ITUB20156847A1 - Smorzatore per smorzare vibrazioni di un albero motore - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

"SMORZATORE PER SMORZARE VIBRAZIONI DI UN ALBERO MOTORE"

DESCRIZIONE

Campo dell<1>invenzione

La presente invenzione è relativa a uno smorzatore per smorzare vibrazioni torsionali di un albero motore, in particolare nel campo dei motori a combustione a elevata cilindrata.

Descrizione della tecnica anteriore

Le vibrazioni torsionali sono spesso smorzate attraverso volani di peso elevato e/o l'uso di smorzatori resilienti quali smorzatori in silicio.

Negli smorzatori in silicio vi è un anello, che funge da volano, disposto in un alloggiamento e la rotazione è trasmessa al volano attraverso il comportamento viscoelastico di un silicio in cui il volano è circondato. Tali smorzatori in silicio smorzano le vibrazioni torsionali dell'albero motore dissipando energia in calore.

Riepilogo dell'invenzione

L'obiettivo principale della presente invenzione è fornire un dispositivo di smorzamento in grado di smorzare le vibrazioni torsionali di un albero motore secondo una strategia non dissipativa.

L'obiettivo principale dell'invenzione non è di collegare rigidamente un volano all'albero motore, ma per mezzo di un accoppiamento elettromagnetico in grado di produrre energia soltanto dallo slittamento vibrazionale tra l'albero motore e il volano.

Quando il motore è in funzione, le vibrazioni torsionali sono trasmesse al volano attraverso un accoppiamento elettromagnetico che genera energia elettrica per via della legge di Faraday-Lenz.

Tale energia è vantaggiosamente rettificata e immagazzinata in una batteria, per essere impiegata per usi ulteriori.

Secondo una prima forma di realizzazione dell'invenzione, l'alloggiamento dello smorzatore è collegato rigidamente con l'albero motore. Magneti permanenti sono associati a tale alloggiamento. Il volano e l'alloggiamento sono disposti coassialmente su un'estremità dell'albero motore, solitamente l'estremità anteriore, con l'alloggiamento disposto in modo fisso, mentre il volano è calettato in modo girevole sulla stessa estremità, accoppiato attraverso un cuscinetto. Il volano è dotato di bobine disposte in modo tale da accoppiarsi con il flusso magnetico prodotto dai magneti permanenti.

Durante la semionda di accelerazione e la semionda di decelerazione, i magneti permanenti tentano di accelerare o decelerare rispetto alle bobine, pertanto circolazione di corrente è indotta nelle bobine, cosicché, attraverso spazzole adatte, essa è convogliata a un rettificatore e immagazzinata in un mezzo di immagazzinamento, quale una batteria.

Secondo una seconda forma di realizzazione dell'invenzione, il volano è dotato di un primo ordine di bobine disposto in modo tale da accoppiarsi con il flusso magnetico prodotto dai magneti permanenti fissati sull'alloggiamento. Il volano comprende inoltre un secondo ordine di bobine disposto in modo da non accoppiarsi con il magnete permanente dell'alloggiamento, ma adatto ad accoppiarsi con un terzo ordine di bobine fissate su uno statore fisso.

Qualsiasi variazione di velocità dell'albero motore induce una circolazione di corrente nel primo ordine di bobine del volano che ruota con l'albero motore. Tale primo ordine di bobine alimenta elettricamente il secondo ordine di bobine producendo un flusso magnetico che si accoppia con il terzo ordine di bobine fisse. Pertanto, è possibile convogliare energia a un rettificatore di corrente senza l'uso di spazzole.

Perciò, è chiaro che mentre la prima forma di realizzazione non è dotata di uno statore, la seconda forma di realizzazione ha uno statore. Un primo obiettivo della presente invenzione è uno smorzatore per smorzare vibrazioni torsionali di un albero motore secondo la rivendicazione 1.

