ES2198101T3 - Unidad detectora de par con medios medidores de carga axial. - Google Patents
Unidad detectora de par con medios medidores de carga axial.Info
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Abstract
Objeto: Realizar una unidad compacta de detección de par.Medios de solución: Una unidad de detección de par comprende un árbol secudnario (75), engranajes helicoidales (72, 74 y 76) para proporcionar el árbol secundario (75) con no sólo el par sino también la carga axial generada por los engranajes engranados, y los instrumentos de medición de carga axial (103, 113) dispuestos coaxialmente con el árbol secundario (75) para regular el movimiento axial del árbol secundario (75) y medir la carga axial.
Description
Unidad detectora de par con medios medidores de
carga axial.
Esta invención se refiere a una unidad de
detección de par.
US-A-4 089 216
describe un aparato para detectar y medir la salida de par de un
dispositivo rotativo tal como una caja de engranajes reductores
introduciendo un aro especialmente maquinado o configurado entre un
cojinete de eje y una carcasa de montaje de cojinete. Este aro está
provisto de galgas de deformación montadas en él en posiciones
espaciadas de manera que el movimiento axial del eje producirá una
deflexión en el aro que será detectada por las galgas de
deformación.
US-A-4 487 270
describe una herramienta mecánica incluyendo un motor eléctrico con
un eje motor que tiene un engranaje espiral mediante el que el motor
mueve la herramienta. Un sensor de presión está dispuesto de manera
que se someta al empuje axial del eje motor creado por el engranaje
espiral durante el funcionamiento de la herramienta, por lo que el
sensor de presión incluye un disco de plástico conductor eléctrico
que está situado entre un cojinete de empuje del eje motor y su
soporte axial.
US-A-4 182 168
describe un transductor de empuje-par para generar
una señal correspondiente al par de salida o empuje axial de un eje
rotativo en máquinas. El transductor de empuje-par
incluye un transformador diferencial de voltaje lineal que tiene un
núcleo móvil fijado al eje.
Otro ejemplo de unidades existentes de detección
de par se describe en la Publicación de Patente japonesa número Sho
62-27604 (JP 56 145702A), titulada ``Unidad de
control para vehículo híbrido''.
En la descripción siguiente se utilizan los
números de referencia de la publicación anterior. Según las figuras
11 y 12 de la publicación, el mecanismo detector de par incluye:
dos ejes coaxiales SH_{1} y SH_{2}; una barra de torsión TB que
conecta un extremo del eje SH_{1} y un extremo del eje SH_{2};
engranajes metálicos G_{1} y G_{2} fijados a extremos opuestos
de la barra de torsión TB; sensores magnéticos MS_{1} y MS_{2}
colocados cerca de las partes superiores de diente de los
engranajes G_{1} y G_{2}; y un comparador de fase PC que recibe
señales CA de los sensores magnéticos MS_{1} y MS_{2}. Una
diferencia de fase \phi de las señales CA de los sensores
magnéticos MS_{1} y MS_{2} varía cuando gira la barra de torsión
TB en respuesta al par. El comparador de fase PC puede detectar par
en base a la diferencia de fase \phi.
El mecanismo detector de par anterior es una
unidad grande de detección de par en la que los engranajes
metálicos G_{1} y G_{2} están unidos fijamente a la barra de
torsión TB y los sensores magnéticos MS_{1} y MS_{2} están
dispuestos alrededor de los engranajes.
Por lo tanto, un objeto de la invención es
proporcionar una unidad compacta de detección de par.
Para lograr el objeto anterior, se ha previsto
una unidad de detección de par definida en la reivindicación 1 que
incluye: un contraeje; engranajes helicoidales para proporcionar a
dicho contraeje no sólo par, sino también carga axial generada por
su enganche mutuo; y medios medidores de carga axial dispuestos
coaxialmente con y alojados al menos en parte en dicho contraeje
para regular el movimiento axial del contraeje y medir la carga
axial.
Los engranajes helicoidales están unidos en el
contraeje y generan carga axial cuando se enganchan mutuamente. La
carga axial se transmite mediante el contraeje a los medios
medidores de carga axial que son coaxiales con el contraeje, y se
puede medir por los medios medidores. La carga axial se genera
según el par, y se mide por los medios medidores coaxiales con el
contraeje, reduciendo por lo tanto el tamaño de la unidad de
detección de par.
Como se define en la reivindicación 2, los
cojinetes de empuje están interpuestos entre el contraeje y los
medios medidores de carga axial.
Los cojinetes de empuje son efectivos para
reducir resistencia al rozamiento en la dirección de giro entre el
contraeje y los medios medidores de carga axial. No hay peligro de
que el momento rotacional producido en respuesta a la rotación del
contraeje actúe en los medios medidores de carga axial. Por lo
tanto, solamente la carga axial actúa en los medios medidores, lo
que puede mejorar la precisión de detección de la unidad de
detección de par porque se reducen los componentes de ruido.
La unidad de detección de par de la invención es
efectiva en los aspectos siguientes.
