ES2310829T3 - Poleas de accionamiento. - Google Patents

Abstract

Una polea de accionamiento para una rueda de ventilador, bomba de refrigeración o similar de un motor, incluyendo la polea una entrada (14) para la conexión al motor y una salida que comprende un miembro cilíndrico hueco (4), cuya superficie exterior constituye una superficie de acoplamiento de correa de polea, estando la entrada y salida conectadas por un sistema de transmisión que comprende un conjunto de engranajes epicíclicos que comprende uno o más primeros engranajes planetarios (16), que están conectados al respectivo engranaje central (10) para girar alrededor del eje del mismo y están engranados con un primer engranaje central (18), estando conectados los árboles planetarios (10) a un portador común (24), que constituye la entrada, estando conectado el primer engranaje central (18) a la salida (4) y estando el sistema de transmisión al menos parcialmente alojado dentro del miembro cilíndrico hueco (4), caracterizada porque dos o más segundos engranajes planetarios (22) están conectados para girar con los respectivos primeros engranajes planetarios (16) y están engranados con un segundo engranaje central (24) y porque el sistema de transmisión incluye además dos conjuntos motor/generador eléctricos (38, 40; 42, 44), los rotores (38, 44) de los cuales están conectados al segundo engranaje central (24) y a la salida (6) respectivamente, y las conexiones de estator eléctricas de los cuales están conectadas a un controlador (46) dispuesto selectivamente para controlar el flujo de potencia eléctrica entre ellos.

Description

Poleas de accionamiento.

La presente invención se refiere a poleas de accionamiento para la conexión a un motor, concretamente a un motor de automóvil, para accionar equipos auxiliares, tales como una bomba de refrigeración, que hace circular líquido refrigerante dentro de un circuito refrigerante, o un ventilador de refrigeración que impulsa airea alrededor y/o a través de un radiador o un compresor, tal como un compresor de acondicionamiento de aire.

Los motores de combustión interna normalmente incluyen una bomba de refrigeración y/o un ventilador de refrigeración (que se denominará en conjunto en esta memoria "bomba de refrigeración") con el fin de disipar el exceso de calor del motor y evitar su sobrecalentamiento. Tal bomba de refrigeración tiene normalmente un eje de entrada que lleva una polea que es accionada por una correa de polea que también pasa alrededor de una polea e accionamiento montada directamente en un extremo del cigüeñal del motor o en un eje accionado por el cigüeñal. La velocidad de la polea de accionamiento está, de este modo, relacionada directamente con la velocidad del motor.

Sin embargo, un motor de combustión interna tiene un régimen de temperatura interna específico en el cual funciona con la máxima eficacia y el exceso de calor que necesita ser evacuado por la bomba de refrigeración para asegurar que está dentro de este régimen de temperatura, varía dependiendo de un cierto número de factores que incluyen la velocidad del vehículo, la carga del motor y la temperatura ambiente. De este modo, la cantidad de calor que es deseable evacuar de un motor que funciona en una temperatura ambiente alta bajo una carga elevada en un vehículo a baja velocidad es muy superior a la que es deseable evacuar de un motor que funciona en una temperatura ambiente baja con una carga baja en un vehículo que se mueve a elevada velocidad.

La velocidad de una bomba de refrigeración convencional, sin embargo, varía dependiendo sólo de la velocidad del motor y no de ninguno de los factores referidos anteriormente. Dado que el sobrecalentamiento es particularmente dañino para un motor, la bomba de refrigeración y las poleas que la acciona están convencionalmente dimensionadas de manera que el calor evacuado de un motor es suficientemente grande bajo todas las condiciones y esto necesariamente significa que la cantidad de calor evacuado es innecesariamente grande durante la mayoría de la vida de funcionamiento de un motor. Esto significa que tales motores normalmente funcionan a una temperatura menor que la óptima durante una proporción considerable de su vida útil. Además, como resultado del hecho de que la bomba de refrigeración puede consumir hasta aproximadamente el 10% de la salida de potencia total del motor, estos significa que la potencia es desperdiciada en la bomba de refrigeración durante mucha de su vida útil, lo que a su vez significa que la eficacia de funcionamiento total del motor es menor de la que se podría obtener teóricamente.

