IT202000005614A1 - Propulsore elettrico azimutale perfezionato. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

?Propulsore elettrico azimutale perfezionato.?

La presente invenzione ha per oggetto un propulsore elettrico azimutale. Il propulsore secondo la presente invenzione trova un'applicazione particolarmente vantaggiosa nel settore della propulsione navale militare.

Come noto nel settore navale, un propulsore elettrico azimutale comprende sostanzialmente un motore elettrico al quale ? associata un'elica. Il propulsore ? collocato all'esterno dello scafo ed ? complessivamente in grado di ruotare attorno ad un asse principale, sostanzialmente verticale, in maniera tale da poter variare l'orientazione della spinta prodotta dall'elica su un piano perpendicolare all'asse principale. Ci? consente di poter governare il natante pur in assenza di un timone. Anzi, i propulsori azimutali consentono una maggiore manovrabilit? dei natanti rispetto a propulsori pi? tradizionali comprendenti eliche fisse e timone.

In ambito militare, date le caratteristiche delle moderne mine marine, ? fondamentale che i propulsori producano sull'ambiente circostante i minori perturbamenti possibili. Ci? in quanto le moderne mine marine sono predisposte per attivarsi ed esplodere in risposta alla perturbazione prodotta nell'ambiente dal passaggio di un natante. Tale perturbazione comprende ad esempio il rumore e la variazione di pressione provocate nell'acqua, ed anche le variazioni magnetiche prodotte dalla massa magnetica del natante. Per quanto riguarda le variazioni magnetiche prodotte dal passaggio di un natante, ? noto che i propulsori elettrici azimutali, se da un lato riducono fortemente il rumore prodotto rispetto ai sistemi meccanici tradizionali, dall'altro introducono un'accentuazione notevole delle perturbazioni elettromagnetiche sull'ambiente circostante.

Per ovviare a tale inconveniente, si adottano apposite schermature in grado di limitare gli effetti di perturbazione prodotti dal campo elettromagnetico del motore. Tipicamente, tali schermature comprendono un guscio di materiale ferromagnetico che racchiude totalmente il motore elettrico.

Le schermature del tipo sopra descritto, seppure sono efficaci per schermare il campo elettromagnetico prodotto dal motore elettrico, producono a loro volta una perturbazione magnetica sufficientemente intensa da essere rilevabile dalle mine. Tale perturbazione ? dovuta sostanzialmente alla massa ferromagnetica magnetica del guscio che, spostandosi insieme al natante, modifica il campo magnetico terrestre in maniera sensibile per le mine.

Nella pubblicazione WO2017064595 viene descritto un propulsore elettrico azimutale dotato di una efficace schermatura rispetto alla perturbazione magnetica prodotta dal guscio ferromagnetico che racchiude il motore elettrico. Tale schermatura prevede una pluralit? di spire conduttrici elettriche disposte avvolte sul mantello anulare che circonda l'elica. Le spire sono alimentate in corrente ad opera di un modulo di controllo, che regola l'intensit? della corrente in funzione del campo magnetico terrestre presente in prossimit? del motore. A tal fine, il modulo di controllo ? predisposto per stimare o rilevare il campo magnetico terrestre in prossimit? del motore. La corrente alimentata alle spire produce un campo magnetico la cui intensit? ? sufficiente a compensare la variazione del campo magnetico terrestre generata dal movimento del guscio ferromagnetico che racchiude il motore.

Pur essendo efficace, la soluzione nota sopra sintetizzata ? migliorabile per diversi aspetti. In particolare, la soluzione nota ? efficace principalmente lungo una direzione di riferimento, quindi le variazioni del campo magnetico dirette lungo direzioni ortogonali alla direzione di riferimento non sono compensate in maniera altrettanto efficace. Inoltre, la soluzione nota richiede correnti elettriche di intensit? relativamente elevata.

Scopo della presente invenzione ? quello di proporre un propulsore elettrico azimutale che sia in grado di limitare le alterazioni del campo magnetico terrestre, riducendo l'intensit? delle correnti elettriche richieste.

