ES2305855T3 - Transmision e impulsor de accesorios a velocidad constante. - Google Patents

Abstract

Un sistema impulsor de accesorios a velocidad constante, que comprende: una transmisión (1000) que comprende: elementos impulsores de entrada y salida (100, 101); anillos de rodadura radialmente interno y externo (23, 26), elementos planetarios (25) en contacto rodante con los mencionados anillos de rodadura radialmente interno y externo (23, 26), el mencionado anillo de rodadura interno (23) y el mencionado anillo de rodadura externo (26), comprendiendo cada uno dos partes axialmente separadas (23a, 23b, 26a, 26b), conectadas para rotación conjunta y móviles en la dimensión axial una respecto de la otra, medios para variar selectivamente la separación axial de las mencionadas dos partes axialmente separadas de uno de los mencionados anillos de rodadura (23, 26), y así la posición radial de los elementos planetarios (25) en contacto rodante con estas, comprendiendo un elemento de ajuste y un medio helicoidal de acoplamiento mutuo (43, 44, 48) que interconecta el mencionado elemento de ajuste de forma que el movimiento de giro relativo del mencionado elemento de ajuste, tiene como resultado el desplazamiento axial relativo del elemento de ajuste (26b), medios sensibles al par motor, que son sensibles al par motor aplicado entre dos elementos de transmisión de impulso de la transmisión, el mencionado medio sensible al par motor actuando tanto para determinar la variación de compensación en la separación de las partes (23a, 23b) del otro anillo de rodadura (23, 26), y así la relación de transmisión de la transmisión, como para variar las fuerzas intercambiadas entre los elementos planetarios (25) y los anillos de rodadura (23, 26), normales al interfaz entre ambos; un motor de impulso (90) acoplado a un impulsor con autobloqueo, que comprende un engranaje de tornillo sin fin (93) acoplado con el elemento de ajuste, y un elemento de fricción (97) acoplado con el engranaje de tornillo sin fin (93); el impulsor con autobloqueo impidiendo el movimiento giratorio del elemento de ajuste, cuando el motor (90) de impulso no está excitado; un primer elemento sin fin (B1) que conecta un impulsor y el elemento de impulso de entrada; un primer accesorio conectado directamente a un primer extremo del elemento de impulso de salida (101); y un segundo accesorio impulsado por un segundo elemento sin fin (B2) acoplado con el elemento de impulso de salida (101).

Description

Transmisión e impulsor de accesorios a velocidad constante.

Campo de la invención

La invención se refiere a una transmisión, y a un impulsor de accesorios a velocidad constante que la utiliza, y más en concreto se refiere a una transmisión planetaria de bolas, de relación de velocidad infinitamente variable, que tiene una pluralidad de elementos planetarios en contacto rodante con anillos de rodadura interno y externo, y a un impulsor de accesorios a velocidad constante, impulsado por correa, para hacer funcionar accesorios del motor a una velocidad sustancialmente constante.

Antecedentes de la invención

Los motores de vehículos comprenden generalmente ciertos accesorios que son utilizados en el funcionamiento del motor y del vehículo. Tales accesorios pueden incluir una bomba de la dirección asistida, un compresor de acondicionamiento de aire, un alternador, una bomba de aceite, una bomba de gasolina, etcétera. Estos accesorios generalmente están impulsados por una correa serpentina. La correa serpentina está acoplada con una polea sobre cada accesorio, así como sobre un eje de cigüeñal del motor. El eje de cigüeñal del motor proporciona el par motor para impulsar los accesorios.

Puesto que la correa es impulsada por el eje de cigüeñal, está necesariamente sometida a variaciones en la velocidad del motor durante la aceleración y la desaceleración del vehículo. En otras palabras, la velocidad de funcionamiento de los accesorios es directamente proporcional a la velocidad del motor. Las variaciones en la velocidad del motor tienen como resultado un funcionamiento ineficiente de los accesorios, debido a que cada accesorio ha de estar diseñado para funcionar satisfactoriamente sobre todo el rango de velocidades del motor. Necesariamente, esto supone que la eficiencia está por debajo de lo óptimo para la mayor parte del rango de velocidades. Por lo tanto, es deseable desacoplar los accesorios respecto del eje del cigüeñal, de forma que puedan ser impulsados a una velocidad constante óptima.

Es representativa del arte la patente de EE.UU. número 4 969 857 de Kumm (1990), que revela un impulsor de accesorios a velocidad variable, que tiene una correa plana que acciona una polea de diámetro variable, en el que se utiliza una polea de diámetro fijo unida a la polea de diámetro variable, para impulsar otra correa acoplada a los accesorios.

También es representativa del arte la patente de EE.UU. número 4 305 488, de McIntosh (1981), que revela un montaje de impulsor de accesorios de vehículo que incorpora un conjunto de engranajes planetarios de velocidad creciente, con una entrada portadora impulsada por motor.

Kumm representa una respuesta especialmente compleja al problema, la cual requiere muchos elementos componentes en la polea CVT, que deben funcionar de forma coordinada para producir los resultados apropiados. Además, Kumm no funcionará con una correa multi-acanalada, que es el impulsor predominante en las transmisiones de accesorios.

Una simple transmisión planetaria de bolas continuamente variable, es deseable para reducir posibles modos de avería para un sistema impulsor de accesorios, así como para incrementar la durabilidad.

Es representativa del arte en EE.UU. la patente número 6 461 268 B1, de Milner (2002), que puede considerarse como el más reciente documento del arte previo, y revela una transmisión continuamente variable, del tipo que tiene elementos planetarios en contacto rodante con anillos de rodadura radialmente interno y externo, cada uno de los cuales comprende dos partes separadas axialmente, con medios de control para variar selectivamente la separación axial de las dos partes de un anillo de rodadura. El medio de control comprende una palanca montada de forma pivotante sobre un elemento de reacción, de forma que moviendo la palanca axialmente en torno a un pivote se aplica fuerzas simétricas sobre las dos partes del anillo de rodadura, que de este modo se mueven axialmente una en relación con la otra.

Lo que se necesita es un impulsor de accesorios a velocidad constante, que impulse accesorios impulsados por correa a una velocidad sustancialmente constante, utilizando a la vez una transmisión planetaria de bolas de relación de velocidades infinitamente variable, que tiene un impulsor con autobloqueo. La presente invención satisface esta necesidad.

Resumen de la invención

El aspecto principal de la invención es proporcionar un impulsor de accesorios a velocidad constante, que impulse accesorios accionados por correa a una velocidad sustancialmente constante, utilizando a la vez una transmisión planetaria de bolas de relación de velocidad infinitamente variable, que tiene un impulsor con autobloqueo.

\newpage

Otros aspectos de la invención serán señalados, o bien se harán obvios, en la siguiente descripción de la invención y los dibujos anexos.

La invención comprende una transmisión planetaria de bolas, con relación de velocidad infinitamente variable, que consta de elementos planetarios en contacto rodante con anillos de rodadura móviles interno y externo, y un sistema impulsor de accesorios a velocidad constante, que utiliza la transmisión. La transmisión es infinitamente variable entre relaciones de aproximadamente 0,3 y 1,0. Un eje de entrada de transmisión está conectado a una fuente motriz, tal como un eje del cigüeñal del motor del vehículo, mediante una correa de transmisión. La transmisión comprende al menos un eje de salida que es coaxial con el eje de entrada. Una polea de salida está unida al eje de salida. Una correa está acoplada entre la polea de salida y varios accesorios del motor. Un segundo extremo del eje de salida de transmisión puede estar acoplado directamente con un accesorio del motor montado sobre la transmisión. Un sistema de control incluido detecta la velocidad del eje del cigüeñal. Un procesador analiza la velocidad del eje de cigüeñal, y consecuentemente ajusta la relación de transmisión utilizando un motor de velocidad gradual conectado a un engranaje de tornillo sin fin, para mantener una velocidad de salida constante independientemente de la velocidad del eje del cigüeñal.

Un sistema impulsor de accesorios a velocidad constante, acorde con la presente invención, se define en la reivindicación 1 anexa. En las reivindicaciones secundarias 2-10 se define características referidas adicionales, de aquel. En la reivindicación 19 se define una transmisión acorde con la presente invención. En las reivindicaciones secundarias 20-21 se define características preferidas adicionales, de aquella. En la reivindicación anexa 11 se define un método de puesta en funcionamiento de la transmisión o sistema de la presente invención. En las reivindicaciones secundarias 12-18 se define características preferidas adicionales de aquel.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos anexos, que se incorporan a la especificación y forman parte de esta, ilustran realizaciones preferidas de la presente invención y, junto con una descripción, sirven para explicar los principios de la invención.

La figura 1 es un esquema de un sistema impulsor de accesorios a velocidad constante.

La figura 2 es una vista en sección transversal, de la transmisión.

La figura 3 es una sección transversal parcial de los anillos de rodadura, mostrando una relación de transmisión máxima.

La figura 4 es una sección transversal parcial de los anillos de rodadura, mostrando una mínima relación de transmisión.

La figura 5 es una sección transversal parcial de los anillos de rodadura.

La figura 6 es una sección transversal parcial de la caja.

La figura 7 es una sección transversal de un montaje seguidor.

La figura 8 es un detalle del alojamiento del anillo de rodadura exterior.

