Compressor having a low friction seal

本発明は、アクティブボリュームが横翼によって分割される回転可能な部分、および、横翼の回転軸に対してある角度にその標準で回転可能なリングエレメントを備えるコンプレッサに関する。 それらの実施形態のいずれかにおいて、封止翼は、駆動スリットを通過する封止保持具タップに取り付けられる。 駆動スリットは、横翼の回転軸に基本的に平行に延びる。 駆動スリットを用いるこのやり方の封止翼を操り駆動することは、横翼に対して封止翼を整列配置して、封止翼の摩耗を制限し、摩擦を低減する。

特定の種類の回転ポンプは、例えば特許文献１によって公知である。 それは、ポンプの回転軸に対してある角度で配置されるリング形状部分、および、角度付けられたリングに沿って流体を回転させるように強制する追加のエレメントを有する。 これらのエレメント間の封止は、達成するのが難しい。 そして、流体を回転させるように強制するエレメントに対してばねを用いて押圧される移動可能な封止エレメントを適用することによって、解決策は、以前試みられた。 移動面に対して整列配置される封止部に力を適用することは、過剰なシール摩耗を引き起こし、摩擦も引き起こす。

本発明の目的は、したがって、充分な封止および低減したシール摩耗の両方を有するコンプレッサを提供することである。

本発明の別の目的は、したがって、減少した摩擦損失を有するコンプレッサを提供することである。

これらの、そして他の目的は、独立請求項の特徴部分によるコンプレッサによって達成される。

本発明は、流体入口１４および出口１５を有するエンクロージャ１３に囲まれる回転可能部分を備えるコンプレッサに関する。 回転可能部分の主要部は、回転軸の周りに回転可能であり、この回転可能部分は、ボリュームを囲むコンプレッサ・エンクロージャ１３と協働する上部５ａおよび底部５ｂを備えてよい。 このボリュームは、５ａおよび／または５ｂ（存在する場合）いずれかの上部および／または底部間に延びるか、またはコンプレッサ・エンクロージャの上部および底部間に延びる少なくとも２つの横翼４ａ〜４ｂによって分割される。 この分割されたボリュームは、今度は、横翼間に延びるリングエレメント２によって再分割され、そして、リングエレメントを回転軸に対してある角度にその標準で配置するための手段７、１８、１９によって設けられる。 リングエレメントは、少なくとも１つの横翼を受け入れるための第１のスリットを備える。

本発明の一実施形態において、リングエレメントは、封止翼３、３ａ１〜３ａ２、３ｂ１〜３ｂ２、３ｃ１〜３ｃ２、３ｄ１〜３ｄ２を受け入れるためのスリットを備え、本発明の他の実施形態において、封止翼２３、２４は、リングエレメントの周りを少なくとも部分的に包み、いずれの実施形態でも、封止翼は、リングエレメントの平面に基本的に平行に延び、封止翼は、回転軸に向かって基本的に延びて、かつ、コンプレッサの中心の周りに配置される少なくとも１つのボールエレメント８、９、２０における駆動スリット１１ａ１〜１１ａ２、１１ｂ１〜１１ｂ２を通過する封止保持具タップ１６ｂｄ１〜１６ｂｄ２、１６ａｃ１〜１６ａｃ２に取り付けられる。 駆動スリットは、回転軸に基本的に平行に延びる。

駆動スリットを用いるこのやり方の封止翼を操ることは、対応する横翼までの所望の（基本的に固定した）距離に封止翼を置き、好ましくは横翼に対して封止翼を整列配置して、都合のよいことに、周知の解決策と比較して、封止翼の摩耗を制限し、封止翼によって生じる摩擦を低減する。

有利な実施形態において、少なくとも１つのボールエレメント８、１８、１９は、基本的に球状の内部壁を備え、封止保持具タップは、ガイド２２ａ〜２２ｄにより備えられるボール１８、１９によってガイドされるスライダ１７、１７ａ１〜１７ａ２、１７ｂ１〜１７ｂ２、１７ｃ１〜１７ｃ２、１７ｄ１〜１７ｄ２を備え、これにより、封止保持具タップが、したがって封止翼が、リングエレメント２の平面に基本的に保たれることを確実にして、封止翼とリングエレメント２ａ〜２ｄとの間の相対運動の摩擦を基本的になくしている。 前記スライダは、ボール１８、１９の球状の内部壁に面する基本的に球状の表面を備えている場合、流体および／または潤滑油のシールとして兼用してよい。 後者の場合、スライダは、それらがシールする面に対して基本的に圧力を適用しない。 その一方で、充分な封止をなお提供して、部品の移動を許容する。

