ITMI20111205A1 - Motore rotativo. - Google Patents

Description

“MOTORE ROTATIVOâ€

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha come oggetto un motore rotativo.

Nella tecnica nota esistono svariate soluzioni di motore rotativo che utilizzano attuatori lineari di varia natura, per esempio piezoelettrici. La combinazione dei moti lineari di tali attuatori comporta un moto di traslazione di una prima ruota dentata, detta anche "ruota motore o motrice", associata a tali attuatori, attorno a una circonferenza. Tale moto circolare della ruota dentata à ̈ convertito in un moto di pura rotazione di una seconda ruota dentata, detta anche "ruota condotta", interna alla prima, di diametro minore e solidale all'albero motore il quale à ̈ montato, a mezzo di cuscinetti, su una carcassa fissa, laddove tali cuscinetti sono atti a scaricare le forze radiali che la ruota dentata esterna impone a quella interna.

Un'alternativa al sistema ad ingranaggio tra ruote esterne e interne à ̈ costituita da un sistema ad attrito, dove la ruota esterna, o anello esterno, trasmette la coppia alla ruota interna, o anello interno, tramite lo scambio di forze di attrito in un unico punto di contatto. Soluzioni ad attrito sono adottate quando l'utilizzo di attuatori capaci di grandi forze ma piccoli spostamenti rende tecnologicamente molto complicata e costosa l'adozione di soluzioni ad ingranaggio, come nel caso di attuatori piezoelettrici.

Gli attuatori piezoelettrici presentano anche il vantaggio di essere semplici nella costruzione, di ingombri e pesi ridotti, precisi ed efficienti a parità di forza che riescono a sviluppare. Il motore rotativo realizzato con anelli concentrici rotolanti, come descritto, costituisce di fatto un motoriduttore, indicato per realizzare moti di rotazione lenti e precisi, a partire dal moto lineare degli attuatori piezoelettrici.

Tali motori rotativi di tipo noto non sono scevri da inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che essi presentano prestazioni limitate.

Un altro inconveniente à ̈ rappresentato dal fatto che, essendo la forza degli attuatori scaricata sui cuscinetti che sostengono l'albero dal quale si preleva il moto, tali cuscinetti devono essere molto rigidi e precisi, per non annullare l'effetto della corsa di un attuatore piezoelettrico che, per sua natura, presenta escursioni di movimento molto limitate.

Un ulteriore inconveniente dei motori rotativi di tipo noto à ̈ rappresentato dal fatto che la coppia trasmissibile tra anello interno ruotante e anello esterno traslante à ̈ limitata dalla presenza di un solo punto di contatto tra i due anelli.

Un altro inconveniente riguarda il fatto che nei motori rotativi di tipo noto la legge di attuazione dei singoli attuatori lineari à ̈ notevolmente complessa poiché à ̈ necessario fare in modo che nel moto di pura traslazione l'anello o ruota motore compia esattamente un moto lungo una traiettoria circolare che garantisca sempre il contatto tra anello o ruota motore e anello o ruota condotta ruotante.

Compito precipuo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare un motore rotativo che risolva i problemi tecnici sopra esposti, ovvi agli inconvenienti e superi i limiti della tecnica nota dimostrando migliori prestazioni.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un motore rotativo il quale non necessiti di cuscinetti.

Ancora un altro scopo del trovato à ̈ quello di realizzare un motore rotativo nel quale la trasmissione della coppia tra anello esterno e anello interno non sia limitata ad un singolo punto di contatto.

Un ulteriore scopo del trovato à ̈ quello di realizzare un motore rotativo che semplifichi le leggi di attuazione necessarie per il movimento degli attuatori.

Un ulteriore scopo del trovato à ̈ quello di realizzare un motore rotativo che presenti ingombri ridotti.

Un ulteriore scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare un motore rotativo che sia in grado di dare le più ampie garanzie di affidabilità e sicurezza nell'uso.

Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare un motore rotativo che sia facile da realizzare ed economicamente competitivo se paragonato alla tecnica nota.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un motore rotativo, comprendente due anelli rigidi di diverso diametro, l'anello di diametro minore interno all'anello di diametro maggiore, detto anello di diametro minore interno contenendo attuatori lineari in disposizione radiale rigidamente vincolati all'anello di diametro maggiore esterno nel suo centro, caratterizzato dal fatto che detto anello di diametro maggiore esterno à ̈ fisso, detto anello di diametro minore essendo libero di traslare e ruotare internamente all'anello di diametro maggiore esterno, almeno uno di detti attuatori lineari premendo contro l'anello di diametro minore interno per definire almeno un primo punto di contatto e detto anello interno premendo a sua volta contro l'anello di diametro maggiore esterno per definire un secondo punto di contatto.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del motore rotativo secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

La figura 1 illustra schematicamente il motore rotativo secondo il trovato, in vista da sopra, in diverse configurazioni corrispondenti alle fasi di funzionamento di tale motore rotativo.

La figura 2 illustra schematicamente il motore rotativo secondo il trovato, in vista da sopra, in diverse configurazioni corrispondenti a fasi di funzionamento caratterizzate da diverse situazioni di contatto tra gli elementi costituenti il trovato.

La figura 3 illustra schematicamente il motore rotativo secondo il trovato, in vista da sopra, con gli attuatori lineari disposti ad un angolo rispetto alle direzioni radiali.

Con riferimento alle figure citate, il motore rotativo secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, comprende due anelli rigidi di diverso diametro, l'anello di diametro maggiore 2 posizionato esternamente all'anello di diametro minore 3, detto anello esterno 2 vincolato solidalmente ad una struttura portante 4 rigida e fissa, e centrale rispetto a detto anello esterno 2 e detto anello interno di diametro minore 3 libero di traslare e ruotare nel piano dell'anello esterno 2. Molteplici attuatori lineari, quali per esempio attuatori lineari piezoelettrici, numerati da 5 a 8, sono disposti radialmente ed equi-distanziati all'interno dell'anello rigido 3. Detti attuatori lineari presentano l'estremo interno 9 vincolato rigidamente alla struttura centrale rigida e fissa 4 e l'estremo esterno 10 atto a estendersi ingaggiando un contatto con l'anello interno 3.

Con riferimento in particolare alla figura 1a, l'attuatore lineare 5 à ̈ mostrato nella sua configurazione di massima estensione, a differenza degli attuatori 6-8 in configurazione di riposo, e premente contro la parte superiore della parete interna dell'anello interno 3. L'anello 3 si trova perciò dislocato superiormente e premuto contro l'anello esterno 2 nella sua parte superiore e contro l'attuatore 5 nella sua circonferenza interna.

In una seconda fase, illustrata in figura 1b, l'attuatore lineare 6 Ã ̈ in configurazione di massima estensione, a differenza degli attuatori 5, 7 e 8 in configurazione di riposo, e l'anello 3 si trova dislocato verso sinistra, in contatto con l'anello esterno 2 nella sua parte sinistra.

In una terza fase, illustrata in figura 1c, l'attuatore lineare 7 Ã ̈ in configurazione di massima estensione, a differenza degli attuatori 5, 6 e 8 in configurazione di riposo, e l'anello 3 si trova dislocato inferiormente, in contatto con l'anello esterno 2 nella sua parte inferiore e contro l'attuatore 7 nella sua circonferenza interna.

In una quarta fase, illustrata in figura 1d, l'attuatore lineare 8 Ã ̈ in configurazione di massima estensione, a differenza degli attuatori 5-7 in configurazione di riposo, e l'anello 3 si trova dislocato verso destra, in contatto con l'anello esterno 2 nella sua parte destra e contro l'attuatore 8 nella sua circonferenza interna.

In figura 1e à ̈ mostrata la stessa configurazione di figura 1a ma, a seguito delle fasi illustrate nelle precedenti figure 1a-1d, l'anello interno 3 à ̈ preceduto di un angolo α.

La figura 2 illustra le condizioni di contatto tra gli elementi del trovato.