La figura 9 es un detalle del impulsor del anillo de rodadura exterior.

La figura 10 es una vista en sección transversal, de la transmisión.

La figura 11 es una vista en perspectiva de la realización en tándem.

La figura 12 es una vista parcial en perspectiva, de la realización en tándem.

La figura 13 es un diagrama de bloques del sistema de control.

La figura 14 es un gráfico que muestra la característica del vehículo mejorado.

La figura 15 es un gráfico que muestra velocidades de accesorios comparadas con una velocidad del eje del cigüeñal.

La figura 16 es un gráfico que muestra velocidades de accesorios comparadas con velocidades del eje del cigüeñal, para un sistema del arte previo impulsado proporcionalmente.

La figura 17 es un gráfico que muestra relaciones de velocidad para la transmisión.

La figura 18 es un gráfico que muestra un ciclo de transmisión europeo, a modo de ejemplo.

Descripción detallada de la realización preferida

El sistema inventivo comprende un impulsor de accesorios a velocidad constante (CSAD, constant speed accessory drive) que reduce significativamente las pérdidas de energía parásitas de los accesorios impulsados. El sistema tiene como resultado un funcionamiento y una facilidad de conducción del vehículo, significativamente mejorados incluyendo mejoras en el par motor de la salida de transmisión y en el consumo de combustible del vehículo.

El sistema comprende una transmisión planetaria de elementos de relación infinitamente variable, utilizada en un sistema de accesorios del motor impulsados por correa, que permite que los accesorios del motor sean manejados a una velocidad sustancialmente constante, a la vez que varía constantemente la velocidad del motor, y por lo tanto del eje del cigüeñal. Mediante mantener la correa de transmisión de accesorios a una velocidad mínima que satisfaga todos los requerimientos del vehículo, es decir la velocidad mínima a la que el alternador distribuye la corriente necesaria a la que el acondicionador de aire distribuye la refrigeración necesaria, el sistema reduce significativamente las cargas de par motor de los accesorios, impuesta sobre el motor. Esto incrementa el par motor de salida disponible para la propulsión del vehículo, o reduce la cantidad de estrangulación (potencia) necesaria para mantener el vehículo a velocidad constante. Se consigue una situación óptima cuando la mínima velocidad impulsada de los accesorios, es menor que la velocidad del eje del cigüeñal, teniendo en cuenta diferencias en los diámetros de las respectivas poleas de accesorios. Para ilustrar las ventajas del sistema CSAD inventivo, se describe la aceleración del vehículo y el consumo de combustible, como elementos indicativos del rendimiento.

En la figura 1 se muestra una disposición general del sistema impulsor de accesorios a velocidad constante. La polea impulsora A está conectada a una fuente motriz tal como el eje del cigüeñal de un motor de combustión interna IC del vehículo. El ejemplo de motor IC no se ofrece como limitación, puesto que el sistema inventivo puede ser utilizado en casi cualquier situación en la que sea deseable controlar o variar la velocidad de un elemento impulsado con respecto a una velocidad impulsora.

La polea conducida B es la polea de entrada 100 de una transmisión infinitamente variable en 1000 del tipo aquí descrito. Hay una primera correa sin fin B1 acoplada entre las poleas A y B, acoplando de ese modo directamente la polea impulsora con la polea impulsada, en una configuración de tracción de dos puntos. La velocidad de la polea conducida B varía directamente, a medida que varía la velocidad de la polea de impulsora A. La correa B1 puede comprender cualquier perfil de correa conocido en arte, incluyendo multi-acanalada, correa en V y dentada.

La transmisión 1000 impulsa diversas poleas de accesorios mediante la polea de salida 101, que está conectada por una segunda correa sin fin B2 a los accesorios impulsados, que incluyen de forma no limitativa un alternador (ALT), una bomba de agua (WP, water pump) y un sistema de dirección asistida (PS, steering pump). Otro accesorio, a saber un compresor del acondicionador de aire (AC, air conditioner), se muestra directamente conectado a la transmisión 1000, y de ese modo al eje de salida de la transmisión, tal como se describe en otro lugar en esta especificación. En una disposición alternativa, el compresor AC no necesita estar conectado directamente a la transmisión, y puede estar localizado en cualquier otro lugar sobre el motor acoplado con la correa B2, como están los otros accesorios.

La disposición de impulsor que se ha revelado, desacopla el eje del cigüeñal respecto de los accesorios conducidos, permitiendo que la velocidad rotacional de los accesorios se varíe mediante la transmisión, independientemente de la velocidad del eje del cigüeñal. Desacoplar los accesorios de este modo sirve para incrementar la eficiencia de los accesorios y del motor.

Un tensor de correa T se utiliza para tensar la correa B2, al objeto de facilitar la transferencia de par motor, desde la salida de transmisión a los accesorios. El tensor T puede también comprender amortiguamiento, incluyendo amortiguamiento asimétrico tal como es sabido en el arte.

El mecanismo de transmisión aquí descrito es extremadamente compacto y muy eficiente. El diseño elimina la necesidad de un circuito hidráulico presurizado, bien para la lubricación o para el control de la transmisión.

Descripción de la transmisión de relación infinitamente variable

En la figura 2 se muestra una vista en sección transversal de la transmisión y sus ventajosas características de salida doble. La transmisión 1000 comprende un dispositivo del tipo conocido generalmente como transmisión continuamente variable (CVT, continuosly variable transmission). La transmisión comprende elementos planetarios en contacto rodante con anillos de rodadura, radialmente interno y externo. Cada anillo de rodadura comprende dos partes o porciones separadas axialmente. Se utiliza medios de control sensibles a la velocidad del motor, para variar selectivamente la separación axial de las dos partes del anillo de rodadura exterior, y de ese modo una posición radial de los elementos planetarios de bolas, en contacto rodante con los anillos de rodadura. La variación en la posición radial de los elementos planetarios, varía la relación de salida y por lo tanto una velocidad de rotación del eje de salida de la transmisión.

Un medio sensible al par motor que se aplica a un elemento de entrada de la transmisión, sirve para determinar una variación compensadora en la separación de las dos partes del anillo de rodadura interno, y por lo tanto de la relación de transmisión. El medio sensible al par motor varía también las fuerzas intercambiadas entre los elementos planetarios y los anillos de rodadura, normales al interfaz entre ambos (N). La transmisión se describe de forma más completa en la patente de Estados Unidos número 6 461 268, de Milner, que se incorpora aquí en su integridad como referencia.

La transmisión descrita en la figura 2, en ocasiones también aludida como un variador o como una transmisión infinitamente variable, comprende el alojamiento 5 dentro del cual hay una caja planetaria 14. La caja planetaria 14 comprende partes 14a y 14b. Un elemento impulsor de entrada que comprende el eje de entrada 11, está montado de forma coaxial con la caja planetaria 14a sobre el cojinete 12 y el cojinete 13. El cojinete 13 puede comprender cualquier cojinete apropiado conocido en el arte incluyendo, de forma no limitativa, cojinetes de bolas y cojinetes de agujas. El anillo de encaje a presión 86 retiene el cojinete 13 en la parte 14b de la caja planetaria. El anillo de montaje presión 12a retiene el cojinete 12 en la parte 14a de la caja planetaria. La caja planetaria 14 está montada de forma rotatoria dentro del alojamiento 5 sobre los cojinetes 46, 47. Los cojinetes 46, 47 pueden comprender cualquier forma apropiada, conocida en el arte, tal como cojinetes de bolas o cojinetes de aguja. El anillo de encaje a presión 85 retiene el cojinete 46 sobre la parte 14b de caja planetaria.

Las partes de caja planetaria 14a, 14b están unidas entre sí mediante ejes 16. Los ejes 16 comprenden pasadores, uno de cuyos extremos está montado a presión en la porción 14a. El otro extremo está acoplado cooperativamente con la porción 14b y puede comprender también un encaje a presión.

Las juntas 76, 78 contienen el fluido de tracción dentro de la transmisión, e impiden la entrada de material extraño en la transmisión.

Una extensión cilíndrica axial 22 de la parte 14a constituye uno de los dos elementos impulsores de salida coaxial o ejes de la transmisión. El otro eje de salida 102 es una extensión axial de la parte 14b. Puede verse que los ejes de salida 22 y 102 rotan a la misma velocidad, puesto que cada uno está conectado mecánicamente a la caja planetaria 14.

La caja planetaria 14 es el medio mediante el que se transmite el par motor, desde el eje de entrada 11 a los ejes de salida y la polea 101. Para conseguir esto, la caja planetaria 14 comprende además cuatro elementos seguidores planetarios 15, simétricamente dispuestos en torno al eje geométrico del eje de entrada 11, entre los anillos de rodadura internos 23a, 23b y los anillos de rodadura externos 26a, 26b. Cada elemento seguidor planetario 15 está soportado de forma rotatoria sobre cada eje 16, mediante cojinetes de aguja 60 o cualquier otro cojinete apropiado conocido en el arte. Cada seguidor 15 puede moverse axialmente a lo largo de cada eje 16, en respuesta a un movimiento de cada elemento planetario 25, véase la figura 3.

