本发明流体马达有了清楚的认识。
[0110] 发动机
[0111] 在本发明的另一个示例性实施例中，还提供了一种发动机，该发动机包括上述转 动装置，并且该转动装置中，第二容积可变腔室通过第二组通孔与燃烧室相连通；第一容积 可变腔室通过第一组通孔与废气排出口相连通。由燃烧室进入的高压气体推动偏心转子组 件沿圆筒形内腔滚动，偏心转子组件带动主轴转动，通过主轴将产生的扭矩传递至圆筒形 内腔外。
[0112] 同理，流体马达实施例中的旋阀体复位机构也同样可以应用于本实施例发动机。 并且，本实施例发动机的工作冲程与上述压缩机的工作冲程类似，不同之处仅在于推动偏 心转子运动的不是高压流体，而是在燃烧室内产生的高压燃气。
[0113] 同样，为了保证发动机平稳的输出扭矩，避免启动死点，在本发明的再一个示例性 实施例中，还提供了一种发动机。该发动机包括共用同一主轴的S台上述的转动装置，其中 S > 2,其详细构造同流体马达中介绍的结构类似，此处不再重述。
[0114] 至此，已经结合附图对本实施例发动机进行了详细描述。依据以上描述，本领域技 术人员应当对本发明发动机有了清楚的认识。
[0115] 压缩机
[0116] 在本发明的再一个示例性实施例中，又提供了一种压缩机。在该压缩机中，该第一 容积可变腔室为吸入腔，其通过第二组通孔与低压压缩介质输入口相连通；该第二容积可 变腔室为压缩腔，即高压腔，其通过排出第一组通孔与压缩后高压压缩介质的排出口相连 通。主轴将圆筒形内腔外的扭矩传递至圆筒形内腔内，通过偏心转子组件以对压缩介质进 行压缩。
[0117] 至此，已经结合附图对本实施例压缩机进行了详细描述。依据以上描述，本领域技 术人员应当对本发明压缩机有了清楚的认识。
[0118] 泵
[0119] 在本发明的又一个示例性实施例中，又提供了一种泵。在该泵中，第一容积可变腔 室通过第一组通孔与流体进口相连通；第二容积可变腔室通过第二组通孔与流体出口相连 通。主轴将圆筒形内腔外的扭矩传递至圆筒形内腔内；在主轴的带动下，滚动活塞轮沿圆筒 形内腔向前滚动，将由流体进口进入的流体泵入月牙形密封工作空间，进而通过流体出口 将流体排出。
[0120] 至此，已经结合附图对本实施例泵进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人 员应当对本发明泵有了清楚的认识。
[0121] 需要说明的是，本发明转动装置及应用该转动装置的发动机、流体马达、压缩机和 泵中，对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域普通技 术人员可对其进行简单地熟知地替换。
[0122] 综上所述，本发明提供一种转动装置及应用该转动装置的发动机、流体马达、压缩 机和泵，通过星轮固定法兰和膨胀活塞环的配合，实现了密封工作空间在高频和无油条件 下的可靠密封；进而提出了一种包括能够实现流体开闭旋阀片复位机构的流体马达和发动 机，简化了机械结构，提高了转动装置的工作效率。
[0123] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
【权利要求】
1. 一种转动装置，其特征在于，包括： 缸体，呈圆筒形； 前/后密封端盖，分别密封连接于所述缸体的前/后两端，与缸体共同构成一圆筒形内 腔； 主轴，由所述缸体和/或前/后密封端盖可转动地支撑，其中心轴线与所述圆筒形内腔 的中心轴线重合； 转子组件，套设于主轴位于所述圆筒形内腔的部分，通过在所述圆筒形内腔中做旋转 运动形成轴向延伸的密封工作空间； 隔离机构，其末端与转子组件相密封，从而将所述轴向延伸的密封工作空间分隔为相 互独立的，分别通过设置于缸体上的第一组通孔和第二组通孔与缸体外侧相连通的第一容 积可变腔室和第二容积可变腔室；以及 缸体密封组件，位于所述圆筒形内腔中所述转子组件的外侧，包括： 两星轮固定法兰，分别设置于圆筒形内腔中所述转子组件的外侧，与所述转子组件联 动，其外圆柱面的中部开设镶嵌槽； 两膨胀活塞环，分别固定于所述两星轮固定法兰外圆柱面的所述镶嵌槽内，与缸体内 圆筒面密封配合，且与所述镶嵌槽的底部和侧壁具有预设尺寸的间隙；由该间隙泄露出的 微量流体在所述星轮固定法兰的旋转运动带动下形成流体膜，该流体膜实现所述圆筒形内 腔的密封。
2. 根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于：所述膨胀活塞环的侧面与镶嵌槽侧 壁的间隙，及所述膨胀活塞环的内环面与镶嵌槽底部的间隙均介于〇. 〇2_?0. 3_之间。
3. 根据权利要求2所述的转动装置，其特征在于：所述膨胀活塞环的侧面与镶嵌槽侧 壁的间隙ΛΑ满足：0. 05mm彡ΛΑ彡0. 3mm ;所述膨胀活塞环的内环面与镶嵌槽底部的间隙 Δ B 满足：0· 1mm < Δ B < 0· 3mm。
4. 根据权利要求3所述的转动装置，其特征在于，所述星轮固定法兰外圆柱面与缸体 内圆筒面的间隙AC满足：0· 08mm彡AC彡0· 3mm。
5. 根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述星轮固定法兰的外圆柱面设置N 条镶嵌槽；N个膨胀活塞环分别设置于该N条镶嵌槽内，所述N > 2。
6. 根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述膨胀活塞环的内环面和镶嵌槽 底部之间采用迷宫式密封。
7. 根据权利要求6所述的转动装置，其特征在于，所述膨胀活塞环内环面和镶嵌槽底 部呈相互匹配的锯齿状、不规则凹凸状或条纹状。
8. 根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述膨胀活塞环的内环面和镶嵌槽 底部呈圆弧滚珠沟道形状，两者之间设置若干球形滚珠。
9. 根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述膨胀活塞环为开口活塞环，其材 料为青铜合金或错合金。
10. 根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述隔离机构为以下隔离机构中的 一种：旋阀片式隔离机构、闸阀式隔离机构、旋阀式隔离机构。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的转动装置，其特征在于，所述转子组件为偏心 转子组件，包括： 偏心曲轴，套设于所述主轴位于圆筒形内腔的部分，其中心轴线与所述主轴的中心轴 线相互平行且错开预设距离； 滚动活塞轮，套设于所述偏心曲轴上，与所述星轮固定法兰固定，其中心轴线与所述偏 心曲轴的中心轴线重合，该滚动活塞轮沿所述缸体的内圆筒面滚动； 至少一滚动轴承，对称地套设于所述偏心轴上，其内套圈固定于所述偏心轴，其外套圈 固定于所述滚动活塞轮，以隔绝两者的转动，该至少一个滚动轴承与所述滚动活塞轮之间 的预紧弹性力将所述滚动活塞轮压紧于所述圆筒形内腔的内圆筒面，使所述圆筒形内腔的 内圆筒面和滚动活塞轮的外圆柱面之间形成轴向延伸的月牙形密封腔室。
12. 根据权利要求11所述的转动装置，其特征在于，所述星轮固定法兰呈朝向圆筒形 内腔中心的"L"形； 所述两星轮固定法兰套设于所述主轴上，所述偏心曲轴套设于两侧"L"形星轮固定法 兰的内侧。
13. 根据权利要求12所述的转动装置，其特征在于，位于同一侧的星轮固定法兰与偏 心曲轴一体成型或分别成型。
14. 根据权利要求12所述的转动装置，其特征在于，所述偏心曲轴的内侧设置轴肩，所 述滚动轴承的内圈固定于偏心曲轴的所述轴肩； 所述滚动活塞轮侧面与其外侧星轮固定法兰侧面的对应位置之间，及偏心曲轴所述轴 肩外侧的部分与滚动活塞轮内圆筒面的对应位置之间，共同构成"L"形迷宫式密封。
