ES2927571T3 - Transmisión para vehículos agrícolas e industriales - Google Patents

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ES2927571T3 ES19748957T ES19748957T ES2927571T3 ES 2927571 T3 ES2927571 T3 ES 2927571T3 ES 19748957 T ES19748957 T ES 19748957T ES 19748957 T ES19748957 T ES 19748957T ES 2927571 T3 ES2927571 T3 ES 2927571T3
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Abstract

Una transmisión para vehículos con sistemas de propulsión híbridos, en particular vehículos agrícolas o industriales, donde el sistema de propulsión comprende un motor (1) de tipo no regenerativo, un motor (2) de tipo regenerativo que está asociado a un acumulador de energía (3) y con un generador (4), comprendiendo la transmisión un eje de entrada (7) que va conectado al motor (1) de tipo no regenerativo y al que va conectado el generador (4), un eje de baja velocidad (11) y un eje de alta velocidad (12) que puede acoplarse selectivamente al eje de entrada por medio de respectivos embragues (9, 10), un dispositivo de combinación de movimiento (5), un eje de salida (8) que está conectado a el dispositivo de combinación de movimiento (5), y un elemento de bloqueo (13) que está configurado para bloquear el eje de baja velocidad (11) o el eje de alta velocidad (12). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Transmisión para vehículos agrícolas e industriales
La presente invención se refiere a una transmisión para vehículos con sistemas de propulsión híbridos, en particular vehículos agrícolas o industriales, del tipo que comprenden un motor del tipo no regenerativo, un motor del tipo regenerativo, un acumulador de energía y un generador.
En el contexto del campo técnico de los vehículos agrícolas e industriales, se ha ido generalizando el uso de sistemas de propulsión híbridos, en los que un motor endotérmico no reversible, generalmente un motor de combustión interna, se asocia a un motor reversible, de tipo eléctrico, que puede funcionar tanto como motor como generador.
En las soluciones convencionales, el motor endotérmico está destinado a suministrar potencia de accionamiento tanto a la transmisión que está conectada a las ruedas motrices del vehículo como a una toma de fuerza (PTO) que permite suministrar potencia a los accesorios auxiliares del vehículo, como, por ejemplo, un elemento de equipamiento agrícola o una bomba para accionar dispositivos hidráulicos auxiliares.
Por lo tanto, a diferencia de los vehículos híbridos puramente de carretera, también hay que prever diferentes modos de funcionamiento que implican requisitos específicos en la definición óptima de la arquitectura de transmisión. Una posible solución para combinar el par suministrado por el motor endotérmico y el proporcionado por el motor eléctrico se describe en el documento DE102014226708A1.
Este documento describe una caja de cambios para un vehículo de motor, con un eje de entrada, un eje de salida, un primer conjunto de engranajes planetarios, un segundo conjunto de engranajes planetarios y al menos un primer elemento de cambio, un segundo elemento de cambio y un tercer elemento de conmutación, estando un engranaje solar del primer conjunto de engranajes planetarios conectado permanentemente con un engranaje solar del segundo conjunto de engranajes planetarios y formando así parte de un primer eje de acoplamiento, con un portador del primer conjunto de engranajes planetarios conectado permanentemente con una corona dentada del segundo conjunto de engranajes planetarios y, por lo tanto, forma parte de un segundo eje de acoplamiento, pudiendo ser conectado el eje de entrada a una corona dentada del primer conjunto de engranajes planetarios a través del segundo elemento de conmutación, y estando el eje de salida directamente conectado al segundo eje de acoplamiento. La transmisión tiene una primera máquina eléctrica con un estator no giratorio y un rotor giratorio, estando el rotor conectado al primer eje de acoplamiento.
Otra posible solución para combinar el par suministrado por el motor endotérmico y el proporcionado por el motor eléctrico se describe en el documento US2015/0183436.
Esta patente describe una transmisión para vehículos que prevé el uso de un mecanismo epicicloidal que recibe el movimiento de los dos motores y lo transmite, a la salida, a un eje de transmisión que está conectado a las ruedas motrices del vehículo.