Sono presenti uno o due punti di contatto tra attuatori e anello interno lungo la sua superficie interna di competenza alla circonferenza interna dell'anello interno e un punto di contatto tra anello interno e anello esterno fisso, lungo la superficie interna di competenza alla circonferenza interna dell'anello esterno e lungo la superficie esterna di competenza alla circonferenza esterna dell'anello interno.

La figura 2a corrisponde alla configurazione di figura 1a, la figura 2c corrisponde alla configurazione di figura 1b, mentre la figura 2b corrisponde ad una configurazione di una fase intermedia tra le configurazioni illustrate nelle figure 1a e 1b. Con riferimento in particolare alla configurazione illustrata in figura 2a, l'attuatore lineare 5 si trova nella configurazione di massima estensione. Tale configurazione comporta un contatto 11 tra l'attuatore lineare 5 e la parte interna dell'anello interno 3 e quindi un contatto 12 tra la parte esterna dell'anello interno 3 e la parte interna dell'anello 2 nella parte superiore del trovato. Nella configurazione illustrata in figura 2c, l'attuatore 5 Ã ̈ in configurazione di riposo, mentre l'attuatore 6 Ã ̈ in configurazione di massima estensione. In tale configurazione il nuovo contatto 13 tra attuatore 6 e anello interno 3 comporta lo spostamento verso sinistra del punto di contatto 12 tra anello interno 3 e anello esterno 2. Nella configurazione intermedia, illustrata in figura 2b, l'attuatore 5 Ã ̈ in fase di accorciamento (passaggio dalla configurazione di massima estensione alla configurazione di riposo) al contrario dell'attuatore 6, in fase di estensione (passaggio dalla configurazione di riposo alla configurazione di massima estensione). L'anello interno si trova pertanto in una condizione di contatto sia con l'attuatore 5 nel punto 11 sia con l'attuatore 6 nel punto 13. In tale configurazione il punto di contatto 12 tra anello interno 3 e anello esterno 2 si trova in una posizione intermedia rispetto alle configurazioni di figura 2a e figura 2b.

Con riferimento alla figura 3, il motore rotativo secondo il trovato, presenta una disposizione di ciascuno degli attuatori lineari 5-8 secondo un angolo β rispetto alle corrispettive direzioni radiali.

In alternativa il motore rotativo secondo il trovato può essere realizzato con un numero di attuatori lineari uguale o maggiore di tre.

In alternativa il motore rotativo può disporre di sistemi a leva e/o a camma per l'amplificazione dell'escursione e delle forze esercitate dagli attuatori lineari e per fare in modo che l'escursione avvenga su un percorso tale da ridurre fino anche ad annullare l'eventuale strisciamento che può occorrere tra i punti di contatto.

Il funzionamento del motore rotativo secondo il trovato à ̈ il seguente.

Per quanto riguarda le leggi di attuazione degli attuatori lineari, l'attuazione e lo spegnimento degli attuatori in sequenza (per esempio tramite onde quadre reciprocamente sfasate oppure onde sinusoidali) provvedono al rotolamento dell'anello 3 internamente all'anello 2 in un moto di precessione che risulta in una rotazione relativa dell'anello 3 rispetto all'anello 2 fisso. Tale rotolamento à ̈ generato a partire dalla forza esercitata dagli attuatori lineari contro l'anello 3 e quindi dalla forza che l'anello 3 scambia nel punto di contatto con l'anello 2 e la forza o le forze che gli attuatori e l'anello 3 si scambiano nei loro punti di contatto. Tali forze vengono scambiate per attrito tra gli elementi mobili. Il verso di tale rotazione può essere invertito, in un qualsivoglia istante, modificando la sequenza di attuazione degli attuatori lineari.

La coppia generata dalla componente rotazionale del moto di precessione ivi descritto può essere recuperata tramite giunti flessibili quali, per esempio, giunti a soffietto o giunti di Oldham, ed utilizzata per far ruotare, per esempio, un albero motore. Il motore rotativo secondo il trovato assolve quindi il compito prefissato di non richiedere l'utilizzo di cuscinetti rigidi e precisi.

