ITPC20120018A1 - AUXILIARY ELECTRIC PROPULSION SYSTEM, IN PARTICULAR FOR BOATS - Google Patents

Description

“SISTEMA DI PROPULSIONE ELETTRICA AUSILIARIA, IN PARTICOLARE PER IMBARCAZIONI” "AUXILIARY ELECTRIC PROPULSION SYSTEM, IN PARTICULAR FOR BOATS"

La presente invenzione propone un sistema di propulsione elettrica ausiliaria, in particolare un sistema di propulsione ibrida ausiliaria per imbarcazioni. The present invention proposes an auxiliary electric propulsion system, in particular an auxiliary hybrid propulsion system for boats.

Nel dettaglio l’invenzione riguarda un sistema di propulsione ausiliaria diesel-elettrica atta a sostituire o ad affiancare il motore endotermico (in genere diesel) con cui sono solitamente equipaggiate le imbarcazioni di media e grossa taglia. In detail, the invention relates to an auxiliary diesel-electric propulsion system designed to replace or complement the internal combustion engine (generally diesel) with which medium and large boats are usually equipped.

La propulsione ausiliaria al giorno d’oggi è già ampiamente utilizzata su navi commerciali di grandi dimensioni per effettuare le manovre in entrata e in uscita dai porti, ma recentemente si sta sviluppando anche su imbarcazioni da diporto di piccole e medie dimensioni. Difatti le caratteristiche di un impianto di propulsione navale, costituito normalmente da motori diesel sovralimentati, da trasmissioni con riduttori di giri interposti fra motore e elica, sono necessariamente calcolate nel punto di massima velocità della nave. Per questo motivo, questo tipo propulsione nella quale vengono fissate, in fase di progetto, le caratteristiche dell’elica (diametro, passo, area espansa) ed il rapporto di riduzione fra motore ed elica, male si adatta ad andature con velocità ridotte rispetto a quelle di progetto (il motore sovralimentato, lavorando a bassi regimi, ha maggiore usura, è più soggetto a rotture, malfunzionamenti delle turbine e richiede maggiore manutenzione). Auxiliary propulsion is nowadays already widely used on large commercial ships to carry out maneuvers in and out of ports, but recently it is also developing on small and medium-sized pleasure boats. In fact, the characteristics of a naval propulsion system, normally consisting of supercharged diesel engines, transmissions with speed reducers interposed between the engine and the propeller, are necessarily calculated at the point of maximum speed of the ship. For this reason, this type of propulsion, in which the characteristics of the propeller (diameter, pitch, expanded area) and the reduction ratio between engine and propeller are fixed, in the design phase, poorly adapts to speeds with reduced speeds compared to those of the project (the supercharged engine, working at low revs, has more wear, is more subject to breakage, malfunction of the turbines and requires more maintenance).

Gli armatori che apprezzano l’emozione delle alte velocità sul mare, si accorgono che queste si ottengono a scapito del comfort (rumorosità e vibrazioni) e con alti consumi. Owners who appreciate the thrill of high speeds on the sea, realize that these are obtained at the expense of comfort (noise and vibrations) and with high consumption.

Contemporaneamente si rendono conto che andando a bassa andatura spesso peggiorano le vibrazioni provenienti dai motori e mettono a repentaglio l’affidabilità del motore stesso oltre ad aumentarne il consumo specifico. At the same time, they realize that going at a low speed often worsens the vibrations from the engines and jeopardizes the reliability of the engine itself as well as increasing its specific consumption.

Sono sempre più in via di sviluppo quindi sistemi di propulsione che permettano ad un’imbarcazione di viaggiare ad una velocità inferiore a quella di crociera, senza il rischio di danneggiare il motore. Therefore, propulsion systems are increasingly being developed that allow a boat to travel at a lower speed than cruising speed, without the risk of damaging the engine.

