BRPI0516231B1 - Acionador síncrono - Google Patents

Abstract

um rotor de cancelamento de vibração e um acionador síncrono. um rotor de cancelamento de vibração e um acionador síncrono empregando esses rotores são providos onde vibrações de ordem 1,5 no acionador síncrono podem ser reduzidas empregando-se o rotor de cancelamento de vibração sobre um membro giratório do acionador síncrono que gira à metade da velocidade de um outro membro giratório do acionamento. para cancelar vibrações de ordem 1,5, o rotor tem um perfil radial não-circular de três lobos para encaixar a estrutura de acionamento alongada de circuito contínuo do acionador síncrono. para cancelar vibrações de ordem 1,5 e de ordem 3, o rotor tem um perfil não-circular de seis lobos sobreposto ao perfil de três lobos para criar um perfil compósito não-circular para encaixar a estrutura de acionamento alongada de circuito contínuo. a estrutura de acionamento alongada de circuito contínuo pode ser uma corrente ou uma correia dentada.

Description

“ACIONADOR SÍNCRONO” CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se a uma roda dentada ou rotor de cancelamento de vibração em um aparelho de acionamento síncrono e a um acionador síncrono empregando uma tal roda dentada ou rotor. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a uma roda dentada ou rotor para acionamentos síncronos de correntes ou correias, cuja roda dentada ou rotor é modelada para reduzir vibrações da ordem de 1,5, e seus múltiplos, em tais acionamentos síncronos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Sistemas de acionamento síncrono são amplamente usados e, talvez de modo mais comum, são usados em motores de combustão interna para acionar eixos de carnes, eixos intermediários e similares de uma maneira síncrona com o virabrequim do motor.

[0003] Embora esses acionamentos síncronos sejam amplamente empregados, eles sofrem de desvantagens. Em particular, o disparo de cilindros no motor e a operação dos dispositivos operados pelos eixos de carnes etc. acionados pelo acionador síncrono levam a um tipo de vibração mecânica indesejada conhecida como vibração torsional. Vibração torsional pode levar a erros de temporização e altos níveis de ruído mecânico. Em adição à vibração indesejada e ao ruído, a vibração torsional que pode resultar em maior desgaste e menor vida da corrente ou correia do acionador síncrono.

[0004] Quando a freqüência das vibrações torsionais é próxima a uma freqüência natural do acionador síncrono, ocorrerá ressonância do sistema e a vibração torsional estará em um máximo.

[0005] Soluções para os problemas de vibração torsional já foram propostas. Especificamente, o pedido PCT controladora de transporte publicado WO 03/046.413 do inventor da presente invenção e cedido ao cessionário da presente invenção, ensina um acionador síncrono com rodas dentadas não-circulares para correntes ou correias, onde as rodas dentadas ou rotores são modelados de modo que a ressonância no acionador síncrono seja reduzida. Os conteúdos deste pedido são incorporados aqui pela referência.

[0006] Embora a invenção revelada no pedido acima tenha sido verificada como sendo particularmente vantajosa em muitas circunstâncias, ela pode ser menos vantajosa na redução de ressonâncias de algumas ordens das freqüências naturais em acionamentos síncronos. Especificamente, foi determinado que em algumas configurações de motor de combustão interna, como configurações em V6, o ponto de ressonância primária do acionador síncrono é uma ressonância da ordem de 1,5 e, por uma extensão menor e decrescente, múltiplos desta ordem de ressonância, como ressonância de ordem 3. Enquanto a invenção revelada no pedido PCB controladora de transporte citado tenha provado ser eficaz na redução de ressonância de ordem 2 e seus múltiplos, é desejado ser capaz de reduzir a ressonância de ordem 1,5 e seus múltiplos que são mais predominantes em motores V6 e similares.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO / [0007] E um objetivo da presente invenção prover uma roda dentada ou rotor inédito e acionador síncrono que elimina ou mitiga pelo menos um problema da técnica anterior.

