IT202100022661A1 - Albero motore ad inerzia variabile - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale dal titolo: ?Albero motore ad inerzia variabile?

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un albero motore, cos? come albero di un macchinario o componenti meccanici, comprendente un elemento di spalla, il quale elemento di spalla comprende almeno un primo disco solidale alla rotazione dell?asse dell?albero motore, che presenta almeno una sede di alloggiamento di un peso.

Quella appena descritta ? la comune configurazione di motori noti allo stato dell?arte, in cui l?asse dell?albero motore presenta una cosiddetta ?spalla?, generalmente costituita da due elementi discoidali affiancati, distanziati tra loro, in modo da consentire l?alloggiamento del perno di manovella, che mette in rotazione l?asse dell?albero motore e, di conseguenza, gli elementi discoidali, solidali all?asse dell?albero.

Per alcune applicazioni, tipicamente motori di tipo ?racing? vengono previste pastiglie di materiale metallico, generalmente di tungsteno o alluminio sulla base delle necessit? operative, per la realizzazione di un peso, poste sugli elementi discoidali, in modo da favorirne la rotazione e migliorare le prestazioni del motore.

Grazie alla regolazione e posizione del peso, ossia della massa e delle dimensioni, si ottiene una calibratura del motore, si regolano le prestazioni sulla base del peso scelto.

I motori noti allo stato dell?arte, tuttavia, prevedono un miglioramento delle prestazioni esclusivamente ad elevati regimi, ossia ad un numero elevato di giri del motore.

Infatti il peso ? posizionato all?interno di apposite sedi di alloggiamento poste in corrispondenza del bordo periferico del disco.

Tale configurazione consente in effetti di aumentare il numero di giri del motore e di conseguenza le prestazioni, ma esclusivamente ad alti regimi in quanto, all?avvio, ossia nella prima parte di curvatura, del motore, ? richiesta maggiore energia per porre in rotazione il disco dell?albero motore.

Risulta infatti in maniera evidente come un peso posto perifericamente ad un disco in rotazione richieda una forza maggiore per essere posto in rotazione, consentendo poi, una volta raggiunto un elevato numero di giri, di facilitare la rotazione del disco stesso.

I motori noti allo stato dell?arte, dunque, non consentono di ottenere una calibratura, ossia una regolazione del motore stesso, in modo da poter migliorare le prestazioni sia a bassi che ad alti regimi.

Esiste dunque una necessit? non soddisfatta dai motori noti allo stato dell?arte di risolvere gli svantaggi sopra esposti.

La presente invenzione consegue gli scopi di cui sopra realizzando un albero motore come descritto in precedenza, in cui la sede di alloggiamento ? costituita da un canale ricavato nello spessore del disco e orientato con il proprio asse longitudinale lungo il raggio del detto disco.

Inoltre il canale presenta una estremit? centrale, prevista in corrispondenza del centro del disco, ed una estremit? periferica, prevista in corrispondenza del bordo esterno del disco.

Il peso risulta inserito all?interno di detto canale e supportato da una molla di supporto, che passa da una condizione estesa, in cui il peso si trova in corrispondenza della estremit? centrale, ad una condizione compressa, in cui il peso si trova in corrispondenza della estremit? periferica.

Grazie alla configurazione appena descritta, l?albero motore oggetto della presente invenzione consente di modificare il momento di inerzia del disco in funzione del numero di giri e del tempo di stazionamento ad un determinato regime di rotazione. In ambito di risparmio energetico il sistema oggetto della presente invenzione permette di ridurre l?energia necessaria per lo spunto di un sistema di rotazione pur mantenendo, a regime definitivo di marcia, la medesima inerzia dell?albero motore. Nel settore racing il vantaggio ? quello di avere un motore con maggior accelerazione, in grado quindi di raggiungere in meno tempo un regime prestabilito. Nonostante questo vantaggio, il sistema, una volta stabilizzatosi, mantiene la stessa inerzia rotazionale originaria garantendo pieno regime.

