ES2624623T3 - Motor híbrido para vehículo acuático - Google Patents

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ES2624623T3 ES12770048.2T ES12770048T ES2624623T3 ES 2624623 T3 ES2624623 T3 ES 2624623T3 ES 12770048 T ES12770048 T ES 12770048T ES 2624623 T3 ES2624623 T3 ES 2624623T3
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Abstract

Motor híbrido para un vehículo acuático que comprende un motor de propulsión primaria instalable en el interior del vehículo acuático y que acciona un eje de propulsión (11) y una transmisión supraacuática (1) conectada al eje de propulsión (11) con una carcasa de transmisión (10) para mover un eje vertical (13) que sale de la transmisión supraacuática (1) así como al menos un motor de propulsión secundaria eléctrico (2) con un estator y un rotor mediante el que se puede mover el eje vertical (13) adicionalmente o alternativamente al motor de propulsión primaria caracterizado por que, el/los, al menos uno, motor/es de propulsión secundaria eléctrico/s (2) tienen un rotor interno con un eje hueco (20) giratorio y una carcasa de motor (21) que sirve como estator y por que el estator está acoplado rígidamente a la carcasa (10) de la transmisión supraacuática (1) y por que por dentro del eje hueco (20) del motor de propulsión secundaria (2) está instalado un embrague (14) del eje de propulsión (11).

Description

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DESCRIPCION
Motor hnbrido para vehnculo acuatico
La invencion se refiere a un motor hubrido para un vehnculo acuatico que comprende un motor de propulsion primaria que mueve un eje de transmision y que esta colocado en el interior del vehnculo acuatico y una transmision supraacuatica conectada a continuacion del eje de transmision con una carcasa para mover un eje vertical conectado a la transmision supraacuatica asf como al menos un motor de propulsion secundaria electrico mediante el que se puede mover el eje vertical adicionalmente o alternativamente al motor de propulsion primaria.
Un motor tnbrido de este tipo se conoce, por ejemplo, por la solicitud de patente internacional WO2011/021727 A1 y sirve para accionar un propulsor acimutal cuyo eje de la helice queda fuera del casco de la embarcacion y que se acciona a traves de un eje vertical por el motor de propulsion primaria colocado en el interior del vetnculo acuatico y/o el motor de propulsion secundaria a traves de una transmision supraacuatica conectada entre ellos. Mediante embragues el motor de propulsion primaria, normalmente un motor de combustion, y el motor electrico conectado a un segundo eje de propulsion pueden acoplarse mediante union no positiva por rozamiento con el eje vertical para, en funcion de las condiciones de uso del vetnculo acuatico, utilizar el motor de propulsion primaria o el motor de propulsion secundaria electrico o navegar con la propulsion de ambos motores.
Otro conjunto con dos ejes de propulsion parecido, acoplables selectivamente mediante embragues, para un motor de propulsion primaria y un motor de propulsion secundaria se conoce por el documento de patente de Alemania DE102009000992A1.
El inconveniente de estos motores tnbridos conocidos es que los varios ejes de propulsion de la transmision supraacuatica y los embragues asociados tienen una estructura de gran complejidad, que resulta muy cara y que ademas tambien ocupa bastante espacio de modo que dichos motores tnbridos para espacios limitados, por ejemplo, de los remolcadores de puertos, solo se pueden utilizar con restricciones y requieren un diseno del casco de la embarcacion especial y, por otra parte, su instalacion a posteriori en un vetnculo acuatico que tenga un motor de propulsion primaria de combustion por lo general es imposible o cuanto menos muy complicado.
A su vez en los tiempos mas recientes hay una necesidad mayor de dichos motores tnbridos, en particular, para los vetnculos acuaticos utilizados en aguas interiores y puertos, por ejemplo, dentro de las zonas de proteccion medioambiental de los puertos en las que se navega a media potencia durante intervalos de tiempo prolongados. Por ejemplo, los perfiles de uso de los remolcadores de puertos muestran intervalos de tiempo largos a baja potencia de modo que la propulsion hnbrida resultana adecuada, haciendose con un motor diesel para condiciones como las de de traccion de bolardo y con un motor electrico cuando los requisitos de potencia fueran menores, de cara a ahorrar energfa y recursos.
