Leva (5) de transmisión de movimiento para motor Stirling, que se dispone en el interior de cuatro émbolos (3) de trabajo que la rodean,

émbolos apoyados sobre la leva (5), concéntricos respecto a su eje de giro y paralelos a ésta, y guiados por dos cojinetes lineales (12), donde dicha leva (5) que está formada por una sola pieza, que comprende un cuerpo cilíndrico (51) con un eje (52) central, donde sobre dicho cuerpo cilíndrico (51) se aplica una superficie roscada (53) con dos zonas (54, 55) casi planas, simétrica respecto al plano que contiene el eje (52) de dicha superficie roscada (53) y describe una trayectoria helicoidal cilíndrica alrededor de dicho eje (52), siendo la superficie roscada (53) de paso variable, con una subida y bajada inferiores a 180º, completando el giro de 360º de una vuelta con las zonas (54, 55) casi planas.

Leva de transmisión de movimiento para motor Stirling

Objeto de la invencion

La presente invención consiste en una leva de transmisión de movimiento para motor Stirling, que mejora los sistemas actuales de biela manivela reduciendo la oscilación de par donde la leva comprende una única pieza con un cuerpo central con una superficie roscada, siendo dicha leva el eje de giro del árbol secundario sobre la que recaen las fuerzas y momentos inerciales libres.

Antecedentes de la invencion

El principio de funcionamiento de un motor Stirling es el trabajo hecho por la expansión y contracción de un gas, normalmente helio, hidrógeno, nitrógeno o simplemente aire, obligado a seguir un ciclo de enfriamiento en un foco frío, con lo cual se contrae, y de calentamiento en un foco caliente, con lo cual se expande. Es decir, es necesaria la presencia de una diferencia de temperaturas entre dos focos.

Existe un regenerador adicional al motor que, aunque no es indispensable, permite alcanzar mayores rendimientos. El regenerador es un intercambiador de calor interno que tiene la función de absorber y ceder calor en las evoluciones a volumen constante del ciclo. El regenerador consiste en un medio poroso con conductividad térmica despreciable, que contiene un fluido. El regenerador divide al motor en dos zonas: una zona caliente y otra zona fría. El fluido se desplaza de la zona caliente a la fría durante los diversos ciclos de trabajo, atravesando el regenerador.

Este motor, de gran antigüedad, continúa en investigación gracias a la versatilidad de fuentes de energía utilizables para su funcionamiento, ya que al necesitar solamente una fuente de calor externa al cilindro, es posible usar una gran variedad de fuentes energéticas, como energía solar térmica, todo tipo de combustibles, uso de la biomasa, energía geotérmica, etc.

El documento US 2003/0046932 trata de un motor Stirling con un mecanismo a través de una leva ranurada con una pareja de cojinetes longitudinales desplazados. Un cojinete de bolas se adapta para pasar a través de la superficie superior de la leva, mientra el otro cojinete de bolas se adapta para pasar a través de la superficie inferior de la leva. Cada elemento móvil incluye un eje interno donde se monta un primer cojinete, extendiéndose a la parte externa donde se monta el segundo cojinete, con un espacio preferentemente anular entre ambos cojinetes.

El documento WO 98/41734 relata un motor Stirling, con un camino de leva de forma especial, donde cada parte saliente de la leva es de configuración ondulada para asegurar el movimiento continuo de las partes móviles hasta al menos su segunda derivación dentro de una vuelta de la leva. El motor incluye un mecanismo de cambio de compresión y un mecanismo de regulación del aire-combustible de distribución.

Así, en el documento US 2003/0046932 reivindica fundamentalmente el mecanismo de rodillos que se deslizan por la leva según sus figuras 3 a 9, sin entrar en ningún caso en la geometría del camino de rodadura de la leva. En el documento WO 98/41734 se reivindica una forma especial del camino de la leva, que se caracteriza por tener unas zonas planas en la parte superior e inferior del camino de rodadura, o solo una zona plana en uno de los lados. Sin embargo, la oscilación de par del motor es elevado, lo que hace que los esfuerzos de fatiga de las piezas sean elevados, de manera que el tiempo de vida de las mismas se acorta.

Descripcion de la invencion

La presente invención consiste en una leva de transmisión de movimiento para motor Stirling, que simplifica en gran medida el mecanismo del motor. El motor en que se aplica comprende al menos cuatro émbolos de trabajo tipo Alfa, girados en cada caso 90º entre sí, con un eje secundario formado por una leva para la conversión del movimiento lineal del émbolo de trabajo en un movimiento de rotación del árbol secundario común, estando los ejes de los émbolos de trabajo concéntricos y paralelos respecto del eje de giro del árbol secundario. Los émbolos de trabajo estás apoyados sobre la citada leva, que posee una superficie roscada de sección rectangular o trapezoidal macho o hembra de paso variable, con zonas prácticamente horizontales en la parte superior e inferior de la misma, y simétrica con respecto a un plano que pase por su eje, teniendo por tanto una subida y una bajada inferiores ambas a 180º, completando el giro de 360º con las zonas prácticamente planas mencionadas. El foco de calor exterior aplicable a la invención puede ser de cualquier tipo, solar, combustión de biomasa, gas, etc.

De este modo se consigue de forma fiable una compensación completa de las fuerzas y momentos de inercia libres, de manera que se haga posible un funcionamiento lo más libre de vibraciones posibles. Para esta compensación completa, las fuerzas y momentos de inercia libres están asignados, únicamente al árbol secundario común de manera que los émbolos de trabajo y las piezas de transmisión que se mueven con los émbolos de trabajo presentan un centro de

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gravedad común, situado en el eje del árbol secundario. Por tanto, el centro de gravedad total del motor Stirling no se mueve.

