ITTO20011171A1

ITTO20011171A1 - Sistema di trasmissione a rapporto variabile in modo continuo.

Info

Publication number: ITTO20011171A1
Application number: IT2001TO001171A
Authority: IT
Inventors: Antonino Fratta; Alfredo Vagati; Gobbo Angela Del; Fiorentin Stefano Re; Gian Mario Pellegrino; Liborio Tarquinio; Franco Villata
Original assignee: C R F Societa Con Sortile Per
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-06-16
Also published as: WO2003051660A2; US20050085975A1; EP1456048B1; AU2002361394A1; ATE456478T1; WO2003051660A3; DE60235258D1; EP1456048A2; ITTO20011171A0; US7395143B2

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Sistema di trasmissione a rapporto variabile in modo continuo"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema di trasmissione a rapporto variabile in modo continuo, particolarmente per un autoveicolo provvisto di un motore a combustione interna.

Il sistema di trasmissione a rapporto variabile in modo continuo secondo 1'invenzione comprende una prima macchina elettrica rotante, includente un primo rotore provvisto di un avvolgimento e solidale in rotazione con l'albero del motore a combustione interna, ed un secondo rotore, o rotore intermedio, disposto coassiale con il primo rotore e recante primi mezzi magnetici operativamente cooperanti con l'avvolgimento del primo rotore; il rotore intermedio essendo meccanicamente accoppiato ad almeno un assale dell'autoveicolo; e

una seconda macchina elettrica rotante, coassiale con la prima e formata da uno statore, disposto da parte opposta al primo rotore rispetto al rotore intermedio e provvisto di un avvolgimento polifase, e da detto rotore intermedio il quale reca inoltre secondi mezzi magnetici operativamente cooperanti con l'avvolgimento dello statore;

un primo ed un secondo inverter (ad esempio del tipo cosiddetto VSI - Voltage-Supplied-Inverter), aventi i rispettivi lati in corrente alternata collegati all'avvolgimento del primo rotore e, rispettivamente, all'avvolgimento dello statore, e i rispettivi lati in tensione continua (o lati d.c.) collegati in parallelo fra loro tramite un cosiddetto voltage d.c. link;

mezzi sensori atti a fornire segnali elettrici indicativi dei valori assunti da una pluralità di parametri indicativi di condizioni predefinite di funzionamento del motore a combustione interna e dell 'autoveicolo; e

mezzi elettronici di controllo collegati ai mezzi sensori, nonché a detti inverter, e predisposti per pilotare il funzionamento di detti inverter in modo tale per cui, dopo che il motore a combustione interna è stato avviato, la tensione su detto voltage d.c. link viene regolata ad un valore predeterminato variabile secondo modalità prestabilite in funzione dei valori dei parametri sorvegliati da detti mezzi sensori.

Nei sistemi di trasmissione a rapporto variabile in modo continuo secondo la tecnica anteriore, quale ad esempio quello descritto nella domanda di brevetto europeo EP 0856 427-A1, i due inverter sopra citati hanno i rispettivi lati in tensione continua collegati stabilmente ad una batteria di accumulatori . La tensione sul lato in corrente continua di tali inverter è dunque fissata da detta batteria di accumulatori. Peraltro, nel funzionamento, la tensione complessivamente erogata da una siffatta batteria di accumulatori risulta in pratica apprezzabilmente variabile, con un rapporto fra il valore minimo ed il valore massimo che può essere prossimo al rapporto 1:2. In tali sistemi secondo la tecnica anteriore, al fine di poter assicurare le prestazioni desiderate, occorre che i suddetti inverter siano dimensionati in modo tale da garantire la desiderata erogazione di potenza anche quando la tensione erogata dalla batteria di accumulatori assume un valore minimo prestabilito. Di fatto poi, nel normale funzionamento, la tensione erogata da tali accumulatori è in generale maggiore, ed anche molto maggiore, di detto valore minimo. I commutatori elettronici degli inverter debbono essere allora notevolmente sovradimensionati, con conseguente penalizzazione in termini di costo e di rendimento operativo, e con incremento delle perdite di energia.

Il sistema di trasmissione a rapporto variabile in modo continuo secondo l'invenzione, come sopra definito, consente tra l'altro di superare tali inconvenienti dei sistemi secondo la tecnica anteriore e di migliorare i rendimenti delle parti elettromagnetiche del sistema.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 è una rappresentazione schematica di un sistema di trasmissione a rapporto variabile in modo continuo secondo l'invenzione;

la figura 2 è una serie di grafici che mostrano andamenti esemplificativi di coppie o momenti torcenti generabili nel sistema secondo la figura 1;

la figura 3 è una rappresentazione schematica di una variante di realizzazione di un sistema di trasmissione a rapporto variabile in modo continuo secondo 1'invenzione;

la figura 3a è una rappresentazione schematica che mostra un modo di realizzazione di parte del sistema secondo la figura 3;

