(57)【要約】  本発明は、第１の軸線を中心に回転可能な第１のロータ部材と、第２の軸線を中心に回転可能な第２のロータ部材と、第１のロータ部材及び第２のロータ部材を回転させる伝動装置とを備える回転モータであって、第１のロータ部材及び第２のロータ部材が可変の角速度で回転するようになっていることを特徴とする回転モータを提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸線を中心に回転可能な第１のロータ部材と、
第２の軸線を中心に回転可能な第２のロータ部材と、
前記第１のロータ部材及び前記第２のロータ部材を回転させる伝動装置と
を備え、前記第１のロータ部材及び前記第２のロータ部材は、可変の角速度で回転するように構成された回転モータであって、
前記ロータの３６０度周期で、開始位置から、一回転の一部分の間は前記第１のロータが第１の平均回転速度で、前記第２のロータが異なる平均回転速度で回転し、その後、一回転の後続部分の間は前記第１のロータの前記平均回転速度及び前記第２のロータの前記平均回転速度が変えられることにより、前記ロータの３６０度の回転後に該ロータが再び前記開始位置につくことを特徴とする回転モータ。
【請求項２】
前記第１のロータ部材及び前記第２のロータ部材はそれぞれ、半径方向外方に延在する羽根を含み、前記羽根の間に受入構造部を有し、前記第１のロータ部材の前記受入構造部は、前記第２のロータ部材からの前記羽根を受け入れるような寸法及び構成であり、前記第２のロータ部材の前記受入構造部は、前記第１のロータ部材からの前記羽根を受け入れるような寸法及び構成であり、前記ロータが回転すると前記受入構造部に圧縮室が形成される請求項１に記載の回転モータ。
【請求項３】
前記第１のロータ部材及び前記第２のロータ部材はそれぞれ、複数の半径方向に延びる羽根を含み、前記ロータは、３６０度の回転周期中に複数の回転位置で再び前記開始位置につく請求項１又は２に記載の回転モータ。
【請求項４】
前記ハウジングは、前記第１のロータ部材及び前記第２のロータ部材が内部で回転する内部室を含み、該内部室は、ほぼ楕円形の構造を形成するようにその対向区域が外方に延長される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転モータ。
【請求項５】
全ての又は選択された羽根の自由端が、前記ハウジング内の前記内部室の輪郭に従うように構成された半径方向に延長可能な部分で終端している請求項４に記載の回転モータ。
【請求項６】
前記第１のロータ部材及び前記第２のロータ部材は、伝動装置によって回転するように互いに結合されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回転モータ。
【請求項７】
前記伝動装置は、一回転の少なくとも一部分の間は前記第１のロータ部材を第１の角速度で、前記第２のロータ部材を第２の角速度で駆動してから、前記一回転の補完的部分では前記第１のロータ部材を前記第２の角速度で、前記第２のロータ部材を前記第１の角速度で駆動するように構成されている請求項６に記載の回転モータ。
【請求項８】
前記伝動装置は、部分的に第１の半径を有すると共に部分的に第２の半径を有する複数の歯車を備える請求項６又は７に記載の回転モータ。
【請求項９】
前記歯車は可変の半径を有する請求項６ないし８のいずれか１項に記載の回転モータ。
【請求項１０】
前記ハウジングは、前記圧縮室に空気を導入する入口通路、該圧縮室からガスを排出する出口通路、所定の区域で該圧縮室に燃料を導入する手段、及び該圧縮室に導入された燃料に点火する点火手段を含む請求項２ないし９のいずれか１項に記載の回転モータ。
【請求項１１】
実質的に添付図面を参照して本明細書で説明及び例示される回転モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規の回転モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転モータは、車両の内燃機関、圧縮機、ポンプ等を含む多種多様な用途で用いられることが周知である。