Un altro obiettivo della presente invenzione è un motore a combustione che include detto smorzatore. Un ulteriore obiettivo della presente invenzione è un veicolo terrestre o un impianto fisso comprendente tale motore a combustione.

Questi e altri obiettivi sono conseguiti per mezzo delle rivendicazioni allegate, che descrivono le forme di realizzazione preferite dell'invenzione, che formano una parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione dei disegni

L'invenzione risulterà del tutto chiara dalla seguente descrizione dettagliata, fornita a titolo di esempio puramente illustrativo e non limitativo, da leggere facendo riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui;

- la figura 1 mostra una prima forma di realizzazione della presente invenzione,

la figura 2 mostra una seconda forma di realizzazione della presente invenzione.

I numeri e le lettere di riferimento uguali nelle figure indicano parti uguali o funzionalmente equivalenti.

Secondo la presente invenzione, l'espressione "secondo elemento" non implica la presenza di un "primo elemento", primo, secondo, ecc. sono utilizzati soltanto per migliorare la chiarezza della descrizione e non dovrebbero essere interpretati in modo limitativo.

Descrizione dettagliata delle forme di realizzazione preferite

La figura 1 descrive una prima forma di realizzazione dell'invenzione. Un albero motore CK, per qualsiasi numero di cilindri, comprende una prima estremità CKE, preferibilmente un'estremità anteriore.

Su tale estremità è associato lo smorzatore D, oggetto della presente invenzione.

Lo smorzatore D comprende un alloggiamento H associato in modo fisso a tale estremità. Magneti permanenti M sono associati a tale alloggiamento. Un volano FW è associato in modo girevole a detta estremità CKE, preferibilmente attraverso un cuscinetto.

Sia il volano sia l'alloggiamento H sono disposti coassialmente su detta estremità dell'albero motore. Il volano è dotato di bobine disposte in modo tale da accoppiarsi con il flusso magnetico prodotto dai magneti permanenti. Preferibilmente, il flusso magnetico prodotto dai magneti permanenti si sviluppa radialmente rispetto all'albero motore.

Il volano comprende bobine CI disposte in modo tale da accoppiarsi con il flusso magnetico prodotto dai magneti permanenti. Pertanto, se i magneti permanenti sono disposti per produrre un flusso radiale, le bobine hanno il loro asse di simmetria radiale.

Tuttavia, può essere concepito anche un accoppiamento frontale. Il concetto di frontale è discusso qui di seguito.

Le bobine CI sono collegate a un collettore (non mostrato) adatto per il contatto con spazzole B, disposte in modo da convogliare la corrente elettrica prodotta dalle bobine a seguito di un eventuale disallineamento radiale tra le bobine e il flusso prodotto dai magneti permanenti. Dato che la legge di Faraday-Lenz è soddisfatta sia per l'accelerazione sia per la decelerazione dell'albero motore, in entrambe le situazioni viene prodotta e opportunamente rettificata e immagazzinata la corrente elettrica prodotta.

La figura 2 descrive una seconda forma di realizzazione che consente di evitare 1'implementazione di spazzole.

L'idea è di introdurre un primo accoppiamento magnetico tra l'alloggiamento H e il volano e un secondo accoppiamento magnetico tra detto volano e uno statore fisso ST.

Questa forma di realizzazione differisce dalla prima per la presenza di una seconda disposizione di bobine C2, detta anche secondo ordine, fisso col volano.

Questa seconda disposizione di bobine è collegata elettricamente alla prima disposizione di bobine e accoppiata con la prima disposizione di bobine.

Una terza disposizione di bobine C3 è associata ad uno statore fisso ST. La seconda disposizione di bobine produce un flusso magnetico adatto ad energizzare il terzo ordine di bobine, allo scopo di produrre corrente elettrica da rettificare e immagazzinare. L'accoppiamento magnetico tra il volano e lo statore secondo questa forma di realizzazione è frontale, essendo il flusso magnetico di accoppiamento assiale rispetto all'estremità CKE dell'albero motore.

