IT201800007254A1 - Assale elettrico per un autoveicolo ed autoveicolo comprendente detto assale elettrico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“ASSALE ELETTRICO PER UN AUTOVEICOLO ED AUTOVEICOLO COMPRENDENTE DETTO ASSALE ELETTRICO”

Campo di applicazione dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce al campo degli assali elettrici.

Stato della tecnica

La domanda di brevetto EP2213494A1 mostra un primo sistema di motopropulsione elettrica disposto in posizione anteriore (ovvero per trasmettere il moto alle ruote anteriori motrici) ed un secondo sistema di motopropulsione elettrica che è disposto in posizione posteriore (ovvero per trasmettere il moto alle ruote posteriori motrici) ed è meccanicamente del tutto indipendente e separato dal primo sistema di motopropulsione elettrica.

La domanda di brevetto US2010006351A1 descrive un veicolo stradale con propulsione elettrica comprendente quattro ruote motrici e quattro macchine elettriche reversibili, ciascuna delle quali è meccanicamente del tutto indipendente dalle altre macchina elettriche e presenta un albero direttamente collegato ad una corrispondente ruota motrice.

La definizione della disposizioni delle componenti che compongono il veicoli, l’alloggiamento delle macchine elettriche e del pacco batteria rappresenta una delle fasi più critiche.

Si rischia pertanto di dover realizzare componenti dedicati a ciascun singolo veicolo con un aumento considerevole dei costi di produzione. Inoltre, quando per veicoli aventi caratteristiche differenti è necessario riprogettare la componentistica, i tempi di produzione si allungano.

Se non specificatamente escluso nella descrizione di dettaglio che segue, quanto descritto nel presente capitolo è da considerarsi come parte integrante della descrizione di dettaglio.

Sommario dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di presentare un assale elettrico particolatamente versatile in termini di implementazione, che consente di adattarsi facilmente alle circostanze.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di presentare disposizioni di detto assale elettrico all’interno di un veicolo per realizzare un veicolo stradale ad alte prestazioni.

L’idea di base della presente invenzione è quella di realizzare un assale elettrico a forma di U, mediante due moduli identici, ciascuno a forma di L e disposti simmetricamente rispetto ad un punto mediano dell’assale.

Ciascun modulo comprende un proprio motogeneratore elettrico avente un rotore solidale con un relativo albero motore ed un albero secondario parallelo con l’albero motore. L’albero secondario è collegato all’albero motore mediante un treno di ingranaggi disposto in un carter avente uno sviluppo perpendicolare rispetto all’asse di rotazione dell’albero motore. Pertanto, ciascuno dei due moduli ha una forma sostanzialmente ad L.

Quando l’assale elettrico è completo gli statori dei motogeneratori elettrici dei due moduli sono collegati reciprocamente in modo che i relativi alberi motori risultano coassiali reciprocamente, ed i treni di ingranaggi risultano disposti agli estremi opposti dell’assale.

La porzione di carter che racchiude il treno di ingranaggi è fisso con lo statore del relativo motogeneratore.

Gli estremi esterni degli alberi secondari sono destinati ad essere collegati con le ruote del veicolo per guidarle in rotazione, preferibilmente le ruote posteriori.

Gli estremi interni degli alberi secondari possono essere resi inaccessibili mediante tappi, oppure possono essere collegati alle due uscite di un motore a combustione interna, in caso di veicolo ibrido.

Se si considera un piano passante per gli assi di rotazione delle quattro ruote dell’autoveicolo, la gobba centrale della conformazione ad U, di seguito semplicemente gobba, può essere disposta per giacere in detto piano, orientata in avanti od indietro.

Tale configurazione risulta particolarmente vantaggiosa in un veicolo sportivo basso e schiacciato al suolo, in quanto risulta possibile disporre tra le ruote dell’assale il pacco batteria che ha un peso rilevante.

Vantaggiosamente, la distribuzione dei pesi risulta simile a quella di un’auto con motore centrale.