El documento DE-B-1197761 expone un sistema de accionamiento de velocidad variable con forma de polea de accionamiento que incluye una entrada para la conexión a un motor y una salida que comprende un miembro cilíndrico hueco cuya superficie exterior constituye una superficie de acoplamiento de correa de polea. La entrada y la salida están conectadas mediante un sistema de transmisión que incluye un conjunto de engranajes epicíclicos que comprende uno o más engranajes planetarios, que están conectados a los respectivos árboles planetarios para girar alrededor del eje del mismo y están engranados con el engranaje central. Los árboles planetarios están conectados a un portador común, que constituye la entrada. El engranaje central está conectado a la salida, y el sistema de transmisión está al menos parcialmente alojado dentro de un miembro cilíndrico hueco.

El documento DE-A-2926426 expone un sistema de accionamiento de vehículo de motor que incluye un motor de combustión interna cuya velocidad puede ser controlada, un supercargador en el conducto de entrada del motor y un sistema de transmisión que comprende un conjunto de engranajes epicíclicos por medio de los cuales el supercargador está conectado al motor. Un pedal de acelerador está conectado no sólo a la bomba de combustible sino también al sistema de transmisión de manera que el movimiento del pedal de acelerador dará lugar a una variación en la velocidad de salida del sistema de transmisión y de este modo a una variación en la presión de salida del supercargador.

Es, por tanto, un objeto de la presente invención proporcionar una polea de accionamiento y una polea de accionamiento que incorpore tal sistema para la conexión a un motor que permita que una bomba de refrigeración o similar conectada a él sea adicionada a una velocidad que sea independiente de la velocidad del motor.

Se conocen diferentes tipos de sistemas de transmisión con un sistema de trasmisión continuamente variable, pero tales sistemas de transmisión no sólo son generalmente caros sino que también voluminosos. Esta última característica es particularmente problemática con motores de automóvil debido a que el espacio bajo el capó en vehículos automóviles ya es muy importante y constituiría un problema significativo para los diseñadores de automóviles si ellos necesitaran adaptar todavía un artículo voluminoso más en el muy limitado espacio que normalmente está disponible.

Es por tanto un objeto más de la presente invención proporcionar una polea del tipo referidos anteriormente que no necesite espacio adicional o este sea pequeño y de este modo se adapte fácilmente en el espacio bajo el capó de un vehículo de motor. De acuerdo con la presente invención, se proporciona una rueda de polea para una bomba de refrigeración o similar de un motor como se expone en la Reivindicación 1.

La polea de accionamiento de acuerdo con la presente invención constituye de este modo una unidad integrada que comprende una rueda de polea y un sistema de transmisión de relación de salida constantemente variable. Mientras que las ruedas de polea de automóviles utilizadas típicamente son del tipo de V única, que tiene una longitud axial relativamente pequeña, las ruedas de polea de automóviles modernas son ahora típicamente Del tipo de múltiple V, que tiene una longitud axial relativamente grande. Tales ruedas de polea son normalmente huecas y ocupan una cantidad considerable de espacio. Sin embargo, el sistema de transmisión está al menos parcialmente alojado dentro del miembro cilíndrico hueco cuya superficie exterior constituye una superficie de acoplamiento de corra de polea y el requisito de espacio adicional del sistema de transmisión por tanto es muy bajo.

El sistema de transmisión de la polea de accionamiento de acuerdo con la invención no requiere ningún engranaje de anillo internamente dentado. Tiene la ventaja de que el diámetro de la transmisión es considerablemente menos de lo que sería en caso de que se utilizara un engranaje de anillo convencional o anillo, de manera que el sistema de transmisión puede ser fácilmente dimensionado para fijarse, al menos parcialmente, dentro de y una polea de automóvil convencional. En la práctica, todas las ruedas de engranaje serán engranajes rectos y, dado que todas están dentadas externamente, su coste es muy bajo.

