(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容積機械であって、前記機械（１）は、内部に２つの協働するロータ（６ａ、６ｂ）を有するハウジング（２）を備え、前記ロータ（６ａ、６ｂ）は、前記ハウジング（２）内に回転可能に取り付けられたアウターロータ（６ａ）及び前記アウターロータ（６ａ）内に回転可能に取り付けられたインナーロータ（６ｂ）であり、圧縮チャンバ（８）が前記ロータ（６ａ、６ｂ）の間に配置され、前記圧縮チャンバ（８）は、前記ロータ（６ａ、６ｂ）の回転によって前記ロータ（６ａ、６ｂ）の入口側（９ａ）から前記ロータ（６ａ、６ｂ）の出口側（９ｂ）に移動するようになっており、
前記アウターロータ（６ａ）の前記入口側（９ａ）は、前記圧縮チャンバ（８）に空気を供給するためのベンチレータ（１２）を備え、
前記アウターロータ（６ａ）は、前記入口側（９ａ）に取付け部（１３）を備え、前記取付け部（１３）には前記ベンチレータ（１２）が組み込まれ、前記取付け部（１３）は前記アウターロータ（６ａ）に結合され、
前記取付け部（１３）は径方向内方に配向されたカラー（１９）を備え、
前記アウターロータ（６ａ）は、前記カラー（１９）の上又はこれに取付けられた軸受（１７）によって前記ハウジング（２）に回転可能に取り付けられている、
ことを特徴とする容積機械。              
【請求項２】
前記ベンチレータ(12)は、半径方向ベンチレータ(12)である、
請求項１に記載の容積機械。
【請求項３】
追加の軸方向ベンチレータ(12a)が、前記半径方向ベンチレータ(12)に対して直列に設けられている、
請求項２に記載の容積機械。
【請求項４】
前記ベンチレータ（１２）は、軸方向ベンチレータ（１２）である、
請求項１に記載の容積機械。
【請求項５】
前記ベンチレータ（１２）は、混合型の軸方向−半径方向ベンチレータ（１２）であり、
該ベンチレータが、軸方向及び半径方向セクションの両方を備えた複数のブレード（１５）を有している、
請求項１に記載の容積機械。
【請求項６】
前記ベンチレータ（１２）は、複数のブレード（１５）を備え、前記ブレード（１５）の高さは、半径方向の内側から外側に軸方向に減少する、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の容積機械。
【請求項７】
前記インナーロータ（６ｂ）及び前記アウターロータ（６ａ）は円錐形状である、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の容積機械。
【請求項８】
前記機械（１）は、前記インナーロータ（６ｂ）及びアウターロータ（６ａ）を駆動するためのモータロータ（２１）及びモータステータ（２２）を有する電気モータ（２０）を備え、前記電気モータ（２０）は、前記アウターロータ（６ａ）の回りに取り付けられ、前記モータステータ（２２）は、前記アウターロータ（６ａ）を直接駆動する、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の容積機械。
【請求項９】
前記アウターロータ（６ａ）は、前記モータロータ（２１）として機能する、
請求項８に記載の容積機械。
【請求項１０】
前記電気モータ（２０）は、前記アウターロータ（６ａ）に埋め込まれた永久磁石（２３）を備える、
請求項９に記載の容積機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒形対称容積機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
容積機械は、「容積移送式機械（positive displacement machine）」としても知られている。
詳細には、本発明は、２つのロータ（すなわちインナーロータがアウターロータ内に回転可能に取り付けられた）を備える円筒形対称構造を有する膨張機、圧縮機、及びポンプのような機械を対象とする。
【０００３】
このような機械は公知であり、特に米国特許第１，８９２，２１７号明細書に説明されている。また、各ロータは円筒形又は円錐形とすることができることも知られている。
このような機械は、電気モータで駆動できることが知られている。
