IT201900008799A1

IT201900008799A1 - Imbarcazione a propulsione ibrida

Info

Publication number: IT201900008799A1
Application number: IT102019000008799A
Authority: IT
Inventors: Roberto Rossi
Original assignee: Verme Massimo; Verme Projects S R L
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-12-13

Description

DESCRIZIONE del trovato avente per titolo:

IMBARCAZIONE A PROPULSIONE IBRIDA

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce al settore delle imbarcazioni ibride dotate di un motore a combustione interna ed un motore elettrico.

STATO DELLA TECNICA

Come è noto nel settore navale le propulsioni di tipo ibrido sono molto diffuse e implicano l’utilizzo di un motore a combustione interna ed un motore elettrico collegati in parallelo alla stessa linea d’asse. Al fine di massimizzare l’efficienza della propulsione quando il motore a combustione termico trascina l’elica in rotazione, occorre ridurre al minimo le parti in movimento collegate al motore elettrico, e viceversa quando il motore elettrico trascina l’elica in rotazione occorre ridurre al minimo le parti in movimento collegate al motore termico.

Le soluzioni note, pur essendo dotate di innesti o frizioni per inserire e disinserire parti di una o dell’altra trasmissione non risolvono completamente il problema, in quanto per almeno una parte, i due sistemi di trasmissione risultano avere componenti in comune non completamente scollegabili, durante il funzionamento di uno o dell’altro sistema di propulsione. Questo implica che l’efficienza globale del sistema di trasmissione in uso in una delle determinate modalità di funzionamento viene ridotto, dall’inerzia delle parti in comune del sistema di trasmissione non in uso in quella determinata condizione operativa, ma trascinate in rotazione dall’altro sistema di trasmissione.

Per questo motivo la FPT di Torino ha presentato un brevetto WO2018/011713 A1 nel quale viene descritta una imbarcazione ibrida (B) nella quale sono presenti un motore a combustione interna (E) equipaggiato con riduttore invertitore (R), che permette la rotazione in un senso e nell’altro senso dell’asse in uscita, un sistema di trasmissione (X1, TB, X2) posto tra il riduttore invertitore e una elica o una girante, dove questo mezzo di trasmissione comprende una scatola di trasmissione detta transfer box (TB), che ha un ingresso (IN1), un ingresso (IN2) ed una uscita (OUT), una linea d’asse (X1), che collega la flangia di uscita del riduttore invertitore alla flangia di ingresso della transfer box (IN1), ed una seconda linea d’asse (X2), che collega la flangia di uscita della transfer box (OUT) all’elica di propulsione o alla girante di un idrogetto, e un motore elettrico collegato alla flangia di ingresso (IN2) della transfer Box, laddove questa transfer box è caratterizzata dal fatto di essere dotata di un dispositivo (DC1) per collegare o scollegare il motore a combustione interna alla flangia di uscita della transfer box (OUT), e un dispositivo (DC2) per collegare o scollegare il motore dall’asse di uscita (OUT).

Il trovato noto descritto dalla domanda di brevetto WO2018/011713 presenta lo svantaggio di richiedere un dispositivo (DC2), comprensivo di una linea d’asse (A2), una ruota (G1) ed una ruota (G2), aventi tra loro un elevato rapporto di trasmissione per ridurre la velocità di funzionamento del motore elettrico alla velocità di rotazione della linea d’asse (A2), alla velocità di rotazione dell’asse di uscita (A22), e tutto questo meccanismo implica una elevata inerzia delle parti in rotazione, ed elevate perdite per rendimento meccanico del riduttore.

Altre limitazioni e svantaggi di soluzioni e tecnologie convenzionali saranno chiare ad una persona esperta del ramo a seguito della lettura della rimanente parte della presente descrizione, con riferimento ai disegni ed alla descrizione delle forme di realizzazione che seguono. La descrizione dello stato della tecnica correlato alla presente descrizione non deve essere considerata un’ammissione che quanto qui descritto sia già noto dallo stato della tecnica anteriore.

Esiste pertanto la necessità di perfezionare l’apparato oggetto del trovato WO2018/011713 al fine di superare almeno uno degli inconvenienti della tecnica nota.

L’oggetto del presente trovato è quello di ridurre ulteriormente le inerzie rotanti della parte elettrica, ed eliminare le perdite dovute al rendimento meccanico del riduttore incluso nel dispositivo (DC2).

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione indipendente. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell’idea di soluzione principale.