Los elementos seguidores 15 comprenden un perfil arqueado cóncavo, aproximado por dos formas de cono truncado, unidas de forma coaxial sobre un eje principal de cada uno, véase la figura 7. La forma cónica de cada elemento seguidor proporciona un medio ventajoso para acoplar un elemento seguidor con un elemento planetario esférico 25. Es decir, la forma cóncava arqueada proporciona dos puntos de contacto entre la superficie del seguidor 15 y una superficie del elemento planetario 25, de ese modo disminuyendo sustancialmente las fuerzas de acoplamiento, y por lo tanto incrementando la durabilidad bajo altas cargas, en comparación con un solo punto de acoplamiento.

Volviendo ahora a los conjuntos rotatorios, el eje de entrada 11 comprende el anillo de rodadura interno en la dimensión radial, que comprende dos partes de anillo de rodadura interno 23a y 23b. La parte 23a está formada como una parte integral del eje 11, o también puede comprender una parte separada que está montada a presión sobre el eje 11. Cada una de las partes 23a y 23b comprende superficies arqueadas 27a y 27b, sobre las que ruedan respectivamente elementos planetarios 25.

La parte 23b es un elemento ajustable, y movible axialmente a lo largo del eje 11 mediante un medio helicoidal de acoplamiento mutuo, que comprende un acoplamiento roscado de tornillo esférico, véase la figura 3. El tornillo esférico comprende filetes de rosca o canales helicoidales 37 y 38, con elementos rodantes o bolas 39 dispuestos cooperativamente, véase la figura 10. Los canales helicoidales 37 y 38 las bolas 39, pueden ser reemplazados alternativamente por un acoplamiento roscado conocido, por ejemplo roscas "ajax" o "acme", sobre la parte 23b y el eje de entrada 11.

Por virtud de la forma helicoidal de los canales 36, 38, una rotación relativa del eje de entrada 11 y la parte 23 en un sentido, provocará que la parte 23b se desplace axialmente hacia la parte 23a. La separación axial de las dos partes 23a, 23b del anillo de rodadura interno, se produce durante la rotación relativa entre la parte 23b y el eje de entrada 11, en el sentido opuesto.

La parte 23b está sujeta en un contacto ligero continuo con los elementos planetarios 25, mediante un elemento de derivación 40 del medio helicoidal de acoplamiento mutuo. El elemento de derivación 40 comprende un resorte de torsión y tiene un extremo acoplado con un límite sobre el eje 11 en el elemento 41, y el otro extremo acoplado con la parte 23b. El resorte 40 está bajo compresión continua, de forma que la parte 23b está continuamente impulsada en la dimensión axial a lo largo del eje 11 y sobre este, lo que tiene como resultado un movimiento relativo de giro que provoca un desplazamiento axial relativo de la parte 23b, provocando de ese modo el acoplamiento continuo de la parte 23b con los elementos planetarios 25.

\newpage

El anillo de rodadura externa 26 comprende partes de anillo de rodadura anulares, separables en la dimensión axial 26a, 26b. El anillo de rodadura exterior 26 comprende la parte 26a que tiene una parte cilíndrica que se extiende axialmente 42, dentro de la cual está acoplada de forma rotatoria la segunda de las partes 26b del anillo de rodadura radialmente externo. La parte 26a y la parte 26b están conectadas de forma rotatoria por un medio helicoidal de acoplamiento mutuo, la combinación comprendiendo medios para variar selectivamente la separación axial de las partes de anillo de rodadura. Es decir, una superficie interna de la parte cilíndrica 42 tiene un canal helicoidal 43. La parte 26b del anillo de rodadura externo en la dimensión radial, es un elemento de ajuste y tiene sobre su superficie cilíndrica externa un canal helicoidal 44. Hay elementos de rodillo o bolas 48 que tienen un acoplamiento rodante, dispuestos entre el canal 43 y el canal 44 permitiendo que la parte 26b del anillo de rodadura externo rote con respecto a la parte 42. El canal 43, el canal 44 y las bolas 48 forman juntos un tornillo esférico. Los canales 43, 44 tienen un espaciado lo suficientemente grueso como para efectuar cambios oportunos de relación entre extremos, sin requerir un recorrido excesivo del engranaje de tornillo sin fin del cambio de relación, véase la figura 9, y al mismo tiempo sin ser tan gruesos que las condiciones de contacto simplemente fuercen la separación de los anillos de rodadura. Los canales 43, 44 y las bolas 48 pueden también ser reemplazados por un acoplamiento roscado, incluyendo roscas "ajax" o "acme". Un movimiento angular o rotación de la parte 26b de anillo de rodadura externo con respecto a la parte 26a, para efectuar un cambio de relación completo, es de aproximadamente 150º.

Los elementos planetarios 25 ruedan a lo largo de carriles de rodadura de los elementos de anillo de rodadura. Los carriles de rodadura de las partes 23a, 23b del anillo del rodadura interno y de las partes 26a, 26b del anillo de rodadura externo, respectivamente identificados como 27a, 27b y 28a, 28b, comprenden cada uno, en sección transversal, una superficie arqueada parcialmente circular y cuyo radio es ligeramente mayor que el radio RS de cada elemento planetario esférico 25.

La diferencia en radio entre cada elemento planetario 25 y los carriles 27a, 27b, 28a, 28b, produce un punto teórico de acoplamiento entre cada elemento 25 y cada carril. Puede seleccionarse un radio de curvatura de la superficie 27a y 27b, que entregue una proporción de cambio deseada en función de una velocidad a la que los elementos 25 se mueven radialmente durante tal cambio de proporción.

Los refuerzos de contacto entre los elementos 25 y las superficies 27a, 27b, 28a, 28b no deberían ser demasiado grandes, para evitar las denominadas pérdidas de giro resultantes de las fuerzas que se desarrollan en el fluido hidrodinámico entre los dos elementos en contacto rodante. Hay una galería dispuesta entre las partes 23a y 23b, que proporciona un trayecto de flujo de retorno para el fluido de tracción que circula entre los elementos 25 y los anillos de rodadura interno y externo.

A través del funcionamiento del accionador y del engranaje de tornillo sin fin, la aproximación axial de las dos partes 26a, 26b del anillo de rodadura externo, controla la posición radial de los elementos planetarios mediante aplicar presión a los elementos planetarios 25, provocando así que estos se muevan axialmente hacia dentro, en dirección al eje de entrada 11, impulsando de ese modo a separarse a las dos partes 23a, 23b del anillo de rodadura interno. Esto modifica la relación de salida de la transmisión. El resorte de torsión 40 asegura el acoplamiento continuo de la parte de anillo de rodadura 23b con los elementos 25. Por supuesto, las partes 26a y 26b del anillo de rodadura externo pueden también separarse, provocando de ese modo que los elementos planetarios se muevan radialmente alejándose del eje de entrada 11, permitiendo así que las partes 23a y 23b se muevan axialmente en aproximación, a través del funcionamiento del medio sensible al par motor.

La parte de anillo de rodadura 26a rota dentro de indentaciones en el alojamiento 5, mientras se mueve en una dirección axial que es paralela al eje X-X para cambios de relación. El eje X-X es el eje común de rotación de la transmisión, incluidos el eje de entrada 11, los anillos de rodadura 23, 26 y los ejes de salida 22, 102, y es asimismo el centro del trayecto orbital de los elementos planetarios esféricos 25. La parte 26b del anillo de rodadura acopla el alojamiento 5 de tal forma, que impide la rotación de la parte 26b con respecto al alojamiento 5 pero de forma que, por lo demás, permite el movimiento axial de la parte 26b acercándose o alejándose respecto de la parte 26a, a medida que rota la parte 26a.

La transmisión posee también una acción de embrague unidireccional, basada en el funcionamiento del mecanismo sensible al par motor. Durante valores de desaceleración elevados, cuando los componentes de inercia del par motor son suficientes para superar los pares de fuerzas de fricción y de carga, la salida normal en la transmisión se convertirá en el impulsor. Esto provoca que se reduzca la fuerza de sujeción sobre el anillo de rodadura interna 23b, y se producirá una condición de deslizamiento.

El alojamiento 5 comprende una forma en sección transversal un tanto rectangular. Los pasadores 71 conectan el lado del alojamiento 72 y el lado del alojamiento 73 con el alojamiento 5 usando tuercas 74, véase la figura 8. Aletas de refrigeración (CF, cooling fins) que se extienden desde la superficie externa del alojamiento 5, pueden ser utilizadas para enfriar la transmisión y el fluido de tracción.

El alojamiento 5 comprende el depósito 75 que recibe y contiene el fluido de tracción para la transmisión. El sistema del fluido de tracción no está presurizado, y funciona en cambio en condiciones de presión ambiental. La caja 14a rota parcialmente sumergida en el fluido de tracción contenido en el depósito 75. El fluido de tracción es recogido en las partes rotatorias de la transmisión, durante el funcionamiento. El fluido de tracción proporciona el coeficiente de fricción requerido entre los elementos planetarios o bolas, y las superficies del anillo de rodadura. El fluido fluye alrededor de los elementos planetarios, y abandona el anillo de rodadura externo a través de la separación 77 y el anillo de rodadura interno a través de la separación 70. El fluido de tracción también enfría la transmisión.

