ITBO20120425A1 - Turbocompressore provvisto di macchina elettrica per un motore a combustione interna sovralimentato - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“TURBOCOMPRESSORE PROVVISTO DI MACCHINA ELETTRICA PER UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA SOVRALIMENTATOâ€

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione à ̈ relativa ad un turbocompressore provvisto di macchina elettrica per un motore a combustione interna sovralimentato.

ARTE ANTERIORE

Come à ̈ noto, alcuni motori a combustione interna sono provvisti di un sistema di sovralimentazione a turbocompressore, il quale à ̈ in grado di aumentare la potenza sviluppata dal motore sfruttando l’entalpia dei gas di scarico per comprimere l’aria aspirata dal motore e quindi aumentare il rendimento volumetrico dell’aspirazione. Un sistema di sovralimentazione a turbocompressore tradizionale comprende un turbocompressore provvisto di un unico albero comune sul quale sono montati una turbina, la quale à ̈ disposta lungo un condotto di scarico per ruotare ad alta velocità sotto la spinta dei gas di scarico espulsi dal motore, ed un compressore, viene portato in rotazione dalla turbina ed à ̈ disposto lungo il condotto di alimentazione dell’aria per comprimere l’aria aspirata dal motore.

Il dimensionamento e la modalità di controllo di un turbocompressore sono sempre un compromesso tra le esigenze del compressore e le esigenze della turbina e tra la necessità di contenere il ritardo del turbo (“turbo lag†) e la necessità di fornire un incremento di potenza rilevante; di conseguenza, nella grande maggioranza del tempo nessuna delle due macchine pneumatiche può operare in condizioni ottimali. Inoltre, le due macchine pneumatiche devono venire obbligatoriamente progettate per lavorare insieme (cioà ̈ sempre alla stessa velocità di rotazione); di conseguenza, le due macchine pneumatiche non possono venire ottimizzate per massimizzare i rispettivi rendimenti. Per migliorare il funzionamento del turbocompressore à ̈ stato proposto di collegare all’albero del turbocompressore una macchina elettrica reversibile che può venire fatta funzionare come motore elettrico per accelerare il compressore non appena viene richiesto un aumento della potenza erogata e quindi senza attendere l’effetto dell’aumento del volume e della velocità dei gas di scarico, e che può venire fatta funzione come generatore elettrico per “rigenerare†la parte di potenza meccanica generata dalla turbina e non utilizzata dal compressore.

La domanda di brevetto US2006218923A1 descrive un motore 12 a combustione interna sovralimentato mediante un turbocompressore 24 provvisto di una turbina e di un compressore calettati ad un albero comune a cui à ̈ calettata anche una macchina elettrica 46 utilizzabile come motore per aumentare la velocità di rotazione del compressore (quindi per annullare il cosiddetto ritardo del turbo) o come generatore per sfruttare l'entalpia dei gas di scarico per generare energia elettrica. La domanda di brevetto US2006218923A1 descrive un motore 10 a combustione interna sovralimentato mediante un turbocompressore provvisto di una turbina 22 e di un compressore 24 calettati ad un albero comune a cui à ̈ calettata anche una macchina elettrica 32 utilizzabile come motore per aumentare la velocità di rotazione del compressore (quindi per annullare il cosiddetto ritardo del turbo) o come generatore per sfruttare l'entalpia dei gas di scarico per generare energia elettrica che viene utilizzata per alimentare un motore elettrico 34 calettato all'albero motore del motore 10 a combustione interna. Tuttavia, anche in queste soluzioni il compressore e la turbina sono angolarmente solidali e quindi ruotano sempre alla stessa velocità di rotazione; inoltre, collegare una macchina elettrica ad un albero di un turbocompressore pone alcuni problemi, in quanto l’albero di un turbocompressore può ruotare a regimi di rotazione molto elevati (fino a 100.000 giri/min) che sono molto superiori (anche di un ordine di grandezza) ai regimi di rotazione di una comune macchina elettrica.