In accordo con i suddetti scopi, un oggetto del trovato consiste nell’ utilizzare un motore torque a magneti permanenti caratterizzato da basse velocità di rotazione ed elevate coppie, e di collegare il rotore di questo motore a magneti permanenti direttamente all’asse di uscita della transfer box (TB). In pratica il motore elettrico si può ritenere collegato fisicamente alla flangia di uscita della transfer box solo quando il suo circuito statorico è collegato ad un azionamento elettrico che lo alimenta per creare una coppia propulsiva, o ne preleva la corrente a scapito di una coppia frenante. A circuito aperto il rotore è libero di ruotare nello statore senza generare alcuna coppia sia essa motrice o frenante. Conseguentemente anche la complessità e il numero di parti del dispositivo DC1 si riduce di complessità e può essere costituito da una frizione o ad un innesto a denti frontale pilotato idraulicamente o elettricamente.

La transfer box permette di connettere il tratto di linea d’asse che va al motore termico alla linea d’asse che va ad una elica propulsiva o ad una girante di un idrogetto, senza portare in rotazione alcuna parte relativa alla trasmissione con motore elettrico, a meno del solo rotore del motore elettrico, riducendo in questo modo al minimo le parti in movimento. Allo stesso modo la transfer box è in grado di collegare il rotore del motore elettrico torque a magneti permanenti direttamente al tratto di linea d’asse che porta ad una elica propulsiva o ad una girante di un idrogetto, riducendo le parti in movimento relative alla trasmissione del motore termico ad una sola flangia. In pratica i due sistemi di trasmissione sono completamente separati con una parte sola in rotazione in comune, quando uno dei due sistemi non è in uso.

Questi ed altri aspetti, caratteristiche e vantaggi della presente divulgazione saranno meglio compresi con riferimento alla seguente descrizione, alle tavole di disegno e alle annesse rivendicazioni. Le tavole di disegno, che sono integrate e facenti parte della presente descrizione, illustrano alcune forme di realizzazione del presente oggetto e, unitamente alla descrizione, si propongono di descrivere i principi della divulgazione.

I vari aspetti e caratteristiche descritte nella presente descrizione possono essere applicati individualmente, dove possibile. Questi aspetti individuali, ad esempio aspetti e caratteristiche presenti nella descrizione oppure nelle rivendicazioni dipendenti allegate, possono essere oggetto di domande divisionali.

Si fa notare che qualsiasi aspetto o caratteristica che si trovi essere già nota durante la procedura di brevettazione si intende non essere rivendicata ed essere l’oggetto di un disclaimer.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di forme di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- le fig. 1 e 2 sono la vista longitudinale e la vista dall’alto, schematiche, della transfer box descritta nel presente trovato, installata su di una piccola imbarcazione da diporto a carena planante.

- le fig. 3 e 4 sono una sezione trasversale ed una vista dall’alto della transfer box descritta nel presente trovato.

DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE

Si farà ora riferimento nel dettaglio alle varie forme di realizzazione del trovato, delle quali uno o più esempi sono illustrati nelle figure allegate. Ciascun esempio è fornito a titolo di illustrazione del trovato e non è inteso come una limitazione dello stesso. Ad esempio, le caratteristiche illustrate o descritte in quanto facenti parte di una forma di realizzazione potranno essere adottate su, o in associazione con, altre forme di realizzazione per produrre un’ulteriore forma di realizzazione. Resta inteso che il presente trovato sarà comprensivo di tali modifiche e varianti.

Prima di descrivere le forme di realizzazione, si chiarisce, inoltre, che la presente descrizione non è limitata nella sua applicazione ai dettagli costruttivi e di disposizione dei componenti come descritti nella seguente descrizione utilizzando le figure allegate. La presente descrizione può prevedere altre forme di realizzazione ed essere realizzata o messa in pratica in altri svariati modi. Inoltre, si chiarisce che la fraseologia e terminologia qui utilizzata è a fini descrittivi e non deve essere considerata come limitante.

Con riferimento ai disegni allegati, si vedano ad esempio fig. 1, fig. 2, e dove è mostrata una possibile implementazione della transfer box (TB) descritta nel presente trovato installata su una piccola imbarcazione da diporto (B).

La barca rappresentata in figura da 1 a 2 ha due linee d’assi ma il presente trovato può essere applicato a configurazioni con una o anche più di due linee d’asse.

Con riferimento alle figure 1 e 2, una barca (B) comprende un motore a combustione interna, preferibilmente un motore a ciclo diesel, provvisto di un riduttore invertitore (R) in grado di premettere la rotazione in un senso e nel senso opposto della imbarcazione, garantendo la marcia avanti e la marcia indietro della imbarcazione.