El fluido de tracción puede componerse de cualquiera de los adecuados para el servicio, conocidos en el arte, incluyendo Santotrac® 50 o Santotrac® 2500. Cada fluido, es un fluido de tracción de baja viscosidad basado en hidrocarburos sintéticos, utilizado donde se desea una resistencia laminar entre media y alta. Los fluidos están disponibles en Findett Corporation, 8 Governor Drive, St. Charles, MO 63 301.

El alojamiento 5 comprende además medios para su montaje en un motor, véase la figura 11.

Aunque esta descripción incluye un sistema impulsor de accesorios a velocidad constante orientado para automoción, debe entenderse que la transmisión inventiva puede ser utilizada en cualquier aplicación que necesite una transmisión dispuesta entre un equipamiento impulsor y un equipamiento impulsado. En estos casos, el impulsor puede estar acoplado directamente al eje de entrada 11 de la transmisión, por ejemplo mediante correa y polea. Por ejemplo y de forma no limitativa, la transmisión inventiva puede ser utilizada en aplicaciones de línea de conducción de vehículo o de motocicleta tales como transmisiones, así como en bombas para lodos, compresores de aire y de gas, HVAC, equipamiento de manejo de aire, bombas de manipulación de material a granel, etcétera. En cada caso, el equipamiento es impulsado mediante un impulsor principal, tal como un motor eléctrico o un motor de combustión interna. La transmisión se dispone entre el motor y el equipamiento impulsado por la línea de conducción. La característica continuamente variable de la transmisión, permite un control de velocidad ilimitado y preciso, para la velocidad del equipamiento impulsado. La transmisión inventiva proporciona la ventaja de ofrecer el mayor rango posible de relaciones de velocidad para un requisito del sistema impulsor, en comparación con la transmisión de tipo engranajes. Además, la característica de salida doble de la transmisión permite el impulso de las piezas del equipamiento mediante una sola transmisión, mientras se utiliza un solo motor de impulso. Si se trata de una transmisión por correa con una salida de transmisión, entonces puede impulsarse múltiples piezas del equipamiento impulsado, a diferentes velocidades.

Descripción del funcionamiento

En funcionamiento, el eje de transmisión de entrada 11 es impulsado por la correa B1 acoplada con la polea 100. La rotación del eje de transmisión de entrada 11 provoca que el anillo de rodadura interna 23 rote y transporte consigo, sobre las superficies 27a y 27b mediante contacto rodante, los elementos planetarios 25 que ruedan sobre las superficies curvas 28a y 28b del anillo de rodadura externo 26. Los elementos planetarios 25 están limitados mediante su contacto con las superficies curvas 27a, 27b y 28a, 28b de los anillos de rodadura radialmente interno y radialmente externo 23, 26 respectivamente. Puesto que la parte 23a del anillo de rodadura interno está fija en la posición con respecto al eje 11, todo los movimientos radiales y axiales de los elementos esféricos 25 están definidos mediante la parte 23a, y en referencia a esta. Por lo tanto, el trayecto seguido por un centro de cada elemento 25 describe una curva que coincide con la forma arqueada de la superficie 27a.

El mecanismo funciona como un mecanismo sensible al par motor, que permite compensar el movimiento rotatorio y axial de la parte en terna 23b de anillo de rodadura movible, con respecto a la parte 23a del anillo de rodadura fija. El medio sensible al par motor comprende el elemento de derivación 40 y medios helicoidales de acoplamiento mutuo 37, 38, 39, que actúan como reacción a las fuerzas ejercidas por la transmisión de las fuerzas de tracción entre el anillo de rodadura radialmente interno 23 y los elementos planetarios 15. El medio sensible al par motor actúa tanto para determinar la variación de compensación en la separación de las partes del anillo de rodadura interno 23, y por lo tanto la relación de transmisión del dispositivo, como para variar las fuerzas intercambiadas entre los elementos planetarios 15 y el anillo de rodadura, normales al interfaz entre estos.

Dicho de otra forma, el medio helicoidal de acoplamiento mutuo, sensible al par motor, reacciona contra una fuerza circunferencial directa y una fuerza axial que tiene un componente circunferencial. El componente circunferencial de la fuerza axial es sustancialmente igual y de signo opuesto, a la fuerza circunferencial directa de reacción mediante el acoplamiento mutuo helicoidal. Esto minimiza la fuerza necesaria para aplicar el medio de control, al objeto de variar selectivamente la separación axial de las dos partes separadas axialmente, del anillo de rodadura externo, para mantener o cambiar una relación de transmisión, de la transmisión.

Cada elemento planetario 25 está además acoplado de forma rotatoria con un elemento seguidor 15. El movimiento planetario de los elementos 25 se transporta a los elementos seguidores 15 y, a través de los ejes 16, a la caja planetaria 14 que a su vez está conectada a los ejes de salida 22 y 102. Puesto que los elementos 25 se mueven tanto radial como axialmente con respecto al eje 11, durante cambios de relación de la transmisión, cada elemento seguidor 15 es además ligeramente movible axialmente sobre los cojinetes 60 en una dirección paralela al eje X-X, de forma que se mantiene el contacto apropiado con cada elemento 15 a través de todo el rango de movimiento de cada uno.

El cambio de relación de la transmisión se lleva a cabo mediante variaciones en la aproximación o separación relativas, de las partes 26a, 26b del anillo de rodadura radialmente externo. Esto se provoca mediante la rotación, en uno u otro sentido, de la parte 26a del anillo de rodadura externo mediante el engranaje de tornillo sin fin 90. La rotación de la parte 26a del anillo de rodadura externo, provoca que se aplique una fuerza mayor o menor a los elementos planetarios 25, impulsándolos radialmente hacia dentro en dirección al anillo de rodadura interno 23. A medida que se reúne las dos partes 26a, 26b del anillo de rodadura externo, se incrementa las fuerzas ejercidas sobre los elementos planetarios 25. La fuerza radialmente hacia dentro, aplicada a los anillos de rodadura internos 23a, 23b, los impulsa a separarse debido a la rotación relativa de la parte 23b de anillo de rodadura con respecto al eje 11, a través del funcionamiento de las bolas 39 en los canales 37, 38.

La parte 23b de anillo de rodadura rota a la misma velocidad que la parte 23a de anillo de rodadura, apartándose de una variación transitoria menor cuando tiene lugar el movimiento relativo sobre un arco limitado, para compensar el ajuste de las presiones aplicadas por los elementos planetarios 25. Más en concreto, la rotación del eje 11 en la dirección prevista de tracción, provoca que la parte 23b de anillo de rodadura se aproxime a la parte 23a axialmente cuando se resiste por arrastre, de forma que cualquier juego en el contacto rodante entre los anillos de rodadura y los elementos planetarios 25, es absorbido hasta que las fuerzas ejercidas sobre el acoplamiento mutuo helicoidal mediante la parte 23b de anillo de ranura y el eje de tracción 11, igualan las fuerzas de reacción entre la parte 23b rodadura y los elementos planetarios 25. En este punto, no tiene lugar otro desplazamiento axial de la parte 23b de anillo de rodadura, en relación con la parte 23a de anillo de rodadura.

La relación de transmisión se determina mediante la posición radial de la parte 23a del anillo de rodadura, y a su vez de los elementos planetarios 25. La función de las roscas 37, 38 de anillo de rodadura interno y las bolas 39, es mantener la relación de fuerza normal frente a tangencial (de tracción) (n/f, normal to tangencial) de cada punto de contacto del elemento planetario 25, dentro de cierto rango. La relación debe ser lo suficientemente grande como para asegurar que no se produce un deslizamiento excesivo (por lo menos n/f = 10 para lubricación parcial, y hasta el doble para lubricación hidrodinámica completa), pero no tan grande que se aplique una fuerza normal N significativamente mayor a la necesaria, lo que reduciría la eficiencia, la capacidad del par motor y la vida útil de la unidad.

Una forma de elemento planetario esférico 25 es bien adecuada para esta función, debido a que tal elemento planetario está en equilibrio bajo la acción de cuatro fuerzas radiales de "apriete" de contacto periférico, aplicadas mediante los anillos de rodadura en el plano de la figura 2 (la dirección y) y una fuerza de atracción a través del elemento central, normal al plano del dibujo (la dirección z), puesto que aquí y/z tiene el mismo valor sobre cualesquiera puntos de contacto sobre la periferia. Esto significa que los valores de anillo de rodadura interno y externo y/z son iguales para cualquier configuración de relación, de la transmisión. El resorte de torsión 40 que actúa sobre un anillo de rodadura interno 23b, proporciona suficiente carga previa como para asegurar que siempre hay la suficiente presión de contacto para que el mecanismo sensible al par motor funcione, a medida que el par motor crece desde cero.

El alojamiento 5, con las partes de extremo 72 y 73, contiene la unidad de transmisión variable en su integridad, con la excepción de los ejes de entrada y salida y el engranaje de tornillo sin fin, haciendo muy compacto el paquete en su conjunto. Por lo tanto, la invención es muy apropiada por ejemplo para la transmisión para un impulsor de accesorios a velocidad constante. Para su uso en un sistema impulsor de correa de accesorios, una salida desde la transmisión 1000 comprende una polea multi-acanalada sobre el eje de salida 22. Otro eje de salida 102 se extiende coaxialmente frente al eje 22. El eje 102 puede también estar directamente acoplado a un accesorio tal como un compresor de acondicionador de aire, véase la figura 11. La combinación de la transmisión, plataforma de montaje y accesorios unidos, comprende un conjunto completo que puede montarse como una sola unidad sobre el motor de un vehículo. Por supuesto, el compresor de acondicionador de aire (A/C) se ofrece solo a modo de ejemplo, y puede montarse igualmente cualquier otro accesorio en la transmisión, incluyendo de forma no limitativa una bomba de la dirección asistida, el alternador, la bomba de combustible, la bomba de aceite, la bomba de agua, así como cualquier otro accesorio.