Caratteristiche e vantaggi della presente invenzione meglio appariranno dalla descrizione dettagliata che segue di una forma di realizzazione dell?invenzione in oggetto, illustrata a titolo esemplificativo ma non limitativo nelle allegate figure in cui:

? la figura 1 mostra una vista schematica in isometria del propulsore secondo la presente invenzione;

? la figura 2 mostra una vista in sezione, eseguita su un piano verticale medio, del propulsore di figura 1;

? la figura 3 mostra una vista dall?alto del propulsore di figura 1; ? la figura 4 mostra una vista in sezione, eseguita sul medesimo piano di sezione di figura 2, di una seconda forma di realizzazione del propulsore;

? la figura 5 mostra una vista in sezione del propulsore, eseguita su un piano perpendicolare al piano di sezione di figura 4;

? le figure 4a e 5a mostrano due ingrandimenti, rispettivamente delle figure 4 e 5.

Il propulsore elettrico azimutale secondo la presente invenzione comprende un motore (2) elettrico brushless o a magneti permanenti. Il motore (2) ? racchiuso da un involucro (5). Un'elica (3) ? associata al motore (2) in modo rotante attorno ad un asse longitudinale (Y), che ? sostanzialmente coincidente con la direzione della spinta prodotta dall'elica (3). In una forma di realizzazione preferita, l'elica (3) ? associata direttamente all'albero rotante del motore (2).

Preferibilmente, ma non necessariamente, il propulsore secondo la presente invenzione comprende un mantello (10) anulare, che circonda l'elica (3) concentricamente all'asse longitudinale (Y). In modo noto nel settore, il mantello (10) ha lo scopo di migliorare le condizioni di flusso attraverso l'elica (3), migliorandone la resa e l'efficienza.

Mezzi di attacco (4) sono predisposti per consentire l'aggancio del motore (2) allo scafo di un natante, e per consentire la rotazione del motore (2) attorno ad un asse di orientazione (Z) perpendicolare all'asse longitudinale (Y). La rotazione attorno all?asse di orientazione (Z) avviene per mezzo di un attuatore rotativo di tipo noto, solo parzialmente visibile in figura 2 in posizione concentrica ad un connettore elettrico rotante (43). I mezzi di attacco (4) comprendono sostanzialmente un giunto rotante (41), che ad una prima estremit? ? dotato di un connettore elettrico rotante (43), per l?alimentazione del motore (2), mentre ad una seconda estremit? ? dotato di una porzione di supporto (42) connessa al motore (2), in particolare all'involucro (5) che racchiude il motore (2). Nella forma di realizzazione rappresentata, la porzione di supporto (42) ? configurata a gomito, per mantenere il motore (2) in posizione relativamente centrata rispetto al giunto rotante (41) lungo l'asse di orientazione (Z). I mezzi di attacco (4) sono ben noti nel settore, quindi non saranno descritti in ulteriore dettaglio. In una possibile forma di realizzazione, i mezzi di attacco (4) sono connessi allo scafo attraverso una coppia di piedi scorrevoli lungo guide (G) solidali allo scafo. Ci? consente un movimento di salta e discesa del propulsore, effettuato mediante un attuatore (45) schematizzato in figura 1 ed in figura 2.

L'asse di orientazione (Z) ? sostanzialmente perpendicolare rispetto all'asse longitudinale (Y), e quindi alla spinta prodotta dall'elica stessa (3). Ci? significa che, durante la navigazione, l'asse di orientazione ? perpendicolare alla direzione di avanzamento del natante. Di conseguenza, la rotazione del motore (2) attorno all'asse di orientazione (Z) consente di ruotare, su un piano perpendicolare all'asse di orientazione (Z), anche l'asse longitudinale (Y), e quindi anche la direzione della spinta prodotta dall'elica (3). L'asse di orientazione (Z) assume normalmente un'orientazione verticale, a meno di oscillazioni dovute al rollio ed al beccheggio del natante.

Vantaggiosamente, l'involucro (5) ? realizzato in materiale amagnetico, e quindi non produce alcuna perturbazione del campo magnetico terrestre. Per schermare il campo magnetico del motore (2), il propulsore secondo la presente invenzione comprende uno o pi? magneti (6), configurati per generare un dipolo magnetico opposto a quello generato dal motore (2) e resi solidali alla parte rotante del motore. In sostanza, il propulsore secondo la presente invenzione consente di schermare il campo magnetico permanete generato dal motore (2), che ? un campo magnetico rotante, con un campo magnetico opposto generato da uno o pi? magneti (6), rotanti in sincronismo con il campo magnetico disperso del motore (2). Il propulsore secondo la presente invenzione evita quindi l'utilizzo di un guscio in materiale ferromagnetico, presente invece nei propulsori attualmente disponibili, che produce variazioni locali non trascurabili nel campo magnetico terrestre.

