ITTO20120484A1

ITTO20120484A1 - Trasmissione a due marce per macchine elettriche, con sistema di controllo del gioco angolare

Info

Publication number: ITTO20120484A1
Application number: IT000484A
Authority: IT
Inventors: Stefano Bertolotto; Giorgio Scalici
Original assignee: Oerlikon Graziano Spa
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2013-12-02
Also published as: US20130319149A1; US8813592B2; EP2669548A1; JP2013249952A; JP6235234B2; ES2511027T3; EP2669548B1

Description

DESCRIZIONE

"Trasmissione a due marce per macchine elettriche, con sistema di controllo del gioco angolare"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una trasmissione a due marce destinata a essere accoppiata a una macchina elettrica, particolarmente, anche se non necessariamente, per impiego su veicoli elettrici. Con l'espressione "veicoli elettrici" sono da intendersi nella descrizione e nelle rivendicazioni che seguono tutti i veicoli utilizzanti come motore primo una o piÃ¹ macchine elettriche, che possono essere l'unica fonte di trazione (Ã ̈ il caso dei veicoli puramente elettrici) o essere associate a un motore termico (Ã ̈ il caso dei veicoli ibridi).

E' noto l'impiego su veicoli elettrici di trasmissioni a piÃ¹ di una marcia, in particolare trasmissioni a due marce, che rispetto a trasmissioni a singola marcia presentano il vantaggio di consentire alla macchina elettrica di funzionare al numero di giri ottimale, cioÃ ̈ al numero di giri cui corrisponde il massimo rendimento della macchina, in un intervallo piÃ¹ ampio di velocitÃ del veicolo. Tale vantaggio sussiste sia nella modalitÃ operativa di trazione, in cui la macchina elettrica funziona da motore per fornire la potenza necessaria a far avanzare il veicolo, sia nella modalitÃ operativa di rigenerazione, in cui la macchina elettrica funziona da generatore per convertire l'energia cinetica del veicolo, quando questo sta decelerando, in energia elettrica.

Una trasmissione a due marce per macchine elettriche secondo il preambolo della rivendicazione indipendente 1 Ã ̈ nota da EP-A-2305501. Secondo tale soluzione nota, la trasmissione comprende un albero primario, un albero secondario, un ingranaggio di prima marcia, o marcia inferiore, comprendente una prima ruota dentata conduttrice portata dall'albero primario e una prima ruota dentata condotta portata dall'albero secondario e permanentemente ingranante con la prima ruota dentata conduttrice, e un ingranaggio di seconda marcia, o marcia superiore, comprendente una seconda ruota dentata conduttrice portata dall'albero primario e una seconda ruota dentata condotta portata dall'albero secondario e permanentemente ingranante con la seconda ruota dentata conduttrice. La prima ruota dentata condotta (o in alternativa la prima ruota dentata conduttrice) comprende un mozzo rigidamente collegato a rotazione con il rispettivo albero e una corona dentata montata intorno al mozzo in modo da potere ruotare rispetto a questo, fra la corona dentata e il mozzo essendo interposto un innesto di sopravanzo che consente la trasmissione della coppia attraverso l'ingranaggio di prima marcia solamente nel verso dall'albero primario all'albero secondario. La trasmissione comprende inoltre un primo dispositivo d'innesto predisposto per collegare a rotazione la ruota dentata cui Ã ̈ associato l'innesto di sopravanzo direttamente all'albero secondario, in modo da consentire la trasmissione della coppia attraverso l'ingranaggio di prima marcia anche nel verso dall'albero secondario all'albero primario, e un secondo dispositivo d'innesto predisposto per collegare a rotazione la seconda ruota dentata conduttrice o la seconda ruota dentata condotta con il rispettivo albero. Il primo dispositivo d'innesto comprende un mozzo, che Ã ̈ rigidamente collegato a rotazione con l'albero secondario, e un manicotto scorrevole, che Ã ̈ provvisto di una prima dentatura d'innesto predisposta per ingranare con una seconda dentatura d'innesto della ruota dentata cui Ã ̈ associato l'innesto di sopravanzo. Il manicotto scorrevole del primo dispositivo d'innesto Ã ̈ collegato a rotazione al rispettivo mozzo ed Ã ̈ assialmente scorrevole rispetto a questo fra una posizione di disinnesto, in cui la prima e la seconda dentatura d'innesto sono disimpegnate l'una dall'altra, e una posizione d'innesto, in cui la prima e la seconda dentatura d'innesto ingranano l'una con l'altra, collegando cosÃ¬ a rotazione la corona dentata della ruota dentata cui Ã ̈ associato l'innesto di sopravanzo con l'albero secondario. Per il corretto funzionamento di tale trasmissione nota, e piÃ¹ in particolare dell'innesto di sopravanzo, occorre impostare opportunamente i giochi all'interno dell'innesto di sopravanzo e fra le dentature d'innesto del manicotto scorrevole del primo dispositivo d'innesto e della corona dentata della ruota dentata cui Ã ̈ associato l'innesto di sopravanzo, e precisamente i giochi all'interno dell'innesto di sopravanzo devono essere minori dei giochi fra le suddette dentature d'innesto. PuÃ² quindi accadere che se tali giochi, a causa delle tolleranze di lavorazione e/o delle deformazioni, non sono rispettati, la trasmissione non sia in grado di funzionare correttamente.