本発明は、さらに、リングエレメントを回転軸に対してある角度にその標準で配置するための手段７、１８、１９がその角度を変更できるように、それにより圧縮比を変えるように配置されるこの種のコンプレッサに関する。

図１は、第１の回転角度でコンプレッサの内装品を、側面からまっすぐに示す。

図２は、第１の回転角度でコンプレッサの内装品を、側面図よりも僅かに上の角度から示す。

図３は、第２の回転角度でコンプレッサの内装品を、側面からまっすぐに示す。

図４は、第２の回転角度でコンプレッサの内装品を、側面図よりも僅かに上の角度から示す。

図５は、第３の回転角度でコンプレッサの内装品を、側面からまっすぐに示す。

図６は、第３の回転角度でコンプレッサの内装品を、側面図よりも僅かに上の角度から示す。

図７は、タップ・ドライバ・ボールを示す。

図８は、フェンダ・ドライバ・ボール（ｗｉｎｇ ｄｒｉｖｅｒ ｂａｌｌ）を示す。

図９は、側面からまっすぐに見たリングエレメントを有する内装品を示し、リング・ドライバ・ボールの実施形態も示す。

図１０は、側面図よりも僅かに上の角度から見たリングエレメントを有する内装品を示す。

図１１は、デリミタ翼を有し、かつリングエレメントを有さない内装品の実施形態を示す。

図１２は、デリミタ翼およびリングエレメントを有する内装品を示す。

図１３は、コンプレッサ・エンクロージャを示す。

図１４は、コンプレッサ・エンクロージャおよび内装品の断面を示す。

図１５は、封止翼の第１実施形態を有するリングエレメントを示す。

図１６は、封止翼、リング・ドライバ・ボールおよびタップ・ドライバ・ボールの第２実施形態を有するリングエレメントを示す。

図１７は、封止タップ、リング・ドライバ・ボールおよびタップ・ドライバ・ボールを含むコンプレッサの中心部の詳細図を示す。

図１８は、封止翼の別の実施形態を示す。

図１９は、封止翼のさらに別の実施形態を示す。

図１〜図６は、３０°の回転ステップ角によって分かれた３つの連続した回転ステップにおける本発明によるコンプレッサの内装品を示す。 これらの図は、コンプレッサの機能的な基礎を説明することを意図する。 そして、外部エンクロージャおよび他の詳細は、単純化のために図から除去された。

この６つの図は、側面から、および内装品の対称面を構成する平面よりもわずかに上方の角度から、コンプレッサの内装品を示す２つのグループに分けられる。 これらの２つのグループは、それぞれ、図１、図３、図５、および図２、図４、図６によって構成される。 連続的な図の各組において、２つの異なる視角から示されるように、回転角度は同じである。

円形に対称なエレメントにとって、回転角度は視覚的に伝えるのが難しいので、回転角度指示器１は、図に加えられた。 これらは、実際の物理的エレメントを明らかに表さない。

図１は、第１の回転角度でコンプレッサの内装品を、側面からまっすぐに示す。 図の底部に矢印により示されるように、軸６が回転するにつれて、図に示されるすべての部分は、回転する。 ４ａ〜４ｂ、５ａ〜５ｂは、軸６の周りに回転する。 一方、軸７は、軸６に関してゼロとは異なってよい角度で回転する。 軸７は、図１〜図６を通じて、軸６に関して固定した角度でセットされる。 軸７は、図１〜図６において達成されるものとは異なる圧縮度を与える異なる角度でセットされてもよい。

