特許 6071877 圧縮および減圧のための回転機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6071877

(24)【登録日】2017年1月13日

(45)【発行日】2017年2月1日

(54)【発明の名称】圧縮および減圧のための回転機械

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/54 20060101AFI20170123BHJP

   F01C 3/06 20060101ALI20170123BHJP

【ＦＩ】

   F04C18/54

   F01C3/06

【請求項の数】19

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2013-518295(P2013-518295)

(86)(22)【出願日】2011年7月1日

(65)【公表番号】特表2013-534589(P2013-534589A)

(43)【公表日】2013年9月5日

(86)【国際出願番号】NL2011050475

(87)【国際公開番号】WO2012002816

(87)【国際公開日】20120105

【審査請求日】2014年5月29日

(31)【優先権主張番号】2005011

(32)【優先日】2010年7月1日

(33)【優先権主張国】NL

(73)【特許権者】

【識別番号】513003895

【氏名又は名称】ビー−ケーキング・マネージメント・ビー．ブイ．

【氏名又は名称原語表記】Ｂｅ−Ｋｋｉｎｇ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｂ．Ｖ．

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100095441

【弁理士】

【氏名又は名称】白根 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(72)【発明者】

【氏名】ベッキング、ビルヘルムス・テオドルス・クレメンス

【審査官】 松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２２３７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０５１９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−０３４９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第２６０８４７９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 英国特許出願公開第０２０５２６３９（ＧＢ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第０４３２５１６６（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００６／０６７５８８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｃ １８／５４

Ｆ０１Ｃ ３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮および減圧のための回転機械であって、
− 円板形ロータ（２）であって、前記ロータ（２）の平面に対して直角で、かつ、配向平面（１）に存在している第１の回転軸（３）を有する円板形ロータ（２）と、
− 実質的に円板形のスイングエレメント（４）であって、前記円板形スイングエレメント（４）の平面および前記配向平面（１）に存在している第２の回転軸（５）を有し、前記第２の回転軸（５）が前記配向平面（１）の前記第１の回転軸（３）と角度（α）を成している、実質的に円板形のスイングエレメント（４）と、
− 前記ロータ（２）および前記スイングエレメント（４）を取り囲み、それらと相俟って４つの（減）圧縮チャンバーを形成する実質的に球形のハウジング（８）と、
− 前記ロータ（２）と前記スイングエレメント（４）の間に配置され、前記ハウジング（８）内で前記ロータ（２）および前記スイングエレメント（４）を互いにスライド可能に配置し、かつ、前記４つの（減）圧縮チャンバーを密閉する接続ボディ（６）と、を備え、
前記回転機械が、駆動伝達機構（９）と、前記駆動伝達機構（９）と前記ロータ（２）との間の機械接続とをさらに備え、前記駆動伝達機構（９）が、前記回転機械に動力を伝え、または前記回転機械から動力を取り出すように構成され、
前記回転機械が発電機（３０）をさらに備え、前記発電機（３０）の１つまたは複数のエレメント（３１、３２）が前記ハウジング（８）の内側で前記回転機械と統合される、回転機械。

【請求項2】

前記接続ボディ（６）が長手方向軸（７）を有する実質的に円筒状のボディであり、
前記接続ボディ（６）が、前記スイングエレメント（４）を中にスライド可能に収容するためのスロット形の開口（２ｂ；２ｃ）を備え、かつ、前記長手方向軸（７）と同軸の、前記ロータ（２）と隣接する外部表面を備え、前記接続ボディ（６）の前記長手方向軸（７）が前記ロータ（２）の平面に存在している、請求項１に記載の回転機械。

【請求項3】

前記ロータ（２）は、前記接続ボディ（６）が移動可能に収容される長方形の開口（２ｂ）を備える、請求項１または２に記載の回転機械。

【請求項4】

前記ロータ（２）は、前記接続ボディ（６）が移動可能に収容される実質的に砂時計の形の開口（２ｃ）を備える、請求項１または２に記載の回転機械。

【請求項5】

前記角度（α）が８０°より小さい、請求項１から４の一項に記載の回転機械。

【請求項6】

前記第２の回転軸（５）を変位させることによって前記角度（α）を調整することができる、請求項１から５の一項に記載の回転機械。

【請求項7】

前記圧縮チャンバーが体積縮小エレメント（１１）を備える、請求項１から６の一項に記載の回転機械。

【請求項8】

圧縮チャンバー毎に前記ハウジング（８）内に１つまたは複数のポート（１６）をさらに備える、請求項１から７の一項に記載の回転機械。

【請求項9】

前記駆動伝達機構（９）が前記ロータ（２）を駆動するように構成され、それにより前記１つまたは複数のポート（１６）に動力（power）が生成される、請求項８に記載の回転機械。

【請求項10】

前記動力が前記１つまたは複数のポート（１６）に伝えられ、前記駆動伝達機構（９）が当該回転機械から動力を取り出すように構成されている、請求項８に記載の回転機械。

【請求項11】

前記ハウジング（８）に対して回転可能に収容されるポートベルト（１５）をさらに備え、前記ポートベルト（１５）が、前記ハウジング（８）内の前記複数のポート（１６）に対応するスロットを備える、請求項８から１０の一項に記載の回転機械。

【請求項12】

前記ポートベルト（１５）が前記ロータ（２）との機械接続を有する、請求項１１に記載の回転機械。

【請求項13】

前記ポートベルト（１５）が前記スイングエレメント（４）との機械接続を有する、請求項１１に記載の回転機械。

【請求項14】

前記ロータ（２）の一方の側に３つのポートベルト（１５ａ〜１５ｃ）を備え、かつ、
関連する出口ポート（１６ａ）、入口ポート（１６ｂ）およびフラッシュポート（１６ｃ）を備える、請求項８から１３の一項に記載の回転機械。