Di fatto il sistema oggetto della presente invenzione prevede di rendere dinamico il peso, grazie alla azione della molla, che consente di spostare il peso lungo il canale, sulla base del numero di giri.

Come risulter? evidente dall?illustrazione di alcune forme esecutive allegate alla presente domanda di brevetto, si realizza un motore ad inerzia non solo variabile, ma regolabile.

Infatti, modificando la massa, le dimensioni e la posizione del sistema, nonch? la costante elastica della molla, sar? possibile cambiare il comportamento del motore, ossia modificare la curvatura delle prestazioni del motore.

Secondo una forma esecutiva preferita, infatti, l?albero motore oggetto della presente invenzione prevede accorgimenti specifici per facilitare la sostituzione del peso e delle molle.

Inoltre, sempre con lo scopo di ottenere una fine regolazione dell?inerzia dell?albero motore, la presente invenzione prevede di utilizzare un sistema di regolazione del ritorno del peso, in modo da generare una costante di smorzamento che determini un ritardo della dinamica rispetto ad un pi? semplice sistema massa molla.

In base a quanto test? descritto e in base alla successiva illustrazione di alcun esempi esecutivi, risulta evidente come la presente invenzione non sia limitata alla realizzazione di motori endotermici e motori a scoppio, ma possa essere attuata anche in motori elettrici, senza la necessit? di prevedere sostanziali modifiche al concetto inventivo.

Per questo motivo la presente invenzione ha per oggetto anche un motore elettrico comprendente un rotore.

Il rotore comprende almeno una sede di alloggiamento di un peso per ogni avvolgimento e distribuita in quantit? equa per l?equilibratura del motore elettrico, la quale sede di alloggiamento ? costituita da un canale ricavato nello spessore del rotore e orientato con il proprio asse longitudinale perpendicolarmente all?asse di rotazione.

Come precedentemente descritto per il disco, il canale presenta una estremit? centrale, prevista in corrispondenza del centro del rotore, ed una estremit? periferica, prevista in corrispondenza del bordo esterno del rotore.

Inoltre il peso ? inserito all?interno di detto canale e supportato da una molla di supporto, che passa da una condizione estesa, in cui il peso si trova in corrispondenza della estremit? centrale, ad una condizione compressa, in cui il peso si trova in corrispondenza della estremit? periferica.

Anche nel caso del motore elettrico, il sistema oggetto della presente invenzione pu? presentare una o pi? delle caratteristiche descritte in precedenza relativamente al disco.

Questi ed ulteriori scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante un albero motore secondo la rivendicazione indipendente allegata e le sottorivendicazioni.

Caratteristiche opzionali dell?invenzione sono contenute nelle allegate rivendicazioni dipendenti, che formano parte integrante della presente descrizione.

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno pi? chiaramente dalla seguente descrizione di alcuni esempi esecutivi illustrati nei disegni allegati in cui:

la figura 1 illustra un particolare di un albero motore appartenente allo stato dell?arte;

le figure da 2a a 2c illustrano alcune viste di una forma esecutiva dell?albero motore oggetto della presente invenzione;

le figure da 3a a 3c illustrano alcune viste di una ulteriore forma esecutiva dell?albero motore oggetto della presente invenzione.

Si specifica che le figure allegate alla presente domanda di brevetto illustrano solo alcune possibili forme esecutive dell?albero motore oggetto della presente invenzione, per meglio comprenderne i vantaggi e le caratteristiche descritte.

Tali forme esecutive sono dunque da intendersi a puro scopo illustrativo e non limitativo al concetto inventivo della presente invenzione, ossia quello di realizzare, grazie alla presenza di un peso ?dinamico? che consenta di ottimizzare le prestazioni del motore, sia ad alti che a bassi regimi di rotazione.

Con particolare riferimento alla figura 1, viene illustrato un particolare di un albero motore noto allo stato dell?arte.

L?albero motore comprende un asse di rotazione 10 che viene posto in rotazione grazie al movimento traslatorio di un perno di biella 11, movimentato dai pistoni (non illustrati in figura).

