WO2005078315A1 - Transmisión continuamente variable - Google Patents

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WO2005078315A1
WO2005078315A1 PCT/ES2005/000075 ES2005000075W WO2005078315A1 WO 2005078315 A1 WO2005078315 A1 WO 2005078315A1 ES 2005000075 W ES2005000075 W ES 2005000075W WO 2005078315 A1 WO2005078315 A1 WO 2005078315A1
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transmission
axes
output
differential
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Juan Ramon GOMÁ AYATS
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Goma Ayats Juan Ramon
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    • F16H2037/025—CVT's in which the ratio coverage is used more than once to produce the overall transmission ratio coverage, e.g. by shift to end of range, then change ratio in sub-transmission and shift CVT through range once again
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    • F16H2037/104—Power split variators with one end of the CVT connected or connectable to two or more differentials
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
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Definitions

  • the object of the present invention is a mechanical transmission with continuously variable transmission ratio that is obtained by the appropriate combination of a series of mechanisms described in the patent, in which the action of a speed variator with various fixed transmission ratios is combined. and differential mechanisms so that the power circulating through the speed variator can be reduced as much as desired.
  • the patent describes how to achieve this with the minimum number of components and so that the transmitted power passes as directly as possible from the input shaft to the output shaft, it also manages to transmit torque to the output shaft without interruption at any time.
  • variable speed mechanisms or continuously variable transmissions, intend that this transmission ratio can be varied continuously and progressively.
  • Continuously variable transmissions can be classified into three large groups: A) Mechanisms that transmit rotation directly from the input shaft to the output shaft through an intermediate element that, by friction, is dragged by the input shaft and in turn drags the output shaft, within this group are the variable speed trapezoidal belts, toroidal drives, conical roller etc. B) Systems that transform the mechanical power of rotation of the input shaft into another form of energy that is easier to manipulate and then convert it back into mechanical power of rotation on the output shaft, within this group are hydrostatic drives, Torque converters, pairs of electric machines working one as a generator and the other as an engine, the systems that transform the rotary movement into another oscillator and subsequently regenerate a rotary movement with it. C) Systems that combine some mechanism of the previous groups with one or more differential mechanisms.
  • the mechanisms of group A allow the continuous and progressive variation of the transmission ratio from a minimum value to a maximum value both of the same sign, that is, they do not allow the direction of rotation to be reversed, this is due to the fact that to go through the ratio of zero transmission the friction element should drag one of the axes over a null radius with infinite tension, in fact there is a minimum near which the friction element skids and the mechanism stops working. Energy efficiency is poor compared to that of gear transmissions due to the friction element.
  • the mechanisms of group C that is to say the combination of one or more differential mechanisms with a variable speed drive, have been applied with two possible purposes: Obtain a mechanism that allows inverting the direction of rotation of the inverter from a variator that initially I did not allow it. Divide the power into two parts, one is transmitted through the drive and the other is transmitted through gears, thereby achieving a less sized drive and greater mechanical performance of the overall mechanism.
  • These mechanisms in turn can be classified into two subgroups: Those that are limited to combining a variator with one or more differentials and those that add an external gearshift to extend the range of variation of the basic mechanism.
  • T is the overall transmission ratio of the mechanism, that is, the angular velocity of the output axis divided by the angular velocity of the input axis.
  • r is the transmission ratio of the variable speed drive, this ratio varies between a minimum value r m i n and a maximum value r m ⁇ x , both of the same sign in the event that the drive does not have the characteristic of being able to reverse the direction of turn.
  • a and b are constants that depend on the fixed transmission ratios, the characteristics of the differential and the way in which different components are connected between silos.
  • the power transmitted by the inverter is a function of the transmission ratio of the mechanism at all times, if the constants a and b are chosen so that at the point where this power is maximum this value is the minimum possible it is found that:
  • ⁇ max is the fraction of the power transmitted by the mechanism that passes through the drive, that is, the power transmitted by the drive divided by the total power transmitted by the mechanism when the transmission ratio that makes this value is maximum.
  • ⁇ is the variability in the transmission ratio of the mechanism, that is, the maximum transmission ratio that can be obtained divided by the minimum.
  • rang is the variability range of the drive, that is r max rii n -
  • T the overall transmission ratio of the mechanism
  • r is the drive's drive ratio
  • a, b, c and d adopt values based on the characteristics of the differentials and intermediate transmission ratios.
  • the US5643121 patent also describes the way to reverse the direction of rotation, for this adds a second differential, this second differential turns unacceptable in all regimes except those that allow the change of direction of rotation, in them the second differential subtracts the speeds of the two arms of the first differential to allow a variation from a positive value to a negative value through zero.
  • the system responds to a scheme like the one in Figure 21.
  • the input power passes through the two differentials and with a recirculation through the inverter.
  • the technical problem that arises in the speed variator mechanisms composed of a variator and differentials, consists in minimizing the power that circulates through the speed variator element simultaneously obtaining a wide range of speed variation in the global mechanism, eventually reversing the direction of rotation
  • the present invention solves the problem posed by combining the novelties with respect to the current state of the art described below.
  • the mechanism whose graph is represented in Figure 1 consists of two differentials (Da and Db) and a variable speed drive (V). Both the input (e-axis) and the output (s-axis) axis are connected simultaneously to one of the axes of each of the Da and Db differentials while the inverter is connected between the differential axis Da not connected or to the input or output (axis 6) and the differential axis Db not connected to the input or output (axis 7).
  • This mechanism obtains a global transmission ratio of the mechanism based on the drive's transmission ratio of the type: r _ _ a * r + b tu e c-r + d
  • T is the global transmission ratio of the mechanism
  • r is the drive's transmission ratio
  • a, b, c and d adopt the following values:
  • Da is the transmission ratio between axis 6 and the input axis that would cause the differential Da if the output axis remained locked
  • Db is the transmission ratio that would cause the differential Db between the input axis and the axis 7 if the output shaft remains locked.
  • selecting Da and Db properly means that the maximum power that passes through the drive does not exceed: -ang-l ⁇ f ⁇ + ⁇
  • the two differentials act symmetrically, there are regimes in which most of the power passes through Da and the rest through Db and others in reverse, there is also a regime in which it is divided exactly to 50%.
  • the next element that introduces the present invention is the multistage mechanism whose graph is represented in Figure 2. This mechanism extends the range of variability of the system core.
  • This mechanism consists of a core represented by a black box with the letter N which is a reversible speed variator mechanism with an input shaft e and an output shaft s, this core can be materialized with the system described before or by any other known.
  • the mechanism has four multiplicities of transmission ratios, the sets of transmission ratios R 2n , R 2n + ⁇ . S 2n and S 2n + ⁇ , the input axis of the mechanism e 'is alternately connected to the input axis e of the core and the output axis s thereof, while the output axis of the mechanism _. 'is connected alternately to the output shaft s of the core and the input shaft e.
  • this mechanism is as follows: Initially the input axis e 'is connected through the first relation R 0 to the axis e and the output axis 5' is connected through So as, the drive N varies its transmission ratio from 7 mm to ⁇ m ⁇ x , at this point Ri and Si are connected and R 0 and So are switched off, the mechanism N again varies its transmission ratio from ⁇ max to T m i n at the moment when R is connected 2 and S 2 and so on.
  • the core is constituted by a mechanism that follows the scheme of Figure 1 because this allows the least possible number of stages and the maximum performance for a given drive, but it is also possible that the core materializes by any another known system and benefit from the advantages of this extension of the range of variability.
  • the short-running zone In mechanical transmissions with a continuously variable transmission ratio, two work zones can be distinguished: the short-running zone and the long-running zone. Since these systems allow to obtain transmission ratios that reach zero, the output torque can rise to very high values (it would be infinite if the mechanical performance were 100%), therefore there is an area of transmission ratios close to zero where it is necessary to limit the torque that the mechanism exerts on the output shaft.
  • This zone is the short gear zone, the rest of the transmission ratios is the long gear zone.
  • the short walking zone is more accurately defined as:
  • T maxmot is the maximum torque that can be supplied by the motor that will be coupled to the input of the mechanism.
  • -T m axmec is the maximum allowable torque at the output of the mechanism.
  • the power that passes through the mechanism is lower than the nominal power of the engine, reducing linearly from 100% in the ratio of transmission that limits the short and long run to zero in the zero transmission ratio.
  • the optimal distribution of the stages is a series of transmission ratios that follow a geometric progression while in the short range the optimal distribution is a sequence that follows an arithmetic progression.
  • the following describes two mechanisms object of the present invention that generate a succession of stages that can follow an arithmetic progression, whereby they are of preferential application for the short walking zone.
  • the mechanism whose graph is represented in Figure 3 consists of two differentials of and
  • the input axis e is connected to one of the axes of the differential De and the output _. to one of the axes of the differential Dd.
  • the speed variator is connected between axis 6 and axis 7 while between axes 8 and 7 it is possible to connect and disconnect (by mechanical couplings or by suitable clutches) any one of the multiples of transmission ratios R Ü J Likewise between axes 6 and 9 it is possible to connect and disconnect any one of the multiples of transmission ratios R 2j - Alternatively they can also be connected following schemes such as those in Figures 7 and 8 where the only difference is that the drive is connected between the axes 8 and 6 in the case of Figure 7 and between 7 and 9 in the case of Figure 8.
  • the operation of the system is as follows, the transmission ratios R ⁇ and R 2 ⁇ and the variator and variator are connected its transmission ratio from ⁇ (axis 6 stopped and axis 7 rotating at the speed imposed by the differential De and the transmission ratio R to O (axis 7 stopped and axis 6 rotating at the speed that is imposed by De), at this moment both axis 6 and 9 are stopped, the transmission ratio R 22 is switched on and the R 2 is disconnected, then the drive changes its transmission ratio again from 0 to ⁇ , at this moment both axis 8 and 7 are stopped, R ⁇ is connected 2 and R 2 ⁇ is disconnected and so on.
  • De is the transmission ratio that the differential would impose between axis 6 and 8 if the e-axis were locked and Dd is the transmission ratio that the differential Dd would impose between the e-axis and 7 if the s axis were blocked.
  • the mechanism described above solves the problem of obtaining an arithmetic progression with a minimum number of components, but it has the disadvantage that the power completely crosses first the differential De and then the differential Dd.
  • a mechanism that also allows to obtain an arithmetic progression is described below.
  • the mechanism whose graph is represented in Figure 4 is composed of a series of differentials, a variator of the type that allows to reverse (or at least stop) the direction of rotation of either of the two axes while the other rotates and A series of transmission ratios R ⁇ , one of the axes of each differential is connected to the input axis and another of the axes of each differential is connected to the output axis, the odd differential axis that is not connected or
  • the input or output can be connected by a clutch or by any other type of mechanical coupling to one of the drive axes (axis 6) through one of the relations of Transmission R 2n + ⁇ the axis of the even differentials that is not connected to either the input or the output can be connected by a clutch or by any other type of mechanical coupling to the other axis of the drive (axis 7) through one of the transmission ratios R 2n .
