ITRM990504A1 - Convertitore di coppia reattivo. - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: CONVERTITORE DI COPPIA REATTIVO;

La presente invenzione riguarda un apparato per il trasferimento di potenza meccanica proveniente da una sorgente fornitrice di moto ad un carico utilizzatore. Questo trasferimento avviene mediante un sistema sostanzialmente non dissipativo per la trasmissione di energia meccanica, il quale è in grado di ottimizzare la coppia in uscita secondo le necessità richieste dal carico stesso.

In sostanza, si tratta di un convertitore di coppia utilizzabile in tutte le applicazioni in cui si rende necessario il trasferimento di potenza meccanica da un motore 'primo", o generatore di coppia meccanica, ad un albero rotante connesso ad un carico utilizzatore, indipendentemente dal numero di giri posseduto da quest'ultimo albero, purché compreso entro il numero di giri dell'albero che fornisce la potenza meccanica in ingresso al convertitore stesso.

Trattandosi di trasmissione di potenza e coppia meccanica, uno dei possibili campi di applicazione del trovato è quello della trazione per veicoli.

Attualmente, i sistemi utilizzabili per adeguare i parametri caratteristici della potenza meccanica disponibile, in funzione del regime di rotazione del carico, sono vari.

Tra questi, i più noti sono:

- il variatore meccanico ad ingranaggi con rapporti discreti ;

- il variatore idraulico mediante coppia di conversione meccanica/idraulica ed idraulica/meccanica ,-- gli apparati combinati, meccanici ed idraulici, per il passaggio graduale tra i vari rapporti di trasmissione;

- il variatore meccanico a cinghia.

A queste soluzioni note si aggiungono alcuni apparati in cui sono state abbinate due macchine elettriche per mezzo delle quali l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica e poi di nuovo in quella meccanica secondo le necessità richieste dal carico utilizzatore. Un esempio in proposito sono gli elettro-diesel impiegati nel settore ferroviario. La suddetta tecnica nota presenta delle limitazioni relative sia alla versatilità d'impiego sia all'efficienza del rendimento. In particolare, le soluzioni meccaniche necessitano di organi di frizione che comportano dissipazioni energetiche ed usure nelle fasi d'innesto; mentre quelli basati sulla doppia conversione, siano essi idraulici che elettrici, sono affetti da bassi rendimenti. Oltre a ciò, i convertitori idraulici hanno anche un ristretto intervallo di variazione del rapporto di trasmissione ingresso/uscita, tale da richiedere solitamente l'abbinamento di un cambio meccanico.

Scopo del convertitore secondo il trovato quindi, è superare i problemi suddetti fornendo un apparato che, pur basandosi sulla conversione meccanica-elettrica-meccanica , si differenzia sostanzialmente dagli attuali sistemi che utilizzano macchine elettriche, in quanto la conversione meccanica-elettrica viene effettuata solo in parte, trasmettendo direttamente in forma meccanica la rimanente energia e limitando conseguentemente, in modo sensibile, le perdite di conversione rispetto ai sistemi tradizionali.

Secondo il trovato, l'aliquota di energia che viene trasmessa direttamente in forma meccanica è mediamente, circa il 50% del totale.

Una caratteristica peculiare dell'invenzione, consiste nel fatto che il convertitore che si descrive fornisce una migliore efficienza eliminando tutti gli organi di frizione e gli accessori ad essi asserviti, superando inoltre i limiti nel campo di utilizzo che caratterizzano gli attuali convertitori di coppia.

Ciò viene ottenuto prevedendo un apparato elettromeccanico in grado di trasmettere la potenza tra due alberi preferibilmente coassiali modificando la coppia e la velocità di rotazione pur mantenendone sostanzialmente costante il prodotto. In particolare, secondo il trovato, la coppia fornita dall'albero motore della sorgente primaria viene trasmessa all'albero condotto sfruttando la coppia di reazione di un generatore elettrico interposto tra i due alberi, mentre l'energia elettrica fornita dal generatore elettrico a causa della differenza di velocità di rotazione tra i due alberi viene riconvertita in energia meccanica mediante un motore elettrico solidale all'albero condotto.

In pratica, anziché i normali rotore e statore (rispettivamente induttore e indotto), il suddetto generatore elettrico secondo il trovato prevede un induttore ed un indotto entrambi rotanti, il primo solidalmente all'albero primario e il secondo solidalmente all'albero secondario o condotto.

