IT201900002153A1 - Veicolo agricolo ibrido - Google Patents

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IT
Italy
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torque
motor
transmission line
gear
shaft
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Application number
IT102019000002153A
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English (en)
Inventor
Harald Dannerbauer
Michael Zöttl
Original Assignee
Cnh Ind Italia Spa
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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“VEICOLO AGRICOLO IBRIDO”
CAMPO TECNICO
La presente invenzione riguarda un veicolo agricolo ibrido.
BACKGROUND DELL’INVENZIONE
I veicoli agricoli ibridi, per esempio trattori, sono dotati di una sorgente di energia elettrica che può essere usata per alimentare uno o più motori elettrici che possono essere usati in alternativa o unitamente al motore a combustione interna per muovere il veicolo e i suoi attrezzi.
Per esempio, la domanda di brevetto polacco PL420593 descrive un veicolo agricolo dotato di un motore a combustione con una trasmissione a trazione ibrida divisa a quattro ruote. L’assale anteriore è azionato da due motori a disco ad azionamento elettrico indipendenti ciascuno dei quali è posizionato nel mozzo della ruota anteriore e alimentato dalla batteria di accumulatore tramite un convertitore di tensione. Il veicolo ha un collegamento per caricare la batteria.
La domanda di brevetto tedesco DE102010010863 descrive una macchina avente un elemento di azionamento ibrido che aziona un rotore di lavoro per mietere e/o coltivare il raccolto. L’elemento di azionamento comprende un sistema di trazione meccanico per azionare il rotore di lavoro usando un albero di presa di potenza. L’elemento di azionamento comprende un motore azionato a pressione elettrico o idraulico che è collegabile al rotore di lavoro sul sistema di trazione. La coppia di trasmissione del sistema di trazione è sovrapposta alla coppia di trasmissione dell’albero di presa di potenza.
Lo scopo della presente invenzione è fornire un veicolo agricolo ibrido in cui possono essere usati numerosi motori elettrici a bassa potenza per fornire coppia alle ruote e all’albero di presa di potenza in modo molto flessibile.
RIEPILOGO DELL’INVENZIONE
Lo scopo summenzionato è conseguito dalla presente invenzione come rivendicato nell’insieme di rivendicazioni allegato.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Per una migliore comprensione della presente invenzione, è descritta nel seguito una forma di realizzazione preferita, a titolo di esempio non limitativo, in riferimento ai disegni allegati in cui:
• la figura 1 è uno schema semplificato di un veicolo agricolo ibrido realizzato secondo la presente invenzione; e
• la figura 2 mostra diverse modalità di funzionamento del veicolo agricolo ibrido.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE
Il numero di riferimento 1 indica un veicolo agricolo ibrido, per esempio un trattore, in cui un motore a combustione interna 2, in particolare un motore diesel, aziona un generatore elettrico 3 (di tipo noto e rappresentato schematicamente) fornendo energia elettrica 4 (l’energia elettrica è schematizzata con una freccia, è chiaro che sono fornite linee di energia elettrica adatte) ad un’elettronica di potenza 5 che è progettata per alimentare elementi di azionamento elettrici del veicolo 1. Preferibilmente, il motore 2 è un motore a bassa potenza che è fatto funzionare in una modalità stabile per ridurre al minimo il consumo e le emissioni di gas.
In questo caso, il motore 2 e il generatore elettrico 3 realizzano una sorgente di energia elettrica; è tuttavia chiaro che possono essere utilizzate altre sorgenti di energia elettrica per alimentare l'elettronica di potenza 5, ad esempio batterie e supercondensatori (non mostrati) o celle di partenza (non mostrate) o altre fonti alternative. Il veicolo può anche passare da una sorgente di energia elettrica (motore 2 e il generatore elettrico 3 per esempio) a un’altra sorgente (batterie o un supercondensatore per esempio).
Più nello specifico, l’elettronica di potenza 5 fornisce energia elettrica ai dispositivi elettrici interni 6 del veicolo 1 (rappresentati schematicamente, ad esempio il motorino di avviamento per l'avviamento del motore e/o i dispositivi elettrici del modulo di potenza idraulica, o del compressore ad aria e/o del sistema di raffreddamento), ai dispositivi elettrici esterni 7 del veicolo 1 (rappresentati schematicamente, ad esempio dispositivi elettrici installati su attrezzi) e fornisce la carica alle batterie 8 del veicolo 1.