El objetivo de la invencion es, por tanto, definir un motor hnbrido como los mencionados que resuelva los inconvenientes del estado de la tecnica y que se caracterice por un diseno economico y particularmente compacto.
Para conseguir el objetivo anterior se propone de acuerdo con la invencion un diseno de motor hnbrido con las caractensticas de la reivindicacion 1.
Los disenos y variantes ventajosas de la invencion son objeto de las reivindicaciones dependientes.
La invencion propone disenar el/los, al menos uno, motor de propulsion secundaria electrico con un eje hueco, teniendo el motor segun la invencion una carcasa de motor que haga de estator y un rotor interno de eje hueco giratorio.
Una ventaja fundamental del diseno segun la invencion consiste en que el motor de propulsion secundaria no necesita engrane adicional sino que aprovecha, dicho asf, el engrane, que ya se produce en cualquier caso, del motor de propulsion primaria.
El engrane en el sentido de la invencion es la transmision de fuerza al producirse el engrane de un mecanismo de transmision entre el motor de propulsion y el eje vertical para propulsar el vehfculo acuatico.
El motor de propulsion secundaria segun la invencion aprovecha los componentes de la transmision que engranan del motor de propulsion primaria para conseguir una simplificacion estructural importante.
En cualquier caso, de acuerdo con la invencion, el estator del motor de propulsion secundaria, a saber, en funcion del diseno, la carcasa del motor o el eje hueco, esta acoplado ngidamente a la carcasa de la transmision supraacuatica de modo que se puede prescindir de otros espacios de alojamiento y fijaciones adicionales para el motor de propulsion secundaria. El motor hubrido de acuerdo con la invencion puede ahorrar asf bastante espacio e incorporarse a motores primarios ya instalados.
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De acuerdo con la invencion, se aprovecha el espacio interior del eje hueco del motor de propulsion secundaria para alojar un embrague del eje de propulsion, es decir, un componente que de por sf ya existe en el diseno habitual de una transmision supraacuatica con un motor de propulsion primaria que mueva el eje de propulsion. Las posiciones posibles para el motor de propulsion secundaria electrico, debido a ello, quedan del lado de entrada de potencia, es decir, del lado de entrada del eje de propulsion en la transmision supraacuatica, del lado opuesto al de entrada de potencia, o son posiciones verticales sobre la transmision supraacuatica en las que queda guiado el extremo del eje vertical.
El motor tnbrido de acuerdo con la invencion, gracias al diseno del motor de propulsion secundaria con un eje hueco y un estator acoplado ngidamente a la carcasa de la transmision supraacuatica no requiere de juntas de estanquidad adicionales ni engrane adicional ni ejes adicionales de la transmision supraacuatica. Tampoco hace falta un embrague para el motor de propulsion secundaria.
El motor de propulsion secundaria tampoco requiere cojinetes propios sino que se integra en el conjunto de cojinetes del sistema constituido por el motor de propulsion primaria, el eje de propulsion del motor supraacuatico y el eje vertical. Ya que, debido a la integracion de acuerdo con la invencion del motor de propulsion secundaria la transmision de fuerza se hace, independiente de que se use/n del motor de propulsion primaria y/o de propulsion secundaria, tan solo mediante un conjunto de ruedas de dentadas de la transmision supraacuatica, no son necesarios los ajustes para otros conjuntos de ruedas dentadas del motor de propulsion secundario, al no existir estos. Ademas no se produce un engrane en vado, por ejemplo, cuando el motor de propulsion primaria o el motor de propulsion secundaria se para lo que deriva en que el motor tnbrido segun la invencion tenga una generacion de ruidos baja y un rendimiento alto.