Una migliore comprensione dell'invenzione si avrà con la seguente descrizione dettagliata e con riferimento alle figure allegate che illustrano, a solo titolo esemplificativo in alcun modo limitativo, alcune sue preferite forme realizzative.

Nei disegni;

la figura 1 è uno schema generale del trovato; la figura 2 mostra schematicamente una prima forma realizzativa dell'invenzione;

la figura 3 è uno schema esplicatico del dispositivo elettronico di controllo che comanda il motore elettrico; e

le figure 4 e 5 mostrano una seconda forma realizzativa del trovato, particolarmente adatta per uso in autotrazione.

Come è noto, in ogni processo di trasferimento di energia meccanica nelle macchine rotanti, l'adeguamento della potenza e della coppia del motore primo alle variazioni del carico comporta 1 'inserimento di dispositivi di accoppiamento e regolazione della velocità. Ciò determina inevitabilmente delle perdite di energia in modo particolare nelle fasi di regolazione o transitori.

La crescente esigenza di risparmio energetico e di miglioramento dei rendimenti, rende quindi particolarmente interessante un dispositivo innovativo che consente di ottenere un significativo recupero energetico.

Ciò è ottenuto, secondo il presente trovato, prevedendo un apparato che trasferisce l'energia meccanica da un motore primo al carico utilizzatore, tramite un convertitore di coppia basato sull <1 >utilizzo delle forze elettromagnetiche agenti tra due dispositivi rotanti a numero di giri indipendenti .

In particolare, al primo dispositivo è affidato il compito di generare il campo elettromagnetico traendo energia dal motore primo, preferibilmente di tipo termico, mentre il secondo è atto a raccogliere potenza meccanica, mediante interazione di forze magnetiche, e a fornire potenza elettrica (complementare a quella tratta meccanicamente) generata dal movimento relativo tra le parti rotanti del dispositivo stesso.

Secondo il trovato, una seconda macchina elettrica "ricicla" quest'ultima aliquota di potenza (elettrica) riconducendola in termini meccanici sulla presa di forza connessa al carico utilizzatore.

Lo schema riportato in figura 1 illustra il principio di funzionamento dell'invenzione.

La potenza meccanica prodotta dal motore primo M eccita il generatore elettrico A. L'energia prodotta dal generatore alimenta, tramite un'apposita elettronica di controllo E, il motore elettrico B e la potenza meccanica prodotta da quest 'ultima macchina elettrica viene trasmessa al carico utilizzatore U.

La peculiarità di questo dispositivo risiede nella particolare costruzione e connessione del generatore A.

Secondo l'invenzione infatti, tale macchina generatrice A comprende un induttore posto in rotazione dal motore primo M ed un indotto in grado di ruotare, che è meccanicamente connesso al carico <U).

Ad opera delle forze di reazione tra induttore ed indotto, la potenza meccanica generata dal motore primo M viene trasferita in tutto o in parte direttamente al carico utilizzatore U. La potenza in eccesso a quella di reazione Pr viene raccolta sotto forma di potenza elettrica Pe ed utilizzata per alimentare il motore elettrico B, secondo le modalità esposte precedentemente.

Pertanto, la potenza meccanica Pu fornita al carico utilizzatore è composta dalla potenza di reazione Pr e da una parte, di valore Pme, derivante dalla potenza elettrica Pe . Il sistema proposto presenta evidenti vantaggi di efficienza per la presenza della potenza di reazione Pr che non subisce le attenuazioni dovute ai rendimenti caratteristici dei dispositivi elettrici ed elettronici A, B ed E sopra descritti. !

La scelta delle macchine elettriche A e B, e conseguentemente il tipo di elettronica di gestione E, è subordinata allo specifico impiego del trovato. Per l'applicazione su un autoveicolo, ad esempio, è preferibile l'utilizzo di una macchina sincrona come generatore A, e di una macchina "combinata" come motore elettrico B, cioè una macchina capace di funzionare in modo asincrono nella funzione motore ed in modo sincrono per la raccolta dell'energia di decelerazione del veicolo.

Più in particolare, il trovato può essere impiegato per la trasmissione di potenza in serie/parallelo in un veicolo ibrido. Tale applicazione non· deve ovviamente intendersi come unico utilizzo dell'invenzione, ma solo come uno dei molteplici possibili campi di utilizzo ove è necessario un convertitore di coppia caratterizzato da prestazioni migliori rispetto ai sistemi attualmente disponibili.