La coppia à ̈ generata dalla forza di attrito in corrispondenza dei vari punti di contatto, ovvero quelli tra attuatori attivi e anello interno e quello tra anello interno e anello esterno.

In figura 2a e figura 2b si vede che i punti di contatto possono variare da un minimo di 2 ad un massimo di 3, per la forma di realizzazione del motore rotativo avente quattro attuatori; la coppia trasmissibile varia pertanto da un valore minimo ad un valore massimo. La coppia trasmissibile minima à ̈ ottenuta nella configurazione con due punti di contatto come in figura 2a, infatti qualora si volesse far slittare l'anello interno nel senso di rotazione opposto a quello del moto di precessione si dovrebbe vincere sia la forza di attrito tra attuatore e anello interno che quella tra anello interno e anello esterno. La presenza di più di un punto di contatto nel quale la forza d'attrito trasmette la coppia giustifica le migliori prestazioni del motore rotativo secondo il trovato rispetto alla tecnica nota. Nel moto illustrato nelle figure 2a, 2b e 2c l'anello interno può strisciare sia nei punti di contatto con gli attuatori che nel punto di contatto con l'anello esterno, tali strisciamenti non impediscono il moto di precessione ma limitano la coppia trasmissibile. Ottimizzando il moto di avvicinamento degli attuatori all'anello interno à ̈ possibile annullare tali strisciamenti. Un semplice provvedimento per migliorare il moto di avvicinamento degli attuatori consiste infatti nell'inclinarli, come mostrato in figura 3.

Il motore rotativo, così concepito, à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito delle allegate rivendicazioni. Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e dello stato della tecnica.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Motore rotativo (1), comprendente due anelli rigidi (2, 3) di diverso diametro, l'anello (3) di diametro minore interno all'anello (2) di diametro maggiore, detto anello (3) di diametro minore interno contenendo attuatori lineari (5, 6, 7, 8) in disposizione radiale rigidamente vincolati all'anello (2) di diametro maggiore esterno nel suo centro, caratterizzato dal fatto che detto anello (2) di diametro maggiore esterno à ̈ fisso, detto anello (3) di diametro minore essendo libero di traslare e ruotare internamente all'anello (2) di diametro maggiore esterno, almeno uno di detti attuatori lineari (5, 6, 7, 8) premendo contro l'anello (3) di diametro minore interno per definire almeno un primo punto di contatto (11, 13) e detto anello (3) interno premendo a sua volta contro l'anello (2) di diametro maggiore esterno per definire un secondo punto di contatto (12).
2. 2. Motore rotativo (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un primo punto di contatto (11, 13) Ã ̈ tra detto almeno un attuatore (5, 6, 7, 8) e detto anello (3) interno lungo la superficie interna di competenza alla circonferenza di detto anello (3) interno e detto secondo punto di contatto (12) Ã ̈ tra detto anello interno (3) e detto anello (2) esterno lungo la superficie interna di competenza alla circonferenza di detto anello esterno (2) e lungo la superficie esterna di competenza alla circonferenza di detto anello (3) interno.
3. 3. Motore rotativo (1), secondo una delle rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detti attuatori lineari (5, 6, 7, 8) sono disposti ad un angolo diverso da zero rispetto alla direzione radiale.
4. 4. Motore rotativo (1), secondo una delle rivendicazioni 1, 2 e 3, caratterizzato dal fatto che detti attuatori lineari (5, 6, 7, 8) sono attuatori piezoelettrici.
5. 5. Motore rotativo (1), secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che diversi ordini di azionamento degli attuatori lineari (5, 6, 7, 8) consentono l'inversione di rotazione da senso orario in senso antiorario e viceversa.
6. 6. Motore rotativo secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detti attuatori lineari (5, 6, 7, 8) premono su dispositivi a leva o camma atti ad amplificarne l'escursione e a ridurre lo strisciamento tra i punti di contatto.