ITBO20110228A1 - Sistema di propulsione ibrido per imbarcazioni - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:

"SISTEMA DI PROPULSIONE IBRIDO PER IMBARCAZIONI"

La presente invenzione è relativa ad un sistema di propulsione ibrido per imbarcazioni, in particolare per nautica da diporto e da turismo.

Nel settore della nautica, come in molti altri settori, da qualche tempo si assiste ad una maggior sensibilità riguardo i temi del rispetto ambientale e del risparmio energetico. Molti produttori e utilizzatori sono indirizzati verso soluzioni tecnologiche che siano in grado, da un lato, di ridurre l'inquinamento prodotto e dall'altro lato di consentire un risparmio energetico.

Una risposta a questa esigenza è rappresentato dalla propulsione ibrida che trova una sempre maggior applicazione anche nel settore della propulsione navale per la nautica professionale in generale ed in particolare della nautica a vela da diporto o da turismo.

Solitamente, un motore ibrido comprende un motore termico a combustione interna ed un motore elettrico che è alimentato da un convertitore elettronico di potenza e viene pilotato da un azionamento elettrico collegato ad un sistema di accumulo tipicamente costituito da un pacco di batterie chimiche.

Durante la navigazione dell'imbarcazione da diporto o da turismo sono possibili modalità di funzionamento alternative. Una prima modalità di funzionamento è quella termica, in cui la coppia motrice è generata solamente dal motore termico a combustione interna ed, eventualmente, il motore elettrico opera come generatore per ricaricare il sistema di accumulo elettrico.

Una seconda modalità di funzionamento è quella elettrica, in cui il motore termico è spento e la coppia motrice è generata solo dal motore elettrico. Questa seconda modalità di funzionamento è particolarmente utile per la navigazione in aree interdette alla navigazione a motore, come per esempio aree o zone protette oppure zone turistiche come i centri storici di grandi città, quali Venezia ed Amsterdam, ecc.

Infine, una terza modalità di funzionamento è la modalità di funzionamento combinata, in cui la coppia motrice è generata sia dal motore termico a combustione interna sia dal motore elettrico.

Nelle soluzioni note del tipo fin qui descritto, nelle fasi di navigazione a velocità ridotte oppure nelle fasi di manovra all'interno dei porti, il motore termico a combustione interna funziona a regimi che ne compromettono l'efficienza in termini di consumi ed il funzionamento generale in termini di vibrazioni prodotte, fumi allo scarico, qualità della combustione, ecc.

Scopo della presente invenzione è di fornire un sistema di propulsione ibrido per imbarcazioni, il quale sia di facile ed economica realizzazione e sia privo degli inconvenienti dello stato dell'arte. Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema di propulsione ibrido per imbarcazioni che consenta di non compromettere l'efficienza in termini di consumi ed il funzionamento generale del sistema anche durante le fasi di navigazione a velocità ridotte oppure nelle fasi di manovra all'interno dei porti.

Secondo la presente invenzione viene fornito un sistema di propulsione ibrido per imbarcazioni secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:

la figura 1 è una vista in sezione di un particolare di un sistema di propulsione ibrido per imbarcazioni realizzato in accordo con la presente invenzione; e

le figure da 2 a 7 sono delle viste schematiche delle diverse modalità di funzionamento del sistema di propulsione ibrido per imbarcazioni provvisto di un motore termico primario e di un motore termico ausiliario della figura 1.

Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un sistema di propulsione ibrido per imbarcazioni da turismo o da diporto provvisto di un gruppo 2 elica, che riceve la coppia motrice dal sistema 1 di propulsione ibrido alloggiato entrobordo, cioè all'interno dello scafo dell'imbarcazione .

Il gruppo 2 elica comprende alternativamente un piede poppiero 2* che si protende verso il basso, sporge dallo scafo e supporta una elica 3. Secondo ulteriori varianti non illustrate, il gruppo 2 elica è caratterizzato da asse porta-elica con elica 3 oppure alternativamente da un idrogetto.