Facendo riferimento alla Fig. 2, il convertitore di coppia secondo l'invenzione comprende sostanzialmente i seguenti dispositivi:

- una prima macchina elettrica sincrona A, operante come generatore, con l'avvolgimento dell'indotto Ab connesso preferibilmente a spazzole Sp per il prelievo di tensione, ed il corpo induttore Aa costituito da magneti concentrici all'indotto e messi in rotazione dal motore primo M;

- una seconda macchina elettrica B operante come motore, avente l'avvolgimento Bb dell'induttore connesso elettricamente all'indotto Ab del motore A, mentre l'indotto Ba ruota trasferendo potenza meccanica all'albero secondario S e quindi all'utenza, operando in tal modo come "integratore di coppia";

- un dispositivo elettronico di controllo E, atto ad effettuare la connessione tra l'induttore Bb del motore elettrico B e l'indotto Ab del generatore A, ed eventualmente dei mezzi per l'accumulo di energia elettrica.

Per comprendere appieno le funzionalità del trovato, nel seguito verranno prese in considerazione tre condizioni di funzionamento del generatore sincrono A:

1.indotto Ab fermo (nel transitorio iniziale);

2.indotto Ab con velocità di rotazione sostanzialmente uguale a quella dell'induttore Aa collegato meccanicamente al motore primo M; 3.indotto Ab con velocità di rotazione non nulla ma inferiore a quella dell'induttore Aa.

Nel primo caso l<' >indotto Ab fermo viene sollecitato dal campo elettromagnetico generato dall'induttore concentrico interno Aa, che è messo in rotazione dal motore primo M. Questa condizione produce :

a) scorrimento di correnti nell'avvolgimento dell'indotto Ab;

b) trasmissione di coppia meccanica, generata dalle correnti di cui al punto a), dal motore primo M preferibilmente termico verso l'albero secondario S dell'indotto Ab stesso.

Nell'ipotesi ora esaminata relativamente al transitorio iniziale, la macchina elettrica A funziona come un normale generatore di corrente con rotore e statore, e la coppia in uscita dal giunto non da origine a potenza meccanica:

Pr = C ωr (con ωr = 0).

Mentre la potenza meccanica erogata dal motore primo Pm è:

Pm = C ω,

conω m= velocità di rotazione del motore primo. In questo transitorio iniziale la Pm viene manifestata solo in forma di energia elettrica, disponibile ai capi delle spazzole Sp connesse con l'avvolgimento dell'indotto, il quale si comporta come il secondario di un trasformatore ai cui capi sarà presente una tensione efficace:

