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Patent Searching and Data


Title:
CONTROLLED ROTARY DAMPER USING SMART FLUIDS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/190733
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a compact device which serves as a controlled rotary damper using smart fluids and which can be easily adapted to different applications. The device consists of a rotor having perforated curved blades joined to the solid or hollow rotary shaft which moves inside a casing filled with smart fluid. External magnetic or electric excitation is applied to the device in order to apply a magnetic or electric field to the smart fluid and, in this way, provide a controlled resistance for damping.

Inventors:
GONZÁLEZ GAUDALUPE (PA)
MEDINA CARLOS (PA)
ZAMBRANO MAYTEE (PA)
BARAZARTE RONALD (PA)
Application Number:
PCT/PA2018/000001
Publication Date:
October 18, 2018
Filing Date:
January 30, 2018
Export Citation:
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Assignee:
UNIV PANAMA TECNOLOGICA (PA)
International Classes:
F16F15/023
Attorney, Agent or Firm:
ESTUDIO BENEDETTI (PA)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1. Amortiguador rotacional controlado mediante fluidos inteligentes que comprende: una carcasa hueca, un rotor con unas aspas de geometría, esencialmente curva y con una pluralidad de perforaciones pasantes definidas en su superficie, que desplaza giratoriamente en el interior de la carcasa, un eje vinculado al centro geométrico del rotor en torno al cual gira dicho rotor, un fluido inteligente dispuesto en el interior de la carcasa rodeando al conjunto formado por el eje y el rotor, y un elemento de excitación vinculado a una fuente de energía y a la carcasa, para transmitir un estímulo al fluido inteligente y modificar sus propiedades.

2. Amortiguador rotacional controlado mediante fluidos inteligentes de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el fluido inteligente es un fluido electrorreológico.

3. Amortiguador rotacional controlado mediante fluidos inteligentes de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el fluido inteligente es un fluido magnetorreológico.

4. Amortiguador rotacional controlado mediante fluidos inteligentes de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el eje es un eje sólido.

5. Amortiguador rotacional controlado mediante fluidos inteligentes de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el eje es un eje hueco.

Description:
AMORTIGUADOR ROTACIONAL CONTROLADO UTILIZANDO FLUIDOS

INTELIGENTES

CAMPO DE INVENCIÓN

La presente invención se refiere al área de dispositivos rotativos que utilizan fluidos inteligentes para proveer esfuerzos controlados. La invención se refiere al uso de fluidos inteligentes y la excitación eléctrica o magnética de tal fluido para proporcionar resistencia controlada al movimiento de un conjunto de aspas perforadas de un rotor alojado en el interior de una carcasa. Se ha prestado especial atención al diseño geométrico de las aspas del rotor, resultando en una forma curva que aumenta el área de contacto entre el fluido y las aspas y por lo tanto se incrementa el rango de resistencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Dispositivos rotativos se pueden utilizar como amortiguadores, frenos, embragues y similares, o para proveer fuerzas disipativas controlables. Dichos dispositivos basados en fluidos inteligentes son particularmente atractivos ya que pueden ofrecer una forma innovadora para lograr una absorción de energía de forma continua controlable, en combinación con una adaptación automática a los requisitos de operación.

Amortiguadores rotativos convencionales consisten, en general, de un estator y un rotor que delimitan entre ellos una cámara llena de un fluido, en particular un fluido viscoso. Dos o más paletas se disponen básicamente radialmente en el rotor y hay medios para proporcionar la comunicación entre las cámaras, por ejemplo orificios, para permitir la transferencia de fluido desde una cámara a la otra cuando se produce un movimiento de rotación relativo entre el rotor y el estator. El flujo del fluido a través de los orificios o conductos inducido por el movimiento de rotación relativo entre el rotor y el estator proporciona la amortiguación esperada, como se describe en las patentes US7048098B1 , US6899208B2 and US4768630A.

Un fluido inteligente es aquel fluido cuyas propiedades pueden cambiarse aplicando un campo magnético o un campo eléctrico. Hoy en día, los fluidos inteligentes más desarrollados son fluidos cuya viscosidad cambia en respuesta a campos eléctricos o magnéticos. Estos son llamados fluidos magnetoreológicos (MR) o fluidos electroreológicos (ER), respectivamente. Estos fluidos han sido considerados en sistemas de absorción de energía bajo impacto o vibraciones, sistemas de frenos o embragues y sistemas de válvulas y bombas.

