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WO2025059738A1 - Electrical system for series hybrid agricultural vehicles - Google Patents

Electrical system for series hybrid agricultural vehicles Download PDF

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Publication number
WO2025059738A1
WO2025059738A1 PCT/BR2024/050362 BR2024050362W WO2025059738A1 WO 2025059738 A1 WO2025059738 A1 WO 2025059738A1 BR 2024050362 W BR2024050362 W BR 2024050362W WO 2025059738 A1 WO2025059738 A1 WO 2025059738A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrical system
energy
wheels
edu
axle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/BR2024/050362
Other languages
French (fr)
Portuguese (pt)
Inventor
Átila STAPELBROEK TRENNEPOHL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stara SA Industria de Implementos Agricolas
Original Assignee
Stara SA Industria de Implementos Agricolas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from BR102023019107-0A external-priority patent/BR102023019107A2/en
Application filed by Stara SA Industria de Implementos Agricolas filed Critical Stara SA Industria de Implementos Agricolas
Publication of WO2025059738A1 publication Critical patent/WO2025059738A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/34—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the absence of energy storing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention patent is in the fields of engineering and agriculture. More specifically, the present invention relates to an electrical system for hybrid agricultural vehicles, that is, vehicles that use both electrical energy and energy generated by a combustion engine.
  • Agricultural vehicles especially agricultural tractors, traditionally have a combustion engine that supplies mechanical energy in the form of torque to one or more wheels in order to propel the vehicle against the ground. These vehicles can also supply energy in different forms to auxiliary systems or coupled implements.
  • a traditional form of implement drive is the mechanical power take-off shaft, which supplies torque from the engine to a shaft coupled to the implement.
  • This construction uses transmission boxes, clutches, differentials and other components to direct the mechanical energy of the engine to the element to be driven, such as a wheel or coupled implement.
  • the characteristic of the electric motor that allows regenerative braking is also responsible for a risk of electric vehicles when being towed. It is common for these vehicles to have speed restrictions or distance when being towed due to the need to dissipate the energy generated by the wheel axle in contact with the ground. In a breakdown situation, and in the absence of an active controller, the energy generated can overheat and damage the components, creating a safety risk.
  • Patent WO-2007/031396 presents a propulsion system for an agricultural tractor in which an internal combustion engine drives an electric generator.
  • the energy captured by the generator is used in a plurality of engines to propel the vehicle.
  • the energy produced can be supplied to implements directly or in the form of torque through engines.
  • the improvements described below make the system a hybrid tractor more economical to produce and maintain in continuous use in the field.
  • Figure 1 is a schematic view of the electrical system of the invention for an agricultural tractor, in which the front axle is a conventional axle with a central mechanical differential.
  • FIG. 2 is a schematic view of the electrical system of the invention for an agricultural tractor, in which the front axle is an axle with an electronic differential, with torque vectoring.
  • the two tractors (15) and (20) presented have the advantage of exploiting the characteristics of electric motors to the fullest and precisely and individually controlling the speeds of each wheel or axle.
  • the ability to direct torque and control individual rotation allows the use of an electronic differential, with torque vectoring on each wheel. This functionality allows greater control of the vehicle when maneuvering and greater traction on adverse terrain and conditions.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arrangement And Driving Of Transmission Devices (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

The invention relates to an electrical system for a series hybrid agricultural vehicle (15, 20) comprising a steerable front drive axle (13, 19), with wheels (1) on the right and left extremities, and a rear drive axle (14) with wheels (2) on the right and left extremities, wherein said electrical system comprises at least one electric generator set (16) formed by a combustion engine (8) connected to a motor/generator (9) to transfer energy to at least one invertor (5) connected to an electrical connection box (6) that distributes energy to electric drive units (EDU) composed of reduction gears (4) with a neutral position (18), an electric motor (17) and an invertor (5), wherein the front axle (13, 19) and the rear axle (4) are connected to EDUs (4, 17, 5) for driving the front wheels (1) and rear wheels (2). The energy produced by the motor/generator (9) connected to the shaft of the combustion engine (8) is consumed by the electric motor (17) connected to the front (13) and rear (14) drive axles.

