ITRM20090441A1 - Comando ad attuatore lineare elettromagnetico per cambio meccanico - Google Patents

Description

COMANDO AD ATTUATORE LINEARE ELETTROMAGNETICO PER

CAMBIO MECCANICO

Descrizione

La presente invenzione si riferisce ad un comando ad attuatore lineare per cambio, ovvero ad cambio fornito di un comando ad attuatore lineare di tipo elettromagnetico, adatto ad essere montato su qualsiasi veicolo che richiede un cambio di tipo meccanico sequenziale, ma in particolare su un veicolo leggero come un kart, dove vigono specifiche esigenze in fatto di peso, posizionamento ed ingombro.

L’impiego di attuatori lineari di tipo elettromagnetico come comando di cambi è noto, ad esempio dalla domanda di brevetto USA No.

2008/0220930.

La maggiore difficoltà in questo tipo di utilizzo risiede nell’ottenere un rapporto vantaggioso tra forza esercitata dall’attuatore e peso, ovvero dimensioni, dell’attuatore stesso.

Infatti, l’attuatore deve esercitare una forza sufficiente da vincere, nel minor tempo possibile, le forze delle molle interne al cambio e le resistenze degli ingranaggi.

Tuttavia, la potenza nominale di un attuatore lineare è sostanzialmente proporzionale al suo peso e quindi alle sue dimensioni, e quindi l’adozione di un attuatore ingombrante comporta difficoltà di montaggio e di posizionamento, oltre a influenzare in negativo le prestazioni del veicolo per il rapporto peso\potenza.

Questo inconveniente è particolarmente sentito dove il peso e le dimensioni del veicolo sono ridotti al minimo, come nel settore dei kart.

Il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è di fornire un comando ad attuatore lineare elettromagnetico per cambio che consenta di ovviare all’inconveniente menzionato con riferimento alla tecnica nota.

Tale problema viene risolto da un comando come sopra specificato che si caratterizza per il fatto di comprendere mezzi di alimentazione elettrica dell’attuatore lineare atti a fornire corrente elettrica sotto forma di impulsi, tali consentire l’attuazione del cambio di marcia.

Il principale vantaggio del cambio secondo la presente invenzione risiede nel consentire l’impiego di attuatori lineari teoricamente sottodimensionati in quanto a potenza nominale, che però sono in grado di esercitare la forza richiesta per il tempo necessario ad eseguire il cambio di marcia. In particolare, è permesso l’impiego di attuatori di piccole dimensioni e di tensione nominale ridotta, ad esempio 6 V, al posto di attuatori più pesanti e con tensioni nominali di 12-24 V.

La presente invenzione verrà qui di seguito descritta secondo un suo esempio di realizzazione preferita, fornito a scopo esemplificativo e non limitativo con riferimento ai disegni annessi in<cui:>

• la figura 1 mostra una vista laterale e parziale del motore di un kart, in corrispondenza del quale è montato un cambio ed il relativo comando ad attuatore lineare elettromagnetico secondo la presente invenzione;

• la figura 2 mostra un primo schema del

circuito che alimenta il comando di figura 1;• la figura 3 mostra un secondo schema del

<circuito che alimenta il comando di figura 1;>• le figure 4a, 4b e 4c mostrano schematicamente

l’attuatore di figura 1, rispettivamente

secondo una vista frontale, laterale ed in

<pianta dal basso; e>

• le figure 5a, 5b, 5c e 5d mostrano

schematicamente una staffa di montaggio

dell’attuatore delle figure precedenti,

rispettivamente secondo una vista frontale,

laterale, in pianta dall’alto e assonometrica

dall’alto.

Con riferimento alla figura 1, viene mostrata la

zona motore 1 di un kart, rappresentata

schematicamente, che comprende un cambio meccanico

2 di tipo sostanzialmente convenzionale, entrambi

montati su una piastra di supporto 3, detta

convenzionalmente piastra motore.

Il comando del cambio 2 comprende un attuatore 4 di

tipo lineare elettromagnetico, collegato al cambio

2 mediante un’asta 5, capace di un’escursione

lineare bidirezionale, ovvero secondo una direzione

di allontanamento dall’attuatore 4 (upshift), per passare da una marcia inferiore ad una marcia superiore, ed una direzione di avvicinamento all’attuatore 4 (downshift), per passare da una marcia superiore ad una marcia inferiore.

