ITTO20090863A1 - Dispositivo per la produzione di energia elettrica associabile al telaio di veicoli e veicolo incorporante un siffatto dispositivo - Google Patents

Description

"Dispositivo per la produzione di energia elettrica associabile al telaio di veicoli e veicolo incorporante un siffatto dispositivo"

DESCRIZIONE

Settore della Tecnica

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per la produzione di energia elettrica associabile al telaio di veicoli.

In particolare la presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per la produzione di energia elettrica ausiliaria associabile a veicoli elettrici.

Arte Nota

Negli ultimi anni si sono moltiplicati gli sforzi per la progettazione e realizzazione di veicoli elettrici, che consentirebbero di ridurre la dipendenza dal petrolio e l’impatto ambientale, dato che non producono fumi nocivi (quali CO, CO2, NOx, idrocarburi incombusti e particolato), sono meno rumorosi dei veicoli a combustione interna e permettono di mitigare il riscaldamento globale.

In linea generale, i veicoli elettrici comprendono un motore elettrico a induzione a corrente alternata e sono alimentati grazie ad una batteria che deve essere periodicamente ricaricata. Tale ricarica avviene solitamente attingendo dalla rete elettrica, in corrispondenza di apposite stazioni di ricarica.

La limitata autonomia di percorrenza fra ricariche successive è uno dei principali punti critici nello sviluppo dei veicoli elettrici.

Sono state prospettate soluzioni che prevedono l’impiego di fonti di energia ausiliaria, quali l’utilizzo di un sistema di freno rigenerativo o la presenza di celle fotovoltaiche sul tetto della vettura.

Tuttavia, le soluzioni finora sperimentate non hanno dato risultati soddisfacenti.

Scopo principale della presente invenzione è quello di fornire una fonte di energia elettrica ausiliaria per veicoli, in particolare - ma non esclusivamente - per veicoli elettrici, che sia efficiente ed affidabile.

Altro scopo della presente invenzione è quello di fornire una fonte di energia ausiliaria per veicoli che abbia costi di produzione limitati e che sia di facile installazione sui veicoli.

Questi ed altri scopi sono raggiunti mediante un dispositivo per la produzione di energia elettrica come rivendicato nelle unite rivendicazioni.

Descrizione dell’Invenzione

Grazie al fatto che il dispositivo secondo l’invenzione comprende un diffusore associabile al telaio di un veicolo ed almeno una turbina a vento montata su detto diffusore in modo tale che le sue pale intercettino l’aria che passa in detto diffusore, è possibile sfruttare efficacemente il flusso d’aria che passa sotto il veicolo quando questo è in movimento per produrre energia elettrica.

L’impiego di diffusori associabili al telaio di un veicolo è noto ed è largamente impiegato per aumentare la stabilità del veicolo stesso: grazie alla canalizzazione del flusso d’aria che passa sotto il veicolo, il diffusore accelera il deflusso generando una depressione che aumenta la stabilità e l’aderenza al suolo del veicolo stesso.

Secondo l’invenzione, prevedendo una turbina a vento associata a detto diffusore è possibile sfruttare la suddetta canalizzazione dell’aria per ottimizzare la produzione di energia elettrica per via eolica.

Secondo una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, solo una pala della turbina è esposta al flusso d’aria che passa nel diffusore, mentre il corpo della turbina e le pale restanti sono ritratti e non sono interessati da detto flusso d’aria.

Da un lato, tale accorgimento consente di sfruttare al meglio il flusso d’aria, dal momento che la pala esposta non è coperta da altri componenti della turbina a vento; d’altro lato, esso permette di proteggere i componenti più delicati della turbina.

Descrizione Sintetica delle Figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del dispositivo secondo l’invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione dettagliata che segue di alcuni esempi di applicazione dell’invenzione, dati a titolo di esempio non limitativo, in riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la Figura 1 è una vista laterale, parzialmente in sezione, di un veicolo incorporante una coppia di dispositivi per la produzione di energia elettrica secondo l’invenzione;

- la Figura 2 è una vista dal basso del veicolo di Figura 1;

- la Figura 3 illustra una turbina del dispositivo per la produzione di energia elettrica delle Figure 1 e 2;

- la Figura 4 è un diagramma a blocchi che illustra schematicamente il funzionamento dei dispositivi per la produzione di energia elettrica delle Figure 1 e 2;

- le Figure 5A - 5C illustrano schematicamente ulteriori esempi di applicazione di dispositivi per la produzione di energia elettrica secondo l’invenzione;

- la Figura 6 è un diagramma a blocchi che illustra schematicamente il funzionamento dei dispositivi per la produzione di energia elettrica della Figura 5C.