Description

SISTEMA ELÉTRICO PARA VEÍCULOS AGRÍCOLAS HÍBRIDOS SÉRIE ELECTRICAL SYSTEM FOR SERIAL HYBRID AGRICULTURAL VEHICLES

Campo da Invenção Field of Invention

[001 ] A presente patente de invenção se situa nos campos das engenharias e da agricultura. Mais especificamente, a presente invenção refere- se a um sistema elétrico para veículos agrícolas híbridos, isto é, veículos que utilizam tanto energia elétrica quanto energia gerada por motor a combustão. [001] The present invention patent is in the fields of engineering and agriculture. More specifically, the present invention relates to an electrical system for hybrid agricultural vehicles, that is, vehicles that use both electrical energy and energy generated by a combustion engine.

Antecedentes da Invenção Background of the Invention

[002] Veículos agrícolas, em especial tratores agrícolas, tradicionalmente possuem um motor a combustão que fornece energia mecânica na forma de torque para uma ou mais rodas com o objetivo de propulsionar o veículo contra o solo. Esses veículos também podem fornecer energia em diferentes formas para sistemas auxiliares ou implementos acoplados. Uma forma tradicional de acionamento de implementos é o eixo mecânico de tomada de força, que fornece torque vindo do motor a um eixo acoplado ao implemento. Tal construção se utiliza de caixas de transmissão, embreagens, diferenciais e outros componentes para direcionar a energia mecânica do motor ao elemento que se pretende acionar, como uma roda ou implemento acoplado. [002] Agricultural vehicles, especially agricultural tractors, traditionally have a combustion engine that supplies mechanical energy in the form of torque to one or more wheels in order to propel the vehicle against the ground. These vehicles can also supply energy in different forms to auxiliary systems or coupled implements. A traditional form of implement drive is the mechanical power take-off shaft, which supplies torque from the engine to a shaft coupled to the implement. This construction uses transmission boxes, clutches, differentials and other components to direct the mechanical energy of the engine to the element to be driven, such as a wheel or coupled implement.

[003] É desejável que o motor à combustão mantenha um regime de rotação específica que maximize o torque, a potência, ou a eficiência energética. Frequentemente, entretanto, essa rotação não corresponde à rotação necessária para as rodas ou eixo de tomada de força. Em decorrência, a rotação do motor sofre muitas alterações, que resultam no aumento do consumo e emissões. [003] It is desirable for the combustion engine to maintain a specific rotation speed that maximizes torque, power, or energy efficiency. Often, however, this rotation does not correspond to the rotation required for the wheels or power take-off shaft. As a result, the engine rotation undergoes many changes, which result in increased consumption and emissions.

[004] Em um mesmo trator há uma pluralidade de componentes sendo acionados, cada um com seu regime de rotação ideal. Os componentes da transmissão são responsáveis pela transformação da rotação e a distribuição de torque pelo veículo. Esses componentes são complexos, pesados, de manutenção intensiva e fontes de ineficiências devido ao atrito. Além da perda de eficiência devido os componentes da transmissão mecânica, a operação do motor não pode ser facilmente ajustada em função apenas da eficiência energética. [004] In the same tractor there are a plurality of components being driven, each with its ideal rotation regime. The transmission components are responsible for transforming the rotation and distributing torque throughout the vehicle. These components are complex, heavy, maintenance-intensive and sources of inefficiencies due to friction. In addition to the loss of efficiency due to the mechanical transmission components, the operation of the engine cannot be easily adjusted based on energy efficiency alone.

[005] A densidade energética, durabilidade e o custo são empecilhos à adoção e desenvolvimento de um veículo pesado puramente elétrico. Veículos pesados como máquinas pesadas e tratores trabalham com elevado gasto energético e precisariam de grandes baterias para armazenamento, o que requer altos custos para fabricação e manutenção das mesmas. Veículos híbridos buscam reduzir os problemas de custo e densidade energética, reduzindo o tamanho das baterias mediante a produção de energia elétrica ou mecânica utilizando um motor à combustão. [005] Energy density, durability and cost are obstacles to the adoption and development of a purely electric heavy vehicle. Heavy vehicles such as heavy machinery and tractors work with high energy consumption and would need large batteries for storage, which requires high costs for their manufacture and maintenance. Hybrid vehicles seek to reduce the problems of cost and energy density by reducing the size of the batteries by producing electrical or mechanical energy using a combustion engine.