Debido a la geometría de la leva, donde la oscilación de par es, en una vuelta, menos de la mitad que un mecanismo de biela-manivela, esto hace que los esfuerzos a fatiga de las piezas se reduzcan en la misma proporción, y en consecuencia, se incrementa la vida de estas piezas considerablemente.

Para una sencilla estructuración constructiva del motor Stirling los émbolos de trabajo son de doble acción. La lubricación fiable de las piezas de transmisión se asegura mediante el bombeo de aceite que genera la forma de la superficie roscada de la leva, pudiendo prescindir de este modo de una bomba de aceite, separada para la circulación de aceite lubricante.

Los rodillos de apoyo de los émbolos van sujetos a los soportes guías, que a su vez van guiados por dos guías cilíndricas que absorben los esfuerzos laterales, liberando a los émbolos de las cargas laterales.

Dado que en el la leva de la invención no aparecen fuerzas o momentos de inercia libres, éste puede ser integrado sin necesidad de medios auxiliares, con arranque automático, a cualquier tipo de suministro de calor. Por tanto, la potencia del motor se determina únicamente a través de la intensidad del suministro de calor, pudiendo ser utilizado éste, por ejemplo, para el accionamiento de un generador eléctrico.

Para una transmisión de calor eficiente al gas de trabajo es favorable que a los cilindros de trabajo del motor Stirling estén conectados tubos de calentador circulados por gas de trabajo para el calentamiento de este gas.

El concentrador de calor estará diseñado en cada caso, en función del foco de calor, en el caso de solar, podrá ser de tubos expuestos directamente a los rayos solares o estos inmersos en un recipiente hermético con sodio.

Descripcion de los dibujos

Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de la realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Figura 1. muestra una vista de corte de un motor con la leva de la invención.

La Figura 2. muestra una vista de corte de la leva (5) , junto con los émbolos de trabajo, viendo en detalle la sujeción de los rodillos (13) .

La Figura 3. muestra la leva (5) del motor Stirling en una de sus realizaciones preferentes, donde la superficie roscada (53) es hembra, es decir, la superficie roscada (53) es de diámetro mayor que el cuerpo cilíndrico (51) , de sección rectangular.

La Figura 4. muestra la leva (5) del motor Stirling en otra realización preferente, donde la superficie roscada (53) aplicada a la misma es macho, es decir, la superficie roscada (53) es de diámetro menor que el cuerpo cilíndrico (51) y de sección rectangular.

La Figura 5. muestra la leva (5) del Motor Stirling en otra realización preferente, donde la superficie roscada aplicada a la misma es hembra y de sección trapezoidal.

La Figura 6. muestra una vista frontal de un motor Stirling con la leva de la invención.

La Figura 7. muestra...

1. Leva (5) de transmisión de movimiento para motor Stirling, que se dispone en el interior de cuatro émbolos (3) de trabajo que la rodean, equidistantes entre sí, estando dispuestos los ejes de los émbolos (3) de trabajo apoyados sobre la leva (5) , concéntricos respecto a su eje de giro y paralelos a ésta, y estando los émbolos (3) guiados por dos cojinetes lineales (12) , caracterizada porque está formada por una sola pieza, que comprende un cuerpo cilíndrico (51) con un eje (52) central, donde sobre dicho cuerpo cilíndrico (51) se aplica una superficie roscada (53) con dos zonas (54, 55) casi planas, simétrica respecto al plano que contiene el eje (52) de dicha superficie roscada (53) y describe una trayectoria helicoidal cilíndrica alrededor de dicho eje (52) , siendo la superficie roscada (53) de paso variable, con una subida y bajada inferiores a 180º, completando el giro de 360º de una vuelta con las zonas (54, 55) casi planas.

2. Leva (5) de transmisión de movimiento para motor Stirling, según reivindicación 1, caracterizada porque el diámetro exterior de la superficie roscada (53) es mayor que el diámetro del cuerpo cilíndrico (51) , quedando dicha superficie roscada (53) saliente alrededor del cuerpo cilíndrico (51) sobre su parte externa.

3. Leva (5) de transmisión de movimiento para motor Stirling, según reivindicación 1, caracterizada porque el diámetro exterior de la superficie roscada (53) es menor que el diámetro del cuerpo cilíndrico (51) , quedando la superficie roscada (53) en el interior del cuerpo cilíndrico (51) .

4. Leva (5) de transmisión de movimiento para motor Stirling, según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la superficie roscada (53) es de sección rectangular, donde los rodillos (13) de los émbolos (4) de apoyo son cilíndricos.

5. Leva (5) de transmisión de movimiento para motor Stirling, según reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la superficie roscada (53) es de sección trapezoidal, donde los rodillos (13) de los émbolos (4) de apoyo son cónicos.

6. Leva (5) de transmisión de movimiento para motor Stirling, según reivindicación 5, caracterizada porque el ajuste de los rodillos (13) cónicos dentro de la superficie roscada (53) se realiza con un casquillo de ajuste entre este rodillo (13) y su apoyo axial.

7. Leva (5) de transmisión de movimiento para motor Stirling, según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los émbolos (3) de trabajo son tipo Alfa de doble efecto.

8. Leva (5) de transmisión de movimiento para motor Stirling, según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los rodamiento (11) de apoyo de la leva (5) son de bolas.

9. Leva (5) de transmisión de movimiento para motor Stirling, según reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque los rodamiento (11) de apoyo de la leva (5) son rodillos.

10. Leva (5) de transmisión de movimiento para motor Stirling, según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la geometría del camino de rodadura de la leva (5) es simétrica respecto a un plano que pasa por el eje (52) de dicha leva (5) , alcanzando su máxima pendiente a mitad de su altura.

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2 2'3 9 12413

FIG. 1

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FIG. 6

FIG. 7