專利名稱：星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)及壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械行業(yè)中發(fā)動(dòng)機(jī)及氣動(dòng)馬達(dá)等領(lǐng)域，尤其涉及一種高膨脹比環(huán)形活塞空間的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)及壓縮機(jī)。
背景技術(shù)：
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域來講，主要有往復(fù)活塞式四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等等。在氣動(dòng)馬達(dá)中的壓縮機(jī)和泵的傳統(tǒng)領(lǐng)域里，主要有柱塞式、葉片式、齒輪式、螺桿式和渦旋式等機(jī)械結(jié)構(gòu)。人們?cè)趹?yīng)用這些機(jī)械結(jié)構(gòu)的同時(shí)。不斷地進(jìn)行改良和創(chuàng)新。在本申請(qǐng)的申請(qǐng)人于2010年6月10日所提交的專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)?zhí)?01010196950. 8)中，公開了一種星旋式流體馬達(dá)或發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)及泵。上述專利申請(qǐng)文件的全部?jī)?nèi)容納入本申請(qǐng)內(nèi)容作為參考。 現(xiàn)以流體馬達(dá)為例，對(duì)上述專利申請(qǐng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理作為本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行描述。圖I為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)流體馬達(dá)結(jié)構(gòu)側(cè)面斷面的示意圖。如圖I所示，星旋式流體馬達(dá)包括一個(gè)含圓筒空腔的缸體I和由缸體兩側(cè)端蓋2支撐的主軸3，缸體和兩側(cè)端蓋之間通過密封圈4密封防流體泄漏，圍繞主軸設(shè)有帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，缸體圓筒表面是圍繞主軸的圓形表面，在缸體圓筒表面沿圓筒軸向設(shè)有旋閥片凹槽5，旋閥片凹槽5中安裝有旋閥片6，旋閥片尾部端通過旋閥片支撐芯軸7固定在兩側(cè)端蓋2上，旋閥片支撐芯軸與缸體圓筒軸向中心線平行設(shè)置，旋閥片頭部端面是圓弧面6-1，旋閥片以旋閥片支撐芯軸7為中心沿旋閥片凹槽的一個(gè)縱向側(cè)面5-1做扇面形擺動(dòng)，在擺動(dòng)過程中，旋閥片圓弧面與旋閥片凹槽的側(cè)面接觸，旋閥片凹槽底面至缸體外表面設(shè)有通孔作為動(dòng)力源輸入口 1-1，在旋閥片支撐芯軸一側(cè)的缸體上設(shè)置有從缸體內(nèi)壁圓筒表面至缸體外表面的通孔作為動(dòng)力源排出口 1-2 ;行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括行星活塞輪8、行星活塞輪固定法蘭9和中心太陽輪滾筒10 ;行星活塞輪是圓柱滾輪(以下簡(jiǎn)稱滾柱行星活塞輪)，滾柱行星活塞輪轉(zhuǎn)動(dòng)固定于滾柱行星活塞輪固定法蘭上，滾柱行星活塞輪通過軸承11滾動(dòng)套在一個(gè)支承軸12上，支承軸12兩端與滾柱行星活塞輪固定法蘭連接固定，滾柱行星活塞輪固定法蘭與缸體之間通過密封圈13密封，滾柱行星活塞輪固定法蘭通過鍵18與主軸連接固定，由于滾柱行星活塞輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)行星活塞輪固定法蘭轉(zhuǎn)動(dòng)，滾柱行星活塞輪固定法蘭轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；中心太陽輪滾筒套住主軸設(shè)置在滾柱行星活塞輪和主軸之間，這樣在中心太陽輪外圓筒面到缸體內(nèi)圓筒面之間形成滾柱行星活塞輪轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)形活塞空間19。主軸軸承14安裝在缸體兩側(cè)的端蓋2上，軸承前蓋15和軸承后蓋16封住兩側(cè)的端蓋，主軸3貫穿的軸承前蓋15內(nèi)孔上鑲嵌有一個(gè)防流體泄漏的運(yùn)動(dòng)用密封膠圈17，缸體兩側(cè)的端蓋2被用螺釘緊固在缸體I上。對(duì)于圖I的流體馬達(dá)，其工作過程如下一個(gè)有壓力的氣體或液體從所述缸體的動(dòng)力源輸入口注入缸體旋閥片凹槽，氣體或液體推動(dòng)旋閥片以旋閥片支撐芯軸為中心沿旋閥片凹槽的一個(gè)側(cè)面向下做扇面形擺動(dòng)，旋閥片的頭部推動(dòng)行星活塞輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)，隨之有壓力的氣體或液體沖入環(huán)形活塞空間繼續(xù)推動(dòng)行星活塞輪向前沿環(huán)形活塞空間轉(zhuǎn)動(dòng)，向前轉(zhuǎn)動(dòng)行星活塞輪擠壓氣體或液體從動(dòng)力源排出口排出，并且在由旋閥片向下擺動(dòng)到中心太陽輪滾筒后隔開的相鄰活塞空間形成氣體或液體壓差，行星活塞輪在向前轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中壓迫旋閥片向上擺動(dòng)復(fù)位進(jìn)入下一個(gè)往復(fù)周期。上述專利申請(qǐng)的技術(shù)方案中，由于采用了圓環(huán)型液壓(氣壓)缸，最大限度利用了機(jī)器外圓周空間，不僅半徑大出力轉(zhuǎn)矩大，流量大，出力恒定。此外，由于主要元器件活塞采用了滾動(dòng)方式，從本質(zhì)上減少了活塞與缸體的磨擦磨損，提高了密封可靠性，降低了能耗。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員均應(yīng)當(dāng)知道膨脹比是指活塞到達(dá)膨脹終點(diǎn)的有效環(huán)形活塞空間容積和同一活塞在環(huán)形活塞空間的進(jìn)氣點(diǎn)火位置的有效容積之比。圖3為現(xiàn)有技術(shù)星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)中環(huán)形活塞空間的示意圖。如圖3所示的環(huán)形活塞空間中，每個(gè)活塞在旋轉(zhuǎn)120°的范圍內(nèi)，約有60°無推力，這約60°的區(qū)間就是旋閥片臨界區(qū)間。當(dāng)其中一個(gè)活塞通過旋閥片臨界區(qū)間時(shí)，只有另外一個(gè)活塞有推力發(fā)生作用。如圖3所示環(huán)形活塞空間的膨脹比很小，僅僅約有2 3，因此，采用如圖3所示環(huán)形活塞空間的發(fā)動(dòng)機(jī)雖然可以運(yùn)行，但是廢氣的殘壓過高，浪費(fèi)的能量大，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率低。
此外，當(dāng)旋閥片臨界區(qū)間的角度過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致環(huán)形活塞空間的膨脹比較小。在上述情況下，滾柱行星活塞輪發(fā)生推力的有效工作角度過小，星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)或星旋式流體馬達(dá)的出力隨之降低，嚴(yán)重的話可能導(dǎo)致上述機(jī)械不能連續(xù)工作。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)方面，如圖3所示，在星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，直接在氣缸本體上加工旋閥片凹槽，從而導(dǎo)致氣缸本體的剛度和強(qiáng)度降低。在膨脹比較小的情況下，上述加工方法是可行的。但是在大膨脹比情況下，尤其是在高溫高壓流體沖擊下，采用上述加工方法的氣缸本體容易產(chǎn)生變形，這將直接影響環(huán)形活塞空間的對(duì)稱性，導(dǎo)致星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的效率降低，嚴(yán)重的話可能導(dǎo)致星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置徹底癱瘓。