El motor de propulsion secundaria electrico utilizado de acuerdo con la invencion puede ser un motor smcrono de excitacion permanente, por ejemplo, un motor de par.
Los motores de par son comunmente conocidos y se utilizan, por ejemplo, como motores de propulsion sin mecanismos en las maquinas herramienta y en maquinas de extrusion y de laminacion de la industria de procesamiento de plastico puesto que ocupando poco espacio proporcionan unos pares grandes dentro de un intervalo de velocidades de giro definido. Un motor de par consta, en la version de inducido interno habitualmente de un estator con bobinas, constituido por la carcasa del motor, y un rotor con imanes permanentes constituido por un eje hueco. En la configuracion de inducido externo dicho motor de par tiene un eje hueco que hace de estator con bobinas y una carcasa con imanes permanentes que hace de rotor.
En el marco de la invencion se ha confirmado que dicho motor de par se puede adaptar tambien y usarlo como motor de propulsion secundaria electrico formando parte de un motor tnbrido para vetnculos acuaticos puesto que requieren poco espacio, proporciona grandes pares en el intervalo de velocidad de giro relevante y, ademas, debido a su diseno espedfico con un eje hueco es muy facilmente integrable, en particular, en los disenos de transmisiones supraacuaticas existentes y consolidados.
Puesto que el embrague del eje de propulsion conectado al motor de propulsion primaria esta colocado dentro del eje hueco del motor de propulsion secundaria el motor de propulsion secundaria puede integrarse sin su propio embrague en el motor tnbrido, de modo que las consecuencias son que se ahorra en componentes y tambien en espacio.
Alternativamente, el motor de propulsion secundaria tambien puede estar colocado con su eje hueco sobre el eje de propulsion o del eje vertical de modo que se permita la maxima flexibilidad en cuanto a la posicion de instalacion.
El concepto eje vertical de acuerdo con la invencion no hay que entenderlo limitado a un eje con una orientacion exactamente vertical sino que comprende tambien ejes que tienen una orientacion que se desvfan de una orientacion vertical.
En general el motor tnbrido de acuerdo con la invencion es adecuado para todos los disenos de motor, en particular, para motores de embarcaciones de propulsion acimutal.
En el marco de la invencion no solo se preve que el motor de propulsion secundaria electrico pueda servir de ayuda a la propulsion del motor de propulsion primaria cuando funciona conjuntamente con el motor de propulsion primaria, es decir, como turbo, para proporcionar picos de potencia o de par de giro, sino que tambien puede pararse el motor de propulsion primaria garantizando un modo de funcionamiento puramente electrico con el motor de propulsion secundaria. Ademas en una forma de realizacion de la invencion puede preverse que el motor de propulsion secundaria tenga otro modo de funcionamiento como generador para, por ejemplo, suministrar electricidad a la red de a bordo del vetnculo acuatico o cargar unas batenas para en otro momento posterior, adoptar un modo de funcionamiento con propulsion electrica del motor de propulsion secundaria.
Se entiende que el motor tnbrido de acuerdo con la invencion no tiene por que ser el unico del vetnculo acuatico sino que puede haber varios de ellos. Si este es el caso, existe tambien la posibilidad de hacer funcionar el motor de propulsion secundaria electrico de un motor tnbrido como generador y con la energfa electrica generada garantizar una propulsion puramente electrica del segundo motor tnbrido mediante su motor de propulsion secundaria. En
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dicho modo de funcionamiento, a pesar de que la propulsion se haga mediante dos motores hnbridos de acuerdo con la invencion se puede conseguir una reduccion de consumo y de emisiones
El motor propulsion secundaria de acuerdo con la invencion puede funcionar ademas como sistema de arranque para acelerar el segmento de eje desacoplado hasta una velocidad de sincronismo con el eje a acoplar, siendo el resultado que se pueda utilizar un embrague mas pequeno o un embrague de conmutacion en lugar de un embrague con deslizamiento.
