本發(fā)明涉及流體機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種轉(zhuǎn)動系統(tǒng)及應(yīng)用其的流體馬達(dá)、壓縮機(jī)、泵和發(fā)動機(jī)。

背景技術(shù)：

偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是流體機(jī)械領(lǐng)域頗為常用的一種結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，在流體馬達(dá)、壓縮機(jī)、泵、發(fā)動機(jī)等領(lǐng)域中均有廣泛的應(yīng)用。對于偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的流體機(jī)械而言，平衡配重問題是其必須要解決的問題。

本申請的申請人在2013年4月12日提交了一份專利申請(申請?zhí)枺?01310127518.7)。在該份專利申請中，申請人提供了一種偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動裝置。請參照圖1，該轉(zhuǎn)動裝置包括：缸體110，呈圓筒形；前/后密封端蓋(120、130)，分別密封連接于缸體的前/后兩端，與缸體共同構(gòu)成一圓筒形內(nèi)腔；主軸200，由缸體110和/或前/后密封端蓋(120、130)可轉(zhuǎn)動地支撐，其中心線與圓筒形內(nèi)腔的中心線重合；偏心轉(zhuǎn)子組件300，套設(shè)于主軸位于圓筒形內(nèi)腔的部分，通過在圓筒形內(nèi)腔中做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動形成軸向延伸的月牙形密封工作空間；隔離機(jī)構(gòu)，其前端與轉(zhuǎn)子組件相密封，從而將軸向延伸的月牙形密封工作空間分隔為相互獨(dú)立的第一容積可變腔室和第二容積可變腔室，該第一容積可變腔室和第二容積可變腔室分別通過設(shè)置于缸體上的第一組通孔和第二組通孔與缸體外側(cè)相連通。

其中，偏心轉(zhuǎn)子組件300包括：兩個偏心軸套310，分別套設(shè)固定于主軸200上的星輪固定法蘭B1和B2上，其中心線與主軸200的中心線相互平行且錯開預(yù)設(shè)距離；滾動活塞輪330，套設(shè)于偏心軸套310上，其中心線與偏心軸套310的中心線重合；至少一個軸承320，設(shè)置于所述偏心軸310和滾動活塞輪之間。該滾動活塞輪330沿缸體110的內(nèi)圓筒面滾動，缸體110的內(nèi)圓筒面和滾動活塞輪330的外圓柱面之間形成軸向延伸的月牙形密封工作空間。

為了保證整臺星旋式轉(zhuǎn)動裝置的動平衡，必須要在轉(zhuǎn)動裝置上合適的位置進(jìn)行平衡配重。在該轉(zhuǎn)動裝置中，在星輪固定法蘭的外側(cè)，偏心軸套較輕的一邊對稱設(shè)置平衡配重塊A。該平衡配重塊A一般呈半月形，用螺栓固定在星輪固定法蘭(B1和B2)上。

此外，為了克服偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)啟動死點(diǎn)，以及只能輸出脈沖式扭矩的問題，在上述轉(zhuǎn)動裝置的基礎(chǔ)上，申請人還提供了一種包括T臺上述轉(zhuǎn)動裝置的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。該T臺轉(zhuǎn)動裝置共用同一主軸，且至少兩臺轉(zhuǎn)動裝置的相位角θ相互錯開的角度大于臨界區(qū)間角θ₁。其中，以流體馬達(dá)為例，轉(zhuǎn)動裝置的相位角θ是指：自本周期的高壓流體做功沖程開始，偏心轉(zhuǎn)子組件在圓筒形內(nèi)腔中所轉(zhuǎn)動的角度；臨界區(qū)間角θ₁是指：從上一周期的低壓流體排出沖程開始至本周期的高壓流體做功沖程開始之間，偏心轉(zhuǎn)子組件在圓筒形內(nèi)腔中所需轉(zhuǎn)動的角度。優(yōu)選地，T臺轉(zhuǎn)動裝置中相位相鄰的兩臺轉(zhuǎn)動裝置的相位角θ相互錯開的角度為360/T。