  • the differentials Di and D 2 are connected to axes 6 and 7 respectively through the transmission ratios Ri and R 2, the drive varies its transmission ratio from 0 (where axis 7 it remains stationary and axis 6 rotates at the speed imposed by Di and D) to ⁇ (where axis 6 remains stationary and the speed imposed by Di and D 2 ), at this point D 3 is connected and Di is disconnected, then the axis 7 rotates to the inverter varies its transmission ratio from oo until reaching 0 again where D 4 is connected and D 2 is disconnected.
  • the transmission ratios R ⁇ (for i greater than 2) must be chosen so as to comply with: n _____L ____ ⁇ ⁇ L ⁇ - ⁇ p M lD M D, -Drete"
  • Ri and R can be chosen freely to facilitate the rest or to obtain the angular speeds of the different axes of the most suitable mechanism.
  • the result of the previous expression is negative it means that the transmission ratio has to reverse the direction of rotation.
  • R ⁇ is the transmission ratio between axis 6 and the odd differential axis that is not connected to either the input or the output
  • R j is the transmission ratio between axis 7 and the even differential axis it is not connected to either the input or the output
  • D ⁇ is the transmission ratio that the odd differential would impose between the input and output axes if the axis connected to the drive remained stationary
  • D j is the transmission ratio that the differential torque would impose between the input and output axis if the axis connected to the drive remained stationary.
  • This mechanism like the previous one, allows to obtain stages that follow arithmetic, geometric or any other progressions, therefore it is indicated for both the short and long march regime.
  • each stage requires at least the installation of a transmission ratio and, therefore, at least one pair of gears, when these mechanisms have to go through the zero transmission ratio and reverse the direction of rotation , it is possible to save the necessary mechanisms to generate the stages in one of the directions (for example, reversing) on condition that they coincide with a subset of those of the other direction (forward movement) and in exchange for a reduction of the performance in the first direction (reverse).
  • the mechanism whose graph is represented in Figure 5 allows to reproduce in reverse gear all or part of the stages of the forward march.
  • a speed variator mechanism can be constructed that reduces as much as desired the power that circulates through the drive with a minimum number of covers.
  • a mechanism composed of three modules is represented: long, short and inverter.
  • the length module is obtained by means of a mechanism (core) such as that of Figure 1 whose range has been extended by a mechanism like the one shown in Figure 2.
  • the short module is obtained by means of a mechanism like the one represented in Figure 3
  • the drive is unique and works in both the short and long marches.
  • the inverter allows you to obtain gear after the same gears as forwards without duplicating the stages of the other two modules.
  • the characteristics of the components are determined so that the maximum transmission ratio of the short module is greater than or equal to the minimum transmission ratio of the long module, in this way there is a transmission ratio zone where it is possible to simultaneously activate the couplings or clutches that connect both modules and therefore it is possible to go from short to long and vice versa while still transmitting torque to the output shaft. If the parameters are also chosen in such a way that at a point in this area the transmission ratio of the variable module drive coincides with the transmission ratio of the variable module drive, then the mechanism can be constructed with a single inverter for both modules. .
  • this invention allows a reasonable number of stages to reduce the power that passes through the drive to sufficiently small values so that the drive is realized by means of a pair of electric machines acting indistinctly one of them as motor and The other as a generator.
  • Figures 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 17, 18, 19 and 20 correspond to graphs representative of generic mechanisms.
  • Figures 10, 12, 13, 14 and 15 correspond to representative schemes of specific mechanisms.
  • Figure 16 is a block diagram.
  • Figure 11 is a graph of angular velocities.
  • a line regardless of whether it is straight curved or broken, indicates an axis that can rotate.
  • a rectangle from which two lines leave indicates any transmission ratio (regardless of whether it is materialized by a cylindrical, conical, epicyclic train, etc.) between the axes represented by these lines.
  • the rectangles can represent both fixed and variable transmission ratios, when they represent fixed transmission ratios, they have been identified by a label that begins with R or S, when they represent variable transmission ratios, they have been labeled with the letter N, to indicate that the mechanism you can have a multiplicity of transmission relationships between the same pair of axes, only one has been represented and it has been labeled with a letter followed by a subscript.
  • dashed lines indicate that it is possible to connect or disconnect in a controlled manner the transmission relations to the axis at which they terminate regardless of how this connection and disconnection materializes (mechanical couplings, clutches, etc.).
  • transmission ratio plus dashed lines has been represented by dashed arrows.
  • Circles indicate differential mechanisms, that is, mechanisms capable of imposing a constraint between three axes of the type:
  • ⁇ ⁇ , ⁇ 2 and ⁇ are the angular velocities of the three axes numbered arbitrarily and k is a constant characteristic of the mechanism and the way in which the axes have been numbered. They indicate a generic differential mechanism regardless of how it materializes (cylindrical epicyclic trains, spherical epicycloidal trains, hydraulic circuits etc.). In the representative schemes of specific mechanisms, the usual symbols in mechanics have been used to represent axes, gears and epicycloidal trains, for simplicity the satellite carrier axes have been drawn intersecting the satellites although it must be understood that all satellites can rotate freely around its corresponding satellite carrier.
  • Figure 1 Graph of a generic mechanism composed of two Da and Db differentials and a variable transmission ratio N.
  • the input axis e is integral with one of the axes of each of the Da and Db differentials.
  • the output axis s is integral to another of the axes of each of the differentials Da and Db.
  • the drive or variable transmission ratio N is connected between the other axis of Da (axis 6) and the other axis of Db (axis 7).
  • Figure 2 Graph of a generic mechanism composed of a variable transmission ratio N and four multiplicities of transmission ratios R n , R 2n + 1, S 2n and S 2n + ⁇ .
  • variable transmission ratio N connects the eys axes, any of the transmission relations of the multiplicity of relations R 2n can be connected or not controlled between the eye axes any of the transmission relations of the multiplicity of relations R n + ⁇ can connect or not in a controlled manner between the axes s and e ', any of the transmission relations of the multiplicity of relations S 2n can be connected or not in a controlled manner between the axes s and _?', any of the transmission relations of the multiplicity of relations S 2n + ⁇ can be connected or not in a controlled way between the axes e and s'.
  • Figure 3 Graph of a generic mechanism composed of a variable transmission ratio N, two multiplicities of fixed transmission ratios R ⁇ and R 2j and two differential De and Dd.
  • the variable transmission ratio is connected between axes 6 and 7, any of the transmission ratios of the multiplicity of RH transmission ratios may or may not be connected in a controlled manner between axes 8 and 7, any of the transmission ratios of the multiplicity of transmission ratios R 2j can be connected or not in a controlled way between axes 6 and 9.
  • the differential De is connected to axes e, 6 and 8, and differential Dd is connected to axes 7, 9 and s.
  • Figure 4 Graph of a generic mechanism composed of a variable transmission ratio N, a series of differentials Di, D 2 , ... D 2n- ⁇ , D 2n and a series of transmission ratios Ri, R 2 , .. R 2n- ⁇ , R 2n -
  • the speed variator is connected between axis 6 and axis 7, axis e is integral with one of the axes of each of the differentials, axis s is integral with another axes of each of the differentials, each of the transmission ratios with odd subscript can connect axis 6 with the third axis of the differential of its same subscript and each of the even index transmission ratios can connect axis 7 with the third axis of the differential of its same subscript.
  • Figure 5 Graph of a generic mechanism composed of a variable transmission ratio N and two fixed transmission ratios.
  • the variable transmission ratio is connected between the e and s axes
  • the fixed transmission ratios can be connected between the s and _ axes.
  • the upper arrow represents a 1 to 1 transmission ratio, that is, it can be a direct coupling between the axis s and the s'
  • the lower arrow represents a transmission ratio that reverses the direction of rotation
  • the two have been represented in dashed arrows indicating that they can be connected or not in a controlled way.
  • Figure 6 Graph of a generic mechanism that contains: a variable transmission ratio N, four differential Da, Db, De, Dd and six multiplicities of transmission ratios R 2n , R 2n + ⁇ , S 2n , S 2n + ⁇ , R ⁇ and R j .
  • the drive N is connected between axes 6 and 7.
  • the multiplicities of transmission ratios R 2n , R 2n + ⁇ , S 2n , S 2n + ⁇ allow to connect respectively any of their relations between the axes: core input and input; core input and output; core and intermediate output; core and intermediate input.
  • the differential De is connected between the input, 6 and 8 axes.
  • the differential Dd is connected between the 7, 9 and intermediate axes.
  • the multiplicities of transmission relations Ru and R 2j allow any one of them to be connected between axes 8 and 7 or 6 and 9 respectively.
  • the dashed arrows indicate that the intermediate and output axes can be connected to each other directly or by reversing the direction of rotation.
  • Figure 7 Corresponds to a variant of the mechanism of Figure 3 where the speed variator N has been connected between axes 6 and 7, the rest of the symbols have the same meaning as explained when describing Figure 3.
  • Figure 8 Corresponds to a variant of the mechanism of Figure 3 where the speed variator N has been connected between axes 7 and 9, the rest of the symbols have the same meaning as explained when describing Figure 3.
  • Figure 9 Corresponds to a variant of the mechanism of Figure 4 where there is no differential Di and the transmission ratio Ri allows the connection between axis 6 and axis s, the rest of the symbols have the same meaning as explained when describing Figure 4.
  • Figure 10 Representative scheme of a specific mechanism that responds to a materialization of the graph of the generic mechanism of Figure 1. It is composed of two differentials and a speed variator. The first differential is formed by the planet
  • the second differential is made up of planet 8, the multiplicity of satellites 5 and the crown 4.
  • the axis e is simultaneously integral to the satellite carrier around which satellites 2 rotate and is also solidary to the crown 4.
  • the axis s is simultaneously integral to the satellite carrier around which the satellites 5 rotate and is also integral to the crown 3.
  • the speed variator N is connected so that it drags with a 1 to 1 transmission ratio axes 6 and 7 that are integral to planets 1 and 8.
  • Figure 11 Graph representing the evolution of the angular velocities of the e, s, 6 and 7 axes ( ⁇ e , ⁇ s , ⁇ 6 and ⁇ ) of the mechanism of Figure 10 in Cartesian coordinates when the e axis is maintained at 3,000 revolutions per minute and when the different gears have a certain number of teeth detailed in the explanation of the embodiment of the invention.
  • the angular speeds are represented in revolutions per minute and in abscissa the transmission ratio between the e-axis and the s-axis, the direction of rotation of the e-axis has been arbitrarily taken as positive, the angular speeds with negative sign indicate rotation in the direction contrary to the axis e.