Secondo quanto schematicamente illustrato nelle figure da 2 a 7, in uso, il sistema 1 di propulsione ibrido comprende un motore 4 termico primario, un motore 5 termico ausiliario ed una macchina 6 elettrica.

Tipicamente, il motore 4 termico primario è un motore Diesel; preferibilmente con una potenza compresa fra 260 e 370 HP a circa 3500 rpm. Tipicamente, il motore 5 termico ausiliario è un motore Diesel; preferibilmente con una potenza di circa 40 HP a 3000 rpm.

La macchina 6 elettrica è reversibile, vale a dire che può funzionare sia come motore elettrico assorbendo energia elettrica e generando una coppia meccanica motrice, sia come generatore elettrico assorbendo energia meccanica e generando energia elettrica.

L'imbarcazione comprende inoltre una unità 7 di controllo elettronica che pilota la macchina 6 elettrica a cui è collegata. L'unità 7 di controllo elettronica è collegata ad un sistema 8 di accumulo elettrico, tipicamente costituito da un pacco 8 di batterie chimiche, predisposte per assorbire energia elettrica (quando la macchina 6 elettrica reversibile funziona in modalità di motore elettrico) e a rilasciare energia elettrica (quando la macchina 6 elettrica reversibile funziona in modalità di generatore elettrico).

Secondo una preferita variante, il motore 4 termico primario, il motore 5 termico ausiliario e la macchina 6 elettrica sono alloggiati all'interno di un pozzetto stagno in modo da ottenere una configurazione compatta che consente una notevole insonorizzazione dell'intero sistema 1 di propulsione ibrido.

Secondo una preferita forma di attuazione, 1'imbarcazione comprende anche un display 9 di visualizzazione tramite il quale l'utente dell'imbarcazione può monitorare i vari parametri di controllo della navigazione e di funzionamento del sistema 1 di propulsione ibrido. Tra le informazioni disponibili sul display 9 di visualizzazione è possibile reperire informazioni sulla modalità di funzionamento corrente, sull'autonomia residua disponibile del sistema di accumulo elettrico, ecc.

Il display 9 di visualizzazione è integrato in un pannello 10 di controllo motore provvisto di un elemento 11 di selezione come per esempio una tastiera esterna oppure un joystick, tramite il quale l'utente può scegliere la modalità di funzionamento desiderata fra quelle disponibili per l'imbarcazione in funzione delle caratteristiche della navigazione, cioè della velocità e dell'area di navigazione .

Infine, il sistema 1 di propulsione ibrido comprende un gruppo 12 di trasmissione per trasmettere la coppia motrice all'elica 3; il gruppo 12 di trasmissione è collegato, in uso, sia al motore 4 termico primario, sia al motore 5 termico ausiliario, sia alla macchina 6 elettrica da cui riceve la coppia motrice da trasmettere all'elica 3.

Secondo quanto meglio illustrato nelle figure allegate, il gruppo 12 di trasmissione riceve il moto da un albero 13 motore primario, il quale proviene dal motore 4 termico primario e presenta un asse Al.

Il gruppo 12 di trasmissione comprende inoltre un albero 14, il quale presenta un asse A2 sostanzialmente coincidente con l'asse Al; l'albero 14 costituisce l'albero 14 di trasmissione del piede 2* poppiero diretto all'elica 3; l'albero 14 è coassiale all'albero 13 motore primario. L'albero 13 motore primario è accoppiato all'albero 14 di trasmissione mediante un dispositivo 14* di innesto/disinnesto di tipo noto come per esempio un dispositivo a ruota libera oppure un giunto scorrevole.

Il gruppo 12 di trasmissione riceve il moto da un albero 15 motore ausiliario che proviene dal motore 5 termico ausiliario e presenta un asse A3, il quale è sostanzialmente ortogonale all'asse Al e all'asse A2. L'albero 15 motore ausiliario è accoppiato all'albero 14 di trasmissione mediante un dispositivo 16 di innesto/disinnesto di tipo noto come per esempio un dispositivo a ruota libera oppure un giunto scorrevole.