En uso, uno de los conjuntos motor/generador actúa generalmente como un generador y transmite potencia eléctrica al otro conjunto motor/generador que actúa como un motor. La cantidad de potencia eléctrica así transmitida puede variar selectivamente por medio del controlador, alterando por tanto la relación de transmisión del sistema de transmisión. La potencia es de este modo trasmitida a través del sistema de transmisión tanto mecánicamente como eléctricamente, en partes que varías con la variación de la relación de transmisión. La velocidad de salida del sistema de transmisión, y de este modo la velocidad de la polea, puede de este modo variar independientemente de la velocidad de entrada, lo que significa que la velocidad de un ventilador, bomba de agua o similar accionado por la polea de acuerdo con la invención puede variar independientemente de la velocidad del motor, lo que significa que se puede accionar de forma precisa a la velocidad que sea más apropiada para los requisitos de refrigeración instantáneos del motor. De este modo no es necesariamente consumida potencia por el ventilador o la bomba de agua, por lo que la eficacia total del motor se ve incrementada.

Es conveniente si los dos conjuntos motor/generador están adaptados en un compartimento, que esté obturado respecto a los engranajes planetario y central, eliminando por tanto el riesgo que de que los conjuntos motor/generador puedan ser contaminados con aceite y similares procedentes del conjunto de engranajes y además se prefiere que el comportamiento que aloje los conjuntos motor/generador esté dentro del miembro cilíndrico.

El primer y segundo engranajes planetarios pueden estar directamente engranados con el primer y segundo engranajes central, respectivamente. En este caso, el conjunto de engranaje epicíclico será también del tipo más. Un conjunto de engranaje epicíclico es de tipo más si el engranaje central y el elemento de engranaje con el cual los engranajes planetarios están engranados giran en la misma dirección cuando el portador está retenido estacionariamente mientras que es de tipo menos si la rotación del engranaje central en una dirección da lugar a la rotación del elemento de engranaje con el que los engranajes planetarios están engranados en la dirección opuesta, mientras el portador es retenido estacionariamente.

Se ha encontrado que, de hecho, es más conveniente que el conjunto de engranaje epicíclico sea de tipo menos debido a que esto da lugar a que la llamada relación R_{0} sea menor. R_{0} se define como la relación entre el número de dientes de un engranaje de col y el número de dientes de un elemento de engranaje con el que está engranado el engranaje planetario. Por tanto, se prefiere que o bien el primer o bien el segundo engranajes planetarios estén engranados con los respectivos engranajes de giro libre que están engranados con el primer y segundo engranaje central, por lo que el primer o segundo engranajes planetarios están solo engranados unidireccionalmente con el primer y segundo engranajes central, respectivamente.

El primer y segundo engranajes planetarios están conectados juntos en pareja para jurar conjuntamente. Para este fin, cada par del primer y segundo engranajes planetarios pueden constituir una única unidad que gira como un cuerpo alrededor del árbol planetario asociado. Alternativamente, cada primer y segundo engranaje planetario puede ser portado de forma no giratoria por el árbol planetario asociado, es decir, están rígidamente conectados a él o incluso forman una parte integral de él, y en este caso, los árboles planetarios están montados para girar alrededor de su propio eje con respecto al portador.

En la realización preferida, el controlador está conectado a un sensor de temperatura y está dispuesto para variar la potencia eléctrica transmitida entre las dos unidades motor/generador dependiendo de la magnitud de la señal recibida desde el sensor de temperatura. El controlador está, en la práctica dispuesto de manera que cuando la temperatura medida por el sensor aumenta, la velocidad de la salida aumenta también. Esto significa que, durante el funcionamiento, cuando el motor se calienta, la velocidad del ventilador de aire o bomba de agua aumenta, alimentado por tanto el régimen al que calor es evacuado del motor y de este modo refrigerando el motor.

