IT201600094125A1 - Dispositivo di copertura di una boccola d’assile comprendente un generatore elettrico - Google Patents

Description

“Dispositivo di copertura di una boccola d’assile comprendente un generatore elettrico”

CAMPO TECNICO DELL’INVENZIONE

[0001] La presente invenzione si riferisce al campo tecnico dei sistemi diagnostici di convogli ferroviari ed in particolare riguarda un dispositivo di copertura di una boccola d’assile comprendente un generatore elettrico.

STATO DELL’ARTE

[0002] La manutenzione su condizione delle vetture dei convogli ferroviari è indubbiamente più efficace ed economica rispetto alla manutenzione programmata. Quest’ultima è notoriamente basata sulla sostituzione periodica degli elementi, in base ad aspettative di vita probabilistiche, che sono imprecise e che quindi richiedono grandi margini di sicurezza; tra l’altro questo tipo di approccio tutela sufficientemente rispetto al normale degrado, ma non rispetto al guasto traumatico o al difetto di fabbricazione, che sono le cause degli incidenti più gravi.

[0003] Per contro, la manutenzione su condizione comporta l’installazione di apparati di monitoraggio anche notevolmente complessi a bordo dei veicoli, in condizioni ambientali spesso proibitive e spazi contenuti.

[0004] Le prestazioni e la prontezza di intervento della manutenzione su condizione spaziano su un ampio range di casistiche.

[0005] Nei casi più semplici occorre e basta una telemetria minimale, basata sull’invio all’infrastruttura di terra di messaggi di dimensione limitata ad una frequenza relativamente bassa. Questa configurazione corrisponde alla grande maggioranza degli apparati esistenti ad oggi.

[0006] Per avere prestazioni diagnostiche più rilevanti, invece, il flusso di dati di telemetria necessari cresce molto velocemente, insieme alla potenza di calcolo richiesta e al numero di sensori da gestire.

[0007] La combinazione di acquisizioni multiple, elaborazioni complesse e comunicazioni veloci e frequenti comporta inoltre una crescita esponenziale del consumo di energia da parte degli apparati di monitoraggio. Questo è un problema relativamente gestibile sulle locomotive e sulle carrozze passeggeri, dove comunque esiste un impianto elettrico di bordo da cui si può prelevare energia. Diventa invece proibitivo sui carri merci, dove, salvo casi particolari, non esiste alcuna infrastruttura di bordo a parte la condotta pneumatica che comanda la frenatura.

[0008] Gli assili e le ruote del treno sono elementi di grande importanza per la sicurezza: da loro (oltre che ovviamente dall’impianto frenante) derivano infatti le cause di rischio più rilevanti per la sicurezza delle cose e delle persone. La rottura di un assile o di una ruota è un evento fortemente traumatico e causa sistematicamente un deragliamento, che poi, quando concorrono altre circostanze, può portare a gravi incidenti.

[0009] Un monitoraggio convenzionale a bassa frequenza non è in grado di rilevare una incrinatura dell’assile se non quando questa si manifesta con evidenza, ma a quel punto essa evolve velocemente verso la rottura e non c’è alcuna garanzia di riuscire a fermare il treno prima dell’evento rischioso.

[0010] Una manutenzione su condizione degli assili, per essere veramente efficace, ha quindi bisogno di tecniche di diagnostica predittiva, che consistono nell’analisi di dati di vibrazione molto dettagliati (cioè acquisiti a frequenze molto alte) e algoritmi sofisticati che permettono di rilevare sindromi di deterioramenti con un anticipo consistente rispetto al verificarsi dell’evento rischioso. Per ottenere questo occorre essere in grado di processare i dati a bordo (grande potenza di calcolo) oppure trasmettere a terra grandi volumi di dati.

[0011] Nella configurazione tipica, ciascun vagone ferroviario ha due carrelli con due assili ciascuno. Configurazioni più complesse, vetture con più di due carrelli o carrelli con più di due assili, sono limitate alle locomotive e ad applicazioni particolari del trasporto merci.

[0012] Le grandezze più rilevanti per la diagnostica, cioè i dati di funzionamento di interesse di un carrello, sono le vibrazioni dell’assile e la temperatura del cuscinetto entro cui ruota l’assile, contenuto nella cosiddetta boccola d’assile. Il posizionamento dei sensori rappresenta dunque un fattore che influisce significativamente sulle prestazioni dei sistemi diagnostici. Il posizionamento degli apparati di monitoraggio di bordo richiede di dover tenere conto delle severe sollecitazioni ambientali cui sono sottoposti tali apparati e degli spazi ristretti. Inoltre, è generalmente problematico portare una alimentazione esterna anche nel caso (locomotive, vagoni passeggeri) in cui questa è disponibile sulla vettura. Le soluzioni basate su batterie di accumulatori sono del tutto inapplicabili: dovrebbero essere estremamente grandi oppure essere sostituite molto spesso, con costi di manutenzione, in questo caso programmata, proibitivi. Rimangono le tecniche di “energy harvesting”, però i requisiti sono molto stringenti, perché, come già detto, gli apparati di bordo devono avere grande potenza di calcolo e/o di comunicazione e quindi consumano molta energia. Attualmente sono utilizzate tecniche di recupero dell’energia meccanica (vibrazioni) e/o dell’energia termica (celle di Peltier, dispositivi a affetto Seebeck o simili) che però sono in grado di produrre microWatt o al massimo pochi milliWatt, del tutto insufficienti per un’applicazioni ad elevata potenza di calcolo. Sono escluse le celle fotovoltaiche e i generatori eolici, data la posizione e lo spazio disponibile.