【０００４】
ベルギー特許出願番号２０１７／５４５９から、電気モータは、アウターロータの回りに取り付けることができ、モータのステータがアウターロータを直接駆動することが既に知られている。
このような機械は、公知の機械に対して多くの利点があり、モータシャフトは、動力伝達装置によってアウターロータ又はインナーロータのロータ軸に結合される。
従って、機械は、占有面積が小さいように非常に小型であるのみならず、必要な軸シール及び軸受がより少ないことを意味する。
【０００５】
機械の効率の大部分は、各ロータの各ローブ（lobe）の間の空間であるいわゆる圧縮チャンバの充填率（fill ratio）で決まり、この空間は各ロータの回転によって入口側から出口側に移動し、結果的にこの空間に閉じ込められたガスが圧縮されるように容積が低減することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第１，８９２，２１７号明細書
【特許文献２】ベルギー特許出願第２０１７／５４５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、このような機械の充填率を改善することである。
この目的を達成するために、本発明は円筒形対称容積機械に関し、この機械は、内部に２つの協働するロータを有するハウジングを備え、ロータは、ハウジング内に回転可能に取り付けられたアウターロータ及びアウターロータ内に回転可能に取り付けられたインナーロータであり、圧縮チャンバが各ロータの間に配置され、圧縮チャンバは、ロータの回転によってロータの入口側からロータの出口側に移動するようになっており、アウターロータの入口側は、圧縮チャンバに空気を供給するためのベンチレータを備える。
【０００８】
これは、圧縮チャンバの良好な充填が得られるように、ベンチレータが、入口での空気の求心流れ（centripetal flow）を保証できるという利点をもたらす。
従って、機械性能が向上することになる。
これは、閉じる前に生じる圧縮チャンバ容積の何らかの早期減少を補うことにもなる。
【０００９】
他の利点は、積極的に吸い込まれた空気が、例えば、機械を駆動するモータ、出口、又は機械の構成要素の潤滑及び／又は冷却のために用いられるオイルを冷却するのに適している点である。
このことは、吸い込まれた空気を、圧縮チャンバの中に行き着く前にこの構成要素に沿って又はこれを通って送ることで実現できる。
【００１０】
特定の実施形態において、アウターロータは、入口側に取付け部を備え、取付け部にはベンチレータが組み込まれ、アウターロータに結合される。
この取付け部は、中空円筒形要素を成すことができ、取付け部の軸は、アウターロータの軸の延長線上に配置される。
【００１１】
本発明の好ましい特徴では、アウターロータは、取付け部上の又はそれに対する軸受によってハウジング内に回転可能に取り付けられる。
この利点は、より小型の軸受を使用できることである。実際には、取付け部自体は、例えば、半径方向内向きに指向したカラーを備えることができ、軸受は、このカラーに対して又はその上に取り付けることができる。
【００１２】
本発明の特徴をより良く示す目的で、以下に、本発明による円筒形対称容積機械のいくつかの特定の実施形態が、非限定的に添付図面を参照して例示的に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による円筒形対称容積機械の概略図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１においてＦ３で示す部位の他の実施形態の概略図である。
【図４】図３の変形例を示す概略図である。
【図５】図３の別の変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に概略的に示される機械１は、この場合、圧縮機装置である。
本発明によれば、機械１は、膨張機装置に関することができる。また、本発明は、ポンプ装置に関することもできる。
【００１５】
機械１は、円筒形対称容積機械１である。これは、機械１が円筒形対称構造、すなわち円錐状の同じ対称性を有することを意味する。
