ITGE940115A1 - Dispositivo di propulsione a motore elettrico, in particolare nei veicoli ad una , due o piu' ruote motrici e veicolo con detto - Google Patents

Abstract

Un dispositivo di propulsione a motore elettrico, in particolare nei veicoli con una, due o più ruote motrici, comprende almeno un motore elettrico (2, 2') del tipo cosiddetto "brushless" che è collegato dinamicamente con almeno una ruota motrice; una unità elettronica di alimentazione del detto motore brushless, con una sorgente di energia elettrica (1) in corrente continua, una unità di generazione (4, 6) di una corrente alternata trifase di azionamento del motore (2, 2') dalla detta corrente continua di alimentazione, e con almeno un anello di regolazione (7, 9) che controlla l'unità di generazione (4, 6) della corrente alternata di azionamento. Secondo l'invenzione, nell'anello di regolazione (7, 9) è previsto, quale componente logico di controllo dell'unità (4, 6) di generazione della corrente alternata di azionamento e quale interfaccia, con mezzi rilevatori (2, 2', 15) delle condizioni di funzionamento del motore (2, 2') e/o mezzi (10, 110, 210, 310, 16) per preimpostare delle condizioni di funzionamento, un microprocessore (7) in cui la logica di controllo e di regolazione è precaricata sotto forma di almeno un programma.

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo di propulsione a motore elettrico, in particolare nei veicoli ad una, due o più ruote motrici e veicolo con detto dispositivo propulsore"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

L'invenzione ha per oggetto un dispositivo di propulsione a motore elettrico, in particolare nei veicoli con una, due o più ruote motrici, il quale dispositivo comprende:

- almeno un motore elettrico del tipo cosiddetto "brushless" che è collegato dinamicamente con almeno una ruota motrice;

- una unità elettronica di alimentazione del detto motore brushless, con una sorgente di energia elettrica sotto forma di corrente continua, una unità di generazione di una corrente alternata trifase di azionamento del motore dalla detta corrente continua di alimentazione , cosiddetto "inverter" e con almeno un anello di regolazione aperto e/o chiuso, in combinazione con mezzi rilevatori dei parametri di funzionamento del motore elettrico e/o con mezzi di preimpostazione delle condizioni di funzionamento del motore elettrico, il quale anello di regolazione controlla l'unità di generazione della corrente alternata di azionamento, relativamente ai parametri di modulazione (frequenza e/o ampiezza) della stessa, ovvero della potenza erogata, in base ai parametri di funzionamento del motore, preimpostati e/o rilevati .

Attualmente le unità di alimentazione dei motori elettrici di tipo brushless presentano una costruzione di tipo sostanzialmente analogico, ed in cui, la logica di modulazione delle correnti di azionamento alternate e di regolazione delle stesse è rigidamente incorporata nella struttura hardware, ovvero nel circuito di alimentazione. Ciò rende difficoltoso, l'adattamento delle unità di alimentazione a diversi tipi di motore con caratteristiche relativamente simili, nonché alle possibili e molteplici condizioni di funzionamento del motore stesso in relazione alle diverse applicazioni. Gli anelli di controllo una volta costruiti sono limitati per quanto riguarda l'ampliamento delle possìbili variabili di riferimento e le modalità od i processi di regolazione per cui è necessario realizzare diverse costruzioni per ciascuna diversa applicazione.

L'invenzione ha lo scopo di realizzare un dispositivo di propulsione del tipo descritto all'inizio, in modo tale, per cui, esso risulti adattabile in modo semplice e sicuro alle diverse condizioni di applicazione ed offra la possibilità di poter ampliare, perfezionare, o variare le modalità di funzionamento in modo semplice, rapido e poco costoso.

In particolare, l'invenzione mira alla realizzazione di un dispositivo propulsore particolarmente adatto a veicoli con una, due o più ruote motrici e di tipo leggero e che pertanto presenti una costruzione relativamente poco ingombrante, leggera ed economica.

L'invenzione consegue gli scopi di cui sopra con un dispositivo propulsore del tipo descritto all'inzio, in cui nell'anello di regolazione è previsto, quale componente logico di controllo dell'unità di generazione della corrente alternata di azionamento e quale interfaccia, dei mezzi rilevatori delle condizioni di funzionamento del motore e/o dei mezzi per preimpostare delle condizioni di funzionamento con la detta unità di generazione, un microprocessore in cui la logica di controllo e di regolazione è precaricata sotto forma di programma.

A tale scopo risulta vantaggioso un microprocessore del tipo con architettura cosiddetta RISC.

Secondo un ulteriore perfezionamento, l'unità di generazione della corrente alternata di azionamento del motore elettrico comprende una unità di potenza provvista di mezzi commutatori veloci con cui la corrente continua d'alimentazione viene modulata in modo da generare una corrente alternata trifase di azionamento ed un ulteriore microprocessore, anch'esso preferibilmente del tipo cosiddetto RISC, con la funzione di gestione della modulazione e che comanda in modo opportuno i commutatori della unità di potenza, essendo nel detto microprocessore di modulazione caricato un programma di modulazione ed essendo il detto microprocessore di modulazione collegato con una linea di comunicazione, del tipo bus, al microprocessore di regolazione dell'anello di regolazione.