Como se define en la reivindicación 1, la unidad
de detección de par incluye un contraeje, engranajes helicoidales
para proporcionar al contraeje no sólo par, sino también carga
axial generada por su enganche mutuo, y medios medidores de carga
axial dispuestos coaxialmente con el contraeje al objeto de regular
el movimiento axial del contraeje y medir la carga axial. Los
engranajes para transmitir par al contraeje también se usan para
generar carga axial según el par, y los medios medidores de carga
axial están dispuestos coaxialmente con el contraeje. Por lo tanto,
los medios medidores no sobresalen radialmente del contraeje, que
es eficaz al hacer compacta la unidad de detección de par.
Según la reivindicación 2, la unidad de detección
de par tiene cojinetes de empuje interpuestos entre el contraeje y
los medios medidores de carga axial. La resistencia al rozamiento
en la dirección de giro se puede reducir entre el contraeje y los
medios medidores de par axial. Por lo tanto, los medios medidores
de carga axial reciben solamente la carga axial, que es eficaz al
reducir los componentes de ruido y mejorar la precisión de detección
de la unidad de detección de par.
La invención se describirá con referencia a una
realización representada en los dibujos anexos. En la descripción
siguiente, los lados ``delantero, trasero, izquierdo, derecho,
superior e inferior'' denotan direcciones según las ve el conductor
en un vehículo. Además, los dibujos se deberán observar en la
orientación de los números de referencia.
La figura 1 es una vista en alzado lateral del
vehículo híbrido al que se puede aplicar la invención.
La figura 2 es una vista en alzado lateral de la
unidad de accionamiento de la invención.
La figura 3 es una vista esquemática de la unidad
de accionamiento de la invención.
La figura 4 es una vista en sección del sistema
de transmisión de potencia de la unidad de accionamiento.
La figura 5 muestra la primera operación de la
unidad de accionamiento.
La figura 6 muestra la segunda operación de la
unidad de accionamiento.
La figura 7 muestra la tercera operación de la
unidad de accionamiento.
La figura 8 muestra la cuarta operación de la
unidad de accionamiento.
La figura 9 muestra la quinta operación de la
unidad de accionamiento.
La figura 10 es una vista en sección de la unidad
de detección de par de la invención.
La figura 11 es una vista en sección ampliada de
la parte esencial de la unidad de detección de par.
La figura 12 es una vista en sección del primer
instrumento medidor de carga axial de la invención.
La figura 13 muestra la disposición de los
engranajes alrededor de la unidad de detección de par de la
invención.
La figura 14 muestra el concepto del engranaje
helicoidal.
La figura 15 es un diagrama de circuito de
componentes alrededor del sensor de par.
La figura 16 muestra la primera operación de la
unidad de detección de par.
La figura 17 muestra la segunda operación de la
unidad de detección de par.
La figura 18 muestra un circuito de la unidad de
detección de par modificada.
La figura 1 es una vista lateral izquierda de un
vehículo híbrido al que se puede aplicar la invención.
El vehículo híbrido 1 es un vehículo de cuatro
ruedas, e incluye: un bastidor de carrocería 4 que tiene un par de
ruedas delanteras 2 (la rueda delantera derecha 2 no se representa
en la figura 1) y un par de ruedas traseras 3 (omitiéndose la rueda
trasera derecha 3); un mecanismo de dirección 5 en la parte
delantera del bastidor de carrocería 4; un asiento de conductor 6
sustancialmente en el centro del bastidor de carrocería 4; una
unidad motriz 7 en la parte trasera del bastidor de carrocería 4;
una pluralidad de baterías 8 colocadas debajo del centro del nivel
del suelo del bastidor de carrocería 4; una unidad de control 9
colocada debajo del asiento 6; y una cubierta de carrocería 10
unida al bastidor de carrocería 4.
La cubierta de carrocería 10 está constituida
por: una cubierta delantera 11 que cubre la parte delantera del
bastidor de carrocería 4; un suelo de escalón 12 que se extiende
desde la parte trasera de la cubierta delantera 11 y cubre la parte
central del bastidor de carrocería 4; una cubierta trasera 13 que se
extiende desde la parte trasera del suelo de escalón 12 y cubre la
parte trasera del bastidor de carrocería 4; una cubierta delantera
14 que se extiende hacia arriba de la parte trasera de la cubierta
delantera 13; un techo curvado 15 que se extiende hacia arriba y
hacia atrás de la parte superior de la cubierta delantera 14; y una
cubierta trasera 16 que se extiende hacia abajo de la parte trasera
del techo 15 a la parte trasera del suelo de escalón 12.
Se define una cabina 17 por el suelo de escalón
12, la cubierta delantera 14, el techo 15 y la cubierta trasera 16,
y está provista del asiento 6 y un volante 21. Las cubiertas
delantera y trasera 11 y 13 se hacen de elementos de cubierta
mediante los que el conductor puede entrar y salir del vehículo. Por
lo tanto, el conductor puede montarse en el vehículo por la
cubierta delantera 11 o la cubierta trasera 13. El techo 15 se hace
de un material transparente o translúcido.
En la figura 1, el número de referencia 22
representa un parachoques delantero, 23 representa una rejilla de
radiador, 24 representa un radiador, 25 representa faros derecho e
izquierdo, 26 representa espejos exteriores derecho e izquierdo, 27
representa protectores laterales derecho e izquierdo, 28 representa
un parachoques trasero, y M representa un conductor.
