IT201600071646A1

IT201600071646A1 - Trasmissione a velocita' variabile e sistema che la utilizza

Info

Publication number: IT201600071646A1
Application number: IT102016000071646A
Authority: IT
Inventors: Gianluca Boccadamo; Giuliano Milani
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2018-01-08
Also published as: JP7077296B2; KR20190028483A; CN109416109A; CN109416109B; JP2019526020A; BR112018076898A2; EP3482100B1; US20190154127A1; WO2018007605A1; US11835117B2; EP3482100A1

Description

"TRASMISSIONE A VELOCITA' VARIABILE E SISTEMA CHE LA UTILIZZA"

Descrizione

Campo tecnico

L'oggetto della presente descrizione concerne sistemi comprendenti una macchina condotta e un azionatore. Più specificamente, forme di realizzazione qui descritte concernono sistemi in cui un azionatore a velocità costante aziona in rotazione una macchina ruotante a velocità variabile, quale ad esempio un compressore o un treno di compressori.

Arte anteriore

In molte applicazioni industriali esiste l'esigenza di azionare un carico ruotante utilizzando azionatori, i quali ruotano ad una velocità di rotazione costante, quali motori elettrici. In alcune circostanze il carico ruotante è una turbomacchina, ad esempio un compressore. Grandi compressori centrifughi o assiali sono tipicamente usati in gasdotti per pressurizzare gas da trasportare lungo il gasdotto. Grandi compressori centrifughi o assiali sono anche usati in cosiddette applicazioni LNG, per la liquefazione di gas naturale. Compressori sono usati in tali installazioni per elaborare fluidi refrigeranti, che sono usati in un ciclo chiuso per raffreddare gas naturale.

In alcune applicazioni la velocità di rotazione del carico ruotante richiede di essere modificata e può essere modulata ad esempio fra circa il 70% e circa il 105% della velocità di rotazione nominale. Motori elettrici possono ruotare a velocità variabile interponendo un azionatore a frequenza variabile fra la rete di distribuzione elettrica e il motore elettrico. Azionatori a frequenza variabile sono componenti complessi costosi ed ingombranti, poiché essi devono convertire potenze nominali molto elevate richieste dal motore elettrico. Applicazioni tipiche di motori elettrici per azionare grandi compressori possono richiedere potenze da 1 a molte decine di MW.

Esiste pertanto la necessità di sistemi che consentono un modo più conveniente di modulare la velocità di rotazione di un carico a velocità variabile azionato da un azionatore.

Sommario dell'invenzione

Secondo un primo aspetto, allo scopo di affrontare i sopra menzionati problemi dell'arte anteriore viene descritto un sistema comprendente: un azionatore, preferibilmente configurato per ruotare ad una velocità di rotazione sostanzialmente costante; un carico ruotante configurato per essere azionato in rotazione dall'azionatore ad una velocità possibilmente variabile; un controllore, per modificare in modo controllato una velocità di rotazione del carico; una trasmissione a velocità variabile, disposta fra l'azionatore e il carico. Secondo forme di realizzazione qui descritte, la trasmissione a velocità variabile può comprendere una disposizione di ingranaggi sommatori di velocità con un primo albero di ingresso, un secondo albero di ingresso e un albero di uscita. In alcune forme di realizzazione l'albero di uscita è meccanicamente accoppiato al carico ruotante. Il primo albero di ingresso può essere meccanicamente accoppiato all'azionatore. La velocità dell'albero di uscita è una funzione delle velocità del primo albero di ingresso e del secondo albero di ingresso. Un dispositivo di trasmissione continuo variabile può essere meccanicamente accoppiato all'azionatore e quindi al primo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità, e al secondo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità. Il dispositivo di trasmissione continua variabile è configurato per modificare la velocità del secondo albero di ingresso. La maggior parte della potenza dall'azionatore è trasmessa attraverso la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità dal primo albero di ingresso all'albero di uscita di essa, senza passare attraverso il dispositivo di trasmissione continua variabile. Soltanto una frazione, tipicamente meno del 50%, preferibilmente meno del 30%, più preferibilmente meno del 20% della potenza dell'azionatore passa attraverso il dispositivo di trasmissione continua variabile, ed è modulata da esso, per aggiungere o sottrarre velocità attraverso il secondo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità. Il dispositivo di trasmissione continua variabile è funzionalmente accoppiato al controllore, cosicché la velocità di rotazione dell'albero di uscita della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità e quindi la velocità del carico che è meccanicamente accoppiato al detto albero di uscita, può essere modulata, mentre la velocità di rotazione dell'azionatore, e quindi del primo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità, può rimanere costante.

Il primo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità può essere accoppiato all'azionatore direttamente o indirettamente, cioè senza o con una scatola di ingranaggi, o qualunque altro dispositivo meccanico disposto tra di essi. Pertanto il primo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità può ruotare alla stessa velocità di rotazione dell'azionatore, oppure ad una velocità differente. Analogamente l'albero di uscita della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità può essere accoppiato al carico direttamente, oppure una scatola di ingranaggi può essere prevista fra l'albero di uscita e il carico.

In alcune forme di realizzazione, il carico può comprendere una macchina ruotante, ad esempio un compressore centrifugo, assiale o misto, o qualunque altra turbomacchina condotta, o un compressore alternativo, o altro carico ruotante. In altre forme di realizzazione, il carico può comprendere due o più macchine ruotanti. Queste ultime possono richiedere di ruotare alla stessa velocità o a velocità di rotazione differenti. Scatole di ingranaggi possono essere disposte fra macchine condotte ruotanti disposte in sequenza, per fornire velocità di rotazione differenti, se richiesto.