然而，在持續(xù)的研發(fā)實(shí)踐過程中，申請人發(fā)現(xiàn)：平衡配重塊白白消耗能量，降低了能量轉(zhuǎn)換效率，并且，雖然使用平衡配重塊在指定的轉(zhuǎn)速下在一定程度上保證了整臺星旋式轉(zhuǎn)動裝置的動平衡，然而，其并不能完全消除偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動裝置在運(yùn)行過程中的振動問題，在偏離額定轉(zhuǎn)速時，如在加速階段、減速階段，仍然產(chǎn)生振動，這不僅會發(fā)生能量消耗，而且會產(chǎn)生噪音、機(jī)械零件的松動等一系列問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)動系統(tǒng)及應(yīng)用其的流體馬達(dá)、壓縮機(jī)、泵和發(fā)動機(jī)，以提高能量轉(zhuǎn)換效率，減小振動和噪音。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。該轉(zhuǎn)動系統(tǒng)包括：至少三個偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動裝置，即一主轉(zhuǎn)動裝置，至少一左轉(zhuǎn)動裝置和至少一右轉(zhuǎn)動裝置；該至少三個轉(zhuǎn)動裝置共用同一根主軸、工作腔室彼此隔開且獨(dú)立工作，其中，所述至少一左轉(zhuǎn)動裝置和至少一右轉(zhuǎn)動裝置的偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對所述主轉(zhuǎn)動裝置的偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行平衡配重。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種流體馬達(dá)。該流體馬達(dá)應(yīng)用 上述的轉(zhuǎn)動裝置。其中，高壓流體工質(zhì)進(jìn)入該轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，推動轉(zhuǎn)動裝置順序工作，通過主軸將產(chǎn)生的扭矩傳遞到轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的外部。

根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，還提供了一宗泵。該泵應(yīng)用上述的轉(zhuǎn)動裝置。其中，利用主軸所傳遞的扭矩，轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動裝置分別獨(dú)立地從流體進(jìn)口泵入流體。

根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，還提供了一種壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)應(yīng)用上述的轉(zhuǎn)動裝置。其中，利用主軸所傳遞的扭矩，轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動裝置分別順序?qū)嚎s介質(zhì)進(jìn)行壓縮。

根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，還提供了一種發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)應(yīng)用上述的轉(zhuǎn)動裝置。其中，由燃燒室進(jìn)入的高壓氣體推動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動裝置順序工作，通過主軸將產(chǎn)生的扭矩傳遞到轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的外部。

(三)有益效果

本發(fā)明創(chuàng)造性的采用副轉(zhuǎn)動裝置的偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)作為平衡配重塊對主轉(zhuǎn)動裝置進(jìn)行動平衡，一方面避免了能量被平衡配重塊白白損耗，另一方面實(shí)現(xiàn)了整個轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的完全對稱動平衡。

具體來講，本發(fā)明轉(zhuǎn)動系統(tǒng)及應(yīng)用其的流體馬達(dá)、壓縮機(jī)、泵和發(fā)動機(jī)具有以下幾項(xiàng)有益效果：

(1)在主轉(zhuǎn)動裝置的兩側(cè)設(shè)置副轉(zhuǎn)動裝置，副轉(zhuǎn)動裝置在起到平衡配置作用的同時獨(dú)立做功，避免了現(xiàn)有技術(shù)中平衡配重塊白白消耗能量，提高了能量轉(zhuǎn)換效率；

(2)副轉(zhuǎn)動裝置的設(shè)置充分利用了缸體內(nèi)腔空間，提高了整個系統(tǒng)的空間利用率；

(3)副轉(zhuǎn)動裝置在主轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的兩側(cè)對稱地設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的完全對稱動平衡，從而在各個轉(zhuǎn)速，如在額定轉(zhuǎn)速、加速和減速階段下均能實(shí)現(xiàn)低振動和低噪音，系統(tǒng)可以應(yīng)用至低振動和低噪音場景下；

(4)利用隔板來分割內(nèi)腔，結(jié)構(gòu)簡單，制造和裝配方便，成本低廉，便于產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)采用偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動裝置的示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2所示轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中三偏心轉(zhuǎn)子組件動平衡的示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中偏心轉(zhuǎn)子組件動平衡的示意圖。