La figura 2 es una vista lateral de la unidad
motriz 7 relacionada con la invención y unida al bastidor de
carrocería 4 usando un pivote 7a.
La unidad motriz 7 puede bascular hacia arriba y
hacia abajo, y mueve las ruedas traseras 3, es decir, las ruedas
motrices, mediante ejes traseros 79 cuando son movidos por un motor
30 y un motor 70. Específicamente, la unidad motriz 7 incluye el
motor 30, sistema de suministro de aire-combustible
40, sistema de escape 50, una transmisión cónica continuamente
variable 65, motor 70, y motor de arranque de motor 81.
El motor 30 incluye principalmente un cárter 31,
un bloque de cilindros 32, una culata de cilindro 33, una cubierta
de culata 34, un cigüeñal 35, un árbol de levas 36, una bomba
mecánica 37 que gira integralmente con el árbol de levas 36 y un
colector de entrada 38.
El sistema de suministro de aire combustible 40
incluye principalmente un depósito de combustible 41, una bomba de
combustible 42, un filtro de aire 43, un servo motor 44, una polea
de acelerador 45, un inyector principal 46, y un subinyector 47
para sobrealimentación.
El sistema de escape 50 incluye principalmente un
tubo de escape 51, un silenciador 52, un catalizador metálico 53, y
un tubo de escape 54.
La figura 3 es una vista esquemática de
desarrollo de la unidad motriz 7 de la invención.
Un sistema de transmisión de potencia de la
unidad motriz 7 incluye: el motor 30; un embrague centrífugo 61
acoplado al cigüeñal 35 del motor 30; un limitador de par 62
acoplado al embrague centrífugo 61; una transmisión cónica
continuamente variable 65 acoplada al limitador de par 65 mediante
engranajes primero y segundo 63 y 64; un embrague unidireccional 67
acoplado a un lado de salida de la transmisión continuamente
variable 65 mediante una articulación 66; el motor 70 que tiene un
eje motor 70a acoplado al embrague unidireccional 67 mediante
engranajes tercero y cuarto 68 y 69; un contraeje 75 acoplado al eje
motor 70a mediante una combinación de engranajes quinto y sexto 71
y 72 y una combinación de engranajes séptimo y octavo 73 y 74;
engranajes diferenciales 78 acoplados al contraeje 75 mediante
engranajes noveno y décimo 76 y 77; y un par de ejes traseros
derecho e izquierdo 79 acoplados a los engranajes diferenciales
78.
El embrague centrífugo 61 incluye una parte
interior 6a acoplada al cigüeñal 35 y una parte exterior 61b
acoplada al limitador de par 62. La parte interior 61 se engancha
con las partes externas 61 un por fuerza centrífuga.
El eje motor 70a funciona como un punto de unión
de par donde se unen el par del motor 30 y el par del motor 70.
Un sensor de par 90 está constituido de los
engranajes sexto, octavo y noveno 72, 74 y 76, y el contraeje 75 en
el que están dispuestos los engranajes anteriores. El contraeje 75
está interpuesto en un recorrido para transmitir par a las ruedas
traseras 3 (es decir, las ruedas motrices) del motor 30 y el motor
70 que sirven como una fuente de accionamiento para el vehículo
híbrido. Los instrumentos de medición de par axial primero y
segundo 103 y 113 están montados en el contraeje 75. Esto se
describirá con detalle más adelante. Por lo tanto, la unidad motriz
7 puede hacerse compacta en comparación con un caso en el que se
dispone por separado un elemento detector de par.
La estructura del sensor de par 90 se describirá
con detalle más adelante.
La unidad motriz 7 también incluye el dispositivo
de arranque de motor 80 para arrancar el motor 30. El dispositivo de
arranque de motor 80 transmite par del motor de arranque de motor
81 al cigüeñal 35 mediante un mecanismo de accionamiento por correa
82, limitador de par 83, mecanismo de accionamiento de cadena 84, y
embrague unidireccional 85. El número de referencia 86 representa
una carcasa.
La figura 4 es una vista en sección del sistema
de transmisión de potencia de la unidad motriz, y específicamente
una vista desarrollada del motor 30, embrague centrífugo 61,
limitador de par 62, transmisión continuamente variable 65,
embrague unidireccional 67, motor 70, sensor de par 90, engranajes
diferenciales 78, ejes traseros derecho e izquierdo 79, y
dispositivo de arranque de motor 80, todos los cuales constituyen
la unidad motriz 7.
La operación de la unidad motriz 7 se describirá
con referencia a las figuras 5 a 9.
Específicamente, la figura 5 muestra una primera
operación de la unidad motriz 7 en la que las ruedas traseras 3 son
movidas por una fuerza resultante del motor 30 y el motor 70.
El motor 30 transmite par a los ejes traseros
derecho e izquierdo 79 mediante el cigüeñal 35, embrague centrífugo
61, limitador de par 62, primer engranaje 63, segundo engranaje 64,
transmisión continuamente variable 65, articulación 66, embrague
unidireccional 67, tercer engranaje 68, cuarto engranaje 69, eje
motor 70a, séptimo engranaje 73, octavo engranaje 74, contraeje 75,
noveno engranaje 76, décimo engranaje 77, y engranajes
diferenciales 78, como muestra la flecha (1), moviendo por ello las
ruedas traseras 3.
