ITMC20100065A1 - Sistema motore ibrido perfezionato per motocicli - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DI BREVETTO INDUSTRIALE
Sistema motore ibrido perfezionato per motocicli
La presente invenzione concerne un sistema motore ibrido, motore combustione interna ed elettrico, specialmente per motocicli.
Esistono 2 tipi di motocicli ibridi:
1) la potenza viene erogata parallelamente dal motore a combustione interna e dal motore elettrico; il motore a combustione interna (nel seguito abbreviato MCI) viene alimentato dal carburante immagazzinato nel serbatoio mentre il motore elettrico viene alimentato da un gruppo di accumulatori.
Una centralina elettronica gestisce la potenza erogata dal motore elettrico in funzione delle richieste del pilota e di quella erogata dal MCI.
La ruota motrice à ̈ quella posteriore ed à ̈ collegata ad entrambi i motori. In frenata il motore elettrico recupera energia funzionando da generatore. Tale sistema ibrido à ̈ detto “in parallelo†.
2) la potenza viene erogata alla ruota motrice (o 2 ruote motrici, come citato nel brevetto GB 2265588) da un motore elettrico alimentato da un gruppo di accumulatori, l’energia à ̈ erogata a questi accumulatori da un generatore messo in moto da un MCI; tale MCI può funzionare a punto fisso, su tale punto di lavoro il MCI à ̈ ottimizzato ed ha un rendimento più alto.
Una centralina elettronica gestisce la potenza erogata dal motore elettrico in funzione delle richieste del pilota.
In frenata il motore elettrico recupera energia funzionando da generatore. Tale sistema ibrido à ̈ detto “in serie†.
In entrambi i casi, se il motore elettrico à ̈ montato direttamente sulle ruote, esso à ̈ un motore di tipo “torque†cioà ̈ ad alta erogazione di coppia; questo tipo di motore à ̈ costruito in modo da avere una notevole coppia a basso regime di rotazione, questa caratteristica si ottiene dimensionando opportunamente rotore e statore ma obbliga ad avere peso e momento di inerzia notevoli.
Nel caso di applicazione di gruppi motori ibridi a motocicli la ruota motrice à ̈ sempre quella posteriore per cui il recupero di energia in frenata à ̈ limitato dall’aderenza di quest’ultima in decelerazione.
Nel presente trovato gli elementi fondamentali del sistema sono
a) 1 motore-riduttore-generatore collegato alla ruota anteriore
b) 1 motore-riduttore-generatore collegato alla ruota posteriore
c) 1 motore a combustione interna
d) 1 accumulatore di energia in forma chimica o meccanica o elettrostatica
e) 1 sistema di controllo e gestione delle funzioni di a), b), c), d).
Come gruppo motore-riduttore-generatore si specifica la funzione da motore (in accelerazione) e generatore (in decelerazione) del motore elettrico; esso à ̈ associato ad una trasmissione che permette di avere il corretto rapporto di velocità tra il motore elettrico stesso e le ruote (anteriore o posteriore).
Il tipo di trasmissione può essere, specificatamente ma non limitatamente:
- a ingranaggi
- a catena
- a cinghia
- a cinghia dentata
Inoltre può permettere la variazione del rapporto di trasmissione stesso.
Per ogni gruppo motore-riduttore-generatore vi à ̈ al minimo un motore elettrico con la doppia funzione di motore e generatore.
Di seguito à ̈ riportata la descrizione dettagliata di una soluzione preferita, a titolo indicativo ma non limitativo.
Le figure illustrano:
- fig.1: motociclo nella sua totalità in vista prospettica
- fig.2: dettaglio in vista laterale della trasmissione secondaria posteriore, del retrotreno, del gruppo motore-riduttore-posteriore
- fig.3: esploso del gruppo motore-riduttore-generatore anteriore
- fig.4: esploso in vista prospettica della trasmissione secondaria posteriore, del retrotreno, del gruppo motore-riduttore-posteriore
- fig.5: dettaglio fissaggio gruppo motore-riduttore-generatore per tenditore catena
- fig.6: schema alternativo gruppo motore-riduttore-generatore anteriore - fig.7: schema alternativo gruppo motore-riduttore-generatore anteriore - fig.8: schema alternativo gruppo motore-riduttore-generatore posteriore Il trovato à ̈ illustrato in fig. 1, che mostra un motociclo costituito da un corpo centrale (10), da un avantreno (1), da un retrotreno (6), una sella (13) atta a supportare il pilota.
L’avantreno (1) à ̈ vincolato girevolmente al corpo centrale (10) lungo l’asse (A-A) per permettere le funzioni di manovra del motociclo.
I modi di vincolo sull’asse A-A possono essere vari e sono inessenziali al fine della descrizione nel presente trovato.
