ITTO20110483A1

ITTO20110483A1 - Sistema di propulsione elettrico per veicoli

Info

Publication number: ITTO20110483A1
Application number: IT000483A
Authority: IT
Inventors: Simone Bologna
Original assignee: Oerlikon Graziano Spa
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2012-12-04
Also published as: US8739655B2; EP2529967A1; EP2529967B1; ES2430365T3; US20120304790A1; JP2012254787A; CN102806842B; CN102806842A

Description

"Sistema di propulsione elettrico per veicoli"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema di propulsione elettrico per veicoli.

Scopo della presente invenzione Ã ̈ fornire un sistema di propulsione elettrico per veicoli che metta a disposizione piÃ¹ marce avanti e che permetta di effettuare il passaggio da una marcia all'altra avendo una marcia sempre in presa e quindi senza interruzione nella trasmissione della coppia.

Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo la presente invenzione grazie a un sistema di propulsione elettrico avente le caratteristiche definite dell'annessa rivendicazione indipendente 1.

In sintesi, l'invenzione si fonda sull'idea di realizzare un sistema di propulsione elettrico per veicoli comprendente due motori elettrici, quali unici motori primi del sistema di propulsione, un cambio di velocitÃ con almeno tre marce avanti e mezzi di controllo predisposti per controllare i due motori elettrici e per comandare l'innesto delle marce del cambio di velocitÃ , laddove il cambio di velocitÃ comprende due alberi primari associati l'uno alle marce dispari e l'altro alle marce pari e permanentemente collegati a torsione ciascuno a un rispettivo motore elettrico, e laddove i mezzi di controllo sono predisposti per controllare i due motori elettrici e per comandare l'innesto delle marce del cambio di velocitÃ in modo da realizzare almeno una prima condizione di funzionamento in cui sono contemporaneamente inserite la prima e la seconda marcia e una seconda condizione di funzionamento in cui sono contemporaneamente inserite la seconda e la terza marcia, in ciascuna di tali condizioni di funzionamento la coppia essendo trasmessa da entrambi i motori elettrici attraverso i rispettivi alberi primari.

Grazie al fatto di avere due motori elettrici permanentemente collegati a torsione ciascuno a un rispettivo albero primario del cambio di velocitÃ , il sistema di propulsione elettrico secondo l'invenzione presenta il vantaggio di non richiedere l'impiego di innesti a frizione e di avere i due ingranaggi associati alle suddette due marce adiacenti sempre in presa e sotto coppia.

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.

Ulteriori caratteristiche e 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 prospettica di un sistema di propulsione elettrico per veicoli secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione;

la figura 2 Ã ̈ una vista prospettica in spaccato del sistema di propulsione elettrico per veicoli della figura 1; e

la figura 3 Ã ̈ una vista in sezione del cambio di velocitÃ facente parte del sistema di propulsione elettrico per veicoli della figura 1.

Con riferimento inizialmente alle figure 1 e 2, un sistema di propulsione elettrico per veicoli secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione Ã ̈ complessivamente indicato con 10 e comprende fondamentalmente due motori elettrici 12 e 14, di seguito indicati rispettivamente come primo motore elettrico e come secondo motore elettrico, e un cambio di velocitÃ 16 con almeno tre marce avanti. Nella forma di realizzazione qui proposta il cambio di velocitÃ 16 ha quattro marce avanti, di cui due marce dispari (prima e terza marcia) e due marce pari (seconda e quarta marcia), ma potrebbe naturalmente avere anche un numero diverso di marce avanti, purchÃ© maggiore o uguale a tre. Inoltre, nella forma di realizzazione qui proposta i due motori elettrici 12 e 14 sono coassiali l'uno rispetto all'altro (l'asse dei due motori elettrici essendo indicato con X nella figura 2) e sono disposti da parti opposte rispetto al cambio di velocitÃ 16, ma potrebbero anche essere disposti diversamente da quanto illustrato, a seconda dello spazio disponibile a bordo del veicolo. Il sistema di propulsione 10 comprende inoltre un differenziale 18 accoppiato al cambio di velocitÃ 16. Il differenziale 18 non verrÃ qui descritto in dettaglio in quanto da un lato Ã ̈ di tipo per sÃ© noto e dall'altro la sua struttura e la sua funzione sono irrilevanti ai fini della presente invenzione. I due motori elettrici 12 e 14 sono fissati mediante rispettive flange di attacco 20 e 22 a una scatola 24 del cambio di velocitÃ . Anche i due motori elettrici 12 e 14 sono di tipo per sÃ© noto e non verranno quindi descritti in dettaglio.