軸６は、図示された対象物の中心で部分的に見えるだけのフェンダ・ドライバ・ボール８まで上向きに延びる。 フェンダ・ドライバ・ボール８は、図９〜図１２に示す実施形態において、それぞれの図に示される他のすべてのパーツに直接的にまたは間接的に機械的に接続していて、タップを介して、図示しないリング・ボールを駆動するか、または、図１〜図６、および図１６、図１７に示す実施形態において、それ自身がタップ・ドライバ・ボールによって直接的にまたは間接的に駆動されてよい。 そしてその場合、フェンダ・ドライバ・ボールは、まもなく記載されるデリミタ翼と都合よく一体化されて、軸６が回転するにつれて他のエレメントがそれとともに回転する。

近くの示された実施形態において、コンプレッサは、少なくとも４つのデリミタ翼４ａ〜４ｂ、５ａ〜５ｂを備える。 ここで、上部５ａおよび底部５ｂのデリミタ翼は、それぞれの円錐の先端を向けて互いに向き合う薄い裁頭円錐形のエレメントによって構成される。 裁頭円錐形の上部および底部のデリミタ翼は、それらの中心軸線が軸６の中心軸線と一致して配置される。 前記デリミタ翼は、前述のように、第２実施形態において、軸６と都合よく一体化されてよく、直接的に接続してよい。 そしてその場合、フェンダ・ドライバ・ボールは、基本的に省略されてよく、そして図１６、図１７に示すように、タップ・ドライバ・ボール２０とリング・ドライバ・ボール１９との間にトルクを伝達するために、等速ジョイント（例えばＲｚｅｐｐａタイプ・ジョイントまたは例えばダブルユニバーサルジョイント）は、適用されてよい。

上部および底部のデリミタ翼は、それらの間に延びるボリュームを定める。 そしてそれは、本実施形態において、４つの横デリミタ翼４ａ〜４ｂによって４つの異なるボリュームに再分割される。 横デリミタ翼は、基本的に平らな、先端を切った円扇形である。 横デリミタ翼は、上部と底部のデリミタ翼の間に配置され、各横デリミタ翼は、上部から底部のデリミタ翼まで延びる。 そして、横デリミタ翼と上部および底部のデリミタ翼との間の各交差部で直角を形成する。 横デリミタ翼は、上部および底部のデリミタ翼の周りに均等に間隔を置かれて、示された実施形態では基本的に９０度の間隔を置かれる。 本実施形態で４つの気密区画を形成するコンプレッサ・エンクロージャと関連して、横デリミタ翼は、近くの実施形態において、上部および底部のデリミタ翼に気密に取り付けられる。

６つのデリミタ翼によって区切られる４つの区画の各々は、リングエレメント２によって全部で８つの区画にさらに再分割される。 そしてそれは、後述するように、多くのコンポーネントによって構成される。 リングエレメント２は、４つの横デリミタ翼の各々を受け入れる４つのスリットを有する円形のディスクとしてさらに基本的に成形される。 気密を達成するために、リングエレメントは、各横デリミタ翼のすぐ近くに配置される封止翼３を備える。 そしてこれらは、以下でさらに詳細に述べられる。

リングエレメントは、デリミタ翼の回転軸線にその中心を有するが、その軸線はかの軸線からオフセットして配置される。 これは、（オフセットがゼロとは異なる場合、）コンプレッサの内装品が回転するにつれて、８つの区画の各々のボリュームが増加または減少することを意味する。 これは、コンプレッサが回転するにつれて、後述する図示しないエンクロージャによって選択される１つの回転角度で８つの区画のうちの１つに入っている流体がその区画のままであることを意味する。 コンプレッサが回転するにつれて、区画のボリュームは、次いで減少または増加する。 そして、リングエレメントによってセットされる流体の圧縮または減圧を引き起こす。 流体は、次いでエンクロージャを通って出口でコンプレッサを出る。 そして、意図された圧縮または減圧を与える。

図２は、第１の回転角度でコンプレッサの内装品を、側面図よりも僅かに上の角度から示す。 この図において、軸７は、明らかに見える。

軸６と軸７との間の角度は、リングエレメントの回転軸線とデリミタ翼との間の相対的角度を決定し、それにより、圧縮比を決定する。

この図から、軸７に取り付けられて、フェンダ・ドライバ・ボール８の内側に配置されるリング・ドライバ・ボール１９の実施形態も、見える。 本実施形態では、リング・ドライバ・ボール１９は、デリミタ翼と一体化され、かつデリミタ翼によって基本的に置き換えられる。

