ITRC20090003A1

ITRC20090003A1 - ECCENTRIC ROTOR, GENERATING A UNIDIRECTIONAL RESULTING FORCE, CREATED BY THE CONVERSION OF THE ROTARY MOTION

Info

Publication number: ITRC20090003A1
Application number: IT000003A
Authority: IT
Inventors: Roberto Ambrogio
Original assignee: Roberto Ambrogio
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2009-09-24

Description

?ROTORE ECCENTRICO, GENERANTE UNA FORZA RISULTANTE ? ECCENTRIC ROTOR, GENERATING A RESULTING FORCE

UNIDIREZIONALE, CREATA DALLA CONVERSIONE DEL MOTO ROTATORIO? UNIDIRECTIONAL, CREATED BY THE CONVERSION OF ROTARY MOTION?

RIASSUNTO SUMMARY

Il rotore (N?2 ? tavola 1 - figura 1), che svolge anche funzione di volano, ? eccentrico rispetto ad una guida_statore (N?1 - tavola 1 ? figura 1). Sulle aste del rotore possono scorrere in direzione radiale, n masse (per quante sono le aste) (N?3 - tavola 1 ? figura 1) che sono vincolate, tramite perni e cuscinetti, a scorrere sulla gi? citata guida_statore. Il moto combinato delle masse, dato da un moto traslatorio e rotatorio, mi permette di generare una forza risultante complessiva ed unidirezionale (nella direzione della eccentricit?), data dalla somma di una forza risultante centrifuga e di una forza risultante tangenziale delle masse in movimento. The rotor (N? 2? Table 1 - figure 1), which also acts as a flywheel,? eccentric with respect to a stator guide (N? 1 - table 1? figure 1). On the rotor rods, n masses (for how many rods are there) can slide in a radial direction (N? 3 - table 1? cited stator_guide. The combined motion of the masses, given by a translational and rotary motion, allows me to generate an overall and unidirectional resulting force (in the direction of eccentricity), given by the sum of a resulting centrifugal force and a resulting tangential force of the moving masses .

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Prima di iniziare con la descrizione ? bene sottolineare che tutte le misure e il numero di componenti da utilizzare che seguono possono variare in base alle esigenze finali; tuttavia tutte le informazioni nella seguente sono relative al prototipo simulato creato dallo scrivente. Before starting with the description? It should be noted that all the measures and the number of components to be used that follow may vary according to the final needs; however all the information in the following is related to the simulated prototype created by the writer.

Le componenti principali del dispositivo nel suo complesso sono The main components of the device as a whole are

- un rotore_volano (N?2 ? tavola 1 - figura 1) con 16 aste, l?una a 22.5? dall?altra, di raggio complessivo di 230 mm; - a rotor_volano (N? 2? table 1 - figure 1) with 16 rods, the one at 22.5? on the other, with a total radius of 230 mm;

- una guida_statore (N?1 - tavola 1 ? figura 1) circolare di raggio 150 mm; - a circular stator guide (N? 1 - table 1? figure 1) with a radius of 150 mm;

- 16 masse_carrelli (N?3 - tavola 1 ? figura 1), da 600 grammi l?una, con altrettanti perni e cuscinetti; - 16 masse_carrelli (N? 3 - table 1? Figure 1), of 600 grams each, with as many pins and bearings;

- un asse con cuscinetto e chiavetta (N?4 ? tavola 1 ? figura 1); - an axis with bearing and key (N? 4? table 1? figure 1);