In forme di realizzazione esemplificative, il dispositivo di trasmissione continua variabile comprende un organo motore e un organo condotto. L'organo motore può essere accoppiato all'azionatore. L'organo condotto può essere disposto sostanzialmente coassiale all'organo motore. L'organo condotto può essere accoppiato al secondo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità.

Secondo alcune forme di realizzazione, il dispositivo di trasmissione continua variabile comprende un accoppiamento magnetico. L'accoppiamento magnetico può comprendere una disposizione circolare di magneti cooperanti con un organo elettricamente conduttivo, in cui correnti parassite vengono generate quando i magneti e l'organo elettricamente conduttivo ruotano l'uno rispetto all'altro. Le correnti parassite interagiscono con il campo magnetico generato dai magneti cosicché una coppia viene trasmessa dalla disposizione di magneti all'organo elettricamente conduttivo o viceversa.

L'accoppiamento magnetico può utilizzare magneti permanenti, elettromagneti o entrambi. La quantità di potenza trasmessa attraverso l'accoppiamento magnetico può essere modulata, cioè regolata controllando l'intensità del campo magnetico, ad esempio se vengono usati elettromagneti. In altre forme di realizzazione, la potenza trasmessa attraverso l'accoppiamento magnetico può essere modulata regolando la distanza tra i magneti e l'organo elettricamente conduttivo.

In altre forme di realizzazione, il dispositivo di trasmissione continua variabile comprende una trasmissione idroviscosa. La trasmissione idroviscosa comprende un organo motore e un organo condotto. L'organo motore comprende almeno un disco motore e l'organo condotto comprende almeno un disco condotto. I due dischi sono contrapposti l'uno all'altro e formano un spazio tra di essi. In altre forme di realizzazione l'organo motore comprende una pluralità di dischi motori e l'organo condotto comprende una pluralità di dischi condotti. Ciascun disco motore è accoppiato con un disco condotto cosicché ciascun disco condotto è disposto fra due dischi motori disposti consecutivamente e viceversa. Uno spazio viene formato fra ciascuna coppia di disco condotto e rispettivo contrapposto disco motore. Gli spazi sono riempiti con un liquido viscoso, che trasmette per attrito viscoso la coppia dai dischi motori ai dischi condotti. L’ampiezza dello spazio tra disco condotto e disco motore di ciascuna coppia può essere regolata per regolare la coppia trasmessa dall'organo motore all'organo condotto.

In ulteriori forme di realizzazione, il dispositivo di trasmissione continua variabile può comprendere: un anello di trazione di ingresso meccanicamente accoppiato all'azionatore; un anello di trazione di uscita meccanicamente accoppiato al secondo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità; una pluralità di satelliti di trazione, in contatto di attrito con l'anello di trazione di ingresso e l'anello di trazione di uscita. Ciascun satellite di trazione è montato su un albero di satellite configurato operativamente per fornire un asse inclinabile di rotazione per ciascun satellite di trazione. La coppia trasmessa attraverso il dispositivo di trasmissione continua variabile viene modulata regolando la posizione angolare degli assi inclinabili dei satelliti di trazione.

La disposizione di ingranaggi sommatori di velocità può comprendere un ruotismo epicicloidale. Nel più ampio senso qui utilizzato un ruotismo epicicloidale è una disposizione di almeno due ingranaggi mutamente ingrananti, in cui almeno uno di detti ingranaggi è supportato folle su un organo ruotante, che ruota attorno all'asse di rotazione dell'altro di detti almeno due ingranaggi reciprocamente ingrananti. Nelle configurazioni qui descritte il ruotismo epicicloidale ha almeno due gradi di libertà e almeno tre ingranaggi ingrananti, di cui almeno uno (satellite) è supportato su un organo (porta satellite), che ruota attorno ad un asse stazionario di rotazione di un altro degli ingranaggi ingrananti formanti il ruotismo.

Il dispositivo di trasmissione continua variabile può essere comprensivo di o combinato a un ruotismo a rapporto di trasmissione fisso, formato da una pluralità di ingranaggi o ruote dentate disposti fra l'albero dell'azionatore e il secondo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatoli di velocità.

La presente descrizione concerne inoltre un metodo per il funzionamento di un carico ruotante a velocità variabile, comprendente le seguenti fasi:

- azionare il carico ruotante con un azionatore a velocità costante attraverso una disposizione di ingranaggi sommatoli di velocità comprendente un primo albero di ingresso, un secondo albero di ingresso e un albero di uscita, il primo albero di ingresso essendo meccanicamente accoppiato all'azionatore e l'albero di uscita essendo meccanicamente accoppiato al carico;

- variare la velocità del carico ruotante trasmettendo una frazione di potenza dall'azionatore attraverso un dispositivo di trasmissione continua variabile meccanicamente accoppiato all'azionatore e al secondo albero di ingresso della disposizione di ingranaggi sommatoli di velocità.

Anche se la disposizione qui descritta è particolarmente utile e vantaggiosa in sistemi in cui l'azionatore principale è un motore elettrico, altri azionatoli principali possono essere usati al posto di questo, quali turbine a gas o turbine a vapore. Il sistema qui descritto è idoneo in tutte le situazioni in cui l'azionatore principale è una macchina principale a velocità fissa o costante. Il sistema è utile ogni qual volta l'azionatore principale è configurato per ruotare ad una velocità di rotazione sostanzialmente costante, il che comprende non soltanto quegli azionatoli, i quali sono vincolati a ruotare ad una velocità costante (quali motori elettrici privi di un azionatore a frequenza variabile od altri dispositivi di conversione della frequenza), ma anche quelli che sono fatti funzionare preferibilmente a velocità costante ad esempio allo scopo di massimizzarne l'efficienza.

