ITTO20110924A1 - Macchina da lavoro ibrido elettro-idraulico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“MACCHINA DA LAVORO IBRIDO ELETTRO-IDRAULICOâ€

La presente invenzione à ̈ relativa a un veicolo ibrido da lavoro e per applicazioni cantieristiche o agroalimentari, ad esempio a un veicolo di sollevamento provvisto di un braccio telescopico sia frontale sia con torretta girevole.

Un veicolo ibrido presenta componenti elettrici di potenza, quali motori, alternatori, azionamenti elettrici e batterie, che funzionano o in corrente alternata o in corrente continua a voltaggio e amperaggio elevati. Un veicolo ibrido comprende inoltre un circuito elettrico a basso voltaggio / amperaggio per il comando e controllo dei componenti elettrici di potenza e di altri eventuali comandi o servocomandi.

Il voltaggio e l’amperaggio elevati dei componenti elettrici di potenza possono interferire con i segnali del circuito elettrico a basso voltaggio e ciò può comportare problemi di affidabilità. In particolare, l’interferenza può modificare il segnale di comando proveniente dall’utente o da una centralina di comando in modo da modificare in modo non voluto e imprevedibile il funzionamento del veicolo.

Inoltre, i veicoli ibridi risolvono almeno in parte il problema dei bassi rendimenti e della elevata rumorosità tipici dei veicoli da lavoro, compresi i veicoli di sollevamento con un braccio telescopico, azionati tramite un motore di trazione a combustione interna.

Infatti, i veicoli tradizionali non ibridi richiedono il funzionamento continuo di un motore a combustione interna. Nel caso della trazione il veicolo trasferisce l’energia dal motore termico al motore idraulico per consentire la trazione del veicolo stesso. Di solito questi veicoli presentano una trazione sulle quattro ruote. Quando il sistema di sollevamento idraulico à ̈ in azione, l’energia viene trasferita dal motore diesel a una pompa idraulica mediante una trasmissione meccanica. Il motore diesel à ̈ quindi sempre in moto sia durante la trazione in marcia avanti ed indietro che durante operazioni di sollevamento. Le operazioni di sollevamento sono effettuate e controllate di solito tramite gli attuatori idraulici movimentati dalla pompa idraulica azionata sempre dal motore a combustione interna tramite una trasmissione.

Queste caratteristiche generali e i relativi svantaggi sopra specificati sono comuni in molti veicoli da lavoro e per applicazioni agroalimentari.

Per quanto riguarda nello specifico le macchine telescopiche, à ̈ generalmente previsto un braccio telescopico comandato tramite un attuatore alimentato da una pompa idraulica. Di solito per motivi di layout come indicato ad esempio nel documento US5707202 il motore termico à ̈ disposto in un comparto laterale interposto fra i due assi del veicolo. In particolare, tale comparto alloggia una pluralità di componenti e un compressore, un filtro e un gruppo valvola idraulico. Inoltre, la trazione si ottiene solitamente mediante un motore idraulico (idrostatico) comandato dal motore termico che viene comandato a diversi regimi di rotazione da un utente. La variazione della velocità del motore a combustione interna genera una variazione della velocità di avanzamento del veicolo e/o una potenza/coppia adatta per il funzionamento del braccio telescopico.

Negli ultimi anni sono state depositate numerose domande di brevetto con l’obiettivo di ridurre i consumi e le emissioni acustiche ed inquinanti di veicoli.

Numerosi riferimenti bibliografici sono inerenti alla realizzazione di macchine ibride comprendenti macchine elettriche.

Schematicamente à ̈ possibile per i veicoli ibridi classificare come segue le diverse soluzioni architettoniche descritte in letteratura: macchine ibride in serie, macchine ibride in parallelo e macchine ibride in parallelo con ripartizione della potenza (†̃power split’).

Nel seguito, il termine †̃input’ si riferisce al motore primario di solito a combustione interna (motore diesel), il termine †̃output’ si riferisce agli assi della trazione del veicolo, M/G1 si riferisce a un primo moto generatore elettrico e M/G2 si riferisce a un secondo moto generatore elettrico.

Nella soluzione in serie il motore a combustione interna input à ̈ collegato meccanicamente al moto/generatore elettrico M/G1 per produrre energia elettrica e trasferirla alle batterie. Questa energia viene utilizzata ove necessario dal motore elettrico M/G2 per la trazione output. In questo caso la trazione del veicolo à ̈ puramente elettrica.

Nella soluzione in parallelo il motore a combustione interna input à ̈ collegato meccanicamente mediante un riduttore epicicloidale al moto/generatore elettrico M/G1 e al secondo motore elettrico M/G2 per la trazione output. Diverse soluzioni di layout e controllo della trasmissione meccanica permettono la trazione combinata elettrica e diesel del veicolo.

Nella configurazione ibrido serie-parallelo (inputsplit oppure output-split) sono presenti due percorsi di potenza principali; il primo viene chiamato †̃Mechanical path’ mentre il secondo viene detto †̃Elettrical path’. Nel percorso di potenza meccanico †̃Mechanical path’ l’energia generata dal motore a combustione interna viene direttamente trasmessa alle ruote mentre nel percorso elettrico †̃Elettrical path’ l’energia generata dal motore termico viene convertita dapprima in energia elettrica per mezzo del generatore e poi nuovamente riconvertita in energia meccanica trasmessa alle ruote o eventualmente anche ad altri sistemi come la pompa idraulica ad esempio per azionare il braccio telescopico.

Un esempio di trasmissione ibrida con diverse soluzioni in parallelo à ̈ presentata nel brevetto US2002091028.

