(57)【要約】【課題】効率を改善しながら、熱力学的サイクルの角度の範囲の低減において技術的および機能的な潜在能力がより幅広く、かつ、全体的な熱損失が低減された回転スクリュー装置を提供する。【解決手段】本発明は、主軸X、2つの部材(10,20)を有する本体(30)を含み、第1の部材(20)は第2の部材(10)を取り囲む容積型の回転スクリュー装置に関する。第1の部材(20)は本体(30)内にヒンジ結合され、かつ旋回運動に従って主軸Xに位置合わせされた自身の軸(Xf)について自身上で旋回することができるのに対し、第2の部材(10)の軸(Xm)は、半径として長さEを有する公転運動に従って第1の部材の軸(Xf)について公転する。本装置は、第1の部材(20)の外部表面(22)および第2の部材(10)の内部表面(12)により限定された少なくとも1つの作動室(11)において作動媒体が容積測定上の変位を行うように、旋回運動と記公転運動を同期させる同期装置(34,36,38,40)をさらに含む。【選択図】図１
2010159765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸X、オス部材(10;110;500;600;700)および前記オス部材を取り囲むメス部材(20;120;600;700;800)からなる2つの部材を有する本体(30)を含む容積型の回転スクリュー装置であって、前記オス部材(10;110;500;600;700)の外部表面はオス表面(12;112)を形成し、前記メス部材の内部表面はメス表面(22;122)を形成し、前記オス(12;112)およびメス(22;122)表面は、平行かつ長さEにより間隔を開けられたそれぞれの軸XmおよびXfを有する螺旋表面であり、前記オス(12;112)およびメス(22;122)表面は、前記オス(12;112)およびメス(22;122)表面の線形接触(A1,A2,A3)ならびに前記オス部材(10;110;500;600;700)および前記メス部材(20;120;600;700;800)の相対変位の形成により少なくとも1つの作動室(11)を規定し、前記オス(12;112)およびメス(22;122)表面は、機構の断面における見かけプロファイルにより前記軸XmおよびXfについてさらに規定され、前記オス表面(12;112)の前記プロファイルは、前記オス軸Xm上に位置する中心Omに関した対称の次数Nmを有するオスプロファイル(14;114;514;614;714)を規定し、前記メス表面(22;122)の前記プロファイルは、前記メス軸Xf上に位置する中心Ofに関した対称の次数Nfを有するメスプロファイル(24;124;624;724;824)を規定し、前記回転スクリュー装置は、前記主軸Xと前記軸(Xm,Xf)の1つとの間に偏心性Eを発生するクランク状機構(32;34;48;59)を含む主同期結合をさらに有し、
前記オス部材(10;110;500;600;700)および前記メス部材(20;120;600;700;800)の第1の部材は前記本体(30)内にヒンジ結合され、かつ、回転運動に従って自身の固定軸(Xm;Xf)について自身上で回転することができることと、
前記クランク状機構(32;34;48;59)は、第2の部材の前記軸(Xf;Xm)が、半径として前記長さEを有する軌道公転運動に従って前記第1の部材の固定軸(Xm;Xf)について公転することを可能にするために、前記オス部材(10;110;500;600;700)および前記メス部材(20;120;600;700;800)の前記第2の部材に接続されていることと、
前記回転スクリュー装置は、前記オス表面(12;112)と前記メス表面(22;122)が一体に噛み合うように、前記旋回運動と前記軌道公転運動を他方に関して一方を同期する主同期装置(34,40,36,38;44,46,48;54,56,58;)を含むことと、を特徴とする回転スクリュー装置。
【請求項２】
前記クランク機関(32;59)または前記第1の部材(10;110;500;600;700;20;120;600;700;800)に接続された回転伝達手段(31;131)をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の回転スクリュー装置。
【請求項３】
前記回転伝達手段(131)は2チャンネル回転手段(131)であることを特徴とする請求項2に記載の回転スクリュー装置。
【請求項４】
前記オス(12;112)およびメス(22;122)表面は機械的に接触させられ、前記第1(10;110;500;600;700)と第2(20;120;600;700;800)の部材の間の運動の伝達を可能にする運動学的な対偶を形成することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の回転スクリュー装置。
【請求項５】
前記本体に連結され、かつ、前記第2の部材(20;120;600;700;800;10;110;500;600;700)が前記第2の部材の軸について回転することを可能にする追加の同期装置(50,52)をさらに含むことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の回転スクリュー装置。
【請求項６】
前記追加の同期装置は遊星ギヤ伝達装置(50,52)を含むことを特徴とする請求項5に記載の回転スクリュー装置。
【請求項７】
前記クランク機関(32;34;48;59)、および前記オス(10;110;500;600;700)またはメス(20;120;600;700;800)部材の1つに接続された回転電圧手段(31;131)をさらに含むことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の回転スクリュー装置。
【請求項８】
前記同期装置は、両部材(10;500;600;700;20;600;700;800)を一体化する運動学的な結合機構(40,36,38;44,46,48)をさらに含み、前記運動学的な結合は前記本体(30)にヒンジ結合された少なくとも1つの結合機関(36;46)を含むことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の回転スクリュー装置。
【請求項９】
前記運動学的な結合機構はギヤ伝達装置(40,36,38;44,46,48)を含むことを特徴とする請求項8に記載の回転スクリュー装置。
【請求項１０】
前記同期装置は遊星ギヤ伝達装置(54,56)を含むことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の回転スクリュー装置。
【請求項１１】
前記同期装置は反転機(58)を含むことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の回転スクリュー装置。
【請求項１２】
前記同期装置は溝材機構(59,60,61)を含むことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の回転スクリュー装置。
【請求項１３】
前記オスおよびメス部材と同一直線上に配置された少なくとも1つの追加のオスおよびメス部材(500;600;700;600;700;800)をさらに含むことを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の回転スクリュー装置。
【請求項１４】
前記オスおよびメス部材(500;600;700;600;700;800)の表面が追加的作動室(11)を形成するように機械的接触状態にある方法で、前記両部材の内部または前記両部材を取り囲んで配置された少なくとも1つの第3の部材をさらに含むことを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の回転スクリュー装置。
【請求項１５】
前記メスの対称の次数NfはNm-1に等しいことを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の回転スクリュー装置。
【請求項１６】
前記メスの対称の次数NfはNm+1に等しいことを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の回転スクリュー装置。
【請求項１７】
前記オスおよびメス表面は円筒形表面に退入することができることを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の回転スクリュー装置。
【請求項１８】
容積スクリュー装置における運動を変換する方法であって、
(a)オスおよびメス部材の形になったスクリュー共役要素と、前記容積スクリュー装置の作動室における機械エネルギーおよび作動物質エネルギーの変換されたポジティブな流れの支援を伴う同期結合のリンクとの相互接続された運動を生成する工程と、
(b)オスまたはメス部材を、1つがもう1つの部材の固定中心軸を基準とした独立した自由度である機械的回転の2つの自由度を持つ遊星運動へと駆動する工程と、
(c)前記装置の機械的回転の独立した自由度を介して変換の前記ポジティブなエネルギー流を伝達する工程と、を含む方法。
【請求項１９】
回転運動の第2の独立した自由度を持つオスおよびメス部材ならびに同期結合のリンクの差動的に接続された運動の生成、および2つの独立した自由度を介した2つの流れの形になった変換のポジティブなエネルギー流の伝達を提供する請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
回転運動の第3の少なくとも1つの依存自由度はオスおよびメス部材ならびに同期結合のリンクの運動を変換する工程において生成することができ、前記装置の内部の変換のポジティブなエネルギー流の一部は単体当たりの独立した自由度の数が減少する前記装置の機械的回転の追加の依存自由度を介した運動を変換する際に使用することができる請求項18または請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記各部材の角速度は、等式
k1ω1+k2ω2+ω3=0
により決定され、
ここで、ω1,ω2は上記共役になった要素の軸についてのそれらの要素の角速度を表し、
ω3は前記同期結合のリンクの角速度を表し、
k1,k2は定結合係数を表し、
これらを使用して、共役になった要素の回転の角速度の値は式
(z-1)ω1-zω2+ω0=0
から定義され、ここで、ω1は部材の軸の周囲での部材の角速度であり、この部材の包絡面は曲面の形状を有し、
ω2は部材の軸の周囲での部材の回転の角速度を表し、この部材の包絡面は前記曲面で形成された表面の系列の内部または外部包絡面の形状を有し、
ω0は遊星運動を行っている前記部材の軸の軌道公転の角速度を表し、