Per superare i sopra descritti inconvenienti, la domanda di brevetto EP2096277A1 descrive un turbocompressore comprendente una turbina, che porta in rotazione un generatore elettrico, ed un compressore, il quale à ̈ meccanicamente indipendente dalla turbina ed à ̈ portato in rotazione da un motore elettrico. Tuttavia, l’utilizzo di due macchine elettriche meccanicamente indipendenti aumenta considerevolmente il peso e l’ingombro del turbocompressore in quanto ciascun macchina elettrica deve essere in grado di erogare/assorbire con continuità una potenza pari alla potenza nominale del turbocompressore. Inoltre, il funzionamento del turbocompressore avviene con un rendimento energetico relativamente modesto in quanto il trasferimento di potenza meccanica dalla turbina al compressore avviene sommando le perdite di potenza del generatore elettrico (e del corrispondente dispositivo di pilotaggio elettronico), le perdite di potenza del motore elettrico (e del corrispondente dispositivo di pilotaggio elettronico), e le perdite di potenza della linea di trasmissione che collega il generatore elettrico al motore elettrico.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un turbocompressore provvisto di macchina elettrica per un motore a combustione interna sovralimentato, il quale turbocompressore sia esente dagli inconvenienti sopra descritti e sia di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un turbocompressore provvisto di macchina elettrica per un motore a combustione interna sovralimentato, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

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

â— la figura 1 à ̈ una vista schematica di un motore a combustione interna sovralimentato comprendente un turbocompressore che à ̈ provvisto di macchina elettrica ed à ̈ realizzato in accordo con la presente invenzione; â— la figura 2 à ̈ una vista schematica del turbocompressore della figura 1; e

â— le figure 3-8 sono viste schematiche di corrispondenti ulteriori forme di attuazione del turbocompressore della figura 1.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 Ã ̈ indicato nel suo complesso un motore a combustione interna sovralimentato mediante un sistema 2 di sovralimentazione a turbocompressore.

Il motore 1 a combustione interna comprende quattro cilindri 3, ciascuno dei quali à ̈ collegato ad un collettore 4 di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione (non illustrata) e ad un collettore 5 di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico (non illustrata). Il collettore 4 di aspirazione riceve aria fresca (cioà ̈ aria proveniente dall’ambiente esterno) attraverso un condotto 6 di aspirazione, il quale à ̈ provvisto di un filtro 7 aria ed à ̈ regolato da una valvola 8 a farfalla. Lungo il condotto 6 di aspirazione à ̈ disposto un intercooler 9 avente la funzione di raffreddare l’aria aspirata. Al collettore 5 di scarico à ̈ collegato un condotto 10 di scarico che alimenta i gas di scarico prodotti dalla combustione ad un sistema di scarico, il quale emette i gas prodotti dalla combustione nell’atmosfera e comprende normalmente almeno un catalizzatore 11 ed almeno un silenziatore (non illustrato) disposto a valle del catalizzatore 11.

Il sistema 2 di sovralimentazione del motore 1 a combustione interna comprende un turbocompressore 12 provvisto di una turbina 13, che à ̈ disposta lungo il condotto 10 di scarico per ruotare ad alta velocità sotto la spinta dei gas di scarico espulsi dai cilindri 3, ed un compressore 14, il quale à ̈ disposto lungo il condotto 6 di aspirazione per aumentare la pressione dell’aria alimentata dal condotto 6 di alimentazione. Inoltre, il turbocompressore 12 comprende una macchina 15 elettrica che, secondo modalità meglio descritte in seguito, à ̈ meccanicamente interposta tra la turbina 13 ed il compressore 14. La macchina 15 elettrica à ̈ elettricamente collegata ad un dispositivo 16 di pilotaggio elettronico, il quale à ̈ a sua volta collegato ad un sistema 17 di accumulo di energia elettrica costituto normalmente da un pacco di batterie elettrochimiche.

L’albero motore del motore 1 a combustione interna à ̈ collegato ad una linea 18 di trasmissione che trasmette la coppia motrice generata dal motore 1 a combustione interna stesso a delle ruote motrici di un veicolo. La linea 18 di trasmissione à ̈ provvista di una macchina 19 elettrica reversibile, la quale può venire fatta funzionare come motore elettrico per assorbire energia elettrica e produrre una coppia motrice meccanica oppure come generatore per assorbire energia meccanica e produrre energia elettrica. La macchina 19 elettrica à ̈ elettricamente collegata ad un dispositivo 20 di pilotaggio elettronico collegato a sua volta al sistema 17 di accumulo.

