ES2645417T3

ES2645417T3 - Aparato antidesbaste y procedimientos para reducir el desbaste de un árbol rotativo

Info

Publication number: ES2645417T3
Application number: ES12830936.6T
Authority: ES
Inventors: Raymond A. Towne
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2017-12-05
Anticipated expiration: 2032-09-13
Also published as: CN103842627A; WO2013040130A2; WO2013040130A3; EP2756174A2; EP2756174A4; CN103842627B; US20140165953A1; US9316284B2; US20120067317A1; US8701615B2; DE112012003839T5; EP2756174B1

Abstract

Un aparato (310) que mejora la rotación de un árbol (312) rotativo, alrededor de un eje, teniendo el árbol rotativo un par de desbaste cíclico que actúa sobre el mismo en una primera dirección, comprendiendo el aparato: un primer miembro (330) de soporte que está acoplado al árbol rotativo para la rotación con el mismo; un segundo miembro (335) de soporte que es adyacente al primer miembro de soporte, siendo el primer miembro de soporte operable para rotar en relación con el segundo miembro de soporte; un primer miembro (337) magnético acoplado a uno del primer y segundo miembros de soporte; un segundo miembro (341) magnético acoplado al otro del primer y segundo miembros de soporte, siendo el segundo miembro magnético operable para interactuar magnéticamente con el primer miembro magnético para proporcionar un par de antidesbaste al árbol rotativo en una segunda dirección que se opone a la primera dirección para desplazar al menos parcialmente el par de desbaste; un controlador (325) que controla y varía una cantidad del par de antidesbaste proporcionado en el árbol rotativo, en el que el árbol rotativo es al menos uno de: un cigüeñal de un motor de combustión interna, en el que el par de desbaste ocurre debido a la presión variable dentro de un cilindro de motor, y un árbol de entrada de un sistema (20) de levas, en el que el par de desbaste ocurre debido a unas cargas de desviación variables desde un miembro (28) de desviación; caracterizado porque comprende un accionador (360) operable para accionar al menos uno de los primeros y segundos miembros magnéticos en relación con el otro para variar una distancia entre el primer y segundo miembros magnéticos, en el que el controlador es operable para controlar el accionador para controlar la distancia entre el primer y segundo miembros magnéticos para variar por tanto la cantidad del par de antidesbaste proporcionado al árbol rotativo.

Description

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DESCRIPCION

Aparato antidesbaste y procedimientos para reducir el desbaste de un arbol rotativo Campo

La presente divulgacion se refiere a un aparato antidesbaste y, mas en particular, a un aparato antidesbaste y procedimientos para reducir el desbaste de un arbol rotativo.

Antecedentes

Esta seccion proporciona informacion de antecedentes en referencia a la presente divulgacion que no es necesariamente tecnica anterior.

Muchas maquinas (por ejemplo, motores electricos) incluyen un arbol rotativo al que se aplica par. En un motor electrico, por ejemplo, los elementos activos producen campos magneticos de interaccion que activan el rotor de la maquina y, de esta manera, el arbol del motor.

Tales maquinas tambien pueden experimentar desbaste. Por ejemplo, en el motor electrico, una interaccion pasiva entre los elementos magneticos del estator y el rotor puede provocar el desbaste que aplica secuencialmente y dclicamente par positivo (anadiendo rotacion al arbol) y par negativo (dificultando la rotacion del arbol). El par de desbaste puede provocar vibraciones no deseadas del motor y puede ser especialmente notorio a velocidades rotativas bajas.

Otras maquinas, tal como un sistema de levas, experimentan cargas de desbaste tambien. Por ejemplo, algunos sistemas de valvula hacen rotar un arbol para abrir una valvula mediante levas contra la fuerza de desviacion de un resorte, en el que una rotacion adicional del arbol permite que el resorte desvfe la valvula de vuelta al cierre. De esta manera, el resorte suministra un par de desbaste negativo al arbol (es decir, en una direccion opuesta a la rotacion del arbol) a medida que la valvula se abre y el resorte suministra un par de desbaste positivo al arbol (es decir, en la misma direccion que la rotacion del arbol) a medida que se cierra la valvula. Este par de desbaste se repite dclicamente a medida que el arbol rota en torno a su eje.

De manera similar, en un motor de combustion interna, el ciguenal rota para accionar un piston en el cilindro del motor. A medida que el volumen en el cilindro se reduce y la presion se incrementa en su interior (es decir, durante el ciclo de compresion), el ciguenal puede experimentar un par de desbaste negativo resultante. Al contrario, a medida que el volumen se incrementa y la presion disminuye en su interior, el ciguenal puede experimentar un par de desbaste positivo resultante. El par de desbaste puede ser especialmente notorio si la combustion no ocurre actualmente (por ejemplo, durante un encendido del motor, donde uno o mas cilindros se desactivan, etc.).

El documento JP 62-242152 desvela algunos medios para reducir el desbaste en un sistema de ciguenal con campos magneticos controlados.

Sumario

Un aparato que mejora la rotacion de un arbol rotativo se desvela. El arbol rotativo tiene un par de desbaste dclico que actua sobre el mismo en una primera direccion. El aparato incluye un miembro de soporte que es adyacente al arbol rotativo, y el arbol rotativo es operable para rotar en relacion con el miembro de soporte. El aparato tambien incluye un primer miembro antidesbaste y un segundo miembro antidesbaste que se acopla al arbol rotativo para la rotacion con el mismo. El aparato tambien incluye una superficie de levas que se incluye en uno del primer y

segundo miembro. Ademas, el aparato incluye un miembro de tope que se acopla al otro del primer y segundo

miembro. El miembro de tope es operable para contactar contra la superficie de leva para proporcionar un par de antidesbaste al arbol rotativo en una segunda direccion que se opone a la primera direccion para desplazar al menos parcialmente el par de desbaste.