zは整数(z>1)を表す請求項18から請求項20のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記3つの運動、すなわち、前記共役になった要素の固定軸についての前記共役になった要素の1つの回転、同期結合のリンクとともに遊星運動を行っている前記部材の軸の公転、および可動軸を備えた前記部材の旋回のいずれか2つは互いの間で同期することができる請求項18から請求項21のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の1つの態様は、本体、オス部材、および上記オス部材を取り囲むメス部材から構成されている2つの部材を含む容積型回転スクリュー装置に関し、オス部材の外部表面はオス表面を形成し、メス部材の内部表面はメス表面を形成し、上記オス表面およびメス表面は、平行かつ長さEにより間隔を開けられたそれぞれの軸XmおよびXfを有し、上記オス表面およびメス表面は、上記オス表面およびメス表面の線形接触の形成および上記オス部材およびメス部材の相対移動により少なくとも1つの作動室を規定し、上記オス表面およびメス表面は機構の断面における名目上のプロファイルにより上記軸XmおよびXfについてさらに規定され、上記オス表面の上記プロファイルは上記オス軸Xm上に位置された中心Omに関して1次の対称Nmを有し、上記メス表面の上記プロファイルは上記メス軸Xf上に位置された中心Ofに関して1次の対称Nfを有し、上記回転スクリュー装置は上記主軸Xと軸XmまたはXfの1つの間に偏心性Eを発生するクランク状機構をさらに含む。
【背景技術】
【０００２】
容積型のこのような回転スクリュー装置は、圧縮機、ポンプなどに対して、作動物質(媒体)、気体、または、液体のエネルギーを上記作動媒体を膨張、移動、および圧縮することによりエンジンのための機械エネルギーに、または、その逆に変換するために知られている。
【０００３】
三次元型のこのような回転スクリュー装置は米国特許第5,439,359号明細書から知られ、固定されたメス機関により取り囲まれたオス部材はメス部材を基準として遊星運動状態にあり、オス部材の外部表面はオス表面を形成し、メス部材の内部表面はメス表面を形成し、上記オスおよびメスは長さEにより間隔を開けられた平行軸(偏心性)を有する。
【０００４】
この遊星運動の第1の構成部分は、オス表面の軸にメス表面の軸について半径Eを有する公転の円筒を描かせるためにオス表面の軸を駆動し、これは、軌道公転運動に対応する。
【０００５】
この遊星運動の第2の構成部分は、オス部材を自身のオス表面の軸について回転させるためにオス部材を駆動する。この第2の構成部分(周辺回転)は、以下の全ての文中において旋回運動と呼ばれる。
【０００６】
この知られている回転スクリュー装置は2つの自由度のみを有し、それらの自由度の1つのみが独立であり、例えば、もし独立した自由度が第1の成分、すなわち、オス部材の軌道公転であれば、この独立した自由度はオス部材の旋回運動である。なぜなら、後者はオス表面とメス表面の間の接触によるオス表面の旋回運動において誘導されるか、または、その逆であるからである。
【０００７】
その結果、この回転スクリュー装置は技術的潜在能力が限定され、しかも大きな熱損失を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第5,439,359号明細書
【特許文献２】仏国特許FR-A-99 7957明細書
【特許文献３】米国特許第3,975,120号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】V. Tiraspolskyi (「Hydraulic Downhole Motors in Drilling」、the course of drilling、258〜259頁、Published in Edition、Technip、Paris 15e)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、効率を改善しながら、熱力学的サイクルの角度の範囲の低減において技術的および機能的な潜在能力がより幅広く、かつ、全体的な熱損失が低減された回転スクリュー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、オス部材およびメス部材の第1の部材は本体にヒンジ結合され、かつ、回転運動に従って自身の固定された軸について自身上を回転することができ;クランク機関がオス部材およびメス部材の第2の部材に、第2の部材の軸が半径として長さEを有する軌道公転運動に従って第1の部材の固定された軸について公転することを可能にするために接続され(ヒンジで取り付けられ);かつ、オス表面とメス表面が一体に噛み合うように旋回運動と軌道公転運動を一方に関して他方を同期させるための同期装置を含む回転スクリュー装置を提供する。
【００１２】
本明細書全体において、一方の部材の軸が他方の部材の固定された軸の周囲で環状の軌道上を運動する時、これは「軸を公転する(revolve an axis)」と記述され、一方の部材の固定された軸の周囲での円を描く他方の部材の軌道回転の過程は「公転(revolution)」と記述されている。
【００１３】
公転の過程において、可動部材が、軌道上を運動するその部材自身の軸について公転する時、これは「部材を旋回する(swivel a member)」と記述され、軌道上を運動するその部材自身の軸について部材の周辺の回転の過程自体は「旋回(swiveling)」と記述されている。
【００１４】
したがって、遊星運動は公転と旋回の合成を表す。旋回がゼロに等しく、公転がゼロに等しくない時、遊星運動は環状漸進運動となる。
【００１５】
クランク機関およびオス部材およびメス部材の第1の部材は独立して制御することができ、回転運動および軌道公転運動の独立につながる。
【００１６】
したがって、回転スクリュー装置は2つの自由度を有する。好ましい実施形態によれば、回転スクリュー装置は、上記クランク機関もしくは上記第1の部材に接続された1チャンネル回転伝達手段、または、クランク機関および第1の部材に接続された2チャンネル回転伝達手段をさらに含む。
【００１７】
この場合、クランク機関および第1の部材は回転伝達手段を使用して、かつ、運動速度の独立した選択肢を備えて、一体に駆動される。
【００１８】
好ましい実施形態において、オス表面およびメス表面は機械的に接触され、運動学的待遇を形成し、第1の部材と第2の部材の間の運動の伝達を可能にする。
【００１９】
このような回転スクリュー装置は3つの自由度を有し、それらの自由度の2つは独立であり、このことは第1の部材の追加の回転運動を導入する。第2の部材の軸は第1の部材の軸について公転することができ、第2の部材自体は、オス表面とメス表面の自己噛み合いにより、第2の部材の可動軸について旋回することができ、このことは第1の部材軸を基準とした第2の部材の遊星運動につながり、第1の部材自体は自身の固定軸について回転することができる。
【００２０】
特に、メスの形成弧の数がオスのプロファイルの形成弧より多いと、要素の自己噛み合いにより、すなわち、特別な同期機構なしに同期が提供される。
【００２１】
好ましい実施形態によれば、機械的接触が所望されないか、または、得ることが容易でないか、または、第2の部材の駆動を改善するためのみである時、回転スクリュー装置は、本体に連結され、かつ、第2の部材が自身の軸について旋回することを可能にする追加的同期装置をさらに含む。
【００２２】
例えば遊星ギヤなどの追加の同期装置のタイプに従って、第2の部材の旋回運動の速度は第1の部材の旋回運動の速度に比例する(好ましくは上昇し、これは1より大きな比例係数を持つ)。
【００２３】
好ましい実施形態によれば、回転スクリュー装置はクランク機関、およびオス部材またはメス部材の1つに接続された回転伝達手段をさらに含む。
【００２４】
第1の部材および第2の部材がともに回転運動および旋回運動状態にあれば、回転伝達手段は、回転スクリュー装置を構成する要素の特定の配置構成に従って第1の部材および/または第2の部材および/またはクランクのいずれかに接続することができる。したがって、第1の部材は第2の部材により駆動することができ、したがって、第2の部材は駆動部材となり、かつ、第2の部材自体は回転伝達手段に接続され、その逆も可能である。
【００２５】
好ましい実施形態において、同期装置は両部材を一体にする運動学的結合機構をさらに含み、運動学的結合機構は本体にヒンジで取り付けられた少なくとも1つの結合機関を含む。
【００２６】
したがって、クランク機関および駆動部材の双方、さもなくば、クランク機関または駆動部材は回転伝達手段により駆動することができ、それにより、それらの機関または部材の運動は互いを基準として等しいか、あるいは異なるものとすることができる。それらの機関または部材の運動は選択された結合機関のタイプにより与えられる。
【００２７】
好ましい実施形態において、運動学的結合機構は、クランク機関と駆動部材の間の自身の配置が、回転伝達手段に接続された要素を基準とした遊星ギヤにより駆動されている要素の増倍または減少につながり得る遊星ギヤを含む。
【００２８】
好ましい実施形態において、同期装置は遊星ギヤ伝達装置、または、反転機(inverter)もしくは溝材(coulisse)機構を含む。
【００２９】
反転機は第1の部材の回転運動を基準とした第2の部材軸の回転運動の道筋を反転させるために使用される。第2の部材との遊星ギヤ関係の配置に従って、双方の先行する運動は同じ方向または反対の方向において発生することができる。したがって、反転機は遊星ギヤ伝達装置に加えて、または、それの代わりにのいずれかで使用することができる。
【００３０】
第1の表面と第2の表面の間に規定された作動室の開放および閉鎖で構成されたサイクルの速度に比例する回転スクリュー装置の効率は全てがより高い。なぜなら、第1の部材および第2の部材の双方が運動するからである。しかし、最善の結果は、第1の部材の回転運動の速度が第2の部材軸の公転運動速度に等しいが、逆方向の回転において発生する時に得られる。この場合、結果として得られる運動量が実際にはゼロとなるように、本体に反して第1の部材および第2の部材によりかけられた機械的抵抗力は、等しくかつ逆である。これらの種類の装置は振動が回避されるか、または、大幅に制限されるべきである場合に使用されている。一般に、(逆回転要素を含めた)回転スクリュー装置の2つ以上の回転要素は、転送機構を介して外部のユニットまたは機構の回転要素に結合することができる。このタイプの結合は、例えば反(contra-)ロータタービン、反ロータ圧縮機、または、反ロータ電動装置、航空機または船舶の反ロータ翼、反ロータ切削装置などの外部反ロータデバイスと、エンジンの形になった反回転容積装置の組み合わせ動作において実行することができる。
【００３１】
回転スクリュー装置の効率は第1の部材および第2の部材の数を増加することにおいても改善することができる。
【００３２】
したがって、好ましい実施形態によれば、回転スクリュー装置は上記のオス部材およびメス部材との直線上に配置された少なくとも1つの追加のオス部材およびメス部材、または、オス部材およびメス部材の内部に、もしくは、これを取り囲んで、追加的な作動室を形成するようにこれらの部材の表面が機械的な接触状態にある方法で、配置された少なくとも1つの第3の部材のいずれかをさらに含む。