  • Figure 12 Representative scheme of a specific mechanism that responds to a materialization of the graph of the generic mechanism of Figure 2. It consists of a speed variator N that is connected between the eysy axes of eight pairs of gears:
  • the gears 1, 2, 3 and 4 turn crazy around the axis e 'and can be made integral with it by activating some or some of the corresponding couplings SI, S2, S3 and S4.
  • Gears 5, 6, 7 and 8 turn crazy around the _? ' and can be made solidary to it by activating some or some of the corresponding couplings S5, S6, S7 and S8.
  • the gears 8 ', 3', 6 'and 1' are integral to the e-axis.
  • the gears 5 ', 2', 7 ', and 4' are integral to the s axis.
  • Figure 13 Representative scheme of a specific mecamsmo that responds to a materialization of the graph of the generic mechanism of Figure 3. It contains two differentials and a variable speed N.
  • the first differential is formed by planet 1, a plurality of satellites 2 and the crown 3
  • the second differential is formed by the planet 4, a plurality of satellites 5 and the crown 10.
  • the axis e is integral with the satellite carrier around which the satellites 2 rotate.
  • the axis _. it is integral to the satellite carrier around which satellites 5 rotate.
  • Axis 6, 8, 9 and 7 are respectively integral to crown 3, planet 1, planet 4 and crown 10.
  • Speed variator N is connected between axes 6 and 7.
  • Gears b and d are integral to axis 6, gears a and c are integral to axis 7, gears b "'and d” are integral to axis 9, gears' "and c'” are integral to axis 7 .
  • the pairs of gears a ', a "; bb”; c c "and d d” revolve around two intermediate axes but can be left independent or made integral with each other by means of the couplings represented by SI, S2, S3, and S4 respectively.
  • the axle 9 can also be kept locked from any rotation by the brake represented by SO that keeps it fixed to the chassis of the mechanism.
  • Figure 14 Representative scheme of a specific mechanism that responds to a materialization of the graph of the generic mechanism of Figure 9. It contains four differentials materialized by planets 1, 4, 9 and 12, the pluralities of satellites 2, 5, 10 and 13 and crowns 3, 8, 11 and 14. It also contains two electric machines MI and M2 that can work either as a motor or as a generator, the machine MI is in solidarity with axis 7 and M2 with axis 6. The axis e is in solidarity with planets 1, 4, 9 and 12. The s axis is integral to the axes carrying planets around which the planets 2, 5, 10 and 13 rotate. Around the axis 6 the gears 17, 18 and 20 rotate crazy but can be made integral with it by actuating the couplings represented by S3, S5, and SI.
  • gears 22 and 25 rotate crazy but can be made integral with it by actuating the couplings represented by S2 and S4.
  • the pinion 17 meshes with the 15 which in turn meshes with the 16 which is integral with the crown 8.
  • the pinion 18 meshes with the 19 which is integral with the crown 14.
  • the pinion 20 meshes with the 21 which is integral with the s axis
  • FIG. 15 Representative scheme of a specific mechanism that responds to a materialization of the graph of the generic mechanism of Figure 5. It contains a variable speed drive N connected between the eys axes, the direct coupling SI allows the sys' axes to be made integral directly, while the S2 coupling allows them to be connected with an inversion of the direction of turn.
  • Figure 16 Block diagram representative of a specific mechanism that responds to a materialization of the graph of the generic mechanism of Figure 6.
  • the "Cortes" block represents a mechanism like that of Figure 13.
  • the "Long” block represents a mechanism such as that of Figure 12 where the variable transmission ratio can be materialized with a mechanism like that of Figure 1.
  • the MI and M2 blocks represent two electric machines that can work either as a motor or as a generator and that allow the speed variator to materialize. Figure 1 and that of Figure 13 simultaneously.
  • the "Inverter” block represents a mechanism like the one shown in Figure 15 between the s-axis and the _? '.
  • Figure 17 Graph of a generic mechanism to which the mechanism proposed in US2384776 responds.
  • this patent it is proposed to use two differentials that are materialized by spherical epicycloidal trains, between the input shaft and the differential Db there is an inversion of the direction of rotation and between the inverter and the differential Db there is also an inversion of the direction of rotation that is materialized by auxiliary gears, the output shaft s is simultaneously driven by an axis of differential Da and an axis of differential Db.
  • Figure 18 Graph of a generic mechanism to which the mechanism proposed in US4936165 responds. This mechanism contains two differentials Da and Db, a variable speed drive N and three fixed transmission ratios Rl, R2 and R3.
  • the input axis e and the output axis s are respectively integral with axes of the differential Da.
  • Figure 19 Graph of a generic mechanism to which the mechanism proposed in the ES2190739 patent responds. This mechanism contains two differentials Da and Db, a variable speed drive N and two fixed transmission ratios Rl and R2. The input axis e and the output axis s are respectively integral with an axis of differential Da and with one of differential Db.
  • Figure 20 Graph of a generic mechanism to which the mechanism proposed in US6595884 responds. This mechanism contains two differentials Da and Db, a speed variator N. The input axis e is simultaneously integral to an axis of the differential Da and one of the differential Db. The output shaft is integral to another axis of the differential Db. The speed variator is connected between the other two axes of the Da differential (axes 7 and 6). Axis 6 also connects to the third axis of differential Db.
  • Figure 21 Graph of a generic mechanism to which the mechanism proposed in US5643121 responds when working on how to reverse the direction of rotation.
  • the input axis is integral to one axis of the differential DI and the output axis is integral to one of the differential D2
  • the other two axes of the differentials DI and D2 are coupled together and between them, the fixed transmission ratio R and the speed inverter N. have been connected in series.
  • Figure 10 shows a mechanism that responds to the graph of Figure 1.
  • the Da and Db differentials are materialized by the epicycloidal trains obtained through planet 1, satellites 2 and crown 3 for the case of Da and through the planet 8, satellites 5 and crown 4 in the case of differential Db.
  • the input axis is solidary to the crown 4 and also drags the axis around which the satellites rotate 2.
  • the output shaft is integral to the crown 3 and also drags the axis around which the satellites rotate 5.
  • Planets 1 and 8 are constructed with 13 teeth
  • satellites 2 and 5 are constructed with 49 teeth
  • crowns 3 and 4 are constructed with 111 teeth. With this configuration the transmission ratio obtained is:
  • Figure 12 shows, as an example, a mechanism that responds to the graph of Figure 2 for the particular case of four regimes, gears or stages.
  • the transmission ratios Ro and R 2 that connect the input shaft e of the drive and with the input shaft e 'of the mechanism, are materialized by the gear pairs 1, 1' and 3, 3 '.
  • the transmission ratios Ri and R 3 that connect the output shaft s of the drive N with the input shaft e 'of the mechanism are realized by the gear pairs 2, 2' and 4, 4 '.
  • the transmission ratios S 0 and S 2 that connect the output shaft s of the drive and with the output shaft _. 'of the mechanism are materialized by the pairs of gears 5, 5' and 7, 7 '.
  • the gears 1, 2, 3 and 4 rotate crazy on the input shaft e 'of the mechanism until one of the selectors SI, S2, S3, and S4 is activated that allow each of them to be made integral with the axis of input e 'whereby the respective transmission relations can be connected or disconnected.
  • Gears 5, 6, 7 and 8 turn crazy on the output shaft of the mechanism _? ' until any of the selectors S5, S6, S7, and S8 are activated, which allow each of them to be made integral with the output shaft _.
  • each gear is selected in this example as follows: gear 1, 55 teeth; gear 2, 60 teeth; gear 3, 66 teeth; gear 4, 72 teeth; gear 5, 95 teeth; gear 6, 90 teeth; gear 7, 84 teeth; gear 8, 78 teeth; 1 'gear, 95 teeth; 2 'gear, 90 teeth; 3 'gear, 84 teeth; 4 'gear, 78 teeth; 5 'gear, 55 teeth; 6 'gear, 60 teeth; 7 'gear, 66 teeth; 8 'gear, 72 teeth.
  • the way to connect and disconnect the SI selectors to S8 to obtain each of the four stages and the transmission ratios obtained in each of them are detailed in the following table:
  • Figure 13 shows a mechanism that responds to the scheme of Figure 3, for the particular case of four stages.
  • the differential De has materialized by the epicycloidal train composed of planet 1, satellites 2 and the crown 3.
  • the differential Dd has materialized by the epicycloidal train composed of planet 4, satellites 5 and crown 10.
  • the variator of speed N has been coupled by means of two transmission ratios on one side to the axis 6 which is integral to the crown 3 and on the other hand to the axis 7 which is integral to the crown 10.
  • the input axis e is integral with the satellite carrier axis of the differential of (planets 2).
  • the output shaft s is integral with the satellite carrier axis of the differential Dd (planets 5).
  • the transmission ratio R is O, so it has materialized by means of the possibility of blocking the rotation of axis 9 which is integral to planet 4, this blocking is achieved by activating the selector SO.
  • the selectors S2 and S4 allow the coupling or uncoupling of the wheel b' with the b "and of the d 'with the d" respectively, if the wheel b' is coupled with the b "both rotate jointly and the gear train formed by b, b ', b", b "imposes the transmission ratio determined by their corresponding numbers of teeth between axis 6 and axis 9, if wheel b' and the b "are decoupled, both rotate madly dragged respectively by the b and b" without imposing any transmission relationship between axes 6 and 9, similarly in the case of coupling or not of the wheel d 'with the d ".
  • the numbers of teeth selected for each of the gears in this example are the following: planet 1 and planet 4, 16 teeth; satellites 2 and satellites 5, 8 teeth; crown 3 and crown 10, 32 teeth, gears b and b ", 14 teeth; gears b 'and b", 36 teeth; gears dyd ", 18 teeth; gears d 'and d", 32 teeth; gears aya ", 11 teeth; gears a 'ya", 39 teeth; gears cyc ", 16 teeth; gears c 'and c", 34 teeth.
  • the speed variator is realized by any type of mechanism that allows progressively varying the speeds of the two axes to which it is connected with transmission ratios from O (axis 7 stopped while 6 turns freely) to infinity (axis 6 stopped while 7 rotates freely), this can be achieved through a pair of electric machines (one working as a generator and the other as a motor), through a pair of hydraulic machines (one working as a pump and the other as a motor), through a mechanism obtained by combination of drives and differentials etc.
  • the way to connect and disconnect the SI selectors to S8 to obtain each of the four stages and the transmission ratios obtained in each of them are detailed in the following table:
  • the differential D4 has been materialized by the epicycloidal train composed of planet 9, satellites 10 and the crown 11.
  • the differential D5 has materialized by the epicycloidal train composed of planet 12, satellites 13 and crown 14.
