ES2889877T3 - Rotor para dispositivo de paletas rotativas - Google Patents

Abstract

Un rotor (11), apto para su uso en un dispositivo rotativo (10), incluyendo el rotor; un cuerpo de rotor cilíndrico (20) que incluye una pluralidad de ranuras receptoras (22) que se extienden longitudinalmente, incluyendo además el cuerpo del rotor cilíndrico un núcleo hueco (25) ubicado radialmente hacia dentro de las ranuras receptoras; y una pluralidad de paletas (30), pudiendo encontrarse cada paleta de forma deslizante dentro de una ranura receptora; caracterizado por que las paletas se desvían del rotor cilíndrico por medio de una disposición de imán (23, 33) que incluye imanes de paleta ubicados en las paletas, e imanes de rotor (23) opuestos ubicados dentro del núcleo hueco del cuerpo del rotor; y en donde al menos dos imanes de rotor (23) con polaridad opuesta se encuentran dentro del núcleo, para que los dos imanes (23) se repelan entre sí dentro del núcleo.

Description

DESCRIPCIÓN

Rotor para dispositivo de paletas rotativas

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a un dispositivo de paletas rotativas y, más en concreto, pero no exclusivamente, a un motor o bomba de paletas rotativas. La invención también se refiere a un conjunto de rotor adecuado para su uso en un dispositivo de paletas rotativas de este tipo.

Los motores y bombas rotativos son bien conocidos en la técnica. Una realización habitual de esta tecnología utiliza un rotor que tiene una pluralidad de paletas que se extienden radialmente hacia fuera desde el mismo, siendo las paletas desplazables radialmente con respecto al rotor. Más en concreto, las paletas de un dispositivo de paletas rotativas entran y salen del rotor a medida que se mueven a lo largo de las paredes interiores de la carcasa del rotor. Se utilizan fuerzas centrífugas o resortes para empujar las paletas hacia o contra la pared exterior. En su estado extendido, estas paletas se adaptan al perfil de la carcasa (o del cilindro) mientras son impulsadas por el rotor. Las paletas desplazables, utilizadas en combinación con un rotor montado desplazado con respecto a una carcasa cilíndrica en la que se encuentra, generan la formación de cámaras de volumen variable entre el rotor y la carcasa, cambiando el volumen de una cámara a medida que el rotor gira dentro de la carcasa.

Los usos habituales de una bomba de paletas rotativas incluyen compresión de fluido hidráulico y bombas de aire comprimido, por ejemplo, en aviones o camiones. También se pueden utilizar pequeñas bombas de paletas rotativas para dispensadores de bebidas, bombas de dispensación médicas, bombas de agua en motores marinos, taladros de aire comprimido y muchas otras aplicaciones. Los materiales utilizados para fabricar la bomba y las paletas pueden modificarse para aplicaciones industriales de alta temperatura, como inyección de aire en hornos o la turboalimentación de motores. Las bombas de paletas rotativas también funcionan bien como bombas de vacío, por ejemplo, en aplicaciones aeronáuticas, sistemas de vacío de laboratorio, aplicaciones médicas y también para evacuar y recuperar refrigerantes de sistemas de aire acondicionado. Los motores de paletas rotativas también son conocidos en la técnica.

Se requiere un buen sellado entre el extremo de una paleta desplazable y la superficie de la carcasa para mantener la eficiencia del dispositivo de paletas rotativas. Las fuerzas centrífugas ejercidas sobre las paletas contribuyen de manera inherente a garantizar que se forme un sello apropiado y dinámico entre el extremo de una paleta y una superficie interior de la carcasa del rotor. Sin embargo, en algunos casos, las fuerzas centrífugas no son suficientes y, en consecuencia, se ha propuesto utilizar resortes para aumentar la desviación dirigida hacia fuera de las paletas rotativas. No obstante, los resortes se desgastan con el tiempo, lo que afecta negativamente al rendimiento y a la fiabilidad de un dispositivo de paletas rotativas que incorpora paletas impulsadas por resorte. Además, también complican el mantenimiento del dispositivo.

Se ha propuesto utilizar imanes en lugar de resortes para proporcionar la desviación necesaria. Aunque funcionan bien, existen algunas deficiencias asociadas a esta solución en ciertas aplicaciones. Por ejemplo, hay un espacio limitado para montar imanes tanto en las paletas del rotor como en el cuerpo del rotor y, por lo tanto, el flujo magnético máximo que se puede obtener está limitado por el tamaño y la cantidad de imanes que se puedan usar debido a las limitaciones geométricas. Una forma de superar esta desventaja se presenta en la solicitud pendiente de tramitación del solicitante ZA2014/03295, titulada Rotary Vane Device ("Dispositivo de paletas rotativas"). En este dispositivo, los imanes de rotor se encuentran en el cuerpo del rotor junto a las paletas, y no operativamente debajo de las ranuras de las paletas, como ocurre en las aplicaciones de la técnica anterior.