Se prefiere también que el controlador esté conectado a una batería recargable y esté dispuesto adicionalmente para controlar el flujo de potencia eléctrica entre los dos conjuntos motor/generador y la batería. De este modo, si se requiere potencia durante un breve periodo de tiempo por uno de los conjuntos motor/generador que excede la capacidad de proporcionarla del otro conjuntos motor/generador, se puede extraer potencia adicional de la batería. En esos momentos cuando hay exceso de potencia disponible en uno u otro conjuntos motor/generador, el controlador puede ser accionado para desviar esta potencia a la batería y recargarla. Esta realización abre la posibilidad de que en un vehículo de motor se omita el alternador convencional y se uno o ambos conjuntos motor/generador para realizar su función normal. Esto dará lugar a un ahorro significativo de espacio bajo el capó y también a una economía financiera. También se prefiriere que uno o menos conjuntos motor/generador sean utilizados para sustituir el motor de arranque que está convencionalmente dispuesto en los vehículos de motor, y esto da lugar a un ahorro adicional de espacio y a una economía financiera adicional. Si el motor del automóvil es también iniciado utilizando uno de los conjuntos motor/generador como motor de arranque, el controlador funciona para dirigir la potencia procedente de la batería eléctrica a él. Con el fin de asegurar que la rotación resultante de la unidad motor/generador no dé lugar simplemente a la rápida rotación de la polea y de este modo del ventilador de la bomba de agua a la que está conectados, se prefiere que la polea incluya un miembro estacionario, al que los estatores de los dos conjuntos motor/generador estén conectados, y un bloqueo selectivamente operable dispuesto para bloquear el miembro cilíndrico con el miembro estacionario. De este modo, cuando este bloqueo es accionado, la salida de la polea es incapaz de girar y esto significa que el funcionamiento de uno de los conjuntos motor/generador como motor de arranque dará lugar a la rotación de la entrada de la polea y de este modo a la rotación del motor al que la polea está conectada, iniciándolo por tanto.

Características y detalles adicionales de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción de una realización específica de la polea de accionamiento de acuerdo con la invención, que se da sólo a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Fig. 1 es una vista en sección axila de una polea de accionamiento de acuerdo con la invención; y

la Fig. 2 es una vista en sección transversal esquemática sobre la línea I-I de la Figura 1.

La polea ilustrada en los dibujos se muestra conectada al cigüeñal 2 de un motor. El cigüeñal 2 está conectado a la entrada de un sistema de transmisión que comprende un conjunto de engranaje epicíclico, la salida del cual está conectada a un miembro cilíndrico hueco 4 generalmente con forma de copa, la superficie externa de sección circular del cual contiene una pluralidad de ranuras con forma de V y constituye la superficie de acoplamiento de correa 6 de la polea de múltiple V.

Más concretamente, la entrada incluye dos cojinetes de bolas 8 que están portados y conectados juntos por un anillo anular. Los cojinetes de bolas 8 se adaptan en un extremo de un respectivo árbol planetario 10 del conjunto de engranaje epicíclico, el otro extremo del cual está alojado en un cojinete de bolas receptivo adicional 12. Los dos cojinetes de bolas 12 están portados y conectados juntos por un anillo anular adicional. Los dos anillos anulares están conectados juntos por dos pilares, que son visibles sólo en la Figura 2. Los dos anillos y los cuatro pilares juntos constituyen el portador 14 del conjunto de engranajes, al cual el cigüeñal está conectado. Una parte de la longitud de cada árbol planetario 10 está dentada y constituye el primer engranajes planetario 16. Los dos engranajes planetario 16 están engranados con el primer engranaje central 18, que no está giratoriamente portado por un árbol 20, que está a su vez conectado no giratoriamente al cilindro hueco o miembro con forma de copa 4. También conectados no giratoriamente a los árboles planetarios 10 están respectivos segundos engranajes planetarios 22 que están engranados con un segundo engranaje central 24. En este caso, los engranajes planetarios 22 están sólo indirectamente engranados con el engranaje central 24. Esto se consigue por el hecho de que cada engranaje planetario 22 está engranado directamente con un engranaje de giro libre 27, que está a su vez engranado directamente con el engranaje central 24. El conjunto de engranaje epicíclico es por tanto de tipo menos por que si su engranaje central 18 es hecho girar en una dirección y el portador 14 es retenido estacionariamente, el engranaje central 24 es hecho girar en la dirección opuesta.

