ITTO20100310A1 - Veicolo sollevatore ibrido elettro-idraulico - Google Patents

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Nicola Bosso
Aurelio Soma
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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
"VEICOLO SOLLEVATORE IBRIDO ELETTRO- IDRAULICO"
La presente invenzione è relativa a un veicolo ibrido da lavoro, ad esempio a un veicolo di sollevamento provvisto di un braccio telescopico.
Un veicolo di sollevamento comprendente un braccio telescopico presenta attualmente rendimenti bassi per la trazione e livelli di rumorosità relativamente elevati. Inoltre, future normative richiederanno una maggiore attenzione alle prestazioni con riduzione dei consumi e dei livelli di rumorosità.
Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un veicolo da lavoro e di sollevamento in grado di ridurre i propri livelli di inquinamento atmosferico e acustico.
Lo scopo della presente invenzione viene raggiunto tramite un veicolo di sollevamento secondo la rivendicazione 1.
Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati in cui:
la figura 1 è una vista prospettica di un veicolo sollevatore di esempio secondo la presente invenzione;
la figura 2 è uno schema del sistema di trazione del veicolo 1; e
la figura 3 è una vista prospettica del sistema di trazione di figura 2.
Con riferimento alla figura 1 è indicato con 1 nel suo insieme un veicolo di sollevamento comprendente un telaio, un braccio 3 preferibilmente telescopico incernierato al telaio, un attrezzo a forca 4 montato ad una porzione libera di estremità del braccio 3 e una cabina di pilotaggio 5, ed eventualmente. Il veicolo 1 è inoltre provvisto di pneumatici 6 disposti su due assi e di bracci stabilizzatori 7 sia anteriori che posteriori (in fig. 1 sono illustrati solamente i bracci anteriori). In particolare, i bracci stabilizzatori 7 anteriori e posteriori sono azionati tramite rispettivi cilindri idraulici 8 e sono mobili fra una posizione rialzata e una posizione di appoggio. Quando i bracci stabilizzatori 7 sono nella posizione rialzata gli pneumatici 6 appoggiano sul terreno e il veicolo 1 può circolare. Quando i bracci stabilizzatori 7 sono nella posizione di appoggio, questi ultimi vengono abbassati tramite i cilindri idraulici 8 ed appoggiano tramite apposite piastre 9 sul terreno.
I cilindri idraulici 8 sono dimensionati per sollevare il veicolo 1 anche in condizioni di massimo carico e pertanto, a discrezione dell'operatore seduto nella cabina di pilotaggio 5, in modo da sollevare gli pneumatici 6 dal terreno. Il braccio 3 può pertanto essere azionato sia quando gli pneumatici 6 appoggiano sul terreno e i bracci stabilizzatori 7 sono nella posizione rialzata che quando i bracci stabilizzatori 7 sono nella posizione di appoggio e gli pneumatici 6 sono sollevati dal terreno.
II braccio 3 presenta un grado di libertà angolare, cioè l'angolo di sollevamento rispetto ad un piano passante per gli assi degli pneumatici 6, e può avere una lunghezza variabile dovuta allo sfilo del braccio 3. Opzionalmente, il braccio 3 e la cabina di pilotaggio 5 sono montati su una piattaforma girevole intorno a un asse perpendicolare al piano contenente gli assi degli pneumatici 6.
Vantaggiosamente (figura 2), il veicolo 1 comprende un motore diesel 10, una macchina elettrica reversibile 11, una pompa idraulica 12 e una trasmissione disaccoppiabile 13 per collegare il motore 10 alla macchina elettrica reversibile 11 e alla pompa idraulica 12.
In particolare, la trasmissione disaccoppiabile 13 comprende una frizione 14 servoattuata e un riduttore 15 avente un albero primario 16 collegato ad un albero 17 del motore 10 tramite la frizione 14 e un albero secondario collegato alla pompa idraulica 12.
La pompa idraulica 12 è collegata a tutti i molteplici attuatori idraulici del veicolo 1, ad esempio ai cilindri idraulici 8, al cilindro idraulico per inclinare il braccio 3, all'attuatore per comandare lo sfilo del braccio 3 e al motore per comandare la rotazione della piattaforma su cui sono montati la cabina di pilotaggio 5 e il braccio 3, ai servizi di comando cambio, elettrovalvole di frenatura e cilindri di attuazione attrezzi.
