IT201600072139A1

IT201600072139A1 - Imbarcazione a propulsione ibrida

Info

Publication number: IT201600072139A1
Application number: IT102016000072139A
Authority: IT
Inventors: Francesco Bellio; Massimiliano Modica; Roberto Rossi
Original assignee: Fpt Ind Spa
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2018-01-11
Also published as: CN109661344A; WO2018011713A1; US10661875B2; EP3481716A1; EP3481716B1; US20190225314A1

Description

"IMBARCAZIONE A PROPULSIONE IBRIDA"

Campo di applicazione dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce al campo delle imbarcazioni ibride, vale a dire con propulsione sia elettrica che mediante un motore a combustione interna. Stato della tecnica

In ambito navale sono ampiamente impiegate propulsioni di tipo ibrido serie, in cui cioè l'albero motore del motore a combustione interna è guidato esclusivamente da un motore elettrico a sua volta alimentato da un pacco batterie o da un generatore elettrico guidato in rotazione da un motore a combustione interna.

Nell'ambito delle navi da diporto è preferibile adottare uno schema ibrido parallelo, per il fatto che la propulsione mediante il solo motore a combustione interna risulta avere un rendimento migliore dello schema serie, per via dell'assenza delle perdite di conversione dell'energia elettrica.

Secondo una configurazione ibrida parallela nota, il motore elettrico è collegato in asse con l'albero di trasmissione tra il motore a combustione interna e l'elica.

Questo implica che anche quando il motore elettrico è disattivato, l'inerzia dell'albero di trasmissione è incrementata dal peso addizionale degli avvolgimenti elettrici del rotore.

Per contro, quando il motore elettrico è attivo ed il motore a combustione interna è disattivato, l'intero albero di trasmissione, dall'elica all'invertitore è trascinato in rotazione dal motore elettrico.

Sommario dell'invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di proporre uno schema di propulsione elettrica efficiente che consente di ottenere una bassa inerzia complessiva.

L'idea di base della presente invenzione è quella di dividere l'albero di trasmissione dal motore a combustione interna all'elica in due parti e di interporvi una transfer box a cui è collegato il motore elettrico.

La transfer box consente di collegare ora il motore elettrico, ora la seconda porzione dell'albero di trasmissione, a sua volta collegata con l'albero di uscita del motore a combustione interna, ora entrambi i motori ad un'elica o una girante di un idrogetto.

E' oggetto della presente invenzione una imbarcazione a propulsione ibrida conformemente alla rivendicazione 1. Le rivendicazioni descrivono varianti preferite dell'invenzione formando parte integrante della presente descrizione .

Breve descrizione delle figure

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti) e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:

nella figura 1 è indicato uno schema di una imbarcazione a propulsione ibrida conformemente alla presente invenzione, implementante una transfer box;

nella figura 2 è mostrata una sezione longitudinale di una prima variante preferita della transfer box mostrata in figura 1;

nella figura 3 è mostrata una sezione longitudinale di una seconda variante preferita della transfer box mostrata in figura 1.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Nell'ambito della presente descrizione il termine "secondo" componente non implica la presenza di un "primo" componente. Tali termini sono infatti adoperati soltanto per chiarezza e non vanno intesi in modo limitativo.

Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione

Con riferimento alla figura 1, una imbarcazione B comprende un motore a combustione interna E, preferibilmente a ciclo Diesel, preferibilmente dotato di invertitore per consentire almeno una condizione di marcia avanti ed una di marcia indietro.

Un primo albero XI è collegato tra un'uscita di detto invertitore del motore a combustione interna ed un primo ingresso INI della transfer box TB, mentre un motore elettrico EM ha un proprio rotore collegato con un secondo ingresso IN2 della transfer box TB. Un secondo albero X2 è collegato tra detta unica uscita OUT ed un'elica o girante di un idrogetto esternamente allo scafo. Pertanto il secondo albero attraversa lo scafo in modo in sé noto.

La transfer box oggetto della presente invenzione comprende due alberi di trasmissione Al e A2 paralleli tra loro. Il primo, Al, ha un primo estremo definente detto primo ingresso INI ed un secondo estremo, opposto al primo, definente detta unica uscita OUT.

Il primo albero è formato in due parti All e A12. La prima parte definisce detto primo ingresso e la seconda parte definisce detta unica uscita.