Existen múltiples patentes que incorporan amortiguadores MR, principalmente amortiguadores lineales. Por ejemplo, la patente US5176368 de Shtarkaman et al. incorpora amortiguadores MR lineales en los soportes del motor de un vehículo; la patente US5284330A de Carson et al., se refiere al diseño de un amortiguador MR con pistón sin sellos, y la patente US20100035737A1 de Tae Kyu Kwon et al. provee una máquina de ejercicios físicos que puede controlar la resistencia utilizando un amortiguador MR lineal. Amortiguadores rotativos utilizando fluidos inteligentes también han sido incorporados en múltiples aparatos y aplicaciones. Uno de esos aparatos es documentado en la patente US. No. 8142370B2 de Weinberg et al., el cual consiste en un freno o actuador con fluido ER para proveer resistencia controlable; es utilizado en aparatos ortopédicos para coyunturas, tales como rodillas y codos. En la patente US. Pat. No. 20100300819, Hiemenz et al. presentan un sistema de absorción energía MR de paletas rotativas para uso en aplicaciones donde capacidades de largo alcance, alto rango de fuerzas dinámicas, tamaño y peso del aparato son de importancia. El aparato consiste, básicamente, de una válvula de flujo y una carcasa hueca fija y paletas rotativas dentro de un flujo MR, con varios mecanismos de movimiento de traslación para traducir el movimiento lineal a rotacional. La intensión de dicho mecanismo de absorción de energía es para ser utilizado en sistemas de protección de impacto y vibraciones en aplicaciones vehiculares, incluyendo vehículos en tierra, aire o mar. En la patente US20090159382A1 , Chemouni et al. se describe un amortiguador rotacional viscoso para ser aplicado, principalmente, en el rotor de un helicóptero. Este amortiguador consiste de un estator, un rotor con aspas radiales, una cámara entre ellos, un mecanismo para crear la comunicación del fluido entre las cámaras, y por lo menos un cojinete elastómero cónico entre el estator y el rotor para servir como un sello dinámico y guía del conjunto estator- eje en relación al conjunto rotor-carcasa.

La invención aquí presentada es un amortiguador rotacional controlado utilizando fluidos inteligentes con un diseño relativamente simple que incluye aspas curvas con un área de contacto larga para proveer un mayor efecto de amortiguamiento. Esto conlleva a una unidad compacta con un rango amplio de resistencias controlables.

DESCRPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objetivo principal de la invención presentada es proveer un amortiguamiento rotativo controlado utilizando fluidos inteligentes con un aparato compacto, fácilmente adaptable a varias aplicaciones. La invención alcanza este objetivo utilizando aspas curvas perforadas unidas al eje rotatorio que se mueve dentro de una carcasa llena de fluido inteligente cuya resistencia al movimiento de las aspas es controlada por medio de una excitación magnética o eléctrica externa.

[El aparato presentado en esta invención está constituido por una carcasa dentro de la cual se mueve el rotor. Dicho rotor tiene aspas curvas perforadas unidas al eje rotatorio, solido o hueco, y se mueve en contra de un fluido inteligente con el que cuenta el aparato. La carcasa contiene ya sea bobinas o placas de excitación que están eléctricamente conectadas a una fuente de poder y producen un campo magnético o eléctrico que modifica las propiedades del fluido inteligente. Este cambio en las propiedades aumenta o decrece la resistencia al movimiento de las aspas, cambiando efectivamente el par mecánico del eje al que a su vez afecta la carga o el primo-motor al que esté conectado. Un control variable de dicha resistencia se provee controlando la corriente o voltaje producida por la fuente de poder.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1. Muestra un dibujo pictórico y dos vistas de sección de una representación de nuestra invención teniendo un eje sólido y utilizando un fluido magnetoreológico.

Figura 2. Muestra un dibujo pictórico y dos vistas de sección de una representación de nuestra invención teniendo un eje hueco y utilizando un fluido magnetoreológico.

Figura 3. Muestra un dibujo pictórico y dos vistas de sección de una representación de nuestra invención teniendo un eje sólido y utilizando un fluido electroreológico.