Il veicolo 1 comprende inoltre un motore elettrico 18 collegato mediante la trasmissione agli pneumatici 6, una pacco batterie 19 collegato alla macchina reversibile 11, un azionamento di potenza 20 per collegare fra loro le batterie 19, la macchina elettrica reversibile 11 e il motore elettrico 18. Una centralina di controllo 21 è collegata all'azionamento di potenza 20 per comandare i flussi di potenza elettrica almeno fra i tre componenti sopra citati oltre che poter comandare le diverse fasi di lavoro della macchina e i relativi sensori di controllo.
I recenti miglioramenti tecnologici nel campo dei motori elettrici a magneti permanenti hanno permesso di individuare macchine elettriche idonee ed appositamente progettate per soddisfare i requisiti di ingombro, potenza coppia e numero di giri tali da garantire le prestazioni richieste dalle diverse gamme di macchine con rendimenti energetici superiori alla macchine convenzionali.
Inoltre, un sistema di raffreddamento del veicolo 1 comprende una porzione attuata meccanicamente e una attuata elettricamente tramite l'azionamento di potenza 20. Il sistema di raffreddamento comprende un circuito idraulico per raffreddare il motore a combustione interna 10 con un relativo radiatore e un circuito idraulico per raffreddare i componenti elettrici di potenza, cioè la macchina elettrica reversibile 11, il motore elettrico 18 e l'azionamento di potenza 20. In particolare, il circuito idraulico per raffreddare il motore a combustione interna comprende un radiatore 22 raffreddato tramite una ventola 23 collegata meccanicamente, ad esempio in presa diretta, all'albero a gomiti 17 da parte opposta della frizione 14. Inoltre, il circuito idraulico per i componenti elettrici presenta un proprio radiatore 24 e una pluralità di ventole elettriche 25. Preferibilmente, i due circuiti di raffreddamento sono separati e le ventole elettriche 25 e il radiatore 24 sono dimensionati per smaltire la potenza termica generata in condizioni di progetto da macchina elettrica reversibile 11, motore elettrico 18 e azionamento di potenza 20. Vantaggiosamente, i radiatori 22 e 24 sono adiacenti e affacciati alla ventola 23 che viene dimensionata per raffreddare il liquido refrigerante sia del circuito di raffreddamento del motore 10 che di quello per i componenti elettrici. Secondo una forma di attuazione specifica della presente invenzione, le ventole elettriche 25 sono interposte fra il radiatore 24 e la ventola 23 in modo da ottenere una forma particolarmente compatta.
Inoltre, il circuito di raffreddamento per i componenti elettrici comprende una pompa elettrica 26 collegata all'azionamento di potenza 20, controllata tramite la centralina 20 e aumentabile tramite le batterie 19. Il veicolo 1 può comprendere un bus di tensione maggiore per gli azionamenti del motore elettrico di trazione 18 e della macchina elettrica reversibile 11 preferibilmente alla stessa tensione delle batteria al litio o polimeri di litio e un convertitore di bassa tensione 12/24 V per poter azionare oltre alla pompa elettrica 26 tutta la rete elettrica dei sensori e delle elettrovalvole di controllo del circuito idraulico.
Secondo una forma di attuazione preferita della presente invenzione, almeno il motore 10, la ventola 23, le ventole elettriche 15, i radiatori 22, 24, la trasmissione disaccoppiabile 13, la macchina elettrica reversibile il e la pompa idraulica 12 sono alloggiate in un unico vano laterale del veicolo 1 fra i pneumatici 6 rispettivamente dell'asse anteriore e di quello posteriore.