Por otra parte, el motor 70 transmite par a los
ejes traseros derecho e izquierdo 79 mediante el eje motor 70a,
quinto engranaje 71, sexto engranaje 72, contraeje 75, noveno
engranaje 76, décimo engranaje 77, y engranajes diferenciales 78,
como se representa por una flecha (2) y las ruedas traseras 3 son
movidas. El par del motor 30 y del motor 70 se combinan en el eje
motor 70a, produciendo por lo tanto una fuerza resultante.
Dado que el embrague centrífugo 61 está
interpuesto entre el motor 30 y las ruedas traseras 3, se puede
transmitir par suave y gradualmente a las ruedas traseras 3 cuando
el vehículo se pone en marcha por el motor 30. Esto permite el
arranque suave del vehículo híbrido.
La transmisión continuamente variable 65 está
acoplada a la parte exterior 61b del embrague centrífugo 61
mediante el limitador de par 62, de manera que el motor 30 no quede
afectado por excesivo par inverso de las ruedas traseras 3.
La figura 6 muestra una segunda operación de la
unidad motriz en la que las ruedas traseras 3 son movidas solamente
por el motor 70.
El motor 70 proporciona par a los ejes traseros
79 mediante el eje motor 70a, quinto engranaje 71, sexto engranaje
72, contraeje 75, noveno engranaje 76, décimo engranaje 77, y
engranajes diferenciales 78, como se representa con una flecha (3),
moviendo por ello las ruedas traseras 3.
Dado que el motor 30 permanece inactivo en este
estado, el embrague unidireccional 67 se mantiene desconectado. El
embrague unidireccional 67 está colocado justo delante del punto de
unión de par del motor 30 y el motor 70, de manera que ni la
transmisión continuamente variable 65 ni el embrague centrífugo 61
sea accionado cuando las ruedas traseras 3 sean movidas solamente
por el motor 70. Por lo tanto, es posible reducir el consumo de las
baterías 8, que es eficaz al mover el vehículo durante un período
de tiempo largo.
La figura 7 muestra una tercera operación de la
unidad motriz en la que las ruedas traseras 3 son movidas solamente
por el motor 30.
El motor 30 proporciona par al eje motor 70a
mediante el cigüeñal 35, embrague centrífugo 61, limitador de par
62, primer engranaje 63, segundo engranaje 64, transmisión
continuamente variable 65, articulación 66, embrague unidireccional
67, tercer engranaje 68, y cuarto engranaje 69. Por lo tanto, el
motor 70 funciona como un generador para cargar las baterías 8.
Además, el motor 30 proporciona par a los ejes
derecho y trasero 79 mediante el eje motor 70a, séptimo engranaje
73, octavo engranaje 74, contraeje 75, noveno engranaje 76, décimo
engranaje 77, y engranajes diferenciales 78 como se representa con
una flecha (4), de manera que las ruedas traseras 3 sean
movidas.
La figura 8 muestra una cuarta operación de la
unidad motriz en la que el vehículo híbrido se desplaza hacia atrás
usando el motor 70.
El motor 70 gira a la inversa para suministrar
par inverso a los ejes traseros derecho e izquierdo 79 mediante el
eje motor 70a, quinto engranaje 71, sexto engranaje 72, contraeje
75, noveno engranaje 76, décimo engranaje 77, y engranajes
diferenciales 78 como se representa con una flecha (5), de manera
que las ruedas traseras 3 giren en una dirección inversa.
En este estado, aunque el motor 30 permanece
inactivo, el embrague unidireccional 67 permanece conectado debido
a la rotación inversa del motor 70. El par inverso del eje motor
70a se transmite a la parte exterior 61b del embrague centrífugo 61
mediante el cuarto engranaje 69, tercer engranaje 68, embrague
unidireccional 67, articulación 66, transmisión continuamente
variable 65, segundo engranaje 64, primer engranaje 63; y limitador
de par 62. Sin embargo, el motor 30 permanece inactivo porque las
partes exterior e interior 61b y 61a están desconectadas.
La figura 9 muestra una quinta operación de la
unidad motriz en la que el vehículo híbrido se decelera.
Cuando se decelera el vehículo híbrido, el par de
las ruedas traseras 3 se transmite al eje motor 70a mediante los
ejes traseros 79, engranajes diferenciales 78, décimo engranaje 77,
noveno engranaje 76, contraeje 75, sexto engranaje 72, y quinto
engranaje 71 como se representa por una flecha (6). Por lo tanto,
el motor 70 funciona como un generador y carga las baterías 8. En el
estado anterior, el embrague unidireccional 61 permanece
desconectado, de manera que se transmite eficientemente par al
motor 70 cuando el vehículo híbrido está siendo decelerado. Esto
promueve la carga eficiente de la batería 8.
La estructura del sensor de par 90 se describirá
con detalle.
La figura 10 es una vista en sección del sensor
de par 90 según la invención.