Il motore 1 a combustione interna à ̈ controllato da una centralina 21 elettronica di controllo, la quale sovrintende al funzionamento di tutte le componenti del motore 1 a combustione interna tra le quali il sistema 2 di sovralimentazione (ovvero la centralina 21 elettronica di controllo pilota la macchina 15 elettrica del turbocompressore 12).

Secondo quanto illustrato nella figura 2, la turbina 13 comprende un albero 22 che supporta la girante della turbina 13 ed à ̈ montato girevole per ruotare attorno ad un asse 23 di rotazione. Analogamente, il compressore 14 comprende un albero 24 che supporta la girante del compressore 14 ed à ̈ montato girevole per ruotare attorno all’asse 23 di rotazione. L’albero 22 della turbina 13 e l’albero 24 del compressore 14 sono tra loro coassiali (cioà ̈ ruotano entrambi attorno allo stesso asse 23 di rotazione) e sono tra loro meccanicamente indipendenti non presentando alcun collegamento meccanico reciproco e quindi sono liberi di ruotare liberamente uno rispetto all’altro. La macchina 15 elettrica comprende un rotore 25 che à ̈ montato girevole attorno all’asse 22 di rotazione ed à ̈ meccanicamente collegato all’albero 22 della turbina 13 ed un rotore 26 che à ̈ montato girevole attorno all’asse 22 di rotazione ed à ̈ meccanicamente collegato all’albero 24 del compressore 14.

Il rotore 25 comprende un avvolgimento 27 che viene elettricamente alimentato dal dispositivo 16 di pilotaggio elettronico con un sistema di correnti multifase (tipicamente trifase) per generare un campo magnetico rotante che si concatena con il rotore 26 per generare una interazione elettromagnetica tra i due rotori 25 e 26. Per potere realizzare un collegamento elettrico tra il dispositivo 16 di pilotaggio elettronico che à ̈ fisso e l’avvolgimento 27 che ruota, il rotore 25 à ̈ provvisto di un dispositivo 28 di collegamento che esegue il collegamento elettrico tra una parte fissa ed una parte rotante. A titolo di esempio, il dispositivo 28 di collegamento comprende una pluralità di anelli 29 conduttori (tre, nel caso di avvolgimento 27 trifase) che sono tra loro elettricamente isolati, sono collegati all’avvolgimento 27 e sono solidali al rotore 25 per ruotare assieme al rotore 25 stesso, ed una corrispondente pluralità di spazzole 30 che sono fisse e vengono premute contro gli anelli 29 conduttori per strisciare attorno agli anelli 29 conduttori stessi.

Preferibilmente, il rotore 26 à ̈ a magneti permanenti e comprende una pluralità di magneti 31 permanenti che costituiscono corrispondenti poli magnetici (quindi, la macchina 15 elettrica à ̈ a corrente alternata e di tipo sincrono). Il campo magnetico generato dai magneti 31 permanenti del rotore 26 interagisce con il campo magnetico rotante generato dall’avvolgimento 27 del rotore 25 per realizzare una interazione elettromagnetica tra i due rotori 25 e 26.

In uso, il dispositivo 16 di pilotaggio elettronico alimenta, attraverso il dispositivo 28 di collegamento, una sistema di correnti multifase (tipicamente trifase) nell’avvolgimento 27 per variare le modalità di interazione elettromagnetica tra i due rotori 25 e 26. La funzione principale della macchina 15 elettrica à ̈ di costituire un giunto elettromagnetico tra l’albero 22 della turbina 13 e l’albero 24 del compressore 14 in modo tale da trasferire la coppia motrice generata dalla turbina 13 al compressore 14 per azionare il compressore 14 mediante la spinta dei gas di scarico che fluiscono attraverso la turbina 13. La macchina 15 elettrica può svolgere la funzione di giunto elettromagnetico (ovvero di trasferimento di coppia motrice dall’albero 22 della turbina 13 all’albero 24 del compressore 14) senza scambio di potenza con la turbina 13 e/o il compressore 14; ovviamente la macchina 15 elettrica assorbe sempre la potenza elettrica attiva necessaria a compensare le proprie perdite di potenza elettrica, ma impegna essenzialmente potenza elettrica reattiva.

