ES2606170T3 - Rotor de motor rotativo - Google Patents

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ES2606170T3 ES11157738.3T ES11157738T ES2606170T3 ES 2606170 T3 ES2606170 T3 ES 2606170T3 ES 11157738 T ES11157738 T ES 11157738T ES 2606170 T3 ES2606170 T3 ES 2606170T3
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Christopher John Biddulph
Jonathan Mark BAGNELL
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Abstract

Un rotor de motor rotativo que comprende: un cuerpo de una sola pieza (12) que comprende: una superficie exterior (18) que comprende tres lados de rotor (20) dispuestos generalmente en forma de triángulo equilátero; y una superficie interior (22) que comprende: una parte (24) de ubicación respectiva proporcionada generalmente en el punto medio de cada lado (20) de rotor, definiendo las partes de ubicación conjuntamente, al menos en parte, una abertura (26) de ubicación y estando una parte de ubicación provista de un agujero ciego (28) que generalmente se extiende radialmente desde la superficie interior del cuerpo, parcialmente, hacia la superficie exterior (18) del cuerpo; y un canal (30) de refrigeración provisto axialmente a través del cuerpo en la zona de cada vértice; una pieza de inserción (14) proporcionada en la abertura (26) de ubicación y que comprende una parte de apoyo (38) y un engranaje de indexación (50), estando la parte de apoyo provista de un casquillo (40) de fijación que generalmente se extiende radialmente a través de la pieza de inserción y proporcionado en alineación con el agujero ciego; y un elemento (16) de fijación alargado y rígido proporcionado a través del casquillo (40) de fijación y recibido al menos parcialmente en el agujero ciego para acoplar, de ese modo, la pieza de inserción al cuerpo.

Description

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DESCRIPCION
Rotor de motor rotativo
La presente invention se refiere a un rotor de motor rotativo.
Los motores rotativos de combustion interna son bien conocidos y, normalmente, comprenden un piston rotativo o un rotor montado de forma rotatoria dentro de una cavidad en un alojamiento o estator. El rotor y las paredes de la cavidad estan conformados de manera que las camaras de combustion se forman a medida que gira el rotor, estando las paredes de la cavidad, ademas, provistas de orificios de admision y escape de aire y gases de escape, respectivamente. Los motores Wankel son una forma particular de motores rotativos de combustion interna en los que el estator esta provisto de una perforation epitrocoide bilobulada que forma la cavidad y comprende, ademas, placas de extremo que forman paredes terminales de cierre de la cavidad separadas axialmente. El rotor esta provisto de un cuerpo que comprende una superficie exterior que comprende tres lados de rotor, generalmente, en forma de section triangular equilatero con lados curvados hacia el exterior. El rotor se monta en una munequilla excentrica de un arbol principal y encaja para girar de manera planetaria dentro de la cavidad en un tercio de la rotation del arbol principal. El engranado del rotor, normalmente, se proporciona a traves de una pieza de insertion que se recibe dentro de una abertura de ubicacion proporcionada por una superficie interior del cuerpo. La pieza de insercion comprende una parte de apoyo y un engranaje de indexation, estando el engranaje de indexation dispuesto para ensamblarse con un engranaje fijo sostenido por una de las placas de extremo del motor. El ensamblado del engranaje de indexacion con el engranaje fijo limita la rotacion del rotor a un tercio del arbol principal. Se requiere que la pieza de insercion este firmemente asegurada al cuerpo del rotor con el fin de evitar la rotacion o el movimiento axial de la pieza de insercion con respecto al cuerpo de rotor. Esto puede permitir la operation prolongada del rotor a altas velocidades de rotacion, tales como cuando se emplean dentro de motores rotativos, los que se pueden usar en barcos, automoviles, aviones, motores estacionarios o, por ejemplo, en compresores. El acoplamiento de la pieza de insercion con el cuerpo tampoco debe interferir de manera perjudicial con la operacion de trabajo de las camaras formadas por el rotor rotativo y la cavidad. El documento N.° US 4.772.189 describe un rotor refrigerado por aire que comprende un cuerpo de rotor y una pieza de insercion sujetos entre si de manera rlgida.