Caratteristiche e forme di realizzazione sono descritte qui di seguito e ulteriormente definite nelle rivendicazioni allegate, che formano parte integrale della presente descrizione. La sopra riportata breve descrizione individua caratteristiche delle varie forme di realizzazione della presente invenzione in modo che la seguente descrizione dettagliata possa essere meglio compresa e affinché i contribuiti alla tecnica possano essere meglio apprezzati. Vi sono, ovviamente, altre caratteristiche dell’invenzione che verranno descritte più avanti e che verranno esposte nelle rivendicazioni allegate. Con riferimento a ciò, prima di illustrare diverse forme di realizzazione dell’invenzione in dettaglio, si deve comprendere che le varie forme di realizzazione dell’invenzione non sono limitate nella loro applicazione ai dettagli costruttivi ed alle disposizioni di componenti descritti nella descrizione seguente o illustrati nei disegni. L’invenzione può essere attuata in altre forme di realizzazione e attuata e posta in pratica in vari modi. Inoltre si deve comprendere che la fraseologia e la terminologia qui impiegate sono soltanto ai fini descrittivi e non devono essere considerate limitative.

Gli esperti del ramo pertanto comprenderanno che il concetto su cui si basa la descrizione può essere prontamente utilizzato come base per progettare altre strutture, altri metodi e/o altri sistemi per attuare i vari scopi della presente invenzione. E’ importante, quindi, che le rivendicazioni siano considerate come comprensive di quelle costruzioni equivalenti che non escono dallo spirito e dall’ambito della presente invenzione.

Breve descrizione dei disegni

Una comprensione più completa delle forme di realizzazione illustrate dell’invenzione e dei molti vantaggi conseguiti verrà ottenuta quando la suddetta invenzione verrà meglio compresa con riferimento alla descrizione dettagliata che segue in combinazione con i disegni allegati, in cui: la

Fig.1 illustra schematicamente una prima forma di realizzazione di un sistema secondo la presente descrizione; la

Fig.2 illustra schematicamente una seconda forma di realizzazione di un sistema secondo la presente descrizione; la

Fig.3 illustra una sezione secondo la linea III-III della Fig.4, di una forma di realizzazione di una trasmissione a velocità variabile per i sistemi delle Figg.1 e 2; le Figg.3A e 3B illustrano viste secondo le linee A-A e B-B in Fig.3, rispettivamente; la

Fig.4 illustra una sezione di una trasmissione a velocità variabile secondo la linea III-III di Fig.3; la

Fig.5 illustra uno schema di una trasmissione a velocità variabile delle Figg.3 e 4; le

Figg.6 e 7 illustrano diagrammi esplicativi di velocità e coppia; la

Fig.8 illustra una sezione di una ulteriore forma di realizzazione di una trasmissione a velocità variabile per il sistema delle Figg.1 e 2; le

Figg.9 e 10 illustrano sezioni di ancora ulteriori forme di realizzazione di trasmissioni a velocità variabile per il sistema delle Figg.1 e 2.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione

La descrizione dettagliata che segue di forme di realizzazione esemplificative si riferisce ai disegni allegati. Gli stessi numeri di riferimento in disegni differenti identificano elementi uguali o simili. Inoltre, i disegni non sono necessariamente in scala. Ancora, la descrizione dettagliata che segue non limita l’invenzione. Piuttosto, l’ambito dell’invenzione è definito dalle rivendicazioni accluse.

Il riferimento in tutta la descrizione a “una forma di realizzazione” o “la forma di realizzazione” o “alcune forme di realizzazione” significa che una particolare caratteristica, struttura o elemento descritto in relazione ad una forma di realizzazione è compresa in almeno una forma di realizzazione dell’oggetto descritto. Pertanto la frase “in una forma di realizzazione” o “nella forma di realizzazione” o “in alcune forme di realizzazione” in vari punti lungo la descrizione non si riferisce necessariamente alla stessa o alle stesse forme di realizzazione. Inoltre le particolari caratteristiche, strutture od elementi possono essere combinati in qualunque modo idoneo in una o più forme di realizzazione.

Con riferimento ora alla Fig.1, in una forma di realizzazione un sistema 1 comprende un azionatore 3 e un carico ruotante 5. Nella forma di realizzazione esemplificativa della Fig.1 il carico ruotante 5 è comprensivo di due macchine ruotanti 5A e 5B. Una o entrambe le macchine ruotanti 5A, 5B possono comprendere un compressore, ad esempio un compressore centrifugo o un compressore assiale, o un compressore alternativo, o una combinazione di essi. Nella descrizione che segue verrà presupposto in via esemplificativa che entrambe le macchine ruotanti 5A, 5B siano compressori. In Fig.1 i due compressori 5A, 5B sono meccanicamente accoppiati a un singolo albero 7 e ruotano pertanto alla stessa velocità. In altre forme di realizzazione una scatola di ingranaggi può essere ad esempio disposta fra i due compressori 5A, 5B, cosicché questi ultimi possono ruotare a velocità di rotazione differenti.

Nella forma di realizzazione della Fig.1, l'azionatore 3 può comprendere un motore elettrico, alimentato da una rete di distribuzione di potenza elettrica 9. L'azionatore 3 può ruotare ad una velocità di rotazione fissa, cioè costante, cosicché possa essere evitato un azionatore a frequenza variabile. Allo scopo di modificare la velocità di rotazione del carico 5, una trasmissione a velocità variabile 11 è disposta lungo la linea d'albero fra l'azionatore 3 e il carico 5. La trasmissione a velocità variabile 11 può essere funzionalmente accoppiata ad un controllore 12, il quale è inoltre interfacciato con il carico 5 o con il processo, di cui il carico 5 forma parte. Il controllore 12 può essere configurato per modificare la velocità di rotazione dell'albero 7, che collega meccanicamente una uscita della trasmissione a velocità variabile 11 al carico 5, rispetto alla velocità di rotazione fissa di un albero 13 che collega meccanicamente l'azionatore 3 all'ingresso della trasmissione a velocità variabile 11.