Una caratteristica essenziale della macchina 15 elettrica à ̈ che l’albero 22 della turbina 13 ruota ad una velocità diversa rispetto all’albero 24 del compressore 14; in questo modo à ̈ possibile ricercare l’ottimizzazione del funzionamento della turbina 13 in modo indipendente dalla ricerca dell’ottimizzazione del funzionamento del compressore 14. In altre parole, la rotazione del compressore 14 viene controllata con il solo obiettivo di ottimizzare l’aspirazione dei cilindri 3 in funzione delle prestazioni richieste (cioà ̈ coppia e potenza che il motore 1 a combustione interna deve erogare), e la rotazione della turbina 13 viene controllata con il solo obiettivo di ottimizzare la generazione di energia elettrica, cioà ̈ massimizzare la potenza elettrica generata senza penalizzare il funzionamento del motore 1 a combustione interna. La differenza tra la velocità di rotazione dell’albero 22 della turbina 13 e la velocità di rotazione dell’albero 24 del compressore 14 à ̈ pari alla velocità di rotazione relativa tra il rotore 25 ed il rotore 26, ovvero à ̈ direttamente proporzionale alla frequenza del sistema di correnti multifase (tipicamente trifase) che viene alimentato nell’avvolgimento 27: variando la frequenza del sistema di correnti multifase (tipicamente trifase) che viene alimentato nell’avvolgimento 27 si varia (cioà ̈ si regola) di conseguenza la differenza tra la velocità di rotazione dell’albero 22 della turbina 13 e la velocità di rotazione dell’albero 24 del compressore 14.

Oltre alla propria funzione di giunto elettromagnetico (ovvero di trasferimento di coppia motrice dall’albero 22 della turbina 13 all’albero 24 del compressore 14), la macchina 15 elettrica può anche funzionare come generatore elettrico per convertire (rigenerare) parte della potenza meccanica fornita dalla turbina 13 in potenza elettrica che viene utilizzata da altre utenze elettriche del veicolo (tra le quali anche la macchina 19 elettrica) e/o viene immagazzinata nel sistema 17 di accumulo; in altre parole, la potenza meccanica fornita dalla turbina 13 viene in parta trasferita al compressore 14 e per la restante parte viene convertita (rigenerata) in energia elettrica dalla macchina 15 elettrica. Ovviamente questa modalità di funzionamento viene utilizzata quando la turbina 13 genera un eccesso di potenza meccanica rispetto alle necessità del compressore 14, tipicamente quando il motore 1 a combustione interna à ̈ in regime stazionario ad alti regimi di rotazione (in questo modo à ̈ possibile aumentare decisamente l’efficienza energetica complessiva del turbocompressore 12).

Oltre alla propria funzione di giunto elettromagnetico (ovvero di trasferimento di coppia motrice dall’albero 22 della turbina 13 all’albero 24 del compressore 14), la macchina 15 elettrica può anche funzionare come motore elettrico per fornire potenza meccanica al compressore 14; in altre parole, alla potenza meccanica fornita dalla turbina 13 si somma anche della potenza meccanica generata dalla macchina 15 elettrica. Ovviamente questa modalità di funzionamento viene utilizzata quando la turbina 13 genera meno potenza meccanica rispetto alle necessità del compressore 14, tipicamente quando il motore 1 a combustione interna à ̈ a bassi regimi di rotazione e deve accelerare rapidamente (in questo modo à ̈ possibile annullare il ritardo di risposta del turbocompressore 12).

Nella forma di attuazione illustrata nella figura 2, la macchina 15 elettrica non comprende alcuno statore (in quanto l’avvolgimento 27 à ̈ portato dal rotore 25) ed il rotore 26 à ̈ inserito all’interno del rotore 25 che à ̈ confermato a tazza (ovvero i due rotori 25 e 26 sono inseriti uno all’interno dell’altro). In questa forma di attuazione, l’avvolgimento 27 (cioà ̈ i conduttori attivi dell’avvolgimento 27) ed i magneti 31 permanenti sono disposti parallelamente all’asse 23 di rotazione.