Con el fin de evitar la rotacion y el movimiento axial de la pieza de insercion respecto al cuerpo de rotor, se proporcionan vlas de paso de extension radial, una a lo largo de cada lado de rotor. Cada via de paso recibe un elemento de fijacion alargado y rlgido que comprende un pasador y comprende una primera parte de paso proporcionada en la pieza de insercion, y una segunda parte de paso proporcionada en el cuerpo de rotor. Cada pasador esta en ajuste forzado con cada una de las partes de paso y tiene una cabeza que se recibe en un avellanado plano de la segunda parte de paso adyacente al perfil exterior del rotor. La cabeza del pasador se suelda al cuerpo de rotor para proporcionar un sello sustancialmente estanco a los gases. El exceso de material del material de cabeza y soldadura se retira posteriormente de manera que el resto del material de cabeza y soldadura este a ras con el perfil exterior del rotor.
El documento N.° US 4898.522 describe un rotor de motor rotativo con canales de refrigeration y nervaduras refrigerantes.
De acuerdo con la presente invencion, se proporciona un rotor de motor rotativo que comprende: un cuerpo de una sola pieza que comprende:
una superficie exterior que comprende tres lados de rotor dispuestos, generalmente, en forma de triangulo equilatero; y
una superficie interior que comprende: una parte de ubicacion respectiva proporcionada, generalmente, en el punto medio de cada lado de rotor, definiendo conjuntamente las partes de ubicacion al menos en parte una abertura de ubicacion y estando una parte de ubicacion provista de un agujero ciego que generalmente se extiende radialmente desde la superficie interior del cuerpo, parcialmente hacia la superficie exterior del cuerpo; y un canal de refrigeracion proporcionado axialmente a traves del cuerpo en la zona de cada vertice;
una pieza de insercion proporcionada en la abertura de ubicacion que comprende una parte de apoyo y un engranaje de indexacion, estando la parte de apoyo provista de un casquillo de fijacion que generalmente se extiende radialmente a traves de la pieza de insercion y proporcionado en alineacion con el agujero ciego; y un elemento de fijacion alargado y rlgido proporcionado a traves del casquillo de fijacion y recibido al menos parcialmente en el agujero ciego para acoplar, de ese modo, la pieza de insercion al cuerpo.
Mediante la disposition del agujero ciego, el casquillo de fijacion y el elemento de fijacion para extenderse hacia el exterior, desde una position interna, se puede evitar la alteration de la superficie exterior del cuerpo del rotor y, de este modo, se reduce el riesgo de formation de una trayectoria de fuga de gas entre la superficie exterior y la superficie interior del cuerpo de rotor. Una ventaja adicional de esta disposicion es que se puede reducir la creation de "puntos calientes" en la superficie exterior. El agrietado de soldadura por calor de la superficie exterior tambien se
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puede evitar, ya que no requiere soldadura en dicha superficie exterior. Tampoco hay limitacion en la forma o el perfil de la superficie exterior, puesto que el agujero ciego no interfiere con ella.
Preferentemente, cada lado de rotor de la superficie exterior del cuerpo esta provisto de un rebaje de camara de combustion formado en la superficie exterior y extendiendose parcialmente hacia la superficie interior y el agujero ciego, esta dispuesto, ademas, para extenderse desde la superficie interior del cuerpo parcialmente hacia el rebaje de camara de combustion respectivo. El rebaje esta dispuesto para formar una camara de combustion entre el lado de rotor y una cavidad proporcionada por un estator externo dentro del cual esta dispuesto el rotor para ser alojado durante el uso. Dado que el agujero ciego se extiende solo parcialmente hacia la camara de combustion, el casquillo y el elemento de fijacion no interfieren con el rebaje de camara de combustion. Esto puede proporcionar flexibilidad en la ubicacion del rebaje en el lado de rotor.