La Fig.2 illustra una ulteriore forma di realizzazione di un sistema secondo la presente descrizione. Gli stessi numeri di riferimento indicano gli stessi componenti, elementi o parti mostrati in Fig.1 e che non verranno nuovamente descritti. La principale differenza fra il sistema della Fig.1 e il sistema della Fig.2 è una scatola di ingranaggi 15 disposta fra l'albero di uscita 8 della trasmissione a velocità variabile 11 e l'albero 7, che trasmette il moto al carico 5. La scatola di ingranaggi 15 può essere usata ad esempio se il rapporto di velocità di trasmissione richiesto fra l'albero di uscita 13 dell'azionatore 3 e il carico 5 non può essere raggiunto tramite la sola trasmissione a velocità variabile 11.

Riferendosi ora alla Fig.3, continuando a riferirsi alle Figg.1 e 2, verrà descritta una possibile forma di realizzazione della trasmissione a velocità variabile 11. La trasmissione a velocità variabile 11 comprende una disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 comprensiva di un primo albero di ingresso 23, di un secondo albero di ingresso 25 e di un albero di uscita 27. L'albero di uscita 27 è meccanicamente accoppiato all'albero 7 (o all'albero 8 nella forma di realizzazione della Fig.2), o può formare parte di esso. L'albero di ingresso 23 è meccanicamente accoppiato all'albero 13 oppure può formare parte di esso.

Nella forma di realizzazione della Fig.3 la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 è un ruotismo epicicloidale. Il ruotismo epicicloidale 21 comprende una corona 31 e un porta satellite 33, che supporta una pluralità di satelliti 35. Ciascun satellite 35 è montato folle sul porta satellite 33 per mezzo di un perno 37. Il ruotismo epicicloidale 31 comprende inoltre un solare 39 calettato sull'albero di uscita 27 e ruotante con esso.

Nella forma di realizzazione della Fig.3 la corona 31 è un ingranaggio a dentatura interna e i satelliti 35 ingranano con la corona a dentatura interna 31. I satelliti 35 sono inoltre ingrananti con il solare 39. La corona 31 è calettata sul primo albero di ingresso 23 e ruota con esso attorno all'asse della corona 31 e del solare 39, cosicché la corona 31, il solare 39 e il porta satellite 33 sono coassiali.

Il porta satellite 33 ruota con un ingranaggio 41, che può essere formato di pezzo con il porta satelliti 33. L'ingranaggio 41 riceve il moto da un dispositivo di trasmissione continua variabile 43. Nella forma di realizzazione della Fig.3 il dispositivo di trasmissione continuo variabile 43 è meccanicamente accoppiato all'ingranaggio 41 attraverso un pignone 45 che è calettato su un albero di uscita 47 del dispositivo di trasmissione continua variabile 43.

Il dispositivo di trasmissione continua variabile 43 comprende inoltre un albero di ingresso 49, che riceve potenza dall'azionatore 3, ad esempio attraverso l’albero di ingresso 23 della trasmissione a velocità variabile 11. In alcune forme di realizzazione, come mostrato in Fig.3, un ruotismo 51, 53 può essere disposto fra l'albero di ingresso 23 della trasmissione a velocità variabile 11 e l'albero di ingresso 49 del dispositivo di trasmissione continua variabile 43. Il ruotismo 51, 53 può essere progettato per fornire il richiesto rapporto di trasmissione fra gli alberi 23 e 49. Nella forma di realizzazione esemplificativa della Fig.3, il ruotismo comprende inoltre un ingranaggio ozioso 52, disposto fra gli ingranaggi 51 e 53, per invertire il verso di rotazione. In altre forme di realizzazione, non mostrate, l'ingranaggio ozioso 52 può essere omesso. In alcune forme di realizzazione, un ingranaggio ozioso può essere disposto fra il pignone 45 e l'ingranaggio 41.

Pertanto il ruotismo epicicloidale 21 ha due gradi di libertà e riceve potenza in ingresso dall'azionatore 3 direttamente e attraverso il dispositivo di trasmissione continua variabile 43. Il ruotismo che comprende gli ingranaggi 53, 52, 51, 45, 41, che sono disposti lungo la linea di trasmissione che contiene il dispositivo di trasmissione continua variabile 43, definisce un rapporto di trasmissione totale che può essere positivo o negativo, a seconda del numero degli ingranaggi o ruote dentate disposte lungo di essa.

Come è noto, il rapporto di velocità τ0fra il primo ingranaggio e l'ultimo ingranaggio di un ruotismo epicicloidale è dato dalla formula di Willis

in cui:

Ωnè la velocità di rotazione dell'ultimo ingranaggio del ruotismo epicicloidale (nella forma di realizzazione delle Figg.3, 4 il solare 39)

Ωpè la velocità di rotazione del porta satellite (33 nelle Figg.3, 4)

Ω1è la velocità di rotazione del primo ingranaggio del ruotismo epicicloidale (nella forma di realizzazione delle Figg.3, 4 la corona 31).

Come mostrato dalla formula di Willis, il rapporto di trasmissione fra il primo albero in ingresso 23 e l'albero di uscita 27 può essere regolato modulando la velocità di rotazione del porta satelliti 33. La velocità di rotazione del porta satelliti 33 può essere controllata controllando la velocità di rotazione dell'albero di uscita 47 della trasmissione continua variabile 43.

L'intervallo di variazione di velocità attorno ad una velocità nominale del carico 5 è usualmente piccolo. Il ruotismo epicicloidale 21 può essere progettato così da fornire un rapporto di trasmissione che è atto ad azionare il carico 5 ad una velocità di rotazione predeterminata con il porta satellite 33 fermo (cioè Ωp=0). Questa condizione può corrispondere ad una determinata velocità di rotazione del carico 5.