Questa costruzione dell'unità di alimentazione e di comando del motore consente di prevedere diverse tipologie di funzionamento e di controllo dello stesso, nonché di adattare le caratteristiche dell'unità di alimentazione in modo specifico e con grande precisione alle caratteristiche del motore stesso nell'ambito di un predeterminato campo. Il tutto grazie al caricamento di adatti programmi di controllo sia delle modalità di funzionamento che delle caratteristiche di modulazione e mantenendo sostanzialmente invariata la struttura hardware. La costruzione con l'ausilio di microprocessori consente inoltre di utilizzare diversi tipi di rivelatori delle condizioni effettive di funzionamento del motore, nonché diversi tipi di mezzi di preimpostazione manuale, il cui numero e la cui combinazione può venire variata liberamente dovendo solamente agire a livello di programmi configurazione del sistema. E' possibile prevedere contemporaneamente più programmi di controllo del funzionamento che vengono attivati alternativamente su comando di selezione della modalità di funzionamento. I sensori di rilevazione delle condizioni effettive di funzionamento ed i mezzi di preimpostazione delle condizioni nominali desiderate di funzionamento possono essere collegate tutte all'anello di regolazione e venire attivate secondo le necessità imposte dal programma di funzionamento automaticamente grazie ad una correlazione tra programmi di funzionamento e programmi di configurazione dell'anello di regolazione stesso.

L'invenzione ha per oggetto anche un veicolo provvisto di un dispositivo di propulsione del suddetto tipo. In particolare, l'invenzione si riferisce a veicoli a due ruote sia con assi paralleli come le biciclette, ed i motocicli, o simili, in cui è prevista una sola ruota d'azionamento, preferibilmente quella posteriore, sia con due ruote motrici coassiali ed affiancate tra loro, come ad esempio carri, carrozzine per disabili, o simili. In questo ultimo caso, le due ruote motrici sono azionate ciascuna da un motore indipendente, essendo a ciascun motore associata una unità d'alimentazione analaloga a quella descritta per i veicoli ad una sola ruota motrice ed essendo le due unità controllate contemporaneamente da un ulteriore microprocessoredi gestione della correlazione d'azionamento, anch'esso di tipologia RISC e che assicura un azionamento armonizzato delle due ruote motrici indipendenti.

L'invenzione ha per oggetto anche altre caratteristiche che perfezionano ulteriormente il dispositivo di propulsione ed il veicolo pi esso provvisto di cui sopra e che sono oggetto delle sottorivendicazioni .

Le particolari caratteristiche dell'invenzione ed i vantaggi che ne derivano risulteranno con maggiori dettagli dalla descrizione di alcune forme esecutive preferite, illustrate a titolo d'esempio non limitativo nei disegni allegati, nei quali:

La fig. 1 illustra uno schema a blocchi dell'unità di alimentazione nella configurazione per un unico motore d'azionamento ad esempio in una bicicletta.

La fig. 2 illustra uno schema a blocchi del 'unità di alimentazione nella configurazione per due motori di azionamento di due ruote motrici azionate ciascuna da un proprio motore indipendente .

La fig. 3 a 5 illustrano una sezione assiale di rispettivamente tre varianti esecutive del motore elettrico d'azionamento secondo l'invenzione.

Con riferimento alla fig. 1, una unità di alimentazione per un motore elettrico di tipo brushless comprende una batteria di alimentazione 1 che fornisce energia elettrica sia ad una unità di potenza per la generazione di una corrente alternata trifase d'azionamento del motore 2 sia ad un alimentatore 3 di un anello di regolazione aperto e/o chiuso che controlla l'unità di potenza e costituisce l'interfaccia tra dei sensori di rilevamento dei parametri effettivi di funzionamento del motore e/o dei sensori di rilevamento delle condizioni di impiego e/o dei mezzi di preimpostazione delle condizioni nominali di funzionamento.

La corrente continua della batteria 1 viene alimentata alle entrate di una unità di potenza a commutatori comandabili 4 attraverso un filtro attivo 5 che garantisce una bassa ondulazione della corrente assorbita da e resa alla batteria 1. Pertanto la batteria 1 viene utilizzata in modo migliore, mentre al filtro è associato un relais che garantisce l'isolamento galvanico. La modulazione, ovvero il controllo della commutazione nell'unità di potenza 4 viene eseguito da un microprocessore di tipo RISC 6. Il microprocessore 6 è controllato a sua volta da un anello di retroazione per la regolazione, aperto e/o chiuso, che comprende un ulteriore microprocessore 7 in combinazione con una unità analogica logica 8. L'unità di potenza 4 può essere realizzata in modo qualsivoglia e di preferenza è realizzata in tecnologia cosiddetta 0 bus, quasi risonante con dispositivi FET. La modulazione viene eseguita dal microprocessore 6 che stabilisce sempre il percorso ottimo di modulazione per il massimo rendimento. Il microprocessore 6 è collegato con linee d'interscambio dati al microprocessore di regolazione 7 che a sua volta comunica con l'unità analogica logica 8 a cui sono collegati i sensori di rilevamento delle condizioni effettive di funzionamento e delle condizioni di impiego del motore, nonché i mezzi di preimpostazione delle condizioni di funzionamento indicati genericamente rispettivamente con 9 e 10. Inoltre all'unità analogica, logica 8 possono essere collegati ulteriori mezzi di segnalazione esterna e di visualizzazione, come, spie, display, segnalatori acustici, ecc. indicati globalmente con 11.

Con riferimento ad un veicolo ad una ruota motrice, come ad esempio una bicicletta od un motociclo, il dispositivo di propulsione secondo l’invenzione consente di attuare diverse opzioni di funzionamento .