【主要元件】

110-缸體； 120、130-前/后端蓋；

111-主缸體； 112、113-左/右缸體；

121-左端蓋定位螺栓； 131-右端蓋定位螺栓；

200-主軸；

521-左缸體隔板 531-右缸體隔板

522、532-耐磨襯板； 523、533-O型密封膠圈

610-主轉(zhuǎn)動裝置的偏心轉(zhuǎn)子組件

611-偏心軸套； 612-滾動軸承；

613-滾動活塞輪；

620-左轉(zhuǎn)動裝置的偏心轉(zhuǎn)子組件；

621-偏心軸套； 622-滾動軸承；

623-滾動活塞輪；

630-右轉(zhuǎn)動裝置的偏心轉(zhuǎn)子組件；

631-偏心軸套； 632-滾動軸承；

633-滾動活塞輪；

700-流體進(jìn)出口座；

800-高壓流體進(jìn)入通道。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明創(chuàng)造性的采用副轉(zhuǎn)動裝置的偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)作為平衡配重塊對主轉(zhuǎn)動裝置進(jìn)行動平衡，一方面避免了能量被平衡配重塊白白損耗，另一方面實(shí)現(xiàn)了整個轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的完全對稱動平衡。

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，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

一、轉(zhuǎn)動系統(tǒng)第一實(shí)施例

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，提供了一種轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該轉(zhuǎn)動系統(tǒng)包括：缸體 內(nèi)腔，其被分隔為三個相互獨(dú)立的圓筒形的腔室：左腔室、主腔室和右腔室；主軸200，其中心線與內(nèi)腔的中心線重合，依次穿過左腔室、主腔室和右腔室；主轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)610、左轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)620和右轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)630，分別位于相應(yīng)的腔室內(nèi)，均包括：偏心轉(zhuǎn)子組件(611、621、631)，套設(shè)于主軸位于所在腔室的部分，通過在所在腔室中做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動形成軸向延伸的密封工作空間；其中，左轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)中偏心轉(zhuǎn)子組件和右轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)中偏心轉(zhuǎn)子組件對主轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的偏心轉(zhuǎn)子組件在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生偏心力進(jìn)行平衡配重。

請參照圖2，主腔室和與相應(yīng)的主轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)610組成主轉(zhuǎn)動裝置，左腔室與相應(yīng)的左轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)620組成左轉(zhuǎn)動裝置，右腔室與相應(yīng)的右轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)630組成右轉(zhuǎn)動裝置，即本實(shí)施例轉(zhuǎn)動系統(tǒng)實(shí)際上包含共用同一根主軸的三個轉(zhuǎn)動裝置。而主轉(zhuǎn)動裝置為轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的主要出力設(shè)備，左轉(zhuǎn)動裝置和右轉(zhuǎn)動裝置作為輔助的副出力設(shè)備。

本實(shí)施例中，在主轉(zhuǎn)動裝置的兩側(cè)對稱地設(shè)置副轉(zhuǎn)動裝置，副轉(zhuǎn)動裝置在起到平衡配置作用的同時獨(dú)立做功，避免了現(xiàn)有技術(shù)中平衡配重塊白白消耗能量，提高了能量轉(zhuǎn)換效率，同時，副轉(zhuǎn)動裝置的設(shè)置充分利用了缸體內(nèi)腔空間，提高了整個系統(tǒng)的空間利用率。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，申請人總結(jié)出剛性主軸旋轉(zhuǎn)體系的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的平衡有四種基本形態(tài)：

(1)靜平衡，即剛性主軸旋轉(zhuǎn)體系在靜止?fàn)顟B(tài)下的平衡；

(2)一般動平衡，指的是主軸旋轉(zhuǎn)體系僅僅在指定的轉(zhuǎn)速下能夠?qū)崿F(xiàn)動平衡的構(gòu)造；

(3)完全動平衡，指的是主軸旋轉(zhuǎn)體系在任何轉(zhuǎn)速下都能實(shí)現(xiàn)動平衡的構(gòu)造；

(4)完全對稱動平衡，指的是對稱結(jié)構(gòu)的主軸旋轉(zhuǎn)體系在任何轉(zhuǎn)速下都能實(shí)現(xiàn)動平衡的構(gòu)造，其是平衡的最高境界。

