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CN107002659A - 挠曲装置、线性旋转转换器以及系统 - Google Patents

挠曲装置、线性旋转转换器以及系统 Download PDF

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CN107002659A
CN107002659A CN201580045804.6A CN201580045804A CN107002659A CN 107002659 A CN107002659 A CN 107002659A CN 201580045804 A CN201580045804 A CN 201580045804A CN 107002659 A CN107002659 A CN 107002659A
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CN
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coils
hollow
flexure
flexure structure
discoidal
Prior art date
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Application number
CN201580045804.6A
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English (en)
Inventor
拉塞尔·F·朱厄特
史蒂文·F·普格
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Sencera Energy Inc
Original Assignee
Sencera Energy Inc
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Publication date
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Abstract

下面的描述涉及挠曲结构、包括挠曲结构的装置、包括挠曲结构的系统、使用挠曲结构的方法、使用包括挠曲结构的装置的方法以及使用包括挠曲结构的系统的方法。下面的描述还涉及用于线性运动至旋转运动的转换器的方法、系统以及装置。

Description

挠曲装置、线性旋转转换器以及系统
拉塞尔·F·朱厄特和史蒂文·F·普格
相关申请的交叉引用
本申请要求Russell F.JEWETT和Steven F.PUGH于2014年6月25日提交的题为“FLEXURE APPARATUSES,FLEXURE SYSTEMS,FLEXURE METHODS,LINEAR ROTARYCONVERTERS,AND SYSTEMS WITH LINEAR ROTARY CONVERTERS”的序列号为62/016,766的美国临时专利申请的权益。该序列号为62/016,766的美国临时专利申请的内容出于所有目的通过引用以其整体并入本文。
背景
本发明的一个或多个方面涉及挠曲结构、线性运动至旋转运动的转换器以及包括挠曲结构和/或线性运动至旋转运动的转换器的系统。
各种系统包括并且/或使用诸如用于处理、加工、移动和使用液体和气体(即，流体)的波纹管结构、隔膜以及活塞缸体结构的机构。例如，活塞/缸体结构是通用的，并且可以用于宽范围的压力和温度以在许多类型的应用中操作。这些类型的结构及其应用和使用涵盖在专利和科学文献中。这样的文献的示例为美国专利9,054,139、美国专利8,431,855、美国专利8,133,165、美国专利7,866,953、美国专利7,832,209、美国专利7,556,065、美国专利5,240,385、美国专利4,655,690、美国专利4,457,213、美国专利4,138,973、美国专利3,131,563、美国专利2,920,656，Yunus Cengel和Michael Boles，“Thermodynamics：AnEngineering Approach”，第八版，McGraw-Hill，2014，以及Herbert Callen，“Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics”，第二版，John Wiley&Sons，1985。所有这些参考文献出于所有目的通过引用以其整体并入本文。
本发明人已经认识到需要替代在目前使用诸如波纹管结构、隔膜、活塞/缸体结构的结构的装置和系统中使用这些结构的替代方案。此外，本发明人已经做出一个或多个发现，该一个或多个发现可以克服与将诸如波纹管结构、隔膜和活塞/缸体结构的结构用于一个或多个应用相关的一个或多个缺陷。
概述
本发明的一方面涉及挠曲结构。本发明的另一方面涉及包括挠曲结构的系统。本发明的另一方面涉及使用挠曲结构的方法。本发明的另一方面涉及线性运动至旋转运动的转换器。本发明的另一方面涉及具有线性运动至旋转运动的转换器的系统。本发明的另一方面涉及与挠曲结构组合的线性运动至旋转运动的转换器。本发明的另一方面涉及具有与挠曲结构组合的线性运动至旋转运动的转换器的系统。本发明的另一方面涉及与波纹管结构组合的线性运动至旋转运动的转换器。本发明的另一方面涉及具有与波纹管结构组合的线性运动至旋转运动的转换器的系统。
应理解，本发明并非旨在将其应用限制于在以下描述中所阐述的构造的细节和部件的布置。本发明能够有其它实施方案并且以各种方式被实践或执行。另外，应理解，这里采用的用语和术语是为了描述的目的且不应被认为是限制性的。
附图简述
图1是本发明的实施方案的侧视图。
图2是本发明的实施方案的俯视图。
图3是本发明的实施方案的横截面侧视图。
图4是本发明的实施方案的侧视图。
图5是本发明的实施方案的横截面侧视图。
图6是本发明的实施方案的横截面侧视图。
图7是本发明的实施方案的侧视图。
图7-1是本发明的实施方案的横截面侧视图。
图8是本发明的实施方案的侧视图。
图8-1是本发明的实施方案的横截面侧视图。
图9是本发明的实施方案的局部横截面侧视图。
图9-1是本发明的实施方案的局部横截面侧视图。
图10是本发明的实施方案的局部横截面侧视图。
图10-1是本发明的实施方案的局部横截面侧视图。
图10-2是本发明的实施方案的局部横截面侧视图。
图10-3是本发明的实施方案的局部横截面侧视图。
图10-4是本发明的实施方案的局部横截面侧视图。
图11是本发明的实施方案的局部横截面侧视图。
图12是根据本发明的实施方案的侧视图。
图13是本发明的实施方案的横截面侧视图。
图14是根据本发明的一个实施方案的系统的简图。
本领域技术人员应当理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可以相对于其它元件被放大，以有助于提高对本发明的实施方案的理解。
描述
在下面的对附图的描述中，当指定附图所共有的大体上相同的元件或过程时，已经使用了相同的参考标记。
除非另外规定，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域中的普通技术人员通常理解的相同的含义。在与通过引用并入本文的所提及的出版物、专利申请、专利以及其它参考文献冲突的情况下，本说明书(包括定义)将对其进行控制。
对于以下定义的术语，应以这些定义为准，除非在权利要求中或本说明书中的其它部分给出不同的定义。无论是否明确指出，所有数值在本文中定义为由术语“约”修饰。术语“约”通常是指本领域普通技术人员认为等同于所陈述的值以产生大体上相同的特性、功能、结果等的数值范围。由低值和高值表示的数值范围被定义为包括包含在该数值范围内的所有数值和包含在该数值范围内的所有子范围。作为示例，范围10至15包括但不限于10、10.1、10.47、11、11.75至12.2、12.5、13至13.8、14、14.025以及15。