Secondo la presente invenzione l’elettronica di potenza 5 fornisce energia elettrica a elementi di azionamento elettrici. Gli elementi di azionamento elettrici comprendono un primo motore elettrico 9 controllato dall’elettronica di potenza 5 e che fornisce coppia ad una prima linea di trasmissione 10 che è progettata per trasferire la coppia ricevuta alle ruote motrici 11 del veicolo agricolo ibrido 1.
Nell’esempio, una frizione 12 è interposta lungo la linea di trasmissione 10 che è divisa in un primo albero di diramazione 10-a che si estende tra il primo motore elettrico 9 e la frizione 12 e un secondo albero di diramazione 10-b che si estende tra la frizione 12 e una trasmissione di potenza 13 che collega gli assali anteriore e posteriore 14, 15 del veicolo 1. La frizione 12 ha il compito di collegare (accoppiare) o scollegare (disaccoppiare) le ruote 11. Inoltre l’assale anteriore 14 può essere collegato o scollegato alla/dalla linea di trasmissione 10 per mezzo di un'ulteriore frizione 13a. La frizione 12 è progettata per impegnare e disimpegnare la trasmissione di potenza o il rilascio di coppia dal primo albero di diramazione 10-a al secondo albero di diramazione 10-b.
Gli elementi di azionamento elettrici comprendono un secondo motore elettrico 16 controllato dall’elettronica di potenza 5 e che fornisce coppia ad una seconda linea di trasmissione 17 che è progettata per trasferire la coppia ricevuta all’albero di presa di potenza (PTO, Power Take-Off) 18 del veicolo agricolo ibrido 1.
Una presa di potenza (PTO) è uno qualsiasi degli svariati metodi per prendere potenza da una sorgente di energia, quale ad esempio un motore in funzionamento o un motore elettrico e per trasmetterla ad un’applicazione quale un attrezzo attaccato o macchine separate.
Nell’esempio, una frizione 19 è interposta lungo la seconda linea di trasmissione 17 che è divisa in un primo albero di diramazione 17-a che si estende tra il secondo motore elettrico 16 e la frizione 19 e un secondo albero di diramazione 17-b che si estende tra la frizione 19 e l’albero di PTO 18. La frizione 19 è progettata per impegnare e disimpegnare la trasmissione di potenza o il trasferimento di coppia dal primo albero di diramazione 17-a al secondo albero di diramazione 17-b. Pertanto, la frizione 19 consente l’accoppiamento o il disaccoppiamento dell’albero di PTO 18 dal primo albero di diramazione 17-a.
Infine, un terzo motore elettrico 20 è fornito e controllato dall’elettronica di potenza 5 e fornisce coppia ad un’unità di distribuzione di potenza 21 che è progettata per erogare la coppia ricevuta ad una tra o entrambe la prima linea di trasmissione 10 e la seconda linea di trasmissione 17 per fornire coppia extra alle ruote motrici 11 e/o all’albero di PTO 18. L’unità di distribuzione di potenza è anche progettata per consentire il trasferimento di coppia tra la prima linea di trasmissione 10 e la seconda linea di trasmissione 17.
Un’unità di controllo elettronica 22 è fornita per controllare l’unità di distribuzione di potenza 21 per fornire diverse modalità di funzionamento (si veda la figura 2):
una prima modalità operativa, chiamata modalità di potenza di linea di trasmissione in cui l’unità di distribuzione di potenza 21 fornisce la coppia del terzo motore 20 alla prima linea di trasmissione 10 in cui le coppie generate dal primo motore 9 e dal terzo motore 20 si combinano per potenziare la potenza erogata alla linea di trasmissione 10. In aggiunta, la coppia fornita dal secondo motore 16 è anche alimentata alla prima linea di trasmissione 10 attraverso l’unità di distribuzione di potenza 21 in modo che anche la coppia generata dal primo motore 9 e la coppia generata dal secondo motore 16 si combinino per potenziare la potenza erogata alla linea di trasmissione 10. In questa modalità, tutti i motori 9, 20 e 16 forniscono coppia alla linea di trasmissione 10. La frizione 19 è aperta e la PTO 18 non è alimentata. La frizione 12 quando chiusa consente il trasferimento di coppia alle ruote 11. Questa modalità è alquanto utile quando è necessaria potenza di trazione extra per esempio durante l’aratura o il trasporto di rimorchi pesanti.