Nei microprocessori 6, 7 sono caricati dei programmi di elaborazione dei segnali di retroazione 9, e dei segnali forniti dagli ulteriori sensori di rilevamento delle condizioni di impiego, nonché dei mezzi di preimpostazione 10, e la coppia massima e la coppia minima erogabile dal motore. Il microprocessore 6 di modulazione riceve dal microprocessore 7 di regolazione le informazioni ottenute dall'elaborazione dei detti segnali e grazie al programma di controllo della modulazione della corrente alternata d'azionamento comanda corrispondentemente l'unità di potenza 4. L'utilizzo di microprocessori a tecnologia RISC garantisce l'estrema rapidità di elaborazione e di controllo .

Con riferimento ad un primo esempio esecutivo, costituito da una bicicletta, la cui ruota posteriore è azionata da motore elettrico 2, all’attivazione dell'untià di alimentazione , ad esempio con l'ausilio di un commutatore d'attivazione 110 viene eseguita una fase di reset dei microprocessori ed una fase di controllo diagnostico. Successivamente il microprocessore di regolazione provvede al collegamento della batteria all'unità di potenza 4.

Secondo una prima opzione di funzionamento, il microprocessore di regolazione 7 è programmato in modo tale, per cui la corrente di azionamento non viene erogata al motore 2, fintanto che questo non ha raggiunto un determinato numero minimo di giri. Il numero di giri del motore 2 viene rilevato senza l'ausilio di sonde ma direttamente mediante l'applicazione delle forze contro elettromotrici indotte dal motore durante la sua rotazione in assenza di alimentazione e che vengono fornite al microprocessore di regolazione 7 dalla linea di retroazione 9 attraverso l'unità analogica logica 8. Al raggiungimento del numero minimo di giri prestabilito, il microprocessore di regolazione 7, attiva il microprocessore di modulazione 6 ed al motore 2 viene fornita la corrente d'azionamento. In questo caso è possibile programmare il microprocessore di regolazione 7, in modo tale, per cui la coppia non venga erogata in modo improvviso al motore, ma secondo una prestabilita fase di progressione, in modo da non causare strappi. Per tenere opportunamente conto delle diverse condizioni di utilizzo, in piano, in salita ed in discesa, risulta vantaggioso collegare all'unità analogica, logica 8 un sensore d'inclinazione, il cui segnale viene fornito al microprocessore di regolazione 7, il cui programma corregge il numero minimo di giri o le modalità di attivazione del microprocessore di modulazione 6 in modo conforme alla condizione di partenza o marcia in piano, in salita, od in discesa. In presenza di una salita, infatti, il numero minimo di giri verrà ridotto rispetto a quello previsto per la marcia in piano, mentre nel caso di marcia in discesa, si potrà anche verificare la condizione che al motore non venga applicata alcuna corrente d'azionamento, a seconda della velocità di rotazione dello stesso.

Il programma prevede anche un limite superiore al numero di giri del motore, oltre il quale viene inibita l'alimentazione della corrente d'azionamento. Ciò per evitare, che in caso di rotazione libera della ruota motrice, ad esempio in caso di caduta, il motore continui ad erogare coppia motrice.

Vantaggiosamente il rilevamento delle condizioni di funzionamento del motore, viene eseguito con un particolare procedimento di simulazione di sonda. Il microprocessore di regolazione 7 legge in sequenza il passaggio dello zero della forza contro elettromotrice che in quel momento non sta commutando e che quindi è priva di componenti parzializzate che disturbano la lettura. Il microprocessore rileva il tempo che intercorre tra il passaggio per lo zero di questa fase ed il passaggio per lo zero della fase immediatamente successiva, con le stesse caratteristiche di non parzializzazione. Questo conteggio diviso per due fornisce il tempo di commutazione alla fase successiva. Secondo un perfezionamento, per ovviare alle false letture, il microprocessore di regolazione esegue cicilicamente la lettura solo della fase che dovrebbe attraversare lo zero e con la giusta pendenza. Inoltre, il microprocessore di regolazione 7 apre una finestra di lettura che è funzione della velocità precedente e di un valore d'inerzia minima preimpostata. In pratica, se lo zero Crossing della fase ha luogo prima o dopo questa finestra, il microprocessore 7 di regolazione toglie coppia al motore.

Il programma di regolazione può comprendere anche la gestione di una fase di recupero di energia elettrica, ad esempio in condizione di discese molto ripide, in cui la velocità di rotazione del motore è superiore a quella massima prevista, per cui l'unità di potenza non viene mai attivata all'erogazione della corrente d'alimentazione. In questo caso, la fase di recupero costituisce ovviamente una fase di frenata elettrica, rigenerativa. L'intensità massima può venire preimpostata sia in fase di programmazione che dal conducente stesso. La potenza recuperata viene gestita dal microprocessore di regolazione in funzione dello stato della carica della batteria 1. L'attivazione della frenatura elettrica può avere luogo anche su comando, in condizione di funzionamento del motore durante una normale fase di frenata, per un rallentamento o per un arresto. Un commutatore a pulsante 210 attiva la frenata elettrica e può essere montato sia separatamente che in combinazione ad un usuale dispositivo di comando di freni meccanici per attrito.

Secondo una ulteriore variante è possibile prevedere ulteriormente un dispositivo per la regolazione progressiva dell'intensità di coppia erogata dal motore che è indicato con 310. Questo dispositivo può essere realizzato in modo passivo, od attivo. Il segnale fornito dal dispositivo di regolazione progressiva viene fornito al microprocessore di regolazione 7 attraverso l'unità analogica, logica 8. Il microprocessore di regolazione 7 comanda il microprocessore di modulazione 6 per l'erogazione di un corrente di azionamento correlata al segnale di regolazione progressiva. La correlazione ha luogo a livello di programma di gestione, mentre le variazioni e le rampe di accelerazione vengono stabilite nei limiti imposti dalle caratteristiche del motore in funzione della velocità ed eventualmente delle condizioni di marcia.