【請求項15】

前記第１の回転軸（３）の周りに前記ロータ（２）の角速度の半分の角速度で回転するように構成されている２つのポートベルト（１５ａ、１５ｂ）を前記ロータ（２）の一方の側に備え、かつ、関連する出口ポート（１６ａ）および入口ポート（１６ｂ）を備える、請求項８から１４の一項に記載の回転機械。

【請求項16】

前記接続ボディ（６）および前記スイングエレメント（４）が１つの統合スイングエレメント（２１）を形成する、請求項１から１５の一項に記載の回転機械。

【請求項17】

前記接続ボディ（６）および前記ロータ（２）が１つの統合回転エレメント（２５）を形成する、請求項１から１５の一項に記載の回転機械。

【請求項18】

前記発電機が固定子部分および回転子部分を備え、前記回転子部分が前記ロータを介して駆動され、前記固定子部分が当該回転機械の前記ハウジングに取り付けられる、請求項１から１７のいずれか一項に記載の回転機械。

【請求項19】

前記円板形ロータ（２）を介して当該回転機械から動力を取り出し、または前記円板形ロータ（２）を介して当該回転機械に動力を伝える、請求項１から１８の一項に記載の回転機械を動作させるための方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮および減圧のための、また、コンパクトな（電気）ポンプ、圧縮機、タービン、燃焼機関および発電機を構築するための回転機械に関する。

【背景技術】

【0002】

英国特許ＧＢ−Ａ−２０５２６３９に、可変体積を生成し、また、内燃機関またはポンプとして使用することができる回転機械が記載されている。この機械は、ポートを備えた球形ハウジングを備えており、球形ハウジングの中には、回転板と、統合軸を備えた円筒状円板とが配置されている。回転板および円筒状円板の対応する個々の回転軸は、互いに対して一定の角度を成している。いずれの場合においても、回転板の両側に２つのチャンバーが形成され、円筒状円板が軸の周りに回転するとその体積が変化する。回転板および円筒状円板は、スライディングブロックによって互いに対してスライドさせることができる。

【0003】

独国特許ＤＥ−２６０８４７９に、球形の形状を有する電動機／ポンプが開示されている。説明全体は、動力を入力／出力するために使用される単一の電動機軸Ｏに基づいている。電動機の入口部分および出口部分は、電動機の固定部分に組み込まれている。

【0004】

特開２００１−３５５４０１に、球形の形状を有する回転電動機が開示されている。そこには、同じく入口、出口および点火が示されている。往復運動する円板が回転する軸を使用して駆動し、または動力が取り出される。

【0005】

国際特許ＷＯ２００６／０６７５８８に、円板形回転シャッタ、円板形発振シャッタ（このシャッタは両方のシャッタの平面内における蝶番接続によって回転シャッタに接続される）、および発振シャッタに接続される案内リングを有する人工心臓が記載されている。この人工心臓は、電動機によって案内リングを介して駆動することができる、または誘導筋肉収縮を使用して駆動することができる。

【発明の概要】

【0006】

本発明の目的は、コンパクトで、高度に効率的に動作させることができ、かつ、容易に製造することができる回転機械を提供することである。

【0007】

本発明によれば、前文に記載されている種類の回転機械が提供され、この回転機械は、
− 円板形ロータであって、ロータの平面に対して直角で、かつ、配向平面に存在している第１の回転軸を有する円板形ロータと、
− 実質的に円板形のスイングエレメントであって、円板形スイングエレメントの平面および配向平面に存在している第２の回転軸を有し、第２の回転軸が配向平面の第１の回転軸と角度（α）を成している、実質的に円板形のスイングエレメントと、
− ロータおよびスイングエレメントを取り囲み、それらと相俟って４つの（減）圧縮チャンバーを形成する実質的に球形のハウジングと、
− ロータおよびスイングエレメントを互いに対してスライド可能にハウジング内に配置し、かつ、４つの（減）圧縮チャンバーを密閉する接続ボディと
を備えており、
デバイスは、さらに、動力駆動と、動力駆動とロータとの間の機械接続（例えばギヤホイール、ベルト、等々）とを備えており、動力駆動は、回転機械に動力を引き渡す、または回転機械から動力を取り出すように構成されている。

【0008】

他の態様では、本発明は、ここで説明されている複数の実施形態のうちの１つによる回転機械を動作させるための方法に関し、この方法は、円板形ロータを介して回転機械から動力を取り出し、或いは円板形ロータを介して回転機械に動力を引き渡す。

【0009】

ロータの一様な運動により、回転機械から効率的に動力を取り出すことができる、または回転機械に効率的に動力を引き渡すことができる。この構成は、タービン、圧縮機、ポンプまたは燃焼機関として使用することができる。本発明の実施形態により、クランク軸を備えた現在の回転機械の場合より、またはヴァンケル原理に従って動作させる場合より、より小形のシステムが可能であり、より高い効率が達成される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

次に、本発明について、添付の図面を参照して、いくつかの例示的実施形態によって、より詳細に説明する。

【図1】本発明による回転機械の一実施形態の切欠斜視図。

【図2】図１の回転機械の上面図。

【図3】本回転機械の他の実施形態の一部の斜視図。

【図4】図３の回転機械の断面の完全な上面図。

【図5】統合スイングエレメントを備えた回転機械の他の実施形態の上面図。

【図6】図５の実施形態の一変形例の上面図。

【図7】統合ロータエレメントを備えた回転機械の他の実施形態の上面図。

【図8】図７の実施形態の一変形例の上面図。

【図9】発電機を備えた一実施形態の上面図。

【図10】本発明による回転機械内の圧縮および減圧の状態線図。

【図11】本発明による回転機械に基づく電動機内の圧縮、減圧およびガス流の状態線図。

【図12】本発明による回転機械に基づく一代替電動機内の圧縮、減圧およびガス流の状態線図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明による回転機械の実施形態は、圧縮および減圧をコンパクトに、かつ、効率的にすることができる新しい三次元機構を使用して説明することができる。この機構には、球形の形状、並進および回転が使用されており、ＳＴａＲ機構（球形、並進および回転）と呼ばれている。さらに、ＳＴａＲ機構の様々な実施形態を動作させるための方法について説明する。