Ve = k * ω ;dove k riassume le caratteristiche della macchina elettrica (intensità del campo magnetico, traferro, spire dell'indotto, ecc.). Da tale formula si evince come la Ve sia direttamente proporzionale ad ω, e poiché 'ω = ωm - ω r con ωr=0, Ve risulta massima. ;E' importante osservare che grazie alle caratteristiche suddette, il trovato permette di eliminare l'uso e la necessità di organi di frizione tra il motore primo, che è vincolato a ruotare al regime prefissato da un suo apparato di regolazione, e l'albero di trasmissione del moto, che invece è caratterizzato da un regime di rotazione compreso tra zero ed un valore prossimo a quello posseduto dal motore termico. ;La procedura necessaria per superare il transitorio iniziale, da veicolo fermo fino al raggiungimento della velocità prescelta, è sintetizzata nei seguenti punti: ;(a) veicolo fermo con motore termico in rotazione a regime costante (ad esempio 4000 g/min), non caricato, ma pronto ad erogare potenza; ;(b) con il comando dell'acceleratore si agisce sull'elettronica di controllo attraverso il blocco "IMPOSTAZIONE COPPIA" IC; tale azione consente al generatore "A" di erogare in modo graduale la dose di potenza necessaria per imprimere al veicolo l'accelerazione desiderata, fino al raggiungimento della velocità voluta; ;(c) l'incremento di velocità avviene facendo erogare al generatore "A" maggiore potenza; parimenti, per decelerare, si agisce in modo inverso. ;Il "disinnesto" del motore primo M dal carico utilizzatore si ha ogni qualvolta che detto generatore "A" smette di erogare energia elettrica (condizione nella quale anche la potenza Pr assume ovviamente valore nullo). ;In altre parole, a veicolo fermo e motore acceso, basta accelerare per far muovere il veicolo senza dover agire sulla frizione; così come è sufficiente posizionare a zero il comando "acceleratore" per- svincolare il motore primo dal carico, senza fare uso di detto organo meccanico dissipativo a slittamento (frizione). ;Nell'ipotesi 2., in cui non c'è praticamente movimento relativo tra induttore Aa e indotto Ab, l'indotto ruota ad una velocità angolare ωΓ ≡ (che è la velocità di rotazione del motore primo M), la potenza meccanica si trasferisce quasi totalmente dall'albero primario P all'albero secondario S dell'indotto Ab, e di conseguenza non c'è più trasferimento di energia elettrica perché in tal caso la ω relativa è prossima a zero. ;La condizione di cui al punto 3. infine, comporta un parziale trasferimento di potenza meccanica ed un complementare trasferimento di energia elettrica. ;Il dispositivo elettronico di controllo E ha essenzialmente il compito di: ;- parzializzare la corrente che fluisce dalla macchina sincrona A (generatore) sul valore desiderato compreso nel limite stabilito in fase progettuale; ;- gestire la potenza elettrica Pe generata dalla suddetta macchina (derivata da quella non utilizzata direttamente in forma meccanica) per poterla immettere nel motore elettrico B, avente la presa di. forza connessa meccanicamente all'albero secondario del convertitore di coppia; - gestire l'accelerazione del veicolo anche nell'ottica della sicurezza di guida (garanzia di aderenza delle ruote sul fondo stradale). ;Al fine di contenere le perdite di energia, è preferibile utilizzare circuiti basati sulle tecniche switching per quanto riguarda il "blocco "controllo motore" CM, mentre, scegliendo un generatore A avente un induttore composto da elettromagneti, il blocco "chopper" potrà essere sostituito da un dispositivo che agisce sull'intensità del campo magnetico induttore e che, data l'esigua potenza in gioco (circa 1/400 della potenza erogata dal generatore), non deve necessariamente essere basato sulle tecniche switching . ;La figura 3 riporta un diagramma a blocchi comprendente uno schema esemplificativo di un circuito di riferimento per il controllo della corrente. ;In tale forma esemplificativa, la corrente erogata dal generatore A viene modulata attraverso il "chopper" CH per ottenere il valore desiderato, al cui ottenimento contribuiscono l'induttore L ed il diodo ricircolatore D. Il condensatore C rende continua la corrente proveniente dall'induttore L. La tensione continua offerta da C viene elaborata dal dispositivo di "CONTROLLO MOTORE" CM con le modalità richieste dalla macchina elettrica scelta. Nel caso in cui ·il motore B sia a spazzole (non consigliato per ragioni di peso) il "CONTROLLO MOTORE" è costituito da una semplice connessione elettrica. ;Nello schema figurano anche un sensore di corrente SC ed una unità "LOGICA di CONTROLLO CORRENTE" LCC, questi hanno il compito di mantenere l'intensità di corrente, scelta tramite un dispositivo IC di "IMPOSTAZIONE COPPIA", sul valore corrispondente alla coppia meccanica desiderata. ;In sintesi, trascurando le perdite, la coppia C disponibile sull'albero del secondario sarà: ;C = Pm /ω m;Presupponendo un rendimento pari al η3=95% per l'elettronica