Preferentemente, el agujero ciego se extiende desde la superficie interior del cuerpo, parcialmente hacia la superficie exterior del cuerpo, generalmente, dentro de una zona situada entre el rebaje de camara de combustion y el canal de refrigeracion respectivos. Esto puede permitir que la longitud del elemento de fijacion y, por consiguiente, la fuerza del acoplamiento se maximice mientras se garantiza que el agujero ciego, el casquillo de fijacion y el elemento de fijacion no interfieran con el rebaje de camara de combustion.
Preferentemente, dicho un elemento de fijacion alargado y rlgido, un agujero ciego y un casquillo de fijacion se proporcionan en cada lado del cuerpo de rotor, estando cada elemento de fijacion recibido en un agujero ciego y un casquillo de fijacion respectivos en posiciones correspondientes a lo largo de las partes de ubicacion del cuerpo de rotor. Esto puede mejorar el ensamblado entre el cuerpo y la pieza de insercion mientras se conserva el equilibrio del rotor y permite una rotacion estable a altas velocidades de rotacion.
Preferentemente, cada parte de ubicacion tiene una forma parcialmente circular y las partes de ubicacion definen conjuntamente una abertura de ubicacion de seccion sustancialmente circular. Esto permite que la abertura de ubicacion reciba una pieza de insercion de forma sustancialmente circular y, ademas, pueda mejorar adicionalmente el equilibrio del rotor, permitiendo una rotacion estable a altas velocidades de rotacion.
Preferentemente, cada canal de refrigeracion se proporciona entre un par de partes de ubicacion respectivo, formando los canales de refrigeracion y la pieza de insercion conjuntamente conductos de refrigeracion. Los conductos de refrigeracion permiten el flujo de aire para refrigerar el rotor durante la operacion.
Preferentemente, cada agujero ciego y casquillo de fijacion se extienden generalmente transversales al eje de rotacion del rotor en un angulo de entre 70° y 90° a una tangente de la pieza de insercion. Esto puede permitir una mayor flexibilidad en el posicionamiento de cada agujero ciego y cada casquillo de fijacion, y una mejora de la tolerancia de fabricacion durante el proceso de fabricacion.
Preferentemente, el rotor de motor rotativo es para un motor Wankel o un compresor.
Las realizaciones de la invencion se describiran ahora, en detalle, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una representacion esquematica en seccion transversal de un rotor de motor rotativo de acuerdo con una primera realizacion de la invencion;
la figura 2 es una vista en perspectiva del rotor de motor rotativo de la figura 1;
la figura 3 es una representacion esquematica en seccion transversal de un rotor de motor rotativo de acuerdo con una segunda realizacion de la invencion;
la figura 4 es una vista en perspectiva del rotor de motor rotativo de la figura 3; y
la figura 5 es una representacion esquematica en seccion transversal de un rotor de motor rotativo de acuerdo con una tercera realizacion de la invencion.
Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, una primera realizacion de la invencion proporciona un rotor de motor 10 rotativo que comprende un cuerpo de una sola pieza 12, una pieza de insercion 14 y elementos 16 de fijacion alargados y rlgidos.
El cuerpo 12 comprende una superficie exterior 18 que comprende tres lados 20 de rotor dispuestos generalmente en forma de triangulo equilatero. Cada lado 20 de rotor tiene una forma curvada hacia el exterior. El cuerpo 12 comprende, ademas, una superficie interior 22 que comprende tres partes 24 de ubicacion, estando cada parte de ubicacion proporcionada, generalmente, en el punto medio de un lado 20 de rotor respectivo. Las partes 24 de ubicacion, en parte, definen conjuntamente una abertura 26 de ubicacion. En este ejemplo, cada parte 24 de ubicacion esta provista de un agujero ciego 28 que, generalmente se extiende radialmente desde la superficie interior 22, parcialmente, hacia la superficie exterior 18.