機械１は、圧縮されるガスを吸い込むための入口開口３及び圧縮ガス用の出口開口４を有するハウジング２を備える。ハウジングは、チャンバ５を定める。
【００１６】
２つの協働するロータ６ａ、６ｂ、すなわちハウジング２内に回転可能に取り付けられたアウターロータ６ａ及びこのアウターロータ６ａ内に回転可能に取り付けられたインナーロータ６ｂは、機械１のハウジング２のチャンバ５内に配置される。
両方のロータ６ａ、６ｂは、ローブ７を備え、協働的に相互に回転することができ、それによって、各ローブ７の間に圧縮チャンバ８が形成され、圧縮チャンバの容積は、ロータ６ａ、６ｂの回転によって低減させることができ、この圧縮チャンバ８内に捕らえられたガスが圧縮される。この原理は公知の協働する隣接したスクリューロータと非常に類似している。
【００１７】
ロータ６ａ、６ｂの回転の間、この圧縮チャンバ８は、ロータ６ａ、６ｂの一端９ａからロータ６ａ、６ｂの他端９ｂに移動する。
以下では、一端９ａは、インナーロータ及びアウターロータ６ａ、６ｂの入口側９ａと呼び、インナーロータ及びアウターロータ６ａ、６ｂの他端９ｂは、出口側９ｂと呼ぶことにする。
【００１８】
図示の実施例において、ロータ６ａ、６ｂは円錐形であり、ロータ６ａ、６ｂの直径Ｄ、Ｄ’は軸方向Ｘ−Ｘ’に減少する。しなしながら、このことは本発明では必須要件ではなく、ロータ６ａ、６ｂの直径Ｄ、Ｄ’は、一定とすること、又は軸方向Ｘ−Ｘ’に別の方法で変化することもできる。
【００１９】
このロータ６ａ、６ｂの設計は、圧縮機及び膨張機装置の両方に適している。もしくは、ロータ６ａ、６ｂは、直径Ｄ、Ｄ’が一定の円筒形状とすることもできる。その場合、これらは、圧縮機又は膨張機装置の場合に固有容積比が存在するように可変ピッチを有するか、又は機械１がポンプ装置に関する場合に一定ピッチを有することができる。
【００２０】
アウターロータ６ａの軸１０及びインナーロータ６ｂの軸１１は、固定軸１０、１１であり、このことは、軸１０、１１が機械１のハウジング２に対して不動であるが、平行に延在せず、互いに対して所定角度αで配置され、各軸が地点Ｐで交差することを意味する。
しかしながら、このことは本発明では必須要件ではない。例えば、ロータ６ａ、６ｂが一定の直径Ｄ、Ｄ’を有する場合、軸１０、１１は平行に延在することができる。
【００２１】
本発明によれば、アウターロータ６ａの入口側９ａは、圧縮チャンバ８に対して空気を供給するためのベンチレータ１２を備える。このことは、ベンチレータ１２がアウターロータ６ａと一緒に回転できることを意味し、ロータ６ａ、６ｂが回転する際にベンチレータ１２も回転を始めることになる。
この場合、ベンチレータ１２は、半径方向のベンチレータ１２である。
【００２２】
図１及び２に示す実施例において、アウターロータ６ａは、入口側９ａにおいて、ベンチレータ１２が組み込まれ、アウターロータ６ａに取り付けられた取付け部１３を備える。
この場合、取付け部１３は、中空円筒形状を成し、その軸はアウターロータ６ａの軸１０の延長線上に配置される。
取付け部１３は、所定の厚さＡの壁１４を有し、ベンチレータブレード１５がこの壁１４に取り付けられている。
【００２３】
ブレード１５のうちの１又は２以上の高さが、半径方向の内側から外側まで軸方向に減少することは除外されない。
このようにして縮小された外形に適合することができる。
【００２４】
ロータ６ａ、６ｂは、機械１の軸受上に取り付けられ、インナーロータ６ｂの一端９ａは軸受１６上で機械１に取り付けられ、インナーロータ６ｂの他端９ｂは、言うなればアウターロータ６ａによって支持又は保持される。
【００２５】
図示の実施例において、アウターロータ６ａは、機械１の両方の端部９ａ、９ｂにおいて軸受１７、１８を用いて取り付けられる。
図１に示すように、アウターロータは、入口側９ａにおいて、取付け部１３上の又はそれに対する軸受１７によってハウジング２に回転可能に取り付けられる。
取付け部１３は、半径方向内向きに指向したカラー１９を備え、軸受１７はカラー１９上に取り付けられる。
【００２６】
その結果として、この軸受１７は、アウターロータ６ａ自体に直接取り付けられる場合に比べて、非常に小型に、すなわち小さな直径にすることができる。
【００２７】