【００３３】
好ましい実施形態において、対称のメスの次数NfはNm-1またはNm+1に等しい。
【００３４】
オス部材およびメス部材の具現化をより容易にするために、両部材は、専用の見かけプロファイルを有し、かつ、軸方向に延長する少なくとも1つの作動室を形成するように互いを基準として配向された複数の同一の部材の組立体として実現することができる。2つの連続した要素の角度距離は選択された要素の数に直接に関連している。
【００３５】
要素の数が有限であると、装置がエネルギーを交換する作動媒体は、機構の1つの端部における断面を介して受け入れることができ、機構の他の端部を介して逸出することができる。
【００３６】
好ましい実施形態において、オス表面およびメス表面は円筒形表面内に退入することができる。
【００３７】
本発明の他の態様は容積スクリュー装置における運動を変換する方法に関する。
【００３８】
本発明は、共役になった包含する(メス)および包含された(オス)スクリュー部材により形成された三次元(3-D)型の作動室の容積のポジティブ変位を使用してスクリュー部材の内部共役体を備えた容積スクリュー装置内の運動を変換する方法に関連する。
【００３９】
運動を変換する方法は、運動の機械エネルギー、およびスクリュー装置の作動室における作動物質のエネルギーを変換するため、および変換のポジティブなエネルギー流を伝達するために使用される。変換、および変換のポジティブなエネルギー流の伝達が可逆工程であることは重要である。方法は、同期している結合リンクと、その内部および外部の螺旋コイル状表面で運動を変換する工程において軸上を運動する作動室を形成するスクリューの共役となったされたオス部材およびメス部材との相互接続された相対運動の生成に基づく。
【００４０】
ポジティブなエネルギーの変換に基づき容積スクリュー装置内の運動を変換する知られている方法は、遊星運動を行う部材の独立した自由度により形成された機械的回転の運動学的なチャンネルを介した変換のポジティブなエネルギー流の伝達、1つが他方の部材の固定中心軸を基準とした独立した自由度である機械的回転の2つの自由度を備えた遊星運動へのオス部材またはメス部材の1つを駆動を含む。
【００４１】
一方で、オスプロファイルの外部包絡面は対称次数Nmの初期トロコイドとすることができ、したがって、内部的に共役となったメスプロファイルは対称次数Nf=Nm+1のトロコイド系の外部包絡面を提示し、双方のプロファイルは一定してNm+1箇所の接触を有する。
【００４２】
他方では、オスプロファイルの外部包絡面は対称次数Nmの上述したトロコイド系の内部包絡面として形成することができ、この場合、メスプロファイルは対称次数Nf=Nm-1のトロコイドであり、双方のプロファイルは一定してNm箇所の接触を有する。
【００４３】
双方の場合とも、接触箇所は包絡面の1つのねじれであり、メス表面とオス表面の間の接触を介して作動室を一定して隔離することを可能にする。内部メス表面および外部オス表面は複数の平行な軸を備えたスクリュー表面であり、これらの軸のいくつかは可動とすることができ、偏心性Eとして示すある距離で間隔を開けられている。
【００４４】
容積スクリュー装置内の運動を変換する知られている方法において、部材の端部区画の見かけプロファイルのねじれの間隔(周期)PmおよびPfを持つ部材の調整された運動が実行される。初期ねじれは、スクリュー部材の長手主軸に垂直である平面において共役になった部材の対偶において行われ、端部区画の中心軸について端部区画の周回の二重回転工程である。メス表面およびオス表面の間隔の関係は、次式に従った上記プロファイルの対称の次数の関係により決定される。
Pf/Pm=(Nm+1)/Nm
内部包絡面を持つ知られている装置において、作動室の数量はNmに等しく、各作動室の軸上間隔はPmに等しく、これに対して、外部包絡面を持つ知られている装置において、作動室の数量はNm+1に等しく、各作動室の軸上間隔はPfに等しい。
【００４５】
PmおよびPfの有限値において、同期結合リンクの支援を伴って(または、外部包絡面を持つ装置における自己同期により)部材の運動を変換する工程において、部材(オスまたはメス)のいずれか1つの他の(固定された)部材に関した遊星運動において、1つが機械的回転の独立した自由度である2つの自由度を設定することは可能である。
【００４６】
内部共役の容積スクリュー装置内の運動を変換する全ての知られている方法は次の2つの方法にまとまる。すなわち、(よりしばしば「二連回転式」と呼ばれる)回転法および遊星法である。
【００４７】
第1の方法によれば、固定平行軸についての1つの方向における回転(部材の部材自体の固定軸についての回転)は2つのリンク、すなわち、初期および共役になったスクリュープロファイルとのメス部材およびオス部材の相互接続された回転と同時に与えられる。
【００４８】
第2の方法によれば、遊星運動は1つの部材に与えられ(オス部材に遊星運動を与えることが技術上好ましい)、そのため、その部材の中心は第2の部材、この場合、固定された部材(メス部材)の中心の周囲で円を描いて運動させられる。
【００４９】
一般に、同期結合リンクの支援を伴って(または、外部包絡面を持つ装置における自己同期により)、部材(オスまたはメス)のいずれか1つの他の固定された部材に関した遊星運動において、1つが独立している2つの自由度を設定することは可能である。
【００５０】
知られている方法において、固定されたメス部材は、一般に、オス部材を、メス部材の固定中心軸を基準とした遊星運動に設定し、かつ、オス部材を取り囲む。
【００５１】
上記に示したように、遊星運動は回転の2つの成分、すなわち、公転および旋回の合成として表すことができる。この遊星運動の回転の第1の成分は、オス表面に、メス固定表面の中心軸についての半径Eを持つ円筒を描かせ、これとともに、遊星部材の軸は任意の速度ωで半径Eの軌道上を公転する。この遊星運動の第2の成分は旋回、すなわち、速度±(ω/Nm)(マイナスはオス部材がトロコイドである時、プラスはオス部材が内部包絡面である時)でのオス部材の可動軸についてのオス部材の周辺回転である。
【００５２】
特定のスクリュー装置における運動を変換する方法の有効性は、装置内で進行する熱力学的工程の激しさにより決定され、一般化されたパラメータ「角度サイクル」により特徴付けられる。サイクルは独立した自由度を持つ部材として選択されたいずれかの回転部材(オス、メス、または、同期リンク)の周回角度に等しい。
【００５３】
知られている方法において、変換のポジティブなエネルギーの受け入れおよび逸出の運動学的チャンネルの機能を行うのは、例えばオス部材のクランクシャフトなどの同期リンクの出力シャフトとすることができる。
【００５４】
角度サイクルは、オス部材およびメス部材により形成された作動室の断面積の変化(または、全体的な開放および閉鎖)の全体的な周期が進行する独立した自由度を持つ部材の周回角度、ならびに、内部包絡面を持つ装置における1周期Pmによる、または、外部包絡面を持つ装置における1周期Pfによる作動室の軸上の移動に等しい。
【００５５】
外部包絡面として生成されたメス部材の遊星運動を変換する際、オス部材の公転は独立した回転として選択することができ、オス部材の旋回は独立した回転である。したがって、角度サイクルは、次のγに等しいオス部材の軸の公転の角度により定義される。
γ=πNm/(Nm-1)
この角度は(クランクにヒンジで取り付けられたオス部材が遊星運動の工程中に旋回運動を行う)同期リンクのクランクシャフトの周回角度に等しく、ポジティブな機械的エネルギーが独立した自由度を持つ運動学的クランクチャンネルを介して受け入れられる時である。
【００５６】
オス部材に機械的回転のポジティブなエネルギーを直接に受け入れると、オス部材の旋回運動は独立した回転として選択され、オス部材軸の公転は独立した回転として選択される。オス部材およびメス部材の自己同期共役を介したオス部材自体の可動軸についての独立した自由度を持つオス部材の旋回は、メス部材の固定軸についてのE半径を持つ軌道上の軸公転(独立した自由度)を引き起こす。この場合の角度サイクルは次のγに等しい。
γ=π/(Nm-1)
【００５７】
運動を変換する知られている方法は、特に(仏国特許FR-A-99 7957明細書および米国特許第3,975,120号明細書に説明されているものなどの)石油、ガス、または、地熱の掘削における下げ坑モータにおいて使用されている。
【００５８】
モータにおいて使用される運動の変換はV. Tiraspolskyi (「Hydraulical Downhole Motors in Drilling」、the course of drilling、258〜259ページ、Published in Edition、Technip、Paris 15e)により説明されている。それらのモータにおける運動の同様の変換はメス部材である固定されたメス部材において通常行われる一方、これに従って、このメス部材を基準としたオス部材の遊星運動はオス部材の絶対運動により識別される。
【００５９】
同様の容積装置において実現されている曲線からなる形状の共役になった要素を備えた容積スクリュー装置における運動を変換する知られている方法は以下の短所を有する。
・独立した自由度を持つ駆動部材の1周回当たりの角度サイクルの数量を増加させることに失敗する、運動を組織する不完全な工程による限られた技術的潜在能力
・同様のスクリュー装置の限られた特定のパワー
・限られた効率
・装置の固定本体にかかる反力の存在
【００６０】
本発明は、運動の独立した自由度を持つ変換のポジティブエネルギーのための追加的運動学的チャンネルを動作させることにより、すなわち、回転運動の自由度の総数を、2つが独立している最大3つに増加させることにより、スクリュー装置における運動を変換する方法の技術上および機能上の潜在能力を拡大する問題を解決することを意図されている。本発明は、方法の効率の上昇、駆動シャフトの1周回当たりの作動室に対する変位の容積変化の角度サイクル数の増加、および、これの結果として、ポジティブエネルギーの変換工程の強化、および容積スクリュー装置の支持部にかかる機械的反力の(最大ゼロへの)低減を提供する。
【００６１】
本発明の第2の態様によれば、回転運動の第2の独立した自由度はオス部材およびメス部材の運動の変換および同期結合のリンクに導入される。遊星運動の変換に対して、軸が中心固定軸と一致している部材は、回転運動の独立した自由度を持つ固定軸について回転運動に作動される。この目的のために、変換の正のエネルギーの一部は、中心固定軸についての回転運動を行っている部材の機械的回転の第2の独立した自由度を介して伝達される。
【００６２】
本発明による方法において、同期結合とオス部材およびメス部材のリンクの差分の相互接続された回転運動が行われる。上記3つの運動(回転、公転および旋回)のいずれか2つの回転は、回転運動の独立した自由度として選択され、第3の回転は2つの独立した回転の従属した作動的機能であり、これに伴い、半径Eでの中心固定軸についての遊星要素の軸の公転が、この要素の旋回、および他の共役になった要素の中心固定軸についてのこの要素の回転を同時に伴って作り出される。