Con riferimento ora alla figura 3, si descriverÃ la struttura del cambio di velocitÃ 16. Il cambio di velocitÃ 16 comprende innanzitutto due alberi primari 26 e 28, di seguito indicati rispettivamente come primo albero primario e come secondo alberi primario. I due alberi primari 26 e 28 sono disposti coassialmente l'uno rispetto all'altro, l'asse dei due alberi primari 26 e 28 coincidendo con l'asse X dei due motori elettrici 12 e 14. Il primo albero primario 26 Ã ̈ permanentemente collegato a torsione a un albero motore 30 del primo motore elettrico 12. Allo stesso modo, il secondo albero primario 28 Ã ̈ permanentemente collegato a torsione a un albero motore 32 del secondo motore elettrico 14. PiÃ¹ precisamente, nella forma di realizzazione qui proposta il primo albero primario 26 Ã ̈ direttamente collegato all'albero motore 30 del primo motore elettrico 12 mediante accoppiamento scanalato 34, in maniera tale per cui l'albero 26 e l'albero 30 ruotano sempre alla medesima velocitÃ angolare. Analogamente, nella forma di realizzazione qui proposta il secondo albero primario 28 Ã ̈ direttamente collegato all'albero motore 32 del secondo motore elettrico 14 mediante accoppiamento scanalato 36, in maniera tale per cui l'albero 28 e l'albero 32 ruotano sempre alla medesima velocitÃ angolare. Fra ciascun albero primario 26 e 28 e l'albero motore 30 e 32 del rispettivo motore elettrico 12 e 14 non sono quindi interposti innesti a frizione o analoghi dispositivi d'innesto atti a controllare la trasmissione della coppia.

Il primo albero primario 26 Ã ̈ associato alle marce dispari, nel presente caso prima e terza marcia, mentre il secondo albero primario 28 Ã ̈ associato alle marce pari, nel presente caso seconda e quarta marcia. Il primo albero primario 26 porta una coppia di ruote dentate 38 e 40 rispettivamente funzionanti come ruote dentate conduttrici per gli ingranaggi di prima e di terza marcia. Le ruote dentate 38 e 40 sono montate folli sul primo albero primario 26, ad esempio mediante rispettivi supporti a rullini 42 e 44, e sono selettivamente collegabili a rotazione con tale albero mediante un manicotto d'innesto 46 di tipo per sÃ© noto. Analogamente, il secondo albero primario 28 porta una coppia di ruote dentate 48 e 50 rispettivamente funzionanti come ruote dentate conduttrici per gli ingranaggi di seconda e di quarta marcia. Le ruote dentate 48 e 50 sono montate folli sul secondo albero primario 28, ad esempio mediante rispettivi supporti a rullini 52 e 54, e sono selettivamente collegabili a rotazione con tale albero mediante un manicotto d'innesto 56 di tipo per sÃ© noto. I manicotti d'innesto 46 e 56 sono comandati da rispettive forcelle d'innesto 58 e 60 che sono montate scorrevoli lungo un'asta 62 supportata dalla scatola 24 del cambio di velocitÃ e sono a loro volta comandate mediante un dispositivo di comando per l'innesto delle marce (per sÃ© noto e non mostrato) di tipo elettromeccanico o elettroidraulico.