【0012】

新しいＳＴａＲ機構についての説明に引き続いて、入口ポート、フラッシュポートおよび出口ポートが追加された他の実施形態について同じく詳細に説明する。これらは、ＳＴａＲ機構と相俟って、タービン、圧縮機、ポンプ、燃焼機関および発電機の新しい世代の構築の基礎を形成している。

【0013】

上で示したように、ＳＴａＲ機構は、とりわけ現在のピストン／クランク軸およびヴァンケル構造に対する有効な置換として使用することができる。現在のピストン／クランク軸機関と比較したこの新しいＳＴａＲ機構の利点は、とりわけ、
１． コンパクトで、寸法が小さく、したがってより小さい機関を構築することができること
２． 回転が利用されるため、コンポーネント間のエネルギー伝達が小さい。したがってコンポーネントをより軽くし、および／または回転速度をより速くすることができること
３． 振動が小さいため、回転は、現在の機関には当たり前の揺れおよび振動を著しく回避すること
である。

【0014】

ヴァンケルエンジンと比較したこの新しいＳＴａＲ機構の追加利点は、
Ａ． 漏れの原因になる点のような接続が回転ピストンとドラム壁との間に存在しないこと
Ｂ． 燃焼チャンバーの形状により、速やかな膨張が可能であり、したがって高温および高温に関連する熱ならびにエネルギー損失が防止されること
である。

【0015】

本発明の実施形態は、現在の燃焼機関より高い効率を達成することができる。

【0016】

本出願で説明されているＳＴａＲ機構は、発電機エレメントを組み込むことができる。発電機の固定子つまり固定部分はＳＴａＲハウジングの中に組み込むことができる。発電機の回転子つまり回転部分はＳＴａＲロータの中に組み込むことができる。

【0017】

例えばガス流または液体流および／または燃焼によってＳＴａＲ機構を駆動することにより、ロータの回転によって電力を生成することができる。それとは逆に、電力によってＳＴａＲ機構のロータを駆動することも可能である。したがって例えばコンパクトなポンプまたは圧縮機を構築することができる。

【0018】

両方の形態が使用される一例示的用途は、固定子エレメントおよび回転子エレメントが追加されたＳＴａＲ燃焼機関である。このＳＴａＲ燃焼機関によれば、機関を起動した後、電力を取り出すことができ、これは例えばコンパクトなレンジエキスパンダの構築に理想的である。

【0019】

図１は、回転機械の第１の実施形態の三次元図を示したものであり、また、図２は断面図である。三次元ＳＴａＲ機構の基本原理は、いずれも球形方式で回転する２つの相互作用円板２、４によって形成される。円板形ロータ２（この説明の以下の部分ではロータ円板とも呼ばれている）および実質的に円板形のスイングエレメント４（この説明の以下の部分ではスインガー円板とも呼ばれている）は、それぞれ個々の回転軸（それぞれ第１の回転軸３および第２の回転軸５、以下参照）を有しており、これらは、漏れ点を防止するために接続ボディ６（この説明の以下の部分ではジョイナーとも呼ばれている）によって互いに接続されている。アセンブリは、ロータ２およびスイングエレメント４を取り囲み、それらと相俟って４つの（減）圧縮チャンバーを形成する実質的に球形のハウジング８内に密閉されている。この機構は、ハウジング８、ロータ円板２、スインガー円板４およびジョイナー６と共に合計４つの回転圧縮／減圧チャンバーを形成しており、コンパクトで、かつ、効率的なタービン、圧縮機、ポンプおよび電動機を構築するのに適している。

【0020】

図１には、説明を目的として配向平面１が示されており、この平面は、図２の断面図の平面でもある。ロータ円板２は、円板形ロータ２の平面に対して直角で、かつ、配向平面１に存在している（仮想の）第１の回転軸３の周りに回転する。ロータ円板２は、ロータ円板２とスインガー円板４とを互いに結合するジョイナー６を収容する開口を中央に備えている。スインガー円板４は、スインガー４自体の平面および配向平面１に存在している第２の回転軸５の周りに回転し、第２の回転軸５は、配向平面１の第１の回転軸３と角度αを成している。スインガー円板４の平面は固体表面を有しており、ロータ円板２と交差している。

【0021】

円板形ロータ２および円板形スイングエレメント４は、様々な（減）圧縮チャンバー間の漏れを防止するためにジョイナー６によって互いに接続されている。ジョイナーは、ロータ２とスイングエレメント４とを互いに対してスライド可能にハウジング８内に配置している。図１および図２に示されている実施形態では、ジョイナー６は、ロータ２の平面に存在している回転軸７と回転対称である。ジョイナー６はスインガー円板４と交差し、例えばスインガー円板４の両側に２つの全く同じ部分を備える。

【0022】

アセンブリは球形ハウジング８によって密閉され、ロータ円板２、ジョイナー６およびスインガー円板４が回転すると連続的に膨張および圧縮する４つのチャンバーが形成される。圧縮比は、ロータ軸３とスインガー軸５との間の角度α、ロータ円板２の厚さ、スインガー円板４の厚さおよびジョイナー６の直径で決まる。

【0023】

ロータ円板２、スインガー円板４およびジョイナー６の重心は密閉ハウジング８の中心に存在している。したがって回転によって生じる遠心力による結合面に対する圧力および摩擦が防止される。

【0024】

円板２、４の厚さおよびジョイナー６の壁の厚さは任意に選択することができ、それらは、幅全体にわたって互いに隣接し、圧縮および減圧の際の潜在的な漏れを形成することになる点のような接続を形成することはない。