Variazioni della velocità di rotazione del carico sono ottenute attraverso il dispositivo di trasmissione continua variabile 43 tramite la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21, mentre l'azionatore 3 viene mantenuto ad una velocità di rotazione stazionaria e costante. La regolazione della velocità di rotazione dell'albero di uscita 47 del dispositivo di trasmissione continua variabile 43 è ottenuta sotto il controllo del controllore 12 in funzione della velocità di rotazione richiesta del carico 5.

Nella forma di realizzazione delle Figg.3 e 4 il dispositivo di trasmissione continua variabile 43 è un dispositivo di accoppiamento magnetico, comprendente un disco magnetico 61 e un disco ferromagnetico 63. In alcune forme di realizzazione il disco magnetico 61 può comprendere una pluralità di magneti permanenti 64, 65, come meglio mostrato nella Fig.3A. I poli N e S di ciascun magnete permanente 64, 65 sono allineati parallelamente all'asse del disco. I magneti 64, 65 sono disposti in una disposizione alternata, cosicché ciascun magnete permanente 64 avente un polo N rivolto verso il contrapposto disco ferromagnetico 63 è disposto fra due magneti permanenti 65 aventi un polo S rivolto verso il contrapposto disco ferromagnetico 63. Il disco ferromagnetico 63 comprende un giogo in ferro dolce 67 e un organo elettricamente conduttivo 69, ad esempio realizzato in rame, alluminio o qualunque altro materiale elettricamente conduttivo disposto sulla superficie del giogo in ferro dolce 67 rivolto verso il disco magnetico 61. Nella forma di realizzazione illustrata l'organo elettricamente conduttivo 69 è in forma di anello, ed esso verrà indicato qui di seguito anche come anello elettricamente conduttivo 69. Il giogo in metallo dolce 67 e i magneti permanenti 65 formano un circuito magnetico con l'anello elettricamente conduttivo 69 disposto all'interno del circuito magnetico.

Come verrà descritto più avanti, con riferimento ad altra forma di realizzazione, la disposizione di magneti, dell'organo elettricamente conduttivo e dell'organo ferromagnetico può essere differente. Ad esempio, l'organo ferromagnetico (cioè il giogo ferromagnetico in ferro dolce 67) e l'organo elettricamente conduttivo possono formare un manicotto o cilindro, che può essere circondato da magneti disposti circolarmente con polarità alternate.

Quando il disco magnetico 61 è portato in rotazione, il campo magnetico mobile generato dai magneti 64, 65 genera correnti parassite nell'anello elettricamente conduttivo 69. Le correnti parassite interagiscono con il campo magnetico, cosicché una coppia viene trasmessa fra il disco magnetico 61 e il disco ferromagnetico 63. Quest'ultimo inizia a ruotare ad una velocità che è inferiore rispetto alla velocità del disco magnetico 61. Una velocità di scorrimento viene generata fra il disco magnetico 61 e il disco ferromagnetico 63, cosicché il campo magnetico e le correnti parassite continuano ad interagire generando una coppia tra di essi.

La coppia trasmessa attraverso il dispositivo di trasmissione continua variabile 43 e la velocità di scorrimento sono circa linearmente dipendenti l'una dall'altra e il rapporto tra di esse dipende dal traferro fra i magneti 64, 65 e l'anello elettricamente conduttivo 69. Modificando il traferro la velocità di scorrimento può essere regolata cosicché la velocità di uscita del dispositivo di trasmissione continua variabile 43 è impostata al valore richiesto per ottenere la desiderata velocità di rotazione dell'albero di uscita 27 attraverso la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21.

In altre forme di realizzazione, non mostrate, elettromagneti possono essere usati al posto di magneti permanenti 64, 65. In questo caso una magnetizzazione variabile degli elettromagneti può essere usata come parametro di controllo anziché o in combinazione alla regolazione del traferro fra i magneti e l'anello elettricamente conduttivo 69.

Continuando a riferirsi alle Figg.3, 3A, 3B, un esempio non limitativo di funzionamento della trasmissione a velocità variabile 11 verrà ora descritto facendo riferimento alle Figg.5 a 7. La Fig.5 illustra uno schema funzionale della trasmissione a velocità variabile 11 descritta sin qui. Il blocco contrassegnato con 53-41 rappresenta funzionalmente il ruotismo formato dagli ingranaggi 41, 45, 51, 52, 53. Il ruotismo è rappresentato come singolo blocco funzionale, combinato alla trasmissione magnetica. Il ruotismo ha un rapporto di trasmissione fisso τm. Nella presente forma di realizzazione esemplificativa e non limitativa il rapporto di trasmissione del ruotismo è posto pari a τm=-0,09. In via esemplificativa, il rapporto di trasmissione τ0della formula di Willis è τ0= -6,2. Come sopra osservato, questo è il rapporto di trasmissione fra gli alberi 27 e 23 del ruotismo epicicloidale quando il porta satelliti 33 è stazionario. La velocità di rotazione fissa dell'azionatore 3 e quindi dell'albero di ingresso 23 si assume pari a 1800 giri/minuto. I diagrammi delle Figg.6 e 7 illustrano le seguenti curve:

C1: coppia del compressore, cioè coppia applicata all'albero di uscita 27;

C2: coppia dell'accoppiamento ferromagnetico, cioè coppia attraverso l'accoppiamento magnetico 43;

C3: velocità angolare del porta satelliti 33;

C4: velocità di scorrimento dell'accoppiamento magnetico 43, cioè la differenza fra le velocità angolari dei dischi 61 e 63.