Per raggiungere questo scopo, allo stato attuale della tecnica si ricorre a sistemi di propulsione alternativa costituiti principalmente da motori elettrici che vengono collegati alternativamente alla stessa linea d’assi del motore diesel principale. To achieve this purpose, in the current state of the art alternative propulsion systems are used consisting mainly of electric motors that are alternately connected to the same shaft line as the main diesel engine.

E’ possibile perciò decidere se utilizzare un’andatura con un motore diesel al 100% della potenza (motore principale) o in alternativa scegliere un motore ausiliario per un’andatura più “tranquilla”. It is therefore possible to decide whether to use a pace with a diesel engine at 100% power (main engine) or alternatively choose an auxiliary engine for a more "quiet" pace.

Questo tipo di propulsione ausiliaria inoltre è particolarmente apprezzata per il comfort di marcia che può garantire grazie alla presenza di rumore e vibrazioni praticamente impercettibili rispetto a quelle della propulsione principale. This type of auxiliary propulsion is also particularly appreciated for the ride comfort it can guarantee thanks to the presence of practically imperceptible noise and vibrations compared to those of the main propulsion.

Un esempio di propulsione ausiliaria della tecnica nota è illustrata in maniera schematica nella figura 1 allegata. An example of auxiliary propulsion of the prior art is schematically illustrated in the attached figure 1.

Detta propulsione ausiliaria comprende un gruppo elettrogeno, indicato nel complesso con 101, che alimenta un motore elettrico ausiliario 102 collegato direttamente a un riduttore/ invertitore 109 al quale è connessa la linea d’assi 103 dell’imbarcazione. Detti gruppi elettrogeni in genere sono collocati in cabine 104 insonorizzate e montate su supporti elastici per ridurre al minimo la rumorosità e migliorare il comfort della navigazione a basse velocità. Said auxiliary propulsion includes a generator, indicated as a whole with 101, which powers an auxiliary electric motor 102 connected directly to a reducer / inverter 109 to which the shaft 103 of the boat is connected. Said generating sets are generally placed in soundproof cabins 104 and mounted on elastic supports to reduce noise to a minimum and improve the comfort of navigation at low speeds.

Gruppi elettrogeni 101 di tipo noto, comprendono in genere un motore endotermico diesel 105, di potenza molto inferiore a quella del motore principale 110, collegato a un generatore 106, di solito sincrono trifase, atto a generare l’energia elettrica per alimentare il motore elettrico ausiliario 102. Generating sets 101 of a known type generally comprise a diesel endothermic engine 105, with a power much lower than that of the main engine 110, connected to a generator 106, usually three-phase synchronous, capable of generating the electrical energy to power the electric motor auxiliary 102.

Caratteristica dei gruppi elettrogeni noti è quella di avere il motore endotermico che lavora ad un numero di giri costante, in genere 1500 giri/ min, in maniera che il generatore eroghi una tensione elettrica con frequenza fissa. A characteristic of known generating sets is that of having the internal combustion engine working at a constant number of revolutions, generally 1500 rpm, so that the generator supplies an electric voltage with a fixed frequency.

Per questo motivo fra il motore elettrico 102 e il generatore 106 deve essere sempre interposto un inverter 107 che per consentire la modulazione della frequenza della corrente in uscita per poter regolare la velocità di rotazione del motore ausiliario 102, che altrimenti ruoterebbe ad un numero di giri fisso. For this reason, an inverter 107 must always be interposed between the electric motor 102 and the generator 106 which, in order to allow the modulation of the frequency of the output current, in order to regulate the rotation speed of the auxiliary motor 102, which would otherwise rotate at a number of revolutions. fixed.

Questa soluzione se pur funzionale comporta alcuni svantaggi. This solution, although functional, has some disadvantages.