  • the differential DI has characteristic O and therefore materializes by means of the possibility of directly connecting the output shaft s to the axis 6 through the coupling that is activated by the SI selector (this is the case that is more specifically represented in Figure 9).
  • the speed variator between axes 6 and 7, in this case has been materialized by the two electric machines MI and M2, must be reversible machines so that when one acts as a generator the other acts as a motor and vice versa, they must be connected so that the energy consumed by the engine at all times is that produced by the generator, and must have a control system that allows to impose the transmission relationship between the two.
  • the input axis is simultaneously integral to planets 1, 4, 9 and 12 of the differentials D2, D3, D4 and D5.
  • the output shaft is integral to the satellite axes of satellites 2, 5, 10 and 13.
  • Axis 6 can be coupled either to crown 8 (through gears 17, 15 and 16) or to the crown 14 (through gears 18 and 19) by means of the couplings that they are activated by selectors S3 and S5 respectively, it can also be coupled to the output shaft by means of the transmission ratio obtained by means of gears 20 and 21 which is activated by the selector SI.
  • Shaft 7 can be coupled either to crown 3 (through gears 22 and 23) or to crown 11 (through gears 25,24 and 26) by means of couplings that are activated by selectors S2 and S4 respectively.
  • the numbers of teeth of each cogwheel are chosen as follows: planet 1, 9 teeth; satellites 2, 54 teeth; crown 3, 117 teeth; planet 4, 12 teeth; satellites 5, 30 teeth; crown 8, 72 teeth; planet 9, 18 teeth; satellites 10, 24 teeth; crown 11, 66 teeth; planet 12, 16 teeth; satellites 13, 12 teeth; crown 14, 40 teeth; gear 17, 28 teeth; gear 15, 40 teeth; gear 16, 24 teeth; gear 18, 77 teeth; gear 19, 55 teeth; gear 20, 66 teeth; gear 21, 66 teeth; gear 22, 66 teeth; gear 23, 66 teeth; gear 25, 26 teeth; gear 24, 42 teeth; gear 26, 22 teeth.
  • the way to connect and disconnect the Yes to S4 selectors to obtain each of the four stages and the transmission ratios obtained in each of them are detailed in the following table:
  • angular speeds of axes 6 and 7 are expressed in revolutions per minute and correspond to the case where the input shaft constantly rotates at a angular speed of 3094 revolutions per minute.
  • three transitions can be simultaneously connected during the transitions because the transmission ratios and the characteristics of the differentials have been chosen so that the transmission ratio obtained before the transition and then exactly the same. Since, as explained above, there is freedom to choose the first two transmission ratios, these can be chosen so that the maximum angular speeds of axes 6 and 7 are the most suitable for the work of the machines that materialize the speed variator
  • Block N represents my mechanism that allows the transmission ratio between the e-axis and the s-axis to vary continuously from 0 to a certain maximum value.
  • the shaft s can be connected directly to the output shaft s' by actuating the SI coupling, or it can be indirectly coupled through the intermediate shaft and the gear sets shown in the Figure and reversing the direction of rotation, this second coupling is achieved by connecting S2.
  • the block of "Cuts” is materialized reproducing in its interior the mechanism represented in the Figure 13.
  • the speed variator is realized by the two electric machines MI and M2 (both reversible and that can work alternatively as a motor and the other as a generator or vice versa) and their axes are connected by means of two pairs of gears with transmission ratio 1: 1 to axes 6 and 7 of both the mecamsmo of Figure 1 and the mechanism of Figure 12.
  • the "Inverter” block is materialized by reproducing in its interior the mechanism represented in the Figure 15 The operation is as follows. When the output shaft is stopped, the Si or S2 coupling of the inverter is connected depending on whether it is desired to go forward or reverse gear (it is possible to keep both connected simultaneously if you do not want to lose the torque transmission to the output shaft ).

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Abstract

Relación de transmisión continuamente variable conteniendo cinco ejes: entrada, entrada núcleo, salida núcleo, intermedio y salida; compuesta por los módulos: largas, cortas a inversor conectado entre el intermedio y la salida. El módulo largas consta de núcleo y cuatro multiplicidades de relaciones de transmisión que extienden el rango de variabilidad del núcleo. El núcleo contiene dos diferenciales, el eje entrada núcleo arrastra un eje de cada diferencial, el eje salida núcleo es arrastrado por otro de cada diferencial, el tercer eje de cada diferencial se conecta al variador. El módulo cortas contiene dos diferenciales, el eje de entrada arrastra un eje de uno de ellos, el eje intermedio es arrastrado por otro eje del otro, entre los ejes no conectados ni a la entrada ni a la salida se disponen dos multiplicidades de relaciones de transmisión y entre un eje del primero y uno del segundo se conecta el variador.

Description

DESCRIPCIÓN TRANMISIÓN CONTINUAMENTE VARIABLE
Objeto de la invención
El objeto de la presente invención es una transmisión mecánica con relación de transmisión continuamente variable que se obtiene mediante la combinación adecuada de una serie de mecanismos descritos en la patente, en ellos se combina la acción de un variador de velocidad con diversas relaciones de transmisión fijas y mecanismos diferenciales de forma que la potencia que circula por el variador de velocidad puede reducirse tanto como se desee. La patente describe la forma de conseguirlo con el mínimo número de componentes y de forma que la potencia trasmitida pase lo más directamente posible del eje de entrada al eje de salida, también consigue que se trasmita par al eje de salida sin interrupción en ningún momento.
Antecedentes de la invención
Cuando se transforma una potencia mecánica de rotación a una determinada velocidad angular ωl en otra a distinta velocidad angular ω2, el cociente entre ambas se llama relación de transmisión. Los mecanismos variadores de velocidad, o transmisiones continuamente variables, pretenden que esta relación de transmisión pueda variarse de forma continua y progresiva.
Las transmisiones continuamente variables pueden clasificarse dentro de tres grandes grupos: A) Mecanismos que transmiten la rotación directamente del eje de entrada al de salida a través de un elemento intermedio que, por fricción, es arrastrado por el eje de entrada y a su vez arrastra al eje de salida, dentro de este grupo se hallan los variadores de velocidad de correas trapezoidales, los variadores toroidales, los de rodillos cónicos etc. B) Sistemas que transforman la potencia mecánica de rotación del eje de entrada en otra forma de energía mas fácil de manipular y posteriormente vuelven a transformarla en potencia mecánica de rotación en el eje de salida, dentro de este grupo se hallan los variadores hidrostáticos, los conversores de par, pares de máquinas eléctricas trabajando una como generador y la otra como motor, los sistemas que transforman el movimiento rotatorio en otro oscilante y posteriormente vuelven a generar con este un movimiento rotatorio. C) Sistemas que combinan algún mecanismo de los grupos anteriores con uno o mas mecanismos diferenciales. Los mecanismos del grupo A permiten la variación continua y progresiva de la relación de transmisión desde un valor mínimo hasta un valor máximo ambos del mismo signo, es decir no permiten invertir el sentido de giro, esto es debido a que para pasar por la relación de transmisión cero el elemento de fricción debería arrastrar uno de los ejes sobre un radio nulo con una tensión infinita, de hecho existe un mínimo cerca del cual el elemento de fricción patina y el mecanismo deja de funcionar. El rendimiento energético es pobre comparado con el de las transmisiones por engranajes debido al elemento de fricción.
Los del grupo B, si se diseñan adecuadamente pueden invertir el sentido de giro pero también tienen un rendimiento mecánico pobre comparado con el de las transmisiones por engranajes, debido a que en cada transformación de la potencia a otra forma hay unas pérdidas que se acumulan.
Los mecanismos del grupo C), es decir la combinación de uno o más mecanismos diferenciales con un variador de velocidad, se han aplicado con dos finalidades posibles: Obtener un mecanismo que permita invertir el sentido de giro del variador a partir de un variador que inicialmente no lo permitía. Dividir la potencia en dos partes, una se transmite a través del variador y la otra se transmite a través de engranajes, con ello se logra un variador menos dimensionado y un mayor rendimiento mecánico del mecanismo global. Estos mecanismos a su vez pueden clasificarse en dos subgrupos: Los que se limitan a combinar un variador con uno o más diferenciales y los que añaden un cambio de marchas externo para ampliar el rango de variación del mecanismo básico.
Dentro de los mecanismos que se limitan a combinar un variador con un diferencial hay diversas patentes que describen cómo reducir la potencia transmitida por el variador por ejemplo, US 1762199, estos mecanismos se conocen como "power split". Otras como por ejemplo US1833475, FR091705, US2745297, ES2142223 describen mecanismos que permiten invertir el sentido de giro, estos mecanismos se conocen como "power recirculating".
Las diferencias entre unas patentes y otras provienen del tipo de variador, del tipo de diferencial y de las transmisiones adoptadas para conectarlos. No es posible obtener los dos efectos simultáneamente. Los mecanismos que invierten el sentido de giro ("power recirculating") amplifican la potencia que circula por el variador, los mecanismos que reducen la potencia que circula por el variador ("power split") no permiten invertir el sentido de giro. Los mecanismos como los descritos en las patentes anteriores, consiguen una relación de transmisión global del mecanismo función de la relación de transmisión del variador según una ecuación del tipo:
Figure imgf000005_0001
o ] f _ ______ j»^ y vm @ ' D t
Donde: T es la relación de transmisión global del mecanismo, es decir la velocidad angular del eje de salida dividida entre la velocidad angular del eje de entrada. r es la relación de transmisión del variador de velocidad, esta relación varia 10 entre un valor mínimo rmin y uno máximo rmιιx, ambos del mismo signo en el caso de que el variador no tenga la característica de poder invertir el sentido de giro. a y b son constantes que dependen de las relaciones de transmisión fijas, de las características del diferencial y de la forma en que se conectan entre silos distintos componentes.
En estas condiciones la potencia que transmite el variador es función de la relación de transmisión del mecanismo en cada momento, si se eligen las constantes a y b para que en el punto en que esta potencia es máxima este valor sea el mínimo posible se halla que:
Para mecanismos con un variador del grupo A:
7,m- ~ β ' mng -l
Y para mecanismos con un variador del grupo B: β -i ™ P+l Donde: γmax es la fracción de la potencia transmitida por el mecanismo que pasa por el variador, es decir la potencia transmitida por el variador dividida entre la potencia total transmitida por el mecanismo cuando la relación de transmisión que hace que este valor sea máximo. β es la variabilidad en la relación de transmisión del mecanismo, es decir la relación de transmisión máxima que puede obtenerse dividida por la mínima. rang es el rango de variabilidad del variador, es decir rmax riin-
También se han propuesto mecanismos que combinan dos o mas diferenciales con un variador y una mayor o menor cantidad de relaciones de transmisión intermedias entre estos elementos, ejemplos de este tipo de mecanismos se describen en las patentes US2384776, US4936165, ES2190739, en las Figuras 17, 18 y 19 se ilustra en diagrama de bloques los mecanismos que se proponen respectivamente en cada una de las citadas patentes. Todas ellas logran obtener una relación de transmisión global del mecanismo función de la relación de transmisión del variador del tipo:
Figure imgf000006_0001
Donde T la relación de transmisión global del mecanismo, r es la relación de transmisión del variador y a, b, c y d adoptan valores en función de las características de los diferenciales y de las relaciones de transmisión intermedias. Estos mecanismos, a pesar de permitir una ventaja respecto a los que utilizan un único diferencial presentan el inconveniente de las pérdidas que se producen en las transmisiones intermedias.