[006] Um veículo híbrido paralelo é construído de forma que o motor à combustão esteja mecanicamente acoplado ao eixo de tração. Assim, a energia despendida para o seu movimento pode originar exclusivamente do motor a combustão ou do motor elétrico, ou combinada. Já o veículo híbrido série realiza a conversão de energia mecânica em elétrica no eixo gerador e o inverso no eixo de tração, separadamente. Neste modelo, não há ligação mecânica entre o eixo gerador e de tração, o que permite que cada motor seja controlado de forma independente. [006] A parallel hybrid vehicle is constructed in such a way that the combustion engine is mechanically coupled to the drive axle. Thus, the energy expended for its movement can originate exclusively from the combustion engine or the electric motor, or combined. The series hybrid vehicle, on the other hand, converts mechanical energy into electrical energy on the generator axle and the reverse on the drive axle, separately. In this model, there is no mechanical connection between the generator and drive axle, which allows each engine to be controlled independently.

[007] A frenagem regenerativa é uma função frequentemente presente em veículos elétricos e híbridos, permitindo que o movimento da roda gere energia para carregamento da bateria, resistindo e freando o eixo ao armazenar sua energia. Essa função decorre de uma característica do motor elétrico que permite que ele funcione como um motor produzindo rotação mecânica quando provido de energia elétrica, ou o inverso, como um gerador produzindo energia elétrica quando provido com rotação mecânica. Para que isso ocorra com eficiência e segurança, esse processo deve ser controlado por um controlador habilitado e capaz de processar a energia. [007] Regenerative braking is a function frequently present in electric and hybrid vehicles, allowing the movement of the wheel to generate energy for charging the battery, resisting and braking the axle by storing its energy. This function derives from a characteristic of the electric motor that allows it to function as a motor producing mechanical rotation when provided with electrical energy, or the opposite, as a generator producing electrical energy when provided with mechanical rotation. For this to occur efficiently and safely, this process must be controlled by an enabled controller capable of processing the energy.

[008] Contudo, a característica do motor elétrico que permite a frenagem regenerativa também é responsável por um risco dos veículos elétricos ao serem rebocados. É comum que esses veículos tenham restrições de velocidade ou distância ao serem rebocados em função da necessidade de dissipar a energia gerada pelo eixo da roda em contato com o solo. Em uma situação de pane, e na ausência de um controlador ativo, a energia gerada pode superaquecer e danificar os componentes, criando um risco à segurança. [008] However, the characteristic of the electric motor that allows regenerative braking is also responsible for a risk of electric vehicles when being towed. It is common for these vehicles to have speed restrictions or distance when being towed due to the need to dissipate the energy generated by the wheel axle in contact with the ground. In a breakdown situation, and in the absence of an active controller, the energy generated can overheat and damage the components, creating a safety risk.

[009] A patente WO-2007/031396 apresenta um sistema de propulsão para um trator agrícola no qual um motor de combustão interna aciona um gerador elétrico. A energia captada pelo gerador é utilizada em uma pluralidade de motores para propulsionar o veículo. A energia produzida pode ser fornecida para implementos diretamente ou na forma de torque através de motores. [009] Patent WO-2007/031396 presents a propulsion system for an agricultural tractor in which an internal combustion engine drives an electric generator. The energy captured by the generator is used in a plurality of engines to propel the vehicle. The energy produced can be supplied to implements directly or in the form of torque through engines.

[0010] A patente US9637000B2 apresenta uma melhoria à patente anteriormente mencionada, apresentando um sistema capaz de frenagem regenerativa mediante o uso de baterias e controladores de motores com essa capacidade. [0010] Patent US9637000B2 presents an improvement to the previously mentioned patent, presenting a system capable of regenerative braking through the use of batteries and motor controllers with this capacity.

[0011 ] Entretanto, ainda há necessidade em buscar um sistema que otimize o funcionamento do sistema elétrico de um veículo que reduza os custos de manutenção e de produção do veículo. [0011 ] However, there is still a need to seek a system that optimizes the operation of a vehicle's electrical system that reduces the vehicle's maintenance and production costs.