Principalmente l’adozione di un inverter comporta un notevole aumento dei costi in quanto sono apparecchiature elettroniche particolarmente complesse e delicate. In aggiunta all’inverter è necessaria anche l’adozione di particolari filtri 108 atti a eliminare disturbi e a mantenere corretti i parametri della corrente elettrica erogata dal generatore elettrico 106 verso l’inverter 107, con un ulteriore aumento dei costi. Mainly, the adoption of an inverter involves a significant increase in costs as they are particularly complex and delicate electronic equipment. In addition to the inverter, it is also necessary to adopt special filters 108 to eliminate disturbances and to keep the parameters of the electric current supplied by the electric generator 106 to the inverter 107 correct, with a further increase in costs.

Un altro svantaggio riguarda gli ingombri elevati sia del gruppo elettrogeno 101 sia deH’inverter 107 che creano problemi nella sistemazione degli stessi in vani motore dove lo spazio disponibile è sempre molto limitato. Another disadvantage concerns the large dimensions of both the generator 101 and the inverter 107 which create problems in arranging the same in engine compartments where the available space is always very limited.

L’adozione di apparecchiature elettriche complesse e delicate inoltre influenza l’affidabilità generale del sistema di propulsione ausiliaria e, in caso di guasti, comporta elevati costi per le riparazioni. The adoption of complex and delicate electrical equipment also affects the general reliability of the auxiliary propulsion system and, in the event of failures, entails high costs for repairs.

Un ulteriore svantaggio legato all’adozione di una apparecchiatura elettronica come l’inverter riguarda il calo del rendimento globale della trasmissione in quanto questi dispositivi per il loro funzionamento assorbono una parte non irrilevante dell’energia elettrica prodotta. In questo contesto, lo scopo della presente invenzione è proporre un sistema di propulsione elettrica ausiliaria che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati. A further disadvantage related to the adoption of electronic equipment such as the inverter concerns the decline in the overall efficiency of the transmission as these devices absorb a not insignificant part of the electricity produced for their operation. In this context, the object of the present invention is to propose an auxiliary electric propulsion system which overcomes the aforementioned drawbacks of the known art.

In particolare, è scopo della presente invenzione mettere a disposizione un sistema di propulsione elettrica ausiliaria, in particolare per imbarcazioni, che consenta di ridurne i costi e la complessità rispetto ai sistemi noti. In particular, it is an object of the present invention to provide an auxiliary electric propulsion system, in particular for boats, which allows to reduce its costs and complexity with respect to known systems.

Nel dettaglio è scopo della presente invenzione realizzare un sistema di propulsione elettrica ausiliaria che consenta di variare la velocità del motore elettrico ausiliario senza necessitare di un inverter o dispositivi elettronici simili. In detail, the object of the present invention is to provide an auxiliary electric propulsion system which allows the speed of the auxiliary electric motor to be varied without requiring an inverter or similar electronic devices.

Più in dettaglio è scopo della presente invenzione realizzare un sistema di propulsione elettrica ausiliaria che consenta di variare il numero di giri del motore elettrico ausiliario, modulando la potenza del gruppo elettrogeno che lo alimenta. More in detail, the aim of the present invention is to provide an auxiliary electric propulsion system which allows the number of revolutions of the auxiliary electric motor to be varied, modulating the power of the generating set which feeds it.

Un ulteriore scopo dell’invenzione è quello di fornire un sistema di propulsione elettrica ausiliaria che consenta di utilizzare gruppi elettrogeni più compatti rispetto a quelli della tecnica nota. A further purpose of the invention is to provide an auxiliary electric propulsion system that allows the use of more compact generators than those of the known art.

Questi scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un sistema di propulsione elettrica ausiliaria, comprendente un motore endotermico collegato meccanicamente a un generatore elettrico, detto motore endotermico essendo comandabile tramite un comando per variare il proprio numero di giri, caratterizzato dal fatto che detto generatore elettrico è direttamente collegato elettricamente ad un motore elettrico ausiliario a sua volta meccanicamente collegato a una linea d’assi della trasmissione principale del’imbarcazione, il numero di giri di detto motore elettrico potendo essere variato tramite il comando del motore endotermico. These specified purposes are substantially achieved by an auxiliary electric propulsion system, comprising an internal combustion engine mechanically connected to an electric generator, said internal combustion engine being controlled by means of a command to vary its own number of revolutions, characterized by the fact that said electric generator is directly electrically connected to an auxiliary electric motor which is in turn mechanically connected to a shaft line of the main transmission of the boat, the number of revolutions of said electric motor being able to be varied by means of the control of the internal combustion engine.