Ademas, un aparato que mejora la rotacion de un arbol rotativo alrededor de un eje se desvela. El arbol rotativo tiene un par de desbaste dclico actuando sobre el mismo en una primera direccion. El aparato incluye un primer miembro de soporte que se acopla al arbol rotativo para la rotacion con el mismo y un segundo miembro de soporte que es adyacente al primer miembro de soporte. El primer miembro de soporte es operable para rotar en relacion con el segundo miembro de soporte. Una pluralidad de primeros miembros magneticos se acopla a uno del primer y

segundo miembro de soporte, y la pluralidad de primeros miembros magneticos incluye al menos un miembro

magnetico interior dispuesto a una primera distancia radial desde el eje y al menos un miembro magnetico exterior dispuesto a una segunda distancia radial desde el eje. El aparato incluye ademas un segundo miembro magnetico acoplado al otro del primer y segundo miembro de soporte. El segundo miembro magnetico se dispone a una tercera distancia radial del eje, que es mayor que la primera distancia radial y menor que la segunda distancia radial. El segundo miembro magnetico es operable para interactuar magneticamente con el al menos un miembro magnetico interior y el al menos un miembro magnetico exterior para proporcionar un par de antidesbaste al arbol rotativo en una segunda direccion que se opone a la primera direccion para al menos desplazar parcialmente el par de desbaste.

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Ademas, un aparato que mejora la rotacion de un arbol rotativo alrededor de un eje se desvela. El arbol rotativo tiene un par de desbaste dclico que actua sobre el mismo en una primera direccion. El aparato incluye un primer miembro de soporte que se acopla al arbol rotativo para la rotacion con el mismo y un segundo miembro de soporte que es adyacente al primer miembro de soporte. El primer miembro de soporte es operable para rotar en relacion con el segundo miembro de soporte. El aparato incluye ademas un primer miembro magnetico acoplado a uno del primer y segundo miembro de soporte y un segundo miembro magnetico acoplado al otro del primer y segundo miembro de soporte. El segundo miembro magnetico es operable para interactuar magneticamente con el primer miembro magnetico para proporcionar un par de antidesbaste al arbol rotativo en una segunda direccion que se opone a la primera direccion para al menos desplazar parcialmente el par de desbaste. Ademas, el aparato incluye un controlador que controla y vana una cantidad del par de antidesbaste proporcionado al arbol rotativo.

Aun adicionalmente, un procedimiento para mejorar la rotacion de un arbol rotativo alrededor de un eje se desvela. El arbol rotativo tiene un par de desbaste dclico que actua sobre el mismo en una primera direccion. El procedimiento incluye hacer rotar el arbol para provocar la rotacion relativa entre un primer miembro magnetico y un segundo miembro magnetico. El segundo miembro magnetico es operable para interactuar magneticamente con el primer miembro magnetico para proporcionar un par de antidesbaste al arbol rotativo en una segunda direccion que se opone a la primera direccion para al menos desplazar parcialmente el par de desbaste. El procedimiento incluye ademas variar selectivamente una cantidad del par de antidesbaste proporcionado al arbol rotativo.

Otras areas de aplicabilidad se haran aparentes desde la descripcion proporcionada en el presente documento. La descripcion y ejemplos espedficos en el sumario pretenden tener fines de ilustracion unicamente y no pretenden limitar el alcance de la presente divulgacion.

Dibujos

Los dibujos descritos en el presente documento tienen fines ilustrativos unicamente de realizaciones seleccionadas y no todas las posibles implementaciones, y no pretenden limitar el alcance de la presente divulgacion.

La Figura 1 es una vista en seccion lateral de un aparato que mejora la rotacion de un arbol rotativo de acuerdo con diversas realizaciones ejemplares de la presente divulgacion; la Figura 2 es una vista en seccion delantera del aparato de la FIG. 1; la Figura 3 es una vista en detalle delantera del aparato de la FIG. 1;

la Figura 4 es una vista en seccion delantera del aparato de la presente divulgacion de acuerdo con realizaciones adicionales;

la Figura 5 es una vista en seccion delantera del aparato de la presente divulgacion de acuerdo con realizaciones adicionales;

la Figura 6 es una vista en detalle delantera del aparato de la FIG. 5;

la Figura 7 es una vista en detalle delantera del aparato de la presente divulgacion de acuerdo con realizaciones adicionales;

la Figura 8 es un grafico que representa la operacion del aparato de la presente divulgacion que muestra como el aparato desplaza el par de desbaste dclico;

la Figura 9 es una vista en detalle delantera del aparato de la presente divulgacion de acuerdo con realizaciones adicionales;

la Figura 10A es una vista lateral del aparato de la presente divulgacion de acuerdo con realizaciones adicionales;

la Figura 10B es una vista en seccion del aparato tomada a lo largo de la lmea 10B-10B de la FIG. 10A; la Figura 11 es una vista esquematica de un sistema de levas que puede acoplarse de manera operativa al aparato de antidesbaste de la presente divulgacion;

la Figura 12 es un grafico que representa par en un ciguenal de un motor de combustion interna;

la Figura 13 es un grafico que representa el maximo par de arranque como una funcion de la velocidad del motor;

y

la Figura 14 es un grafico que representa las ganancias de eficacia que pueden reconocerse usando el aparato de antidesbaste de la presente divulgacion.

Los numeros de referencia correspondientes indican partes correspondientes a traves de las varias vistas de los dibujos.

Descripcion detallada

Las realizaciones de ejemplo se describiran ahora mas completamente en referencia a los dibujos adjuntos.