Figura 4. muestra un dibujo pictórico y dos vistas de sección de una representación de nuestra invención teniendo un eje hueco y utilizando un fluido electroreológico.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Como se describe a continuación, las siguientes figuras muestran varias representaciones posibles del amortiguador rotacional controlado utilizando fluidos inteligentes. Las figuras intentan demostrar la funcionabilidad de dicho sistema y sus componentes. Sin embargo, estas imágenes no están a escala. Varias formas y tamaños del dispositivo pueden ser determinadas, basadas en los requisitos específicos de potencia, materiales disponibles y tecnologías de fluidos inteligentes. De todas formas, las figuras son lo suficientemente claras para establecer el concepto de operación y metodología.

Figura 1. incluye un dibujo pictórico de una posible representación de nuestra invención con un eje sólido y utilizando un fluido magnetoreológico, así como dos vistas de sección de dicha representación. La invención consiste en una carcasa 1 dentro del que se encuentra un eje sólido 2 que se mueve. Cables 3 conducen energía eléctrica desde la unidad de control de corriente 4 al cuerpo central de nuestra invención. Una bobina de excitación 5 se coloca alrededor de la carcasa 1 y la corriente que proviene de la unidad de control de corriente 4 fluye a través de ella para producir un campo magnético en paralelo al eje 2. Las aspas curvas perforadas 6 están conectadas al eje solido 2, y se mueven a través del fluido MR 7 produciendo un par opuesto debido a la curvatura de las aspas 6 y el fluido moviéndose a través de las perforaciones en ellas. El par producido en el eje 2 puede ser controlado variando el flujo de corriente en la bobina de excitación 5 que a su vez cambia la resistencia del fluido al movimiento de las aspas perforadas 6.

Figura 2. incluye un dibujo pictórico de una posible representación de nuestra invención con un eje hueco y utilizando un fluido magnetoreológico, así como dos vistas de sección de dicha representación. La invención consiste en una carcasa 8 dentro del que se encuentra un eje hueco 9 que se mueve. Cables 10 conducen energía eléctrica desde la unidad de control de corriente 11 al cuerpo central de nuestra invención. Una bobina de excitación 12 se coloca alrededor de la carcasa 8 y la corriente que proviene de la unidad de control de corriente 11 fluye a través de ella para producir un campo magnético en paralelo al eje 9. Las aspas curvas perforadas 13 están conectadas al eje hueco 9, y se mueven a través del fluido MR 14 produciendo un par opuesto debido a la curvatura de las aspas 13 y el fluido moviéndose a través de las perforaciones en ellas. El par producido en el eje 9 puede ser controlado variando el flujo de corriente en la bobina de excitación 12 que a su vez cambia la resistencia del fluido al movimiento de las aspas perforadas 13.

Figura 3. incluye un dibujo pictórico de una posible representación de nuestra invención con un eje sólido y utilizando un fluido electroreológico, así como dos vistas de sección de dicha representación. La invención consiste en una carcasa 15 dentro del que se encuentra un eje sólido 16 que se mueve. Cables 17 conducen energía eléctrica desde la unidad de control de voltaje 18 al cuerpo central de nuestra invención. Placas de excitación 19 se colocan a los lados de la carcasa 15 y se conectan a la unidad de control de voltaje 18 produciendo un campo eléctrico en paralelo al eje 16. Las aspas curvas perforadas 20 están conectadas al eje solido 16, y se mueven a través del fluido ER 21 produciendo un par opuesto debido a la curvatura de las aspas 20 y el fluido moviéndose a través de las perforaciones en ellas. El par producido en el eje 16 puede ser controlado variando el voltaje de las placas 19 que a su vez cambia la resistencia del fluido al movimiento de las aspas perforadas 20.

Figura 4. incluye un dibujo pictórico de una posible representación de nuestra invención con un eje hueco y utilizando un fluido electroreológico, así como dos vistas de sección de dicha representación. La invención consiste en una carcasa 22 dentro del que se encuentra un eje hueco 23 que se mueve. Cables 24 conducen energía eléctrica desde la unidad de control de voltaje 25 al cuerpo central de nuestra invención. Placas de excitación 26 se colocan a los lados de la carcasa 22 y se conectan a la unidad de control de voltaje 25 produciendo un campo eléctrico en paralelo al eje 23. Las aspas curvas perforadas 27 están conectadas al eje hueco 23, y se mueven a través del fluido ER 28 produciendo un par opuesto debido a la curvatura de las aspas 27 y el fluido moviéndose a través de las perforaciones en ellas. El par producido en el eje 23 puede ser controlado variando el voltaje de las placas 26 que a su vez cambia la resistencia del fluido al movimiento de las aspas perforadas 27.