ES2235503T3

ES2235503T3 - Transmisiones epiciclicas infinitamente variables.

Info

Publication number: ES2235503T3
Application number: ES99942011T
Authority: ES
Inventors: John R. Bode; A. Keith Miller; Mark R. Vaughn
Original assignee: Veritran Inc
Current assignee: Veritran Inc
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2005-07-01
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: EP1102940A1; MXPA01001304A; DE69921827T2; EP1102940B1; CA2338868C; US6497634B1; ATE282163T1; AU5547899A; WO2000011371A1; EP1102940A4; CA2338868A1; DE69921827D1

Abstract

Aparato de transmisión continuamente variable (figuras 1-10) que tiene un eje geométrico central y un eje de entrada (52) con capacidad de rotación a una velocidad de rotación de entrada y un eje de salida (20) rotativo con una determinada velocidad de rotación de salida: un soporte (28) para los satélites montado sobre dicho eje de entrada (52); una rueda planetaria (26) montada sobre dicho eje de salida (20); una serie de elementos de rotación de entrada (36) conectados con capacidad de rotación a dicho soporte de satélites (28) para su rotación a la velocidad de los satélites; y una serie de ruedas dentadas satélite (32) acoplable con dicha rueda dentada planetaria (26) y montada con capacidad de rotación sobre dicho soporte (28) de satélites para girar a la velocidad de satélites con respecto a dicho soporte de satélites; caracterizado por: medios (30) para transferir par motriz de dichos elementos de rotación de entrada (36) a ruedas dentadas correspondientes de dichas ruedas dentadasplanetarias (32); medios (38) para transferir par motriz de dicho soporte (28) de satélites a dichos elementos (36) de rotación de entrada para provocar que dichos elementos de rotación de entrada provoquen la rotación con respecto a dicho soporte (28) de satélites, provocando de esta manera el giro de dichas ruedas dentadas satélites (32) a la velocidad de rotación satélite, cuando dicho soporte de satélite es obligado a girar por la acción de dicho eje de entrada (52); y medios, que comprenden un elemento (41) no rotativo de geometría variable, destinado a modificar selectivamente la velocidad de rotación de dichos elementos de rotación de entrada (36) al variar el radio de acción; de manera que dicho eje de entrada (52) imparte par motriz a dicho soporte de planetario (28) haciendo girar por lo tanto dichos elementos de rotación de entrada (36) alrededor de dicho eje central, y de manera que modificando dicha velocidad de rotación de dichos elementos de rotación de entrada se modifica lavelocidad de rotación de satélites para invertir la velocidad de rotación de salida.

Description

Transmisiones epicíclicas infinitamente variables.

Antecedentes de la invención Sector técnico al que pertenece la invención

La invención se refiere en general a transmisiones de potencia, particularmente a transmisiones continuamente variables, y más específicamente a transmisiones que se usan en máquinas rotativas que requieren par de salida y velocidad de salida continuos y ajustables infinitamente, manteniendo casi constante la velocidad de rotación del accionador primario de entrada.

Técnica anterior

Durante casi un siglo se ha intentado conseguir una transmisión continuamente variable adecuada para aplicaciones de automoción. Incluso ha sido reconocido extensamente, que los vehículos impulsados por pedales funcionarían más eficientemente si la velocidad de rotación de la rueda de propulsión de contacto con el suelo, fuera variada de manera tal que la velocidad de rotación de entrada del pedal permaneciera casi constante, independientemente de la pendiente de la trayectoria. Las herramientas diseñadas para eliminar materiales en los procedimientos de fabricación (tornos, taladradoras, fresadoras, ranuradoras y similares) se benefician frecuentemente de la selección precisa de la velocidad de la herramienta en la zona de contacto con la pieza a trabajar. Por razones de eficiencia de energía y coste, tales herramientas son accionadas típicamente por motores eléctricos síncronos. Tanto las fuentes de energía para las máquinas (tales como motores eléctricos o motores de combustión interna)como la propulsión humana, trabajan más eficientemente a velocidades de rotación fijas o dentro de un rango limitado; sin embargo la aplicación final de la potencia de la impulsión requiere usualmente un rango más amplio o diferente de velocidades. Para todas las aplicaciones, ya sea para un equipo impulsado por máquina o vehículos impulsados por el hombre, no se ha conseguido todavía un dispositivo de transmisión que combine las características deseables de elevado par, alta eficiencia, tamaño compacto, peso ligero y costo de fabricación competitivo.

Técnica anterior

Comúnmente, el ajuste de la velocidad es normalmente realizado por el uso de dispositivos de control, que incorporan numerosos elementos de relación de transmisión fija, selectivos y discretos (usualmente engranajes).

Los sistemas de control de velocidad continuamente variable (transmisiones) son un medio alternativo para el ajuste de la velocidad, aunque tienden a ocupar grandes volúmenes, son pesados, frecuentemente usan algún tipo de sistema de correa para ajustar la velocidad, o usan trinquetes complicados o mecanismos de embragues limitadores. La mayor parte de sistemas de control de velocidad de tipo continua ofrecen la capacidad de producir velocidad ajustable en solo una dirección y requieren un embrague para desacoplar el accionado primario con respecto a la salida. Generalmente, todos los sistemas de control de velocidad variable conocidos tienen una limitada capacidad de transferencia de potencia limitada.

Las aplicaciones de potencia elevada, que usualmente comportan un rango limitado de variación de la velocidad, tal como en equipos para la construcción y para la agricultura, se obtienen comúnmente usando mecanismos hidrostáticos que trabajan en regímenes elevados de presión de fluido y caudal reducido, o convertidores hidráulicos de par que funcionan en condiciones de presión baja y caudal de fluido elevado, o transmisiones diferenciales de deslizamiento limitado, todos los cuales presentan pérdidas significativas de energía. Las transmisiones continuamente variables tienen aún que estar adecuadamente integradas en aplicaciones de potencia elevada/velocidad elevada, tales como los vehículos a motor normales. Las transmisiones continuamente variables existentes hasta la fecha aún tienen que superar aproximadamente potencias de 150 hp.

Transmisiones Continuamente Variables en comparación con transmisiones Infinitamente Variables

Se han propuesto varios dispositivos para lograr velocidad de salida continuamente variable, algunos de los cuales incluyen capacidad de variación infinita. Una transmisión "continuamente variable" es una transmisión en la cual la relación entre la velocidad de rotación de salida respecto a la velocidad de rotación de entrada se puede variar continuamente desde un primer valor a un segundo valor, teniendo ambos valores el mismo signo algebraico. Una transmisión continuamente variable puede también incluir un engranaje de marcha atrás separado, accionado separadamente, que tiene un signo algebraico diferente del primer y segundo valores. Una transmisión "infinitamente variable" es una transmisión en la cual la relación de la velocidad de rotación de salida respecto a la velocidad de rotación de entrada puede ser variada continuamente desde un primer valor a un segundo valor en donde el primer y segundo valores pueden tener signos algebraicos diferentes. Por lo tanto, la transmisión "infinitamente variable" incluye la condición "infinita" en la que la relación de la velocidad de rotación de entrada respecto a la velocidad de rotación de salida es indeterminada, es decir, infinita. Por lo tanto, las transmisiones "infinitamente variables" se pueden caracterizar como una subclase de transmisiones "variables de modo continuo", por el hecho de que ambas clases tienen la capacidad de controlar de manera continua velocidades de salida con una velocidad de rotación de entrada que, de modo general, es fija. No obstante, las transmisiones infinitamente variables ofrecen una gama más amplia de capacidad y de aplicaciones debido a su posibilidad de llevar las velocidades de salida a un valor casi nulo, generando teóricamente pares de salida que se aproximan a infinito, limitado solamente por el deslizamiento o capacidad de soporte de cargas de los componentes internos.

Clases de transmisiones variables Continuamente/Infinitamente

Tanto las transmisiones variables continuamente como las transmisiones variables infinitamente se pueden clasificar en cinco tipos.

El primer tipo, que es el más antiguo y probablemente el más extensamente utilizado, incluye dos poleas de paso variable conectadas por una correa con disposición para variación de los diámetros de las poleas y, por lo tanto, de la proporción o relación de velocidad. Si bien estos dispositivos son eficaces, de manera característica tienen un elevado volumen y peso, y una limitada gama de variación de velocidad. Se han introducido, como mínimo, dos variantes mejoradas importantes en este concepto básico de polea doble de paso variable. El componente limitador de potencia de este diseño es típicamente o bien el hecho de que la correa alcanza el límite de su resistencia a la tracción, o la fricción entre la correa y la polea de diámetro más reducido. En un dispositivo que se ha dado a conocer en la Patente USA No. 3.720.113 de Van Dome, la correa es cambiada de transferencia de par por tracción a transferencia de par por compresión. En el dispositivo Van Dome, unos enlaces de compresión son transportados por una serie de bandas delgadas, adaptándose los eslabones entre sí para formar una barra semirrígida entre las dos poleas de paso variable. La modalidad de fallo para la cinta sinfín se cambia de fallo por tracción a inestabilidad de flexión de los eslabones, o fallo del material por compresión, permitiendo ambos potencialmente una carga superior a la que se puede conseguir por un elemento de tracción. No obstante, la gama de ajuste de velocidades es limitada.

Una segunda variante principal se ha designado como impulsión de velocidad variable de tipo Variable de Modo Infinito Positivamente (PIV) que se utiliza de manera rutinaria en aplicaciones industriales. Dentro de la definición utilizada en esta descripción la designación PIV es poco adecuada porque los dispositivos de control de velocidad no tienen una gama de velocidades en las que la salida se pueda variar de manera continua a un signo algebraico negativo. Una característica del sistema PIV es la sustitución de la correa por una cadena sinfín, en la que cada eslabón de la cadena contiene una serie de varillas que se adaptan transversalmente, las cuales establecen contacto con los bordes de poleas que contienen ranuras radiales en las caras de contacto. Este diseño elimina el deslizamiento entre los elementos de tipo correa sinfín que transfieren el par y las poleas de acoplamiento variable. Si bien se ha informado de gamas de variación de velocidad elevadas del orden de 6 en los dispositivos mencionados, las potencias nominales se encuentran de manera típica por debajo de los 30 hp.

Un segundo tipo de transmisión continuamente variable comprende dispositivos de impulsión de tracción o fricción de contacto único que utilizan diferentes sistemas que se basan en fricción de contacto por rodadura metal con metal, utilizando en algunos casos el efecto de cizalladura de lubrificantes como mecanismo de tracción. Se incluyen en todo los dispositivos de este tipo, los dispositivos de cono sobre cono, en los que dos conos, cada uno de ellos de paso igual y opuesto, establecen contacto entre sí en puntos individuales pero de manera tal que la circunferencia sumada del conjunto combinado es constante. Se han mostrado variantes y ejemplos de este tipo en las patentes USA No. 4.392.394 de Hofbauer y en la Patente USA No. 5.433.675 de Kraus.

Otro ejemplo de transmisión continuamente variable es el tipo de bola y disco. En este tipo de mecanismo de impulsión, el eje de rotación de un elemento de bola se encuentra usualmente formando ángulo recto con respecto al eje de rotación de un elemento de disco. El elemento de bola, que está obligado a tener una superficie de rotación, está dispuesto de manera que cuando es presionado contra el elemento de disco rotativo, el elemento de bola es impulsado por el disco. Al desplazar el elemento de bola a lo largo de un radio del elemento de disco, se puede obtener una velocidad de impulsión variable desde el elemento de bola. La eficacia de estos mecanismos depende en gran medida de la calidad del contacto entre los dos elementos de tracción, de la limpieza de las superficies y el grado de desgaste de cada uno de los elementos. Si bien se puede conseguir una sustancial variación de velocidad, estos dispositivos muestran gamas de potencia limitadas de manera típica a pocos caballos y tienen un mantenimiento dificultoso.