El cuerpo 12 comprende, ademas, tres canales 30 de refrigeracion, estando un canal 30 de refrigeracion respectivo provisto axialmente a traves del cuerpo 12 en la zona de cada vertice 31 del cuerpo 12. Cada canal 30 de
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refrigeracion respectivo tiene, en parte, una forma cilindrica y esta provisto de aletas 32 de refrigeracion que estan dispuestas para aumentar el area de superficie de dicho canal 30 de refrigeracion. Cada canal 30 de refrigeracion se proporciona entre un par de partes 24 de ubicacion respectivo de manera que los canales de refrigeracion y una superficie exterior 36 de la pieza de insercion 14 forman conjuntamente conductos 34 de refrigeracion. Los conductos 34 de refrigeracion permiten la entrada del flujo de aire de refrigeracion a traves del rotor 10.
La pieza de insercion 14 se proporciona en la abertura 26 de ubicacion y comprende una parte de apoyo 38 y un engranaje de indexacion 50. El engranaje de indexacion 50 comprende una corona dentada mecanizada y esta dispuesto axialmente en un extremo del rotor 10, como se muestra en la figura 2. La parte de apoyo 38 esta provista de un casquillo 40 de fijacion que generalmente se extiende radialmente a traves de la pieza de insercion 14. La pieza de insercion 14 esta dispuesta dentro de la abertura 26 de ubicacion de tal manera que el casquillo 40 de fijacion se proporciona alineado con el agujero ciego 28.
Cada elemento 16 de fijacion alargado y rlgido se proporciona a traves de un casquillo 40 de fijacion respectivo y se recibe en un agujero ciego 28 respectivo, para acoplar de este modo la pieza de insercion 14 al cuerpo 12. En este ejemplo, cada elemento 16 de fijacion comprende un pasador de fijacion. Cada pasador 16 de fijacion es un ajuste forzado con el casquillo 40 de fijacion y el agujero ciego 28 respectivos a fin de proporcionar un acoplamiento seguro de la pieza de insercion 14 al cuerpo 12 de rotor. Cada pasador 16 de fijacion se recibe en un casquillo 40 de fijacion y un agujero ciego 28 respectivos en posiciones correspondientes a lo largo de las partes 24 de ubicacion del cuerpo 12 de rotor. Esto permite la operacion estable del rotor a altas velocidades de rotacion mediante la retencion del equilibrio del rotor 10. En este ejemplo, cada agujero ciego 28, cada casquillo 40 de fijacion y cada pasador 16 de fijacion respectivos estan dispuestos para extenderse en un angulo de sustancialmente 90° a una tangente de la pieza de insercion 14. Si se desea, el agujero ciego 28, el casquillo 40 de fijacion y el pasador 16 de fijacion respectivos podrlan extenderse en otros angulos, aunque preferentemente los pasadores de fijacion no se extienden en un angulo inferior a 70° a una tangente de la pieza de insercion 14. En esta realizacion, cada agujero ciego 28 se puede situar en cualquier lugar a lo largo de la superficie interior 22, entre los conductos de refrigeracion 24. Esto puede permitir una mayor flexibilidad en el posicionamiento de cada agujero ciego y cada casquillo de fijacion y una mejora de la tolerancia de fabricacion durante el proceso de fabrication.