Scopo della presente invenzione Ã ̈ quindi fornire una trasmissione a due marce per macchine elettriche del tipo sopra identificato che non sia affetta dall'inconveniente della tecnica nota sopra discusso.

Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo la presente invenzione grazie a una trasmissione a due marce per macchine elettriche avente le caratteristiche definite nella parte caratterizzante dell'annessa rivendicazione indipendente 1.

Forme di realizzazione preferite dell'invenzione sono oggetto nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto Ã ̈ da intendersi come parte integrale e integrante della presente descrizione.

Le caratteristiche e i vantaggi della presente invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 Ã ̈ una vista in sezione di una trasmissione a due marce per macchine elettriche secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione;

la figura 2 Ã ̈ una vista prospettica dell'insieme formato dalla prima ruota condotta e dal primo dispositivo d'innesto della trasmissione di figura 1; e

la figura 3 Ã ̈ una vista in sezione dell'insieme di figura 2.

Con riferimento inizialmente alla figura 1, una trasmissione a due marce per macchine elettriche secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione comprende una scatola o involucro 10, un albero primario 12 supportato a rotazione dalla scatola 10, e un albero secondario 14 supportato a rotazione dalla scatola 10 e disposto parallelamente all'albero primario 12.

L'albero primario 12 porta una prima ruota dentata conduttrice 16 per la prima marcia (cioÃ ̈ la marcia inferiore) e una seconda ruota dentata conduttrice 18 per la seconda marcia (cioÃ ̈ la marcia superiore). Nella forma di realizzazione illustrata, la prima ruota dentata conduttrice 16 Ã ̈ fissa, cioÃ ̈ rigidamente collegata a rotazione al rispettivo albero (albero primario 12), e piÃ¹ in particolare Ã ̈ realizzata in un solo pezzo con l'albero primario 12, mentre la seconda ruota dentata conduttrice 18 Ã ̈ folle, cioÃ ̈ libera di ruotare rispetto all'albero primario 12, su cui Ã ̈ supportata ad esempio mediante cuscinetto(i) a rullini 20.