軸６と軸７との間の選択された角度で、リングエレメントは、底部のデリミタ翼５ｂから上部のデリミタ翼５ａまでずっと達して、圧縮をその最大に到達させる。

図３〜図６は、コンプレッサの内装品が第２の回転角度へ、次いで第３の回転角度へどのように移動するかについて、側面からまっすぐに、および側面図よりも僅かに上の角度から、それぞれ示す。 この回転が起こるにつれて、封止翼３の各々は、横デリミタに沿って上下に移動する。 そして、気密を達成するために、従来技術の対応するエレメントは、ばねまたはいくらかの弾力のある物質を用いて横デリミタ翼に対して典型的に押圧される。 これらは、コンプレッサのシールおよび摩擦を摩耗させる。

しかしながら、本発明によるコンプレッサにおいて、封止翼３、２３、２４は、以下に詳細に記載される発明の解決策を用いて、封止翼と横デリミタ翼との間にいかなる力も適用することなく横デリミタ翼に対して配置される。

図７は、タップ・ドライバ・ボールを示し、図８は、フェンダ・ドライバ・ボールを示す。 そしてそれは、いくらかの共通した特徴を有する。 両方とも、各ボールの中心を通って延びる貫通孔を有する中空球である。 貫通孔は、ボールの各々のための中心軸線を定める。 そして、２つのセットのスリットは、両方のボール上の中心軸線と平行に延びる。

示された実施形態において、第１のセットの４つのより広いタップスリット１０ａ〜１０ｂは、ボールの周りで連続的なスリットの間に９０度の間隔で離れてあり、本実施形態におけるリングエレメントが駆動されるリングエレメントのための４つの保持具タップを受け入れることを意図する。 示された実施形態において、第２のセットの４つのペアのより狭い駆動スリット１１ａ１〜１１ａ２、１１ｂ１〜１１ｂ２も、連続的なペアの間に９０の間隔で離れてある。 しかし、第２のセットのスリットは、第１のセットに対して基本的に４５度オフセットされて、スリットの各スリットまたはペアの間に均等に間隔を置く。 第２のセットのスリットのペアは、本実施形態において、封止翼のための８つの保持具タップを受け入れるように配置される。

タップ・ドライバ・ボールは、封止保持具タップ１６を駆動してその動きを管理することを意図して、そして、フェンダ・ドライバ・ボールの場合のように軸６に接続している。

本実施形態において、軸７が固定されるセレクタ・ボール１８は、フェンダ・ドライバ・ボール８とタップ・ドライバ・ボール９との間に位置して、タップを介してフェンダ・ドライバ・ボールによって駆動される。

図８は、タップ・ドライバ・ボール９を有するフェンダ・ドライバ・ボール８、および両方に接続した軸６を示す。

図示するように、フェンダ・ドライバ・ボールおよびタップ・ドライバ・ボールは、それぞれのボールの対応するスリットが重複するように配置される。 これは、封止翼・ホルダ・タップをスリットに挿入することを可能にする。 そしてこれらは、タップ・ドライバ・ボールに達してよい。 対応するスリットが重複するにつれて、これは、保持具タップがスリット内を上下に移動するのを許容する。 そしてそれは、軸６に関してリングドライバ軸７を角度付けることを可能にし、したがって、様々な圧縮度を許容する。

封止翼と横デリミタ翼との間の相対的な回転角度を制御して、封止保持具タップを駆動するために必要な力を提供する間、駆動スリット１１ａ１〜１１ａ２、１１ｂ１〜１１ｂ２によって、封止翼は、リングエレメントとともに上下に移動することができて、前記封止保持具タップとタップ・ドライバ・ボールとの間のいかなる（油をさされる）摩擦も克服することができる。 封止保持具タップは、それらの間にいかなる力も適用せずに、横デリミタ翼のすぐ近くにまたはそれに対して封止翼を保つことを意図する。 これは、リング・ドライバ・ボールがフェンダ・ドライバ・ボールに関して、およびコンプレッサの全回転を通じてどのように角度付けられるかとは独立して達成される。 さらに、封止タップは、封止翼の各ペアに作用する向心力を効果的にキャンセルして、これにより、封止翼と外部エンクロージャとの間のいかなる摩擦も回避する。