【0025】

図１および図２に示されている実施形態では、接続ボディ６は、長手方向軸７を有する実質的に円筒状のボディである。接続ボディ６は、スイングエレメント４を中にスライド可能に収容するためのスロット形（または長方形）の開口２ａを備えており（図２に示されているように）、また、長手方向軸７と同軸で、かつ、ロータ２とスライド可能に接触している外部表面を備えている。そのために、この実施形態ではロータ２は、接続ボディ６を移動させることができる長方形の開口２ｂを備えている。接続ボディ６の長手方向軸７はロータ２の平面に存在している。上で既に言及したように、接続ボディ６は、（減）圧縮チャンバーの良好で、かつ、信頼性の高い密閉を保証している。様々なエレメントの有限寸法により、点のような密閉（例えばヴァンケルエンジンにおけるような）の代わりに平面密閉が得られる。球形ハウジング８内の接続ボディ６はロータ２と共に共回転する。図１および図２に示されている実施形態では、接続ボディ６の端部は、ハウジング８の内部曲率と全く同じ曲率を有する環状面を備える。

【0026】

ロータ２と、スイングエレメント４と、接続ボディ６との間の相互（スライド可能）接続により、また、第１の配向軸３および第２の配向軸５が固定配向されているため、ロータ平面に固定されているジョイナー６は、ロータ２のそのロータ平面内の回転に応じて運ばれる。ジョイナー６はスインガー円板４に沿って順番に運ぶ。この場合、ジョイナー６は、自身の軸７の周りに回転し、スインガー円板４をジョイナー６を介してスライドさせ、したがってロータ平面を介してスライドさせる。この方法によれば、ロータ２の各々の側に２つのチャンバーが形成され、回転すると、以下の表に従って圧縮および膨張が交互に生じる。

【表1】

【0027】

コンパクトなＳＴａＲ機構を利用することにより、また、固定子エレメントおよび回転子エレメントをハウジングおよびロータ内に組み込むことにより、ロータを駆動手段として使用してコンパクトな電気ＳＴａＲシステムが製造される。それに対して、スインガー軸（第２の回転軸５）を使用して他の装置と結合する場合、個々の機能を備えた、より多くの空間を必要とする個々のシステムが製造される。

【0028】

さらに、古典的な動力学では、駆動目的のためにはロータ円板２の方がスインガー円板４より好ましい。以下の式は、スインガー円板４の加速および減速に必要なエネルギー伝達がより少なく、したがってコンポーネント間のエネルギー伝達が少なくなることを示している。この選択の結果、より軽い構造および／またはより速い回転速度が可能である。

【0029】

− 基本ＳＴａＲバージョンにおける駆動のためのロータ円板２
自身の平面に対して直角の対称軸（第１の回転軸３）の周りに回転するロータ円板２の慣性モーメントは、

【数1】

【0030】

である。

【0031】

自身の平面に存在している対称軸（第２の回転軸５）の周りに回転するスインガー円板４の慣性モーメントは、

【数2】

【0032】

である。

【0033】

式中、Ｉは慣性モーメントを表しており、Ｍは質量を表し、Ｒは半径を表し、また、Ｄは円板２、４の厚さである。

【0034】

厚さＤは半径Ｒより小さく、したがってスインガー円板４の慣性モーメントは、ロータ円板２の慣性モーメントの半分よりわずかに大きい。

【0035】

圧縮比は、仮想ロータ軸３とスインガー軸５との間の角度α、ロータ円板２の厚さ、スインガー円板４の厚さおよびジョイナー６の直径で決まる。角度αは、ロータ円板２と、スインガー円板４と、ジョイナー６との間のエネルギー伝達の大きさのため、過度に大きくしてはならない。

【0036】

限られた角度αで十分に大きい圧縮を達成することができるようにするためには、チャンバーの体積を同じ値だけ小さくしなければならない。これは様々な方法、
− ロータ円板２を広くすることによって
− ロータ円板２の半径を拡張することによって
− スインガー円板４およびスインガー軸５の外側のハウジング８の周囲の内側に蓋をかぶせることによって
実施することができる。

【0037】

さらに、燃焼時における燃料混合物との有効接触表面がより広くなるため、蓋をかぶせることなく半径を拡張することが好ましい。

【0038】

したがってこれらの考察の結果、本発明の実施形態による回転機械は、同じく、ロータ２との機械的な接続（ギヤホイール、駆動ベルト、等々など）を有する、回転機械に動力を引き渡す、または回転機械から動力を取り出すための動力駆動９を備えている。図１では、動力駆動９は、ロータ２の外縁と係合するホイールとして示されている（この場合、ロータ２は、いずれの場合においても動力駆動９の位置でハウジング８を貫通して延在している）。しかしながら、動力駆動は、通常、ロータ２に機械的に接続されるエレメントであってもよい。駆動／動力引渡しのための多くの可能な方法が存在しており、動力駆動９は、例えばロータ２の周りのベルト、または直角歯を使用して構成することができる。ロータ２の一様な運動の結果、動力の単純な入力および取出しが可能である。

【0039】

さらに、上記の式から、回転機械を有効にする場合、回転の加速および減速によって生じる、スインガー円板４およびジョイナー６からの、ならびに、スインガー円板４およびジョイナー６への運動エネルギー伝達のため、角度αを過度に大きくしてはならないことを推論することができる。一例として角度αは８０°未満である。他の実施形態では、動作中、角度αを調整することができ、したがって回転機械の特性を調整することができ、例えば現在の動作状態に基づいて最適化することができる。