L’avantreno (1) à ̈ altresì vincolato al corpo centrale (10) in modo da poter svolgere la funzione sospensiva di isolamento del motociclo dalle sollecitazioni provenienti dal terreno; anche in questo caso i modi di vincolo sono vari e la loro descrizione à ̈ inessenziale ai fini del trovato.
Il corpo centrale porta il motore a combustione interna (3), il serbatoio del carburante (8), il gruppo di accumulatori (5), la centralina elettronica di controllo (9).
Nella realizzazione illustrata in fig.1 anche il gruppo motore-riduttoregeneratore posteriore (4) Ã ̈ supportato dal corpo centrale (10).
L’avantreno (1) sopporta il gruppo motore-riduttore-generatore (2) che trasmette il moto alla ruota anteriore (11).
Il retrotreno (6) à ̈ vincolato al corpo centrale (10) in modo da poter svolgere la funzione sospensiva di isolamento del motociclo dalle sollecitazioni provenienti dal terreno; anche in questo caso i modi di vincolo sono vari e la loro descrizione à ̈ inessenziale ai fini del trovato.
Il motore-riduttore-generatore (4) ed il motore a combustione interna (3) trasmettono il moto alla ruota posteriore tramite la catena di trasmissione (14) (vedere fig.2).
Il motore a combustione interna integra al suo interno tutto il gruppo cambio di velocità e frizione, la cui descrizione non à ̈ essenziale ai fini del presente trovato.
Nelle fig.2 e fig.4 Ã ̈ illustrato un caso realizzativo preferito di trasmissione tra motore a combustione interna, gruppo motore-riduttore-generatore e ruota posteriore: il motore a combustione interna (3) trasmette il moto al pignone (17), il pignone (17) Ã ̈ collegato alla corona (15) tramite la catena a rulli (14), detta catena ingrana anche il pignone (16) che riceve e trasmette il moto al gruppo motore-riduttore-generatore (4), la corona (15) Ã ̈ connessa e trasmette coppia motrice alla ruota posteriore (12).
Nella suddetta configurazione il motore-riduttore-generatore (4) ruota in verso opposto alla ruota posteriore (12).
Fig.3 illustra un caso realizzativi preferito del gruppo motore-riduttoregeneratore anteriore (2) anteriore dove: il rotore (25) à ̈ alloggiato nello statore (26) per formare il motore elettrico, l’albero motore (27), rigidamente vincolato al rotore (25) trasmette il moto all’ingranaggio conduttore (20), esso trascina l’ingranaggio condotto (21) cui à ̈ vincolato l’albero secondario (22) che ruota sui supporti (23) e (24). L’albero secondario (22) supporta e trascina in rotazione la ruota anteriore (11).
Nei motocicli attuali la catena di trasmissione necessita di operazioni di manutenzione quali la regolazione della tensione dopo un certo numero di ore di funzionamento.
Tale operazione à ̈ compiuta agendo su tensionatori meccanici basati sul principio di variazione della posizione del perno ruota posteriore: questo implica che dopo il ritensionamento della catena alcune quote ciclistiche sono variate (interasse tra le ruote, posizione del perno ruota rispetto alle sospensioni e così via); questo porta, nei casi estremi come in quello di veicoli sportivi o da competizione, a dover modificare altre quote ciclistiche per garantire le reazioni alla guida volute dal pilota del veicolo stesso.
Fig.5 illustra l’uso del sistema di trasmissione e riduzione del moto al retrotreno per regolare la tensione della catena di trasmissione: come già mostrato tale catena di trasmissione (14) ingaggia il pignone motore (17), il pignone motoreriduttore-generatore (16) e la corona posteriore (15), il suddetto motoreriduttore-generatore (4) à ̈ fissato al motore a combustione interna (3) tramite le asole (28) che permettono il riposizionamento dello stesso lungo l’asse B-B in modo da poter regolare la tensione della catena di trasmissione (14).
Questo schema permette al motociclo di avere un assetto costante anche dopo l’intervento di ritensionamento della catena. Inoltre permette di ridurre il numero di componenti dell’intero motoveicolo poiché un solo gruppo funzionale svolge 2 funzioni, nel caso di utilizzo di schema costruttivo ibrido.
Fig.6 mostra una soluzione alternativa, non limitativa, preferita del sistema di riduzione e trasmissione del moto nel gruppo motore-riduttore-generatore anteriore. Il suddetto gruppo (2) à ̈ costituito da un involucro esterno (34) con funzioni strutturali di sostegno agli organi meccanici e di vincolo sul corpo centrale (10), da un mozzo (32) su cui à ̈ fissato solidamente un ingranaggio conico (33), da un motore elettrico (28) che muove un secondo ingranaggio conico (30), da un secondo motore elettrico (29) che muove un terzo ingranaggio conico (31). Il mozzo (32) porta solidamente la ruota (11) a trasmettere il moto a terra.