Il dispositivo di regolazione progressiva dell'intensità di coppia del motore può ad esempio essere realizzato a guisa di manopola di acceleratore del tipo imiegato nei motocicli.

La particolare struttura del dispositivo secondo l'invenzione consente di prevedere una ulteriore modalità di funzionamento cosiddetta di "azionamento assisitito". In una bicicletta ad esempio, il microprocessore di regolazione 7 è programmato in modo tale, per cui la coppia erogata dal motore elettrico 2 è proporzionale od uguale alla coppia fornita meccanicamente, con l'ausilio dei pedali. Il dispositivo di propulsione di cui sopra permette di ottenere questo funzionamento senza l'utilizzo di sensori di coppia. Il programma di gestione è realizzato in modo tale, per cui il microprocessore di regolazione stima la coppia sviluppata dall'utente, calcolando l'accelerazione del veicolo ed in base ad un valore medio d'inerzia totale ed alla caratteristica della coppia di resistenza all'avanzamento stimata che sono memorizzate nel programma stesso. Utilizzando un inclinometro 410 è possibile correggere ricorsivamente, grazie ad un opportuno algoritmo, il valore medio d'inerzia e la coppia resitente stimata.

Con riferimento a quanto sopra descritto per l'applicazione in una bicicletta, dimensionando opportunamente il motore elettrico d'azionamento, il dispositivo di propulsione può venire utilizzato per l 'azionamento della ruota motrice di un motociclo, o simili. In questo caso, la erogazione di coppia, ovvero l'attivazione del circuito di potenza 4 non sarà dipendente da un numerto di giri minimo della ruota motrice, ovvero da un prestabilita velocità inziale di partenza, ma il microprocessore 7 potrà essere programmato in modo tale da fornire con una o più opportune rampe di accelerazione impostabili anche mediante un dispositivo di regolazione progressivo del tipo a guisa di manopola d'acceleratore 310 immediatamente la corrente d'azionamento al motore che erogherà in modo progressivo e controllabile la coppia di partenza e di accelerazione.

Il dispositivo propulsore suindicato può venire applicato anche a veicoli con due o più ruote motrici, ciascuna delle quali è provvista di un proprio motore d'azionamento indipendente 2, 2'. Anche in questo caso, sono applicabili le modalità di funzionamento suindicate, tuttavia sono previsti mezzi di correlazione dell'azionamento dei due motori 2, 2'.

Con riferimento alla fig. 2 è illustrata l'unità di comando di un dispositivo di propulsione per un veicolo del suddetto tipo ed in particolare per un carretto od una carrozzina per disabili.

L'unità di comando è composta da una unità di alimentazione per ciascun motore 2, 2'. La struttura delle due unità di alimentazione è analoga a quella precedentemente descritta per una sola ruota motrice, mentre la correlazione di azionamento delle due ruote motrici viene realizzata sostituendo le unità analogiche logiche 8 con un comune microprocessore di gestione 13 che comanda ambedue i microprocessori di regolazione 7 delle due unità d'alimentazione, secondo un programma di correlazione d'azionamento, ed un multiplexer 14.

In questo caso, è necessario rilevare ulteriormente i parametri di funzionamento dei motori 2, 2' per mezzo di apposite sonde 15, ad esempio sonde ottiche, di hall, o simili, i cui segnali vengono inviati direttamente al corrispondente microprocessore di regolazione 7, formando un primo anello di regolazione secondo la velocità, della corrente d'azionamento 9. Un secondo anello di regolazione è costituito dal microprocessore di gestione 13 della correlazione d'azionamento a cui vengono forniti 16 in entrata le correnti d'alimentazione applicate ai motori 2, 2'. E' possibile programmare i microprocessori 6, 7, 13 in modo da ottenere una qualsivoglia delle modalità di funzionamento sopra descritte ed in particolare anche la modalità ad "azionamento assistito". Questa modalità può risultare conveniente nell'impiego in carretti, o simili.

Nel microprocessore di gestione 13 è caricato un programma di correlazione d'azionamento delle due ruote motrici indipendenti, in modo tale, da evitare che, a causa di diverse coppie resistenti su ciascuna delle due ruote, il veicolo subisca delle indesiderate variazioni di traiettoria ed in casi estremi addirittura una rotazione su se stesso od una inversione. Queste condizioni possono presentarsi, in caso di diverse forze d'attrito tra le ruote ed il terreno, oppure a causa della diversa conformazione del terreno in corrispondenza delle due ruote, nonché in presenza di pendenze laterali o di piccoli ostacoli in corrispondenza di una sola delle due ruote. L'effetto di forze diverse agenti sulle ruote motrici è particolarmente accentuato in condizione di accelerazione del veicolo stesso, come ad esempio durante le partenze e nella marcia su traiettorie curve e se non corretto opportunamente, in tempo reale, richiede la continua correzione attiva della traiettoria da parte dell'utente e causa quindi una marcia lungo un percorso a seprentina. Secondo una forma esecutiva dell'invenzione, il programma caricato nel microprocessore di gestione 13, rileva le differenti condizioni di funzionamento dei due motori 2, 2' grazie alle sonde di hall 15, in particolare le velocità effettive delle due ruote motrici, e comanda i microprocessori di regolazione 7 delle due unità di alimentazione, in modo tale, per cui le correzioni di velocità di rotazione vengono eseguite in tempi uguali tra loro per ambedue le ruote. Il guadagno di velocità, ovvero l'accelerazione delle ruote motrici, viene quindi regolato in funzione della velocità delle stesse ed in funzione della velocità finale preimpostata per le stesse, in modo tale per cui ambedue le ruote raggiungono le velocità finali preimpostate in tempi uguali. Ciò .costituisce una sorta di differenziale elettronico che garantisce anche l'arresto in caso che una delle due ruote motrici giri a vuoto o venga fermata da un ostacolo insormontabile .