[0008] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provido uma roda dentada ou rotor de cancelamento de vibração para girar à metade da velocidade de outro rotor em um acionador síncrono, o rotor compreendendo: um número de dentes ao redor da periferia do rotor, os dentes sendo operáveis para encaixar um membro de interconexão ou estrutura de acionamento sem fim do acionador síncrono, os dentes sendo arranjados em três lóbulos idênticos ao redor da periferia do rotor e onde cada lóbulo tem alguns dentes localizados acima de um perfil de referência radial circular para o rotor e alguns dentes localizados abaixo do perfil de referência radial circular para criar um desejado perfil de três lóbulos não-circular para o rotor, onde a forma do perfil não-circular de três lóbulos é selecionada para produzir um torque corretivo na estrutura de acionamento sem fim do acionador síncrono para reduzir vibrações de ordem 1,5 no acionador síncrono.

[0009] De preferência, o rotor de cancelamento de vibração inclui ainda um perfil não-circular radial de seis lóbulos sobreposto ao perfil radial não-circular de três lóbulos do rotor para produzir um perfil radial compósito não-circular para o rotor, onde a forma do perfil radial não-circular compósito é selecionada para produzir torques corretivos na estrutura de acionamento sem fim do acionador síncrono para reduzir vibrações de ordem 1,5 e 3 no acionador síncrono.

[00010] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é provido um acionador síncrono tendo pelo menos dois elementos rotativos conectados por uma estrutura de acionamento sem fim e onde um dos pelo menos dois elementos gira à metade da velocidade de outro dos pelo menos dois elementos rotativos, o acionamento compreendendo: uma estrutura de acionamento sem fim; um rotor conectado ao um elemento dos pelo menos dois elementos rotativos que gira à metade da velocidade, o rotor operável para encaixar a estrutura de acionamento sem fim para girar o um elemento, o rotor tendo um perfil radial não-circular de três lóbulos que encaixa os meios de interconexão; um rotor conectado ao outro dos pelo menos dois elementos rotativos e sendo operável para encaixar os meios de interconexão para girar o elemento conectado, onde o perfil radial não-circular de três lóbulos do rotor conectado a um elemento é selecionado para produzir um torque corretivo na estrutura de acionamento sem fim do acionador síncrono para reduzir vibrações de ordem 1,5 no acionador síncrono.

[00011] De preferência, se mais de um elemento girar à metade da velocidade de outro elemento no acionamento, então o rotor para cada elemento girando à metade de velocidade tem um perfil radial não-circular de três lóbulos para reduzir vibrações de ordem 1,5 no acionador síncrono.

[00012] Ainda preferivelmente, o perfil não-circular de três lóbulos do rotor é superposto por um segundo perfil adicional tendo seis lóbulos para formar um perfil não-circular compósito para o rotor, o perfil compósito sendo selecionado para produzir torques corretivos na estrutura de acionamento sem fim do acionador síncrono para reduzir vibrações de ordem 1,5 e 3 no acionador síncrono.