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，申請(qǐng)人意識(shí)到現(xiàn)有技術(shù)中存在如下技術(shù)問題滾柱行星活塞輪在環(huán)形活塞空間內(nèi)滾動(dòng)時(shí)，由于工作物質(zhì)的膨脹比低，造成上述星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置浪費(fèi)能量大，能源利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題為解決上述缺陷，本發(fā)明提供了一種星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)及壓縮機(jī)，以提高工作物質(zhì)的膨脹比和設(shè)備的能源利用率。(二)技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供給了一種星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，該星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括含圓筒空腔的氣缸和由氣缸兩側(cè)的氣缸密封端蓋支撐的主軸，中心太陽輪套設(shè)于主軸上；中心太陽輪的外圓筒面及氣缸的內(nèi)圓筒面構(gòu)成環(huán)形活塞空間，滾柱行星活塞輪以滾動(dòng)方式置于環(huán)形活塞空間內(nèi)；氣缸的內(nèi)圓筒面設(shè)有通過第一通孔與外界相連通的旋閥片凹槽；氣缸內(nèi)圓筒面還設(shè)有與外界相連通的第二通孔；旋閥片凹槽內(nèi)設(shè)有旋閥片，旋閥片通過與主軸軸向中心線平行的旋閥片芯軸在閉合位置和張開位置之間擺動(dòng)；滾柱行星活塞輪直徑與環(huán)形活塞空間中線直徑之比介于I : 4至I : 20之間，其中，環(huán)形活塞空間中線直徑為環(huán)形活塞空間中心線構(gòu)成圓周的直徑。優(yōu)選地，本技術(shù)方案星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，壓于中心太陽輪外圓筒面的旋閥片與通過旋閥片支撐芯軸中心點(diǎn)的環(huán)形活塞空間直徑的夾角介于20°至45°之間。優(yōu)選地,本技術(shù)方案星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，氣缸包括外側(cè)的氣缸本體和內(nèi)側(cè)的氣缸套；環(huán)形活塞空間由中心太陽輪的外圓筒面及氣缸套的內(nèi)圓筒面構(gòu)成；旋閥片凹槽由設(shè)置于氣缸本體的子凹槽和設(shè)置于汽缸套的與子凹槽位置對(duì)應(yīng)的方形通孔構(gòu)成，子凹槽與方形通孔圓滑連接；子凹槽通過第一通孔與外界相連通。優(yōu)選地，本技術(shù)方案星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，該星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置還包括旋閥片定位復(fù)位機(jī)構(gòu)，位于環(huán)形活塞空間的外側(cè)，用于復(fù)位和定位旋閥片于壓住中心太陽輪的張開位置。優(yōu)選地，本技術(shù)方案星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，滾柱行星活塞輪直徑與環(huán)形活塞空間中線直徑之比介于I : 8至I : 12之間。壓于中心太陽輪外圓筒面的旋閥片與通過旋閥片支撐芯軸中心點(diǎn)的環(huán)形活塞空間直徑的夾角為40°。優(yōu)選地，本技術(shù)方案星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，缸體本體由中心段缸體本體、左側(cè)缸體本體和右側(cè)缸體本體連接而成；中心段缸體本體的內(nèi)圓筒面設(shè)置子凹槽，左側(cè)缸體本體和右 側(cè)缸體本體為圓筒形,并從中心段缸體本體兩側(cè)的夾緊中心段缸體本體；左側(cè)缸體本體的右側(cè)面和右側(cè)缸體本體的左側(cè)面將子凹槽的兩側(cè)密封。優(yōu)選地，本技術(shù)方案星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，環(huán)形活塞空間內(nèi)表面設(shè)有N個(gè)凹槽和N個(gè)與流體出口或流體入口相連通的第二通孔#個(gè)凹槽分別通過第一通孔與流體入口或流體出口相連通；環(huán)形氣缸內(nèi)設(shè)有N+1個(gè)滾柱行星活塞輪#大于等于2，每?jī)蓚€(gè)第一通孔之間和每?jī)蓚€(gè)第二通孔之間的角度均為360° /No優(yōu)選地，N = 2。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種包括上文的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)中，第一通孔與燃燒室相連通，第二通孔與廢氣排出口相連通。優(yōu)選地，環(huán)形活塞空間的膨脹比介于5至10之間。優(yōu)選地，本技術(shù)方案星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒室內(nèi)設(shè)置高壓電控噴油嘴和高壓電控空氣直噴嘴；高壓電控噴油嘴，與燃燒室外的高壓油軌相連接，用于向燃燒室中噴入預(yù)設(shè)壓力的油燃?xì)?；以及高壓電控空氣直噴嘴，與燃燒室外的高壓氣軌相連接，用于向燃燒室中噴入預(yù)設(shè)壓力的空氣。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種包括上文的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的脈沖式氣動(dòng)馬達(dá)。該脈沖式氣動(dòng)馬達(dá)中，第一通孔與脈沖式動(dòng)力源流體的輸入口相連通，第二通孔與脈沖式動(dòng)力源流體的排出口相連通。優(yōu)選地，環(huán)形活塞空間的膨脹比介于5至10之間。優(yōu)選地，本技術(shù)方案脈沖式氣動(dòng)馬達(dá)中，脈沖式動(dòng)力源流體為以下動(dòng)力源之一水、高壓水蒸氣、高壓天然氣、高壓燃?xì)饣蚋邏嚎諝?。根?jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，還提供了一種包括上文的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的星旋式壓縮機(jī)。該星旋式壓縮機(jī)中，第一通孔與壓縮后的高壓流體排出口相連通，第二通孔與壓縮前的低壓流體吸入口連通。(三)有益效果本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)及壓縮機(jī)中，通過合理設(shè)置環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑的比值，及中心太陽輪的旋閥片與環(huán)形活塞空間直徑的夾角，可以有效提高工作物質(zhì)的膨脹比，縮小旋閥片臨界區(qū)間的角度，進(jìn)而提高星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的能源利用率。


圖I為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)流體馬達(dá)結(jié)構(gòu)側(cè)面斷面的示意圖；圖2為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)星旋式流體馬達(dá)的示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)中環(huán)形活塞空間的示意圖；圖4-1為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，環(huán)形活塞空間的中線直徑與滾柱直徑的關(guān)系情況一的不意圖；圖4_2a為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，環(huán)形活塞空間的中線直徑與滾柱直徑的關(guān)系情況二狀態(tài)I的示意圖；圖4_2b為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，環(huán)形活塞空間的中線直徑與滾柱直徑的關(guān)系情況二狀態(tài)2的示意圖； 