如本文所使用的术语“水平面”被定义为平行于参考面的平面或表面的平面，而不管其取向如何。术语“垂直””是指垂直于如刚刚定义的水平面的方向。相对于水平平面定义术语，例如“上方”、“下方”、“底部”、“顶部”、“侧面”、“较高”、“较低”、“上部”、“在...之上”以及“在...之下”。术语“在...上”意为元件之间存在直接接触。
本发明的各种实施方案可以单独地或组合地包括任何所描述的特征。从下面的描述中，本公开的其它特征和/或益处将是明显的。
除非另有说明，否则本文所示出和描述的本发明的实施方案中的操作或过程的执行或进行的顺序不是必需的。即，除非另有说明，操作或过程可以以任何顺序被执行，并且本发明的实施方案可以包括比本文所公开的操作或过程更多或更少的操作或过程。例如，可以预期，在另一操作或过程之前、同时或之后执行或进行特定的操作或过程落入本发明的各方面的范围内。
下面将主要在具有类似于波纹管结构的流体处理特性的一类挠曲结构的背景下讨论本发明的实施方案。换言之，这些挠曲结构可以提供气体或液体密封、可以提供流体的容纳、可以沿其轴线延伸或收缩并且可以与波纹管结构大体上一样地作用于流体或被流体作用。
挠曲结构
本发明的一个或多个方面涉及挠曲结构、包括挠曲结构的装置、包括挠曲结构的系统、使用包括挠曲结构的装置的方法、使用包括挠曲结构的系统的方法，以及设计挠曲结构的方法。
许多系统和装置包括和/或使用例如波纹管结构、隔膜、活塞/缸体结构的机构且用于处理和使用流体。这些类型的机构对于各种应用而言可以具有各种优点和缺点。活塞/缸体结构具有通常需要润滑或一些其它机构来减少活塞和缸体壁之间的摩擦和磨损量的缺点。通常，波纹管结构和隔膜不需要润滑，但是它们不适合于一些应用所需的高压差操作。对于高压操作(例如，在典型的热循环发动机或流体循环制冷系统中发现的那些)，对于高强度和/或柔性的材料，典型的波纹管结构和隔膜承受可能超过其弹性应变极限的应力。超过弹性应变极限可导致波纹管结构和隔膜的塑性变形和失效。
本发明的一个或多个实施方案涉及一种能够承受挠曲结构的内部和外部之间的大的压力差的挠曲结构。更具体地，根据本发明的一个或多个实施方案，挠曲结构不需要活塞/缸体结构所需的润滑，并且不经受由于在差压下操作而导致的塑性变形，而这对于使用活塞/缸体结构的发动机和流体循环制冷系统的操作而言是常见的情况。
现在参考图1，在图1中示出了根据本发明的一个实施方案的挠曲结构35的侧视图。挠曲结构35包括多个中空盘状盘旋件50。中空盘状盘旋件50中的每一个具有弯曲的周边52。换言之，中空盘状盘旋件50的外部边缘是弯曲的。中空盘状盘旋件50具有侧面54，侧面54具有至少大体上平坦的区段。中空盘状盘旋件50的侧面54具有孔56(在图1中未示出孔56)。多个中空盘状盘旋件50被堆叠成大体上如同它们围绕轴线对齐一样。相邻的中空盘状盘旋件50邻近侧面54的内半径或在侧面54的内半径处接合。换言之，多个中空盘状盘旋件在孔56的边缘处或孔56的边缘附近接合。作为替代方案，本发明的一个或多个实施方案可以被设计成，使得挠曲结构的盘旋件在侧面的外半径处或侧面的外半径附近或在侧面54的内半径和外半径之间的任何位置处接合。更一般地，盘旋件被接合以便形成不透流体的密封。
现在参考图2，在图2中示出了根据本发明的一个实施方案的挠曲结构35的俯视图，该挠曲结构与图1中描述的挠曲结构大体上相同。挠曲结构35的俯视图大体上是中空盘状结构50的一个侧面。更具体地，图2示出了中空盘状盘旋件50的侧面54和在俯视图中可见的中空盘状盘旋件的周边52的一部分。中空盘状盘旋件50的侧面54具有孔56。
现在参考图3，在图3中示出了根据本发明的一个实施方案的挠曲结构35的横截面侧视图。挠曲结构35包括多个中空盘状盘旋件50。中空盘状盘旋件50中的每一个具有弯曲的周边52；换言之，中空盘状盘旋件50的外部边缘是弯曲的。中空盘状盘旋件50具有侧面54，侧面54具有至少一个大体上平坦的区段。中空盘状盘旋件50的侧面54具有孔56。多个中空盘状盘旋件50被堆叠成大体上如同它们同心地对齐一样。相邻的中空盘状盘旋件50邻近侧面54的内半径或在侧面54的内半径处具有连接部58。换言之，多个中空盘状盘旋件在孔56的边缘处或孔56的边缘附近具有连接部58。
连接部58可以是以下连接部，例如但不限于通过焊接形成的连接部、通过粘合剂形成的连接部、通过熔合形成的连接部或其组合。可选地，连接部58可以是通过在中空盘状盘旋件的构造的材料的大体上连续的部分中形成弯曲部而形成的连接部。根据本发明的一个或多个实施方案，相邻的中空盘状盘旋件布置成使得侧面54可以在其用于延伸和/或收缩挠曲结构35的运动的至少一部分期间进行接触。换言之，当挠曲结构35被松弛、延伸和/或压缩时，连接部58可以存在，同时还具有与中空盘状盘旋件50的相邻的侧面54接触的侧面54的一部分。根据本发明的另一个实施方案，当挠曲结构35被松弛、延伸和/或压缩时，挠曲结构35在中空盘状盘旋件50的相邻的侧面54之间具有至少部分的接触。
现在参考图4，在图4中示出了根据本发明的一个实施方案的挠曲结构37的侧视图。挠曲结构37包括多个中空盘状盘旋件50。中空盘状盘旋件50中的每一个具有弯曲的周边52；换言之，中空盘状盘旋件50的外部边缘是弯曲的。中空盘状盘旋件50具有侧面54，侧面54具有至少一个大体上平坦的区段。中空盘状盘旋件50的侧面54具有孔56。多个中空盘状盘旋件50被堆叠成大体上如同它们同心地对齐一样。相邻的中空盘状盘旋件50邻近侧面的内半径或在侧面的内半径处接合。换言之，多个中空盘状盘旋件在孔56的边缘处或孔56的边缘附近接合。挠曲结构37还包括端部件59。
根据本发明的一个或多个实施方案，端部件59大体上是刚性的，并且在多个中空盘状盘旋件50的端部处邻近侧面54的内半径或在该内半径处在中空盘状盘旋件50中的一个的侧面54处接合。端部件59可以使用连接部接合到侧面54，连接部例如但不限于通过焊接形成的连接部、通过粘合剂形成的连接部、通过熔合形成的连接部及其组合。作为本发明的一个或多个实施方案的选择，端部件59可以成形为可具有一个或多个孔或不具有一个或多个孔的板，诸如金属板，或者端部件59可以成形为大体上连续的环。端部件59具有使得其不会由于挠曲结构的操作条件而显著变形的尺寸。对于本发明的一个或多个实施方案，端部件59由相容于与中空盘状盘旋件的材料接合的材料制成，并且任选地，可以是相同的材料。可以用于端部件59的一些材料的示例包括但不限于金属、金属合金、钢、不锈钢、钛、聚合物、复合材料、用于挠曲结构的材料及其组合。
现在参考图5，在图5中示出了与在图4中示出的挠曲结构大体上相同的挠曲结构37的横截面侧视图。根据在图5中示出的本发明的实施方案，端部件59构造成大体上连续的环。使用用于端部件59的环构型可以允许流体通过端部件59进入或离开多个中空盘状盘旋件。
现在参考图6，在图6中示出了与在图5中示出的挠曲结构大体上相同的挠曲结构37的横截面侧视图，除了第二端部件59附接至多个中空盘状盘旋件50的另一端。更具体地，第二端部件59附接至多个盘状盘旋件的侧面54。第二端部件59可以使用连接部接合到侧面54，接合部例如但不限于通过焊接形成的连接部、通过粘合剂形成的连接部、通过熔合形成的连接部及其组合。根据在图6中示出的本发明的实施方案，每个端部件59都构造成大体上连续的环。使用用于端部件59的环构型可以允许流体通过端部件59进入或离开多个中空盘状盘旋件。
对于本发明的一个或多个实施方案，中空盘状盘旋件的周边的曲率可以变化。根据本发明的一个实施方案，周边的曲率对应于部分圆(例如，半圆或圆的较小部分)的曲率。根据本发明的一个实施方案，周边的曲率对应于部分椭圆(例如，半椭圆或椭圆的较小部分)的曲率。根据本发明的一个实施方案，周边的曲率对应于部分抛物线(例如，抛物线的闭合端)的曲率。
中空盘状盘旋件的周边的最佳曲率可以取决于例如，挠曲结构的构造的材料、挠曲结构的使用的温度范围、挠曲结构的使用的压力范围等因素。鉴于本公开，本领域普通技术人员将能够使用常规的优化技术推导出适合于根据本发明的实施方案的挠曲结构的曲率。