US2005061564 descrive un layout parallelo †̃input split / output split’ e presenta lo svantaggio di essere piuttosto complesso dal punto di vista meccanico e del controllo complessivo della macchina. Soprattutto nel caso di macchine ibride da lavoro in cui le potenze in gioco posso essere elevate, la presenza dell’impianto idraulico che di solito richiede una potenza dello stesso ordine di grandezza di quella necessaria per la trazione richiederebbe ulteriori complicazioni della trasmissione che quindi non à ̈ configurata in modo ottimale.

Pertanto per limitazioni funzionali/di layout e di scelte tecnologiche l’arte nota privilegia soluzioni parziali rivolte a risolvere un problema specifico non rivolgendosi a una soluzione ottimizzata di veicolo ibrido da lavoro.

Nella domanda di brevetto EP-A-1914101 viene presentato un veicolo ibrido che permette di utilizzare parzialmente la potenza del motore mediante un ripartitore di potenza parzialmente sull’impianto idraulico e parzialmente per ricaricare delle batterie mediante un generatore. L’energia immagazzinata nelle batterie viene quindi restituita all’occorrenza. Tuttavia non sono presenti frizioni quindi il motore diesel à ̈ sempre in moto.

US20090199553 descrive uno scavatore denominato ibrido in cui la potenza meccanica generata dal motore diesel à ̈ trasformata per mezzo di un generatore in potenza elettrica e questa potenza elettrica à ̈ riutilizzata dallo stesso generatore reversibile per movimentare una pompa idraulica che permette la movimentazione del braccio e degli impianti idraulici. Occorre notare che non sono presenti frizioni quindi il motore diesel à ̈ sempre in moto.

Il documento JP-A-2005133319 descrive uno schema funzionale di un veicolo ibrido. Viene inoltre specificato che il motore termico e quello elettrico sono disposti posteriormente assieme alle batterie. Tale configurazione genera un ingombro particolarmente elevato con un innalzamento del baricentro e non si adatta alla stabilità di veicoli comprendenti un braccio telescopico che, al contrario, devono mantenere un baricentro basso per limitare i rischi di ribaltamento. Inoltre, il documento non si riferisce ai problemi legati al montaggio dei singoli componenti in modo da ridurre al minimo l’impatto sul layout di un veicolo con un braccio telescopico.

Inoltre, il funzionamento ibrido specificato permette di far funzionare il motore diesel collegato ad un generatore che alimenta un pacco batterie e dal pacco batterie un motore elettrico per la trazione.

In particolare, il motore a combustione interna e quello elettrico sono comandati direttamente dall’utente tramite un primo pedale per controllare sia il motore a combustione interna che quello elettrico e tramite un secondo pedale che controlla solamente il motore elettrico. In questo modo, l’utente può agire anche sul numero di giri del motore a combustione interna sulla base del carico richiesto al motore elettrico a scapito del rendimento energetico complessivo del veicolo.

Inoltre, il veicolo descritto appartiene alla categoria degli escavatori i quali richiedono una potenza per azionare la pala anche superiore o comunque dello stesso valore di quella necessaria per la trazione a differenza di quanto succede per altre tipologie di veicoli, come i veicoli con un braccio telescopico.

Tale caratteristica influisce notevolmente sul dimensionamento del pacco batterie di un escavatore dotato di un sistema ibrido. Infatti, un escavatore come quello illustrato nel documento JP-A-2005133319 richiederebbe batterie di alcune centinaia di KWh per funzionare 1 ora con motore elettrico di trazione e pala escavatrice comandati solo elettricamente, i.e. con il motore a combustione interna spento. Tali batterie avrebbero un volume e un peso tali da non poter essere montati a bordo dell’escavatore come illustrato.

Pertanto, il veicolo escavatore noto non può avere un comportamento completamente elettrico simultaneo di trazione e sollevamento. Al contrario, il motore diesel deve sempre essere in moto per poter azionare contemporaneamente l’impianto idraulico e la trazione. L’impianto idraulico può essere alimentato elettricamente solo a veicolo fermo.

Il sistema proposto nel documento JP-A-2005133319 insegna quindi a ottenere il risparmio energetico prevalentemente mediante un sistema di spegnimento del motore diesel quando la macchina à ̈ ferma per sfruttare la potenza installata a bordo delle batterie e la reversibilità della macchina elettrica per azionare i sistemi idraulici senza emissioni a veicolo fermo e per un tempo ridotto. Non viene in nessun modo valutata la necessità di equilibrare e controllare le potenze richieste nelle varie condizioni di funzionamento della macchina relativamente al dimensionamento del pacco batterie e della distribuzione di potenza tra trazione e sistemi idraulici.

Come accennato in precedenza, l’arte nota quindi privilegia soluzioni parziali che risolvono problemi specifici senza considerare una soluzione completa di veicolo ibrido da lavoro. Occorre inoltre considerare che future normative richiederanno un’ulteriore attenzione alle prestazioni con riduzione dei consumi e dei livelli di rumorosità.

Gli scopi della presente invenzione sono di identificare una configurazione ottimizzata per convertire i veicoli da lavoro e/o di sollevamento a braccio telescopico per ottenere un veicolo ibrido a trazione elettrica in modo semplice e con costi ridotti di assemblaggio dei componenti e, allo stesso tempo, mantenere elevate prestazioni.