Sumário da Patente de Invenção Summary of the Invention Patent

[0012] É um objeto da presente invenção aperfeiçoar sistema de trator elétricohíbrido série que, além de solucionar as dificuldades apresentadas no estado da técnica e sendo desprovido de baterias, é capaz de frenagem regenerativa, vetorização de torque eletrônico e rebocamento seguro. As melhorias descritas a seguir tomam o sistema de um trator híbrido mais econômica para produzir e manter em uso contínuo no campo. [0012] It is an object of the present invention to improve a series hybrid electric tractor system that, in addition to solving the difficulties presented in the prior art and being devoid of batteries, is capable of regenerative braking, electronic torque vectoring and safe towing. The improvements described below make the system a hybrid tractor more economical to produce and maintain in continuous use in the field.

[0013] No sistema de um trator elétrico híbrido série, desprovido de baterias, pretendido por esse documento, a energia mecânica produzida por um motor a combustão é convertida em eletricidade por um ou mais geradores elétricos e imediatamente consumida por um ou mais motores elétricos, provendo torque às rodas e sistemas auxiliares. [0013] In the system of a series hybrid electric tractor, without batteries, intended by this document, the mechanical energy produced by a combustion engine is converted into electricity by one or more electric generators and immediately consumed by one or more electric motors, providing torque to the wheels and auxiliary systems.

Breve Descrição das Figuras Brief Description of Figures

[0014] Para melhor compreensão e a título de exemplo, o sistema da invenção é esquematicamente mostrado nas figuras em anexo em relação a um trator agrícola. [0014] For better understanding and as an example, the system of invention is schematically shown in the attached figures in relation to an agricultural tractor.

[0015] A figura 1 é uma vista esquemática do sistema elétrico da invenção para um trator agrícola, em que o eixo dianteiro é um eixo convencional com diferencialmecânico central. [0015] Figure 1 is a schematic view of the electrical system of the invention for an agricultural tractor, in which the front axle is a conventional axle with a central mechanical differential.

[0016] A figura 2 é uma vista esquemática do sistema elétrico da invenção para um trator agrícola, em que o eixo dianteiro é um eixo com um diferencial eletrônico, com vetorização de torque. [0016] Figure 2 is a schematic view of the electrical system of the invention for an agricultural tractor, in which the front axle is an axle with an electronic differential, with torque vectoring.

[0017] As figuras são desenhos esquemáticos de um trator agrícola compreendendo os sistemas elétricos da invenção. [0017] The figures are schematic drawings of an agricultural tractor comprising the electrical systems of the invention.

Descrição Detalhada da Invenção Detailed Description of the Invention

[0018] A presente invenção descreve os tratores híbridos (15) e (20), que compreendem diferentes métodos de acionamento do eixo dianteiro (13) e (19), respectivamente. [0018] The present invention describes hybrid tractors (15) and (20), which comprise different methods of driving the front axle (13) and (19), respectively.

[0019] O trator híbrido (15) compreende um eixo dianteiro (13) convencional, dirigível e trativo, com rodados (1 ) nas extremidades direita e esquerda, com um diferencial mecânico central (12) que, proporcionalmente ao movimento de esterçamento, distribui a força mecânica passante por um eixo cardam (3). [0019] The hybrid tractor (15) comprises a conventional, steerable and tractive front axle (13), with wheels (1) on the right and left ends, with a central mechanical differential (12) which, proportionally to the steering movement, distributes the mechanical force passing through a cardan shaft (3).

[0020] A força mecânica provida ao eixo cardam (3) é proveniente da transformação de energia elétrica feita por um único módulo EDU (Unidade Motriz Elétrica) composto por um controlador (5), um motor (17), e um conjunto de engrenagens redutoras (4) com posição de neutro (18). [0020] The mechanical force provided to the cardan shaft (3) comes from the transformation of electrical energy carried out by a single EDU (Electric Drive Unit) module consisting of a controller (5), a motor (17), and a set of reduction gears (4) with neutral position (18).