Una seconda modalità di funzionamento, chiamata modalità di potenza di PTO dinamica in cui l’unità di distribuzione di potenza 21 fornisce la coppia del terzo motore 20 alla seconda linea di trasmissione 17 in cui le coppie generate dal secondo motore 16 e dal terzo motore 20 si combinano per potenziare la potenza erogata all’albero di PTO. Questa modalità è alquanto utile durante operazioni speciali quali l’erpicatura e l’imballatura. Durante questa modalità, la coppia generata dal primo motore 9 è fornita alla prima linea di trasmissione 10 (la frizione 12 è chiusa) in modo che il veicolo 1 possa muoversi grazie alla coppia fornita alle ruote 11. L’unità di distribuzione di potenza 21 è in una posizione in cui il trasferimento di coppia dalla linea di trasmissione 10 alla linea di trasmissione 17 non è permesso;
una terza modalità di funzionamento, chiamata modalità di potenza di PTO fissa, in cui l’unità di distribuzione di potenza 21 fornisce la coppia del primo motore 9 alla seconda linea di trasmissione 17 attraverso l’unità di distribuzione di potenza 21 in cui la coppia generata dal primo motore 9 si combina con la coppia generata dal secondo motore 16. L’unità di distribuzione di potenza 21 è in una posizione in cui il trasferimento di coppia dalla linea di trasmissione 10 alla linea di trasmissione 17 è permesso. La coppia del terzo motore 20 è anche alimentata alla seconda linea di trasmissione 17 in cui la coppia generata dal terzo motore 20 si combina con la coppia generata dal secondo motore 16. In questa modalità, tutti i motori 9, 20 e 16 forniscono coppia all’albero di PTO 18 (la frizione 19 è chiusa). Questa modalità è alquanto utile durante operazioni speciali quale la cippatura del legno. Durante questa modalità la frizione 12 è aperta e la trasmissione di coppia alla ruota è impedita, il veicolo 1 non può muoversi.
Nell’esempio, l’unità di distribuzione di potenza 21 è schematizzata per mezzo di un primo ingranaggio 23 e di un secondo ingranaggio 24 aventi lo stesso raggio R1, è possibile anche avere il primo ingranaggio 23 e un secondo ingranaggio 24 progettati con raggi diversi tra loro. Gli ingranaggi 23, 24 sono accoppiati ai rispettivi terzo e quarto ingranaggio 25, 26 (con lo stesso raggio R2) supportati rispettivamente dal primo albero di diramazione 10-a e 17-a. È tuttavia possibile avere anche il terzo ingranaggio 25 e un quarto ingranaggio 26 progettati con raggi diversi tra loro.
Gli ingranaggi 23, 24 sono progettati per essere supportati in modo girevole libero, ad esempio tramite boccole note, dall’albero di uscita 28.
L’ingranaggio 25 è progettato per essere supportato in modo bloccato girevole dal primo albero di diramazione 10-ah, vale a dire che è collegato saldamente all’albero 10-a. Analogamente, l’ingranaggio 26 è progettato per essere supportato in modo bloccato girevole dal secondo albero di diramazione 17-a, vale a dire che è collegato saldamente all’albero 17-a.
Un dispositivo di selezione 27, ad esempio una frizione a denti, mosso da un attuatore (non mostrato) e controllato dall’unità di controllo elettronica 22 fornisce il collegamento del primo ingranaggio 23, del secondo ingranaggio 24 o di entrambi gli ingranaggi 23 e 24 con l’albero di uscita 28. Quando il dispositivo di selezione 27 è nella posizione neutra (non è in impegno con gli ingranaggi 23 o 24), le velocità di rotazione dell’albero di uscita 28 e del primo ingranaggio 23 o del secondo ingranaggio 24 sono diverse.