【0040】

本発明の他の実施形態では、限られた角度αで十分に大きい圧縮を達成するために調整が実施される。この調整は、例えば体積縮小エレメント１１によってチャンバーの体積を小さくすることによって達成される。一変形例では、この調整は、ロータ２の表面全体にわたってロータ円板２の厚さを分厚くすることによって達成することができ、他の変形例では、ロータ２を半径方向に拡張することによって達成することができる。さらに、いずれの変形例においても、体積縮小エレメント１１の一実施形態として追加圧縮キャップ１１を圧縮チャンバーの各々に使用することができ、これらの追加圧縮キャップ１１は、ロータ２（図２にダッシュ線で示されている）またはスイングエレメント４のいずれかに取り付けられる。ロータ２の半径が拡張され、かつ、任意選択の圧縮キャップを備えた変形例は、燃焼の瞬間における有効接触表面およびエネルギー伝達のためのモーメントがより大きいという利点を有する。

【0041】

他の修正をハウジング８の球形の形状に加えることができる。一実施形態では、第２の回転軸５に沿って球形ハウジング８が平滑化され、それに応じてスイングエレメント４が調整される。球形ハウジング８の平滑化は、第２の回転軸５に対して直角に、ロータ２まで継続することができる。ハウジング８の形状の調整は、ロータ２に対して非対称であってもよく、その結果、異なる特性を有する２対の圧縮チャンバーが形成される。

【0042】

図１および図２を参照して説明した実施形態では、ＳＴａＲ機構の基本原理が説明されている。ロータ２の一様な運動の結果、スインガー円板４およびジョイナー６が加速および減速の対象になり、それにより（限られた）運動エネルギー伝達が得られる。

【0043】

スインガー円板４が一様に回転する他の実施形態では、回転機械のさらなる最適化が達成される。回転機械のこのさらなる最適化は、例えば適切に寸法化された車軸、ギヤホイールおよびトランスミッションを使用したロータ軸３およびスインガー軸５の１対１の（機械的）結合によって達成することができる。この場合、運動エネルギー伝達および関連する動力損失は、ロータ２およびスインガー円板４を追従するジョイナー６に限定される。この場合、ジョイナー６は、スインガー円板４を追従することができるようにするためにロータ２の平面内で回転するだけでなく、この場合、ジョイナー６は、スインガー円板４の一様な回転を可能にするために第１の回転軸３の周りのロータ２の平面内をスライドする。

【0044】

図３は、この実施形態による回転機械の一部の簡略斜視図を示したものである。この場合も、ロータ２の第１の回転軸３が存在している配向平面１が示されている。ロータ円板２は、この場合も、ロータ２の平面に対して直角の（仮想の）第１の回転軸３の周りを回転する。ロータ２の中心には、接続ボディ（ジョイナー）６を収容することができる開口２ｃが提供されている。開口２ｃは実質的に砂時計の形をしており、その結果、接続ボディはロータ２の第１の回転軸３の周りを往復運動することができる（つまり接続ボディ６の長手方向軸７はロータ２の平面内で往復運動することができる）。一例では、砂時計の形は７°だけテーパになっている。他の実施形態は、５°と１０°との間の角度のテーパ形状を有している。

【0045】

ジョイナー６は、この場合も、ロータ円板２およびスインガー円板４を互いに接続している。スインガー円板４は、スインガー円板４自体の円板平面に存在している第２の回転軸５の周りを回転する。図４は、回転機械のすべてのエレメントを見ることができる配向平面１に沿った断面図を示したものである。上で説明した実施形態の場合と同様、スインガー円板４は固体表面を有し、ロータ２と交差している。ロータ軸３およびスインガー軸５は、いずれも配向平面１に存在しており、ロータ軸３とスインガー軸５との間の角度は、角度αで示されている。

【0046】

この実施形態では、ジョイナー６は、スインガー円板４を追従することができるよう、ロータ２の平面内で回転する。また、ジョイナー６は、スインガー円板の一様な回転を追従することができるようにするために、ロータ２の平面内をスライドする。このスライドを可能にするために、ジョイナー６は、ロータ２の平面の一部にスライドによって重畳する４つの（または図面に応じて２つの）フランジ６ａを備えている。これにより、回転機械の４つの圧縮チャンバー間の満足すべき密閉が保証される。

【0047】

この実施形態では、体積縮小エレメント１１を存在させ、かつ、図１および２の実施形態と同様の方法で構成することも可能である。他の実施形態では、フランジ６ａにこの体積縮小エレメント１１を統合し、単一のエレメントとして形成することも可能である。

【0048】

また、この実施形態の場合も、圧縮比は、ロータ軸３とスインガー軸５との間の角度α、ロータ円板２の厚さ、スインガー円板４の厚さおよびジョイナー６の直径で決まる。

【0049】

したがってＳＴａＲ機構は、同じく、追加エレメントを使用すると、一様に運動するスインガー軸５を介して動力を引き渡す、または動力を取り出すのに適している。この場合、
− 円板形ロータ２であって、ロータ２の平面に対して直角で、かつ、配向平面１に存在している第１の回転軸３を有する円板形ロータ２と、
− 実質的に円板形のスイングエレメント４であって、円板形スイングエレメント４の平面および配向平面１に存在している第２の回転軸５を有し、第２の回転軸５が配向平面１の第１の回転軸３と角度αを成している実質的に円板形のスイングエレメント４と、
− ロータ２およびスイングエレメント４を取り囲み、それらと相俟って４つの（減）圧縮チャンバーを形成する実質的に球形のハウジング８と、
− ロータ２およびスイングエレメント４を互いに対してスライド可能にハウジング８内に配置し、かつ、４つの（減）圧縮チャンバーを密閉する接続ボディ６と
を備えた、圧縮および減圧のための回転機械が提供され、
− ロータ２は、移動可能に接続ボディ６が収容される実質的に砂時計の形をした開口２ｃを備えており、
− デバイスは、さらに、動力駆動９と、動力駆動９とスイングエレメント４（第２の回転軸５を備えている）との間の機械接続とを備えており、動力駆動は、回転機械に動力を引き渡す、または回転機械から動力を取り出すように構成されている。