la figura 4 è un diagramma che mostra andamenti esemplificativi di coppie o momenti torcenti generabili nel sistema secondo la figura 3;

la figura 5 è una rappresentazione schematica di un convertitore di coppia a macchine elettriche compenetrate;

le figure 6 a 10 sono viste parziali in sezione trasversale di cinque diversi modi di realizzazione di un convertitore di coppia secondo 1'invenzione;

la figura 11 è una vista parziale in scala ingrandita di un rotore interno di un convertitore di coppia secondo la figura 10, provvisto di cosiddette "false cave";

la figura 12 è una rappresentazione schematica, in sezione assiale, di un rotore interno per un sistema secondo l'invenzione;

la figura 13 è una vista in sezione trasversale, in scala ingrandita, del rotore mostrato nella figura 12;

la figura 14 è una rappresentazione schematica di un sistema secondo l'iivenzione utilizzato per l'avviamento di un motore a combustione interna; la figura 15 è una serie di grafici che mostrano, in funzione del tempo riportato in ascissa, andamenti di velocità angolari e coppie in un sistema secondo la figura 14; e

le figure 16 e 17 sono ulteriori grafici i quali mostrano, in funzione del tempo riportato in ascissa, andamenti di velocità angolari e posizioni e coppie di un altro sistema secondo la presente invenzione .

Nella figura 1 con ICE è indicato un motore a combustione interna di un autoveicolo, ad esempio un motore a quattro tempi, a quattro cilindri in linea. Tale motore presenta un albero di uscita 1 che è accoppiato ad un assale 2 di un autoveicolo (non ulteriormente rappresentato) nel modo che verrà descritto in appresso.

In modo per sé noto 1'assale 2 comprende un differenziale 3, ai cui alberi condotti sono in modo per sé noto connessi rispettivi semiassi 4, associati a rispettive ruote 5.

L'albero 1 del motore a combustione ICE è accoppiato all'assale 2 tramite un sistema di trasmissione a rapporto variabile in modo continuo indicato nel suo complesso CVT.

Tale sistema di trasmissione CVT comprende essenzialmente due macchine elettriche rotanti MI e M2, fra loro coassiali.

Nel modo di realizzazione illustrato nei disegni la macchina elettrica rotante MI è interna alla macchina elettrica rotante M2, e comprende un primo rotore R1, o rotore interno, provvisto di un avvolgimento polifase W1. Tale avvolgimento è ad esempio un avvolgimento trifase. Il rotore RI presenta un albero solidale in rotazione con l’albero di uscita 1 del motore a combustione interna ICE.

La macchina elettrica rotante MI comprende inoltre un secondo rotore R2, o rotore intermedio. Tale rotore presenta una forma essenzialmente anulare, ed è disposto coassialmente intorno al rotore interno R1.

Il rotore intermedio R2 presenta, presso la propria superficie interna, una distribuzione di magneti permanenti PM1, operativamente cooperanti ovvero interagenti con l'avvolgimento W1 del rotore interno R1.

Il rotore intermedio R2 è in un certo qual senso condiviso con la macchina elettrica rotante esterna M2, la quale comprende inoltre uno statore anulare ST, coassiale con i suddetti rotori RI e R2. Lo statore ST è provvisto di un avvolgimento polifase W2. Tale avvolgimento può essere in particolare un avvolgimento trifase.

Con lo statore ST coopera operativamente ovvero interagisce la parte radialmente più esterna del rotore intermedio R2, che può essere anch'essa provvista di magneti permanenti.

Il rotore intermedio R2, tramite una formazione a guisa di campana BF ed eventualmente attraverso un riduttore SR, è accoppiato all'albero di ingresso del differenziale 3 dell'assale 2.

Con I1 e 12 sono indicati un primo e rispettivamente secondo inverter (o convertitore corrente alternata/corrente continua) ad esempio del tipo VSI menzionato in precedenza, aventi i rispettivi lati in corrente alternata collegati all'avvolgimento W1 del rotore interno RI e, rispettivamente, all'avvolgimento W2 dello statore ST.

Il lato in corrente alternata dell'inverter II è collegato all'avvolgimento W1 del rotore interno RI tramite una pluralità di spazzole B striscianti a contatto con corrispondenti anelli R portati dall'albero del rotore RI e collegati, in modo per sé noto e non illustrato, alle singole fasi dell'avvolgimento W1.

Gli inverter II e 12 hanno i rispettivi lati in corrente continua interconnessi fra loro, mediante un collegamento o voltage d.c. link L comprendente una coppia di conduttori. In parallelo fra i conduttori del collegamento L tra i due inverter è disposto, in modo per sé noto, almeno una capacità, indispensabile per il funzionamento di tali inverter. Tale capacità può essere costituita da due condensatori CI e C2 incorporati fisicamente ciascuno in uno dei due inverter II e 12, in parallelo ai terminali del rispettivo lato in corrente continua, o da disposizioni equivalenti.