[0013] Lo scopo della presente descrizione è quello di mettere a disposizione un dispositivo di copertura di una boccola d’assile che consenta di effettuare un efficiente monitoraggio degli assili dei carrelli ferroviari e che sia di semplice installazione, anche su carrelli inizialmente privi di sistemi diagnostici e privi di alimentazione.

[0014] Tale scopo viene conseguito mediante un dispositivo di copertura di una boccola d’assile così come definito in generale nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e vantaggiose del suddetto dispositivo di copertura sono definite nelle annesse rivendicazioni dipendenti.

[0015] L’invenzione sarà meglio compresa dalla seguente descrizione dettagliata di una particolare forma di esecuzione fatta a titolo esemplificativo e, pertanto, in nessun modo limitativo, in riferimento ai disegni allegati sinteticamente descritti nel paragrafo successivo.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

[0016] La figura 1 mostra una vista prospettica dal basso di una forma di realizzazione di un carrello per un veicolo ferroviario, in cui il carrello comprende un sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati di funzionamento del carrello, comprendente almeno un dispositivo di chiusura di una boccola d’assile comprendente almeno un generatore elettrico.

[0017] La figura 2 mostra una vista schematica in sezione laterale di un dispositivo di copertura di una boccola d’assile del carrello ferroviario di figura 1, in cui il dispositivo di copertura è applicato alla boccola d’assile e ad una porzione di estremità del rispettivo assile cui la boccola è associata ed in cui il dispositivo di copertura comprende un generatore elettrico.

[0018] La figura 3 mostra una vista prospettica in sezione parziale di un assile cui è applicato un generatore elettrico del tipo di quello schematicamente rappresentato in figura 2.

[0019] La figura 4 mostra uno schema generale a blocchi di una forma di realizzazione del sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati diagnostici del carrello ferroviario di figura 1.

[0020] La figura 5 mostra una vista schematica generale di una prima possibile forma di realizzazione di un sistema diagnostico per un convoglio ferroviario che comprende una pluralità di sistemi di monitoraggio di figura 4.

[0021] La figura 6 mostra una vista schematica generale di una seconda possibile forma di realizzazione di un sistema diagnostico per convoglio ferroviario, alternativo al sistema diagnostico di figura 5.

[0022] La figura 7 mostra uno schema a blocchi di un sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati diagnostici di carello impiegabile nel sistema diagnostico di convoglio di figura 6 ed alternativo rispetto al sistema di monitoraggio di figura 4.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

[0023] In figura 1 è mostrata una forma di realizzazione esemplificativa e non limitativa di un carrello ferroviario 1. Ad esempio, senza per questo introdurre alcuna limitazione, il carrello ferroviario 1 è uno dei due carelli di un vagone merci ferroviario. Gli insegnamenti qui proposti sono applicabili anche ad altre tipologie di carrelli ferroviari, per cui l’ambito di tutela non deve intendersi limitato ai carrelli di vagoni merci ferroviari.

[0024] Nella particolare forma di realizzazione rappresentata, il carrello ferroviario 1 comprende due assili 3, ciascuno munito di due ruote 4. Il carrello ferroviario 1 comprende un telaio di carrello 2 che supporta i due assili 3 e fra il telaio 2 e gli assili 3 è previsto un sistema di sospensioni 7, di per sé generalmente noto ad un esperto del settore e per questo non descritto in maggior dettaglio.

[0025] Il telaio di carrello 2 comprende una faccia inferiore 8, rivolta verso il suolo in una normale condizione di utilizzo e più precisamente rivolta verso un binario e/o la massicciata, ed una opposta faccia superiore 9, rivolta verso il telaio del veicolo ferroviario, quale ad esempio un vagone o una carrozza, in una normale condizione di utilizzo del carrello ferroviario 1.