En referencia inicialmente a la FIG. 1, un aparato 10 de antidesbaste se ilustra de acuerdo con diversas realizaciones ejemplares. El aparato 10 puede acoplarse operativamente a un arbol 12 rotativo, y el arbol 12 puede ser parte o de lo contrario conectarse a un sistema 14, tal como un motor electrico, un ciguenal de un motor de combustion interna, un sistema de levas, etc., tal como se analizara.

La operacion del sistema 14 puede transmitir una carga dclica (es decir, una carga de desbaste o par de desbaste) sobre el arbol 12. Por ejemplo, si el sistema 14 es un motor electrico conocido y el arbol 12 es el arbol de salida de

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ese motor, el par de desbaste puede ocurrir debido a la interaccion magnetica entre los imanes del rotor y los polos del estator. Este desbaste puede ocurrir dclicamente en angulos rotativos conocidos del arbol 12 en relacion con el eje de rotacion X. De esta manera, el desbaste puede ocurrir N veces durante cada rotacion en posiciones angulares predeterminadas.

Sin embargo, el aparato 10 de antidesbaste puede facilitar la rotacion del arbol 12 rotativo a pesar de este par de desbaste tal como se analizara en mas detalle a continuacion. El aparato 10 genera cargas de antidesbaste que al menos desplazan parcialmente las cargas de desbaste para facilitar por tanto la rotacion del arbol 12.

Se apreciara que el termino “desbaste” se define ampliamente en el presente documento para significar cualquier carga de par que se transmita sobre el arbol 12 dclicamente en angulos rotativos conocidos del arbol 12. De esta manera, el sistema 14 podna ser un motor electrico como se ha mencionado antes. El sistema 14 podna tambien ser un motor de combustion interna, y el arbol 12 podna ser el ciguenal del motor, en el que "desbaste" se transmite sobre el ciguenal a medida que el piston se mueve dentro de un cilindro para variar la presion en su interior. El sistema 14 tambien podna conocerse como un sistema 20 de levas conocido (FIG. 11) y el arbol 12 puede ser un arbol de entrada que mueve por levas una barra de empuje 22 en una direccion para empujar por tanto una valvula 24 lejos de su asiento 26 contra la fuerza de desviacion de un miembro 28 de desviacion. Una rotacion adicional del arbol 12 permite que el miembro 28 de desviacion desvfe la valvula 24 de vuelta hacia el asiento 26. Asf, las cargas de desviacion variables desde el miembro 28 de desviacion pueden transmitir un "desbaste" sobre el arbol 12. Se apreciara, sin embargo, que el sistema 14 podna ser de cualquier otro tipo sin apartarse del alcance de la presente divulgacion.

En referencia ahora a las FIGS. 1-3, el aparato 10 de antidesbaste se analizara en mayor detalle. Como se muestra, el aparato 10 puede incluir un miembro 30 de soporte o carcasa. El miembro 30 de soporte puede ser de cualquier forma adecuada y construccion y puede disponerse adyacente al arbol 12. Espedficamente, el arbol 12 puede extenderse a traves del miembro 30 de soporte y puede soportarse de manera rotativa sobre el mismo mediante uno o mas cojinetes 31. Asf, el arbol 12 puede rotar en relacion con el miembro 30 de soporte.

El aparato 10 tambien puede incluir un primer miembro 32 de antidesbaste. El primer miembro 32 de antidesbaste puede incluir una varilla 34 y un miembro 36 de tope. La varilla 34 puede unirse de manera deslizable al miembro 30 de soporte y puede deslizarse radialmente hacia y lejos del eje de rotacion X del arbol 12. Ademas, en las realizaciones ilustradas, el miembro 36 de tope puede ser una rueda pequena o rodillo que se une de manera rotativa a un extremo 33 bifurcado de la varilla 34; sin embargo, el miembro 36 de tope podna fijarse a la varilla 34 en algunas realizaciones.

El primer miembro 32 de antidesbaste tambien puede incluir un miembro 38 de desviacion. El miembro 38 de desviacion puede ser un resorte helicoidal de compresion que esta dispuesto entre el extremo 33 bifurcado de la varilla 34 y el miembro 30 de soporte. Sin embargo, el miembro 38 de desviacion podna ser de cualquier otro tipo. El miembro 38 de desviacion puede desviar el miembro 36 de tope hacia un eje de rotacion X del arbol 12.

El aparato 10 puede incluir ademas un segundo miembro 40 de antidesbaste. Tal como se muestra en la FIG. 2, el segundo miembro 40 de antidesbaste puede incluir una leva 42 que se acopla (por ejemplo, se fija) al arbol 12 para la rotacion con el mismo. La leva 42 puede incluir uno o mas lobulos 44 que se extienden radialmente lejos del eje de rotacion X. Los lobulos 44 pueden incluir cada uno una superficie 46 de leva redondeada. La superficie 46 de leva para cada lobulo 44 puede incluir una superficie 47 anterior y una superficie 49 posterior tal como se muestra en las FIGS. 2 y 3.

En las realizaciones mostradas, la leva 42 puede incluir una pluralidad de lobulos 44 que estan separados en angulos de rotacion iguales alrededor del eje X. En la FIG. 2 por ejemplo, la leva 42 incluye ocho lobulos 44 que estan separados aproximadamente a cuarenta y cinco grados (45°) alrededor del eje X. Se apreciara, sin embargo, que la leva 42 puede incluir cualquier numero de lobulos 44, y los lobulos 44 pueden separarse en cualquier angulo de rotacion. Ademas, el numero de lobulos 44 y la separacion entre los lobulos 44 pueden configurarse de acuerdo con los angulos de rotacion en los que ocurre el desbaste sobre el arbol 12 tal como se analizara.