Al bloquear la rotación de la corona dentada del mecanismo epicicloidal, es posible variar la cadena de transmisión cinemática del movimiento y, por ejemplo, obtener una propulsión totalmente eléctrica. En este documento se detallan algunos gráficos posibles que permiten llevar a cabo la solución mencionada.
Sin embargo, algunos de estos diseños tienen una geometría que no se puede adaptar fácilmente a las formas y las extensiones de los vehículos convencionales, en los que la transmisión tiene una extensión principal en forma longitudinal.
Otras variantes descritas en el documento mencionado, si bien tienen una estructura generalmente más parecida a las transmisiones convencionales, no garantizan una integración suficiente del motor y del generador en la estructura de la transmisión.
Por lo tanto, el problema técnico que constituye la base de la presente invención es proporcionar una transmisión para vehículos híbridos que permita superar uno o varios de los inconvenientes mencionados anteriormente con referencia al estado de la técnica.
Este problema se resuelve con la transmisión para vehículos con sistemas de propulsión híbridos según la reivindicación 1.
Como resultado de la solución proporcionada por la presente invención, es posible obtener una transmisión para vehículos de propulsión híbrida que es capaz de proporcionar diferentes modos de funcionamiento, con una solución que es particularmente simple en términos de construcción. Esta solución prevé además el uso de una estructura que puede tener una extensión principalmente longitudinal, adaptándose así de forma adecuada a los vehículos convencionales. De este modo, la utilización de un sistema de propulsión híbrido no requiere necesariamente una reconfiguración completa del vehículo respecto al utilizado en un vehículo alimentado únicamente mediante motores de combustión interna.
Las dimensiones son además particularmente reducidas o en todo caso optimizadas para las necesidades de un vehículo industrial con respecto a las soluciones conocidas.
Las características preferentes de la invención se definen además en las reivindicaciones dependientes.
Según aspectos preferentes, el elemento de bloqueo de la transmisión comprende un freno que tiene al menos un disco, que es preferentemente coaxial con respecto al eje de alta velocidad.
Según una realización preferente, el generador está configurado también para funcionar como un motor. Preferiblemente, el motor del tipo regenerativo está configurado para funcionar también como generador.
Según una realización preferente, los engranajes solares de los dos mecanismos epicicloidales utilizados en la transmisión son coaxiales con respecto al motor del tipo regenerativo.
El eje de baja velocidad y el eje de alta velocidad están conectados al portador del engranaje planetario y a la corona dentada mediante respectivos mecanismos de transmisión por engranajes que tienen ejes de rotación preferentemente fijos que se producen, por ejemplo, mediante engranajes.
El eje de salida está conectado al portador del engranaje planetario del segundo mecanismo epicicloidal del dispositivo de combinación de movimientos.
En un ejemplo que no entra en el alcance de la invención tal y como se reivindica en la reivindicación 1, el eje de alta velocidad de la transmisión está conectado a la corona dentada del primer mecanismo epicicloidal, el eje de baja velocidad está conectado a la corona dentada del segundo mecanismo epicicloidal, y el portador del engranaje planetario del primer mecanismo epicicloidal del dispositivo de combinación de movimientos está directamente conectado al portador del engranaje planetario del segundo mecanismo epicicloidal.
Otras ventajas, características y procedimientos operativos de la presente invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de algunas realizaciones, que se exponen a modo de ejemplo no limitativo. Se hará referencia a las
Figuras de los dibujos adjuntos, en los que:
• La figura 1 es una ilustración esquemática de una transmisión según la presente invención;
• Las figuras 2A a 2C son ilustraciones esquemáticas que exponen la cadena de movimiento en tres condiciones diferentes de funcionamiento de la transmisión; y
• Las figuras 3A a 3C son ilustraciones esquemáticas que exponen la cadena de movimiento en tres condiciones de funcionamiento diferentes de la transmisión según un ejemplo alternativo que no entra en el ámbito de la presente invención.
Con referencia inicialmente a la figura 1, una transmisión según la presente invención se designa generalmente con el número de referencia 100.