15. 根据权利要求14所述的转动装置，其特征在于，所述"L"形迷宫式密封中，所述滚 动活塞轮端面与其外侧星轮固定法兰侧面的对应位置之间，及偏心曲轴所述轴肩外侧的部 分与滚动活塞轮内圆筒面的对应位置之间的间隙介于〇. 〇3mm?0. 06mm之间。
16. 根据权利要求11所述的转动装置，其特征在于，还包括： 平衡配重块，对称设置星轮固定法兰的外侧，偏心曲轴较轻的一边。
17. 根据权利要求11所述的转动装置，其特征在于，所述偏心曲轴的偏心量e介于 R/8?R/5之间，其中R为缸体内圆筒的半径。
18. 根据权利要求1至10中任一项所述的转动装置，其特征在于，所述转子组件为星旋 式转子组件，包括： 中心太阳轮滚筒，套设于主轴上，其外圆柱面与缸体的内圆筒面形成环形活塞空间； Μ个圆柱形行星活塞轮，在所述环形活塞空间内滚动，并将该环形活塞空间分为Μ个部 分环形的密封工作空间，该Μ个圆柱形行星活塞轮中每一个的两端分别与两侧的所述星轮 固定法兰固定。
19. 一种流体马达，其特征在于，包括权利要求1至18中任一项所述的转动装置，该转 动装置的第二组通孔与高压流体进口相连通；第一组通孔与低压流体出口相连通。
20. 根据权利要求19所述的流体马达，其特征在于，包括串联的Τ台的所述转动装置， 所述Τ > 2 ;该Τ台转动装置的任一台转动装置中：第二组通孔与高压流体进口相连通；第 一组通孔与低压流体出口相连通； 所述Τ台转动装置中至少两台转动装置的相位角Θ相互错开的角度大于临界区间角 ，所述转动装置的相位角Θ是指：自本周期的高压流体做功冲程开始，所述转子组件在 所述圆筒形内腔中所转动的角度；所述临界区间角Θ i是指：从上一周期的低压流体排出 冲程开始至本周期的高压流体做功冲程开始之间，所述转子组件在所述圆筒形内腔中转动 的角度。
21. 根据权利要求20所述的流体马达，其特征在于，所述T台转动装置中相位相邻的两 台转动装置的相位角Θ相互错开的角度为360/T。
22. 根据权利要求19所述的流体马达，其特征在于，所述缸体内侧形成有一轴向延伸 的、朝向圆筒形内腔敞开的容放凹槽；在容放凹槽的底部，侧对所述旋阀体的位置，开设有 一与缸体外部隔绝密封的销钉盲孔；所述隔离机构为旋阀片式隔离机构，包括 ： 旋阀体，配装于所述容放凹槽内并由其可转动的支撑，在预定的角度范围内摆动，将所 述轴向延伸的密封工作空间分隔为相互独立的第一容积可变腔室和第二容积可变腔，其正 面朝向的腔室为第二容积可变腔室，其背面朝向的腔室为第一容积可变腔室； 旋阀体复位机构，用于驱动所述旋阀体的末端始终压住所述转子组件的外表面，包 括： 复位销钉，可滑动密封地插入所述销钉孔内； 弹性件，位于所述复位销钉内侧的销钉孔内，其末端抵接于所述复位销钉的尾部，产生 的弹性力使复位销钉的末端沿朝向滚动活塞轮的方向顶住旋阀体。
23. 根据权利要求22所述的流体马达，其特征在于，通过旋阀体最大伸出状态下末端 的缸体半径与垂直于所述容放凹槽中心轴线的缸体半径的夹角ω介于30°?40°之间。
24. 根据权利要求22所述的流体马达，其特征在于，所述销钉盲孔的顶端通过第一旁 路与第二组通孔相连通，底部通过第二旁路与容放凹槽相连通，所述弹性件为进入所述销 钉孔内的高压流体； 在转子组件滚过圆筒形空间的顶端时，旋阀体完全旋入容放凹槽内，复位销钉的顶端 位于销钉盲孔的中部，将高压流体进口与容放凹槽隔绝。 当转子组件滚过圆筒形空间的顶端后，在高压流体作用下，复位销钉向下运动，压迫旋 阀体从容放凹槽中旋出，复位销钉的顶端运动至销钉盲孔的底部，高压流体通过第二组通 孔、第一旁路、销钉盲孔、第二旁路、容放凹槽进入第二容积可变腔室。
25. -种发动机，其特征在于，包括权利要求1至18中任一项所述的转动装置，该转动 装置的第二组通孔与燃烧室相连通；所述第一组通孔与废气排出口相连通。
26. 根据权利要求25所述的发动机，其特征在于，包括串联的S台所述的转动装置，所 述S > 2 ;该S台转动装置的任一台转动装置中：第二组通孔与燃烧室相连通；第一组通孔 与废气排出口相连通； 所述Τ台转动装置中至少两台转动装置的相位角Θ相互错开的角度大于临界区间角 ，所述转动装置的相位角Θ是指：自本周期的气体膨胀做功冲程开始，所述转子组件在 所述圆筒形内腔中所转动的角度；所述临界区间角Θ i是指：从上一周期的废气排出冲程 开始至本周期的气体膨胀做功冲程开始之间，所述转子组件在所述圆筒形内腔中所需转动 的角度。
27. 根据权利要求26所述的发动机，其特征在于，所述T台转动装置中相位相邻的两台 转动装置的相位角Θ相互错开的角度为360/T。
28. 根据权利要求26所述的发动机，其特征在于，所述缸体内侧形成有一轴向延伸的、 朝向圆筒形内腔敞开的容放凹槽；在容放凹槽的底部，侧对所述旋阀体的位置，开设有一与 缸体外部隔绝密封的销钉盲孔；所述隔离机构包括： 旋阀体，配装于所述容放凹槽内并由其可转动的支撑，在预定的角度范围内摆动，将所 述轴向延伸的密封工作空间分隔为相互独立的第一容积可变腔室和第二容积可变腔，其正 面朝向的腔室为第二容积可变腔室，其背面朝向的腔室为第一容积可变腔室； 旋阀体复位机构，用于驱动所述旋阀体的末端始终压住所述转子组件的外表面，包 括： 复位销钉，可滑动密封地插入所述销钉孔内； 弹性件，位于所述复位销钉内侧的销钉孔内，其末端抵接于所述复位销钉的尾部，产生 的弹性力使复位销钉的头部沿朝向滚动活塞轮的方向顶住旋阀体，使所述旋阀体从所述容 放凹槽内旋出室。
29. 根据权利要求28所述的发动机，其特征在于，通过旋阀体最大伸出状态下末端的 半径与垂直于所述容放凹槽中心轴线的缸体半径的夹角ω介于30°?40°之间。
30. 根据权利要求28所述的发动机，其特征在于，所述销钉盲孔的顶端通过第一旁路 与第二组通孔相连通，底部通过第二旁路与容放凹槽相连通，所述弹性件为进入所述销钉 孔内的膨胀气体； 当转子组件滚过圆筒形空间的顶端时，旋阀体完全旋入容放凹槽内，复位销钉的顶端 位于销钉盲孔的中部，将高压流体进口与容放凹槽隔绝。 当转子组件滚过圆筒形空间的顶端后，在膨胀气体作用下，复位销钉向下运动，压迫旋 阀体从容放凹槽中旋出，复位销钉的顶端运动至销钉盲孔的底部，膨胀气体通过第二组通 孔、第一旁路、销钉盲孔、第二旁路、容放凹槽进入第二容积可变腔室。
31. -种压缩机，其特征在于，包括权利要求1至18中任一项所述的转动装置；该转动 装置的第二组通孔与低压压缩介质输入口相连通，第一组通孔与压缩后高压压缩介质的排 出口相连通。
32. -种泵，其特征在于，包括权利要求1至18中任一项所述的转动装置；该转动装置 的第一组通孔与流体进口相连通；第二组通孔与流体出口相连通。
【文档编号】F04C29/00GK104100299SQ201310127518
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月12日 优先权日:2013年4月12日
【发明者】姚其槐, 姚镇 申请人:北京星旋世纪科技有限公司
【专利摘要】本发明提供了一种转动装置及应用其的流体马达、发动机、压缩机和泵。该转动装置中，通过膨胀活塞环与星轮密封法兰之间的气膜润滑设计或液膜润滑设计实现缸体圆筒形内腔的非接触密封，使转动装置能够运行于高频率-无油的工作环境中。
【专利说明】转动装置及应用其的流体马达、发动机、压缩机和泵
【技术领域】
[0001] 本发明涉及流体机械【技术领域】，尤其涉及一种转动装置及应用该转动装置的流体 马达、发动机、压缩机和泵。
【背景技术】