[00013] A presente invenção provê um rotor de cancelamento de vibração e um acionador síncrono empregando estes rotores, onde vibrações de ordem 1,5 no acionador síncrono podem ser reduzidas pelo emprego de rotor de cancelamento de vibração sobre um membro rotativo do acionador síncrono que gira à metade da velocidade de outro membro rotativo do acionador. Para cancelar vibrações de ordem 1,5, o rotor tem um perfil radial não-circular de três lóbulos para encaixar a estrutura de acionamento sem fim do acionador síncrono. Para cancelar vibrações de ordem 1,5 e 3, o rotor tem um perfil radial não-circular de sei lóbulos para encaixar a estrutura de acionamento sem fim. A estrutura de acionamento sem fim pode ser uma corrente ou uma correia dentada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00014] Os modos de realização preferidos da presente invenção serão descritos agora, apenas como exemplo, com referência às figuras anexas, nas quais: a Fig. 1 mostra um acionador síncrono de corrente unitária para um motor V6; a Fig. 2 mostra um acionador síncrono de corrente dupla para um motor V6; a Fig. 3 mostra um gráfico de Fourier Waterfall das vibrações torsionais medidas em um eixo de carne de um acionador síncrono da técnica anterior típico de um motor V6; a Fig. 4 mostra o perfil dos dentes de um rotor de acordo com a presente invenção sobreposto ao perfil dos dentes de um soquete convencional; a Fig. 5 mostra o contorno dos perfis dos rotores da Fig. 4 e indicadores dos pontos médios dos seus respectivos dentes; a Fig. 6 mostra o perfil dos dentes de um rotor, de acordo com a presente invenção, com dois perfis não-circulares sobrepostos sobre o perfil dos dentes de um soquete convencional; e a Fig. 7 mostra um gráfico de Fourier Waterfall das vibrações torsionais medidas em um eixo de carne do motor V6 da Fig. 3 quando os rotores de eixo de carne foram substituídos com o rotor da Fig. 6. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[00015] Um acionador síncrono, de acordo com um modo de realização da presente invenção, é indicado geralmente em 20 na Fig. 1. O acionamento 20 inclui um rotor de acionamento 24, que é montado ao virabrequim de um motor de combustão interna, um par de rotores de eixo de carne de entrada 28 e 32, um par de rotores de eixo de carne de escapamento 36 e 40 e um rotor de eixo ocioso 44, todos os quais são interconectados pela corrente de roletes 48.

[00016] Embora, no modo de realização da Fig. 1, o acionador síncrono 20 empregue uma corrente de roletes 48 para interconectar os rotores, será visível para aqueles experientes na técnica que aquele acionamento 20 sem fim poderia, ao invés disso, empregar uma correia dentada ou quaisquer outros meios adequados de interconectar rotores, desde somente que os rotores sejam formados apropriadamente para encaixar a estrutura de acionamento alongada de circuito contínuo. Conseqüentemente, como usado aqui, o termo “roda dentada” ou “rotor” é pretendido para englobar tanto as rodas dentadas quanto os rotores para os acionadores e rodas dentadas ou rotores de corrente para acionamentos de correia dentada. Além disso, no exame a seguir, o termo “dente” é pretendido para englobar tanto os elementos de encaixe de acionamento dos rotores para acionamentos de corrente, quanto as estruturas de encaixe de dente sobre os rotores para correias dentadas.

[00017] A Fig. 1 é pretendida meramente para ser um exemplo ilustrativo de um acionador síncrono de acordo com a presente invenção. Como será visível para aqueles experientes na técnica, é possível uma variedade de outras configurações de acionamentos síncronos suscetíveis a ordens não-inteiras de ressonância e podem ser tratadas pela presente invenção.

[00018] Por exemplo, embora a Fig. 1 mostre uma configuração de um acionador síncrono para um motor V6 empregando uma corrente unitária, a Fig. 2 mostra uma outra configuração de um acionador síncrono de V6 onde duas correntes de roletes são empregadas. Na Fig. 2, os componentes que são semelhantes àqueles da Fig. 1 são identificados com os mesmos números de referência com um “a” anexo.

[00019] Na Fig. 2, o acionador 20a inclui duas correntes 52 e 56, cada uma das quais aciona os rotores de eixo de carne sobre uma respectiva barreira do motor V6 e nenhum rotor ocioso é exigido. Especificamente, a corrente 52 aciona o rotor de eixo de carne de entrada 28a e o rotor de eixo de carne de escapamento 36a enquanto a corrente 56 aciona o rotor de eixo de carne de entrada 32a e o rotor de eixo de carne de escapamento 40a. Cada uma das correntes 52 e 56 é acionada por um respectivo conjunto de dentes sobre um rotor duplo acionado 60, que é montado sobre o virabrequim do motor. Muitas outras configurações do acionador síncrono são possíveis, incluindo acionamentos por etapas etc, e a ressonância de ordem 1,5, e seus múltiplos inteiros, em tais configurações também pode ser tratada pela presente invenção.