El sensor de par 90 incluye principalmente: el
contraeje 75 que tiene sus extremos opuestos acoplados
rotativamente a las unidades de cojinete primera y segunda 91 y 92
mediante cojinetes 93 y 94; los tres engranajes unidos en el
contraeje 75 (es decir, los engranajes sexto, octavo y noveno 72, 74
y 76); los instrumentos de medición primero y segundo 103 y 113
unidos a lo largo del eje central CL del contraeje 75 para regular
el movimiento axial del contraeje 75 y para medir la carga axial;
un primer cojinete de empuje 101 dispuesto entre el contraeje 75 y
el primer instrumento medidor de carga axial 103; y un segundo
cojinete de empuje 111 dispuesto entre el contraeje 75 y el segundo
instrumento medidor de carga axial 113.
Para ser más específicos, la primera unidad de
cojinete 91 tiene un receptáculo 105 en su parte inferior, mientras
que la segunda unidad de cojinete 92 es cilíndrica y tiene un perno
de ajuste 115 enroscado en su centro. Ambas unidades de cojinete
primera y segunda 91 y 92 están constituidas por una parte de la
carcasa de la unidad motriz 7.
El noveno engranaje 76 es integral con el
contraeje 75. El octavo engranaje 74 se coloca en una superficie
lateral 76a del noveno engranaje 76 y está acoplado por dientes al
contraeje 75. El sexto engranaje 72 se coloca en una superficie
lateral 74a del octavo engranaje 74 (enfrente del noveno engranaje
76) y está acoplado por dientes a un saliente anular 74b en la
superficie lateral 74a. Los engranajes sexto, octavo y noveno 72,
74 y 76 transmiten par al contraeje 75.
La figura 11 es una vista en sección ampliada que
muestra las partes esenciales del sensor de par, habiéndose quitado
los engranajes sexto y octavo 72 y 74 (representados en la figura
10).
El contraeje 75 es un eje hueco, y tiene un
agujero pequeño 75a en su centro longitudinal, y agujeros grandes
primero y segundo 75b y 75c en sus extremos opuestos. Un primer
escalón 75d está presente en el borde del agujero pequeño 75a y el
primer agujero grande 75b, y un segundo escalón 75e está presente en
un borde del agujero pequeño 75a y el segundo agujero grande
75c.
Una característica de la invención es que el
primer cojinete de empuje 101, primer punto de empuje 102, primer
instrumento medidor de carga axial 103, primera bola 104 y
receptáculo 105 están dispuestos secuencialmente en el primer
escalón 75d del contraeje 75 mediante el primer agujero grande 75b,
constituyendo por ello un mecanismo receptor de carga axial 106.
Además, la invención se caracteriza porque el
segundo cojinete de empuje 111, segundo punto de empuje 112, segundo
instrumento medidor de carga axial 113, segunda bola 114 y perno de
ajuste 115 están dispuestos secuencialmente en el segundo escalón
75e del contraeje 75 mediante el segundo agujero grande 75c,
constituyendo por ello un segundo mecanismo receptor de carga axial
116.
Estos mecanismos receptores de carga axial
primero y segundo 106 y 116 pueden regular el movimiento axial del
contraeje 75.
Como se ha descrito hasta ahora, el primer
cojinete de empuje 101 está dispuesto entre el primer escalón 75d y
el primer instrumento medidor de carga axial 103. Además, el
segundo cojinete de empuje 111 está dispuesto entre el segundo
escalón 75e y el segundo instrumento medidor de carga axial 113. La
resistencia al rozamiento en la dirección de giro es muy pequeña
entre el contraeje 75 y los instrumentos de medición de carga axial
primero y segundo 103 y 113. Como resultado, no hay peligro de que
el momento rotacional producido en respuesta a la rotación del
contraeje 75 actúe en los instrumentos de medición de carga axial
primero y segundo 103 y 113. Solamente se aplica carga axial a los
instrumentos de medición primero y segundo 103 y 113, y se reducen
los componentes de ruido, lo que puede mejorar la precisión de
medición del sensor de par 90.
El primer punto de empuje 102 incluye una chapa
plana 102a para recibir la carga axial del primer cojinete de
empuje 101, y un saliente convexo 102b para transmitir la carga
axial al primer instrumento de medición 103. El segundo punto de
empuje 112 incluye una chapa plana 112a para recibir la carga axial
del segundo cojinete de empuje 111, y un saliente convexo 112b para
transmitir la carga axial al segundo instrumento de medición 113.
Ambos puntos de empuje primero y segundo 102 y 112 están alineados
entre sí en la línea central CL.
Una característica de la invención es que el
primer instrumento medidor de carga axial 103 se soporta axialmente
a lo largo de la línea central CL por el saliente convexo 102b y la
primera bola 104 y el segundo instrumento medidor de carga axial
113 se soportan axialmente por el saliente convexo 112b y la segunda
bola 114, y los mecanismos receptores de carga axial primero y
segundo 106 y 116 están dispuestos mirando en direcciones
contrarias. La disposición de los instrumentos de medición primero
y segundo 103 y 113 a lo largo de la línea central CL puede hacer
compacto el sensor de par 90.
Además, las partes esenciales, es decir, la
mayoría de las partes, de los instrumentos de medición primero y
segundo 103 y 113 se introducen en los agujeros grandes primero y
segundo 75b y 75c, para alojarse en el contraeje 75. Esto es eficaz
para hacer el sensor de par 90 incluso más compacto.