[0026] Il carrello ferroviario 1 comprende almeno una boccola d’assile 5 disposta ad una porzione di estremità dell’assile ferroviario 3 ed almeno un dispositivo di copertura 6 della boccola d’assile 5 fissato alla boccola d’assile 5. Il dispositivo di copertura 6 è atto a definire fra la boccola d’assile 5 ed il dispositivo di copertura 6 un rispettivo vano interno 26. Come noto, una boccola di assile 5 comprende generalmente un cuscinetto 11 entro il quale ruota l’assile 3. Come noto, inoltre, per ciascun assile 3 un carrello ferroviario 1 comprende due boccole di assile 5 disposte ad estremità opposte dell’assile 3. Poiché nell’esempio di figura 1 il carrello ferroviario 1 comprende due assili 3, è chiaro che in tale esempio il carrello ferroviario 1 comprenderà quattro boccole d’assile 5 e quattro rispettivi dispositivi di copertura 6.

[0027] Almeno uno dei dispositivi di copertura 6 comprende un generatore elettrico 23, ospitato nel vano interno 26, atto a produrre energia elettrica convertendo parte dell’energia cinetica rotazionale dell’assile 3. Il generatore elettrico 23 comprende uno statore 200 avente un avvolgimento statorico 201 avvolto su lamierino metallico 202, anziché ad esempio in aria. Questo consente vantaggiosamente di minimizzare i traferri e di ottimizzare la generazione di energia a bassi regimi di rotazione.

[0028] In accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, il generatore elettrico 23 è progettato e dimensionato in modo da fornire 1 Watt quando l’assile 3 ruota ad una velocità pari ad un giro al secondo. Con le dimensioni standard delle ruote ferroviarie 4, ciò corrisponde ad una velocità del carrello 1 pari a 10km/h. Preferibilmente, la potenza generata cresce con andamento quasi quadratico all’aumentare della velocità di rotazione dell’assile. Questo permette di alimentare con continuità anche unità di elaborazione con potenza elevata e di trasmettere via radio grandi flussi di dati.

[0029] In accordo ad una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, il generatore elettrico 23 comprende un rotore 300a, 300b fissato ad una porzione di estremità dell’assile 3 atto a ruotare integralmente con l’assile 3 lungo l’asse di rotazione dell’assile 3.

[0030] Preferibilmente, lo statore 200 è esterno alla boccola 5 (e dunque anche esterno al cuscinetto 11 in essa alloggiato) ed a quest’ultima fissato, ad esempio fissato al dispositivo di copertura 6, ad esempio tramite una o più viti 204.

[0031] Preferibilmente, il generatore elettrico 23 è un alternatore sincrono polifase, ad esempio trifase. Ciò implica che la frequenza della corrente indotta è proporzionale alla velocità di rotazione dell’assile 3. Questo presenta il vantaggio di consentire di svolgere funzioni di odometria.

[0032] In accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, il generatore elettrico 23 comprende un albero trascinatore 64 del rotore 300a, 300b fissato ad una porzione di estremità dell’assile 3 con una pluralità di viti 65 innestate in madreviti 35 ad esempio già previste nell’assile 3. L’albero trascinatore 64 consente ad esempio di fissare un disco di fermo 34 del cuscinetto 11 entro il quale ruota l’assile 3. L’albero trascinatore 64 è preferibilmente sovrapposto al disco di fermo 34.

[0033] In una forma di realizzazione molto vantaggiosa, il rotore 300a, 300b comprende ad esempio una prima porzione 300a ed una seconda porzione 300b, preferibilmente fra loro identiche e fra le quali è assialmente interposto lo statore 200. Ciò contribuisce ulteriormente ad ottimizzare i flussi magnetici e di conseguenza la generazione di energia, in particolare a bassi regimi di rotazione. Inoltre, se le due porzioni 300a, 300b sono identiche si ottimizza la produzione e si abbassano i costi di produzione.

[0034] Preferibilmente ciascuna delle due porzioni 300a, 300b comprende una flangia rotorica 311, preferibilmente realizzata in alluminio, ed un anello rotorico 312 di materiale ferromagnetico su cui è posizionata una pluralità di magneti permanenti 313.

[0035] In accordo ad una forma di realizzazione preferita e non limitativa, ciascuna delle due porzioni 300a,300b del rotore 300 ha ventiquattro magneti permanenti 313. Lo statore 200 ha diciotto bobine avvolte attorno ad un lamierino metallico. Queste sono collegate tra loro in modo da realizzare una macchina elettrica trifase con sei bobine per fase.

[0036] In accordo ad una forma di realizzazione, il rotore 300a, 300b comprende una maschera 314 di materiale plastico che consente di ottenere un desiderato posizionamento dei magneti permanenti 313 sull’anello rotorico 312 e successivamente permette di fissare tutto l’assieme alla flangia rotorica 311, ad esempio tramite viti 320. I magneti permanenti 313 una volta posizionati aderiscono con molta forza all’anello rotorico 312 e comunque la maschera 314 contribuisce a mantenerli in posizione stabile.

[0037] Preferibilmente, i magneti permanenti 313 sono disposti in modo da presentare polarità alternate allo statore 200. Il flusso magnetico è parallelo all’asse di rotazione dell’assile 3.