[00020] A Fig. 3 mostra um gráfico de Fourier Waterfall das vibrações torsionais medidas em um eixo de carne de um acionador síncrono da técnica anterior típico de um motor V6. Os altos níveis de vibração torsional experimentados na ordem 1,5 de virabrequim e, para uma extensão menor, os pontos de ressonância de ordem 3, são aparentes (nessa Figura, “Velocidade” se refere à velocidade de virabrequim).

[00021] A Fig. 4 mostra o perfil radial não-circular dos dentes de um rotor de trinta e seis dentes 100, mostrado em linha sólida, construído de acordo com a presente invenção. Na figura, o rotor acionado 100 da invenção é sobreposto ao perfil radial circular dos dentes de um rotor de trinta e seis dentes tradicional 104, mostrado em linha tracejada. A Fig. 5 mostra o contorno de perfil radial dos dois rotores da Fig. 4, com linhas radiais mostrando as posições relativas dos pontos médios dos dentes de rotor para cada rotor. O contorno de perfil radial do rotor 100 é mostrado em linha sólida e o contorno de perfil do rotor convencional 104 é mostrado em linha tracejada.

[00022] Como ilustrado nas figuras, o rotor convencional 104 tem um perfil radial circular, enquanto o rotor acionado 100 construído de acordo com a presente invenção tem um perfil radial que é não-circular com três lóbulos repetidos (deve ser notado que, para clareza, a magnitude da não-circularidade do perfil foi exagerada nas figuras). Especificamente, o perfil desse primeiro lóbulo, a partir do dente numerado 1 para o dente numerado 13, é repetido para um segundo lóbulo, do dente numerado 13 para o dente numerado 25, e para um terceiro lóbulo, do dente numerado 25 para o dente numerado 1.

[00023] O perfil do primeiro lóbulo tem um ponto “alto” em cada extremidade (no dente 1 e no dente 13), onde o perfil fica radialmente acima/fora do perfil do rotor convencional circular 104, e tem um ponto “baixo” no seu ponto médio (no dente 7), onde o perfil fica radialmente abaixo/dentro do perfil do rotor convencional circular 104. Cada um dos segundo e terceiro lóbulos repetidos tem os mesmos pontos altos nas localizações correspondentes, especificamente nos dentes 13 e 25 para o segundo lóbulo e nos dentes 25 e 1 para o terceiro lóbulo, e tem o mesmo ponto baixo nas localizações correspondentes, especificamente no dente 13 para o segundo lóbulo e no dente 31 para o terceiro lóbulo.

[00024] O rotor 100 pode ser projetado de acordo com os princípios descritos no pedido PCT publicado mencionado acima e de acordo com o PCT 2005/026583, os conteúdos dos quais são incorporados aqui pela referência. Utilizando-se o rotor 100 em um eixo de carne, o torque corretivo criado pelo perfil não-circular do rotor 100 é aplicado à corrente a uma velocidade metade da velocidade do virabrequim, permitindo, desse modo, que ressonâncias de ordem 1,5 (e múltiplos da mesma) sejam reduzidas.

[00025] No acionador síncrono 20 da Fig. 1 para um motor V6, foi descoberto que substituir pelo menos um dos rotores de eixo de carne 28, 32, 36 ou 40 com um rotor acionado 100 projetado de modo apropriado pode reduzir vibrações torsionais de ordem 1,5 no acionador síncrono 20.

[00026] No acionador síncrono 20a da Fig. 2 para um motor V6, foi descoberto que substituir pelo menos um dos rotores de eixo de carne 28a e 36a e um dos rotores de eixo de carne 32a e 40a pode reduzir as vibrações torsionais de ordem 1,5 no acionador síncrono 20a.

[00027] Entretanto, é adicionalmente preferido que cada rotor de eixo de carne nos acionamentos síncronos 20 e 20a seja substituído com rotores projetados de modo apropriado 100 para obter uma redução adicional nas vibrações torsionais de ordem 1,5 nos respectivos acionamentos síncronos.