Solidale all?asse 10 dell?albero motore ? previsto un elemento di spalla costituito da due dischi 12 posti simmetricamente rispetto all?asse 10 e interdistanziati in modo da ospitare il perno di biella 11.

Come illustrato in figura 1, ciascun disco 12 presenta uno o pi? pesi 120 alloggiati in apposite sedi di alloggiamento ricavate nello spessore dei dischi 12.

Come anticipato, i pesi 120 sono generalmente realizzati in materiale metallico, preferibilmente tungsteno o alluminio, in base alle necessit? operative, per ritrovare l?equilibratura voluta.

I pesi 120 sono solidali ai dischi 12 e, ad elevati regimi, ossia al raggiungimento di un elevato numero di giri, tali pesi aiutano il disco 12 nel suo movimento di rotazione, migliorando le prestazioni del motore.

Le figure da 2a a 2c illustrano una prima forma esecutiva dell?albero motore oggetto della presente invenzione, rispettivamente secondo una vista laterale (dall?asse di rotazione), una vista di un particolare in sezione e una vista frontale.

Anche in questo caso, l?albero motore presenta un asse di rotazione 20 che trascina in rotazione, attorno ad un asse A, due dischi 2 posti simmetrici rispetto a tale asse di rotazione e un perno di biella 21 posto tra i due dischi 2.

Con la linea tratteggiata 200 di figura 2a ? illustrata la traiettoria che compie il perno di biella 21, costituita da una circonferenza di raggio R.

Da quanto descritto precedentemente, risulta evidente come pi? un peso sar? distanziato dal centro C dei dischi 2 lungo il raggio R, maggiore sar? la forza necessaria per porre in rotazione i due dischi.

Con riferimento alle figure da 2a a 2c, viene illustrata la peculiare sede di alloggiamento del peso 22, alloggiato nello spessore dei dischi 2.

La sede di alloggiamento ? costituita da un canale 23 ricavato nello spessore del disco 2 e orientato con il proprio asse longitudinale lungo il raggio del disco 2.

La figura 2b illustra una vista particolareggiata del canale 23 che presenta una estremit? centrale 231, prevista in corrispondenza del centro del disco 2, ed una estremit? periferica 232, prevista in corrispondenza del bordo esterno del disco 2.

Il peso 22 ? alloggiato all?interno di tale canale 23 e risulta supportato da una molla di supporto 24, che passa da una condizione estesa, in cui il peso 22 si trova in corrispondenza della estremit? centrale 231, ad una condizione compressa, in cui il peso 22 si trova in corrispondenza della estremit? periferica 232.

Nelle figure da 2a a 3c, la molla 24 ? sempre illustrata in condizione di equilibrio, ossia a disco 2 fermo, con la sola forza peso del peso 22 che agisce su di essa.

In questa condizione, il peso 22 viene spinto dalla molla 24 in direzione del centro del disco 2.

Ovviamente, sulla base della costante elastica della molla 24 e della massa del peso 22 ? possibile variare tale posizione di equilibrio, ma preferibilmente, i parametri di funzionamento sono scelti in modo tale per cui, a disco fermo, il peso 22 non comprime completamente la molla 24.

Durante la rotazione dell?asse 20, la forza centripeta spinge il peso 22 verso il bordo periferico del disco 2, in modo tale per cui la molla 24 si comprime e il peso 22 scorre all?interno del canale 23, dall?estremit? centrale 231 all?estremit? periferica 232.

La compressione della molla 24 dunque avviene in seguito ad un aumento della velocit? di rotazione dell?asse 20, ossia ad un aumento del numero di giri del motore associato all?albero motore oggetto della presente invenzione.

Ne consegue che a basse velocit? di rotazione, il peso 22 si trover? maggiormente in quella parte di canale 23 pi? prossima al centro del disco 2, mentre ad alte velocit? di rotazione, il peso 22 si trover? in quella parte di canale 23 pi? distale rispetto al centro del disco 2.

Grazie a tale configurazione, si ottiene un albero motore ad inerzia variabile, sulla base della velocit? di rotazione dell?asse di rotazione 20, grazie ad una variazione del momento torcente.