Questa modalità di gestione risulta particolarmente vantaggiosa per l'applicazione nelle carrozzone per disabili, o simili e per il controllo della marcia in curva o di deviazioni di percorso. In questo caso, il comando del dispositivo di propulsione viene eseguito per mezzo di un dispositivo del tipo cosiddetto joystick 16, o simili. L'orientamento della leva di comando del dispositivo joystick 16 vengono impostate le differenze di velocità tra le due ruote motrici necessarie per l'esecuzione di una curva, della marcia avanti, della marcia indietro e di inversioni di marcia con rotazione su se stessi, in cui una ruota motrice è azioanta in senso opposto all'altra. L'inclinazione della leva di comando rispetto alla posizione centrale perpendicolare invece determina l'impostazione della velocità massima limite. Il segnale fornito al microprocessore di gestione 13 dal dispositivo di comando joystick 16 viene trasformato in valori di velocità finali di riferimento per le due ruote motrici. Contemporanemante, il programma legge le variazioni effettive di velocità delle due ruote e calcola, correggendola in tempo reale, la variazione di velocità o 1'accerelazione positiva o negativa da imporre a ciascuna delle due ruote affinché queste raggiungano la velocità finale di riferimento preimpostata nello stesso istante. Il raggiungimento delle velocità preimpostate risulterà quindi sempre sostanzialmente asintotico, e con una ripidità maggiore o minore a seconda delle condizioni di velocità delle due ruote. La curva viene eseguita quindi in modo progressivo e con estrema precisione. Ovviamente nel programma possono essere previste delle sicurezze che impediscono l'esecuzione di manovre come il passaggio rapido dalla marcia avanti a quella in dietro in funzione della velocità e che possono essere costituti da limiti massimi di accelerazione. Lo stesso può valere anche per curve molto strette od inversioni di marcia con rotazione del veicolo su se stesso.

In particolare nelle carrozine per disabili, in cui sono previste anteriormente alle due ruote motrici, due ruotine liberamente girevoli intorno al loro asse e liberamente orientabili intorno ad un asse verticale, il microprocessore di gestione 13 programmato come sopra consente di evitare fenomeni di deviazione dalla traiettoria prescelta dovuti al diverso orientamento delle ruotine rispetto all'asse della carrozzina. Secondo un perfezionamento, inoltre, collegando un inclinometro, 310 al microprocessore di gestione 13 è possibile regolare la rampa di accelerazione corrispondentemente alle diverse condizioni d inclinazione del veicolo, per cui, il microprocessore di gestione 13 può riconoscere se lo sforzo della ruota è dovuto ad un ostacolo od alla presenza di una salita, regolando l'accelerazione in modo progressivo entro limiti di sicurezza contro l'impennata ed il ribaltamento del mezzo.

L'invenzione ha per oggetto anche un veicolo ad una, due o più ruote motrici, in cui, come risulta dalle figg, a 5 il motore elettrico d azionamento costituisce il mozzo della ruota o delle ruote stesse. Il rotore 102 è esterno allo statore 202. Allo statore 202 sono associati i mezzi di fissaggio della ruota, mentre il rotore 102 porta i raggi o gli elementi di sopporto del cerchione (non illustrato). Il rotore 102 è costituito da due semigusci 20 cilindrici, coassiali tra i quali è serrabile un anello 21 che all'interno porta una pluralità di poli 121 di un magnete permanente. Lo statore è costituito da un pacco di lamierini 22 che portano una pluralità di avvolgimenti statorici 24, i cui cavi di collegamento elettrico vengono guidati all'esterno del motore, all'interno di una scanalatura 125 dell'asse di sopporto 25 della ruota che è fissato allo statore 202 e su cui sono infilati in modo girevole rispetto allo stesso i due semigusci 20 del rotore per mezzo di cuscinetti 26.

Per l'eliminazione dei disturbi provocati dal motore e che sono trasmissibili sia attraverso l'aria (rumore acustico), sia attraverso la struttura del veicolo (vibrazioni) la struttura elettromagnetica del motore è ottimizzata, relativamente al dimensionamento del magnete permanente in funzione delle caratteristiche magnetiche dello statore. In presenza di tre cave di statore, per polo di rotore, risulta ottimale il rapporto 0,78:0,83 , dove è il passo polare.

In una prima forma esecutiva, figg. 3 e 4, particolarmente adatta per l'applicazione a biciclette, o motocicli, l'asse di sopporto 25 della ruota è realizzato passante e sporge esternamente su entrambi i lati di testa del motore con estremità filettate cooperanti con dadi di bloccaggio, essendo il tutto dimensionato in modo corrispondente ad una usuale forcella (non illustrata) del tipo previsto nei telai di biciclette, motocicli, o simili.