[0038] Lo statore 200 preferibilmente comprende una flangia statorica 203 di materiale plastico lungo la cui circonferenza sono disposte le bobine dell’avvolgimento statorico 201 con l’asse parallelo all’asse di rotazione dell’assile 3. All’interno delle bobine sono preferibilmente posizionate delle barre 202 costituite da lamierino di materiale ferromagnetico che hanno lo scopo di ridurre la parte in aria del circuito magnetico. Lo statore 200 è preferibilmente fissato lungo il suo bordo esterno al dispositivo di copertura 6, ad esempio mediante viti 63.

[0039] In accordo ad una forma di realizzazione, il dispositivo di copertura 6 comprende una custodia 61, 62 avente una prima porzione 61 ed una seconda porzione 62 che sono fra loro inizialmente separate e che successivamente sono fra loro assialmente sovrapposte ed accoppiate. La prima porzione 61 è assialmente interposta fra la boccola 5 e la seconda porzione 62 e comprende elementi di accoppiamento che consentono di accoppiare a questa lo statore 200, ad esempio comprende delle madreviti che consentono il fissaggio dello statore 200 tramite rispettive viti 204. La prima porzione 61 ha preferibilmente una forma generalmente tubolare. La seconda porzione 62 ha preferibilmente la forma di una calotta o di una campana. Nell’esempio di figura 2, la prima porzione 61 e la seconda porzione 62 sono fra loro accoppiate tramite viti 63 che consentono anche di accoppiare tali porzioni 61, 62 alla boccola 5.

[0040] Sarà ora descritto un procedimento di montaggio di un dispositivo di copertura 6 come sopra descritto.

[0041] In una prima fase viene fissato l’albero trascinatore 64 all’assile 3 con le modalità già descritte in precedenza. In una seconda fase, sull’albero trascinatore 64 viene calettata la prima porzione del rotore 300a. In una fase successiva, si posiziona la prima porzione della custodia 61.

[0042] In una successiva fase, alla prima porzione della custodia 61 viene fissato lo statore 200; in questa fase preferibilmente si provvede anche a collegare i cavi elettrici in uscita dallo statore 200 ad un connettore, non mostrato nelle figure. In una fase successiva, si caletta sull’albero trascinatore 64 la seconda parte del rotore 300b. Sopra a questa viene calzata una ghiera 304 che viene avvitata mediante una vite 305 all’albero trascinatore 64. Il serraggio della ghiera 304, preferibilmente aiutato da zigrinature sulla superficie della flangia rotorica 311, rende le due parti 300a,300b del rotore solidali per attrito con l’albero trascinatore 64 e quindi con l’assile 3.

[0043] Vantaggiosamente, opportuni distanziali 310 permettono di regolare in modo fine la distanza dello statore 200 dalle due porzioni 300a, 330b del rotore e quindi la parte del circuito magnetico che si chiude in aria.

[0044] Infine viene posizionata e fissata la seconda porzione 62 della custodia 61, 62.

[0045] La seconda porzione 62 della custodia viene preferibilmente posizionata e fissata alla boccola d’assile 5 utilizzando le stesse madreviti presenti nella boccola 5 che sono normalmente utilizzate per fissare un coperchio metallico di protezione, che viene rimosso.

[0046] Nel funzionamento, quando l’assile 3 si mette in rotazione il rotore 300a, 300b ruota insieme ad esso ed il flusso magnetico assiale generato dai magneti permanenti 313 del rotore si concatena con le bobine dello statore 300, generando per induzione forze elettromotrici che sosterranno la corrente elettrica prodotta.

[0047] In forme di realizzazione particolarmente vantaggiose, il dispositivo di copertura 6 del tipo sopra descritto comprende almeno un sensore 21, 22 e/o comprende almeno una antenna 23, 24, ad esempio comprende un sensore di temperatura ed un sensore di vibrazioni e/o una antenna radio cellulare ed una antenna GPS. Se previsti risulta conveniente fissare i sensori 21a, 21b alla prima porzione 61 della custodia e le antenne 23, 24 alla seconda porzione della custodia 62. Ad esempio i sensori 21, 22 possono essere fissati ad un anello 610 disposto il più vicino possibile al cuscinetto 11 e ad esempio posto alla base della prima porzione 61 della custodia 61, 62. Le antenne 23, 24 possono essere fissate alla parete interna della seconda porzione 62. Poiché è preferibile che la custodia 61,62 sia realizzata in materiale metallico, ad esempio in acciaio, in quest’ultimo caso è opportuno prevedere nella seconda porzione 62 della custodia 61, 62 delle finestre dielettriche trasparenti alle frequenze di interesse per il funzionamento delle antenne 23,24. I motivi per i quali risulta conveniente ospitare nel dispositivo di copertura 6 almeno un sensore e/o almeno una antenna risulteranno evidenti dalla descrizione di alcuni esempi di sistemi di monitoraggio che saranno di seguito descritti.