圖4-3為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，環(huán)形活塞空間的中線直徑與滾柱直徑的關(guān)系情況三的示意圖；圖4-4為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，環(huán)形活塞空間的中線直徑與滾柱直徑的關(guān)系情況四的示意圖；圖4-5為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，環(huán)形活塞空間的中線直徑與滾柱直徑的關(guān)系情況五的示意圖；圖4-6為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，環(huán)形活塞空間的中線直徑與滾柱直徑的關(guān)系情況六的示意圖；圖4-7為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，環(huán)形活塞空間的中線直徑與滾柱直徑的關(guān)系情況七的不意圖；圖5-1為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，壓于中心太陽輪的旋閥片與環(huán)形活塞空間直徑夾角情況一的不意圖；圖5-2為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，壓于中心太陽輪的旋閥片與環(huán)形活塞空間直徑夾角情況~■的不意圖；圖5-3為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，壓于中心太陽輪的旋閥片與環(huán)形活塞空間直徑夾角情況三的示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例采用由缸體本體加缸套組成氣缸的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明圖14沿A-A方向的剖視圖；圖8為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置旋閥片復(fù)位機(jī)構(gòu)的示意圖；圖9為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中旋閥片定位復(fù)位機(jī)構(gòu)實(shí)施例一的示意圖；圖10為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中旋閥片定位復(fù)位機(jī)構(gòu)實(shí)施例二的示意圖；圖11為采用高膨脹比環(huán)形活塞空間的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；圖12-1為本發(fā)明星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)處于形成安定密閉進(jìn)氣待機(jī)空間工位的示意圖；圖12-2為本發(fā)明星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)處于高壓燃油氣噴入工位的示意圖；圖12-3為本發(fā)明星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)處于火花塞點(diǎn)火工位的示意圖；圖12-4為本發(fā)明星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)處于燃燒后膨脹氣體做功工位的示意圖；圖12-5為本發(fā)明星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)處于殘壓廢氣滯留運(yùn)行工位的示意圖；圖12-6為本發(fā)明星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)處于殘壓廢氣排放工位的示意圖13-1為圖11所示星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作流程一的示意圖；圖13-2為圖11所示星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作流程二的示意圖；圖13-3為圖11所示星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作流程三的示意圖；圖13-4為圖11所示星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作流程四的示意圖；圖13-5為圖11所示星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作流程五的示意圖；圖13-6為圖11所示星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作流程六的示意圖；圖13-7為圖11所示星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作流程七的示意圖；圖13-8為圖11所示星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作流程八的示意圖；圖13-9為圖11所示星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作流程九的示意圖；圖13-10為圖11所示星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作流程十的示意圖；圖13-11為圖11所示星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作流程^^一的示意圖；圖13-12為圖11所示星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作流程十二的示意圖；圖14為采用高膨脹比環(huán)形活塞空間的脈沖式氣動(dòng)馬達(dá)的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，本申請(qǐng)將主要針對(duì)背景技術(shù)專利申請(qǐng)中星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的改進(jìn)進(jìn)行說明。為方便理解，首先將本申請(qǐng)文件中所涉及主要元件進(jìn)行編號(hào)說明，如下所示I-氣缸；1-1第一通孔；1-2第二通孔；2-氣缸密封端蓋；3-主軸；4-密封圈；5-凹槽；5-1-縱向側(cè)面；6-旋閥片；6-1-圓弧面；7-旋閥片芯軸；8-滾柱行星活塞輪；9-滾柱行星活塞輪固定法蘭；10-中心太陽輪滾筒；11-軸承；12-支承軸； 13-密封圈；14-主軸軸承；15-軸承前蓋內(nèi)孔；16-軸承后蓋；17-密封膠圈；18-鍵；19-環(huán)形活塞空間； 20-密封圈；13-1-拉伸彈簧；13-2-曲柄；601-氣缸套；604-中心段缸體本體；605-左側(cè)缸體本體；606-右側(cè)缸體本體；607-氣缸密封圈； 701-子凹槽；702-方形通孔；901-固定銷釘；902-復(fù)位彈簧；903-銷軸；904-曲柄；905-沖擊臺(tái)；906-定位塊；907-定位緩沖部；
1001-曲軸；1002-復(fù)位彈簧；1003-定位緩沖部； 1004-發(fā)動(dòng)機(jī)總成支架板；1101-高壓電控噴油嘴；1102-高壓油軌；1103-高壓氣軌；1104-高壓電控噴氣嘴；1105-燃燒室；1109-高壓燃?xì)饬鬟M(jìn)口；1110-電火花塞；1401-高壓電控噴氣嘴；1402-高壓氣軌。在本發(fā)明的一示例性實(shí)施例中，公開了一種星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。該星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的主體結(jié)構(gòu)與背景技術(shù)中所提到的專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)?zhí)?01010196950.8)的技術(shù)方案 類似。相關(guān)的原理和詳細(xì)構(gòu)造可以參照背景技術(shù)的相關(guān)說明。本實(shí)施例星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括含圓筒空腔的氣缸和由氣缸兩側(cè)的氣缸密封端蓋支撐的主軸，中心太陽輪套設(shè)于主軸上；中心太陽輪的外圓筒面及氣缸的內(nèi)圓筒面構(gòu)成環(huán)形活塞空間，滾柱行星活塞輪以滾動(dòng)方式置于環(huán)形活塞空間內(nèi)；氣缸的內(nèi)圓筒面設(shè)有通過第一通孔與外界相連通的旋閥片凹槽，氣缸內(nèi)圓筒面還設(shè)有直接與外界相連通的第二通孔；旋閥片凹槽內(nèi)設(shè)有旋閥片，旋閥片通過與主軸軸向中心線平行的旋閥片芯軸在閉合位置和張開位置之間擺動(dòng)。本實(shí)施例中，環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑之比介于I : 4至I : 20之間。本實(shí)施例中，環(huán)形活塞空間中線直徑為環(huán)形活塞空間中心線所形成圓周的直徑。換句話說，環(huán)形活塞空間中線直徑等于滾柱行星活塞輪在環(huán)形活塞空間內(nèi)滾動(dòng)過程中，其軸線上一點(diǎn)所經(jīng)過路徑形成圓形的直徑。旋閥片在閉合位置和張開位置之間擺動(dòng)的意思是旋閥片可以位于上述旋閥片凹槽內(nèi)的閉合位置或壓在旋閥片太陽輪的張開位置，或閉合位置和張開位置之間的任一位置。