Il cambio di velocitÃ 16 comprende inoltre un albero secondario 64 che Ã ̈ supportato a rotazione dalla scatola 24 e si estende parallelamente e a distanza rispetto ai due alberi primari 26 e 28. L'albero secondario 64 porta quattro ruote dentate funzionanti come ruote dentate condotte per gli ingranaggi associati alle varie marce del cambio di velocitÃ , e precisamente una ruota dentata 66 permanentemente ingranante con la ruota dentata 48 portata dal primo albero primario 26 per realizzare l'ingranaggio di prima marcia, una ruota dentata 68 permanentemente ingranante con la ruota dentata 58 portata dal secondo albero primario 28 per realizzare l'ingranaggio di seconda marcia, una ruota dentata 70 permanentemente ingranante con la ruota dentata 50 portata dal primo albero primario 26 per realizzare l'ingranaggio di terza marcia e una ruota dentata 72 permanentemente ingranante con la ruota dentata 60 portata dal secondo albero primario 28 per realizzare l'ingranaggio di quarta marcia. Le ruote dentate 66, 68, 70 e 72 sono tutte realizzate come ruote fisse, cioÃ ̈ solidali a rotazione con l'albero secondario 64. L'albero secondario 64 porta inoltre un pignone d'uscita 74 che Ã ̈ realizzato anch'esso come ruota fissa e ingrana permanentemente con una ruota dentata d'ingresso 76 del differenziale 18.

Il sistema di propulsione 10 comprende inoltre un'unitÃ di controllo elettronica (non mostrata) predisposta per controllare i due motori elettrici 12 e 14 e il dispositivo di comando per l'innesto delle marce, e tramite esso i manicotti d'innesto 46 e 56, secondo modalitÃ operative che verranno qui di seguito brevemente illustrate.

Il sistema di propulsione 10 Ã ̈ predisposto per trasmettere normalmente coppia all'albero secondario 64 del cambio di velocitÃ 16, e quindi al differenziale 18, mediante entrambi i motori elettrici 12 e 14, di modo che la coppia trasmessa all'albero secondario risulta pari alla somma dei contributi di coppia forniti da entrambi i motori elettrici.

In una prima condizione di funzionamento del sistema di propulsione elettrico secondo l'invenzione risultano contemporaneamente innestate la prima e la seconda marcia. In tale condizione di funzionamento, il manicotto d'innesto 46 associato alle marce dispari sarÃ quindi posizionato in modo da collegare a rotazione la ruota dentata conduttrice di prima marcia 38 con il primo albero primario 26, mentre il manicotto d'innesto 56 associato alle marce pari sarÃ posizionato in modo da collegare a rotazione la ruota dentata conduttrice di seconda marcia 48 con il secondo albero primario 28. Inoltre, i due motori elettrici 12 e 14 saranno opportunamente controllati dall'unitÃ di controllo elettronica in modo che le velocitÃ angolari della ruota dentata condotta di prima marcia 66 e della ruota dentata condotta di seconda marcia 68, che sono entrambe solidali a rotazione all'albero secondario 64, siano uguali l'una all'altra. Essendo la velocitÃ angolare della ruota dentata condotta di prima marcia 66 pari al prodotto della velocitÃ angolare del primo albero primario 26, cioÃ ̈ dell'albero motore 30 del primo motore elettrico 12, per il rapporto di trasmissione di prima marcia e la velocitÃ angolare della ruota dentata condotta di seconda marcia 68 pari al prodotto della velocitÃ angolare del secondo albero primario 28, cioÃ ̈ dell'albero motore 32 del secondo motore elettrico 14, per il rapporto di trasmissione di seconda marcia, ne consegue che i due motori elettrici 12 e 14 dovranno essere comandati in rotazione con velocitÃ angolari tali per cui il rapporto fra la velocitÃ angolare del primo motore elettrico 12 e la velocitÃ angolare del secondo motore elettrico 14 Ã ̈ pari al rapporto fra il rapporto di trasmissione di seconda marcia e il rapporto di trasmissione di prima marcia. In tale condizione di funzionamento, dunque, le velocitÃ dei due motori elettrici 12 e 14 saranno variate dall'unitÃ di controllo elettronica in funzione delle richieste del guidatore mantenendosi perÃ² sempre nel rapporto sopra definito.