Debe notarse que los elementos de entrada y salida pueden tener sus respectivas funciones invertidas, es decir la entrada puede ser recibida a través del eje 22, y la salida transmitida a través del eje 11. Esto tiene como resultado un incremento en el par motor de salida sobre el par motor de entrada. Por lo tanto, puede hacerse funcionar la transmisión en cualquier sentido de transmisión rotacional del par motor.

En la configuración de anillo de rodadura ilustrada en la figura 3, el radio del contacto rodante R1 entre los elementos 25 y el anillo de rodadura interno 23 es relativamente grande, y en un radio de contacto R3 entre los elementos 25 y el anillo de rodadura externa 26 es relativamente pequeño. En esta configuración, la relación de transmisión entre el eje de entrada 11 y el eje de salida 22, 102 es aproximadamente 1,0. Como se describe en otro lugar de esta especificación, el radio del contacto rodante está controlado por la posición relativa en las partes 26a y 26b. La posición axial de la parte 26b está controlada mediante el engranaje de tornillo sin fin 90, véase la figura 9. La acción del engranaje de tornillo sin fin 90 sobre la parte 26a, mueve axialmente la parte 26b mediante rotar parcialmente la parte 26a en torno al eje 11, en sentidos bien horario o antihorario.

En referencia a la figura 4, mediante el funcionamiento del engranaje de tornillo sin fin 90 en un sentido opuesto respecto del ilustrado en la figura 3, la parte 26b de anillo de rodadura se mueve a axialmente hacia la parte 26a, a medida que la parte 26a rota, de forma que se fuerza a los elementos 25 moverse radialmente hacia dentro. El movimiento de los elementos 25 se compensa mediante la aproximación axial de la parte 23b del anillo de rodadura interno hacia la parte 23a, que se provoca mediante la acción del resorte de torsión 40 apoyándose sobre la parte 23b. En esta configuración, el radio del contacto rodante R2 entre los elementos 25 y el anillo de rodadura interno 23 es relativamente pequeño, y un radio de contacto R4 entre los elementos 25 y el anillo de rodadura externa 26 es relativamente grande. En esta configuración, la relación de transmisión entre el eje de entrada 11 y el eje de salida 22, 102 es aproximadamente de 0,3.

Puesto que la parte 23a el anillo de rodadura interno no se mueve, los elementos 25 ruedan sobre la superficie 27a, y por lo tanto siguen el contorno de la superficie 27a. El centro de cada elemento 25 se mueve aproximadamente en la dirección D2, desplazándose radialmente hacia dentro y a la vez axialmente a medida que la relación se modifica de la figura 3 a la figura 4.

La relación de entrada/salida está también sometida a los diámetros relativos de la polea de entrada 100 y de salida 101, añadiendo de ese modo otra dimensión de variabilidad al sistema inventivo. Por ejemplo, el diámetro de la polea de salida 101 puede adaptarse para cooperar con el diámetro de cada una de las poleas de accesorios. Seleccionar apropiadamente el diámetro de cada polea en el sistema, permite que se consiga la velocidad de rotación deseada para cada accesorio, para una velocidad correspondiente del eje cigüeñal del motor. Los diferentes radios de polea se mejoran mediante la característica infinitamente variable de la transmisión.

La figura 5 es una vista en perspectiva, en sección transversal, del eje y los anillos de rodadura. Se muestra el anillo de rodadura interno 23 y el anillo de rodadura externo 26. La parte 23b de anillo de rodadura interno se mueve en las direcciones \pm D, mediante rotar en torno al eje de entrada 11 sobre el tornillo esférico 37, 38, 39. La parte 26b del anillo de rodadura externo se mueve igualmente en las direcciones \pm D, por virtud de la rotación de la parte 26a de anillo de rodadura externo en la dirección R sobre el tornillo esférico 43, 44, 48, véase la figura 10. La galería de fluido 77 proporciona un trayecto para poner en circulación el fluido de tracción, al objeto de que abandone la caja y el área del anillo de rodadura, y vuelva al depósito 75. El eje de rotación de la transmisión se denota mediante X-X.

La figura 6 es una vista parcial de la caja, en sección transversal. La caja 14 comprende la porción de caja 14a y la porción de caja 14b. En torno a la caja 14 hay dispuestos de forma simétrica soportes 80. Cada eje 16 está conectado a un soporte 80, y de ese modo a la caja 14, en agujeros 82. Se utiliza pasadores 84 dispuestos en agujeros 81, para alinear adecuadamente las partes de caja 14a y 14b. Un elemento planetario 25 rueda dentro de un respectivo espacio 83. Los espacios 83 están dispuestos simétricamente en torno a la caja 14, entre soporte seguidores 80. El anillo de encaje a presión 86 acopla la parte 14b en la ranura 96. Los ejes de salida 22 y 102 se extienden respectivamente desde la parte de caja 14a y 14b.

La figura 7 es una vista en sección transversal, de conjunto de seguidor. El seguidor 15 comprende una forma arqueada, que tiene una sección transversal que se aproxima por dos conos truncados unidos punto a punto. Esto tiene como resultado una sección transversal sustancialmente cóncava, que tiene radios A1 y A2 que acoplan con los elementos 25. El radio A1 puede ser igual o mayor que el radio A2. Esta forma es ventajosa debido a que ofrece dos puntos de contacto con cada bola 25 y seguidor 15. Esto proporciona eficiencia y precisión mejoradas, para la transferencia del par motor. Además reduce la carga, de un solo punto a dos puntos y sin incrementar significativamente las pérdidas por fricción de rodadura. Para seguir cada elemento 25 a medida que se cambia la relación, el seguidor 15 es ligeramente movible axialmente en la dirección N sobre los cojinetes de aguja 60, a lo largo del eje 16. Los cojinetes de aguja 60 están contenidos entre hombros 61, 62 sobre el eje 16. Los hombros 61, 62 para contener el cojinetes 60, pueden comprender asimismo anillos de ajuste a presión conocidos en el arte. El seguidor 15 se muestra desplazado axialmente sobre el eje 16.

La figura 8 es un detalle del alojamiento y el anillo de rodadura externo. El alojamiento 5 comprende secciones 72, 73. La parte 26b del anillo de rodadura externo se muestra con clavijas 26c. Las ovejas 26c acoplan con agujeros en la sección de alojamiento 72. La parte de anillo de rodadura 26b es movible libremente en una dirección axial (con respecto al eje X-X) sobre las clavijas 26c, a medida que la parte 36a de anillo de rodadura, es rotada mediante el engranaje de tornillo sin fin 90. Las clavijas 26c limitan la parte del anillo de rodadura 26b externo, impidiendo que rote cuando rota la parte 36a.

Pasadores 71 y tuercas 74 mantienen juntas las secciones de alojamiento 72 y 73. Hay montadas aletas de refrigeración CF sobre una superficie externa del alojamiento 5, e irradian calor procedente de la transmisión.

La figura 9 es un detalle del impulsor del anillo de rodadura. El engranaje de tornillo sin fin 90 está unido al alojamiento 5 utilizando medios conocidos, por ejemplo pernos, pasadores o tornillos. El engranaje de tornillo sin fin 90 comprende un motor paso a paso 96 de CC. Como ejemplo y de forma no limitativa, un motor paso a paso apropiado es el fabricado por LIN Engineering, número 4218L-01. El motor paso a paso puede verse en la dirección de Internet www.linengineering.com/our products/4218.htm. Asimismo, puede utilizarse otros motores paso a paso conocidos en el arte. El controlador 96 del motor paso a paso es igualmente conocido en el arte, y puede obtenerse a partir de LIN Engineering u otro proveedor apropiado.

La rueda de entrada 91 está conectada al eje de salida del motor 96. A modo de ejemplo, la rueda de entrada 91 comprende 30 dientes y un diámetro de espaciado de 28,54 mm. Hay una rueda dentada cooperativa unida al piñón del engranaje de tornillo sin fin 94. A modo de ejemplo, la rueda dentada 92 tiene 15 dientes y un diámetro de espaciado de 14,32 mm. Por lo tanto, la relación de transmisión en este ejemplo no limitativo es de 2:1. La correa dental B3 corre entre las ruedas dentadas 91 y 92, y comprende 45 dientes y un espaciado de 3 mm, para una longitud de espaciado total de 135 mm.