Inoltre, risulta possibile estrarre il pacco batteria dalla parte inferiore del veicolo.

Le rivendicazioni dipendenti 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 mostrato un esempio di modulo motore secondo la presente invenzione;

nella figura 2 è mostrato uno schematico del modulo motore di figura 1 in cui almeno una parte dell’involucro è asportato per rendere visibili componenti interni;

nella figura 3 è mostrato un assale completo comprendente una coppia di moduli secondo l’esempio schematico di figura 1;

nella figura 4 è mostrato il medesimo assale di figura 3 in cui almeno una parte degli involucri dei moduli motore sono asportati per rendere visibili componenti interni;

nella figura 5 è mostrata una vista in pianta di un veicolo sportivo elettrico a due posti implementante l’assale elettrico delle figure 3 e 4 disposto posteriormente e nella figura 6 è mostrato un dettaglio di figura 5;

nella figura 7 è mostrato un altro esempio del modulo di figura 2;

nella figura 8 è mostrata un’automobile sportiva ibrida implementante l’assale elettrico delle figure 3 e 4.

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 come etichette per migliorare la chiarezza e non vanno intesi in modo limitativo.

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 come descritta di seguito.

Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione

La figura 1 mostra un modulo motore MM secondo la presente invenzione.

L’asse Y rappresenta l’asse di rotazione del rotore del motogeneratore elettrico EM mostrato nella figura stessa.

Il carter GTC racchiude un treno di ingranaggi operativamente guidato in rotazione dall’albero motore del motogeneratore elettrico EM. Tale carter ha uno sviluppo longitudinale secondo l’asse X perpendicolare all’asse Y di rotazione dell’albero motore del motogeneratore elettrico EM.

Con OUT è indicata l’uscita del treno di ingranaggi, coincidente con l’estremo esterno dell’albero secondario, atta ad essere operativamente collegata con una ruota motrice di un autoveicolo, ad esempio attraverso un semiasse dotato di appositi giunti in sé noti.

La figura 2 mostra schematicamente il treno di ingranaggi racchiuso nel carter GTC (non mostrato in questa figura).

L’albero motore SH del motogeneratore elettrico EM ha un solo estremo accessibile. Su detto estremo accessibile dell’albero motore SH è calettato in modo fisso una prima ruota dentata G1 che ingrana operativamente su una seconda ruota dentata G2 calettata in modo fisso su un albero intermedio ISH. Sull’albero intermedio è calettata in modo fisso una terza ruota dentata G3 che ingrana operativamente su un quarta ruota dentata G4 calettata in modo fisso su un albero secondario SSH.

Tra l’albero motore e l’albero secondario possono essere interposti uno o più alberi intermedi con ruote dentate operativamente calettate per trasferire il moto dall’albero motore SH all’albero secondario SSH.

L’albero motore e l’albero secondario sono paralleli tra loro ed individuano un piano in cui giacciono gli uno o più alberi intermedi ISH. Questo fatto rende il treno di ingranaggi disteso lungo la direzione individuata dall’asse X, perpendicolare all’asse Y.

Gli alberi intermedi, a seconda delle circostanze possono essere leggermente distanziati da detto piano passante per l’albero motore e l’albero secondario.

La figura 3 mostra un assale elettrico, secondo la presente invenzione, realizzato mediante una coppia di moduli motori MM, tra loro identici e disposti simmetricamente. L’assale elettrico è realizzato disponendo i motogeneratori elettrici accostati tra loro in modo che i relativi alberi motori risultano coassiali tra loro lungo la direzione Y indicata in figura 1. Inoltre, gli sviluppi longitudinali X dei rispettivi treni di ingranaggi GT giacciono in un medesimo piano. Ciò determina che la conformazione dell’assale risulta generalmente a forma di U (rovesciata nelle figure 3, 4 e 6).