La terza forma di realizzazione di bobine è isolata dal flusso prodotto dai magneti permanenti, nel senso che non vi è alcuna concatenazione del flusso magnetico, dato che lo scopo dello smorzatore attivo non è di produrre energia dalla rotazione dell'albero motore, ma soltanto dalle sue variazioni di velocità determinate dal movimento non lineare delle manovelle.

Preferibilmente, le bobine della terza forma di realizzazione sono orientate perpendicolarmente rispetto all'orientamento di flusso prodotto dai magneti permanenti.

La prima e la seconda forma di realizzazione delle bobine possono essere realizzate attraverso bobine separate ed elettricamente interconnesse, o attraverso singole bobine opportunamente curve in modo da avere una porzione accoppiata magneticamente con i magneti permanenti M e la porzione rimanente accoppiata con la terza disposizione di bobine C3 dello statore.

È inoltre concepibile che, sebbene i magneti permanenti sviluppino un flusso assiale, le terze bobine siano disposte in modo da svilupparsi radialmente, perciò, l'accoppiamento magnetico tra l'alloggiamento e il volano è frontale, mentre l'accoppiamento tra lo statore e il volano è radiale.

Secondo le figure, il volano FL è associato all'estremità CKE dell'albero motore CK attraverso un cuscinetto R.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, gli impulsi di corrente (positivi e/o negativi) possono essere sfruttati per riconoscere una o più posizioni dell'albero motore del motore. Queste informazioni possono essere derivate opportunamente allo scopo di stimare la velocità dell'albero motore.

Inoltre, è possibile interpretare una mancanza o una variazione di corrente impulsiva come una condizione di accensione irregolare. Pertanto, secondo la presente invenzione, lo smorzatore elettrico è implementato anche come sensore di velocità dell'albero motore e/o sensore di accensione irregolare al posto di un qualsiasi ulteriore sensore oppure per essere ridondante rispetto a ulteriori sensori,

Qualora lo smorzatore sia progettato come macchina asincrona, tra volano e alloggiamento è sempre presente uno slittamento, pertanto, in base alla conoscenza del numero di poli, è possibile stimare tale slittamento e sottrarlo dalla velocità dell'albero motore stimata.

In ogni caso, durante i transitori, il rettificatore riceve impulsi di corrente con ampiezza maggiore rispetto a condizioni di regime, pertanto è possibile distinguere impulsi dovuti alle vibrazioni dell'albero motore e impulsi causati dalla accelerazione/decelerazione della velocità del motore, ovvero comandati dal conducente. Pertanto, secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, tale smorzatore è collegato elettricamente con un rettificatore in grado di rettificare l'energia elettrica prodotta, ma anche di stimare la velocità dell'albero motore e/o le condizioni di accensione irregolare. In alternativa, tale stima è eseguita con mezzi di elaborazione separati e aggiuntivi, anch'essi collegati al cavo elettrico di uscita dello smorzatore.

Molti cambiamenti, modifiche, variazioni e altri usi e applicazioni dell'invenzione in oggetto risulteranno evidenti agli esperti nella tecnica dopo aver considerato la descrizione e i disegni allegati che descrivono le sue forme di realizzazione preferite. Si comprenderà che tutte le singole caratteristiche e/o forme di realizzazione possono essere combinate tra loro. Inoltre, le caratteristiche descritte nello stato della tecnica anteriore sono presentate soltanto per una migliore comprensione dell'invenzione e non come una dichiarazione in merito all'esistenza della tecnica anteriore nota. Pertanto, anche le caratteristiche descritte nello stato della tecnica anteriore possono essere considerate in combinazione con quelle menzionate in ogni forma di realizzazione della descrizione dettagliata.