并且，上述的第一(二)通孔可以為一個(gè)通孔，也可以為一組(多個(gè))通孔，其主要功能是共同作為與外界進(jìn)行物質(zhì)能量交換的通路。以下將以背景技術(shù)中提到的具有2組進(jìn)氣口和排氣口、3個(gè)滾柱行星活塞輪的星旋式流體馬達(dá)為例，對(duì)本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。首先對(duì)旋閥片的功能進(jìn)行說明1)當(dāng)以等分180°相隔、固定在圓形定子殼體兼缸體內(nèi)壁旋閥片凹槽內(nèi)的旋閥片芯軸為軸做周期性擺動(dòng)的兩片旋閥片旋入兩個(gè)滾柱行星活塞輪之間的環(huán)狀空間時(shí)，就把這空間分成兩個(gè)容積可變的工作室，利用這兩個(gè)工作室內(nèi)的流體壓力差得以驅(qū)動(dòng)密封在環(huán)狀空間里的滾柱行星活塞輪運(yùn)動(dòng)，這是旋閥片的第一個(gè)功能；2)主軸每轉(zhuǎn)動(dòng)360°，三個(gè)滾柱行星活塞輪就循環(huán)交替通過兩片旋閥片的擺動(dòng)臨界區(qū)間一次，其時(shí)三個(gè)滾柱行星活塞輪中的一個(gè)被流體壓力推動(dòng)，向主軸正常輸送力矩，一個(gè)靠近正常貼緊中心太陽輪外圓柱表面上的旋閥片，另一個(gè)滾柱行星活塞輪正通過已被它推開退回圓形定子殼體兼缸體內(nèi)壁旋閥片凹槽的旋閥片，滾柱行星活塞輪已經(jīng)超越該旋閥片的頭部，因此旋閥片在流體的壓力下擺向工作室，頂在滾柱行星活塞輪上，產(chǎn)生由接觸點(diǎn)力學(xué)矢量平行四邊形所決定了的放大了的另一個(gè)推力，正是由于這力學(xué)放大機(jī)構(gòu)的存在，那個(gè)靠近正常貼緊中心太陽輪外圓柱表面上的旋閥片的滾柱行星活塞輪或者旋閥片緩沖臺(tái)才能有足夠的推力把旋閥片推開，馬達(dá)的工作室切換得以周而復(fù)始，馬達(dá)才能連續(xù)旋轉(zhuǎn)，這是旋閥片的第二個(gè)功能。本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中，環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑之比的合理范圍應(yīng)介于I : 4至I : 20之間。如果環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑之比大于I : 20，環(huán)形活塞空間的可靠性將較差，而滾柱行星活塞輪的出力也會(huì)受到影響。如果環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑之比小于I : 4，該星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置就無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在下文中，將對(duì)環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑的比例關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)分析。關(guān)于星旋式流體馬達(dá)中，環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑的關(guān)系可以分為七種情況，分別如圖4-1、圖4-2、圖4-3、圖4-4、圖4-5、圖4-6、圖4-7所示。為便于描述，令滾柱行星活塞輪的直徑為山環(huán)形活塞空間中線直徑分別為ΦΑ、ΦΒ、Φ0, Φ ,ΦΕ、OF、Φ6 ;在設(shè)計(jì)時(shí)，通過調(diào)節(jié)、優(yōu)化環(huán)形活塞空間的中線直徑Φ和滾柱行星活塞輪直徑d的比例，來對(duì)應(yīng)不同流體馬達(dá)的具體要求。在圖4-1至圖4-7中，滾柱行星活塞輪夾在氣缸內(nèi)圓筒面和中心太陽輪外圓筒面之間，在繞主軸做逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)沿順時(shí)針方向自轉(zhuǎn)；中心太陽輪則被自轉(zhuǎn)的滾柱行星活塞輪帶動(dòng)做逆時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋閥片的運(yùn)動(dòng)則取決于滾柱行星活塞輪通過旋閥片臨界區(qū)時(shí)和它的接觸狀況，旋閥片頭部一直保持著和中心太陽輪外圓筒面相接觸的趨勢(shì)。 如圖4-1所示在星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的一個(gè)直徑較大環(huán)形活塞空間的例子中，其環(huán)形活塞空間中線直徑ΦΑ約為滾柱行星活塞輪直徑d的7倍或者更大。在圖中把行星活塞輪用雙點(diǎn)劃線表示它的B輪在下一個(gè)旋閥片臨界區(qū)的位置，可以看出，它的旋轉(zhuǎn)終點(diǎn)到起點(diǎn)的弧線距離較長(zhǎng)，環(huán)形活塞空間的容積變化較大。上述特征適合于要求高膨脹比環(huán)形活塞空間的發(fā)動(dòng)機(jī)、流體馬達(dá)等運(yùn)用。如圖4_2a所示星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的環(huán)形活塞空間的直徑ΦΒ已經(jīng)大于臨界尺寸4. 35d，達(dá)到4. Sd或者更大比值，由于當(dāng)滾柱行星活塞輪A還沒有進(jìn)入下旋閥片臨界區(qū)域時(shí)，上旋閥片已做逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其頭部和滾柱行星活塞輪C的外圓相碰撞，產(chǎn)生由接觸點(diǎn)力學(xué)矢量平行四邊形所決定了的放大了的一個(gè)推力F3，F(xiàn)3可以變化最大超過F2，此時(shí)下旋閥片對(duì)滾柱行星活塞輪A的阻力Fl等于零，滾柱行星活塞輪C和滾柱行星活塞輪B給出流體馬達(dá)的最大動(dòng)力輸出；如圖4_2b所示當(dāng)滾柱行星活塞輪C停靠到中心太陽輪外圓柱面后，滾柱行星活塞輪C和滾柱行星活塞輪B同時(shí)有相同大小的推力，流體馬達(dá)仍有較大動(dòng)力的輸出，并且在滾柱行星活塞輪A進(jìn)入下旋閥片臨界區(qū)域后，F(xiàn)2和F3的合力大于下旋閥片對(duì)滾柱行星活塞輪A的阻力F1，滾柱行星活塞輪A可以推開下旋閥片，流體馬達(dá)可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢哉f，環(huán)形活塞空間的直徑ΦΒ是星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的優(yōu)選尺寸。如圖4-3所示星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的環(huán)形活塞空間的直徑處于一個(gè)臨界狀態(tài)的例子，滾柱行星活塞輪A進(jìn)入下旋閥片臨界區(qū)域，正要碰到它，在把它打開之前的一瞬間；此時(shí)的上旋閥片正做逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其頭部剛好和滾柱行星活塞輪C的外圓相切，圖4-3中，環(huán)形活塞空間的中線直徑為Φ(，約為滾柱行星活塞輪直徑d的4. 35倍。在流體馬達(dá)(液壓馬達(dá)或氣動(dòng)馬達(dá))的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，滾柱行星活塞輪B和C的推力F2等于F3，其合力大于下旋閥片對(duì)滾柱行星活塞輪A的阻力，因此，滾柱行星活塞輪A可以推開下旋閥片，流體馬達(dá)可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖4-4所示滾柱行星活塞輪A進(jìn)入下旋閥片臨界區(qū)域，將要碰到下旋閥片，在把下旋閥片打開之前的一瞬間；此時(shí)的上旋閥片正做逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其頭部和滾柱行星活塞輪C的外圓相碰撞，產(chǎn)生由接觸點(diǎn)力學(xué)矢量平行四邊形所決定了的放大了的一個(gè)推力，圖中，環(huán)形活塞空間的中線直徑為Φ ，約為4. 3d。此時(shí)在輸入的壓力流體作用下，旋閥片頭部對(duì)滾柱行星活塞輪C產(chǎn)生了巨大的“劈”推力F3，F(xiàn)3 > F1,F2+F3 >> Fl，體積較小的流體馬達(dá)也能有較高的出力效果，故OD可為一優(yōu)選臨界尺寸，這是一個(gè)優(yōu)先考慮流體馬達(dá)體積限制性的技術(shù)方案。如圖4-5所示環(huán)形活塞空間的中線直徑為ΦΕ，約為3. 9d。滾柱行星活塞輪A進(jìn)入下旋閥片臨界區(qū)域，正要碰到下旋閥片，在把下旋閥片打開之前的一瞬間；此時(shí)的上旋閥片正做逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其頭部和滾柱行星活塞輪C的外圓上部相搭，但如圖4-4那樣的劈力學(xué)作用將大大減少。如圖4-6所示環(huán)形活塞空間的中線直徑為OF，約為3. 5d。此時(shí)的滾柱行星活塞輪B的推力F2和滾柱行星活塞輪C的推力F3之和已經(jīng)逆轉(zhuǎn)成小于滾柱行星活塞輪A所受到的阻力F1、或者直徑OF稍大出現(xiàn)等于滾柱行星活塞輪A所受到的阻力Fl之時(shí)，該流體馬達(dá)將停止工作，因此這種情況的尺寸不可取。