Il telaio comprende un ponte anteriore 27 e un ponte posteriore 28 entrambi provvisti di differenziali 29, 30 rispettivamente, e una trasmissione omocinetica a doppio cardano 31 per collegare i differenziali 29, 30. Il motore elettrico 18 è collegato preferibilmente tramite un cambio di velocità ad almeno due rapporti alla trasmissione omocinetica a doppio cardano 31, preferibilmente in un vano interposto fra il braccio 3 e la trasmissione omocinetica a doppio cardano 31. Le batterie 19 sono montate sul telaio nell'altro vano laterale fra i due ponti anteriore e posteriore 27, 28, cioè in posizione contrapposta al motore 10 rispetto alla trasmissione omocinetica a doppio cardano 31. Inoltre, ciascun ponte comprende un riduttore alle ruote nel mozzo (non illustrato) per ridurre i giri dal differenziale 29, 30 alla relativa coppia di ruote 6.
Il funzionamento del veicolo 1 è il seguente.
Il motore 10 è collegato al motore elettrico 18 in modo da realizzare una trasmissione ibrida in serie, cioè la trazione è esclusivamente dovuta al motore elettrico 18 e il motore 10 comanda la pompa idraulica 12 e/o carica le batterie tramite la macchina reversibile 11 e aziona la ventola 23 quando è in funzione. Il controllo della velocità del veicolo è pertanto controllata elettricamente e un pedale di acceleratore 30 è collegato a un potenziometro 32 che invia un relativo segnale alla centralina di controllo 21.
La macchina reversibile 11, oltre a funzionare come dinamo quando il motore 10 è acceso, può funzionare da motore tramite le batterie 19 per condurre la pompa idraulica 12 quando il motore 10 è spento e la frizione 14 è aperta. In tale modalità di funzionamento, le batterie 19 alimentano le ventole elettriche 25 per controllare la temperatura della macchina reversibile 11 e del motore elettrico 18.
L'azionamento di potenza 20 comprende una presa elettrica per la connessione con una sorgente esterna di energia elettrica in questo modo è possibile sia ricaricare le batterie 19 che alimentare il motore elettrico 18. Inoltre sono disponibili mediante un convertitore di tensione diverse prese utenze a bordo per alimentare a 220 e/o a 380 volt essendo le batterie 19 di un voltaggio uguale o superiore, ad esempio di 700 volt. In questo modo, il braccio telescopico può portare una piattaforma avente una di tali prese a 12 e/o 24 e/o 220 e/o 380 volt in modo che un tecnico presente sulla piattaforma possa alimentare il proprio utensile tramite le prese a disposizione sulla piattaforma.
I vantaggi che il veicolo 1 consente di ottenere sono i seguenti.
La configurazione ibrida in serie richiede un motore 10, una pompa idraulica 12 e una macchina elettrica reversibile che possono essere alloggiati in un vano laterale del telaio fra i due ponti 27, 28. In particolare, tramite l'impiego del circuito elettrico, è possibile ottenere con un motore 10 e un motore elettrico 18 brushless a magneti permanenti entrambi ad esempio di 55 KW nominali prestazioni analoghe a quelle di un veicolo provvisto di un motore a combustione termica superiore ad esempio da 75 kW accoppiato a un gruppo motore-pompa idraulico per la trazione della trasmissione omocinetica a giunto cardanico 31. In particolare, il motore elettrico 18, specialmente se brushless a magneti permanenti, può funzionare in condizioni di picco con coppie che superano il 50% della coppia nominale massima in condizioni SI per periodi di tempo limitati anche di alcuni minuti. Nel caso in esempio la potenza della macchina elettrica reversibile di 55 KW. Inoltre, la configurazione precedentemente descritta si adatta perfettamente alla maggior parte delle macchine di sollevamento provviste di un braccio telescopico e permette di sostituire con modifiche minime i normali circuiti di trazione comprendenti un motore-pompa condotto dal motore 10 e collegato alla trasmissione omocinetica 31.
Anche per quanto concerne le batterie, le batterie al litio e polimeri di litio hanno ingombri e pesi ridotti a parità di potenza installata. Inoltre sono state incrementate l'efficienza e le caratteristiche di carica e scarica in modo che tali batterie sono applicabili nelle architetture di un veicolo da lavoro nelle dimensioni caratteristiche richieste dai diversi settori applicativi e senza aggravi di peso complessivo.