圖3為圖2所示轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中三偏心轉(zhuǎn)子組件動平衡的示意圖。請參照圖3，要能夠做到上述的完全對稱動平衡，剛性主軸旋轉(zhuǎn)體系必須做到三點(diǎn)：

(1)主軸旋轉(zhuǎn)體系的各質(zhì)量重心對主軸中心線O-O′的法向靜力矢量 之和為零；

(2)主軸旋轉(zhuǎn)體系的各質(zhì)量重心到主軸中心線的垂直距離必須相等；

(3)主軸旋轉(zhuǎn)體系的各質(zhì)量重心對W點(diǎn)的軸向靜力偶之和為零，其中，W點(diǎn)為主軸中心線O-O′與轉(zhuǎn)動系統(tǒng)軸向?qū)ΨQ面(T-T′)的交點(diǎn)。

具體到本實(shí)施例而言，在主軸旋轉(zhuǎn)時，左平衡配重體系由于離心力的F_L影響而產(chǎn)生一個對于W點(diǎn)的順時針扭矩，右平衡配重體系由于離心力F_R的影響而產(chǎn)生一個對于W點(diǎn)的反時針扭矩，這兩個扭矩必須平衡，否則主軸會繞W點(diǎn)旋轉(zhuǎn)變形。此時要對左、右平衡配重體系作配重計算，以達(dá)到扭矩平衡。然而，左、右平衡配重體系的質(zhì)量之和，仍然必須等于主轉(zhuǎn)動裝置的偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量。上文中，左平衡配重體系指代的是左轉(zhuǎn)動裝置的偏心轉(zhuǎn)子組件，右平衡配重體系指代的是右轉(zhuǎn)動裝置的偏心轉(zhuǎn)子組件。

基于上述理論知識，本實(shí)施例轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中采用了如下的動平衡策略：

1、左轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量m_L與右轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量m_R之和等于主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量m。

在本實(shí)施例中，左轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量m_L與右轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量m_R相等，均為主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量m的1/2，即m_L＝m_R＝m/2。

2、請參照圖3，主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心為A，左轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心為L，右轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心為R。其中，質(zhì)量中心A、質(zhì)量中心L和質(zhì)量中心R與主軸中心線O-O′的距離相等，均為e。

3、左轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心L的相位α_L與右轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心R的相位角α_R相等，即α_L＝α_R。主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心A的相位角為α，其中，α_L(α_R)與α相差180°，即α-α_L＝π。

其中，相位角定義為：以過主軸中心線O-O′的一平面為基準(zhǔn)面，當(dāng)前質(zhì)量中心至中心線的垂線偏離該基準(zhǔn)面的角度。

4、主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心在轉(zhuǎn)動過程中所產(chǎn)生的離心力矢量F、左轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心在轉(zhuǎn)動過程中所產(chǎn)生 的離心力矢量F_L、右轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心在轉(zhuǎn)動過程中所產(chǎn)生的離心力矢量F_R在基準(zhǔn)面T-T′上的投影之和為0。

5、主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心A、左轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心L、右轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心R在轉(zhuǎn)動過程中對W點(diǎn)的靜力偶之和為零。

本實(shí)施例中，由于左轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量與右轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量相等，均為主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量的1/2。因此，左/右轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件集成的質(zhì)量重心L和R到主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件集成質(zhì)量重心A的距離S相等。

需要說明的是，當(dāng)左轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量與右轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量不相等時，則可以按照相應(yīng)公式來計算兩者質(zhì)量中心與主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件質(zhì)量中心的距離，此處不再贅述。在這種情況下，只能實(shí)現(xiàn)上述的“完全動平衡”，而不能實(shí)現(xiàn)上述的“完全對稱動平衡”，即對稱結(jié)構(gòu)的主軸旋轉(zhuǎn)體系在任何轉(zhuǎn)速下都能實(shí)現(xiàn)動平衡的構(gòu)造。

本實(shí)施例中，副轉(zhuǎn)動裝置在主轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的兩側(cè)對稱地設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的完全對稱動平衡，從而在各個轉(zhuǎn)速，如在額定轉(zhuǎn)速、加速和減速階段下，均能實(shí)現(xiàn)低振動和低噪音。