Si individuano pertanto il motogeneratore destro EMR ed il motogeneratore sinistro EML rispettivamente operativamente solidali con i relativi carter destro GTCR e sinistro GTCL dei rispettivi treni di ingranaggi, fino alle uscite destra OUTR e sinistra OUTL.

La figura 4 mostra, corrispondentemente, in dettaglio il contenuto dei carter, qui in trasparenza, con gli alberi motore destro SHR e sinistro SHL.

Gli estremi accessibili dei alberi motore sono preferibilmente supportati da una coppia di cuscinetti tra i quali è calettata la prima ruota dentata destra G1R e sinistra G1L. Analogamente, l’albero intermedio destro ISHR e sinistro ISHL hanno entrambi gli estremi supportati da una coppia di cuscinetti e tra di essi sono calettate la seconda e terza ruota dentata rispettivamente destra G2R, G3R e sinistra G2L, G3L. Analogamente, l’albero secondario destro SSHR e sinistro SSHL hanno entrambi gli estremi supportati da una coppia di cuscinetti e tra di essi è calettato una quarta ruota dentata rispettivamente destra G4R e sinistra G4L. Secondo questa variante, tutte le ruote dentate sono fisse con i rispettivi alberi.

La figura 5 mostra un’automobile sportiva ad alte prestazioni avente due posti secchi.

L’assale elettrico RA descritto con l’aiuto delle figure 3 e 4 è disposto posteriormente ad un abitacolo veicolare AB in cui sono alloggiati i sedili relativi ai due posti secchi. Evidentemente, l’automobile ha uno sviluppo longitudinale disposto secondo la direzione X, mentre l’assale elettrico RA è disposto trasversalmente per essere collegato alle ruote posteriori RW e guidarle in rotazione. In particolare, le uscite destra OUTR e sinistra OUTL sono collegate alle ruote posteriori mediante semiassi rispettivamente destro DSR e sinistro DSL dotati di opportuni giunti in sé noti.

L’automobile è dotata anche di un assale anteriore formato da due ruote anteriori FW che può o meno essere motore.

In particolare, detto assale anteriore può essere elettrico esattamente come l’assale posteriore, oppure può essere elettrico e differente dall’assale posteriore oppure può essere guidato da un motore a combustione interna.

L’area libera CL è delimitata su tre lati dall’assale a forma di U che evidentemente giace parallelo al fondo/pavimento del veicolo, cioè parallelo al piano passante per l’asse di rotazione delle quattro ruote anteriori FW e posteriori RW dell’automobile sportiva.

Negli esempi riportati, la gobba della conformazione ad U dell’assale è orientata posteriormente, pertanto, l’area libera CL è disposta tra l’assale elettrico RA e l’abitacolo AB del veicolo.

In detta area può essere vantaggiosamente alloggiato un pacco batteria BAT oppure un motore a combustione interna CE, così come mostrato nella figura 6 che raffigura la porzione posteriore dell’automobile sportiva di figura 5 ruotata in senso antiorario.

Quando detta area è occupata dal pacco batteria, e l’assale è orientato posteriormente come nelle figure 5, 6 e 8, secondo una implementazione preferita della presente invenzione, il pavimento del veicolo è apribile ed i leverismi delle sospensioni sono disposti in modo da consentire la rimozione del pacco batteria dalla parte inferiore del veicolo.

In relazione alle circostanze la gobba della conformazione ad U definita dall’assale elettrico RA può essere orientato anteriormente quando ad esempio, si prevede di poter sbracare/imbarcare il pacco batteria da una porta posteriore dell’automobile sportiva.

La figura 8 mostra un’automobile sportiva SC elettrica o ibrida dotata dell’assale elettrico RA disposto per guidare le ruote posteriori RW dell’automobile.

In questa figura sono ben evidenziate la parte anteriore F e la parte posteriore R del veicolo, in modo da chiarire ulteriormente il concetto di orientazione posteriore della gobba della conformazione ad U definita dall’assale elettrico oggetto della presente invenzione.