Sull'asse orizzontale dei diagrammi delle Figg.6 e 7 è riportata la velocità angolare del carico 5. I diagrammi delle Figg.6 e 7 illustrano il comportamento dei parametri principali della trasmissione a velocità variabile 11 quando la velocità di rotazione del carico 5 varia.

La Fig.8 illustra una ulteriore forma di realizzazione della trasmissione a velocità variabile 11, che utilizza un diverso dispositivo di trasmissione continua variabile, che in Fig.8 è contrassegnato con 143. Gli stessi numeri di riferimento indicano componenti uguali o equivalenti a quelli mostrati nelle Figg.3 e 4, che non verranno nuovamente descritti. In particolare la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 è realizzata come nelle Figg.3 e 4.

Nella forma di realizzazione della Fig.8 il dispositivo di trasmissione continua variabile 143 comprende un primo anello di trazione di ingresso 161 e un secondo anello di trazione di uscita 163. Il primo anello di trazione 161 è vincolato ad un albero di ingresso 49 e ruota con esso, mentre il secondo anello di trazione 163 è vincolato all'albero di uscita 47 e ruota con esso. Gli anelli di trazione 161, 163 e gli alberi 47, 49 sono coassiali. Fra gli anelli di trazione 161, 163 è disposta una serie di planetari di trazione 165, ad esempio in forma di sfere, circonferenzialmente attorno all'asse degli anelli di trazione 161, 163. Ciascun satellite di trazione 165 è in contatto di attrito con entrambi gli anelli di trazione 161, 163. La coppia viene trasmessa dal primo anello di trazione 161 al secondo anello di trazione 163 attraverso i satelliti di trazione 165 per attrito.

Ciascun satellite di trazione 165 è supportato folle su un albero di rotazione, che è supportato ad entrambe le estremità 167, 169 da supporti che sono configurati per inclinare simultaneamente l'asse di rotazione di ciascun satellite di trazione 165 in un rispettivo piano contenente l'asse degli anelli di trazione e l'asse di rotazione del satellite di trazione. Inclinando l'asse di rotazione, la distanza fra il punto di contatto di ciascun satellite di trazione 165 e il primo e il secondo anello di trazione 161, 163 cambia, modificando così il rapporto di trasmissione fra il primo anello di trazione 161 e il secondo anello di trazione 163.

Maggiori dettagli su un dispositivo di trasmissione continua variabile come sopra brevemente descritto possono essere trovati ad esempio in EP-B-2620672, il cui contenuto è qui incorporato per riferimento.

Il funzionamento della trasmissione a velocità variabile 11 della Fig.8 è simile al funzionamento della forma di realizzazione delle Figg.3 e 4. Modificando la posizione angolare degli assi di rotazione dei satelliti di trazione 165, la coppia trasmessa al porta satelliti 33 cambia e il rapporto di trasmissione della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 è regolato secondo necessità, cosicché la velocità di rotazione del carico 5 può essere modificata mentre l'azionatore 3 ruota a velocità costante.

La Fig.9 illustra una ulteriore forma di realizzazione di una trasmissione a velocità variabile 11 idonea per il sistema delle Figg.1 e 2. Gli stessi numeri di riferimento indicano componenti uguali o equivalenti a quelli mostrati nelle Figg.3 e 4, che non verranno nuovamente descritti. In particolare la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 è realizzata come nelle Figg.3 e 4. Anziché il dispositivo magnetico 43 delle Figg.3, 4, è usato un differente dispositivo di trasmissione continua variabile. Il dispositivo di trasmissione continua variabile della Fig.6 è contrassegnato con 243.

Il dispositivo di trasmissione continua variabile 243 è un azionatore idroviscoso comprendente dischi di frizione 245 montati sull'albero 49 e ruotanti con esso, oltre a dischi di frizione 247 montati sull'albero 47 e ruotanti con esso. In alcune forme di realizzazione, una pluralità di dischi di frizione 247 e una pluralità di dischi di frizione 245 sono interposti gli uni agli altri, cosicché ciascun disco di frizione 247 è disposto fra due dischi di frizione 245 adiacenti e viceversa. Fra coppie di dischi di frizione 245, 247 è previsto un liquido viscoso, il quale trasmette moto per attrito fra i dischi di frizione, mentre viene evitato un contatto meccanico diretto fra i dischi. Lo spazio fra dischi di frizione 245 e dischi di frizione 247 può essere registrato così da variare la coppia che viene trasmessa dall'albero 49 e dai dischi 245 ai dischi 247 e all'albero 47.

Regolando la coppia trasmessa attraverso il dispositivo di trasmissione continua variabile 243 può essere modificata la velocità del porta satellite 33 e quindi il rapporto di trasmissione fra l'albero 23 e l'albero 27.

La Fig.10 illustra una sezione di una ulteriore trasmissione a velocità variabile 11 idonea per l'impiego nei sistemi delle Figg.1 e 2. La trasmissione a velocità variabile 11 comprende ancora una disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 con un primo albero di ingresso 23 accoppiato allo o formante parte dell'albero 13 e un albero di uscita 27 accoppiato allo o formante parte dell'albero 7 (o dell'albero 8).

Nella forma di realizzazione della Fig.10 la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 è un ruotismo epicicloidale complesso. Il ruotismo epicicloidale 21 comprende una corona 31 calettata sull'albero di ingresso 23, un porta satellite 33, che supporta coppie di satelliti 35A, 35B, cioè una cosiddetta disposizione di satelliti composita. Ciascuna coppia di satelliti 35A, 35B è supportata folle tramite un albero 37 sul porta satelliti 33. Il primo satellite 35A di ciascuna coppia di satelliti ingrana con la corona 31. Il secondo satellite 35B di ciascuna coppia di satelliti ingrana con un solare 39 calettato sull'albero di uscita 27.