Con ECU è indicata un'unità elettronica di controllo, comprendente ad esempio un microprocessore .

A tale unità è collegata una pluralità di sensori SI, S2, ..., Sn, atti a fornirle segnali elettrici indicativi di condizioni di funzionamento del motore a combustione interna ICE e/o dell'autoveicolo. Il sensore SI può essere ad esempio un sensore atto a fornire segnali indicativi della velocità di rotazione ωιce dell'albero 1 del motore a combustione interna ICE. Il sensore S2 può essere ad esempio un sensore atto a fornire segnali elettrici indicativi della velocità di avanzamento dell'autoveicolo.

Ulteriori sensori possono fornire all'unità ECU segnali atti a definire il valore istantaneo della potenza PICE erogata dal motore a combustione interna ICE, ecc..

L'unità elettronica di controllo ECU è inoltre collegata ai conduttori del collegamento o voltage d.c. link L fra i lati in corrente continua degli inverter II e 12, così da poter rilevare il valore istantaneo della tensione Vc che si ha nel funzionamento sul d.c. link L.

L'unità ECU può essere predisposta per attuare in generale il controllo del motore ICE, il pilotaggio degli inverter II e 12 per il controllo del sistema di trasmissione CVT, e per coordinare secondo modalità prestabilite tali funzioni di controllo e di pilotaggio.

Tale unità è predisposta in particolare per pilotare gli inverter II e 12 in modo tale per cui, dopo che il motore a combustione interna ICE è stato avviato, la tensione Vc sul collegamento L venga regolata ad un valore predeterminato variabile secondo modalità prestabilite in funzione dei valori presentati dai parametri sorvegliati dai sensori Sl-Sn, in particolare in funzione della velocità di rotazione ωice dell'albero 1 del motore a combustione interna ICE, dalla velocità istantanea di avanzamento dell'autoveicolo, e del valore istantaneo della potenza PICE erogata dal motore a combustione interna .

Nel funzionamento, dopo che il motore a combustione interna è stato avviato, sugli avvolgimenti W1 e W2 del sistema di trasmissione CVT si sviluppano rispettive forze elettromotrici, le cui ampiezze dipendono dalle intensità delle correnti che gli inverter II e 12 controllano negli avvolgimenti W1 e W2.

Dette P1 e P2 le potenze scambiate dagli avvolgimenti W1 e rispettivamente W2 con gli associati inverter II e 12, ed indicate con Pd1 e Pd2 le potenze dissipate nei commutatori degli inverter II e 12, la potenza PDc che si sviluppa sul d.c. link L e si accumula nella capacità C = C1+C2 è pari a:

(1) Dall'espressione sopra riportata si può comprendere come, controllando (in modo on-off) la conduzione dei commutatori elettronici dei due inverter II e 12, l'unità elettronica di controllo ECU è in grado di controllare la potenza PDC sul d.c. link L in modo tale che la tensione sul d.c. link corrisponda ad un valore predeterminato in base al punto di lavoro del sistema, definito ad esempio, come si è già detto in precedenza, dai valori della velocità di rotazione ωICE dell'albero 1 del motore a combu-stione interna, dalla velocità di avanzamento dell'autoveicolo e dalla potenza PICE erogata dal motore.

Grazie a questa caratteristica, il sistema di trasmissione a rapporto variabile secondo l'invenzione è in grado di assicurare l'erogazione della prestazione massima (potenza erogata nelle condizioni di massima differenza di velocità in valore assoluto fra l'albero 1 del motore ICE e l'albero di uscita BF del sistema di trasmissione CVT) in corrispondenza di valori prossimi o uguali al valore massimo VDC,MAX della tensione VDC sul d.c. link L. I commutatori elettronici degli inverter II e 12 possono essere quindi dimensionati in modo economicamente più favorevole, facendo corrispondere al valore VDC,MAX la tensione di migliore sfruttamento di detti commutatori

Il sistema di trasmissione a rapporto variabile CVT di cui alla figura 1 può essere definito "autonomo", in quanto al collegamento L fra i lati in corrente continua dei due inverter II e 12 non è accoppiata alcuna sorgente esterna di tensione di alimentazione .

L'unità elettronica di controllo ECU può essere in particolare predisposta per pilotare gli inverter Il e 12 in modo tale per cui per ogni punto di lavoro la tensione VDC sul d.c. link L viene regolata al valore minimo necessario per imprimere i valori desiderati di corrente negli avvolgimenti W1 e W2.