Dato che l'esperto nella tecnica è in grado di realizzare l'invenzione a partire dall'insegnamento della descrizione di cui sopra, non saranno descritti ulteriori dettagli di implementazione.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Smorzatore per smorzare vibrazioni torsionali di un albero motore, lo smorzatore comprendendo un alloggiamento (H), adatto per essere collegato in modo fisso con una estremità (CKE) di un albero motore, un volano (FW) adatto per essere collegato in modo girevole con detta estremità (CKE) in cui l'alloggiamento è dotato di magneti permanenti (M) e il volano è dotato di una prima disposizione di bobine (Cl) disposta in modo tale da accoppiarsi con un flusso magnetico prodotto dai magneti permanenti, detto flusso magnetico trascinando in rotazione detto volano, le bobine producendo corrente elettrica soltanto a seguito di una variazione di velocità tra l'alloggiamento ed il volano.
2. 2. Smorzatore secondo la rivendicazione 1, in cui dette bobine sono collegate elettricamente con un collettore, fisso con il volano, e spazzole (B) sono a contatto con detto collettore per convogliare corrente elettrica indotta in dette prime bobine (Cl).
3. 3. Smorzatore secondo la rivendicazione 1, in cui detto volano comprende inoltre una seconda disposizione di bobine (C2) collegata elettricamente con detta prima disposizione di bobine, e in cui lo smorzatore comprende inoltre uno statore (ST) dotato di una terza disposizione di bobine (C3) disposta in modo tale da accoppiarsi con un flusso magnetico prodotto da detta seconda disposizione di bobine, in cui detta seconda disposizione di bobine è alimentata elettricamente da detta prima disposizione di bobine, la terza disposizione di bobine essendo destinata a convogliare corrente elettrica indotta da detto flusso magnetico prodotto da detta seconda disposizione di bobine.
4. 4. Smorzatore secondo la rivendicazione 3, in cui la terza disposizione di bobine è isolata dal flusso prodotto dai magneti permanenti dell'alloggiamento.
5. 5. Smorzatore secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui il flusso magnetico prodotto da detti magneti permanenti (M) è perpendicolare rispetto allo sviluppo di detta terza disposizione di bobine (C3).
6. 6. Smorzatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3-5, in cui detti magneti permanenti sono disposti allo scopo di produrre un flusso magnetico radiale rispetto a detta estremità di albero motore e detta terza disposizione di bobine è disposta in modo che lo sviluppo delle rispettive bobine sia parallelo rispetto a detta estremità dell'albero motore.
7. 7. Smorzatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3-5, in cui detti magneti permanenti sono disposti allo scopo di produrre un flusso magnetico parallelo rispetto a detta estremità di albero motore e detta terza disposizione di bobine è disposta in modo che lo sviluppo delle rispettive bobine sia radiale rispetto a detta estremità di albero motore.
8. 8. Smorzatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti 3-7, in cui detta prima e detta seconda disposizione di bobine sono formate da bobine separate elettricamente interconnesse, o attraverso singole bobine opportunamente curve in modo da avere una porzione accoppiata magneticamente con i magneti permanenti (M) soltanto e la porzione rimanente accoppiata con la terza disposizione di bobine (C3) soltanto.
9. 9. Smorzatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi di rettificazione allo scopo di rettificare la corrente elettrica indotta in detta prima disposizione di bobine e un mezzo di immagazzinamento per immagazzinare tale energia elettrica.
10. 10. Smorzatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi di elaborazione in grado di analizzare la corrente elettrica prodotta da detto smorzatore allo scopo di determinare una velocità del motore e/o condizioni di accensione irregolare.
11. 11. Motore a combustione comprendente un albero motore (CK) avente un'estremità (CKE) e uno smorzatore (B), secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 10, accoppiato con detta estremità (CKE) allo scopo di produrre energia elettrica dallo smorzamento di vibrazioni torsionali dell'albero motore.
12. 12. Veicolo terrestre o impianto fisso comprendente un motore a combustione secondo la rivendicazione 11.