El documento US 4132512 A divulga un rotor para su uso en un dispositivo rotativo que comprende las características del preámbulo de la reivindicación 1 independiente.

Una desventaja adicional asociada a las soluciones existentes basadas en imanes es que las paletas también tienen que ser razonablemente gruesas para alojar un imán de tamaño adecuado y, por lo tanto, ocupan un valioso volumen de la cámara en el proceso.

Además, los rotores existentes están hechos principalmente de materiales ferromagnéticos, lo que interfiere con el flujo magnético generado por los imanes y, por lo tanto, impide la eficacia de la polarización magnética.

Por consiguiente, un objeto de la invención es proporcionar un dispositivo rotativo que, al menos parcialmente, mitigue las desventajas anteriores.

También es un objeto de la invención proporcionar un dispositivo rotativo que será una alternativa útil a los dispositivos rotativos existentes.

Otro objeto más de la invención es proporcionar un rotor para su uso en un dispositivo rotativo que, al menos parcialmente, mitigue las desventajas anteriores.

Otro objeto de la invención es proporcionar un rotor para un dispositivo rotativo que sea una alternativa útil a los rotores existentes.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con la invención, se proporciona un rotor como el definido en la reivindicación independiente 1.

Se prevé que al menos un imán de paleta se encuentre hacia una zona de extremo operativamente interior de cada paleta.

Preferentemente, dicho al menos un imán de paleta se encuentra en un extremo de la paleta que está orientado hacia el núcleo hueco.

Se prevé que dentro del núcleo se encuentren al menos dos imanes de rotor con polaridad opuesta, para que así dichos al menos dos imanes se repelan entre sí dentro del núcleo. Dichos al menos dos imanes pueden hacer que se defina una primera polaridad magnética en una zona proximal del núcleo y que se definan polaridades opuestas en los extremos distales del núcleo.

Preferentemente, se prevé que cada uno de dichos al menos dos imanes de rotor en el núcleo comprendan un juego de imanes individuales apilados de extremo a extremo para definir un imán funcionalmente único.

El cuerpo del rotor puede tener la forma de una estructura cilíndrica sustancialmente sólida, con ranuras receptoras y un núcleo hueco provisto en la estructura cilíndrica sólida.

Un extremo del núcleo hueco puede ser un extremo ciego, mientras que un extremo opuesto del núcleo hueco puede ser un extremo abierto.

El rotor puede incluir un tapón para cerrar de forma desmontable el extremo abierto del núcleo hueco.

Se prevé que el cuerpo del rotor esté hecho de un material no magnético.

Preferentemente, el cuerpo del rotor está hecho de un material no ferroso.

Otra característica de la invención prevé que las aberturas se extiendan entre el núcleo hueco y las ranuras receptoras. Más en concreto, se prevé que las aberturas se extiendan radialmente hacia fuera desde el núcleo hueco hasta las ranuras receptoras, y más en concreto hasta la base de las ranuras receptoras.

Se pueden proporcionar al menos dos aberturas en cada ranura receptora, en concreto, en la base de cada ranura receptora, quedando cada abertura cerca de la posición de un imán de paleta dentro de la paleta ubicada en la ranura receptora, para limitar así el efecto de protección constituido por el cuerpo del rotor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Se describe a modo de ejemplo no limitativo una realización de la invención y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es una vista en perspectiva despiezada de un conjunto de rotor para su uso en un dispositivo rotativo de conformidad con una realización de la invención;

la figura 2 es una vista en perspectiva del conjunto de rotor ensamblado de la figura 1 ubicado dentro de una carcasa de rotor para formar el dispositivo rotativo;

la figura 3 es una vista de extremo en sección transversal del dispositivo rotativo de la figura 2; y

la figura 4 es una vista en sección transversal lateral y esquemática de otra realización del conjunto de rotor de conformidad con la invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

En cuanto a los dibujos, en los que los mismos números indican características similares, los ejemplos no limitativos de los dispositivos rotativos de conformidad con la invención se indican, en general, con el número de referencia 10. El dispositivo rotativo 10 comprende un conjunto de rotor 11 que se puede encontrar dentro de una carcasa de rotor 12 complementaria para definir una parte de un dispositivo rotativo. El diseño en detalle de los componentes puede variar y no es de importancia porque el diseño en detalle del dispositivo rotativo vendrá dictaminado por el fin específico para el que se utilizará el dispositivo. Los principios que subyacen a esta invención pueden aplicarse, por ejemplo, en bombas rotativas, compresores rotativos y motores rotativos, siempre que el dispositivo rotativo específico haga uso de paletas desplazables radialmente.

