IT202100003314A1

IT202100003314A1 - Batteria a volano

Info

Publication number: IT202100003314A1
Application number: IT102021000003314A
Authority: IT
Inventors: Marco Bufis
Original assignee: Malex Europe S R L
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2022-08-15
Also published as: CN116868468A; WO2022172231A1; EP4292186A1

Description

Batteria a volano

Campo tecnico

La presente descrizione riguarda una batteria a volano, in particolare una batteria a volano che pu? essere impiegata ad esempio in veicoli e generatori di energia elettrica.

Inquadramento della descrizione

Note batterie a volano comprendono un volano collegato ad un rotore accoppiato con uno statore allo scopo di trasformare energia elettrica, ossia una corrente elettrica nello statore, nella rotazione del volano, e viceversa.

Tuttavia, la massa, il diametro e/o la velocit? del volano devono essere aumentate per aumentare la capacit? delle batterie a volano note, con conseguenti problemi di peso, ingombro e/o effetto giroscopico, che ne riducono la sicurezza, l?efficienza, la trasportabilit? e/o la convenienza economica.

Sommario della descrizione

Scopo della presente descrizione ? pertanto quello di fornire una batteria a volano esente da tali inconvenienti. Detto scopo viene conseguito con una batteria a volano, le cui caratteristiche principali sono specificate nelle rivendicazioni allegate, da considerare parte integrante della presente descrizione.

Grazie alla particolare combinazione di volani che ruotano come satelliti intorno ad un albero centrale, la batteria a volano secondo la presente descrizione massimizza l?accumulo di energia per unit? di massa, in modo da limitare il peso, i costi di produzione, manutenzione e smaltimento, il deterioramento nel tempo, l?effetto giroscopico ed il rischio di incidenti rispetto alle batterie a volano note.

In particolare, se Ec1 rappresenta la componente di energia cinetica riconducibile alle masse m degli n volani in moto di traiettoria circolare di raggio R con velocit? angolare ? dell?albero centrale ed Ec2 rappresenta l?energia cinetica immagazzinata dall?insieme degli n volani per rotazione attorno al proprio asse con velocit? angolare ??, dove J rappresenta il momento di inerzia attorno a tale asse del singolo volano, l?energia accumulabile dalla presente batteria a volano ? quindi data dall?equazione Ec = Ec1 Ec2 dove Ec1 = (n*m*R*??)/2 e Ec2 = (n*???*J)/2.

La suddetta equazione mostra che l?incremento di energia accumulata e quindi la densit? di carica ? maggiore rispetto ad una batteria con un volano calettato sull?albero centrale, la cui energia accumulata ? solo Ec = (??*J)/2.

Preferibilmente, nella presente batteria a volano i volani ruotano intorno al loro asse grazie ad una trasmissione comprendente una corona a dentatura interna fissata in una camera a vuoto contenente i volani e pignoni calettati sugli alberi secondari dei volani. In questo modo, viene incrementata l?energia cinetica del sistema dei volani e dei supporti in funzione del rapporto delle velocit? angolari dell?albero centrale e degli alberi secondari, per cui l?energia immagazzinata dalla batteria a volano sar? determinata dalla somma dell?energia cinetica ottenuta da queste due velocit? angolari.

Una volta che i volani sono posti in rotazione, la batteria a volano conserva energia cinetica grazie alla minimalizzazione delle dispersioni e degli attriti, in particolare l?attrito dovuto al fluido in cui ? immerso il sistema in rotazione, che ? disposto all?interno di una particolare camera a vuoto.

La batteria a volano comprende preferibilmente uno o due statori che possono essere avvicinati od allontanati dai rispettivi rotori, in modo da evitare l?effetto frenante degli statori quando non sono in uso.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori vantaggi e caratteristiche della batteria a volano secondo la presente descrizione risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme realizzative, da considerare esempi non limitativi delle rivendicazioni, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la figura 1 ? una vista assonometrica della batteria a volano;

- la figura 2 ? una vista assonometrica dell?interno della batteria a volano;

- la figura 3 ? una vista frontale della batteria a volano;

- la figura 4 ? la sezione IV-IV di figura 3;

- la figura 5 ? la sezione V-V di figura 3;

- la figura 6 ? una vista esplosa della batteria a volano.

Forme realizzative esemplificative

La figura 1 mostra una forma realizzativa della batteria a volano, la quale pu? essere provvista di un contenitore che presenta una forma sostanzialmente di parallelepipedo rettangolo e comprende ad esempio due coperture laterali 1, 2, entrambe con due pareti sostanzialmente perpendicolari, una copertura superiore 3 ed una copertura inferiore 4. Le coperture 1-4 possono essere realizzate in lamiera metallica per proteggere le parti interne da urti, polvere, liquidi o fiamme, oltre che schermare da campi elettromagnetici esterni, fungendo da gabbia di Faraday. La copertura laterale 1 pu? comprendere mezzi di controllo elettronici, in particolare un?unit? di controllo 5 provvista di un touchscreen.