[0002] 动力转换装置是一种将机械能与流体压力能间进行相互转换的能量转换装置，例 如包括发动机、流体马达、压缩机以及泵。在发动机的传统领域里，主要有往复活塞式四冲 程发动机、三角转子发动机、燃气轮机等机械结构。在流体马达的传统领域里，主要有活塞 式、叶片式、齿轮式等机械构造。在压缩机和泵的传统领域里，主要有柱塞式、叶片式、齿轮 式、螺杆式和涡旋式等机械结构。对于传统的动力转换装置来讲，由于其主要运动元件均采 取滑动摩擦形式，造成大量能量消耗在动力转换装置内部，导致其能量转换效率低下。
[0003] 本发明的 申请人:于2010年6月提出了一种星旋式转动装置及应用其的流体机械 装置（专利申请号：201010196950. 8)。如图1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一连接件连接到主轴上；行星活 塞轮为圆柱滚轮；隔离结构位于环形活塞空间内，第一组通孔和第二组通孔之间，用于将环 形活塞空间隔离为两个容积可变工作空间；行星活塞轮，在两个容积可变工作空间的流体 压力差的作用下沿环形活塞空间内运动。然而，上述星旋式转动装置及应用其的各类流体 机械装置中，由于隔离机构的运动并不是完全的连续运动，由于其噪音问题难于避免，极大 的限制了其在噪音要求较高环境下的应用。
[0004] 偏心转子式压缩机为现有压缩机的一种。图2为现有技术偏心转子式压缩机的结 构示意图。该偏心转子式压缩机可参照参考文献2(专利申请号：200780027498.9)中。请 参照图2,该滚动转子式压缩机包括缸体1，滚动转子2、偏心套3、带有偏心曲轴部分的驱动 轴4、摆动挡块、螺旋弹簧。在驱动轴4的偏心曲轴部分与滚动转子2之间设置能在他们之 间灵活转动的偏心套3,从而使滚动转子2的偏心距得以调整并在工作中实现柔性滚动接 触密封。偏心套3-面绕驱动轴做公转，一面绕偏心中心做自转。而摆动挡块的转动部分 在螺旋弹簧的弹簧力作用下，以摆动部分紧压在滚动转子2的外圆表面上，实现摆动式隔 离。该类型的偏心转子式压缩机具有结构简单、运转平稳等优点，在压缩机领域有十分广阔 的应用。
[0005] 在上述偏心转子式压缩机中，由于其频率较低，并且可以工作在油润滑情况下，因 此其缸体密封问题较容易解决。然而，至今为止，上述的偏心转子结构并没有应用到流体马 达和发动机领域。究其原因，乃是由于在高频率、无油工作环境下的缸体密封的问题迟迟未 得到解决，从而极大的限制了该种偏心转子结构在发动机和流体马达等场景下的应用。
【发明内容】
[0006] (一）要解决的技术问题
[0007] 鉴于上述技术问题，本发明提供了一种转动装置及应用该转动装置的流体马达、 发动机、压缩机和泵。
[0008] (二）技术方案
[0009] 根据本发明的一个方面，提供了一种转动装置。该转动装置包括：缸体，呈圆筒形； 前/后密封端盖，分别密封连接于缸体的前/后两端，与缸体共同构成一圆筒形内腔；主轴， 由缸体和/或前/后密封端盖可转动地支撑，其中心轴线与圆筒形内腔的中心轴线重合；转 子组件，套设于主轴位于圆筒形内腔的部分，通过在圆筒形内腔中做旋转运动形成轴向延 伸的密封工作空间；隔离机构，其末端与转子组件相密封，从而将轴向延伸的密封工作空间 分隔为相互独立的，分别通过设置于缸体上的第一组通孔和第二组通孔与缸体外侧相连通 的第一容积可变腔室和第二容积可变腔室；以及缸体密封组件，位于圆筒形内腔中转子组 件的外侧，包括：两星轮固定法兰，分别设置于圆筒形内腔中转子组件的外侧，与转子组件 联动，其外圆柱面的中部开设镶嵌槽；两膨胀活塞环，分别膨胀固定于两星轮固定法兰外圆 柱面的镶嵌槽内，与缸体的内圆筒面密封配合，且与镶嵌槽的底部和侧壁具有预设尺寸的 间隙；由该间隙泄露出的微量流体在星轮固定法兰的旋转运动带动下形成流体膜，该流体 膜实现圆筒形内腔的密封。
[0010] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种流体马达。该流体马达包括上述的转动 装置，该转动装置的第二组通孔与高压流体进口相连通；第一组通孔与低压流体出口相连 通。
[0011] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种发动机。该发动机包括上述的转动装置， 该转动装置的第二组通孔与燃烧室相连通；第一组通孔与废气排出口相连通。
[0012] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种压缩机。该压缩机包括上述的转动装置； 该转动装置的第二组通孔与低压压缩介质输入口相连通，第一组通孔与压缩后高压压缩介 质的排出口相连通。
[0013] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种泵。该泵包括上述的转动装置；该转动装 置的第一组通孔与流体进口相连通；第二组通孔与流体出口相连通。
[0014] (三）有益效果
[0015] 从上述技术方案可以看出，本发明转动装置及应用该转动装置的流体机械装置具 有以下有益效果：
[0016] (1)通过膨胀活塞环与星轮固定法兰之间的气膜润滑设计或液膜润滑设计实现缸 体圆筒形内腔的非接触密封，使转动装置能够运行于高频率-无油的工作环境中，实现了 转动装置的高效低耗旋转密封；
[0017] (2)在偏心转子式转动装置中，对偏心转子组件的两侧端面实施关键的精细密封 设计，将偏心曲轴与星轮固定法兰连接，两者无相对运动，做到零泄漏，滚动活塞轮的两侧 端面与内圆筒面与邻接零件构成了无机械接触的L型迷宫状密封，使高速旋转的滚动活塞 轮的两侧端面在滚动轴承的径向和轴向精密定位的保证下，得以长期维持稳定预设的磨擦 境界面微小间隙，有效控制了转动装置中流体的泄漏；
[0018] (3)通过旋阀体气动复位销钉的运动来实现进气（液）口的自动打开和关闭，气动 复位销钉的这一复合阀门功能，不仅简化了机械构造，而且提高了弹性元件的工作可靠性 与寿命；
[0019] (4)通过将黄金律理念引入至转动装置中，可以优化缸体、太阳轮及滚柱行星活塞 轮的尺寸，进而提高星旋式转动装置的运行效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为现有技术可用于流体马达和发动机的星旋式转动装置的结构示意图；
[0021] 图2为现有技术偏心转子式压缩机的结构示意图；
[0022] 图3A为本发明实施例转动装置的剖视图；
[0023] 图3B为图3A所示转动装置在进气口开通状态沿A-A方向的剖视图；
[0024] 图3C为图3A所示转动装置在进气口关闭状态沿A-A方向的剖视图；
[0025] 图4A为图3所示转动装置缸体内圆筒面内部各元件的剖视图；
[0026] 图4B为图3所示转动装置缸体内圆筒面内部各元件的立体图；
[0027] 图4C为图3A所示转动装置中星轮固定法兰、滚动活塞轮、偏心曲轴及滚动轴承结 合部的局部放大图；
[0028] 图5为本发明实施例转动装置中膨胀活塞环与缸体、星轮固定法兰之间摩擦情况 的不意图；
[0029] 图6A为本发明另一实施例转动装置中缸体密封组件中膨胀活塞环与星轮固定法 兰外圆柱面镶嵌槽匹配的示意图；
[0030] 图6B为本发明再一实施例转动装置中缸体密封组件中膨胀活塞环与星轮固定法 兰外圆柱面镶嵌槽匹配的示意图；
[0031] 图6C为本发明再一实施例转动装置中缸体密封组件中膨胀活塞环与星轮固定法 兰外圆柱面镶嵌槽匹配的示意图；
[0032] 图7A至图7H为本发明实施例流体马达工作流程的示意图；
[0033] 图8为本发明实施例包含两转动装置的流体马达的剖视图。
[0034] 图9A为本发明实施例只包含一转动装置的流体马达的输出扭矩曲线；
[0035] 图9B为本发明实施例包含两转动装置的流体马达的输出扭矩曲线。
【具体实施方式】