El tercer tipo de dispositivos de velocidad ajustable de manera continua son dispositivos de impulsión hidráulicos, de manera típica motores de impulsión de tipo hidráulico que utilizan bombas de desplazamiento variable. Estos dispositivos se designan como dispositivos de impulsión hidrostáticos porque funcionan a elevadas presiones de fluido pero con desplazamiento reducido. Otros dispositivos de impulsión de tipo hidráulico de velocidad variable combinan ambos juegos de engranajes y el mecanismo de impulsión hidráulica para permitir una capacidad infinitamente variable. Se dan a conocer ejemplos en la Patente USA No. 5.624.015 de Johnson y en la Patente USA 5.396.768 de Zulu. Estos dispositivos se han mostrado fiables para potencias elevadas y elevado par motor, pero a expensas de un rendimiento muy bajo.

El cuarto tipo de control de velocidad variable de forma continua es el de la categoría general de dispositivos de impulsión de tipo intermitente o de trinquete. Estos dispositivos de accionamiento que se dan a conocer, por ejemplo, por Pires (Patente USA No. 5.1334.115), Gogins (Patente USA No. 4.116.083, No. 4.194.417, No. 4.333.555, No. 4.936.155, y No. 5.392.664), y Mills (Patente USA No. 5.632.702), se caracterizan por ser completamente mecánicos y funcionar al generar una oscilación de amplitud variable al colocar anillos de control o levas excéntricamente y con respecto a la entrada del impulso. En general, una serie de posiciones excéntricas son utilizadas para una única revolución del eje de entrada con brazos de conexión que transfieren la parte dirigida hacia adelante del movimiento oscilante generado en cada brazo hacia un engranaje de salida con intermedio de embragues de un solo sentido u otros dispositivos de diodo mecánico. Para reducir las variaciones de par motor de salida, estos dispositivos utilizan de manera típica un número creciente de elementos oscilantes, y enlaces auxiliares para suavizar el movimiento rectificado hasta un nivel aceptable para una aplicación determinada.

Las aplicaciones que se describen y se reivindican en el presente documento, están comprendidas en general dentro de un amplio quinto tipo de mecanismos de control de velocidad continuamente variable que se caracterizan en general por la utilización de uno o varios dispositivos de engranajes epicicloidales. Algunos dispositivos conocidos de este tipo contienen elementos de impulsión intermitente y de control epicicloidal, por ejemplo, el dispositivo de la Patente USA No. 5.334.115 de Pires. El elemento común de control en este tipo de transmisión consiste en los movimientos únicos asociados con sistemas epicicloidales. Una distinción significativa entre la presente invención y las diferentes versiones conocidas de esta categoría de transmisiones es la forma en la que el movimiento de salida es conectado a la extrada, y los medios por los cuales la fuerza de rotación es impartida a cada uno de los componentes epicicloidales. Asimismo, se debe observar en alguna versión específica si el portador planetario ("spider"), los conjuntos planetarios, el anillo dentado circundante, la rueda satélite, o bien ruedas satélite auxiliares, que se acoplan y circulan alrededor de una parte de la circunferencia de conjuntos planetarios, interaccionan y cómo lo hacen. Muchos de los dispositivos conocidos se basan en algún tipo de dispositivo de fricción para crear un cambio de velocidad que a continuación es amplificado, o suavizado por el sistema epicicloidal.

A título de ejemplo, las siguientes Patentes USA describen varios sistemas de tipo epicicloidal: Patente USA nº 5.632.703 de Wilkes y otros; Patente USA nº 1.445.741 de Blackwell; Patente USA nº 2.745.297 de Andrus; Patente USA nº 2.755.683 de Ryan; Patente USA nº 3.251.243 de Kress; Patente USA nº 3.503.279 de Sievert y otros; Patente USA nº 3.861.485 de Busch; Patente USA nº 4.599,916 de Hirosawa; Patente USA nº 4.546.673 de Shigematsu; Patente USA nº 4.644.820 de Macey y otros; Patente USA nº 4.672.861 de Lanzer, Patente USA nº 5.215.323 de Cowan; Patente USA nº 3.944.253 de Ripley; Patente USA nº 5.121.936 de Smirl; y Patente USA nº4.706.518 de Moroto. En la Patente USA nº 5.360.380 de Nottle, se ha descrito un mecanismo de reducción de velocidad de tipo epicicloidal que se dice que produce una velocidad de salida variable sin utilizar correas de transmisión y poleas variables o dispositivos de fricción.

De la Patente USA nº 4.567.789 que representa la técnica anterior más próxima a la actual, se conoce un aparato de transmisión continuamente variable que tiene un eje central y un eje de entrada rotativo a una velocidad de rotación de entrada y un eje de salida rotativo a una velocidad de rotación de salida,

un soporte satélite sobre dicho eje de entrada;

una rueda planetaria sobre dicho eje de salida;

una serie de elementos de rotación de entrada conectados de forma rotativa a dicho soporte de satélites para la rotación a la velocidad de los satélites; y

una serie de ruedas satélite acoplables con dicha rueda planetaria y montadas con capacidad de rotación sobre dicho soporte de satélites a efectos de girar a la velocidad de satélites con respecto a dicho portador.

La Patente USA nº A 4.567.789 da a conocer las características del preámbulo de las reivindicaciones 1, 2 y 6, respectivamente.

Características de la invención

En esta solicitud se describen varias realizaciones de la invención. Todas éstas son capaces de variar la velocidad y el par de manera continua con velocidades hacia delante, neutral o punto muerto, y hacia atrás o de inversión, mientras que el eje de entrada permanece constante en velocidad de rotación y dirección. Cada uno de los dispositivos comparte: 1) las características muy deseables con respecto al carácter compacto tanto en anchura como en diámetro; 2) utilización de componentes de engranajes epicicloidales eficaces para conseguir las características de proporción de engranajes infinitamente variables; 3) características integrales que permiten el control de velocidad directo e independiente de los elementos planetarios accionados desde el eje de entrada; 4) ejes alineados de forma coaxial de entrada y salida; y 5) un número relativamente reducido de componentes que permite conseguir una fabricación económica y fiable.

La diferencia principal entre las realizaciones de la invención consiste en los medios en los que se consigue el control de velocidad independiente de las ruedas dentadas satélite, para lo cual se han representado tres medios principales. El primer medio consiste en una correa en forma de serpentina o mecanismo de cadena en la que las ruedas satélites son accionadas directamente mediante poleas con correa o piñones con cadena y una cinta o cadena sinfín queda configurada en disposición de serpentina alrededor de tres dispositivos de impulsión satélites y un elemento de polea de paso variable fija en rotación y en disposición central. El dispositivo de accionamiento de cadena permite aplicaciones de fuerzas significativamente más elevadas que la versión de correa sinfín, pero no es ajustable de manera continua (en vez de ello es ajustable por incrementos a valores enteros del paso de la cadena). En disposición central con respecto al dispositivo de impulsión de cadena se encuentra un elemento de polea mecánica "iris" que se puede expansionar o contraer a diferentes diámetros que corresponden a los valores incrementales enteros del paso de la cadena, soportando una cadena de ajuste o una banda de interfaz con salientes en situación de tracción con la cadena de impulsión y un mecanismo para la extensión y retracción de la cadena de ajuste o banda de interfaz con salientes. En esta descripción y en las reivindicaciones, una banda de interfaz dotada de salientes es funcionalmente equivalente a una cadena articulada para servir como cadena de ajuste.

El segundo medio no se basa ni en correas ni en cadenas para el control de velocidad, utilizando en vez de ello un conjunto de pistas cónicas partidas, alineadas coaxialmente con los ejes de entrada y salida, que proporcionan control de tracción y de posición a rodillos montados sobre brazos basculantes alineados coaxialmente con cada una de las ruedas satélite y fijados al soporte del satélite. Se disponen medios de control para desplazar las pistas cónicas partidas una con respecto a otra en dirección axial, las cuales, por medio de rodillos acoplados y ruedas dentadas satélites auxiliares engranadas con cada satélite, controlan la velocidad de las ruedas dentadas satélite. El diseño permite la transferencia de pares de fuerzas muy elevados al eje de salida con intermedio de una amplia gama de variación de velocidad por la adición de un número superior de brazos basculantes y elementos satélite que proporcionan múltiples puntos de acoplamiento entre rodillos y las pistas, así como el posicionado de los brazos, de manera que tiene lugar el autobloqueo entre rodillos y pistas al aumentar el par de salida.

Los terceros medios que no forman parte de la presente invención combinan la potencia de los dispositivos de accionamiento primarios, uno de los cuales o ambos tienen capacidad de ajuste de velocidad. El diseño de entrada doble permite la alineación coaxial del eje de entrada desde uno de los dispositivos accionadores primarios con el eje de salida, pero requiere el desplazamiento de la entrada del segundo dispositivo de accionamiento primario.

Otros objetivos, ventajas y características nuevas y ámbito de aplicabilidad de la presente invención se establecerán en parte en la descripción detallada siguiente, que hace referencia a los dibujos adjuntos, y en parte quedarán evidentes a los técnicos en la materia después del examen de la descripción siguiente o se podrán aprender por la práctica de la invención. Los objetivos y ventajas de la invención se pueden llevar a la práctica y se pueden conseguir por medio de los conjuntos de equipos y combinaciones indicadas de manera específica en las reivindicaciones que se adjuntan.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos que se incorporan en la presente descripción, formando parte de la misma, ilustran varias realizaciones de la presente invención y conjuntamente con la propia descripción sirven para explicar los principios de la invención. Los dibujos tienen solamente el objetivo ilustrativo de una realización preferente de la invención y no se tienen que considerar como limitadores de la misma. En los dibujos:

La figura 1 es una vista en perspectiva de una primera realización del aparato de la invención, que muestra la utilización de una correa sinfín en forma de serpentina y una polea de paso variable como componentes mediante los cuales se consigue el control de velocidad independiente;

La figura 2 es una vista lateral en sección de la realización mostrada en la figura 1, sustancialmente según la línea de corte A-A de la figura 3;

La figura 3 es una vista frontal de la realización mostrada en la figura 1:

La figura 4 es una vista en perspectiva de una variante de la realización mostrada en la figura 1, que muestra una cadena en lugar de una correa y un mecanismo de polipasto ajustable en lugar de una polea de paso variable;

La figura 5 es una vista en perspectiva a mayor escala de los elementos del polipasto de la realización mostrada en la figura 4, mostrando el polipasto en una primera posición de diámetro efectivo reducido;

La figura 6 es una vista en perspectiva de los elementos mostrados en la figura 5, mostrando el polipasto en una segunda posición con un diámetro efectivo comparativamente incrementado;

La figura 7 es una vista en perspectiva y en sección de una segunda realización de la invención, mostrando una utilización de rodillos de contacto y una pista cónica partida como componentes mediante los cuales se consigue el control de velocidad independiente;

La figura 8 es una vista lateral en sección de la realización mostrada en la figura 7 esencialmente a lo largo de la línea de corte A-A de la figura 9;

La figura 9 es una vista frontal en sección de la realización mostrada en la figura 7, sustancialmente según la línea de corte B-B de la figura 8;

La figura 10 es una vista lateral en sección de una variante de la realización mostrada en la figura 7, mostrando las pistas cónicas situadas radialmente en el interior con respecto a los rodillos de contacto como medida de ahorro de espacio y;

La figura 11 es una vista lateral en sección de una tercera realización que no forma parte de la presente invención, que muestra la utilización de ejes de entrada dobles.

Descripción de las realizaciones preferentes (mejores formas de llevar a cabo la invención)

La invención tiene varias realizaciones deseables. Todas las realizaciones ofrecen la ventaja de su simplicidad, carácter compacto y fiable. Todas las realizaciones son capaces de variar de manera continua la velocidad de salida y el par de salida en situaciones de marcha hacia adelante, neutral o punto muerto y marcha atrás, mientras que el eje de entrada permanece constante en velocidad de rotación y en dirección. Entre otras características compartidas por las diferentes realizaciones se encuentran el carácter compacto de la anchura y el diámetro; utilización eficaz de componentes de ruedas dentadas epicicloidales para conseguir una proporción de ruedas infinitamente variable, componentes integrales que permiten el control directo de la velocidad independiente de los elementos satélites impulsados desde el eje de entrada, ejes de entrada y salida alineados coaxialmente, y un número relativamente reducido de componentes para conseguir una fabricación económica y fiable. El aparato objeto de la invención presenta el control independiente de diferentes componentes de sistemas de ruedas dentadas epicicloidales para conseguir velocidades de salida que se pueden variar selectivamente y de forma continua de marcha hacia adelante, pasando por punto muerto o neutral y a continuación marcha atrás (y viceversa). Debido a la simplicidad, carácter compacto y alta capacidad de transmisión de par, la invención que se da a conocer tiene muchas aplicaciones que no se pueden conseguir de manera inmediata con otras transmisiones variables de manera continua.