El engranaje central 24 está conectado a un cubo 26, a través del cual pasa el árbol 20. En la posición en la que el árbol 20 sale del cubo 26, hay una obturación de aceite anular 28. El sistema de transmisión incluye también un miembro estacionario cilíndrico hueco 30, que se extiende hacia dentro desde la superficie interior de la cual hay que generalmente una lengüeta con abertura radial 32. El borde libre de la abertura de la lengüeta 32 porta tanto un cojinete para soportar el cubo 26 como también una obturación de aceite adicional 34. En este extremo alejado de la entrada, el miembro estacionario también porta un cubo anular 36. Conectado al cubo 26 hay un rotor 38 de un primer conjunto motor/generador, el estator 40 del cual está conectado al miembro estacionario 30. Conectado al interior del miembro cilíndrico con forma de copa 4 hay un rotor 42 de un segundo conjunto motor/generador, el estator 44 del cual está conectado al cubo 36. Las conexiones eléctricas de los dos estatores 40, 42 están conectadas a un controlador 46. También conectada al controlador hay una batería eléctrica 48 y un sensor de temperatura 50.

El miembro estacionario 30 tiene una parte eléctrica, que está íntimamente rodeada por la parte cilíndrica del miembro con forma de copa 4. Estos dos miembros cilíndricos están provistos de un bloqueo, que se muestra sólo indicado en 52, dispuesto para bloquear selectivamente el miembro 4 con el miembro 30 y de este modo evitar la rotación del miembro 4.

Como se puede observar, una parte significativa del sistema de transmisión está alojada dentro del miembro cilíndrico 4 que constituye de forma efectiva la polea, y el resto está alojado dentro de esa parte del miembro estacionario 30 que se extiende fuera del miembro cilíndrico 4. Los dos conjuntos motor/generador están alojados totalmente dentro del miembro cilíndrico 4 dentro de un compartimento que está sellado del conjunto de engranaje epicíclico mediante obturadores de aceite 28, 34, por lo que no hay riesgo de que se contaminen por aceite o similares.

En uso, la entrad del sistema de transmisión, a saber el portador 14 y los árboles 10, están conectados al cigüeñal 2 de un motor o a algún otro árbol hecho girar por el motor. Una correa de polea está situada alrededor de la superficie de polea 6 y alrededor de las superficies de una o más poleas de accionamiento conectadas al ventilador de refrigeración, una bomba de agua o alguna otra unidad auxiliar cuya velocidad va a ser alterada independientemente de la velocidad del motor. La rotación del cigüeñal 2 dará lugar a la rotación del miembro cilíndrico 4 a una velocidad que puede ser independiente de la velocidad del cigüeñal 2 pero es dependiente del controlador 46, específicamente en la cantidad de potencia que permite el controlador 46 que sea trasmitida desde uno de los conjuntos motor/generador, que funciona como un generador, al otro de los conjuntos motor/generador, que funciona como un motor. El controlador 46 será accionado dependiendo de a señal recibida desde el sensor de temperatura 50 y opcionalmente también de la señal recibida desde uno o más sensores que responden por ejemplo a la temperatura, velocidad del vehículo y similares. En la práctica, cuando el motor es puesto en marcha en frío se puede necesitar algo o nada de refrigeración y el controlador es accionado de manera que la velocidad de salida del sistema de transmisión y de este modo la velocidad de la superficie de polea 6 está sólo en un valor bajo o incluso cero. A medida que la temperatura de funcionamiento del motor se aproxima al valor deseado, el controlador 46 responde a la señal procedente del sensor 50 para variar la cantidad de potencia eléctrica transferida entre los dos conjuntos motor/generador para incrementar la velocidad de salida hasta que la velocidad de extracción es suficiente para mantener la temperatura del motor dentro del rengo deseado. Si la temperatura ambiente se elevara o la carga del motor aumentara, por ejemplo como resultado del ascenso a una colina, la temperatura de funcionamiento del motor empezaría a elevarse y este hecho se comunicaría al controlador 46 mediante el sensor 50 que entonces se accionará para incrementar la velocidad de salida del sistema de transmisión. Si ese conjunto motor/generador que está funcionando como motor necesitará más potencia eléctrica de la que está disponible por el conjunto motor/generador, el controlador 46 se puede accionar para permitir que la cantidad necesaria de potencia fluye desde la batería 40 al motor. En esos momentos cuando hay disponible potencia eléctrica excedente en uno u otro conjunto motor/generador, el controlador 46 es accionado para dirigir este potencia para recargar la batería 48.