[0048] In accordo ad una forma di realizzazione, al carrello ferroviario 1 è applicato un sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati di funzionamento del carrello ferroviario 1. Il sistema di monitoraggio comprende almeno un nodo sensore 20a, 20b, associato alla boccola d’assile 5 e comprendente almeno un sensore 21,22 posizionato nel vano interno 26 del dispositivo di copertura 6 atto e configurato per acquisire dati diagnostici della boccola d’assile 5.

[0049] Il sistema di monitoraggio comprende inoltre un nodo concentratore 50 fissato al telaio di carrello 2 all’esterno del dispositivo di copertura 6 della boccola d’assile 5. Il nodo concentratore 50 è operativamente connesso al nodo sensore 20 per mezzo di una linea di collegamento cablato 40 per ricevere i dati diagnostici acquisiti dal sensore 21, 22. Il nodo concentratore 50 comprende almeno una unità di elaborazione locale 51 atta ad elaborare i dati di funzionamento acquisiti ed ottenere dati elaborati ed una interfaccia di comunicazione radio 55 per trasmettere i dati elaborati all’esterno del nodo concentratore 50, ad esempio ad un centrale di controllo terrestre o ad un sistema diagnostico di bordo di un convoglio ferroviario, installato ad esempio in una locomotiva.

[0050] Nel particolare esempio rappresentato, senza per questo introdurre alcuna limitazione, il sistema di monitoraggio comprende quattro nodi sensori 20a, 20b ciascuno associato ad una rispettiva boccola d’assile 5. Inoltre, nella particolare forma di realizzazione rappresentata ad esempio nelle figure 1, 4 e 7 sono previste quattro linee di collegamento cablato 40, cioè è prevista una linea 40 fra ciascuno dei nodi sensori 20a, 20b ed il nodo concentratore 50. Le linee di collegamento cablato 40 sono ad esempio dei conduttori multipolari preferibilmente dotate di una guaina esterna di protezione, ad esempio una calza metallica.

[0051] Con riferimento alla figura 1, in accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, il nodo concentratore 50 è ospitato in un contenitore fissato alla faccia inferiore 8 del telaio di carrello. Preferibilmente, tale contenitore è installato al telaio di carrello 2 di modo che il sistema di sospensioni elastiche 7 sia operativamente interposto fra l’assile 3 (o gli assili 3) ed il contenitore stesso, al fine di ridurre le vibrazioni cui è sottoposto il nodo concentratore 50. Il suddetto contenitore è preferibilmente applicato al carrello 1 mediante magneti permanenti.

[0052] Nel particolare esempio rappresentato, senza per questo introdurre alcuna limitazione, ciascuno dei nodi sensori 20a, 20b comprende un sensore di temperatura 21 ed un sensore di accelerazione 22, ad esempio un accelerometro MEMS triassiale. Il numero e la tipologia di sensori in ciascun nodo sensore 20a, 20b può tuttavia essere variato in base alle esigenze specifiche di progetto.

[0053] Almeno uno dei nodi sensori sopra descritti comprende un dispositivo di copertura 6, del tipo sopra descritto, comprendente il generatore elettrico 23. L’energia elettrica prodotta dal generatore elettrico 23 è vantaggiosamente impiegata per alimentare l’unità di elaborazione 51 e l’interfaccia di comunicazione radio 55 del nodo concentratore 50. Ad esempio, tale energia elettrica è trasferita dal nodo sensore 20a, 20b al nodo concentratore 50 tramite la linea di connessione cablata 40.

[0054] Come già descritto in precedenza in una forma di realizzazione, il generatore elettrico 23 è progettato e dimensionato in modo da fornire 1 Watt quando l’assile 3 ruota ad una velocità pari ad un giro al secondo. Questo permette di alimentare con continuità il nodo concentratore 50 anche se questo è munito di una unità di elaborazione 51 con una potenza di calcolo elevata e di trasmettere all’esterno grandi flussi di dati.

[0055] Nel particolare esempio rappresentato in figura 4, due nodi sensori 20a su quattro comprendono un generatore elettrico 23, questo sia per aumentare l’energia elettrica prodotta sia per garantire una certa ridondanza, ad esempio nel caso di guasto di uno dei due generatori. Chiaramente è possibile prevedere un numero differente di generatori elettrici 23, o un solo generatore elettrico 23.