In ogni caso, pur in assenza di un guscio in materiale ferromagnetico, il propulsore comprende inevitabilmente alcune masse ferromagnetiche, quali ad esempio i lamierini sagomati con le cave predisposte per accogliere gli avvolgimenti. Le masse ferromagnetiche, muovendosi nel campo magnetico terrestre, producono un campo magnetico indotto che si oppone, localmente, a quello terrestre. Localmente, il campo terrestre viene quindi perturbato dal passaggio delle masse ferromagnetiche presenti nel propulsore. Tale perturbazione ? sostanzialmente funzione della velocit? del natante e della rotazione del propulsore.

Per contrastare la perturbazione indotta nel campo magnetico terrestre, il propulsore secondo la presente invenzione comprende inoltre almeno una prima spira (7) ed una seconda spira (8) conduttrici elettriche, disposte all'esterno dell'involucro (5) in avvolgimenti disposti in maniera prefissata. In particolare, le spire (7,8) sono avvolte concentricamente ad un asse orientato in maniera prefissata. Come noto, ciascuna spira, quando ? percorsa da corrente elettrica, ? in grado di generare complessivamente un capo magnetico la cui risultante ? diretta lungo un asse di azione che coincide con l'asse di concentricit? della spira stessa, secondo la regola della mano destra. L'asse di concentricit? della spira pu? essere orientato in modo che il campo magnetico prodotto dalla spira possa opporsi al campo magnetico indotto del moto delle masse ferromagnetiche, e quindi possa opporsi alla variazione subita dal campo magnetico terrestre.

In una possibile forma di realizzazione, le spire (7,8) sono disposte su due piani tra loro inclinati, perpendicolari al piano che contiene gli assi di concentricit? delle spire (7,8) stesse, come schematizzato nelle figure 4 e 4a. Ciascuna spira produce un campo magnetico orientato lungo il proprio asse di azione, ovvero lungo il proprio asse di concentricit?. Le due spire (7,8) sono quindi in grado di produrre un campo magnetico risultante, dato dalla somma vettoriale dei campi magnetici delle sue spire (7,8). Variando in modo indipendente l'intensit? dei campi magnetici delle due spire (7,8), ? possibile variare l'inclinazione del campo magnetico risultante sul piano che contiene gli assi di concentricit? delle spire (7,8).

Ad esempio, nelle figure 4 e 4a, le spire (7,8) sono disposte su piani perpendicolari al piano contenente l'asse di orientazione (Z) e l'asse longitudinale (Y). Nella figura rappresentata, il campo magnetico risultante (c) ? dato dalla somma vettoriale dei campi magnetici (a,b) delle spire (7,8). Regolando l'intensit? della corrente alimentata alle spire (7,8), ? possibile regolare l'intensit? del campo magnetico prodotto da ciascuna spira, nonch? l'intensit? e l'orientazione del campo magnetico risultante, al fine di compensare la variazione locale del campo magnetico terrestre. Ad esempio, considerando due spire (7,8) uguali tra loro e disposte specularmente rispetto al piano contenente l'asse di orientazione (Z), alimentando correnti uguali alle due spire (7,8) ? possibile ottenere un campo magnetico risultante diretto lungo l'asse di orientazione (Z).

Aggiungendo una terza spira (9), disposta su un piano inclinato rispetto ai piani della prima e della seconda spira (7,8), ? possibile ottenere un campo magnetico risultante come composizione di tre campi magnetici diretti lungo tre direzioni inclinate tra loro nello spazio. Variando l'intensit? dei tre campi magnetici, ? possibile variare l'intensit? e l'orientazione nello spazio del campo magnetico risultante, allo scopo di compensare la variazione locale del campo magnetico terrestre.