Il dimensionamento di potenza del sistema di trasmissione a rapporto variabile CVT può essere riferito essenzialmente a tre parametri fondamentali :

- la potenza meccanica massima PICE.MAX erogata dal motore a combustione interna ICE,

- la velocità (ωICE,MAX dell'albero 1 del motore a combustione interna ICE alla quale viene erogata la potenza massima PICE,MAX, e

- il valore del rapporto r fra i valori agli estremi del campo di velocità per il quale si intende poter erogare la potenza massima alle ruote; tale rapporto, detto "a potenza costante", si esprime all'uscita del CVT (rotore intermedio R2), come rapporto fra la velocità angolare massima ωMAX e la velocità angolare "base" o minima, fra le quali si intende poter erogare la potenza massima Pira,MAX da parte del motore a combustione interna ICE:

(2) Ai fini del dimensionamento del sistema di trasmissione CVT è utile definire il seguente ulteriore parametro b (detto anche boost di velocità):

(3)

ove ωMAX ha il significato già definito più sopra, ed ωICE.MAX è la velocità di rotazione dell'albero del motore a combustione interna ICE in corrispondenza della quale viene erogata la potenza massima

PICE,MAX·

Utilizzando i rapporti r e b, la coppia massima ΤΟUΤ,ΜΑΧ in uscita del sistema CVT può essere espressa come segue:

(4)

Le sperimentazioni e le indagini condotte dagli inventori hanno portato ad individuare un criterio di dimensionamento del sistema CVT suscettibile di minimizzare il costo di realizzazione degli inverter II e 12 e dell'intero sistema CVT. Tale criterio è agevolmente esprimibile in funzione dei rapporti b ed r sopra definiti.

Detto criterio comporta semplicemente che si abbia sostanzialmente

(5) Nella figura 2 sono mostrati, in funzione della velocità di rotazione ω0υτ» l'andamento della coppia di uscita T0DT del sistema di trasmissione CVT, corrispondente agli andamenti ivi raffigurati della coppia TICE erogata dal motore a combustione interna ICE e della coppia ΤExt aaplicata al rotore intermedio R2 attraverso il traferro definito fra esso e lo statore ST.

Nella figura 3 è mostrata una variante di realizzazione del sistema precedentemente descritto con riferimento alla figura 1.

Nella figura 3 a parti ed elementi già descritti sono stati attribuiti nuovamente gli stessi simboli alfabetici e/o numerici di riferimento.

Nella variante di realizzazione secondo la figura 3 al d.c. link L è collegato un sistema ausiliario di accumulo di energia elettrica, complessivamente indicato con 10. Tale sistema di accumulo comprende, come si vede nella figura 3a, una pluralità di accumulatori elettrici 11 ed un convertitore DC/DC 12 bidirezionale, controllato dall'unità ECU in modo tale che la tensione sul d.c. link L venga regolata a seconda del punto di lavoro, come esposto in precedenza.

Il convertitore 12 può essere del tipo cosiddetto "buck-boost ", oppure anche del tipo "stepup".

In questo secondo caso il campo di variazione regolabile della VDC è ridotto all'intervallo VB÷VDC,MAX ma il convertitore 12 è realizzabile in modo decisamente più economico.

L'interfacciamento con un sistema di accumulo di energia elettrica consente, a parità di dimensionamento della parte elettromeccanica, di incrementare notevolmente le caratteristiche prestazionali del sistema, limitando tuttavia la potenza scambiata con il sistema di accumulo e così il costo del convertitore dc/dc 12.

La disponibilità di energia elettrica ausiliaria, anche solo in via transitoria, può risultare in un corrispondente incremento della potenza massima erogabile alle ruote, in particolare per velocità angolari superiori alla ωbase.

Le strategie di gestione della scambio transitorio di potenza elettrica con il sistema ausiliario di accumulo dipendono fortemente dalle caratteristiche e dallo stato di carica degli accumulatori utilizzati, nonché dalle caratteristiche del motore a combustione interna ICE.

E<' >così possibile realizzare caratteristiche di coppia del tipo mostrato nella figura 4, nella quale le linee tratteggiate mostrano gli andamenti corrispondenti delle coppie TICE, TEXT e Tout di cui al grafico della figura 2, ovvero relative al sistema secondo la figura 1 che è privo del sistema ausiliario di accumulo.

Nella figura 5 è mostrata una variante di realizzazione. In tale figura a parti ed elementi già descritti sono stati nuovamente attribuiti gli stessi riferimenti alfabetici e/o numerico utilizzati in precedenza.

In un sistema di trasmissione di coppia a macchine elettriche compenetrate secondo l'invenzione la prima macchina MI e la seconda macchina M2 sono convenientemente macchine del tipo a riluttanza.

In particolare, l'una o l'altra od entrambe tali macchine MI, M2 possono essere del tipo cosiddetto "switched reluctance". Un esempio è mostrato nella figura 5, nella quale sia la macchina interna MI, sia la macchina esterna M2 sono entrambe di tale tipo.

In altri modi di realizzazione la prima e/o la seconda macchina elettrica sono del tipo a riluttanza sincrona o variabile. Un esempio è mostrato nella figura 6, in cui il rotore intermedio R2 è realizzato in modo tale per cui entrambe le macchine MI e M2 sono del tipo sincrono a riluttanza.