[0056] Convenientemente, il nodo concentratore 50 comprende un dispositivo di accumulo dell’energia prodotta dal generatore elettrico 23. Preferibilmente, il suddetto dispositivo di accumulo comprende un supercondensatore 52. Questo tipo di condensatore è un dispositivo analogo ad un normale condensatore ma risulta essere particolarmente vantaggioso perché è realizzato con tecniche che consentono di raggiungere capacità di centinaia o di migliaia di Farad. Tale supercondensatore 52 ha la funzione di polmone per superare momentanei assorbimenti di energia da parte del sistema di monitoraggio superiori all’energia elettrica generata e, al contrario di una batteria ricaricabile, non richiede alcuna manutenzione periodica dal momento che ha una vita operativa almeno di un ordine di grandezza superiore rispetto ad una batteria ricaricabile.

[0057] In accordo ad una forma di realizzazione l’interfaccia di comunicazione radio 55 comprende una coppia di antenne Wi-Fi direzionali 56 fra loro orientate in versi opposti lungo, o parallelamente a, un asse di marcia del carrello ferroviario 1. In tal caso, l’interfaccia di comunicazione radio 55 comprende almeno un transceiver Wi-Fi 55 operativamente connesso alle due antenne 56. Nel caso in cui il nodo concentratore 50 sia installato sulla faccia inferiore del telaio 2 del carrello ferroviario 1 ed includa due antenne Wi-Fi contrapposte 56, il posizionamento delle antenne Wi-Fi risulta ottimale in quanto la massicciata, le rotaie ed il telaio stesso del carrello ferroviario 1 costituiscono una guida d’onda per le frequenze di interesse. Questo permette di effettuare delle comunicazioni affidabili e di ridurre il dispendio energetico.

[0058] Ad esempio, con riferimento allo schema della figura 5, utilizzando le interfacce di comunicazione Wi-Fi è possibile mettere in comunicazione fra loro più carrelli 1 di un convoglio ferroviario 100 per realizzare una rete di treno, mettendo in comunicazione fra loro svariati nodi concentratori 50, ciascuno associato ad un rispettivo carrello 1. Nel convoglio ferroviario 100 di figura 5, ogni carrello 1 di ogni vagone ferroviario 101 è munito di un nodo concentratore 50 (cui sono associati uno o più rispettivi nodi sensori, non mostrati in figura 3). La pluralità di carelli ferroviari 1 del convoglio ferroviario 100 definiscono nel loro insieme una schiera lineare di carrelli a due a due adiacenti, e nella schiera lineare il nodo concentratore 50 di un carrello ferroviario 1 è atto e configurato per comunicare tramite l’interfaccia di comunicazione radio 55 con nodi concentratori 50 dei carrelli del convoglio ferroviario 100 che lungo la schiera lineare sono ad esso adiacenti. E’ possibile anche associare il sistema di monitoraggio sopra descritto agli assili 3 della locomotiva 110 del convoglio ferroviario 100, ad esempio associando un nodo concentratore 50 del tipo sopra descritto a ciascuno dei due carrelli della locomotiva 110. E’ inoltre possibile prevedere a bordo della locomotiva 110 una unità diagnostica di bordo 111, operativamente connessa a tutti i nodi concentratori 50, che fungono in pratica da ripetitori di segnale per i nodi concentratori 50 adiacenti. L’unità diagnostica di bordo 111 è un sistema hardware e software che consente di informare il personale conducente o di manutenzione a bordo del treno, ad esempio tramite una interfaccia grafica, di eventuali guasti o rischi di guasti. Le stesse informazioni possono essere inviate, in alternativa o in aggiunta, ad una centrale di controllo di terra. La configurazione del sistema diagnostico di figura 3 sarà d’ora in avanti denominata “full train equipment”.

[0059] I nodi concentratori 50 elaborano i dati (o i segnali) acquisiti dai nodi sensori 20a, 20b. Per elaborazione di intende un qualsiasi processamento analogico e/o digitale, incluso il filtraggio, il campionamento, l’esecuzione di algoritmi atti ad individuare se i componenti del carrello soddisfino una condizione di regolarità o di anomalia, la generazione di allarmi, la codifica e la compressione di dati.

[0060] Il contenitore del nodo concentratore 50 è preferibilmente realizzato in materiale metallico, ad esempio in acciaio. Se sono previste delle antenne Wi-Fi a bordo del nodo concentratore 50 queste possono essere installate all’esterno del contenitore o in alternativa interne prevedendo nel contenitore delle finestre in materiale dielettrico che consentono la trasmissione e la ricezione di segnali a radiofrequenza.

[0061] La figura 6 mostra uno schema generale a blocchi di una forma di realizzazione alternativa del sistema di diagnostico di figura 5, in una configurazione che sarà in questa sede anche denominata “vehicle equipment”.

[0062] In questo caso, anziché equipaggiare tutte le carrozze 101 ed eventualmente anche la locomotiva 110 con il sistema di monitoraggio sopra descritto, per soddisfare determinate esigenze o rispettare dei vincoli imposti, è possibile equipaggiare solo alcune carrozze 101 (o solo alcuni carrelli ferroviari 1), ad esempio quelle che si ritiene possano essere maggiormente sollecitate.