In una possibile forma di realizzazione, il propulsore secondo la presente invenzione comprende tre spire (7,8,9), ciascuna delle quali ? predisposta per produrre un campo magnetico orientato lungo un rispettivo asse di azione. Ad esempio, una prima spira (7) ? concentrica all'asse di orientazione (Z), una seconda spira (8) ? concentrica all'asse longitudinale (Y) ed una terza spira (9) ? concentrica ad un asse trasversale (X) perpendicolare agli altri due. In una possibile forma di realizzazione, illustrata nelle figure 4,4a,5,5a, una o pi? spire (7,8,9) sono avvolte attorno all'involucro (5). Una o pi? ulteriori spire possono essere avvolte attorno all'involucro (5) su piani inclinati rispetto a quelli delle prime due spire (7,8). Come gi? sottolineato, disponendo tre o pi? spire ? possibile ottenere un campo magnetico complessivo di intensit? regolabile e la cui orientazione nello spazio pu? essere variata a piacere.

In una forma di realizzazione alternativa, una o pi? spire (7,8,9) sono disposte in rispettivi supporti anulari (71,81,91) concentrici agli assi di orientazione, longitudinale e trasversale (X,Y,Z). Nella forma di realizzazione rappresentata nelle figure 1, 2 e 3, ciascuna spira ? contenuta in un rispettivo supporto anulare, associato all'involucro (5) e/o ai mezzi di attacco (4). Il supporto (91) concentrico all'asse trasversale (X) pu? essere connesso al mantello (10). Altre collocazioni per uno o pi? dei supporti anulari sono alla portata del tecnico del settore.

In una ulteriore possibile forma di realizzazione, una o pi? spire (7,8,9) sono disposte nel mantello anulare (10). In questa forma di realizzazione, dato che il mantello (10) ha una conformazione sostanzialmente cilindrica, ? possibile disporre le spire nelle stesse modalit? gi? descritte in relazione all'avvolgimento attorno all'involucro (5).

Il propulsore secondo la presente invenzione comprende un modulo di controllo, non illustrato, predisposto per regolare una corrente elettrica trasmessa a ciascuna spira (7,8,9).

In modo noto nel settore, il modulo di controllo citato nella presente descrizione e nelle successive rivendicazioni ? indicato genericamente come singola unit?, ma in effetti pu? essere dotato di moduli funzionali distinti (moduli di memoria o moduli operativi), ciascuno preposto al controllo di un determinato dispositivo o ciclo di operazioni. In sostanza, il modulo di controllo pu? essere costituito da un singolo dispositivo elettronico, programmato per svolgere le funzionalit? descritte, e i diversi moduli funzionali possono corrispondere a entit? hardware e/o a routine software facenti parte del dispositivo programmato. In alternativa o in aggiunta, tali funzionalit? possono essere svolte da una pluralit? di dispositivi elettronici su cui i suddetti moduli funzionali possono essere distribuiti. Le unit? possono avvalersi, inoltre di uno o pi? processori per l?esecuzione delle istruzioni contenute nei moduli di memoria. Le unit? e i suddetti moduli funzionali possono, inoltre, essere distribuiti su calcolatori diversi in locale o remoto in base all?architettura della rete in cui risiedono.

In particolare, il modulo di controllo ? predisposto per rilevare grandezze rappresentative del campo magnetico terrestre in prossimit? del propulsore, durante la navigazione.

Vantaggiosamente, il modulo di controllo comprende due magnetometri. Un primo magnetometro ? disposto a distanza dal propulsore, per rilevare il campo magnetico terrestre non alterato dal propulsore stesso. Il secondo magnetometro ? disposto in prossimit? del propulsore, per rilevare il campo magnetico terrestre alterato dalla presenza del propulsore e dal suo movimento. Il modulo di controllo riceve in ingresso i valori rilevati dai due magnetometri e regola l?intensit? di corrente alimentata alle spire (7,8,9) fino a che il segnale ricevuto dal secondo magnetometro non eguaglia il segnale ricevuto dal primo magnetometro. Ci? in quanto un segnale del secondo magnetometro uguale al segnale del primo magnetometro indica che la perturbazione prodotta dal propulsore sul campo magnetico terrestre ? sostanzialmente nulla. La regolazione dell'intensit? della corrente alimentata alle spire viene modificata attraverso successive retroazioni.

In una forma di realizzazione alternativa, il modulo di controllo basa il proprio intervento su un archivio di dati che mette in relazione la velocit? del natante con variazioni del campo magnetico terrestre, ottenute tramite misurazioni sperimentali o attraverso metodi di calcolo noti. In questa forma di realizzazione, il modulo di controllo ? configurato per rilevare la velocit? istantanea del natante e per regolare l'intensit? della corrente alimentata alle spire (7,8,9) in funzione di una corrispondente variazione del campo magnetico terrestre, identificata nell'archivio di dati.

