ITTV20090080A1 - Deviatore di coppia multifunzionale - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE

Avente per titolo: “Deviatore di coppia multifunzionale”

Il “deviatore di coppia multifunzionale” è un insieme di elementi che, interagendo fra loro, creano possibilità per tutte le situazioni nelle quali siano richieste: variazioni di velocità angolare tra monoblocco ruota veicolo, inversione di coppia, avviamento motore, produzine di corrente e di spinta fornita, volendolo, dalla sola trazione elettrica (con normale utilizzo batteria) ecc. -Esso è particolarmente indicato come complemento a motori biellamanovella, motori Wankel ed, in generale, a motori monodirezionali non autoawianti; inoltre, le potenzialità del sistema possono essere estese a molti campi (macchine operatrici e motrici, meccanica di precisione, robotica, nautica, aeronautica etc.). -Nella descrizione seguente ci si limiterà, per comodità di esposizione, alle applicazioni in campo automobilistico. -Attualmente le varie funzioni del “deviatore di coppia multifunzionale” sono svolte da più parti meccaniche come l’alternatore, il motore di avviamento elettrico, il volano, i cambi tradizionali in bagno d’olio (con i relativi tempi di cambiata, le possibili imprecisioni allingranamento, i contraccolpi dovuti all’errore umano, il numero di comandi presenti nell’abitacolo), i variatori a cinghia CVT con invertitore di coppia. Peraltro, oggi, la ripartizione della coppia è data dal differenziale, il quale subisce passivamente le variazioni di velocità angolare in funzione del manto stradale (curve, buche etc): ciò compromette l’ottimizzazione della traiettoria (in quanto non pre-stabilita da un sistema attivo direzionante il veicolo tramite forze applicate) e, conseguentemente, la migliore guidabilità. -È evidente che tale complessità di parti meccaniche ha notevoli limiti derivanti da: peso, usura (in special modo della frizione), possibilità di rotture ingranaggi-cambio e sincronizzatori, necessità di manutenzioni ordinarie e straordinarie, necessità di smaltimento olì esausti. -In particolare, con i cambi attuali: non è quasi consentita la variazione dalla prima marcia alla retromarcia con il veicolo in movimento anche solo per rallemtare l’avanzata veicolo in movimento; non c’è possibilità di trasmissione del moto (generato elettricamente) dal monoblocco, dato che l’a elettrico è a monte dello stesso; non c’è omogeneità di erogazione della spinta (con esclusione forse dei CVT, che notoriamente assorbono comunque molta energia); il “freno motore” risulta spesso poco ottimizzato anche solo per modeste decelerazioni (se non al limite tramite scalate di marcia al confine col dannoso); la costruzione di trazioni sui due assi risulta più pesante ed articolata da schemi dispendiosi; in nessun caso è possibile procedere con la sola trazione elettrica, possedendo nel contempo un motore di tipo convenzionale. Altra caratteristica degli attuali cambi è un funzionamento “irregolare” e non sempre ottimizzante del ”cut-off” alliniezione elettronica in scalata e in “cambiata”. Infine, altra differenza rispetto ai cambi tradizionali deriva dalla possibilità di ottenere non solo il semplice “freno motore” bensì un “freno sistema”, di gran lunga più modulabile e performante (anche se, naturalmente, non sostitutivo dell’apparato frenante principale), con caratteristiche del freno di stazionamento autoinserente. Il “«deviatore» di coppia multifunzionale” è descritto nell’allegata tav. n. 1., ove sono indicati i due elementi principali che lo costituiscono: l’”accoppiatore” (“A”) ed il “regolatore di velocità angolare” (“B”). -L’”accoppiatore” è descritto nell’allegata tav. n. 2, ove “a” è l’albero motore e “d” è l’asse che trasmette il moto alla ruota. L’elemento “b” è il “contralbero”, posto tramite cuscinetto (“c”) nell’elemento “e”, detto “rotativa centrale”, la quale è sostenuta da un numero di cuscinetti a sfera perimetrali non inferiore a tre (omessi nel disegno per praticità descrittiva). La trasmissione del moto nell’accoppiatore può essere realizzata con catene, ruote dentate, cinghie, cinghie che diano adito, volendo, alla possibilità di introdurre variatori, alberi cardanici, viti senza fine. Il numero dei contralberi può variare a seconda delle esigenze costruttive. Nella tav. n. 