[0036] 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实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员 所知的形式。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。此外，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，并非用来限 制本发明。
[0037] 本发明 申请人:在多年生产实践的基础上，借鉴上述现有技术中偏心转子式压缩机 的构造，提出了一种借助活塞轮固定法兰和膨胀活塞环进行缸体密封的转动装置及应用该 转动装置的流体马达、发动机、压缩机和泵，以实现缸体非机械接触式的可靠密封。为方便 理解，首先将本发明中所涉及主要元件进行编号说明，如下所示：
[0038] 110-缸体； 111-缸体主体；
[0039] 112-前缸盖； 113-后缸盖；
[0040] 120、130-前/后端盖； 140-气缸头；
[0041] 200-主轴； 300-转子组件；
[0042] 310-偏心曲轴； 320-滚动轴承；
[0043] 330-滚动活塞轮； 400-旋阀式隔离机构；
[0044] 411-容放凹槽； 412-旋阀体；
[0045] 420-旋阀体复位机构； 421-销钉盲孔；
[0046] 422-复位销钉； 423-旁路；
[0047] 600-缸体密封组件； 611、612-星轮固定法兰；
[0048] 621、621'、622_膨胀活塞环；621a_球形滚珠；
[0049] 630-平衡配重块； 640-法兰曲轴定位销钉；
[0050] A-第一转动装置； B-第二转动装置；
[0051] C-密封隔板。
[0052] 转动装置
[0053] 在本发明的一个示例性实施例中，提供了 一种转动装置。图3A为本发明实施例转 动装置的剖视图。图3B和图3C分别为图3A所示转动装置在两个状态时沿A-A方向的剖 视图。请参照图3A和图3B，该转动装置包括：缸体110,呈圆筒形，由缸体主体111和分别 设置在该缸体主体111前/后端面的前缸盖112和后缸盖113共同构成；前/后密封端盖 (120U30)，分别密封连接于缸体的前/后两端的缸盖上，与缸体共同构成一圆筒形内腔； 主轴200,由缸体110和/或前/后密封端盖（120、130)可转动地支撑，其中心轴线与圆筒 形内腔的中心轴线重合；转子组件，套设于主轴位于圆筒形内腔的部分，通过在圆筒形内腔 中做旋转运动形成轴向延伸的密封工作空间；隔离机构，其前端与转子组件相密封，从而将 轴向延伸的密封工作空间分隔为相互独立的第一容积可变腔室和第二容积可变腔室，该第 一容积可变腔室和第二容积可变腔室分别通过设置于缸体上的第一组通孔和第二组通孔 与缸体外侧相连通；以及缸体密封组件600,位于圆筒形内腔中转子组件的外侧，用于实现 密封工作空间的密封。其中缸体密封组件600,包括：两星轮固定法兰￠11和612)，分别设 置于前/后端盖内侧的圆筒形内腔中，与转子组件联动，并通过键与主轴配合，其外圆柱面 的中部开设镶嵌槽；两膨胀活塞环出21、622)，分别膨胀固定于两星轮固定法兰外圆柱面 的镶嵌槽内，与缸体的内圆筒面密封配合，且与镶嵌槽的底部和侧壁具有预设尺寸的间隙； 由该间隙泄露出的微量流体在所述星轮固定法兰的旋转运动带动下形成流体膜，该流体膜 实现所述圆筒形内腔的密封。该预设尺寸介于〇. 〇2mm?0. 3mm之间。
[0054] 以下分别对本实施例转动装置的各个组成部件进行详细说明。
[0055] 缸体110呈圆筒形，具有一内圆筒面。缸体110包括缸体主体111、分别设置在该 缸体主体111前/后端面的前缸盖112和后缸盖113。在缸体主体111外侧的预设位置，一 般为上方，设置气缸头140。后续隔离机构的旋阀体及其复位机构均对应该气缸头140的位 置进行设置，这些内容将在下文进行详细说明。
[0056] 前/后密封端盖（120和130)，分别密封连接于缸体110前/后缸盖（112和113) 的前/后两端，与缸体110共同构成一圆筒形内腔。该圆筒形内腔即为本实施例转动装置 的工作区域。
[0057] 主轴200由设在缸体前/后缸盖（112和113)上的滚动轴承进行可转动的径向定 位支撑；而其轴向定位则由压在滚动轴承外套圈端面上的前/后密封端盖（120和130)的 精密调节完成支撑，其中心轴线与圆筒形内腔的中心轴线重合。主轴200在圆筒形内腔的 外部和内部之间传递扭矩，以压缩机为例：该主轴200的第一部分位于圆筒形内腔外，与外 界动力源相接，将外界动力源输入的扭矩传输至圆筒形内腔；第二部分位于圆筒形内腔内， 利用外界动力源输入的扭矩带动偏心转子组件300转动。
[0058] 需要说明的是，虽然本实施例中主轴只有一端伸出圆筒形内腔外，由一侧输入或 输出扭矩，但是，本发明同样包括主轴两端均伸出圆筒形内腔外，由两端输入或输出扭矩的 情况。本领域技术人员应当很清楚的明了此种技术方案如何实现，此处不再赘述。
[0059] 转子组件套设于主轴200位于圆筒形内腔的部分，通过在圆筒形内腔内做旋转运 动形成轴向延伸的密封工作空间。
[0060] 隔离机构的前端与转子组件相密封，从而将上述密封工作空间分隔为相互独立的 第一容积可变腔室和第二容积可变腔室，该第一容积可变腔室和第二容积可变腔室分别通 过设置于缸体上的第一组通孔和第二组通孔与缸体外侧相连通。
[0061] 图4A为图3所示转动装置中缸体内圆筒面内部各元件的剖视图。图4B为图3所 示转动装置中缸体内圆筒面内部各元件的立体图。请参照图4A和图4B，在本实施例中，转 子组件为偏心转子组件300。该偏心转子组件300套设于主轴200位于圆筒形内腔的部分， 包括：偏心曲轴310,套设于主轴200位于圆筒形内腔的部分，其中心轴线与主轴200的中 心轴线相互平行且错开预设距离；滚动活塞轮330,套设于偏心曲轴310上，其中心轴线与 偏心曲轴310的中心轴线重合。该滚动活塞轮330沿缸体110的内圆筒面滚动，缸体110 的内圆筒面和滚动活塞轮330的外圆柱面之间形成轴向延伸的月牙形密封工作空间。
[0062] 本实施例转动装置中，偏心曲轴的偏心量e的选择，是机构设计的关键，其不能设 计的过大或过小。以马达为例，偏心量太小，偏心曲轴的直径太大，马达的输出扭矩就越小； 偏心量e太大，虽然扭矩变大，但马达启动所需要的瞬时功率就越大，设备启动困难，实用 性受到影响。只有当偏心量e介于R/8?R/5之间时，才能在大扭矩和低启动功率下取得 平衡，达到实用性的要求，其中R为缸体内圆筒面的半径。例如，在应用本发明所制备的5 台流体马达中，偏心量e的取值分别为：R/8 ;R/7 ;R/6 ;R/6 ;R/5。实验证明，该5台流体马 达的运转效率均达到了设计要求。
[0063] 为了减小偏心曲轴310和滚动活塞轮330之间的摩擦，本实施例转动装置还包括： 至少两滚动轴承320,对称地套设于偏心曲轴310上，其内套圈固定于偏心曲轴310,其外套 圈固定于滚动活塞轮330,以隔绝两者的转动。该些滚动轴承与滚动活塞轮之间的预紧弹性 力将滚动活塞轮压紧于圆筒形内腔的内圆筒面，使圆筒形内腔的内圆筒面和滚动活塞轮的 外圆柱面形成轴向延伸的月牙形密封腔室。
[0064] 为了实现缸体的可靠密封，请参照图4A，星轮固定法兰呈朝向圆筒形内腔中心的 "L"形；两星轮固定法兰套设于主轴上，偏心曲轴套设于两侧"L"形星轮固定法兰的内侧。 位于同一侧的星轮固定法兰与偏心曲轴一体成型或分别成型。偏心曲轴与星轮固定法兰之 间无相对运动，做到零泄漏，