如圖4-7所示環(huán)形活塞空間的中線直徑小到Φ6，約為3. Od時(shí)，會(huì)出現(xiàn)滾柱行星活塞輪A和滾柱行星活塞輪C同時(shí)處于旋閥片臨界區(qū)域的情況，一旦旋閥片的頭部同時(shí)離開中心太陽輪外圓柱面的話，就失去了把環(huán)狀活塞空間分成兩個(gè)容積可變的工作室的功能，也就失去了流體馬達(dá)的功能，此技術(shù)方案在實(shí)際應(yīng)用中不可行。在根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第一種型號(hào)的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)中，設(shè)置滾柱行星活塞輪直徑與環(huán)形活塞空間中線直徑之比為I : 20，工作物質(zhì)的膨脹比為11.5。模擬測(cè)試證明該比例取值可以滿足裝配的需要，這是一種特大輸出轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)。在根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第二種型號(hào)的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)中，設(shè)置滾柱行星活塞輪直徑與環(huán)形活塞空間中線直徑之比為I : 12，工作物質(zhì)的膨脹比為7。模擬測(cè)試表明，該比例取值可以滿足裝配的需要，這是一種較大輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速適中的發(fā)動(dòng)機(jī)。在根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第三種型號(hào)的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)中，設(shè)置滾柱行星活塞輪直徑與環(huán)形活塞空間中線直徑之比為I : 8，工作物質(zhì)的膨脹比為5。模擬測(cè)試證明該比例取值可以滿足裝配的需要，這是一種輸出轉(zhuǎn)矩大而轉(zhuǎn)速較高的發(fā)動(dòng)機(jī)。在根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第四種型號(hào)的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)中，設(shè)置滾柱行星活塞輪直徑與環(huán)形活塞空間中線直徑之比為I : 4，工作物質(zhì)的膨脹比為2. 5。模擬測(cè)試表明，該比例取值可以滿足裝配的需要，這是一種超小體積的發(fā)動(dòng)機(jī)。由上述各項(xiàng)分析及實(shí)施例可知，為了實(shí)現(xiàn)提高工作物質(zhì)膨脹比的目的，環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑之比的合理范圍應(yīng)介于I : 4至I : 20之間。優(yōu)選地，綜合各方面的因素，環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑之比介于I : 8至I 12之間。綜上所述，通過合理設(shè)置環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑之比，不僅可以獲得較大的膨脹比，使?jié)L柱行星活塞輪能夠順利頂開旋閥片，而且可以縮小旋閥片臨界區(qū)間的角度，延長(zhǎng)滾柱行星活塞輪發(fā)生推力的有效工作角度，從而滿足發(fā)動(dòng)機(jī)、脈沖式流體馬達(dá)的連續(xù)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。本發(fā)明中，壓于中心太陽輪外圓筒面的旋閥片與通過旋閥片支撐芯軸中心點(diǎn)的環(huán)形活塞空間直徑的夾角介于20°至45°之間。如果兩者的夾角小于20°，旋閥片的可控性將受到影響。如果兩者的夾角大于45°，則會(huì)造成旋閥片的臨界區(qū)域過大，滾柱行星活塞輪發(fā)生推力的有效工作角度過小的問題。在下文中，將對(duì)壓于中心太陽輪外圓筒面的旋閥片與通過旋閥片支撐芯軸中心點(diǎn)的環(huán)形活塞空間直徑的夾角進(jìn)行詳細(xì)分析。關(guān)于星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置壓于中心太陽輪的旋閥片與環(huán)形活塞空間直徑夾角的討論可以分為三種情況，分別如圖5-1、圖5-2、圖5-3所示。在如圖5-1所示的情況下，旋閥片沿環(huán)形活塞空間直徑方向配置，即旋閥片和環(huán)形活塞空間直徑的夾角為0°。此時(shí)，旋閥片臨界區(qū)域最小。但是，在此種情況下，旋閥片和太陽輪的接觸不易控制。在如圖5-2所示的情況下，旋閥片和環(huán)形活塞空間直徑的夾角為A，A介于20°至45°之間，此時(shí)，旋閥片臨界區(qū)適中，并且旋閥片和太陽輪的接觸也較易控制。優(yōu)選地，旋閥片和氣缸直徑的夾角為40°左右。在如圖5-3所示的情況下，旋閥片處于和太陽輪相切的最遠(yuǎn)點(diǎn)，即旋閥片頭部和 太陽輪外圓柱表面的接觸切點(diǎn)到旋閥片支撐芯軸中心點(diǎn)的距離為最長(zhǎng)。在這種情況下，此時(shí)旋閥片臨界區(qū)域最大，滾柱行星活塞輪工作時(shí)間太短，滾柱行星活塞輪發(fā)生推力的有效工作角度過小，星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)或星旋式流體馬達(dá)的出力隨之降低。在根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第一種型號(hào)的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)中，設(shè)置旋閥片和環(huán)形活塞空間直徑的夾角為45°，其旋閥片臨界區(qū)角度為14°。在根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第二種型號(hào)的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)中，設(shè)置旋閥片和環(huán)形活塞空間直徑的夾角為40°，其旋閥片臨界區(qū)角度為23°。在根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第三種型號(hào)的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)中，設(shè)置旋閥片和環(huán)形活塞空間直徑的夾角為35°，其旋閥片臨界區(qū)角度為33°。在根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的第四種型號(hào)的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)中，設(shè)置旋閥片和環(huán)形活塞空間直徑的夾角為20°，其旋閥片臨界區(qū)角度為60°。模擬測(cè)試證明上述四種夾角的設(shè)計(jì)均可以滿足裝配的需要，穩(wěn)定性和操控性良好。由上述的分析可知壓于中心太陽輪外圓筒面的旋閥片與通過旋閥片支撐芯軸中心點(diǎn)的環(huán)形活塞空間直徑的夾角介于20°至45°之間。優(yōu)選地，壓于中心太陽輪外圓筒面的旋閥片與通過旋閥片支撐芯軸中心點(diǎn)的環(huán)形活塞空間直徑的夾角為40°。綜上所述，在本實(shí)施例中，通過合理設(shè)置旋閥片與環(huán)形活塞空間直徑的夾角，一方面可以提高旋閥片的可控性，另一方面還可以盡可能減小旋閥片的臨界區(qū)域，提高星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的效率，兩方面之間取合適的平衡值。為了克服直接在氣缸本體上設(shè)置旋閥片凹槽所造成的氣缸本體剛度和強(qiáng)度降低的問題，適應(yīng)大膨脹比條件下對(duì)氣缸剛度和強(qiáng)度參數(shù)的要求，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，對(duì)缸體進(jìn)行了改進(jìn)。圖6為本發(fā)明實(shí)施例采用由缸體本體加缸套組成氣缸的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明圖6沿A-A方向的剖視圖。