Un primo asse (X1) collega la flangia di uscita del riduttore invertitore, collegato a sua volta al motore a combustione interna, alla flangia di ingresso (IN1) della transfer box (TB), dove è montato un motore elettrico torque a magneti permanenti direttamente collegato alla flangia di uscita (OUT) della transfer box (TB). Un secondo asse (X2) collega la flangia di uscita (OUT) della transfer box (TB) ad una elica di propulsione (P) o ad una girante di un idrogetto all’esterno della carena. Ad ogni modo l’asse (X2) fuoriesce dallo scafo in un modo noto.

La transfer box secondo questa invenzione comprende un solo asse di ingresso (A1) collegato alla flangia di ingresso della transfer box (IN1). Non è presente nessun secondo asse (A2) e neppure una seconda flangia di ingresso (IN2) essendo il motore elettrico torque direttamente collegato all’asse di uscita della transfer box (TB).

L’asse (A1) è diviso in due tratti, il primo solidale alla flangia di ingresso (A11) ed il secondo (A12) solidale alla flangia di uscita (OUT) della transfer box (TB), e tra loro collegati mediante l’interposizione di un dispositivo (DC1) per collegare o scollegare i due tratti: il dispositivo (DC1) potrà essere per esempio un innesto del tipo a denti frontali, oppure una frizione. Entrambi i sistemi di innesto possono essere a comando elettrico o idraulico.

In un primo modo operativo il dispositivo (DC1) è collegato e la prima parte dell’asse (A11) e la seconda parte dell’asse (A12) ruotano solidali al fine di trasmettere la coppia dal motore a combustone interna (E) alla elica (P).

Il circuito dello statore del motore elettrico di coppia (EM) non è collegato all’azionamento e poiché non c’è circolazione di corrente in esso, il rotore è libero di ruotare liberamente.

Nel secondo modo operativo l’innesto frontale è disaccoppiato e il secondo tratto di albero (A12) è in grado di ruotare liberamente rispetto al tratto (A11). In questo modo operativo l’azionamento gestisce la coppia trasmessa dal motore elettrico all’elica di propulsione o alla girante dell’idrogetto.

In un terzo modo operativo l’innesto è inserito e sia il motore termico che il motore elettrico di coppia operano sulla linea d’asse nelle due modalità:

Modalità Boost: in questo caso la coppia motrice del motore elettrico si somma alla coppia motrice del motore termico al fine di ottenere una coppia superiore in fase di planata, aumentando l’accelerazione della barca, e riducendo i tempi di ingresso in planata.

Modalità Generatore: in questo caso la coppia motrice del motore termico viene ridotta della coppia frenante del motore elettrico che genera corrente e ricarica le batterie.

In una prima configurazione (quella descritta nella figura 2) la transfer box può essere montata a sbalzo sul riduttore invertitore mediante staffe fissate con viti ai fori presenti sul riduttore, o essere dotata di staffe indipendenti per il fissaggio a scafo mediante interposizione di supporti anti vibranti.

In una seconda configurazione la transfer box può essere completamente indipendente, supportata da antivibranti dedicati ad essa e collegata al riduttore invertitore mediante giunto flessibile.

In una terza configurazione la transfer box può essere sostenuta in parte dal gruppo motore riduttore a cui sarà rigidamente collegata attraverso delle staffe di fissaggio, e in parte da ulteriori supporti antivibranti dedicati alla sola transfer box.

Tra l’elica e transfer box può essere installato un cuscinetto reggispinta che scarica la spinta dell’elica a scafo prima che questo raggiunga la transfer box.

A seconda del tipo di supporti e del tipo di collegamento (flessibile o rigido) tra la transfer box e l’asse (X1) e l’asse (X2), la spinta dell’elica può quindi essere in una prima configurazione scaricata a scafo da un cuscinetto reggispinta posto sul tratto (X2). In questo caso la transfer box non sarebbe soggetta a spinta assiale, e tra reggispinta e transfer box può essere montato un giunto flessibile.

In una seconda configurazione la spinta dell’elica è trasmessa dalla linea d’asse (X2), che risulterà di tipo rigido, alla transfer box e quindi scaricata a scafo attraverso le staffe della transfer box. Sulla linea d’asse (X2) può quindi essere montato un giunto flessibile.

In una terza configurazione la spinta dell’elica è trasmessa dalla transfer box al riduttore invertitore e quindi scarica a scafo attraverso le staffe del riduttore. In questa configurazione l’asse (X1) risulta rigido. È chiaro che l’apparato di propulsione ibrida per imbarcazioni fin qui descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato.