El engranaje de tornillo sin fin 93 está maquinado en el piñón de tracción 94. Un carril 95 de engranaje de tornillo sin fin, cooperativo, está maquinado en la parte 26a del anillo de rodadura externo. Un conjunto de engranaje de tornillo sin fin a modo de ejemplo, está disponible en W.M. Berg, en la dirección www.wmberg.com, referenciaWCS-7S.
por ejemplo, el tornillo sin fin 93 comprende una sola rosca con un diámetro de espaciado de 12,0 mm, un paso de 3,14159 mm, un ángulo de paso de 4,75 grados y un ángulo de presión de 14,5 grados. El diámetro de espaciado del engranaje de tornillo sin fin 95 es de 88 mm y comprende 88 dientes. Así, el módulo es de 1,0. El ángulo helicoidal es de 4,75 grados, el ángulo de presión es de 14,5 grados y el espaciado circular es de 3,14159 mm. La distancia central del conjunto de engranaje de tornillo sin fin será de 50,00 mm (1/2 de (88 + 12)) y las relación es de 88:1.

Se cree una componente de fricción entre el piñón 94 y el cojinete en el alojamiento 5, a saber el piñón 94 acopla axialmente un elemento de fricción que comprende una arandela de presión 97 en el alojamiento 5, véase la figura 2. La arandela de presión 97 tiene un coeficiente de fricción sobre su superficie de acoplamiento con el piñón 94. La fuerza de fricción creada por el acoplamiento entre la arandela 97 y el piñón 94 resiste la rotación del piñón en funcionamiento, pero más en concreto impide la rotación del piñón cuando es deseable que permanezcan estáticos el tornillo sin fin y por lo tanto el anillo de rodadura externo, y por lo tanto se contiene el desplazamiento axial de la parte del anillo de rodadura, por ejemplo para una velocidad del motor en régimen estacionario, y por lo tanto una condición operativa de la transmisión en régimen estacionario. En semejante condición de régimen estacionario, el motor 96 es desactivado. La superficie opuesta de fricción para la arandela de presión 97, es el alojamiento de aluminio 5.

La arandela de empuje 97 puede estar fabricada de acero. También puede comprender un revestimiento o una superficie de fricción sobre-moldeada en el inserto de acero.

Puede utilizarse grasa o aceite líquido para una arandela de presión de acero, no revestida. En este caso, el coeficiente de fricción de la arandela solo de acero, es de aproximadamente 0,9-1,1. En el caso en que sea necesario reducir el coeficiente de fricción por debajo del que tiene el acero, puede utilizarse los siguientes materiales termoplásticos (a modo de ejemplo no limitativo): Arlen AE 4200 (Mitsui Petrochemical), Lubricomp 189 (LNP Engineered Plastics). El coeficiente de fricción para los materiales termoplásticos es aproximadamente de 0,06 a 1,0. No se utilizará aceite ni grasa con los materiales termoplásticos.

En el caso de que sea necesario incrementar el coeficiente de fricción por encima del que tiene el acero, puede utilizarse los siguientes materiales termoplásticos (a modo de ejemplo no limitativo): Lubriloy RL (LNP Engineered Plastics), TEP 642 (Thomson Industries). El coeficiente de fricción utilizando estos materiales es aproximadamente de 0,14 a 1, 20. No se utiliza aceite ni grasa con estos materiales termoplásticos.

Cualquiera de los materiales termoplásticos precedentes pueden moldearse sobre el inserto de arandela de acero, o pueden utilizarse sin inserto de acero.

La configuración mecánica y de fricción descrita, tiene como resultado que el engranaje de tornillo sin fin es auto-bloqueante cuando el motor 96 no está en funcionamiento. El par motor proporcionado por el motor 96 necesita solo ser suficiente para superar la fuerza de fricción entre la arandela 97 y el piñón 94, y la fuerza radial de los elementos 25, para provocar de ese modo la rotación de la parte 26a del anillo de rodadura externo. Una vez que el anillo de rodadura externo se mueve a una posición deseada, y por lo tanto a una relación de salida de transmisión, el motor 96 es desactivado. La característica de fricción del engranaje de tornillo sin fin, impide entonces la rotación (y el movimiento axial) adicional del anillo de rodadura externo 26a, mediante el funcionamiento del piñón con autobloqueo.

La figura 10 es una vista en sección transversal de la transmisión. En referencia también a la figura 2 y a la figura 9, el tornillo esférico comprende canales helicoidales cooperativos, en cuyo interior hay bolas 39 dispuestas cooperativamente. Por ejemplo y de forma no limitativa, el tornillo esférico comprende un diámetro de espaciado de 18 mm, un paso de 9,57 mm y un diámetro de bola de 2,65 mm. El ángulo de hélice es de 9,61 grados. El tornillo esférico comprende tres salidas. El número de bolas por salida es de 37, para un número total de 111 bolas. La longitud axial sobre las bolas es de 21,5 mm.

Como se describe en otra parte de esta especificación, la parte 26b de anillo del rodadura externo se mueve en la dirección \pmD mediante rotar dentro de la aparte 26a del anillo de rodadura externo, en la dirección R sobre el tornillo esférico 43, 44, 48, véase la figura 5. El tornillo esférico tiene un diámetro de espaciado de 107 mm, un paso de 16,01 mm y un diámetro de bola de 3,00 mm. El ángulo de hélice es de 2,73 grados y tiene 4 salidas. El número de bolas por salida es de 15. El número total de bolas de tornillo esférico es de 60. La longitud axial sobre las bolas es de 8,4 mm.

El piñón 94 está engranado en el alojamiento 5. El motor 96 está montado directamente en el alojamiento 5 por medios conocidos en el arte tales como pasadores, pernos o tornillos. Se proporciona lubricación por salpicadura, mediante el fluido de tracción, a ambos tornillos esféricos mediante la rotación de la caja planetaria 14.

La figura 11 es una vista en sección transversal de la realización en tándem. En esta disposición a modo de ejemplo, el compresor de acondicionamiento de aire AC está directamente acoplado a la transmisión 1000. Un embrague de entrada de AC está directamente conectado al eje de salida 102, véase la figura 12. Se utiliza seguros 200 conocidos en el arte, por ejemplo pernos, pasadores o clavijas, para unir el AC alojamiento 5 de la transmisión 1000. Los elementos de alojamiento 202 reciben los seguros 200. Los seguros 201 conectan el AC al bloque del motor. Los seguros 201 comprenden pasadores, pernos o tornillos, o cualquier otro seguro apropiado conocido en el arte.

En esta realización, la cubierta guardapolvos 103 que se muestra en la figura 10 está retirada de la transmisión para permitir la conexión directa del embrague de entrada del AC al eje 102.

La cubierta guardapolvos 1001 protege la correa B3 frente a los residuos.

La figura 12 es una vista en perspectiva parcial, de la realización en tándem. La mayor parte de la transmisión 1000 está suprimida de esta vista, con la excepción de la parte de caja 14b y el eje 102. El eje 102 de la parte de caja 14b se muestra directamente conectado al embrague de entrada del compresor del acondicionador de aire ACC. El compresor del acondicionador de aire funciona a la misma velocidad que el eje de salida 102. Sin embargo, el compresor del acondicionador de aire no necesariamente funciona a la misma velocidad que los accesorios impulsados. La velocidad del compresor de AC es función del diámetro de la polea A del eje del cigüeñal, y de la transmisión de la polea de entrada 100 y la relación de transmisión. Aquí, la velocidad del compresor directamente acoplado como se muestra, se determina en parte por el diámetro de la polea de entrada 100. Por otra parte, los otros accesorios mostrados en la figura 1 son impulsados mediante la polea de salida 101, cuyo diámetro puede también seleccionarse para proporcionar una velocidad de accesorios deseada, que sea diferente o igual a la velocidad del compresor del acondicionador de aire, dependiendo del diámetro de cada una de las poleas de accesorios. Aquí, la disposición de accesorios del tándem permite dos velocidades de accesorios independientes; siendo una velocidad la del eje de salida 102, y la otra siendo función de las relaciones de polea, entre la polea 101 y los diversos diámetros de polea de los accesorios individuales. Esto proporciona una amplia variabilidad a la optimización del sistema.

La figura 13 es un diagrama de bloques del sistema de control. El software y equipamiento físico de control comprenden el microprocesador 98 (A) controlador del motor paso a paso, y el software residente en la memoria del microprocesador. El software residente en la memoria del microprocesador comprende un esquema de control (B) proporcional-diferencial PD. También almacenada en la memoria para su uso mediante el software, está la velocidad deseada C del accesorio. El microprocesador 98 recibe señales desde un sensor de velocidad del eje del cigüeñal, y un sensor de velocidad del accesorio.

El control proporcional-diferencial implementa una estrategia de control sencilla y eficaz. El software calcula un error entre una velocidad de accesorios deseada C y una velocidad de accesorio real (obtenida mediante un bucle de retroalimentación). Toma el error calculado entre la velocidad de accesorios deseada y la velocidad real, y lo escala con una constante proporcional y con una constante diferencial. Si hay una diferencia entre la velocidad de accesorios deseada y la velocidad de accesorio real, se genera una señal de error y se transmite al controlador del motor paso a paso 97, que provoca que el motor paso a paso 96 ajuste la relación de transmisión para provocar que la velocidad del accesorio se ajuste más estrechamente a la velocidad deseada. Cuando la velocidad real de accesorio es igual a la velocidad deseada de accesorio, no se presenta ninguna señal de error y el motor paso a paso se desactiva. Como se describe en otro lugar, el impulsor y el anillo de rodadura externo impiden que la transmisión cambie de relación mientras el motor paso a paso es desactivado. El motor paso a paso puede ser impulsado mediante un sistema (D) de 12 V o de 42 V.