Descrizione di Forme Preferite di Realizzazione

Con riferimento alle Figure 1 e 2 è illustrato un veicolo 100 - ad esempio un veicolo elettrico - che incorpora una coppia di dispositivi per la produzione di energia elettrica 1 secondo l’invenzione. In particolare, i dispositivi 1 secondo l’invenzione sono associati al telaio 110 del veicolo stesso.

Secondo l’invenzione, ciascuno dei dispositivi per la produzione di energia elettrica 1 comprende un diffusore 3 ed almeno una turbina a vento 5 ad asse verticale (cioè in cui l’asse dell’albero della turbina è verticale) associata a detto diffusore 3 in modo tale da intercettare il flusso d’aria W che durante il movimento del veicolo 100 passa al di sotto del telaio 110 e viene incanalato nel diffusore 3.

Tale disposizione consente di sfruttare al meglio detto flusso d’aria W. Si pensi in fatti che per una velocità di un veicolo 100 attorno ai 50 km/h, la velocità del flusso d’aria all’interno dei diffusori 3 può raggiungere e superare i 100 km/h.

Si noti che nel presente contesto con il termine “diffusore” si intende una qualsiasi configurazione che può essere associata al telaio di un veicolo e che presenta una forma e struttura tali da consentire l’accelerazione del flusso d’aria che passa sotto il telaio del veicolo quando questo è in movimento.

Detto diffusore 3 comprende una parete frontale 3a, in direzione sostanzialmente trasversale rispetto all’asse longitudinale del telaio 110 del veicolo 100 ed una coppia di pareti laterali 3b, sostanzialmente parallele tra loro e perpendicolari alla parete frontale 3a.

Le pareti 3a e 3b del diffusore 3 delimitano uno spazio di depressione all’interno del quale viene canalizzato il flusso d’aria W.

La turbina a vento 5 comprende un corpo centrale 5a che costituisce il generatore della turbina e presenta un albero di uscita ad asse verticale - cioè sostanzialmente perpendicolare al telaio 110 - ed una pluralità di pale radiali 5b che si dipartono da detto corpo centrale. Detta turbina a vento 5 è disposta in modo tale che le pale 5b siano in grado di intercettare il flusso d’aria W che passa nel diffusore 3. In particolare, detta turbina 5 è prevista lungo il perimetro di detto spazio, preferibilmente lungo una parete laterale 3b del diffusore 3.

Nell’esempio illustrato i due dispositivi per la produzione di energia elettrica 1 secondo l’invenzione sono previsti disposti simmetricamente ai lati dell’asse longitudinale del telaio 110. In questo caso, per ragioni di ingombro le turbine a vento 5 dei dispositivi 1 sono vantaggiosamente disposte in corrispondenza dell’estremità della parete frontale 3a del diffusore 3 più vicina all’asse longitudinale del telaio (cioè verso l’interno); tuttavia, nulla impedirebbe di prevederle in corrispondenza dell’estremità opposta di detta parete 3a (cioè verso l’esterno).

Secondo la forma preferita di realizzazione illustrata nelle Figure 1 e 2, il corpo centrale 5a della turbina 5 è inserito all’interno del telaio 110 del veicolo o all’interno di un involucro appositamente previsto ed associabile a detto telaio, in modo tale che solo una porzione del raggio di rivoluzione delle pale sporga all’interno dello spazio delimitato dal diffusore 3 e sia esposta al flusso d’aria W, detta porzione essendo preferibilmente compresa fra 50% e 70%.

Tale accorgimento fa sì che la porzione della pala 5b che sporge all’interno del diffusore 3 sia completamente esposta al flusso d’aria W e non sia coperta da altri componenti della turbina 5. Inoltre in questo modo il corpo della turbina 5 e le altre pale 5b che non sono correttamente orientate per intercettare il flusso d’aria W non sono investiti da detto flusso d’aria e non rischiano di subire danneggiamenti.

Come visibile nelle Figure 1 e 2, il dispositivo 1 comprende preferibilmente una griglia di protezione 7 che copre la porzione del diffusore 3 occupata dalla pala 5b della turbina a vento 5.

Gli elementi di tale griglia sono preferibilmente orientati parallelamente all’asse longitudinale del telaio 110 del veicolo 100, in modo da risultare paralleli alla direzione del flusso d’aria W e non interferire con esso.

Inoltre, detta griglia di protezione 7 può essere strutturata in modo tale da agire come una saracinesca mobile che può essere aperta o chiusa in modo da esporre o celare le pale della turbina 5 al flusso d’aria W.