Risulta infine chiaro che il veicolo 1 qui descritto e illustrato può subire modifiche o varianti senza per questo uscire dall'ambito di tutela come specificato dalle rivendicazioni allegate.
Ad esempio, è possibile fornire un kit di retrofit per veicoli di sollevamento già prodotti e venduti comprendente, il nuovo motore termico 10 a cilindrata ridotta, la macchina elettrica reversibile 10, la trasmissione 14, il motore elettrico 18, le batterie 19, gli azionamenti di potenza 20, la centralina di controllo 21 e il potenziometro per il pedale dell'acceleratore.
Il gruppo 3/4/5 può essere girevole disaccoppiando la parte inferiore del telaio con una ralla che permette di mettere in rotazione la cabina di pilotaggio 5 e il braccio 3 rispetto al telaio con gli alloggiamenti dei motori e della trasmissione. La ralla può essere azionata convenzionalmente con un sistema idraulico in parallelo al circuito alimentato dalla pompa servizi 12 oppure mediante un motore elettrico aggiuntivo.
Il veicolo secondo la presente invenzione può essere utilizzato con grandi vantaggi con motori termici aventi una potenza nominale che raggiunge i 100 kW.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1.Veicolo di sollevamento (1) comprendente una coppia di ponti (27, 28) aventi un rispettivo differenziale (29, 30), una trasmissione omocinetica cardanica (31) per collegare fra loro i detti differenziali (29, 30), un braccio telescopico (3), un circuito idraulico azionato da una pompa (12) per movimentare il detto braccio telescopico (3), caratterizzato dal fatto di comprendere, contenuti in un vano laterale compreso fra i detti ponti (27, 28), un motore a combustione interna (10), una macchina elettrica reversibile (11), la detta pompa idraulica (12) e una trasmissione disaccoppiabile (14) per disaccoppiare selettivamente il detto motore a combustione interna (10) dalle dette macchina elettrica reversibile (11) e pompa idraulica (12), la detta macchina elettrica reversibile (11) potendo condurre la detta pompa idraulica (12) quando il detto motore (10) è scollegato dalla detta trasmissione disaccoppiabile (14), una batteria (19) disposta in un secondo vano laterale contrapposto al detto primo vano laterale rispetto alla detta trasmissione omocinetica (31) e collegata alla detta macchina elettrica reversibile (11) per essere caricate e un motore elettrico (18) collegato alla detta batteria (19) e alla detta trasmissione (31).
  2. 2. Veicolo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un primo circuito di raffreddamento per il detto motore (10) e un secondo circuito di raffreddamento separato rispetto al detto primo circuiti di raffreddamento per raffreddare almeno la detta macchina elettrica reversibile (il) e il detto motore elettrico (18), una pompa elettrica (26) e almeno un ventilatore elettrico (25) per raffreddare un radiatore (24) del detto secondo circuito di raffreddamento.
  3. 3. Veicolo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto di comprendere una ventola (23) collegata al detto motore (10) e dal fatto che il detto radiatore (24) è affacciato alla detta ventola (23) per essere raffreddato.
  4. 4. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto motore elettrico (18) è brushless a magneti permanenti ed è collocato in un terzo vano sottostante al detto braccio telescopico (3).
  5. 5. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il motore elettrico di trazione (18) è collegato alla trasmissione omocinetica cardanica (31) tramite un cambio con almeno due rapporti.
  6. 6. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le dette batterie o pacco batterie (19) sono ad elevata densità di carica al litio o polimeri di litio.
  7. 7. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un bus di tensione per gli azionamenti del detto motore elettrico di trazione (18) e della detta macchina elettrica reversibile (11) e un convertitore bassa tensione 12 e/o 24 Volt.
  8. 8. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto motore (10) ha una potenza compresa fra i 40 e i 60 KW e dal fatto che il detto motore elettrico (18) presenta una potenza nominale sostanzialmente uguale a quella del detto motore (10).
  9. 9. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il controllo della velocità del veicolo è controllato elettricamente tramite un potenziometro (32).
  10. 10. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo convertitore di potenza e almeno una presa collegata al detto secondo convertitore di potenza per fornire potenza elettrica a 220 e/o a 380 volt.
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