Una realización de la invención, que presenta una correa sinfín compacta en forma de serpentina, es la mostrada en las figuras 1-3. Los componentes principales de esta realización comprenden el eje de entrada (52) que es el componente mediante el cual se facilita la fuerza de entrada al aparato de la invención, el soporte (28) de satélite fijado con capacidad de rotación sobre el eje de entrada, el tubo de soporte (50) dispuesto coaxialmente alrededor del eje de entrada, una serie de elementos de rotación de entrada (habitualmente un mínimo de tres) (preferentemente poleas satélites -36-) dispuestos sobre el soporte de satélites, una polea de paso variable (41) que tiene dos discos (42) y (46) y una correa (38) dispuesta en forma de serpentina entre las poleas satélite y la polea de paso variable. La correa (38) sirve por lo tanto como medio para transferir par de fuerzas desde el soporte de satélites a los elementos (36) de rotación de entrada de la popela satélite. También es importante para la realización de la invención, una serie de ruedas dentadas satélite (32) montadas sobre respectivos ejes satélite (30) montados con capacidad de rotación sobre el soporte de satélites (28), y el eje de salida (20) sobre el que está fijada la rueda dentada planetaria (26). Los dientes de la rueda dentada (26) engranan con los dientes de las ruedas dentadas satélite (32). De acuerdo con ello la serie de ruedas dentadas satélite (32) están montadas con capacidad de rotación sobre el soporte de satélites (28) para girar a una velocidad de rotación de satélites con respecto al soporte de satélites, siendo las ruedas dentadas satélites acoplables asimismo con la rueda planetaria (26). Mediante estos componentes y otros que se describirán, se transmite energía en rotación desde el eje de entrada (52) al eje de salida (20) de manera controlable de manera variable tal como se indicará más adelante.

Se hará referencia continuada y combinada a las figuras 1-3. En esta realización la potencia de entrada aplicada como rotación al eje de entrada (52) impulsa el soporte de satélites (28). El eje de entrada (52) está montado con capacidad de rotación en el cuerpo (54) del aparato mediante los cojinetes (24). La rotación impartida al soporte de satélites (28) por el eje de entrada (52) provoca que las tres poleas satélites (36) giren alrededor del eje central definido en general por el eje de entrada (52). Los correspondientes ejes satélites (30) conectan las tres poleas satélites (36) al soporte de satélites (28). Las poleas satélites (36) están fijadas sobre los ejes satélites (30), pero los ejes (30) están soportados sobre cojinetes asociados (34) en el soporte de satélites (28), de manera que los ejes (30) giran a la velocidad de rotación de los satélites con respecto al soporte (28). Los ejes satélites (30) están preferentemente dispuestos de forma equidistante alrededor de la circunferencia del soporte de satélites (28) que tiene una forma general parecida a un disco, en disposición próxima a su periferia.

Asimismo, fijados con capacidad de rotación sobre los ejes satélite (30) se encuentran las ruedas satélite (32), de manera correspondiente en número y posición radial con las poleas satélite (36). Dado que las poleas satélite (36) y las ruedas dentadas satélite (32) están fijadas a ejes comunes (30), la rotación de las poleas (36) tiene como resultado la rotación de las ruedas satélite (32) a la misma velocidad de rotación satélite. De este modo la serie de poleas satélite (36) están montadas con capacidad de rotación sobre el soporte de satélites (28) y conectadas asimismo a las ruedas dentadas satélite (32) para girar con las ruedas dentadas satélite a la misma velocidad de rotación satélite.

El control del aparato se consigue al accionar el elemento de polea central fijada con capacidad de rotación, siendo una polea partida (41) de paso variable que comprende dos componentes, un disco fijo (42) y un disco ajustable axialmente (46). Montado en el tubo de soporte (50) se encuentran elementos que definen la polea (41) de paso variable fija en rotación, que comprende el disco fijo (42) y el disco cónico ajustable axialmente (46). Asimismo, montado sobre el tubo de soporte (50) se encuentra un disco hueco de ajuste (48) u otro medio para el desplazamiento axial del disco ajustable (46) a posiciones seleccionadas. Ambos los discos (42) y (46) de la polea (41) de paso variable están fijados en cuanto a rotación sobre el tubo de soporte (50) dispuesto centralmente. El disco fijo (42) está fijado al tubo de soporte (50) por un fileteado de rosca u otros medios, mientras que el disco (46) ajustable axialmente está acoplado mediante chaveta en el tubo de soporte (50), teniendo capacidad de movimiento axial libre con la colocación axial y movimiento controlado selectivamente por medio de un disco de acoplamiento (48). El disco de acoplamiento (48) está roscado sobre el tubo de soporte (50) y es girado, por ejemplo, por medio de brazos salientes (40). Otros diferentes modos conocidos de ajustar de manera controlable la posición axial del disco ajustable (46) con respecto al disco fijo (42) son adecuados para su utilización en la invención, incluyendo dispositivos de fuelle, pistón hidráulico, enlaces mecánicos y similares. Una correa sinfín (38) flexible, sustancialmente no extensible, conecta cada una de las poleas satélite (36) al discurrir sobre la circunferencia externa de cada polea satélite (36) y alrededor de la polea partida variable que tienen los discos (42) y (46) en la disposición de serpentina mostrada en la figura 3.

La correa sinfín en forma de serpentina (38) se acopla a las poleas satélite (36) y los discos situados centralmente (42), (46) de la polea de paso variable (41). Una cadena sinfín puede ser utilizada en lugar de una correa en realizaciones alternativas (figura 4). Tal como se aprecia mejor en las figuras 1 y 3, la correa (38) está dispuesta de forma especial en el aparato. Si la correa (38) se caracteriza como bucle cerrado que tiene una superficie o cara interna, y una superficie o cara externa, la superficie externa establece contacto solamente con los discos (42), (46) de la polea (41) de paso variable. El interior de la correa (38) establece contacto con las poleas satélite (36). Haciendo referencia a la figura 3 se observará, que durante el funcionamiento de la invención, la superficie interna de la correa (38) se acopla sobre un sector arqueado (por ejemplo, entre aproximadamente 120º y 180º) de la cara circunferencial de trabajo de cada una de las poleas satélite (36), mientras que la superficie externa de la correa (38) establece contacto con las superficies de trabajo de los discos (42), (46), en especial la cara cónica del disco ajustable (46). No obstante, tal como se describirá adicionalmente, la correa (38) se desplaza alrededor de la polea de paso variable (41) de manera tal, que proporciona un contacto constante entre la correa y la polea de paso variable, pero en sectores sucesivamente distintos de los discos (42), (46).

Una polea tensora (58) se acopla también a la correa (38) y, bajo la acción antagonista de un resorte (39), sirve como elemento acompañador libre para mantener la tensión de la correa (38) de manera convencional.

Se pueden utilizar varios tipos de correas sinfín (38) junto con sus poleas acopladas (36) y (41) apropiadas, incluyendo correas redondas, tal como se ha mostrado en las figuras 1-3, correas con caras dotadas de salientes que se acoplan con poleas dotadas de salientes, y correas en forma de V que se acoplan con la polea de ajuste variable (42), (46) o correas en doble V con una cara acoplada a las poleas satélite con ranura en V y la otra cara en V acoplada con la polea de paso variable (41).

De modo adicional, se observará que las realizaciones alternativas tales como la que se ha observado en la figura 4 puede utilizar un bucle de cadena en lugar de una correa sinfín. De este modo, en la descripción y en las reivindicaciones, si no se indica de otra forma, el término "correa" incluirá otros componentes en forma de bucle flexibles, particularmente cadenas. De manera similar, realizaciones alternativas que utilizan una cadena en vez de una correa pueden utilizar piñones dentados en lugar de las poleas (42), (46) y (36), también como se ha indicado de manera general en la figura 4. Por lo tanto, en esta descripción y en las reivindicaciones, si no se indica de otra manera, el término "polea" se interpretará que incluye un piñón que sirve una función equivalente.

El lado de salida del aparato comprende la rueda dentada planetaria (26) que está fijada de forma rotativa sobre el eje de salida (20). El eje de salida está montado de forma rotativa en el cuerpo (54) del aparato por los cojinetes (24), de manera que el eje de salida (20) es libre de girar con respecto al cuerpo (54). Los dientes exteriores de la rueda planetaria (26) engranan con los dientes de las varias ruedas satélite (32), siendo este engrane el medio mecánico por el que se transmite fuerza desde el soporte de satélites (28) a la rueda dentada planetaria (26).

De acuerdo con lo anterior, el aparato de la primera realización se caracteriza por un tren de engranajes epicicloidales incluyendo el soporte de satélites central (28) accionado, con intermedio del eje de entrada (52), por el dispositivo de accionamiento primario a una velocidad de rotación de entrada (w_{i}). Una serie de juegos de satélites, preferentemente tres, formado cada uno de ellos por una polea satélite (36) y una rueda dentada satélite (32) fijada sobre un eje satélite asociado (30), son soportados en cojinetes correspondientes (34) dispuestos en el soporte de satélites (28) y separados a intervalos equiangulares. Dado que cada par de polea satélite (36) y rueda satélite (32) está fijado a un eje satélite común (30), giran a una velocidad común. Cada una de las tres ruedas satélite (32) se acopla con la rueda planetaria de salida (26) que está fijada al eje de salida (20) que gira a la velocidad de rotación de salida (w_{o}). El eje de salida (20) está soportado con intermedio del cuerpo de la transmisión (54) por cojinetes (24) y fijado por casquillos (22). El tubo de soporte (50) está fijado de manera permanente al cuerpo de la caja de transmisión (54) y aloja el cojinete (24) a través del cual gira el eje de entrada (52) al extenderse hacia el soporte de satélites (28) y estando fijado de manera permanente al mismo.

Durante el funcionamiento del aparato, mientras se imparte rotación al soporte de satélites (28) por la acción del eje de entrada (52), la velocidad y dirección de rotación del eje de salida (20) se ajusta de manera controlable manipulando la polea de paso variable (41) constituida por los dos discos (42), (46). El operador controla el movimiento axial del disco ajustable (46). Al desplazarse el disco cónico axialmente ajustable (46) a las proximidades del disco fijo (42), el diámetro efectivo de la polea de paso variable que se acopla con la superficie externa de la correa sinfín (38) aumenta. El cambio de diámetro efectivo de la polea de paso variable (41) efectúa un cambio en la velocidad a la que la correa (38) gira alrededor de la polea, la cual a su vez es traducida en un cambio de velocidad en el que las poleas satélite (36) y las ruedas dentadas (32) giran alrededor del eje del central definido por el eje de entrada (52).

La potencia de entrada es proporcionada al eje de entrada (52) a una velocidad de rotación de entrada fija (w_{i}), que gira el soporte de satélites (28) a la velocidad de entrada. En ausencia de la correa sinfín (38) que conecta operativamente las poleas satélite (36) a la polea de paso variable fijada en rotación (41), no se transferiría par de fuerzas alguno a la rueda satélite de salida (26). Cada uno de los ejes satélite (30) y rueda dentada satélite (32) podría girar libremente a la velocidad de rotación libre, simplemente discurriendo alrededor de la periferia de una rueda satélite sin movimiento (26). La correa sinfín (38) proporciona el par motriz que controla la velocidad de rotación satélite de las poleas satélite (36) y, por lo tanto, también las ruedas dentadas satélite (32), para que sean más lentas que la velocidad de rotación libre o más rápidas que dicha velocidad de rotación libre.