L'albero secondario 14 porta una prima ruota dentata condotta 22 per la prima marcia e una seconda ruota dentata condotta 24 per la seconda marcia. La prima ruota dentata condotta 22 comprende una corona dentata folle 26 permanentemente ingranante con la prima ruota dentata conduttrice 16, un mozzo 28 rigidamente collegato a rotazione all'albero secondario 14 (preferibilmente, il mozzo 28 Ã ̈ realizzato come pezzo distinto rispetto all'albero secondario 14 ed Ã ̈ a questo accoppiato mediante collegamento scanalato) e un innesto di sopravanzo (altrimenti noto come ruota libera) 30 interposto fra la corona dentata 26 e il mozzo 28 della prima ruota dentata condotta 22 e predisposto per accoppiare a rotazione questi due componenti della prima ruota dentata condotta quando l'albero primario 12 trasmette coppia all'albero secondario 14 (fase di trazione) e sino a quando la velocitÃ di rotazione dell'albero secondario 14 (e quindi del mozzo 28) Ã ̈ minore o uguale alla velocitÃ di rotazione dell'albero primario 12 divisa per il rapporto di trasmissione della prima marcia. La prima ruota dentata condotta 22, o meglio la relativa corona dentata 26, Ã ̈ stata sopra definita come "folle" per significare che tale corona dentata non Ã ̈ rigidamente collegata a rotazione al rispettivo albero (albero secondario 14), a differenza dell'altra ruota dentata 16 dell'ingranaggio di prima marcia, ma in determinate condizioni di funzionamento (quelle in cui l'innesto di sopravanzo 30 scollega a rotazione la corona dentata 26 dal mozzo 28) Ã ̈ libera di ruotare rispetto all'albero 14. Nella forma di realizzazione illustrata, la seconda ruota dentata condotta 24 Ã ̈ realizzata come ruota fissa, cioÃ ̈ rigidamente collegata a rotazione all'albero secondario 14, e ingrana permanentemente con la seconda ruota dentata conduttrice 18.

La trasmissione comprende inoltre un primo dispositivo d'innesto 32 predisposto per accoppiare a rotazione la corona dentata 26 della prima ruota dentata condotta 22 all'albero secondario 14. Il primo dispositivo d'innesto 32 puÃ² essere realizzato o come dispositivo d'innesto normalmente chiuso, nel qual caso esso mantiene a riposo la corona dentata 26 della prima ruota dentata condotta 22 collegata a rotazione con l'albero secondario 14, o come dispositivo d'innesto normalmente aperto, nel qual caso esso mantiene a riposo la corona dentata 26 della prima ruota dentata condotta 22 libera di ruotare rispetto all'albero secondario 14. Il primo dispositivo d'innesto 32 comprende un mozzo 34, che Ã ̈ montato sull'albero secondario 14 in modo da essere libero di ruotare rispetto a questo ed Ã ̈ collegato a rotazione al mozzo 28 della prima ruota dentata condotta 22 mediante una pluralitÃ di perni di collegamento 36, e un manicotto scorrevole 38, che Ã ̈ collegato al mozzo 34 mediante profilo scanalato in modo da essere rigidamente collegato a rotazione al mozzo, ma libero di traslare assialmente rispetto a questo. All'estremitÃ rivolta verso la prima ruota dentata condotta 22, il profilo scanalato del manicotto scorrevole 38 forma una prima dentatura d'innesto 40 predisposta per ingranare con una seconda dentatura d'innesto 42 formata dalla corona dentata 26 della prima ruota dentata condotta 22. Il manicotto scorrevole 38 Ã ̈ spostabile fra una posizione di disinnesto, in cui le dentature d'innesto 40 e 42 sono disimpegnate, e una posizione d'innesto, in cui le dentature d'innesto 40 e 42 ingranano l'una con l'altra, di modo che la corona dentata 26 della prima ruota dentata condotta 22 Ã ̈ collegata a rotazione all'albero secondario 14.

La trasmissione comprende inoltre un secondo dispositivo d'innesto 44, che nella forma di realizzazione illustrata Ã ̈ realizzato come innesto a frizione, associato alla seconda ruota dentata conduttrice 18. Nella forma di realizzazione illustrata, il secondo dispositivo d'innesto 44 Ã ̈ di tipo normalmente chiuso, e dunque a riposo esso mantiene la seconda ruota dentata conduttrice 18 collegata a rotazione con l'albero primario 12, mentre quando esso Ã ̈ attivamente comandato (ad esempio per via meccanica, idraulica o elettrica) esso scollega a rotazione la seconda ruota dentata conduttrice 18 rispetto all'albero primario 12. Il secondo dispositivo d'innesto 44 potrebbe comunque anche essere di tipo normalmente aperto. Nella forma di realizzazione illustrata, il secondo dispositivo d'innesto 44 Ã ̈ un innesto a frizione multidisco a secco, ma potrebbe naturalmente anche essere un innesto a frizione di tipo diverso, ad esempio un innesto a frizione monodisco o multidisco a bagno d'olio.