La trasmissione a velocità variabile 11 comprende inoltre un dispositivo di trasmissione continua variabile 343, che nella forma di realizzazione della Fig.10 è un dispositivo magnetico, funzionante sullo stesso principio del dispositivo di trasmissione continua variabile 43 delle Figg.3 a 7.

Nella forma di realizzazione della Fig.10 il dispositivo di trasmissione continua variabile 343 è coassiale alla disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21. Analogamente alle Figg.3 a 5, il dispositivo di trasmissione continua variabile 343 comprende una serie di magneti disposti anularmente cooperanti con un organo elettricamente conduttivo coassiale ai magneti e disposto in un circuito magnetico che comprende i magneti e un giogo in ferro dolce o altro organo ferromagnetico simile. Nella forma di realizzazione della Fig.10 i magnetici sono schematicamente mostrati in 345 e l'organo elettricamente conduttivo è mostrato in 347. Il giogo in ferro dolce (o qualunque altro organo ferromagnetico) è mostrato in 349. In questa forma di realizzazione esemplificativa i magneti 345 e l'organo elettricamente conduttivo 347 sono disposti l'uno dentro gli altri. I magneti 345 comprendono una serie di magneti disposti anularmente con polarità alternate, come mostrato in relazione al dispositivo di trasmissione continua variabile 43 delle Figg.3, 3A, 3B e 4. Nella forma di realizzazione della Fig.10 poli alternati dei magneti disposti anularmente sono posizionati così da essere rivolti radialmente verso l'organo elettricamente conduttivo 347.

L'organo elettricamente conduttivo 347, ad esempio un manicotto in rame, e il giogo ferromagnetico 349 sono calettati sull'albero 23 e ruotano con esso alla stessa velocità di rotazione. I magneti 345 sono montati su un manicotto 346 che è di pezzo con un secondo albero di ingresso 25 della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21. Il secondo albero di ingresso 25 è di pezzo con il porta satelliti 33 e ruota con esso.

La velocità di scorrimento fra l'organo elettricamente conduttivo 347 e i magneti 345 genera correnti parassite nell'organo elettricamente conduttivo 347, le quali interagiscono con il campo magnetico e generano una coppia che viene trasmessa dall'albero 23 al porta satelliti 33 attraverso l'albero 25.

La stessa coppia può essere trasmessa attraverso il dispositivo di trasmissione continua variabile 343 a differenti velocità regolando l'interazione fra i magneti 345 e l'organo elettricamente conduttivo 347, cosicché lo scorrimento fra questi ultimi cambia. Come conseguenza della modifica dello scorrimento, la velocità di rotazione del porta satelliti 33 cambia anch'essa e questo modifica il rapporto di trasmissione del ruotismo epicicloidale 21. Se vengono usati magneti permanenti 345, l'interazione fra i magneti 345 e l'organo elettricamente conduttivo 347 può essere modificata variando la posizione assiale dell'organo elettricamente conduttivo 347 rispetto ai magneti 345.

In altre forme di realizzazione, i magneti 345 possono essere elettromagneti anziché magneti permanenti. In questo caso il rapporto di trasmissione può essere regolato agendo sulla magnetizzazione degli elettromagneti anziché, o oltre ad agire sulla posizione assiale reciproca fra i magneti e l'organo elettricamente conduttivo 347.

Mentre in Fig.10 i magneti sono montati per ruotare insieme al porta satelliti 33, e il giogo ferromagnetico 349 e il manicotto elettricamente conduttivo 347 sono calettati sull'albero 23 per ruotare con esso, non si esclude una disposizione invertita, in cui i magneti 345 sono montati per ruotare con l'albero 23 e il manicotto elettricamente conduttivo 347 e il rispettivo giogo ferromagnetico 349 sono montati integralmente sul porta satelliti 33 per ruotare con esso. Il ruotismo epicicloidale 21 della Fig.10 può essere usato in combinazione anche con dispositivi di trasmissione continua variabile basati sull'utilizzo di anelli di trazione e satelliti di trazione come mostrato in Fig.8, oppure azionatori idroviscosi come mostrato in Fig.9.

La configurazione della Fig.10 ha il vantaggio rispetto alle forme di realizzazione delle Figg.3 a 9, che la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 e il dispositivo di trasmissione continua variabile sono disposti coassialmente. Il numero di ingranaggi viene ridotto e quindi l'efficienza complessiva viene migliorata.

Le disposizioni di ingranaggi sommatori di velocità 21 mostrati nelle Figg.3 a 10 sono configurate cosicché il solare 39 è calettato sull'albero di uscita 27, cioè l'uscita della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 è costituita dal solare 39, mentre il primo albero di ingresso è l'albero 23, accoppiato meccanicamente alla corona 31, e il secondo albero di uscita è il porta satelliti 33, meccanicamente accoppiato al dispositivo di trasmissione continua variabile 43. Questa non è l'unica possibile configurazione per la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21. Come è noto agli esperti del ramo, ruotismi epicicloidali possono essere configurati in molti diversi modi e i loro vari organi ruotanti possono essere usati in modi differenti come organi di ingresso e di uscita.

Ad esempio, il porta satelliti 33 può essere calettato sull'albero di ingresso 23 e l'albero di uscita 47 del dispositivo di trasmissione continua variabile 43 può essere accoppiato meccanicamente alla corona 31. Il rapporto di trasmissione della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 verrebbe in questo caso modulata per mezzo della trasmissione a velocità variabile che agisce sulla corona 31.

In generale la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità 21 può comprendere un ruotismo epicicloidale con due gradi di libertà, cioè con due alberi di ingresso e un albero di uscita, in cui l'albero di uscita è meccanicamente accoppiato al carico, il primo albero di ingresso è meccanicamente accoppiato all'azionatore 3 e il secondo albero di ingresso è meccanicamente accoppiato al dispositivo di trasmissione continua variabile.