Gli scopi della presente invenzione vengono raggiunti almeno tramite un veicolo da lavoro secondo la rivendicazione 1. In particolare, il gruppo ibrido secondo la presente invenzione funziona in serie per la trazione del veicolo e in parallelo per conduzione degli impianti idraulici. Questo tipo di soluzione permette di alloggiare il motore diesel, la pompa idraulica e un motogeneratore per la pompa idraulica nel vano motore tradizionale del veicolo ed il posizionamento opportuno del motore o dei motori elettrici di trazione in funzione dell’architettura del veicolo da lavoro senza dover quindi realizzare complesse e costose trasmissioni di trazione a ingranaggi.

Scopo ulteriore della presente invenzione à ̈ di rendere più sicuro il circuito elettrico di potenza di una macchina da lavoro ibrida.

Gli scopi della presente invenzione sono raggiunti tramite un veicolo da lavoro secondo la rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica di un veicolo di sollevamento secondo la presente invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ uno schema del sistema di trazione del veicolo 1;

- la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica del sistema di trazione di figura 2; e

- le figure 4 e 5 sono rispettive viste prospettiche di particolari di un veicolo secondo la presente invenzione.

Con riferimento alla figura 1 à ̈ indicato con 1 nel suo insieme un veicolo di sollevamento comprendente un telaio, un braccio 3 preferibilmente telescopico incernierato al telaio, un attrezzo a forca 4 montato ad una porzione libera di estremità del braccio 3 e una cabina di pilotaggio 5. Il veicolo 1 à ̈ inoltre provvisto di pneumatici 6 disposti su due assi e di bracci stabilizzatori 7 sia anteriori che posteriori (in fig. 1 sono illustrati solamente i bracci anteriori). In particolare, i bracci stabilizzatori 7 anteriori e posteriori sono azionati tramite rispettivi cilindri idraulici 8 e sono mobili fra una posizione rialzata e una posizione di appoggio. Quando i bracci stabilizzatori 7 sono nella posizione rialzata gli pneumatici 6 appoggiano sul terreno e il veicolo 1 può circolare. Quando i bracci stabilizzatori 7 sono nella posizione di appoggio, questi ultimi vengono abbassati tramite i cilindri idraulici 8 ed appoggiano tramite apposite piastre 9 sul terreno.

I cilindri idraulici 8 sono dimensionati per sollevare il veicolo 1 anche in condizioni di massimo carico e pertanto, a discrezione dell’operatore seduto nella cabina di pilotaggio 5, in modo da sollevare gli pneumatici 6 dal terreno. Il braccio 3 può pertanto essere azionato sia quando gli pneumatici 6 appoggiano sul terreno e i bracci stabilizzatori 7 sono nella posizione rialzata che quando i bracci stabilizzatori 7 sono nella posizione di appoggio e gli pneumatici 6 sono sollevati dal terreno.

Il braccio 3 presenta un grado di libertà angolare, cioà ̈ l’angolo di sollevamento rispetto ad un piano passante per gli assi degli pneumatici 6, e può avere una lunghezza variabile dovuta allo sfilo del braccio 3. Opzionalmente, il braccio 3 e la cabina di pilotaggio 5 sono montati su una piattaforma girevole intorno a un asse perpendicolare al piano contenente gli assi degli pneumatici 6. Lo sfilo e l’angolo del braccio 3 sono comandati idraulicamente.

Vantaggiosamente (figura 2), il veicolo 1 comprende un motore diesel 10, una macchina elettrica reversibile 11, una macchina idraulica reversibile 12 e una trasmissione disaccoppiabile 13 per collegare il motore 10 alla macchina elettrica reversibile 11 e alla macchina idraulica reversibile 12.

In particolare, la trasmissione disaccoppiabile 13 comprende una frizione 14 che può essere servoattuata mediante l’impianto idraulico del veicolo oppure essere attuata da un attuatore elettrico per consentire un completo funzionamento anche in avviamento in modalità solo elettrica e una trasmissione 15 avente un albero 16 collegato ad un albero del motore 10 tramite la frizione 14, un albero collegato alla macchina idraulica reversibile 12 e uno collegato alla macchina elettrica reversibile 11. La trasmissione 15 à ̈ preferibilmente a rapporto fisso e i rapporti di trasmissione considerando l’albero 16 come albero d’ingresso moltiplicano le velocità della macchina elettrica reversibile 11 e della macchina idraulica reversibile 12 di un fatture maggiore all’unità e preferibilmente in modo differente fra le macchine 11 e 12. Ad esempio la macchina elettrica reversibile 11 conduce la macchina idraulica reversibile 12 con una demoltiplicazione di giri.

La macchina idraulica reversibile 12 Ã ̈ collegata a tutti i molteplici attuatori idraulici del veicolo 1, ad esempio ai cilindri idraulici 8, a un cilindro idraulico per inclinare il braccio 3 (non illustrato), a un attuatore per comandare lo sfilo del braccio 3 (non illustrato), a un motore per comandare la rotazione della piattaforma su cui sono montati la cabina di pilotaggio 5 e il braccio 3, ai servizi di comando cambio, elettrovalvole di frenatura e cilindri di attuazione attrezzi.

Il veicolo 1 comprende inoltre una macchina elettrica che all’occorrenza, funziona come un motore elettrico 18 collegato agli pneumatici 6, una batteria 19 collegata alla macchina reversibile 11, un controllore elettrico di potenza 20 per regolare la potenza elettrica scambiata fra la batteria 19, la macchina elettrica reversibile 11 e il motore elettrico 18. Una centralina di controllo 21 à ̈ collegata al controllore elettrico di potenza 20 per comandare il controllore elettrico di potenza 20 tramite segnali a bassa tensione in modo da gestire i flussi di potenza elettrica almeno fra i tre componenti sopra citati, oltre che per comandare le diverse fasi di lavoro del veicolo ed elaborare segnali di sensori di controllo che misurano parametri di stato o funzionamento come livello di carica della batteria 19, angolo di inclinazione e sfilo del braccio 3, etc.