El miembro 36 de tope puede contactar de manera rodante contra la leva 42 a medida que la leva 42 rota con el arbol 12. Espedficamente, el arbol 12 y la leva 42 pueden accionarse en rotacion mediante el sistema 14 alrededor del eje X en la primera direccion 43 (FIG. 3). A medida que el miembro 36 de tope rueda a lo largo de la superficie 47 anterior del lobulo 44, la superficie 47 anterior puede empujar el miembro 36 de tope y la varilla 34 radialmente lejos del eje X contra la fuerza de desviacion del miembro 38 de desviacion. A medida que la leva 42 rota adicionalmente, el miembro 36 de tope puede rodar a lo largo de la superficie 49 posterior, y la fuerza de desviacion del miembro 38 de desviacion puede a su vez transmitir el par de antidesbaste sobre el arbol 12 en la primera direccion 43. El miembro 36 de tope puede contactar secuencialmente contra la superficie 49 posterior de cada lobulo 44 de manera que el par de antidesbaste se aplica secuencialmente al arbol 12 (es decir, en angulos rotativos conocidos).

Tal como se muestra en la FIG. 8, el par de antidesbaste (representado por la lmea discontinua 29) y el par de desbaste (representado por la lmea continua 27) pueden aplicarse sustancialmente de manera simultanea. Ademas,

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el par de antidesbaste puede ser aproximadamente igual, pero opuesto, al par de desbaste para desplazar sustancialmente el par de desbaste.

Espedficamente, la FIG. 8 muestra en 27 un unico pulso de par de desbaste, que tiene sustancialmente un perfil sinusoidal tal como se conoce en la tecnica anterior. En el punto G, el borde anterior de los devanados podna alinearse con el borde posterior de unos respectivos de los imanes permanentes de la maquina, transmitiendo por tanto aproximadamente nada de par sobre el arbol 12. Despues, a medida que el arbol 12 rota adicionalmente, un par de desbaste positivo (es decir, par dirigido a lo largo de la misma direccion que la rotacion del arbol 12) se incrementa hacia un punto maximo H, donde los devanados se separan aproximadamente a medio camino por un hueco de aire entre imanes permanentes adyacentes. Posteriormente, el par de desbaste puede disminuir de vuelta a aproximadamente cero (punto I), donde los devanados se separan en el centro del hueco de aire entre imanes adyacentes. Despues, el par de desbaste puede disminuir a un valor negativo maximo (punto J), donde los devanados estan aproximadamente a medio camino fuera del hueco de aire. A continuacion, el par de desbaste puede incrementarse de nuevo hacia cero (punto K), ya que los devanados han avanzado lo suficiente para alinearse con los imanes adyacentes. Se apreciara que este par de desbaste puede seguir repetidamente y dclicamente el perfil graficamente representado en 27 en la FIG. 8.

Sin embargo, la FIG. 8 tambien muestra el par de antidesbaste que el aparato 10 proporciona para desplazar el par de desbaste. Espedficamente, ya que el miembro 36 de tope rueda a lo largo de la superficie 47 anterior, un par negativo (par opuesto a la direccion de rotacion del arbol 12) se transmite sobre el arbol 12, tal como se representa en la region A de la FIG. 8. Un par de antidesbaste se incrementa y despues disminuye de vuelta hacia cero (punto I), en cuyo punto el miembro 36 de tope se ubica en el suelo entre la superficie 47 anterior y la superficie 49 posterior. Despues, a medida que el miembro 36 de tope rueda a lo largo de la superficie 49 posterior, un par positivo se transmite sobre el arbol 12 tal como se representa en la region B de la FIG. 8. Un par de antidesbaste se incrementa y despues disminuye de vuelta hacia cero (punto K).

Tal como se muestra en la FIG. 8, el pulso de par de antidesbaste (regiones A y B) es aproximadamente igual pero opuesto al pulso 27 de par de desbaste para un neto de cero (representado por la lmea 23 en la FIG. 8). En otras palabras, la posicion angular (0) en la que ocurren el desbaste y antidesbaste y las cantidades de los pares de desbaste y antidesbaste son tales que los pares de desbaste y antidesbaste pueden desviarse sustancialmente entre sf. Como tal, el aparato 10 puede mejorar significativamente la eficacia del sistema 14.

La FIG. 14 ilustra mejoras ejemplares en la eficacia del sistema 14 cuando el aparato 10 se usa. Tal como se muestra, las ganancias son mas apreciables a menores RPM, y las ganancias disminuyen a medida que se incrementa la velocidad rotativa.

Se apreciara que el aparato 10 puede configurarse de manera diferente que las realizaciones ilustradas en las FIGS. 1-3. Por ejemplo, la varilla 34, el miembro 36 de tope y el miembro 38 de desviacion del primer miembro 32 de antidesbaste podnan fijarse para la rotacion con el arbol 12 mientras que la superficie 46 de leva podna fijarse en el miembro 30 de soporte.

Ademas, puede existir cualquier numero de primeros y segundos miembros 32, 40 de antidesbaste. Por ejemplo, si existe un numero N de pulsos de par de desbaste por revolucion del arbol 12, puede existir un unico primer miembro 32 de antidesbaste y un numero N de lobulos 44 en el segundo miembro 40 de antidesbaste de manera que existen N pulsos de par de antidesbaste por revolucion del arbol 12. Como alternativa, puede existir un numero N de primeros miembros 32 de antidesbaste y un unico lobulo 44 en el segundo miembro 40 de antidesbaste. Ademas, puede existir una cantidad A de primeros miembros 32 de antidesbaste y una cantidad B de segundos miembros 40 de antidesbaste de manera que el producto de A y B es igual a N (A x B = N).