Nei modi di realizzazione finora descritti il rotore intermedio R2 può essere laminato in senso trasversale (lamierini ortogonali all'asse di rotazione), come negli esempi di realizzazione mostrati nelle figure 5 e 6, oppure può essere laminato in senso longitudinale ovvero assiale (lamierini paralleli all'asse di rotazione), come nell'esempio di realizzazione mostrato nella figura 7. Tale figura mostra una soluzione con macchina interna MI e macchina esterna M2 entrambe del tipo sincrono a riluttanza con laminazione del rotore intermedio in senso assiale.

In altri modi di realizzazione la macchina interna e/o la macchina esterna possono essere macchine sincrone a riluttanza secondo il precedente brevetto italiano 1.276.487, al quale si rinvia. In tali modi di realizzazione lo statore ST e/o il primo rotore R1 presenta un numero pari na di cave per paio di poli e il rotore intermedio R2 presenta un numero pari nr di cave equivalenti per paio di poli, e fra i numeri ns e nr valgono le seguenti relazioni :

Nei modi di realizzazione in cui una o entram be le macchine elettriche sono del tipo sincrono a riluttanza, tale o tali macchine possono essere provviste di magneti di rifasamento. Un esempio in tal senso è mostrato nella figura 8. Tale figura mostra una soluzione in cui la macchina elettrica interna MI e la macchina elettrica esterna M2 sono entrambe macchine sincrone a riluttanza, dunque sostanzialmente del tipo di cui alla figura 6, e il rotore intermedio R2 è provvisto di magneti perma-nenti M di rifasamento.

In altri modi di realizzazione la macchina elettrica interna M1 e/o la macchina elettrica esterna M2 possono essere macchine a permeanza campionata, realizzate secondo la precedente domanda di brevetto italiana T02001A000182, a cui si rinvia. Nella presente descrizione, nonché nelle rivendicazioni che seguono, con macchine a permeanza campionata si intendono specificamente macchine realizzate in conformità con detta domanda di brevetto italiana precedente.

La figura 9 mostra graficamente una realizzazione di tale tipo, in cui entrambe le macchine MI e M2 sono a permeanza campionata.

In un ulteriore modo di realizzazione la macchina interna MI è provvista di magneti superficiali SM e la macchina esterna M2 è del tipo a riluttanza (figura 10).

Nel modo di realizzazione secondo la figura 10 i denti D del rotore interno RI, che delimitano le cave in cui è posizionato l'avvolgimento Wl, possono presentare in corrispondenza della loro periferia un rispettivo incavo o scanalatura FS, privo di conduttori o magneti (cosiddetta falsa cava), in relazione affacciata al traferro, per la riduzione del cogging, come è mostrato in scala ingrandita nella figura 11.

Nelle figure 12 e 13 è mostrato un modo di realizzazione del rotore interno RI, con raffreddamento a circolazione di liquido. Il rotore RI ivi illustrato presenta un albero/mozzo centrale 52 nel quale è realizzato un passaggio assiale centrale 53 per un flusso di liquido di raffreddamento. Tale passaggio 53 ad un'estremità (quella di destra per chi osserva la figura 12) comunica con una pluralità di passaggi 54 radialmente esterni, che si estendono intorno ad esso. La disposizione è tale per cui nel funzionamento nei passaggi 54 il liquido di raffreddamento fluisce in senso inverso rispetto al passaggio centrale 53. Ad una estremità i passaggi esterni 54, che sono in pratica in parallelo fra loro, comunicano con un collettore anulare 55 che si estende intorno alla porzione di ingresso del passaggio centrale 53.

In una variante non illustrata, in luogo dei passaggi esterni 54 può essere realizzata un'unica camicia anulare.

Si farà ora nuovamente riferimento ad un sistema secondo le figure 3, 3a, cioè provvisto di mezzi autonomi di accumulo di energia elettrica. Un tale sistema può essere predisposto per realizzare, tramite le macchine elettriche MI e M2 del complesso CVT, l'avviamento del motore a combustione ICE, utilizzando tale complesso come motore o sorgente di coppia. All'albero 52 (figura 14) del rotore interno RI di un tale complesso è accoppiato 1'albero 1 del motore a combustione ICE, tramite un (eventuale) giunto torsionale ( "parastrappi") 51. Nell'insieme, il giunto 51 e l'albero 1 del motore ICE rappresentano il "carico" torsionale 50 "visto" dall'albero 52 del gruppo CVT, tale albero 52 rappresentando, nella manovra di avviamento del motore ICE, l'uscita di detto gruppo CVT.

L'unità elettronica di controllo ECU è predisposta per comandare la rotazione dell'uscita 52 del gruppo CVT in ambo i versi, in modo tale che esso sviluppi una coppia di valore predeterminato.

