【技术实现步骤摘要】
基于流体容积变化的能量转换装置及转子发动机
本专利技术涉及一种基于流体容积变化的能量转换装置和转子发动机，可通过流体容积变化，将流体压力势能转换为驱动扭矩，或将输入扭矩转换为流体动能或势能，主要应用于内燃机、汽轮机、水轮机、压缩机、气动马达、液压马达、流体泵、真空泵等领域。
技术介绍
目前，许多流体能量转换装置是通过流体的容积变化来实现能量的转换或流体的输送，而流体容积的变化大多是通过定子与转子之间的相对旋转运动来实现，如转子发动机、汽轮机、水轮机、压缩机、气动马达、液压马达、液压泵、真空泵等。这些装置设备的机械结构形式种类较多，有叶片式、叶轮式、涡轮式、涡旋式、转轮式、旋片式、旋摆式、滑片式、齿轮式、螺杆式、罗茨式、爪式等，但这些结构形式均无法同时满足流体容积可变、流体可靠密封和转子相对于定子内腔同轴线旋转的要求，从而导致一些缺陷的存在。一、叶片式：如汽轮机转子上的叶片，大量叶片在转子上按一定方式排列、组合，主要是动能的转换，压力势能转换较少。缺陷：密封性差，转换效率低，结构复杂。二、转轮式：如水轮机转子上的转轮，通过转子上的多个转轮实现对水流势能、动能的转换。缺陷：密封性差，转换效率低，震动大。三、旋片式：缸体内偏心配置的转子旋转时，迫使转子纵向凹槽内的滑片紧贴缸壁沿径向自由滑动，促使流体循环进出，主要应用于液体马达、气动马达、压缩机、真空泵等。缺陷：旋片与转子和泵腔之间存在滑动摩擦，旋片不仅作直线往复运动、还作偏心旋转，密封性不高，转速不高，磨损、能耗、震动较大。四、旋摆式：转子在缸体内绕偏心轴转动，通过滑片或滑阀分隔流体，使相隔容积发生周期性变化,...
【技术保护点】
1.一种基于流体容积变化的能量转换装置，包括定子（1）和位于定子内腔中的转子（6），转子通过转子轴（7）可旋转地支撑在定子的两端，其特征在于：所述转子为圆柱体形，其在定子内腔中与定子内腔同轴线转动配合，在与转子转动配合的定子的圆柱形内腔壁上，沿周向开设有凹槽（9），使定子与转子之间形成密闭工作腔（12），该工作腔横截面的内轮廓线为以转子轴心为圆心、转子半径为半径的圆，该工作腔横截面的外轮廓线是由第一圆弧线（33）、第二圆弧线（18）、第三圆弧线（21）、第四圆弧线（24）、第五圆弧线（27）、第六圆弧线（30）、第一曲线（16）、第二曲线（17）、第三曲线（19）、第四曲线（20）、第五曲线（22）、第六曲线（23）、第七曲线（25）、第八曲线（26）、第九曲线（28）、第十曲线（29）、第十一曲线（31）和第十二曲线（32）连接而成的闭合线；在转子圆柱面上沿轴向开设有六个腔槽（13），六个腔槽在转子周向上均匀布置，腔槽横截面的轮廓线为圆弧线，腔槽的两端面分别与所述凹槽的两侧面齐平，腔槽内设置有行星辊（8），行星辊通过辊轴（2）可旋转地支撑在转子的两端，且行星辊与腔槽同轴线，行星辊横截...