del motore, del ηι= η2=90% per ciascuna macchina elettrica, valuteremo ora i rendimenti complessivi nelle due condizioni limite e nella condizione intermedia: ;- regime di rotazione dell'albero secondario ω r prossimo a zero {transitorio iniziale); ;- regime di rotazione dell'albero secondario ;ω r≡ ωm;- regime di rotazione dell'albero secondario ;; ;; Nel primo caso il rendimento per la doppia trasformazione della potenza meccanica del motore primo Pm in potenza elettrica Pe e poi ancora in potenza meccanica Pme sarà proporzionale al prodotto dei rendimenti cioè: ;; ;; (riferito anche ai veicoli elettrici ed ibridi). Nel secondo caso, la potenza Pr ceduta all'albero secondario è solo quella generata dal motore primo e trasmessa per reazione elettromagnetica senza sostanziali attenuazioni, quindi il rendimento è praticamente pari ad 1. In questo caso infatti<'>, le attenuazioni sono dovute solo alle perdite resistive della macchina elettrica "A" (che sono irrisorie perché gravanti sull'esigua potenza elettrica prodotta in questa condizione). ;Nell'ultimo caso, con funzionamento "misto", la potenza Pu fornita al carico utilizzatore sarà: ;;; ;; E supponendo una potenza media di reazione Pr pari a circa il 50% della potenza Pm del motore primo, si avrà: ;; ;; Da queste considerazioni si osserva come il convertitore di coppia proposto offra un rendimento medio superiore del 10% a quello attualmente presente nella .trazione ottenuta tramite la doppia conversione convenzionale ;I rendimenti specifici citati sono· i massimi attualmente raggiungibili per i componenti impiegati, valori più contenuti esaltano la convenienza del sistema proposto. ;Un altro aspetto particolarmente vantaggioso del trovato, è dato dall'assenza delle dissipazioni per l'accumulo di energia elettrica, che sono tipiche dei sistemi noti (perdite stimabili in circa il 20% o più) . ;Appare chiaro quindi, che il campo d'applicazione del trovato è vantaggiosamente ampio. Infatti, in ogni applicazione ove avviene trasmissione di potenza fra due alberi variando la coppia motrice, può essere efficace e conveniente, da un punto di vista energetico, l'adozione di questo innovativo convertitore. Un'analisi approfondita, sia dal punto di vista tecnico che economico, può fornire naturalmente risposte precise sui vantaggi per ciascuna applicazione. ;Il dispositivo secondo l'invenzione determina pertanto una radicale modifica nella gestione energetica ad esempio nel settore dell'autotrazione, operando significativamente verso la soppressione dei consumi passivi. Lo schema di applicazione che viene qui di seguito suggerito, mostrato nelle figure 4 e 5, si differenzia dai veicoli ibridi per il contenuto innovativo del sistema di trasmissione con recupero energetico . ;La diversa filosofia di utilizzo del motore termico (rispetto alle vetture di normale produzione) e la riduzione della massa del veicolo (rispetto alle vetture ibride ed elettriche) consente infatti di ottenere dei vantaggi anche sotto l'aspetto dell'inquinamento ambientale, dovuto al consumo ridotto ed alla presenza di un minor numero di componenti soggetti a smaltimento (es. assenza delle batterie di accumulo). ;Per quanto detto in precedenza, il trovato è in grado di sostituire vantaggiosamente il sistema di trasmissione standard, composto da frizione e cambio, comportandosi come un variatore di velocità ad elevati rapporti di riduzione, rendendolo ideale per equipaggiare vetture soggette a frequenti accelerazioni e decelerazioni, quali ad esempio i veicoli ad uso prevalentemente urbano. ;Secondo una caratteristica peculiare dell'invenzione inoltre, un tale veicolo può essere assimilato ad un ibrido serie per la presenza della trazione elettrica, ad un ibrido parallelo per l'utilizzo diretto della coppia generata dal motore primo, ed infine può essere assimilato ad un veicolo standard per la mancanza di un'unità di accumulo di energia elettrica per la trazione. ;In questo secondo esempio applicativo del trovato, a differenza del caso precedente, è previsto un differenziale meccanico D e due motori elettrici Bsx e Bdx (sinistro e destro) anziché l'unico motore B descritto precedentemente. ;In sostanza, si tratta di un convertitore di coppia reattivo differenziale comprendente: ;— un "giunto" elettromagnetico a scorrimento, con recupero di energia, costituito dal generatore A; ;un differenziale meccanico D; ;- due motori elettrici Bsx e Bdx che agiscono sulle uscite di detto differenziale D. In particolare, il differenziale D ha il compito di ripartire la coppia di reazione elettromagnetica in ingresso C (quella prelevata senza conversione) sulle due uscite o prese di forza laterali, mentre i motori (Bsx e Bdx) scaricano, su ciascuna di tali uscite, la coppia meccanica ricostruita con l'energia elettrica fornita dal generatore A. ;In un percorso rettilineo, la coppia risultante Crr trasmessa su ogni ruota sarà: ;Crr - 1/2*(C Pme/COr)