Cuando la segunda bola 114 es empujada axialmente
aplicando una presión apropiada después de ajustar el perno de
ajuste 115, esta presión actúa en una ruta mediante la segunda bola
114, segundo instrumento de medición 113, segundo punto de empuje
112, segundo cojinete de empuje 111, segundo escalón 75e, contraeje
75, primer escalón 75d, primer cojinete de empuje 101, primer punto
de empuje 102, primer instrumento de medición 103, primera bola
104, receptáculo 105, y primer cojinete 91. Como resultado, es
posible eliminar intervalos axiales adicionales entre componentes.
El ajuste del único perno de ajuste 115 puede mantener fácilmente
los componentes anteriores en un estado fiable.
El receptáculo 105 tiene un pasador de
comprobación 105a para evitar la rotación del primer instrumento de
medición 103. La segunda unidad de cojinete 92 tiene el cojinete 94
unido mediante un casquillo 95, que tiene un pasador de
comprobación 95a para evitar la rotación del segundo instrumento de
medición 113.
Los cojinetes 93 y 94 son cojinetes de agujas.
Las bolas primera y segunda 104 y 114 son bolas de acero. El número
de referencia 117 representa una tuerca de bloqueo.
La figura 12 es una vista en sección del primer
instrumento medidor de carga axial 103 según la invención.
El primer instrumento de medición 103 es un
sensor de deformación magnético incluyendo una bobina 122 enrollada
en una superficie interior de una bobina cilíndrica 121, un
elemento magnetostrictivo 123, un par de soportes de elemento 124 y
125 dispuestos en extremos opuestos del elemento magnetostrictivo
123, y una carcasa 126 que aloja los componentes anteriores.
Hablando en términos generales, cuando se deforma mecánicamente por
fuerza, el material ferromagnético varía sus características
magnetizantes. El sensor de deformación magnético utiliza tal
efecto magnetostrictivo. El centro de la bobina 122 concuerda con
la línea central CL del contraeje 75. Específicamente, el elemento
magnetostrictivo 123 es un elemento ferromagnético que se extiende
en la línea central CL.
El soporte de elemento 124 tiene un rebaje
cóncavo 124a con el que el saliente 102b del primer punto de empuje
102 entra en contacto, mientras que el soporte de elemento 125
tiene un rebaje cóncavo 125a con el que la primera bola 104 entra
en contacto. Estos rebajes cóncavos 124a y 125a están en la línea
central CL.
Cuando se genera carga compresiva, es decir,
carga axial, entre el saliente 102b y primera bola 104 en la línea
central CL, el elemento magnetostrictivo 123 se comprime mediante
los soportes de elemento 124 y 125, de manera que se someta a
deformación. Como resultado, el elemento magnetostrictivo 123 se
somete a deformación según la carga comprimida generada entre el
saliente 102b y la primera bola 104. Por lo tanto, el elemento
magnetostrictivo 123 se somete a deformación y produce una señal
eléctrica de medición mediante la bobina 122 según la
deformación.
El primer instrumento de medición 103 tiene sus
extremos opuestos soportados por elementos esféricos, de manera que
su centro pueda estar alineado fiablemente con la línea central CL.
Por lo tanto, la carga axial que actúa en el contraeje 75 se
transmite fiablemente al elemento magnetostrictivo 123 en la línea
central CL, y se puede medir exactamente.
El segundo instrumento de medición 113
representado en la figura 11 está configurado y opera de forma
similar al primer instrumento de medición 103, y está colocado
enfrente del primer instrumento de medición 103, y no se describe
aquí.
La figura 13 es un dibujo esquemático que muestra
la disposición de los engranajes helicoidales 71, 72, 73, 74, 76 y
77 (representados en las figuras 5 a 10) utilizados en el sensor de
par de la invención.
Los dientes 72a del sexto engranaje 72 y los
dientes 74a del octavo engranaje 74 están retorcidos oblicuos en la
misma dirección. Por otra parte, los dientes 76b del noveno
engranaje 76 están retorcidos oblicuos en una dirección inversa a
la de los dientes anteriores 72a y 74a.
Por ejemplo, se supone aquí que el contraeje 75
se hace girar en la dirección representada por una flecha N.
Específicamente, los engranajes 71, 72, 73, 74, 76 y 77 están
retorcidos oblicuamente de tal manera que la carga axial en la
dirección representada por una flecha D (dirigida hacia el primer
instrumento de medición 103) actúe en el contraeje 75 para
transmitir par del quinto engranaje 71 al sexto engranaje 72, o del
séptimo engranaje 73 al octavo engranaje 74, y de tal manera que la
carga axial en la dirección representada por una flecha U (hacia el
segundo instrumento de medición 113) actúe en el contraeje 75.
Las figuras 14(a) y 14(b) muestran
el concepto del engranaje helicoidal tal como el engranaje sexto,
octavo o noveno 72, 74 ó 76, que se ilustra como un engranaje
helicoidal conceptual A.