【0050】

図１および図２を参照して説明した実施形態の場合と同様、圧縮比の変更などの多くの変形例が可能である。図３および図４を参照して説明した実施形態の利点は、ロータ円板２とスインガー円板４の両方が、圧縮チャンバーに流体を供給し、圧縮チャンバーから流体を吐出するためのポート構造を具体化するのに適していることである。図１および図２を参照して説明した実施形態では、スインガー円板４は、一様に回転するロータ２とは対照的に、慣性モーメントおよび運動エネルギー伝達に悪影響を及ぼすため、ポートを構築するための追加にはそれほど適していない。

【0051】

上で説明した実施形態では、３つのコンポーネント、すなわちロータ円板２、スインガー円板４およびジョイナー６が使用されている。ＳＴａＲ機構は、同じくこれらのコンポーネントの結合を可能にする。したがって３つの可動コンポーネントの代わりに２つの可動コンポーネントが存在しており、したがって漏れ点がより少ない。

【0052】

図５および図６は、スインガー円板４がジョイナー６と結合され、ロータ２に対して回転可能な単一の統合スイングエレメント２１を形成している２つの他の実施形態の図を示したものである。この構造の場合、単一のスイングエレメント２１のスインガー円板部分がスインガー軸５の周りに回転する。スインガー円板４はもはやジョイナー６を通ってスライドしないため、したがってスインガー円板４は、同じく自身のスインガー軸５を通ってスライドしなければならない。図５および図６には、これは、それぞれ基本構成（図２参照）および最適化された構成（図３参照）に対して示されている。ハウジング８内の、単一のスイングエレメント２１のスインガー円板部分の対応するスロット内で係合している車軸ジャーナル２２で十分であり、完全に物理的に連続しているスインガー軸は不要である。

【0053】

また、図６の実施形態は、ロータ２は、修正されたジョイナー６と相俟って、図３の実施形態のフランジ６ａの一代替として、単一のスイングエレメント２１の（並進）運動を吸収するためにロータ２内の空間を移動することができるガイド２ａを備えることができることを示している。

【0054】

図７および図８は、ロータ円板２がジョイナー６と結合され、単一の統合回転エレメント２５を形成している２つの他の実施形態の図を示したものである。この構造の場合、スインガー円板４が単一の回転エレメント２５（ジョイナー／ロータの組合せ）の周りに回転する。スインガー円板４はもはやジョイナー６を通ってスライドしないため、スインガー円板４は、同じく自身のスインガー軸５を通ってスライドしなければならない。図７および図８には、これは、この場合も基本構成（図２参照）および最適化された構成（図３参照）に対して示されている。ハウジング８内に提供されている、スインガー円板４のスロット内で係合している車軸ジャーナル２２で十分であり、連続するスインガー軸は不要である。

【0055】

図９は、本発明による回転機械の他の実施形態を示したもので、回転機械はさらに発電機３０を備えている。発電機３０は、発電のための回転機械と関連して使用することができる（例えば図１および図２に示されている動力駆動９を介して）。別の方法としては、発電機３０を使用して回転機械を駆動することも可能である。一実施形態によれば、図９の実施形態に示されているように、発電機３０の１つまたは複数のエレメントが回転機械に統合されている。この実施形態では、発電機３０は、固定子部分３１および回転子部分３２を備えており、回転子部分３２はロータ２を介して駆動され、固定子部分３１は回転機械のハウジングに取り付けられている。

【0056】

明らかに、固定子部分３１および回転子部分３２は、ハウジング８の外側に配置することも可能である。図９に示されている実施形態では、固定子部分３１および回転子部分３２は、上で説明したように代替体積縮小エレメント１１として機能することも可能である。

【0057】

当業者には知られているように、発電機３０は、固定子部分３１および回転子部分３２のための磁極および電磁極の変形例を使用して、また、極数の変化を使用して、多くの方法で構成することができる。

【0058】

図１０は、回転機械をタービン、圧縮機またはポンプとして使用した場合の様々なポートの状態線図を示したものである。この実施形態では、密閉ハウジング８の中に２つのポート１６が提供されており、１つは入口ポート１６ｂであり、もう１つは出口ポート１６ａである。回転ポートベルト１５中の対応するスロットは、入口ポート１６ｂおよび出口ポート１６ａを開閉している。２つのチャンバーが入口ポートおよび出口ポートを交互に使用し、ローマ数表示ＩおよびＩＩで示されているように、チャンバー内での逆回転によって圧縮および膨張が生じる。チャンバーがその最小体積に到達すると入口ポートが開く。圧力が過剰になるとチャンバーが膨張して回転エネルギーが生成される。チャンバーがその最大体積に到達すると、入口ポートが閉じ、出口ポートが開いて過剰圧力を逃がし、引き続いてサイクルが再開される。図７に関連して、以下の表は、ロータ２の９０度毎の（つまり図７に示されている４つの位置に対する０°、９０°、１８０°および２７０°における）２つのチャンバーの状態を示している。

【表2】

【0059】

ロータ２の一方の側の２つのチャンバーは、位相が１８０°外れた同じパターンを追従する。ＳＴａＲ機構を備えた回転機械は合計４つのチャンバーを備えているため、したがって４チャンバータービンが製造され、この４チャンバータービンは、例えば蒸気機関または蒸気機関車に使用することができる。４チャンバータービンは対称方式で動作する。入口ポートの圧力が過剰であるため、回転エネルギーが生成される。この実施形態では、複数のポート１６のうちの１つまたは複数に動力が引き渡され、動力駆動９は、回転機械から動力を取り出すように構成されている。