I recenti miglioramenti tecnologici nel campo dei motori elettrici a magneti permanenti hanno permesso di individuare macchine elettriche idonee ed appositamente progettate per soddisfare i requisiti di ingombro, potenza, coppia e velocità angolare tali da garantire le prestazioni richieste dalle diverse gamme di veicoli con rendimenti energetici superiori a quelli delle macchine elettriche convenzionali.

Inoltre i recenti miglioramenti tecnologici hanno permesso di sviluppare dispositivi elettronici di potenza particolarmente compatti.

In particolare, à ̈ stato possibile prevedere che un’unica unità comprenda la macchina elettrica reversibile 11, la macchina idraulica reversibile 12, un azionamento elettrico 40 della macchina elettrica reversibile 11, e condensatori 41 (figura 4). L’azionamento elettrico 40 comprende un inverter e una scheda di controllo per controllare la velocità di rotazione quando la macchina 11 funziona da motore o la potenza elettrica generata quando la macchina 11 funziona da generatore. L’azionamento elettrico 40 ha un terminale (non illustrato) collegato alla macchina elettrica reversibile 11 e alimentato da tensione e corrente alternate di potenza.

Analogamente, à ̈ possibile progettare un motore elettrico 18 nella categoria dei motori a magneti permanenti, e.g. di potenza compresa fra 30KW e 150KW, e un azionamento elettrico 42 aventi un diametro paragonabile in modo che l’azionamento elettrico 42 presenti una dimensione assiale inferiore rispetto a quella del motore 18 (figura 5). In questo modo, l’azionamento elettrico 42 può essere montato a contatto con una parete piana 33 del motore elettrico 18 con effetti benefici sulla configurazione del circuito di raffreddamento come verrà meglio specificato nel seguito. Preferibilmente, anche l’azionamento elettrico 42 comprende un inverter e una scheda di controllo per controllare la velocità di rotazione quando la macchina 11 funziona da motore o la potenza elettrica generata quando la macchina 11 funziona da generatore. L’azionamento elettrico 42 ha un terminale M collegato alla macchina elettrica reversibile 11 e alimentato da tensione e corrente alternate di potenza e analogo a quello dell’azionamento elettrico 42.

Inoltre, un sistema di raffreddamento del veicolo 1 comprende una ventola attuata meccanicamente e una ventola attuata elettricamente tramite la centralina di controllo 21. Il sistema di raffreddamento comprende un circuito idraulico per raffreddare il motore a combustione interna 10 con un relativo radiatore e un circuito idraulico per raffreddare i dispositivi elettrici di potenza, cioà ̈ la macchina elettrica reversibile 11, il motore elettrico 18, il controllore elettrico di potenza 20, gli azionamenti elettrici 40, 42 e i condensatori 41. In particolare, il circuito idraulico per raffreddare il motore a combustione interna comprende un radiatore 22 raffreddato tramite una ventola 23 collegata meccanicamente, ad esempio in presa diretta, all’albero a gomiti 17 da parte opposta della frizione 14. I

Il circuito di raffreddamento per i componenti elettrici presenta un proprio radiatore 24 e una pluralità di ventole elettriche 25 alimentate almeno occasionalmente dalla batteria 19. Preferibilmente, i due circuiti di raffreddamento sono separati e le ventole elettriche 25 e il radiatore 24 sono dimensionati per smaltire la potenza termica generata in condizioni di progetto da macchina elettrica reversibile 11, motore elettrico 18 e controllore elettrico di potenza 20. Vantaggiosamente, i radiatori 22 e 24 sono adiacenti e affacciati alla ventola 23 che viene dimensionata per raffreddare il liquido refrigerante sia del circuito di raffreddamento del motore 10 che di quello per i dispositivi elettrici di potenza. Secondo una forma di attuazione specifica della presente invenzione, le ventole elettriche 25 sono interposte fra il radiatore 24 e la ventola 23 in modo da ottenere una forma particolarmente compatta.

Inoltre, il circuito di raffreddamento per i componenti elettrici comprende una pompa elettrica 26 comandata tramite la centralina di controllo 21, controllata tramite la centralina 21 e alimentabile tramite la batteria 19.

Secondo la presente invenzione, i componenti elettrici di potenza che richiedono di essere raffreddati sono disposti in modo da migliorare il rendimento del circuito di raffreddamento.

In particolare (figura 4), rispetto al percorso del fluido di raffreddamento, il circuito raffredda in serie e in sequenza, l’azionamento elettrico 40, il controllore elettrico di potenza 20, i condensatori 41 e la macchina elettrica reversibile 11. Infatti, la macchina elettrica reversibile 11 richiede una potenza di raffreddamento più elevata rispetto all’azionamento elettrico 40, ai condensatori 41 e al controllore elettrico di potenza 20 e viene così raffreddata in modo efficiente.

Preferibilmente, i precedenti componenti sono alloggiati a tenuta di fluido in involucri stagni che definiscono porte di entrata e uscita per il fluido refrigerante. Ciascun involucro pertanto protegge i componenti elettrici da eventuali liquidi o agenti atmosferici e allo stesso tempo definisce parte del circuito di raffreddamento. Gli involucri stagni possono alloggiare i componenti elettrici oppure essere integrati in questi ultimi, come illustrato in figura 5.