Contrariamente, quando il dispositivo di selezione 27 è comandato dall’unità di controllo elettronica 22 per impegnare saldamente uno tra o sia il primo che il secondo ingranaggio 23, 24 con l’albero 28, l’albero di uscita 28 e gli ingranaggi 23, 24 che sono stati selezionati ruotano alla stessa velocità di rotazione. Pertanto, il terzo motore elettrico 20 facendo ruotare l’albero di uscita 28 può trasmettere la coppia al primo albero di diramazione 10-a (il dispositivo di selezione 27 in questo caso collega l’ingranaggio 23 all’albero di uscita 28), o al secondo albero di diramazione 17-a (il dispositivo di selezione 27 in questo caso collega l’ingranaggio 24 all’albero di uscita 28) o a entrambi gli alberi di diramazione 10-a e 17-a (il dispositivo di selezione 27 in questo caso collega l’ingranaggio 23 e l’ingranaggio 24 all’albero di uscita 28). L’unità di controllo elettronica (ECU, Electronic Control Unit) 22 controlla anche la velocità dei motori 9, 20 e 16 secondo tecniche note in modo che possa essere controllata anche la velocità degli ingranaggi 25, 23 e 24, 26, e attraverso il dispositivo di selezione 27, l’unità di distribuzione di potenza 21 e la ECU 22 consentono un controllo della coppia erogata alle linee di trasmissione 10 e 17. La coppia erogata dai motori elettrici 9, 20, 16 agli altri elementi può provocare perdite di coppia quando la coppia viene trasferita. Nella presente invenzione, il trasferimento di coppia dovrebbe includere anche qualsiasi eventuale perdita provocata durante il trasferimento. Ad esempio, il collegamento tra l’ingranaggio 23 e l’ingranaggio 25 e il collegamento tra ingranaggio 24 e l’ingranaggio 26 possono causare qualche perdita di coppia durante il trasferimento di coppia (pertanto per mezzo dell’unità di distribuzione di potenza 21) dal motore elettrico 16 alla linea di trasmissione 10.
Alla luce di quanto precede, i vantaggi del veicolo agricolo ibrido secondo l’invenzione sono evidenti.
Il veicolo agricolo è alquanto flessibile nell’utilizzo di alimentazione di potenza alternative (diesel e il generatore elettrico può passare ad altre sorgenti di energia elettrica in quanto non vi è nessun collegamento meccanico dal motore a combustione interna 2 alle linee di trasmissione 10 e 17).
Potrebbero essere usati piccoli motori elettrici 9, 20 e 16 (efficienti dal punto di vista economico per via dell’elevata produzione in volume).
Una progettazione facile ed efficiente dal punto di vista economico della scatola degli ingranaggi (unità di distribuzione di potenza 21), nessuna frizione a bagno d’olio necessaria per via della regolazione di velocità elettrica prima del cambio marcia.
Software di linea di trasmissione intelligenti (strategie di azionamento) possono assicurare che il motore elettrico sarà azionato sempre ad elevate efficienze.
Impegno/avvio di PTO e di linea di trasmissione continuo da 0 alla massima velocità.

Claims (1)

  1. RIVENDICAZIONI 1.- Veicolo agricolo ibrido (1) in cui una sorgente di energia elettrica è configurata per alimentare un’elettronica di potenza (5) che è progettata per alimentare elementi di azionamento elettrici del veicolo, caratterizzato dal fatto che detto veicolo comprende un’unità di controllo elettronica (22) e detti elementi di azionamento comprendono: un primo motore elettrico (9) che fornisce coppia ad una prima linea di trasmissione (10) che è progettata per trasferire la coppia ricevuta alle ruote motrici (11) di detto veicolo (1); un secondo motore elettrico (16) che fornisce coppia ad una seconda linea di trasmissione (17) che è progettata per trasferire la coppia ricevuta ad un albero di presa di potenza (18) del veicolo (1); e un terzo motore elettrico (20) che fornisce coppia ad un’unità di distribuzione di potenza (21), detta unità di distribuzione di potenza (21) progettata per fornire la coppia ricevuta ad una tra o detta prima linea di trasmissione e detta seconda linea di trasmissione (10, 17) o a entrambe in modo tale che la coppia aggiunta sia fornita alle ruote motrici (11) e/o all’albero (18). 2.- Veicolo ibrido come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui detta unità di distribuzione di potenza (21) comprende un albero di uscita (28), un primo albero di diramazione (10-a) e un secondo albero di diramazione (17-a), detto albero di uscita (28) supportando un primo e un secondo ingranaggio (23, 24), detto primo albero di diramazione (10-a) supportando un terzo ingranaggio (25) e detto secondo albero di diramazione (17-a) supportando un quarto ingranaggio (26), in cui il primo ingranaggio (23) è accoppiato al terzo ingranaggio (25) e il secondo ingranaggio (24) è accoppiato al quarto ingranaggio (26). 