L’attuatore 4 è sostanzialmente cilindrico, con l’asse orientato orizzontalmente e longitudinalmente rispetto al kart.

L’estremità prossimale dell’asta 5 è collegata allo stelo 6 dell’attuatore 4 mediante un giunto 7, mentre l’estremità distale dell’asta 5 è collegata alla leva 8 del cambio 2, di tipo oscillante.

L’attuatore 4 è rappresentato in particolare nelle figure 4a, 4b e 4c, in cui si può apprezzare che l’armatura esterna dell’attuatore presenta lateralmente un’uscita 9 per i cavi di alimentazione (figura 4b). Esso inoltre comprende una base di fissaggio 10 conformata a piastra, dotata di opportuni fori di fissaggio 11 (figure 4a e 4c).

L’attuatore 4 viene fissato direttamente alla piastra motore 3 mediante una staffa 12 (figure 5a, 5b, 5c e 5d) che definisce un vano di inserimento cilindrico grazie ad una coppia di morse anteriore 13 e posteriore 14. La morsa anteriore 13 è fissa ed è conformata in modo tale da accogliere l’estremità frontale dell’attuatore 4 ed il relativo stelo 6 che fuoriesce da un foro centrale 15.

La morsa posteriore 14 può invece essere stretta intorno al corpo dell’attuatore 4 grazie ad appositi bulloni non rappresentati.

La staffa 12 comprende inoltre un braccio di fissaggio 16 che è atto ad essere fissato in modo solidale alla piastra motore 3.

Il fissaggio dell’attuatore 4 mediante la staffa 12 alla piastra 3 viene attuato in modo da realizzare il corretto allineamento e posizionamento dello stelo 6 rispetto alla leva del cambio 8. Tale posizionamento si conserva anche quando la piastra motore 3 ed il motore 1 vengono smontati e poi rimontati sul kart, abbreviando i tempi di montaggio e smontaggio.

Inoltre, non deve essere più calibrata la posizione dell’attuatore 4 rispetto al cambio 2.

Ciò è possibile grazie alle ridotte dimensioni dell’attuatore 4.

L’attuatore 4 viene alimentato da una batteria 20 attraverso una centralina 21, che è collegata all’attuatore 4 e al controllo del cambio, che viene posizionato solitamente nei pressi del volante e che comprende una coppia di leve, rispettivamente per il cambio di marcia da inferiore a superiore (up) e per il cambio di marcia da inferiore a superiore (down).

Pertanto, alla centralina 21 potranno arrivare due tipi distinti di comando: up, che corrisponde al movimento upshift della leva del cambio, e down, che corrisponde al movimento downshift della leva del cambio. Le marce, ovvero i rapporti di trasmissione tra albero motore e ruote sono generalmente sei.

Tali comandi sono gestiti da due circuiti differenti nella centralina 21, rappresentati rispettivamente nelle figure 2 e 3.

La batteria 20 e la centralina 21, con i relativi cablaggi, costituiscono mezzi per l’alimentazione elettrica dell’attuatore lineare elettromagnetico. Con riferimento alla figura 2, il comando up è indicato come SW1 ed è costituito da un interruttore collegato ed azionato dalla leva del controllo del cambio.

Questo interruttore è collegato all'alimentazione proveniente dalla batteria 20 che, nel presente esempio, è a 14,8 V a corrente continua.

La tensione prodotta sul pin del circuito integrato indicato con 40106 inizia il processo logico gestito dalla centralina 21 che tramite le sue porte logiche e i tempi di carica del condensatore C6 e della resistenza variabile R6 è in grado di realizzare un impulso variabile che comanda il mosfet di potenza indicato con IRF4004, il quale invia un negativo temporaneo alla bobina dell' attuatore elettromagnetico, la quale si carica e muove il nucleo in avanti, spingendo così l'asta 5 collegata alla leva del cambio 8 del kart dell’escursione necessaria, ad esempio 15 mm, effettuando la cambiata a salire.

Mentre ciò accade, il circuito integrato 40106, in funzione del tempo e del ritardo stabilito dalla resistenza variabile R1, invia un negativo al micro relè che collega il pin del taglio corrente in ingresso alla bobina di accensione delle candele del kart, con una connessione a massa sulla carcassa motore.