I motori elettrici (28)(29) forniscono potenza agli ingranaggi conici (31)(32) che ruotano sull’asse C-C, queste ultime trasmettono il moto all’ingranaggio conico (33); il suddetto ingranaggio (33) à ̈ vincolato solidamente e trasmette il moto al mozzo (32) che à ̈ vincolato in modo tale da ruotare sull’asse B-B; seguendo questo flusso la potenza arriva alla ruota o, viceversa, dalla ruota à ̈ trasmessa ai motori elettrici, che in questo modo fungono da generatori. Per ragioni cinematiche gli ingranaggi (30)(31) devono ruotare in verso opposto. Tale schema può essere variato specificando che gli ingranaggi (31) e (32) possono non avere lo stesso diametro in modo da non avere lo stesso rapporto di riduzione per ogni motore. Ciò implica regimi di lavoro diversi per i due motori e fa si di ampliare l’intervallo ottimo di rendimento dell’assieme sia come motore che come generatore.
Fig.7 mostra una soluzione alternativa, non limitativa, preferita del sistema di riduzione e trasmissione del moto nel gruppo motore-riduttore-generatore anteriore. Il suddetto gruppo (2) Ã ̈ costituito da un telaio (42), con funzioni strutturali di sostegno agli organi meccanici e di vincolo sul corpo centrale (10), da un mozzo (39) su cui sono fissati solidamente gli ingranaggi conici (40)(41), da un motore elettrico (35) che muove un ingranaggio conico (38), da un secondo motore elettrico (36) che muove un ingranaggio conico (37). Il mozzo (39) porta solidamente la ruota (11) a trasmettere il moto a terra.
I motori elettrici (35)(36) forniscono potenza agli ingranaggi conici (38)(37) che ruotano rispettivamente sugli assi D-D e E-E, questi ultimi trasmettono il moto, rispettivamente, a gli ingranaggi conici (41) e (40); i suddetti ingranaggi (41)(40) sono vincolati solidamente e trasmettono il moto al mozzo (39) che à ̈ vincolato in modo tale da ruotare sull’asse F-F; seguendo questo flusso la potenza arriva alla ruota o, viceversa, dalla ruota à ̈ trasmessa ai motori elettrici, che in questo modo fungono da generatori. Per ragioni cinematiche gli ingranaggi (38)(37) devono ruotare in verso opposto.
Tale schema può essere variato specificando che gli ingranaggi (38) e (37) possono non avere lo stesso diametro, così pure gli ingranaggi (41) e (40), in modo da non avere lo stesso rapporto di riduzione per i 2 motori. Ciò implica regimi di lavoro diversi per i due motori e fa si di ampliare l’intervallo ottimo di rendimento dell’assieme sia come motore che come generatore.
Fig.8 mostra una soluzione, alternativa non limitativa, preferita del sistema di riduzione e trasmissione del moto nel gruppo motore-riduttore-generatore posteriore.
Nella soluzione illustrata in fig.4 e fig.2 il gruppo motore-riduttore-generatore à ̈ posto a valle del motore a combustione interna ovvero a valle del cambio di velocità ; invece nella soluzione di fig.7 esso à ̈ posto a monte del cambio di velocità .
Il motore a combustione interna (che abbiamo considerato, per le precedenti descrizioni, assieme unico con il cambio di velocità ) trasmette il moto alla frizione (46) tramite il pignone (45) e la corona (44) solidale alla suddetta frizione, tale corona (45) riceve il moto anche dal secondo pignone (43) che a sua volta à ̈ mossa dal gruppo motore-generatore-riduttore (4); le logiche di gestione rimangono le medesime già esposte.
Lo schema costruttivo globale illustrato, con le varie declinazioni, consente di ottimizzare il recupero di energia in frenata, in sintesi l’efficienza energetica del sistema.
Inoltre la possibilità di impiegare l’energia recuperata (o già immagazzinata negli accumulatori) tramite i motori elettrici in accelerazione aumenta la potenza resa alle ruote.
Inoltre utilizzare i motori elettrici per convertire l’energia immagazzinata negli accumulatori consente di avere erogazione di potenza aggiuntiva nella fase in cui il motore a combustione interna à ̈ più deficiente.
Associare i motori elettrici ai riduttori consente di ottenere assiemi più leggeri e compatti dei tradizionali motori ad alta erogazione di coppia, con vantaggi di maneggevolezza del motoveicolo.
Inoltre la caratteristica degli schemi costruttivi in cui il motore elettrico ruota in verso opposto alle ruote riduce i momenti giroscopici del veicolo, anche questa caratteristica aumenta la maneggevolezza del motoveicolo.