本實(shí)施例轉(zhuǎn)動系統(tǒng)可以應(yīng)用于壓縮機(jī)、流體馬達(dá)等流體機(jī)械中。以下將對應(yīng)用上述轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的流體馬達(dá)、泵、壓縮機(jī)和發(fā)動機(jī)，尤其是流體馬達(dá)，進(jìn)行詳細(xì)說明。

二、轉(zhuǎn)動系統(tǒng)第二實(shí)施例

在本發(fā)明的第二個實(shí)施例中，還提供了一種轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中偏心轉(zhuǎn)子組件動平衡的示意圖。如圖4所示，本實(shí)施例轉(zhuǎn)動系統(tǒng)與第一實(shí)施例轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的區(qū)別在于：在主轉(zhuǎn)動裝置的兩側(cè)，分別具有兩轉(zhuǎn)動裝置，即在主轉(zhuǎn)動裝置的左側(cè)，具有左一轉(zhuǎn)動裝置和左二轉(zhuǎn)動裝置，在主轉(zhuǎn)動裝置的右側(cè)，具有右一轉(zhuǎn)動裝置和右二轉(zhuǎn)動裝置。

請參照圖4，內(nèi)腔被分隔為五部分：左一腔室、左二腔室、主腔室、右一腔室、右二腔室。該左一腔室、左二腔室、主腔室、右一腔室、右二腔室分別作為左一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、左二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、主轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、右一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)和右二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的工作腔室。其中，各個腔室之間由缸體隔板隔開。

1、主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量為m，左一轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量為m_L1，左二轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量為m_L2，右一轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量為m_R1，右二轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量為m_R2，則他們滿足：

m_L1＝m_R1＝m，m_L2＝m_R2＝m/2；

2、主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心A，左一轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心L1、左二轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心L2、右一轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心R1、右二轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心R2與主軸中心線O-O′的垂直距離相等，均為e；

3、主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心的相位角α；左一轉(zhuǎn)動裝置和右一轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心的相位角均為α′，左二轉(zhuǎn)動裝置和右二轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心的相位角均為α″，α′與α相差180°，α″與α相等；

4、主轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件在轉(zhuǎn)動過程中所產(chǎn)生的離心力矢量F、左一轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件在轉(zhuǎn)動過程中所產(chǎn)生的離心力矢量F_L1、右一轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件在轉(zhuǎn)動過程中所產(chǎn)生的離心力矢量F_R1、左二轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件在轉(zhuǎn)動過程中所產(chǎn)生的離心力矢量F_L2、左三轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件在轉(zhuǎn)動過程中所產(chǎn)生的離心力矢量F_R2在基準(zhǔn)面上的投影之和為0；

5、主轉(zhuǎn)動裝置、左一轉(zhuǎn)動裝置、右一轉(zhuǎn)動裝置、左二轉(zhuǎn)動裝置、右二轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心對W點(diǎn)的靜力偶之和為零。

在本實(shí)施例中，左一轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心與主腔室軸向?qū)ΨQ面T-T′的距離和右一轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心與主腔室軸向?qū)ΨQ面T-T′的距離均為S1。左二轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心與主腔室軸向?qū)ΨQ面T-T′的距離和右二轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心與主腔室軸向?qū)ΨQ面T-T′的距離均為S2。

關(guān)于偏心轉(zhuǎn)子組件的相位、在轉(zhuǎn)動過程中所產(chǎn)生的離心力矢量的定義請參照第一實(shí)施例中的相關(guān)描述，此處不再重述。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚：理論上來說，在轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中，可以將內(nèi)腔分為大于等于3個的任意個腔室，只要組成一主轉(zhuǎn)動裝置、一左轉(zhuǎn)動裝置 和一右轉(zhuǎn)動裝置，并且左轉(zhuǎn)動裝置和右轉(zhuǎn)動裝置的偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對主轉(zhuǎn)動裝置的偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行平衡配重即可。

優(yōu)選地，在轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中，可以將內(nèi)腔分為2N+1個腔室，并與相應(yīng)的偏心轉(zhuǎn)子組件組成2N+1個轉(zhuǎn)動裝置，即在主轉(zhuǎn)動裝置的兩側(cè)，分別對稱地設(shè)置N個副轉(zhuǎn)動裝置，只要滿足上述的完全動平衡條件，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。但是，考慮到工藝復(fù)雜度等因素，該N為大于等于1的正整數(shù)，一般不超過三個。