[0021] O trator híbrido (20) compreende um eixo dianteiro (19), dirigível e trativo, com rodados (1) nas extremidades direita e esquerda, sem diferencial mecânico central, o qual é substituído por um diferencial eletrônico, com vetorização de torque, e que controla de forma independente o acionamento de cada rodado dianteiro (1 ) através de um módulo EDU (4, 5 e 17) independente. Cada semieixo dianteiro, além de sua respectiva EDU (4, 5 e 17) e um rodado (1 ), também contempla um conjunto adicional de engrenagens redutoras (10) e um conjunto de freios de serviço e estacionário acionados por mecanismos eletro/hidráulicos (11 ). [0021] The hybrid tractor (20) comprises a steerable and tractive front axle (19), with wheelsets (1) on the right and left ends, without a central mechanical differential, which is replaced by an electronic differential, with torque vectoring, and which independently controls the drive of each front wheelset (1) through an independent EDU module (4, 5 and 17). Each front half-axle, in addition to its respective EDU (4, 5 and 17) and a wheelset (1), also comprises an additional set of reduction gears (10) and a set of service and stationary brakes actuated by electro/hydraulic mechanisms (11).

[0022] Analogamente ao eixo dianteiro (13) ou (19), existe um eixo traseiro (14) também eletrificado, ou seja, com acionamento elétrico e sem conexão mecânica direta com o motor de combustão (8). O eixo traseiro (14), diferentemente do eixo dianteiro (13), mas similar ao eixo dianteiro (19), não possui um diferencial mecânico central, o qual é substituído por um diferencial eletrônico, com vetorização de torque, e que controla de forma independente o acionamento de cada rodado traseiro (2) através deum módulo EDU (4, 5 e 17) independente. Cada semieixo traseiro, além de sua respectiva EDU (4, 5 e 17) e um rodado (2), também contempla um conjunto adicional de engrenagens redutoras (10) e um conjunto de freios de serviço e estacionário acionados/controlados por mecanismos eletro/hidráulicos (11). [0022] Analogous to the front axle (13) or (19), there is a rear axle (14) that is also electrified, that is, with electric drive and without direct mechanical connection with the combustion engine (8). The rear axle (14), unlike the front axle (13), but similar to the front axle (19), does not have a central mechanical differential, which is replaced by an electronic differential, with torque vectoring, and which independently controls the drive of each rear wheel (2) through an independent EDU module (4, 5 and 17). Each rear axle shaft, in addition to its respective EDU (4, 5 and 17) and a wheel (2), also includes an additional set of reduction gears (10) and a set of service and parking brakes driven/controlled by electro/hydraulic mechanisms (11).

[0023] A energia elétrica fornecida aos módulos EDU (4, 5 e 17) para produção de força mecânica é advinda de um grupo gerador (16), formado por um motor de combustão interna (8) acoplado a uma máquina elétrica motor/gerador (9) e seu controlador (5), o qual é conectado a uma caixa de conexão elétrica (6) que o interligaa todos os outros controladores (5) de cada EDU (4, 5 e 17) e, também a uma outracaixa de conexão elétrica (7), que é destinada a uma conexão externa à máquina, possibilitando a eletrificação de implementos que venham a ser rebocados pelo trator(15 ou 20) (não mostrado), tanto no que tange a tração quanto a funções comumente feitas por acionamentos hidráulicos ou pneumáticos. [0023] The electrical energy supplied to the EDU modules (4, 5 and 17) for the production of mechanical force comes from a generator set (16), formed by an internal combustion engine (8) coupled to an electric motor/generator machine (9) and its controller (5), which is connected to an electrical connection box (6) that interconnects all the other controllers (5) of each EDU (4, 5 and 17) and also to another electrical connection box (7), which is intended for an external connection to the machine, enabling the electrification of implements that are to be towed by the tractor (15 or 20) (not shown), both with regard to traction and functions commonly performed by hydraulic or pneumatic drives.

[0024] A caixa de conexão elétrica (6) distribui a energia do veículo para as unidades geradoras e consumidoras (16) e EDU (4, 5 e 17) cujos controladores deverão aderir aos padrões estabelecidos de frequência, tensão e corrente. Ao utilizar um controlador de motor capaz de atuar como consumidor e gerador (5), é possível oferecerfrenagem regenerativa ao sistema, em que a força de reação entre o solo e os rodados (1 , 2) é transferida para os motores (17) e seus controladores (5) que as transformam em energia elétrica. Para consumir a energia extra gerada e manter o equilíbrio do sistema, o controlador do gerador (5) também é capaz de atuar em reverso. Ao atuar como um freio motor, o gerador (9) dissipa a energia reagindo contra o motor àcombustão (8), evitando a necessidade de armazenar a energia elétrica. [0024] The electrical connection box (6) distributes the vehicle's energy to the generating and consuming units (16) and EDU (4, 5 and 17) whose controllers must adhere to the established standards of frequency, voltage and current. By using a motor controller capable of acting as a consumer and generator (5), it is possible to offer regenerative braking to the system, in which the reaction force between the ground and the wheels (1, 2) is transferred to the motors (17) and their controllers (5) that transform it into electrical energy. To To consume the extra energy generated and maintain the balance of the system, the generator controller (5) is also capable of acting in reverse. By acting as an engine brake, the generator (9) dissipates the energy by reacting against the combustion engine (8), avoiding the need to store electrical energy.