Secondo un perfezionamento, particolarmente adatto all impiego nelle biciclette o nei motocicli, sulla faccia esterna di uno dei due semigusci 20 del rotore 102 è impegnabile in modo solidale a rotazione un meccanismo di ruota libera del tipo usualmente impiegato per le biciclette e con un pignone d'impegno di una catena di trasmissione per l'azionamento a pedale. Come è illustrato nella fig. 3, il meccanismo a ruota libera può essere provvisto di più pignoni dentati coassiali affiancati e la ruota motrice dell'invenzione può così essere prevista in combinazione con un cambio di tipo ciclistico del tipo a derragliatore.

La fig. 4 illustra una variante esecutiva dell'esempio secondo la fig. 3, in cui ad un semiguscio di rotore è associabile un cambio ciclistico del tipo integrato nel mozzo della ruota, ad esempio del tipo commercializzato con la sigla M3120T dalla ditta SACHS. Questi tipi di cambio sono provvisti di una parte cilindrica esterna 127', a cui usualmente sono collegati i raggi della ruota e di una parte interna 227' che è fissabile in modo stazionario per mezzo di un asse di sopporto 327’ della ruota. In questo caso, l'asse di sopporto del motore è costituito dall'asse 327’ del cambio 27' e sopporta direttamente, in modo girevole liberamente solo uno dei due semigusci di rotore 102. Lo statore 202 è sopportato da un anello interno 28 che è portato a sbalzo nella zona centrale tra i due semigusci 20 da un disco 29 impegnato sull'asse 327' per mezzo di una boccola 30. Il diametro interno dell'annello 28 di sopporto dello statore 202 è tale, per cui il semiguscio 20 di rotore opposto presenta un coassiale manicotto 31 che si estende all'interno dello statore 202 e che costituisce l'alloggiamento per il cambio 27'. Il cambio 27' è impeganto nel manicotto di sopporto 31, con la parte cilindrica esterna girevole 127' solidale a rotazione con il semiguscio 20 del rotore 102 che è serrato contro l'altro semiguscio opposto 20.

La variante esecutiva della fig. 5 è sostanzialmente identica alle forme esecutive precedenti. Essa si differenzia da queste per il fatto che i mezzi di fissaggio della ruota sono di tipo ad innesto rapido su un albero sporgente a sbalzo. L'asse di sopporto deimotore 25" è realizzato tubolare e sporge solamente su un lato della ruota, ovvero sul lato interno della stessa, con un'estremità innestabile in un sopporto dello stesso. All'interno dell'albero tubolare è prevista un'astina scorrevole 32 che sporge dall'estremità di testa dell'asse tubolare 25" sul lato esterno della ruota con un elemento d'afferramento 132. L'estremità opposta d'innesto nel sopporto solidale al veicolo è provvista di una testa espandibile su comando dell'astina 32. In particolare la testa espandibile presenta una pluralità di fori radiali in ciascuno dei quali è alloggiata una sferetta 232. Mediante lo scorrimento assiale dell astina 32, le sferette 232 vengono spinte alternativamente radialmente in fuori, in condizione attiva di aggancio al sopporto o radialmente in dentro, in condizione ritirata, inattiva di disimpegno dal sopporto, grazie ad un tratto terminale troncoconico 332 dell'astina 32. L'astina 32 viene trattenuta stabilmente nella posizione, in cui le sferette 232 sono in condizione attiva di aggancio grazie ad una molla 33. Questo tipo di sopporto a sbalzo con attacco rapido della ruota è particolarmente vantaggioso nell'applicazione alle carrozzine per disabili in cui si deve spesso provvedere allo smontaggio delle ruote. Inoltre, l'asse 25" porta anche un sensore di posizione 34, ad esempio un adatto trasduttore elettromagnetico, che coopera con un associato emettitore 35 come ad esempio un magnete, solidale a rotazione con il corrispondente semiguscio di rotore 20.

Come risulta in particolare dalla fig. 4, nel motore secondo l'invenzione può essere intergrato, anche un freno di tipo meccanico. Il freno è vantaggiosamente del tipo a tamburo. Il tamburo è realizzato da una superficie anulare 36 sporgente coassialmente a sbalzo dal lato esterno di uno dei due semigusci 20 del rotore 102, mentre all'interno del tamburo, le ganasce di frenatura 37, sono portate dall'asse 327' di sopporto.

Naturalmente, l'invenzione non è limitata alle forme esecutive testé descritte ed illustrate ma può essere ampiamente variata e modificata, soprattutto costruttivamente, senza abbandonare il principio informatore sopra esposto ed a seguito rivendicato .