【技术特征摘要】
1.一种基于流体容积变化的能量转换装置，包括定子（1）和位于定子内腔中的转子（6），转子通过转子轴（7）可旋转地支撑在定子的两端，其特征在于：所述转子为圆柱体形，其在定子内腔中与定子内腔同轴线转动配合，在与转子转动配合的定子的圆柱形内腔壁上，沿周向开设有凹槽（9），使定子与转子之间形成密闭工作腔（12），该工作腔横截面的内轮廓线为以转子轴心为圆心、转子半径为半径的圆，该工作腔横截面的外轮廓线是由第一圆弧线（33）、第二圆弧线（18）、第三圆弧线（21）、第四圆弧线（24）、第五圆弧线（27）、第六圆弧线（30）、第一曲线（16）、第二曲线（17）、第三曲线（19）、第四曲线（20）、第五曲线（22）、第六曲线（23）、第七曲线（25）、第八曲线（26）、第九曲线（28）、第十曲线（29）、第十一曲线（31）和第十二曲线（32）连接而成的闭合线；在转子圆柱面上沿轴向开设有六个腔槽（13），六个腔槽在转子周向上均匀布置，腔槽横截面的轮廓线为圆弧线，腔槽的两端面分别与所述凹槽的两侧面齐平，腔槽内设置有行星辊（8），行星辊通过辊轴（2）可旋转地支撑在转子的两端，且行星辊与腔槽同轴线，行星辊横截面的轮廓线是由第七圆弧线（45）、第八圆弧线（35）、第九圆弧线（37）、第十圆弧线（39）、第十一圆弧线（41）、第十二圆弧线（43）、第十三曲线（34）、第十四曲线（36）、第十五曲线（38）、第十六曲线（40）、第十七曲线（42）和第十八曲线（44）连接而成的闭合线，是关于行星辊横截面中心点成中心对称的图形，也是以该中心点为旋转对称中心、旋转角为60°的旋转对称图形，在以该中心点为原点的平面直角坐标系中，第十三曲线与第十六曲线、第十四曲线与第十五曲线、以及第十七曲线与第十八曲线分别相对于横坐标轴对称，第十四曲线与第十八曲线、以及第十五曲线与第十七曲线分别相对于纵坐标轴对称，第十三曲线的方程式为：x2+(R2-y)2-R12=0，其中，-a≤x≤a，（R2-R1）≤y≤b；第七圆弧线与第八圆弧线、第九圆弧线与第十二圆弧线、以及第十圆弧线与第十一圆弧线分别相对于纵坐标轴对称，第七圆弧线与第十一圆弧线、以及第八圆弧线与第十圆弧线分别相对于横坐标轴对称，第七、第八、第九、第十、第十一、第十二圆弧线的半径与所述腔槽横截面轮廓线的半径一致，为R3-R1；所述工作腔横截面的外轮廓线中，第一圆弧线连接在第一曲线与第十二曲线之间，第二圆弧线连接在第二曲线与第三曲线之间，第三圆弧线连接在第四曲线与第五曲线之间，第四圆弧线连接在第六曲线与第七曲线之间，第五圆弧线连接在第八曲线与第九曲线之间，第六圆弧线连接在第十曲线与第十一曲线之间，第一曲线与第二曲线连接，第三曲线与第四曲线连接，第五曲线与第六曲线连接，第七曲线与第八曲线连接，第九曲线与第十曲线连接，第十一曲线与第十二曲线连接，第一、第二、第三、第四、第五、第六圆弧线是以转子轴心为圆心、转子半径为半径的的圆弧线，工作腔横截面的外轮廓线是关于转子横截面中心点成中心对称的图形，也是以该中心点为旋转对称中心、旋转角为60°的旋转对称图形，在以该中心点为原点的平面直角坐标系中，第一圆弧线与第二圆弧线、第三圆弧线与第六圆弧线、第四圆弧线与第五圆弧线分别相对于纵坐标轴对称，第一圆弧线与第五圆弧线、第二圆弧线与第四圆弧线分别相对于横坐标轴对称，第一曲线与第八曲线、第二曲线与第七曲线、第三曲线与第六曲线、第四曲线与第五曲线、第九曲线与第十二曲线、第十曲线与第十一曲线分别相对于横坐标轴对称，第一曲线与第二曲线、第三与第十二曲线、第四曲线与第十一曲线、第五曲线与第十曲线、第六曲线与第九曲线、第七曲线与第八曲线分别相对于纵坐标轴对称，第一曲线的方程式为：（x-a）2+（y-b）2-R12=0，其中，0≤x≤a·R3/（R3-R1），b·R3/（R3-R1）≤y≤（R1