La figura 2 mostra che il contenitore 1-4 include una camera a vuoto che comprende ad esempio una base superiore 6, una base inferiore 7 ed almeno una parete laterale 8, le quali sono unite tra loro in maniera ermetica da una pluralit? di staffe 9 e tiranti 10. La camera a vuoto 6-8 ha preferibilmente una forma sostanzialmente cilindrica.

Le figure da 3 a 6 mostrano che almeno un attuatore 11, preferibilmente elettromagnetico, ? disposto all?esterno della camera a vuoto 6-8, ad esempio sulla base superiore 6, per azionare almeno una bobina 12 fungente da statore, verso o da almeno un rotore 13, che ? provvisto di una pluralit? di magneti, in particolare sedici magneti permanenti, con le polarit? N-S orientate radialmente rispetto all?asse del rotore 13 ed alternatamente rispetto ai magneti adiacenti.

Il rotore 13 ? disposto in un almeno involucro 14 fissato in maniera ermetica sulla base superiore 6 della camera a vuoto 6-8 ed in collegamento di fluido con l?interno di quest?ultima, in modo che il vuoto ? presente anche nell?involucro 14.

In una fase di caricamento della batteria a volano, ossia trasformazione di energia elettrica in energia cinetica, l?attuatore 11 sposta lo statore 12, in particolare traslandolo nel senso della freccia di figura 4, verso il rotore 13, preferibilmente lungo guide 15 ricavate in una sede 16 disposta all?esterno dell?involucro 14 del rotore 13. Lo statore 12 pu? quindi essere disposto di fianco al rotore 13, pur restando all?esterno della camera a vuoto 6-8, ed una sorgente esterna (non mostrata dalle figure) pu? fornire corrente elettrica allo statore 12 per ruotare il rotore 13, in particolare generando un campo magnetico rotante. L?attuatore 11 allontana lo statore 12 dal rotore 13 quando viene interrotto il flusso di corrente elettrica nello statore 12.

L?involucro 14 ? preferibilmente fatto in materiale diamagnetico per non generare dispersioni a causa della rotazione dei magneti del rotore 13. La camera a vuoto 6-8 pu? essere provvista di un vacuometro 17 fissato all?esterno della base superiore 6 per misurare il livello del vuoto nella camera a vuoto 6-8. Il vuoto pu? essere creato mediante una pompa collegata ad un condotto 18 che sbocca in un?apertura nella camera a vuoto 6-8 ed ? provvisto di una valvola 19 disposta in parallelo al vacuometro 17.

Il rotore 13 ? collegato meccanicamente, in particolare calettato, ad un albero centrale 20 che pu? ruotare intorno ad un asse centrale A nella camera a vuoto 6-8, in particolare mediante cuscinetti 21 disposti in mozzi 22 fissati alla base superiore 6 e/o alla base inferiore 7, le quali basi prevedono aperture centrali in modo che una od entrambe le estremit? dell?albero centrale 20 possano sporgere oltre la camera a vuoto 6-8, in particolare nell?involucro 14. L?asse centrale A pu? essere sostanzialmente coassiale all?asse longitudinale della camera a vuoto 6-8.

Uno o pi? supporti 23 sono uniti all?albero centrale 20 e sono disposti nella camera a vuoto 6-8. In particolare, almeno due supporti 23 comprendenti almeno tre bracci radiali sono calettati intorno all?albero centrale 20. Uno o pi? supporti 23 comprendono almeno un mozzo, preferibilmente disposto ad un?estremit? di ciascun braccio radiale, nel quale un albero secondario 24 pu? ruotare mediante uno o pi? cuscinetti 25. L?asse dell?albero secondario 24 ? sostanzialmente parallelo all?asse centrale A. Uno o pi? volani 26 sono collegati meccanicamente, in particolare calettati, a ciascun albero secondario 24. In particolare, almeno tre volani 26 sono calettati ad un albero secondario 24, in cui un supporto 23 ? disposto tra due volani 26.

Ulteriori forme realizzative possono comprendere numeri differenti di supporti 23, alberi secondari 24 e/o volani 26.

Almeno un?estremit? di ciascun albero secondario 24 ? provvista di almeno un pignone 27 che ? ingranato con almeno una corona 28, preferibilmente avente una dentatura interna, in modo che quando l?albero centrale 20 ruota in un verso (ad esempio in verso orario mostrato in figura 5), i volani 26 ruotano sia intorno all?asse centrale A sia intorno al rispettivo asse longitudinale nel verso opposto (ad esempio in verso antiorario mostrato in figura 5), grazie alla trasmissione comprendente i pignoni 27 e la corona 28.

Ulteriori forme realizzative possono comprendere trasmissioni, ad esempio magnetiche e/o meccaniche, che sono differenti dall?ingranaggio 27-28 per ruotare i volani 26 intorno al loro asse.