[0065] 图4C为图3A所示转动装置中星轮固定法兰、滚动活塞轮、偏心曲轴及滚动轴承 结合部的放大图。请参照图4C，偏心曲轴的内侧设置轴肩，滚动轴承的内圈固定于偏心曲 轴的轴肩；滚动活塞轮侧面与其外侧星轮固定法兰侧面的对应位置之间，及偏心曲轴轴肩 外侧的部分与滚动活塞轮内圆筒面的对应位置之间，共同构成"L"形迷宫式密封。具体而 言，"L"形迷宫式密封中，滚动活塞轮侧面与其外侧星轮固定法兰侧面的对应位置之间，及 偏心曲轴轴肩外侧的部分与滚动活塞轮内圆筒面的对应位置之间的间隙Λ介于〇.〇3_? 0. 06mm 之间。
[0066] 实践证明，通过无机械接触的"L"形迷宫状密封，使高速旋转的滚轮的两侧端面在 星轮支撑滚动轴承的径向和轴向精密定位的保证下，得以长期维持稳定预设的磨擦境界面 微小间隙，有效控制了泄漏。在应用本发明所制备的5台流体马达中，间隙△的取值分别 为：0· 03mm ;0· 04mm ;0· 05mm ;0· 05mm ;0· 06mm。实验证明，该5台流体马达圆筒形内腔的密 封良好。
[0067] 此外，本领域技术人员应当清楚，除了上述偏心转子组件外，该转子组件还可以为 其他类型的转子组件，例如本发明的 申请人:在之前专利中（专利申请号：201010196950. 8) 提出的星旋转子组件。该星旋转子组件包括：套设于主轴上的中心太阳轮滚筒及在中心太 阳轮滚筒的外圆筒面及所述缸体的内圆筒面构成环形活塞空间滚动的若干个圆柱形行星 活塞轮。
[0068] 请参照图3B，本实施例中，隔离机构为旋阀式隔离机构400。该旋阀式隔离机构 400包括：旋阀体412和旋阀体复位机构420。该旋阀体412在旋阀体复位机构420的作用 下，末端始终压住滚动活塞轮的外表面，从而将月牙形密封工作空间分隔为相互独立的第 一容积可变腔室和第二容积可变腔室。
[0069] 缸体主体111上对应气缸头140的位置形成有一轴向延伸的、朝向圆筒形内腔敞 开的容放凹槽。该旋阀体412配装在该容放凹槽内并由该容放凹槽可转动的支撑，并在预 定的角度范围内摆动。当偏心转子组件的转动至上部位置时，旋阀体412被压入该容放凹 槽内，呈压入状态。当偏心转子组件转动至下部位置时，旋阀体摆动至其最大位置，呈伸出 状态。该旋阀体412将所述轴向延伸的密封工作空间分隔为相互独立的第一容积可变腔室 和第二容积可变腔，定义其正面朝向的腔室为第二腔室，其背面朝向的腔室为第一腔室。
[0070] 在本实施例中，旋阀体与通过旋阀体转动轴的缸体直径的夹角ω遵循黄金分割 率，g卩ω = (1-0. 618) Χ90° = 34. 38°。在本发明其他的实施例中，该ω可介于30°至 40°之间即可。
[0071] 实践证明，通过将黄金律的理念引入至转动装置中，可以优化缸体、太阳轮及滚柱 行星活塞轮的尺寸，进而提高星旋式转动装置的运行效率。在应用本发明所制备的5台流 体马达中，ω的取值分别为：30° ;32° ;35° ;38° ;40°。实验证明，该5台流体马达的 运转效率均达到了设计要求。
[0072] 本实施例中，旋阀体为片状结构，即旋阀片。但该旋阀体也可以是如图2所示的 半圆形结构等等。此外，本领域技术人员也应当清楚，除旋阀体及其复位机构之外，本发明 隔离机构还可以采用其他类型的阀体，例如：旋阀片（专利申请号：200780027498. 9);闸阀 (专利申请号=201110322746. 0);旋阀体（专利申请号：201110145313. 2)等等。这些隔离 机构的安装方式可参考相关文献，此处不再详细描述。
[0073] 本实施例中，不论何种形式的隔离机构，由于偏心转子组件的运动为360度连绵 不断的运动，从而隔离机构的运动也同样为连续，升降角逐渐变化的运动，从而克服了隔离 机构的冲击噪声问题。
[0074] 如图3B和图3C所示，旋阀体复位机构420用于使旋阀体始终压设于滚动活塞轮 的外圆柱面。在容放凹槽的底部，侧对旋阀体位置，开有一个销钉盲孔。可滑动密封的复位 销钉422插入销钉盲孔，其末端沿朝向旋阀体的方向。弹性件，位于所述复位销钉422内侧 的销钉孔内，其末端抵接于所述复位销钉422的尾部，产生的弹性力使复位销钉422的头部 沿朝向旋阀体的方向顶住旋阀体，实现所述旋阀体的复位密封。
[0075] 本领域技术人员同样应当清楚，该旋阀体复位机构也可以为其他类型的复位机 构，例如设置在缸体外部的机械式复位机构等。该些机械式复位机构在本申请的 申请人:先 前专利（专利申请号：201120071995. 2)中有详细阐述，此处不再重述。
[0076] 请参照图4A和图4B，缸体密封组件600位于圆筒形内腔内，转子组件的外侧，包 括：两星轮固定法兰（611和612)，分别设置于前/后端盖（120和130)内侧的圆筒形内腔 中，与转子组件联动，并通过键与主轴配合，其外圆柱面的中部开设镶嵌槽；两膨胀活塞环 (621和622)，分别膨胀固定于两星轮固定法兰￠11和612)外圆柱面的镶嵌槽内，与缸体 110的内圆筒面密封配合（如图5所示的紧固密封面），且与镶嵌槽的底部和侧壁具有预设 尺寸的间隙，例如：〇. 〇2mm?0. 3mm的间隙。当转子组件为偏心转子组件时，该两星轮固定 法兰与偏心曲轴通过法兰曲轴固定销钉固定。当转子组件为星旋转子组件时，该两星轮固 定法兰与圆柱形行星活塞轮相连接。
[0077] 本领域技术人员应当清楚，在设置星轮固定法兰进行密封的情况下，如果星轮固 定法兰（611和612)和缸体110内圆筒面之间采用接触式机械密封，那么高速圆周转动的 星轮固定法兰（611和612)与缸体110接触部的磨擦必然很大，磨擦生热，零件很快就会磨 损甚至被烧坏，除非星轮固定法兰（611和612)和缸体110泡在润滑油里。而在高频无油 的工程需求中，这是根本不可能实现的。
[0078] 本实施例中，将膨胀活塞环（621和622)膨胀固定到星轮固定法兰（611和612)外 圆柱面中部的沟槽中，通过膨胀活塞环实现缸体圆筒形内腔工作区域的可靠密封。图5为 本发明实施例转动装置中膨胀活塞环与缸体、星轮固定法兰之间摩擦情况的示意图。以下 结合图5,对该活塞环与外侧缸体内壁和内侧星轮固定法兰的磨损情况进行分析说明。
[0079] 请参照图5,星轮固定法兰（611和612)的外圆柱面与缸体110内圆筒面之间存在 适当的间隙AC，即星轮固定法兰（611和612)与缸体110内壁并不直接接触，两者之间不 产生直接摩擦。在本发明优选的实施例中，星轮固定法兰外圆柱面与缸体内圆筒面的间隙 0. 08mm < Δ C < 0. 3mm。
[0080] 多次实验证明，当密封空间的细微间隙小于0. 02mm时，其泄露的气体非常少，基 本可以忽略不计。而当细微间隙大于0. 3_时，泄露气体将会影响到容积可变密封空间。在 本发明中，膨胀活塞环（621和622)和星轮固定法兰（611和612)镶嵌槽的侧面和底部之 间均具有〇. 〇2mm至0. 3mm的细微间隙，既保证了密封工作空间的基本完整，又能够保证有 微量气体从该细微间隙中泄露出来，本发明实现圆筒形内腔密封的秘诀即在于该泄露出来 的微量气体。
[0081] 星轮固定法兰（611和612)的旋转运动会把微量气体带入该细微间隙里形成气 膜，产生流体润滑效果，保证了星轮固定法兰与活塞环的接触面的磨擦损耗最小化，实现了 对圆筒形内腔的高效低耗旋转动态密封。此外，还需要说明的是，泄露出来的压力流体在膨 胀活塞环的轴向内外侧形成压力梯度差，即星轮固定法兰内侧的高压气体区和外侧的低压 气体区所形成的压力梯度差。在缸体内由于气体的进排气周期性变化而产生的压力脉冲影 响下，膨胀活塞环（621和622)侧面的位置会有微观振动变化。
[0082] 由于膨胀活塞环和星轮固定法兰之间存在细微间隙，因此两者并不是紧密配合。 在滚动活塞轮的偏心转子组件在圆筒形内腔内滚动的过程中，与其固定的星轮固定法兰随 其一起转动，但膨胀活塞环并不随星轮固定法兰而转动。因此，膨胀活塞环的外圆面和缸体 的内圆筒面之间并没有相对运动，两者之间也没有摩擦。