三、流體馬達(dá)

本發(fā)明還提供了一種流體馬達(dá)。該流體馬達(dá)應(yīng)用第一實(shí)施例所述的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。以下分別對本實(shí)施例流體馬達(dá)的各個組成部分進(jìn)行詳細(xì)說明。通過以下的說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以對第一實(shí)施例的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)有更加清楚的了解。

如圖2所示，缸體內(nèi)腔由缸體110及前后端蓋(120、130)共同圍成。前后端蓋(120、130)分別通過左端蓋定位螺栓121和右端蓋定位螺栓131固定在缸體上。

內(nèi)腔通過隔板被分為三個相互獨(dú)立的圓筒形的腔室：左腔室、主腔室和右腔室，分別作為相應(yīng)轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的工作空間。其中，主腔室為主轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的工作空間，作為主要腔室。左腔室作為左轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的工作空間，右腔室作為右轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的工作空間，兩者作為輔助腔室。

需要說明的是，從軸向長度來說，主腔室的尺寸大于另外兩個輔助腔室的尺寸。主腔室按照通常的方法設(shè)計，而左腔室和右腔室則根據(jù)相應(yīng)偏心轉(zhuǎn)子組件的尺寸進(jìn)行設(shè)計，而偏心轉(zhuǎn)子組件的尺寸根據(jù)平衡配重的情況進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計的過程中，需要特別強(qiáng)調(diào)左右對稱問題。

為清楚及下文方便描述起見，將與主腔室對應(yīng)的缸體部分命名為主缸體111；將與左腔室對應(yīng)的缸體部分命名為左缸體112；與右腔室對應(yīng)的缸體部分命名為右缸體113。

其中，主腔室和左腔室之間由左缸體隔板521隔開；主腔室和右腔室之間由右缸體隔板531隔開。左缸體隔板521和右缸體隔板531均為耐磨鋼板，其厚度介于5mm～80mm之間，其布氏硬度(HB)介于300～600之間，其兩側(cè)均經(jīng)過拋光平滑處理，以減小偏心轉(zhuǎn)子組件在轉(zhuǎn)動過程中的阻 力。

本實(shí)施例中，利用缸體隔板來分割內(nèi)腔，結(jié)構(gòu)簡單，制造和裝配方便，成本低廉，便于產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用。

主軸200由缸體110或者前/后密封端蓋(120、130)可轉(zhuǎn)動地支撐，其一端位于內(nèi)腔的外側(cè)，另一端依次穿過左腔室、主腔室和右腔室。需要說明的是，雖然本實(shí)施例中主軸只有一端伸出圓筒形內(nèi)腔外，但是，本發(fā)明同樣包括主軸兩端伸出圓筒形內(nèi)腔外，從左右兩側(cè)同時輸出扭矩的情況。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)很清楚上述技術(shù)方案如何實(shí)現(xiàn)，此處不再贅述。

本實(shí)施例中，左轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、主轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)和右轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，分別位于相應(yīng)的腔室內(nèi)，均包括：偏心轉(zhuǎn)子組件，套設(shè)于主軸位于所在腔室的部分，通過在該腔室中做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動形成軸向延伸的密封工作空間；隔離機(jī)構(gòu)，其前端與偏心轉(zhuǎn)子組件相密封，從而將軸向延伸的密封工作空間分隔為相互獨(dú)立的兩容積可變腔室。

除了尺寸不同之外，左轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、主轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)和右轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)大體相同，此處一并對其進(jìn)行說明。

偏心轉(zhuǎn)子組件包括：偏心軸套，套設(shè)并固定于主軸位于圓筒形內(nèi)腔的部分，其中心線與主軸的中心線相互平行且錯開預(yù)設(shè)距離；滾動活塞輪，套設(shè)于偏心軸套上，其中心線與偏心軸套的中心線重合，該滾動活塞輪沿所述缸體的內(nèi)圓筒面滾動；滾動軸承，對稱地套設(shè)于偏心軸上，其內(nèi)套圈固定于偏心軸套，其外套圈固定于滾動活塞輪，以隔絕兩者的轉(zhuǎn)動。其中，滾動活塞輪壓緊于圓筒形內(nèi)腔的內(nèi)圓筒面，使圓筒形內(nèi)腔的內(nèi)圓筒面和滾動活塞輪的外圓柱面之間形成軸向延伸的月牙形密封腔。