Vantaggiosamente, un primo involucro 45 alloggia la macchina elettrica 11 reversibile mentre un secondo involucro 46 alloggia ulteriori dispositivi elettrici di potenza quali l’azionamento elettrico 40, i condensatori 41 e il controllore elettrico di potenza 20. Ciascun involucro 45, 46 definisce rispettive porte per il fluido refrigerante di cui solo due, in particolare una porta d’ingresso e una porta di uscita, sono illustrate e indicate rispettivamente con i numeri di riferimento 47 e 48. Gli involucri 45, 46 in combinazione o singolarmente definiscono rispettivi rami del circuito di raffreddamento per i componenti elettrici alimentato dalla pompa elettrica 26. Preferibilmente, gli involucri 45, 46 sono due porzioni di un unico blocco definente un guscio protettivo che sigilla rispetto all’ambiente esterno i componenti elettrici ed elettronici sopra elencati.

Secondo un aspetto della presente invenzione, terminali elettrici di potenza in corrente alternata o continua fra macchina elettrica reversibile 11, azionamento elettrico 40, controllore elettrico di potenza 20 e condensatori 41 sono all’interno degli involucri 45, 46 e non comprendono connettori rapidi ma, ad esempio, a vite in modo da essere protetti totalmente contro le vibrazioni e agenti atmosferici contaminanti come acqua, polvere etc. In particolare, almeno il morsetto in corrente alternata di potenza fra azionamento 40 e macchina elettrica reversibile 11 à ̈ interno al blocco formato dagli involucri 45, 46 e il blocco degli involucri 45, 46 comprende un terminale elettrico 49a per la trasmissione di potenza elettrica alla batteria 19 e al motore elettrico 18. Inoltre, il blocco degli involucri 45, 46 comprende un terminale elettrico 49b per un segnale elettrico a basso voltaggio, ad esempio 12-24 Volt. Il blocco degli involucri 45 e 46, à ̈ interfacciato verso l’esterno tramite i terminali 49 che non sono alimentati tramite corrente alternata ad alto amperaggio.

Vantaggiosamente, il bus di corrente continua ad alta tensione à ̈ flottante, cioà ̈ non à ̈ collegato a terra. Ciò consente di ridurre i rischi di folgorazione.

Analogamente (figura 5), un rotore del motore elettrico 18 à ̈ alloggiato in un involucro 50 definente rispettive porte 51, 52 di ingresso e uscita per il fluido refrigerante. L’azionamento elettrico 42, tratteggiato in figura 5, à ̈ montato a contatto con la parete 33 dell’involucro 50 ed à ̈ protetto a sua volta da un involucro 53 che si chiude sulla parete 33. Preferibilmente, il terminale elettrico M à ̈ interno alla combinazione degli involucri 50 e 53 per essere riparato dagli agenti atmosferici e non à ̈ rapido, ad esempio non à ̈ di tipo faston analogamente alla configurazione del terminale elettrico del blocco 45, 46, ma, ad esempio, a vite per resistere in modo più efficace alle vibrazioni che tenderebbero a disconnettere il terminale M e quindi interrompere la linea elettrica di potenza fra azionamento elettrico 42 e motore elettrico 18.

Almeno uno degli involucri 45, 46, 50 e 53 può presentare una o più pareti definenti canali 54 per il passaggio del fluido refrigerante. I canali 54 sono fluidicamente collegati al radiatore 24. Anche gli involucri 50, 53 definiscono singolarmente o in combinazione ulteriori rami del circuito di raffreddamento alimentato dalla pompa elettrica 26.

L’unità di figura 4 e il motore elettrico 18 con l’azionamento elettrico 42 sono collegati fluidicamente o in serie o in parallelo rispetto alla pompa 26 di raffreddamento.

Inoltre, il veicolo 1 comprendere un convertitore di bassa tensione 12/24 V per poter azionare oltre alla pompa elettrica 26 tutta la rete elettrica dei sensori e delle elettrovalvole di controllo del circuito idraulico i cui segnali I/O sono gestiti tramite la centralina di controllo 21.

In particolare, il bus di alta tensione presenta anche un amperaggio elevato, ad esempio 500 volt e 150 Ampere, per collegare fra loro le batterie 19, l’unità di figura 4 e l’unità definita dall’azionamento elettrico 42 e dal motore elettrico 18.

I condensatori 41 garantiscono l’energia necessaria in caso di picchi di potenza richiesti dai dispositivi condotti e regolarizzare la richiesta di energia dalle batterie.

Secondo una forma di attuazione preferita della presente invenzione, almeno il motore 10, la ventola 23, le ventole elettriche 15, i radiatori 22, 24, la trasmissione disaccoppiabile 13, la macchina elettrica reversibile 11 e la macchina idraulica reversibile 12 sono alloggiati in un unico vano laterale del veicolo 1 fra i pneumatici 6 rispettivamente dell’asse anteriore e di quello posteriore.

Il telaio comprende un ponte anteriore 27 e un ponte posteriore 28 entrambi provvisti di differenziali 29, 30 rispettivamente, e una trasmissione omocinetica a doppio cardano 31 per collegare i differenziali 29, 30. Il motore elettrico 18 à ̈ collegato preferibilmente tramite un cambio di velocità ad almeno due rapporti alla trasmissione omocinetica a doppio cardano 31, preferibilmente in un vano interposto fra il braccio 3 e la trasmissione omocinetica a doppio cardano 31. Le batterie 19 sono montate sul telaio nell’altro vano laterale fra i due ponti anteriore e posteriore 27, 28, cioà ̈ in posizione contrapposta al motore 10 rispetto alla trasmissione omocinetica a doppio cardano 31. Inoltre, ciascun ponte comprende un riduttore alle ruote nel mozzo (non illustrato) per ridurre i giri dal differenziale 29, 30 alla relativa coppia di ruote 6.