圖6中，為方便理解氣缸的構(gòu)成，以旋閥片6和行星活塞輪8作為參考。如圖6和圖7所示，氣缸包括外側(cè)的氣缸本體和內(nèi)側(cè)的氣缸套601。環(huán)形活塞空間19由中心太陽輪10的外圓筒面及氣缸套601的內(nèi)圓筒面構(gòu)成；旋閥片凹槽5由設(shè)置于氣缸本體的子凹槽701和設(shè)置于汽缸套601的與子凹槽701位置對(duì)應(yīng)的方形通孔702構(gòu)成，子凹槽701與方形通孔702圓滑連接。子凹槽701通過第一通孔與外界相連通。本實(shí)施例中，通過汽缸套601，可以減小加工旋閥片凹槽對(duì)缸體本體剛度和強(qiáng)度的影響，有利于星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置在大膨脹比環(huán)境下運(yùn)行。如圖6和圖7所示，缸體本體由中心段缸體本體604、左側(cè)缸體本體605和右側(cè)缸體本體606連接而成。中心段缸體本體604內(nèi)圓筒面設(shè)置子凹槽701。左側(cè)缸體本體605和右側(cè)缸體本體606為圓筒形，并從中心段缸體本體604兩側(cè)的夾緊中心段缸體本體604。左側(cè)缸體本體605與中心段缸體本體604之間，和右側(cè)缸體本體606與中心段缸體本體604之間均設(shè)置氣缸密封圈607增強(qiáng)兩者間的密封。左側(cè)缸體本體605的右側(cè)面和右側(cè)缸體本體606的左側(cè)面將子凹槽701的兩側(cè)密封。如圖16所示，對(duì)于旋閥片凹槽，在其旋閥片芯軸一側(cè)，子凹槽701與方形通孔702的深度之和大于旋閥片的厚度；在相對(duì)于其旋閥片芯軸一側(cè)的另一側(cè)，子凹槽701與方形通孔702的深度之和大于旋閥片的厚度。通過將缸體本體分解為三段，有利于整個(gè)氣缸的裝配和密封設(shè)置?，F(xiàn)有技術(shù)中，在缸體上沒有缸套，直接在缸體上開旋閥片凹槽，缸體極易因加工應(yīng)力而產(chǎn)生變形，尤其是在高溫高壓的大膨脹比工作環(huán)境下。本實(shí)施例采用一種中間開有供旋閥片活動(dòng)的方形孔的汽缸套結(jié)構(gòu)，而在汽缸套的外圍，由于仍然保持了完整的高強(qiáng)度圓筒缸體，從而有助于強(qiáng)化氣缸的剛度和強(qiáng)度，大大減小了變形。在工程實(shí)踐中，汽缸套由高溫耐磨損高強(qiáng)度的鋼材制成，內(nèi)圓筒面非常光滑。而缸體的材料和缸套不同，通常采用鑄鐵或招合金。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還對(duì)星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中旋閥片的復(fù)位定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。在背景技術(shù)所提到專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)?zhí)?01010196950.8)的技術(shù)方案中，公開了一種旋閥片復(fù)位結(jié)構(gòu)。圖8為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中旋閥片復(fù)位裝置的示意圖。該旋閥片復(fù)位裝置是拉伸彈簧13-1。拉伸彈簧13-1 —端通過曲柄13-2鎖緊在旋閥片支撐芯軸7上，拉伸彈簧的另一端固定在缸體上。但是該結(jié)構(gòu)會(huì)帶來一些問題。由于拉伸彈簧的拉力作用，旋閥片在回到靠近中心太陽輪外圓筒面的位置時(shí)，往往會(huì)重重的打在中心太陽輪外圓筒面上，從而影響整套星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的可靠性。此外，旋閥片緊緊壓住太陽輪外圓筒面，也會(huì)造成旋閥片和太陽輪外圓筒面之間的摩擦力加大，影響整套星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的效率。圖9為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置旋閥片定位復(fù)位機(jī)構(gòu)實(shí)施例一的示意圖。如圖9所示，旋閥片定位復(fù)位機(jī)構(gòu)包括曲柄904、復(fù)位彈簧902及定位緩沖部907。曲柄904與旋閥片芯軸垂直，曲柄中部與旋閥片芯軸伸出環(huán)形活塞空間的氣缸密封端蓋之外的軸端部分鎖緊，從而將旋閥片在環(huán)形活塞空間內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞至環(huán)形活塞空間外部。復(fù)位彈簧902的一端通過固定銷釘901固定于缸體，復(fù)位彈簧902的另一端與曲柄的下部的銷軸903相連接，該復(fù)位彈簧產(chǎn)生拉力來復(fù)位旋閥片位于張開位置。定位緩沖部7固定于缸體上，其一端的定位塊906上的沖擊臺(tái)905抵接于旋閥片位于張開位置時(shí)對(duì)應(yīng)的曲軸上部。該定位緩沖部907定位旋閥片位于張開位置時(shí)壓住中心太陽輪的臨界點(diǎn)，緩沖用于復(fù)位旋閥片的拉力。緩沖器909通過鎖緊螺母8固定于定位緩沖部907，緩沖器909上面帶有電子位置傳感器。該電子位置傳感器在收到旋閥片位于相關(guān)位置時(shí)，發(fā)出高壓油氣噴射信號(hào)。圖10為本發(fā)明星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置旋閥片定位復(fù)位機(jī)構(gòu)實(shí)施例二的示意圖。如圖10所示，旋閥片定位復(fù)位機(jī)構(gòu)包括曲軸1001、復(fù)位彈簧1002及定位緩沖部1003。曲柄1001與旋閥片芯軸垂直，其一端與旋閥片芯軸伸出環(huán)形活塞空間的氣缸密封端蓋之外的軸端部分鎖緊，將旋閥片在環(huán)形活塞空間內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞至環(huán)形活塞空間外部；復(fù)位彈簧1002，其一端固定于缸體，其另一端與曲柄的中部相連，該復(fù)位彈簧1002產(chǎn)生拉力來復(fù)位旋閥片位于張開位置；定位緩沖部1003，固定于發(fā)動(dòng)機(jī)總成支架板1004上，其定位端抵接于旋閥片位于張開位置時(shí)對(duì)應(yīng)的曲軸1001的另一端，該定位緩沖部1003定位旋閥片位于張開位置時(shí)壓住中心太陽輪的臨界點(diǎn)，緩沖用于復(fù)位旋閥片的拉力。其中，定位緩沖部1003的頂端螺母可以調(diào)節(jié)高度，以精密調(diào)節(jié)旋閥片的位置。此外，定位點(diǎn)到旋閥片支點(diǎn)的距離L2大于旋閥片本身的長(zhǎng)度，從而可以更加精確的調(diào)整旋閥片頭部和太陽輪的間隙。圖11為采用高膨脹比環(huán)形活塞空間的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。該圖所示的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹比約為5 8左右；優(yōu)選實(shí)施例如下按照殘留氣壓一般為O. 3 O. 5MPa以下的要求設(shè)計(jì)，點(diǎn)火燃燒的壓力設(shè)定在I. 5 4MPa范圍之間。和傳統(tǒng)的四沖程往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)(點(diǎn)火燃燒的壓力在3. O 5. OMPa)相比，星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火后燃燒壓力并不高。但是，由于星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸驅(qū)動(dòng)力矩半徑大而恒定，沒有傳統(tǒng)曲軸的力矩半徑從零開始的周期性不利變化和摩擦損耗，因此，星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)的出力水平反而會(huì)高于往復(fù)式四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)的較低燃燒壓力有利于機(jī)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和節(jié)油。如圖11所示，為了增加氣缸膨脹比，特意把燃燒室1105的容積變小，并且增加了設(shè)置與高壓油軌1102相連接的高壓電控噴油嘴1101和與高壓氣軌1103相連接的高壓電控噴氣嘴1104。燃油和空氣進(jìn)行混合后，環(huán)形活塞空間的旋閥片6必有一個(gè)處在適合進(jìn)油燃燒的位置，在預(yù) 設(shè)的時(shí)機(jī)，打開旋閥片6，燃油混合氣由高壓燃?xì)饬鬟M(jìn)口 1109進(jìn)入環(huán)形活塞空間，電火花塞1110點(diǎn)火，發(fā)動(dòng)機(jī)就可以起動(dòng)并連續(xù)運(yùn)行，這對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)運(yùn)行是很有利的。