3.- Veicolo ibrido come rivendicato nella rivendicazione 2, in cui il primo e il secondo ingranaggio (23, 24) sono supportati dall’albero di uscita (28) in modo girevole libero. 4.- Veicolo ibrido come rivendicato nella rivendicazione 3, in cui il terzo ingranaggio (25) è fissato saldamente al primo albero di diramazione (10-a) e il quarto ingranaggio (26) è fissato saldamente al secondo albero di diramazione (17-a). 5.- Veicolo ibrido come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4 in cui detta unità di distribuzione di potenza (21) comprende un dispositivo di selezione (27) controllato dall’unità di controllo elettronica (22) e configurato per impegnare selettivamente il primo ingranaggio (23) e/o il secondo ingranaggio (24) all’albero di uscita (28) in modo che l’albero di uscita (28) e l’almeno un ingranaggio selezionato (23, 24) ruotino alla stessa velocità di rotazione. 6.- Veicolo ibrido come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 5 in cui la prima linea di trasmissione (10) comprende una frizione (12) per collegare o scollegare il primo albero di diramazione (10-a) alle/dalle ruote motrici (11). 7.- Veicolo ibrido come rivendicato in una delle rivendicazioni da 2 a 6 in cui la seconda linea di trasmissione (10) comprende una frizione (19) per collegare o scollegare il secondo albero di diramazione (17-a) al/dall’albero di presa di potenza (18). 8.- Veicolo ibrido come rivendicato nella rivendicazione 1, in cui detta unità di distribuzione di potenza (21) è progettata anche per permettere il trasferimento di coppia bidirezionale selettivo dal secondo motore elettrico (16) alla prima linea di trasmissione (10); l’unità di controllo elettronica (22) configurata per controllare l’unità di distribuzione di potenza (21) per fornire una prima modalità di funzionamento in cui l’unità di distribuzione di potenza (21) fornisce la coppia del terzo motore (20) alla prima linea di trasmissione (10) in cui le coppie generate dal primo motore (9) e dal terzo motore (20) si combinano per potenziare la coppia erogata alla prima linea di trasmissione (10); la coppia fornita dal secondo motore (16) è anche alimentata alla prima linea di trasmissione (10) in modo che le coppie generate dal primo motore (9) e dal secondo motore (16) si combinino per potenziare la coppia erogata alla prima linea di trasmissione (10); in questa modalità, tutti i motori (9, 20 e 16) forniscono coppia alla prima linea di trasmissione (10). 9.- Veicolo ibrido come rivendicato nella rivendicazione 1 o 5 o 8, in cui l’unità di controllo elettronica (22) è configurata per controllare l’unità di distribuzione di potenza (21) per fornire una seconda modalità di funzionamento diversa in cui l’unità di distribuzione di potenza (21) fornisce la coppia del terzo motore (20) alla seconda linea di trasmissione (17) in cui le coppie generate dal secondo motore (16) e dal terzo motore (20) si combinano per potenziare la coppia fornita all’albero di presa di potenza (18); durante questa modalità la coppia generata dal primo motore (9) può essere fornita soltanto alla prima linea di trasmissione (10). 10.- Veicolo ibrido come rivendicato nella rivendicazione 1 o 5 o 8 o 9, in cui detta unità di distribuzione di potenza (21) è progettata anche per permettere un trasferimento di coppia dal primo motore elettrico (9) alla seconda linea di trasmissione (17); l’unità di controllo elettronica (22) è configurata per controllare l’unità di distribuzione di potenza (21) per fornire una terza modalità di funzionamento diversa, in cui l’unità di distribuzione di potenza (21) fornisce la coppia del primo motore (9) alla seconda linea di trasmissione (17) in cui la coppia generata dal primo motore (9) si combina con la coppia generata dal secondo motore (16) e la coppia del terzo motore (20) è anche alimentata alla seconda linea di trasmissione (17) in cui la coppia generata dal terzo motore (20) si combina con la coppia generata dal secondo motore (16); in questa modalità, tutti i motori (9, 20 e 16) forniscono coppia all’albero di presa di potenza (18). 11.- Veicolo ibrido come definito nella rivendicazione 1 o 2, in cui la sorgente di energia elettrica comprende un motore a combustione interna (2), in particolare un motore diesel, che aziona un generatore elettrico (3) che fornisce energia elettrica ad un’elettronica di potenza (5).
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