El rotor 11 comprende un cuerpo de rotor 20 y una pluralidad de paletas 30 que se extienden de forma desplazable desde el cuerpo del rotor. El cuerpo del rotor 20 tiene una configuración cilíndrica y una sección transversal circular. La longitud y el diámetro del cuerpo dependerán de la capacidad del cilindro que se requiera para una aplicación en particular. Se proporcionan varias ranuras receptoras 22 en el cuerpo, que se extienden paralelamente hacia un eje longitudinal del cuerpo cilíndrico. En total, en esta realización en concreto, seis ranuras receptoras 22 separadas a la misma distancia se extienden radialmente hacia fuera desde un centro del cuerpo del rotor 20, dividiendo así el cuerpo del rotor 20 en seis sectores.

El cuerpo del rotor 20 tiene un núcleo hueco 25 (o agujero), estando cerrado un extremo del núcleo hueco 25, extremo ciego 25.1, y un extremo opuesto 26 abierto al entorno exterior, pero que es selectivamente cerrable, por ejemplo, con un tapón 50. El tapón 50 y el extremo abierto 26 del agujero pueden estar, por ejemplo, roscados de forma complementaria. Por lo tanto, hay definida una cavidad central sellable en el centro del cuerpo del rotor 20. Cabe señalar que las ranuras receptoras 22 no se extienden hasta el agujero hueco, sino que los extremos inferiores de las ranuras receptoras 22 están separados del núcleo hueco por una pared anular 28. Las aberturas 27 se proporcionan en esta pared anular 28, cuales aberturas se extienden radialmente hacia fuera desde el agujero 25 hasta las ranuras receptoras 22. Las aberturas 27 se encuentran cerca de los imanes de paleta 33 (explicados a continuación) y sirven para reducir el efecto de protección de la pared anular 28, mejorando de ese modo el flujo magnético al que quedan expuestos los imanes de paleta 33. El cuerpo del rotor 20 está hecho de un material no ferroso para reducir el efecto del cuerpo 20 sobre el campo magnético y el flujo magnético formado por los imanes de rotor.

Los imanes de rotor 23 (es decir, los imanes ubicados en el rotor) se encuentran dentro del núcleo hueco 25 del cuerpo del rotor 20. Dos imanes, o alternativamente dos juegos de imanes de los cuales cada juego funciona como un solo imán, se colocan dentro del núcleo 25. Los imanes se orientan de manera que el eje N-S de los imanes sea coaxial con el eje longitudinal del núcleo hueco 25. Los dos imanes, o alternativamente los dos juegos de imanes, están en orientaciones invertidas para que los mismos polos magnéticos se enfrenten entre sí en una zona proximal del núcleo hueco 25 y, por tanto, los dos imanes o juegos de imanes se repelan entre sí. En este ejemplo, los polos N se encuentran en una zona proximal del núcleo 25, mientras que los polos S se encuentran en los extremos distales opuestos del núcleo 25. El efecto neto de esto es que se forma un polo N combinado en la zona proximal del núcleo hueco 25, al tiempo que se forman dos polos S en las zonas distales del núcleo hueco 25. Una ventaja de esta configuración es que el flujo magnético puede ser significativamente más alto que en las realizaciones en las que los imanes de rotor se encuentran adyacentes a cada una de las ranuras receptoras. Se pueden utilizar más imanes y más grandes, ya que hay pocas limitaciones geométricas asociadas a la configuración en la que los imanes de rotor están alojados en el núcleo hueco. Lo anterior también significa que se puede reducir el tamaño de los imanes de paleta 33, hecho que se describe con más detalle a continuación.

Cada paleta 30 tiene la forma de un bloque de material 31 configurado y dimensionado para encajar dentro de una ranura receptora 22. Los imanes de paleta 33 (es decir, los imanes ubicados en las paletas) se proporcionan en la zona de extremo de la paleta que, en uso, se encontrará dentro de la ranura receptora 22 y, más en concreto, se encuentran en la cara de extremo de la zona de extremo. Los imanes de paleta 33 y los imanes de rotor 23 están configurados para oponerse entre sí, de modo que las paletas se desvíen alejándose del cuerpo del rotor. Un extremo opuesto 32 de la paleta 30 es al menos parcialmente arqueado o ahusado y, en uso, se apoya y forma un sello contra una pared interior 12.1 de la carcasa del rotor. El efecto de esta configuración es que los imanes proporcionan una fuerza de polarización, funcionalmente similar a la que suelen proporcionar los resortes, pero sin tener la complejidad y los problemas de fiabilidad adicionales asociados con los resortes. Por lo tanto, la configuración del imán garantizará que las paletas sean empujadas de forma continua hacia la carcasa del rotor para garantizar que se forme un sello continuo y eficiente entre el rotor y el estátor.