[00028] Acredita-se que a aplicação do torque corretivo, que resulta do perfil não-circular do rotor 100, no ponto onde o torque que causa a vibração torsional é produzido, provê a melhor correção e, desse modo, a redução das vibrações torsionais de ordem 1,5. Desse modo, substituir cada rotor convencional com um rotor projetado de modo apropriado 100 de acordo com a presente invenção é preferido.

[00029] Conseqüentemente, no acionador 20 da Fig. 1, cada um dos rotores de eixo de came 28, 32, 36 e 40 é, de preferência, substituído com rotores apropriados 100 e no acionador 20a da Fig. 2, cada um dos rotores de eixo de came 28a, 32a, 36a e 40a é, de preferência, substituído com rotores apropriados 100.

[00030] Como ficará visível para aqueles experientes na técnica, projetando-se o rotor 100 para acionamentos síncronos, onde rotores múltiplos 100 devem ser empregados como rotores de eixo de came, o projeto de cada rotor 100 é realizado para o vão imediatamente anterior a ele. Em outras palavras, em um motor de DOHC como o da Fig. 1, o perfil para o rotor 40 será projetado em vista do vão a partir do virabrequim 24 para o rotor 40, enquanto o perfil para o rotor 32 será projetado em vista do vão a partir do rotor 32 para o rotor 40 e, desse modo, os dois perfis diferirão.

[00031] Também deve ser notado que a presente invenção não está limitada ao uso com motores de DOHC, e a presente invenção também pode ser vantajosamente empregada com motores V6, ou o equivalente, com carnes unitários, seja em configurações de came aéreas ou em configurações de vara de empurrar.

[00032] Embora testes dos motores V6 empregando um ou mais rotores não-circulares projetados de modo apropriado 100 mostrem uma redução significativa nas vibrações torsionais de ordem 1,5, o presente inventor determinou que também é possível reduzir as vibrações a múltiplos de ordem 1,5. Especificamente, as vibrações de ordem 3 podem ser reduzidas junto com as vibrações de ordem 1,5, se o rotor ou rodas dentadas forem projetados para incluir também um segundo perfil apropriado.

[00033] Como mencionado acima, para reduzir a vibração de ordem 1,5 os rotores 100 são projetados com um perfil radial que tem uma forma de lóbulo que é repetida três vezes ao redor da circunferência do rotor 100. A fim de reduzir a vibração de ordem 3, um segundo perfil, tendo uma forma de lóbulo que é repetida seis vezes ao redor da circunferência do rotor 100, também é incluído. Esse segundo perfil de seis lóbulos é sobreposto ao perfil de três lóbulos mencionado acima para obter um perfil compósito. Esse segundo perfil é determinado como examinado no pedido PCT publicado mencionado acima, e serve para criar o torque corretivo para desviar o torque que causa as vibrações de ordem 3.

[00034] Se a diferença excêntrica (a posição ao redor do rotor na qual os pontos alto e baixo dos lóbulos de cada perfil devem ficar localizados) entre os perfis for grande, o perfil compósito resultante pode parecer ter três lóbulos grandes e três menores. Se a diferença excêntrica entre os perfis for pequena, o perfil compósito parecerá ter apenas três lóbulos, embora com uma forma diferente que de um perfil para cancelar uma vibração torsional de ordem unitária. A diferença excêntrica entre os perfis depende das especificações físicas da localização e geometria dos componentes do acionador síncrono.

[00035] A Fig. 6 mostra o perfil dos dentes de um rotor de trinta e seis dentes 108, mostrado em linha sólida, construído de acordo com a presente invenção. Na figura, o rotor 108 da invenção é sobreposto ao perfil dos dentes de um rotor de trinta e seis dentes 104, mostrado em linha tracejada.

[00036] Como pode ser visto, o perfil do rotor 108 tem uma forma de três lóbulos geral com três lóbulos menores, centrados ao redor dos dentes 7, 19, 31, localizados entre os três lóbulos maiores, que ficam centrados sobre os dentes 1, 13 e 25.