[0025] Durante a operação, a energia total do sistema deve ser cuidadosamente monitorada para evitar sobrecarga aos componentes ou à caixa de conexão e seuscircuitos. Este controle é realizado automaticamente, não havendo interferência diretado operador na rotação do motor à combustão ou na geração de energia durante a operação, inclusive durante a frenagem. [0025] During operation, the total power of the system must be carefully monitored to avoid overloading the components or the connection box and its circuits. This control is performed automatically, with no direct interference from the operator in the rotation of the combustion engine or in the generation of energy during operation, including during braking.

[0026] Os dois tratores (15) e (20) apresentados têm a vantagem de explorar ao máximo as características dos motores elétricos e controlar precisamente e individualmente as velocidades de cada roda ou eixo. A capacidade de direcionar o torque e controlar a rotação individual permite o uso de um diferencial eletrônico, com vetorização de torque em cada roda. Essa funcionalidade permite maior controle do veículo em manobras e maior tração em terrenos e condições adversas. [0026] The two tractors (15) and (20) presented have the advantage of exploiting the characteristics of electric motors to the fullest and precisely and individually controlling the speeds of each wheel or axle. The ability to direct torque and control individual rotation allows the use of an electronic differential, with torque vectoring on each wheel. This functionality allows greater control of the vehicle when maneuvering and greater traction on adverse terrain and conditions.

[0027] Nos dois tratores (15) e (20) apresentados, as EDUs (4, 5 e 17) são dotadas de um mecanismo nas suas caixas redutoras (4) que permite o desacoplamento do semieixo da roda do motor elétrico (17). Essa posição neutra (18) tem por objetivo permitir o rebocamento seguro do veículo sem a produção de energia elétrica nem restrição de distância ou velocidade. Essa funcionalidade é essencial para a segura remoção ou transporte de veículos em situação de pane. [0027] In the two tractors (15) and (20) presented, the EDUs (4, 5 and 17) are equipped with a mechanism in their reduction boxes (4) that allows the decoupling of the wheel axle shaft from the electric motor (17). This neutral position (18) aims to allow the safe towing of the vehicle without the production of electrical energy or restriction of distance or speed. This functionality is essential for the safe removal or transportation of vehicles in the event of a breakdown.

[0028] Nos dois tratores (15) e (20) apresentados, cada semieixo independente das EDUs é dotado de um conjunto adicional de engrenagens redutoras (10). As engrenagens realizam a transmissão da força produzida no semieixo, reduzindo a rotação para o adequado à essas rodas. [0028] In the two tractors (15) and (20) presented, each independent half-shaft of the EDUs is equipped with an additional set of reduction gears (10). The gears transmit the force produced in the half-shaft, reducing the rotation to the appropriate speed for these wheels.

[0029] Nos dois tratores (15) e (20) apresentados, cada semieixo independente das EDUs é dotado de um conjunto de freios auxiliares e freios estacionários (11 ). Os freios auxiliares realizam a frenagem do veículo em serviço quando a frenagem regenerativa está indisponível ou é insuficiente, enquanto os freios estacionários realizam a imobilização do veículo quando o mesmo se encontra inativo. Ambos os tiposde freio são acionados e controlados por dispositivos eletro/hidráulicos. [0029] In the two tractors (15) and (20) presented, each independent half-shaft of the EDUs is equipped with a set of auxiliary brakes and stationary brakes (11). The auxiliary brakes brake the vehicle in service when regenerative braking is unavailable or insufficient, while parking brakes immobilize the vehicle when it is inactive. Both types of brakes are activated and controlled by electro/hydraulic devices.