Al ser accionado el soporte de satélites (28) para girar a la velocidad de rotación de entrada, las poleas satélite (36) giran alrededor del eje central del aparato. Por lo tanto, la correa de conexión (38) se aplica o envuelve simultáneamente contra una cara de la polea de paso variable fija en rotación (41) y se libera de la cara o lado opuesto. Por lo tanto, la correa (38) se encuentra constantemente en contacto con la polea de paso variable, pero dado que la polea de paso variable no es giratoria, el sector de la polea sobre la que establece contacto la correa cambia constantemente. La correa (38) se acopla en un punto específico de la polea de paso variable en un intervalo periódico que corresponde a la velocidad de retención de entrada. Esta acción aplica la correa sinfín (38) alrededor de la polea de paso variable fija rotativamente (41), que a su vez proporciona tracción a las poleas satélite (36). El acoplamiento de tracción de la correa (38) con las poleas satélite (36) provoca que dichas poleas (36) giren alrededor de sus ejes individuales a velocidades de rotación satélite superiores, iguales o inferiores que la velocidad de rotación libre que se ha indicado anteriormente. La tracción proporcionada desde la polea de paso variable rotativamente fija (41) a las poleas satélite (36) mediante la correa sinfín (38) aumenta la velocidad de rotación de las poleas satélite (36) a un valor superior al de la velocidad de rotación libre o retrasa la velocidad de rotación de las poleas satélite (36) a un valor menor que la velocidad de rotación libre, dependiendo del diámetro efectivo de la polea de paso variable seleccionado por el operador. La polea de paso variable (41) y la correa (38) sirven, por lo tanto, como medio para modificar selectivamente la velocidad de rotación de las poleas satélite (36).

El operador puede por lo tanto, por ajuste selectivo del diámetro eficaz de la polea de paso variable (por ejemplo, por manipulación de los brazos -40- para desplazar el disco ajustable axialmente -46-), controlar la velocidad de rotación satélite de las poleas satélite (36). Debido al acoplamiento de engrane directo de las ruedas dentadas satélite (32) con la rueda dentada planetaria (26), el ajuste de la velocidad de rotación satélite tiene como resultado la modificación de la velocidad de rotación de salida del eje de salida (20).

Por esta razón, el eje de entrada (52) imparte par motriz al soporte de satélites (28), lo cual provoca que las poleas satélite (36) giren alrededor del eje central, y el acoplamiento de la superficie interna de la correa (38) con las poleas satélite provoca que las poleas satélite giren, girando de esta manera las ruedas dentadas satélite (32) a la velocidad de rotación de los satélites, y ajustando el diámetro efectivo de la polea de paso variable (41) se modifica la velocidad de rotación de las poleas satélite (36), que a su vez modifica la velocidad de rotación de los satélites que cambian la velocidad de rotación de salida.

Cuando la velocidad de rotación de las poleas satélite (36) se retrasa de manera que sea menor que la velocidad de rotación libre, la rotación del eje de salida (20) es en la misma dirección que la del eje de entrada (52); es decir, la velocidad de salida (w_{o}) (del eje de salida -20-) y la velocidad de entrada (w_{i}) (del eje de entrada -52-) tienen el mismo signo algebraico (dicho de otro modo, tanto el eje de entrada como el de salida giran en el sentido de las agujas del reloj). Cuando la velocidad de rotación de las poleas satélite (36) es superior que la velocidad de rotación libre, la rotación del eje de salida (20) es opuesta en dirección al eje de entrada (52); es decir, la velocidad de salida (w_{o}) y la velocidad de entrada (w_{i}) son opuestas en su signo algebraico (es decir, un eje gira en el sentido de las agujas del reloj, y el otro en sentido contrario). La polea libre (58) y el resorte (59) tensan de manera apropiada la correa sinfín no extensible (38) y proporcionan un medio para compensar el destensado de la correa al cambiar la polea de paso variable rotativamente fija (41) a un paso con un diámetro efectivo más reducido.

Se apreciará, por lo tanto, que al aumentar progresivamente el diámetro efectivo del elemento de polea central, la relación de engranajes del aparato de la invención en su conjunto disminuye, aproximándose eventualmente a cero. Con el incremento continuado del diámetro eficaz, la relación de engranajes se aproxima a cero y luego pasa por este valor y, a continuación, con un incremento adicional del diámetro efectivo, se invierte realmente, de manera que la proporción de engranajes general empieza a aumentar, pero con un par de salida en dirección opuesta con respecto al par de entrada. Debido en parte a la configuración de la correa en forma de serpentina, el cambio completo de desplazamiento en avance al desplazamiento en marcha atrás se consigue de manera continua, sin acción de embrague, y sin modificar la velocidad de rotación de entrada.

La naturaleza integral compacta del mecanismo de serpentina ofrece posibilidades de miniaturización que no se encuentran en otros mecanismos de cambio de velocidad infinitamente variables. Los mecanismos de cambio de velocidad en gran escala (2 a 3 pulgadas cúbicas) hasta microescala (0,1 a 1 pulgada cúbica) son posibles con este diseño y se pueden incorporar, por lo tanto, en juguetes, herramientas motorizadas, máquinas de asistencia para personas con discapacidades, equipos industriales ligeros y otras importantes áreas. Dado su tamaño compacto, características de control de velocidad, completamente integradas, el mecanismo de serpentina tiene una serie de aplicaciones comerciales; por ejemplo, control de velocidad para bicicletas, grúas, polipastos, dispositivos de elevación de personal y similares.

Ecuaciones de control

En las siguientes ecuaciones, (D_{xx}) indica el diámetro de paso de la rueda dentada, piñón o polea xx, por ejemplo, (D_{42}) indica el diámetro de paso de la polea de paso variable fija en rotación (41), y (D_{36}) es el diámetro de las poleas satélite (36). (w_{4}) es la velocidad de rotación de los juegos de satélites de las poleas satélite (36) y las ruedas dentadas satélite (32).

1)w_{o} = w_{i} - (D_{32}/D_{26})w_{4}

2)D_{42} \ w_{i} = D_{36} \ W_{4}

Resolviendo la ecuación 2 para hallar (w_{4}) y substituyendo dicha relación para (w_{4}) en la ecuación 1, y reordenando el resultado para mostrar la proporción de la velocidad de salida, (w_{o}), con respecto a la velocidad de entrada, (w_{i}), se produce la relación de control de esta primera realización de la invención:

3)w_{o}/w_{i} = 1 - gD_{42}

en la que

4)g = D_{32}/(D_{26}D_{36})

Tal como se observará en las siguientes ecuaciones, esta realización se puede configurar de manera tal que para una velocidad de rotación de entrada constante que hace girar el eje de entrada, la velocidad de salida puede ser hacia adelante, neutral o punto muerto, o bien marcha atrás cambiando el diámetro de paso (D_{42}) de la polea de paso variable.

Escogiendo los siguientes componentes con los diámetros de paso que se indican:

D_{32} = 2,28

D_{26} = 3,42

D_{36} = 1,50

D_{42 \ min} = 1,50

D_{42 \ max} = 3,00

Se pueden conseguir las siguientes relaciones de velocidades:

Para D_{42} = 3,00; entonces w_{o}/w_{i} = -0,33 (es decir, la dirección de la rotación de salida del eje de salida (22) es opuesta al eje de entrada (52) y aproximadamente un tercio más rápida).

Para D_{42} = 2,25; entonces w_{o}/w_{i} = 0,00 (relación de velocidades infinitas, es decir, la velocidad de rotación de salida es efectivamente cero para cualquier velocidad de rotación de entrada).

Para D_{42} = 1,50; entonces w_{o}/w_{i} = +0,33 (la dirección de la rotación de salida es la misma que la de la entrada, pero también en este caso, solamente un tercio de la velocidad).

(Dado que se indican relaciones, las unidades dimensionales se autoeliminan y son irrelevantes; el signo negativo indica que la rotación de salida es inversa a la rotación de entrada).

No solamente se pueden escoger los diámetros de paso de esta realización para conseguir una gama de velocidades equilibrada en cada lado del punto de proporción infinita, sino que se pueden escoger otras proporciones que proporcionarán una gama más amplia de variación de velocidad de salida cuando la gama de velocidades es forzada con respecto al punto de relación infinita. Dependiendo de lo próxima a cero que se seleccione la velocidad de salida, la relación entre la velocidad mínima de salida y la velocidad máxima de salida se puede hacer muy grande. Cuando es deseable una velocidad de salida específica con respecto a una velocidad de rotación de entrada específica, entonces se puede colocar una caja de engranajes adicional en serie con el aparato de transmisión de la invención.

La capacidad final de transmisión de par de esta realización depende de la fricción de contacto que se puede desarrollar entre la correa sinfín (38) y las poleas satélite (36), o la correa sinfín (38) y la polea (41) de paso variable rotativamente fija, o por la capacidad de carga de tracción de la correa sinfín (38). La configuración de correa en serpentina se puede escoger para minimizar el esfuerzo de tracción en la correa sinfín (38) por elección apropiada del diámetro de paso de los engranajes y de las poleas. La relación entre la carga de tracción (Tn_{B}) (expresada en unidades de fuerza) en la correa sinfín (38) y el par de salida (T_{o}) (expresado en unidades de fuerza por la distancia) impartido al eje de salida (20) es:

5)Tn_{B} = gT_{o},

en la que g se ha conseguido en la anterior Ecuación 4.

Para la mayor parte de aplicaciones prácticas el parámetro g puede ser escogido en un valor comprendido entre 0,2 y 0,8. Para una capacidad de carga de tracción determinada de la correa sinfín (Tn_{B}), las aplicaciones que requieran un par de salida (T_{o}) más elevado requerirán que las proporciones de engranaje se escojan para reducir el valor de g.

Una característica principal de la presente realización que no existe en otros dispositivos de control de velocidad continuamente variables es que los elementos reales que llevan a cabo el cambio de velocidades se encuentran por completo autocontenidos dentro del cuerpo del mecanismo (54). Asimismo, a diferencia del mecanismo descrito, por ejemplo, en la Patente U.S.A. Nº. 5.632.703, el aparato que se da a conocer no requiere un mecanismo de correa externa para llevar a cabo las funciones de marcha hacia adelante, neutra, y marcha hacia atrás. Además, esta realización es extremadamente compacta y requiere poco más de la anchura de un engranaje para funcionar. El aparato puede quedar encerrado por completo y protegido contra suciedad y desperdicios. Se puede conseguir un control muy preciso del radio de contacto (D_{42}) con el aparato, dado que la gama de movimiento radial necesaria para cambiar el radio se puede designar en un valor grande para conseguir un control muy preciso o relativamente pequeño para un cambio rápido de velocidades.

Las figuras 4 y 5 muestran la variación de la realización de correa en forma de serpentina de la invención, utilizando una cadena sinfín en vez de una correa sinfín. Esta variación de la realización de la correa en forma de serpentina funciona de modo general de la misma manera que la variación que utiliza la correa sinfín que se ha descrito anteriormente, sin embargo la construcción de algunos componentes es distinta. En lugar de una polea de paso variable como el elemento de polea central, en este tipo de variación el elemento de polea central es un "iris" mecánico o polipasto de diámetro variable. El polipasto de diámetro variable se utiliza para variar el diámetro efectivo del componente que se acopla a la superficie externa de la cadena sinfín. La figura 4 es una vista en perspectiva (comparable a la figura 1) del iris con el tren de engranajes epicicloidal, mientras que la figura 5 es una vista en planta de los elementos del iris.