+b）；第二曲线的方程式为：（x+a）2+（y-b）2-R12=0，其中，-a·R3/（R3-R1）≤x≤0，b·R3/（R3-R1）≤y≤（R1+b）；上述各式中，a=R1·(1-((R22+2·R1·R3-R32)/(2·R1·R2))2)1/2，b=(R22-2·R1·R3+R32)/(2·R2)；其中R1为行星辊轴线与转子轴线之间的距离，R2为转子的半径，R3为工作腔横截面外轮廓线中第一、第二、第三、第四、第五、第六圆弧线的半径；所述行星辊在腔槽内与腔槽转动配合，行星辊的两端面与腔槽的两端面及所述凹槽的两侧面贴合；在转子（6）端面侧设置有行星辊同步控制机构，当转子旋转时，在行星辊同步控制机构作用下，六只行星辊（8）相对于定子（1）只作没有自转的圆周平移运动；在定子（1）上开设有与所述工作腔相通的六个流体进口（11）和六个流体出口（10）：六个流体进口在定子内壁上的贯通口分别位于第一曲线（16）与第二曲线（17）连接点所对应的定子内壁棱线附近的第一曲线所对应的定子内壁曲面一侧，以及第三曲线（19）与第四曲线（20）连接点所对应的定子内壁棱线附近的第三曲线所对应的定子内壁曲面一侧，以及第五曲线（22）与第六曲线（23）连接点所对应的定子内壁棱线附近的第五曲线所对应的定子内壁曲面一侧，以及第七曲线（25）与第八曲线（26）连接点所对应的定子内壁棱线附近的第七曲线所对应的定子内壁曲面一侧，以及第九曲线（28）与第十曲线（29）连接点所对应的定子内壁棱线附近的第九曲线所对应的定子内壁曲面一侧，以及第十一曲线（31）与第十二曲线（32）连接点所对应的定子内壁棱线附近的第十一曲线所对应的定子内壁曲面一侧；六个流体出口在定子内壁上的贯通口分别位于第一曲线（16）与第二曲线（17）连接点所对应的定子内壁棱线附近的第二曲线所对应的定子内壁曲面一侧，以及第三曲线（19）与第四曲线（20）连接点所对应的定子内壁棱线附近的第四曲线所对应的定子内壁曲面一侧，以及第五曲线（22）与第六曲线（23）连接点所对应的定子内壁棱线附近的第六曲线所对应的定子内壁曲面一侧，以及第七曲线（25）与第八曲线（26）连接点所对应的定子内壁棱线附近的第八曲线所对应的定子内壁曲面一侧，以及第九曲线（28）与第十曲线（29）连接点所对应的定子内壁棱线附近的第十曲线所对应的定子内壁曲面一侧，以及第十一曲线（31）与第十二曲线（32）连接点所对应的定子内壁棱线附近的第十二曲线所对应的定子内壁曲面一侧。2.据权利要求1所述基于流体容积变化的能量转换装置，其特征在于：所述流体进口（11）在定子（1）内壁上的贯通口分别位于第一曲线（16）、第三曲线（19）、第五曲线（22）、第七曲线（25）、第九曲线（28）、第十一曲线（31）所对应的定子内壁曲面上，所述流体出口（10）在定子内壁上的贯通口分别位于第二曲线（17）、第四曲线（20）、第六曲线（23）、第八曲线（26）、第十曲线（29）、第十二曲线（32）所对应的定子内壁曲面上。3.据权利要求2所述基于流体容积变化的能量转换装置，其特征在于：位于第一曲线（16）和第二曲线（17）所对应的定子内壁曲面上的一组流体进口（11）和流体出口（10），以及位于第三曲线（19）和第四曲线（20）所对应的定子内壁曲面上的一组流体进口和流体出口，以及位于第五曲线（22）和第六曲线（23）所对应的定子内壁曲面上的一组流体进口和流体出口，以及位于第七曲线（25）和第八曲线（26）所对应的定子内壁曲面上的一组流体进口和流体出口，以及位于第九曲线（28）和第十曲线（29）所对应的定子内壁曲面上的一组流体进口和流体出口，以及位于第十一曲线（31）和第十二曲线（32）所对应的定子内壁曲面上的一组流体进口和流体出口能够同时分别被第十三曲线（34）、第十四曲线（36）、第十五曲线（38）、第十六曲线（40）、第十七曲线（42）、第十八曲线（44）所对应的行星辊曲面遮盖。