【０００３】
多種多様な回転式内燃機関がこれまでに提案され開発されてきた。特に、ヴァンケルロータリエンジンがよく知られている。これは、移動軸を中心に回転する実質的に層状のロータ部材を含む。ロータ部材は、３辺が凸状になった三角形の層板である。この板は、室内で移動軸を中心に回転し、室はこの板部材の幅よりもわずかに大きな構成及び寸法になっており、内側形状が板部材の回転形状を補完する。
【０００４】
さらに、羽根型形状を有するロータ部材を組み込んだ様々な圧縮機及びエンジンが既知である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
［発明の目的］
従来技術に代わる有用で機能的な代替物を提供する新規の回転モータを提供することが、本発明の目的である。本明細書における「回転モータ」という用語は、内燃機関及び圧縮機、ポンプ等の両方を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、
第１の軸線を中心に回転可能な第１のロータ部材と、
第２の軸線を中心に回転可能な第２のロータ部材と、
第１のロータ部材及び第２のロータ部材を回転させる伝動装置と
を備える回転モータであって、
第１のロータ部材及び第２のロータ部材が可変の角速度で回転するようになっていることを特徴とする回転モータが提供される。
【０００７】
同じく本発明によれば、モータの回転周期中、第１のロータの角速度及び第２のロータの角速度は互いに異なる。好ましくは、各ロータに関して３６０度の間中である。
【０００８】
さらに、本発明によれば、第１のロータ部材及び第２のロータ部材は、回転するときに互いの間で圧縮室を密閉するような寸法及び構成であり得る。
【０００９】
したがって、第１のロータ部材及び第２のロータ部材はそれぞれ、半径方向外方に延在して間に受入構造部を有する羽根を含み、第１のロータ部材の受入構造部は、ロータ部材の回転中に第２のロータ部材からの羽根を受け入れるような寸法及び構成であり、第２のロータ部材の受入構造部は、ロータ部材の回転中に第１のロータ部材からの羽根を受け入れるような寸法及び構成であり得る。
【００１０】
第１のロータ部材及び第２のロータ部材は、伝動装置によって互いに回転式に結合され得る。
【００１１】
伝動装置は、部分的に第１の半径を有し得るものと部分的に第２の半径を有し得るものとの複数の歯車を備え得る。
【００１２】
歯車は、可変の半径を有し得る。
【００１３】
本発明の一構成では、伝動装置は、回転の少なくとも一部の間は第１のロータ部材を第１の角速度で、第２のロータ部材を第２の角速度で駆動してから、回転の補完的部分では第１のロータ部材を第２の角速度で、第２のロータ部材を第１の角速度で駆動するようになり得る。
【００１４】
第１の軸線は、第２の軸線と平行であり、第１のロータ部材及び第２のロータ部材は、ハウジング内で室を形成するようにハウジングによって両側を密閉され得る。
【００１５】
さらに、本発明によれば、各羽根の自由端は、ハウジング内の室の輪郭に従うようになっている半径方向に延長可能な部分で終端している。このような構成では、ハウジングは、ほぼ楕円形の構造を形成するようにその対向区域が半径方向外方に拡張され得る。
【００１６】
内燃機関の形態の回転モータは、圧縮室に空気を導入する入口通路、圧縮室からガスを排出する出口通路、所定の区域で圧縮室に燃料を導入する手段、及び圧縮室に導入された燃料に点火する点火手段をさらに備え得る。
【００１７】
本発明のこれら及び他の特徴を、本発明の範囲を制限することなくより詳細に後述する。
【００１８】
本発明の一実施の形態を、ごく一例として添付図面を参照して後述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［図面の詳細な説明］
図面を参照すると、同じ符号が同じ特徴を示しており、回転モータ、この場合は内燃機関が、参照符号１０で全体的に示されている。不図示の異なる構成では、回転部材は、圧縮機、ポンプ等として適用される場合もある。
【００２０】