L’alternativa forma di attuazione illustrata nella figura 3 à ̈ analoga alla forma di attuazione illustrata nella figura 2 dalla quale si differenzia per il fatto che i due rotori 25 e 26 non sono inseriti uno all’interno dell’altro, ma sono disposti uno di fianco all’altro. In questa forma di attuazione, l’avvolgimento 27 (cioà ̈ i conduttori attivi dell’avvolgimento 27) ed i magneti 31 permanenti sono disposti perpendicolarmente all’asse 23 di rotazione.

E’ importante osservare che nelle forme di attuazione illustrata nelle figure 2 e 3 la velocità di rotazione relativa tra l’avvolgimento 27 portato dal rotore 25 e i magneti 31 permanenti portati dal rotore 26 può essere relativamente bassa (se confrontata con la velocità di rotazione assoluta dei due rotori 25 e 26), in quanto entrambi i rotori 25 e 26 ruotano insieme nello stesso verso (ma con velocità di rotazione diverse). Di conseguenza, il controllo del sistema di correnti multifase (tipicamente trifase) che circola nell’avvolgimento 27 à ̈ facilitato in quanto la frequenza con la quale à ̈ necessario eseguire il controllo (che à ̈ funzione della velocità di rotazione relativa tra i due rotori 25 e 26) à ̈ relativamente bassa (se confrontata con la velocità di rotazione assoluta dei due rotori 25 e 26).

Nella alternativa forma di attuazione illustrata nella figura 4, la macchina 15 elettrica comprende uno statore 32 che supporta l’avvolgimento 27 (quindi non à ̈ più presente il dispositivo 28 di collegamento) ed anche il rotore 25 à ̈ a magneti permanenti e comprende una pluralità di magneti 33 permanenti che costituiscono corrispondenti poli magnetici. Anche nella forma di attuazione illustrata nella figura 4 il rotore 26 à ̈ inserito all’interno del rotore 25 (ovvero i due rotori 25 e 26 sono inseriti uno all’interno dell’altro). Inoltre, nella forma di attuazione illustrata nella figura 4, lo statore 32 à ̈ interposto tra il rotore 26 ed il rotore 25, ovvero lo statore 32 circonda il rotore 26 ed à ̈ circondato dal rotore 25. In questa forma di attuazione, l’avvolgimento 27 (cioà ̈ i conduttori attivi dell’avvolgimento 27) ed i magneti 31 e 33 permanenti sono disposti parallelamente all’asse 23 di rotazione.

L’alternativa forma di attuazione illustrata nella figura 5 à ̈ analoga alla forma di attuazione illustrata nella figura 4 dalla quale si differenzia per il fatto che lo statore 32 à ̈ disposto all’esterno del rotore 25, ovvero circonda sia il rotore 26, sia il rotore 25. In questa forma di attuazione, l’avvolgimento 27 (cioà ̈ i conduttori attivi dell’avvolgimento 27) ed i magneti 31 e 33 permanenti sono disposti parallelamente all’asse 23 di rotazione.

L’alternativa forma di attuazione illustrata nella figura 6 à ̈ analoga alla forma di attuazione illustrata nella figura 4 dalla quale si differenzia per il fatto che i due rotori 25 e 26 non sono inseriti uno all’interno dell’altro, ma sono disposti uno di fianco all’altro con l’interposizione dello statore 32. In questa forma di attuazione, l’avvolgimento 27 (cioà ̈ i conduttori attivi dell’avvolgimento 27) ed i magneti 31 e 33 permanenti sono disposti perpendicolarmente all’asse 23 di rotazione.

L’alternativa forma di attuazione illustrata nella figura 7 à ̈ analoga alla forma di attuazione illustrata nella figura 4 dalla quale si differenzia per il fatto che i due rotori 25 e 26 non sono inseriti uno all’interno dell’altro, ma sono disposti uno di fianco all’altro e sono entrambi circondati dallo statore 32. In questa forma di attuazione, l’avvolgimento 27 (cioà ̈ i conduttori attivi dell’avvolgimento 27) ed i magneti 31 e 33 permanenti sono disposti parallelamente all’asse 23 di rotazione.