Con referencia a la figura 14(a), el
engranaje helicoidal A es un engranaje denominado cilíndrico. En el
engranaje helicoidal A, cada traza de diente, es decir, una
intersección de un flanco de diente y una superficie de paso de
referencia, es una hélice B que tiene un ángulo helicoidal
predeterminado \alpha. Aquí, el término ``ángulo helicoidal
\alpha'' denota el ángulo \alpha formado por la hélice B y una
línea generatriz D de un cilindro C en el que se supone que la
hélice B está presente. Por ejemplo, si el cilindro C es un cilindro
de paso de referencia, el ángulo \alpha es un ángulo helicoidal
del cilindro de paso de referencia.
La figura 14(b) muestra la relación entre
presión directa fo y fuerza rotacional fr que actúan en un diente E
del engranaje helicoidal A, y la carga axial fs.
En el engranaje helicoidal A, el par y la presión
directa fo son correlativos. Además, la presión directa fo, la
fuerza rotacional fr y la carga axial fs (es decir, el empuje) son
correlativos según el ángulo helicoidal \alpha. En otros
términos, cuando el par actúa en el engranaje helicoidal A, se
genera carga axial fs dependiendo del ángulo helicoidal \alpha.
Por lo tanto, se puede conocer el par midiendo la carga axial fs.
En la invención, la carga axial fs generada en el engranaje
helicoidal A se mide activamente para detectar par.
La figura 15 es un diagrama que representa un
circuito relacionado con el sensor de par 90.
En el sensor de par 90, el primer instrumento de
medición 103 produce una señal de medición Sfd en base a la carga
axial medida mientras que el segundo instrumento de medición 113
produce una señal de medición Sfu en base a la carga axial medida.
Estas señales Sfd y Sfu son recibidas por una unidad de cálculo
131. La unidad de cálculo 131 convierte la carga axial obtenida como
las señales Sfd y Sfu en par en base a los ángulos helicoidales de
los engranajes helicoidales (engranajes sexto, octavo y noveno 72,
74 y 76), y la envía como una señal de par St según el par. El
sensor de par 90 y la unidad de cálculo 131 constituyen en
combinación una unidad de detección de par 132.
La unidad de control 9 controla una unidad de
motor 136 y motor 70 en base a la señal de par St de la unidad de
cálculo 131 y una señal Sa de un acelerador 135. La unidad de motor
136 incluye el motor 30 (véase la figura 3) y un elemento
controlador de motor que incluye un servo motor 44, polea de
acelerador 45, y una bujía (no representada).
Las figuras 16(a) y 16(b) muestran
una primera operación de la unidad de detección de par 132 de la
invención.
Específicamente, la figura 16(a) muestra
una ruta mediante la que la carga axial se transmite al primer
instrumento de medición 103 de los engranajes sexto y octavo 72 y
74. Cuando se transmite par del quinto engranaje helicoidal 71 al
sexto engranaje helicoidal 72 o del séptimo engranaje helicoidal 73
al octavo engranaje helicoidal 74, se genera carga axial fsd en los
engranajes sexto y octavo 72 y 74 en la dirección representada por
una flecha (7). Esta carga axial fsd se transmite a la primera
unidad de cojinete 91 mediante el sexto engranaje 72, octavo
engranaje 74, noveno engranaje 76, contraeje 75, primer cojinete de
empuje 101, primer punto de empuje 102, primer instrumento de
medición 103 (es decir, el soporte de elemento 124, elemento
magnetostrictivo 123 y soporte de elemento 125), primera bola 104,
y receptáculo 105.
Por lo tanto, el elemento magnetostrictivo 123 se
comprime y retuerce según la carga axial, de manera que el primer
instrumento de medición 103 emita una señal eléctrica que indica la
carga axial medida, procedente de la bobina 122. En otros términos,
el primer instrumento de medición 103 envía la señal de medición
según el par transmitido a los engranajes sexto y octavo 72 y
74.
La figura 16(b) muestra cómo se transmite
par cuando se aceleran las ruedas traseras 3 usando el motor 30
(véase la figura 3) y/o el motor 70. Específicamente, cuando el
vehículo híbrido se mueve hacia adelante a una velocidad acelerada,
se transmite par al contraeje 75 mediante la ruta representada en
la figura 16(a), y además a las ruedas traseras 3 mediante el
contraeje 75, noveno engranaje 76, décimo engranaje 77, engranajes
diferenciales 78, y ejes traseros derecho e izquierdo 79. En este
estado, el primer instrumento de medición 103 genera la señal de
medición Sfd según la carga axial medida fsd. La unidad de cálculo
131 convierte la carga axial obtenida como la señal Sfd en par en
base a los ángulos de hélice de los engranajes helicoidales, y
envía una señal de par según el par.
Las figuras 17(a) y 17(b) muestran
una segunda operación de la unidad de detección de par 132 de la
invención.
Con referencia a la figura 17(a), se
aplica carga axial al segundo instrumento de medición 113 del
segundo engranaje 76. Cuando se transmite par del décimo engranaje
helicoidal 77 al noveno engranaje helicoidal 76, se genera carga
axial fsu al noveno engranaje 76 en la dirección representada por
una flecha (8). Esta carga axial fsu se transmite a la segunda
unidad de cojinete 92 mediante el noveno engranaje 76, contraeje
75, segundo cojinete de empuje 111, segundo punto de empuje 112,
segundo instrumento de medición 113 (es decir, el soporte de
elemento 124, elemento magnetostrictivo 123 y soporte de elemento
125), segunda bola 114 y perno de ajuste 115.