【００６３】
本発明による容積スクリュー装置における運動を変換する方法は、機械的エネルギーの変換されたポジティブな流れおよび上記容積スクリュー装置の作動室における作動物質エネルギーの支援を得た、オス部材およびメス部材の形になったスクリューの共役になった要素と同期結合のリンクの相互接続された運動の生成の工程、オス部材およびメス部材の1つを、1つは独立した自由度である機械的回転の2つの自由度を持つ遊星運動へと駆動する工程、上記装置の機械的回転の独立した自由度を介した変換の上記ポジティブエネルギー流の伝達の工程を含む。
【００６４】
好ましい実施形態において、方法は、回転運動の第2の独立した自由度を持つオス部材およびメス部材と同期結合のリンクの差動的に接続された運動の生成の工程、および上記装置の機械的回転の2つの独立した自由度を介した2つの流れの形成における変換のポジティブなエネルギー流の伝達を含む。
【００６５】
さらに、他の実施形態によれば、回転運動の少なくとも1つの独立した自由度はオス部材およびメス部材の運動および同期結合のリンクを変換する工程において形成することができ、上記装置の内部での変換のポジティブなエネルギー流の一部は、単体当たりの独立した自由度の数の減少を伴って、上記装置の機械的回転の追加の独立した自由度を介した運動の変換において使用することができる。
【００６６】
他の実施形態によれば、上記部材の角速度は以下の関係に従って互いに差動的に接続されているとして決定することができる。
k1ω1+k2ω2+ω3=0
ここで、ω1,ω2は上記共役になった要素のそれらの要素の軸についての角速度を表す。
ω3は同期結合のリンクの角速度を表す。
k1,k2は定結合係数を表す。
これらを使用して、共役になった要素の回転の角速度の値は以下の関係から定義される。
(z-1)ω1-zω2+ω0=0
ここで、ω1は部材の軸の周囲での部材の角速度であり、これの包絡面は曲面の形を有する。
ω2は部材の軸の周囲での部材の回転の角速度を表し、これの包絡面は、上記曲面で形成された表面の系列の内部または外部包絡面の形状を有する。
ω0は遊星運動を行っている部材の軸の軌道公転の角速度を表す。
zは整数(z>1)を表す。
【００６７】
さらに、本方法の他の実施形態によれば、3つの回転、すなわち、共役になった要素の固定軸についての共役になった要素の1つの回転、同期結合のリンクを持つ遊星運動を行っている要素の軸の公転、および可動軸を持つ要素の旋回のいずれかの2つは互いに同期されている。
【００６８】
本発明の回転スクリュー装置は非限定的実施例を示す添付の図面を参照してより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】Nf=Nm-1である、メス部材の回転運動および内部包絡面を持つオス部材の環状漸進運動を備えて具体化された回転スクリュー容積装置の長手方向断面図である。
【図２】図1の線II-II上の断面図である。
【図３】Nf=Nm+1である、メス部材の回転運動および内部包絡面を持つオス部材の環状漸進運動を備えて具体化された回転スクリュー容積装置の長手方向断面図である。
【図４】図3の線IV-IV上の断面図である。
【図５】Nf=Nm+1である、外部包絡面を持つメス部材の回転およびオス部材の環状漸進運動を備えて具体化されたスクリュー容積装置の長手方向断面図である。
【図６】図5の線VI-VI上の断面図である。
【図７】Nf=Nm-1である、オス部材の回転運動およびメス部材の環状漸進運動を備えた回転スクリュー容積装置の他の実施形態の長手方向断面図である。
【図８】図7の線VIII-VIII上の断面図である。
【図９】2チャンネル回転伝達手段、ならびに、Nf=Nm-1である、オス部材の遊星運動およびメス部材の回転運動を備えた逆回転スクリュー容積装置の長手方向断面図である。
【図１０】図9の線X-X上の断面図である。
【図１１】1チャンネル回転伝達手段、ならびに、Nf=Nm-1である、オス部材の遊星運動およびメス部材の回転運動を備えた逆回転スクリュー容積装置の長手方向断面図である。
【図１２】図11の線XII-XII上の断面図である。
【図１３】Nf=Nm-1である、メス部材の回転の1つの自由度を持つ逆回転スクリュー容積装置の長手方向断面図である。
【図１４】図13の線XIV-XIV上の断面図である。
【図１５】Nf=Nm+1である、オス軸を通過するクランクの公転の2つの自由度およびメス部材の回転を備えた逆回転スクリュー容積装置の長手方向断面図である。
【図１６】図15の線XVI-XVI上の断面図である。
【図１７】Nf=Nm+1である、オス部材の遊星運動およびメス部材の回転運動を備えた逆回転スクリュー容積装置の長手方向断面図である。
【図１８】図17の線XVIII-XVIII上の断面図である。
【図１９】Nf=Nm+1である、オス部材の遊星運動を伴う溝材機構を備えた回転スクリュー容積装置の斜視概略図である。
【図２０】追加のオス部材およびメス部材が同軸上に配置された回転スクリュー容積装置の作動室の断面図である。
【図２１】回転スクリュー容積三次元装置における運動を変換する方法、オス部材およびメス部材の包絡曲面を形成する原理を説明する斜視分解図である。
【図２２】Nf=Nm-1である、オス部材の遊星運動を備えた逆回転スクリュー容積装置における運動を変換する方法を説明する方式の図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
図1の回転スクリュー容積三次元装置は、オス部材10の環状漸進運動を説明する。すなわち、オス部材10の軸は軌道公転運動のみを行うことができ、部材10の旋回運動は存在しないのに対して、メス部材20は自身上で回転することができる。
【００７１】
軸Xmがメス部材20の固定軸Xfについて半径Eの軌道上を公転するオス部材10の環状漸進運動は、オス部材10のいずれかの2つの点を結ぶ直線がその直線自身の初期方向と平行に移動することを特徴とする。オス部材10が環状漸進運動で移動すると、オス部材10の可動軸Xmについてのオス部材10の周辺速度はゼロに等しい。すなわち、オス部材10の旋回運動は存在しない。
【００７２】
図1の具体化された装置において、オス部材は3弧スクリュー形状外部表面12(Nm=3)から形成されているのに対して、メス部材は2弧スクリュー形状内部表面22(Nf=2)を有する。オス部材10の外部表面はオス表面12を規定し、メス部材20の内部表面はメス内部表面22を規定している。オス表面12およびメス表面22は長さEにより間隔を開けられた平行な軸XmおよびXfを有する螺旋表面である。オス表面12およびメス表面22は、オス表面12およびメス表面22の線形接触A1,A2およびA3の公転、ならびに、オス部材10とメス部材20の相対変位により少なくとも1つの作動室11を規定している。
【００７３】
オス軸Xm上に位置する中心Omに関して対称の次数Nm=3を有するオス部材10の見かけプロファイル14は、図2に与える回転スクリュー容積三次元装置の断面図内に示されている。同様に、メス部材20の見かけプロファイル24は、Nf=Nm-1を持ち、上記メス軸Xf上に位置するメス中心Ofに関して対称の次数Nf=2を有する。
【００７４】
図2に示すように、オスプロファイル14は120°に等しい頂角Omを持つ同じ角度扇形を覆う3つの同一のローブ(lobes)から構成されている。同じことが直径上で向き合ったメスプロファイル24の2つのローブでも見られる。このようなローブの数は対称の次数を与える。
【００７５】
メス部材20は主軸Xを有する静止主本体30内にヒンジ結合され、ここではメス軸Xfと混同されているこの主軸Xについて自身上で回転することを可能にするように、枢軸リンクにおいて1チャンネル伝達手段31に機械的に接続されている。
【００７６】
回転スクリュー容積装置は、主本体30およびオス部材10にヒンジ結合され、これらを接続するクランク機関32を有し、かつ、Eに等しい偏心性を示すクランク状機構をさらに含む。事実、クランク機関32は、主本体30内にヒンジ結合された第1のシャフト状端部32'、および平行であるが距離Eで第1のシャフト状端部32'から離されている第2のシャフト状端部32''から構成されている。したがって、第1のシャフト状端部32'は、クランク機関32の駆動軸に対応する軸Xと位置合わせされ、第2のシャフト状端部32''は軸Xmと同軸であるこのクランク機関32の駆動軸と位置合わせされている一方、主軸Xに関して距離Eだけずれている。
【００７７】
オス部材10はこの第2のクランク状端部32''上にヒンジ結合され、そのため、この第2のクランク状端部32''は固定メス軸Xfについて公転することができる。すなわち、メス部材の中心Omは半径Eおよび中心Ofを有する円を描くことができる。
【００７８】
結果として、主軸Xと位置合わせされているオス部材10の軸Xmはメス軸Xfについて軌道公転運動を行うのに対して、メス部材20は静止本体30の主軸Xについて自身上で回転する。
【００７９】
オス部材10の2つの依存自由度を得るために、クランク機関32およびメス部材20は独立運動に置くことができる。
【００８０】
エンジンとして使用される時、回転スクリュー容積装置は作動媒体の容積変位から入来するエネルギーを機械的エネルギーに変換する一方、例えばこの装置がポンプとして使用される時、この装置はクランク機関32の運動からさらに入来する手段31の機械的エネルギーを作動媒体の容積変位に変換する。このような容積装置の効率を上昇させるために、クランク機関32およびメス部材20の双方は回転運動を行うことができる。
【００８１】
スクリュー容積装置は、クランク機関32の形になった主同期結合リンクおよびクランク機関32およびギヤ36,38および40に平行なクランク機関34の形になった同期の追加の機構をさらに含む。
【００８２】
メス部材20とクランク機関32の間の運動学的結合は伝達1チャンネル回転伝達手段31により駆動されている回転するメス部材20上のクランク機関32の公転を提供する。
【００８３】
しかし、対称の次数NfがNm-1であるため、同期は要素の自己噛み合いによっては行われず、減速または加速ギヤ駆動機の形で選択することができる運動学的結合を提供することが必要である。
【００８４】
その結果、回転スクリュー装置は、メス部材20の回転上のクランク機関32の運動を可能にするために、メス部材20とクランク機関32の間の運動学的結合を含む。図1に示すように、運動学的結合は、本体30内の枢軸リンク内にヒンジ結合された、一方でメス部材20上に設けられた内部リングギヤ38と、および他方でクランク機関32上に設けられたギヤ40と噛み合うことができる、歯の付いた輪などの少なくとも1つの結合機関36を含むことができる。
【００８５】
トロコイダル装置は、オス部材10の環状漸進運動およびメス軸Xfについてのオス軸Xmの公転を可能にする追加のクランク34をさらに含む。
【００８６】