Per l'avviamento della rotazione del carico torsionale 50, l'unità di controllo ECU è in particolare predisposta per comandare l'attivazione del gruppo CVT in modo tale che l'uscita 52 di quest'ultimo ruoti in un verso iniziale prefissato ed applichi al carico 50 una coppia T0UT avente un valore Tstart prefissato. Il valore della coppia iniziale Tstart è inferiore al valore necessario a provocare l'avviamento a rotazione del carico 50, in particolare al valore necessario a provocare il cosiddetto "distacco" o "sblocco" del motore a combustione interna, ovvero per vincere le forze che si oppongono al movimento dei pistoni nei cilindri. Il valore della coppia Tstart è peraltro tale da risultare sufficiente a provocare una condizione di torsione elastica del carico 50, ovvero del complesso formato dal giunto torsionale 51 e dall'albero 1 del motore ICE.

L'applicazione della coppia Tstart al carico 50 provoca dunque un accumulo di energia elastica in quest'ultimo. L'entità della torsione indotta nel carico cresce fino ad un valore massimo che corrisponde sostanzialmente all'annullamento della velocità angolare ωout dell'uscita 52 del gruppo CVT. Tale velocità può essere rilevata a mezzo di un sensore Sx collegato ad un ingresso dell'unità di controllo ECU.

Non appena, durante l'applicazione della coppia Tstart al carico 50 nel suddetto verso iniziale, la velocità angolare ωout dell'uscita 52 del gruppo CVT scende ad un valore predeterminato, l'unità di controllo ECU pilota il gruppo CVT in modo tale che la sua uscita 52 ruoti ora in senso inverso a quello precedente, e sviluppi una coppia Tout prefissata (avente ad esempio anche ora un valore Tstart). Il carico 50 viene allora assoggettato ad una coppia risultante sostanzialmente corrispondente alla somma della coppia Τout ora sviluppata dal gruppo CVT e del momento torcente generato dal ritorno elastico del carico 50 dalla precedente condizione di torsione elastica. Se tale coppia risultante è sufficiente a provocare il "distacco" dei pistoni dalle superfici dei cilindri, il motore ICE viene avviato in rotazione. I corrispondenti andamenti delle velocità angolari e delle coppie sono mostrati nei grafici qualitativi ed esemplificativi della figura 15. In tale figura con ωout è indicata la velocità dell'uscita 52 del gruppo CVT, e con ωICE è indicata la velocità angolare dell'albero 1 del motore ICE. Inoltre, con Tout è indicata la coppia sviluppata dal gruppo CVT, e con TICE è indicata la coppia applicata all'albero 1 del motore ICE.

In talune situazioni non è sufficiente attivare il gruppo CVT di coppia una volta all'indietro ed una volta in avanti, come sopra descritto, per riuscire a realizzare il "distacco" ovvero l'avviamento a rotazione del carico.

L'unità di controllo ECU può essere allora convenientemente predisposta per attivare il gruppo CVT in modo da applicare al carico 50 successivi impulsi di coppia di segno alterno, dunque alternatamente in avanti ed all'indietro, opportunamente fasati con l'andamento rilevato della velocità angolare ωout dell'uscita 52 di tale gruppo, in modo tale per cui ad ogni inversione del segno della coppia Τout il carico 50 venga assoggettato ad una nuova coppia risultante corrispondente alla somma della coppia momentaneamente applicata dal gruppo CVT e di un momento torcente, via via crescente, generato dal ritorno elastico del carico dalla precedente condizione di torsione elastica. Si crea dunque una sorta di effetto di "amplificazione" della coppia Tice applicata all'albero del motore a combustione interna ICE, come è esemplificativamente e qualitativamente illustrato nei grafici della figura 16.

L'applicazione al carico 50 di un' "onda quadra" di coppia, opportunamente fasata con la velocità angolare ωout dell'uscita della sorgente di coppia, consente dunque di far "divergere" progressivamente la coppia Tice applicata all'albero del motore a combustione interna, sino a realizzarne 1 ’avviamento.

Nel caso di un motore a combustione interna, l'operazione di avviamento comprende, dopo la fase di "distacco" iniziale, una seconda fase di accelerazione della rotazione sino al raggiungimento della cosiddetta velocità di autosostentamento.

In tale seconda fase l'avviamento è ostacolato dal fatto che la coppia resistente TR presenta valori fortemente variabili con la posizione angolare Θ e comporterebbe la disponibilità di una sorgente di coppia di valore elevato e superiore al valore massimo della coppia resistente TR.

Per agevolare l'accelerazione del motore in tale seconda fase, il gruppo CVT viene allora attivato nel verso contrario al normale verso di rotazione previsto per l'albero 1 del motore ICE per un'escursione angolare limitata e con una coppia ridotta T0 predefinita (si vedano i grafici della figura 17 all'istante t0) .

Il gruppo CVT viene quindi attivato nel normale senso di rotazione dell'albero del motore ICE.

Ciò consente di ottenere due vantaggi.