Aun adicionalmente, en algunas realizaciones, el primer y/o segundo miembro 32, 40 de antidesbaste pueden conectarse de manera operativa al arbol 12 de cualquier otra manera a lo mostrado en las FIGS. 1-3. Por ejemplo, donde el sistema 14 es un motor electrico, el segundo miembro 40 de antidesbaste podna conectarse por medio de un conjunto de engranaje (no se muestra) al rotor del motor electrico, por lo que la combinacion de la relacion de engranaje, el numero de lobulos 44, y el numero de primeros miembros 32 de antidesbaste produce el numero N de pulsos de par de antidesbaste por revolucion del arbol 12.

Adicionalmente, se apreciara que la cantidad de par de antidesbaste puede verse afectada por el perfil (por ejemplo, inclinacion) de la superficie 46 de leva, la constante del resorte del miembro 38 de desviacion, etc. Asf, estas caractensticas pueden configurarse para producir el par de antidesbaste deseado.

Ademas, el miembro 38 de desviacion podna ser de cualquier otro tipo diferente del resorte helicoidal ilustrado en las FIGS. 1-3. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 4, el miembro 38' de desviacion del primer miembro 32' de antidesbaste puede incluir una ballesta. Asf, el miembro 38' de desviacion puede doblarse de manera elastica a medida que la leva 42' rota con el arbol 12' para suministrar el par de antidesbaste como se ha mencionado antes.

En referencia ahora a las FIG. 5 y 6, las realizaciones adicionales del aparato 110 de antidesbaste se analizaran en detalle. Los componentes que corresponden a aquellos en las realizaciones de las FIGS. 1-3 se indican con numeros de referencia correspondientes incrementados por 100.

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Como se muestra, el aparato 110 de antidesbaste incluye un primer miembro 130 de soporte y un segundo miembro 135 de soporte. El aparato 110 incluye al menos un primer miembro 132 de antidesbaste y uno o mas segundos miembros 140 de antidesbaste. En las realizaciones mostradas, el primer miembro 132 de antidesbaste puede incluir un primer miembro 137 magnetico (por ejemplo, un iman permanente), y los segundos miembros 140 de antidesbaste pueden incluir cada uno un segundo miembro 141 magnetico. Se apreciara que puede existir cualquier numero de primeros y segundos miembros 137, 141 magneticos.

El primer miembro 137 magnetico puede fijarse al primer miembro 130 de soporte y puede extenderse radialmente hacia dentro hacia el eje rotativo X. El segundo miembro 135 de soporte puede incluir una pluralidad de lobulos 144 que se extienden radialmente lejos del eje X, y los segundos miembros 140 magneticos pueden fijarse a los extremos respectivos radiales de los lobulos 144. Asf, a medida que el arbol 112 rota alrededor del eje X, el primer miembro 137 magnetico puede alinearse secuencialmente en una lmea radial recta imaginaria con los segundos miembros 141 magneticos.

Ademas, los segundos miembros 141 magneticos pueden estar dispuestos con un polo magnetico (por ejemplo, el polo norte) orientandose radialmente hacia fuera. El primer miembro 137 magnetico puede estar dispuesto con el mismo polo magnetico (por ejemplo, el polo norte) orientandose realmente hacia dentro. Asf, tal como se muestra en la FIG. 6, ya que uno de los segundos miembros 141 magneticos se mueve inmediatamente adyacente al primer miembro 137 magnetico, los miembros 137, 141 magneticos pueden repelerse magneticamente entre sf.

La FIG. 6 ilustra la interaccion entre un unico par de primeros y segundos miembros 137, 141 magneticos. Cuando rotan de la posicion A la posicion B, los miembros 137, 141 magneticos se repelen magneticamente entre sf, teniendo como resultado un par negativo que se aplica al arbol 112, que se incrementa a medida que los miembros 137, 141 magneticos se acercan entre sf y luego comienza a reducirse a medida que disminuye el brazo de momento que actua sobre el arbol 112. (Esto se representa por la region A en la FIG. 8.) Cuando los miembros 137, 141 estan en la posicion B mostrada en la FIG. 6, la fuerza de repulsion entremedias esta en un maximo. Sin embargo, ya que los miembros 137, 141 se alinean radialmente, el brazo de momento (y el par) es sustancialmente cero. Despues, a medida que los miembros 137, 141 magneticos se mueven a la posicion C de la FIG. 6, la fuerza de repulsion entremedias provoca un par positivo sobre el arbol 112 como se representa en la region B de la FIG. 8.

Se apreciara que la cantidad de par de antidesbaste puede ser dependiente de la resistencia del campo de los miembros 137, 141 magneticos, la distancia radial entre los miembros 137, 141 magneticos, el tamano y forma de los miembros 137, 141 magneticos, la distancia radial de los miembros 137, 141 magneticos desde el eje X, etc. Asf, cada una de estas variables puede configurarse para producir el par de antidesbaste deseado.

Como se ha analizado antes, el numero y posicion relativa de los primeros y segundos miembros 137, 141

magneticos puede configurarse de manera que el par de antidesbaste se aplique aproximadamente al mismo tiempo que el par de desbaste de manera que los dos pares se desplazan al menos parcialmente. De esta manera, la eficacia del sistema general puede mejorarse, la vibracion del arbol 112 puede reducirse, etc.

Los expertos en la materia apreciaran que la disposicion de los miembros 137, 141 magneticos podna variar de manera que los miembros 137, 141 magneticos se atraen magneticamente entre sf. Que los miembros 137, 141 magneticos se atraigan o repelan entre sf podna depender de que disposicion desplaza de manera mas eficaz el desbaste.

En referencia ahora a la FIG. 7, el aparato 210 de antidesbaste se analizara de acuerdo con realizaciones

adicionales. Los componentes que corresponden a los de las realizaciones de las FIGS. 1-3 se indican mediante

numeros de referencia correspondientes incrementados por 200.