[00037] Os lóbulos menores centrados nos dentes 7, 19 e 31 correspondem a três lóbulos do perfil de seis lóbulos para reduzir as vibrações de ordem 3, e o perfil muito diferente de cada um dos lóbulos centrado nos dentes 1, 19 e 31 resulta da adição dos três lóbulos restantes do perfil para reduzir as vibrações de ordem 3 com os três lóbulos do perfil para reduzir as vibrações de ordem 1,5. Especificamente, no perfil compósito dos três lóbulos grandes centrados ao redor dos dentes 1, 13 e 25, os dois dentes adjacentes a cada lado dos dentes 1, 13 e 25, respectivamente (por exemplo, Dentes 11, 12, 14 e 15 ao redor do dente 13 etc), têm um perfil muito diferente daqueles mesmos dentes sobre o rotor 100.

[00038] A Fig. 7 mostra os resultados de empregar rotores 108 no motor V6 testado para a Fig. 3. A redução significativa nas vibrações de ordem 1,5 e de ordem 3 pode claramente ser vista na figura.

[00039] Como será visível para aqueles experientes na técnica, as vibrações a múltiplos mais altos de ordem 1,5, tal como de ordem 4,5, também podem ser reduzidas de uma maneira semelhante se o rotor 108 for grande o suficiente, ou seja, tiver dentes suficientes, de modo que perfis adicionais também possam ser incluídos. Para reduzir as vibrações de ordem 4,5, é exigido um perfil com um lóbulo que é repetido nove vezes para ser sobreposto com os perfis de três lóbulos e de seis lóbulos para formar o perfil não-circular compósito exigido. Na maioria dos motores de combustão interna, os rotores em acionamentos síncronos tipicamente não têm dentes o suficiente para permitir a formação desse conjunto de perfis, mas se esse rotor for grande o suficiente, a presente invenção pode ser empregada com o mesmo para reduzir as variações múltiplas mais altas.

[00040] Os modos de realização da invenção descritos acima são pretendidos para serem exemplos da presente invenção e alterações e modificações podem ser efetuadas nos mesmos, por aqueles experientes na técnica, sem se afastar do escopo da invenção que é definida unicamente pelas reivindicações anexas a este relatório.

REIVINDICAÇÕES

Claims (4)

1. Acionador síncrono (20) tendo um rotor de acionamento (24) e pelo menos um rotor acionado (36, 40) conectado por uma estrutura de acionamento alongada de circuito contínuo (52, 56) e em que o rotor acionado (36, 40) gira a metade da velocidade do rotor de acionamento, o acionador compreendendo: uma estrutura de acionamento alongada de circuito contínuo (52, 56); um primeiro rotor acionado (40) operável para encaixar a estrutura de acionamento alongada e ser girado pela mesma, o rotor acionado (40) tendo um perfil radial não circular de três lóbulos (100); um rotor de acionamento (24, 60) operável para acionar a estrutura de acionamento alongada, em que o perfil radial não-circular de três lóbulos (100) do primeiro rotor acionado é selecionado para produzir um torque corretivo para reduzir as vibrações de ordem 1,5 no acionador síncrono e de um segundo rotor acionador (32) operável para encaixar a estrutura de acionamento alongada, o dito segundo rotor acionado tendo um perfil radial não-circular de três lóbulos selecionado para produzir um torque corretivo para reduzir vibrações de ordem 1,5 no acionador síncrono; o acionador síncrono caracterizado pelo fato de que o segundo rotor acionado (32) tem uma magnitude de excentricidade que é menor do que a magnitude de excentricidade do primeiro rotor acionado (40).

2. Acionador síncrono, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura de acionamento alongada de circuito contínuo (52, 56) é uma corrente.

3. Acionador síncrono, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura de acionamento alongada de circuito contínuo é uma correia dentada.

4. Acionador síncrono, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o perfil não-circular de três lóbulos (108) dos dois rotores são sobrepostos com um segundo perfil adicional, respectivamente, tendo seis lóbulos para formar um perfil não-circular compósito para o rotor, os perfis compósitos sendo selecionados para produzir torques corretivos para reduzir as vibrações de ordem 1,5 e 3 no acionador síncrono.