现在参考图7和图7-1，在图7中示出了用于挠曲结构40的壁的侧视图，且在图7-1中示出了用于挠曲结构40的壁的横截面侧视图。挠曲结构40包括多个中空盘状盘旋件50。中空盘状盘旋件50的周边52是弯曲的。中空盘状盘旋件50具有侧面54，侧面54包括大体上平坦的部分，该大体上平坦的部分与邻近侧面的内半径的内部弯曲部分58连接以使相邻的中空盘状盘旋件50接合。根据本发明的一个或多个实施方案，该多个中空盘状盘旋件50被堆叠。挠曲结构40还包括围绕每一个中空盘状盘旋件50的每一个内部弯曲部分58紧密地设置的约束环(图7和图7-1中未示出约束环)。
现在参考图8，在图8中示出了与在图7中示出的挠曲结构40基本上相同的挠曲结构41的侧视图，除了进一步包括围绕每一个中空盘状盘旋件50的每一个内部弯曲部分58紧密地设置的约束环62。图8-1示出了挠曲结构41的横截面侧视图。
根据本发明的一个或多个实施方案，内部弯曲部分58的尺寸是挠曲结构所需的最大长度变化和最小长度变化之间的差的函数。根据本发明的一个或多个实施方案，中空盘状盘旋件50的尺寸是挠曲结构的操作压力范围和/或操作温度范围的函数。
根据本发明的一个或多个实施方案，约束环62具有阻碍挠曲结构在挠曲结构的内部弯曲部分58处膨胀的尺寸和拉伸强度。更具体地，约束环62构造并放置成便于大体上阻碍或阻止挠曲结构的径向塑性变形。各种材料可以被用于约束环62。可以用于约束环62的一些材料的示例包括但不限于金属、金属合金、钢、不锈钢、钛、聚合物、复合材料、用于挠曲结构的材料及其组合。
应注意，在图1至图8-1中示出的挠曲结构仅仅是示例性的。本发明的一个或多个实施方案可以使用四个以上的中空盘状盘旋件或可以使用四个以下的中空盘状盘旋件用于挠曲结构。
根据本发明的实施方案，例如但不限于上文针对图1至图8-1所示出和描述的实施方案的挠曲结构可使用各种技术来制造。诸如用于制造常规波纹管结构的那些制造技术(例如但不限于，液压成形、铸造、金属电镀、焊接、注塑成型、熔融、化学沉淀、熔合、化学粘合、三维印刷及其组合)的制造技术可以用于制造根据本发明的挠曲结构的一个或多个实施方案。
各种材料可以用于制造根据本发明的一个或多个实施方案的挠曲结构。根据本发明的一个或多个实施方案，挠曲结构可以包括例如但不限于塑料或聚合物片材、橡胶片材、金属片材的材料。根据本发明的一个或多个实施方案，多个中空盘状盘旋件由金属片材或金属合金片材形成。根据本发明的一个或多个实施方案，多个中空盘状盘旋件包括钢或不锈钢。根据本发明的一个或多个实施方案，多个中空盘状盘旋件包括钛合金。根据本发明的一个或多个实施方案，多个中空盘状盘旋件包括铝、铜、铬、钴、铱、镁、钼、镍、锇、铑、钌、钽、锌、金属合金或其组合。
计算机建模结果
已经开发了本发明的一个或多个实施方案的计算机模型。使用一个或多个软件程序(例如，由MA 02451，沃尔瑟姆市，175Wyman街，达索系统索利德沃克斯公司(DassaultSystems SolidWorks Corporation)制作的SolidWorks)完成软件建模。应理解，计算机建模可以使用SolidWorks之外的软件程序完成。SolidWorks程序的一些细节可以在可从达索系统索利德沃克斯公司得到的“An Introduction to Stress Analysis Applicationswith Solid Works Simulation,Student Guide”中找到。这些模型用于计算根据本发明的一个或多个实施方案的挠曲结构的屈服强度。对于本发明的一个或多个实施方案，通过有限元分析对挠曲结构建模来确定用于一个或多个构型的适当的挠曲几何形状。
为根据本发明的实施方案的挠曲结构，例如图6中所示的挠曲结构37创建模型。更具体地，对挠曲结构所经受的应力进行有限元分析，以确定挠曲结构的应力分布。建模程序为SolidWorks，且挠曲结构材料选择为不锈钢。为挠曲结构的截面的计算机模型图像生成静态冯·米塞斯(von Mises)分布。挠曲结构的应力分布是针对沿着挠曲结构的轴向长度具有45个大气压的内部压力和+6毫米的延伸的挠曲结构导出的。用于计算机建模的挠曲结构可以在超过其松弛长度的-2.5％至+15％的范围内挠曲，而不超过用于建模的不锈钢的屈服极限，同时保持45个大气压的差压(即，挠曲件内的压力和挠曲件外的压力之间的差)。用于建模的不锈钢的屈服强度为931兆帕。由模型得到的挠曲结构的最大应力为757兆帕，这远低于不锈钢的屈服应力。
执行如图6中所示的挠曲结构的另外的计算机建模。模型显示挠曲结构可以按比例放大以用于超过350个大气压而不超过不锈钢的屈服强度的压差。
现在参考图9和图9-1，其中示出了作为根据本发明的一个实施方案的挠曲结构41的截面的计算机模型图像生成的静态冯·米塞斯分布。挠曲结构41被建模为具有827兆帕的屈服强度的材料。图9模拟了在其未延伸时，换言之，处于松弛状态下的挠曲结构41。图9-1示出了作为当其处于延伸状态下时的挠曲结构41的截面的计算机模型图像生成的静态冯·米塞斯分布。挠曲结构41的设计和尺寸被导出，使得挠曲结构41的机械压缩和膨胀可以在高的差压下维持，而不超过挠曲结构的屈服强度。图9和图9-1示出了在内部压力为4.5MPa的挠曲结构41的机械循环的松弛状态和延伸状态下的挠曲件中的应力。
本发明的另一方面包括获得挠曲结构设计的方法。根据本发明的一个或多个实施方案，该方法包括指定构造材料及其屈服强度数据；指定用于材料的多个中空盘状盘旋件的设计参数。中空盘状盘旋件的周边是弯曲的。中空盘状盘旋件的侧面大体上是平坦的且具有孔。相邻的中空盘状盘旋件邻近侧面的内半径或在侧面的内半径处接合。该方法还包括迭代地调节设计参数中一个或多个，直到用于多个中空盘状盘旋件的应力分布的所有值都小于构造材料的屈服应力。根据本发明的一个或多个实施方案，使用软件建模程序(例如但不限于有限元分析软件程序)来执行该方法。
根据本发明的一个或多个实施方案，该方法包括指定初始构造材料并获取该材料的屈服应力数据。该方法还包括指定用于材料的多个中空盘状盘旋件的初始形状、初始大小，和/或初始尺寸。中空盘状盘旋件的周边是弯曲的。中空盘状盘旋件的侧面具有至少大体上平坦的区段，并且中空盘状盘旋件的侧面具有孔。相邻的中空盘状盘旋件邻近侧面的内半径或在侧面的内半径处接合。该方法还包括指定用于挠曲结构的一个或多个操作条件。可以使用的操作条件的示例包括但不限于温度、压力、压力差、环境或暴露气体成分及其组合。该方法还包括为材料的多个中空盘状盘旋件指定至少一个性能参数。可以使用的性能参数的示例可以包括但不限于与松弛状态相比的延伸量，与松弛状态相比的压缩量，可用的差压差范围，及其组合。该方法还包括使用下列输入中的一项或多项获得用于多个中空盘状盘旋件的应力分布：初始指定的构造材料；用于多个中空盘状盘旋件的初始指定形状、初始大小和/或初始尺寸；指定的操作条件；和/或指定的至少一个性能参数。该方法包括确定应力分布的所有值是否小于初始指定材料的屈服应力，如果是，则使用初始指定的构造材料；用于多个中空盘状盘旋件的初始指定形状、初始大小和/或初始尺寸作为挠曲结构设计。如果应力分布的所有值不小于初始指定材料的屈服应力，则该方法还包括迭代地调节输入(例如但不限于，指定的构造材料；用于多个中空盘状盘旋件的指定的形状、大小和/或尺寸；指定的操作条件；以及指定的至少一个性能参数)中的一项或多项，直到多个中空盘状盘旋件的应力分布的所有值都小于构造材料的屈服应力，然后使用提供所有值都小于屈服应力的应力分布的构造材料；用于多个中空盘状盘旋件的形状、大小和/或尺寸作为挠曲结构设计。
根据本发明的一个或多个实施方案的挠曲结构在升高的差压下操作期间具有低于挠曲结构的构造材料的屈服强度的应力分布。对于本发明的一个或多个实施方案，挠曲结构在升高的差压下操作期间具有低于挠曲结构的构造材料的屈服强度的其应力分布的每个值。对于本发明的一个或多个实施方案，挠曲结构具有针对挠曲结构的预定操作条件的其应力分布的每个值，该应力分布的每个值低于挠曲结构的在挠曲结构的所有点处的构造材料的屈服强度。对于本发明的一个或多个实施方案，挠曲结构在操作期间具有在挠曲结构的构造材料的屈服强度的1％至99％之间以及所有值、范围及其包含的子范围的其应力分布的每个值。对于本发明的一个或多个实施方案，挠曲结构在操作期间具有低于挠曲结构的构造材料的屈服强度的冯·米塞斯应力分布。