La guida deve essere montata rigida al telaio che si vuole muovere, tramite dei supporti (N?8 ? tavola 2 ? figura 2). Questa guida presenta una struttura interna rigida (come da tavola 2 - figura 2) con barre convergenti ad un supporto sul quale ha sede un cuscinetto (N?7 ? tavola 2 ? figura 2); il centro del cuscinetto si trova ad una distanza di circa 100 mm dal centro geometrico della guida, questa distanza ? l?eccentricit? ?e? (guarda tavola 4 - figura 4) tra la guida e il rotore. Sul cuscinetto ? montato l?asse, e sull?asse viene calettato il rotore, o i rotori, e bloccato tramite chiavetta. Essendo piana la geometria dei componenti principali, ? possibile mettere in parallelo pi? guide e rotori che possono essere mossi da uno o pi? motori, riuscendo alla fine ad avere un valore della forza pari n volte (per n rotori inseriti in parallelo) il valore della forza generata con un solo rotore. Il piano del rotore si trova ad una distanza di circa 80 mm dal piano contenente la guida. Su ogni asta del rotore ? montata una delle 16 masse; ogni massa ha vincolo prismatico con le aste del rotore, e quindi pu? scorrere in direzione radiale. Su ogni massa inoltre ? presente un cuscinetto ed un perno; quest? ultimo quindi ? capace di ruotare rispetto alla massa; il perno ? poi vincolato a muoversi sulla guida con vincolo tangente. La forma data alle masse ? trapezoidale per ovvi motivi di costruzione (guarda tavola 1 - figura 1); ma in generale ? possibile dare qualsiasi geometria purch? non si modifichi la posizione del baricentro. Il rotore presenta un disco esterno, che gli d? la forma e le funzionalit? di volano, sul quale ? posizionata una pinza con pastiglie, rigida con il telaio, tipo freno a disco (N?6 tavola 1 - figura 1), in modo da diminuire o annullare la forza diminuendo o annullando la velocit? di rotazione del rotore. Sulla base delle aste del rotore sono presenti delle luci destinate alla lubrificazione centrifuga, quindi automatica, delle aste (guarda tavola 1 - figura 1), diminuendo cos? gli attriti e l?usura tra le parti a contatto, ed aumentando l?efficienza del sistema. Assemblate quindi tutte le componenti principali ? possibile far ruotare il rotore muovendo quindi le masse che risultano avere un moto combinato formato dal moto in direzione radiale tra massa e rotore e da quello tangente tra perno della massa e guida. Un?altra variante del sistema potrebbe essere quella di sostituire la guida_statore con dei dispositivi magnetici in grado di conferire alle masse la stessa traiettoria circolare ed eccentrica che avrebbero con la guida_statore, eliminando cos? anche gli attriti. Facciamo adesso una analisi cinematica del sistema in rotazione. Per semplicit? immaginiamo di avere una velocit? angolare costante. Prendiamo ora un sistema di riferimento globale x-y con l?origine O coincidente con l?asse di rotazione del rotore; per ricavare la distanza tra ogni massa ed il centro del rotore (distanza tra m e O in tavola 4 ? figura 4) in funzione di ? (e quindi del tempo, ?(t)), metto a sistema l?equazione del fascio di rette passante per l?origine e funzione di ?, con la circonferenza di raggio R e centro in x=0 e y=e. La distanza calcolata in funzione di ?, ? The guide must be rigidly mounted to the frame to be moved, by means of supports (N? 8? Table 2? Figure 2). This guide has a rigid internal structure (as per table 2 - figure 2) with bars converging to a support on which a bearing is located (N? 7? Table 2? Figure 2); the center of the bearing is located at a distance of about 100 mm from the geometric center of the guide, this distance? the eccentricity? ?And? (see table 4 - figure 4) between the guide and the rotor. On the bearing? mounted the axis, and the rotor or rotors are keyed on the axis and locked by means of a key. Since the geometry of the main components is flat,? possible to put in parallel pi? guides and rotors that can be moved by one or more? motors, eventually managing to have a force value equal to n times (for n rotors inserted in parallel) the value of the force generated with a single rotor. The plane of the rotor is located at a distance of about 80 mm from the plane containing the guide. On each rotor rod? mounted one of the 16 masses; each mass has a prismatic bond with the rotor rods, and therefore can? slide in a radial direction. On each mass also? there is a bearing and a pin; quest? last then? able to rotate with respect to the mass; the pivot ? then constrained to move on the guide with tangent constraint. The shape given to the masses? trapezoidal for obvious construction reasons (see table 1 - figure 1); but in general? possible to give any geometry as long as? do not change the position of the center of gravity. The rotor has an external disk, which gives it? the form and functionality? flywheel, on which? positioned a caliper with pads, rigid with the frame, disc brake type (N? 6 table 1 - figure 1), in order to decrease or cancel the force by decreasing or canceling the speed? of rotation of the rotor. On the base of the rotor rods there are some ports intended for the centrifugal lubrication, therefore automatic, of the rods (see table 1 - figure 1), thus decreasing? friction and wear between the parts in contact, and increasing the efficiency of the system. So do you assemble all the main components? It is possible to rotate the rotor thus moving the masses which result in a combined motion formed by the motion in the radial direction between the mass and the rotor and by the tangent motion between the mass pivot and the guide. Another variant of the system could be that of replacing the stator_guide with magnetic devices capable of giving the masses the same circular and eccentric trajectory that they would have with the stator_guide, thus eliminating? even friction. Let's now do a kinematic analysis of the rotating system. For simplicity? let's imagine we have a speed? constant angular. Let us now take a global reference system x-y with the origin O coinciding with the rotation axis of the rotor; to obtain the distance between each mass and the center of the rotor (distance between m and O in table 4? figure 4) as a function of? (and therefore of time,? (t)), I systematize the equation of the bundle of straight lines passing through the origin and function of?, with the circumference of radius R and center in x = 0 and y = e. The distance calculated as a function of?,?