Claims (1)
- Rivendicazioni 1. Motociclo in cui siano presenti almeno a) 1 motore-riduttore-generatore meccanicamente collegato alla ruota anteriore b) 1 motore- riduttore-generatore meccanicamente collegato alla ruota posteriore c) 1 motore a combustione interna d) 1 accumulatore di energia in forma chimica o meccanica o elettrostatica e) 1 sistema di controllo e gestione delle funzioni di a), b), c), d). Con a) e b) caratterizzati dal fatto di essere ognuno costituito da almeno un motore elettrico, dove uno o la pluralità di tali motori elettrici sono collegati alla ruota competente tramite una trasmissione che può essere a: - a ingranaggi - a catena - a cinghia - a cinghia dentata Per cui vale la dicitura motore-riduttore-generatore 2. Motociclo di cui al punto 1 nel quale il gruppo a) à ̈ alloggiato a bordo dell’avantreno. 3. Motociclo di cui al punto 1 nel quale il gruppo b) à ̈ alloggiato a bordo del gruppo motore a combustione interna; intendendo come gruppo motore a combustione interna l’assieme del medesimo, del cambio di velocità , della frizione, degli accessori e della relativa struttura di sostegno. 4. Motociclo di cui al punto 1 nel quale il motore-riduttore-generatore anteriore à ̈ definito come riportato in fig.3 dove: il rotore (25) à ̈ alloggiato nello statore (26) per formare il motore elettrico, l’albero motore (27), rigidamente vincolato al rotore (25) trasmette il moto all’ingranaggio conduttore (20), esso trascina l’ingranaggio conduttore (21) cui à ̈ vincolato l’albero secondario (22) che ruota sui supporti (23) e (24). L’albero secondario (22) supporta e trascina in rotazione la ruota anteriore (11). 5. Motociclo di cui al punto 1 nel quale il motore-riduttore-generatore anteriore à ̈ definito come in Fig.6, descritto di seguito: il gruppo (2) à ̈ costituito da un involucro esterno (34) con funzioni strutturali di sostegno agli organi meccanici e di vincolo sul corpo centrale (10), da un mozzo (32) su cui à ̈ fissato solidamente un ingranaggio conico (33), da un motore elettrico (28) che muove un secondo ingranaggio conico (30), da un secondo motore elettrico (29) che muove un terzo ingranaggio conico (31). Il mozzo (32) porta solidamente la ruota (11) a trasmettere il moto a terra. I motori elettrici (28)(29) forniscono potenza agli ingranaggi conici (31)(32), non necessariamente uguali tra loro, che ruotano sull’asse C-C, queste ultime trasmettono il moto all’ingranaggio conico (33); il suddetto ingranaggio (33) à ̈ vincolato solidamente e trasmette il moto al mozzo (32) che à ̈ vincolato in modo tale da ruotare sull’asse B-B. 6. Motociclo di cui al punto 1 nel quale il motore-riduttore-generatore anteriore à ̈ definito come in Fig.7, descritto di seguito: il gruppo (2) à ̈ costituito da un telaio (42), con funzioni strutturali di sostegno agli organi meccanici e di vincolo sul corpo centrale (10), da un mozzo (39) su cui sono fissati solidamente gli ingranaggi conici (40)(41), non necessariamente uguali, da un motore elettrico (35) che muove un ingranaggio conico (38), da un secondo motore elettrico (36) che muove un ingranaggio conico (37); con (38) e (37) non necessariamente uguali. Il mozzo (39) porta solidamente la ruota (11) a trasmettere il moto a terra. I motori elettrici (35)(36) forniscono potenza agli ingranaggi conici (38)(37) che ruotano rispettivamente sugli assi D-D e E-E, questi ultimi trasmettono il moto, rispettivamente, a gli ingranaggi conici (41) e (40); i suddetti ingranaggi (41)(40) sono vincolati solidamente e trasmettono il moto al mozzo (39) che à ̈ vincolato in modo tale da ruotare sull’asse F-F. 7. Motociclo di cui al punto 1 nel quale i rotori dei motori facenti parte dei 2 gruppi a) e b) siano controrotanti rispetto alle ruote. 8. Motociclo di cui ai punto 1 nel quale il gruppo b) à ̈ collegato alla ruota posteriore tramite catena di trasmissione. 9. Motociclo di cui al punto 1 nel quale il motore-riduttore-generatore posteriore à ̈ definito come illustrato nelle fig.2 e fig.4: il motore a combustione interna (3) trasmette il moto al pignone (17), il pignone (17) à ̈ collegato alla corona (15) tramite la catena a rulli (14), detta catena ingrana anche il pignone (16) che riceve e trasmette il moto al gruppo motore-riduttore-generatore (4), la corona (15) à ̈ connessa e trasmette coppia motrice alla ruota posteriore (12). 10. Motociclo di cui ai punti 1, 6 e 9 nel quale il gruppo b) svolge funzione di regolazione tensione catena di trasmissione.
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