ITPN990039A1 - Sistema perfezionato di propulsione ibrida e veicolo semoventecosi' azionato - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo : “Sistema perfezionato di propulsione ibrida e veicolo semovente così azionato”

Settore di appartenenza del’invenzione

La presente invenzione riguarda un sistema a propulsione ibrida, in cui le ruote motrici di un veicolo semovente possono essere azionate sia da un motore elettrico di trascinamento alimentato da una batteria ricaricabile sia da un motore endotermico.

Un tipico, anche se non l’unico, esempio di veicolo semovente idoneo all’impiego di questo sistema di propulsione è costituito dalle motospazzatrici, ossia macchine usate per pulire ampie superfci all’aperto (dove spesso viene utilizzato preferibilmente il motore a combustione interna) e al chiuso (dove viene utilizzato esclusivamente il motore elettrico).

Stato dell’arte

Nella domanda di brevetto EP-A-0 887 222 è presentato un moderno veicolo semovente il cui sistema di propulsione ibrida comprende :

- una batteria ricaricabile,

- un cosiddetto motore di trascinamento, costituito da un convenzionale motore elettrico a corrente continua, per azionare sia le ruote motrici che le spazzole, - un motore endotermico,

- un motore a magneti permanenti, collegato in rotazione col motore endotermico,

- mezzi di controllo che sono anche atti a rivelare lo stato di carica della batteria.

In condizioni di funzionamento a batteria, il motore endotermico è spento e il movimento del veicolo è assicurato dal suddetto motore elettrico di trascinamento, alimentato dalla stessa batteria.

I mezzi di controllo, quando in un prolungato funzionamento a batteria rilevano che la carica di questa risulta è scesa sotto un prefissato livello, ne deviano la corrente sul motore a magneti permanenti che cosi, essendo collegato in rotazione col motore endotermico, agisce come motore di avviamento di quest’ultimo.

Dopo lavviamento è il motore endotermico che trascina in rotazione il motore a magneti permanenti per cui questo agisce come un generatore di una corrente elettrica che alimenta il motore di trascinamento per assicurare il funzionamento del veicolo. L’eventuale surplus di corrente generata dal motore a magneti permanenti, rispetto all’effettivo assorbimento da parte del motore di trascinamento, viene utilizzato per la ricarica della batteria.

Non appena la batteria si è riportata alla carica nominale, i detti mezzi di controllo causano lo spegnimento automatico del motore endotermico e il veicolo riprende a funzionare normalmente a batteria come descritto più sopra

Quando il veicolo, durante il funzionamento del motore endotermico, si trova in condizioni di lavoro particolarmente gravose, ad es. deve superare una rampa, i mezzi di controllo assicurano che il motore di trascinamento sia contemporaneamente alimentato dalla corrente generata dal motore a magneti permanenti e dalla corrente fornita dalla batteria. Grazie alla funzione tampone che in queste circostanze svolge la batteria, sulle ruote motrici diventa cosi disponibile una potenza maggiorata che consente al veicolo di superare l’ostacolo.

A fronte di innegabili vantaggi costruttivi e funzionali, questo noto sistema di propulsione ibrida presenta un primo inconveniente dovuto al fatto che il motore a magneti permanenti funziona per avviare il motore endotermico, ricaricare la batteria e fornire una quota parte (più o meno importante, a seconda del livello di carica della batteria) dell’energia necessaria al funzionamento del veicolo. In altre parole il motore a magneti permanenti, che è un componente particolarmente utile ma anche costoso, funziona al massimo delle sue potenzialità soltanto quando la batteria è poco carica , ciò che penalizza lefficienza complessiva del sistema.

Inoltre, nel noto sistema, la batteria non solo è soggetta a ripetute fasi di scarica e carica ma rischia di arrivare a scaricarsi completamente se, dopo l’esaurimento del combustibile, il conducente del veicolo non provvede rapidamente al rifornimento, in quanto alimenta anche il motore a magneti permanenti, che forzatamente trascina in rotazione il motore endotermico. A parte limpossibilità di terminare il lavoro, si ha un doppio inconveniente cioè la necessità di avviare il motore endotermico solo manualmente, dopo rifornimento del combustibile, e di ricaricare la batteria con un caricabatterie esterno al veicolo.

Sintesi dell'invenzione

Scopo della presente invenzione è presentare un sistema di propulsione ibrida avente una elevata efficienza e privo dei suddetti inconvenienti nonché un veicolo semovente equipaggiato con questo sistema di propulsione.