Il gruppo 12 di trasmissione comprende poi un albero 17 proveniente dalla macchina 7 elettrica e presentante un rispettivo asse A4. Secondo una preferita variante, l'asse A4 è ortogonale all'asse Al e all'asse A2; inoltre, secondo una preferita variante illustrata nella figura 1, l'asse A4 della macchina 7 elettrica coincide sostanzialmente con l'asse A3 dell'albero 15 motore ausiliario.

L'albero 17 della macchina 6 elettrica è accoppiato all'albero 14 di trasmissione mediante un dispositivo 18 di innesto/disinnesto di tipo noto, in particolare mediante un dispositivo a ruota libera.

Inoltre, secondo una preferita variante, è interposto fra l'albero 17 della macchina 6 elettrica e l'albero 14 un dispositivo 19 moltiplicatore / riduttore di giri. Il detto dispositivo 19 moltiplicatore / riduttore di giri è previsto o meno all'interno del gruppo 12 di trasmissione in funzione delle caratteristiche del motore 4 termico primario e delle caratteristiche del motore 5 termico secondario .

Secondo una variante non illustrata, in caso sia necessaria una soluzione estremamente compatta, è possibile alloggiare la macchina 6 elettrica di fianco al motore 4 termico primario. Secondo questa configurazione, l'asse A4 dell'albero 17 della macchina 6 elettrica è disposto parallelo all'asse Al e all'asse A2; inoltre secondo questa variante l'asse A4 è ortogonale all'asse A3 dell'albero 15 motore ausiliario. L'albero 17 della macchina 6 elettrica è accoppiato all'albero 14 mediante un dispositivo 18 di innesto/disinnesto di tipo noto, in particolare mediante un dispositivo a ruota libera, e mediante un dispositivo di rinvio (non illustrato) di tipo noto.

Il gruppo 12 di trasmissione comprende infine un corpo scatolare (non illustrato) che presenta una struttura rigida e resistente ed alloggia al suo interno tutti i cinematismi che costituiscono il gruppo 12 di trasmissione stesso.

Nelle figure da 2 a 6 sono illustrate le diverse modalità di funzionamento possibili per il sistema 1 di propulsione ibrido.

La prima modalità di funzionamento illustrata nella figura 2 è quella termica, in cui solo il motore 4 termico primario fornisce energia ed in cui la macchina 6 elettrica non assorbe e non produce energia. L'albero 14 di trasmissione è trascinato in rotazione dall'albero 13 motore primario per comandare la rotazione dell'elica 3 del gruppo 2 elica in senso orario oppure antiorario (cioè per determinare la direzione di marcia dell'imbarcazione in avanti o indietro) . Contemporaneamente, la macchina 6 elettrica reversibile, tramite il collegamento con il relativo albero 17, e il motore 5 termico ausiliario restano disinseriti per effetto dei rispettivi dispositivi 16, 18 di innesto/disinnesto a ruota libera.

La seconda modalità di funzionamento illustrata nella figura 3 è quella termica, in cui solo il motore 4 termico primario fornisce energia ed in cui la macchina 6 elettrica assorbe energia. L'albero 14 è trascinato in rotazione dall'albero 13 motore primario per comandare la rotazione dell'elica 3 del gruppo 2 elica in senso orario oppure antiorario (cioè per determinare la direzione di marcia dell'imbarcazione in avanti o indietro). Contemporaneamente la macchina 6 elettrica reversibile, tramite il collegamento con il relativo albero 17, viene posta in rotazione generando energia elettrica. Il motore 5 termico ausiliario resta invece disinserito per effetto del rispettivo dispositivo 16 di innesto/disinnesto a ruota libera.