Como se muestra, el aparato 210 de antidesbaste puede incluir primeros y segundos miembros 237, 241 magneticos. Sin embargo, el primer miembro 237 magnetico podna incluir un material ferromagnetico con devanado 239 en el mismo. De esta manera, el primer miembro 237 magnetico puede operar como un electromagnetico (es decir, con un flujo magnetico que vana de acuerdo con la corriente dentro de los devanados 239).

En las realizaciones ilustradas, el segundo miembro 241 magnetico incluye imanes permanentes. Sin embargo, se apreciara que el segundo miembro 241 magnetico podna incluir devanados 239 para operar como un electroiman mientras que el primer miembro 237 magnetico incluye un iman permanente. En otras realizaciones, el primer y segundo miembro 237, 241 magnetico pueden incluir devanados 239 para operar como electroimanes.

Los devanados 239 podnan conectarse de manera operable a un controlador 225, que se ilustra esquematicamente en la FIG. 7. El controlador 225 puede incluir una fuente de corriente variable, logica programada, etc., y el controlador 225 puede controlar de manera variable la corriente que fluye a traves de los devanados 239 para variar por tanto el flujo magnetico del primer miembro 237 magnetico durante la operacion. Como tal, el controlador 225 puede variar el flujo magnetico para variar por tanto el par de antidesbaste transmitido al arbol 212.

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Las realizaciones de la FIG. 7 podnan usarse cuando el aparato 210 se acopla de manera operativa a un motor electrico. En algunos casos, el flujo magnetico en los nucleos de polo del motor podna variar para controlar la velocidad rotativa del arbol 212, lo que podna cambiar el par de desbaste aplicado al arbol 212. Como resultado, el controlador 225 podna controlar la cantidad de corriente que fluye a traves de los devanados 239 para variar por tanto el flujo magnetico del primer miembro 237 magnetico para desplazar el par de desbaste variable. De esta manera, el par de antidesbaste podna variarse de acuerdo con la cantidad de par de desbaste aplicado al arbol 212, de acuerdo con la posicion angular relativa del primer y segundo miembro 237, 241, magneticos etc.

En algunas realizaciones, el controlador 225 podna estar en comunicacion con un sensor de par conocido (no se muestra) que detecta automaticamente la cantidad de par de desbaste aplicado al arbol 212. Como resultado, el controlador 225 podna ajustar automaticamente el flujo magnetico del primer miembro 237 magnetico para suministrar un par de antidesbaste igual, pero opuesto, al arbol 212.

En referencia ahora a la FIG. 9, las realizaciones adicionales del aparato 310 de antidesbaste se analizaran. Los componentes que corresponden a componentes de las realizaciones de las FIGS. 1-3 se indican con numeros de referencia correspondientes incrementados por 300.

Como se muestra, el primer miembro 337 magnetico puede ser un iman permanente que se fija a una varilla 362. La varilla 362 puede acoplarse de manera movil (por ejemplo, de manera deslizable) al primer miembro 330 de soporte para poder moverse hacia y lejos del eje X. En las realizaciones ilustradas, la varilla 362 y el primer miembro 137 magnetico pueden moverse a lo largo de una lmea radial recta en relacion con el eje X. (Una primera posicion radial se indica en 337 y una segunda posicion radial se indica en 337').

La varilla 362 puede acoplarse de manera operativa a un accionador 360, que acciona la varilla 362 y el miembro 137 magnetico radialmente. El accionador 360 puede ser de cualquier tipo adecuado, tal como un accionador electrico. En algunas realizaciones, la varilla 362 puede estar roscada al miembro 330 de soporte, y el accionador 360 puede hacer avanzar de manera roscada la varilla 362 radialmente de manera que la varilla 362 permanece en su lugar en relacion con el miembro 330 de soporte incluso cuando el accionador 360 esta apagado. El accionador 360 puede estar en comunicacion con un controlador 325 para controlar el movimiento radial del primer miembro 137 magnetico.

Por consiguiente, la distancia (es decir, el hueco de aire) entre el primer miembro 337 magnetico y el segundo miembro 341 magnetico puede controlarse mediante el movimiento radial del primer miembro 337 magnetico. A medida que el hueco de aire se reduce, el par de antidesbaste se incrementa y viceversa. De esta manera, el par de antidesbaste transmitido al arbol 312 puede variar, por ejemplo, de acuerdo con la cantidad de par de desbaste que se aplica al arbol 312.

Se apreciara que el segundo miembro 341 magnetico podna ser movible radialmente en relacion con el eje X en lugar de o ademas del primer miembro 337 magnetico. Tambien se apreciara que ambos miembros 337, 341 magneticos podnan ser moviles mediante el accionador 360.

En referencia ahora a las FIGS. 10A y 10B, las realizaciones adicionales del aparato 410 de antidesbaste se realizaran. Los componentes que se corresponden a aquellos de las realizaciones de las FIGS. 1-3 se indican con numeros de referencia correspondientes incrementados por 400.

Como se muestra, el aparato 410 puede incluir un primer miembro 430 de soporte que es tubular y que incluye una cara 470 terminal. El aparato 410 tambien puede incluir un segundo miembro 431 de soporte que es plano y tiene forma de disco para incluir una superficie 472 que se orienta a la cara 470 terminal del primer miembro 430 de soporte. El segundo miembro 431 de soporte puede acoplarse (por ejemplo, fijarse) al arbol 412 para la rotacion con el mismo en relacion con el primer miembro 430 de soporte.

El aparato 410 tambien puede incluir una pluralidad de primeros miembros 432 magneticos que se fijan a la cara 470 terminal del primer miembro 430 de soporte. Puede existir cualquier numero de primeros miembros 432 magneticos, y los primeros miembros 432 magneticos pueden estar dispuestos a la misma distancia radial (es decir, una tercera distancia radial) desde el eje X y pueden separarse igualmente unos de otros a las mismas distancias angulares. Por ejemplo, pueden existir seis primeros miembros 432 magneticos cada sesenta grados (60°) alrededor del eje X.