具體而言，請參照圖2，在主轉(zhuǎn)動裝置中，偏心轉(zhuǎn)子組件610包括：偏心軸套611、滾動軸承612和滾動活塞輪613。在左轉(zhuǎn)動裝置中，偏心轉(zhuǎn)子組件620包括：偏心軸套621、滾動軸承622和滾動活塞輪623。在右轉(zhuǎn)動裝置中，偏心轉(zhuǎn)子組件630包括：偏心軸套631、滾動軸承632和滾動活塞輪633。

需要特別說明的是，本實(shí)施例中，偏心軸套(611、621、631)直接固定在主軸上，而不是如背景技術(shù)中所描述的那樣固定在行星活塞輪固定法蘭上。在主軸旋轉(zhuǎn)過程中，其旋轉(zhuǎn)軸向運(yùn)動誤差及振動由無軸向約束的 三個滾動軸承(主轉(zhuǎn)動裝置、左轉(zhuǎn)動裝置和右轉(zhuǎn)動裝置中偏心轉(zhuǎn)子組件的滾動軸承)屏蔽過濾，實(shí)現(xiàn)滾動活塞輪的高精度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

在左(右)腔室的外側(cè)，偏心轉(zhuǎn)子組件與外側(cè)密封端蓋相接觸摩擦的部分，設(shè)置有耐磨襯板(522、532)。該耐磨襯板與偏心轉(zhuǎn)子的接觸平面進(jìn)行鏡面拋光平滑加工，減少磨擦與提高密封。并且，耐磨襯板與徑向外側(cè)的密封端蓋之間具有O型密封膠圈(523、533)，該O型密封膠圈可以有效地保證腔室內(nèi)的密封。

隔離機(jī)構(gòu)將該月牙形密封腔分隔為高壓流體做功腔和低壓流體排出腔。該隔離機(jī)構(gòu)可以使用多種的隔離機(jī)構(gòu)，例如：旋閥片(專利申請?zhí)枺?01110154415.0)、采用半圓形結(jié)構(gòu)的旋閥體(專利申請?zhí)枺?00780027498.9)、閘閥(專利申請?zhí)枺?01110322746.0)、雙向旋閥片(201410415170.6)等。

在缸體外側(cè)的預(yù)設(shè)位置，一般為上方，設(shè)置有流體進(jìn)出口座700。在流體進(jìn)出口座內(nèi)側(cè)的缸體上，開設(shè)有分別與三個高壓流體做功腔和三個低壓流體排出腔連通的高壓流體進(jìn)入通道和低壓流體流出通道。

請參照圖2，其僅表示出了高壓流體進(jìn)入通道800。高壓流體經(jīng)由流體進(jìn)出口座700進(jìn)入缸體內(nèi)的高壓流體進(jìn)入通道800，分為三股，分別進(jìn)入三個轉(zhuǎn)動裝置的高壓流體做功腔。而做功完畢后的三個轉(zhuǎn)動裝置的低壓流體排出腔的流體經(jīng)由低壓流體流出通道進(jìn)入流體進(jìn)出口座700，而后排出。

關(guān)于缸體、主軸、前/后端蓋、偏心轉(zhuǎn)子組件、隔離機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系等，請參照本申請的申請人的多項(xiàng)在前申請，如：適用于高壓場景的轉(zhuǎn)動裝置及應(yīng)用其的機(jī)械裝置(201410776253.8)。由于其并不是本發(fā)明的創(chuàng)新之處所在，此處不再詳述。

本實(shí)施例中，高壓流體源源不斷流入，推動轉(zhuǎn)動裝置順序工作，通過主軸將產(chǎn)生的扭矩傳遞至內(nèi)腔外。該高壓流體可為液體或者氣體，尤其可以為蒸汽。

除了具有第一實(shí)施例的全部優(yōu)點(diǎn)之外，經(jīng)由實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)施例流體馬達(dá)輸出的扭矩平穩(wěn)，大致呈一條直線，與現(xiàn)有技術(shù)的流體馬達(dá)僅能輸出脈沖形式的扭矩相比具有巨大的優(yōu)勢。