Mentre le forme di realizzazione descritte dell’oggetto qui illustrato sono state mostrate nei disegni e descritte integralmente in quanto sopra con particolari e dettagli in relazione a diverse forme di realizzazione esemplificative, gli esperti nell’arte comprenderanno che molte modifiche, cambiamenti e omissioni sono possibili senza uscire materialmente dagli insegnamenti innovativi, dai principi e dai concetti sopra esposti, e dai vantaggi dell’oggetto definito nelle rivendicazioni allegate. Pertanto l’ambito effettivo delle innovazioni descritte deve essere determinato soltanto in base alla più ampia interpretazione delle rivendicazioni allegate, così da comprendere tutte le modifiche, i cambiamenti e le omissioni. Inoltre, l’ordine o sequenza di qualunque fase di metodo o processo può essere variata o ridisposta secondo forme di realizzazione alternative.

Claims

"TRASMISSIONE A VELOCITA' VARIABILE E SISTEMA CHE LA UTILIZZA" Rivendicazioni 1. Un sistema (1) comprendente: - un azionatore (3); - un carico ruotante (5) configurato per essere azionato in rotazione dall'azionatore (3); - un controllore (12), per modificare in modo controllato una velocità di rotazione del carico (5); - una trasmissione a velocità variabile (11), disposta fra l'azionatore (3) e il carico (5); in cui la trasmissione a velocità variabile (11) comprende una disposizione di ingranaggi sommatoli di velocità (21), con un primo albero di ingresso (23), un secondo albero di ingresso (25) e un albero di uscita (27); in cui l'albero di uscita (27) è meccanicamente accoppiato al carico ruotante (5); in cui il primo albero di ingresso (23) è meccanicamente accoppiato all'azionatore (3); in cui la velocità dell'albero di uscita (27) è una funzione delle velocità del primo albero di ingresso (23) e del secondo albero di ingresso (25); in cui un dispositivo di trasmissione continua variabile (43; 143; 243; 343) è meccanicamente accoppiato all'azionatore (3) e configurato per modificare la velocità del secondo albero di ingresso (25) della disposizione di ingranaggi sommatoli di velocità (21); ed in cui il dispositivo di trasmissione continua variabile (43; 143; 243; 343) è funzionalmente accoppiato al controllore (12).
2. H sistema (1) della rivendicazione 1, in cui il dispositivo di trasmissione continua variabile (43; 143; 243; 343) comprende un organo motore (61; 161; 245; 347) e un organo condotto (63; 163; 247; 345); in cui l'organo motore è meccanicamente accoppiato all'azionatore (3); in cui l'organo condotto è disposto sostanzialmente coassiale all'organo motore; e in cui l'organo condotto è meccanicamente accoppiato al secondo albero di ingresso (25) della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità (21).
3. H sistema (1) della rivendicazione 1 o 2, in cui il dispositivo di trasmissione continua variabile (43; 343) comprende un accoppiamento magnetico.
4. Il sistema (1) della rivendicazione 1 o 2, in cui il dispositivo di trasmissione continua variabile (243) comprende un azionatore idroviscoso.
5. Il sistema (1) della rivendicazione 1 o 2, in cui il dispositivo di trasmissione continua variabile (143) comprende: un anello di trazione di ingresso (161) meccanicamente accoppiato all'azionatore (3); un anello di trazione di uscita (163) meccanicamente accoppiato al secondo albero di ingresso (25) della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità (21); una pluralità di satelliti di trazione (165), in contatto di attrito con anello di trazione di ingresso e l'anello di trazione di uscita; in cui ciascun satellite è montato su un albero di satellite configurato per fornire un asse di rotazione inclinabile per ciascun satellite di trazione.
6. Il sistema (1) di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la disposizione di ingranaggi sommatori di velocità (21) comprende un ruotismo epicicloidale.
7. Il sistema (1) della rivendicazione 6, in cui il ruotismo epicicloidale comprende una disposizione di satellite composita.
8. Il sistema (1) di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il dispositivo di trasmissione continua variabile può essere combinato ad un ruotismo a rapporto di trasmissione fisso, formato da una pluralità di ingranaggi o ruote dentate (51, 52, 53; 45; 41) disposti tra l'azionatore (13) e il secondo albero di ingresso (25) della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità (21).
9. Un metodo per il funzionamento di un carico ruotante a velocità variabile (5), comprendente le seguenti fasi: - azionare il carico ruotante (5) con un azionatore a velocità costante (3) attraverso una disposizione di ingranaggi sommatori di velocità (21) comprendente un primo albero di ingresso (23), un secondo albero di ingresso (25) e un albero di uscita (27); in cui il primo albero di ingresso (23) è meccanicamente accoppiato all'azionatore (3), l'albero di uscita è meccanicamente accoppiato al carico, e la velocità dell'albero di uscita (27) è una funzione delle velocità del primo albero di ingresso (23) e del secondo albero di ingresso (25); - variare la velocità del carico ruotante (5) trasmettendo una frazione della potenza dall'azionatore (3) attraverso un dispositivo di trasmissione continua variabile (43; 143; 243; 343) meccanicamente accoppiato all'azionatore (3) e al secondo albero di ingresso (25) della disposizione di ingranaggi sommatori di velocità.
10. Il metodo della rivendicazione 9, in cui il dispositivo di trasmissione continua variabile (43; 1423; 243; 343) comprende uno fra: un accoppiamento magnetico; un azionatore idroviscoso; una combinazione di anello di trazione di ingresso, anello di trazione di uscita e una pluralità di satelliti di trazione fra di essi, in contatto di attrito con l'anello di trazione di ingresso e l'anello di trazione di uscita.