La transmisión según la presente invención es del tipo que se pretende utilizar en vehículos del tipo agrícola e industrial con sistemas de propulsión híbridos. En otras palabras, el sistema de propulsión del vehículo en el que se utiliza la transmisión según la presente invención comprende un motor 1 del tipo no regenerativo, por ejemplo, un motor de combustión interna, y un motor 2 del tipo regenerativo, por ejemplo, un motor eléctrico.
El motor del tipo no regenerativo puede ser del tipo reversible o se puede proporcionar un generador separado con respecto al motor.
En cualquier caso, el generador 4, tanto si se obtiene haciendo funcionar el motor en este estado como si es un componente independiente, tiene como objetivo recargar un acumulador de energía 3 para alimentar el motor no regenerativo.
El motor no regenerativo 1 está conectado a un eje de entrada 7 de la transmisión.
El generador 4 está conectado además al eje de entrada 7. El rotor del generador 4 puede estar directamente soportado por el eje 7 o recibir el movimiento del mismo de forma indirecta, mediante un sistema intermedio, que no se ilustra en las figuras.
De cualquier manera, como se ilustrará mejor a continuación, el eje de entrada 7 puede ser utilizado para accionar directamente una toma de fuerza que está conectada a la transmisión y el posicionamiento del generador en este eje se encuentra particularmente ventajoso porque también permite la producción de la recarga del acumulador con un vehículo estacionado, durante las operaciones realizadas por medio de la toma de fuerza.
Según otro aspecto de la invención, el generador 4 también puede funcionar como un motor eléctrico para permitir el accionamiento directo del eje 7 y, por lo tanto, en su caso, de la toma de fuerza, que puede ser, por tanto, accionada eléctricamente.
Como se ilustra en la figura 1, el eje de entrada 7 está conectado a un eje de baja velocidad 11 y a un eje de alta velocidad 12 que permiten la transmisión del movimiento a las ruedas, con procedimientos que se describirán con más detalle a continuación, según dos relaciones de transmisión diferentes.
En una realización, el eje de entrada 7 transmite el movimiento al eje de baja velocidad 11 y al eje de alta velocidad 12 por medio de los respectivos pares de engranajes 71A, 71B, 72A, 72B que están enchavetados en el propio eje 7.
Esto permite ventajosamente la disposición del eje de baja velocidad 11 y del eje de alta velocidad 12 en paralelo con el eje de entrada, produciendo así dos ramas separadas, a través de las cuales se puede desarrollar el movimiento y por tanto la transmisión.
Según un aspecto de la invención, el eje de baja velocidad 11 y el eje de alta velocidad 12 pueden acoplarse de forma selectiva utilizando los respectivos embragues 9, 10. De este modo, se puede seleccionar uno de los dos ejes en función de las condiciones de funcionamiento deseadas.
Los embragues 9 y 10 están dispuestos respectivamente a lo largo del eje de baja velocidad 11 y a lo largo del eje de alta velocidad 12, respectivamente en una posición intermedia entre los engranajes 71B, 72B que reciben el movimiento del eje de entrada 7 y los engranajes adicionales 73, 74 que a su vez transmiten el movimiento a un dispositivo de combinación de movimientos 5, que se ilustra en detalle a continuación.
En una realización, el eje de baja velocidad 11 y el eje de alta velocidad 12 comprenden una primera porción 11A, 12A y una segunda porción 11B, 12B respectivas que son coaxiales entre sí y que pueden acoplarse entre sí por medio de los respectivos embragues 9, 10.
Como puede verse en las figuras 2B y 2C, cuando el primer embrague 9 está cerrado, el movimiento llega al eje de baja velocidad a través de los pares de engranajes 71A, 71B y, por tanto, mediante un eje intermedio 14, al dispositivo de combinación de movimientos 5, mientras que, cuando el segundo embrague 10 está cerrado, el movimiento del eje de entrada 7 se transmite al eje de alta velocidad 10 y desde este eje directamente al dispositivo de combinación de movimientos 5.
Como se describirá mejor a continuación, estas configuraciones corresponden a dos modos de funcionamiento distintos de la transmisión que también se indican como segundo y tercer modo de funcionamiento.