El motor hnbrido de acuerdo con la invencion puede ser de disenos variados en cuanto a la transmision supraacuatica. En general, en el marco de la invencion por transmision supraacuatica se entendera el mecanismo de transmision ubicado dentro de la embarcacion del vehnculo acuatico de un propulsor acimutal.
Un ejemplo de dicho propulsor acimutal es uno de tipo gondola En este caso se puede utilizar el motor hnbrido de acuerdo con la invencion o bien como propulsor acimutal, o Z, es decir en un motor con dos conjuntos de engranaje conicos en el mismo propulsor acimutal o bien como propulsor combi, en L, es decir, un propulsor acimutal con un unico conjunto de engranaje conico en total.
A continuacion se explicaran mas otras configuraciones y particularidades del motor hnbrido de acuerdo con la invencion en base a los ejemplos de realizacion de las figuras.
Muestran:
• la figura 1: una transmision supraacuatica de un motor hnbrido de acuerdo con la invencion representada esquematicamente
• la figura 2 otra forma realizacion de una transmision supraacuatica de un motor hnbrido de acuerdo con la invencion representada esquematicamente
• la figura 3 una vista delantera de un motor de par de acuerdo con la invencion
En la figura 1 se representa esquematicamente una transmision supraacuatica de un motor hnbrido comprendiendo la transmision supraacuatica 1 un eje de propulsion 11 practicamente horizontal por dentro de la carcasa de la transmision 10 que mueve, en una configuracion de propulsor en L, a traves de un engranaje en angulo 12 con ruedas dentadas conicas, un eje vertical 13 saliente de la carcasa 10 de la transmision supraacuatica 1. Los componentes representados en las figuras estan colocados normalmente en el interior de un vehnculo acuatico no representado.
El eje vertical 13 se conecta, no estando detallado en la figura, a un propulsor acimutal de diseno tradicional ubicado por fuera del vehnculo acuatico, mas concretamente, bajo el casco como, por ejemplo, se puede ver en el documento de patente Alemania DE202009009031 U1.
El eje de propulsion 11 se mueve, no estando detallado en la figura, gracias a la potencia y al par M suministrado por un motor de propulsion primaria, no representado, que tambien esta ubicado dentro del vehfculo acuatico, siendo este, por ejemplo un motor de combustion.
Mediante un embrague 14 el eje de propulsion 11 se puede acoplar y desacoplar de modo que en funcion de la posicion del embrague 14, el motor de propulsion primaria se pueda acoplar/ desacoplar por union no positiva mediante rozamiento al/ del eje vertical 13.
Para conseguir una propulsion hnbrida con un motor de propulsion secundaria electrico adicional al motor de propulsion primaria ocupando poco espacio, como motor de propulsion secundaria electrico 2 se utiliza un motor de par cuyos componentes principales se pueden ver en la figura 3 y que tiene una carcasa de motor 21 que sirve como estator con un eje hueco 20 giratorio alojado en ella. Por dentro del eje hueco 20 giratorio queda entonces un espacio 22 de modo que el motor de par, por ejemplo, se puede colocar en una posicion adecuada en el eje de propulsion 11 y acoplarse a el cuando el eje de propulsion 11 se introduzca en el espacio 22.
Se entiende que en lugar del motor de par tambien se pueden utilizar otros motores de propulsion secundaria electricos 2 con un eje hueco 20.
Resulta particularmente ventajoso que el motor de propulsion secundaria electrico 2 de rotor interno tenga su carcasa de motor 21 acoplada ngidamente a la carcasa 10 de la transmision supraacuatica 1, por ejemplo, mediante tornillos y que este ubicado en una posicion en la que la transmision supraacuatica 1 tenga las piezas adicionales necesarias para apoyar y/ o mover el eje de propulsion 11 o el eje vertical 13, como embragues 14 o frenos 15.