Questo secondo processo genera un’interruzione temporanea del funzionamento della bobina che consente al pilota di cambiare marcia senza togliere il piede dall' acceleratore, poiché il taglio di corrente interrompe temporaneamente la forza che i due ingranaggi accoppiati nel cambio stanno esercitando uno contro l'altro e consente al cricchetto della leva di cambiare marcia agevolmente.

Il pilota può azionare un ulteriore comando, ad esempio a pulsante, per mettere il motore in folle. In questo caso, la posizione neutra si trova collocata tra la prima e la seconda marcia. Essa quindi si ottiene con un comando up a partire dalla prima marcia.

Il pulsante aziona una parte del circuito di figura 2, dove un pulsante doppio, ad esempio montato sul volante, stabilisce un'alimentazione temporanea del condensatore C8, dimensionato in modo tale da dimezzare i tempi di carica della bobina del comando UPSHIFT, ed alimenta l’attuatore 4 con un impulso di tensione attenuata, in modo che lo stelo 6 muova la leva del cambio 8 di un’escursione parziale a salire dalla prima, fino alla posizione neutra. Per passare dalla folle alla prima marcia è sufficiente dare al cambio un comando di DOWNSHIFT usando lo SW1 sul paddle montato sul volante, se poi il pilota vuole passare direttamente dalla folle alla seconda marcia (operazione che si utilizza nel Kart per le partenze a spinta) basta invece comandare al cambio un UPSHIFT con il pulsante SW2 posizionato sempre sul paddle montato sul volante.

Con riferimento alla figura 3, il pilota agisce sulla leva di comando down, che corrisponde all’interruttore SW1 connesso alla batteria da 14,8 V in corrente continua.

Questo comando inizia il processo comandato dal circuito integrato logico 40106 e, tramite la regolazione dei tempi con la resistenza variabile R6, viene inviato un impulso di corrente al mosfet indicato con IRFP4004, che comanda in positivo la bobina della parte download dell'attuatore elettromagnetico, la quale si carica e tira lo stelo 6 in modo da spostare, attraverso l’asta 5, la leva del cambio 8 in senso downshift dell’escursione necessaria per effettuare il cambio di marcia a scalare.

Utilizzando il suddetto attuatore con impulsi a 14,8 V, rispetto a una tensione nominale dell’attuatore 2 di 6 V con il comando ad impulsi gestito dalla centralina 21, è possibile ottenere invece dei 6,9 kg nominali dichiarati dal costruttore, una forza equivalente a 17,0 Kg con il voltaggio nominale, e a 18,4 Kg con la batteria 20 al massimo della sua carica, ad una tensione di 16,3 V, con una potenza quindi di circa 814 Watt ed un assorbimento temporaneo di 190 Ampere circa.

In generale, la tensione nominale della batteria è superiore alla tensione nominale dell’attuatore lineare elettromagnetico.

Preferibilmente la tensione nominale della batteria è superiore ad almeno il doppio della tensione nominale dell’attuatore lineare elettromagnetico. L'attuatore utilizzato in questo modo sviluppa la potenza necessaria a muovere il cambio molto rapidamente, a dispetto della sua dimensione, e ciò consente di avere il vantaggio duplice del minimo ingombro e il peso ridotto rispetto ad un modello di elettromagnete che abbia la giusta potenza nominale.

La dimensione ridotta consente poi di potere utilizzare un montaggio sulla piastra motore, posizionato precisamente sotto il carburatore, accanto al sedile del pilota, in posizione perfettamente allineata alla leva del cambio passando dietro alla catena, senza alcuna leva aggiunta o angolazioni differenti rispetto alla leva del cambio che potrebbero disperdere parte della forza dell' attuatore.

Il secondo ma non meno importante vantaggio del comando sopra descritto, derivante dal ridotto ingombro, è quello di essere direttamente collegato al motore, per cui ogni spostamento del motore verso avanti o verso dietro, normali quando si cambia il pignone durante una gara o nel normale utilizzo, non rendono necessaria un'operazione di riallineamento allo "ZERO" dell'attuatore.

Si intende inoltre che il comando sopra descritto è adattabile a qualunque veicolo, ad esempio un motoveicolo o un auto da competizione con cambio sequenziale, che richiede controlli leggeri e poco ingombranti.