Un sistema di propulsione e un veicolo semovente con le caratteristiche delle successive rivendicazioni consentono di ottenere questo scopo.

Descrizione di una preferita forma di esecuzione

Per permetterne una migliore comprensione, viene qui sotto descritta una preferita ma non esclusiva forma di esecuzione dell’ invenzione con riferimento all’allegato disegno di uno schema a blocchi di un sistema di propulsione utilizzato in una motospazzatrice in quattro diverse configurazioni di funzionamento:

- figura 1 è relativa al funzionamento del sistema a batteria;

- figura 2 è relativa all’avviamento del motore endotermico;

- figura 3 è relativa al funzionamento del sistema col motore endotermico; - figura 4 è relativa al funzionamento del sistema in condizioni di lavoro gravose.

Un sistema di propulsione ibrida secondo l’invenzione consiste sostanzialmente in :

- un motore endotermico 1 , a ciclo Otto o Diesel;

- un motore a magneti permanenti 2 che è direttamente collegato in rotazione col motore endotermico 1 ;

- una batteria 3;

- mezzi di controllo che comprendono una scheda elettronica a microprocessore 8, un primo e un secondo teleruttore 4, 5 normalmente aperti e un relè a scambio 6;

- un motore elettrico a corrente continua 7, qui denominato motore di trascinamento per azionare sia le ruote motrici che le spazzole pulitrici;

- un interruttore generale 9, azionabile dal conducente e posto sul cruscotto 12 della motospazzatrice dove si trovano anche, in serie all’ interruttore 9, un visualizzatore 13 del valore della tensione ai poli 3P e 3N della batteria 3.

La bobina del secondo teleruttore 5 è inserita in un circuito collegato con la scheda a microprocessore 8 e collegata in serie con linterruttore unipolare 11 di avviamento del motore endotermico 1 e con la bobina del relè a scambio 6. Quest’ultimo comprende un contatto comune 60, collegato in serie allinterruttore generale 9 mediante un conduttore 69, e due contatti alternativi 61 e 62 collegati a altre parti del circuito come spiegato più sotto. A sua volta la bobina de! primo teleruttore 4 è collegata con linterruttore generale 9 e con la scheda a microprocessore 8 mediante conduttori che per semplicità non sono mostrati.

I primi contatti fissi 41, 51 rispettivamente del primo teleruttore 4 e del secondo teleruttore 5 sono collega fra loro mediante un primo conduttore 45. Il secondo contatto fisso 42 de! primo teleruttore 4 è collegato mediante un secondo conduttore 46 al primo contatto fisso 61 del relè a scambio 6 mentre il secondo contatto fisso 62 di questo è collegato mediante un terzo conduttore 67 al polo positivo 7P del motore di trascinamento 7. Il secondo contatto fisso 52 del secondo teleruttore 5 è invece collegato col polo positivo 2P del motore a magneti permanenti 2 mediante un quarto conduttore 25.

I suddetti componenti elettrici sono ulteriormente collegati fra loro come segue :

- i poli negativi 2N del motore a magneti permanenti 2 e 3N della batteria 3 mediante un quinto conduttore 32;

- lo stesso polo negativo 3N della batteria 3 col polo negativo 8N della scheda elettronica 8 mediante un sesto conduttore 38;

- i poli negativi 8N della scheda a microprocessore 8 e 7N del motore di trascinamento 7 mediante un settimo conduttore 78;

- il polo positivo 7P dello stesso motore di trascinamento 7 col polo positivo 8P della scheda elettronica 8 mediante un ottavo conduttore 87;

- lo stesso polo positivo 8P della scheda elettronica 8 col già menzionato primo contatto fisso 41 del primo teleruttore 4 mediante un nono conduttore 48;

- il secondo contatto fisso 42 dello stesso primo teleruttore 4 col polo positivo 3P della batteria 3 mediante un decimo conduttore 34.

Infine, fra il primo tratto del detto nono conduttore 48 e il tratto terminale del detto decimo conduttore 34 è interposto un diodo 10 in modo che il suo anodo 10A si trovi sul conduttore 48 e il catodo 10K sul conduttore 34.