Lo schema di figura 5 illustra chiaramente la ripartizione delle coppie ora descritta.

In particolare, al fine di avere un differenziale di ridotto peso ed ingombro, l'applicazione che si descrive potrebbe prevedere dei riduttori di giri a valle del differenziale, in modo che quest'ultimo debba trasmettere coppie di entità ridotta .

E' interessante notare che il particolare "giunto" elettromagnetico a scorrimento costituito dal generatore elettrico A, che è in grado di trasmettere al differenziale D la coppia erogata dal motore primo M (mediante forze di reazione elettromagnetica) e di fornire energia elettrica proporzionalmente allo scorrimento angolare esistente tra i suoi alberi d'ingresso e di uscita, è vantaggiosamente capace di adattare 1 'impedenza meccanica del motore termico a quella del carico utilizzatore, di natura variabile, senza soluzione di continuità .

Questa particolare configurazione fornisce una pluralità di vantaggi consentendo di:

- migliorare i rendimenti offerti dagli attuali veicoli ibridi, per effetto delle minori perdite nel trasferimento della potenza motrice,·

- modulare la coppia motrice alle ruote secondo criteri adattativi alle necessità senza le rigide limitazioni imposte dagli attuali sistemi, con conseguente miglioramento dei consumi e, soprattutto, della sicurezza attiva del veicolo; - trasmettere il moto dal motore primo M all'organo differenziale D, mediante accoppiamento non rigido (riduzione di vibrazioni indotte dal motore primo);

- disporre di un efficace sistema attivo di frenata, rendendo reversibili i motori collegati alle uscite dell'organo differenziale: questa soluzione garantisce presenza di attrito tra ruote e terreno, a vantaggio della sicurezza del veicolo;

— utilizzare l'energia di frenata, di cui al punto precedente, per avviare processi di post combustione all’interno di silenziatori muniti di filtro poroso, per l'eliminazione del particolato prodotto dal motore termico;

- utilizzare un organo differenziale alleggerito, dovendo, quest'ultimo, trattare coppie meccaniche contenute (pari a quelle fornite dal motore termico) non amplificate dalla presenza di una scatola di riduzione.

Oltre all'uso in veicoli per il trasporto urbano, pubblici e/o privati, il trovato può essere utilizzato sui ciclomotori (ovviamente senza il differenziale), e in generale in tutte quelle applicazioni ove sono richieste 'frequenti accelerazioni/decelerazioni del mezzo: macchine movimentazione terra, veicdli di soccorso, ecc.

L'invenzione, per le sue caratteristiche intrinseche, contiene un'unità generatrice di energia elettrica che rende maggiormente proficuo il suo utilizzo in quei mezzi destinati ad usi speciali (operazioni di soccorso, servizi di sicurezza e militari) .

Infine, è importante osservare che, al fine di consentire la distribuzione di potenza meccanica su tutte le ruote del veicolo, può essere operato un ulteriore frazionamento del motore elettrico B su tutte le ruote. Questa soluzione potrebbe risultare particolarmente vantaggiosa qualora applicata ai veicoli speciali (si pensi, ad esempio, ad un veicolo adibito alla movimentazione terra) . Con un tale schema di trazione infatti, si avrebbe un automatico e graduale disinserimento della "funzione motrice" delle ulteriori ruote coinvolte nella trazione man mano che si aumenta la velocità di marcia:

veicolo in partenza = coppia massima su tutte le ruote;

veicolo a velocità massima = coppia sulle sole ruote sempre in presa.

Ciò permetterebbe il facile disimpegno del veicolo sui terreni sdrucciolevoli (fango, ghiaccio, neve, ecc.) senza la riduzione delle prestazioni in quei tratti percorsi a velocità sostenuta.

Ancora una possibilità applicativa del trovato, consente ai veicoli in sosta di disporre anche di una utile fonte di energia elettrica per alimentare dispositivi di lavoro quali: saldatrici, illuminatori, martelli automatici, ecc..

Si è già accennato alla possibilità di riutilizzare l'energia, derivante dalla decelerazione di un veicolo secondo il trovato, per ricaricare accumulatori. In realtà ciò può avvenire solo per valori di corrente limitati: nel caso di forte decelerazione {equivalente ad elevato valore di corrente prodotto) infatti, risulta praticamente impossibile convogliare tutta l'energia nel sistema di accumulo.

Per questo motivo, una vettura dotata del dispositivo proposto può usufruire di un'aliquota particolarmente limitata della suddetta corrente, e cioè quella destinata ad un accumulatore di capacità ridotta utilizzatbile per i servizi come la messa in moto, luci di posizione, segnalazione, ecc.. L'energia elettrica in eccedenza, come detto precedentemente, può essere proficuamente utilizzata per la riduzione ciclica degli inquinanti prodotti dal motore primo e raccolti in un filtro nella marmitta, mediante processi di post-combustione indotti mediante detta energia eccedente.