In una seconda condizione di funzionamento del sistema di propulsione elettrico secondo l'invenzione risultano contemporaneamente innestate la seconda e la terza marcia. In tale condizione di funzionamento, il manicotto d'innesto 46 associato alle marce dispari sarÃ quindi posizionato in modo da collegare a rotazione la ruota dentata conduttrice di terza marcia 40 con il primo albero primario 26, mentre il manicotto d'innesto 56 associato alle marce pari sarÃ posizionato in modo da collegare a rotazione la ruota dentata conduttrice di seconda marcia 48 con il secondo albero primario 28. Anche in questo caso i due motori elettrici 12 e 14 saranno opportunamente controllati dall'unitÃ di controllo elettronica in modo che le velocitÃ angolari della ruota dentata condotta di seconda marcia 68 e della ruota dentata condotta di terza marcia 70, che sono entrambe solidali a rotazione all'albero secondario 64, siano uguali l'una all'altra. Sulla base delle medesime considerazioni sopra esposte con riferimento alla prima condizione di funzionamento, i due motori elettrici 12 e 14 dovranno essere comandati in rotazione sotto il controllo dell'unitÃ di controllo elettronica in modo che il rapporto fra la velocitÃ angolare del primo motore elettrico 12 e la velocitÃ angolare del secondo motore elettrico 14 sia costantemente pari al rapporto fra il rapporto di trasmissione di seconda marcia e il rapporto di trasmissione di terza marcia.

In una terza condizione di funzionamento del sistema di propulsione elettrico secondo l'invenzione risultano contemporaneamente innestate la terza e la quarta marcia. In tale condizione di funzionamento, il manicotto d'innesto 46 associato alle marce dispari sarÃ quindi posizionato in modo da collegare a rotazione la ruota dentata conduttrice di terza marcia 40 con il primo albero primario 26, mentre il manicotto d'innesto 56 associato alle marce pari sarÃ posizionato in modo da collegare a rotazione la ruota dentata conduttrice di quarta marcia 50 con il secondo albero primario 28. Anche in questo caso i due motori elettrici 12 e 14 saranno opportunamente controllati dall'unitÃ di controllo elettronica in modo che le velocitÃ angolari della ruota dentata condotta di terza marcia 70 e della ruota dentata condotta di quarta marcia 72, che sono entrambe solidali a rotazione all'albero secondario 64, siano uguali l'una all'altra. Sulla base delle medesime considerazioni sopra esposte con riferimento alla prima e alla seconda condizione di funzionamento, i due motori elettrici 12 e 14 dovranno essere comandati in rotazione sotto il controllo dell'unitÃ di controllo elettronica in modo che il rapporto fra la velocitÃ angolare del primo motore elettrico 12 e la velocitÃ angolare del secondo motore elettrico 14 sia costantemente pari al rapporto fra il rapporto di trasmissione di terza marcia e il rapporto di trasmissione di quarta marcia.

Ovviamente, nel caso di un sistema di propulsione comprendente un cambio di velocitÃ con piÃ¹ d quattro marce avanti saranno previste una o piÃ¹ ulteriori condizioni di funzionamento in cui risulteranno contemporaneamente innestate coppie di marce consecutive a partire dalla quarta marcia.

Nel passaggio da una condizione di funzionamento a quella immediatamente consecutiva una delle due marce rimane innestata. Si tratta naturalmente della marcia superiore fra le due contemporaneamente innestate nella condizione di funzionamento di partenza, ovvero della marcia inferiore fra le due contemporaneamente innestate nella condizione di funzionamento di arrivo. Con riferimento alle condizioni di funzionamento sopra descritte, nel passaggio dalla prima alla seconda condizione di funzionamento sopra descritte rimarrÃ innestata la seconda marcia (associata al secondo motore elettrico 14) e dovrÃ cambiare la marcia associata al primo motore elettrico 12, mentre nel passaggio dalla seconda alla terza condizione di funzionamento rimarrÃ innestata la terza marcia (associata al primo motore elettrico 12) e dovrÃ cambiare la marcia associata al secondo motore elettrico 14. Durante il passaggio da una condizione di funzionamento alla successiva la velocitÃ angolare dell'albero secondario, e quindi la velocitÃ del veicolo, Ã ̈ determinata dalla velocitÃ angolare del motore elettrico associato alla marcia che rimane innestata, mentre la velocitÃ angolare dell'altro motore elettrico deve essere opportunamente variata (ridotta) in modo da adeguarsi al rapporto di trasmissione legato alla nuova marcia (terza marcia al posto della prima nel caso di passaggio dalla prima alla seconda condizione di funzionamento o quarta marcia al posto della seconda nel caso di passaggio dalla seconda alla terza condizione di funzionamento). I-noltre, nel passaggio da una condizione di funzionamento alla successiva l'unitÃ di controllo elettronica dovrÃ togliere coppia al motore elettrico associato alla marcia che viene variata, in modo da consentire il disinnesto della vecchia marcia e l'innesto della nuova marcia, mentre aumenterÃ la coppia erogata dall'altro motore elettrico, cioÃ ̈ dal motore elettrico associato alla marcia che rimane innestata, in modo da compensare la perdita di coppia dell'altro motore elettrico e garantire quindi che la coppia disponibile alle ruote rimanga costante.