La variación de la realización de la correa en forma de serpentina de la presente invención sirve para aplicaciones que requieren un par muy elevado utilizando una cadena en forma de serpentina (238) en vez de una correa en forma de serpentina. La cadena es capaz de resistir esfuerzos de tracción mucho mayores y no sufre deslizamiento cuando discurre sobre piñones dentados. Tal como se ha mostrado en las figuras 4 y 5, la polea de paso variable central es substituida por una polea segmentada formada por una serie de brazos (200) con uniones acoplados de forma pivotante en el cubo (202) y guiados entre dos anillos de regulación ranurados (b) y (206). Estos anillos (b), (206) sirven también para captar y guiar los segmentos (205) del reborde de la polea utilizando pasadores (208) que sobresalen de los segmentos que discurren en ranuras del anillo. Tal como se aprecia mejor en la figura 6, una cadena de ajuste conjugada (210) se desarrolla desde el interior del cubo (202) por medio de un piñón con trinquetes (212), quedando fijado un extremo de la misma a un eslabón rígido. La cadena de ajuste (210) es capaz de acoplarse con el piñón (212), poseyendo además estructuras adicionales, una en cada eslabón, que se acoplan con la cadena de impulsión en forma de serpentina (238). La cadena de ajuste (210) puede adoptar opcionalmente la forma de una cadena con salientes, similar a una alineación de salientes, que se puede alojar entre los eslabones de la cadena en forma de serpentina (238) y desplegarse de un piñón con alojamientos apropiados realizados en su periferia externa. También son posibles otros dispositivos de cadena y elementos conjugados.

Mientras que las otras versiones de transmisiones que se han descrito son continuamente variables en cuanto a la proporción de engranajes, esta variación funciona desarrollando o retrayendo como mínimo todos un segmento de acoplamiento de la cadena de acoplamiento o ajuste (210), lo que cambia la proporción de engranajes en etapas finitas. Este comportamiento paso a paso proporciona cambios de incrementos muy reducidos en la proporción de transmisión. Por ejemplo, si la cadena comprende 100 eslabones, entonces son posibles cambios con incrementos de 1%. Por lo tanto, a pesar de que no es realmente variable de manera "continua", esta variación es, no obstante, más útil que las transmisiones que requieren embrague y que tienen solamente tres o cuatro proporciones de transmisión entre las que se puede escoger.

El desarrollo de la cadena de ajuste (210) está limitado a la parte de la revolución de la cadena en forma de serpentina (238) que deja descubierta el área de desarrollo de la polea. Hasta que esto ocurre, la cadena de ajuste (210) está acoplada a la cadena de serpentina (238) tanto en localización fija como emergente y, por lo tanto, no se puede desplazar. El desplegamiento de la cadena de ajuste (210) se puede regular de manera variada, si bien el desplegamiento o retracción está limitado a unidades de eslabones de cadena. Esto sugiere la utilización de varios mecanismos posibles de trinquete y gatillo que se acoplan con los dientes de un piñón de ajuste (212).

La regulación de la longitud de la cadena de ajuste (210) que se acopla con la cadena en disposición de serpentina (238) regula, por lo tanto, el "diámetro" efectivo de la cadena de ajuste (210) comparable a los cambios efectuados por el funcionamiento de la polea de paso variable de la variante previamente descrita de la invención. Esta regulación permite que los segmentos de la polea aumenten o disminuyan el diámetro efectivo del iris o polipasto para cambiar las proporciones de transmisión y también para soportar las cargas de la cadena. Estos segmentos y los eslabones que soportan las cargas están guiados de manera que quedan mantenidos en disposición concéntrica con el eje central de la transmisión (definido por el eje de entrada -52-). Esta acción de guiado es conseguida por un par de anillos (204), (206) soportados mediante cojinetes de manera que giran alrededor del eje central. Los pasadores (208) que sobresalen de los pivotes de los segmentos de eslabón y polea discurren en ranuras (209) de los anillos (204), (206).

Una realización alternativa de la invención es la mostrada en las figuras 7-9. En esta realización, un mecanismo de brazo basculante con una pista partida compacta permite el ajuste infinitamente variable de la velocidad de rotación de salida. Esta realización de la invención es capaz de transmitir grandes pares y elevadas potencias. El aparato permite que la rotación en la entrada se mantenga en una dirección y velocidad constantes, controlando no obstante la rotación de salida para que tenga lugar hacia adelante, en punto muerto o neutral, o en marcha atrás transfiriendo elevados pares de fuerzas y potencias. En sí misma, esta realización funciona no solamente como transmisión sino también como embrague integral, desconectando la salida del dispositivo primario de accionamiento con respecto a los mecanismos de impulsión final.

Igual que en las otras realizaciones descritas, la realización de brazo basculante con pista partida es de manera ventajosa muy compacto, en especial en dimensión axial, y está optimizado en dimensión radial dependiendo solamente de las dimensiones de los engranajes necesarios para transferir los pares de fuerzas necesarios para una aplicación determinada. A pesar del carácter compacto de la realización, el eje de entrada de esta realización está, no obstante, alineado coaxialmente con el eje de salida. Una característica básica que permite que la transmisión de brazo basculante con pista partida transfiera elevados pares de fuerzas y potencias es que no se utiliza correa en el control de velocidad de los elementos satélite. Además, al requerir aplicaciones específicas un par de fuerzas mayor, se puede suministrar una realización que tiene juegos de satélites adicionales (por ejemplo, los elementos -76- y -72- en la figura 7), los conjuntos de satélites separados, según ángulos iguales, en un soporte planetario (-68- de la figura 7), y con rodillos de contacto adicionales (78) soportados por los brazos basculantes (80) para proporcionar puntos de contacto adicionales para la transferencia de potencia (todo ello se puede apreciar en la figura 7). La velocidad de salida se ajusta al variar el radio de contacto entre los rodillos de control (78) y, como mínimo una, y preferentemente dos, pistas cónicas partidas (86) y (88) dispuestas coaxialmente con respecto al eje central.

Se desea llamar la atención sobre las figuras 7-9. Igual que la primera realización que se ha descrito, esta realización tiene un soporte (68) de los engranajes satélite, montado de manera fija sobre el eje de entrada (90) para su giro a la velocidad de rotación de entrada (w_{i}). Dispuestos sobre el soporte (68) de engranajes satélite se encuentra una serie (preferentemente, un mínimo de tres) de juegos de satélites, cada uno de los cuales está formado por una rueda dentada satélite de salida (72) y una rueda dentada satélite de impulsión (76), ambas acopladas de manera permanente al eje satélite (70), un par de brazos basculantes satélites (80) que pivotan alrededor del eje satélite (70) y una rueda auxiliar satélite (74) que engrana con la rueda dentada satélite de entrada (76). Cada uno de los juegos de satélites presenta asimismo, como mínimo uno, y preferentemente un par de rodillos de contacto satélite (78), los cuales están fijados al eje (82) de la rueda dentada satélite auxiliar. El eje (82) de la rueda dentada satélite auxiliar está soportado a su vez por un juego de cojinetes en los brazos basculantes (80). El eje satélite (70) está soportado también por cojinetes que permiten que dicho eje (70) pueda girar de manera libre con respecto al soporte (68). Dado que tanto el engranaje satélite de salida (72) como el engranaje satélite de impulsión (76) están ambos fijados de forma rotativa al eje satélite (70), los dos engranajes (72), (76) giran a una velocidad de rotación satélite común (w_{4}). De manera similar, dado que los rodillos de contacto satélite (78) y la rueda satélite auxiliar (74) están fijados rotativamente sobre el eje satélite auxiliar (82), los rodillos y la rueda dentada satélite auxiliar giran todos a una tercera velocidad de rotación común (w_{3}). De este modo, los rodillos de contacto (78) funcionan como elementos de rotación de entrada, y el contacto entre los rodillos y las pistas (86) y (88) es un medio de transferencia de par de fuerzas, desde el soporte (68) a los rodillos de contacto. Las ruedas dentadas auxiliares satélites (74), la rueda dentada satélite de impulsión (76) y el eje satélite son los medios mediante los cuales se transfiere par de fuerzas desde los rodillos de contacto (78) a las ruedas de salida satélite (72). El número de juegos de satélites en una versión de la realización es adaptable, dependiendo de las dimensiones generales del aparato y de la potencia nominal requerida en la transmisión. Los juegos de satélites están separados en ángulos iguales sobre el soporte de satélite (68), tal como se sugiere en la figura 9. Cada una de las ruedas dentadas de salida satélite (72) engrana con una rueda dentada planetaria común (66) a la cual impulsan, cuya rueda planetaria está fijada en rotación al eje de salida (60).

Los rodillos de contacto satélite (78) son prensados estableciendo contacto con fricción con las pistas partidas cónicas, desplazables axialmente, y discurren asimismo sobre ellas. Las pistas cónicas partidas (86) y (88) son toroidales con centros alineados coaxialmente con los ejes geométricos del eje de entrada (90) y del eje de salida (60). En su funcionamiento, el acoplamiento de los rodillos de contacto (78) con las pistas (86) y (88) provoca que los rodillos giren bajo la influencia del soporte rotativo (68). Los planos que contienen las pistas cónicas partidas (86) y (88) son paralelos con dichas pistas, y están soportados por pasadores (92) u otras guías fijadas al cuerpo de la transmisión (84). Los pasadores (92) fijan las pistas (86) y (88) contra su rotación, pero permiten que dichas pistas (86) y (88) se desplacen axialmente a distancias relativas entre sí seleccionadas por medio de un anillo (94) con caperuza roscada, dispositivos de pinza hidráulica u otros enlaces mecánicos adecuados. El resorte (91) está fijado entre cada uno de los brazos basculantes (80) y el soporte (68) de satélites. Los resortes obligan a los brazos basculantes (80) a pivotar radialmente hacia afuera (o alternativamente hacia adentro en la variante de la figura 10), forzando de esta manera los rodillos (78) de contacto satélites contra los respectivos elementos de pistas partidas cónicas (86) u (88). Otros medios, además de resortes lineales, tales como resortes laminares, resortes de torsión o resortes de compresión, son capaces de impartir un par alrededor del eje satélite (70) para obligar a los brazos basculantes (80) radialmente hacia afuera.

Tal como se aprecia mejor en las figuras 7 y 8, las pistas partidas cónicas (86) y (88) están mecanizadas con caras cónicas, de manera tal que la distancia entre las caras disminuye progresivamente en proporción a la distancia radial hacia afuera desde el eje geométrico central (definido de manera general por los ejes de entrada y salida). De este modo, al ser desplazadas las pistas en acercamiento o alejamiento a lo largo de un eje común con el eje de entrada (90) y el eje de salida (60), afectan a las posiciones radiales de los rodillos de contacto (78). Al ajustar selectivamente las posiciones axiales de las pistas partidas (86) y (88), la distancia radial entre el eje central del aparato y los puntos de acoplamiento entre los rodillos de contacto (78) y las pistas (86) y (88) aumenta o disminuye. Las pistas desplazables axialmente (86) y (88) son, por lo tanto, medios para modificar selectivamente la velocidad de rotación de los rodillos de contacto (78).

Una característica adicional de esta realización es que la totalidad de la transmisión está contenida en un cuerpo envolvente cerrado de forma estanca (84), permitiendo que todos los componentes principales queden bañados en un fluido lubrificante en caso deseado, reduciendo de esta manera las pérdidas por fricción e incrementado la vida útil de los componentes principales. Todos los elementos principales del aparato están alojados en un cuerpo envolvente rotativamente fijo (84) que contiene retenes y cojinetes (64) alrededor de los ejes de entrada y salida (90), (60). Ambas pistas cónicas partidas (86) y (88) están fijadas al cuerpo envolvente (84) de manera que no pueden girar, y están controladas para desplazarse axialmente a lo largo de estructuras de soporte del cuerpo envolvente. En el funcionamiento del aparato, la dirección de la rotación de entrada se selecciona de manera tal que los rodillos de contacto (78) son presionados contra las pistas partidas (86), (88) con presiones crecientes por los brazos basculantes pivotantes (80) al aumentar el par de salida.