4.根据权利要求1所述基于流体容积变化的能量转换装置，其特征在于：所述流体进口（11）、流体出口（10）在定子（1）内壁上的贯通口位于定子端部内壁上。5.根据权利要求4所述基于流体容积变化的能量转换装置，其特征在于：当转子（6）旋转至所述的定子内壁棱线与第十三曲线（34）、第十四曲线（36）、第十五曲线（38）、第十六曲线（40）、第十七曲线（42）、第十八曲线（44）所对应的行星辊曲面接触时，六个流体进口（11）和六个流体出口（10）能够同时分别与该行星辊曲面与定子内壁之间所形成的十二个密闭空间接通。6.根据权利要求1所述基于流体容积变化的能量转换装置，其特征在于：所述行星辊同步控制机构包括两只中心齿轮（3）、六只同步齿轮（5）和六只中间齿轮（4），两只中心齿轮分别固定在定子（1）的两端，且与转子（6）同轴线，同步齿轮分别固定在辊轴（2）的一端，中间齿轮可旋转地安装在转子端面，其分别位于中心齿轮与同步齿轮之间，且每只中间齿轮同时与一只中心齿轮和一只同步齿轮啮合。7.一种基于流体容积变化的转子发动机，包括定子（1）和位于定子内腔中的转子（6），转子通过转子轴（7）可旋转地支撑在定子的两端，其特征在于：所述转子为圆柱体形，其在定子内腔中与定子内腔同轴线转动配合，在与转子转动配合的定子的圆柱形内腔壁上，沿周向开设有凹槽（9），使定子与转子之间形成密闭工作腔（12），该工作腔横截面的内轮廓线为以转子轴心为圆心、转子半径为半径的圆，该工作腔横截面的外轮廓线是由第一圆弧线（33）、第二圆弧线（18）、第三圆弧线（21）、第四圆弧线（24）、第五圆弧线（27）、第六圆弧线（30）、第一曲线（16）、第二曲线（17）、第三曲线（19）、第四曲线（20）、第五曲线（22）、第六曲线（23）、第七曲线（25）、第八曲线（26）、第九曲线（28）、第十曲线（29）、第十一曲线（31）和第十二曲线（32）连接而成的闭合线；在转子圆柱面上沿轴向开设有六个腔槽（13），六个腔槽在转子周向上均匀布置，腔槽横截面的轮廓线为圆弧线，腔槽的两端面分别与所述凹槽的两侧面齐平，腔槽内设置有行星辊（8），行星辊通过辊轴（2）可旋转地支撑在转子的两端，且行星辊与腔槽同轴线，行星辊横截面的轮廓线是由第七圆弧线（45）、第八圆弧线（35）、第九圆弧线（37）、第十圆弧线（39）、第十一圆弧线（41）、第十二圆弧线（43）、第十三曲线（34）、第十四曲线（36）、第十五曲线（38）、第十六曲线（40）、第十七曲线（42）和第十八曲线（44）连接而成的闭合线，是关于行星辊横截面中心点成中心对称的图形，也是以该中心点为旋转对称中心、旋转角为60°的旋转对称图形，在以该中心点为原点的平面直角坐标系中，第十三曲线与第十六曲线、第十四曲线与第十五曲线、第十七曲线与第十八曲线分别相对于横坐标轴对称，第十四曲线与第十八曲线、第十五曲线与第十七曲线分别相对于纵坐标轴对称，第十三曲线的方程式为：x2+(R2-y)2-R12=0，其中，-a≤x≤a，（R2-R1）≤y≤b；第七圆弧线与第八圆弧线、第九圆弧线与第十二圆弧线、以及第十圆弧线与第十一圆弧线分别相对于纵坐标轴对称，第七圆弧线与第十一圆弧线、以及第八圆弧线与第十圆弧线分别相对于横坐标轴对称，第七、第八、第九、第十、第十一、第十二圆弧线的半径与所述腔槽横截面轮廓线的半径一致，为R3-R1；所述工作腔横截面的外轮廓线中，第一圆弧线连接在第一曲线与第十二曲线之间，第二圆弧线连接在第二曲线与第三曲线之间，第三圆弧线连接在第四曲线与第五曲线之间，第四圆弧线连接在第六曲线与第七曲线之间，第五圆弧线连接在第八曲线与第九曲线之间，第六...
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