2 2 2 2 2 2 2 2

d(?)? (2?e?tg?? 4?(R?tg??R? e ))2 (1? tg 2? ) . Dalla distanza ? possibile 2? 2?tg2 ? d (?)? (2? E? Tg ?? 4? (R? Tg ?? R? E)) 2 (1? Tg 2?). From the distance? possible 2? 2? Tg2?

? ?

calcolare le velocit? delle masse; queste sono soggette ad una velocit? tangenziale calculate the speeds? of the masses; these are subject to a speed? ring road

? ?

vt(?)??? d(? ) e ad una velocit? in direzione radiale vr(?)? d(? ) (guarda tavola 5 -figura 5). La velocit? risultante vR(? ) , che viene fuori combinando le due velocit? calcolate sopra, ? tangente alla guida_statore, e cambia continuamente il suo modulo che vt (?) ??? d (?) and at a speed? in the radial direction vr (?)? d (?) (see table 5 - figure 5). The speed? resulting vR (?), which comes out by combining the two speeds? calculated above,? tangent to the stator_guide, and continuously changes its modulus that

vale vR(?)? v2 is vR (?) valid? v2

t ? v 2 t? v 2

r , con un picco massimo quando raggiunge la distanza massima (posizione A [Punto-Morto_Superiore] tavola 5 - figura 5), e un valore minimo quando la medesima distanza ? minima (posizione B [Punto-Morto_Inferiore] tavola 5 - figura 5). Da sottolineare ? il fatto che nelle posizioni A e B la velocit? risultante coincide con quella tangenziale, in quanto in questi punti la velocit? radiale ? nulla. Questa velocit? risultante r, with a maximum peak when it reaches the maximum distance (position A [Top-Dead-Point] table 5 - figure 5), and a minimum value when the same distance? minimum (position B [Dead-point_Bottom] table 5 - figure 5). To underline ? the fact that in positions A and B the speed? resulting coincides with the tangential one, since in these points the velocity? radial? nothing. This speed? resulting

2 2

v ? v?

mi genera una accelerazione centrifuga ac(? )? R ed una tangenziale at(? )? v R , con generates me a centrifugal acceleration ac (?)? R and a ring road at (?)? v R, with

R R.