Existe una solución conocida que elimina las transmisiones intermedias y que se ha descrito en la patente US6595884 (el diagrama de bloques del mecanismo que se reivindica en la misma se presenta en la Figura 20). Este mecanismo, a pesar de que elimina las transmisiones intermedias, aún presenta el inconveniente de que solo una parte de la potencia pasa directamente del eje de entrada al de salida atravesando un solo diferencial, el resto ha de atravesar los dos diferenciales con lo que las pérdidas se acumulan. Los mecanismos que añaden un cambio de marchas externo pretenden lograr un rango de variabilidad del mecanismo global amplio y al mismo tiempo reducir al mínimo la variabilidad del mecanismo básico, con ello, si se eligen adecuadamente los componentes, puede reducirse la fracción de potencia que circula por el variador tanto como se desee, a base de añadir un número suficientemente grande de marchas en el cambio externo.
Se han descrito dos formas de ampliar el rango mediante un cambio de 30 marchas externo, la primera como la descrita en la patente US5167591, su funcionamiento puede resumirse como sigue: suponiendo que se inicia con la relación de transmisión mínima, primero se cambia progresivamente hasta llegar a la máxima, en este punto se desacopla mediante un embrague la transmisión, durante este desacoplamiento se cambia a la relación de transmisión mínima y se conecta la siguiente marcha repitiéndose el ciclo.
El inconveniente de este sistema es que durante el cambio de marcha el sistema permanece durante un tiempo desconectado (desembragado), este tiempo no es despreciable pues el variador debe pasar desde su relación de transmisión máxima hasta la mínima o viceversa antes de poderse volver a conectar (embragar), por otro lado esta solución permite diseñar el sistema con tantas etapas como se desee y permite cualquier progresión entre etapas.
Otra solución se describe en la patente US5643121, la idea consiste en conectar alternativamente al eje de salida uno de dos ejes del diferencial (el tercer eje es el de entrada del mecanismo), en la alternancia de obtiene un cambio de relación de transmisión. Las relaciones de transmisión se determinan de forma que durante la transición ambas relaciones pueden mantenerse engranadas simultáneamente mediante sendos embragues (cambio síncrono) con lo que el tiempo de transición puede ser despreciable y además durante la transición no se pierde la transferencia de potencia al eje de salida. El sistema funcionaría igualmente si el eje de entrada fuese el de salida y viceversa. Aunque pueden conectarse más de dos etapas (como el autor comenta en la patente) todas ellas son interdependientes y el sistema solo puede optimizarse para las dos primeras. Así en un sistema con dos etapas como el ejemplo que se presenta en la patente obtiene una variabilidad de 6,25 = 2,52 con la misma fracción máxima de potencia por el variador que si la variabilidad fuera de 2,5 (71,4%). Pero elevando el número de etapas hasta el infinito solo se lograría reducir la fracción de potencia por el variador hasta el 50%.
En la patente US5643121 también se describe la forma de invertir el sentido de giro, para ello añade un segundo diferencial, este segundo diferencial gira loco en todos lo regímenes excepto los que permiten el cambio de sentido de giro, en ellos el segundo diferencial resta las velocidades de los dos brazos del primer diferencial para permitir una variación desde un valor positivo hasta uno negativo pasando por cero. Durante el régimen que permite la inversión del sentido de giro el sistema responde a un esquema como el de la Figura 21. La potencia de entrada pasa a la salida atravesando los dos diferenciales y con una recirculación por el variador.
Todos estos sistemas requieren para su realización práctica un sistema de control que a partir de la relación de transmisión que se desea obtener en cada momento actúe sobre el elemento variador. Esta actuación se realiza mediante mecanismos accionados por motores eléctricos o cilindros neumáticos o hidráulicos, etc.
Descripción de la invención
El problema técnico que se plantea en los mecanismos variadores de velocidad compuestos por un variador y diferenciales, consiste en reducir al mínimo la potencia que circula por el elemento variador de velocidad obteniendo simultáneamente un amplio rango de variación de velocidades en el mecanismo global, eventualmente invirtiendo el sentido de giro.
Así mismo se trata de que el número de marchas, regímenes, o etapas del mecanismo sea mínimo. También interesa que el cambio de una etapa a otra pueda realizarse sin desconectar el mecanismo, es decir, sin dejar de transmitir par al eje de salida.
Al mismo tiempo interesa que la potencia pase del eje de entrada al eje de salida lo mas directamente posible, a ser posible sin atravesar relaciones de transmisión intermedias y pasando a ser posible por un único diferencial. La presente invención resuelve el problema planteado mediante la combinación de las novedades respecto al estado actual de la técnica que a continuación se describen.
El mecanismo cuyo grafo se representa en la Figura 1 consiste en dos diferenciales (Da y Db) y un variador de velocidad (V). Tanto el eje de entrada (eje e) como el de salida (eje s) se conectan simultáneamente a uno de los ejes de cada uno de los diferenciales Da y Db mientras que el variador se conecta entre el eje del diferencial Da no conectado ni a la entrada ni a la salida (eje 6) y el eje del diferencial Db no conectado ni a la entrada ni a la salida (eje 7).
Este mecanismo obtiene una relación de transmisión global del mecanismo función de la relación de transmisión del variador del tipo: r _ _ a*r+b túe c-r+d
Donde T es la relación de transmisión global del mecanismo, r es la relación de transmisión del variador y a, b, c y d adoptan los siguientes valores:
Figure imgf000009_0003
Donde Da es la relación de transmisión entre el eje 6 y el eje de entrada que provocaría el diferencial Da si el eje de salida se mantuviese bloqueado, y Db es la relación de transmisión que provocaría el diferencial Db entre el eje de entrada y el eje 7 si el eje de salida se mantuviese bloqueado.
En este mecanismo seleccionando adecuadamente Da y Db se consigue que la potencia máxima que pasa por el variador no supere:
Figure imgf000009_0001
-ang-l τfβ +\
En el caso de utilizar variadores del grupo A y una potencia máxima de:
Figure imgf000009_0002
En el caso de utilizar variadores que permiten invertir el sentido de giro. Además, no hay transmisiones intermedias y el rendimiento no queda perjudicado por el hecho de disponer de dos diferenciales en lugar de uno, dado que la potencia de entrada se divide, una parte pasa por uno de los diferenciales y el resto por el otro, con lo que las pérdidas de energía no son mayores a las que se tendría si se utilizara un único diferencial.
Los dos diferenciales actúan de forma simétrica, hay regímenes en los que la mayor parte de la potencia pasa por Da y el resto por Db y otros a la inversa, también hay un régimen en que se divide exactamente al 50%.
El siguiente elemento que incoφora la presente invención es el mecanismo multietapa cuyo grafo se representa en la Figura 2. Este mecanismo amplía el rango de variabilidad del núcleo del sistema.
Este mecanismo consta de un núcleo representado mediante una caja negra con la letra N que es un mecanismo variador de velocidad reversible con un eje de entrada e y un eje de salida s, este núcleo puede materializarse con el sistema descrito antes o mediante cualquier otro conocido. El mecanismo dispone de cuatro multiplicidades de relaciones de transmisión, los conjuntos de relaciones de transmisión R2n, R2n+ι. S2n y S2n+ι, el eje de entrada del mecanismo e' se conecta alternativamente al eje de entrada e del núcleo y al eje de salida s del mismo, mientras el eje de salida del mecanismo _. ' se conecta alternativamente al eje de salida s del núcleo y al eje de entrada e. El funcionamiento de este mecanismo es el siguiente: Inicialmente el eje de entrada e ' se halla conectado a través de la primera relación R0 al eje e y el eje de salida 5 ' se halla conectado a través de So a s, el variador N varia su relación de transmisión desde 7mm hasta τmαx, en este punto se conectan Ri y Si y se desconectan R0 y So, el mecanismo N vuelve a variar su relación de transmisión desde τmax hasta Tmin momento en que se conectan R2 y S2 y así sucesivamente.
Eligiendo las relaciones de transmisión de forma que:
^5.» + 1 ~ ^0 ' β " τroκ $2„* 1 *= α * β * * τι,ιi.
Donde: ? -.!__!_. Las transiciones pueden hacerse manteniendo las cuatro relaciones de transmisión simultáneamente conectadas.
En este mecanismo se obtiene una variabilidad global de:
Donde m es el número de etapas. Este mecanismo garantiza la transmisión de par durante la transición y permite reducir tanto como se desee la variabilidad del núcleo manteniendo la variabilidad deseada para el mecanismo global.
En este mecanismo conviene preferentemente que el núcleo esté constituido por un mecanismo que siga el esquema de la Figura 1 porque ello permite el menor número de etapas posible y el máximo rendimiento para un variador dado, pero también es posible que el núcleo se materialice mediante cualquier otro sistema conocido y se beneficie de las ventajas de esta extensión del rango de variabilidad.
En las transmisiones mecánicas con relación de transmisión continuamente variable cabe distinguir dos zonas de trabajo: la zona de marcha corta y la zona de marcha larga. Dado que estos sistemas permiten obtener relaciones de transmisión que llegan hasta cero, el par de salida puede elevarse hasta valores muy altos (tendría a infinito si el rendimiento mecánico fuese del 100%), por lo tanto existe una zona de relaciones de transmisión próximas a cero donde es necesario limitar el par que el mecanismo ejerce sobre al eje de salida. Esta zona es la zona de marcha corta, el resto de relaciones de transmisión es la zona de marcha larga. La zona de marcha corta queda definida con mayor exactitud como:
_ _, T •* »ιa_. mal . ** ψ * ttax tnfc
Donde τeq es la relación de transmisión que limita la zona de marcha corta y la zona de marcha larga. Tmaxmot es el par máximo que puede suministrar el motor que se acoplará a la entrada del mecanismo. -Tmaxmec es el par máximo admisible a la salida del mecanismo.
En la zona de marcha corta la potencia que pasa por el mecanismo es inferior a la potencia nominal del motor, reduciéndose linealmente desde el 100% en la relación de transmisión que limita la marcha corta y la larga hasta cero en la relación de transmisión cero.