各クランク32および34はそれぞれクランク状端部32'および34'、ならびに、それぞれ第2のクランク状端部32''および34''を含む。第1のクランク状端部32'はギヤ40と、クランク状端部34'は本体30とそれぞれ共働し、第2のクランク状端部32''および34''はオス部材10内にヒンジ結合され、オス部材10は第1のクランク状端部32'および34'と平行であるが、距離Eでそれらのクランク状端部から離されている。オス部材10はクランク状端部32''および34''と共働し、そのため、オス部材10は環状漸進運動を行うことができる。すなわち、オス部材10の軸Xmは半径Eおよび中心Ofを有する円を描くことができる。クランク機関32およびクランク機関34の偏心性Eは等しい。
【００８７】
結合機関36,38および40ならびにクランクシャフト34は同期装置を形成し、この同期装置はオスの旋回運動とメスの回転運動の同期を可能にする。
【００８８】
クランク機関32とオス部材20の間の伝達比は、ギヤ輪36,38および40により、ならびに、特にギヤ38および40の歯Z38およびZ40の数により決定される。角度サイクルは、次の条件の時に部材20の回転の角度180°当たりで行われる。
Z38/Z40=2
【００８９】
エンジンとして使用される時、図1のスクリュー容積装置は作動物質のエネルギーを手段31に伝達される機械的エネルギーに変換する。逆に、装置が例えばポンプとして使用される時、装置は手段31から入来する機械的エネルギーを作動物質のエネルギーに変換する。
【００９０】
図3は、図1に示す装置と同様に動作するが、オス表面とメス表面の間の対称の数の比が異なるオス部材110の環状漸進運動を備えた三次元回転スクリュー容積装置の一種を示す。同図において、オス部材110の外部表面112は断面(図4を参照)に2弧トロコイド114(Nm=2)の形を有するのに対し、メス部材120の内部表面122は断面(図4を参照)に3弧外部包絡面124(Nf=3)の形となっている。
【００９１】
再び同図において、オス部材110は環状漸進運動を行うためにクランク機関32およびクランク34と共働する。すなわち、オス部材110の軸Xmは軌道公転運動を行うことができるのに対して、静止本体30内に枢軸リンクにおいてヒンジ結合されたメス部材120は自身上で回転することができる。
【００９２】
しかし、この場合、形状形成弧の数がオス表面122よりもメス表面124(Nm+1)について多いという事実のために、メス部材120およびオス部材110は自己同期を提供する運動学的対偶を形成する。
【００９３】
図3の容積装置は以下の方法で動作する。
【００９４】
クランク機関32(図3)を旋回させると、クランク34との共働により、オス部材110は環状漸進運動を行い、オス軸Xmはメス軸Xfについて半径Eを有する円筒を描くが、オス部材は自身上では旋回しない。
【００９５】
オス部材110の運動の結果として、メス部材120の内部表面122とのオス表面112の自己噛み合わせが行われ、したがって、本体30の主軸Xに位置合わせされているメス部材120の軸Xfについてのメス部材120自身上でのメス部材120のクランク機関32と同じ方向の回転につながる。
【００９６】
図5はオス部材110の環状漸進運動を備えた三次元スクリュー容積装置の1種を示し、図6は図5の線VI-VI上の断面図であり、この装置は図3(Nm=2およびNf=3)に示す装置と同様に動作するが、1つのみの代わりに、1チャンネル回転手段31と2つの平行なクランク34の異なった接続を備える。
【００９７】
再び同図において、一方で、オス部材110は、環状漸進運動を行うために、少なくとも2つの平行なクランク34と共働している。他方では、同図において、クランク機関32はなく、1チャンネル伝達手段31により駆動され、回転することができるのは、静止本体30内に枢軸リンクにおいてヒンジ結合されたメス部材120である。各クランク34は本体30内にヒンジ結合されたクランク状端部34'およびオス要素110内にヒンジ結合されたクランク状端部34''を含む。クランク34は互いに平行であり、かつ、34'と34''の間に距離Eを有する。軸Xmが半径Eおよび中心Ofを有する円において公転する時、オス部材110の環状漸進運動を行うことができるように、オス部材110は2つのクランク状端部34''と共働する。ここで、クランク34の偏心性はEと等しくなるように選択される。
【００９８】
メス部材120が1チャンネル手段31により直接に駆動されているため、図3に説明した特定のクランク機関32の必要はない。事実、ここで、クランク34はクランク状機構として機能する。
【００９９】
図5の回転容積装置は以下の方法で動作する。本体30の主軸Xと一致するメス部材120の軸Xfについて角速度ω1で手段31がメス部材120を回転させると、メス部材120の内部表面122はオス部材110の外部表面112と相互作用し、したがって、平行なクランク34上でメス部材120と同じ方向におけるオス部材110の環状漸進運動につながる。オス部材110が環状漸進運動を行うと、オス軸Xmは公転の角速度ω0で半径Eおよび中心Ofを有する円を描くが、オス部材110は旋回していない(ω2=0)。
【０１００】
この場合、ω0/ω1=3かつω2=0、かつ、回転(要素120)上で測定された角度サイクルは180°に等しい。
【０１０１】
図7は、1つが独立である2つの自由度を持つ三次元回転スクリュー容積装置の実施形態の他の1種を示す。同図において、図1ではメス部材20が環状漸進運動を行うことができるのに対して、1チャンネル回転手段31に接続されたオス部材10は、主軸Xと同軸である自身のオス軸Xmについて自身上で回転することができる。
【０１０２】
同図において、再び、メスプロファイル24の形状形成弧の数はオスプロファイル14のその数より少ない(Nf=2かつNm=3、図8を参照)ために、オス表面12とメス表面22の間に運動学的結合を設けることが必要である。
【０１０３】
オス部材10は、一方の端部で、外部リンクギヤ44が機械的に固定されたシャフト42とともに延長している。オス部材10の他方の端部は、主軸Xについて回転できるように、枢軸リンクで主本体30内にヒンジ結合されている。外部リングギヤ44は、枢軸リンクにおいて主本体30内にヒンジ結合された複数のギヤ46をそれらのギヤ46自身の上での回転運動に駆動するように、それらのギヤ46と継続的に噛み合っている。ギヤ44および46の歯の数Z44およびZ46は、以下の条件を満たすように選択されている。
Z44/Z46=3
各ギヤ46には、Eに等しい長さだけ各ギヤ46の軸46'から中心がずれたクランクシャフト48が設けられている。平行なクランクシャフト48はメス部材20内の枢軸リンク内に設置されている。
【０１０４】
要素42,44および46は図1の装置のクランク機関32、ギヤ30、ギヤ36および内部リングギヤ38と比較されなければならない。
【０１０５】
図7に示す容積装置の動作はメス部材20の環状漸進運動とともに進行する。この装置において、オス部材10が回転手段31により駆動されると、オス部材10はギヤ輪44および46を回転させ、したがって、クランクシャフト48を公転させる。クランクシャフト48の回転により、メス部材20の軸Xfはオス軸Xmについての軌道公転運動を行う。すなわち、メス中心Ofはオス部材10と同じ方向において半径Eおよび中心Omを有する円を描く。
【０１０６】
前述の各種の装置実施形態において、偏心性Eの選択は図1の同期ギヤ輪36,38および40ならびに図7の44および46の直径の値には影響を及ぼさない。
【０１０７】
図9は、図1の回転スクリュー装置と同様だが、2つが独立している3つの自由度を備えている回転スクリュー容積装置を示す。この回転スクリュー容積装置はスクリュー形状(2つの弧)のメス部材20、三弧オス部材10(図10を参照)、静止本体30、クランク状機構であって、オス部材10の軸Xmが、主軸Xと位置合わせされているメス軸Xfについて公転でき、かつ、メス部材20が主軸Xについて回転手段131を使用して回転できるように、主軸Xを有する主本体30内に枢軸リンクを使用してヒンジ結合されたクランク機関32を含むクランク状機構を含む。
【０１０８】
対称の次数NfがNm-1であるため、同期は要素の自己噛み合わせによっては行われず、オス部材およびメス部材の間に運動学的結合を設けることが必要である。
【０１０９】
その結果、クランク機関32およびメス部材20は2チャンネル回転伝達手段131に連結することができる。メス部材20は回転伝達手段の2つのチャンネルの1つに接続されているのに対して、クランク機関32は回転伝達手段の2つのチャンネルの他の1つに接続されている。
【０１１０】
装置の2つの自由度を持つ手段の2チャンネル接続のもとで、メス部材20またはクランク機関32のいずれか2つの回転角速度は指定できる(独立した自由度)のに対して、オス部材10の第3の旋回回転角速度(独立した自由度)は2つの独立した速度の微分的関数として装置に設定されている。この場合、追加の同期手段は必要ない。
【０１１１】
逆に、1チャンネル伝達手段31(図11を参照)のもとでは、装置との結合が1チャンネルの独立した自由度を介して行われ、統一により装置の独立した自由度の数を低減するための実行可能性を持って、3つの装置要素(オス部材10、メス部材20、または、クランク機関32)のいずれか2つを接続するために追加の同期手段が装置に導入されるべきである。
【０１１２】
追加の自由度はメス部材20の旋回運動である。
【０１１３】
例えば、図9に示すように、オス部材10は、手段131とともに回転できるように、メス部材20に堅固に固定されたピニオン52と噛み合い、かつ、主本体30内にヒンジ結合された内部リングギヤ50を一方の端部に設けている。遊星ギヤ伝達装置50および52がそれぞれ機械的にオス部材10とメス部材20を接続しているのに対して、クランク機関32およびメス部材20の双方は2チャンネル回転手段131に接続されている。
【０１１４】
異なるギヤのために、クランク機関32がある方向に回転すると、オス部材10は同じ方向に軌道公転を行う。すなわち、オス軸Xmがクランク機関32と同じ回転方向で中心Ofの円を描くのに対して、オス部材10は逆の回転方向で自身上で旋回する。事実、オス軸Xmの軌道公転とオス部材10の旋回運動は逆方向である。
【０１１５】
逆回転回転スクリュー三次元容積装置、すなわち、メス部材20の回転速度ならびにクランク32およびオス軸Xmの軌道公転速度が等しいが、逆方向になっている装置を得るために、異なったギヤを例えば以下のように選択することができる。内部リングギヤ50はEの3倍、3×Eに等しい内径を有し、外部ギヤ52は2×Eに等しい外径を有する。したがって、各ギヤ50および52の歯の数Z50およびZ52の比は次の条件を満たすように選択される。
Z50/Z52=3/2
【０１１６】
図9の逆回転回転スクリュー三次元容積装置の動作は以下のように進行する。回転手段131の支援を得て、クランク機関32および同時にメス部材20を回転させると、一方で、クランク機関32により、オス部材軸Xmは主軸Xについて軌道公転運動を行い、かつ、他方で、メス部材20に接続された外部ギヤ52とのオス部材10の内部リングギヤ50の相互作用により、オス部材10は自身上で旋回運動を行う。双方の運動、オス軸Xmの旋回および軌道公転の組み合わせはオス部材10の遊星運動を発生する。