Nelle forme di attuazione illustrate nelle figure 2-7, la macchina 15 elettrica à ̈ di tipo sincrono a magneti permanenti e quindi il rotore 26 à ̈ provvisto dei magneti 31 permanenti (forme di attuazione illustrate nelle figure 2 e 3), oppure entrambi i rotori 25 e 26 sono provvisti dei magneti 33 e 31 permanenti (forme di attuazione illustrate nelle figure 4-7). Secondo l’alternativa forma di attuazione illustrata nella figura 8, la macchina 15 elettrica à ̈ sempre di tipo sincrono ed i magneti 31 permanenti del rotore 26 sono sostituiti da un ulteriore avvolgimento 34 operante in corrente continua che costituisce un elettromagnete e viene alimentato dal dispositivo 16 di pilotaggio elettronico mediante un ulteriore dispositivo 28 di collegamento; ovviamente anche i magneti 33 permanenti del rotore 25 potrebbero venire sostituiti da un ulteriore avvolgimento 34 operante in corrente continua che costituisce un elettromagnete. In alternativa, la macchina 15 elettrica à ̈ a riluttanza variabile e quindi nessun rotore 25 o 26 à ̈ provvisto dei magneti 33 o 31 permanenti o di elettromagneti (che vengono sostituiti da una particolare conformazione del nucleo ferromagnetico). In alternativa, la macchina 15 elettrica à ̈ di tipo asincrono e quindi nessun rotore 25 o 26 à ̈ provvisto dei magneti 33 o 31 permanenti o di elettromagneti (che vengono sostituiti da gabbie di scoiattolo).

Generalmente, l’albero 22 della turbina 13 e l’albero 24 del compressore 14 (ovvero i due rotori 25 e 26) ruotano nello stesso verso (tipicamente con rispettive velocità di rotazione diverse); tuttavia, l’albero 22 della turbina 13 e l’albero 24 del compressore 14 (ovvero i due rotori 25 e 26) potrebbero ruotare anche in versi opposti (tipicamente con rispettive velocità di rotazione aventi valori assoluti diversi).

Nelle forme di attuazione illustrate nelle figure allegate, la turbina 13 ed il compressore 14 presentano una conformazione centrifuga (radiale) di tipo tradizionale (in cui il fluido scorre comprimendosi o espandendosi perpendicolarmente all'asse di rotazione); secondo una alternativa forma di attuazione, la turbina 13 e/o il compressore 14 potrebbero presentare una conformazione assiale (in cui il fluido scorre comprimendosi o espandendosi parallelamente all'asse di rotazione) che permette di ottenere rendimenti più elevati. L’utilizzo di una turbina 13 e/o di un compressore 14 presentanti una conformazione assiale à ̈ permesso dal fatto che non esiste alcun collegamento meccanico tra l’albero 22 della turbina 13 e l’albero 24 del compressore 14 e quindi l’albero 22 della turbina 13 e l’albero 24 del compressore 14 possono ruotare con velocità di rotazione differenziate.

Il turbocompressore 12 sopra descritto presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, il turbocompressore 12 sopra descritto permette di eliminare il collegamento meccanico esistente tra l’albero 22 della turbina 13 e l’albero 24 del compressore 14 e quindi permette di separare il controllo della turbina 13 dal controllo del compressore 14 permettendo quindi di ottimizzare le prestazioni sia della turbina 13, sia del compressore 14. In particolare, grazie al fatto che la turbina 13 ed il compressore 14 non sono tra loro meccanicamente collegati, ciascuna macchina pneumatica può venire progettata per lavorare con regimi di rotazione ottimizzati per i propri compiti senza dovere tenere conto delle esigenze dell’altra macchina pneumatica.

Inoltre, il turbocompressore 12 sopra descritto à ̈ particolarmente leggero e compatto in quanto comprende una unica macchina 15 elettrica avente una potenza nominale modesta che realizza un giunto elettromagnetico tra l’albero 22 della turbina 13 e l’albero 24 del compressore 14. La macchina 15 elettrica presenta una potenza nominale modesta in quanto non deve assorbire/erogare tutta la potenza nominale del turbocompressore, ma deve assorbire/erogare solo la differenza tra la potenza meccanica fornita dalla turbina 13 e la potenza meccanica erogata dal compressore 14.