此外，還需要說明的是，與汽輪機(jī)等速度式膨脹機(jī)相比，本實(shí)施例轉(zhuǎn)動系統(tǒng)造價低、適應(yīng)性強(qiáng)，能適應(yīng)各種流體工質(zhì)，如過熱蒸汽，保護(hù)蒸汽，汽水兩相流體、熱水(包括高鹽分熱水)。

四、泵

本發(fā)明還提供了一種泵。該泵應(yīng)用第一實(shí)施例所述的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。

該泵中，主軸將內(nèi)腔外的扭矩傳遞至內(nèi)腔內(nèi)；在主軸的帶動下，以三個偏心軸套為媒介，三個滾動活塞輪沿圓筒形內(nèi)腔向前滾動，分別獨(dú)立地將由流體進(jìn)口進(jìn)入的流體泵入月牙形密封工作空間，并通過流體出口將流體排出。

同樣，經(jīng)由實(shí)驗(yàn)證明，該流體馬達(dá)除了具有第一實(shí)施例的全部優(yōu)點(diǎn)之外，其輸出的壓力和流量脈動小，平均成直線狀。

五、壓縮機(jī)

本發(fā)明還提供了一種壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)應(yīng)用第一實(shí)施例所述的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。

該壓縮機(jī)中，主軸將圓筒形內(nèi)腔外的扭矩傳遞至圓筒形內(nèi)腔內(nèi)，以三個偏心軸套為媒介，三個滾動活塞輪沿圓筒形內(nèi)腔向前滾動，分別順序地對壓縮介質(zhì)進(jìn)行壓縮。

同樣，經(jīng)由實(shí)驗(yàn)證明，該流體馬達(dá)除了具有第一實(shí)施例的全部優(yōu)點(diǎn)之外，還具有振動低、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。

六、發(fā)動機(jī)

本發(fā)明還提供了一種發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)應(yīng)用第一實(shí)施例所述的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。

該發(fā)動機(jī)中，由燃燒室經(jīng)由流體進(jìn)出口座和流體進(jìn)入通道進(jìn)入的高壓氣體推動三個轉(zhuǎn)動裝置順序工作，帶動主軸轉(zhuǎn)動，進(jìn)而通過主軸將產(chǎn)生的扭矩傳遞至缸體內(nèi)腔外。

同樣，經(jīng)由實(shí)驗(yàn)證明，該發(fā)動機(jī)除了具有第一實(shí)施例的全部優(yōu)點(diǎn)之外，還具有振動低、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本發(fā)明六個實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明轉(zhuǎn)動系統(tǒng)及應(yīng)用其的流體馬達(dá)、壓縮機(jī)、泵和發(fā)動機(jī)有了清楚的認(rèn)識。

此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換，例如：

(1)內(nèi)腔分割成多個腔室還可以采用缸體隔板之外的其他方法，例如，多個轉(zhuǎn)動裝置分別具有獨(dú)立的缸體，而不是共用同一缸體；

(2)在工程應(yīng)用中，可以不區(qū)分主轉(zhuǎn)動裝置和副轉(zhuǎn)動裝置，只要兩者均為偏心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動裝置，且分用兩個內(nèi)腔，且其中之一為其中另一進(jìn)行平衡配重，就都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍；

(3)隔離機(jī)構(gòu)可以采用各種形式，而不局限于實(shí)施例中列舉的種類；

(4)實(shí)施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍；

(5)實(shí)施例可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的允許誤差或設(shè)計約束內(nèi)近似等于相應(yīng)的值。

綜上所述，本發(fā)明利用主轉(zhuǎn)動裝置兩側(cè)對稱設(shè)置的副轉(zhuǎn)動裝置對主轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行動平衡，不僅提高了能量利用率，而且實(shí)現(xiàn)了完全對稱動平衡，減小了振動和噪音。同時，本發(fā)明轉(zhuǎn)動系統(tǒng)及應(yīng)用其的流體機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)成本低，易于為產(chǎn)業(yè)界所用，具有廣泛的市場應(yīng)用價值。

以上所述的具體實(shí)施例，對本發(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)。