La dirección de rotación de la entrada se selecciona según el ángulo obtuso definido entre un radio desde el eje central del aparato al eje (70) de una rueda dentada de entrada satélite (76) y la línea imaginaria que conecta el centro de dicho eje correspondiente (70) y el centro del eje (82) de la rueda dentada satélite auxiliar asociada (tal como se ha indicado por la flecha de dirección en sentido contrario a las agujas del reloj de la figura 9). Esta relación entre la entrada del par y los puntos de acoplamiento entre los rodillos de contacto satélite (78) y la pista partida cónica correspondiente (86) u (88) incrementa el contacto con fricción entre los rodillos (78) y las pistas (86), (88) al aumentar el par de salida. Se consigue esta ventaja a causa de que el esfuerzo de contacto entre los rodillos de contacto satélites (76) y la respectiva pista cónica (86) u (88), responsable de la rotación de los rodillos de contacto satélite (76) y ruedas dentadas satélite auxiliares (78), crea un momento de fuerza sobre los brazos basculantes (80) alrededor del eje planetario (70) que se añade al par generado por los resortes (91). El momento de fuerzas alrededor del eje (70) tiende a incrementar el ángulo obtuso entre el radio y el brazo basculante (80), tal como se ha descrito anteriormente. Como consecuencia, el brazo (80) pivota radialmente, incrementando la presión de contacto normal entre los rodillos de contacto satélite (78) y las respectivas pistas cónicas partidas (86) u (88). Esta característica del aparato es autoamplificadora, lo que proporciona la capacidad de transferir elevadas potencias a elevados niveles de par.

Por lo tanto, el eje de entrada (90) aplica un par al soporte de satélite (68), que provoca que los rodillos de contacto giren alrededor del eje central, y el acoplamiento de los rodillos de contacto, por lo menos, con una y preferentemente dos pistas provoca el giro de los rodillos. La rotación de los rodillos (78) provoca el giro de los engranajes de salida a la velocidad de rotación de los satélites. Ajustando la distancia radial entre el eje central con respecto a los puntos de contacto entre los rodillos (78) y las pistas (86), (88) se modifica la velocidad de rotación de los rodillos de contacto, lo cual modifica a su vez la velocidad de rotación de los satélites, cambiando de esta manera la velocidad de rotación de la salida.

El funcionamiento de la realización con pistas partidas se describirá a continuación. La potencia de entrada en giro es facilitada al eje de entrada (90) a una velocidad de rotación fija (w_{i}), que hace girar el soporte de satélite (68) a la velocidad de la entrada. Las pistas partidas (86) y (88), los rodillos de contacto satélites (78), los brazos basculantes (80), las ruedas dentadas satélite auxiliares (74) y las ruedas de impulsión satélites (76), utilizando la rotación de entrada del soporte de satélite (68), suministran de manera colectiva el par necesario para variar de forma independiente la velocidad de rotación de las ruedas dentadas satélite de salida (72). En ausencia de este conjunto de componentes, no se podía transferir par a la rueda planetaria de salida (66). En vez de ello, cada una de las ruedas dentadas satélite de salida (72) podría girar libremente a una velocidad de rotación libre, circulando simplemente alrededor de la rueda planetaria (66). En el aparato de la invención, las pistas partidas (86) y (88), los rodillos de contacto (78) y la rueda satélite auxiliar (74) que engrana con la rueda satélite de entrada (76), forman el tren motriz que proporciona el par motriz para controlar la velocidad de rotación de las ruedas dentadas satélite de salida (72). Mediante la manipulación controlada de las pistas (86), (88), la rotación de las ruedas dentadas satélite de salida (72) puede ser más lenta que la velocidad de rotación libre o más rápida que dicha velocidad de rotación libre, que se ha descrito anteriormente.

Al girar el soporte (68) de los satélites a la velocidad de rotación de la entrada, la longitud de la trayectoria circunferencial, a lo largo de la cual deben desplazarse los rodillos de contacto satélite (78) sobre las pistas cónicas partidas (86), (88), se puede variar selectivamente por el operador. La longitud de la trayectoria circunferencial depende de la distancia radial desde el eje central del aparato a los puntos de acoplamiento entre los rodillos y las pistas. Al incrementar la distancia radial, la longitud de la trayectoria que cada rodillo de contacto satélite (78) debe desplazarse por rotación del soporte de satélite (68) se incrementa. De este modo, la proporción del número de rotaciones de los rodillos de contacto (78) (alrededor de los ejes -82-) se incrementa por cada rotación del soporte (68) de satélites. Por otra parte, al disminuir la distancia radial desde el centro a los puntos de contacto, la proporción de las rotaciones de los rodillos de contacto disminuye por cada rotación del soporte (68) de los satélites. Por lo tanto, cuanto menor es la distancia radial desde el eje de soporte de rotación a los puntos de los que los rodillos establecen contacto con las pistas, más lentamente giran los rodillos de contacto (78).

El operador selecciona el distancia radial desde el centro de los puntos de contacto de los rodillos al ajustar las posiciones axiales de las pistas (86), (88) para cambiar los puntos de contacto de los rodillos con las caras cónicas de las pistas. Al ser desplazadas las pistas (86), (88), axialmente con mayor proximidad entre sí, los rodillos (78) "suben" por las caras cónicas, reduciendo por lo tanto la distancia radial desde el centro del aparato a los puntos de acoplamiento. Como consecuencia, el operador puede desplazar deliberadamente las pistas (86), (88) para hacer que los rodillos de contacto (78) giren más rápidamente o más lentamente, lo que a su vez modifica la velocidad de rotación de los satélites de las ruedas dentadas de salida (72) (con intermedio de los engranajes de impulsión y satélite auxiliar -74-, -76-).

La velocidad de rotación de la rueda dentada de salida satélite (72) es directamente proporcional a la velocidad de rotación del rodillo de contacto satélite asociado (78) (con intermedio de la proporción de engranajes de la rueda satélite auxiliar -74- y la rueda de entrada satélite -76-). Como resultado de ello, la velocidad de rotación de la rueda dentada satélite de salida (72) se puede controlar independientemente para que sea más rápida o más lenta que la velocidad de rotación libre que se ha descrito anteriormente. En funcionamiento, desde luego, todos los engranajes de salida (72) giran a la misma velocidad de rotación satélite. La rotación de los engranajes de salida satélite (72) imparte un par al eje de salida (60) con intermedio de la rueda dentada planetaria (66). Cuando la velocidad de rotación satélite de las ruedas dentadas de salida satélites (72) se retrasa para que sea menor que la velocidad de rotación libre, la rotación del eje de salida (60) tiene lugar en la misma dirección que la del eje de entrada (90), es decir, la velocidad (w_{o}) de salida y la velocidad de entrada (w_{i}) tienen el mismo signo algebraico. Cuando la velocidad de rotación de satélites de las ruedas dentadas de salida (72) es superior a la velocidad de rotación libre, la rotación del eje de salida (60) es opuesta en dirección al eje de entrada (90), es decir, la velocidad de rotación de salida (w_{o}), y la velocidad de rotación de entrada (w_{i}), son opuestas en su signo algebraico. Al ajustar la producción de rotación de satélites de las ruedas de salida satélite (72), por lo tanto, el operador es capaz de controlar tanto la velocidad como la dirección de rotación del eje de salida (60). Al desplazar selectivamente las pistas (86) y (88) progresivamente más próximas entre sí, por ejemplo, el operador puede incrementar de manera continuada la velocidad de rotación de los satélites de las ruedas dentadas de salida (72) desde una velocidad menor de la velocidad de giro libre (de manera que la rotación de salida tiene lugar en la misma dirección que en la rotación de entrada) hasta una situación neutral y más allá de la misma (velocidad de rotación de salida en un valor 0 o próximo al mismo) y a continuación, en situación de marcha atrás, en la que la rotación de salida es direccionalmente opuesta a la dirección de entrada (es decir, la velocidad de rotación de los satélites de las ruedas de entrada de salida (72) supera la velocidad de giro libre). De manera ventajosa, esto se consigue de manera infinita en vez de hacerlo por incrementos y sin necesidad alguna de desacoplar el dispositivo motriz principal del eje de entrada (90) o disponer de otro modo una interrupción de potencia mediante un embrague.

De manera similar a la primera realización descrita, la transferencia de potencia desde las ruedas dentadas satélite de salida (72) tiene lugar con intermedio de la rueda dentada planetaria (66) hacia el eje de salida (60).

Cuando la velocidad de salida es muy próxima a cero, el par de salida del eje de salida de la transmisión (60) es muy elevado (se aproxima a un valor infinito), dado que la transferencia de potencia se conserva a excepción de la pequeña pérdida de los engranajes de esta realización de brazo basculante y pista partida. Debido a esta característica, la realización de brazo basculante con pista partida de tipo compacto es muy adecuada para aplicaciones comerciales que requieren elevados pares de arranque, tales como transportadores, grúas, elevadores, equipos de construcción y equipos agrícolas. Con esta realización el dispositivo motriz primario puede ser llevado a la velocidad operativa más eficaz sin aplicación de par al mismo, mientras que la velocidad de salida del aparato con la transmisión según la invención es controlada a cero. Una vez que el dispositivo motriz primario se encuentra en su velocidad operativa más eficaz, se puede mantener a dicha velocidad dado que esta transmisión de brazo basculante y pista partida se desplaza lentamente a una velocidad de salida positiva reducida o negativa. La reducción de los pares de arranque puede proporcionar un significativo ahorro de energía por la utilización de motores mucho más pequeños.

Una variación de esta realización alternativa es el aparato de brazo basculante y pista partida que se ha mostrado en la figura 10. La variante mostrada en la figura 10 funciona sustancialmente de la misma manera que la realización de las figuras 7-9, excepto que las superficies cónicas de las pistas partidas (86) y (88) están invertidas (en comparación con la realización de la figura 7), los rodillos de contacto satélites (78) son desplazados hacia afuera de los brazos basculantes (80), y el contacto entre los rodillos de contacto satélite (78) y una pista cónica correspondiente (86) o (88) está dispuesto radialmente interno con respecto al eje satélite auxiliar asociado (82). Esta variante invertida radialmente proporciona una disminución del diámetro total del aparato de la invención, lo cual puede ser importante para ciertas aplicaciones.

Ecuaciones de control

En cada una de las siguientes expresiones (D_{xx}), es el diámetro de paso de cada engranaje o rodillo específico xx. La distancia radial desde el eje geométrico central del soporte (68) de satélites al centro del eje (70) de satélites se designa (R_{20}). La distancia radial desde el eje central común del soporte (68) de satélites y la rueda planetaria auxiliar de salida (66) al punto de acoplamiento entre cada uno de los rodillos de contacto satélites (78) y la pista de control partida correspondiente (86) u (88) se ha indicado (R_{42}).

6)w_{o} = w_{i} - (D_{72}/D_{66})w_{4}

7)w_{3} = - (2R_{42}/D_{78})w_{i}

8)W_{4} = - (D_{74}/D_{78})w_{3}

Sustituyendo la expresión para (w_{3}) de la ecuación 7 en la ecuación 8 se consigue la relación deseada entre la velocidad de rotación (w_{4}), de las ruedas dentadas satélite de salida (72) con respecto a la velocidad de entrada (w_{i}).

9)w_{4} = (D_{74}/D_{76})(2R_{42}/D_{78})w_{i}

Introduciendo la expresión para (w_{4}) de la ecuación 9 en la ecuación 6 y redistribuyendo los términos, se consigue la relación de control entre la velocidad de entrada (w_{i}) y la velocidad de salida (w_{o}),

10)w_{o}/w_{i} = 1 - gc R_{42}

en las que:

g = 2D_{72}/(D_{66}D_{78}) y c = (D_{74}/D_{76}). El término (R_{42}) es la única variable de control. Escogiendo de manera apropiada el diámetro de paso de cada uno de los engranajes y de los rodillos, es evidente que la velocidad de salida (w_{o}) puede ser ajustada a cero cuando gcR_{42} = 1 es decir, una proporción de transmisión infinita.

A continuación se indica un ejemplo de una combinación de engranajes y radio del punto de contacto de manera tal, que la velocidad de salida puede ser positiva (igual dirección de la rotación de entrada), neutral (velocidad de salida cero), o negativa (dirección de salida inversa con respecto a la dirección de entrada). No se pueden escoger arbitrariamente las proporciones de engranajes porque se deben observar ciertas relaciones físicas de limitación. Estas limitaciones son las siguientes:

11)R_{42max} < (D_{66}/2) + (D_{72}/2) + (D_{76}/2) + (D_{74}/2) + (D_{78}/2)

12)R_{42min} > (D_{66}/2) + (D_{72}/2) + (D_{72}/2) + (D_{76}/2)

Las siguientes proporciones de engranajes (unidades de diámetro arbitraria sin dimensiones) satisfacen las limitaciones físicas).