Un primo vantaggio è 1'incremento della corsa angolare dell'albero 1 per il raggiungimento della prima posizione (P.M.S. - punto massimo superiore) di coppia resistente TR massima.

Il secondo vantaggio è dato dall'accumulo di energia (pseudo)elastica che si può ottenere per effetto della compressione del gas in uno o più dei cilindri che si ritrovino, in questa fase, con le valvole di aspirazione/scarico chiuse.

I grafici della figura 17 mostrano andamenti temporali esemplificativi di alcune grandezze a partire dall'istante t0 di inizio della suddetta seconda fase della procedura di avviamento.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 . Sistema di trasmissione a rapporto variabile in modo continuo (CVT), particolarmente per un autoveicolo provvisto di un motore a combustione interna (ICE), comprendente una prima macchina elettrica rotante (M1), includente un primo rotore (R1) provvisto di un avvolgimento polifase (Wl) e solidale in rotazione con l'albero (1) del motore a combustione interna (ICE), ed un secondo rotore (R2), o rotore intermedio, disposto coassiale con il primo rotore (RI) e recante primi mezzi magnetici (PM1) operativamente cooperanti con l'avvolgimento (W1) del primo rotore (RI); il rotore intermedio (R2) essendo meccanicamente accoppiato ad almeno un assale (2) dell'autoveicolo; e una seconda macchina elettrica rotante(M2), coassiale con la prima (M1) ed includente uno statore (ST), che è disposto da parte opposta al primo rotore (RI) rispetto al rotore intermedio (R2) ed è provvisto di un avvolgimento polifase (W2), nonché detto rotore intermedio (R2) il quale reca inoltre secondi mezzi magnetici operativamente cooperanti con l'avvolgimento (W2) dello statore (ST); un primo ed un secondo inverter (II, I2), aventi rispettivi lati in corrente alternata collegati all'avvolgimento (Wl) del rotore (RI) e, rispettivamente, all'avvolgimento (W2) dello statore (ST) e i rispettivi lati in tensione continua connessi in parallelo fra loro tramite un d.c. voltage link (L); mezzi sensori (Sl-Sn) atti a fornire segnali elettrici indicativi dei valori assunti da una pluralità di parametri predeterminati, indicativi di condizioni predefinite di funzionamento del motore a combustione interna (ICE) e dell'autoveicolo; e mezzi elettronici di controllo (ECU) collegati ai mezzi sensori (Sl-Sn), nonché a detti inverter (II, 12), e predisposti per pilotare il funzionamento di detti inverter (II, I2) in modo tale per cui, dopo che il motore a combustione interna (ICE) è stato avviato, la tensione (VDC) su detto d.c. voltage link (L) viene regolata ad un valore predeterminato, variabile secondo modalità prestabilite in funzione dei valori dei parametri sorvegliati da detti mezzi sensori (Sl-Sn).
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi elettronici di controllo (ECU) sono predisposti per pilotare i suddetti inverter (II, 12) in modo tale per cui la tensione su detto d.c. voltage link (L) viene regolata al valore minimo necessario per imprimere nel funzionamento desiderati valori di corrente nei suddetti avvolgimenti (Wl, W2).
3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta prima e seconda macchina elettrica (MI, M2) sono realizzate in modo tale per cui, detto r il rapporto ωmax/ωbase, ove ωMAX è la velocità angolare massima di uscita ovvero del suddetto rotore intermedio (R2), ed ωbase è la velocità angolare di detto rotore intermedio (R2) a partire dalla quale si desidera che alle ruote (5) di detto assale (2) venga applicata nel funzionamento una coppia pari ad un valore massimo prefissato, e detto b il rapporto ωΜΑΧ/ωice,ΜΑΧ, ove ωICE,MAX e la velocità di rotazione dell'albero (1) del motore a combustione interna (ICE) alla quale detto motore (ICE) eroga la potenza massima (Pice,max), si ha che b è sostanzialmente uguale a 2r/(r+1).
4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui al suddetto d.c. voltage link (L) sono collegati mezzi ausiliari di accumulo di energia elettrica (10) gestiti secondo modalità prestabilite da detti mezzi elettronici di controllo (ECU).
5. Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui detti mezzi ausiliari di accumulo di energia comprendono accumulatori elettrici (11) a cui è accoppiato un convertitore dc/dc bidirezionale (12).
6. Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui detto convertitore dc/dc (12) è di tipo back-boost.
7. Sistema secondo la rivendicazione 6, in cui detto convertitore dc/dc (12) è di tipo step-up.
8. Sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima e seconda macchina elettrica (M1, M2) sono macchine del tipo a riluttanza .
9. Sistema secondo la rivendicazione 8, m cui la prima e/o la seconda macchina elettrica (M1, M2) sono del tipo "switched reluctance".
10. Sistema secondo la rivendicazione 8, in cui la prima e/o la seconda macchina elettrica (M1, M2) sono del tipo a riluttanza sincrona o variabile.