Con riferimento ora in particolare alle figure 2 e 3, fra il mozzo 28 della prima ruota dentata condotta 22 e il mozzo 34 del primo dispositivo d'innesto 32 Ã ̈ previsto un certo gioco angolare, nel senso che i mozzi 28 e 34 possono ruotare l'uno rispetto all'altro di un certo angolo intorno all'asse dell'albero secondario 14, e a questo proposito la trasmissione Ã ̈ provvista secondo l'invenzione di un sistema di controllo del gioco angolare atto a controllare il gioco angolare fra questi due componenti della trasmissione. PiÃ¹ specificamente, i perni di collegamento 36 sono fissati al mozzo 28 della prima ruota dentata condotta 22 e s'impegnano con gioco ciascuno in una rispettiva asola 46 prevista nel mozzo 34 del primo dispositivo d'innesto 32 in modo da consentire ai due mozzi 28 e 34 di ruotare l'uno rispetto all'altro. A tale riguardo, i perni di collegamento 36 sono disposti con i rispettivi assi giacenti lungo una medesima circonferenza con centro sull'asse dell'albero secondario 14 e l'asse di ciascuna asola 46 Ã ̈ un asse curvilineo coincidente con un tratto di tale circonferenza. Inoltre, sia i perni di collegamento 36 sia le asole 46 sono angolarmente equidistanziati l'uno/a rispetto all'altro/a, il passo angolare delle asole 46 essendo un multiplo intero (nell'esempio illustrato pari a 2) del passo angolare dei perni di collegamento 36. In questo modo, il mozzo 28 e il mozzo 34 possono ruotare l'uno rispetto all'altro fra due posizioni limite definite dalla battuta dei perni di collegamento 36 contro le opposte estremitÃ delle asole 46. Fra il mozzo 28 e il mozzo 34 sono inoltre previsti mezzi elastici predisposti per esercitare su questi due componenti una coppia di richiamo tendente a spingerli verso una di tali posizioni limite. In questo modo, quando il mozzo 34 non trasmette coppia al mozzo 28, tali mezzi elastici mantengono i due mozzi nella suddetta posizione limite, e quindi in una data posizione relativa ben definita. Secondo la forma di realizzazione illustrata, tali mezzi elastici comprendono una molla 48 collegata da un lato a uno dei perni di collegamento 36, e quindi al mozzo 28, e dall'altro al mozzo 34. Nella forma di realizzazione illustrata, la molla 48 Ã ̈ realizzata come molla a elica cilindrica, ma potrebbe anche essere realizzata ad esempio come molla a spirale.

Si descriverÃ ora il funzionamento della trasmissione a due marce sopra descritta, con particolare riferimento all'impiego della trasmissione su un veicolo elettrico.