【０１１７】
オス部材とメス部材の共役になった表面の間の作動室を開放および閉鎖する工程の速度に比例するスクリュー装置の効率は、装置の角度サイクルの継続時間により決定される。図9に示すこの装置において、角度サイクルは、このタイプの知られている装置におけるより半分である270°に等しい。なぜなら、作動室を形成する2つの部材が相対同時運動にある時に角度サイクルが行われるからである。
【０１１８】
しかし、図9の装置に対する最善の結果は、部材10の軸の公転速度が部材20の回転速度に等しく、かつ、逆の回転方向で発生する時に得られる。この場合、メス20を回転させることにより生成された機械的強度と、主本体30上でのオス部材10とのクランク32の回転により生成された機械的強度は、結果として得られる運動量がゼロとなるように、等しく、かつ、逆である。これらの種類の装置は、振動が回避または大幅に制限されるべき場合に使用されている。
【０１１９】
図11は、図9の回転スクリュー装置と同様であるが、1つが独立した3つの自由度および1チャンネル回転手段31を備えている。この回転スクリュー容積装置はスクリュー形状(2つの弧)のメス部材20、三弧オス部材10(図12を参照)、静止本体30、クランク状機構であって、オス部材10の軸Xmが、主軸Xと位置合わせされているメス軸Xfについて公転でき、かつ、メス部材20が主軸Xについて自身上で回転できるように、主軸Xを有する主本体30内に枢軸リンクを使用してヒンジ結合されたクランク機関32を含むクランク状機構を含む。
【０１２０】
回転手段がクランク機関32およびメス部材20の双方に接続されるのを回避するため、およびメスプロファイル24の形状形成弧の数がオスプロファイル22より小さいために、回転スクリュー装置は遊星ギヤ伝達装置を含む。双方のギヤの内部/外部噛み合わせの配置により、遊星ギヤ伝達装置50および52はメス部材20をクランク機関の運動を基準として同じ方向または逆の方向に駆動する。
【０１２１】
この追加の運動を提供するために、回転スクリュー装置は、遊星ギヤ伝達装置を含む追加の同期装置を含む。追加の同期装置を、回転するもしくは固定された溝材または運動方向の反転機を持つ溝材機構の形にすることも可能である。
【０１２２】
例えば、図11に示すように、オス部材10は、メス部材20に堅固に固定されたピニオン52と噛み合い、かつ、主本体30内にヒンジ結合された内部リングギヤ50を一方の端部に設けている。
【０１２３】
オス部材10とメス部材20の間で異なった運動を同期させるために、回転スクリュー装置は同期装置をさらに含む。例えば、オス部材10は、自身の他方の端部に、主本体30内に固定された内部リングギヤ56と噛み合うピニオン54を設けている。
【０１２４】
異なったギヤにより、クランク機関32がある方向に回転すると、オス部材10の軸Xmは同じ方向に回転する。すなわち、オス軸Xmがクランク機関32と同じ回転方向で中心Ofの円を描くのに対して、オス部材10は逆の回転方向で自身上で旋回する。事実、オス軸Xmの軌道公転とオス部材10の旋回運動は逆方向である。
【０１２５】
逆回転スクリュー三次元容積装置、すなわち、メス部材20の回転速度およびオス軸Xmの軌道公転速度は等しいが、逆方向になっている装置を得るために、異なったギヤを例えば以下のように選択することができる。内部リングギヤ50はEの3倍、3×Eに等しい内径を有し、外部ギヤ52は2×Eに等しい外径を有する。したがって、各ギヤ50および52の歯の数Z50およびZ52の比は次の条件を満たすように選択される。
Z50/Z52=3/2
内部リングギヤ56は4×Eに等しい内径を有し、オス部材10の外部ギヤ54は3×Eに等しい外径を有する。
【０１２６】
したがって、各ギヤ56および54の歯の数Z56およびZ54の比は、Z56/Z54=4/3となるように選択されている。
【０１２７】
逆回転スクリュー三次元容積装置の動作は以下のように進行する。(1チャンネル回転手段31を介して)クランク機関32を回転させると、一方で、オス部材の軸Xmは主軸Xについて軌道公転運動を行い、かつ、他方で、オス部材10のギヤ54は静止内部リングギヤ56の内部表面上を転がり、したがって、オス部材10に自身上で旋回を行わせる。双方の運動、旋回および軌道公転の組み合わせはオス部材10の遊星運動を発生する。さらに、内部リングギヤ50はメス部材20のギヤ52を回転させ、ギヤ52はクランク機関の方向に従って逆回転に回転する。
【０１２８】
図13は、図11のスクリュー装置と同様である(Nf=2およびNm=3)が、1チャンネル回転手段31の異なった接続を備えた、Nf=Nm-1である、メス部材20の1つの独立した回転度を持つ逆回転スクリュー容積装置の長手方向断面図であり、図14は図13の線XIV-XIV上の断面図である。
【０１２９】
オス部材10は主軸Xと一致するメス軸Xfについて遊星運動を行うことができ、メス部材20は主軸Xについて回転することができ、1チャンネル伝達手段31に機械的に接続されている。
【０１３０】
メス部材20はプロファイル24を有し、オス部材10はプロファイル14を有する。スクリュー装置は図11に説明したものと同じ遊星ギヤ伝達装置54および56を含むが、他の遊星ギヤ150および152は前述の前者の遊星ギヤ50および52を置き換えている。
【０１３１】
双方のギヤの内部/外部共役の配置によれば、遊星ギヤ伝達装置150および152は関係Z150/Z152=3/2を有し、ここで、Z150およびZ152はそれぞれギヤ150および152の歯の数を表す。したがって、これを使用して、ギヤ152(外部共役)はメス部材20上に配置され、かつ、1チャンネル手段31に接続され、ギヤ150(内部共役)はオス部材10上に配置されている。
【０１３２】
独立した自由度はメス部材20の回転であり、依存度はオス部材10の運動(オス部材の旋回およびオス部材軸Xmの公転)である。これらの2つの独立した運動を生成するために、装置は前述の遊星ギヤ伝達装置54および56を含む追加の同期装置を含む。例えば、遊星ギヤ伝達装置54および56は関係Z56/Z54=4/3を有し、ここで、Z56およびZ54はそれぞれギヤ56および54の歯の数を表す。
【０１３３】
上記ギヤにより、オス部材10の軸Xmは、自身のオス軸Xmについてのオス部材10の旋回の逆方向において公転を行い、半径Eおよび中心Ofを有する円を描く。メス部材20は、オス軸Xmの公転の逆方向において固定軸Xfについて回転を行う。
【０１３４】
メス部材20の速度およびオス軸Xmの回転速度は等しいが、逆の方向を有する。異なったギヤは、例えば以下のように選択することができる。内部リングギヤ150は3×E(Eの3倍)に等しい内径を有し、外部ギヤ152は2×Eに等しい外径を有する。内部リングギヤ56は4×Eに等しい内径を有し、オス部材10の外部ギヤ54は3×Eに等しい外径を有する。
【０１３５】
スクリュー三次元容積装置の動作は以下のように進行する。メス部材20およびギヤ152が、1チャンネル回転手段31への両者の接続により回転すると、オス部材10ならびにギヤ150および54は主軸Xfについて遊星運動を行う。オス部材10のギヤ54が静止内部リングギヤ56の内部表面上を転がると、オス部材10は自身の軸Xmについて旋回を行い、オス部材10の軸Xmは軸Xについて公転を行う。さらに、内部リングギヤ152はオス部材10のギヤ150を回転させ、メス部材20の角速度に等しい角速度であるが、逆の方向の角速度でオス部材10の軸Xmの公転を生成する。
【０１３６】
この図13で説明された装置の角度サイクルはメス要素20の角度周回の270°に等しい。
【０１３７】
図15は、3つの自由度および2チャンネル回転手段131を備えた三次元容積逆回転装置の回転スクリューの実施形態の他種の長手方向の断面を示す。事実、この装置は上述の装置(図9)に比較されなければならず、上述の装置において、オス部材110は遊星運動を行い、メス部材120は自身上で回転しているが、今、オス部材110は2つの弧で構成された見かけプロファイル114を有し、メス部材120は3つの弧で構成された見かけプロファイル124を有する(図16を参照のこと)。
【０１３８】
この場合、形状形成弧の数はオスプロファイル114に対するよりもメスプロファイル124(Nf=Nm+1)に対する方が大きいという事実のために、メス部材120およびオス部材110は、自己同期を供給する運動学的待遇を形成し、図9のギヤ輪50および52の運動学的結合などのメス部材120とオス部材110の間の同期結合は必要ない。
【０１３９】
2チャンネル伝達手段131の2つの出口は、ほとんどゼロの結果として得られる運動量を有する逆回転装置を規定するように、メス部材20の固定軸Xfについてのメス部材20の回転(第1の独立速度)および主軸Xについてのオス軸Xmの公転(第2の独立速度)を生成するために、メス部材120およびクランク32にそれぞれ機械的に接続されている。
【０１４０】
この装置は図9に示す装置と同様に動作する。オス部材110はクランク32にヒンジ結合され、クランク機関32が回転するとオス部材110の軸Xmについて旋回を行い、本体30内にヒンジ結合されたメス部材120は主軸Xについて回転することができる。
【０１４１】
2チャンネル回転手段131は、互いに等しいが逆の方向を有するメス部材120に対する回転およびクランク機関32に対する公転の2つの独立した速度を生成する。
【０１４２】
したがって、クランク32が公転すると、オス部材110はオス部材110は遊星運動を行い、その工程において、自己同期により、オスプロファイル114はメスプロファイル124と相互作用し、続いて、オス部材110は可動軸Xmについて旋回(第3の独立速度)する。オス部材110はメス部材120と同じ方向において旋回する。図15の装置の角度サイクルはメス部材120またはクランク機関32の角度周回の180°に等しい。
【０１４３】
図9から図15に関して説明した装置において、2つが独立である3つの自由度があり、変換のポジティブエネルギーの伝達は独立した回転または公転の2つの機械的チャンネルを介して2チャンネル手段131により行われる。
【０１４４】
上記3つの運動 (オス部材もしくはメス部材、または、同期結合リンクの回転、公転、または、旋回) のいずれか2つの角速度は、互いに独立として指定することができる。各回転の初期の位相および方向は定義され、かつ、上記角速度の値は以下の等式に従って選択される。
k1ω1+k2ω2+ω3=0
ここで、ω1,ω2は上記共役になった部材のそれらの部材の軸についての角速度を表す。
ω3は同期結合のリンクの角速度を表す。
k1,k2は定結合係数を表す。
これらを使用して、共役になった部材の回転の角速度の値は以下の関係から定義される。
(Z-1)ω1-Zω2+ω0=0
ここで、ω1は部材の軸についての部材の角速度であり、部材の包絡面は曲面の形態を有する。