La presente invenzione è stata descritta ed illustrata in alcune sue preferite forme realizzative , ma si intende che qualunque tecnico esperto del ramo potrà apportarvi modifiche e/o sostituzioni funzionalmente equivalenti senza peraltro esulare dall'ambito di tutela della presente privativa industriale.

Claims (19)

1. RIVENDICAZIONI 1. Convertitore di coppia, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi atti a trasmettere la coppia fornita da un albero motore primario (P) ad un albero condotto secondario (S) sfruttando la coppia di reazione elettromagnetica d.i un apposito generatore elettrico (A), che è interposto tra detti alberi ed ha rispettivamente il proprio induttore (Aa) meccanicamente collegato all'albero primario, mentre l'indotto {Ab) è rotante ed è meccanicamente collegato all'albero secondario (S); l'energia elettrica fornita dal generatore elettrico (A) a causa della differenza di velocità di rotazione tra detti alberi (P, S) venendo riconvertita in energia meccanica mediante almeno un motore elettrico (B) solidale all'albero condotto (S).
2. 2. Convertitore di coppia secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che mediante le forze di reazione tra induttore (Aa) ed indotto (Ab), la potenza meccanica generata dal motore primo (M) viene trasferita in tutto o in parte direttamente ad un carico utilizzatore (U) calettato sull'albero secondario; la potenza in eccesso a quella di reazione (Pr) venendo utilizzata sotto forma di potenza elettrica (Pe) per alimentare il motore elettrico (B) anch'esso meccanicamente collegato all'albero secondario.
3. 3. Convertitore di coppia secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la potenza meccanica (Pu) fornita al carico utilizzatore è composta dalla potenza di reazione <Pr) del generatore (A) e da una parte, di valore (Pme), fornita dal motore elettrico (B) alimentato dalla potenza elettrica (Pe) del generatore stesso.
4. 4 . Convertitore di coppia secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, per l'applicazione su un autoveicolo, vengono utilizzate una macchina sincrona come generatore (A), e almeno una macchina "combinata" come motore elettrico (B), cioè una macchina capace di funzionare in modo asincrono nella funzione motore ed in modo sincrono per la raccolta dell'energia di decelerazione del veicolo.
5. 5. Convertitore di coppia secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende sostanzialmente i seguenti dispositivi: - una prima macchina elettrica sincrona (A), operante come generatore, con l'avvolgimento dell'indotto (Ab) connesso a mezzi (Sp) idonei a prelevare tensione, ed il corpo induttore (Aa) costituito da magneti concentrici all'indotto e messi in rotazione dal motore primo (M); - una seconda macchina elettrica (B) operante come motore, avente l'avvolgimento (Bb) dell'induttore connesso elettricamente all'indotto (Ab) del motore (A), mentre l'indotto (Ba) ruota trasferendo potenza meccanica all'albero secondario (S) e quindi all'utenza, operando in tal modo come "integratore di coppia"; - un dispositivo elettronico di controllo (E), atto ad effettuare la connessione tra l'induttore <Bb) del motore elettrico (B) e l'indotto (Ab) del generatore (A), ed eventualmente dei mezzi per l'accumulo di energia elettrica.
6. 6. Convertitore di coppia secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo elettronico di controllo (E) ha essenzialmente il compito di: - parzializzare la corrente che fluisce dalla macchina sincrona (A) sul valore desiderato e compreso nel limite stabilito in fase progettuale; - gestire la potenza elettrica (Pe) generata dalla suddetta macchina, derivante dalla potenza non utilizzata direttamente in forma meccanica, per inviarla al motore elettrico (B), avente la presa di forza connessa meccanicamente all'albero secondario del convertitore di coppia; — gestire l'accelerazione del veicolo anche nell'ottica della sicurezza di guida, garantendo l'aderenza delle ruote sul fondo stradale.
7. 7. Convertitore di coppia secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che al fine di contenere le perdite di energia, prevede l'uso di circuiti e/o dispositivi basati sulle tecniche switching.