Cuando el elemento magnetostrictivo 123 se
comprime y se deforma según la carga axial, el segundo instrumento
de medición 113 envía una señal eléctrica de carga axial según la
deformación. En otros términos, el segundo instrumento de medición
113 envía la señal indicativa de la carga axial medida en base al
par transmitido al noveno engranaje 76.
Cuando el vehículo híbrido se desplaza hacia
atrás a una velocidad reducida, el par de las ruedas traseras 3, 3
se transmite, como se representa en la figura 17(b), al
contraeje 75 mediante la ruta (representada en la figura
17(a)), y se transmite además al eje motor 70a mediante el
contraeje 75, sexto engranaje 72, y quinto engranaje 71. En este
estado, el segundo instrumento de medición 113 produce una señal
Sfu indicativa de la carga axial medida fsu. La unidad de cálculo
131 convierte la carga axial obtenida como la señal Sfu en par en
base al ángulo helicoidal de los engranajes helicoidales, y produce
una señal de par indicativa del par.
La unidad de cálculo 131 representada en la
figura 15 detecta una magnitud y dirección de transmisión del par en
base a la señal Sfd o Sfu del primer instrumento de medición 103 o
el segundo instrumento de medición 113, y envía una señal de
detección (es decir par señal) a la unidad de control 9 como una
señal de realimentación, controlando por ello el motor 30
(representado en la figura 3) y/o el motor 70, por lo que es
posible que el vehículo híbrido sea movido eficientemente.
Como se ha descrito hasta ahora, solamente una
unidad de detección de par 132 constituida por los instrumentos de
medición primero y segundo 103 y 113 alojados en el contraeje 75
puede detectar fácilmente tanto (1) el par para mover el vehículo
híbrido a un mayor velocidad usando el motor 30 y el motor 70, como
(2) el par inverso para mover el vehículo híbrido hacia adelante a
una velocidad reducida. Por lo tanto, la unidad de detección de par
132 de la invención es muy adecuada para instalación en el vehículo
híbrido.
En la realización anterior, (1) la unidad de
detección de par 132 no es aplicable solamente a la configuración
para la unidad de cálculo 131 para convertir en par la carga axial,
medida por los instrumentos de medición primero y segundo 103 y
113, sino también a una configuración modificada representada en la
figura 18, por ejemplo. En otros términos, la unidad de cálculo 131
no siempre es necesaria.
La figura 18 es un diagrama de circuito de una
unidad de detección de par modificada 132 de la invención, en la que
ambos instrumentos de medición primero y segundo 103 y 113 generan
señales Sfd y Sfu indicativas de cargas axiales medidas y las
envían directamente a la unidad de control 9.
Las señales de medición Sfd y Sfu se generan por
la unidad de detección de par 132 en base a las cargas axiales
medidas y el par. Por lo tanto, estas señales se pueden utilizar
como la señal de ``cargas axiales'' y la señal de ``par'' aunque no
sean convertidas por la unidad de cálculo 131 (representada en la
figura 15).
(2) Cada uno de los engranajes sexto, octavo y
noveno 72, 74 y 76 puede ser integral con o estar fijado al
contraeje 75 a condición de que pueda proporcionar al contraeje 75
no sólo par, sino también la carga axial generada cuando estén
enganchados entre sí.
(3) Los instrumentos de medición primero y
segundo 103 y 113 pueden ser sensores de deformación magnéticos,
galgas de deformación o sensores piezo tipo a condición de que
puedan medir las cargas axiales aplicadas al contraeje 75.
(4) La unidad de cálculo 131 se puede disponer en
la unidad de control 9 o en el sensor de par 90.
(5) La unidad de detección de par 132 es
aplicable no sólo a detección de par en un sistema de transmisión
de potencia del vehículo híbrido 1, sino también a detección de par
en otros varios dispositivos.
(6) La unidad de detección de par 132 puede
incluir el primer instrumento de medición 103 o el segundo
instrumento de medición 113.
En resumen, un objeto es hacer compacta una
unidad de detección de par.
Por lo tanto, una unidad de detección de par
incluye un contraeje 75, engranajes helicoidales 72, 74 y 76 para
proporcionar al contraeje 75 no sólo par, sino también carga axial
generada por engranajes enganchados, e instrumentos de medición de
carga axial 103 y 113 dispuestos coaxialmente con el contraeje 75
para regular el movimiento axial del contraeje 75 y para medir la
carga axial.
Claims (2)
1. Una unidad de detección de par que incluye: un
contraeje (75), engranajes helicoidales (71, 72, 73, 74, 76, 77)
para proporcionar a dicho contraeje (75) no sólo par, sino también
carga axial generada por enganche mutuo; y medios medidores de
carga axial (103, 113) dispuestos coaxialmente con y alojados al
menos en parte en dicho contraeje (75) al objeto de regular el
movimiento axial de dicho contraeje (75) y medir la carga
axial.
2. La unidad de detección de par de la
reivindicación 1, donde cojinetes de empuje (101, 111) están
interpuestos entre dicho contraeje (75) y dichos medios medidores
de carga axial (103, 113).
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