Descrizione del funzionamento

Di regola, il funzionamento della motospazzatrice è a batteria, a cui corrisponde la configurazione del sistema di propulsione mostrata in figura I. Per realizzare questo funzionamento il conducente gira la chiave sul cruscotto 12 per chiudere Γ interruttore generale 9 e collegare fra loro i contatti 60 e 61 del relè a scambio 6. Soltanto la bobina del primo teleruttore 4 viene cosi eccitata per cui la sua armatura si chiude sui contatti fissi 41 e 42 mettendo in collegamento il polo positivo 3P della batteria 3 col polo positivo 7P del motore di trascinamento 7 attraverso i conduttori 34, 48, 87. Poiché i poli negativi 3N e 7N sono collegati fra loro mediante i conduttori 38 e 78, il motore di trascinamento 7 riceve dalla sola batteria 3 la corrente necessaria per il funzionamento della motospazzatrice, come mostrato dalle frecce FB. Mediante gli stessi conduttori 34, 48 e 38 la scheda a microprocessore 8 tiene costantemente sotto controllo la tensione ai poli 3N e 3P della batteria 3 e l’indicazione del suo valore viene trasferita al visualizzatore 13 attraverso i conduttori 46, 69 e i contatti 61, 60 del relè a scambio 6.

Secondo una caratteristica dell’invenzione, durante questa configurazione di funzionamento del sistema di propulsione, la scheda a microprocessore 8, non appena riscontra che la tensione ai poli 3N, 3P della batteria 3 è scesa al disotto di un prestabilito limite di sicurezza, diseccita la bobina del primo teleruttore 4 staccandone l’armatura dai contatti fissi 41 e 42 in modo da provocare l’immediato arresto del motore di trascinamento 7 e quindi della motospazzatrice. Il conducente vede indicato sul visualizzatore 13 questo basso valore di tensione della batteria 3 e avvia la procedura di avviamento del motore endotermico 1 decidendo se proseguire il lavoro facendo funzionare la motospazzatrice col solo motore endotermico 1, come spiegato più sotto, oppure se ricorrere a un tradizionale caricabatterie (esterno al veicolo) per riportarne la tensione al valore nominale prima di proseguire il lavoro col funzionamento a batteria.

Per avviare il motore endotermico 1 il conducente deve chiudere a mano l’interruttore 11 che si trova sui cruscotto 12 per cui la bobina del relè a scambio 6 collega fra loro i contatti 60 e 62 e, attraverso i già menzionati collegamenti con la scheda a microprocessore 8, eccita le bobine di entrambi i teleruttori 4 e 5. Le loro armature si chiudono cosi sui rispettivi contatti fissi 41, 42 e 51, 52 e il sistema di propulsione assume la configurazione di funzionamento mostrata in figura 2. In questo modo la batteria 3 e il motore a magneti permanènti 2 sono collegati non solo attraverso il conduttore 32 fra i poli negativi 3N e 2N ma anche attraverso i conduttori 34, 45, 25 fra i rispettivi poli positivi 3P e 2P, pertanto il motore a magneti permanenti 2 si trova alimentato dalla batteria 3 - come indicato dal senso delle frecce FA - e, dopo lo spunto, trascina in rotazione l’associato motore endotermico 1 causandone l’avviamento.

Non appena arrivato a regime, il motore endotermico 1 trascina in rotazione il motore a magneti permanenti 2 e la tensione ai suoi poli 2P, 2N supera quella ai poli 3P, 3N della batteria 3. Attraverso gli stessi conduttori 48, 45, 25 e rispettivamente 38, 32 la scheda a microprocessore 8 passa così a tenere sotto controllo la tensione ai poli 2P, 2N del motore a magneti permanenti 2 e, contestualmente, diseccita la bobina del primo teleruttore 4 mentre mantiene eccitata la bobina del secondo teleruttore 5. Conseguentemente i contatti fìssi 41, 42 del primo restano scollegati l’uno dall’altro mentre rimangono collegati i contatti fissi 51, 52 del secondo e il sistema di propulsione assume la configurazione mostrata in figura 3. La moto spazzatrice funziona cosi ad opera del motore di trascinamento 7, alimentato dalla corrente (indicata con le frecce FM) generata dal motore a magneti permanenti 2 in un circuito che va dal polo positivo 2P al polo negativo 2N attraverso i conduttori 25, 45, 48, 87, e 32, 38, 78.