本发明的另一方面包括置换流体体积的方法。根据本发明的一个实施方案，该方法包括提供一个或多个中空盘状盘旋件。中空盘状盘旋件的周边是弯曲的。中空盘状盘旋件的侧面大体上是平坦的且具有孔。相邻的中空盘状盘盘旋件在侧面的边缘附近或在侧面的边缘处接合，或者可以使它们的侧面的部分与相邻的侧面接触。作为选择，该方法可以使用与上面对图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9以及图9-1中描述的那些挠曲结构大体上相同的挠曲结构。该方法还包括循环地增加或减小一个或多个中空盘状盘旋件的体积。
本发明的另一个实施方案包括线性致动器。该线性致动器包括一个或多个中空盘状盘旋件。中空盘状盘旋件的周边是弯曲的。中空盘状盘旋件的侧面具有孔。当存在多个中空盘状盘旋件时，它们可以同轴地堆叠，例如轴向地对准。相邻的中空盘状盘旋件在侧面处接合或者使其侧面的部分与相邻的侧面接触，由此施加到中空盘状盘旋件的内部的压力差产生大体上沿着中空盘状盘旋件的轴线的运动。
本发明的另一方面涉及包括如在本公开中教导的挠曲结构的系统。本发明的一个实施方案是包括挠曲结构，例如上文所述并在图1至图6中示出的挠曲结构的流体泵。根据本发明的一个或多个实施方案，挠曲结构代替标准技术流体泵的一个或多个活塞/缸体结构、波纹管结构或隔膜。
本发明的一个实施方案是包括挠曲结构，例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中示出的挠曲结构的流体泵。
本发明的一个实施方案是包括挠曲结构，例如上文所述并在图1至6图、图7、图7-1、图8、图8-1、图9以及图9-1中示出的挠曲结构的流体分配器。
本发明的一个实施方案是包括挠曲结构，例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9以及图9-1中示出的挠曲结构的流体流动控制器。该流体流动控制器还包括用于测量流体的压力的压力传感器和用于测量流体的温度的温度传感器。
本发明的一个实施方案是包括挠曲结构，例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9以及图9-1中示出的挠曲结构的内燃发动机。根据本发明的一个实施方案，例如通过内部燃烧过程在波纹管中产生压差产生线性运动。
本发明的一个实施方案是包括挠曲结构，例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9以及图9-1中示出的挠曲结构的热力发动机。根据本发明的一个实施方案，交替地加热和冷却气体使得挠曲结构膨胀或收缩以产生线性运动。
本发明的一个实施方案是包括挠曲结构，例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9以及图9-1中示出的挠曲结构的热力发动机。根据本发明的一个实施方案，该热力发动机还包括使用布雷顿循环(Brayton cycle)、兰金循环(Rankine cycle)或斯特林循环(Stirling cycle)将热能转换成机械能以实现能量转换的部件。
本发明的一个实施方案是包括挠曲结构，例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9以及图9-1中示出的挠曲结构的热力泵。根据本发明的一个实施方案，该热力泵还包括通过在布雷顿循环、兰金循环或斯特林循环中施加机械能来实现负载的加热或冷却的部件。
本发明的一个实施方案是包括挠曲结构，例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9以及图9-1中示出的挠曲结构的热力泵。根据本发明的一个实施方案，该热力泵还包括通过在气体循环或气体/液体循环中施加机械能来实现负载的加热或冷却的部件。本发明的一个或多个实施方案包括热力泵，在该热力泵中，挠曲结构，例如上面所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中的那些挠曲结构用于替换在常规热力泵中使用的波纹管、隔膜、活塞/缸体结构。
本发明的一个实施方案是包括挠曲结构，例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9以及图9-1中示出的挠曲结构的真空泵。根据本发明的一个实施方案，该真空泵还包括通过将机械能施加到挠曲结构实现将流体从室排出的部件。本发明的一个或多个实施方案包括真空泵，在该真空泵中，挠曲结构，例如上面所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中的那些挠曲结构用于替换在常规真空泵中使用的波纹管、隔膜、活塞/缸体结构。
本发明的另一个实施方案包括使用挠曲结构(例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中示出的挠曲结构)与燃料/氧化剂混合物(例如，汽油和空气)，以从在类似4-循环内燃活塞式发动机的点火期间释放的能量获得动力。本发明的一个或多个实施方案包括4-循环内燃发动机，在该4-循环内燃发动机中，挠曲结构，例如上面所述并在图1至6图、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中的那些挠曲结构用于替换在常规4-循环内燃发动机中使用的活塞/缸体结构。
本发明的另一个实施方案包括使用挠曲结构(例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中示出的挠曲结构)与燃料/氧化剂混合物(例如，汽油和空气)，以从在类似2-循环内燃活塞式发动机的点火期间释放的能量获得动力。本发明的一个或多个实施方案包括2-循环内燃发动机，在该2-循环内燃发动机中，挠曲结构，例如上面所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中的那些挠曲结构用于替换在常规2-循环内燃发动机中使用的活塞/缸体结构。
本发明的另一个实施方案包括使用挠曲结构(例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中示出的挠曲结构)与燃料/氧化剂混合物(例如，柴油燃料和空气)，以从在类似柴油内燃活塞式发动机的点火期间释放的能量获得动力。本发明的一个或多个实施方案包括柴油内燃活塞式发动机，在该柴油内燃活塞式发动机中，挠曲结构，例如上面所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中的那些挠曲结构用于替换在常规柴油内燃活塞式发动机中使用的活塞/缸体结构。
本发明的另一个实施方案包括使用挠曲结构(例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中示出的挠曲结构)与热源(燃料/氧化剂混合物，太阳或其它可用的外部热源)，以使用大体上布雷顿循环从到冷却槽的热传递中获得动力。本发明的一个或多个实施方案包括使用布雷顿循环的系统，在该系统中，挠曲结构，例如上面所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中的那些挠曲结构用于替换在常规布雷顿循环系统中使用的波纹管结构、隔膜和/或活塞/缸体结构。
本发明的另一个实施方案包括使用挠曲结构(例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中示出的挠曲结构)与热源(燃料/氧化剂混合物，太阳或可用的外部热源)，以使用大体上斯特林循环从到冷却槽的热传递中获得动力。本发明的一个或多个实施方案包括使用斯特林循环的系统，在该系统中，挠曲结构，例如上面所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中的那些挠曲结构用于替换在常规斯特林循环系统中使用的波纹管结构、隔膜和/或活塞/缸体结构。