La terza modalità di funzionamento illustrata nella figura 4 è quella termica in cui solo il motore 5 termico ausiliario fornisce energia ed in cui la macchina 6 elettrica non assorbe e non produce energia. L'albero 14 è trascinato in rotazione dall'albero 15 motore ausiliario per comandare la rotazione dell'elica 3 del gruppo 2 elica in senso orario oppure antiorario (cioè per determinare la direzione di marcia dell'imbarcazione in avanti o indietro). Contemporaneamente, la macchina 6 elettrica reversibile, tramite il collegamento con il relativo albero 17, e il motore 4 termico primario restano disinseriti per effetto dei rispettivi dispositivi 14*, 18 di innesto/disinnesto a ruota libera.

La quarta modalità di funzionamento illustrata nella figura 5 è quella elettrica in cui solo la macchina 6 elettrica produce energia. L'albero 14 è trascinato in rotazione dall'albero 17 per comandare la rotazione dell'elica 3 del gruppo 2 elica in senso orario oppure antiorario (cioè per determinare la direzione di marcia dell'imbarcazione in avanti o indietro). Contemporaneamente, il motore 4 termico primario ed il motore 5 termico ausiliario restano disinseriti per effetto dei rispettivi dispositivi 14*, 16 di innesto- disinnesto a ruota libera. Questa quarta modalità di funzionamento è utile per consentire la navigazione in aree interdette alla navigazione a motore, come per esempio in aree protette oppure in zone turistiche quali la laguna di Venezia o i canali di Amsterdam.

La quinta modalità di funzionamento illustrata nella figura 6 è quella combinata in cui il motore 4 termico primario produce energia e, al contempo, anche la macchina 6 elettrica produce energia. L'albero 14 è trascinato in rotazione sia dall'albero 13 motore primario sia dall'albero 17 per comandare la rotazione dell'elica 3 del gruppo 2 elica in senso orario oppure antiorario (cioè per determinare la direzione di marcia dell'imbarcazione in avanti o indietro). Contemporaneamente, il motore 5 termico ausiliario resta disinserito per effetto del dispositivo 16 di innesto- disinnesto a ruota libera.

La sesta modalità di funzionamento illustrata nella figura 7 è quella combinata in cui il motore 4 termico primario produce energia. L'albero 17 della macchina 6 elettrica è trascinato in rotazione dall'albero 13 motore primario per consentire di assorbire energia meccanica e generare energia elettrica. Contemporaneamente, il motore 5 termico ausiliario resta disinserito per effetto del dispositivo 16 di innesto/disinnesto a ruota libera.

Secondo una variante non illustrata, il motore 5 termico ausiliario produce energia e l'albero 17 della macchina 6 elettrica è trascinato in rotazione dall'albero 15 motore ausiliario per consentire di assorbire energia meccanica e generare energia elettrica. Contemporaneamente, il motore 4 termico primario resta disinserito per effetto del dispositivo 14* di innesto/disinnesto a ruota libera..

Attraverso il pannello 10 di controllo, l'utente dell'imbarcazione può selezionare la modalità di funzionamento più opportuna in funzione della area di navigazione e delle condizioni al contorno. L'unità 7 di controllo elettronica è collegata la pannello 10 di controllo ed è predisposta per comandare il gruppo 12 di trasmissione in funzione della scelta compiuta dall'utente.

L'attivazione delle varie modalità di funzionamento si realizza attraverso la combinazione dei diversi dispositivi 14*, 16, 18 meccanici di tipo noto come per esempio dispositivi di innesto/disinnesto a ruota libera oppure a giunto scorrevole del gruppo 12 di trasmissione mediante il comando dell'unità 7 di controllo elettronica.

Il sistema 1 di propulsione ibrido fin qui descritto presenta numerosi vantaggi.

Innanzitutto, il gruppo 12 di trasmissione è realizzato in modo tale per cui, in caso di avaria di uno dei sistemi di propulsione (motore 4 termico primario, motore 5 termico ausiliario oppure macchina 6 elettrica), è possibile procedere con la navigazione per mezzo di uno dei sistemi di propulsione (motore 4 termico primario, motore 5 termico ausiliario oppure macchina 6 elettrica) alternativi .

In secondo luogo poi, la soluzione fin qui descritta non comporta un eccessivo aumento dell'ingombro del sistema 1 di propulsione ibrido rispetto ad un sistema di propulsione di tipo tradizionale.

