IT201800006894A1 - Trasmissione per veicoli industriali ed agricoli - Google Patents

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Description

TRASMISSIONE PER VEICOLI INDUSTRIALI ED AGRICOLI
La presente invenzione si riferisce ad una trasmissione per veicoli a sistemi di propulsione ibrida, in particolare agricoli o industriali, del tipo comprendente un motore di tipo non rigenerativo, un motore di tipo rigenerativo, un accumulatore di energia ed un generatore.
Nell’ambito del settore tecnico dei veicoli agricoli ed industriali si sta diffondendo l'utilizzo di propulsioni ibride, nelle quali un motore endotermico non reversibile, in genere un motore a combustione interna, è associato ad un motore reversibile, di tipo elettrico, che può operare sia come motore, sia come generatore.
Nelle soluzioni tradizionali, il motore endotermico è destinato a fornire potenza motrice sia alla trasmissione collegata alle ruote motrici del veicolo, sia ad una presa di potenza, denominata PTO (Power Take Off) che consente di fornire potenza ad accessori ausiliari del veicolo, come ad esempio un'attrezzatura agricola o una pompa per azionare dispositivi idraulici ausiliari.
Pertanto, diversamente dai veicoli ibrido puramente stradali devono essere previste anche diverse modalità di funzionamento che comportano specifiche esigenze nella definizione ottimale dell’architettura della trasmissione.
Una possibile soluzione per combinare la coppia fornita dal motore endotermico e quella fornita dal motore elettrico è descritta in US 2015/0183436.
Tale brevetto descrive una trasmissione per veicoli che prevede l’utilizzo di un meccanismo epicicloidale che riceve il moto dai due motori e lo trasmette, in uscita, ad un albero di trasmissione collegato alle ruote motrici del veicolo.
Bloccando la rotazione della corona dell’epicicloidale è possibile variare la catena cinematica di trasmissione del moto e, ad esempio, ottenere una propulsione interamente elettrica. Nello specifico in tale documento sono previsti alcuni possibili schemi che consentono di implementare la soluzione suddetta.
Alcuni di tali schemi hanno tuttavia una geometria che non si adatta facilmente alle forme ed agli sviluppi dei veicoli tradizionali, nella quale la trasmissione ha uno sviluppo prevalente in forma longitudinale.
Altre varianti descritte nel documento suddetto pur avendo una struttura complessivamente più simile alle trasmissioni tradizionali, non garantiscono una sufficiente integrazione di motore e generatore nella struttura della trasmissione.
Pertanto, il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è quello di fornire un trasmissione per veicoli ibridi che consenta di ovviare ad uno o più degli inconvenienti sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota.
Tale problema è risolto dalla trasmissione per veicoli a sistemi di propulsione ibrida secondo la rivendicazione 1.
Grazie alla soluzione offerta dalla presente invenzione è possibile ottenere una trasmissione per veicoli a propulsione ibrida, in grado di offrire diverse modalità di funzionamento, con una soluzione particolarmente semplice dal punto di vista costruttivo. Tale soluzione prevede peraltro di utilizzare una struttura in grado di avere uno sviluppo prevalentemente longitudinale, adattandosi così in maniera opportuna ai veicoli tradizionali. In questo modo l’adozione di un sistema di propulsione ibrido non richiede necessariamente una completa riprogettazione del veicolo rispetto a quello utilizzato in un veicolo alimentato unicamente tramite motori a combustione interna.
Gli ingombri risultano inoltre particolarmente ridotti, o comunque ottimizzati per le necessità di un veicolo industriale rispetto alle soluzioni note.
Caratteristiche preferite dell’invenzione sono inoltre definite nelle rivendicazioni dipendenti.
Secondo aspetti preferiti, l’elemento di bloccaggio della trasmissione comprende un freno presentante almeno un disco, preferibilmente coassiale all’albero veloce.
In una forma di realizzazione, l’albero lento è collegato al dispositivo di combinazione del moto tramite un albero di rinvio.
Secondo una forma di realizzazione preferita, il generatore è configurato per operare anche come motore. Preferibilmente, il motore di tipo rigenerativo è configurato per operare anche come generatore.
Secondo un ulteriore aspetto, le ruote solari dei due meccanismi epicicloidali utilizzati nella trasmissione sono coassiali al motore di tipo rigenerativo.
In una forma di realizzazione, l’albero lento e/o l’albero veloce sono connessi al meccanismo di combinazione del moto, ad esempio in corrispondenza del portasatellite di un meccanismo epicicloidale e al solare o al portasatellite del secondo meccanismo epicicloidale tramite rispettivi meccanismi di trasmissione ad ingranaggi ad assi di rotazione fissi realizzati, ad esempio, tramite ingranaggi.