本发明的另一个实施方案包括使用挠曲结构(例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中示出的挠曲结构)与热源(燃料/氧化剂混合物，太阳或可用的外部热源)，以使用大体上兰金循环从到冷却槽的热传递中获得动力。本发明的一个或多个实施方案包括使用兰金循环的系统，在该系统中，挠曲结构，例如上面所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中的那些挠曲结构用于替换在常规兰金循环系统中使用的波纹管结构、隔膜和/或活塞/缸体结构。
本发明的另一个实施方案包括使用挠曲结构(例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中示出的挠曲结构)与热源(燃料/氧化剂混合物，太阳或可用的外部热源)，以使用气体循环或气体/液体循环(包括相变)从到冷却槽的热传递中获得动力。
本发明的另一个实施方案包括使用挠曲结构(例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中示出的挠曲结构)与旋转动力源，以使用兰金循环将热量从冷源泵送到暖槽。
本发明的另一个实施方案包括使用挠曲结构(例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中示出的挠曲结构)与旋转动力源，以使用斯特林循环将热量从冷源泵送到暖槽。
本发明的另一个实施方案包括使用挠曲结构(例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1图、图8、图8-1、图9和图9-1中示出的挠曲结构)与旋转动力源，以使用布雷顿循环将热量从冷源泵送到暖槽。
本发明的另一个实施方案包括使用挠曲结构(例如上文所述并在图1至图6、图7、图7-1、图8、图8-1、图9和图9-1中示出的挠曲结构)与旋转动力源，以使用气体循环或气体/液体循环将热量从冷源泵送到暖槽。
关于系统和/或系统的操作(例如，流体泵、流体分配器、流体流动控制器、真空泵、线性致动器、内燃发动机、热力泵、制冷、气体循环、气体/液体循环、布雷顿循环、兰金循环和/或斯特林循环)的另外的背景信息可以在科学和专利文献中找到。包含相关背景信息的参考文献的示例包括Yunus Cengel and Michael Boles，“Thermodynamics:AnEngineering Approach”，第八版，McGraw-Hill，2014，和Herbert Callen，“Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics”，第二版，John Wiley&Sons，1985。所有这些参考文献出于所有目的通过引用以其整体并入本文。
线性-旋转运动的转换
本发明的另一方面涉及一种装置，该装置从挠曲结构的膨胀和收缩产生旋转运动和/或使用旋转运动将挠曲结构膨胀和收缩。
现在参考图10，在图10中示出了根据本发明的一个或多个实施方案的线性旋转转换器100的简图。线性旋转转换器100包括至少一个挠曲结构130(例如，上面所描述的挠曲结构的实施方案中的任一个)、具有开口142的第一端口板140、章动平台150以及通过开口142与章动平台150连接的章动联接器160。该至少一个挠曲结构130联接在第一端口板140和章动平台150之间。图10中示出的实施方案还包括章动轴152。章动轴152的第一端邻近章动平台150的中心连接；章动轴152的第二端与章动联接器160连接。
根据本发明的一个或多个实施方案，第一端口板140大体上是刚性的，并且具有例如通过焊接、钎焊、铜焊、螺栓连接、粘合剂附接、夹持或其它附接方法或附接机构附接挠曲结构130的一端其以便形成大体上不透流体的密封的区域。任选地，不透流体的密封可以通过使用O形环、垫圈或其它密封装置实现。任选地，该至少一个挠曲结构130可以包括用于将至少一个挠曲结构130附接至第一端口板140的端部件，例如上面所描述的那些。根据本发明的一个或多个实施方案，第一端口板140包括设置成允许流体进入和/或离开至少一个挠曲结构130的内部的一个或多个端口。任选地，第一端口板140具有设置成允许流体进入至少一个挠曲结构130的内部的一个或多个端口，并且具有设置成允许流体离开至少一个挠曲结构130的内部的一个或多个端口。
根据本发明的一个或多个实施方案，章动平台150的至少一部分具有大体上平坦的表面且章动平台150是大体上刚性的。任选地，章动平台150可以以板的形式成形；任选地，该板可以是圆形的或具有一些其它形状。任选地，章动平台150可以是在大体上平坦的表面之间具有开口区域的框架。该大体上平坦的表面包括可以例如通过焊接、钎焊、铜焊、螺栓连接、粘合剂附接、夹持或其它附接方法或附接机构附接附接至少一个挠曲结构130的一端以便形成大体上不透流体的密封的区域。任选地，不透流体的密封可以通过使用O形环、垫圈或其它密封装置实现。任选地，至少一个挠曲结构130可以包括用于将至少一个挠曲结构130附接至章动平台150的端部件，例如上面所描述的那些。
挠曲结构130附接在第一端口板140和章动平台150之间防止了章动平台150的旋转，同时适应章动平台150在操作期间的章动振荡。
根据本发明的一个或多个实施方案，章动联接器160包括具有钻孔165的驱动轴162和保持在钻孔165中的旋转组件168，钻孔165轴向偏离驱动轴162的轴线，旋转组件168布置成使得章动轴152的第二端通过旋转接头168以一定的偏轴角度与驱动轴162的一端连接。任选地，旋转组件168可包括轴承、滚珠轴承或其它类型的旋转机构。根据本发明的一个实施方案，偏轴角度为1度至30度。根据本发明的一个实施方案，偏轴角度为2度至10度。根据本发明的一个实施方案，偏轴角度为4度。
可选地，在本发明的一个或多个实施方案中可以使用其它类型的章动联接器。作为示例，章动联接器，例如用于实现摇摆板和/或旋转斜板的章动的那些章动联接器可以直接用于或被修改用于本发明的一个或多个实施方案中。
图10示出了包括一个挠曲结构130的本发明的实施方案。应理解，本发明的其它实施方案可以包括一个以上的挠曲结构130，例如，围绕章动联接器设置的两个或更多个挠曲结构，例如在图10-1中示出的。
现在参考图10-2，在图10-2中示出了根据本发明的一个或多个实施方案的系统112。图10-2以与发动机、马达或发电机176联接的部分线性旋转转换器的横截面侧视图示出了系统112，该部分线性旋转转换器与上述线性旋转转换器100大体上相同。图10-2中所示的线性旋转转换器110包括联接在第一端口板140和章动平台150之间的两个或更多个挠曲结构130。线性旋转转换器100的驱动轴162与发动机、马达或发电机176联接。更具体地，根据本发明的一个或多个实施方案，驱动轴162可以联接到发动机或联接到马达或联接到发电机。线性旋转转换器100与发动机、马达或发电机176之间的联接被实现以便允许驱动轴162旋转。图10-2示出了设置成使得由于章动布置而使章动平台150倾斜的驱动轴162。章动平台150的倾斜使得挠曲结构130根据其位置而延伸或压缩。
作为系统112的一个实施方案的选择，作用在章动平台150上的挠曲结构130的膨胀和收缩可以用于通过章动联接器160产生驱动轴162的旋转。挠曲结构130的膨胀和收缩可以通过例如但不限于内部燃烧过程、加热气体和冷却气体的循环施加，和/或气体的循环加热和冷却的过程来实现。驱动轴162的旋转可以在驱动轴162与发电机连接时用于发电或用于需要旋转运动或旋转驱动的其它应用。
作为系统112的一个实施方案的另一个选择，挠曲结构130借助于来自章动平台150的动作实现的膨胀和收缩可以在驱动轴162与发动机或电马达176联接时通过章动联接器160的旋转来产生。驱动轴162借助于发动机或电马达176的旋转可以通过例如但不限于内部燃烧过程、电功率、和/或由发动机或电马达176提供或提供给发动机或电马达176的其它动力源的过程来实现。挠曲结构130的膨胀和收缩可以在用于例如但不限于泵送流体、操作基于流体的制冷循环、压缩气体、排出流体和计量流体的构型中使用。