Con il secondo dispositivo d'innesto 44 mantenuto aperto, quando il motore elettrico inizia a ruotare la coppia motrice viene trasmessa dall'albero primario 12 all'albero secondario 14 attraverso la prima ruota dentata conduttrice 16 e la prima ruota dentata condotta 22 formanti l'ingranaggio di prima marcia, la corona dentata 26 della prima ruota dentata condotta 22 essendo collegata a rotazione al mozzo 28, e quindi all'albero secondario 14, per mezzo dell'innesto di sopravanzo 30. Preferibilmente, non appena il veicolo inizia ad avanzare il primo dispositivo d'innesto 32 viene chiuso (nel caso di dispositivo normalmente aperto) o mantenuto chiuso (nel caso di dispositivo normalmente chiuso) per accoppiare a rotazione la corona dentata 26 della prima ruota dentata condotta 22 all'albero secondario 14. In questo modo, anche se preferibilmente la coppia continua a essere trasmessa dall'albero primario 12 all'albero secondario 14 attraverso l'innesto di sopravanzo 30, grazie al fatto che i giochi all'interno dell'innesto di sopravanzo 30 sono opportunamente scelti minori dei giochi fra le dentature d'innesto 40 e 42 del manicotto scorrevole 38 e della corona dentata 26, il manicotto scorrevole 38 si trova giÃ nella posizione d'innesto e dunque la trasmissione Ã ̈ immediatamente in grado di funzionare anche in modalitÃ rigenerativa con la prima marcia inserita. Infatti, in caso di frenatura (o piÃ¹ in generale di decelerazione) o di marcia in discesa la coppia viene trasmessa dalle ruote motrici alla macchina elettrica passando nell'ordine attraverso l'albero secondario 14, il mozzo 34 e il manicotto scorrevole 38 del primo dispositivo d'innesto 32, la corona dentata 26, la prima ruota dentata conduttrice 16 e l'albero primario 12, la macchina elettrica funzionando di conseguenza da generatore per la ricarica delle batterie del veicolo. Durante la marcia in prima marcia (cioÃ ̈, nella forma di realizzazione illustrata, con il secondo dispositivo d'innesto 44 aperto), sia in fase di trazione sia in fase di rigenerazione la seconda ruota dentata conduttrice 18 gira folle, essendo trascinata in rotazione dalla seconda ruota dentata condotta 24 con cui ingrana permanentemente.