[0030] Não obstante as versões apresentadas, suas características podem sercombinadas, como, por exemplo, o uso compartilhado de Unidade Motriz Elétrica(EDU) no eixo traseiro ou a presença de reduções adicionais ou sistema de freios em apenas uma roda ou eixo. [0030] Notwithstanding the versions presented, their characteristics can be combined, such as, for example, the shared use of an Electric Power Unit (EDU) on the rear axle or the presence of additional reductions or a braking system on just one wheel or axle.

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Sistema elétrico para um veículo agrícola híbrido série (15) compreendendo um eixo dianteiro (13), dirigível e trativo, com rodados (1 ) nas extremidades direita e esquerda, com um diferencial mecânico central (12), que distribui a força mecânica passante por um eixo cardam (3) para os rodados (1 ), e eixo traseiro (14) trativo com rodados (2) nas extremidades direita e esquerda CARACTERIZADO por compreender pelo menos um grupo gerador elétrico (16) formado por um motor de combustão (8) conectado a um motor/gerador (9) para transferir energia a pelo menos um inversor (5) conectado a uma caixa de conexão elétrica (6) que distribui energia para as unidades de acionamento elétricas (EDU) compostas por engrenagens redutoras (4) com posição de neutro (18), motor elétrico (17) e um inversor (5), em que o eixo dianteiro (13) rotacionado pelo eixo cardam (3) está conectado a uma EDU (4, 17, 5) para acionar os rodados dianteiros (1 ) e em que cada um dos semieixos do eixo traseiro (14) é rotacionado pela energia proveniente de sua respectiva EDU (4, 17, 5) para propulsionar os rodados traseiros (2), tal que a energia produzida pelo motor/gerador (9) conectado ao eixo do motor à combustão (8) é consumida pelo motor elétrico (17) conectado aos eixos de tração dianteiro (13) e traseiro (14). 1. Electrical system for a series hybrid agricultural vehicle (15) comprising a front axle (13), steerable and traction, with wheelsets (1) at the right and left ends, with a central mechanical differential (12), which distributes the mechanical force passing through a cardan shaft (3) to the wheelsets (1), and a rear axle (14) traction with wheelsets (2) at the right and left ends CHARACTERIZED by comprising at least one electric generator set (16) formed by a combustion engine (8) connected to a motor/generator (9) to transfer energy to at least one inverter (5) connected to an electrical connection box (6) that distributes energy to the electric drive units (EDU) composed of reduction gears (4) with neutral position (18), electric motor (17) and an inverter (5), in which the front axle (13) rotated by the cardan shaft (3) is connected to an EDU (4, 17, 5) to drive the wheelsets front axles (1) and in which each of the rear axle half-shafts (14) is rotated by the energy coming from its respective EDU (4, 17, 5) to propel the rear wheels (2), such that the energy produced by the motor/generator (9) connected to the combustion engine shaft (8) is consumed by the electric motor (17) connected to the front (13) and rear (14) drive axles. 2. Sistema elétrico para um veículo agrícola híbrido série (20) compreendendo um eixo dianteiro (19), dirigível e trativo, com rodados (1 ) nas extremidades direita e esquerda com distribuição da força mecânica para os rodados (1 ) feita individualmente por um diferencial eletrônico com vetorização de torque, e eixo traseiro (14) trativo com rodados (2) nas extremidades direita e esquerda CARACTERIZADO por compreender pelo menos um grupo gerador elétrico (16) formado por um motor de combustão (8) conectado a um motor/gerador (9) para transferir energia a pelo menos um inversor (5) conectado a uma caixa de conexão elétrica (6) que distribui energia para as unidades de acionamento elétricas (EDU) compostas por engrenagens redutoras (4) com posição de neutro (18), motor elétrico (17) e um inversor (5), em que cada um dos semieixos do eixo dianteiro (19) é rotacionado pela energia proveniente de sua respectiva EDU (4, 17, 5) para acionar os rodados dianteiros (1 ) e em que cada um dos semieixos do eixo traseiro (14) é rotacionado pela energia proveniente de sua respectiva EDU (4, 17, 5) para acionar os rodados traseiros (2), tal que a energia produzida pelo motor/gerador (9) conectado ao eixo do motor à combustão (8) é consumida pelo motor elétrico (17) conectado aos eixos de tração dianteiro (19) e traseiro (14). 