系统(例如系统112)的可选的实施方案包括但不限于：包括如上所述的线性旋转转换器的流体泵。包括如上所述的线性旋转转换器的流体计量器。包括如上所述的线性旋转转换器的流体分配器。包括如上所述的线性旋转转换器的流体流动控制器。包括如上所述的线性旋转转换器的内燃发动机。包括如上所述的线性旋转转换器的热力发动机。包括如上所述的线性旋转转换器的热力泵。包括如上所述的线性旋转转换器的真空泵。
现在参考图10-3，在图10-3中示出了与在图10和图10-1中示出的线性旋转转换器大体上相同的线性旋转转换器100的简图，除了具有代替图10和图10-1中所示的章动平台和章动联接器的修改的章动平台和修改的章动联接器。更具体地，图10-3示出了具有章动联接器170的线性旋转转换器100，章动联接器170包括具有轴向钻孔的大体上刚性的壳体171。驱动轴162设置成穿过钻孔并且由具有接纳驱动轴162的偏轴轴向钻孔的旋转联接器178保持。任选地，第二旋转联接器179可以围绕旋转联接器178设置。章动联接器170构造成使得驱动轴162的旋转引起章动平台150章动进而引起挠曲结构130的压缩和膨胀。类似地，挠曲结构130的压缩和膨胀引起章动平台150和章动联接器170使驱动轴162旋转。
现在参考图10-4，在图10-4中示出了与在图10-2中示出的系统大体上相同的系统112的简图，除了具有代替图10-2中所示的章动平台和章动联接器的修改的章动平台和修改的章动联接器。更具体地，图10-4示出了具有章动联接器170的系统112，章动联接器170包括具有轴向钻孔的大体上刚性的壳体171。驱动轴162设置成穿过钻孔并且由具有接纳驱动轴162的偏轴轴向钻孔的旋转联接器178保持。任选地，第二旋转联接器179可以围绕旋转联接器178设置。章动联接器170构造成使得驱动轴162的旋转引起章动平台150章动进而引起挠曲结构130的压缩和膨胀。类似地，挠曲结构130的压缩和膨胀引起章动平台150和章动联接器170使驱动轴162旋转。
现在参考图11，在图11中示出了根据本发明的一个或多个实施方案的线性旋转转换器110的横截面侧视简图。线性旋转转换器110包括至少一个挠曲结构130(例如，上面所描述的挠曲结构的实施方案中的任一个)、具有开口142的第一端口板140、章动平台150以及通过开口142与章动平台150连接的章动联接器160。至少一个挠曲结构130联接在第一端口板140和章动平台150之间。图11中示出的实施方案还包括章动轴152。章动轴152的第一端邻近章动平台150的中心连接；章动轴152的第二端与章动联接器160连接。旋转转换器110与图10中所示的旋转转换器100基本上相同，但是还包括第二端口板180、至少一个二级挠曲结构185和一个或多个端口板连接器190。一个或多个端口板连接器190大体上是刚性的，并且被设置成将第二端口板180保持为与第一端口板140相对，以便使章动平台150处于其间。至少一个二级挠曲结构185连接在章动平台150和第二端口板180之间。
根据本发明的一个或多个实施方案，第二端口板180与上面所描述的第一端口板140基本上相同，除了第二端口板180不需要针对第一端口板140所描述的中心孔142，尽管中心孔可以作为选项存在。至少一个二级挠曲结构185与上面所描述的挠曲结构130基本上相同。二级挠曲结构185连接在章动平台150和第二端口板180之间，使得二级挠曲结构185的端部在一端上具有对章动平台150的不透流体的密封，并且在另一端上具有对第二端口板180的不透流体的密封。至少一个二级挠曲结构185的连接可以按照以上针对上文的至少一个挠曲结构130的连接所描述的来实现。
根据本发明的一个或多个实施方案，第二端口板180包括设置成允许流体进入和/或离开至少一个二级挠曲结构185的内部的一个或多个端口。任选地，第二端口板180具有设置成允许流体进入至少一个二级挠曲结构185的内部的一个或多个端口，并且具有设置成允许流体离开至少一个二级挠曲结构185的内部的一个或多个端口。
现在参考图12，在图12中示出了根据本发明的一个或多个实施方案的系统115。图12以与发动机、马达或发电机联接的部分线性旋转转换器的横截面侧视图示出了系统115，该部分线性旋转转换器与上述线性旋转转换器110大体上相同。线性旋转转换器110的驱动轴162与发动机、马达或发电机196联接。更具体地，根据本发明的一个或多个实施方案，驱动轴162可以联接到发动机、联接到马达或联接到发电机。线性旋转转换器110与发动机、马达或发电机196之间的联接被实现以便能够使驱动轴162旋转。图12示出了设置成使得由于章动布置而使章动平台150倾斜的驱动轴162。章动平台150的倾斜导致挠曲结构185和130根据其位置而延伸或压缩。
作为系统115的一个或多个实施方案的选择，作用在章动平台150上的挠曲结构185和130的膨胀和收缩可以用于通过章动联接器160产生驱动轴162的旋转。挠曲结构185和130的膨胀和收缩可以通过例如但不限于内部燃烧过程、加热气体和冷却气体的循环施加和/或气体的循环加热和冷却的过程来实现。驱动轴162的旋转可以用于在与发电机连接时发电或用于需要旋转运动或旋转驱动的其它应用。
作为系统115的一个或多个实施方案的另一个选择，挠曲结构185和130借助于来自章动平台150的动作的膨胀和收缩可以在驱动轴162与发动机或电马达196联接时由驱动轴162的借助于章动联接器160的旋转来产生。驱动轴162借助于发动机或电马达196的旋转可以通过例如但不限于内部燃烧过程、电功率、和/或由发动机或电马达196提供或提供给发动机或电马达196的其它动力源的过程来实现。挠曲结构185和130的膨胀和收缩可以在用于例如但不限于泵送流体、操作基于流体的制冷循环、压缩气体、排出流体和计量流体的构型中使用。
本发明的可选的实施方案包括但不限于：包括如上所述的线性旋转转换器的流体泵。包括如上所述的线性旋转转换器的流体计量器。包括如上所述的线性旋转转换器的流体分配器。包括如上所述的线性旋转转换器的流体流动控制器。包括如上所述的线性旋转转换器的内燃发动机。包括如上所述的线性旋转转换器的热力发动机。包括如上所述的线性旋转转换器的热力泵。包括如上所述的线性旋转转换器的真空泵。
本发明的另一个实施方案包括一种方法，该方法包括提供例如上文所述并在图1至图6、图8、图8-1、图9以及图9-1中的挠曲结构中的任一个的挠曲结构。该方法还包括向挠曲结构的内部提供流体，并且在挠曲结构的内部和外部之间循环地产生超过200kPa(2巴)的压差，以便使挠曲结构伸长，而不超过挠曲结构的屈服强度，并减小挠曲结构内的压力，使得挠曲结构收缩。该方法还可以包括使用挠曲结构的膨胀和收缩运动来产生旋转运动。任选地，该方法可以包括使用挠曲结构的膨胀和收缩运动来致动章动平台或摇摆板以产生旋转运动。
本发明的另一个实施方案包括一种方法，该方法包括提供挠曲结构(例如，上面描述并且在图1至图6、图8、图8-1、图9以及图9-1中示出的挠曲结构)、向挠曲结构的内部提供流体、以及使用旋转运动来压缩挠曲结构以便在挠曲结构的内部和外部之间产生超过200kPa(2巴)而不超过挠曲结构的屈服强度的差压。该方法还可以包括在较高压力下将流体排出挠曲结构。任选地，该方法可以包括使用旋转运动以通过使用章动平台或摇摆板致动挠曲结构来压缩挠曲结构。
本发明的另一个实施方案包括挠曲结构，例如，上文所述并在图1至图6、图8、图8-1、图9以及图9-1中示出的挠曲结构，该挠曲结构包括至少部分地包围一定体积的侧壁。侧壁成形为使得在该体积的内部和外部之间具有超过200kPa(2巴)的差压的情况下操作。该体积随时间是可变化的，以便与流体或气体相互作用。
本发明的一个或多个实施方案包括挠曲结构，该挠曲结构包括材料的多个中空盘状盘旋件。中空盘状盘旋件具有周边和通过该周边接合的两个相对地设置的侧面。中空盘状盘旋件的周边具有曲率，并且中空盘状盘旋件的侧面的一部分是大体上平坦的区域。中空盘状盘旋件的侧面具有由内半径界定的孔。相邻的中空盘状盘旋件邻近孔的边缘或在该边缘处被接合以便形成不透流体的密封。在相邻的中空盘状盘旋件之间的平坦区域是接触的。