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, le logiche di controllo dei motori elettrici e del dispositivo di comando per l'innesto delle marce attuate dall'unitÃ di controllo elettronica potranno essere variate rispetto a quanto sinteticamente spiegato in precedenza, fermo restando il concetto di base dell'invenzione di proporre un'architettura di sistema di propulsione elettrico con un cambio di velocitÃ comprendente due alberi primari ciascuno dei quali Ã ̈ permanentemente collegato a torsione con un rispettivo motore elettrico.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di propulsione elettrico (10) per veicoli, comprendente un primo e un secondo motore elettrico (12, 14), un cambio di velocitÃ (16) con almeno tre marce avanti e mezzi di controllo predisposti per controllare il primo e il secondo motore elettrico (12, 14) e per comandare l'innesto delle marce del cambio di velocitÃ (16), laddove il cambio di velocitÃ (16) comprende un primo albero primario (26) associato alle marce dispari e permanentemente collegato a torsione al primo motore elettrico (12) e un secondo albero primario (28) associato alla/e marcia/e pari e permanentemente collegato a torsione al secondo motore elettrico (14), e laddove detti mezzi di controllo sono predisposti per controllare il primo e il secondo motore elettrico (12, 14) e per comandare l'innesto delle marce del cambio di velocitÃ (16) in modo da realizzare almeno una prima condizione di funzionamento in cui sono contemporaneamente inserite la prima e la seconda marcia e una seconda condizione di funzionamento in cui sono contemporaneamente inserite la seconda e la terza marcia, in ciascuna di tali condizioni di funzionamento la coppia essendo trasmes sa sia dal primo (12) sia dal secondo (14) motore elettrico attraverso rispettivamente il primo (26) e il secondo (28) albero primario.
2. Sistema di propulsione secondo la rivendicazione 1, in cui il cambio di velocitÃ (16) ha quattro marce avanti, di cui la prima e la terza marcia sono associate al primo albero primario (26), mentre la seconda e la quarta marcia sono associate al secondo albero primario (28).
3. Sistema di propulsione secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui il primo e il secondo motore elettrico (12, 14) sono coassiali l'uno rispetto all'altro e sono disposti da parti opposte rispetto al cambio di velocitÃ (16).
4. Sistema di propulsione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo e il secondo albero primario (26, 28) sono coassiali l'uno rispetto all'altro.
5. Sistema di propulsione secondo la rivendicazione 3 e la rivendicazione 4, in cui i due alberi primari (26, 28) sono coassiali ai due motori elettrici (12, 14).
6. Sistema di propulsione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuno di detti primo e secondo albero primario (26, 28) porta, per ciascuna marcia ad esso associata, una ruota dentata conduttrice (38, 40, 48, 50) montata folle su tale albero.
7. Sistema di propulsione secondo la rivendicazione 6, in cui il cambio di velocitÃ (16) comprende inoltre un albero secondario (64) disposto parallelamente al primo e al secondo albero primario (26, 28) e recante, per ciascuna marcia del cambio di velocitÃ (16), una ruota dentata condotta (66, 68, 70, 72) solidale a rotazione a tale albero e permanentemente ingranante con una rispettiva ruota dentata conduttrice (38, 40, 48, 50).