D_{78} = 2,40

D_{72} = 1,00

D_{66} = 3,00

D_{74} = 2,00

D_{76} = 2,50

Lo que proporciona:

g = 0,2778 y c = 0,80

Diseñando el anillo de control de manera que se consiguen los siguientes radios para el punto de control, se logran los resultados siguientes.

Cuando R_{42} = 3,60, entonces w_{o}/w_{i} = 0,2008

Cuando R_{42} = 4,50, entonces w_{o}/w_{i} = 0,00, es decir una proporción de transmisión infinita

Cuando R_{42} = 5,40, entonces w_{o}/w_{i} = 0,1988 (Dirección de rotación de salida opuesta a la entrada).

La resultante de cizalladura (T_{s}) del interfaz tangencial entre los rodillos de contacto satélites (78) y las pistas partidas (86) y (88), y que crea el momento de impulsión sobre los rodillos de contacto satélite (78), se relaciona con el par de salida (T_{o}) y el número de elementos satélite n de la forma siguiente:

T_{s} = (gc \ T_{o})/n

Por lo tanto, la realización de brazo basculante con pista partida se puede adaptar para conseguir cualquier nivel de resultante de cizalladura razonable para la fuerza normal impuesta y las características de material de acoplamiento. Al aumentar el par de salida (T_{o}) de una aplicación, la transmisión aumenta en diámetro para recibir un mayor número de juegos de engranajes satélites.

Se observará la figura 11, en la que se muestra una tercera realización que no forma parte de la invención. Esta realización funciona de manera algo similar a la primera que se ha descrito anteriormente, pero es una transmisión de entrada doble. Esta tercera realización está diseñada para recibir la entrada de dos dispositivos matrices primarios permitiendo el control de la velocidad de salida en velocidad hacia adelante, neutral o marcha atrás con respecto a la dirección de los dispositivos de movimiento primarios. La realización se puede adaptar de manera tal que la dirección de rotación de ambos o cualquiera de los dispositivos motrices primarios permanece constante, si bien la dirección de rotación de uno de los dispositivos motrices primarios puede ser opuesta a la del otro. La velocidad de rotación de uno de los dispositivos motrices primarios puede ser constante, con la velocidad de rotación de salida controlada por la velocidad del otro dispositivo motriz primario; no obstante, para ciertas aplicaciones, la velocidad de rotación de ambos dispositivos motrices primarios puede ser variable.

Si bien se prevén muchas aplicaciones para esta realización, algunas de las más apropiadas comprenden vehículos eléctricos de tipo híbrido, en los que se utilizan para la propulsión del vehículo motores eléctricos y de combustible fósil. Esta realización de la transmisión puede ser un componente de control ideal para sistemas en los que la fuente de potencia primaria es una turbina de gas que funciona de manera más eficaz a una velocidad fija, pero en la que la velocidad de salida se debe variar con rapidez. Dado el coste de los sistemas de control de velocidad conocidos para adaptarse a este tipo de aplicación, las turbinas de gas no se tienen habitualmente en cuenta. Esta realización puede permitir, por lo tanto, el montaje de un generador eléctrico con una turbina de gas para suministrar electricidad a un motor eléctrico para permitir su funcionamiento como segundo dispositivo primario del sistema. Si bien funciona de manera similar al sistema de vehículo híbrido (es decir, se utilizan dos dispositivos motrices primarios que son accionados por diferentes "combustibles"), la aplicación de turbina de gas utiliza solamente un dispositivo motriz primario; la transmisión epicicloidal de entrada de tipo doble sirve como elemento de control primario de bajo coste con suficiente amplitud de banda con intermedio de la velocidad rápida del cambio de velocidades del motor eléctrico para controlar la velocidad de salida que cambia con rapidez. De este modo, esta realización abre áreas de utilización para motores de turbina de gas que anteriormente se creía que no eran prácticas debido al coste de los elementos de control.

Igual que con las realizaciones anteriormente descritas, la realización epicicloidal de entrada doble está diseñada para que dimensionalmente sea muy compacta, pueda cumplir exigencias de potencia muy elevadas y se puede diseñar de manera tal que los componentes principales queden contenidos en un cuerpo envolvente estanco. Una envolvente estanca es capaz de ser llenada con un fluido lubrificante reduciendo, por lo tanto, las pérdidas por fricción y alargando la vida útil del componente.

Tal como se ha mostrado en la figura 11, la realización epicicloidal doble comprende un eje principal de entrada (154) soportado en el cuerpo (144) de la transmisión mediante cojinetes (124), fijados mediante casquillos (122) y sobre el cual está fijado rotativamente el soporte (128) de los satélites. El soporte (128) de los satélites lleva una serie de juegos de engranaje satélites separados de forma equiangular sobre el mismo, y gira a una velocidad de rotación de entrada (w_{i1}). Múltiples juegos de engranajes satélite (tres, cuatro, o más) pueden ser montados en el soporte dependiendo de la velocidad, limitaciones dimensionales por el diámetro y niveles de potencia necesarios.

El primer eje de entrada (154) y el segundo eje de entrada (138) son rotativos a una primera y segunda velocidades de rotación de entrada, respectivamente, y el eje de salida (120) es rotativo a una velocidad de rotación de salida. El soporte (128) de los satélites está montado sobre el primer eje de entrada, con la rueda dentada secundaria de entrada (136) dispuesta de modo fijo sobre el segundo eje de entrada (138). Igual que en las otras realizaciones, la rueda de entrada planetaria (126) está dispuesta sobre el eje de salida (120). La serie de engranajes satélites de salida (132) están montados con capacidad de rotación sobre el soporte (128) de los satélites de manera que giran con una velocidad de rotación satélite con respecto al soporte. Las ruedas dentadas satélite de salida (132) son acoplables con la rueda dentada planetaria (126). La serie de ruedas dentadas de entrada satélites (142) están montadas con capacidad de rotación sobre el soporte de satélites (128) y están conectadas operativamente a las ruedas dentadas satélite de salida, de manera que pueden girar con dichos engranajes satélite de salida (132). El engranaje anular (140) es rotativo en cualquier dirección alrededor del eje central del aparato, y se puede acoplar simultáneamente con la rueda dentada secundaria de entrada (136) y las ruedas dentadas planetarias de entrada (142), de manera que se transfiere un par desde la rueda dentada de entrada secundaria a las ruedas planetarias de entrada (142). De acuerdo con ello, el primer eje de entrada (154) imparte par al soporte de satélites (128), cuya rotación provoca que las ruedas dentadas satélite de entrada (142) giren alrededor del eje central, y el segundo eje de entrada (138) imparte par a la rueda dentada secundaria de entrada (136). Como consecuencia, la transferencia de fuerza de rotación desde la rueda dentada secundaria de entrada (136) a las ruedas dentadas satélite de entrada (142) provoca que giren las ruedas satélite de entrada, las cuales a su vez provocan el giro de las ruedas dentadas satélite de salida (132) a la velocidad de rotación de los satélites.

Cada juego de ruedas dentadas satélite comprende una rueda satélite de salida (132) y una rueda satélite de entrada (142) que están ambas fijadas rígidamente al eje de satélites (130) soportado en el soporte de satélites (128) por el cojinete (134). Dado que la rueda dentada satélite de salida (132) y la rueda dentada satélite de entrada están fijadas en rotación sobre el eje común satélite (130), deben girar a la misma velocidad de rotación satélite.

Las ruedas dentadas satélite de salida (130) engranan con la rueda dentada planetaria de salida (126). La rueda de entrada planetaria (126) está montada rígidamente sobre el eje de salida (120) que a su vez está soportado en el cuerpo de la transmisión (144) por cojinetes (120) y fijado mediante casquillos (122). Un engranaje anular (140) engrana con la rueda dentada de entrada (142) de cada juego de engranajes satélite con la rueda de entrada secundaria (136), acoplándose de esa manera operativamente la rueda dentada secundaria de entrada (136) con las ruedas dentadas satélites de entrada (142). La rueda dentada de entrada secundaria (136) está fijada rígidamente al eje de entrada secundario (138) que gira a la velocidad de control de entrada (w_{i2}). La entrada rotativa secundaria, combinada con el engranaje anular (140), sirven como componentes de entrada de control de velocidad del aparato. Uno de los dispositivos motrices primarios, probablemente la fuente de potencia principal, está fijado al eje de entrada (144), mientras que el otro o dispositivo motriz principal de velocidad variable auxiliar está fijado al eje de entrada secundario (138) e impulsa el engranaje anular (140) que está engranado con las ruedas dentadas satélites de entrada (142) a velocidades de rotación variables.

Ajustando la velocidad de rotación de la segunda entrada se modifica la velocidad de rotación de los engranajes satélites de entrada (142), lo cual modifica la velocidad de rotación de los satélites, cambiando de esta manera la velocidad de rotación de salida. Los cambios en la segunda velocidad de rotación de entrada pueden estar acompañados por la inversión de la dirección de rotación del engranaje anular (140), dependiendo de la proporción entre la primera velocidad de rotación de entrada del primer eje de entrada (154) y la segunda velocidad de rotación de entrada del segundo eje de entrada (138). Por lo tanto, la segunda velocidad de rotación de entrada es ajustable para provocar que la velocidad de rotación de salida sea opuesta con respecto a la primera velocidad de rotación de entrada.

Ecuaciones de control

En cada una de las siguientes expresiones (D_{xx}) es el diámetro del paso de cada engranaje específico xx. Los términos de rotación son: (w_{i1}) es la velocidad de rotación del eje de entrada (144), (w_{i2}) es la velocidad de rotación del eje de entrada secundaria (138), (w_{4}) es la velocidad de rotación del eje planetario (130), mientras que (w_{3}) es la velocidad de rotación de la rueda dentada anular (140).

13)w_{o} = w_{i1} - (D_{132}/D_{126}) W_{4}

14)w_{4} = (D_{140}/D_{142})w_{3}

15)w_{3} = - (D_{136}/D_{140}) w_{i2}

Substituyendo la ecuación 15 en la ecuación 14 se obtiene

16)W_{4}= -(D_{136}/D_{142})W_{i2}

Substituyendo la ecuación 16 en la ecuación 13 se consigue la ecuación de control que relaciona la velocidad de rotación de salida con las dos velocidades de rotación de entrada.

17)W_{o}=W_{i1}+(D_{132}D_{136})/(D_{126}D_{142})W_{i2}

Se observará que cuando la rotación de uno de los dispositivos motrices primarios es opuesta a la del otro, y cuando

18)W_{i2}=(D_{126}D_{142})/(D_{132}D_{136})W_{i1}

la velocidad de rotación de salida es cero. Y cuando

19)W_{i2}>(D_{126}D_{142})/(D_{132}D_{136})W_{i1}

la salida es negativa con respecto a la dirección de la entrada primaria (W_{i1}). Asimismo, dado que la relación (D_{126}D_{142})/
(D_{132}D_{136}) puede ser mucho mayor o mucho menor que uno, la velocidad relativa de los dos dispositivos motrices primarios puede diferir ampliamente. Si se desea tener la dirección de rotación de ambos dispositivos motrices primarios que sea la misma, y la capacidad de controlar la velocidad de salida hacia delante, neutra y hacia atrás, el dispositivo motriz primario que impulsa el anillo dentado puede ser montado simplemente en el interior del engranaje anular, proporcionando el signo negativo necesario entre las dos velocidades de entrada.