ω2は部材の軸についての部材の回転の角速度であり、部材の包絡面は上記曲面で形成された表面系の内部または外部包絡面の形状を有する。
ω0は遊星運動を行っている部材の軸の軌道公転の角速度である。
ZはZ>1である整数である。
【０１４５】
図17は3つの自由度および1チャンネル回転手段31を備えた三次元容積逆回転装置の回転スクリューの実施形態の他種の長手方向の断面を示す。事実、この装置は、オス部材10は遊星運動を行い、メス部材20は自身上で回転する図11の上述の装置と比較されなければならないが、今、オス部材110は2つの弧から構成された見かけプロファイル114を有し、メス部材120は3つの弧から構成された見かけプロファイル124を有する(図18を参照)。
【０１４６】
反転機58は、ほとんどゼロの結果として得られる運動量を有する逆回転装置を形成するように、メス部材20上でのメス部材20の回転運動と主軸Xについてのオス軸Xmの軌道公転運動の間の運動方向を反転させるために、メス部材120とクランク機関32の間に定置することができる。
【０１４７】
この装置は図11に示す装置と同様に動作する。オス部材110はクランク機関32と共働し、主軸Xについての遊星運動を行い、メス部材120は本体30にヒンジ結合され、主軸Xについて自身上で回転することができる。メス部材120は、方向運動反転機58を介してクランク機関32と機械的に接続されている。反転機58はメス部材120およびクランク機関32に対して、すなわち、オス軸Xmの軌道公転に対して同じ速度につながるが、2つの運動は逆の方向に発生する。
【０１４８】
(1チャンネル回転手段31を介して)クランク機関32を回転させると、オスプロファイル114がメスプロファイル124と相互作用する時に進行する自己同期により、オス部材110は遊星運動を行い、メス部材は自身上で旋回する。反転機58を介したクランク機関32の回転は、このクランク機関32の回転速度と同じ角速度のメス部材120の回転を引き起こすが、逆の方向である。オス部材110はメス部材120が回転する方向と同じ方向に旋回する。
【０１４９】
図19は、図9に示す装置と同様に動作するが、異なった比の速度を備えた、オス部材110の遊星運動を備えた三次元回転スクリュー容積装置の1種を示す。図19において、1つの独立した自由度、すなわち、メス部材120の回転がある。オス部材110の旋回および公転は依存運動である。オス部材110の旋回の角速度は-3任意単位に等しく、オス部材110の軸Xmの公転の角速度は+3任意単位に等しい。すなわち、両者は、値は等しいが方向が逆である。メス部材120の固定軸Xfについてのメス部材120の回転の角速度は-1任意単位に等しい。同図において、オス部材110の外部表面112は断面において二弧トロコイド(Nm=2)の形態を有するのに対して、メス部材120の内部表面122は三弧外部包絡面の形になっている(Nf=Nm+1=3)。
【０１５０】
再び、同図において、オス部材110はクランク機関59に機械的に堅固に接続され、クランク機関59の主クランク59''は点62においてオス部材110に機械的に堅固に接続されている。オス中心Omが座標系の初期位置として取られると、点62は座標(0;E)を有する。クランク機関59のクランクピン59'は主クランク59''から2Eの距離で延長し、メス軸Xfに沿って配置されている。
【０１５１】
2つの滑動体60は、例えば固定本体30内に設けられた2つの溝材61におけるような直線からなる溝において滑動する可能性を備えて、主クランク59''上およびクランクピン59'上にヒンジ結合されている。これらの溝材61の長手軸は垂直である。
【０１５２】
組み合わせると、クランク機関59、滑動体60および溝材61は、メス固定軸Xfについての本体30を基準としたオス部材110と一体となったクランク機関59の遊星運動を生成することを意図された基本的な溝材機構を形成する。メス部材120は本体30にヒンジ結合され、かつ、1チャンネル伝達手段31に機械的に接続され、かつ、したがって、この手段により、メス部材120の固定軸Xfについて回転することができる。
【０１５３】
しかし、この場合、形状形成弧の数がオス表面に対するよりもメス122に対して大きい(Nf=Nm+1)という事実のために、メス部材120およびオス部材110は、オス部材110の遊星運動を提供する溝材機構59,60および61の利用可能性のみを備えた自己同期を持つ運動学的対偶を形成している。
【０１５４】
図19の回転容積スクリュー装置は以下の方法で動作する。1チャンネル回転手段31がメス部材120の固定軸Xfについてメス部材120を回転させると、曲面122および112の共働、ならびに、クランク機関59、滑動体60および溝材61の共働により、オス部材110は遊星運動を行う。すなわち、オス軸Xmが半径Eおよび中心Ofを有する円において公転し、滑動体60が溝材61内で振幅4Eを持つ往復運動を行う。同じ速度を持つオス部材110の旋回および公転の結果、メス部材120の内部表面122とのオス表面112の自己噛み合わせが進行し、したがって、同じ方向のオス部材110の可動軸Xmについてのオス部材110の旋回、および本体30の主軸Xと一致するメス部材120の固定軸Xfについてのメス部材120の回転につながる。
【０１５５】
図19の装置の角度サイクルはメス部材120の周回の90°に等しい。
【０１５６】
この種の三次元回転スクリュー容積装置の効率を上昇させるために、機械的に、または、作動媒体を介して互いに結合することができるオス部材およびメス部材の数を増加させることも可能である。追加のオス部材およびメス部材は、オス部材およびメス部材の表面が追加の作動室を形成するように機械的な接触にあるように、上記オス部材およびメス部材と同一直線上に配置することができるか、または、図20に示すように上記オス部材およびメス部材の内部に同軸に配置することができる。
【０１５７】
図20を参照すると、同図において、例えば4つの部材500,600,700および800は互いに噛み合っている。第1の2弧部材500(オス)は第1の3弧部材600の内部3弧プロファイル624(系列の外部包絡面)内で噛み合っている。この第1の3弧部材600は第1の2弧部材500に対するメス部材であるが、この第1のメス部材600の外部プロファイル614(系列の内部包絡面)が噛み合っている内部プロファイル724内の第2の2弧部材700に対するオス部材である。この第2の2弧部材700の場合にも同じことが発生し、この部材700はオスでもメスでもあり、かつ、その外部プロファイルの714(2弧初期トロコイド)は最後の3弧部材800の内部3弧プロファイル824(系列の外部包絡面)内で噛み合っている。この特別な場合、部材700は部材500に、かつ、部材600は部材800に機械的に接続することができ、作動室11の数は3から9に増加している。
【０１５８】
三次元回転スクリュー容積装置は同一直線上配置され(図示しない)、かつ、上記主オス部材およびメス部材に機械的に堅固に接続され、それらとともに追加の作動室を形成する少なくとも1つの追加のオス部材およびメス部材を含むことができる。
【０１５９】
さらに、上記に説明した全ての三次元回転スクリュー容積装置は円筒形表面に退入したオス表面およびメス表面を有することができる。
【０１６０】
以下、媒体がこのような三次元回転スクリュー容積装置の作動室においてどのようにして変位するかを説明する。
【０１６１】
同期結合のリンク、ならびに、少なくとも2組の包含する、および包含される共役になった要素の相互接続された回転運動が行われる。初期状態において、全部の作動室を共同して形成するオス部材とメス部材の間の1組の容積を形成する実行可能性を備えて、これらの組の要素は互いを基準として自身の共通固定軸について周回する。これらの容積は、まとめて全部の作動(変位)室を形成するサイクロイドもしくはトロコイドの形状になった各表面、または、上記表面の各部分の形状により制限されている。
【０１６２】
上記3つの運動(オス部材の旋回および軌道公転、ならびに、メス部材の回転)のうち2つの運動は互いに独立している。
【０１６３】
例えば、図21を参照すると、頂点A1,A2,A3およびオスプロファイル12を備えた図11の3弧オス部材10を形成するように一体に固定された7つの要素10nが外部表面(Nm=3)の形とされている。7つの要素20nはメス部材20を同じく一体となって形成し、メス部材20は内部表面を規定している。メス部材20の各要素は断面を有し、この断面は(例えば、2弧エピトロコイドの形で、Nf=Nm-1=2)メス軸Xfについての対称の次数Nfを有する円筒形表面により放射状に限定されている。内部表面および外部表面の交差点の数Zは3に等しい(Z=3)。軸XmおよびXfは距離Eにより間隔を開けられている(偏心性)。
【０１６４】
図21は図中に装置の長さLに従って各オス部材10またはメス部材20を構成する7つの要素の7つの角度上の位置a,b,c,d,e,fおよびgも示す。オス部材およびメス部材は1つの方向に自身の軸、それぞれXmおよびXfの周囲で周回される。bからfにより示される周期Pmで全部の作動室が形成される。すなわち、述べた区間において、作動室の端部区間の面積の1周期の総変化が行われる。すなわち、述べた区間は作動室の完全な開放および閉鎖に対応する。
【０１６５】
共役となった組のオス要素およびメス要素の二重回転周回の周期の比はNm/Nf=3/2に等しい。オス要素およびメス要素は全部で3つの作動室を形成し、かつ、空間シフトPm/3で変化する端部区間の3つの面積SA1A2,SA2A3およびSA3A1を形成する。
【０１６６】
周回の周期bからf、または、全容積の軸周期に対する各要素の周回角度の比は、プロファイル14および24の形状形成弧の対称の次数の比と比例して選択され、そのため、メス部材20(トロコイド)のZ回の周回において、断面で取られた閉鎖面積SA1A2,SA2A3およびSA3A1を持つ全変位作動室を形成するための実行可能性を備えたオス部材10(内部包絡面)のZ-1回の周回がある。
【０１６７】
位置bにおいて、初期位置として取ると、閉鎖面積SA1A2は最低値を有する。位置cにおいて、オス部材10の要素10nは角度φm=90°を介して時計回り方向に自身のオス軸Xmについて周回され、メス部材20の要素20nは角度φm=135°を介して軸Xfについて周回される。周回角度の比φf/φmは3/2に等しい。
【０１６８】
位置dにおいて、初期位置bを基準とした周回角度はオス部材10に対して180°に、また、メス部材20に対して270°に、などに等しい。例えば、閉鎖面積SA2A3は位置dにおいて最大値を有する。
【０１６９】
オス部材10およびメス部材20が前述の周回を行うと、各周回において組み合わせて取り、かつ、それらの部材の特定の厚さおよび横並びの位置に関連して、オス部材およびメス部材の全ての要素は、容積の離散工程三次元変化および作動室の容積の軸上運動の実行可能性を備えて、全作動室を形成する。
【０１７０】