Preferibilmente, l’albero di uscita è connesso al portasatelliti del secondo meccanismo epicicloidale del dispositivo di combinazione del moto.
Secondo un ulteriore aspetto, l’albero lento è connesso al portasatelliti del primo meccanismo epicicloidale. Preferibilmente, l’albero veloce della trasmissione è connesso alla corona del secondo meccanismo epicicloidale. Secondo una forma di realizzazione preferita, la corona del primo meccanismo epicicloidale è direttamente connessa al portasatelliti del secondo meccanismo epicicloidale.
Secondo ancora un altro aspetto dell’invenzione, l’albero veloce della trasmissione è connesso alla corona del primo meccanismo epicicloidale. Preferibilmente, l’albero lento è connesso alla corona del secondo meccanismo epicicloidale. Secondo una forma di realizzazione preferita, il portasatelliti del primo meccanismo epicicloidale del dispositivo di combinazione del moto è direttamente connesso al portasatelliti del secondo meccanismo epicicloidale.
Altri vantaggi, caratteristiche e le modalità d’impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:
- la figura 1 è un’illustrazione schematica di una trasmissione secondo la presente invenzione;
- le figure da 2A a 2C sono delle illustrazioni schematiche che evidenziano la catena di moto in tre differenti condizioni operative della trasmissione; e
- le figure da 3A a 3C sono delle illustrazioni schematiche che evidenziano la catena di moto in tre differenti condizioni operative della trasmissione secondo forma di realizzazione alternativa della presente invenzione.
Con riferimento inizialmente alla figura 1, una trasmissione secondo la presente invenzione è indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 100.
La trasmissione secondo la presente invenzione è del tipo destinata ad essere utilizzata in veicoli di tipo agricoli ed industriali con sistemi propulsivi ibridi. In altre parole, il sistema di propulsione del veicolo su cui viene utilizzata la trasmissione secondo la presente invenzione comprende un motore di tipo non rigenerativo 1, ad esempio un motore a combustione interna, ed un motore di tipo rigenerativo 2, ad esempio un motore elettrico.
Il motore di tipo non rigenerativo può essere tipo reversibile, oppure può essere previsto un generatore distinto rispetto al motore.
In ogni caso, tramite il generatore 4, sia esso ottenuto facendo funzionare in tale condizione il motore oppure sia un componente distinto, ha il compito di ricaricare un accumulatore di energia 3 per l’alimentazione del motore non rigenerativo.
Il motore non rigenerativo 1 è collegato ad un albero di ingresso 7 della trasmissione.
All’albero di ingresso 7 è inoltre collegato il generatore 4. Il rotore del generatore 4 può essere direttamente supportato sull’albero 7 oppure potrà riceverne il moto in modo indiretto, tramite un rinvio, non illustrato nelle figure.
Ad ogni modo, come sarà illustrato meglio a seguire, l’albero di ingresso 7 potrà essere utilizzato per l’azionamento diretto di una presa di forza collegata alla trasmissione e, il posizionamento del generatore su tale albero si rivela particolarmente vantaggioso in quanto consente di ottenere la ricarica dell’accumulatore anche a veicolo fermo, durante le operazione effettuate tramite la presa di forza.
Secondo un’ulteriore aspetto dell’invenzione, il generatore 4 può anche operare come motore elettrico, così fa consentire l’azionamento diretto dell’albero 7 e quindi eventualmente della presa di forza che quindi potrà essere azionata elettricamente.
Come illustrato in figura 1, l’albero di ingresso 7 è collegato ad un albero lento 11 ed un albero veloce 12 che consentono di realizzare trasmettere il moto alle ruote, con modalità che saranno descritte in maggiore dettaglio a seguire, secondo due diversi rapporti di trasmissione.
In una forma di realizzazione l’albero di ingresso 7 trasmette il moto all’albero lento 11 ed all’albero veloce 12 tramite rispettive coppie di ingranaggi 71A, 71B, 72A, 72B, calettati sull’albero 7 stesso.
Questo consente vantaggiosamente di disporre l’albero lento 11 e l’albero veloce 12 paralleli all’albero di ingresso, creando in questo modo due distinti rami attraverso i quali si può sviluppare il moto e quindi la trasmissione.
Secondo un aspetto dell’invenzione, l’albero lento 11 e l’albero veloce 12 possono essere innestati in maniera selettiva tramite l’utilizzo di rispettive frizioni 9, 10. In questo modo potrà essere selezionato uno dei due alberi in funzione delle condizioni operative desiderate.