Aplicabilidad de todas las realizaciones

Existe una amplia variedad de aplicaciones para un mecanismo de control de velocidad "infinitamente" variable, de par motriz moderado, de alta precisión y compacto. Estas aplicaciones incluyen aparatos mezcladores de precisión comerciales, para la industria química, tales como productos farmacéuticos, explosivos, etc. Dado que los aparatos de la invención son capaces de velocidades de salida muy bajas hacia delante o hacia atrás, con el par de salida inversamente proporcional a la velocidad de salida, la invención se puede incorporar en polipastos y elevadores para proporcionar una amplia gama de velocidades proporcionando simultáneamente la capacidad de levantar objetos pesados lentamente y proporcionar movimientos muy reducidos durante aplicaciones críticas. Además, las realizaciones de la invención pueden ser montadas a posteriori o añadidas a muchos dispositivos corrientes de polipastos y elevadores para proporcionar un movimiento suave con elevadas proporciones de par motor sin cambiar los trenes engranajes actuales y los tambores de los polipastos y dispositivos elevadores.

Otras aplicaciones en las que el dispositivo de la invención ahorrará grandes cantidades de energía se encuentran en el control de cintas transportadoras tales como las utilizadas en construcción, manipulación de equipajes, movimiento de personas, y similares.

Los vehículos de transporte eléctrico de baja velocidad, tales como los utilizados en aeropuertos para transportar pasajeros de una puerta de embarque a otra, requieren frecuentes arranques y paradas. Los motores eléctricos de esos vehículos deben ser sobredimensionados a efectos de arrancar con carga. Las realizaciones que se dan a conocer permiten un control de velocidad preciso de estos vehículos mientras que los motores eléctricos funcionan a una velocidad constante, de máximo rendimiento.

Otra aplicación de transporte es la de control de velocidad de bicicletas. El control de velocidad actual en las bicicletas comporta varios piñones y dispositivos de cambio asociados para desplazar la cadena de un juego de piñones a otro. Estos dispositivos requieren un ajuste constante y frecuentemente son incapaces de alcanzar una proporción de engranajes que permita al usuario conseguir el máximo rendimiento. Dado su carácter compacto y peso reducido, el dispositivo objeto de la invención tiene el potencial de entrar en este mercado sustancialmente con rapidez al proporcionar una gama de velocidades constantemente variable en la que el usuario puede seleccionar la relación de engranajes más adecuada a sus necesidades.

Las realizaciones sin correa de la presente invención permiten conseguir un aparato de transferencia de gran potencia que puede controlar la velocidad de salida. Algunas áreas de aplicación de estos dispositivos incluirán maquinaria agrícola, equipos de minería, equipos de construcción, máquinas generadoras de potencia eólica de tipo estacionario, y otras aplicaciones industriales estacionarias tales como grúas y elevadores.

Dado que pueden funcionar sin deslizamiento, y que pueden utilizar fluídos no compresibles como medio de transferencia y potencia, la invención constituye una transmisión de elevado rendimiento que puede ser fabricada a un coste relativamente bajo. Por esta razón, tiene potencial de aplicación en los vehículos eléctricos comerciales y en el mercado de vehículos eléctricos de tipo híbrido.

Si bien la invención ha sido descrita en detalle con referencia particular a estas realizaciones preferentes, otras realizaciones pueden conseguir los mismos resultados. Las variaciones y modificaciones de la presente invención quedarán evidentes a los técnicos en la materia. La invención queda definida solamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Aparato de transmisión continuamente variable (figuras 1-10) que tiene un eje geométrico central y un eje de entrada (52) con capacidad de rotación a una velocidad de rotación de entrada y un eje de salida (20) rotativo con una determinada velocidad de rotación de salida:

un soporte (28) para los satélites montado sobre dicho eje de entrada (52);

una rueda planetaria (26) montada sobre dicho eje de salida (20);

una serie de elementos de rotación de entrada (36) conectados con capacidad de rotación a dicho soporte de satélites (28) para su rotación a la velocidad de los satélites; y

una serie de ruedas dentadas satélite (32) acoplable con dicha rueda dentada planetaria (26) y montada con capacidad de rotación sobre dicho soporte (28) de satélites para girar a la velocidad de satélites con respecto a dicho soporte de satélites; caracterizado por:

: medios (30) para transferir par motriz de dichos elementos de rotación de entrada (36) a ruedas dentadas correspondientes de dichas ruedas dentadas planetarias (32);

: medios (38) para transferir par motriz de dicho soporte (28) de satélites a dichos elementos (36) de rotación de entrada para provocar que dichos elementos de rotación de entrada provoquen la rotación con respecto a dicho soporte (28) de satélites, provocando de esta manera el giro de dichas ruedas dentadas satélites (32) a la velocidad de rotación satélite, cuando dicho soporte de satélite es obligado a girar por la acción de dicho eje de entrada (52); y

: medios, que comprenden un elemento (41) no rotativo de geometría variable, destinado a modificar selectivamente la velocidad de rotación de dichos elementos de rotación de entrada (36) al variar el radio de acción; de manera que dicho eje de entrada (52) imparte par motriz a dicho soporte de planetario (28) haciendo girar por lo tanto dichos elementos de rotación de entrada (36) alrededor de dicho eje central, y de manera que modificando dicha velocidad de rotación de dichos elementos de rotación de entrada se modifica la velocidad de rotación de satélites para invertir la velocidad de rotación de salida.

2. Aparato de transmisión continuamente variable (figuras 1-6) que tiene un eje geométrico central y un eje de entrada (52) con capacidad de rotación a una velocidad de rotación de entrada y un eje de salida (20) rotativo con una determinada velocidad de rotación de salida:

un soporte (28) para los satélites montado sobre dicho eje de entrada (52);

una rueda planetaria (26) montada sobre dicho eje de salida (20); y

: una serie de ruedas dentadas satélite (32) montadas con capacidad de rotación sobre dicho soporte (28) de satélites para provocar el giro a velocidad de rotación de satélites con respecto a dicho soporte de satélites, siendo dichas ruedas dentadas satélite (32) acoplables a dicha rueda dentada planetaria (26);

: una serie de poleas satélite (36) montadas con capacidad de rotación sobre dicho soporte de satélites (28) y conectadas operativamente a dichos engranajes satélites (32) para el giro con dichas ruedas dentadas satélite; y poseyendo un elemento de polea central (41) y una correa sinfín (38) que se acopla a dicho elemento de polea central y dicha serie de poleas satélite (36), caracterizado porque dicho elemento de polea central (41) está fijado en sentido rotativo y tiene un diámetro efectivo ajustable; y

: la correa sinfín (38) tiene una superficie interior y una superficie lateral y está dispuesto según una configuración de serpentina que tiene dicha superficie lateral que se acopla a dicho elemento de polea central (41) y acoplándose dicha superficie interior con dichas poleas satélite (36); de manera que dicho eje de entrada (52) aplica par motriz a dicho soporte (28) de los satélites, para provocar el giro de dichas poleas satélites (36) alrededor de dicho eje central, y provocando el acoplamiento de dicha superficie interna de la correa (38) con las poleas satélite que dichas poleas satélite (36) giren provocando por lo tanto la rotación de dichas ruedas dentadas satélite (32) a la velocidad de rotación de los satélites, y de manera que el ajuste de dicho diámetro efectivo modifica la velocidad de rotación de dichas poleas satélite (36), que modifica la velocidad de rotación de los satélites, cambiando por lo tanto la velocidad de rotación de salida.

3. Aparato, según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho elemento de polea central (41) es una polea de paso variable que tiene un par de discos fijos en rotación, sustancialmente paralelos (42, 46), siendo un primer disco (46) de dichos discos desplazable axialmente de forma selectiva con respecto al segundo disco (42) de dichos discos.

4. Aparato, según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho elemento de polea central (41) es una polea segmentada que comprende:

: un cubo central (202);

: una serie de segmentos de polea periféricos desplazables (205) alrededor de dicho cubo (202);

: una serie de brazos móviles (200) dotados de uniones conectados con capacidad de pivotamiento a dicho cubo (202) y a los segmentos (205);

: un par de anillos reguladores (204, 206) dispuesto alrededor de dicho cubo (202) y que puede establecer contacto con dichos brazos (200) para guiar el movimiento de dichos brazos y que es acoplable con capacidad de deslizamiento con dichos segmentos (205);

: un piñón de desplegado (212) dispuesto alrededor de dicho cubo (202); y

: una cadena de ajuste (210) desplegada de dicho cubo y acoplable con dicho piñón de desplegado (212); de manera que dicha correa sinfín es una cadena de eslabones sinfín (238) acoplable con dicha cadena de ajuste (210), y dichos segmentos (205) son desplazables para ajustar por incrementos la longitud de dicha cadena de ajuste (210) acoplable con dicha cadena de eslabones sinfín (238).

5. Aparato, según la reivindicación 2, caracterizado porque el diámetro efectivo de dicho elemento central de polea (41) es ajustable para provocar que dicha velocidad de rotación de salida sea opuesta a la velocidad de rotación de entrada.

6. Aparato de trasmisión continuamente variable (figuras 7-10) que tiene un eje geométrico central y un eje de entrada (90) con capacidad de rotación a una velocidad de rotación de entrada y un eje de salida (60) rotativo a una velocidad de rotación de salida:

: un soporte (68) de satélites montado sobre dicho eje de entrada (90);

: una rueda planetaria (66) montada sobre dicho eje de salida (60);

: como mínimo una pista (86, 88) fijada en rotación alrededor de dicho eje geométrico central; y

: una serie de ruedas dentadas satélite de salida (72) montadas con capacidad de rotación sobre dicho soporte (68) de satélites para el giro a velocidad de rotación de satélite con respecto a dicho soporte de satélite, siendo dichas ruedas dentadas de salida (72) acoplables con dicha rueda planetaria (66); caracterizado por:

: una serie de rodillos de contacto (78) rotativos sobre los llamados ejes de engranaje satélite auxiliares (82) asociados sobre brazos basculantes (80), estando conectados con capacidad de pivotamiento dichos brazos basculantes sobre dicho soporte (68) de los satélites mediante ejes de satélites (70), y siendo acoplables dichos rodillos de contacto (78) con una o varias pistas (86) de manera que dichos rodillos de contacto (78) giran en relación con dicho soporte de satélite (68) cuando dicho soporte de satélites es obligado a girar por dicho eje de entrada (90); medios para ajustar selectivamente una distancia radial desde el eje central a los puntos de acoplamiento entre dichos rodillos de contacto (78) y dicha pista o pistas (86);

: medios para transferir par motriz desde dichos rodillos de contacto (78) a dichas ruedas dentadas de salida (72);

de manera que dicho eje de entrada (90) aplica par motriz a dicho soporte de satélites (68) a efectos del giro de dichos rodillos de contacto alrededor de dicho eje central, y el acoplamiento de dicho rodillo de contacto con dicha pista o pistas provoca el giro de dichos rodillos de contacto (78) para provocar el giro de dichas ruedas dentadas de salida (72) a la velocidad de giro de los satélites, y

en el que la dirección de dicha velocidad de entrada es seleccionada para formar un ángulo obtuso definido entre una línea radial desde dicho eje de entrada (90) a dichos ejes satélite (70), y una línea imaginaria desde dicho eje satélite (70) a los llamados ejes (82) de engranaje satélite auxiliares, de manera que dichos rodillos de contacto (78) conducen dichos brazos basculantes (80) al girar el soporte (68); y

en el que el ajuste de dicha distancia radial modifica la velocidad de rotación de dichos rodillos de contacto (78), que modifica la velocidad de rotación del satélite, cambiando de esta manera la velocidad de rotación de salida.

7. Aparato, según la reivindicación 6, caracterizado porque dichos medios para ajuste selectivo comprende:

: una cara interna cónica sobre dicha pista o pistas (86), acoplable por lo menos con uno de dichos rodillos de contacto (78); conectando dichos brazos basculantes (80) dichos rodillos de contacto (78) a dicho soporte de satélite (68), estando montados dichos brazos basculantes (80) sobre dicho soporte de satélite (68) para movimiento radial pivotante con respecto a dicho eje central y obligados radialmente a presionar dichos rodillos de contacto (78) contra dicha cara cónica; y

: medios para desplazar axialmente dicha pista o pistas (86) para desplazar los puntos de acoplamiento entre dichos rodillos de contacto (78) y dicha cara cónica.

8. Aparato, según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha distancia radial es ajustable provocando que la velocidad de rotación de salida sea opuesta a dicha velocidad de rotación de entrada.