2, in basso, è raffigurata la versione a ruote dentate, con tre contralberi. Naturalmente, nel caso di trasmissione con ruote dentate (più opportuna nel caso in cui si decida di alloggiare il sistema all’interno del monoblocco con l’utilizzo poi di una catena o altro mezzo al “regolatore di velocità angolare”), i contralberi ruotano in senso opposto all’albero motore. -Il “regolatore di velocità angolare” è descritto nella tav. n. 3, fig. I ed è concettualmente paragonabile ad un “accumulatore cinetico - limitatore di velocità angolare”. Esso è costituito, nella versione base, da un motore/ alternatore elettrico (nel disegno un “passo-passo ibrido”). Esso assolve la funzione di assorbimento/erogazione di corrente aumentando o diminuendo la coppia al proprio asse rotativo. Parallelamente, come in fig. II di tavola 3, si potranno utilizzare altre tipologie di “accumulo cinetico” come macchine operatrici/motrici(si potrà sfruttare ad es la fluidodinamica al collettore di aspirazione o quella di un motore sovralimentato) . Non si escludono in definitiva tutti i tipi di freno o freno-accumulatori esistenti: sia a disco (imbullonati volendolo anche alla rotativa e con segnalazione sul cruscotto di guida sportiva/anti-economica ossia accelerazioni più impegnative) per un minor dimensionamento dei o del motore/alternatore elettrico (comunque sempre presente), sia sistemi come “motori a molla” e qualsiasi dispositivo atto al contenimento della frequenza di rotazione. -Principio di funzionamento. Il “«deviatore» di coppia multifunzionale”, posto tra monoblocco e ruota, consente (e inibisce o inverte) la trasmissione del moto dall’albero motore (a) al semiasse (d) oppure al regolatore di velocità angolare o a entrambi, in qualunque proporzione. -Scontato sarà che oltre all’ormai tradizionale sistema ruota fonica il veicolo dovrà aggiornare la gestione del sistema anche con i dati relativi al senso di rotazione delle ruote e non più alla mera velocità in modulo. -Con il cambio in posizione “Neutral” (ed il motore al minimo regime), il “regolatore di velocità angolare” elabora una velocità proporzionata anche al rapporto puleggia/rotativa quindi la velocità del semiasse ruota viene azzerata. Pertanto, con l’adozione di questo dispositivo, la posizione “Neutral” può assumere, volendo, anche le caratteristiche di “Parking”. Con il cambio in posizione “Drive”, proporzionalmente alla richiesta di accelerazione, il “regolatore di velocità angolare” assorbe e/o elargisce energia dalla rotazione e coppia lavorando su giri/min propri e variando l’amperaggio a seconda delle esigenze. In un esmpio pratico, con partenza da fermo, effettuando l’abbassamento totale del pedale, il motore salirebbe alla potenza massima (per esempio, a 6ooo giri/min) ed il regolatore di velocità angolare inizierebbe la produzione di corrente e la reimmissione della stessa quel tanto da iniziare ad allungare il rapporto (rifornendo comunque la batteria) procedendo così -caso limite- sino alla velocità massima del veicolo. La gestione per i livelli intermedi di accelerazione è, ovviamente, affidata da centralina elettronica. La gestione prevederebbe l’aumento del minimo in caso di partenza da fermo in pendenza (sia in “Drive” che in “Retro”). -La retromarcia viene realizzata aumentando in giri il “normale contrasto” effettuato dal regolatore di velocità sull’accoppiatore in “Neutral/Parking”. Cambio sequenziale: per eventuali esigenze di marketing selezionando regimi di rotazione prestabiliti del regolatore di velocità angolare si potranno ottenere il numero di rapporti e la lunghezza degli stessi. -Avviamento. L’avviamento avviene tramite: a) pressione sufficiente all’impianto idraulico frenante, b) corrente ai due motori. -Alternatore: durante tutto il moto del veicolo, per conformazione del sistema, è più la corrente prodotta di quella utilizzata e avviene così che ne avanza in batteria per gli utilizzatori del veicolo e/o per eventuali batterie opzionali (spostamenti con sola propulsione elettrica). Ripartizione di coppia in curva: variando la corrente erogata per singolo motore (sempre inferiore a quella assorbita) si potranno affrontare curve a telaio predirezionato e con migliore controllo sull’accelerazione positiva/negativa modulato al meglio anche in condizioni estreme come il ghiaccio.