Preferibilmente, le frizioni 9 e/o 10 sono collocate lungo i rispettivi alberi in posizione intermedia tra gli ingranaggi che ricevono il moto dall’albero di ingresso 7 e ulteriori ingranaggi 73, 74 che trasmettono a loro volta il moto ad un dispositivo di combinazione del moto 5, illustrato in dettaglio a seguire.
In una forma di realizzazione, l’albero lento 11 e l’albero veloce 12 comprendono un rispettivo primo tratto 11A, 12A e secondo tratto 11B, 12B tra loro coassiali ed innestabili tra loro tramite le rispettive frizioni 9, 10.
Come si può osservare nelle figure 2B e 2C, quando viene chiusa la prima frizione 9 il moto giunge all’albero lento attraverso le coppie di ingranaggi 71A, 71B e quindi, tramite un albero di rinvio 14, al dispositivo di combinazione del moto 5, mentre quando viene chiusa la seconda frizione 10 il moto dell’albero di ingresso 7 viene trasmesso all’albero veloce 10 e da questo direttamente al dispositivo di combinazione del moto 5.
Come sarà meglio descritto a seguire, tali configurazioni corrispondono a due distinti modi di funzionamento della trasmissione indicati anche come secondo e terzo modo di funzionamento.
Sempre con riferimento alla figura 1, il dispositivo di combinazione del moto 5 a cui sono collegati gli alberi 11 e 12 comprende un primo meccanismo epicicloidale 5A ed un secondo meccanismo epicicloidale 5B tra loro collegati, in una prima forma di realizzazione, tramite connessione tra la corona 53A del primo meccanismo 5A ed il portasatelliti 52B del secondo. In altre parole, il dispositivo di combinazione del moto 5 comprende un elemento di collegamento 50 che unisce, rendendoli solidali in rotazione, la corona 53A del primo meccanismo 5A ed il portasatelliti 52B del secondo. L’albero lento 11 e l’albero veloce 12 sono connessi al dispositivo di combinazione del moto 5 il quale ne combina il moto secondo modalità che saranno descritte a seguire.
In una forma di realizzazione, l’albero lento 11 è connesso al portasatelliti 52A del primo meccanismo epicicloidale 5A.
Secondo una forma di realizzazione preferita, l’albero lento 11 può essere connesso direttamente all’albero lento 11 oppure indirettamente, come nell’esempio di figura 1, tramite l’albero di rinvio 14. In quest’ultimo caso, un ingranaggio 14A dell’albero di rinvio 14 può ingranare sull’ingranaggio 74 ed un secondo ingranaggio 14B dell’albero 14 ingrana su una porzione dentata del portasatelliti 52A.
Si noti che nel contesto della presente invenzione, un elemento della trasmissione è considerato connesso ad un altro quando vi è una trasmissione sincrona del moto tra i due elementi, a meno degli eventuali giochi tra i componenti di trasmissione del moto. Questo in generale si verifica nel caso in cui vi sia un collegamento diretto sia nel caso in cui vengano utilizzati elementi di trasmissione del moto ad assi di rotazione fissi, in contrasto con sistemi ad assi mobili come avviene ad esempio in un meccanismo epicicloidale.
Secondo una forma di realizzazione preferita, l’albero veloce 12 è connesso alla corona 53B del secondo meccanismo epicicloidale 5B, preferibilmente tramite l’ingranaggio 73 che ingrana direttamente sulla corona 53B.
In base a quanto sopra illustrato, sarà quindi apprezzato che, secondo un aspetto dell’invenzione, l’albero lento 11 e l’albero veloce 12 sono connessi al portasatellite ed al solare di uno e dell’altro meccanismo epicicloidale tramite rispettivi meccanismi di trasmissione ad ingranaggi ad assi di rotazione fissi. Il dispositivo di combinazione del moto 5 riceve inoltre moto dal motore di tipo rigenerativo 2 che, preferibilmente, è collegato sia al solare 51A del primo meccanismo 5A, sia al solare 51B del secondo meccanismo 5B. In una forma di realizzazione, i solari 51A e 51B sono calettati sul medesimo asse di rotazione 20 del motore di tipo rigenerativo 2.