El cuerpo 12 de rotor de una sola pieza puede estar hecho como una pieza de fundicion de hierro, mientras que la pieza de insercion 14 puede estar hecha como una pieza forjada en un acero adecuado para rodamientos o de una barra de acero para rodamientos. Los pasadores 16 de fijacion estan hechos, preferentemente, de acero inoxidable de alta calidad y, por consiguiente, se reducira la expansion diferencial entre el cuerpo 12 de rotor, la pieza de insercion 14 y los pasadores 16. Para asegurar adicionalmente la pieza de insercion 14 al cuerpo 12 de rotor, la cabeza 44 de cada pasador 16 de fijacion se puede soldar a la pieza de insercion 14 dentro de un orificio 42 respectivo de forma redondeada. Debe apreciarse que se puede utilizar, de manera alternativa, cualquier orificio con otra forma mecanizada. El exceso de material de soldadura se puede retirar posteriormente de manera que el resto de cada material de cabeza 44 y soldadura este a ras con la superficie interior 46 de la pieza de insercion 14, pero se apreciara que la retirada del exceso de material de soldadura no es esencial
En uso, el rotor 10 se monta dentro de una cavidad (no mostrada) en un estator (no mostrado) en una munequilla excentrica de un arbol principal (no mostrado). La corona dentada 50 esta dispuesta para ensamblarse con un engranaje fijo externo (no mostrado) de manera planetaria y dicho ensamblado garantiza que el rotor 10 gira a un tercio de la rotacion del arbol principal. El rotor 10 y las paredes de la cavidad se conforman de manera que las camaras de combustion se forman a medida que gira el rotor, estando las paredes de la cavidad, ademas, provistas de lumbrera de admision y escape (no mostrados) de aire y gases de escape, respectivamente. Mediante la disposition de cada agujero ciego 28, cada casquillo 40 de fijacion y cada pasador 16 de fijacion para extenderse hacia el exterior desde una position interna, se evita la alteration de la superficie exterior 18 del cuerpo 12 del rotor 10. De esta manera, se reduce el riesgo de formation de una trayectoria de fuga de gas entre la superficie exterior 18 y la superficie interior 22 del cuerpo 12 de rotor. Una ventaja adicional de esta disposicion es que se puede reducir la creation de "puntos calientes" en la superficie exterior. El agrietamiento de soldadura por calor de la superficie exterior tambien se puede evitar, ya que no requiere soldadura en dicha superficie exterior. Tampoco hay limitation en la forma o el perfil de la superficie exterior 18, puesto que el agujero ciego 28 no choca con ella.
Una segunda realizacion de la invention preve un rotor de motor rotativo 60 para un motor Wankel, como se muestra en las figuras 3 y 4. El rotor 60 de esta realizacion es similar al rotor 10 de la primera realizacion, con las siguientes modificaciones. Los mismos numeros de referencia se conservan para las caracterlsticas correspondientes.
En esta realizacion, el cuerpo 12 del rotor 60 esta provisto, ademas, de tres rebajes de camara de combustion 62, una en cada lado 20 de rotor. Cada rebaje de camara de combustion 62 comprende una bolsa de combustion formada en la superficie exterior 18 de un lado 20 de rotor respectivo. Cada bolsa de combustion 62 se extiende, generalmente alrededor del punto medio del lado del rotor respectivo y se extiende, parcialmente, hacia la superficie interior 22 de dicho lado de rotor. En uso, la bolsa de combustion 62 se dispone para formar una camara de combustion entre el lado 20 de rotor y una cavidad proporcionada por un estator externo (no mostrado) dentro del cual esta dispuesto el rotor para ser alojado. En esta realizacion, cada agujero ciego 28 se extiende desde la
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superficie interior 22 del cuerpo 12, parcialmente hacia la superficie exterior 18 del cuerpo, generalmente, hacia una zona situada entre la bolsa de combustion 62 y el canal 30 de refrigeracion respectivo. Esto permite que la longitud del pasador de fijacion 16 y, por consiguiente, la fuerza de acoplamiento de la pieza de insercion 14 al cuerpo 12 se maximice al tiempo que se garantiza que los agujeros ciegos 28, los casquillos 40 de fijacion y el elemento 16 de fijacion no interfieren con la bolsa de combustion 62.
Cada vertice 31 del cuerpo 12 esta provisto, ademas, de un receptaculo 64 de cinta selladora 64. Cada casquillo 14 de cinta selladora esta dispuesto para recibir una cinta selladora (no mostrada) que en uso forma un sello entre el rotor 10 y una pared de la cavidad de motor proporcionada por el estator externo.
Una tercera realizacion de la invencion preve un rotor de motor rotativo 70 para un motor Wankel, como se muestra en la figura 5. El rotor 70 de esta realizacion es similar al rotor 60 de la segunda realizacion, con las siguientes modificaciones. Los mismos numeros de referencia se conservan para las caracterlsticas correspondientes.