[0063] In questo caso, non è generalmente possibile mettere in comunicazione fra loro tramite collegamenti Wi-Fi i nodi concentratori 50, per questo motivo è possibile prevedere delle interfacce radio alternative. Con riferimento alla figura 7, si osservi infatti che nella forma di realizzazione in essa rappresentata, come possibile alternativa alla forma di realizzazione di figura 4, è possibile prevedere che il nodo concentratore 50 non abbia il transceiver Wi-Fi 55 e le antenne Wi-Fi 56, o almeno che tali elementi se presenti non siano utilizzati. È possibile tuttavia prevedere che il nodo concentratore 50 abbia una interfaccia di comunicazione radio 54 che è un modem GSM e/o GPRS o in genere una interfaccia di comunicazione radio cellulare digitale. In questo caso, risulta vantaggioso e possibile prevedere che almeno uno dei nodi sensori (nell’esempio uno dei due nodi sensori 20b) comprenda una antenna GSM e/o GPRS 24 o in genere una antenna atta e configurata a stabilire un collegamento radio con una rete radio cellulare digitale. In questo caso, l’antenna 24 ospitata nel nodo sensore 20b è collegata all’interfaccia di comunicazione 54 radio cellulare del nodo concentratore 50 tramite la linea di collegamento cablata 40. In questo caso, risulta inoltre vantaggioso se almeno uno dei nodi sensori 20a, 20b del carrello 1 comprende anche una antenna GPS 25. In questo caso, il nodo concentratore 50 comprende inoltre una unità di localizzazione satellitare (non mostrata nelle figure) operativamente connessa a detta antenna GPS 25 ad esempio tramite la linea di collegamento cablata 40. La presenza dell’antenna GPS e della unità di localizzazione satellitare consente vantaggiosamente di poter rilevare la posizione del carrello 1 o di individuare la posizione di un tratto di binario in corrispondenza del quale il sistema di monitoraggio rileva vibrazioni considerate anomale.

[0064] Nella forma di realizzazione di figura 7, senza per questo introdurre alcuna limitazione, uno stesso nodo sensore 20b comprende sia l’antenna radio-cellulare 24 sia l’antenna GPS 25 ma è chiaramente possibile prevedere una diversa distribuzione di tali antenne.

[0065] Nel caso in cui, come per i nodi sensori 20b, un nodo sensore comprenda una o più antenne, il dispositivo di copertura 6 può essere realizzato in materiale metallico salvo poi prevedere una o più finestre dielettriche trasparenti alle radiazioni elettromagnetiche nella banda di interesse.

[0066] Sono state finora descritte delle forme di realizzazione di sistemi di monitoraggio senza entrare nel dettaglio di accorgimenti che possono essere presi per rendere il sistema di monitoraggio robusto a guasti e/o ad errori. Volendo invece rendere il sistema più robusto è possibile prevedere che l’unità di elaborazione 50 abbia due canali, ad esempio due processori distinti, ed abbia due interfacce di comunicazione radio.

[0067] Nella configurazione di figura 4, applicabile alla configurazione di sistema diagnostico di figura 5 e per questo anch’essa denominata full train equipment, è possibile nel nodo concentratore 50 sdoppiare l’unità di elaborazione 51 in due unità di elaborazione distinte (anche denominate canali), prevedere due interfacce di comunicazione radio 55 e quattro antenne 56 disposte in modo da formare due coppie di antenne direzionali fra loro dirette in versi opposti, in cui due antenne orientate in verso opposto sono operativamente connesse ad una delle due interfacce di comunicazione radio e le restanti all’altra interfaccia di comunicazione radio. Non è necessario invece duplicare il supercondensatore 52 o in generale un dispositivo di accumulo di energia elettrica.

[0068] Nella configurazione di figura 7, applicabile alla configurazione di sistema diagnostico di figura 6 e per questo anch’essa denominata vehicle equipment, è ad esempio possibile nel nodo concentratore 50 sdoppiare l’unità di elaborazione 51 in due unità di elaborazione distinte (o canali), prevedere due interfacce di comunicazione radio cellulare 54, una antenna radio cellulare 24 in almeno due nodi sensori 20b ed eventualmente una antenna GPS in almeno due nodi sensori 20b. Anche in questo caso, non è necessario invece duplicare il supercondensatore 52 o in generale un dispositivo di accumulo di energia elettrica.

[0069] Preferibilmente nelle configurazioni ridondanti sopra descritte i canali sono due e la ridondanza è per disponibilità (configurazione 1oo2, “1 out of 2”), in ridondanza per disponibilità (configurazione 1oo2 – 1 out of 2 – uno su due), ovvero i canali sono 2 ma ne basta 1 per rendere l’apparato completamente funzionante.