Preferibilmente, la corona 28 ? unita alla base inferiore 7 della camera a vuoto 6-8 ed i pignoni 27 sono disposti all?estremit? degli alberi secondari 24 rivolta verso la base inferiore 7. Anelli magnetici 29, 30 con polarit? opposte possono essere disposti rispettivamente intorno all?albero centrale 20 e/o agli alberi secondari 24 per ridurre gli attriti con i mozzi 22 e/o i supporti 23.

Un ulteriore attuatore 11 pu? essere disposto all?esterno della camera a vuoto 6-8, ad esempio sotto la base inferiore 7, per azionare un?ulteriore bobina 12 fungente da statore, verso o da un ulteriore rotore 13 disposto in un ulteriore involucro 14 fissato a tenuta sotto la base inferiore 7. L?ulteriore rotore 13 ? collegato meccanicamente, in particolare calettato, all?estremit? dell?albero centrale 20 opposta all?estremit? provvista del primo rotore 13. L?ulteriore statore 12 pu? fungere da generatore di corrente elettrica indotta dalla rotazione dell?ulteriore rotore 13, sotto il controllo dell?unit? di controllo 5, quando lo statore 12 viene avvicinato al rotore 13 dall?attuatore 11.

Le coppie di attuatori 11, statori 12, rotori 13 e/o involucri 14 possono essere sostanzialmente uguali tra loro o differenti in funzione delle specifiche elettriche della batteria a volano.

Nell?uso, ad una rotazione dell?albero centrale 20 con i supporti 23 corrisponde un determinato rapporto di velocit? direttamente proporzionale al rapporto dei denti dei pignoni 27 e della corona 28, in modo che la velocit? angolare dei volani 26 aumenta proporzionalmente alla velocit? angolare dell?albero centrale 20, e viceversa.

Varianti od aggiunte possono essere apportate dagli esperti del ramo alle forme realizzative qui descritte ed illustrate restando nell?ambito delle seguenti rivendicazioni. In particolare, ulteriori forme realizzative possono comprendere le caratteristiche tecniche di una delle seguenti rivendicazioni con l?aggiunta di una o pi? caratteristiche tecniche descritte nel testo od illustrate nei disegni, prese singolarmente od in qualsiasi combinazione reciproca.

Claims

Rivendicazioni

1. Batteria a volano comprendente almeno un rotore (13) collegato meccanicamente ad almeno un volano (26) attraverso almeno un albero centrale (20) atto a ruotare intorno ad un asse centrale (A), caratterizzata dal fatto che l?albero centrale (20) ? provvisto di uno o pi? supporti (23) comprendenti almeno un mozzo nel quale pu? ruotare almeno un albero secondario (24), in cui uno o pi? volani (26) sono collegati meccanicamente all?albero secondario (24) per ruotare intorno ad un asse sostanzialmente parallelo all?asse centrale (A) mediante una trasmissione (27, 28).

2. Batteria a volano secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che il rotore (13) ? calettato all?albero centrale (20) e/o i volani (26) sono calettati ad uno o pi? alberi secondari (24).

3. Batteria a volano secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che i supporti (23) comprendono almeno tre bracci radiali aventi un mozzo disposto ad un?estremit? di ciascun braccio radiale, un albero secondario (24) essendo disposto in ciascun mozzo.

4. Batteria a volano secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l?albero centrale (20) comprende almeno due supporti (23), in cui un supporto (23) ? disposto tra almeno due volani (26) disposti su almeno un albero secondario (24).

5. Batteria a volano secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l?albero centrale (20), i supporti (23) ed i volani (26) sono disposti in camera a vuoto (6-8) che comprende una base superiore (6), una base inferiore (7) ed almeno una parete laterale (8).

6. Batteria a volano secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che l?almeno un rotore (13) ? disposto in almeno un involucro (14) fissato in maniera ermetica sulla base superiore (6) e/o sotto la base inferiore (7) della camera a vuoto (6-8) ed in collegamento di fluido con l?interno di quest?ultima.

7. Batteria a volano secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che l?almeno un involucro (14) ? fatto in materiale diamagnetico.

8. Batteria a volano secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che almeno un attuatore (11) ? atto ad azionare almeno uno statore (12) verso o da l?almeno un rotore (13) per ruotare il rotore (13) e/o generare corrente elettrica nello statore (12).

9. Batteria a volano secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l?almeno un rotore (13) ? provvisto di una pluralit? di magneti con le polarit? N-S orientate radialmente rispetto all?asse del rotore (13) ed alternatamente rispetto ai magneti adiacenti.

10. Batteria a volano secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che almeno un?estremit? di almeno un albero secondario (24) ? provvista di almeno un pignone (27) che ? ingranato con almeno una corona (28), in modo che quando l?albero centrale (20) ruota in un verso intorno all?asse centrale (A), i volani (26) ruotano sia intorno all?asse centrale (A) sia intorno al loro asse nel verso opposto.

11. Batteria a volano secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che la corona (28) presenta una dentatura interna nella quale ? ingranato l?almeno un pignone (27).

12. Batteria a volano secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che anelli magnetici (29, 30) con polarit? opposte sono disposti intorno all?albero centrale (20) e/o ad almeno un albero secondario (24).