Analizando las expresiones matemáticas que determinan la potencia que pasa por el variador en la zona de marcha corta y en la zona de marcha larga, se demuestra que para un sistema multietapa trabajando en la zona de marcha larga, la distribución óptima de las etapas es una serie de relaciones de transmisión que siguen una progresión geométrica mientras que en la zona de marcha corta la distribución óptima es una sucesión que sigue una progresión aritmética.
Todos los sistemas multietapa conocidos que transmiten par continuamente al eje de salida, al igual que el descrito anteriormente, generan una sucesión de etapas que sigue una progresión geométrica.
A continuación se describen dos mecanismos objeto de la presente invención que generan una sucesión de etapas que puede seguir una progresión aritmética, por lo cual son de aplicación preferente para la zona de marcha corta. El mecanismo cuyo grafo se representa en la Figura 3 consta de dos diferenciales De y
Dd y un variador de velocidad N que ha de permitir invertir (o por lo menos detener) el sentido de giro de cualquiera de los dos ejes mientras el otro gira. El eje de entrada e se conecta a uno de los ejes del diferencial De y el de salida _. a uno de los ejes del diferencial Dd. El variador de velocidad se conecta entre el eje 6 y el eje 7 mientras que entre los ejes 8 y 7 es posible conectar y desconectar (mediante acoplamientos mecánicos o mediante embragues adecuados) una cualquiera de las multiplicidades de relaciones de transmisión RÜJ Así mismo entre los ejes 6 y 9 es posible conectar y desconectar una cualquiera de las multiplicidades de relaciones de transmisión R2j- Alternativamente también pueden conectarse siguiendo esquemas como los de las Figuras 7 y 8 donde la única diferencia es que el variador se conecta entre los ejes 8 y 6 en el caso de la Figura 7 y entre los 7 y 9 en el caso de la Figura 8. El funcionamiento del sistema es como sigue, lnicialmente se hallan conectadas las relaciones de transmisión Rπ y R2ι y el variador y varia su relación de transmisión desde ∞ (eje 6 parado y eje 7 girando a la velocidad que le viene impuesta por el diferencial De y la relación de transmisión R hasta O (eje 7 parado y eje 6 girando a la velocidad que le viene impuesta por De), en este momento tanto el eje 6 como el 9 se encuentran parados, se conecta la relación de transmisión R22 y se desconecta la R2ι a continuación el variador vuelve a variar su relación de transmisión desde 0 hasta ∞, en este momento tanto el eje 8 como el 7 se encuentran parados, se conecta Rι2 y se desconecta R2ι y así sucesivamente.
En estos mecanismos (para el caso de la Figura 3) la relación de transmisión que se obtiene es:
_ (l-Dc)-M •_•-(_ ™Dc)-Bd - 2í *RU
Para el mecanismo de la Figura 7 (el mecanismo de la Figura 8 es simétrico al de la Figura 7 invirtiendo el eje de entrada por el de salida) la relación de transmisión es:
% = (ϊ -D ) • R¡, • r - (1 -De) > Dd • R2I (l-Dd\ r-Dc*{l-Dd)
Donde De es la relación de transmisión que el diferencial De impondría entre el eje 6 y el 8 si el eje e estuviera bloqueado y Dd es la relación de transmisión que el diferencial Dd impondría entre el eje e y el 7 si el eje s estuviera bloqueado.
En ambos casos cuando r vale cero: l -De D l-Dd 3
Y cuando r vale oq l - e = • jfíll l -Dd
Por lo tanto si se desea diseñar un sistema cuyas relaciones de transmisión 5 varíen entre:
Figure imgf000013_0001
Llamando:
Figure imgf000014_0001
Basta con elegir: ¡tl = JK2 ' ^Initi ' Al = J^J " TIIWJ. Ϊ "22 ~ ""í *T2π_a R12 — Rj " T'jmα ' ^ = R2 " ^JWX ^13 = ""i *τítms
Y así sucesivamente.
En el caso particular de que De = Dd entonces Ri = R2 = 1 y las expresiones anteriores quedan: V'ti — • Cf a ' — %- l oa* ) R 22 2ΠBX * i£,2 — f_ Sisa.1 A *2»J — T, 4 ira. * Λü Sira».
Por lo tanto con este mecanismo se logra un sistema multietapa capaz de generar una sucesión de etapas que siguen una progresión aritmética, geométrica o cualquier otra. El hecho de poder obtener una progresión aritmética lo hace especialmente adecuado para el régimen de marcha corta por lo que se plantea como aplicación preferente aunque también puede aplicarse al régimen de marcha larga o a ambos simultáneamente.
El mecanismo descrito anteriormente resuelve el problema de obtener una progresión aritmética con un número mínimo de componentes, pero presenta el inconveniente de que la potencia atraviesa íntegramente primero el diferencial De y luego el diferencial Dd. Para aplicaciones en las que se busca un mayor rendimiento a cambio de un mayor coste, a continuación se describe un mecanismo que también permite obtener una progresión aritmética. El mecanismo cuyo grafo se represnta en la Figura 4 se halla compuesto por una serie de diferenciales, un variador del tipo de los que permiten invertir (o por lo menos detener) el sentido de giro de cualquiera de los dos ejes mientras el otro gira y una serie de relaciones de transmisión R¡, uno de los ejes de cada diferencial se halla conectado al eje de entrada y otro de los ejes de cada diferencial se halla conectado al eje de salida, el eje de los diferenciales impares que no está conectado ni a la entrada ni a la salida puede conectarse mediante un embrague o mediante cualquier otro tipo de acoplamiento mecánico a uno de los ejes del variador (eje 6) a través de una de las relaciones de transmisión R2n+ι el eje de los diferenciales pares que no está conectado ni a la entrada ni a la salida puede conectarse mediante un embrague o mediante cualquier otro tipo de acoplamiento mecánico al otro eje del variador (eje 7) a través de una de las relaciones de transmisión R2n. El funcionamiento del mecanismo es como sigue: Inicialmente se hallan conectados los diferenciales Di y D2 con los ejes 6 y 7 respectivamente a través de las relaciones de transmisión Ri y R2 el variador varía su relación de transmisión desde 0 (donde el eje 7 se mantiene parado y el eje 6 gira a la velocidad impuesta por Di y D ) hasta ∞ (donde el eje 6 se mantiene parado y la velocidad impuesta por Di y D2), en este punto se conecta D3 y se desconecta Di, a continuación el eje 7 gira a el variador varía su relación de transmisión desde oo hasta alcanzar de nuevo 0 donde se conecta D4 y se desconecta D2.
Para que durante la transición durante un breve intervalo de tiempo puedan mantenerse simultáneamente conectados tres diferenciales hay que escoger las relaciones de transmisión R¡ (para i mayor que 2) de forma que se cumpla: n __ __L____í±L ι-ι p M l-DM D, -D„ "
Los valores de Ri y R pueden escogerse libremente para facilitar el resto o para obtener las velocidades angulares de los distintos ejes del mecanismo más adecuadas. Cuando el resultado de la expresión anterior es negativo significa que la relación de transmisión ha de invertir el sentido de giro.
En este mecanismo, la relación de transmisión que se obtiene es:
__ D {í-Dj)- j -r-Dj - (1 -JP,)-Λ, r =s
Donde R¡ es la relación de transmisión entre el eje 6 y el eje del diferencial impar que no se halla conectado ni a la entrada ni a la salida, Rj es la relación de transmisión entre el eje 7 y el eje del diferencial par que no se halla conectado ni a la entrada ni a la salida, D¡ es la relación de transmisión que el diferencial impar impondría entre el eje de entrada y el de salida si el eje conectado al variador se mantuviera parado y Dj es la relación de transmisión que el diferencial par impondría entre el eje de entrada y el de salida si el eje conectado al variador se mantuviera parado. Si se desea una sucesión de relaciones de transmisión: t l nώi * τ í i» . J* i ma* * Γ2-IIHK J.
Figure imgf000016_0001
* T ímX ¿"
Basta seleccionar:
Si algún valor es 0, en lugar de un diferencial se provee la posibilidad de conectar directamente el eje 6 o el 7 (según se trate de diferencial impar o par) a la salida a través de la correspondiente relación de transmisión, en la Figura 9 se presenta este caso particular para el diferencial Di, en la primera etapa el eje 6 se conecta directamente a la salida a través de la relación de transmisión Ri y el eje 7 al diferencial D2 a través de la relación de transmisión R .
Este mecanismo, al igual que el anterior, permite obtener etapas que sigan progresiones aritméticas, geométricas o cualesquiera otras, por lo tanto resulta indicado tanto para el régimen de marcha corta como para el de marcha larga.
En todos los mecanismos multietapa, cada etapa requiere por lo menos la instalación de una relación de transmisión y, por lo tanto, como mínimo un par de engranajes, cuando estos mecanismos han de pasar por la relación de transmisión cero e invertir el sentido de giro, es posible ahorrar los mecanismos necesarios para generar las etapas en uno de los sentidos (por ejemplo marcha atrás) a condición de que coincidan con un subconjunto de las del otro sentido (marcha a delante) y a cambio de una reducción del rendimiento en el primer sentido (marcha atrás). El mecanismo cuyo grafo se representa en la Figura 5 permite reproducir en la marcha atrás todas o parte de las etapas de la marcha hacia delante. El rectángulo y representa un mecanismo multietapa (en el caso límite podría tener solo una etapa) que permite variar la relación de transmisión desde cero hasta un determinado valor máximo, el eje _. puede conectarse al _. ' o bien mediante un acoplamiento directo o bien mediante una relación de transmisión que invierta el sentido de giro, en el momento en que el mecanismo y alcanza la relación de transmisión cero, y tanto el eje s como el _.' se detienen, se conecta la relación de transmisión -1 y se desconecta el acoplamiento directo, a partir de aquí el mecanismo N reproduce su funcionamiento a la inversa.
Combinando las ventajas de cada uno de los mecanismos descritos anteriormente puede construirse un mecanismo variador de velocidad que logre reducir tanto como se desee la potencia que circula por el variador con un número de tapas mínimo.
En el esquema de la Figura 6 se representa un mecanismo compuesto por tres módulos: largas, cortas e inversor. El módulo de largas se obtiene mediante un mecanismo (núcleo) como el de la Figura 1 cuyo rango se ha extendido mediante un mecanismo como el representado en la Figura 2. El módulo de cortas se obtiene mediante un mecanismo como el representado en la Figura 3. El variador es único y trabaja tanto en la marcha corta como en la marcha larga. Por último el inversor permite obtener marcha a tras las mismas marchas que hacia a delante sin duplicar las etapas de los otros dos módulos.