内燃機関１０は、第１のロータ軸３０によって具現される第１の軸線を中心に回転可能な第１のロータ部材２０と、第１のロータ軸３０と平行な第２のロータ軸５０によって具現される第２の軸線を中心に回転可能な第２のロータ部材４０と、第１のロータ部材２０及び第２のロータ部材４０を回転させる歯車機構６０とを備え、第１のロータ部材２０及び第２のロータ部材４０は、可変の角速度で且つ互いに異なる角速度で回転するようになっている。
【００２１】
図３ａ〜図３ｆに示すように、図示の実施形態では、第１のロータ部材２０及び第２のロータ部材４０は、回転するときに互いの間で燃焼室２００を密閉するような寸法及び構成である。第１のロータ部材２０及び第２のロータ部材４０はいずれも、各ロータの対向面それぞれに係合面２１及び４１を有する。動作上、動作時にロータ２０及び４０の側面から燃焼排気ガスが逃げるのを防止するために、ロータ２０及び４０は５５で概略的に示すハウジングによって両側を密閉される。ハウジングは、ロータ２０及び４０の両側に一対の板部材５６を備え得る。ロータ部材２０及び４０の平坦な側面は、適当なシール手段（図示せず）によってこの板に対してシールされることが想定される。ハウジング５５は、図８に示すように交わる一対の円形の室５６を含み、この中でロータ部材２０及び４０が回転する。図８を参照すると、ほぼ円形の室５６は、より詳細に後述するように、燃焼室２００の圧縮及び膨張を変更するために例えば半径方向外方拡張部５７によってその外周を変更することができる。
【００２２】
第１のロータ部材２０及び第２のロータ部材４０のそれぞれは、半径方向外方に延在する複数の羽根２５及び４５を備え、それらの間に受入構造部２６及び４６を有する。受入構造部２６及び４６は、他方のロータ部材からの羽根を動作上受け入れるような寸法及び構成である。本発明の一実施形態では、羽根構造部２５及び４５の自由端には、受入構造部２６及び４６の湾曲に従うようになっている半径方向に延長可能な端部部分２５ａ及び４５ａが設けられる。このような延長可能な端部部分は、領域５７で示すように半径方向外方に拡張されている図８の内部室５６の周囲に従うこともできる。上述のように、拡張領域５７は、室５７への空気の取り込み、空気の圧縮、及び燃焼ガスの膨張に影響を及ぼす。
【００２３】
図１を参照すると、歯車機構６０が第１のロータ部材２０及び第２のロータ部材４０を互いに結合するため、これらは互いに対して所定の運動順序でしか動くことができない。歯車機構６０は、駆動軸７３に設置される駆動歯車装置７０、第１のタイミング軸１００に設置される第１のタイミング歯車装置８０、及び第２のタイミング軸１１０に設置される第２のタイミング歯車装置９０を含む、複数の歯車及び軸を備える。
【００２４】
駆動歯車装置は、駆動軸７３に互いに隣り合わせで設置された大型歯車７１及び小型歯車７２から成る。大型歯車７１の歯群は、駆動軸の周りに１８０度にわたってしか延在しておらず、小型歯車７２の歯群は、これと相補的に駆動軸７３の１８０度にわたって延在している。
【００２５】
同様に、第１のタイミング歯車装置８０は、第１のタイミング軸１００に互いに隣り合って設置される大型歯車８１及び小型歯車８２から成り、第２のタイミング歯車装置９０は、第２のタイミング軸１１０に互いに隣り合って設置される大型歯車９１及び小型歯車９２から成る。大型歯車８１及び９１それぞれの歯群は、第１のタイミング軸１００及び第２のタイミング軸１１０の周りに９０度にわたって延在しており、小型歯車８２及び９２それぞれの歯群は、第１のタイミング軸１００及び第２のタイミング軸１１０の周りに２７０度（相補的な角度）にわたって延在している。
【００２６】
第１のタイミング歯車装置８０及び第２のタイミング歯車装置９０は、（図４ａ及び図４ｄに示すように）駆動歯車装置７０と連動するため、或る段階では駆動歯車装置７０の大型歯車７１が第１のタイミング歯車装置８０の小型歯車８２及び第２のタイミング歯車装置９０の小型歯車９２それぞれを駆動し、他の段階では駆動歯車装置７０の小型歯車７２が第１のタイミング歯車装置８０の大型歯車８１及び第２のタイミング歯車装置９０の大型歯車９１それぞれを駆動する。