図９は、リングエレメントを有する内装品を側面からまっすぐに示す。 図１０は、リングエレメントを有する内装品を側面図よりも僅かに上の角度から示す。 特に図１０には、本実施形態において、リングからリングエレメントのスリットに延びる保持具タップ１２ａ〜１２ｂとともにリングエレメントがどのように設けられるかが、明らかに図示される。

図１〜図６、および図１６、図１７に示すように、別の実施形態では、リングエレメントは、単に一体化されてよく、軸６に直接接続してよい。 そしてその実施形態において、図１６、図１７に示すように、フェンダ・ドライバ・ボールは、基本的に省略されてよく、タップ・ドライバ・ボールとリング・ドライバ・ボール１９との間にトルクを伝達するために、等速ジョイント（例えばＲｚｅｐｐａタイプ・ジョイントまたは例えばダブルユニバーサルジョイント）は、適用されてよい。 そしてその場合、リングエレメントのスリット１０ａ〜１０ｂは、余剰になる。

図は、本発明の一実施形態において、リングエレメントの上面と平行に延びる封止翼３ａ１〜３ａ２がどのようにリングエレメントのスリット内に配置されるかについても、図示する。 リングエレメントのこれらのスリットは、横デリミタ翼に沿った上下方向の動きを封止翼に追従させる。 それらが常に横デリミタ翼の側部に対して整列配置されるように、そして密封を達成するように、フェンダ・ドライバ・ボールのスリットが封止翼の上下方向の動きをどのように許容するかは、図１０に明らかに図示される。

図１１は、デリミタ翼を有し、明確にするため取り除かれるリングエレメントを有する内装品を示す。 封止スリットペアの各スリット間に延びるドライバ・ボールのストリングに沿って配置される各横デリミタ翼については、区切られた翼は、本実施形態において、フェンダ・ドライバ・ボールに気密に取り付けられる。

図１２は、デリミタ翼およびリングエレメントを有する内装品を示す。 再度、リングエレメントおよびデリミタ翼が、フェンダ・ドライバ・ボールおよび図示しない外部エンクロージャと連動して、コンプレッサが回転するにつれてボリュームを増加または減少する８つの区画をどのようにして定めるかが図示される。

図は、封止翼を受け入れるリングエレメントのスリットが、封止翼の基本的に全幅を受け入れるためにどのように十分に深いかについても、図示する。 しかし、駆動スリットは、封止翼をそれらがスリットから延びて、気密シールを達成するように位置決めする。

図１３は、コンプレッサの内装品を囲み、実際のポンプ動作または圧縮作用を実行する（示された実施形態の）８つの最終的な完全に囲まれた区画を達成するコンプレッサ・エンクロージャ１３を示す。 エンクロージャは、流体がそれを通ってコンプレッサへと入り、そしてコンプレッサから出る入口開口１４および出口開口１５を備える。

図１４は、コンプレッサ・エンクロージャおよび内装品の断面図を示す。 ここでは、封止翼・ホルダ・タップを囲む複雑な部分が図示される。 そしてそれは、以下でより徹底的に詳述される。

図１５は、付属の封止保持具タップ１６ｂｄ１〜１６ｂｄ２、１６ａｃ１〜１６ａｃ２を有する封止翼３ａ１〜３ａ２、３ｂ１〜３ｂ２の実施形態を有するリングエレメントを示す。 各封止翼は、コンプレッサの反対側の対応する封止翼に取り付けられる。 そうすると、封止翼３ａ１は、封止保持具タップ１６ａｃ１を用いて、そして反対に位置する封止翼の各ペアのために対応して、封止翼３ｃ１に取り付けられる。