E’ importante sottolineare che ciascun modulo motore MM è del tutto privo di frizioni, ovvero di organi meccanici aventi la funzione di connettere a comando due alberi per permettere o meno ed eventualmente modulare la trasmissione del moto rotatorio; in altre parole, una frizione è un meccanismo che, avvalendosi dell'attrito, consente di separare/unire gradualmente il moto di due alberi che ruotano a velocità diversa ed i treni di ingranaggi GT non comprendono alcuna frizione che si interpone alla trasmissione del moto dai motogeneratori elettrici EM alle corrispondenti ruote RW motrici.

I moduli motori sono fissati al telaio F del veicolo e sono preferibilmente pilotati in modo indipendente l’uno dall’altro, essendo meccanicamente indipendenti, e quindi permettono alle corrispondenti macchine elettriche EM ed alle corrispondenti ruote RW motrici di ruotare a velocità di rotazione diverse, specialmente durante la percorrenza di una curva.

Una unità di elaborazione VCU è configurata per calcolare una diversa velocità di rotazione tra l’uscita destra OUTR e l’uscita sinistra OUTL dell’assale elettrico, ad esempio sulla base di un angolo di sterzo. Tale informazione è generalmente disponibile su una rete dati veicolare CAN, in quanto tale dato è fondamentale per i diversi sistemi di sicurezza generalmente disponibili a bordo dell’automobile, quale ad esempio l’ESP (Electronic Stability Program).

Evidentemente, il veicolo è dotato di un inverter per ciascuno dei motogeneratori in modo da poter controllare l’alimentazione di ognuno in modo indipendente dagli altri. Inoltre, l’unità di elaborazione è programmata per effettuare una frenata rigenerativa permettendo di recuperare energia elettrica dall’energia cinetica del veicolo, quando è necessario decelerarlo.

La figura 7 mostra una variante del treno di ingranaggi del modulo motore MM. Secondo una variante preferita dell’invenzione, sull’albero motore sono calettate due ruote dentate di diametro differente G1A e G1B che ingranano su rispettive ruote dentate G2A e G2B calettate sull’albero intermedio ISH.

Tra le due ruote G2A e G2B calettate sull’albero intermedio ISH è disposto un sincronizzatore DC che consente alternativamente di rendere solidale una delle due ruote dentate con lo stesso albero intermedio. Pertanto mentre le dure ruote dentate calettate sull’albero motore SH sono fisse, le ruote dentate calettate sull’albero intermedio sono associate girevolmente in modo da poter essere rese solidali con l’albero intermedio in relazione al rapporto di trasmissione che si intende ottenere.

Un medesimo risultato può essere ottenuto rendendo fisse le seconde ruote dentate G2A e G2B con l’albero intermedio e rendendo girevolmente associate le prime ruote dentate G1A e G1B con l’albero motore e disponendo il sincronizzatore DS sull’albero motore.

Quando l’automobile è di tipo ibrido, nell’area libera CL è disposto un motore a combustione interna CE dotato di un proprio cambio e di due alberi di uscita opposti, destinati a guidare in rotazione le ruote posteriori RW dell’automobile. Detti alberi di uscita sono preferibilmente accoppiati agli alberi secondari rispettivamente destro e sinistro dell’assale elettrico. Ciascun albero secondario SSH ha pertanto un estremo esterno definito come uscita OUT collegato ad una rispettiva ruota mediante il su descritto semiasse DS (destro DSR o sinistro DSL). L’estremo opposto, dell’albero secondario è stabilmente collegato con un albero di uscita del cambio del motore a combustione interna.

Complessivamente l’assale elettrico RA dotato di semiassi destro e sinistro ha una forma di Omega Ω.

Quando l’automobile è ibrida e viene implementata la configurazione di figura 7, in cui il treno di ingranaggi è dotato di due rapporti di trasmissione, il sincronizzatore può essere configurato per disinnestare entrambe le seconde ruote dentate G2A e G2B. Questo può risultare utile quando si desidera aiutare il motore termico a bassa velocità e si desidera disconnettere i motogeneratori elettrici dalla trasmissione, quando l’automobile supera una predeterminata velocità.