Descripción del funcionamiento del sistema

Utilizando software de simulación de vehículos, por ejemplo GT-Drive^{TM} de Gamma Technologies, Inc., es posible cuantificar los beneficios del sistema CSAD inventivo. La siguiente discusión a modo de ejemplo, se refiere a una simulación del funcionamiento de un Ford Focus^{TM} con un motor de 2,0L y una transmisión manual de cinco velocidades.

Un mapa de la eficiencia de transmisión es el siguiente:

1

La eficiencia está en %, la velocidad está en RPM y el par motor está N/m.

En la figura 14 se muestra la característica de aceleración del vehículo significativamente mejorada, utilizando el sistema inventivo. La figura 14 describe diferencias en la característica de aceleración del vehículo, entre dos velocidades de accesorios a modo de ejemplo. La curva B describe la característica de un motor del arte previo que utiliza un sistema asíncrono de transmisión por correa (ABDS) del arte previo. En el sistema del arte previo, la velocidad del impulsor de accesorios es directamente proporcional a la velocidad del eje del cigüeñal del motor, puesto que los accesorios están acoplados directamente al eje del cigüeñal mediante una sola correa. Por comparación, cuando se hace funcionar la polea de salida de transmisión 101 a la velocidad constante de aproximadamente 885 RPM (curva A) utilizando el sistema inventivo, se consigue una mejora aproximada de 4,0 segundos en el tiempo de aceleración de 0 a 60 M/h. 885 RPM es la velocidad a ralentí del motor, donde el alternador genera aproximadamente el 70% de su corriente nominal. Cuando se hace funcionar los accesorios a la velocidad constante de 2000 RPM (curva C), la velocidad mínima a la que el alternador genera aproximadamente el 100% de su corriente nominal, la mejora del tiempo transcurrido de 0 a 60 es algo menor de unos 4,0 segundos. En cualquier caso (A o C) hacer funcionar a los accesorios a una velocidad constante igual o menor que la velocidad del eje del cigüeñal del motor, mejora significativamente el funcionamiento del vehículo mediante proporcionar un par motor adicional al eje de transmisión, que de otra manera se utilizaría impulsando los accesorios.

La figura 15 es un gráfico que muestra que, aunque la velocidad del motor varía continuamente a medida que la transmisión cambia las marchas, la velocidad de los accesorios permanece sustancialmente constante utilizando el sistema CSAD inventivo. Es decir, la velocidad de los ejes 22 y 102 es sustancialmente constante sobre el rango de velocidad operativa del eje del cigüeñal, esencialmente para dos condiciones operativas del motor, a saber comprendiendo velocidades por encima del ralentí, y a velocidad del motor a ralentí. La bomba de la dirección asistida PS, el compresor del acondicionador de aire AC, el alternador ALT y la bomba de agua WP, funcionan todos a velocidades sustancialmente constantes para cada una de las dos condiciones operativas, si bien la velocidad del alternador es relativamente mayor que la velocidad de los otros accesorios. Las velocidades ilustradas en la figura 15 se proporcionan solo como ejemplo de las características operacionales relativas de los componentes de tracción, y no como velocidades de accesorios limitativas para un sistema.

Contrastando el sistema inventivo con el arte previo, la figura 16 muestra el comportamiento de la velocidad de un sistema del arte previo, con una conexión al eje del cigüeñal con un impulsor de accesorios de relación fija. La velocidad de los accesorios B, C y D es directamente proporcional a la velocidad del eje del cigüeñal A, puesto que el impulsor de accesorios está directamente acoplado al eje del cigüeñal mediante una correa. Esta forma de funcionamiento del arte previo es ineficiente, puesto que cada accesorio ha de ser capaz de funcionar satisfactoriamente sobre el amplio rango de velocidades presentado por el eje del cigüeñal.

La figura 17 describe una variación a modo de ejemplo de la relación de engranajes, para que la transmisión mantenga un comportamiento de velocidad constante, por parte del impulsor de accesorios.

A modo de ejemplo, se muestra mejoras en la eficiencia del combustible para otras velocidades de accesorios:

2

Los valores "%" indican el porcentaje de tiempo en funcionamiento del AC (acondicionador de aire) y Alt (alternador). Por ejemplo, puede verse que para el ciclo urbano a 1400 RPM con AC 100% y ALT 100%, el incremento porcentual en MPG es de aproximadamente el 11%. Análogamente, tráfico en autopista el incremento porcentual es de aproximadamente el 11%.

El análisis descrito se lleva a cabo también sobre un motor SUV de 5,3L, con los siguientes resultados:

3

La siguiente tabla 1 ilustra la mejora esperada del consumo de combustible para el ciclo de transmisión europeo mostrado en la figura 18, para el motor de 2,0 litros. La tabla 1 tiene en cuenta la eficiencia de transmisión del par motor, de la transmisión, que se estima de aproximadamente el 90%. Sin embargo, la eficiencia de la transmisión necesita solo estar por encima de aproximadamente el 85%, para conseguir los ahorros de combustible estimados, si la velocidad de accesorios está controlada en aproximadamente 2000 RPM. El alternador funciona continuamente a aproximadamente 5000 RPM para tener la máxima eficiencia. El sistema puede tolerar una eficiencia de transmisión inferior (<85%) si la velocidad de accesorios se ajusta aproximadamente a 850 RPM. La mejora del sistema inventivo sobre el arte previo se ilustra en la tabla 2.

\vskip1.000000\baselineskip

TABLA 1 Consumo de Combustible para Eficiencias de CSAD Diferentes, sobre el Ciclo Europeo

4

TABLA 2 Mejoras del Sistema CSAD Sobre el Presente Sistema de Relación Fija

5

Además, bajo conducción a velocidad constante tal como la experimentada en autopista, se consigue también significativos ahorros de combustible. Esto se ilustra en la tabla 3, donde se asume que la eficiencia de la transmisión CSAD inventiva es de aproximadamente el 85%. Por supuesto, a medida que varía la eficiencia lo hace el ahorro de combustible a velocidad constante.

TABLA 3 Ahorro de Combustible a Velocidad Constante del Vehículo

6

Puesto que los accesorios son impulsados a velocidades sustancialmente constantes, accesorios tales como el compresor del acondicionador de aire, y el alternador, pueden diseñarse para tener la máxima eficiencia a la velocidad constante elegida, en lugar de estar diseñados para tener un buen rendimiento sobre todo el rango de velocidades del eje del cigüeñal del motor. Además, con el sistema inventivo las pérdidas parásitas de la unidad de dirección asistida hidráulica pueden minimizarse frente al arte previo, mediante hacer que funcione a baja velocidad.

Si bien se ha descrito aquí formas de la invención, para aquellas personas cualificadas en el arte será obvio que puede hacerse variaciones en la construcción y en la relación de las piezas, sin apartarse del alcance de la invención aquí descrita.

\vskip1.000000\baselineskip

Referencias citadas en la descripción

La lista de referencias citadas por el solicitante es solo para comodidad del lector. No forma parte del documento de Patente Europea. Aunque se ha tomado especial cuidado en recopilar las referencias, no puede descartarse errores u omisiones y la EPO rechaza toda responsabilidad a este respecto.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet US 4 969 857 A [0004]

\bullet US 1990 A [0004]

\bullet US 4 305 488 A [0005]

\bullet US 6 461 268 B1 [0008]

\bullet US 6 461 268 B [0024]

Claims (21)

1. Un sistema impulsor de accesorios a velocidad constante, que comprende:

una transmisión (1000) que comprende:

elementos impulsores de entrada y salida (100, 101);

anillos de rodadura radialmente interno y externo (23, 26),

elementos planetarios (25) en contacto rodante con los mencionados anillos de rodadura radialmente interno y externo (23, 26),

el mencionado anillo de rodadura interno (23) y el mencionado anillo de rodadura externo (26), comprendiendo cada uno dos partes axialmente separadas (23a, 23b, 26a, 26b), conectadas para rotación conjunta y móviles en la dimensión axial una respecto de la otra,

medios para variar selectivamente la separación axial de las mencionadas dos partes axialmente separadas de uno de los mencionados anillos de rodadura (23, 26), y así la posición radial de los elementos planetarios (25) en contacto rodante con estas, comprendiendo un elemento de ajuste y un medio helicoidal de acoplamiento mutuo (43, 44, 48) que interconecta el mencionado elemento de ajuste de forma que el movimiento de giro relativo del mencionado elemento de ajuste, tiene como resultado el desplazamiento axial relativo del elemento de ajuste (26b),

medios sensibles al par motor, que son sensibles al par motor aplicado entre dos elementos de transmisión de impulso de la transmisión, el mencionado medio sensible al par motor actuando tanto para determinar la variación de compensación en la separación de las partes (23a, 23b) del otro anillo de rodadura (23, 26), y así la relación de transmisión de la transmisión, como para variar las fuerzas intercambiadas entre los elementos planetarios (25) y los anillos de rodadura (23, 26), normales al interfaz entre ambos;

un motor de impulso (90) acoplado a un impulsor con autobloqueo, que comprende un engranaje de tornillo sin fin (93) acoplado con el elemento de ajuste, y un elemento de fricción (97) acoplado con el engranaje de tornillo sin fin (93);

el impulsor con autobloqueo impidiendo el movimiento giratorio del elemento de ajuste, cuando el motor (90) de impulso no está excitado;

un primer elemento sin fin (B1) que conecta un impulsor y el elemento de impulso de entrada;

un primer accesorio conectado directamente a un primer extremo del elemento de impulso de salida (101); y

un segundo accesorio impulsado por un segundo elemento sin fin (B2) acoplado con el elemento de impulso de salida (101).