In entrambe le forme di realizzazione, il modulo di controllo, una volta acquisita l?entit? dell'alterazione del campo magnetico terrestre prodotta dal passaggio del propulsore, provvede a regolare l'intensit? della corrente alimentata alle diverse spire (7,8,9) presenti, in modo da generare un campo magnetico di entit? e consistenza tale da annullare l?alterazione stessa. In altri termini, il campo magnetico generato mediante le spire (7,8,9), adeguatamente modulato, ? in grado di schermare gli effetti di alterazione del campo magnetico terrestre provocati dal movimento del propulsore.

Vantaggiosamente, la possibilit? di modulare o comunque regolare l'intensit? della corrente alimentata in maniera indipendente alle spire (7,8,9) presenti, consente di variare puntualmente le caratteristiche del campo magnetico generato, adattandone cos? le caratteristiche alle mutevoli condizioni di alterazione del campo magnetico terrestre.

Grazie al sistema secondo la presente invenzione ? possibile ridurre il maniera marcata la segnatura magnetica di un natante, rendendo con ci? lo stesso meno vulnerabile almeno alle mine ad influenza magnetica.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1) Propulsore elettrico azimutale, comprendente: un motore (2) elettrico a magneti permanenti; un'elica (3), associata al motore (2) in modo rotante attorno ad un asse di rotazione (R); mezzi di attacco (4), predisposti per consentire l'aggancio del motore (2) allo scafo di un natante e per consentire la rotazione del motore (2) attorno ad un asse di orientazione (Z) perpendicolare all'asse di rotazione (R); un involucro (5) che racchiude il motore (2); caratterizzato dal fatto che: l'involucro (5) ? realizzato in materiale amagnetico; comprende uno o pi? magneti (6), disposti all'interno dell'involucro (5) e associati ad una parte rotante del motore (2), che sono configurati per generare un dipolo magnetico opposto a quello generato dal motore (2); comprende almeno una prima spira (7) ed almeno una seconda spira (8) conduttrici elettriche, ciascuna delle quali ? disposta all'esterno dell'involucro (5) in un avvolgimento concentrico ad un rispettivo asse centrale.
2. 2) Propulsore secondo la rivendicazione 1, in cui gli assi centrali delle spire (7,8) sono tra loro inclinati.
3. 3) Propulsore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui le spire (7,8) sono disposte su due piani tra loro inclinati, perpendicolari ad un piano che contiene gli assi centrali delle spire (7,8).
4. 4) Propulsore secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente una terza spira (9), disposta all'esterno dell'involucro (5) in un avvolgimento concentrico ad un rispettivo asse centrale inclinato rispetto agli assi centrali della prima e della seconda spira (7,8).
5. 5) Propulsore secondo la rivendicazione 4, comprendente tre spire (7,8,9), in cui la prima spira (7) ? concentrica all'asse di orientazione (Z), la seconda spira (8) ? concentrica all'asse longitudinale (Y), la terza spira (9) ? concentrica ad un asse trasversale (X) perpendicolare ai precedenti due (Y,Z).
6. 6) Propulsore secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui una o pi? spire (7,8,9) sono avvolte attorno all'involucro (5).
7. 7) Propulsore una delle rivendicazioni precedenti, in cui una o pi? spire (7,8,9) sono disposte in rispettivi supporti anulari (71,81,91).
8. 8) Propulsore secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un mantello (10) anulare, disposto concentricamente attorno all'elica (3), in cui una o pi? spire (7,8,9) sono disposte nel mantello anulare (10).
9. 9) Propulsore secondo una o pi? rivendicazioni precedenti, comprendente un modulo di controllo (CM) predisposto per regolare una corrente elettrica trasmessa a ciascuna spira (7,8,9).
10. 10) Propulsore secondo la rivendicazione 9, in cui il modulo di controllo (CM) ? predisposto per regolare in modo indipendente la corrente elettrica inviata a ciascuna spira (7,8,9).
11. 11) Propulsore secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui il modulo di controllo (CM) ? predisposto per rilevare un'alterazione del campo magnetico terrestre in prossimit? del propulsore e per regolare la corrente elettrica inviata a ciascuna spira (7,8,9), in modo da annullare l'alterazione rilevata.