【００２７】
種々の段階での小型歯車と大型歯車とのこの相互作用により、駆動歯車装置７０の１回転中の異なる段階で第１のロータ部材２０及び第２のロータ部材４０が異なる角速度を有することになる。第１のロータ部材２０及び第２のロータ部材４０の角速度のグラフを図５に示す。図５に示すグラフは、直線から成る必要はなく、例えば、方向転換前のグラフ下側及び終了前のグラフ上側に曲線区間があってもよい。その結果、本発明のモータの圧縮室及び膨張室の最大容積は不均等になるであろう。
【００２８】
第１のタイミング歯車装置８０及び第２のタイミング歯車装置９０は、第１のタイミング軸１００及び第２のタイミング軸１１０をそれぞれ駆動する。第１のタイミング軸１００及び第２のタイミング軸１１０はさらに、第１の減速歯車装置１２０及び第２の減速歯車装置１３０をそれぞれ駆動し、これらは、第１の最終駆動歯車１４０及び第２の最終駆動歯車１５０を介してロータ部材２０及び４０を逆方向に駆動する。
【００２９】
駆動歯車装置７０、第１のタイミング歯車装置８０、及び第２のタイミング歯車装置９０のそれぞれの小型歯車及び大型歯車の両方を１つの歯車に組み込んでもよく、又は連続的に可変の伝動装置を用いてもよいことが想定される。本明細書に記載される歯車によって達成される結果は、図示されない種々の歯車構成によって達成することができ、本発明は図４ａ〜図４ｄに示す歯車構成に限定されないことに留意すべきである。
【００３０】
第２の減速歯車装置１３０は、第２のロータ部材４０の方向の逆転を可能にする追加の逆転歯車１３１を有する。
【００３１】
タイミング歯車装置８０及び９０に加えて、ロータ部材２０及び４０の運動を制御することができるようにする種々の代替機構がある。このような機構の１つは、例えば図９に概略的に示されており、この場合、ロータ２０及び４０の軸３０及び５０それぞれに固定され得るテンプレート６３が設けられ、これらのテンプレート６３は、羽根２５、４５の運動を一致させる溝の形態のカム構造部６１を含む。このようなカム構造部６１には、ピン６２の形態の従動子が従動する。したがって、テンプレート６３及び従動子６２は、ロータ２０及び４０の運動を再現する。他の変形形態も確かに可能である。
【００３２】
内燃機関１０として動作する回転モータは、ロータ２０及び４０によって形成される燃焼室２００に空気５２を導入するために、図６に５１で概略的に示す入口通路をさらに備える。さらに、内燃機関１０は、燃焼室２００から燃焼ガス５４を排出するために、図６に５３で概略的に示す出口通路を備える。内燃機関１０は、燃焼室２００に直接噴射するか又は入口通路を通して導入された空気と共に燃焼室２００に流し込むことによって所定の地点で燃焼室２００に燃料（図示せず）を導入するための、燃料噴射装置（図示せず）又は気化器（図示せず）等の手段を備えることも意図される。
【００３３】
内燃機関１０は、燃焼室２００内の燃料と空気との混合気に点火するための、スパークプラグ等の点火手段（図示せず）も含む。燃焼室２００内の高圧縮が、圧縮・点火動作のためにディーゼル又は他の同様の燃料を用いることを可能にし得ることが想定される。
【００３４】
動作上、駆動歯車装置７０は、第１のタイミング歯車装置８０及び第２のタイミング歯車装置９０を駆動する。駆動歯車装置７０並びに各タイミング歯車装置８０及び９０は、駆動軸７３の回転ごとに、第１のタイミング軸１００が各回転の少なくとも一部の間は第２のタイミング軸１１０とは異なる角速度で駆動され、その後、図５に示すように第１のタイミング軸１００及び第２のタイミング軸１１０の角速度が逆になるように、配置される。
【００３５】
タイミング軸は、第１の減速歯車装置１２０及び第２の減速歯車装置１３０を駆動し、そして、第１のロータ部材及び第２のロータ部材をそれぞれ駆動する。第２のロータ部材４０の方向は、第２の減速歯車装置１３０に逆転歯車１３１が含まれることによって逆転されるため、第１のロータ部材２０及び第２のロータ部材４０は、図３ａ〜図３ｆに示すように逆方向に回る。
【００３６】