根据本发明的另外的实施方案，中空盘状盘旋件的侧面的厚度、材料的屈服强度和/或中空盘状盘旋件的侧面的平坦区域的尺寸对阻碍或阻止多个中空盘状盘旋件因操作压力差而径向塑性变形是有效的，操作压力差例如但不限于，基于流体的制冷循环的操作压力差、基于流体的热力发动机的操作压力差、流体泵操作压力差、流体压缩机，流体流量计操作压力差，内燃发动机操作压力差、四-冲程汽油发动机操作压力差，二-冲程汽油发动机操作压力差以及柴油发动机操作压力差。
根据本发明的另外的实施方案，中空盘状盘旋件的侧面的厚度、材料的屈服强度和/或中空盘状盘旋件的侧面的平坦区域的尺寸对阻止多个中空圆盘状盘旋件因大于或等于200kPa(2巴)的操作压力差而径向塑性变形是有效的。
本发明的一个或多个实施方案包括大体上如上所述的线性旋转转换器，除了用波纹管结构(例如，市售波纹管)代替上述挠曲结构。根据一个实施方案，线性旋转转换器包括至少一个波纹管和第一端口板，该第一端口板大体上是刚性的，第一端口板具有开口。线性旋转转换器还包括章动平台和章动联接器，章动平台具有大体上平坦的表面，章动平台大体上是刚性的，章动联接器通过开口与章动平台连接。至少一个波纹管联接在基座和大体上如上面对于本发明的挠曲结构的实施方案所述的章动平台之间。任选地，线性旋转转换器还可包括第二端口板、一个或多个端口板连接器和至少一个二级波纹管，一个或多个端口板连接器大体上是刚性的，一个或多个端口板连接器设置成保持第二端口板与第一端口板相对，章动平台位于其间。至少一个第二波纹管连接在章动平台和第二端口板之间。
现在参考图13，在图13中示出了根据本发明的一个或多个实施方案的线性旋转转换器210的横截面侧视图。线性旋转转换器210与图11所示的线性旋转转换器110大体上相同，除了线性旋转转换器210具有代替至少一个挠曲结构130的至少一个波纹管215并且具有代替至少一个二级挠曲结构185的至少一个二级波纹管220。
各种材料可以用于制造根据本发明的一个或多个实施方案的线性旋转转换器。根据本发明的一个或多个实施方案，线性旋转转换器包括钢或不锈钢。根据本发明的一个或多个实施方案，线性旋转转换器包括钛或钛合金。根据本发明的一个或多个实施方案，线性旋转转换器包括铝、铜、铬、钴、铱、镁、钼、镍、锇、铑、钌、钽、锌、金属合金或其组合。
现在参考图14，图14示出了根据本发明的一个或多个实施方案的系统300的简图。系统300包括挠曲结构310(例如，上面所述并在图1至图6、图8、图8-1、图9以及图9-1中示出的挠曲结构中的任一个)和/或线性旋转转换器320(例如，上面所述并在图10、图10-1、图10-2、图10-3、图10-4、图11、图12以及图13中示出的线性旋转转换器中的任一个)。系统300的特征还在于，该系统是用于基于流体的制冷循环、基于流体的热力发动机、流体泵、流体压缩机、流体流量计、内燃发动机、四-冲程汽油发动机、二-冲程汽油发动机、柴油发动机或发电机的部件，或该系统具有这些部件。
在前述说明书中，已经参考具体实施方案描述了本发明；然而，本领域普通技术人员应理解，在不脱离如以下权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，说明书被认为是说明性的意义而非限制性的意义，并且所有这样的修改旨在包括在本发明的范围内。
上文已经关于特定实施方案描述了益处、其它优点和问题的解决方案；然而，可能导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更加显着的益处、优点、问题的解决方案以及任何元素不应被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征或元素。
如本文所使用的，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“其中的至少一个(atleast one of)”或它们的任何其它变体旨在涵盖非排它性包含。例如，包括一组元素的过程、方法、物品或装置不一定仅限于这些元素，而是可以包括未明确列出的或这些过程、方法、物品或装置所固有的其它元素。此外，除非明确地相反指出，否则“或(or)”是指包括性的或而非排它性的或。例如，条件A或B通过以下任一种来满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)、A为假(或不存在)且B为真(或存在)以及A和B均为真(或存在)。

Claims (58)

1.一种挠曲结构，包括：
多个中空盘状盘旋件，所述中空盘状盘旋件的周边是弯曲的，所述中空盘状盘旋件的侧面大体上是平坦的，所述中空盘状盘旋件的所述侧面具有孔，相邻的中空盘状盘旋件被接合。
2.一种挠曲结构，包括：
材料的多个中空盘状盘旋件，所述中空盘状盘旋件的周边是弯曲的，所述中空盘状盘旋件的侧面大体上是平坦的，所述中空盘状盘旋件的所述侧面具有孔，相邻的中空盘状盘旋件邻近所述侧面的内半径或在所述侧面的内半径处接合。
3.一种挠曲结构，包括：
材料的多个中空盘状盘旋件，所述中空盘状盘旋件包括周边和通过所述周边接合的两个相对设置的侧面，所述中空盘状盘旋件的所述周边具有曲率，所述中空盘状盘旋件的所述侧面包括大体上平坦的区域，所述中空盘状盘旋件的所述侧面具有由内半径界定的孔，相邻的中空盘状盘旋件邻近所述孔的边缘或在所述孔的边缘处被接合以形成不透流体的密封，当所述挠曲结构延伸时，在相邻的中空盘状盘旋件之间的所述平坦的区域至少部分地接触。
4.根据权利要求2所述的挠曲结构，还包括端部件，所述端部件大体上是刚性的并且在所述多个中空盘状盘旋件的端部处邻近所述侧面中的一个的内半径或在所述侧面中的一个的内半径处接合在所述中空盘状盘旋件的所述侧面处。
5.根据权利要求2所述的挠曲结构，其中所述中空盘状盘旋件的所述周边是部分圆形、部分椭圆形或部分抛物线形的。
6.根据权利要求2所述的挠曲结构，其中相邻的中空盘状盘旋件具有侧面，所述侧面能够在运动周期的一部分期间在相邻的中空盘状盘旋件的侧面的一部分上接触。
7.根据权利要求2所述的挠曲结构，其中所述多个中空盘状盘旋件包括塑料或聚合物片材。
8.根据权利要求2所述的挠曲结构，其中所述多个中空盘状盘旋件包括橡胶片材。
9.根据权利要求2所述的挠曲结构，其中所述多个中空盘状盘旋件包括金属片材。
10.根据权利要求2所述的挠曲结构，其中所述多个中空盘状盘旋件由金属片材或金属合金片材形成。
11.根据权利要求2所述的挠曲结构，其中所述多个中空盘状盘旋件包括不锈钢。
12.根据权利要求2所述的挠曲结构，其中所述多个中空盘状盘旋件包括钛合金。
13.根据权利要求2所述的挠曲结构，其中所述多个中空盘状盘旋件包括铝、铜、铬、钴、铱、镁、钼、镍、锇、铑、钌、钽、锌或其组合。
14.根据权利要求2所述的挠曲结构，还包括端部件，所述端部件大体上是刚性的并且在所述多个中空盘状盘旋件的端部处邻近所述侧面中的一个的内半径或在所述侧面中的一个的内半径处接合在所述中空盘状盘旋件的所述侧面处，其中所述端部件中的每一个成形为连续的环。
15.根据权利要求2所述的挠曲结构，其中所述一对端部件中的一个成形为连续的环且所述一对端部件中的另一个成形为板，并且被附接以形成所述挠曲结构的相对的端部。
16.一种挠曲结构，包括：
多个中空盘状盘旋件，所述中空盘状盘旋件的周边是弯曲的，所述中空盘状盘旋件的侧面具有大体上平坦的部分，所述大体上平坦的部分连接邻近所述侧面的内半径的内部弯曲部分以接合相邻的中空盘状盘旋件；以及
约束环，其围绕所述中空盘状盘旋件中的每一个的所述内部弯曲部分中的每一个紧密地设置。
17.根据权利要求16所述的挠曲结构，其中所述尺寸阻碍所述挠曲结构在所述内部弯曲部分处膨胀。
18.根据权利要求16所述的挠曲结构，其中所述约束环具有阻碍所述挠曲结构在所述内部弯曲部分处膨胀的拉伸强度。
19.一种流体泵，包括根据权利要求1至17中任一项所述的挠曲结构。