Va da sé che, usufruendo come prima di ruote foniche dell’abs, anche il controllo di trazione sarebbe estremamente efficace. -Frizione: è assente per inutilità. -Freno motore: Ad avvenuto eut-off del sistema di iniezione, vi sarebbe la possibilità di innalzare a comando -e proporzionalmente allo stesso- i giri motore, incrementando la decelerazione. Si potrebbe anche ipotizzare un comando opzionale per lunghe discese o frenate come da tav. 8, nella quale si evidenzia uno “speed control” (emise control freno motore modulabile). -Avviamento a spinta (es. passaggio da trazione elettrica a cambio automatico): La centralina di avviamento dovrà leggere la velocità angolare delle ruote frenando a sufficienza il regolatore di velocità angolare dopo aver abilitato la centralina di iniezione. -L’applicazione in campo automobilistico dell’invenzione può avvenire secondo varie possibilità, alcune delle quali sono illustrate nelle tavole allegate (4-5-6-7). Ci si riserva di ampliare il campo di applicazione di coppie motrici al differenziale. -Tuttavia potrebbe anche utilizzare un sistema singolo per poi, a valle, posizionare un differenziale di qualsivoglia natura. Inoltre creare trazioni posteriori, integrali di qualunque tipo (sia ad albero di trasmissione sino all’altro asse sia semplicemente utilizzando dei brush-less al secondo asse) etc etc. A precisazione di ciò in allegato “q” descrivo schematicamente alcune tra le possibili utilizzazioni del sistema. -In altra versione, il “regolatore di velocità angolare” è costituito dallo stesso sistema coadiuvato da aria compressa tramite macchine motrici/operatrici e serbatoi aria ricavati anche dal telaio del veicolo (idonei anche ed

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI ì. Tramite l’invenzione (versione a catena), usata bilateralmente al monoblocco, con soli (versione base) a 4 pezzi meccanici e 4 cuscinetti a sfera (un contralbero, una rotativa e due catene) ed aggiungendo poi l’apposito regolatore di velocità angolare si possono ottenere tutte le prestazioni di un qualsivoglia tipo di cambio, avviamento elettrico, alternatore, ripartitore di coppia motrice, trazione elettrica, incremento del “freno motore”. Nella versione ad un singolo deviatore di coppia multifunzionale, invece, tutte le precedenti voci rimangono inalterate eccezion fatta per la ripartizione della coppia motrice in curva, con numero dimezzato di elementi meccanici. -
2. 2. La disposizione, il senso di rotazione, il numero di contralberi, il tipo di interconnessione (mote dentate piuttosto che cinghie a rapporto fisso o con variatori o catene) è stante al libero arbitrio del costruttore e relative esigenze. I disegni delle tavole sono quindi meramente esemplificativi così come lo è l’utilizzo di altri sistemi di trasmissione del moto (fra assi motoremota e contralbero/contralberi) come alberi cardanici nell’accoppiatore o sistemi a vite senza fine tra lo stesso ed il regolatore di velocità angolare etc.