要素の数を無限にまで増加させ、かつ、曲線からなる共役になった表面を形成する要素の軸方向の厚さをゼロにまで低減させる際、オス10とメス20の間の全作動室の容積の軸に沿った三次元変化は円滑に見える。
【０１７１】
要素、弧の数、ならびに、回転運動の速度および方向の数に応じて、全容積の軸周期は異なる。
【０１７２】
オス要素10nおよびメス要素20nの共役となった対は自己的に十分である。作動室から作動室への軸運動の工程は異なった作動媒体の異なった熱力学的変換(圧縮、膨張など)を行い、これが、1つの作動室11から他の作動室への容積の軸上の運動の工程が、端部壁、追加の本体、気体配分のための要素、バルブなどを使用せずに行うことができる理由である。
【０１７３】
図21において、3つのこのような容積があり、それらの間の空間位相シフトは120°に等しい。図22の方式は、装置の主軸について回転しているメス部材20内でオス部材10が遊星運動する回転スクリュー容積装置における運動を変換する方法を説明する。
【０１７４】
Nmの対称回転の次数を有するオス部材10、すなわち、オス部材10の軸XmがEに等しい半径を有し、メス軸Xfについての角度θを介して角速度ω0=+ωで部分円筒を描く。さらに、固定メス部材20において、オス部材10はオス部材の軌道公転運動と同じ方向でオス部材10の軸Xmについて角速度+ω/3で自身上で旋回し、そのため、3つの頂点A1,A2およびA3はメス部材20との連続的な接触においてメス部材20のエピトロコイドプロファイル24上を滑動する。メス部材20の内部表面は対称の次数Nm-1を有する円筒形表面(例えば、2弧エピトロコイド)により放射状に限定されている。
【０１７５】
オス部材10の遊星運動において、メス部材20は静止しているのに対して、断面で考えた作動容積は円を描き、全作動容積は各要素の長手方向軸に沿った軸上運動を行う。
【０１７６】
初期位置において、オス部材10はオス軸Xmについてのスクリュー周回の周期bからf(Pm)を有し、メス部材20は軸Xfについて周期Pm=3/2Pmを有する。図21において、周期bからfは作動室の完全な開放および閉鎖の周期に等しい。メス部材20が固定されていると、メス部材軸Xmの公転の角速度はω0=ωに等しく、オス部材10の自身の可動軸Xmについての旋回の角速度は以下のものに等しい。
ω2=ω0/3=ω/3
【０１７７】
本発明によれば、独立した運動として、オス部材およびメス部材ならびに同期結合リンクの3つの運動のいずれか2つを決定することができ、我々は、ω0=+ωにおける(図21には示さないクランク機構により行われる)オス部材10の軸Xmの逆回転公転、およびω1=-ωにおける固定軸Xfについてのメス部材20の追加の回転を決定する。すなわち、+ωにおけるオス部材10の軸Xfおよび軸Xmについてのクランク機構の公転が同時に行われる。
【０１７８】
依存角速度ω2は可動軸Xmについてのオス部材10の旋回であり、かつ、(Z=3における)上述の等式、(3-1)(-ω)-3ω2+ω=0により決定される。それゆえ、ω2=-ω/3となる。
【０１７９】
固定メス部材20における運動を変換する遊星方法におけるオス部材とメス部材の間の1つの閉鎖された容積の軸上の移動の角度サイクルは、メス部材20の軸Xfについてのオス軸Xmの公転の540°につき行われる。
【０１８０】
本発明によれば、回転(要素20)または公転(クランク)に関して測定された角度サイクルはθ=270°であり、旋回(要素10)に関して測定された角度サイクルは次のようになる。
Ψ=θ/Nm=90°
【０１８１】
メス要素の回転運動の追加の独立した自由度は、3つの回転運動が行われ、それらの2つが独立して選択されると、もたらされることが分かった。各回転の初期位相および方向は規定され、かつ、共役になった要素の上記組の回転角速度の値は以下の等式に従って選択される。
【０１８２】
【数１】
2010159765.tif 000003
【０１８３】
ここで、ω1,ω2は上記オス部材およびメス部材の軸についてのそれらの部材上でのそれらの部材の回転速度である。
ω3は同期結合リンクの回転速度である。
k1,k2は定結合係数である。
ω0はメス軸Xfについて回転するオス軸Xmの公転運動の角速度である。
Zは上記オス表面およびメス表面の内部および外部包絡面の交点A1,A2,A3などの数であり、1より大きいいずれかの整数とすることができる。
【０１８４】
いずれか2つの独立角速度は任意で選択することができ、係数および第3の依存速度は上記に与えた等式により決定される。
【０１８５】
2つの独立速度の値およびZの値を指定した後、依存速度および定係数の値を得るために、それらの値は上述の等式に代入される。
【０１８６】
共役となった要素の回転運動の追加の独立した自由度を生成するために、両部材の追加の二重回転運動が導入される。図22に示すように、オス部材10およびメス部材20は、オス部材10については角速度-2/3ω、メス部材20についてはω1=-ωで(オス部材の軸の回転とは逆の)1つの方向において両部材の中心OmおよびOfについて付加的に回転する。
【０１８７】
この場合、オス部材10は自身の中心Omについての自身の周辺旋回の全体的速度を取得し、この速度は以下のものに等しい。
ω2=ω/3-(2/3)ω=-ω/3
そして、Ofについての周回の角度は以下のものに等しい(図22における角度Ψはオス中心Omを横切る軸Xmについての周辺周回または旋回を表し、角度θはメス中心Ofを横切る固定軸Xfについてのメス部材20の周回角度を表す)。
Ψ=-θ/Nm
オス要素の中心Omは円における自身の軌道運動速度ω0=+ωおよび角度θを保持し、メス部材20は速度ω1=-ωを与えられる。このことは、この場合に3角度オス部材の頂点A1,A2およびA3がハイポトロコイドを描き、かつ同時に、角速度-ωでメス部材の中心Ofについて回転するメス部材エピトロコイドに沿って滑動することを示す。
【０１８８】
回転、遊星、および環状漸進の各運動の他の組み合わせを使用した運動の他の種の変換も可能である。逆回転の改変について、我々はω0=+1、ω1=-1、およびZ=3の内部包絡面を持つオス部材を決定する。結果として、述べた等式へのこれらの値の代入は、k=-1、ω2=-1/3を与える。
【０１８９】
図22に示すように、角度サイクルはメス部材の軸Xfについてのメス部材の周回角度の-270°にまで減少する。これは、3つの頂点を持つメス部材およびオス部材の静止エピトロコイドを持つ運動を変換する遊星方法の知られている最も近い類似物との比較において、サイクルの角度持続期間が半分だけ減少するという事実を指摘し、したがって、与えられた数の公転当たりに行われるサイクル数は2倍に増加し、このことは、容積装置の熱力学的サイクルの強化ももたらす。
【０１９０】
さらに、オス部材10およびメス部材20の軸は、図22に示すように、等しい角速度を持つ逆方向に回転し、すなわち、逆回転性は質量の組み合われたモーメントおよび装置の支持部に対する反モーメントをかなり (ゼロにまで) 低減する。
【０１９１】
オス部材10の遊星運動は以下の式により記述される。
【０１９２】
【数２】
2010159765.tif 000004
【０１９３】
ここで、
【０１９４】
【数３】
2010159765.tif 000005
および
【０１９５】
【数４】
2010159765.tif 000006
はオス要素の公転および旋回の速度の単位ベクトルである。
【０１９６】
オス要素およびメス要素の二重回転は以下の式により記述される。
【０１９７】
【数５】
2010159765.tif 000007
【０１９８】
ここで、
【０１９９】
【数６】
2010159765.tif 000008
はメス要素20の回転角速度回転の単位ベクトルである。
【０２００】
二重回転運動と遊星運動を加算することにより以下の式を得る。
【０２０１】
【数７】
2010159765.tif 000009
【０２０２】
前述の等式から、曲線の系列の内部または外部の包絡面の形になった遊星運動、および初期曲線の形になった部材の固定軸について回転する部材のプロファイルを行う際、遊星運動を行う要素の軸の公転の角速度に対する後者の回転の角速度の関係はkに等しく、遊星部材の軸の公転の角速度に対する遊星部材の旋回運動の角速度の関係は以下のものに等しいことが続いて分かる。
【０２０３】
【数８】
2010159765.tif 000010
【０２０４】
そのため、例として、Z=3の内部包絡面を持つオス部材の遊星運動、およびメス部材およびオス部材の軸の周囲での両部材のイピトロコイドの付加的回転の場合、
1)θ=45°、k=-5、k1=-5およびk2=-3、およびメス中心Ofについてのオス部材軸の公転のγ=90°に等しい角度サイクル、
2)θ=135°、k=-1、k1=-1およびk2=-1/3、およびオス部材のオス中心Omについてのメス部材軸の旋回のγ=90°に等しい角度サイクルを得る。
【０２０５】
この機構における運動の変換の以下の種が可能である。
【０２０６】
1)メス部材とオス部材の間の運動の伝達なし。この場合、両部材の運動は共役となった要素の運動学的相互作用のない同期のリンクにより規定される。
【０２０７】
2)共役となった部材と相互作用することによる回転の伝達なし。この場合、メス部材およびオス部材の曲面は機械的に接触され、運動学的対偶を形成し、かつ、上記対を使用してメス部材とオス部材の間の運動の伝達を行う。
【０２０８】
追加のメス部材およびオス部材のいずれの数の運動学的共役も可能であり、これは、回転運動および遊星運動の実行可能性を持つ同期の追加手段において適合されており、これらを使用して、主および追加の要素は互いに沿って、または、互いの空洞内に定置することができる。
【符号の説明】
【０２０９】
10,110,500,600,700  オス部材
11  作動室
12,112  オス表面
14,114,514,614,714  オスプロファイル
20,120,600,700,800  メス部材
22,122  メス表面
24,124,624,724,824  メスプロファイル
30  主本体
31,131  伝達手段
32,34,48,59  クランク機構
36,38,40,44,54,56,150,152  ギヤ
42,48  シャフト
50,52  同期装置
58  反転機
60  滑動体
E  長さ
X,Xm,Xf  軸
Om,Of  中心
【図１】
2010159765.tif 000011
【図２】
2010159765.tif 000012
【図３】
2010159765.tif 000013
【図４】
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【図５】
2010159765.tif 000015
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010159765.tif 000020
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2010159765.tif 000031
【図２２】
2010159765.tif 000032