Las características de los componentes se determinan de forma que la relación de transmisión máxima del módulo de cortas sea mayor o igual que la relación de transmisión mínima del módulo de largas, de esta forma existe una zona de relaciones de transmisión donde es posible activar simultáneamente los acoplamientos o embragues que conectan ambos módulos y por lo tanto es posible pasar de cortas a largas y viceversa sin dejar de transmitir par al eje de salida. Si los parámetros se eligen además de forma que en un punto de esta zona la relación de transmisión del variador del módulo de cortas coincide con la relación de transmisión del variador del módulo de largas, entonces puede construirse el mecanismo con un único variador para ambos módulos.
El esquema de la Figura 6 corresponde a una aplicación preferente para la función, en esta aplicación se busca un compromiso entre rendimiento y número de componentes y no pretende excluir todas las demás posibles combinaciones, en concreto:
- Que el módulo de marcha corta se construya con un mecanismo como el de la Figura 4.
- Que no exista el inversor y el mecanismo abarque todo el rango con las sucesivas etapas. - Que no exista el módulo de marcha corta y en su lugar se disponga de un embrague o un conversor de par para hacer pasar el eje de salida desde el estado de reposo a la relación de transmisión de transición y a partir de aquí trabajar con el módulo de marcha larga. - Que el núcleo del módulo de marcha larga se realice mediante un mecanismo cualquiera.
- Que no exista el módulo de marcha larga y el mecanismo como el de la Figura 3 o uno como el de la Figura 4 abarquen todo el rango de variabilidad.
- Que no existan las extensiones y el mecanismo conste solo del núcleo de módulo de marcha larga.
- Que el mecanismo de marcha corta conste solo de una etapa.
Tal como se ha explicado anteriormente este invento permite que con un número razonable de etapas se reduzca la potencia que pasa por el variador a valores suficientemente pequeños como para que el variador se realice mediante un par de máquinas eléctricas actuando indistintamente una de ellas como motor y la otra como generador. Esto corresponde a una aplicación preferente, y aún sin excluir la posibilidad de cualquier otro tipo de variador de velocidad, presenta las siguientes ventajas: a) Cualquier otro tipo de variador requiere para su control la instalación de actuadores hidráulicos o neumáticos o eléctricos, los cuales requieren acoplamientos mecánicos y válvulas que a su vez se controlan mediante electrónica de señal y de potencia. En el caso de que el variador se materialice mediante máquinas eléctricas, la electrónica de señal y de potencia actúa directamente sobre estas máquinas y desaparecen todos los demás elementos. b) En aplicaciones a vehículos con motor térmico, estas mismas máquinas eléctricas pueden hacer las funciones de motor de arranque y de generador para cargar la batería, con lo cual, de hecho, no representa añadir dos componentes más si no una mayor utilización de componentes que igualmente hay que instalar.
Descripción de los dibujos Hay cuatro clases de dibujos: grafos representativos de mecanismos genéricos, esquemas representativos de mecanismos concretos, diagramas de bloques, y un gráfico de velocidades angulares. Las Figuras 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 17, 18, 19 y 20 corresponden a grafos representativos de mecanismos genéricos. Las Figuras 10, 12, 13, 14 y 15 corresponden a esquemas representativos de mecanismos concretos. La Figura 16 es un diagrama de bloques. Y la Figura 11 es un gráfico de velocidades angulares.
En los grafos representativos de mecanismos genéricos se han utilizado los siguientes convencionalismos: Una línea, independientemente de que sea recta curva o quebrada, indica un eje que puede girar. Un rectángulo del que salen dos líneas indica una relación de transmisión cualquiera (independientemente de que se materialice mediante un tren de engranajes cilindricos, cónicos, trenes epicicloidales etc.) entre los ejes representados por estas líneas. Los rectángulos pueden representar tanto relaciones de transmisión fijas como variables, cuando representan relaciones de transmisión fijas se han identificado mediante una etiqueta que empieza con R o S, cuando representan relaciones de transmisión variables se han etiquetado con la letra N, para indicar que el mecanismo puede disponer de una multiplicidad de relaciones de transmisión entre el mismo par de ejes se ha representado solo una y se ha etiquetado con una letra seguida de un subíndice. Las líneas de trazos indican que es posible conectar o desconectar de forma controlada las relaciones de transmisión al eje en que terminan independientemente de cómo se materialice esta conexión y desconexión (acoplamientos mecánicos, embragues etc.). En las Figuras 4, 5 y 9, para obtener una representación más compacta se ha representado mediante flechas de trazos el conjunto de: relación de transmisión mas líneas de trazos. Los círculos indican mecanismos diferenciales, es decir mecanismos capaces de imponer una restricción entre tres ejes del tipo:
Figure imgf000019_0001
Donde ω\, ω2 y ω son las velocidades angulares de los tres ejes numerados de forma arbitraria y k es una constante característica del mecanismo y de la forma en que se han numerado los ejes. Indican un mecanismo diferencial genérico independientemente de cómo se materialice (trenes epicicloidales cilindricos, trenes epicicloidales esféricos, circuitos hidráulicos etc.). En los esquemas representativos de mecanismos concretos, se han utilizado los símbolos habituales en mecánica para representar ejes, engranajes y trenes epicicloidales, por simplicidad los ejes porta satélites se han dibujado intersecando los satélites aunque hay que entender que todos los satélites pueden girar libremente entorno a su porta satélites correspondiente.
En la descripción de los dibujos se dirá que un componente conecta un eje cuando uno de los ejes del componente es solidario al eje en cuestión y se dirá que puede conectar un eje si uno de los ejes del componente puede hacerse solidario al eje en cuestión de forma controlada. Figura 1: Grafo de un mecanismo genérico compuesto por dos diferenciales Da y Db y una relación de transmisión variable N. El eje de entrada e es solidario a uno de los ejes de cada uno de los diferenciales Da y Db. El eje de salida s es solidario a otro de los ejes de cada uno de los diferenciales Da y Db. El variador o relación de transmisión variable N se conecta entre el otro eje de Da (eje 6) y el otro eje de Db (eje 7). Figura 2: Grafo de un mecanismo genérico compuesto por una relación de transmisión variable N y cuatro multiplicidades de relaciones de transmisión R n, R2n+ 1, S2n y S2n+ι. La relación de transmisión variable N conecta los ejes e y s, cualquiera de las relaciones de transmisión de la multiplicidad de relaciones R2n puede conectarse o no de forma controlada entre los ejes e y e cualquiera de las relaciones de transmisión de la multiplicidad de relaciones R n+ι puede conectarse o no de forma controlada entre los ejes s y e', cualquiera de las relaciones de transmisión de la multiplicidad de relaciones S2n puede conectarse o no de forma controlada entre los ejes s y _?', cualquiera de las relaciones de transmisión de la multiplicidad de relaciones S2n+ι puede conectarse o no de forma controlada entre los ejes e y s'. Figura 3: Grafo de un mecanismo genérico compuesto por una relación de transmisión variable N, dos multiplicidades de relaciones de transmisión fijas Rι¡ y R2j y dos diferenciales De y Dd. La relación de transmisión variable se conecta entre los ejes 6 y 7, cualquiera de las relaciones de transmisión de la multiplicidad de relaciones de transmisión RH puede conectarse o no de forma controlada entre los ejes 8 y 7, cualquiera de las relaciones de transmisión de la multiplicidad de relaciones de transmisión R2j puede conectarse o no de forma controlada entre los ejes 6 y 9. El diferencial De se conecta a los ejes e, 6 y 8, y el diferencial Dd se conecta a los ejes 7, 9 ys.
Figura 4: Grafo de un mecanismo genérico compuesto por una relación de transmisión variable N, una serie de diferenciales Di, D2, ... D2n-ι, D2n y una serie de relaciones de transmisión Ri, R2, ... R2n-ι, R2n- El variador de velocidad se conecta entre el eje 6 y el eje 7, el eje e es solidario a uno de los ejes de cada uno de los diferenciales, el eje s es solidario a otro de los ejes de cada uno de los diferenciales, cada una de las relaciones de transmisión con subíndice impar puede conectar el eje 6 con el tercer eje del diferencial de su mismo subíndice y cada una de las relaciones de transmisión de índice par puede conectar el eje 7 con el tercer eje del diferencial de su mismo subíndice.
Figura 5: Grafo de un mecanismo genérico compuesto por una relación de transmisión variable N y dos relaciones de transmisión fijas. La relación de transmisión variable se conecta entre los ejes e y s, las relaciones de transmisión fijas pueden conectarse entre los ejes s y _. '. La flecha superior representa una relación de transmisión 1 a 1, es decir, puede ser un acoplamiento directo entre el eje s y el s', mientras que la flecha inferior representa una relación de transmisión que invierte el sentido de giro, las dos se han representado en flechas de trazos indicando que pueden conectarse o no de forma controlada.
Figura 6: Grafo de un mecanismo genérico que contiene: una relación de transmisión variable N, cuatro diferenciales Da, Db, De, Dd y seis multiplicidades de relaciones de transmisión R2n, R2n+ι, S2n, S2n+ι, Rι¡ y R j. Un eje de cada uno de los diferenciales Da y
Db giran solidarios con el eje entrada núcleo, otro eje de cada no de los diferenciales Da y Db giran solidarios con el eje salida núcleo y el tercer eje de cada uno de estos dos diferenciales se conecta respectivamente al eje 6 y al 7. El variador N se conecta entre los ejes 6 y 7. Las multiplicidades de relaciones de transmisión R2n, R2n+ι, S2n, S2n+ι permiten conectar respectivamente cualquiera de sus relaciones entre los ejes: entrada y entrada núcleo; entrada y salida núcleo; salida núcleo e intermedio; entrada núcleo e intermedio. El diferencial De se conecta entre los ejes entrada, 6 y 8. El diferencial Dd se conecta entre los ejes 7, 9 e intermedio. Las multiplicidades de relaciones de transmisión Ru y R2j permiten conectar una cualquiera de ellas entre los ejes 8 y 7 o 6 y 9 respectivamente. Las flechas de trazos indican que los ejes intermedio y salida pueden conectarse entre si directamente o invirtiendo el sentido de giro.
Figura 7: Corresponde a una variante del mecanismo de la Figura 3 donde el variador de velocidad N se ha conectado entre los ejes 6 y 7, el resto de símbolos tienen el mismo significado que se explica al describir la Figura 3.
Figura 8: Corresponde a una variante del mecanismo de la Figura 3 donde el variador de velocidad N se ha conectado entre los ejes 7 y 9, el resto de símbolos tienen el mismo significado que se explica al describir la Figura 3.
Figura 9: Corresponde a una variante del mecanismo de la Figura 4 donde no existe el diferencial Di y la relación de transmisión Ri permite la conexión entre el eje 6 y el eje s, el resto de símbolos tienen el mismo significado que se explica al describir la Figura 4.