È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz’altro realizzare molte altre forme equivalenti di apparato di stabilizzazione per imbarcazioni, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell’ambito di protezione da esse definito.

Nelle rivendicazioni che seguono, i riferimenti tra parentesi hanno il solo scopo di facilitare la lettura e non devono essere considerati come fattori limitativi per quanto attiene all’ambito di protezione sotteso nelle specifiche rivendicazioni.

INDICE

1 B imbarcazione

2 E Motore termico primario

3 R Riduttore invertitore

4 X1 linea d’asse tra motore e flangia di ingresso della transfer box 5 X2 linea d’asse tra flangia di uscita della transfer box e elica propulsiva o girante di un idrogetto.

6 TB Transfer box

7 IN1 flangia di ingresso transfer box

8 IN2 flangia di ingresso transfer box (non incluse nel presente trovato) 9 OUT flangia di uscita transfer box

10 DC1 dispositivo per il collegamento del motore termico principale 11 DC2 dispositivo per il collegamento del motore elettrico (non incluso nel presente trovato)

12 A11 tratto di asse interno alla TB a monte del dispositivo DC1 13 A12 tratto di asse interno alla TB a valle del dispositivo DC1

14 A2 tratto di asse interno alla TB a monte del dispositivo DC2 (entrambi non incluse nel presente trovato)

15 P Elica propulsiva o girante idrogetto

16 G1 e G2 ruote dentate (entrambi non incluse nel presente trovato)

FIGURE

- fig. 1: vista longitudinale schematica della transfer box (TB) installata su di una piccola imbarcazione da diporto a carena planante (B).

- fig. 2: vista dall’alto schematica della transfer box (TB) installata su di una piccola imbarcazione da diporto a carena planante (B).

- fig. 3: sezione longitudinale della transfer box (TB) descritta nel presente trovato.

- fig. 4: vista dall’alto della transfer box (TB) descritta nel presente trovato montata al riduttore (R) ed all’asse (X2) con elica (P).

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Imbarcazione a propulsione ibrida comprendente: – - un motore a combustione interna (E) accoppiato ad un riduttoreinvertitore (R) in grado di permettere la propulsione a marcia avanti ed a marcia indietro, - un mezzo di trasmissione (X1, TB, e X2) inserito tra il riduttore invertitore e l’elica di propulsione o la girante di un idrogetto (P), dove il mezzo di trasmissione comprende: un collegamento attraverso un asse (X1) tra la flangia di uscita del riduttore invertitore e la flangia di ingresso di una scatola di trasmissione (TB), un collegamento attraverso un asse (X2) tra la flangia di uscita della scatola di trasmissione (TB) ed l’elica (P), una scatola di trasmissione detta transfer box (TB) con un solo ingresso (IN1) ed una sola uscita (OUT), - un motore elettrico operativamente e direttamente collegato alla flangia di uscita della transfer box, caratterizzato dal fatto che la transfer box (TB) comprende un solo dispositivo (DC1) per collegare o scollegare il motore termico principale (E) ed il relativo riduttore-invertitore (R), mentre il motore elettrico di coppia a magneti permanenti (EM) è direttamente collegato alla uscita (OUT) rendendo quindi non necessario un secondo dispositivo per collegare o scollegare il motore elettrico.
2. Imbarcazione a propulsione ibrida secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto caratterizzato dal fatto che la transfer box (TB) può svolgere funzione di reggispinta e trasmettere la spinta dell’elica a scafo.
3. Imbarcazione a propulsione ibrida secondo una qualsivoglia delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che la transfer box è collegata rigidamente al riduttore-invertitore, senza l’interposizione di collegamento X2 flessibile.
4. Imbarcazione a propulsione ibrida come da rivendicazione precedente con transfer box dotata di staffe di fissaggio collegate con supporti antivibranti allo scafo, in modo che il peso del gruppo (E)+ (R) (TB) venga in tutto o in parte supportato dalle staffe di supporto della TB e in parte dalle staffe di supporto del gruppo motore-riduttore.
5. Imbarcazione a propulsione ibrida secondo una qualsivoglia delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che la transfer box è completamente supportata e collegata a scafo in maniera indipendente dalle linee d’assi X1 ed X2.
6. Apparato di propulsione ibrida secondo una qualsivoglia delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che il tratto di linea d’asse (X1), compreso tra riduttore-invertitore e flangia di ingresso della transfer box, oppure quello (X2), compreso tra flangia di uscita della transfer box e l’elica di propulsione (P) può essere rigido o dotato di giunto flessibile.