Per consentire il passaggio dalla prima marcia alla seconda marcia, il primo dispositivo d'innesto 32 viene aperto, disimpegnando cosÃ¬ la dentatura d'innesto 40 del manicotto scorrevole 38 dalla dentatura d'innesto 42 della corona dentata 26 e dunque facendo sÃ¬ che la coppia venga trasmessa dall'albero primario 12 all'albero secondario 14 attraverso l'innesto di sopravanzo 30. Successivamente il secondo dispositivo d'innesto 44 viene riportato nella condizione chiusa, di modo che la seconda ruota dentata conduttrice 18 viene collegata a rotazione all'albero primario 12. In questo modo, non appena la velocitÃ di rotazione della corona dentata 26, che Ã ̈ determinata dal rapporto di trasmissione di prima marcia, diventa minore della velocitÃ di rotazione del mozzo 28, cioÃ ̈ dell'albero secondario 14, che dipende invece dal rapporto di trasmissione di seconda marcia, l'innesto di sopravanzo 30 viene "scavalcato" e passa automaticamente alla condizione di disinnesto. La coppia motrice viene cosÃ¬ trasmessa dall'albero primario 12 all'albero secondario 14 attraverso la ruota dentata conduttrice 18 e la ruota dentata condotta 24 dell'ingranaggio di seconda marcia. L'impiego dell'innesto di sopravanzo 30 per la trasmissione della coppia attraverso l'ingranaggio di prima marcia, il quale innesto opera in parallelo all'ingranaggio di seconda marcia quando la seconda ruota dentata conduttrice 18 Ã ̈ accoppiata a rotazione all'albero primario 12 a seguito della chiusura del secondo dispositivo d'innesto 44, permette di effettuare il passaggio dalla prima alla seconda marcia senza interruzioni nella trasmissione della coppia, ovvero in modalitÃ cosiddetta "powershift". Con la seconda marcia inserita, il funzionamento in modalitÃ rigenerativa Ã ̈ consentito dal fatto che la ruota dentata conduttrice 18 e la ruota dentata condotta 24 dell'ingranaggio di seconda marcia ingranano permanentemente l'una con l'altra.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto Ã ̈ stato descritto e illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Ad esempio, la trasmissione puÃ² anche essere realizzata con la ruota dentata conduttrice come ruota folle dell'ingranaggio di prima marcia, nel qual caso l'innesto di sopravanzo e il primo dispositivo d'innesto, con il relativo sistema di controllo dei giochi, saranno associati alla prima ruota dentata conduttrice, anzichÃ© alla prima ruota dentata condotta. Inoltre, la trasmissione puÃ² anche essere realizzata con la ruota dentata condotta come ruota folle dell'ingranaggio di seconda marcia, nel qual caso il secondo dispositivo d'innesto agirÃ sulla seconda ruota dentata condotta, anzichÃ© sulla seconda ruota dentata conduttrice.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Trasmissione a due marce per macchine elettriche comprendente: un albero primario (12); un albero secondario (14); un ingranaggio di prima marcia, o marcia inferiore, comprendente una prima ruota dentata conduttrice (16) portata dall'albero primario (12) e una prima ruota dentata condotta (22) portata dall'albero secondario (14) e permanentemente ingranante con la prima ruota dentata conduttrice (16), laddove una di dette prima ruota dentata conduttrice (16) e prima ruota dentata condotta (22) comprende un mozzo (28) rigidamente collegato a rotazione con il rispettivo albero (12, 14) e una corona dentata (26) montata intorno al mozzo (28) in modo da potere ruotare rispetto a questo; un ingranaggio di seconda marcia, o marcia superiore, comprendente una seconda ruota dentata conduttrice (18) portata dall'albero primario (12) e una seconda ruota dentata condotta (24) portata dall'albero secondario (14) e permanentemente ingranante con la seconda ruota dentata conduttrice (18); un innesto di sopravanzo (30) interposto fra la corona dentata (26) e il mozzo (28) di detta prima ruota dentata conduttrice (16) o prima ruota dentata condotta (22) per consentire la trasmissione della coppia attraverso l'ingranaggio di prima marcia solamente nel verso dall'albero primario (12) all'albero secondario (14); un primo dispositivo d'innesto (32) predisposto per collegare a rotazione la corona dentata (26) di detta prima ruota dentata conduttrice (16) o prima ruota dentata condotta (22) direttamente al rispettivo albero (12, 14), in modo da consentire la trasmissione della coppia attraverso l'ingranaggio di prima marcia anche nel verso dall'albero secondario (14) all'albero primario (12); e un secondo dispositivo d'innesto (44) predisposto per collegare a rotazione una di dette seconda ruota dentata conduttrice (18) e seconda ruota dentata condotta (24) con il rispettivo albero (12, 14); in cui detto primo dispositivo d'innesto (32) comprende un mozzo (34) e un manicotto scorrevole (38) provvisto di una prima dentatura d'innesto (40) predisposta per ingranare con una seconda dentatura d'innesto (42) della corona dentata (26) di detta prima ruota dentata conduttrice (16) o prima ruota dentata condotta (22), il manicotto scorrevole (38) essendo collegato a rotazione al rispettivo mozzo (34) ed essendo assialmente scorrevole rispetto a questo fra una posizione di disinnesto, in cui dette prima e seconda dentatura d'innesto (40, 42) sono disimpegnate l'una dall'altra, e una posizione d'innesto, in cui dette prima e seconda dentatura d'innesto (40, 42) ingranano l'una con l'altra; caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre: mezzi di collegamento (36) che collegano a rotazione il mozzo (28) della ruota dentata (22) cui Ã ̈ associato l'innesto di sopravanzo (30) con il mozzo (34) di detto primo dispositivo d'innesto (32), consentendo a detti mozzi (28, 34) di ruotare l'uno rispetto all'altro intorno all'asse del rispettivo albero (14) fra due posizioni limite; e mezzi elastici (48) interposti fra detti mozzi (28, 34) per esercitare su questi ultimi una coppia di richiamo tendente a spingerli verso una di dette posizioni limite.
2. Trasmissione secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di collegamento (36) comprendono una pluralitÃ di perni (36) che sono fissati al mozzo (28) della ruota dentata (22) cui Ã ̈ associato l'innesto di sopravanzo (30) e s'impegnano con gioco in rispettive asole (46) previste nel mozzo (34) di detto primo dispositivo d'innesto (32).
3. Trasmissione secondo la rivendicazione 2, in cui detti mezzi elastici (48) comprendono almeno una molla (48) collegata da un lato a uno dei perni (36) e dall'altro al mozzo (34) di detto primo dispositivo d'innesto (32).
4. Trasmissione secondo la rivendicazione 3, in cui detti mezzi elastici (48) comprendono una singola molla (48) realizzata come molla a elica cilindrica.