In pratica variando il numero di giri del motore endotermico è possibile variare la frequenza della tensione emessa da generatore elettrico che a sua volta causa una variazione di giri del motore elettrico ausiliario, essendo questo collegato direttamente a generatore. In practice, by varying the number of revolutions of the internal combustion engine, it is possible to vary the frequency of the voltage emitted by the electric generator which in turn causes a variation in the revolutions of the auxiliary electric motor, since it is connected directly to the generator.

Il sistema risulta così semplificato e meno costoso rispetto alle propulsione ausiliarie note. The system is thus simplified and less expensive than known auxiliary propulsion.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di un esempio di realizzazione preferita ma non esclusiva di un sistema di propulsione ausiliaria, come illustrato nelle figure allegate in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the indicative, and therefore non-limiting, description of an example of a preferred but not exclusive embodiment of an auxiliary propulsion system, as illustrated in the attached figures in which:

• la figura 2 è una vista schematica che illustra il sistema di propulsione elettrica ausiliaria secondo la presente invenzione; Figure 2 is a schematic view illustrating the auxiliary electric propulsion system according to the present invention;

• la figura 3 è una vista schematica che illustra il sistema di propulsione elettrica ausiliaria secondo una variante realizzativa della presente invenzione; Figure 3 is a schematic view illustrating the auxiliary electric propulsion system according to a variant embodiment of the present invention;

Con riferimento alla figura 2 allegata il sistema di propulsione elettrica ausiliaria comprende un motore endotermico 10, generalmente di potenza inferiore al motore endotermico principale 80. With reference to the attached figure 2, the auxiliary electric propulsion system comprises an internal combustion engine 10, generally of lower power than the main internal combustion engine 80.

Collegato all’albero di detto motore endotermico 10 vi è un generatore elettrico 20 atto a trasformare la potenza meccanica generata dal motore in potenza elettrica per alimentare un motore elettrico ausiliario 30 collegabile meccanicamente a un riduttore/ invertitore 70 a sua volta montato sulla linea d’assi 40 della propulsione principale. Preferibilmente detto motore endotermico 10 e detto generatore sono collocati in una cabina 15 insonorizzata e montata su supporti elastici per ridurre il rumore e le vibrazioni trasmesse all’esterno. Connected to the shaft of said endothermic engine 10 there is an electric generator 20 adapted to transform the mechanical power generated by the engine into electrical power to power an auxiliary electric motor 30 which can be mechanically connected to a reducer / inverter 70 which is in turn mounted on the line of 40 axles of the main propulsion. Preferably said endothermic engine 10 and said generator are placed in a soundproof cabin 15 and mounted on elastic supports to reduce noise and vibrations transmitted to the outside.

Caratteristica dell’invenzione è quella di prevedere detto motore endotermico 10 configurato in maniera da poter variare il proprio numero di giri. Characteristic of the invention is that of providing said endothermic engine 10 configured in such a way as to be able to vary its own number of revolutions.

Più in dettaglio detto motore endotermico 10 è provvisto di un sistema di alimentazione del carburante, non illustrato in figura, comandabile attraverso un comando di potenza 50 che consente di variare la potenza erogata dal motore e quindi il suo numero di giri quando un coppia resistente è applicata ad esso. More in detail, said internal combustion engine 10 is provided with a fuel supply system, not shown in the figure, which can be controlled by means of a power control 50 which allows to vary the power delivered by the engine and therefore its number of revolutions when a resistant torque is applied to it.