In alternativa, il dispositivo 1 può comprendere una copertura mobile separata (non illustrata) per coprire la turbina 5 quando non si desidera utilizzare il dispositivo per la produzione di energia elettrica 1: detta copertura sarà mobile fra una posizione ritratta all’interno del telaio o involucro, in cui lascia scoperta la pala 5b della turbina 5, ed una posizione avanzata in cui scorre lungo la griglia 7 e copre detta pala 5b.

La turbina a vento 5 è illustrata più in dettaglio in Figura 3.

Come sopra anticipato, essa comprende un corpo centrale 5a, da cui si dipartono un albero di uscita verticale (non illustrato) ed una pluralità di pale radiali 5b.

Preferibilmente dette pale hanno un profilo concavo, con la concavità rivolta verso la direzione di provenienza del flusso d’aria W, così da intercettare in modo ottimale detto flusso d’aria.

Preferibilmente, le pale 5b sono collegate al corpo 5a in modo tale che la loro inclinazione possa essere modificata, così da variare detta inclinazione in funzione della velocità del veicolo e - conseguentemente - della velocità del flusso d’aria W. Pertanto, quando il veicolo 100 procede a bassa velocità le pale 5b saranno inclinate in modo tale da intercettare completamente il flusso d’aria W; all’aumentare della velocità del veicolo 100, esse possono essere inclinate in modo da esporre una superficie minore al flusso di aria W. In questo modo si evitano eventuali guasti e rotture dovute ad una rotazione troppo rapida della turbina 5.

In Figura 4 è riportato un diagramma a blocchi che rappresenta schematicamente il collegamento dei dispositivi per la produzione di energia elettrica 1 all’impianto elettrico del veicolo 100, in particolare nel caso di un veicolo elettrico.

In modo sostanzialmente noto, gli alberi di uscita T1 e T2 delle turbine 5 dei due dispositivi 1 sono collegati alla batteria B del veicolo 100 con l’interposizione di un invertitore I, che consente di ottenere corrente continua alla frequenza desiderata; la batteria B alimenta a sua volta il motore elettrico a induzione M.

Ovviamente, la batteria B, oltre che dalle turbine dei dispositivi 1 secondo l’invenzione, può essere alimentata in modo noto mediante la connessione (non illustrata) alla rete elettrica in corrispondenza di stazioni di ricarica.

Nelle Figure 5A - 5C sono schematicamente illustrati esempi alternativi - e non limitativi - di applicazione del dispositivo secondo l’invenzione al telaio 110 di veicoli 100.

In particolare, nell’esempio di Figura 5A, è previsto un solo dispositivo 1 disposto centralmente lungo l’asse longitudinale del telaio 110 del veicolo 100. Diffusori supplementari 120 possono essere eventualmente previsti lateralmente rispetto al dispositivo 1 per migliorare la stabilità del veicolo.

Nell’esempio di Figura 5B, sono previsti due dispositivi 1, disposti simmetricamente rispetto all’asse longitudinale del telaio 110 del veicolo 100. In questo esempio, ciascun dispositivo 1 comprende un diffusore 3 e due turbine 5,5’, montate lungo le pareti laterali di detto diffusore, alle estremità opposte della parete frontale.

Vantaggiosamente, ciascun dispositivo 1 può prevedere coperture mobili separate ed indipendenti per ciascuna turbina 5,5’.

Nell’esempio di Figura 5C, infine, sono previsti due dispositivi 1, disposti simmetricamente rispetto all’asse longitudinale del telaio 110 del veicolo 100, e ciascun dispositivo 1 comprende un diffusore 3 e due turbine 5,5’’, montate allineate lungo la medesima parete laterale di detto diffusore.

Anche in questo caso è possibile esser prevedere coperture mobili separate ed indipendenti per ciascuna turbina 5,5’’. In particolare, è possibile comandare dette coperture mobili in modo tale che quando il veicolo avanza a bassa velocità solo le turbine più avanzate 5 siano esposte al flusso d’aria che fluisce nel diffusore 3, mentre quando il veicolo avanza a velocità più elevata anche le turbine più arretrate 5’’ siano esposte a detto flusso d’aria.

Inoltre, in caso di applicazione a un veicolo elettrico, anziché collegare tutte le turbine alla batteria del veicolo è possibile prevedere di sfruttare solo le turbine più avanzate 5 per la produzione di energia elettrica e di collegare gli alberi di uscita delle turbine più arretrate 5’’ al motore elettrico del veicolo.

In Figura 6 è riprodotto un diagramma a blocchi che illustra schematicamente una soluzione siffatta.

Gli alberi di uscita T1 e T2 delle turbine più avanzate 5 dei due dispositivi 1 sono collegati alla batteria B del veicolo 100 con l’interposizione di un invertitore I; la batteria B alimenta a sua volta il motore elettrico a induzione M. Per contro, gli alberi di uscita T3 e T4 delle turbine più arretrate 5’’ dei due dispositivi 1 sono collegati al motore M mediante l’interposizione di un regolatore R.