3. 3. Il regolatore di velocità angolare è un meccanismo di controllo del sistema regolante indirettamente l’asse di rotazione della rotativa, accorciando o allungando il rapporto alla ruota. Esso potrà essere di norma un motore/alternatore o un alternatore che possa essere sfruttato per brevi periodi a mo’ di motore (parking, neutral, retro etc.)· A capo di tutto vi sarà una gestione elettronica e indipendentemente dal tipo di motore elettrico o alternatore impiegato si potrà in parallelo utilizzare, come specificato nelle spiegazioni, un qualsivoglia metodo atto a assorbire/rilasciare potenza al fine ad esempio di sottodimensionare lievemente i motori elettrici per via del loro costo (es. parte pneumatica) o un piccolo volano al cui interno alloggino molle vincolate alla parte più periferica che comprimono masse poste più vicine al centro scorrenti su guide con l’effetto di ottenere un << "volano quadratico”» che assorba e rilasci l’energia di un classico motore benzina biella manovella di certo più esuberante agli alti regimi che non ai bassi). -4. Il sistema descritto sembrerebbe prevedere un’approccio legato, per gli esempi forniti, più che altro al mondo automobilistico e ciò è assolutamente improprio. L’invenzione qui descritta ha la peculiarità di poter essere introdotta tra un vecchio motore elettrico e gli ingranaggi di un vecchio orologio di una chiesa per rettifica orario con micro correzioni come di essere istallata parallelamente al motore su di mezzi volanti per aumentarne versatilità e/o la potenza massima: atterrare a motore in avaria con rischi nettamente diminuiti, invertire il senso di rotazione di un’elica non appena l’ultimo dei carrelli (di un piccolo aeromobile senza invertitore di fase alla palatura) abbia preso pieno contatto al suolo frenando a sua volta. Applicazioni non così azzardate potrebbero essere interessanti anche su macchine agricole o in orologi, anche da polso, nei quali si voglia il funzionamento meccanico e una gestione dell’errore tramite una parte parallela in grado di annullarlo per approssimazioni successive o con una parte digitale ricettiva nei confronti dell’apposito segnale radio. Una turbina a gas sarebbe più gestibile se collegata ad un'“ elica nautica” tramite il variatore di coppia multifunzionale, lo stesso variatore potrebbe forse anche essere utilizzato in futuribili autoveicoli dotati appunto di turbina a gas. Anche un’auto elettrica potrebbe necessitare di un sistema dei genere dato che senza cambio funzionerebbe ugualmente e se potesse variare il rapporto andrebbe ancora meglio con minor potenza. Ciò che si asserisce è che non vi sono veri limiti in quanto le possibilità applicative sono tra le più variegate. -5. Tutti i modelli principali riguardanti i motori per autotrazione possono essere anche integrati nel monoblocco non al di fuori come l’attuale gruppo frizione-cambio e, tramite trasmissione meccanica giungere allalternatore/motore elettico (più in generale al regolatore di velocità angolare) istallato in prossimità dell’accoppiatore o più distante (es. a lato della distribuzione valvole dentro o fuori coperchi testata). Se integrato nel monoblocco con catena, ingranaggi etc si avrà che la lubrificazione dell’accoppiatore potrà verificarsi tramite olio coppa già presente nel sisitema del propulsore generico (es. biella manovella, wankel etc). -6. Forando la rotativa al centro sarebbe inoltre possibile arrivare al concepimento di un rapporto <<lungo» idoneo forse a mezzi più pesanti e/o velocità più “autostradali”. Ciò sarebbe realizzabile interconnettendo appropriatamente (con riduttore di giri obbligatorio) asse motore ed asse ruota con la seguente controindicazione: nel caso del sistema a ripartitore di coppia bilaterale (e non quello singolo con differenziale) servirebbero giunti viscosi e un sistema correttivo all’impianto frenante ruota interno curva. -7. Se posto tra monoblocco e cambio il ripartitore di coppia, tramite un sistema idraulico di avanzamento e arretramento al regolatore di giri, potrebbe sostituire comunque frizione e parte dei rapporti, inclusa la retromarcia, abbassando la necessità di un numero di cambiate pari a 5 o 6 marce per l’avanzamento frontale e riducendole a circa la metà o meno all’interno del rimanente cambio tradizionale (magari robatizzato).