[0083] 基于上文论述，本领域技术人员应当能够理解本实施例中通过膨胀活塞环的 润滑设计-气膜润滑设计或液膜润滑设计实现非接触密封的具体原理。请参照图5， 考虑到加工误差与成本，在本发明优选的实施例中，膨胀活塞环与镶嵌槽侧壁的细微间 隙ΛΑ满足：0.05mm彡ΛΑ彡0.3臟，该膨胀活塞环与镶嵌槽底部的细微间隙ΛΒ满足： 0. 1_彡ΛΒ彡0. 3_。膨胀活塞环为开口活塞环，其材料根据工况来选定，如高温下可用 离心铸造青铜合金，常温下采用高强度铝合金等等。以下为应用本发明所制备的5台流体 马达中各间隙的取值：
[0084] 在第一台流体马达中，Δ A = 0· 05mm, Δ B = 0· 3mm, Δ C = 0· 3mm ;
[0085] 在第二台流体马达中，Δ A = 0· 08mm，Δ B = 0· 25mm，Δ C = 0· 25mm ;
[0086] 在第三台流体马达中，ΔΑ = 0· 1mm, Δ B = 0· 2mm, Δ C = 0· 2mm ;
[0087] 在第四台流体马达中，Δ A = 0· 2mm，Δ B = 0· 1mm, Δ C = 0· 1mm ;
[0088] 在第五台流体马达中，ΔΑ = 0· 3mm, Δ B = 0· 05mm, Δ C = 0· 08mm。
[0089] 实验证明，该5台流体马达的星轮固定法兰和膨胀活塞环均实现了圆筒形缸体的 可靠密封，长时间运转良好，达到了预定的性能参数。本领域技术人员应当清楚，这些间隙 的参数同样适用于发动机、压缩机和泵等其他类型的流体机械。
[0090] 在上述实施例的基础上，本发明还提供了另外的几种缸体密封组件。
[0091] 在第一种缸体密封组件中，为了保证滚动活塞轮区域的可靠密封，采用2道膨胀 活塞环，如图6A所示，该2道膨胀活塞环构成2级密封面，即图中所示的一级密封面和二级 密封面。该种构造比图5所示的只有一级密封面的构造相比，其密封效果更好。当然，本领 域技术人员可以根据需要来设置膨胀活塞环的道数，例如：3道、4道、5道。
[0092] 在第二种缸体密封组件中，膨胀活塞环和镶嵌槽之间采用迷宫式密封，膨胀活塞 环内环面与镶嵌槽底部相互啮合，从而优化了密封的效果。举例来讲：膨胀活塞环的内环 呈锯齿形状，而镶嵌槽的底部也呈对应的锯齿形状，从而构成齿型密封面，如图6B所示。此 夕卜，本领域技术人员应当了解，该锯齿形状还可以为不规则的凹凸结构或者条纹，也可以产 生同样的效果。
[0093] 在第三种缸体密封组件中，星轮固定法兰镶嵌槽的底部与膨胀活塞环的内环均为 圆弧滚珠沟道形状，两者之间设置球形滚珠。在梯度压力气体作用下滚珠沟道会因为位置 移动了一点距离λ，而把球形滚珠夹紧，膨胀活塞环内圆与星轮固定法兰镶嵌槽底部之间 的微小密封用间隙（约0. 1_)由于有球形滚珠的可靠定位支撑而能够做的很小，提高了密 封精度，并且，夹紧的球形滚珠会对膨胀活塞环产生径向压力，使其更加紧贴气缸壁固定， 如图6C所示。在大型流体机械中，膨胀活塞环与星轮固定法兰的尺寸均较大，膨胀活塞环 的内圆面和星轮固定法兰镶嵌槽底部的间隙非常不容易控制，而采用滚珠较容易解决该问 题。而该种类型的缸体密封组件的膨胀活塞环还可以采用分段制作，尤其适用于大型流体 机械的情况。该球形滚珠可选用钢球，而膨胀活塞环与星轮固定法兰的滚珠沟道的材料可 参考轴承的用材。
[0094] 本实施例中，由于转子组件为偏心转子组件，为了保证整台星旋式转动装置的动 平衡，必须要在合适的位置进行平衡配重。在以往的转动装置转子组件中，平衡配重块位于 圆筒形内腔内，固定于偏心曲轴或者主轴上，而在本实施例中，星轮固定法兰为平衡配重块 提供了合适载体。
[0095] 请参照图4A和图4B，在星轮固定法兰的外侧，偏心曲轴较轻的一边对称设置平衡 配重块630。该平衡配重块一般呈不完整的圆环状，通过法兰曲轴固定销钉固定在偏心曲轴 上。
[0096] 相比于平衡配重块位于圆筒形内腔的转动装置的设置，平衡配重块配置于密封工 作空间的外侧更加有利于后期动平衡的调整。
[0097] 至此，已经结合附图对本实施例转动装置进行了详细描述。依据以上描述，本领域 技术人员应当对本发明转动装置有了清楚的认识。以下将介绍几种应用本实施例转动装置 的流体机械装置。
[0098] 流体马达
[0099] 在本发明的另一个示例性实施例中，还提供了一种流体马达。该流体马达包括上 述转动装置，并且该转动装置中，第二容积可变腔室通过第二组通孔与高压流体进口相连 通；第一容积可变腔室通过第一组通孔与低压流体出口相连通；高压流体推动偏心转子转 动，通过主轴将产生的扭矩传递至圆筒形内腔外。
[0100] 请参照图3B和图3C，其所示转动装置中包括特别应用于流体马达和发动机的旋 阀体复位机构。所述销钉盲孔的顶端通过第一旁路与第二组通孔相连通，底部通过第二旁 路与容放凹槽相连通，所述弹性件为进入所述销钉孔内的高压流体。当转子组件滚过圆筒 形空间的顶端时，旋阀体完全旋入容放凹槽内，复位销钉的顶端位于销钉盲孔的中部，将高 压流体进口与容放凹槽隔绝。当转子组件滚过圆筒形空间的顶端后，在高压流体作用下，复 位销钉向下运动，压迫旋阀体从容放凹槽中旋出，复位销钉的顶端运动至销钉盲孔的底部， 高压流体通过第二组通孔、第一旁路、销钉盲孔、第二旁路、容放凹槽进入第二容积可变腔 室。
[0101] 以下将结合图7A至图7H，介绍本实施例流体马达的工作冲程：
[0102] (1)在初始状态，偏心转子组件旋转至圆筒形内腔的最上方，销钉位于销钉孔的最 内侧位置，旋阀体完全置于容放凹槽内，高压流体进口与月牙形密封工作空间隔离，如图7A 所示；
[0103] (2)随后，在惯性作用下，滚动活塞轮沿逆时针方向滚动，偏离圆筒形内腔的最上 方，销钉从销钉孔的最内侧位置向下运动，旋阀体从容放凹槽内旋出，高压流体进口与月牙 形密封工作空间连通，并且连通的区域越来越大，工作流体沿高压流体进口一第二组通孔 -销钉盲孔一容放凹槽进入第二容积空间，在此过程中，高压流体推动滚动活塞轮向前滚 动，如图7B至图7H所示；
[0104] (3)滚动活塞轮转动一周后，滚动活塞轮旋转至圆筒形内腔的最上方，如图7H所 示，流体马达回至初始状态，同图7A。
[0105] 图9A为本发明实施例包括一台转动装置的流体马达输出扭矩的示意图。如图9A 所示，该流体马达输出的扭矩并不平稳，存在着输出扭矩波峰和波谷的情况，在某些情况下 存在启动死点。
[0106] 在本发明的再一个示例性实施例中，还提供了一种流体马达。该流体马达包括共 用串联的T台上述转动装置，该T台转动装置的任一台转动装置中：第二组通孔与高压流体 进口相连通；第一组通孔与低压流体出口相连通。T台转动装置中至少两台转动装置的相 位角Θ相互错开的角度大于临界区间角，转动装置的相位角Θ是指：自本周期的高压 流体做功冲程开始，转子组件在圆筒形内腔中所转动的角度；临界区间角Θ i是指：从上一 周期的低压流体排出冲程开始至本周期的高压流体做功冲程开始之间，转子组件在圆筒形 内腔中所需转动的角度。其中，该取值一般介于20°?40°之间。并且，在本发明 优选地实施例中，T台转动装置中相位相邻的两台转动装置的相位角Θ相互错开的角度为 360/T。例如：（1)以包含2台转动装置的流体马达为例，两转动装置的相位角Θ相互错开 180° ; (2)以包含3台转动装置的流体马达为例，3台转动装置的相位角Θ在某一时刻为： 0。 、120。 、240。。