modulo variabile (tavola 6 - figura 6), che risulta massimo in corrispondenza del PMS. Le proiezioni di queste accelerazioni sull?asse x (tavola 6 - figura 6) danno una risultante nulla per la simmetria rispetto all?asse y, mentre le proiezioni sull?asse y mi danno una accelerazione risultante di notevole entit?. Questa accelerazione risultante, quindi mi dar? una forza unidirezionale diretta verso il semiasse y positivo, capace di muovere tutto il sistema vincolato al telaio che si vuole muovere. Per far girare il rotore si pu? utilizzare un motore elettrico con un riduttore che aumenti la coppia a discapito della velocit? angolare; infatti si riesce ad avere valori di forza molto elevati anche a velocit? angolari molto contenute. Per dare un? idea, con le geometrie e le caratteristiche fisiche descritte sopra, e con una velocit? angolare di 50 rad/sec (meno di 500 rpm) si raggiunge un valore della forza di ben oltre i 1000N ? 100 Kg ; aumentando il valore della velocit? angolare il valore della forza sale con andamento esponenziale, ci? vuol dire che a piccoli aumenti della velocit? di rotazione corrispondono notevoli aumenti della forza. Per aumentare l?efficienza del rotore, oltre alla lubrificazione, ? possibile far girare il sistema in una camera in cui ? stato ricreato il vuoto, per eliminare anche l?attrito con l?aria. Il campo di applicazione del sistema sopra descritto ? molto vasto; per quanto riguarda il settore automobilistico pu? essere utilizzato come sostituto degli odierni propulsori montati sulle autovetture, annullando cos? le emissioni di gas nocivi all?ambiente, ? possibile inoltre inserire degli alternatori alle ruote (ormai tutte e quattro libere) per ricaricare le eventuali batterie utilizzate per alimentare il o i motori elettrici aumentando cos? l?autonomia del veicolo; oppure si pu? usare come sistema frenante facendo in modo che la forza generata sia in verso opposto al senso di marcia; oppure come sistema di stabilit? in curva, dove la forza centrifuga tende a spostare l?autovettura verso l?esterno, indirizzando la forza verso l?interno. Si pu? creare anche un sistema che sia in grado di direzionare in maniera dinamica la forza generata con un sistema di tiranti o di pistoncini a pressione in grado di far ruotare la guida_statore rispetto al telaio mantenendo per? l?eccentricit? con l?asse del rotore. Un?altra applicazione (che secondo me ? quella di maggiore interesse) potrebbe essere quella di utilizzare la forza per vincere la forza di gravit?, e quindi utilizzare il rotore nel settore aerospaziale; se la forza generata supera il peso complessivo del dispositivo e del telaio, si pu? pensare di volare. Si possono creare quindi dei sistemi in grado di raggiungere e di superare l?atmosfera terrestre, una volta vinta la forza di gravit? si continua a salire fino a quando l?effetto della gravit? diventa trascurabile. Si pu? utilizzare anche come propulsore fuori dell?orbita terrestre, in cui non ? presente l?attrito tra le particelle dell?aria presente invece nell?atmosfera e che fa muovere elicotteri e aeroplani. variable modulus (table 6 - figure 6), which is maximum at the TDC. The projections of these accelerations on the x axis (table 6 - figure 6) give a null resultant for the symmetry with respect to the y axis, while the projections on the y axis give me a resultant acceleration of considerable magnitude. This resulting acceleration, then give me? a unidirectional force directed towards the positive y semiaxis, capable of moving the whole system bound to the frame to be moved. To turn the rotor you can? use an electric motor with a reducer that increases the torque at the expense of speed? angular; in fact it is possible to have very high force values even at speed? very contained corner pieces. To give a? idea, with the geometries and physical characteristics described above, and with a speed? angle of 50 rad / sec (less than 500 rpm) you reach a force value of well over 1000N? 100 Kg; increasing the value of the speed? angular the value of the force rises with an exponential trend, ci? does it mean that with small increases in speed? of rotation correspond to significant increases in force. To increase the efficiency of the rotor, in addition to lubrication,? possible to run the system in a room where? vacuum has been recreated to eliminate friction with the air. The scope of the system described above? very vast; as for the automotive sector pu? be used as a replacement for today's engines mounted on cars, thus canceling? emissions of gases harmful to the environment,? It is also possible to insert alternators on the wheels (now all four free) to recharge any batteries used to power the electric motor or motors, thus increasing? the autonomy of the vehicle; or can you? use as a braking system making sure that the force generated is in the opposite direction to the direction of travel; or as a system of stability? cornering, where the centrifugal force tends to move the car towards the outside, directing the force towards the inside. Can you? also create a system that is able to dynamically direct the force generated with a system of tie rods or pressure pistons able to rotate the stator guide with respect to the frame while maintaining for? the eccentricity? with the rotor axis. Another application (which in my opinion is the most interesting one) could be that of using force to overcome the force of gravity, and therefore use the rotor in the aerospace sector; if the force generated exceeds the overall weight of the device and the frame, you can? think about flying. Is it possible to create systems capable of reaching and exceeding the earth's atmosphere, once the force of gravity has been overcome? it continues to rise until the effect of gravity? becomes negligible. Can you? also use as a propeller out of the earth's orbit, in which not? present the friction between the particles of the air present instead in the atmosphere and that makes to move helicopters and airplanes.

Claims

CLAIMS 1-? Eccentric rotor, generating a resulting unidirectional force, created by the conversion of the rotary motion? characterized by the fact of being formed by a rotor (N? 2 table 1? figure 1), also acting as a flywheel, of radius r with N rods, on each of which a mass slides in a radial direction (N? 3 table 1? figure 1), with carriage function, also constrained to move along a circular and eccentric direction with respect to the axis of the rotor (N? 1 table 4? figure 4), by means of magnets or a stator which also acts as a guide for the same masses and which has the geometric center at a distance? and? (table 4 - figure 4) from the geometric center of the rotor, generating a resulting unidirectional force in the direction of the joining the rotor and stator centers (y axis table 4 - figure 4), given by the sum of the projections, along the aforementioned direction , of the centrifugal component and of the tangential component of the forces generated by each mass (table 1- figure 1). 2-? Eccentric rotor, generating a resulting unidirectional force, created by the conversion of the rotary motion? as per claim number 1 characterized by the fact of having ports on the base of the rods, on which the carriage masses slide, intended for centrifugal lubrication (N? 5 table 1 - figure 1), and therefore automatic, to reduce friction and wear. 3-? Eccentric rotor, generating a resulting unidirectional force, created by the conversion of the rotary motion? as per claim number 1 characterized by the fact of having on the stator guide a system of tie rods or pressure pistons, able to make it rotate and therefore to modify, according to the needs, the direction of the resulting force, always maintaining the eccentric distance between the rotor axis and the geometric center of the guide. 4-? Eccentric rotor, generating a resulting unidirectional force, created by the conversion of the rotary motion? as per claim number 1 characterized by the fact of having an external disc (N? 6 table 1 - figure 1) with caliper, rigid with the frame, and pads, disc brake type, to decrease or cancel the speed? angle of the rotor and therefore decrease or cancel the modulus of the generated force.