Siempre con referencia a la figura 1, el dispositivo de combinación de movimientos 5 al que están conectados los ejes 11 y 12 comprende un primer mecanismo epicicloidal 5A y un segundo mecanismo epicicloidal 5B que están conectados entre sí, en una primera realización, mediante una conexión entre la corona dentada 53A del primer mecanismo 5A y el soporte del engranaje planetario 52B del segundo mecanismo. En otras palabras, el dispositivo de combinación de movimientos 5 comprende un elemento de conexión 50 que une, haciéndolos rotacionalmente integrales entre sí, la corona dentada 53a del primer mecanismo 5A y el portador del engranaje planetario 52B del segundo mecanismo.
El eje de baja velocidad 11 y el eje de alta velocidad 12 están conectados al dispositivo de combinación de movimientos 5 que combina el movimiento de los mismos según el procedimiento que se describirá a continuación. El eje de baja velocidad 11 está conectado al portador del engranaje planetario 52A del primer mecanismo epicicloidal 5A.
El eje de baja velocidad 11 está conectado al portador del engranaje planetario 52A por medio del eje intermedio 14, por lo que un engranaje 14A del eje intermedio 14 engrana con el engranaje 74 y un segundo engranaje 14B del eje 14 engrana con una porción dentada del portador del engranaje planetario 52A.
Puede observarse que, en el contexto de la presente invención, se considera que un elemento de la transmisión está conectado a otro elemento cuando hay una transmisión sincrónica del movimiento entre los dos elementos, a excepción de cualquier juego entre los componentes de transmisión del movimiento. Esto ocurre generalmente tanto en el caso de una conexión directa como en el caso de que se utilicen elementos de transmisión de movimiento con ejes de rotación fijos, a diferencia de los sistemas con ejes móviles, como ocurre, por ejemplo, en un mecanismo epicicloidal.
El eje de alta velocidad 12 está conectado a la corona dentada 53B del segundo mecanismo epicicloidal 5B, mediante el engranaje 73 que se engrana directamente a la corona dentada 53B.
Por lo tanto, sobre la base de lo expuesto anteriormente, se apreciará que el eje de baja velocidad 11 y el eje de alta velocidad 12 están conectados al portador del engranaje planetario y a la corona dentada de uno y otro mecanismo epicicloidal mediante respectivos mecanismos de transmisión por engranajes con ejes de rotación fijos.
El dispositivo de combinación de movimientos 5 recibe además el movimiento del motor 2 de tipo regenerativo que está conectado tanto al engranaje solar 51A del primer mecanismo 5A como al engranaje solar 51B del segundo mecanismo 5B. En una realización, los engranajes solares 51A y 51B están enchavetados en el mismo eje de rotación 20 del motor 2 de tipo regenerativo.
Por lo tanto, es evidente que, como resultado de la configuración antes mencionada, de acuerdo con los procedimientos con los que se hace girar el eje de baja velocidad 11, el eje de alta velocidad 12 y el motor del tipo regenerativo, el dispositivo de combinación de movimientos será capaz de obtener condiciones específicas de salida por medio de un eje de salida 8 del mecanismo de combinación de movimientos 5 que suele estar conectado a las ruedas del vehículo, en el que se utiliza la transmisión. Preferiblemente, el eje de salida 8 transmite el movimiento mediante engranajes adicionales a una caja de cambios y, por tanto, a las ruedas.
En una realización, el eje de salida 8 está conectado al portador del engranaje planetario 52B del segundo mecanismo epicicloidal 5B.
Ventajosamente, dado que, como resultado de la configuración mencionada, el eje de salida 8 puede hacer girar el eje del motor 2 de tipo regenerativo, en una realización éste puede funcionar también como generador, permitiendo también la recarga del acumulador 3.
También puede observarse que la configuración descrita anteriormente permite colocar el dispositivo de combinación de movimientos 5 en la región de un extremo de la transmisión opuesto al extremo conectado al motor no regenerativo.
La transmisión según la presente invención comprende además un elemento de bloqueo 13 que está configurado para bloquear el eje de baja velocidad 11 o el eje de alta velocidad 12, es decir, más generalmente, la entrada del dispositivo de combinación de movimientos 5.