【0060】

一方、ロータ２の運動が外部動力源によって設定されると（駆動９を介して、図１および図２を参照した実施形態の説明を参照されたい）、体積が吸引され、吐出されて圧縮機またはポンプが生成される。この実施形態では、動力駆動９はロータを駆動するように構成され、したがって１つまたは複数のポートに動力が生成される。

【0061】

特定の実施形態では、スインガー円板４にポートベルト１５が接続される。ここでは、ポート１６の幅は、スインガー円板４の厚さに等しくなるように選択されている。この選択の結果、スロットはチャンバーの幅全体を占有し、密閉ハウジング８内の孔で十分である。この構成を使用してタービンを構築する場合、過剰圧力を供給するために１つのポート１６が設けられ、過剰圧力を吐出するために他のポート１６が設けられる。

【0062】

他の実施形態では、回転機械は燃焼機関として使用される。第１の変形例では、ロータ２の１回転当たり１作動ストロークの燃焼機関が製造される。ＳＴａＲ機構のこの用途は、図１１の状態線図に図式的に示されており、爆発性混合物のための入口ポート１６ｂ、燃焼ガスのための出口ポート１６ａおよびフラッシュポート１６ｃを有する。１つのチャンバー（図１１のローマ数表示Ｉ）は、圧縮、燃焼および吐出のためのものであることが意図されており（２ストロークシリンダ）、また、１つのチャンバー（図１１のローマ数表示ＩＩ）は、吸引、圧縮、およびフラッシュポートを介した燃焼チャンバーへの輸送（２ストローククランクチャンバー）のためのものであることが意図されている。この実施形態では、回転機械は、ロータ２の外側に３つのポートベルト１５ａ〜１５ｃ、および関連する出口ポート１６ａ、入口ポート１６ｂおよびフラッシュポート１６ｃを備えている。

【0063】

入口ポート１６ｂを使用することができるのは入口チャンバーＩＩのみである。フラッシング時間が経過すると、膨張によって真空が生成され、入口ポート１６ｂを介して吸引チャンバーに燃焼混合物が充填される。入口チャンバーＩＩがその最大体積に到達すると、ただちに入口ポート１６ｂが閉じて圧縮が開始される（圧搾）。入口チャンバーＩＩがその最小体積に到達すると、フラッシュポートが開いて燃焼混合物が燃焼チャンバーＩへ輸送される。

【0064】

出口ポート１６ａを使用することができるのは燃焼チャンバーＩのみである。燃焼チャンバーＩがその最大体積に到達すると、ただちにフラッシュポート１６ｃを介して燃焼チャンバーＩに燃焼混合物が充填される。次に、最小体積に到達して点火が生じるまで圧縮が実施される。この燃焼により、出口ポート１６ａが開いて、燃焼した混合物を排気することができるようになるまで燃焼チャンバーＩが膨張する。この膨張は、チャンバーＩがその最大体積に到達する直前に生じる。最大体積で出口ポート１６ａが再び閉じてサイクルが再開される。

【0065】

完全な構成は、ロータ２の各々の側に一対のチャンバーを備えており、したがって一種の２シリンダ２ストローク変形例を形成する。図１１は、４５度毎、つまり０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°および３１５°における燃焼チャンバーＩおよび吸引チャンバーＩＩの状態を示したものである。以下の表には簡単な説明が含まれている。この例では、ポート１６ａ〜１６ｃおよびポートベルト１５ａ〜１５ｃ中の開口の位置は、燃焼チャンバーＩの膨張のために３／４回転が使用され、また、吐出のために１／４回転が使用されるように選択されている。

【表3】

【0066】

従来の２ストローク機関の場合、フラッシングフェーズの間、出口ポートも開く。さらに、フラッシュポートが閉じた後は出口ポートのみが閉じ、したがって潜在的な漏れが形成される。本願を使用することにより、これらの状況を防止することができる。そのため、ＳＴａＲ機構の効率の利点とは別に、追加入口および出口を最適化することができる。

【0067】

第２の変形例では、回転機械は、２回転当たり１作動ストロークの燃焼機関として使用される。図１２の状態線図に図式的に説明されているこの用途例は、爆発性混合物のための入口ポート１６ｂおよび燃焼ガスのための出口ポート１６ａを有する。入口ポート１６ｂおよび出口ポート１６ａは、ロータ２の一方の側の両方のチャンバーＩ、ＩＩによって使用されている。ポートベルト１５ａ、１５ｂは、ロータ２の回転速度の半分の回転速度で回転する。これは、例えばハウジング８の内側で回転する外部ポートベルト１５ａ、１５ｂによって達成される。駆動は、例えばロータ２に結合されるギヤホイールによって実施され、２分の１に減速される。したがって２つのチャンバーＩ、ＩＩは、現在の４ストローク機関の場合に通例であるように、それぞれ独自の吸引−圧搾−爆発−吹出し（ＳＳＢＢ）サイクルを有する。

【0068】

一実施形態では、回転機械は、第１の回転軸３の周りにロータ２の角速度の半分の角速度で回転する２つのポートベルト１５ａ、１５ｂをロータ２の一方の側に備えており、また、関連する出口ポート１６ａおよび入口ポート１６ｂを備えている。

【0069】

全入口ストローク（吸引）のために入口ポート１６ｂが開く。次に圧縮行程（圧搾）が実施され、引き続いて点火および燃焼行程（爆発）が実施される。出口ポート１６ａが開いて燃焼ガスが排気され（吹出し）、サイクルが終了する。

【0070】

完全な構成は、ロータの各々の側に一対のチャンバーＩ、ＩＩを備えており、したがって一種の４シリンダ４ストローク変形例を形成する。図１２は、ロータ２の９０度毎（つまりポートベルト１５ａ、１５ｂの４５度毎）の状況を示したものである。以下の表は簡単な説明を提供している。