[0107] 以包括共用同一主轴的2台转动装置的流体马达为例，其剖面示意图请参照图8。 在图8所示的流体马达中，左右两个转动装置（A和B)由密封隔板C相隔离，两者的滚动活 塞轮的相位错开180度，当一个转动装置的滚动活塞轮经过马达的旋阀片气门区域时，活 塞滚轮没有推力，即处于死点，但是相位错开180度的另一个转动装置的活塞滚轮有推力， 而且处于扭矩最大点，这样就克服了起动死点问题。而且，两个偏心曲轴滚动星轮的输出合 成扭矩。
[0108] 图9B为本发明实施例包括并联的2台转动装置的流体马达输出扭矩的示意图。对 比图9A和图9B，可以看出，包括并联的2台转动装置的流体马达输出扭矩要平稳的多，并且 没有死点。
[0109] 至此，已经结合两个实施例对本发明流体马达进行了详细描述。依据以上描述，本 领域技术人员应当对本发明流体马达有了清楚的认识。
[0110] 发动机
[0111] 在本发明的另一个示例性实施例中，还提供了一种发动机，该发动机包括上述转 动装置，并且该转动装置中，第二容积可变腔室通过第二组通孔与燃烧室相连通；第一容积 可变腔室通过第一组通孔与废气排出口相连通。由燃烧室进入的高压气体推动偏心转子组 件沿圆筒形内腔滚动，偏心转子组件带动主轴转动，通过主轴将产生的扭矩传递至圆筒形 内腔外。
[0112] 同理，流体马达实施例中的旋阀体复位机构也同样可以应用于本实施例发动机。 并且，本实施例发动机的工作冲程与上述压缩机的工作冲程类似，不同之处仅在于推动偏 心转子运动的不是高压流体，而是在燃烧室内产生的高压燃气。
[0113] 同样，为了保证发动机平稳的输出扭矩，避免启动死点，在本发明的再一个示例性 实施例中，还提供了一种发动机。该发动机包括共用同一主轴的S台上述的转动装置，其中 S > 2,其详细构造同流体马达中介绍的结构类似，此处不再重述。
[0114] 至此，已经结合附图对本实施例发动机进行了详细描述。依据以上描述，本领域技 术人员应当对本发明发动机有了清楚的认识。
[0115] 压缩机
[0116] 在本发明的再一个示例性实施例中，又提供了一种压缩机。在该压缩机中，该第一 容积可变腔室为吸入腔，其通过第二组通孔与低压压缩介质输入口相连通；该第二容积可 变腔室为压缩腔，即高压腔，其通过排出第一组通孔与压缩后高压压缩介质的排出口相连 通。主轴将圆筒形内腔外的扭矩传递至圆筒形内腔内，通过偏心转子组件以对压缩介质进 行压缩。
[0117] 至此，已经结合附图对本实施例压缩机进行了详细描述。依据以上描述，本领域技 术人员应当对本发明压缩机有了清楚的认识。
[0118] 泵
[0119] 在本发明的又一个示例性实施例中，又提供了一种泵。在该泵中，第一容积可变腔 室通过第一组通孔与流体进口相连通；第二容积可变腔室通过第二组通孔与流体出口相连 通。主轴将圆筒形内腔外的扭矩传递至圆筒形内腔内；在主轴的带动下，滚动活塞轮沿圆筒 形内腔向前滚动，将由流体进口进入的流体泵入月牙形密封工作空间，进而通过流体出口 将流体排出。
[0120] 至此，已经结合附图对本实施例泵进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人 员应当对本发明泵有了清楚的认识。
[0121] 需要说明的是，本发明转动装置及应用该转动装置的发动机、流体马达、压缩机和 泵中，对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域普通技 术人员可对其进行简单地熟知地替换。
[0122] 综上所述，本发明提供一种转动装置及应用该转动装置的发动机、流体马达、压缩 机和泵，通过星轮固定法兰和膨胀活塞环的配合，实现了密封工作空间在高频和无油条件 下的可靠密封；进而提出了一种包括能够实现流体开闭旋阀片复位机构的流体马达和发动 机，简化了机械结构，提高了转动装置的工作效率。
[0123] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
【权利要求】
1. 一种转动装置，其特征在于，包括： 缸体，呈圆筒形； 前/后密封端盖，分别密封连接于所述缸体的前/后两端，与缸体共同构成一圆筒形内 腔； 主轴，由所述缸体和/或前/后密封端盖可转动地支撑，其中心轴线与所述圆筒形内腔 的中心轴线重合； 转子组件，套设于主轴位于所述圆筒形内腔的部分，通过在所述圆筒形内腔中做旋转 运动形成轴向延伸的密封工作空间； 隔离机构，其末端与转子组件相密封，从而将所述轴向延伸的密封工作空间分隔为相 互独立的，分别通过设置于缸体上的第一组通孔和第二组通孔与缸体外侧相连通的第一容 积可变腔室和第二容积可变腔室；以及 缸体密封组件，位于所述圆筒形内腔中所述转子组件的外侧，包括： 两星轮固定法兰，分别设置于圆筒形内腔中所述转子组件的外侧，与所述转子组件联 动，其外圆柱面的中部开设镶嵌槽； 两膨胀活塞环，分别固定于所述两星轮固定法兰外圆柱面的所述镶嵌槽内，与缸体内 圆筒面密封配合，且与所述镶嵌槽的底部和侧壁具有预设尺寸的间隙；由该间隙泄露出的 微量流体在所述星轮固定法兰的旋转运动带动下形成流体膜，该流体膜实现所述圆筒形内 腔的密封。
2. 根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于：所述膨胀活塞环的侧面与镶嵌槽侧 壁的间隙，及所述膨胀活塞环的内环面与镶嵌槽底部的间隙均介于〇. 〇2_?0. 3_之间。
3. 根据权利要求2所述的转动装置，其特征在于：所述膨胀活塞环的侧面与镶嵌槽侧 壁的间隙ΛΑ满足：0. 05mm彡ΛΑ彡0. 3mm ;所述膨胀活塞环的内环面与镶嵌槽底部的间隙 Δ B 满足：0· 1mm < Δ B < 0· 3mm。
4. 根据权利要求3所述的转动装置，其特征在于，所述星轮固定法兰外圆柱面与缸体 内圆筒面的间隙AC满足：0· 08mm彡AC彡0· 3mm。
5. 根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述星轮固定法兰的外圆柱面设置N 条镶嵌槽；N个膨胀活塞环分别设置于该N条镶嵌槽内，所述N > 2。
6. 根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述膨胀活塞环的内环面和镶嵌槽 底部之间采用迷宫式密封。
7. 根据权利要求6所述的转动装置，其特征在于，所述膨胀活塞环内环面和镶嵌槽底 部呈相互匹配的锯齿状、不规则凹凸状或条纹状。
8. 根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述膨胀活塞环的内环面和镶嵌槽 底部呈圆弧滚珠沟道形状，两者之间设置若干球形滚珠。
9. 根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述膨胀活塞环为开口活塞环，其材 料为青铜合金或错合金。
10. 根据权利要求1所述的转动装置，其特征在于，所述隔离机构为以下隔离机构中的 一种：旋阀片式隔离机构、闸阀式隔离机构、旋阀式隔离机构。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的转动装置，其特征在于，所述转子组件为偏心 转子组件，包括： 偏心曲轴，套设于所述主轴位于圆筒形内腔的部分，其中心轴线与所述主轴的中心轴 线相互平行且错开预设距离； 滚动活塞轮，套设于所述偏心曲轴上，与所述星轮固定法兰固定，其中心轴线与所述偏 心曲轴的中心轴线重合，该滚动活塞轮沿所述缸体的内圆筒面滚动； 至少一滚动轴承，对称地套设于所述偏心轴上，其内套圈固定于所述偏心轴，其外套圈 固定于所述滚动活塞轮，以隔绝两者的转动，该至少一个滚动轴承与所述滚动活塞轮之间 的预紧弹性力将所述滚动活塞轮压紧于所述圆筒形内腔的内圆筒面，使所述圆筒形内腔的 内圆筒面和滚动活塞轮的外圆柱面之间形成轴向延伸的月牙形密封腔室。