Asf, en la figura 1, con el numero de referencia 2.1 se muestra esquematicamente una posicion de montaje para el motor de propulsion secundaria electrico 2, en la que el eje hueco 20 giratorio, en su espacio 22, aloja el embrague 14 mencionado del eje de propulsion 11, es decir, el motor de propulsion secundaria 2 envuelve el embrague 14 en la posicion en la que estana instalado en cualquier caso, pero unido ngidamente mediante una pieza de acoplamiento, por ejemplo, la carcasa de dicho motor o el eje de entrada de potencia.
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De esta manera se puede conseguir un diseno muy compacto del motor de propulsion secundaria electrico 2, lo que por ejemplo, tambien resulta posible si lo que se quiere es incorporarlo a un motor tradicional del vehnculo acuatico, un motor de propulsion primaria unico. Segun esta disposicion con el embrague 14 para el eje de propulsion 11 dentro del espacio 22, el motor de propulsion secundaria electrico 2 de acuerdo con la invencion no necesita su propio embrague sino que en funcion de la posicion del embrague 14 existente, adicionalmente al motor de propulsion primaria o alternativamente a este, mueve el eje de propulsion 11 giratorio, lo que hace posible sumar la potencia del motor de propulsion primaria y la del motor de propulsion secundaria electrico, es decir, habilitar el modo de funcionamiento turbo y garantizar tambien una navegacion puramente electrica que para cargas pequenas resulta de particular ahorro energetico y de muy pocas emisiones.
Alternativamente el motor de propulsion secundaria 2 puede estar instalado en una posicion, indicada con el numero de referencia 2.2, situada en el lado opuesto de la carcasa 10 de la transmision supraacuatica 1 en la que suele haber un freno 15 del eje de propulsion 11. Tambien en esta posicion el motor de propulsion secundaria 2 envuelve, con su espacio interior 22 por dentro del eje hueco 20, el freno 15 o los cojinetes.
La figura 2 muestra, en comparacion con el ejemplo de realizacion de la figura 1, una forma de realizacion distinta de una transmision supraacuatica 1, en la que la transmision supraacuatica 11 solo esta introducida en la carcasa 10 de la transmision hasta el engranaje en angulo 12, sin salir por el lado opuesto de la carcasa de la transmision 10. En lugar de eso, el eje vertical 13, en este ejemplo de realizacion de la figura 2, sale por la zona superior de la carcasa de la transmision 10 y se apoya en un freno 15 o en un cojinete no mostrado.
Aparte de la posicion de instalacion 2.1 del motor de propulsion secundaria electrica 2, mencionada y visible en la figura 1, en la zona del embrague 14 del eje de propulsion 11, en el ejemplo de realizacion 2 existe la posibilidad de que el motor de propulsion secundaria 2 tambien pueda estar instalado en la posicion indicada con el numero de referencia 2.3, es decir, envolviendo el freno 15 colocado sobre la carcasa de la transmision 20 de modo que el espacio ocupado en este caso resulte extraordinariamente pequeno.
Todas las formas de realizacion mencionadas comparten en particular que el motor de propulsion secundaria 2 no tiene engranajes adicionales en la transmision supraacuatica sino que aprovecha los engranajes del propulsor primario y exclusivamente utiliza los componentes de propulsion que tambien se utilizan cuando funciona el motor de propulsion primaria. Asf, el motor de propulsion secundaria no necesita cojinetes propios.
Como se ha mencionado las posiciones de instalacion indicadas 2.1, 2.2, 2.3 son adecuadas para el motor de propulsion secundaria electrico 2 no solo para transmisiones supraacuaticas nuevas para motores hnbridos de vehnculos acuaticos sino que se pueden incorporar a transmisiones supraacuaticas que solo tienen un motor de propulsion primaria, con una complejidad extremadamente pequena y ocupando un espacio adicional mmimo convirtiendose el conjunto en un motor hnbrido, de modo que, por ejemplo, se pueden incorporar facilmente a los remolcadores de los puertos que solo tienen poco espacio disponible dentro del casco de la embarcacion para la transmision supraacuatica.