2. Electrical system for a series hybrid agricultural vehicle (20) comprising a front axle (19), steerable and traction, with wheels (1) on the right and left ends with distribution of the mechanical force to the wheels (1) made individually by an electronic differential with torque vectoring, and rear axle (14) traction with wheels (2) on the right and left ends CHARACTERIZED by comprising at least one electric generator set (16) formed by a combustion engine (8) connected to a motor/generator (9) to transfer energy to at least one inverter (5) connected to an electrical connection box (6) that distributes energy to the electric drive units (EDU) composed of reduction gears (4) with neutral position (18), electric motor (17) and an inverter (5), in which each of the front axle half-shafts (19) is rotated by the energy coming from its respective EDU (4, 17, 5) to drive the front wheels (1) and in which each of the rear axle half-shafts (14) is rotated by the energy coming from its respective EDU (4, 17, 5) to drive the rear wheels (2), such that the energy produced by the motor/generator (9) connected to the combustion engine shaft (8) is consumed by the electric motor (17) connected to the front (19) and rear (14) drive axles. 3. Sistema elétrico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO por os controladores (5) que formam as EDUs (4, 17, 5) serem capazes de atuar eletricamente em reverso, consumindo ou produzindo energia respectivamente. 3. Electrical system according to claim 1 or 2, CHARACTERIZED by the controllers (5) that form the EDUs (4, 17, 5) being capable of acting electrically in reverse, consuming or producing energy respectively. 4. Sistema elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por o controle da produção e consumo de energia do sistema ser realizado de forma que o excesso produzido pela frenagem regenerativa seja dissipado ao reagir contra o movimento do motor à combustão (8). 4. Electrical system according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED in that the control of the energy production and consumption of the system is carried out in such a way that the excess produced by regenerative braking is dissipated by reacting against the movement of the combustion engine (8). 5. Sistema elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por o controle da rotação e injeção de combustível do motor a combustão (8) ser realizado de forma automática e sem interferência do operador. 5. Electrical system according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED in that the control of the rotation and fuel injection of the combustion engine (8) is carried out automatically and without operator interference. 6. Sistema elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por as EDUs (4, 17, 5) de cada um dos semieixos do eixo traseiro (14) serem posicionadas com deslocamento uma em relação a outra. 6. Electrical system according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED in that the EDUs (4, 17, 5) of each of the rear axle half-shafts (14) are positioned with displacement in relation to each other. 7. Sistema elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por EDUs (4, 17, 5) serem posicionadas com deslocamento em conexão com o eixo dianteiro (19). 7. Electrical system according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED in that EDUs (4, 17, 5) are positioned with displacement in connection with the front axle (19). 8. Sistema elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por apenas uma EDU (4, 17, 5) ser posicionada para fornecer energia a um diferencial mecânico, que distribui o torque ao eixo dianteiro (13) e seus rodados (1 ). 8. Electrical system according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED in that only one EDU (4, 17, 5) is positioned to supply power to a mechanical differential, which distributes the torque to the front axle (13) and its wheels (1). 9. Sistema elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por um diferencial eletrônico permitir o controle independente dos rodados dianteiros (1 ) do eixo dianteiro (19) e o controle independente dos rodados traseiros (2) do eixo traseiro (14). 9. Electrical system according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED by an electronic differential allowing independent control of the front wheels (1) of the front axle (19) and independent control of the rear wheels (2) of the rear axle (14). 10. Sistema elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por as EDUs (4, 17, 5) compreenderem engrenagens redutoras de multivelocidades (4) e posição de neutro (18), que possibilita rebocamento seguro. 10. Electrical system according to any one of the preceding claims, CHARACTERIZED in that the EDUs (4, 17, 5) comprise multi-speed reduction gears (4) and neutral position (18), which enables safe towing. 11. Sistema elétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por os semieixos traseiro (14) e dianteiro (19) serem dotados de uma EDU (4, 17, 5), um conjunto de freios de serviço e estacionário acionados/controlados por mecanismos eletro/hidráulicos (11 ) e um conjunto de engrenagens redutoras de velocidade (10). 11. Electrical system according to any one of the previous claims, CHARACTERIZED by the rear (14) and front (19) half-axles being equipped with an EDU (4, 17, 5), a set of service and stationary brakes actuated/controlled by electro/hydraulic mechanisms (11) and a set of speed reduction gears (10).
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