8. 8 . Convertitore di coppia secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la corrente erogata dal generatore (A) viene modulata attraverso un "chopper" (CH) per ottenere il valore desiderato, al cui ottenimento contribuiscono un induttore (L) ed un diodo ricircolatore (D), mentre un condensatore (C) rende continua la corrente proveniente dall'induttore (L); la tensione continua fornita dal consendatore (C) venendo elaborata da un dispositivo di "CONTROLLO MOTORE" (CM) con le modalità richieste dalla macchina elettrica utilizzata .
9. 9. Convertitore di coppia secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere un sensore di corrente (SC) ed una unità LOGICA di CONTROLLO CORRENTE" (LCC) aventi la funzione di mantenere l'intensità di corrente, scelta tramite un dispositivo (IC) di "IMPOSTAZIONE COPPIA", sul valore corrispondente alla coppia meccanica desiderata .
10. 10. Convertitore di coppia secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sull'albero secondario (S), a valle dell'indotto (Ab) del generatore elettrico (A) ed in alternativa al singolo motore elettrico (B), è previsto: - un differenziale meccanico (D), che ripartisce la coppia di reazione elettromagnetica in ingresso (C) sulle sue due uscite o prese di forza laterali; - due motori elettrici (Bsx e Bdx), uno per ciascuna presa di forza, che vengono alimentati dal generatore (A).
11. 11. Convertitore di coppia secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che, al fine di avere un differenziale (D) di ridotto peso ed ingombro, la riduzione del numero di giri viene effettuata solo a valle del differenziale, in modo che quest'ultimo debba trasmettere coppie massime di entità ridotta.
12. 12. Convertitore di coppia secondo le rivendicazioni da 10 in poi, caratterizzato dal fatto che il generatore elettrico (A) costituisce un "giunto" elettromagnetico a scorrimento che è atto a trasmettere al differenziale (D) la coppia erogata dal motore primo (M), mediante forze di reazione elettromagnetica, e di fornire energia elettrica proporzionalmente allo scorrimento angolare esistente tra i suoi alberi d'ingresso e di uscita, adattando l'impedenza meccanica del motore termico a quella.del carico utilizzatore, di natura variabile, senza soluzioni di continuità.
13. 13. Convertitore di coppia secondo le rivendicazioni da 10 in poi, caratterizzato dal fatto che.non essendoci contatto meccanico tra motore primo (M) e organo differenziale (D), il moto viene trasmesso in assenza di vibrazioni indotte dal motore primo stesso.
14. 14. Convertitore di coppia secondo le rivendicazioni da 10 in poi, caratterizzato dal fatto che prevede una regolazione differenziata dei motori elettrici di trazione, in funzione della cinematica delle singole ruote, al fine di consentire la massima aderenza delle stesse nel percorrere le traiettorie desiderate; tale differenzazione avvenendo in ragione dell'impostazione dell'angolo di sterzata, della velocità e dell'accelerazione del veicolo.
15. 15. Convertitore di coppia secondo le rivendicazioni da 10 in poi, caratterizzato dal fatto che allo scopo di fornire un efficace sistema di frenata, i motori collegati alle uscite dell'organo differenziale sono di tipo reversibile.
16. 16. Convertitore di coppia secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che l'energia elettrica recuperata in frenata viene utilizzata per avviare processi di post combustione all'interno di silenziatori muniti di filtro poroso, al fine di eliminare il particolato prodotto dal motore termico.
17. 17. Convertitore di coppia secondo le rivendicazioni da,10 in poi, caratterizzato dal fatto che al fine di consentire la distribuzione di potenza meccanica su tutte le ruote del veicolo, ciascuna di esse è dotata di!un motore elettrico opportunamente alimentato, mediante un dispositivo elettronico di controllo, dal generatore (A); ottenendosi così una gestione della trazione che consente un automatico e graduale disinserimento della "funzione motrice" delle ulteriori ruote coinvolte nella trazione man mano che si aumenta la velocità di marcia e che permette un facile disimpegno del veicolo sui terreni sdrucciolevoli (fango, ghiaccio, neve, ecc.) senza la riduzione delle prestazioni in quei tratti percorsi a velocità sostenuta.
18. 18. Convertitore di coppia secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che consente, ai veicoli fermi, di disporre anche di una utile fonte di energia elettrica per alimentare dispositivi di . lavoro quali: saldatrici, illuminatori, martelli automatici, ecc..
19. 19. Convertitore di coppia reattivo, come sostanzialmente descritto ed illustrato nella presente descrizione e nelle figure allegate.