En una realización, el elemento de bloqueo 13 comprende un freno que tiene al menos un disco 131 y preferentemente un conjunto de discos. Preferiblemente, el freno está enchavetado en el eje de alta velocidad 12. Siempre con el fin de obtener una solución lo más adaptable posible a los sistemas de propulsión no híbridos, el elemento de bloqueo se interpone preferentemente entre el embrague correspondiente y el engranaje del eje en el que está montado el freno que transmite el movimiento al dispositivo de combinación de movimientos 5.
El elemento de bloqueo 13 permite obtener un modo de funcionamiento adicional de la transmisión.
De hecho, cuando el elemento de bloqueo 13 está acoplado, bloqueando la corona dentada 53B del segundo mecanismo epicicloidal 5B, como se ilustra en la figura 2A, en la que el flujo cinemático se describe utilizando una porción de mayor grosor, la energía para el movimiento del vehículo se suministra desde el motor regenerativo 2 que es alimentado por el acumulador 3. El motor no regenerativo 1 puede estar encendido y mover el generador 4 que carga el acumulador, o puede estar apagado. En esta segunda hipótesis, el movimiento se produce sin emisiones y con un bajo nivel de ruido y puede ser ventajoso para realizar operaciones de procesamiento dentro de entornos cerrados.
Desbloqueando el elemento de bloqueo 13, es posible obtener los otros dos procedimientos de funcionamiento que ya se han descrito brevemente.
En el segundo procedimiento, ilustrado en la figura 2B, que sigue utilizando una porción de mayor grosor, el embrague 9 del eje de baja velocidad 11 está engranado, mientras que el otro embrague y el elemento de bloqueo 13 no están engranados.
La energía suministrada por el motor no regenerativo fluye parcialmente hacia el generador 4 para recargar el acumulador de energía 3 y parcialmente hacia el dispositivo de combinación de movimientos 5 en el que se añade a la energía suministrada por el motor regenerativo 2, que es suministrada por el acumulador de energía 3.
El tercer procedimiento de funcionamiento se describe en la figura 2C.
En este caso, el embrague 10 del eje de alta velocidad está engranado mientras que el otro embrague 9 y el elemento de bloqueo 13 no están engranados.
La energía suministrada por el motor no regenerativo 1 fluye en parte hacia el generador 4 para recargar el acumulador de energía 3 y en parte hacia el mecanismo epicicloidal, en el que se añade a la energía suministrada por el motor eléctrico, que es suministrada por la batería.
En este caso, al no estar presentes el eje intermedio y la correspondiente transmisión de engranajes, se obtiene una relación de transmisión diferente a la del caso anterior.
Según otro ejemplo que se ilustra esquemáticamente en las figuras 3A a 3C y que no está incluido en el alcance de la reivindicación 1, el eje de alta velocidad 12 está conectado a la corona dentada 53A del primer mecanismo epicicloidal 5A y el eje de baja velocidad 11 está conectado a la corona dentada 53B del segundo mecanismo epicicloidal 5B.
A diferencia de la transmisión según la invención definida en la reivindicación 1, el portador del engranaje planetario 52A del primer mecanismo epicicloidal 5A está directamente conectado al portador del engranaje planetario 52B del segundo mecanismo epicicloidal 5B.