Il funzionamento del veicolo 1 Ã ̈ il seguente.

Il motore 10 à ̈ collegato al motore elettrico 18 in modo da realizzare una trasmissione ibrida in serie, cioà ̈ la trazione à ̈ esclusivamente dovuta al motore elettrico 18 e il motore 10 comanda la macchina idraulica reversibile12 e/o carica le batterie tramite la macchina reversibile 11 e aziona la ventola 23 quando à ̈ in funzione. La velocità del veicolo à ̈ pertanto controllata elettricamente e un pedale di acceleratore 32, che funge da interfaccia con l’utente, à ̈ collegato a un potenziometro che invia un relativo segnale alla centralina di controllo 21. Quest’ultima viene programmata in modo tale che il motore a combustione interna 10 viene acceso o spento in modo automatico dalla centralina di controllo 21 sulla base di una pluralità di parametri operativi comprendenti, ad esempio un livello di carica delle batterie 19 e/o la richiesta di coppia e/o potenza della macchina idraulica reversibile 12 e/o la richiesta di potenza delle ventole 15, 23 e/o la potenza richiesta al motore elettrico 18. Il pedale dell’acceleratore 32 controlla il motore elettrico 18 in modo diretto e tale regolare la velocità dei veicolo da un valore 0 ad un valore massimo. Azionando una leva di inversione di rotazione del motore elettrico il veicolo può invertire in modo dolce la marcia senza la necessità di un innesto e/o cambio meccanico e regolando la velocità avanti/indietro del veicolo con lo stesso pedale 32 senza modificare il numero di giri del motore a combustione interna 10.

Il motore a combustione interna 10 può lavorare in una pluralità discreta di condizioni di funzionamento, cioà ̈ in una pluralità di punti fissi, memorizzate e selezionate dalla centralina di controllo 21 per fornire la potenza massima a basso numero di giri e basso consumo anche quando il veicolo 1 richiede la massima velocità di trazione o coppie di trazione.

Ad esempio, la potenza generata dal motore a combustione interna 10 fluisce nella macchina elettrica reversibile 11 e direttamente mediante il bus elettrico in corrente continua ad alta tensione al motore elettrico 18. L’eventuale eccesso di potenza richiesta negli spunti viene erogata dalla batteria 19 e/o dai condensatori 41.

Il sistema di controllo di erogazione della potenza tramite il controllore di potenza 20 permette di ottimizzare il funzionamento del motore giri/potenza/consumi in alcuni punti della curva caratteristica del motore a combustione interna 10 in modo da ottenere la potenza necessaria insieme a condizioni di consumo ridotte.

La macchina elettrica reversibile 11, oltre a funzionare come generatore quando il motore a combustione interna 10 à ̈ acceso, può funzionare da motore tramite le batterie 19 per condurre la macchina idraulica reversibile 12 quando il motore 10 à ̈ spento e la frizione 14 à ̈ aperta. Anche in tale modalità di funzionamento il pedale di acceleratore 32 à ̈ l’unico comando che l’utilizzatore deve azionare per muovere il veicolo 1 avanti e indietro tramite l’apposita leva già citata in precedenza.

In modalità completamente elettrica le batterie 19 alimentano anche le ventole elettriche 25 per controllare la temperatura della macchina reversibile 11 e del motore elettrico 18. Ad esempio, la cabina 5 può essere provvista di un selettore 60 per selezionare una ulteriore modalità di funzionamento in cui il motore a combustione interna 10 à ̈ spento e la centralina di controllo 21, quando la carica della batteria 19 scende al di sotto di un valore di soglia, mantiene spento il motore a combustione interna 10 e invia all’utente un segnale ad esempio acustico e/o ottico tramite un segnalatore 61. Il valore di soglia viene pertanto selezionato affinché il veicolo 1 abbia ancora una sufficiente autonomia per raggiungere una presa di corrente e ricaricare la batteria 19 oppure l’utente possa spostarsi in un luogo dove il motore a combustione interna 10 può essere acceso. Secondo tale ulteriore modalità di funzionamento il motore a combustione interna 10 viene acceso tramite un comando manuale dell’utente e non automaticamente. Tale modalità di funzionamento può essere utile quando il veicolo deve essere utilizzato a motore a combustione interna 10 spento, come ad esempio in luoghi chiusi alla presenza di animali.

Il motore elettrico 18 può anche essere una macchina elettrica reversibile e quindi permettere il recupero in frenata dell’energia anche quando il veicolo 1 à ̈ in modalità completamente elettrica, la trasmissione 14 à ̈ aperta e la macchina elettrica reversibile 11 funziona da motore necessariamente per comandare la macchina idraulica reversibile 12.

Per un corretto funzionamento del veicolo 1 in modalità completamente elettrica à ̈ di particolare importanza il dimensionamento in termini di potenze ed energia installata a bordo del pacco batterie 19 e delle potenze del motore elettrico 18, della macchina idraulica reversibile 12 e della macchina elettrica reversibile 11 in modo tale che il veicolo 1 possa funzionare in condizioni completamente elettriche mentre il motore a combustione interna 10 à ̈ spento consentendo un funzionamento simultaneo elettrico della trazione e dei sistemi sollevamento ad esempio per lavorare in ambienti chiusi a emissioni zero con una autonomia sufficiente.