Secondo un’importante caratteristica dell’invenzione, per tutto il tempo in cui la configurazione di funzionamento del sistema di propulsione è quella mostrata in figura 3, la scheda a microprocessore 8 mantiene sotto controllo la tensione ai poli 2P, 2N del motore a magneti permanenti 2 attraverso gli stessi conduttori 25, 45, 48, 87, 67 e rispettivamente 32, 38. Il valore di questa tensione rimane indicato sul visualizzatore 13 del cruscotto 12, grazie ai conduttore 67, 69 e al relè a scambio chiuso sui contatti 60, 62 e al fatto che l' interruttore generale 9 continua a restare chiuso.

Nel caso di esaurimento del combustibile, che provoca l’arresto del motore endotermico 1 e conseguentemente anche del motore a magneti permanenti 2, si interrompe il collegamento fra quest’ultimo e la batteria 3 a causa del fatto che la bobina del primo teleruttore 4 non è eccitata. Naturalmente, la polarizzazione del diodo 10 è tale da impedire una corrente dal conduttore 34, ossia dal polo positivo 3P della batteria 3, al conduttore 48.

Durante il funzionamento del motore endotermico 1, ossia nella configurazione di funzionamento del sistema di propulsione mostrato in figura 3, l’eventuale surplus di corrente generata dal motore a magneti permanenti 2 rispetto a quella effettivamente assorbita dal motore di trascinamento 7 viene trasferito al polo positivo 3P della batteria 3, a partire dal primo contatto fisso 41 del primo teleruttore 4, attraverso il primo tratto del conduttore 48, il diodo 10 e il tratto terminale del conduttore 34, come mostrato dalle frecce FR. Anche in questa situazione la polarizzazione del diodo 10 impedisce che la batteria 3, una volta che la sua tensione è stata riportata al valore nominale, disperda corrente a partire dal suo polo positivo 3P.

L’insorgere di condizioni di lavoro gravose della motospazzatrice (ad es. causate di un tratto in salita dell’area da pulire) comporta un’ovvia diminuzione della tensione ai poli 2P e 2N del motore a magneti permanenti 2 che, grazie ai collegamenti descritti piu sopra, la scheda a microprocessore 8 è in grado di rilevare senza ritardi e che, naturalmente, viene anche indicata sul visualizzatore 13. Se la detta tensione scende al disotto del già menzionato limite di sicurezza per una durata di tempo più che istantanea, la stessa scheda a microprocessore 8 comanda l’eccitazione della bobina del primo teleruttore 4, pur mantenendo eccitata la bobina del secondo teleruttore 5, senza necessità di intervento da parte del conducente.

Il sistema di propulsione assume cosi la configurazione di funzionamento mostrata in e figura 4 in cui al primo contatto fisso 41 del primo teleruttore 4 giungono sia la corrente generata dal motore a magneti permanenti 2 lungo i conduttori 25, 45 (indicata dalle frecce FM) sia la corrente erogata dal polo positivo 3P della batteria 3 attraverso il conduttore 34 (indicata dalle frecce FS). Conseguentemente attraverso i conduttori 48 e 87 al polo positivo 7P del motore di trascinamento 7 perviene una corrente maggiorata (indicata dalle frecce FM FS) rispetto a quella relativa alla precedente configurazione, che è quella relativa a normali condizioni di lavoro della motospazzatrice. Questa corrente maggiorata fornisce cosi al motore di trascinamento 7 il surplus di potenza necessario perché la motospazzatrice svolga il suo lavoro anche in condizioni gravose.

Non appena queste condizioni di lavoro gravose vengono a cessare, col conseguente ritorno della tensione ai poli 2N, 2P del motore a magneti permanenti 2 a un valore normale superiore al menzionato limite inferiore di sicurezza, che viene subito rilevato dalla scheda a microprocessore 8. Sempre senza alcun intervento da parte dei conducente, la scheda a microprocessore 8 diseccita quindi la bobina del solo primo teleruttore 4, aprendone l’armatura, mentre lascia eccitata la bobina del secondo teleruttore 5. La configurazione di funzionamento del sistema di propulsione è nuovamente quella della figura 3, già descritta più sopra per cui non necessita un’ulteriore spiegazione.

Vantaggi dell’ invenzione

Dalla precedente descrizione si deducono i seguenti vantaggi di un sistema di propulsione ibrida secondo l’invenzione :

- poiché la scheda a microprocessore 8 assicura un controllo voltmetrico (che è quello della tensione ai poli 3P, 3N della batteria 3 quando il funzionamento ed è invece la tensione ai poli 2P, 2N del motore a magneti permanenti 2 quando il funzionamento è assicurato dal motore endotermico), la costruzione del sistema di propulsione è particolarmente semplificata;.