Le due parti sono reversibilmente collegabili tra loro mediante un primo innesto frontale DC1 scorrevole assialmente su e solidale in rotazione con detta prima parte All.

Sulla seconda parte A12 è calettata una prima ruota dentata Gl reversibilmente collegabile a detta seconda parte A12 mediante un secondo innesto frontale DC2 scorrevole assialmente su e solidale in rotazione con detta seconda parte A12.

Detta prima ruota dentata innesta operativamente su una seconda ruota dentata G2 in un sol pezzo con detto secondo albero A2.

Le figure 2 e 3 sono identiche tra loro, con la sola eccezione per il cuscinetto Bout associato alla seconda parte A12 del primo albero Al. Esso, infatti secondo la figura 2 è del tipo a sfere, mentre secondo la figura 3 è del tipo reggi-spinta, preferibilmente comprendendo due corone di rulli conici contrapposti.

La soluzione di figura 3 risulta molto vantaggiosa, in quanto consente di evitare l'installazione di un simile cuscinetto per supportare il secondo albero di trasmissione X2 .

Per quanto concerne il secondo albero A2 della transfer box, si preferisce che il secondo ingresso IN2 sia dallo stesso lato del primo ingresso INI. In altre prole, entrambi gli ingressi INI ed IN2 sono rivolti verso prua.

Si vede che l'estremo opposto al secondo ingresso IN2 del secondo albero A2 è occultato da un coperchio, il quale può essere rimosso per collegare, preferibilmente mediante una frizione od innesto frontale, un utilizzatore, per esempio per l'azionamento di argani ed altri dispositivi di bordo. In questo modo, vantaggiosamente, risulta possibile azionare tale utilizzatore durante la navigazione "a combustione interna" e viceversa sfruttare il motore elettrico per la propulsione in aree portuali od in zone inibite al traffico "a combustione interna", disconnettendo, eventualmente, tale utilizzatore.

Preferibilmente, in una prima condizione di esercizio, il primo innesto frontale è inserito rendendo le prima e seconda parte All e A12 solidali tra loro in rotazione per trasferire coppia dal motore a combustione interna E all'elica P. Il secondo innesto frontale è disinserito, cosicché il rotore del motore elettrico è disconnesso dalla linea d'asse di propulsione.

Secondo una seconda condizione di esercizio, al contrario il primo innesto DC1 è disinserito ed il secondo innesto DC2 è inserito cosicché il motore elettrico può guidare in rotazione l'elica P, mentre il primo albero di trasmissione XI è disconnesso dalla linea d'asse di trasmissione.

Secondo una terza condizione operativa, entrambi gli innesti sono inseriti, cosicché sia il motore a combustione interna che il motore elettrico sono collegati alla linea d'asse di trasmissione. Il motore elettrico, può funzionare come motore elettrico complementando il motore a combustione interna, specialmente nelle condizioni di inizio planata, oppure può funzionare da generatore elettrico per immagazzinare energia elettrica in un apposito pacco batterie, non mostrato.

Le precedenti configurazioni operative possono essere gestite mediante appositi attuatori elettrici o idraulici o eletroidraulici, atti ad azionare i suddetti innesti.

La presente configurazione permette di collegare il transfer a valle dell'invertitore incluso nel motore a combustione interna. E' infatti noto che l'invertitore oltre che consentire la marcia avanti, la marcia indietro ed il folle, forniscono anche una certa riduzione dei giri con un notevole aumento della coppia erogata. Malgrado ciò la transfer box oggetto della presente invenzione, essendo realizzata ad innesti frontali riesce più facilmente a sopportare elevate coppie e dunque consente di mantenere a monte gli ingranaggi di riduzione con una più bassa inerzia della linea d'asse specialmente in condizione di propulsione elettrica.

Come si può vedere in figura 1, se il motore a combustione interna E è alloggiato circa nel centro dell'imbarcazione, in direzione longitudinale della stessa, il motore

elettrico EM risulta essere più vicino al motore a combustione interna E con una migliore collocazione dei pesi in una zona centrale dell'imbarcazione.

Vantaggiosamente, il transfer può essere inserito sulla linea d'asse indipendentemente da qualsiasi tipo di motore a combustione interna e riduttore implementato, in quanto può essere equipaggiato con un proprio reggispinta in grado di supportare la spinta dell'elica sia nella marcia avanti che nella marcia indietro.

Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo.

Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo è in grado di realizzare l'oggetto dell'invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi. Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite, inclusi i disegni, possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall'ambito di protezione della presente domanda. Quanto descritto nel capitolo relativo allo stato della tecnica occorre solo ad una migliore comprensione dell'invenzione e non rappresenta una dichiarazione di esistenza di quanto descritto. Inoltre, se non specificatamente escluso nella descrizione di dettaglio, quanto descritto nel capitolo stato della tecnica è da considerarsi come parti integrante della descrizione di dettaglio.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Imbarcazione (B) a propulsione ibrida comprendente - un motore a combustione interna (E) dotato di invertitore per consentire almeno una condizione di marcia avanti ed una di marcia indietro dell'imbarcazione, - mezzi di trasmissione (XI, TB, X2) collegati tra detto invertitore ed un'elica o girante (P), in cui detti mezzi di trasmissione comprendono una transfer box (TB) avente un primo ingresso (INI), un secondo ingresso (IN2) ed un'unica uscita (OUT), ed un primo albero di trasmissione (XI) interposto tra detto invertitore e detto primo ingresso ed un secondo albero di trasmissione (X2) interposto tra detta unica uscita (OUT) e detta elica o girante, ed - un motore elettrico (EM) operativamente collegato con detto secondo ingresso, in cui detta transfer box comprende mezzi (DC1, DC2) per selettivamente collegare detto motore a combustione interna e/o detto motore elettrico (EM) con detta unica uscita (OUT) .
2. Imbarcazione secondo la rivendicazione 1, in cui detta transfer box comprende due alberi di trasmissione (Al, A2) paralleli tra loro, di cui un primo albero (Al) avente un primo estremo definente detto primo ingresso (INI) ed un secondo estremo, opposto al primo, definente detta unica uscita (OUT) .
3 Imbarcazione secondo la rivendicazione 2, in cui detto primo albero è formato in due parti (All, A12), in cui una prima parte (All) definisce detto primo estremo (INI) e la seconda parte (A12) definisce detta unica uscita (OUT) ed in cui dette prima e seconda parte sono reversibilmente collegabili tra loro mediante un primo innesto frontale (DC1) .
4.Imbarcazione secondo la rivendicazione 3, in cui su detta seconda parte (A12) è calettata una prima ruota dentata (Gl) reversibilmente collegabile a detta seconda parte (A12) mediante un secondo innesto frontale (DC2), in cui detto secondo albero (A2) è in un unico pezzo e comprende una seconda ruota dentata (G2) che innesta operativamente con detta prima ruota (Gl).
5. Imbarcazione secondo la rivendicazione 4 in cui detta transfer box (TB) é configurata per consentire - una prima condizione di esercizio, in cui detto primo innesto frontale è inserito rendendo le prima e seconda parte (All, A12) solidali tra loro in rotazione per trasferire coppia dal motore a combustione interna (E) a detta elica o girante (P), mentre detto secondo innesto frontale è disinserito, cosicché un rotore del motore elettrico è disconnesso da detto secondo albero di trasmissione (X2); - una seconda condizione di esercizio, in cui detto primo innesto (DC1) è disinserito e detto secondo innesto (DC2) è inserito cosicché il motore elettrico può guidare in rotazione detta elica o girante (P), mentre detto primo albero di trasmissione (XI) è disconnesso detto secondo albero di trasmissione (X2); - una terza condizione operativa in cui entrambi detti primo e secondo innesti frontali sono inseriti, cosicché sia il motore a combustione interna che il motore elettrico sono collegati a detto secondo albero di trasmissione (X2).
6. Imbarcazione secondo la rivendicazione 5, in cui secondo detta terza condizione operativa detto motore elettrico (EM), può funzionare come motore elettrico complementando il motore a combustione interna (E), oppure può funzionare da generatore elettrico per immagazzinare energia elettrica in un apposito pacco batterie.
7. Imbarcazione secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 6, in cui detti primo e secondo ingresso sono rivolti verso prua.
8. Imbarcazione secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 7, in cui detta transfer box integra ulteriormente un cuscinetto (Bout) associato a detta seconda parte (A12) del primo albero (Al) ed in particolare a detta unica uscita (OUT) ed in cui detto cuscinetto è del tipo reggi-spinta.
9. Imbarcazione secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 5 o 6, ulteriormente comprendente mezzi di elaborazione configurati per controllare detta transfert box, detto motore a combustione interna e detto motore elettrico per realizzare dette prima, seconda e terza condizione operativa.