Il controllore elettrico di potenza 20 comprende una presa elettrica per la connessione eventuale con una sorgente esterna di energia elettrica in questo modo à ̈ possibile sia ricaricare le batterie 19 che alimentare il motore elettrico 18. Inoltre sono disponibili mediante un convertitore di tensione diverse prese utenze a bordo per alimentare a 220 e/o a 400 volt essendo le batterie 19 di un voltaggio uguale o superiore, ad esempio di 700 volt. In questo modo, il braccio telescopico può portare una piattaforma avente una di tali prese a 12 e/o 24 e/o 220 e/o 400 volt in modo che un tecnico presente sulla piattaforma possa alimentare il proprio utensile tramite le prese a disposizione sulla piattaforma.

Vantaggiosamente, tramite un sensore collegato alla centralina di controllo 21, la macchina elettrica reversibile 11 può funzionare come un motore e ricevere il fluido idraulico degli attuatori lineari che pompano fluido quando il braccio 3 si abbassa e/o si ritira telescopicamente. Il peso del braccio 3 ed eventualmente del carico portato dal braccio possono infatti comandare la macchina idraulica reversibile 12 per trascinare la macchina elettrica reversibile 11 e generare energia elettrica.

I vantaggi che il veicolo 1 consente di ottenere sono i seguenti.

Il veicolo secondo la presente invenzione presenta un bus a corrente continua di alta tensione per collegare fra loro i dispositivi elettrici di potenza che sono montati in differenti posizioni sul telaio. In questo modo il veicolo à ̈ cablato con un bus che non interferisce con i comandi elettrici a basso voltaggio in modo da rendere sicuro ogni azionamento comandato elettricamente a bordo del veicolo. Quando i terminali di alta tensione a corrente alternata M con i relativi cavi sono interni a involucri compatti e stagni, sono rispettate anche le più severe norme di sicurezza sia contro gli agenti atmosferici che contro le vibrazioni poiché à ̈ possibile impiegare connessioni elettriche non rapide. Inoltre, gli involucri sono collegati fra loro per definire dei blocchi ciascuno dei quali presenta un unico terminale esterno di potenza 49a alimentato a corrente continua e collegato al bus a corrente continua.

La trazione del veicolo à ̈ gestita in modo semplice da parte dell’utente tramite l’interazione fra il pedale 32 e la centralina di controllo 21. La centralina di controllo 21 à ̈ infatti programmata per accendere e spegnere il motore termico 10 sulla base del livello di carica delle batterie 19 anche mentre il motore elettrico 18 à ̈ funzionante. In particolare, la centralina di controllo 21 controlla il motore a combustione interna 10 per funzionare in una pluralità discreta di punti fissi ad elevato rendimento energetico in modo da limitare al minimo i transitori e abbattere i consumi.

La disposizione dei componenti elettrici di potenza consente di migliorare l’efficienza dello scambio termico con il circuito di raffreddamento.

Almeno la macchina elettrica reversibile 11 e il motore elettrico 18 sono alloggiati all’interno di rispettivi involucri sostanzialmente stagni per evitare la contaminazione di agenti atmosferici dannosi per i componenti elettrici e consentire di impiegare il veicolo 1 anche in luoghi umidi o in prossimità di pozze d’acqua.

Gli involucri definiscono vantaggiosamente anche una porzione del circuito di raffreddamento poiché il fluido refrigerante circola al loro interno.

Inoltre, i componenti elettrici di potenza (almeno motore elettrico 18, macchina elettrica reversibile 11, batterie 19, condensatori 41) e i componenti meccanici di potenza (almeno macchina idraulica reversibile 12 e motore a combustione interna 10) sono dimensionati in modo da consentire il funzionamento sia del braccio telescopico 3 che del motore elettrico 18 in modo simultaneo in modo che il veicolo 1 possa funzionare in ambienti chiusi per non inquinare oppure in ambienti di lavoro come magazzini industriali od agricoli oppure gallerie.

Risulta infine chiaro che il veicolo 1 qui descritto e illustrato può subire modifiche o varianti senza per questo uscire dall’ambito di tutela come specificato dalle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, à ̈ possibile fornire un kit di retrofit per veicoli già prodotti e venduti comprendente, il nuovo motore termico 10 a cilindrata ridotta, la macchina elettrica reversibile 10, la trasmissione 14, il motore elettrico 18, le batterie 19, il controllore elettrico di potenza 20, la centralina di controllo 21 e il potenziometro per il pedale 32 dell’acceleratore.

Il gruppo 3/4/5 può essere girevole disaccoppiando la parte inferiore del telaio con una ralla che permette di mettere in rotazione la cabina di pilotaggio 5 e il braccio 3 rispetto al telaio con gli alloggiamenti dei motori e della trasmissione. La ralla può essere azionata convenzionalmente con un sistema idraulico in parallelo al circuito alimentato dalla macchina elettrica reversibile 12 oppure mediante un motore elettrico aggiuntivo.

La batteria 19 può essere ad alte prestazioni, cioà ̈ al litio o polimeri di litio o anche batterie convenzionali al piombo e piombo gel.