11. Sistema secondo la rivendicazione 10, in cui il rotore intermedio (R2) è laminato in senso trasversale .
12. Sistema secondo la rivendicazione 11, in cui lo statore (ST) e/o il primo rotore (RI) presenta un numero pari ns di cave per paio di poli e il rotore intermedio (R2) presenta un numero pari nr di cave equivalenti per paio di poli, fra i numeri ns e nr valendo le seguenti relazioni:
13. Sistema secondo la rivendicazione 12 in cui nB
14. Sistema secondo la rivendicazione 10, in cui il rotore intermedio (R2) è laminato in senso longitudinale, cioè assiale.
15. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 14, in cui il rotore intermedio (R2) è provvisto di magneti di rifasamento (M).
16. Sistema secondo la rivendicazione 8, in cui la prima e/o la seconda macchina elettrica (MI, M2) è del tipo a permeanza campionata.
17. Sistema secondo una delle rivendicazioni 8-16, in cui il primo rotore (RI) sulla sua superficie rivolta al secondo rotore (R2) presenta una pluralità di magneti permanenti.
18. Sistema secondo la rivendicazione 17, in cui ciascun dente (D) di detto primo rotore (RI) presenta almeno una scanalatura od incavo periferico (FS) affacciato al rotore intermedio (R2) e privo di conduttori o magneti (falsa cava).
19. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo rotore (RI) presenta un albero (52) in cui è realizzato un passaggio centrale (53) per un flusso di liquido di raffreddamento, un'estremità di detto passaggio centrale (53) comunicando con almeno un passaggio radialmente esterno (54) in cui, nel funzionamento, il liquido di raffreddamento fluisce in direzione opposta rispetto alla direzione di flusso in detto passaggio centrale (53).
20. Sistema secondo la rivendicazione 4 od una o più delle rivendicazioni da essa dipendenti, in cui detti mezzi di controllo (ECU) sono predisposti per attuare 1'avviamento a rotazione del motore a combustione interna (ICE) fungente da carico rotante (50) e in particolare per: - attivare il complesso (CVT) di dette macchine elettriche (MI, M2) in modo tale che un'uscita (52) di tale complesso (CVT) ruoti in un verso iniziale prefissato ed applichi a detto carico (50) una coppia (T0UT) avente un valore (Tstart) inferiore al valore necessario a provocarne l'avviamento a rotazione, ma sufficiente a provocare una condizione di torsione elastica di detto carico (50); e - attivare, mentre il carico (50) è assoggettato a detta torsione, detto complesso (CVT) in modo tale che la sua uscita (52) ruoti in senso inverso al precedente e sviluppi una coppia prefissata, cosicché il carico (50) venga ora assoggettato ad una (prima) coppia risultante sostanzialmente corrispondente alla somma della coppia da detto complesso (CVT) e del momento torcente generato dal ritorno elastico del carico (50) dalla suddetta condizione di torsione elastica.
21. Sistema secondo la rivendicazione 20, in cui detto complesso (CVT) viene quindi nuovamente attivato, nel suddetto verso iniziale, mentre il carico (50) è nella nuova condizione di torsione elastica indotta da detta prima coppia risultante, in modo tale per cui il carico (50) viene ora assoggettato ad una nuova o seconda coppia risultante sostanzialmente corrispondente alla somma della coppia ora sviluppata da detto complesso (CVT) e del momento torcente generato dal ritorno elastico del carico (50) da detta nuova condizione di torsione elastica .
22. Sistema secondo la rivendicazione 20 o 21, in cui detto complesso (CVT) viene ogni volta attivato in senso inverso rispetto al precedente quando, durante l'applicazione di coppia al carico (50) in detto verso precedente, la velocità angolare dell'uscita (52) di detto complesso (CVT) scende ad un valore predeterminato.
23. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 20-22, in cui detto motore (ICE) comprende almeno un cilindro provvisto di valvole di aspirazione/scarico (EV), e in cui dopo l'avviamento a rotazione dell'albero (1) del motore (ICE) il complesso (CVT) viene in una prima fase attivato nel verso contrario al normale verso di rotazione dell'albero (1) del motore (ICE) per un'esecuzione angolare limitata e con una coppia ridotta predefinita, e poi detto complesso (CVT) viene quindi attivato nel verso normale di rotazione di detto albero (1), in modo tale da incrementare la corsa angolare disponibile prima che l'albero (1) raggiunga la prima posizione di punto morto superiore e da sfruttare l'eventuale condizioni di compressione (pseudo)elastica del gas contenuto in almeno un cilindro che in detta prima fase si trovi con le valvole di aspirazione/scarico chiuse, per cui alla coppia ora applicata all'albero (1) da tale complesso (CVT) si sommi una sollecitazione torcente equiversa generata dal ritorno di detto gas dalla suddetta condizione di compressione (pseudo) elastica .
24. Sistema di trasmissione a rapporto variabile in modo continuo, sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.