En un ejemplo, por ejemplo, la realización mostrada en la figura 4, se prevé un segundo juego de imanes de paleta 34 que se encontrará en una zona proximal de cada paleta 30. La polaridad del segundo juego de imanes de paleta 34 será inversa a la polaridad del primer juego de imanes de paleta 33, con el fin de que el segundo juego de imanes de paleta 34 se oponga a la polaridad en los extremos interiores de los imanes de rotor 23. Esto aumentará la fuerza ejercida sobre las paletas 30. En esta realización, las aberturas 27 también se proporcionarán en el cuerpo del rotor 20, en una zona proximal del anillo del rotor 28.

Se apreciará que, aunque se muestran cuatro imanes por juego de imán de rotor en la figura 4, los cuatro imanes actúan como un solo imán con un polo N terminal (en este caso, en una zona proximal del núcleo hueco) y un polo S terminal (en esta realización, en zonas distales del núcleo hueco). Por lo tanto, se puede utilizar cualquier cantidad de imanes (incluso dos imanes alargados simples) siempre que defina los polos N y S terminales. El hecho de que un eje de polaridad (eje que se extiende a través de los polos de los imanes) de los imanes de rotor sea perpendicular con respecto a los ejes de polaridad de los imanes de paleta proporciona la capacidad de utilizar un imán de mayor flujo dentro del núcleo hueco, ya que esto permite que se utilice sustancialmente toda la longitud del núcleo.

En esta realización, los imanes de rotor desarrollan un flujo magnético más fuerte debido a:

- el uso de un cuerpo de rotor no ferroso;

- el uso de imanes de rotor más grandes (es decir, más fuertes) y/o de más imanes de rotor que se alojan en el núcleo hueco 25; y

- la provisión de las aberturas 27.

Debido a este flujo magnético más fuerte, se reduce el flujo magnético requerido de los imanes de paleta 33 y, por tanto, los imanes de paleta pueden ser de menor tamaño. Esto significa que las paletas 30 también pueden ser de un grosor reducido, lo que produce una fricción reducida y también permite el uso de más fases o cámaras (en este caso seis).

Se apreciará que lo anterior es solo una realización de la invención y que puede haber muchas variantes que no se alejen del alcance de la invención, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un rotor (11), apto para su uso en un dispositivo rotativo (10), incluyendo el rotor;

un cuerpo de rotor cilíndrico (20) que incluye una pluralidad de ranuras receptoras (22) que se extienden longitudinalmente, incluyendo además el cuerpo del rotor cilíndrico un núcleo hueco (25) ubicado radialmente hacia dentro de las ranuras receptoras; y

una pluralidad de paletas (30), pudiendo encontrarse cada paleta de forma deslizante dentro de una ranura receptora;

caracterizado por que

las paletas se desvían del rotor cilíndrico por medio de una disposición de imán (23, 33) que incluye imanes de paleta ubicados en las paletas, e imanes de rotor (23) opuestos ubicados dentro del núcleo hueco del cuerpo del rotor; y

en donde al menos dos imanes de rotor (23) con polaridad opuesta se encuentran dentro del núcleo, para que los dos imanes (23) se repelan entre sí dentro del núcleo.

2. El rotor de la reivindicación 1, en el que al menos un imán de paleta (33) se encuentra hacia una zona de extremo operativamente interior de cada paleta.

3. El rotor de la reivindicación 1 o 2, en el que cada uno de los dos imanes de rotor (23) en el núcleo comprende un juego de imanes individuales apilados de extremo a extremo para definir un imán funcionalmente único.

4. El rotor de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo del rotor tiene la forma de una estructura cilíndrica sustancialmente sólida, con ranuras receptoras y un núcleo hueco provisto en la estructura cilíndrica sólida.

5. El rotor de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo del rotor está hecho de un material no magnético.

6. El rotor de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las aberturas (27) se extienden entre el núcleo hueco y las ranuras receptoras.

7. El rotor de la reivindicación 6, en el que las aberturas se extienden radialmente hacia fuera desde el núcleo hueco hasta la base de las ranuras receptoras.

8. El rotor de la reivindicación 6 o 7, en el que se proporcionan al menos dos aberturas en cada ranura receptora, quedando cada abertura cerca de la posición de un imán de paleta dentro de la paleta ubicada en la ranura receptora, para limitar así el efecto de protección constituido por el cuerpo del rotor.

9. Un dispositivo de paletas rotativas (10) que incluye un rotor (11) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.