Alternativamente, i blocchi di ciascuna macchina elettrica reversibile possono comprendere una pluralità di involucri stagni collegati elettricamente fra loro tramite cavi di potenza a corrente alternata che, per brevi tratti, sono esterni agli involucri stagni. In questo caso, i cavi di corrente alternata avrebbero comunque lunghezze limitate, inferiori a 50 cm. Inoltre, gli involucri stagni sono ravvicinati ed eventualmente collegati meccanicamente fra loro per definire uno protezione almeno parziale ai cavi di potenza a corrente alternata.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1.Veicolo da lavoro (1) comprendente un motore a combustione interna (10), una macchina elettrica (18) per la trazione del veicolo, almeno un circuito idraulico comprendente una pluralità di attuatori idraulici (7, 8) e una macchina idraulica (12) per azionare almeno i detti attuatori idraulici (8), una macchina elettrica reversibile (11), una batteria (19) ricaricabile tramite la detta macchina elettrica reversibile (11) per consentire il funzionamento sia della detta macchina elettrica (18) che della detta macchina idraulica (12) comandata tramite la detta macchina elettrica reversibile (11), una trasmissione (15) che collega meccanicamente il detto motore a combustione interna (10) alla detta macchina elettrica reversibile (11) e alla detta macchina idraulica (12) in modo che queste ultime siano in parallelo rispetto al detto motore a combustione interna (10), una frizione (14) per disaccoppiare il detto motore a combustione interna (10) dalla detta trasmissione (15) in modo che la detta macchina elettrica reversibile (11) possa condurre selettivamente la detta macchina idraulica (12) quando il detto motore a combustione interna (10) à ̈ scollegato dalla detta trasmissione (15), il detto veicolo comprendendo inoltre: un primo azionamento elettrico (40) integrato in un unico blocco (45, 46) con la detta macchina elettrica reversibile (11) un secondo azionamento elettrico (42) integrato in un unico blocco (50) con la detta macchina elettrica (18) un controllore elettrico di potenza (20) per controllare la potenza elettrica scambiata fra i detti primo e secondo azionamento elettrico (40, 42) e la detta batteria (19), il detto controllore elettrico di potenza (20), i detti primo e secondo azionamento elettrico (40, 42) e la detta batteria (19) essendo collegati tramite linee elettriche a corrente continua.
2. 2. Veicolo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un’interfaccia (32) configurata per trasmettere un segnale di input dell’utente a una centralina di controllo (21) collegata al detto controllore elettrico di potenza (20) almeno per il controllo della velocità di trazione del detto veicolo tramite la detta macchina elettrica (18) sulla base del detto segnale di input e dal fatto che la detta centralina di controllo (21) à ̈ programmata in modo che sia selezionabile una prima modalità di funzionamento tale che il detto motore a combustione interna (10) viene acceso automaticamente quando il livello di carica della detta batteria (19) scende sotto un valore di soglia predeterminata anche contemporaneamente al funzionamento della detta macchina elettrica (18) e/o della detta macchina elettrica reversibile (11) quando viene azionata la detta macchina idraulica (12).
3. 3. Veicolo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la detta centralina di controllo (21) à ̈ programmata in modo che sia selezionabile da un utente una seconda modalità di funzionamento tale che il detto motore a combustione interna (10) à ̈ spento e la detta macchina elettrica reversibile (11) e/o la detta macchina elettrica (18) sono alimentate tramite la detta batteria (19) e il detto motore a combustione interna (10) viene acceso esclusivamente tramite un comando manuale da parte dell’utente.
4. 4. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 3, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un involucro stagno (45, 46; 50, 53) per alloggiare almeno uno fra i seguenti dispositivi elettrici di potenza in modo da proteggere contro agenti atmosferici: la detta macchina elettrica reversibile (11), la detta macchina elettrica (18), il detto controllore elettrico di potenza (20) e i detti primo e secondo azionamento elettrico (40, 42).
5. 5. Veicolo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il detto almeno un involucro stagno (45, 46; 50, 53) presenta un primo terminale elettrico (49a) per una corrente di potenza collegato ad almeno una delle dette linee a corrente continua e una secondo terminale elettrico (49b) a basso voltaggio collegati al detto almeno un dispositivo elettrico di potenza.
6. 6. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4 o 5, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un ulteriore terminale elettrico (M) per una corrente alternata di potenza e dal fatto che il detto ulteriore terminale elettrico (M) Ã ̈ interno al detto almeno un involucro stagno (50, 53).
7. 7. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un circuito di raffreddamento per raffreddare almeno una fra le dette macchina elettrica reversibile e macchina elettrica (11; 18) e un ulteriore dispositivo elettrico di potenza (20, 40, 42), e avente un ramo (45, 46, 50, 53) comprendente una porta d’ingresso (47, 50) e una porta d’uscita (48, 52) la detta almeno una fra le dette macchina elettrica reversibile (11) e macchina elettrica (18) essendo a valle del detto ulteriore dispositivo elettrico di potenza (20, 40, 42) rispetto alle dette porte di ingresso e uscita (47, 48).
8. 8. Veicolo secondo la rivendicazione 7 combinata con una delle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzato dal fatto che il detto ramo comprende il detto involucro stagno (45, 46, 50, 53).
9. 9. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta trasmissione (15) prevede un rapporto di moltiplicazione di giri quando il detto motore e combustione interna (10) conduce la detta macchina elettrica reversibile (11) e/o la detta macchina idraulica (12).
10. 10. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta macchina idraulica (12) à ̈ reversibile e può condurre la detta macchina elettrica reversibile (11) quando fluido idraulico viene pompato tramite almeno uno dei detti attuatori idraulici collegati al detto braccio (3).
11. 11. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta macchina elettrica (11) à ̈ reversibile e dal fatto che la detta centralina di controllo (21) à ̈ programmata per inviare alla detta batteria (19) l’energia generata dalla detta macchina elettrica (18).
12. 12. Veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta batteria (19) e un gruppo comprendente almeno la detta macchina elettrica reversibile (11), la detta macchina idraulica (12), la detta trasmissione (15), la detta frizione (14), il detto primo azionamento elettrico di potenza (40) sono alloggiati in rispettivi vani lateralmente contrapposti del detto veicolo.