20.一种流体计量器，包括根据权利要求1至17中任一项所述的挠曲结构。
21.一种流体分配器，包括根据权利要求1至17中任一项所述的挠曲结构。
22.一种流体流动控制器，包括根据权利要求1至17中任一项所述的挠曲结构、用于测量流体的压力的压力传感器和用于测量流体的温度的温度传感器。
23.一种内燃发动机，包括根据权利要求1至17中任一项所述的挠曲结构，其中，压力差在所述挠曲结构中的生成产生线性运动。
24.一种热力发动机，包括根据权利要求1至17中任一项所述的挠曲结构，其中交替地加热和冷却气体促使所述挠曲结构膨胀或收缩以产生线性运动。
25.一种热力发动机，包括根据权利要求1至17中任一项所述的挠曲结构，和使用布雷顿循环、兰金循环或斯特林循环将热能转换成机械能来实现能量转换的部件。
26.一种热力泵，包括根据权利要求1至17中任一项所述的挠曲结构，和通过在布雷顿循环、兰金循环或斯特林循环中施加机械能来实现对负载的加热或冷却的部件。
27.一种热力泵，包括根据权利要求1至17中任一项所述的挠曲结构，和通过在气体循环或气体/液体循环中施加机械能来实现对负载的加热或冷却的部件。
28.一种真空泵，包括根据权利要求1至17中任一项所述的挠曲结构，和通过向所述挠曲结构施加机械能来实现将流体排出室的部件。
29.一种系统，包括：
至少一个根据权利要求1至17中任一项所述的挠曲结构；
第一端口板，所述第一端口板大体上是刚性的，所述第一端口板具有孔；
章动平台，所述章动平台具有大体上平坦的表面，所述章动平台大体上是刚性的；
章动联接器，其通过所述孔与所述章动平台连接；并且
所述至少一个挠曲结构联接在所述基座第一端口板和所述章动平台之间。
30.根据权利要求29所述的系统，其中所述至少一个挠曲结构包括围绕所述章动联接器设置的两个或更多个挠曲结构。
31.根据权利要求29所述的系统，其中所述第一端口板具有设置成允许流体进入或离开所述至少一个挠曲结构的内部的一个或多个端口。
32.根据权利要求29所述的系统，其中所述第一端口板具有设置成允许流体进入所述挠曲结构的内部的一个或多个端口，并且具有设置成允许流体离开所述挠曲结构的内部的一个或多个端口。
33.根据权利要求29所述的系统，其中所述章动联接器包括章动轴、驱动轴和旋转接头，所述章动轴具有邻近所述章动平台的中心连接的第一端，所述旋转接头布置成使得所述章动轴的第二端通过所述旋转接头以一定的偏轴角度与所述驱动轴的一端连接。
34.根据权利要求33所述的系统，其中所述偏轴角度为1度到30度。
35.根据权利要求33所述的系统，其中所述偏轴角度为2度到10度。
36.根据权利要求33所述的系统，其中所述偏轴角度为4度。
37.根据权利要求29所述的系统，还包括第二端口板、一个或多个端口板连接器和至少一个二级挠曲结构，所述一个或多个端口板连接器大体上是刚性的，所述一个或多个端口板连接器设置成使所述第二端口板与所述第一端口板保持相对，所述章动平台位于所述第一端口板和所述第二端口板之间；所述至少一个二级挠曲结构连接在所述章动平台和所述第二端口板之间。
38.根据权利要求33所述的系统，还包括连接至所述驱动轴的发动机、马达或发电机。
39.一种流体泵，包括根据权利要求29所述的系统。
40.一种流体计量器，包括根据权利要求29所述的系统。
41.一种流体分配器，包括根据权利要求29所述的系统。
42.一种流体流动控制器，包括根据权利要求29所述的系统。
43.一种内燃发动机，包括根据权利要求29所述的系统。
44.一种热力发动机，包括根据权利要求29所述的系统。
45.一种热力泵，包括根据权利要求29所述的系统。
46.一种真空泵，包括根据权利要求29所述的系统。
47.一种线性致动器，包括：
多个中空盘状盘旋件，所述中空盘状盘旋件的周边是弯曲的，所述中空盘状盘旋件的侧面大体上是平坦的，所述中空盘状盘旋件的所述侧面具有孔，所述多个中空盘状盘旋件被同轴地堆叠，相邻的中空盘状盘旋件在所述侧面处接合或者使其侧面的一部分接触，由此施加到所述中空盘状盘旋件的内部的压力差产生大体上沿着所述中空盘状盘旋件的轴线的运动。
48.一种置换流体体积的方法，所述方法包括：
提供一个或多个中空盘状盘旋件，所述中空盘状盘旋件的周边是弯曲的，所述中空盘状盘旋件的侧面大体上是平坦的，所述中空盘状盘旋件的所述侧面具有孔，所述多个中空盘状盘旋件是堆叠的，相邻的中空盘状盘旋件在所述侧面的边缘附近或在所述侧面的边缘处被接合，或使所述侧面的一部分接触；以及
循环地增加或减小所述一个或多个中空盘状盘旋件的体积。
49.一种方法，包括：
提供挠曲结构；
向所述挠曲结构的内部提供流体；
在所述挠曲结构的内部和外部之间循环地产生超过200kPa(2巴)的差压，以便使所述挠曲结构伸长而不超过所述挠曲结构的屈服强度，并减小所述挠曲结构内的压力，使得所述挠曲结构收缩。
50.根据权利要求49所述的方法，还包括使用所述挠曲结构的膨胀和收缩运动来产生旋转运动。
51.根据权利要求49所述的方法，还包括使用所述挠曲结构的膨胀和收缩运动来致动章动平台或摇摆板以产生旋转运动。
52.一种方法，包括：
提供挠曲结构；
向所述挠曲结构的内部提供流体；以及
使用旋转运动来压缩所述挠曲结构，以便在所述挠曲结构的内部和外部之间产生超过200kPa(2巴)的差压，而不超过所述挠曲结构的屈服强度。
53.根据权利要求52所述的方法，还包括在较高压力下将流体从所述挠曲结构排出。
54.根据权利要求52所述的方法，其中使用旋转运动来压缩所述挠曲结构包括使用章动平台或摇摆板。
55.一种挠曲结构，包括至少部分地包围一定体积的侧壁，所述侧壁成形为在所述体积的内部和外部之间的超过200kPa(2巴)的压差的情况下操作，所述体积随时间是可变化的，以便与流体或气体相互作用。
56.一种获得挠曲结构设计的方法，所述方法包括：
指定初始构造材料并获取所述材料的屈服应力数据；
指定用于所述材料的多个中空盘状盘旋件的初始形状、初始大小和/或初始尺寸，所述中空盘状盘旋件的周边是弯曲的，所述中空盘状盘旋件的侧面具有大体上平坦的区段，所述中空盘状盘旋件的所述侧面具有孔，相邻的中空盘状盘旋件邻近所述侧面的内半径或在所述侧面的内半径处接合；
指定用于所述挠曲结构的一个或多个操作条件；
指定用于所述材料的所述多个中空盘状盘旋件的至少一个性能参数；
使用下列输入中的一项或多项获得用于所述多个中空盘状盘旋件的应力分布：
初始指定的构造材料；
用于所述多个中空盘状盘旋件的初始指定的形状、初始大小和/或初始尺寸；
指定的操作条件；和/或
指定的至少一个性能参数；并且
如果所述应力分布的所有值都小于初始指定材料的屈服应力，则使用：所述初始指定的构造材料；用于所述多个中空盘状盘旋件的所述初始指定的形状、所述初始大小和/或所述初始尺寸作为所述挠曲结构设计；
如果所述应力分布的所有值不小于所述初始指定材料的屈服应力，则迭代地调节下列输入中的一项或多项：
指定的构造材料；
用于所述多个中空盘状盘旋件的指定的形状、大小和/或尺寸；
指定的操作条件；和
指定的至少一个性能参数，
直到用于所述多个中空盘状盘旋件的所述应力分布的所有值都小于所述构造材料的屈服应力，然后使用下列项作为所述挠曲结构设计：所述构造材料；提供所有值都小于屈服应力的应力分布的用于所述多个中空盘状盘旋件的形状、大小和/或尺寸。
57.在组合中：
至少一个波纹管；
第一端口板，所述第一端口板大体上是刚性的，所述基座具有开口；
章动平台，所述章动平台具有大体上平坦的表面，所述章动平台大体上是刚性的；
章动联接器，其通过所述开口与所述章动平台连接；并且
所述至少一个波纹管联接在所述基座和所述章动平台之间。
58.根据权利要求57所述的组合，还包括第二端口板、一个或多个端口板连接器和至少一个二级波纹管，所述一个或多个端口板连接器大体上是刚性的，所述一个或多个端口板连接器设置成使所述第二端口板与所述第一端口板保持相对，所述章动平台位于所述第一端口板和所述第二端口板之间；所述至少一个第二波纹管连接在所述章动平台和所述第二端口板之间。
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