Ademas, el aparato 410 puede incluir una pluralidad de segundos miembros 434 magneticos. Los segundos miembros 434 magneticos pueden estar dispuestos en parejas que se alinean a lo largo de una lmea radial recta. Cada pareja puede incluir un miembro 433 magnetico interior y un miembro 435 magnetico exterior. Los miembros 433 magneticos interiores pueden estar dispuestos anularmente alrededor del eje X a una distancia radial (es decir, una primera distancia radial). Los miembros 435 magneticos exteriores pueden estar dispuestos anularmente alrededor del eje X a una distancia radial que es mayor que la de los miembros 433 magneticos interiores (es decir, una segunda distancia radial). La distancia radial de los primeros miembros 432 magneticos puede ser mayor que la de los miembros 433 magneticos interiores y menor que la de los miembros 435 magneticos exteriores. Dicho de otra manera, los miembros 433 magneticos interiores, los primeros miembros 432 magneticos y los miembros 435 magneticos exteriores pueden estar dispuestos en drculos concentricos alrededor del eje con el anillo de los primeros miembros 432 magneticos dispuestos entre los miembros 433, 435 magneticos interiores y exteriores.

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A medida que rota el arbol 412, los miembros 433 y 435 magneticos interiores y exteriores pueden rotar en relacion con los primeros miembros 432 magneticos. A medida que los primeros miembros 432 magneticos se mueven entre respectivas parejas de los miembros 433, 435 magneticos interiores y exteriores, los primeros miembros 432 magneticos pueden interactuar magneticamente (por ejemplo, repeler) los miembros 433, 435 magneticos interiores y exteriores para provocar que el par de antidesbaste se transmita al arbol 412. Se apreciara que, ya que los miembros 432 magneticos se mueven entre los miembros 433, 435 magneticos interiores y exteriores, la fuerza de la repulsion magnetica puede aumentar. Como resultado, el par de antidesbaste puede incrementarse (por ejemplo, aproximadamente doblarse).

Las realizaciones de las FIGS. 10A y 10B podnan variar. Por ejemplo, podnan existir multiples anillos concentricos de los primeros miembros 432 magneticos, y cada anillo podna disponerse radialmente para moverse entre respectivas parejas de anillos de los miembros 433, 435 magneticos interiores y exteriores. Por consiguiente, el par de antidesbaste puede incrementarse adicionalmente.

Como se ha mencionado antes, el aparato 10, 110, 210, 310, 410 de antidesbaste puede acoplarse operativamente a un arbol de salida de un motor electrico para desplazar el desbaste que ocurre durante la operacion. El aparato 10, 110, 210, 310, 410 tambien podna acoplarse operativamente a un arbol de entrada de un sistema de levas (FIG. 11) para desplazar el desbaste en gran medida de la misma manera. Ademas, el aparato 10, 110, 210, 310, 410 podna acoplarse de manera operativa a un ciguenal de un motor de combustion interna. Esto es ventajoso, por ejemplo, cuando la combustion no ocurre (por ejemplo, en un encendido del motor, en un motor con ciertos cilindros que se desactivan, etc.).

La FIG. 12 representa graficamente el par en un ciguenal de un motor de combustion interna conocido con el paso del tiempo. Ademas, la FIG. 13 incluye la lmea 82 que representa la variacion del par de arranque maximo como una funcion de la velocidad de motor (RPM). Como se muestra en la FIG. 12, el par es dclico y cambia desde una secuencia de par de arranque inicial (antes de que ocurra la combustion en los cilindros) a una secuencia de par de encendido (durante la combustion) como se indica en la FIG. 12. En cada una de estas secuencias, existen periodos en los que el par es negativo. El aparato 10, 110, 210, 310, 410 podna conectarse operativamente al ciguenal para reducir sustancialmente (por ejemplo, eliminar) estos periodos de par negativo que afectan al ciguenal. Como tal, el ciguenal experimental menos rotacion resistente al par, el motor podna operarse mas eficazmente, un motor de arranque menor podna usarse, la velocidad al ralentf puede reducirse para reducir el uso de combustible, etc.

En resumen, el aparato 10, 110, 210, 310, 410 de antidesbaste de la presente divulgacion puede desplazar pares de desbaste que se transmiten al arbol 12, 112, 212, 312, 412 de rotacion. Como tal, el aparato 10, 110, 210, 310, 410 puede mejorar la eficacia, puede reducir la vibracion y de otra manera mejora la rotacion del arbol 12, 112, 212, 312, 412. Ademas, el aparato 10, 110, 210, 310, 410 podna incorporarse en un motor electrico existente, sistema de levas, motor IC, u otro diseno existente para mejorar por tanto la eficacia, etc. El aparato 10, 110, 210, 310, 410 tambien puede ser muy compacto, incluso cuando se incorpora en maquinas existentes.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato (310) que mejora la rotacion de un arbol (312) rotativo, alrededor de un eje, teniendo el arbol rotativo un par de desbaste dclico que actua sobre el mismo en una primera direccion, comprendiendo el aparato:

un primer miembro (330) de soporte que esta acoplado al arbol rotativo para la rotacion con el mismo;

un segundo miembro (335) de soporte que es adyacente al primer miembro de soporte, siendo el primer miembro

de soporte operable para rotar en relacion con el segundo miembro de soporte;

un primer miembro (337) magnetico acoplado a uno del primer y segundo miembros de soporte;

un segundo miembro (341) magnetico acoplado al otro del primer y segundo miembros de soporte, siendo el

segundo miembro magnetico operable para interactuar magneticamente con el primer miembro magnetico para