Claims (29)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di propulsione a motore elettrico, in particolare nei veicoli con una, due o più ruote motrici , il quale dispositivo comprende : - almeno un motore elettrico (2, 2') del tipo cosiddetto "brushless" che è collegato dinamicamente con almeno una ruota motrice; - una unità elettronica di alimentazione del detto motore brushless, con una sorgente di energia elettrica (1) sotto forma di corrente continua, una unità di generazione (4, 6) di una corrente alternata trifase di azionamento del motore (2, 2') dalla detta corrente continua di alimentazione, cosiddetto "inverter" e con almeno un anello di regolazione (7, 9) aperto e/o chiuso, in combinazione con mezzi rilevatori (2, 2', 15) dei parametri di funzionamento del motore elettrico (2, 21) e/o con mezzi di preimpostazione delle condizioni di funzionamento del motore elettrico (10, 110, 210, 310, 16), il quale anello di regolazione (7, 9) controlla l'unità di generazione (4, 6) della corrente alternata di azionamento, relativamente ai parametri di modulazione (frequenza e/o ampiezza) della stessa, ovvero della potenza erogata, in base ai parametri di funzionamento del motore, preimpostati e/o rilevati, caratterizzato dal fatto che nell'anello di regolazione (7, 9) è previsto, quale componente logico di controllo dell'unità (4, 6) di generazione della corrente alternata di azionamento e quale interfaccia, di mezzi rilevatori (2, 2', 15) delle condizioni di funzionamento del motore (2, 2') e/o di mezzi (10, 110, 210, 310, 16) per preimpostare delle condizioni di funzionamento, un microprocessore (7) in cui la logica di controllo e di regolazione è precaricata sotto forma di almeno un programma, preferibilmente di più diversi programmi alternativi.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'unità di generazione della corrente alternata di azionamento del motore elettrico comprende una unità di potenza (4) provvista di mezzi commutatori veloci con cui la corrente continua d'alimentazione viene modulata in modo da generare una corrente alternata trifase di azionamento ed un ulteriore microprocessore (6), di modulazione con la funzione di gestione della modulazione e che comanda in modo opportuno i commutatori della unità di potenza (4), essendo nel detto microprocessore di modulazione (6) caricato un programma di modulazione ed essendo il detto microprocessore di modulazione collegato con una linea di comunicazione, del tipo bus, al microprocessore di regolazione (7) dell'anello di regolazione .
3. 3. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i microprocessori di regolazione (7) e di modulazione (6) sono del tipo cosiddetto RISC.
4. 4. Dispositivo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che tra la sorgente di energia elettrica (1) e l'unità di potenza (4) è previsto un filtro (5) attivo (5) con un relais di collegamento della sorgente (1) alla detta unità di potenza (4).
5. 5. Dispositivo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che i mezzi di rilevamento delle condizioni effettive di funzionamento del motore (2, 2'), ovvero della velocità di rotazione e/o del numero di giri, sono costituite dal motore stesso, essendo nel microprocessore di regolazione (7) caricato un programma di simulazione di sonda ed essendo il microprocessore di regolazione (7) collegato al mezzo una linea retroazione (9), con cui viene rilevata la forza contro elettromotrice.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il microprocessore di regolazione (7) è programmato in modo tale, per cui legge in sequenza il passaggio dello zero della forza contro elettromotrice che in quel istante non sta commutando e rileva il tempo che intercorre tra il passaggio allo zero della fase che non sta commutando ed il passaggio per lo zero della fase immediatamente successiva, con le stesse caratteristiche di parizalizzazione ed elabora mediante divisione per due il tempo di commutazione alla fase successiva.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il microprocessore di regolazione (7) è programmato in modo tale per cui esegue cicilicamente la lettura solo della fase che passa per lo zero con la giusta pendenza ed apre una finestra di lettura che è funzione della velocità precedente e di un valore d'inerzia minima perimpostata, togliendo coppia al motore (2, 2<1>) se il passaggio per lo zero della fase ha luogo prima o dopo la finestra di lettura.
8. 8. Dispositivo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il microprocessore di regolazione (7) è programmato in modo tale, per cui attiva il microprocessore (6) e l'unità di potenza (4) solamente quando il motore (2, 2') presenta una predeterminata velocità minima di rotazione, preimpostabile e disattiva l'erogazione della corrente d'azionamento quando la velocità di rotazione del motore supera una predeterminata velocità massima di rotazione perimpostabile.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che il microprocessore di regolazione (7) è programmato in modo tale, per cui a seconda della velocità preimpostata comanda l'unità di potenza (4) secondo funzioni prestabilite di accelerazione, ovvero di guadagno di velocità rispetto al tempo.
10. 10. Dispositivo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che sono previsti in combinazione od in alternativa mezzi di preimpostazione manuale di attivazione secondo programmi di residenti (110) e/o mezzi (310, 16) di attivazione manuale che su comando dell'utente emettono segnali variabili di preimpostazione di una velocità massima e/o dell'intensità di coppia del motore (2, 2') ad esempio del tipo analogo a manople di accelerazione o leve di comando del tipo joystick che emettono segnali variabili a seconda della posizione.
11. 11. Dispositivo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che in combinazione od in alternativa il microprocessore di regolazione (7) è programmato in modo tale da fornire una coppia sotanzialmente uguale alla coppia erogata mediante azionamento manuale del veicolo.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che al microprocessore (7) di regolazione è collegato un inclinometro (410) per la valutazione delle condizioni di marcia del motore e la correzione delle velocità minine e massime di attivazione e disattivazione dell'erogazione della corrente d'alimentazione al motore e per la valutazione della coppia resistente sulla ruota motrice.
13. 13. Dispositivo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il microprocessore di regolazione (7) è programmato in modo tale, per cui in condizione di superamento della velocità massima di rotazione del motore (2, 2') e/o in condizione di comando di frenata viene disattivata l'unità di potenza (4) e viene recuperata l'energia elettrica prodotta dal motore (2, 2'), essendo l'intensità massima di corrente di carica preimpostabile e venendo la potenza recuperata controllata dal microprocessore di regolazione (7) in funzione dello stato di carica della sorgente di energia elettrica (1).