In questo modo variando la potenza del motore endotermico 10 tramite il comando 50 è possibile variare la frequenza della tensione erogata dal generatore elettrico 20 che a sua volta causa la variazione del numero di giri del motore elettrico ausiliario 30. In this way, by varying the power of the internal combustion engine 10 by means of the control 50, it is possible to vary the frequency of the voltage supplied by the electric generator 20 which in turn causes the variation of the number of revolutions of the auxiliary electric motor 30.

In questo modo è possibile collegare il generatore elettrico 20 al motore elettrico ausiliario 30 direttamente senza l’interposizione di un inverter come invece accade nelle propulsioni ausiliarie note. In this way it is possible to connect the electric generator 20 to the auxiliary electric motor 30 directly without the interposition of an inverter as it happens in known auxiliary propulsions.

Preferibilmente il generatore elettrico 20 è un generatore sincrono a magneti permanenti e il motore elettrico ausiliario 30 è un motore asincrono. Preferably the electric generator 20 is a permanent magnet synchronous generator and the auxiliary electric motor 30 is an asynchronous motor.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione detto generatore elettrico 20 e detto motore ausiliario 30 sono collegati elettricamente in maniera da ottenere una variazione del rapporto fra il numero di giri del generatore e del motore. According to another aspect of the invention, said electric generator 20 and said auxiliary motor 30 are electrically connected in such a way as to obtain a variation in the ratio between the number of revolutions of the generator and the engine.

In pratica ogni fase del generatore elettrico 20 è direttamente connessa alla corrispondente fase del motore elettrico ausiliario 30. Più in dettaglio lo statore di detto generatore elettrico 20 e di detto motore ausiliario 30 sono collegati in maniera da ottenere una riduzione del numero di giri del motore ausiliario 30. In practice, each phase of the electric generator 20 is directly connected to the corresponding phase of the auxiliary electric motor 30. More in detail, the stator of said electric generator 20 and of said auxiliary motor 30 are connected in such a way as to obtain a reduction in the number of revolutions of the engine auxiliary 30.

Questo consente di utilizzare un motore endotermico 10 con un regime di rotazione massimo elevato (fino a 4000/5000 giri/ min) e, grazie alla riduzione alla variazione del rapporto fra numero di giri del generatore e del motore, far ruotare motore ausiliario 30 con un regime massimo di circa 1500 giri, ovvero compatibile con quelli del motore endotermico principale 80. This allows to use an internal combustion engine 10 with a high maximum rotation speed (up to 4000/5000 rpm) and, thanks to the reduction to the variation of the ratio between the number of revolutions of the generator and the engine, to rotate the auxiliary engine 30 with a maximum speed of about 1500 rpm, that is compatible with those of the main internal combustion engine 80.

Un motore endotermico 10 a elevato numero di giri risulta quindi molto più compatto e leggero di quelli tradizionali utilizzati nei gruppi elettrogeni in commercio (con regime di rotazione a circa 1500 giri/ min) e consente di ridurre notevolmente il peso e lo spazio occupato nel vano motori. An endothermic engine 10 with a high number of revolutions is therefore much more compact and lighter than the traditional ones used in the generators on the market (with a rotation speed of about 1500 rpm) and allows to considerably reduce the weight and the space occupied in the compartment. engines.

Secondo una forma di realizzazione alternativa un riduttore meccanico 60 è interposto fra il motore endotermico 10 e il generatore elettrico 20, per poter utilizzare un motore endotermico ad elevato numero di giri e far ruotare comunque il generatore 20 ad un numero di giri inferiore (ad esempio 1500 giri/ min). According to an alternative embodiment, a mechanical reducer 60 is interposed between the internal combustion engine 10 and the electric generator 20, in order to be able to use an internal combustion engine at a high number of revolutions and in any case to rotate the generator 20 at a lower number of revolutions (for example 1500 rpm).