該星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)具有六個(gè)工位(I)形成穩(wěn)定密閉進(jìn)氣待機(jī)空間工位，如圖12-1所示；(2)高壓燃油氣噴入工位，如圖12-2所示；(3)火花塞點(diǎn)火工位，如圖12-3所示；(4)燃燒后的燃?xì)馀蛎涀龉の?，如圖12-4所示；(5)殘壓廢氣滯留運(yùn)行工位，如圖12-5所示；(6)滯留殘壓氣體排放工位，如圖12-6所示?？梢?，星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)沒有吸氣和壓縮沖程，必須要有高壓電控噴油嘴和高壓電控噴氣嘴來向氣缸直噴供油供氣。本發(fā)明星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)沒有傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門開/閉合進(jìn)氣氣流的不利影響，只要增加高壓電控噴氣嘴，加上高壓電控噴油嘴的聯(lián)合作用，就可以達(dá)到空燃比14. 7 I的最佳組合。這對(duì)于提供發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性來說，具有重大意義。下文將以圖11所示的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)為例，對(duì)星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的關(guān)鍵工作流程進(jìn)行詳細(xì)說明流程一如圖13-1所示，旋閥片I頭部落在中心太陽輪外圓筒表面上，形成穩(wěn)定密閉進(jìn)氣待機(jī)空間。此時(shí)活塞C被熱氣體膨脹推動(dòng)，產(chǎn)生的推力為F3?；钊鸄和B之間的殘壓氣體在等待進(jìn)入排放區(qū)域。流程二 如圖13-2所示，高壓燃?xì)庠谝凰查g從進(jìn)氣口 a噴入氣缸，對(duì)活塞A產(chǎn)生初始推力F1。此時(shí)，活塞C的推力F3在減小。流程三如圖13-3所示，火花塞點(diǎn)火，進(jìn)入的高壓燃?xì)馊紵?，?duì)活塞A產(chǎn)生燃?xì)庾畲笸屏l。活塞A和活塞C的推力之和乘上其旋轉(zhuǎn)半徑R，構(gòu)成了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的最大扭矩。流程四，如圖13-4所示，燃燒后的燃?xì)饫^續(xù)膨脹做功，對(duì)活塞A產(chǎn)生的推力Fl逐漸減小接近平均值。此時(shí)，旋閥片II和活塞C之間環(huán)形氣缸里的燃?xì)獾膲毫σ步档偷浇咏鼩垑旱牡臀?，?duì)活塞C的推力也相應(yīng)地降低到最小值?；钊鸅進(jìn)入旋閥片的臨界區(qū)域，先導(dǎo)棒最先接觸旋閥片，準(zhǔn)備將旋閥片頂開?；钊鸄和C的推力Fl和F3之和遠(yuǎn)大于旋閥片II的臨界阻力。流程五如圖13-5所示，先導(dǎo)棒最先接觸旋閥片II，將旋閥片II頂開。旋閥片II被頂開后，旋閥片II的頭部和中心太陽輪的外圓筒表面脫離，產(chǎn)生一個(gè)間隙為Al，活塞B、C之間的環(huán)形活塞空間被連成一片，殘壓燃?xì)饬粼谄渲?。流程六如圖13-6所示，在活塞A的推力Fl推動(dòng)下，活塞B把旋閥片II完全壓入缸體的旋閥片II槽腔中。流程七如圖13-7所示，旋閥片II頭部落到太陽輪外圓表面上，形成穩(wěn)定的密閉進(jìn)氣空間，此時(shí)活塞A被燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)，產(chǎn)生的推力為Fl。流程八如圖13-8所示，高壓燃油氣在一瞬間從進(jìn)氣口 b噴入氣缸，對(duì)活塞B產(chǎn)生初始推力F2。此時(shí)活塞A的推力Fl在減小。流程九如圖13-9所示，火花塞點(diǎn)火，進(jìn)入的高壓燃?xì)馊紵?。?duì)活塞B產(chǎn)生燃?xì)庾畲笸屏2。活塞A和活塞B的推力之和乘上其旋轉(zhuǎn)半徑，構(gòu)成了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的最大扭矩。流程十如圖13-10所示，燃燒后的燃?xì)饫^續(xù)膨脹做功，對(duì)活塞B產(chǎn)生的推力F2漸降減少接近平均值。此時(shí)，旋閥片I和活塞A之間環(huán)形氣缸里的燃?xì)馀蛎浀捏w積已達(dá)到最大值，而燃?xì)獾膲毫σ步档偷浇咏鼩垑旱牡臀?，?duì)活塞A的推力也相應(yīng)地已降到了最小值。活塞C進(jìn)入旋閥片I的臨界區(qū)域，先導(dǎo)棒最先接觸旋閥片I，準(zhǔn)備將旋閥片I頂開?；钊鸄和B的推力F1、F2之和遠(yuǎn)大于旋閥片I的臨界阻力。滾柱行星活塞輪C和B之間滯留殘壓氣體開始排放。流程十一如圖13-11所示，先導(dǎo)棒最先接觸旋閥片I，將旋閥片I頂開。旋閥片I被頂開后，旋閥片I的頭部和中心太陽輪的外圓表面脫離，產(chǎn)生一個(gè)間隙為八2，活塞八、〇之間的環(huán)形活塞空間空間被連成一片，殘壓燃?xì)饬粼谄渲?。流程十?如圖13-12所示，在活塞B的推力F2推動(dòng)下，活塞C把旋閥片I完全壓入缸體的旋閥片I槽腔中。星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)的詳細(xì)工作流程說明如上。作為壓力優(yōu)選的一個(gè)例子如下點(diǎn)火前瞬間高壓噴入燃?xì)鈮毫? 8kgf/cm2,氣缸膨脹比5 8,燃燒壓I. 5 4MPa,膨脹后殘壓小于O. 3 O. 5MPa。每圈行程中，滾柱行星活塞輪共經(jīng)過旋閥片臨界區(qū)6次，每個(gè)滾柱行星活塞輪經(jīng)過兩次旋閥片臨界區(qū)。每個(gè)活塞120°范圍里約有35°無推力，當(dāng)一個(gè)滾柱行星活塞輪通過旋閥片臨界區(qū)時(shí)，另外兩個(gè)滾柱行星活塞輪都在工作。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，如圖14所示，還提供了一種包括上文中所提到的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的脈沖式氣動(dòng)馬達(dá)。此類脈沖式氣動(dòng)馬達(dá)中，動(dòng)力源流體，例如水蒸氣、天然氣、燃?xì)夂涂諝獾雀邏簹怏w。第一通孔與脈沖式的高壓氣流入口相連通，進(jìn)而與高壓氣軌1402相連通。通過控制閥門的開關(guān)(在本圖例中是用高壓電控噴氣嘴1401)，動(dòng)力源流體被間歇性地、即所謂脈沖式地提供給馬達(dá)。第二通孔與脈沖式的高壓氣流出口相連通。其結(jié)構(gòu)特 征和工作流程除了無需用高壓噴油嘴、電火花塞點(diǎn)火和配備燃燒室之外，與星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)類似，此處不再贅述。而動(dòng)力源流體中的高壓燃?xì)狻⒏邏禾烊粴?、空氣可以為從地下開采出來的帶有一定動(dòng)能的氣體。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種包括上文中所提到的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的星旋式壓縮機(jī)。該星旋式壓縮機(jī)中，第一通孔與壓縮后的高壓流體排出口相連通，第二通孔與壓縮前的低壓流體吸入口連通，滾柱行星活塞輪直徑與環(huán)形活塞空間中線直徑之比介于I : 4至I : 20之間，通過合理設(shè)置環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑的比值，可以提高流體的壓縮比，其結(jié)構(gòu)類似，此處不再贅述。綜上所述，本發(fā)明中，通過合理設(shè)置環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑的比值，及中心太陽輪的旋閥片與環(huán)形活塞空間直徑的夾角，可以有效提高設(shè)備的能源利用率。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于，該星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括含圓筒空腔的氣缸和由所述氣缸兩側(cè)的氣缸密封端蓋支撐的主軸，中心太陽輪套設(shè)于所述主軸上； 所述中心太陽輪的外圓筒面及所述氣缸的內(nèi)圓筒面構(gòu)成環(huán)形活塞空間，滾柱行星活塞輪以滾動(dòng)方式置于所述環(huán)形活塞空間內(nèi)； 所述氣缸的內(nèi)圓筒面設(shè)有通過第一通孔與外界相連通的旋閥片凹槽；所述氣缸內(nèi)圓筒面還設(shè)有與外界相連通的第二通孔； 所述旋閥片凹槽內(nèi)設(shè)有旋閥片，所述旋閥片通過與所述主軸軸向中心線平行的旋閥片芯軸在閉合位置和張開位置之間擺動(dòng)； 所述滾柱行星活塞輪直徑與環(huán)形活塞空間中線直徑之比介于I : 4至I : 20之間，其中，所述環(huán)形活塞空間中線直徑為所述環(huán)形活塞空間中心線構(gòu)成圓周的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于壓于所述中心太陽輪外圓筒面的所述旋閥片與通過旋閥片支撐芯軸中心點(diǎn)的所述環(huán)形活塞空間直徑的夾角介于20°至45。