È quindi evidente che, grazie alla configurazione suddetta, in funzione delle modalità con cui vengono fatti ruotare l’albero lento 11, l’albero veloce 12 ed il motore di tipo rigenerativo, il dispositivo di combinazione del moto sarà in grado di ottenere specifiche condizioni del uscita tramite un albero di uscita 8 del meccanismo di combinazione del moto 5, tipicamente collegato alle ruote del veicolo nel quale viene impiegata la trasmissione. Preferibilmente, l’albero di uscita 8 trasmette il moto tramite ulteriori ingranaggi ad un cambio di velocità e, quindi, alle ruote.
In una forma di realizzazione, l’albero di uscita 8 è connesso al portasatelliti 52B del secondo meccanismo epicicloidale 5B.
Vantaggiosamente, posto che grazie alla configurazione suddetta l’albero di uscita 8 può porre in rotazione l’asse del motore di rigenerativo 9, in una forma di realizzazione questo può anche operare come generatore, consentendo anch’esso la ricarica dell’accumulatore 3.
Si noti anche che la configurazione sopra descritta consente di posizionare il dispositivo di combinazione del moto 5 in corrispondenza di un’estremità della trasmissione opposta a quella connessa al motore non rigenerativo. La trasmissione secondo la presente invenzione comprende inoltre un elemento di bloccaggio 13 configurato per bloccare l’albero lento 11 o l’albero veloce 12 ovverosia, più in generale, l’ingresso del dispositivo di combinazione del moto 5.
In una forma di realizzazione, l’elemento di bloccaggio 13 comprende un freno presentante almeno un disco 131, e preferibilmente un pacco dischi. Preferibilmente, il freno è calettato sull’albero veloce 12.
Sempre allo scopo di ottenere una soluzione il più possibile adattabile anche ai sistemi di propulsione non ibridi, l’elemento di bloccaggio è preferibilmente interposto tra la relativa frizione e l’ingranaggio che dell’albero su cui è montato il freno che trasmette il moto al dispositivo di combinazione del moto 5.
L’elemento di bloccaggio 13 consente di ottenere un’ulteriore modo di funzionamento della trasmissione.
Infatti, quando l’elemento di bloccaggio 13 viene ingaggiato, bloccando la corona 53B del secondo meccanismo epicicloidale 5B, come illustrato in figura 2A, dove il flusso cinematico è descritto utilizzando un tratto a spessore maggiore, l’energia per il moto del veicolo è fornita dal motore rigenerativo 2 alimentato dall’accumulatore 3. Il motore non rigenerativo 1 può essere acceso e muovere il generatore 4 che carica l’accumulatore, oppure essere spento. In questa seconda ipotesi, il moto avviene senza emissioni e con basso livello di rumore e può essere utile nella esecuzione di lavorazioni all’interno di ambienti chiusi.
Sbloccando l’elemento di bloccaggio 13 si possono ottenere gli altri due modi di funzionamento già sommariamente descritti in precedenza.
Nel secondo modo, illustrato in figura 2B, sempre utilizzando un tratto a spessore maggiore, la frizione 9 dell’albero lento 11 viene ingaggiata, mentre l’altra frizione e l’elemento di bloccaggio 13 sono non ingaggiati.
L’energia fornita dal motore non rigenerativo fluisce in parte nel generatore 4 per la ricarica dell’accumulatore di energia 3 e in parte nel dispositivo di combinazione del moto 5 nel quale si somma a quella fornita dal motore rigenerativo 2, alimentato dall’accumulatore di energia 3.
Il terzo modo di funzionamento è invece descritto nella figura 2C.
In questo caso viene invece ingaggiata la frizione 10 dell’albero veloce, mentre l’altra frizione 9 e l’elemento di bloccaggio 13 sono non ingaggiati. L’energia fornita dal motore non rigenerativo 1 fluisce in parte nel generatore 4 per la ricarica dell’accumulatore di energia 3 e in parte nel meccanismo epicicloidale nel quale si somma a quella fornita dal motore elettrico, alimentato dalla batteria.
In questo caso, non essendo presente l’albero di rinvio e la relativa trasmissione ad ingranaggi, si ottenendo quindi un rapporto di trasmissione diverso rispetto al caso precedente.
Secondo un’ulteriore variante dell’invenzione, illustrata schematicamente nella figure da 3A a 3C, l’albero veloce 12 è connesso alla corona 53A del primo meccanismo epicicloidale 5A e l’albero lento 11 è connesso alla corona 53B del secondo meccanismo epicicloidale 5B.
Preferibilmente, a differenza della prima variante, il portasatelliti 52A del primo meccanismo epicicloidale 5A è direttamente connesso al portasatelliti 52B del secondo meccanismo epicicloidale 5B.
Sarà comunque apprezzato che tutte le restanti caratteristiche descritte in relazione alla precedente forma di realizzazione saranno analogamente applicabili anche alla quella ora descritta.