封止翼の各ペア（例えばペア３ａ１〜３ａ２）のために、それぞれの封止保持具タップ１６ａｃ１〜１６ａｃ２は、中心の反対側における封止翼３ｃ１〜３ｃ２のペアの封止保持具タップと平行に延びる。 これは、平行な１対の封止保持具タップが、中心で他の１対の封止保持具タップと交差することを意味した。 しかし、封止保持具タップは、図において、中心の近くで例えばそれぞれ上向きにおよび下向きにオフセットして曲げられる。 中心の近くのこの曲げは、さもなければ発生した交差の課題を除去する。

図１６は、リングエレメント、封止翼、リング・ドライバ・ボール１９およびタップ・ドライバ・ボール２０の第２実施形態を示す。

先の実施形態において、封止翼は、簡単な識別のために加味された。 一方、図１６〜図１７では、封止翼以外の対象物は、省略される。 第２実施形態は、８つのスライダ１７ａ１〜１７ａ２、１７ｂ１〜１７ｂ２、１７ｃ１〜１７ｃ２、１７ｄ１〜１７ｄ２がリング・ドライバ・ボール１９におけるガイド２２ａ〜２２ｄを介して封止保持具タップを導くという点で、および、リング・ドライバ・ボールがリングエレメント２１と一体化され、そしてデリミタ翼が統合されて、軸６に直接接続して、フェンダ・ドライバ・ボールを基本的に除去するという点で、第１実施形態と異なる。 タップ・ドライバ・ボール２０とリング・ドライバ・ボールとの間にトルクを伝達するために、等速ジョイント（例えばＲｚｅｐｐａタイプ・ジョイントまたはダブルユニバーサルタイプ・ジョイント）は、適用されてよい。 そして、Ｒｚｅｐｐａタイプ・ジョイントのボールは、トラック２１内に置かれる。

図１７は、コンプレッサの中心部の実施形態の詳細図を示す。 封止翼と封止保持具タップとの間の交差部の近くで、スライダ１７ａ１〜１７ａ２、１７ｂ１〜１７ｂ２、１７ｃ１〜１７ｃ２、１７ｄ１〜１７ｄ２は、より大きく詳細に示される。 前記スライダは、リング・ドライバ・ボール１９におけるガイド２２ａ〜２２ｄによって制限されてよい。 それにより、封止保持具が、したがって封止翼が、リングエレメント２の平面に基本的に置かれることを確実にして、そして、封止翼とリングエレメント翼２ａ〜２ｄとの間の相対的な局部運動における摩擦を基本的になくす。 前記スライダは、フェンダ・ドライバ・ボールの球状の内部壁に面する基本的に球状の表面を備えている場合、流体および／または潤滑油のシールとして兼用してよい。 そしてその場合、スライダは、それらがコンプレッサの中心の周りを回転するにつれて、リング・ドライバ・ボールの内部壁に沿って移動してよく、そして、横デリミタ翼に関して封止翼がどの位置にあるかという問題に対してそこに整列配置しなくてよい。

再度、これは、リング・ドライバ・ボールの内部壁に対してスライダに基本的に力が適用されないで、摩耗および摩擦を減少することを意味する。 充分な整列配置が達成される場合、潤滑油および／または流体の気密は達成されてよい。 封止保持具タップ上の十分に軽微な負荷を有する応用において、完全に液注油のないコンプレッサの記載された部品を作動することは、可能である。 そして、いかなる必要な注油も、例えばＰＴＦＥのような固体潤滑材料を介して得られてよい。

図１８は、スリットを通ってリングエレメントを貫通する代わりに、封止翼がリングエレメントの周りを包む封止翼の別の実施形態を示す。

図１９は、再びスリットを通ってリングエレメントを貫通する代わりに、図１８よりも小さい程度に封止翼がリングエレメントの周りを包む封止翼のさらに別の実施形態を示す。

本説明において、用語「コンプレッサ」は、一般的な意味として用いられる。 そして、「コンプレッサ」は、コンプレッサ、圧力を増加させるために使用するポンプ、圧力を減少させるために使用するポンプ、または他の任意の類似の機械を意味する。

請求された発明は、例えば、しかしこれに制限されない以下の応用において、液体状の媒体のポンプとして、または気体状の媒体のコンプレッサとして役立ってよい。 燃料加圧（燃料ポンプ）、油加圧（油ポンプ、無段変速機）、空気加圧（産業空気加圧、内燃機関の過給、燃料電池の送気）。