Claims (8)

1. Una polea de accionamiento para una rueda de ventilador, bomba de refrigeración o similar de un motor, incluyendo la polea una entrada (14) para la conexión al motor y una salida que comprende un miembro cilíndrico hueco (4), cuya superficie exterior constituye una superficie de acoplamiento de correa de polea, estando la entrada y salida conectadas por un sistema de transmisión que comprende un conjunto de engranajes epicíclicos que comprende uno o más primeros engranajes planetarios (16), que están conectados al respectivo engranaje central (10) para girar alrededor del eje del mismo y están engranados con un primer engranaje central (18), estando conectados los árboles planetarios (10) a un portador común (24), que constituye la entrada, estando conectado el primer engranaje central (18) a la salida (4) y estando el sistema de transmisión al menos parcialmente alojado dentro del miembro cilíndrico hueco (4), caracterizada porque dos o más segundos engranajes planetarios (22) están conectados para girar con los respectivos primeros engranajes planetarios (16) y están engranados con un segundo engranaje central (24) y porque el sistema de transmisión incluye además dos conjuntos motor/generador eléctricos (38, 40; 42, 44), los rotores (38, 44) de los cuales están conectados al segundo engranaje central (24) y a la salida (6) respectivamente, y las conexiones de estator eléctricas de los cuales están conectadas a un controlador (46) dispuesto selectivamente para controlar el flujo de potencia eléctrica entre ellos.

2. Una polea como la reivindicada en la reivindicación 1, en la que los dos conjuntos motor/generador (38, 40; 42, 44) están alojados en un compartimento que está dentro del miembro cilíndrico (4) y sellado respecto a los engranajes planetarios (16, 22) y respecto a los engranajes centrales (18, 24).

3. Una polea como la reivindicada en la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, en la que el primer y segundo engranajes planetarios (16, 22) están eléctricamente engranados con el primer y segundo engranajes centrales (18, 24), respectivamente.

4. Una polea como la reivindicada en la reivindicación 1 ó 2, en la que uno del primer o segundo engranajes planetarios (16, 22) está engranado con respectivos engranajes de giro libre (27) que están engranados con el primer o segundo engranajes centrales (18, 24), por lo que dicho uno del primer y segundo engranajes planetarios está indirectamente engranado con el engranaje planetario asociado (18, 24).

5. Una polea como la reivindicada en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el primer y segundo engranajes planetarios (16, 22) son portados no giratoriamente por el respectivo árbol planetario y los árboles planetarios (10) están montados para girar alrededor de sus propios ejes con respecto al portador.

6. Una polea como la reivindicada en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el controlador (46) está conectado a un sensor de temperatura (50) y está dispuesto para variar la potencia eléctrica transmitida entre los dos conjuntos motor/generador (38, 40; 42, 44) con el efecto de que cuando la temperatura detectada por el sensor (50) aumenta, la velocidad de la salida (4) aumenta también.

7. Una polea como la reivindicada en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el controlador (46) está también conectado a una batería recargable (48) y está dispuesto adicionalmente para controlar el flujo de potencia eléctrica entre los conjuntos motor/generador (38, 40; 42, 44) y la batería (48).

8. Una polea como la reivindicada en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye un miembro estacionario (30), al cual están conectados los estatores (40, 44) de los dos conjuntos motor/generador, y un bloqueo selectivamente operable (52) dispuesto para bloquear el miembro cilíndrico (4) con el miembro estacionario (30).