\vskip1.000000\baselineskip

2. El sistema como en la reivindicación 1, en el que el mencionado otro anillo de rodadura (23, 26) es el anillo de rodadura radialmente interno (23), y en el que una parte del anillo de rodadura radialmente interno (23) es portada sobre un eje (11) mediante un segundo medio helicoidal de acoplamiento mutuo (37, 38, 39), y donde el mencionado medio sensible al par motor para determinar la separación relativa de las dos partes (23a, 23b) del anillo de rodadura radialmente interno (23), comprende un medio de derivación (40), y el segundo medio helicoidal de acoplamiento mutuo (37, 38, 39) actuando para reaccionar frente a las fuerzas ejercidas por la transmisión de las fuerzas de impulso entre el anillo de rodadura radialmente interno (23) y los elementos planetarios (25).

3. El sistema como en la reivindicación 2, en el que los mencionados medios helicoidales de acoplamiento mutuo (37, 38, 39) reaccionan contra una fuerza circunferencial directa y una fuerza axial que tiene un componente circunferencial, y el mencionado componente circunferencial de la mencionada fuerza axial es sustancialmente igual y de signo opuesto a la mencionada fuerza circunferencial directa con la que reacciona el segundo medio helicoidal de acoplamiento mutuo (37, 38, 39), para minimizar la fuerza cuya aplicación se requiere al mencionado medio de control, al objeto de variar selectivamente la separación axial de las mencionadas dos partes separadas axialmente (23a, 23b) del mencionado anillo de rodadura interno (23), para mantener o cambiar una relación de transmisión de la mencionada transmisión (1000).

4. El sistema como en la reivindicación 2, en el que el mencionado segundo medio helicoidal de acoplamiento mutuo (37, 38, 39) comprende filetes de rosca (37, 38) que están acoplados entre sí mediante elementos rodantes
(39).

5. El sistema como en la reivindicación 1, en el que los elementos planetarios (25) son sustancialmente esféricos y la transmisión de fuerzas entre los elementos planetarios (25) en movimiento planetario, y uno entre el mencionado elemento impulsor de entrada (100) y el mencionado elemento impulsor de salida (101), es efectuada través de elementos seguidores (15), cada elemento seguidor (15) comprendiendo una forma cóncava.

6. El sistema como en la reivindicación 1, en el que el mencionado medio sensible al par motor incluye las dos partes (23a, 23b) móviles entre sí, separadas axialmente, del mencionado otro anillo de rodadura (23), al menos una de las mencionadas partes (23a, 23b) siendo, por si misma, axialmente movible en dos sentidos desde una posición central, y acoplable mediante medios de tope límite, para de ese modo permitir la transmisión de impulso rotatorio desde el elemento impulsor de entrada (100) al elemento impulsor de salida (101) de la transmisión (1000), en cada uno de los dos sentidos opuestos de transmisión del par motor.

7. El sistema como en la reivindicación 6, en el que las mencionadas partes de anillo de rodadura relativamente movibles (23a, 23b) del medio sensible al par motor, están interconectadas con el elemento impulsor de entrada (100) mediante un acoplamiento helicoidal, el mencionado acoplamiento helicoidal de cada una de las mencionadas partes móviles de anillo de rodadura (23a, 23b) teniendo la misma orientación, mediante lo que se transmite el impulso rotatorio cuando está limitado el desplazamiento axial de la parte de anillo de rodadura (23a, 23b).

8. El sistema como en la reivindicación 1, en el que el medio helicoidal de acoplamiento mutuo comprende filetes de rosca (37, 38) que están acoplados por elementos rodantes (39).

9. Sistema como en la reivindicación 1, en el que el medio de salida (101) comprende elementos de salida coaxiales dobles (101, 102).

10. El sistema como en la reivindicación 1, en el que el motor de impulso (90) comprende un motor paso a paso.

11. Un método de funcionamiento de un sistema de accesorios impulsado por correa, en un sistema de impulso acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, o en un sistema de transmisión acorde con cualquiera de las reivindicaciones 19-21, que comprende las etapas de:

transmitir un par motor con un primer elemento sin fin, desde un elemento impulsor a una entrada de transmisión planetaria de bolas;

alinear coaxialmente la entrada de transmisión planetaria de bolas, con una salida de transmisión planetaria de bolas;

transmitir un par motor mediante un segundo elemento sin fin, desde la salida de transmisión planetaria de bolas hasta un accesorio impulsado;

seleccionar una relación de velocidad de la transmisión planetaria de bolas, de acuerdo con la velocidad rotacional del elemento impulsor, manejando así el accesorio impulsado a una velocidad sustancialmente constante, en un punto de eficiencia sustancialmente máximo, sobre un rango de velocidad rotacional del elemento impulsor; y

bloquear por fricción la relación de velocidad de la transmisión planetaria de bolas, cuando la velocidad del elemento de impulso es constante.

\vskip1.000000\baselineskip

12. El método como en la reivindicación 11, que comprende la etapa de conectar un elemento impulsado, directamente a una segunda salida de transmisión planetaria de bolas.

13. El método como en la reivindicación 11, que comprende la etapa de tensar el segundo elemento sin fin, con un tensor.

14. El método como en la reivindicación 13, que comprende la etapa de atenuar una oscilación del segundo elemento sin fin.

15. El método como en la reivindicación 11, que comprende la etapa de tensar el primer elemento de impulso sin fin, con un elemento de tensión.

16. El método como en la reivindicación 11, que comprende la etapa de amortiguar una oscilación del primer elemento sin fin.

17. El método como la reivindicación 11, que comprende la etapa de una acción de embrague unidireccional, para una condición de deslizamiento del accesorio impulsado.

\newpage

18. El método como en la reivindicación 11, que comprende las etapas de:

calcular un error entre una velocidad de accesorio deseada y

una velocidad de accesorio real; y ajustar una relación de transmisión hasta que no se genera una señal de error sustancial.

\vskip1.000000\baselineskip

19. Una transmisión (1000) que comprende:

elementos de impulso de entrada y salida (100, 101);

anillos de rodadura radialmente interno y externo (23, 26);

elementos planetarios (25) en contacto rodante con los mencionados anillos de rodadura radialmente interno y externo (23, 26);

el mencionado anillo de rodadura interno (25) y el mencionado anillo de rodadura externo (26), comprendiendo cada uno dos partes separadas axialmente (23a, 23b, 26a, 26b) conectadas juntas por rotación, y movibles axialmente una en relación con otra;

un medio para variar selectivamente la separación axial de las mencionadas dos partes separadas axialmente (23a, 23b, 26a, 26b) de uno de los mencionados anillos de rodadura (23, 26), y así la posición radial de los elementos planetarios (25) en contacto rodante con estos, que comprende un elemento de ajuste y un elemento helicoidal de acoplamiento mutuo (43), que interconecta el mencionado elemento de ajuste de forma que el movimiento giratorio relativo del mencionado elemento de ajuste, tiene como resultado el desplazamiento axial relativo del elemento de ajuste;

un impulsor de autobloqueo, que comprende un motor impulsor (90) y un engranaje de tornillo sin fin (93) acoplado con el elemento de ajuste, y una arandela de presión (97) que tiene un coeficiente de fricción en acoplamiento con el engranaje de tornillo sin fin (93), el impulsor de autobloqueo impidiendo el movimiento giratorio relativo del elemento de ajuste, cuando el motor impulsor (90) no está excitado; y

medios sensibles al par motor, que son sensibles al par motor aplicado entre dos elementos transmisores de impulso de la transmisión, comprendiendo un elemento de derivación (40) y un segundo elemento helicoidal de acoplamiento mutuo (38), que actúa para reaccionar contra fuerzas ejercidas por la transmisión de fuerzas de impulso entre el anillo de rodadura radialmente interno (23) y los elementos planetarios (25), el mencionado medio sensible al par motor actuando tanto para determinar la variación de compensación en la separación de las partes del otro anillo de rodadura (26), y así la relación de transmisión del dispositivo, como para variar las fuerzas intercambiadas entre los elementos planetarios (25) y los anillos de rodadura (23, 26), normales al interfaz entre ambos.

\vskip1.000000\baselineskip

20. La transmisión (1000) como en la reivindicación 19, en la que los elementos planetarios (25) son sustancialmente esféricos, y la transmisión de fuerzas entre los elementos planetarios (25) en movimiento planetario y uno entre el mencionado elemento impulsor de entrada (100) y el mencionado elemento impulsor de salida (101), se efectúa mediante elementos seguidores (15), cada elemento seguidor (15) comprendiendo una forma cóncava sustancialmente arqueada.

21. La transmisión como en la reivindicación 19, en la que el medio de salida (101) comprende elementos de salida coaxiales duales (101, 102).