- dal momento che le fluttuazioni della tensione sottoposta al suddetto controllo voltmetrico sono comunque minori di quelle della corrente che viene assorbita dal motore 7 di trascinamento, viene limitata la probabilità di ripetuti attacchi e stacchi del motore a magneti permanenti 2;

- grazie all’arresto immediato del motore di trascinamento 7 quando la tensione della batteria scende al disotto del prestabilito limite di sicurezza, viene eliminato il rischio che essa si scarichi completamente all’insaputa del conducente;

- non occorrono componenti specifici (i cosiddetti indicatori di livello) per indicare l’esaurimento del combustibile impiegato dal motore endotermico 1, dato che il sistema di propulsione si arresta istantaneamente al’arresto del motore endotermico 1.

Anche se il sistema di propulsione ibrida qui sopra descritto si riferisce specificamente a una motospazzatrice, resta inteso che esso è idoneo all’uso anche su altri veicoli semoventi.

Resta inoltre inteso che questo sistema di propulsione ibrida potrà anche essere attuato in altre forme e varianti rispetto alla forma di esecuzione descritta qui sopra, per esempio al posto de! motore a magneti permanenti 2 potrà essere usato un altro tipo di macchina elettrica reversibile e altri componenti elettromeccanici o allo stato solido potranno prendere il posto dei teleruttori 4, 5 e del relè a scambio 6. Anche queste altre forme di esecuzione e varianti sono, ovviamente, anch'esse protette dal presente brevetto

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di propulsione ibrido per un veicolo semovente comprendente : - un motore (1) endotermico collegato in rotazione con una macchina elettrica reversibile (2) - una batteria ricaricabile (3) - un motore elettrico di trascinamento (7) alimentable selettivamente dalla corrente proveniente dalla batteria (3) e/o generata dalla detta macchina elettrica reversibile (2) quando questa è messa in rotazione dal motore endotermico (1) - mezzi di controllo (8) - primi mezzi di commutazione (4, 5) comandati dai detti mezzi di controllo (8) per il collegamento selettivamente della batteria (3) col motore elettrico di trascinamento (7) e/o con la macchina elettrica reversibile (2), caratterizzato dal fatto che, quando il motore di trascinamento (7) è alimentato dalla corrente proveniente dalla batteria (3), i detti mezzi di controllo (8) controllano in modo continuo la tensione ai poli (3P, 3N) della batteria (3) mentre, quando il motore di trascinamento (7) è alimentato almeno parzialmente dalla corrente generata dalla detta macchina elettrica reversibile (2), gli stessi mezzi di controllo (8) controllano in modo continuo la tensione ai poli (2P, 2N) della macchina elettrica reversibile (2).
2. 2. Sistema di propulsione ibrido secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di controllo (8) disattivano automaticamente i detti primi mezzi di commutazione (4, 5), in modo da interrompere il collegamento fra la batterìa (3) e la macchina elettrica reversibile (2), quando la tensione da essi stessi rilevata risulta essere inferiore a un valore limite prestabilito
3. 3. Sistema di propulsione ibrido secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che, dopo la detta interruzione automatica del collegamento fra la batteria (3) e la macchina elettrica reversibile (2), lavviamento del motore endotermico (1) può avere luogo solo con una temporanea attivazione dei detti primi mezzi di commutazione (4, 5), dovuta all’azionamento volontario di secondi mezzi di commutazione (11) collegati coi detti mezzi di controllo (8), che stabilisce il collegamento fra la batteria (3) e la macchina elettrica reversibile (2).
4. 4. Sistema di propulsione ibrido secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i detti secondi mezzi di commutazione comprendono un interruttore manuale (11).
5. 5. Sistema di propulsione ibrido secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi circuitali (87, 67, 69) che sono atti a trasferire il valore della tensione rilevata dai mezzi di controllo (8) a mezzi visualizzatori (13).
6. 6. Sistema di propulsione ibrido secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un mezzo polarizzato (10) atto a impedire una corrente diretta dalla macchine elettrica reversibile (2) alla batteria (3).
7. 7. Sistema di propulsione ibrido secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dai fatto che la macchina elettrica reversibile (2) consiste in un motore a magneti permanenti o un dinamotore.
8. 8. Veicolo semovente, preferibilmente motospazzatrice, caratterizzato dal fatto di essere equipaggiato con un sistema di propulsione ibrido secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7.