En esta realizacion, el cuerpo 12 esta provisto de un agujero ciego 72, un casquillo 40 de fijacion y un pasador de fijacion 74, generalmente, en el punto medio de cada lado 20 de rotor. Cada agujero ciego 72 esta dispuesto, generalmente, para extenderse radialmente desde la superficie interior 22 del cuerpo 12, parcialmente, hacia la bolsa de combustion 62 respectiva. Cada pasador de fijacion 74 se proporciona a traves de un casquillo 40 de fijacion respectiva y se recibe en un agujero ciego 72 respectivo, para acoplar de esta manera la pieza de insercion 14 al cuerpo 12. Ningun agujero ciego 72 y ningun pasador de fijacion 74 respectivo interfieren con la bolsa de combustion 62. En esta realizacion, dado que cada agujero ciego 72 se extiende solo parcialmente hacia la bolsa de combustion 62, ningun pasador de fijacion 74 y ningun agujero ciego 72 interfiere con la bolsa de combustion. De esta manera se puede conseguir una mejora en la flexibilidad de la ubicacion y el tamano de la bolsa 62 en el lado 20 de rotor.

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un rotor de motor rotativo que comprende:
    un cuerpo de una sola pieza (12) que comprende:
    una superficie exterior (18) que comprende tres lados de rotor (20) dispuestos generalmente en forma de triangulo equilatero; y
    una superficie interior (22) que comprende: una parte (24) de ubicacion respectiva proporcionada generalmente en el punto medio de cada lado (20) de rotor, definiendo las partes de ubicacion conjuntamente, al menos en parte, una abertura (26) de ubicacion y estando una parte de ubicacion provista de un agujero ciego (28) que generalmente se extiende radialmente desde la superficie interior del cuerpo, parcialmente, hacia la superficie exterior (18) del cuerpo; y
    un canal (30) de refrigeracion provisto axialmente a traves del cuerpo en la zona de cada vertice;
    una pieza de insercion (14) proporcionada en la abertura (26) de ubicacion y que comprende una parte de apoyo (38) y un engranaje de indexacion (50), estando la parte de apoyo provista de un casquillo (40) de fijacion que generalmente se extiende radialmente a traves de la pieza de insercion y proporcionado en alineacion con el agujero ciego; y
    un elemento (16) de fijacion alargado y rlgido proporcionado a traves del casquillo (40) de fijacion y recibido al menos parcialmente en el agujero ciego para acoplar, de ese modo, la pieza de insercion al cuerpo.
  2. 2. Un rotor de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que cada lado (20) de rotor de la superficie exterior del cuerpo (12) esta provisto de un rebaje de camara de combustion (62) formado en la superficie exterior y que se extiende parcialmente hacia la superficie interior y el agujero ciego (28) esta dispuesto, ademas, para extenderse desde la superficie interior del cuerpo, parcialmente, hacia el rebaje de camara de combustion respectivo.
  3. 3. Un rotor de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que el agujero ciego (28) se extiende desde la superficie interior del cuerpo, parcialmente, hacia la superficie exterior del cuerpo, generalmente, dentro de una zona situada entre el respectivo rebaje de camara de combustion (62) y el canal de refrigeracion.
  4. 4. Un rotor de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que dicho elemento (16) de fijacion alargado y rlgido, el agujero ciego y el casquillo de fijacion se proporcionan en cada lado del cuerpo de rotor, estando cada elemento de fijacion recibido en un agujero ciego y un casquillo de fijacion respectivos en posiciones correspondientes a lo largo de las partes de ubicacion del cuerpo de rotor.
  5. 5. Un rotor de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que cada parte de ubicacion tiene una forma parcialmente circular y las partes de ubicacion definen conjuntamente una abertura de ubicacion de seccion sustancialmente circular.
  6. 6. Un rotor de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que cada canal (30) de refrigeracion se proporciona entre un par respectivo de partes de ubicacion, formando los canales de refrigeracion y la pieza de insercion conjuntamente conductos de refrigeracion.
  7. 7. Un rotor de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que cada agujero ciego y cada casquillo de fijacion se extienden generalmente transversales al eje de rotacion del rotor en un angulo de entre 70° y 90° a una tangente de la pieza de insercion.
  8. 8. Un rotor de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que el rotor de motor rotativo es para un motor Wankel o un compresor.
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