12. 根据权利要求11所述的转动装置，其特征在于，所述星轮固定法兰呈朝向圆筒形 内腔中心的"L"形； 所述两星轮固定法兰套设于所述主轴上，所述偏心曲轴套设于两侧"L"形星轮固定法 兰的内侧。
13. 根据权利要求12所述的转动装置，其特征在于，位于同一侧的星轮固定法兰与偏 心曲轴一体成型或分别成型。
14. 根据权利要求12所述的转动装置，其特征在于，所述偏心曲轴的内侧设置轴肩，所 述滚动轴承的内圈固定于偏心曲轴的所述轴肩； 所述滚动活塞轮侧面与其外侧星轮固定法兰侧面的对应位置之间，及偏心曲轴所述轴 肩外侧的部分与滚动活塞轮内圆筒面的对应位置之间，共同构成"L"形迷宫式密封。
15. 根据权利要求14所述的转动装置，其特征在于，所述"L"形迷宫式密封中，所述滚 动活塞轮端面与其外侧星轮固定法兰侧面的对应位置之间，及偏心曲轴所述轴肩外侧的部 分与滚动活塞轮内圆筒面的对应位置之间的间隙介于〇. 〇3mm?0. 06mm之间。
16. 根据权利要求11所述的转动装置，其特征在于，还包括： 平衡配重块，对称设置星轮固定法兰的外侧，偏心曲轴较轻的一边。
17. 根据权利要求11所述的转动装置，其特征在于，所述偏心曲轴的偏心量e介于 R/8?R/5之间，其中R为缸体内圆筒的半径。
18. 根据权利要求1至10中任一项所述的转动装置，其特征在于，所述转子组件为星旋 式转子组件，包括： 中心太阳轮滚筒，套设于主轴上，其外圆柱面与缸体的内圆筒面形成环形活塞空间； Μ个圆柱形行星活塞轮，在所述环形活塞空间内滚动，并将该环形活塞空间分为Μ个部 分环形的密封工作空间，该Μ个圆柱形行星活塞轮中每一个的两端分别与两侧的所述星轮 固定法兰固定。
19. 一种流体马达，其特征在于，包括权利要求1至18中任一项所述的转动装置，该转 动装置的第二组通孔与高压流体进口相连通；第一组通孔与低压流体出口相连通。
20. 根据权利要求19所述的流体马达，其特征在于，包括串联的Τ台的所述转动装置， 所述Τ > 2 ;该Τ台转动装置的任一台转动装置中：第二组通孔与高压流体进口相连通；第 一组通孔与低压流体出口相连通； 所述Τ台转动装置中至少两台转动装置的相位角Θ相互错开的角度大于临界区间角 ，所述转动装置的相位角Θ是指：自本周期的高压流体做功冲程开始，所述转子组件在 所述圆筒形内腔中所转动的角度；所述临界区间角Θ i是指：从上一周期的低压流体排出 冲程开始至本周期的高压流体做功冲程开始之间，所述转子组件在所述圆筒形内腔中转动 的角度。
21. 根据权利要求20所述的流体马达，其特征在于，所述T台转动装置中相位相邻的两 台转动装置的相位角Θ相互错开的角度为360/T。
22. 根据权利要求19所述的流体马达，其特征在于，所述缸体内侧形成有一轴向延伸 的、朝向圆筒形内腔敞开的容放凹槽；在容放凹槽的底部，侧对所述旋阀体的位置，开设有 一与缸体外部隔绝密封的销钉盲孔；所述隔离机构为旋阀片式隔离机构，包括 ： 旋阀体，配装于所述容放凹槽内并由其可转动的支撑，在预定的角度范围内摆动，将所 述轴向延伸的密封工作空间分隔为相互独立的第一容积可变腔室和第二容积可变腔，其正 面朝向的腔室为第二容积可变腔室，其背面朝向的腔室为第一容积可变腔室； 旋阀体复位机构，用于驱动所述旋阀体的末端始终压住所述转子组件的外表面，包 括： 复位销钉，可滑动密封地插入所述销钉孔内； 弹性件，位于所述复位销钉内侧的销钉孔内，其末端抵接于所述复位销钉的尾部，产生 的弹性力使复位销钉的末端沿朝向滚动活塞轮的方向顶住旋阀体。
23. 根据权利要求22所述的流体马达，其特征在于，通过旋阀体最大伸出状态下末端 的缸体半径与垂直于所述容放凹槽中心轴线的缸体半径的夹角ω介于30°?40°之间。
24. 根据权利要求22所述的流体马达，其特征在于，所述销钉盲孔的顶端通过第一旁 路与第二组通孔相连通，底部通过第二旁路与容放凹槽相连通，所述弹性件为进入所述销 钉孔内的高压流体； 在转子组件滚过圆筒形空间的顶端时，旋阀体完全旋入容放凹槽内，复位销钉的顶端 位于销钉盲孔的中部，将高压流体进口与容放凹槽隔绝。 当转子组件滚过圆筒形空间的顶端后，在高压流体作用下，复位销钉向下运动，压迫旋 阀体从容放凹槽中旋出，复位销钉的顶端运动至销钉盲孔的底部，高压流体通过第二组通 孔、第一旁路、销钉盲孔、第二旁路、容放凹槽进入第二容积可变腔室。
25. -种发动机，其特征在于，包括权利要求1至18中任一项所述的转动装置，该转动 装置的第二组通孔与燃烧室相连通；所述第一组通孔与废气排出口相连通。
26. 根据权利要求25所述的发动机，其特征在于，包括串联的S台所述的转动装置，所 述S > 2 ;该S台转动装置的任一台转动装置中：第二组通孔与燃烧室相连通；第一组通孔 与废气排出口相连通； 所述Τ台转动装置中至少两台转动装置的相位角Θ相互错开的角度大于临界区间角 ，所述转动装置的相位角Θ是指：自本周期的气体膨胀做功冲程开始，所述转子组件在 所述圆筒形内腔中所转动的角度；所述临界区间角Θ i是指：从上一周期的废气排出冲程 开始至本周期的气体膨胀做功冲程开始之间，所述转子组件在所述圆筒形内腔中所需转动 的角度。
27. 根据权利要求26所述的发动机，其特征在于，所述T台转动装置中相位相邻的两台 转动装置的相位角Θ相互错开的角度为360/T。
28. 根据权利要求26所述的发动机，其特征在于，所述缸体内侧形成有一轴向延伸的、 朝向圆筒形内腔敞开的容放凹槽；在容放凹槽的底部，侧对所述旋阀体的位置，开设有一与 缸体外部隔绝密封的销钉盲孔；所述隔离机构包括： 旋阀体，配装于所述容放凹槽内并由其可转动的支撑，在预定的角度范围内摆动，将所 述轴向延伸的密封工作空间分隔为相互独立的第一容积可变腔室和第二容积可变腔，其正 面朝向的腔室为第二容积可变腔室，其背面朝向的腔室为第一容积可变腔室； 旋阀体复位机构，用于驱动所述旋阀体的末端始终压住所述转子组件的外表面，包 括： 复位销钉，可滑动密封地插入所述销钉孔内； 弹性件，位于所述复位销钉内侧的销钉孔内，其末端抵接于所述复位销钉的尾部，产生 的弹性力使复位销钉的头部沿朝向滚动活塞轮的方向顶住旋阀体，使所述旋阀体从所述容 放凹槽内旋出室。
29. 根据权利要求28所述的发动机，其特征在于，通过旋阀体最大伸出状态下末端的 半径与垂直于所述容放凹槽中心轴线的缸体半径的夹角ω介于30°?40°之间。
30. 根据权利要求28所述的发动机，其特征在于，所述销钉盲孔的顶端通过第一旁路 与第二组通孔相连通，底部通过第二旁路与容放凹槽相连通，所述弹性件为进入所述销钉 孔内的膨胀气体； 当转子组件滚过圆筒形空间的顶端时，旋阀体完全旋入容放凹槽内，复位销钉的顶端 位于销钉盲孔的中部，将高压流体进口与容放凹槽隔绝。 当转子组件滚过圆筒形空间的顶端后，在膨胀气体作用下，复位销钉向下运动，压迫旋 阀体从容放凹槽中旋出，复位销钉的顶端运动至销钉盲孔的底部，膨胀气体通过第二组通 孔、第一旁路、销钉盲孔、第二旁路、容放凹槽进入第二容积可变腔室。
31. -种压缩机，其特征在于，包括权利要求1至18中任一项所述的转动装置；该转动 装置的第二组通孔与低压压缩介质输入口相连通，第一组通孔与压缩后高压压缩介质的排 出口相连通。
32. -种泵，其特征在于，包括权利要求1至18中任一项所述的转动装置；该转动装置 的第一组通孔与流体进口相连通；第二组通孔与流体出口相连通。
【文档编号】F04C29/00GK104100299SQ201310127518
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月12日 优先权日:2013年4月12日
【发明者】姚其槐, 姚镇 申请人:北京星旋世纪科技有限公司
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