[0070] Da quanto sopra descritto risulta evidente che un dispositivo di copertura del tipo sopra descritto consente di conseguire pienamente gli scopi prefissi in termini di superamento degli inconvenienti della tecnica nota. Grazie al fatto di comprendere un generatore elettrico in cui lo statore comprende un avvolgimento statorico su lamierino metallico è possibile minimizzare i traferri ed ottimizzare la generazione di energia a bassi regimi di rotazione. Inoltre se il rotore comprende due porzioni fra le quali è interposto lo statore si ottimizzano i flussi magnetici e di conseguenza si ottimizza ulteriormente la produzione di energia, in particolare a bassi regimi di rotazione.

[0071] Fermo restando il principio dell’invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di copertura (6) di una boccola d’assile (5) adatto e configurato per essere accoppiato ad una boccola d’assile (5) in modo da definire fra la boccola d’assile ed il dispositivo di copertura un vano interno (26), in cui il dispositivo di copertura (6) comprende un generatore elettrico (23) ospitato nel vano interno (26) atto a produrre energia elettrica convertendo parte dell’energia cinetica rotazionale dell’assile (3), in cui il generatore elettrico (23) comprende uno statore (200) avente un avvolgimento statorico (201) avvolto su lamierino metallico (202).
2. 2. Dispositivo di copertura (6) secondo la rivendicazione 1, in cui l’avvolgimento statorico (201) comprende una pluralità di bobine avvolte su lamierino metallico.
3. 3. Dispositivo di copertura (6) secondo la rivendicazione 2, in cui le bobine hanno un asse di avvolgimento parallelo all’asse di rotazione dell’assile (3).
4. 4. Dispositivo di copertura (6) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il generatore elettrico (23) è un alternatore sincrono polifase.
5. 5. Dispositivo di copertura (6) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il generatore elettrico (23) comprende un rotore (300a, 300b) fissato ad una porzione di estremità dell'assile (3) atto a ruotare integralmente con l'assile (3) lungo l'asse di rotazione dell'assile (3).
6. 6. Dispositivo di copertura (6) secondo la rivendicazione 5, in cui il rotore (300) comprende una prima porzione (300a) ed una seconda porzione (300b) fra le quali è assialmente interposto lo statore (200).
7. 7. Dispositivo di copertura (6) secondo la rivendicazione 6, in cui ciascuna delle due porzioni del rotore (300a, 300b) comprende una flangia rotorica (311) ed un anello rotorico (312) di materiale ferromagnetico su cui è posizionata una pluralità di magneti permanenti (313).
8. 8. Dispositivo di copertura (6) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente una custodia (61, 62) ed in cui lo statore è fissato alla custodia.
9. 9. Dispositivo di copertura (6) secondo la rivendicazione 8, in cui la custodia comprende una prima ed una seconda porzione fra loro assialmente sovrapposte e fra loro accoppiate, ed in cui la prima porzione è configurata per essere interposta fra la boccola e la seconda porzione ed in cui lo statore è fissato alla prima porzione della custodia.
10. 10. Sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati di funzionamento di un carrello ferroviario (1), in cui il carrello ferroviario (1) comprende: - un telaio di carrello (2) che supporta almeno un assile ferroviario (3), - almeno una boccola d’assile (5) disposta ad una porzione di estremità dell’assile ferroviario (3); - almeno un dispositivo di copertura (6) della boccola d’assile fissato alla boccola d’assile (5), in cui il dispositivo di copertura (6) è realizzato secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni.
11. 11. Sistema di monitoraggio secondo la rivendicazione 10, comprendente: - almeno un nodo sensore (20a, 20b), associato alla boccola d’assile (5) e comprendente almeno un sensore (21,22) posizionato nel vano interno (26) atto e configurato per acquisire dati di funzionamento della boccola d’assile (5); - un nodo concentratore (50) fissato al telaio di carrello all’esterno del dispositivo di copertura della boccola d’assile (5), il nodo concentratore (50) essendo operativamente connesso al nodo sensore (20a, 20b) per mezzo di una linea di collegamento cablato (40) per ricevere detti dati acquisiti, in cui il nodo concentratore (50) comprende almeno una unità di elaborazione locale (51) atta ad elaborare i dati acquisiti ed ottenere dati elaborati ed una interfaccia di comunicazione radio (54,55) per trasmettere detti dati elaborati all’esterno del nodo concentratore (50).
12. 12. Sistema di monitoraggio secondo la rivendicazione 11, in cui l’energia elettrica prodotta dal generatore elettrico (23) è utilizzata per alimentare l’unità di elaborazione (51) e l’interfaccia di comunicazione radio (54,55) del nodo concentratore (50).
13. 13. Sistema di monitoraggio secondo la rivendicazione 12, in cui il nodo concentratore (50) comprende un dispositivo di accumulo (52) dell’energia prodotta dal generatore elettrico (23).
14. 14. Sistema di monitoraggio secondo la rivendicazione 13, in cui detto dispositivo di accumulo (52) comprende un supercondensatore.