Si intende poi che la presente invenzione si riferisce altresì ad un cambio equipaggiato con il comando sopra descritto, e ad un veicolo, in particolare un kart, su cui è montato detto cambio. Al sopra descritto comando ad attuatore lineare elettromagnetico un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare ulteriori e contingenti esigenze, potrà apportare numerose ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro comprese nell'ambito di protezione della presente invenzione, quale definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Comando ad attuatore lineare elettromagnetico (4) per cambio (2) meccanico, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di alimentazione elettrica (20, 21) dell’attuatore lineare elettromagnetico (4), atti a fornire corrente elettrica sotto forma di impulsi tali consentire l’attuazione del cambio di marcia.
2. 2. Comando secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di alimentazione elettrica comprendono una batteria (20) che alimenta l’attuatore lineare elettromagnetico (4) attraverso una centralina (21) che è collegata all’attuatore lineare elettromagnetico (4) e al controllo del cambio, che viene posizionato che comprende una coppia di leve, rispettivamente per il cambio di marcia da inferiore a superiore (up) e per il cambio di marcia da inferiore a superiore (down), gestiti nella centralina (21) da due circuiti distinti.
3. 3. Comando secondo la rivendicazione 2, in cui la tensione nominale della batteria (20) è superiore alla tensione nominale dell’attuatore lineare elettromagnetico (4).
4. 4. Comando secondo la rivendicazione 3, in cui la tensione nominale della batteria (20) è superiore ad almeno il doppio della tensione nominale dell’attuatore lineare elettromagnetico (4).
5. 5. Comando secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui nel circuito per il cambio di marcia da inferiore a superiore (up), l’impulso viene generato attraverso un condensatore (C6) ed una rispettiva resistenza variabile (R6) per comandare un mosfet di potenza (IRF4004).
6. 6. Comando secondo la rivendicazione 5, in cui, durante il cambio a salire, un circuito integrato (40106), in funzione del tempo e del ritardo stabilito da una resistenza variabile (R1), invia un impulso negativo ad un micro relè che interrompe la corrente in ingresso alla bobina di accensione delle candele, con una connessione a massa sulla carcassa motore, in modo da generare un’interruzione temporanea del funzionamento della bobina che consente al pilota di cambiare marcia senza togliere il piede dall' acceleratore.
7. 7. Comando secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui [descrizione del comando in folle]
8. 8. Comando secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4, in cui il circuito per il cambio di marcia da inferiore a superiore (up), l’impulso viene generato una resistenza variabile (R6) che invia un impulso di corrente ad un mosfet (IRFP4004) che comanda in positivo la bobina della parte download dell'attuatore elettromagnetico, la quale si carica e tira lo stelo (6) in modo da spostare la leva del cambio (8) in senso downshift dell’escursione necessaria per effettuare il cambio di marcia a scalare.
9. 9. Comando secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’attuatore lineare elettromagnetico (4) è collegato al cambio (2) mediante un’asta (5), capace di un’escursione lineare bidirezionale, ovvero secondo una direzione di allontanamento dall’attuatore (4) (upshift), per passare da una marcia inferiore ad una marcia superiore, ed una direzione di avvicinamento all’attuatore (4) (downshift), per passare da una marcia superiore ad una marcia inferiore.
10. 10. Comando secondo la rivendicazione 9, in cui l’estremità prossimale dell’asta (5) è collegata allo stelo (6) dell’attuatore (4) mediante un giunto (7), mentre l’estremità distale dell’asta (5) è collegata alla leva (8) del cambio (2).
11. 11. Comando secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’attuatore (4) presenta una staffa (12) per il fissaggio alla piastra motore (3).
12. 12. Comando secondo la rivendicazione 11, in cui la staffa (12) definisce un vano di inserimento cilindrico grazie ad una coppia di morse anteriore (13) e posteriore (149, in particolare una morsa anteriore (13) conformata in modo tale da accogliere l’estremità frontale dell’attuatore (4) ed il relativo stelo (6) che fuoriesce da un foro centrale (15), ed una morsa posteriore (14) che può invece essere stretta intorno al corpo dell’attuatore (4).
13. 13. Cambio comprendente un comando di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
14. 14. Veicolo che monta un cambio della rivendicazione 13.
15. 15. Kart che monta un cambio della rivendicazione 13.