Grazie alla presente invenzione è quindi possibile realizzare un sistema di propulsione elettrica ausiliaria per imbarcazioni, che consenta di variare il numero di giri del motore ausiliario, più semplice e molto meno costoso rispetto ai sistemi noti. Thanks to the present invention it is therefore possible to provide an auxiliary electric propulsion system for boats, which allows to vary the number of revolutions of the auxiliary engine, which is simpler and much less expensive than known systems.

La mancanza di componenti elettronici complessi e delicati come gli inverter inoltre consente di ottenere un sistema più affidabile e più economico da manutenere. The lack of complex and delicate electronic components such as inverters also allows for a more reliable and cheaper system to maintain.

Nel caso in cui si utilizzino motori endotermici ad elevato numero di giri è possibile anche ridurre notevolmente i pesi e gli ingombri rispetto ai gruppi elettrogeni utilizzati nelle propulsioni ausiliarie della tecnica nota. In the case in which endothermic engines with a high number of revolutions are used, it is also possible to considerably reduce the weights and dimensions with respect to the generating sets used in auxiliary propulsions of the known art.

La presente invenzione, così come descritta e illustrata, è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte comprese nell’ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. The present invention, as described and illustrated, is susceptible of numerous modifications and variations all included within the scope of the inventive concept; moreover, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.

Claims (5)

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di propulsione elettrica ausiliaria per imbarcazioni comprendente un motore endotermico (10) collegato meccanicamente a un generatore elettrico (20), detto motore endotermico essendo comandabile tramite un comando (50) per variare il proprio numero di giri, caratterizzato dal fatto che detto generatore elettrico (20) è direttamente collegato elettricamente ad un motore elettrico ausiliario (30) collegabile meccanicamente a un riduttore/ invertitore (70) a sua volta montato su una linea d’assi (40) deH’imbarcazione, il numero di giri di detto motore elettrico (30) potendo essere variato tramite il comando (50) del motore endotermico (10). CLAIMS 1. Auxiliary electric propulsion system for boats comprising an internal combustion engine (10) mechanically connected to an electric generator (20), said internal combustion engine being controllable by means of a control (50) to vary its own number of revolutions, characterized in that said electric generator (20) is directly electrically connected to an auxiliary electric motor (30) which can be mechanically connected to a reducer / inverter (70) in turn mounted on a shaft line (40) of the boat, the number of revolutions of said electric motor (30) being able to be varied by means of the control (50) of the internal combustion engine (10). 2. Sistema di propulsione elettrica ausiliaria per imbarcazioni, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto generatore elettrico (20) è un generatore sincrono trifase a magneti permanenti. 2. Auxiliary electric propulsion system for boats, according to claim 1, characterized in that said electric generator (20) is a three-phase permanent magnet synchronous generator. 3. Sistema di propulsione elettrica ausiliaria per imbarcazioni, secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto motore elettrico ausiliario (30) è un motore asincrono trifase. 3. Auxiliary electric propulsion system for boats, according to claim 1 or 2, characterized in that said auxiliary electric motor (30) is a three-phase asynchronous motor. 4. Sistema di propulsione elettrica ausiliaria per imbarcazioni, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che lo statore di detto generatore elettrico (20) e lo statore di detto motore ausiliario (30) sono elettricamente collegati in maniera da variare il numero di giri del motore (30) rispetto al numero di giri del generatore (20). 4. Auxiliary electric propulsion system for boats, according to any one of the preceding claims, characterized in that the stator of said electric generator (20) and the stator of said auxiliary motor (30) are electrically connected so as to vary the number of revolutions of the engine (30) with respect to the number of revolutions of the generator (20). 5. Sistema di propulsione elettrica ausiliaria per imbarcazioni, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che fra detto motore endotermico (10) e detto generatore elettrico (20) è interposto un riduttore meccanico (60) .5. Auxiliary electric propulsion system for boats, according to any one of the preceding claims, characterized in that a mechanical reducer is interposed between said internal combustion engine (10) and said electric generator (20) (60).