Infatti, analizzando la formula del momento di inerzia scalare, qui di seguito riportata, di un organo rotante,si evince che l?influenza della massa del peso 22 sul momento di inerzia ? legata al quadrato con la posizione radiale rispetto all?asse di rotazione 20, pertanto piccole variazioni sopratutto in zone esterne del determinano importanti variazioni di inerzia.

Risulta evidente come una attenta analisi della durezza della molla 24, della massa e delle dimensioni del peso 22 consentano di effettuare una personalizzazione e una perfetta calibrazione del motore.

Vantaggiosamente, secondo la variante illustrata nelle figure da 2a a 3c, l?estremit? periferica 232 ? costituita da un foro del bordo periferico del disco 2.

Tale foro ? chiuso da un elemento di tappo 3 montato in maniera amovibile sul disco 2.

Preferibilmente, l?elemento di tappo 3 ? costituito da un elemento a forma di ?T rovesciata?, in modo tale per cui, come illustrato, la gamba della T possa essere inserita all?interno delle spire della molla 24 e la restante parte della T chiuda il foro dell?estremit? periferica 232.

L?elemento di tappo 3 pu? essere fissato al disco 2 in maniera qualsivoglia, ma un fissaggio amovibile ? preferibile, in modo da consentire una eventuale sostituzione della molla 24 e del peso 22.

Anche la molla 24 pu? essere fissata in una maniera qualsivoglia nota allo stato dell?arte, sia all?elemento di tappo 3, che al peso 22.

Secondo un perfezionamento dell?albero motore oggetto della presente invenzione, il canale 23 presenta una sezione trasversale, ossia una sezione perpendicolare al raggio R del disco 2, di forma ellittica, ovale.

In combinazione a tale caratteristica, preferibilmente il peso 22 prevede una sezione trasversale circolare.

Tale accorgimento favorisce lo scorrimento del peso 22 all?interno del canale 23, in quanto il peso 22 presenta solo due linee di contatto sulla superficie interna del canale 23.

? ovviamente possibile prevedere di lubrificare il canale 23 in modo da favorire lo scorrimento del peso 22.

Le figure da 2a a 3c illustrano come venga ricavato un canale 23 per ogni disco 2, tuttavia ? possibile prevedere un qualsivoglia numero di canali 23, anche differente per ogni disco, con corrispondenti molle 24 e pesi 22.

Con particolare riferimento alla figura 2b, l?elemento di tappo 3 pu? presentare un foro passante 31, ricavato in direzione dell?asse longitudinale del canale 23 ed in comunicazione con il canale 23, in modo da realizzare uno ?sfiato? del canale 23 verso l?esterno, al fine di facilitare lo scorrimento del peso 22.

Come descritto in precedenza, la movimentazione del peso 22 lungo il canale 23 ? ottenuta dalla compressione/estensione della molla 24, in combinazione alla velocit? di rotazione dell?asse di rotazione 20, ossia dell?albero motore.

La forma attuativa illustrata nelle figure da 3a a 3c, prevede un ulteriore componente, costituito da un sistema di regolazione di ritorno del peso 22 nella condizione estesa della molla 24.

Tale sistema consente di smorzare, di rallentare, il posizionamento del peso 22 in corrispondenza dell?estremit? centrale 231, in seguito ad una diminuzione della velocit? di rotazione.

Il sistema di regolazione pu? ad esempio essere costituito da una molla di ritorno fissata con un terminale al peso 22 e con l?altro terminale in corrispondenza dell?estremit? centrale 231 del condotto 23.

Tale molla di ritorno sarebbe dunque contrapposta alla molla 24, rispetto al peso 22.

Secondo la variante illustrata nelle figure da 3a a 3c, il sistema di regolazione del ritorno ? costituito da un circuito idraulico 4, contenente un fluido in pressione, volto ad attutire la compressione/trazione della molla 24.

Mentre l?invenzione ? suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione preferite sono state mostrate nei disegni e descritte in dettaglio.