È quindi evidente che la trasmissione descritta permette di risolvere i problemi identificati con riferimento alla presente invenzione, grazie all’architettura utilizzata ed alle differenti possibilità operative.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Trasmissione (100) per veicoli a sistemi di propulsione ibrida, in particolare agricoli o industriali, in cui detto sistema di propulsione comprende: un motore di tipo non rigenerativo (1); un motore di tipo rigenerativo (2), associato ad un accumulatore di energia (3) e ad un generatore (4) per la ricarica dell’accumulatore di energia (3) detta trasmissione comprendente: un albero di ingresso (7) connesso al motore di tipo non rigenerativo (1) e al quale è collegato il generatore (4), un albero lento (11) ed un albero veloce (12) innestabili in maniera selettiva all’albero di ingresso (7) tramite rispettive frizioni (9, 10); un dispositivo di combinazione del moto (5) che comprende un primo meccanismo epicicloidale (5A) ed un secondo meccanismo epicicloidale (5B), che comprendono rispettive ruote solari (51A, 51B), portasatelliti (52A, 52B) e corone (53A, 53B), in cui il portasatelliti di uno dei meccanismi epicloidali è collegata al portasatelliti o alla corona dell’altro, detto albero lento (11) e detto albero veloce (12) essendo connessi al dispositivo di combinazione del moto (5) in corrispondenza del portasatelliti e della corona rispettivamente del primo e del secondo meccanismo epicicloidale (5A, 5B) o viceversa, un albero di uscita (8) collegato al meccanismo di combinazione del moto (5), un elemento di bloccaggio (13) configurato per bloccare detto albero lento (11) o detto albero veloce (12), ed in cui il motore di tipo rigenerativo (2) è connesso alle ruote solari (51A, 51B) del primo meccanismo epicicloidale (5A) e del secondo meccanismo epicicloidale (5B).
  2. 2. Trasmissione secondo la rivendicazione 1, in cui detto albero di ingresso (7) trasmette il moto a detto albero lento (11) e a detto albero veloce (12) tramite rispettive coppie di ingranaggi (71A, 71B, 72A, 72B), detto albero lento (11) e detto albero veloce (12) essendo paralleli a detto albero di ingresso.
  3. 3. Trasmissione secondo la rivendicazione 2, in cui detto elemento di bloccaggio (13) comprende un freno presentante almeno un disco (131) coassiale a detto albero veloce (12).
  4. 4. Trasmissione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto albero lento (11) è collegato a detto dispositivo di combinazione del moto (5) tramite un albero di rinvio (14).
  5. 5. Trasmissione secondo la rivendicazione 4, in cui detto generatore (4) è configurato per operare anche come motore e detto motore di tipo rigenerativo (2) è configurato per operare anche come generatore.
  6. 6. Trasmissione secondo una delle rivendicazione precedenti, in cui dette ruote solari (51A, 51B) sono coassiali a detto motore di tipo rigenerativo (2).
  7. 7. Trasmissione secondo una delle rivendicazione precedenti, in cui detto albero lento (11) e detto albero veloce (12) sono connessi a detto portasatellite e a detto solare tramite rispettivi meccanismi di trasmissione ad ingranaggi ad assi di rotazione fissi.
  8. 8. Trasmissione secondo una delle rivendicazione precedenti, in cui detto albero lento (11) e detto albero veloce (12) comprendono un rispettivo primo tratto (11A, 12A) e secondo tratto (11B, 12B) detti primo e secondo tratto essendo tra loro coassiali ed innestabili tra loro tramite dette frizioni (9, 10).
  9. 9. Trasmissione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto albero di uscita (8) è connesso al portasatelliti (52B) del secondo meccanismo epicicloidale (5B).
  10. 10. Trasmissione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto albero lento (11) è connesso al portasatelliti (52A) del primo meccanismo epicicloidale (5A) e detto albero veloce (12) è connesso alla corona (53B) del secondo meccanismo epicicloidale (5B), la corona (53A) del primo meccanismo epicicloidale (5A) essendo direttamente connessa al portasatelliti (52B) del secondo meccanismo epicicloidale (5B).
  11. 11. Trasmissione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui detto albero veloce (12) è connesso alla corona (53A) del primo meccanismo epicicloidale (5A) e detto albero lento (11) è connesso alla corona (53B) del secondo meccanismo epicicloidale (5B), il portasatelliti (52A) del primo meccanismo epicicloidale (5A) essendo direttamente connesso al portasatelliti (52B) del secondo meccanismo epicicloidale (5B).
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