proporcionar un par de antidesbaste al arbol rotativo en una segunda direccion que se opone a la primera

direccion para desplazar al menos parcialmente el par de desbaste;

un controlador (325) que controla y vana una cantidad del par de antidesbaste proporcionado en el arbol rotativo, en el que el arbol rotativo es al menos uno de:

un ciguenal de un motor de combustion interna, en el que el par de desbaste ocurre debido a la presion variable dentro de un cilindro de motor, y

un arbol de entrada de un sistema (20) de levas, en el que el par de desbaste ocurre debido a unas cargas de desviacion variables desde un miembro (28) de desviacion;

caracterizado porque comprende un accionador (360) operable para accionar al menos uno de los primeros y segundos miembros magneticos en relacion con el otro para variar una distancia entre el primer y segundo miembros magneticos, en el que el controlador es operable para controlar el accionador para controlar la distancia entre el primer y segundo miembros magneticos para variar por tanto la cantidad del par de antidesbaste proporcionado al arbol rotativo.
2. El aparato (310) de la reivindicacion 1, en el que:

el primer y segundo miembros (337, 341) magneticos son operables para ser alineados a lo largo de una lmea recta que se extiende radialmente desde el eje; y

el accionador (360) es operable para accionar el uno de los primeros y segundos miembros magneticos en relacion con el otro a lo largo de la lmea recta.
3. El aparato (310) de la reivindicacion 1, en el que:

al menos uno del primer y segundo miembros (337, 341) magneticos incluye un electroiman; y

el controlador (325) es operable para controlar el electroiman para variar un flujo magnetico del electroiman para

variar por tanto la cantidad del par de antidesbaste proporcionado al arbol (312) rotativo.
4. El aparato (310) de la reivindicacion 1, en el que:

el arbol (312) rotativo es el ciguenal del motor de combustion interna; y

el par de desbaste ocurre debido a una presion variable dentro del cilindro de motor.
5. El aparato (310) de la reivindicacion 1, en el que la rotacion del arbol (312) rotativo provoca una rotacion relativa entre el primer miembro (337) magnetico y el segundo miembro (341) magnetico.
6. El aparato (310) de la reivindicacion 1, en el que:

el arbol (312) rotativo es el arbol de entrada del sistema (20) de levas; y

el par de desbaste dclico que actua en el arbol rotativo se basa en las cargas de desviacion variables recibidas desde el miembro (28) de desviacion por el arbol rotativo.
7. El aparato (310) de la reivindicacion 1, en el que:

el controlador (325) controla una cantidad de corriente que fluye a traves de un devanado de un motor electrico para variar el flujo magnetico del primer miembro (337) magnetico para desplazar el par de desbaste; y el par de antidesbaste se vana de acuerdo con una posicion angular relativa del primer y segundo miembros (337, 341) magneticos.
8. El aparato (310) de la reivindicacion 1, en el que:

el controlador (325) controla y vana la cantidad del par de antidesbaste proporcionado al arbol (312) rotativo; el controlador esta en comunicacion con un sensor de par que detecta una cantidad del par de desbaste; y el controlador, como resultado de la comunicacion con el sensor de par, ajusta el flujo magnetico del primer miembro (337) magnetico para suministrar un par de antidesbaste igual, pero opuesto, al arbol rotativo.

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9. El aparato (310) de la reivindicacion 1, en el que el controlador (325), de acuerdo con una posicion angular relativa del primer y segundo miembros (337, 341) magneticos, vana la cantidad del par de antidesbaste que se proporciona al arbol (312) rotativo por medio del primero y segundo miembros magneticos.
10. El aparato (310) de la reivindicacion 1, en el que el controlador (325) desplaza radialmente el primer miembro (337) magnetico en relacion con el segundo miembro (341) magnetico para ajustar el par de antidesbaste proporcionado al arbol (312) rotativo.
11. El aparato (310) de la reivindicacion 1, en el que:

el par de antidesbaste vana de acuerdo con una posicion angular relativa del primer y segundo miembros (337, 341) magneticos; y

el par de antidesbaste es igual, pero opuesto, al par de desbaste para desplazar el par de desbaste.
12. El aparato (310) de la reivindicacion 1, que comprende, ademas:

una primera pluralidad de miembros magneticos que incluyen el primer miembro (337) magnetico y un miembro magnetico exterior, en el que:

el primer miembro magnetico es un miembro magnetico interior,

la primera pluralidad de miembros magneticos esta acoplada al uno de los primeros y segundos miembros (330, 335) de soporte,

el miembro magnetico interior esta dispuesto a una primera distancia radial desde un eje de rotacion del arbol (312) rotativo,

el miembro magnetico exterior esta dispuesto a una segunda distancia radial desde el eje de rotacion del arbol rotativo,

el segundo miembro magnetico esta dispuesto a una tercera distancia radial desde el eje de rotacion del arbol rotativo y

el segundo miembro magnetico es operable para interactuar magneticamente con el miembro magnetico interior y el miembro magnetico exterior para proporcionar el par de antidesbaste al arbol rotativo en la segunda direccion que se opone a la primera direccion para desplazar al menos parcialmente el par de desbaste.
13. El aparato (310) de la reivindicacion 12, en el que:

la primera distancia radial es menor que la segunda distancia radial; y

la tercera distancia radial es mayor que la primera distancia radial y menor que la segunda distancia radial.
14. El aparato (310) de la reivindicacion 12, en el que:

el miembro magnetico interior y el miembro magnetico exterior estan alineados en una lmea recta que se extiende desde el eje de rotacion del arbol (312) rotativo; y

el segundo miembro (341) magnetico es operable para moverse entre el miembro magnetico interior y el miembro magnetico exterior para alinearse en la lmea recta que se extiende desde el eje de rotacion del arbol rotativo.