図３ａ〜図３ｆは、ロータ部材２０及び４０の互いに対する回転の仕方を示す。図３ａでは、第１のロータ部材２０が第２のロータ部材４０よりも速く回転している。第１のロータ部材２０の羽根２５が第２のロータ部材４０の受入構造部４６（第２のロータ部材４０の２つの羽根４５間にある）に受け入れられると、密閉された燃焼室２００が形成される。
【００３７】
この段階で、図６に５２で示す空気と燃料との可燃混合気が燃焼室２００に導入される。この混合気は、気化器を用いて入口から混合気を導入すること、又は燃料噴射装置（図示せず）を用いて燃焼室２００に細かい燃料噴霧を噴射して、入口通路を通して導入された空気と燃焼室２００内で混合すること等による、既知の手段によって導入され得ることが想定される。一構成では、図示のように羽根２５及び４５にある図２の小さな補助燃焼室２２を、燃焼プロセスを強化するために設けることができる。燃料噴射は小室２２に向けられることが想定される。
【００３８】
第１のロータ部材２０及び第２のロータ部材４０が等しくない角速度で回転し続けると、（図３ｂ及び図３ｃに示すように）燃焼室２００のサイズが小さくなることにより燃料と空気の混合気が圧縮される。図３ｃに示す段階で、第１ロータ部材及び第２のロータ部材の角速度が変わるため、遅い方のロータ部材（第２のロータ部材４０）が今度は２つのロータ部材２０及び４０のうち速く動く方になり、第１のロータ部材２０はその逆になる。
【００３９】
圧縮された燃焼室２００内の圧縮された燃料／空気の混合気５２は、このとき点火手段によって点火される。燃料／空気の混合気が点火されると、燃焼室２００内のガスが膨張する。燃焼室２００は、図３ｄに示すように第２のロータ部材を反時計方向に駆動しながら膨張する。同時に、図３ｅに示すような第１のロータ部材２０及び第２のロータ部材４０の羽根と受入構造部との相互作用によって、別の燃焼室２００が形成されつつある。図３ａの密閉された燃焼室２００の形成前に、その容積が減り、隣接する室２０１内に過剰空気が導かれることで、隣接する室２０１内の圧力が周囲空気圧よりも高く上昇することが分かっている。例えば図３ｃ及び図３ｄに示すような羽根２５と４５との相互作用によって室２０１の容積が減るときに、同じ作用が生じることに留意されたい。このような流体の移動の結果、内燃機関の効率が高まる。
【００４０】
燃焼室２００内の燃焼ガス５４は、続いてハウジング５５の出口通路５３を通して排出される。出口通路５３は、ロータ部材２０及び４０の脇でハウジング５５に設置され得る（図６）。
【００４１】
図３ａ及び図３ｂの最初の燃焼室２００内の点火された燃料／空気の混合気のガス膨張が、図３ｅ及び図３ｆで形成されている次の燃焼室２０１のための燃料／空気の混合気の圧縮に役立つことが分かる。
【００４２】
この基本的な動作原理は、多種多様な構成で用いることができ、圧縮される燃料／空気の混合気５２の容積を最大にするために、又は点火された燃料／空気の混合気が羽根４５に作用する時間を最大にするために、多種多様な形状をロータ部材２０、４０として用いることができることが想定される。
【００４３】
歯車機構６０は、遊星歯車装置であり得ることが想定される。燃焼室２００の形状が細長いため、スパークプラグの形態の２つの点火手段を用いて燃焼室２００の両端で混合気５２に点火できることがさらに想定される。同じ理由から、細長い燃焼室２００用に、２つの燃料噴射装置（図示せず）を離間関係で用いることが好ましい。
【００４４】
ロータ２０及び４０の羽根２５及び４５並びに受入構造部２６及び４６は、燃焼効率を高めるために燃焼促進構造部を含み得ることがさらに想定される。
【００４５】
上記は本発明の一実施形態にすぎず、本発明の範囲から逸脱せずに詳細に多くの変形を加えることが可能であることを理解されたい。例えば、１つの入口通路５１又は出口通路５３の周りに１組のロータ部材を円形に配置してもよい。また、強度又は信頼性を高めるために、多種多様な形状で、羽根２５、４５があまり長く延在していないロータ部材２０、４０を用いてもよい。さらなる実施形態では、中央ロータ部材と共に複数の燃焼室を形成させるために、１つの中央ロータ部材の周りに複数のロータ部材２０、４０を設置してもよいことが想定される。さらに別の実施形態では、相互作用ロータ部材２０、４０の一方が固定保持されたまま、１つ又は複数の回転ロータ部材がこの場合も上述と同様に固定ロータ部材と相互作用しながら固定ロータ部材の周りで回転してもよいことが想定される。このような実施形態では、１つの固定ロータ部材を中心に回転する複数のロータ部材は、全燃焼室で同時に燃焼が行われるのではなく一定の間隔で行われるようにタイミングがずらされ得ることがさらに想定される。