14. 14. Dispositivo secodo una o più delle precedenti rivendicazioni , caratterizzato dal fatto che sono previsti due o più motori d'azionamento indipendenti (2, 2') ciascuno per una delle ruote motrici, essendo almeno due ruote motrici previste coassiali tra loro, ed a ciascuno dei quali motori (2, 2') è associata una propria unità d'alimentazione, essendo ulteriormente previsto un microprocessore (13) di gestione della correlazione d'azionamento dei motori (2, 2') collegato mediante multiplexer (14) ai rispettivi microprocessori di regolazione (7) dei diversi circuiti di alimentazione, il quale microprocessore di gestione (13) è programmato in modo tale da comandare l'azionamento delle ruote motrici indipendenti quale differenziale elettronico.
15. 15. Dispositivo secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il microprocessore di gestione (13) è collegato mediante una linea di retroazione ai motori (2, 2') e costituisce un secondo anello di regolazione della velocità di rotazione dei motori (2, 2') essendo le linee di retroazione collegate a sensori hall (15) per il rilevamento delle velocità effettive di rotazione dei motori (2, 2').
16. 16. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che il microprocessore di gestione (13) è programmato in modo tale, per cui corregge il guadagno di velocità di ciascun motore (2, 2'), ovvero l'accelerazione dello stesso in funzione della velocità momentanea dei detti motori (2, 2') ed in modo tale da determinare il ragguingimento di velocità preimpostabili di rotazione di riferimento degli stessi nello stesso istante di tempo.
17. 17. Dispositivo secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che al microprocessore di gestione (13) sono collegati dei mezzi (16) di comando di sterzatura e/o deviazione della traiettoria di marcia, nonché di inversione del senso di marcia con cui vengono impostate velocità e conformemente diverse ai motori (2, 2') delle due ruote motrici coassiali, ad esempio un dispositivo joystick, essendo il microprocessore di gestione (13) programmato in modo tale, per cui in base ai valori effettivi di velocità di rotazione dei motori (2, 2') rilevati (15), il detto microprocessore di gestione (13) regola il guadagno positivo o negativo di velocità dei singoli motori (2, 2'), in modo che le dette velocità preimpostate vengano raggiunte simultaneamente da ambedue i motori (2, 2'), e mantenendo le accelerazioni necessarie nell'ambito di valori massimi preimpostati .
18. 18. Dispositivo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il motore (2, 2') comprende un rotore esterno (102) composto da due semigusci cilindrici (20) tra cui è serrato assialmente un magnete permanente anulare (21), esseno i due semigusci (20) cilindrici sopportati girevoli liberamente su un asse (25, 327<1 >, 25") fissato coassialmente ad uno statore (202) montato all'interno del rotore (102), costituendo il motore il mozzo di una ruota, in cui il rotore (102) sopporta elementi radiali di sopporto del cechione della ruota e l'asse (25, 327', 25") costituisce l'asse di fissaggio della ruota stessa.
19. 19. Dispositivo secondo la rivendicazione 18, caratterizato dal fatto che l'asse (25) sporge esternamente ai lati di testa del rotore (102) e presenta estremità terminali filettate, per il fissaggio ad una forcella.
20. 20. Dispositivo secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che l'asse (25") sporge solamente sul lato della ruota rivolto verso il veicolo ed è provvisto alla sua estremità sporgente a sbalzo di mezzi d aggancio/sgancio rapido (32, 132, 23) ad una sopporto del veicolo stesso.
21. 21. Dispositivo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che ad almeno uno dei semigusci (20) di rotore (102) è associato un dispositivo di frenatura.
22. 22. Dispositivo secondo la rivenicazione 1, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di frenatura è costituito da un freno a tamburo, essendo uno dei semigusci (20) del rotore (102) provvisto di una superficie anulare (36) coassiale sporgente di pezzo dal sula lato di testa esterno e che coopera con ganasce di frenatura (37) divaricabili che sono sopportate insieme al meccanismo d azionamento all'interno dell'anello dall'asse (327')
23. 23. Veicolo a due ruote provvisto del dispositivo di propulsione secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che è costituito da una bicicletta o da un motociclo .
24. 24. Veicolo secondo la rivendicazione 23, caratterizzato dal fatto che è provvisto di un meccanismo di azionamento a pedali , con trasmissione a catena, essendo ad uno dei semigusci del rotore associato in modo girevole insieme allo stesso un meccanismo di ruota libera con pignone.
25. 25. Veicolo secondo la rivendicazione 24, caratterizzato dal fatto che il meccanismo (27) di ruota libera presenta più pignoni coassiali con diverso numero di denti del tipo utilizzato per i cambi ciclistici a derragliatore.
26. 26. Veicolo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che al rotore (102) è associabile un cambio ciclistico (27<1 >) del tipo intergrato nei mozzi della ruota.
27. 27. Veicolo secondo la rivendicazione 26, caratterizzato dal fatto che il detto cambio è provvisto di una parte cilindrica esterna (127') girevole rispetto ad una parte interna (2271) provvista di un asse di sopporto (327’) per il fissaggio alla forcella, ed almeno uno dei semigusci (20) di rotore (102) presenta un alloggiamento tubolare coassiale che si estende all'interno dello statore (202) ed in cui è fissabile con la parte cilindrica esterna girevole (127') solidale a rotazione rispetto al semiguscio (20) di rotore (102) il cambio (271), mentre l'asse (327') dello stesso costituisce l'intero asse di sopporto della ruota od almeno una parte di esso, essendo l'altro semiguscio (20) di rotore (102) sopportato in modo girevole direttamente sul detto asse (327') ed essendo lo statore (202) sopportato a sbalzo all'interno del rotorer (102) dall'asse (327') della ruota stessa.
28. 28. Veicolo provvisto di un dispositivo di propulsione secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato che presenta almeno due ruote motrici coassiali ed almeno una ruota su un ulteriore asse, in particolare una carrozzina per disabili.
29. 29. Dispositivo di propulsione a motore elettrico, in particolare nei veicoli ad una, due o più ruotemotrici e veicolo con detto dispositivo propulsore , in tutto od in parte come descritto, illustrato e per gli scopi su esposti.