Infine, il funzionamento del turbocompressore 12 avviene con un rendimento energetico elevato in quanto il trasferimento di potenza meccanica dalla turbina 13 al compressore 14 avviene direttamente (mediante la macchina 15 elettrica che opera come giunto elettromagnetico) e quindi con un rendimento prossimo all’unità.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1) Turbocompressore (12) per un motore (1) a combustione interna sovralimentato; il turbocompressore (12) comprende: una turbina (13), che à ̈ provvista di un albero (22) montato girevole ed à ̈ collegabile ad un condotto (10) di scarico per ruotare sotto la spinta dei gas di scarico; un compressore (14), che à ̈ provvisto di un albero (24) montato girevole ed à ̈ collegabile ad un condotto (6) di aspirazione per aumentare la pressione dell’aria alimentata dal condotto (6) di alimentazione stesso; ed una unica macchina (15) elettrica che à ̈ interposta tra la turbina (13) ed il compressore (14); il turbocompressore (12) à ̈ caratterizzato dal fatto che: l’albero (22) della turbina (13) e l’albero (24) del compressore (14) sono tra loro meccanicamente indipendenti non presentando alcun collegamento meccanico reciproco e quindi sono liberi di ruotare liberamente uno rispetto all’altro; e la macchina (15) elettrica comprende un primo rotore (25) che à ̈ meccanicamente collegato all’albero (22) della turbina (13) ed un secondo rotore (26) che à ̈ meccanicamente collegato all’albero (24) del compressore (14) per operare come giunto elettromagnetico tra all’albero (22) della turbina (13) e l’albero (24) del compressore (14).
2. 2) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 1, in cui, oltre alla propria funzione di giunto elettromagnetico tra l’albero (22) della turbina (13) e l’albero (24) del compressore (14), la macchina (15) elettrica può anche funzionare come generatore elettrico per convertire parte della potenza meccanica fornita dalla turbina (13) in potenza elettrica oppure può anche funzionare come motore elettrico per fornire potenza meccanica al compressore (14).
3. 3) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l’albero (22) della turbina (13) e l’albero (24) del compressore (14) sono tra loro coassiali.
4. 4) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui la macchina (15) elettrica à ̈ priva di statore ed un rotore (25) della macchina (15) elettrica comprende un avvolgimento (27) che viene elettricamente alimentato con un sistema di correnti multifase da un dispositivo (16) di pilotaggio elettronico esterno disposto in posizione fissa.
5. 5) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 4, in cui l’altro rotore (26) della macchina (15) elettrica à ̈ a magneti permanenti e comprende una pluralità di magneti (31) permanenti che costituiscono corrispondenti poli magnetici.
6. 6) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui la macchina (15) elettrica comprende un dispositivo (28) di collegamento che esegue il collegamento elettrico tra una parte fissa ed una parte rotante per realizzare un collegamento elettrico tra il dispositivo (16) di pilotaggio elettronico che à ̈ fisso e l’avvolgimento (27) che ruota assieme al corrispondente rotore (25).
7. 7) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 4, 5 o 6, in cui i due rotori (25, 26) sono inseriti uno all’interno dell’altro.
8. 8) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 4, 5 o 6, in cui i due rotori (25, 26) sono disposti uno di fianco all’altro.
9. 9) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui la macchina (15) elettrica comprende uno statore (32) che supporta un avvolgimento (27).
10. 10) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 9, in cui entrambi i rotori (25, 26) sono magneti permanenti e comprendono ciascuno una pluralità di magneti (31, 33) permanenti che costituiscono corrispondenti poli magnetici.
11. 11) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui i due rotori (25, 26) sono inseriti uno all’interno dell’altro e lo statore (32) à ̈ interposto tra i due rotori (25, 26).
12. 12) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui i due rotori (25, 26) sono inseriti uno all’interno dell’altro e sono entrambi inseriti all’interno dello statore (32).
13. 13) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui i due rotori (25, 26) sono disposti uno di fianco all’altro con l’interposizione dello statore (32).
14. 14) Turbocompressore (12) secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui i due rotori (25, 26) sono disposti uno di fianco e sono entrambi circondati dallo statore (32).