Se apreciará que todas las características restantes descritas en relación con la realización anterior también serán aplicables de manera similar a la que ahora se describe. Por lo tanto, es evidente que la transmisión descrita resuelve los problemas identificados con referencia a la presente invención, como resultado de la arquitectura utilizada y las diferentes posibilidades de funcionamiento.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Una transmisión (100) para vehículos con sistemas de propulsión híbridos, en particular vehículos agrícolas o industriales, en la que el sistema de propulsión comprende:
un motor (1) del tipo no regenerativo;
un motor (2) de tipo regenerativo que está asociado a un acumulador de energía (3) y a un generador (4) para recargar el acumulador de energía (3);
comprendiendo la transmisión:
un eje de entrada (7) que está conectado al motor (1) de tipo no regenerativo y al que está conectado el generador (4),
un eje de baja velocidad (11) y un eje de alta velocidad (12) que pueden acoplarse selectivamente al eje de entrada (7) por medio de embragues respectivos (9, 10);
un dispositivo de combinación de movimientos (5) que comprende un primer mecanismo epicicloidal (5A) y un segundo mecanismo epicicloidal (5B) que comprenden respectivos engranajes solares (51A, 51B), portadores de engranajes planetarios (52A, 52B) y coronas dentadas (53A, 53b ), en el que el portador del engranaje planetario del segundo mecanismo epicicloidal (5B) está conectado a la corona dentada del primer mecanismo epicicloidal (5A),
el eje de baja velocidad (11) y el eje de alta velocidad (12) están conectados al dispositivo de combinación de movimientos (5) en correspondencia con el portador de los engranajes planetarios y la corona dentada del primer y segundo mecanismo epicicloidal (5A, 5B), respectivamente,
un eje de salida (8) que está conectado al dispositivo de combinación de movimientos (5), un elemento de bloqueo (13) que está configurado para bloquear el eje de baja velocidad (11) o el eje de alta velocidad (12),
y en el que el motor (2) de tipo regenerativo está conectado a los engranajes solares (51A, 51B) del primer mecanismo epicicloidal (5A) y del segundo mecanismo epicicloidal (5B),
caracterizada porque
el eje de entrada (7) transmite el movimiento al eje de baja velocidad (11) y al eje de alta velocidad (12) mediante respectivos pares de engranajes (71A, 71B, 72a , 72B), el eje de baja velocidad (11) y el eje de alta velocidad (12) son paralelos al eje de entrada, los embragues (9, 10) están dispuestos respectivamente a lo largo del eje de baja velocidad (11) y a lo largo del eje de alta velocidad (12), respectivamente en una posición intermedia entre los engranajes (71B, 72B) que reciben el movimiento del eje de entrada (7) y los engranajes adicionales (73, 74) que a su vez transmiten el movimiento al dispositivo de combinación de movimientos (5), el eje de alta velocidad (12) está conectado a la corona dentada (53B) del segundo mecanismo epicicloidal (5B) mediante un engranaje (73) de dichos engranajes adicionales que engrana directamente con la corona dentada (53B) el eje de baja velocidad (11) está conectado al dispositivo de combinación de movimientos (5) por medio de un eje intermedio (14) que comprende un engranaje (14A) que engrana con el otro engranaje (74) de dichos engranajes adicionales (73, 74) y un segundo engranaje (14B) que engrana con una porción dentada del portador del engranaje planetario (52A) del primer mecanismo epicicloidal (5A).
2. Una transmisión según la reivindicación 1, en la que el elemento de bloqueo (13) comprende un freno que tiene al menos un disco (131) que es coaxial con respecto al eje de alta velocidad (12).
3. Una transmisión según la reivindicación 1 o 2, en la que el generador (4) está configurado también para funcionar como motor y el motor (2) de tipo regenerativo está configurado también para funcionar como generador.
4. Una transmisión según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los engranajes solares (51A, 51B) son coaxiales con respecto al motor (2) de tipo regenerativo.
5. Una transmisión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que los respectivos pares de engranajes (71A, 71B, 72A, 72B), que conectan el eje de entrada (7) con el eje de baja velocidad (11) y con el eje de alta velocidad (12), tienen ejes de rotación fijos.
6. Una transmisión según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el eje de baja velocidad (11) y el eje de alta velocidad (12) comprenden una primera porción (11A, 12A) y una segunda porción (11B, 12B) respectivas, siendo la primera y la segunda porciones coaxiales entre sí y pudiendo acoplarse entre sí mediante los embragues (9, 10).
7. Una transmisión según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el eje de salida (8) está conectado al portador del engranaje planetario (52B) del segundo mecanismo epicicloidal (5B).
8. Una transmisión según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la corona dentada (53A) del primer mecanismo epicicloidal (5A) está directamente conectada al portador del engranaje planetario (52B) del segundo mecanismo epicicloidal (5B) por un elemento de conexión 50 que une, haciéndolos rotacionalmente integrales entre sí, la corona dentada (53A) del primer mecanismo (5A) y el portador del engranaje planetario (52B) del segundo mecanismo (5B).
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