【００４６】
さらに別の実施形態では、複数のロータを同じ軸に設置して、ロータ群として各ロータを対応するロータと相互作用させてもよいことが想定される。これらのロータ群のそれぞれは、互いに同期していてもよく、又は互いに非同期であるようにタイミングをずらされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ハウジングを除いた、本発明による内燃機関の概略斜視図を示す。
【図２】図１に示す第１のロータ部材及び第２のロータ部材並びに伝動装置の概略正面図を示す。
【図３ａ】第１のロータ部材及び第２のロータ部材と、それらの互いに対する運動との概略平面図である。
【図３ｂ】第１のロータ部材及び第２のロータ部材と、それらの互いに対する運動との概略平面図である。
【図３ｃ】第１のロータ部材及び第２のロータ部材と、それらの互いに対する運動との概略平面図である。
【図３ｄ】第１のロータ部材及び第２のロータ部材と、それらの互いに対する運動との概略平面図である。
【図３ｅ】第１のロータ部材及び第２のロータ部材と、それらの互いに対する運動との概略平面図である。
【図３ｆ】第１のロータ部材及び第２のロータ部材と、それらの互いに対する運動との概略平面図である。
【図４ａ】ロータ部材の運動を引き起こす伝動装置の歯車の概略平面図である。
【図４ｂ】ロータ部材の運動を引き起こす伝動装置の歯車の概略平面図である。
【図４ｃ】ロータ部材の運動を引き起こす伝動装置の歯車の概略平面図である。
【図４ｄ】ロータ部材の運動を引き起こす伝動装置の歯車の概略平面図である。
【図５】伝動装置の１回転中の駆動軸の角度位置に対する第１のロータ及び第２のロータの角度位置のグラフである。
【図６】本発明のモータのハウジングの一部を形成する側板にある入口ポート及び出口ポートの概略図である。
【図７】ロータの半径方向外方の羽根がそれぞれ延長可能な前端部分を含む、第１のロータ部材及び第２のロータ部材の概略平面図である。
【図８】モータの圧縮特性及び膨張特性を変更するように外方に延長される、第１のロータ部材及び第２のロータ部材が内部で回転する対向する室の概略平面図である。
【図９】第１のロータ部材及び第２のロータ部材の羽根の運動を再現するタイミング機構の概略斜視図である。
【図１】
2009517600.tif 000003
【図２】
2009517600.tif 000004
【図３ａ】
2009517600.tif 000005
【図３ｂ】
2009517600.tif 000006
【図３ｃ】
2009517600.tif 000007
【図３ｄ】
2009517600.tif 000008
【図３ｅ】
2009517600.tif 000009
【図３ｆ】
2009517600.tif 000010
【図４ａ】
2009517600.tif 000011
【図４ｂ】
2009517600.tif 000012
【図４ｃ】
2009517600.tif 000013
【図４ｄ】
2009517600.tif 000014
【図５】
2009517600.tif 000015
【図６】
2009517600.tif 000016
【図７】
2009517600.tif 000017
【図８】
2009517600.tif 000018
【図９】
2009517600.tif 000019
【国際調査報告】
2009517600.tif 000020
2009517600.tif 000021
2009517600.tif 000022
2009517600.tif 000023
2009517600.tif 000024