Puesto que, por ejemplo, los remolcadores de puertos, por lo general, solo navegan a un 60% - 70% de la potencia total disponible se pueden dimensionar habitualmente con una propulsion primaria con un motor de combustion para esta navegacion a menor potencia que la maxima, puesto que cuando se requiera dicha maxima potencia se puede proporcionar mediante el motor de propulsion secundaria electrico. En zonas concretas de bajas emisiones se puede navegar puramente con propulsion electrica.
La invencion explicada ofrece ademas otro potencial de optimizacion. Mediante la propulsion secundaria electrica, por ejemplo, el eje de propulsion, a la hora de embragar se puede acelerar hasta la velocidad de giro de conmutacion, antes de que se meta el embrague 14 de modo que resulta posible utilizar un embragado de conmutacion sencillo y economico en lugar del embragado con deslizamiento utilizado hasta ahora.
Ademas resulta posible navegar en un modo de funcionamiento adicional del motor de propulsion secundaria electrico 2, en el que se utilice como generador, para proporcionar electricidad a la red de a bordo del vehnculo acuatico o para cargar batenas.
Si un vehnculo acuatico tiene mas de uno de dichos motores tnbridos, por ejemplo, dos propulsores acimutales accionados por motor hnbrido, existe la posibilidad de hacer una conexion electrica funcionando solo un motor de propulsion primario, cuyo motor de propulsion secundaria electrico asociado, en el modo de generador genere electricidad accionando el motor de propulsion secundaria electrico del segundo propulsor acimutal.
Puesto que la transmision supraacuatica explicada de dicho motor hnbrido solo tiene que tener un eje de propulsion 11, dicha transmision supraacuatica no tiene ruedas dentadas conicas funcionando en vacfo, no habiendo asf combinaciones en vacfo, de modo que la incorporacion a propulsores existentes se puede hacer con sencillez. El motor secundario electrico acciona siempre el mismo conjunto de ruedas que senan las activas si funcionara solo el motor de propulsion primaria. El grado de simplificacion constructiva conseguido resulta significativo y deriva en una complejidad claramente inferior y costes notablemente reducidos.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Motor tnbrido para un vetnculo acuatico que comprende un motor de propulsion primaria instalable en el interior del vetnculo acuatico y que acciona un eje de propulsion (11) y una transmision supraacuatica (1) conectada al eje
    5 de propulsion (11) con una carcasa de transmision (10) para mover un eje vertical (13) que sale de la transmision supraacuatica (1) asf como al menos un motor de propulsion secundaria electrico (2) con un estator y un rotor mediante el que se puede mover el eje vertical (13) adicionalmente o alternativamente al motor de propulsion primaria caracterizado por que, el/los, al menos uno, motor/es de propulsion secundaria electrico/s (2) tienen un rotor interno con un eje hueco (20) giratorio y una carcasa de motor (21) que sirve como estator y por que el estator esta 10 acoplado ngidamente a la carcasa (10) de la transmision supraacuatica (1) y por que por dentro del eje hueco (20) del motor de propulsion secundaria (2) esta instalado un embrague (14) del eje de propulsion (11).
  2. 2. Motor tnbrido segun la reivindicacion 1 caracterizado por que el motor de propulsion secundaria (2) es un motor smcrono de excitacion permanente.
  3. 3. Motor tnbrido segun una de las reivindicaciones 1 o 2 caracterizado por que el motor de propulsion secundaria (2) 15 es un motor de par.
  4. 4. Motor tnbrido segun una de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado por que el motor de propulsion secundaria (2) tiene su eje hueco (20) sobre el eje de propulsion (11).
  5. 5. Motor tnbrido segun una de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado por que el motor de propulsion secundaria (2) puede funcionar como generador segun un modo de funcionamiento.
    20 6. Motor tnbrido segun una de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado por que el motor de propulsion secundaria (2)
    no tiene cojinetes propios.
ES12770048.2T 2012-02-22 2012-09-24 Motor híbrido para vehículo acuático Active ES2624623T3 (es)

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