【表4】

【0071】

以上、本発明について、例示的実施形態によって、図面を参照して説明した。説明および図面は、可能な実施形態の実例と見なすべきであり、意図されている保護の範囲を限定するものと見なしてはならない。

【0072】

説明されている実施形態の他の変形例が可能であり、本明細書および図面を読み、かつ、研究すれば、本発明を実施することができる当業者にはこれらの他の変形例が明らかであろう。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
圧縮および減圧のための回転機械であって、
− 円板形ロータ（２）であって、前記ロータ（２）の平面に対して直角で、かつ、配向平面（１）に存在している第１の回転軸（３）を有する円板形ロータ（２）と、
− 実質的に円板形のスイングエレメント（４）であって、前記円板形スイングエレメント（４）の平面および前記配向平面（１）に存在している第２の回転軸（５）を有し、前記第２の回転軸（５）が前記配向平面（１）の前記第１の回転軸（３）と角度（α）を成している、実質的に円板形のスイングエレメント（４）と、
− 前記ロータ（２）および前記スイングエレメント（４）を取り囲み、それらと相俟って４つの（減）圧縮チャンバーを形成する実質的に球形のハウジング（８）と、
− 前記ロータ（２）および前記スイングエレメント（４）を互いに対してスライド可能に前記ハウジング（８）内に配置し、かつ、前記４つの（減）圧縮チャンバーを密閉する接続ボディ（６）と
を備え、
前記デバイスが、動力駆動（９）と、前記動力駆動（９）と前記ロータ（２）との間の機械接続とをさらに備え、前記動力駆動（９）が、前記回転機械に動力を引き渡す、または前記回転機械から動力を取り出すように構成されている、
回転機械。
［２］
前記接続ボディ（６）が長手方向軸（７）を有する実質的に円筒状のボディであり、
前記接続ボディ（６）が、前記スイングエレメント（４）を中にスライド可能に収容するためのスロット形の開口（２ｂ；２ｃ）を備え、かつ、前記長手方向軸（７）と同軸の、前記ロータ（２）と隣接する外部表面を備え、前記接続ボディ（６）の前記長手方向軸（７）が前記ロータ（２）の平面に存在している、
［１］に記載の回転機械。
［３］
前記ロータ（２）は、前記接続ボディ（６）が移動可能に収容される長方形の開口（２ｂ）を備える、［１］または［２］に記載の回転機械。
［４］
前記ロータ（２）は、前記接続ボディ（６）が移動可能に収容される実質的に砂時計の形の開口（２ｃ）を備える、［１］または［２］に記載の回転機械。
［５］
前記角度（α）が８０°より小さい、［１］から［４］の一項に記載の回転機械。
［６］
前記第２の回転軸（５）を変位させることによって前記角度（α）を調整することができる、［１］から［５］の一項に記載の回転機械。
［７］
前記圧縮チャンバーが体積縮小エレメント（１１）を備える、［１］から［６］の一項に記載の回転機械。
［８］
前記球形ハウジング（８）の形状が前記第２の回転軸（５）に沿って平滑化される、［１］から［７］の一項に記載の回転機械。
［９］
圧縮チャンバー毎に前記ハウジング（８）内に１つまたは複数のポート（１６）をさらに備える、［１］から［８］の一項に記載の回転機械。
［１０］
前記動力駆動（９）が前記ロータ（２）を駆動するように構成され、それにより前記１つまたは複数のポート（１６）に動力が生成される、［９］に記載の回転機械。
［１１］
前記動力が前記１つまたは複数のポート（１６）に引き渡され、前記動力駆動（９）が当該回転機械から動力を取り出すように構成されている、［９］に記載の回転機械。
［１２］
前記ハウジング（８）に対して回転可能に収容されるポートベルト（１５）をさらに備え、前記ポートベルト（１５）が、前記ハウジング（８）内の前記複数のポート（１６）に対応するスロットを備える、［９］から［１１］の一項に記載の回転機械。
［１３］
前記ポートベルト（１５）が前記ロータ（２）との機械接続を有する、［１２］に記載の回転機械。
［１４］
前記ポートベルト（１５）が前記スイングエレメント（４）との機械接続を有する、［１２］に記載の回転機械。
［１５］
前記ロータ（２）の一方の側に３つのポートベルト（１５ａ〜１５ｃ）を備え、かつ、関連する出口ポート（１６ａ）、入口ポート（１６ｂ）およびフラッシュポート（１６ｃ）を備える、［９］から［１４］の一項に記載の回転機械。
［１６］
前記第１の回転軸（３）の周りに前記ロータ（２）の角速度の半分の角速度で回転するように構成されている２つのポートベルト（１５ａ、１５ｂ）を前記ロータ（２）の一方の側に備え、かつ、関連する出口ポート（１６ａ）および入口ポート（１６ｂ）を備える、［９］から［１５］の一項に記載の回転機械。
［１７］
前記接続ボディ（６）および前記スイングエレメント（４）が１つの統合スイングエレメント（２１）を形成する、［１］から［１６］の一項に記載の回転機械。
［１８］
前記接続ボディ（６）および前記ロータ（２）が１つの統合回転エレメント（２５）を形成する、［１］から［１６］の一項に記載の回転機械。
［１９］
発電機をさらに備える、［１］から［１８］の一項に記載の回転機械。
［２０］
前記発電機の１つまたは複数のエレメントが当該回転機械と統合される、［１９］に記載の回転機械。
［２１］
前記発電機が固定子部分および回転子部分を備え、前記回転子部分が前記ロータを介して駆動され、前記固定子部分が当該回転機械の前記ハウジングに取り付けられる、［１９］または［２０］に記載の回転機械。
［２２］
前記円板形ロータ（２）を介して当該回転機械から動力を取り出し、または前記円板形ロータ（２）を介して当該回転機械に動力を引き渡す、［１］から［２１］の一項に記載の回転機械を動作させるための方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】