さらに、機械１は、ロータ６ａ、６ｂを駆動することになる電気モータ２０を備える。このモータ２０は、モータロータ２１及びモータステータ２２を備える。
この場合、必須ではないが、電気モータ２０は、アウターロータ６ａの回りに取り付けられ、モータステータ２２は、アウターロータ６ａを直接駆動する。
【００２８】
図示の実施例において、このことは、アウターロータ６ａがモータロータ２１としても機能するので実現される。
電気モータ２０は、アウターロータ６ａに埋め込まれた永久磁石２３を備える。
勿論、磁石２３はアウターロータ６ａに埋め込まれず、例えばその外側に取り付けられることも可能である。
【００２９】
永久磁石２３を備えた電気モータ２０（すなわち、同期永久磁石モータ）の代わりに、同期誘導モータを適合することも可能であり、磁石は、かご形ロータに置き換えられる。モータステータからの誘導は、かご形ロータに電流を発生させる。
他方で、モータ２０は、リラクタンス式、誘導式、又はこれらを組み合わせたものとすることもできる。
【００３０】
モータステータ２２は、アウターロータ６ａの回りに被覆方式で取り付けられ、この場合、機械１のハウジング２内に配置される。
このように、モータ２０及びロータ６ａ、６ｂは同じハウジング２内に配置され、それ故に互いに隔離されてないので、これらの潤滑は一緒に管理することができる。
【００３１】
機械１の作動は非常に単純であり以下の通りである。
機械１の作動の間、モータステータ２２は、公知の方法でモータロータ２１を駆動し、従ってアウターロータ６ａを駆動することになる。
アウターロータ６ａは、インナーロータ６ｂを駆動するのを助けることになり、アウターロータ６ａが回転するとベンチレータ１２も回転することになる。
【００３２】
ベンチレータ１２の作動によって、ガスは入口開口３を通って吸い込まれることになる。このガスは、ロータ６ａ、６ｂの間の圧縮チャンバ８に行き着くことになる。
ベンチレータ１２がガスの積極的な供給又は流れを保証することになるので、圧縮チャンバ８の充填率を大きくすることができる。
【００３３】
さらに、入口開口３を通って吸い込まれる際、ガスは、モータロータ２１及びモータステータ２２を通って流れることになる。このように、ガスは、モータ２０の積極的な冷却を保証することができる。
【００３４】
回転によって、この圧縮チャンバ８は、出口４に移動し、同時に容積が低減することになり、結果としてガスの圧縮を実現する。
その後、圧縮ガスは、出口開口４を通って機械１から流出することができる。
圧縮時に機械１内に液体を注入することは除外されない。
この液体は、水及び合成油もしくは非合成油の両方とすることができる。
【００３５】
図３は、ベンチレータ１２の別の実施形態を示し、ここでは軸方向ベンチレータ１２である。
この場合、取付け部１３は円筒形ではなく、むしろ円錐形である。しかしながら、これは必須要件ではない。軸方向ベンチレータ１２は、半径方向内向きに指向したカラー１９に組み込まれている。
【００３６】
図４において、図１に示した半径方向ベンチレータ１２は、追加の軸方向ベンチレータ１２ａと組み合わせて示されており、これらは互いに直列に配置されている。
この場合、吸い込まれた空気の流れ方向から見て、追加の軸方向ベンチレータ１２ａは、半径方向ベンチレータ１２の前方に配置されている。勿論、半径方向ベンチレータ１２は、追加の軸方向ベンチレータ１２ａの前方に配置することも可能である。
追加の軸方向ベンチレータ１２ａは、取付け部１３の回りに取り付けられる。
【００３７】
図５は、さらなる変形例を示し、この場合、ベンチレータ１２は混合型の軸方向−半径方向ベンチレータ１２であり、ブレード１５は、軸方向及び半径方向セクションの両方を有する。
図３から５の実施形態のベンチレータ１２の作動は、図１及び２の実施形態の作動と類似している。
【００３８】
本発明は、実施例として記載されて図面に示された実施形態に限定されるものではなく、本発明による円筒形対称容積機械は、発明の範疇から逸脱することなく、さまざまな形態及び寸法で実現することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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