之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于所述氣缸包括外側(cè)的氣缸本體和內(nèi)側(cè)的氣缸套； 所述環(huán)形活塞空間由所述中心太陽輪的外圓筒面及所述氣缸套的內(nèi)圓筒面構(gòu)成；所述旋閥片凹槽由設(shè)置于所述氣缸本體的子凹槽和設(shè)置于所述汽缸套的與所述子凹槽位置對(duì)應(yīng)的方形通孔構(gòu)成，所述子凹槽與所述方形通孔圓滑連接；所述子凹槽通過所述第一通孔與外界相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于，該星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置還包括 旋閥片定位復(fù)位機(jī)構(gòu)，位于所述環(huán)形活塞空間的外側(cè)，用于復(fù)位和定位所述旋閥片于壓住所述中心太陽輪的張開位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于所述滾柱行星活塞輪直徑與環(huán)形活塞空間中線直徑之比介于I : 8至I : 12之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于壓于所述中心太陽輪外圓筒面的所述旋閥片與通過旋閥片支撐芯軸中心點(diǎn)的所述環(huán)形活塞空間直徑的夾角為40°。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于 所述缸體本體由中心段缸體本體、左側(cè)缸體本體和右側(cè)缸體本體連接而成；所述中心段缸體本體的內(nèi)圓筒面設(shè)置所述子凹槽， 所述左側(cè)缸體本體和所述右側(cè)缸體本體為圓筒形，并從所述中心段缸體本體兩側(cè)的夾緊所述中心段缸體本體； 所述左側(cè)缸體本體的右側(cè)面和所述右側(cè)缸體本體的左側(cè)面將所述子凹槽的兩側(cè)密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于對(duì)于所述旋閥片凹槽， 在其旋閥片芯軸一側(cè)，所述子凹槽與所述方形通孔的深度之和大于旋閥片的厚度； 在相對(duì)于其旋閥片芯軸一側(cè)的另一側(cè)，所述子凹槽與所述方形通孔的深度之和大于旋閥片的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述旋閥片定位復(fù)位機(jī)構(gòu)包括曲柄、復(fù)位部及定位緩沖部； 所述曲柄與所述旋閥片芯軸垂直，曲柄中部與所述旋閥片芯軸伸出所述環(huán)形活塞空間的氣缸密封端蓋之外的軸端部分鎖緊； 復(fù)位部，為一復(fù)位彈簧，復(fù)位彈簧固定端固定于所述缸體，復(fù)位彈簧拉伸端與所述曲柄的下部復(fù)位端相連； 定位緩沖部，固定于所述缸體上，定位緩沖部定位端抵接于所述旋閥片位于張開位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的所述曲軸的上部定位端。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述旋閥片定位復(fù)位機(jī)構(gòu)包括曲軸、復(fù)位部及定位緩沖部； 所述曲軸與所述旋閥片芯軸垂直，曲軸傳遞端與所述旋閥片芯軸伸出所述環(huán)形活塞空間的氣缸密封端蓋之外的軸端部分鎖緊； 復(fù)位部，為一復(fù)位彈簧，復(fù)位彈簧固定端固定于所述缸體，復(fù)位彈簧拉伸端與所述曲軸的中部復(fù)位端相連； 定位緩沖部，固定于所述缸體上，定位緩沖部定位端抵接于所述旋閥片位于張開位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的所述曲軸的定位端。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述曲軸的長(zhǎng)度大于所述旋閥片垂直于所述旋閥片芯軸方向的長(zhǎng)度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述定位緩沖部的定位端的定位距離可調(diào)節(jié)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至12中任一項(xiàng)所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于 所述環(huán)形活塞空間內(nèi)表面設(shè)有N個(gè)所述凹槽和N個(gè)與流體出口或流體入口相連通的所述第二通孔；所述N個(gè)凹槽分別通過第一通孔與流體入口或流體出口相連通；所述環(huán)形氣缸內(nèi)設(shè)有N+1個(gè)所述滾柱行星活塞輪； 所述N大于等于2，每?jī)蓚€(gè)所述第一通孔之間和每?jī)蓚€(gè)所述第二通孔之間的角度均為360° /No
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其特征在于所述N= 2。
15.一種星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于包括權(quán)利要求I至14中任一項(xiàng)所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，所述第一通孔與燃燒室相連通，所述第二通孔與廢氣排出口相連通。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述環(huán)形活塞空間的膨脹比介于5至10之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的星旋式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述燃燒室內(nèi)設(shè)置高壓電控噴油嘴和高壓電控空氣直噴嘴； 所述高壓電控噴油嘴，與所述燃燒室外的高壓油軌相連接，用于向所述燃燒室中噴入預(yù)設(shè)壓力的油燃?xì)?；以? 所述高壓電控空氣直噴嘴，與所述燃燒室外的高壓氣軌相連接，用于向所述燃燒室中噴入預(yù)設(shè)壓力的空氣。
18.—種脈沖式氣動(dòng)馬達(dá)，其特征在于包括權(quán)利要求I至14中任一項(xiàng)所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，所述第一通孔與脈沖式動(dòng)力源流體的輸入口相連通，所述第二通孔與脈沖式動(dòng)力源流體的排出口相連通。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的脈沖式氣動(dòng)馬達(dá)，其特征在于所述環(huán)形活塞空間的膨脹比介于5至10之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的脈沖式氣動(dòng)馬達(dá)，其特征在于所述脈沖式動(dòng)力源流體為以下動(dòng)力源之一高壓水蒸氣、高壓天然氣、高壓燃?xì)饣蚋邏嚎諝狻?br> 21.一種星旋式壓縮機(jī)，其特征在于包括權(quán)利要求I至14中任一項(xiàng)所述的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，所述第一通孔與壓縮后的高壓流體排出口相連通，所述第二通孔與壓縮前的低壓流體吸入口連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高膨脹比環(huán)形活塞空間的星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)及壓縮機(jī)。本發(fā)明通過合理設(shè)置環(huán)形活塞空間中線直徑與滾柱行星活塞輪直徑的比值，及中心太陽輪的旋閥片與環(huán)形活塞空間直徑的夾角，可以有效提高工作物質(zhì)的膨脹比，縮小旋閥片臨界區(qū)間的角度，進(jìn)而提高星旋式轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的能源利用率。
文檔編號(hào)F04C18/46GK102678289SQ201110065260
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者姚其槐, 姚鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:北京星旋世紀(jì)科技有限公司