Infine, il detto sistema 1 di propulsione ibrido può essere vantaggiosamente impiegato in qualsiasi condizione di navigazione; in altre parole, il sistema 1 di propulsione sopra descritto consente di non compromettere l'efficienza in termini di consumi ed il funzionamento generale del sistema anche durante le fasi di navigazione a velocità ridotte oppure nelle fasi di manovra all'interno dei porti.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Sistema (1) ibrido per la propulsione di imbarcazioni, in particolare per nautica da diporto, da turismo o professionale, comprendente: una macchina (6) elettrica reversibile provvista di un primo asse (A4) di rotazione; un gruppo (12) di trasmissione che comprende un albero (14) di comando di un gruppo (2) elica dell'imbarcazione; l'albero (14) di comando è provvisto di un secondo asse (A2) e predisposto per ricevere il moto dalla macchina (6) elettrica reversibile; il gruppo (12) di trasmissione è inoltre predisposto per il collegamento con un motore (4) termico primario provvisto di un albero (13) motore primario presentante un terzo asse (Al) e da cui l'albero (14) di comando riceve il moto ; il sistema (1) ibrido è caratterizzato dal fatto che il gruppo (12) di trasmissione è inoltre predisposto per il collegamento con un motore (5) termico ausiliario provvisto di un albero (15) motore ausiliario presentante un quarto asse (A3) e da cui l'albero (14) di comando riceve il moto. 2.- Sistema secondo la rivendicazione 1 in cui il secondo asse (A2) dell'albero (14) di comando del gruppo (2) elica è coassiale al terzo asse (Al). 3.- Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il secondo asse (A2) dell'albero (14) di comando del gruppo (2) elica è ortogonale al quarto asse (A3). 4.- Sistema secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui il secondo asse (A2) dell'albero (14) di comando del gruppo (2) elica è ortogonale al primo asse (A4) di rotazione della macchina (6) elettrica reversibile . 5.- Sistema secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il secondo asse (A2) dell'albero (14) di comando del gruppo (2) elica è parallelo al primo asse (A4) di rotazione della macchina (6) elettrica reversibile. 6.- Sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui il gruppo (12) di trasmissione comprende un numero di organi (14*, 16, 18) di innesto / disinnesto che sono interposti fra l'albero (14) di comando del gruppo (2) elica e rispettivamente l'albero (13) motore primario, 1' albero (15) motore ausiliario ed un albero (17) della macchina (6) elettrica reversibile. 7.- Sistema secondo una delle precedenti rivendicazioni e comprendente una unità (7) di controllo ed un pannello (10) di controllo della navigazione, il quale è accessibile ad un occupante dell'imbarcazione ed è collegato all'unità (7) di controllo ed un display (9) di visualizzazione dei parametri della navigazione. 8.- Sistema (1) per propulsione navale, in particolare per imbarcazioni da diporto, da turismo o professionale, comprendente : un motore (4) termico primario comprendente un albero (13) motore primario presentante un primo asse (Al); una macchina (6) elettrica reversibile provvista di un secondo asse (A4) di rotazione; un gruppo (12) di trasmissione che comprende un albero (14) di comando di un gruppo (2) elica dell'imbarcazione provvisto di un terzo asse (A2); il gruppo (12) di trasmissione è predisposto per ricevere il moto dalla macchina (6) elettrica reversibile e dall'albero (13) motore primario; il sistema è caratterizzato dal fatto di comprendere un motore (5) termico ausiliario comprendente un albero (15) motore ausiliario presentante un quarto asse (A3); il gruppo (12) di trasmissione essendo predisposto per ricevere il moto anche dall'albero (15) motore ausiliario. 9.- Sistema secondo la rivendicazione 8, in cui il motore (4) termico primario sviluppa una potenza maggiore della potenza sviluppata dal motore (5) termico ausiliario; ed in cui il motore (4) termico primario ed il motore (5) termico ausiliario sono, preferibilmente, due motori Diesel.