Sarà evidente all’esperto del settore, che il dispositivo o i dispositivi secondo l’invenzione potrebbero montati in qualsiasi posizione sul telaio di un veicolo - sia in posizione più avanzata verso il davanti del veicolo, sia in posizione più arretrata verso il dietro del veicolo - a condizione che il diffusore sia in una posizione adeguata per canalizzare il flusso d’aria che passa sotto il veicolo.

Risulta particolarmente vantaggioso posizionare il dispositivo secondo l’invenzione in corrispondenza della metà posteriore del telaio del veicolo, sostanzialmente in corrispondenza della posizione dei sedili posteriori del veicolo stesso.

Da quanto sopra descritto, è evidente che il dispositivo per la produzione di energia elettrica 1 secondo l’invenzione consente di raggiungere gli scopi sopra prefissati.

È inoltre evidente che, benché tale dispositivo sia principalmente pensato per i veicoli elettrici di nuova produzione, esso può anche essere installato su veicoli elettrici esistenti con modifiche minime al telaio del veicolo stesso.

Peraltro, l’impiego di tale dispositivo non deve essere inteso come limitato ai soli veicoli elettrici; esso può essere vantaggiosamente utilizzato come sorgente di energia elettrica anche in veicoli con motore a combustione interna, specie in casi in cui si possa desiderare una batteria ausiliaria indipendente per scopi specifici, come ad esempio in caso di roulotte, camper e simili.

È infine evidente che quanto sopra descritto è stato dato a titolo di esempio non limitativo e che numerose modifiche e varianti sono possibili senza per questo uscire dall’ambito di protezione definito dalle unite rivendicazioni.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1) per la produzione di energia elettrica atto ad essere associato al telaio di veicoli, caratterizzato dal fatto di comprendere: - un diffusore (3), atto ad essere associato a detto telaio e a definire uno spazio all’interno del quale può essere canalizzato un flusso d’aria (W); - almeno una turbina a vento (5) ad asse verticale, comprendente un corpo centrale (5a) ed una pluralità di pale radiali (5b), disposta in modo tale che almeno una di dette pale (5b) intercetti detto flusso d’aria (W) canalizzato in detto diffusore (3).
2. 2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto diffusore comprende una parete frontale (3a) ed una coppia di pareti laterali (3b) ed in cui detta turbina a vento (5) è disposta lungo una di dette pareti laterali (3b).
3. 3. Dispositivo (1) la rivendicazione 1 o 2, in cui detto dispositivo comprende inoltre un involucro ed in cui detta turbina a vento (5) è inserita all’interno di detto involucro in modo tale che solo una porzione del raggio di rivoluzione di dette pale (5b) sporga all’interno di detto spazio delimitato da detto diffusore (3).
4. 4. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre una griglia di protezione (7) che copre la porzione di detto spazio delimitato da detto diffusore (3) e occupato da detta turbina a vento (5).
5. 5. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre una copertura mobile fra una prima posizione in cui detta turbina (5) è esposta e intercetta detto flusso d’aria (W) ed una seconda posizione in cui detta turbina (5) è nascosta da detta copertura.
6. 6. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui dette pale (5b) di detta turbina a vento (5) hanno un profilo concavo, con la concavità rivolta verso la direzione di provenienza di detto flusso d’aria (W).
7. 7. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno due turbine a vento (5,5’;5,5’’), ciascuna delle quali è disposta in modo tale che almeno una di dette pale intercetti detto flusso d’aria (W) canalizzato in detto diffusore (3).
8. 8. Veicolo (100) comprendente un telaio (110) ed almeno un dispositivo per la produzione di energia elettrica atto ad essere associato al telaio (110) di detto veicolo, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo (1) comprende - un diffusore (3), associato a detto telaio e comprendente pareti (3a,3b) che delimitano uno spazio all’interno del quale può essere canalizzato un flusso d’aria (W); - almeno una turbina a vento (5) ad asse verticale, comprendente un corpo centrale (5a) ed una pluralità di pale radiali (5b), disposta in modo tale che almeno una di dette pale (5b) intercetti detto flusso d’aria (W) canalizzato in detto diffusore (3).
9. 9. Veicolo (100) secondo la rivendicazione 8, in cui detta turbina a vento (5) è inserita all’interno di detto telaio (110) in modo tale che solo una di dette pale (5b) sporga all’interno di detto spazio delimitato da detto diffusore (3).
10. 10. Veicolo (100) secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui sono previsti due di detti dispositivi (1) per la produzione di energia elettrica, detti dispositivi essendo disposti simmetricamente rispetto all’asse longitudinale di detto veicolo (100).