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, al contenuto delle rivendicazioni.

Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo è in grado di realizzare l’oggetto dell’invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Assale elettrico (RA) per un autoveicolo, comprendente una coppia di moduli motori (MM) ciascuno modulo motore comprendendo - un motogeneratore elettrico (EM) avente un relativo albero motore (SH) individuante un asse di rotazione (Y) - un treno di ingranaggi calettati su un . albero secondario (SSH) ed . almeno un albero intermedio (ISH), per trasferire un moto rotatorio da detto albero motore a detto albero secondario e viceversa, in cui detto albero secondario e detto albero intermedio sono disposti parallelamente a detto albero motore, in cui detto albero motore e detto albero secondario individuano un piano ed in cui detto almeno un albero intermedio giace in detto piano, - un carter (GTC) che racchiude detto treno di ingranaggi stabilmente fissato ad uno statore di detto motogeneratore elettrico, in cui detto carter ha una forma longilinea che individua un asse di sviluppo (X) perpendicolare a detto asse di rotazione (Y), in cui detto modulo motore ha una forma sostanzialmente ad L ed in cui detta coppia di moduli sono disposti in modo che i rispettivi alberi motori (SHR, SHL) risultano reciprocamente coassiali ed in cui detto assale ha una forma complessiva sostanzialmente ad U.
2. 2. Assale secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuno albero secondario ha un estremo definente una uscita (OUTR, OUTL) del modulo motore, disposta esternamente, per essere operativamente collegata ad un semiasse (DSR, DSL).
3. 3. Assale elettrico secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto treno di ingranaggi definisce un rapporto fisso di trasmissione.
4. 4. Assale secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto treno di ingranaggi comprende un dispositivo di selezione di due o più rapporti di trasmissione (G2A, G2B, DS).
5. 5. Veicolo (SC) elettrico o ibrido comprendente un assale elettrico secondo una qualunque delle rivendicazioni 1 – 4.
6. 6. Veicolo secondo la rivendicazione 5, comprendente quattro ruote (FW, RW) ed in cui assi di rotazione di dette quattro ruote individuano un piano ed in cui detto asse di rotazione (Y) di detti alberi motori (SHR, SHL) e detti assi di sviluppo di detti carter (GTR, GTL) giacciono in detto piano.
7. 7. Veicolo secondo la rivendicazione 6, in cui detto assale definisce un’area libera (CL) in detto piano confinata su tre lati da detto assale elettrico (RA) in cui è alloggiato un pacco batteria (BAT) o un motore a combustione interna (CE).
8. 8. Veicolo secondo la rivendicazione 7, comprendente un abitacolo (AB) ed in cui detto assale elettrico è disposto posteriormente a detto abitacolo per guidare in rotazione una coppia di ruote posteriori (RW).
9. 9. Veicolo secondo la rivendicazione 8, in cui detta area libera (CL) è disposta tra detto assale elettrico (RA) e detto abitacolo.
10. 10. Veicolo secondo la rivendicazione 9, in cui in detta area libera è alloggiato detto pacco batteria (BAT) ed in cui un pavimento di detta automobile comprende una apertura chiudibile per poter estrarre detto pacco batteria attraverso detto pavimento.
11. 11. Veicolo secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui ciascuno albero secondario ha un primo estremo definente una uscita (OUTR, OUTL) del modulo motore, disposta esternamente, per essere operativamente collegata ad un semiasse (DSR, DSL) ed un secondo estremo, opposto al primo, ed in cui, in detta area libera è alloggiato un motore a combustione interna (CE) avente un proprio cambio ed una coppia di alberi di uscita ciascuno collegato ad un relativo secondo estremo di detto albero secondario per cooperare a guidare in rotazione dette ruote posteriori (RW).