Si deve intendere, comunque, che non vi ? alcuna intenzione di limitare l?invenzione alla specifica forma di realizzazione illustrata, ma, al contrario, essa intende coprire tutte le modifiche, costruzioni alternative, ed equivalenti che ricadano nell?ambito dell?invenzione come definito nelle rivendicazioni.

L?uso di ?ad esempio?, ?ecc.?, ?oppure? indica alternative non esclusive senza limitazione a meno che non altrimenti indicato.

L?uso di ?include? significa ?include, ma non limitato a? a meno che non altrimenti indicato.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1. Albero motore comprendente un elemento di spalla, il quale elemento di spalla comprende almeno un primo disco (2) solidale alla rotazione dell?asse (20) dell?albero motore, il quale disco (2) presenta almeno una sede di alloggiamento di un peso (22),

caratterizzato dal fatto che

la sede di alloggiamento ? costituita da un canale (23) ricavato nello spessore del disco (2) e orientato con il proprio asse longitudinale lungo il raggio (R) del detto disco (2), il detto canale (23) presentando una estremit? centrale (231), prevista in corrispondenza del centro del disco (2), ed una estremit? periferica (232), prevista in corrispondenza del bordo esterno del disco (2),

essendo il detto peso (22) inserito all?interno di detto canale (23) e supportato da una molla (24) di supporto, la quale molla (24) di supporto, durante la rotazione, passa da una condizione estesa, in cui il peso (22) si trova in corrispondenza della estremit? centrale (231), ad una condizione compressa, in cui il peso (22) si trova in corrispondenza della estremit? periferica (232).

2. Albero motore secondo la rivendicazione 1, in cui la detta estremit? periferica (232) ? costituita da un foro del bordo periferico del disco (2), essendo presente un elemento di tappo (3) volto a chiudere detto foro, il quale elemento di tappo (3) ? montato in maniera amovibile su detto disco (2).

3. Albero motore secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui il detto canale (23) presenta una sezione a forma di ellisse, presentando il detto peso (22) una sezione circolare.

4. Albero motore secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui il detto elemento di tappo (3) presenta un foro passante (31), ricavato in direzione dell?asse longitudinale del detto canale (23) ed in comunicazione con il detto canale (23).

5. Albero motore secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui ? previsto un sistema di regolazione di ritorno del peso nella condizione estesa della molla (24).

6. Albero motore secondo la rivendicazione 5, in cui il detto sistema di regolazione comprende una molla di ritorno fissata con un terminale al peso (22) e con l?altro terminale in corrispondenza dell?estremit? centrale del condotto (231).

7. Albero motore secondo la rivendicazione 5, in cui il detto sistema di regolazione comprende un circuito idraulico (4).

8. Albero motore secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui il detto elemento di spalla comprende un secondo disco, il quale secondo disco ? montato simmetrico a detto primo disco rispetto all?asse di detto albero motore,

presentando il detto secondo disco le caratteristiche del primo disco secondo una o pi? delle rivendicazioni da 1 a 7.

9. Motore elettrico comprendente un rotore, caratterizzato dal fatto che

il detto rotore comprende almeno una sede di alloggiamento di un peso per ogni avvolgimento, la sede di alloggiamento essendo costituita da un canale ricavato nello spessore del rotore e orientato con il proprio asse longitudinale perpendicolarmente all?asse di rotazione, il detto canale presentando una estremit? centrale, prevista in corrispondenza del centro del rotore, ed una estremit? periferica, prevista in corrispondenza del bordo esterno del rotore,

essendo il detto peso inserito all?interno di detto canale e supportato da una molla di supporto, la quale molla di supporto passa da una condizione estesa, in cui il peso si trova in corrispondenza della estremit? centrale, ad una condizione compressa, in cui il peso si trova in corrispondenza della estremit? periferica.

10. Motore elettrico secondo la rivendicazione 9, in cui il rotore presenta le caratteristiche secondo una o pi? delle rivendicazioni da 2 a 7.