Figura 10: Esquema representativo de un mecanismo concreto que responde a una materialización del grafo del mecanismo genérico de la Figura 1. Está compuesto por dos diferenciales y un variador de velocidad. El primer diferencial lo forman el planeta
1, la multiplicidad de satélites 2 y la corona 3. El segundo diferencial lo componen el planeta 8, la multiplicidad de satélites 5 y la corona 4. El eje e es solidario simultáneamente al porta satélites entorno al cual giran los satélites 2 y también es solidario a la corona 4. El eje s es solidario simultáneamente al porta satélites entorno al cual giran los satélites 5 y también es solidario a la corona 3. El variador de velocidad N se conecta de forma que arrastra con una relación de transmisión 1 a 1 los ejes 6 y 7 que son solidarios a los planetas 1 y 8.
Figura 11: Gráfico que representa en coordenadas cartesianas la evolución de las velocidades angulares de los ejes e, s, 6 y 7 (ωe, ωs, ω6 y ω ) del mecanismo de la Figura 10 cuando el eje e se mantiene a 3.000 revoluciones por minuto y cuando los distintos engranajes tienen un determinado número de dientes que se detalla en la explicación del modo de realización de la invención. En ordenadas se representan las velocidades angulares en revoluciones por minuto y en abscisas la relación de transmisión entre el eje e y el eje s, se ha tomado arbitrariamente como positivo el sentido de giro del eje e, las velocidades angulares con signo negativo indican giro en sentido contrario al del eje e. Figura 12: Esquema representativo de un mecanismo concreto que responde a una materialización del grafo del mecanismo genérico de la Figura 2. Consta de un variador de velocidad N que se halla conectado entre los ejes e y s y de ocho pares de engranajes:
1, Y; 2, ; 3, 3'; 4, 4'; 5, 5'; 6, 6'; 7, 7'; 8, 8'. Los engranajes 1, 2, 3 y 4 giran locos entorno al eje e' y pueden hacerse solidarios a él activando alguno o algunos de los correspondientes acoplamientos SI, S2, S3 y S4. Los engranajes 5, 6, 7 y 8 giran locos entorno al eje _?' y pueden hacerse solidarios a él activando alguno o algunos de los correspondientes acoplamientos S5, S6, S7 y S8. Los engranajes 8', 3', 6' y 1' son solidarios al eje e. Y los engranajes 5', 2', 7', y 4' son solidarios al eje s. Figura 13: Esquema representativo de un mecamsmo concreto que responde a una materialización del grafo del mecanismo genérico de la Figura 3. Contiene dos diferenciales y un variador de velocidad N. El primer diferencial está formado por el planeta 1, una pluralidad de satélites 2 y la corona 3, el segundo diferencial está formado por el planeta 4, una pluralidad de satélites 5 y la corona 10. El eje e es solidario al porta satélites entorno al cual giran los satélites 2. El eje _. es solidario al porta satélites entorno al cual giran los satélites 5. Los ejes 6, 8, 9 y 7 son solidarios respectivamente a la corona 3, al planeta 1, al planeta 4 y a la corona 10. El variador de velocidad N se conecta entre los ejes 6 y 7. Los engranajes b y d son solidarios al eje 6, los engranajes a y c son solidarios al eje 7, los engranajes b "' y d" son solidarios al eje 9, los engranajes '" y c'" son solidarios al eje 7. Los pares de engranajes a', a"; b b"; c c" y d d" giran locos alrededor de sendos ejes intermedios pero pueden dejarse independientes o hacerse solidarios entre si por medio de los acoplamientos representados mediante SI, S2, S3, y S4 respectivamente. El eje 9 también puede mantenerse bloqueado de todo giro por el freno representado por SO que lo mantiene fijo al chasis del mecanismo.
Figura 14: Esquema representativo de un mecanismo concreto que responde a una materialización del grafo del mecanismo genérico de la Figura 9. Contiene cuatro diferenciales materializados mediante los planetas 1, 4, 9 y 12, las pluralidades de satélites 2, 5, 10 y 13 y las coronas 3, 8, 11 y 14. También contiene dos máquinas eléctricas MI y M2 que pueden trabajar cualquiera de ellas como motor o como generador, la máquina MI es solidaria al eje 7 y la M2 al eje 6. El eje e es solidario a los planetas 1, 4, 9 y 12. El eje s es solidario a los ejes porta planetas entorno a los cuales giran los planetas 2, 5, 10 y 13. Entorno al eje 6 giran locos los engranajes 17, 18 y 20 pero pueden hacerse solidarios a él mediante el accionamiento de los acoplamientos representados mediante S3, S5, y SI. Entorno al eje 7 giran locos los engranajes 22 y 25 pero pueden hacerse solidarios a él mediante el accionamiento de los acoplamientos representados mediante S2 y S4. El piñón 17 engrana con el 15 que a su vez engrana con el 16 que es solidario con la corona 8. El piñón 18 engrana con el 19 que es solidario con la corona 14. El piñón 20 engrana con el 21 que es solidario con el eje s.
El piñón 22 engrana con el 23 que es solidario con la corona 3. El piñón 25 engrana con el 24 que a su vez engrana con el 26 que es solidario con la corona 11. Figura 15: Esquema representativo de un mecanismo concreto que responde a una materialización del grafo del mecanismo genérico de la Figura 5. Contiene un variador de velocidad N conectado entre los ejes e y s, el acoplamiento directo SI permite hacer solidarios los ejes s y s' directamente, mientras que el acoplamiento S2 permite conectarlos con una inversión del sentido de giro. Figura 16: Diagrama de bloques representativo de un mecanismo concreto que responde a una materialización del grafo del mecanismo genérico de la Figura 6. El bloque "Cortas" representa un mecanismo como el de la Figura 13. El bloque "Largas" representa un mecanismo como el de la Figura 12 donde la relación de transmisión variable puede materializarse con un mecanismo como el de la Figura 1. Los bloques MI y M2 representan sendas máquinas eléctricas que pueden trabajar indistintamente como motor o como generador y que penniten materializar el variador de velocidad de la Figura 1 y el de la Figura 13 simultáneamente. El bloque "Inversor" representa un mecanismo como el que se representa en la Figura 15 entre el eje s y el _?'.
Figura 17: Grafo de un mecanismo genérico al cual responde el mecanismo propuesto en la patente US2384776. En esta patente se propone utilizar dos diferenciales que se materializan mediante trenes epicicloidales esféricos, entre el eje de entrada y el diferencial Db hay una inversión del sentido de giro y entre el variador y el diferencial Db también hay una inversión del sentido de giro que se materializa mediante unos engranajes auxiliares, el eje de salida s es arrastrado simultáneamente por un eje del diferencial Da y por un eje del diferencial Db. Figura 18: Grafo de un mecanismo genérico al cual responde el mecanismo propuesto en la patente US4936165. Este mecanismo contiene dos diferenciales Da y Db, un variador de velocidad N y tres relaciones de transmisión fijas Rl, R2 y R3. El eje de entrada e y el de salida s son solidarios respectivamente con ejes del diferencial Da. Figura 19: Grafo de un mecanismo genérico al cual responde el mecanismo propuesto en la patente ES2190739. Este mecanismo contiene dos diferenciales Da y Db, un variador de velocidad N y dos relaciones de transmisión fijas Rl y R2. El eje de entrada e y el de salida s son solidarios respectivamente con un eje del diferencial Da y con uno del diferencial Db. Figura 20: Grafo de un mecanismo genérico al cual responde el mecanismo propuesto en la patente US6595884. Este mecanismo contiene dos diferenciales Da y Db, un variador de velocidad N. El eje de entrada e es solidario simultáneamente a un eje del diferencial Da y a uno del diferencial Db. El eje de salida es solidario a otro eje del diferencial Db. El variador de velocidad se conecta entre los otros dos ejes del diferencial Da (ejes 7 y 6). El eje 6 también se conecta al tercer eje del diferencial Db.
Figura 21: Grafo de un mecanismo genérico al cual responde el mecanismo propuesto en la patente US5643121 cuando trabaja en el modo de invertir el sentido de giro. En este modo trabajan dos diferenciales DI y D2, el eje de entrada es solidario a un eje del diferencial DI y el de salida lo es a uno del diferencial D2, los otros dos ejes de los diferenciales DI y D2 se hallan acoplados entre si y entre ellos a su vez se han conectado en serie la relación de transmisión fija R y el variador de velocidad N.
Realización preferente de la invención
A modo de ejemplo, sin pretender que sea limitativo, a continuación se describe un modo de realización de cada uno de los mecanismos explicados anteriormente.
En la Figura 10 se representa un mecanismo que responde al grafo de la Figura 1. Los diferenciales Da y Db se materializan mediante los trenes epicicloidales obtenidos mediante el planeta 1, los satélites 2 y la corona 3 para el caso de Da y mediante el planeta 8, los satélites 5 y la corona 4 en el caso del diferencial Db. El eje de entrada es solidario a la corona 4 y arrastra también el eje entorno al cual giran los satélites 2. El eje de salida es solidario a la corona 3 y también arrastra el eje entorno al cual giran los satélites 5. El variador y se conecta a través de las relaciones de transmisión 6 y 7 a los planetas 1 y 8. Los planetas 1 y 8 se construyen con 13 dientes, los satélites 2 y 5 se construyen con 49 dientes y las coronas 3 y 4 se construyen con 111 dientes. Con esta configuración la relación de transmisión que se obtiene es:
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Donde r es la relación de transmisión que el variador impone entre los ejes 6 y 7. En la Figura 11 se muestran las velocidades angulares que hay que aplicar a los ejes 6 y 7 para lograr que la relación de transmisión varíe desde 1/1,17 hasta 1,17, también se muestra la velocidad angular que se obtiene en el eje de salida suponiendo que la velocidad angular del eje de entrada se mantiene constante e igual a 3000 revoluciones por minuto. En esta configuración la potencia que circula por el variador en ningún caso supera el 5,5% de la potencia que pasa por el mecanismo desde el eje de entrada hasta el eje de salida.
En la Figura 12 se presenta, como ejemplo, un mecanismo que responde al grafo de la Figura 2 para el caso particular de cuatro regímenes, marchas o etapas. Las relaciones de transmisión Ro y R2 que conectan el eje de entrada e del variador y con el eje de entrada e' del mecanismo, se materializan mediante los pares de engranajes 1, 1' y 3, 3'. Las relaciones de transmisión Ri y R3 que conectan el eje de salida s del variador N con el eje de entrada e' del mecanismo, se materializan mediante los pares de engranajes 2, 2' y 4, 4'. Las relaciones de transmisión S0 y S2 que conectan el eje de salida s del variador y con el eje de salida _. ' del mecanismo, se materializan mediante los pares de engranajes 5, 5' y 7, 7'. Las relaciones de transmisión Si y S3 que conectan el eje de entrada e del variador N con el eje de salida _?' del mecanismo, se materializan mediante los pares de engranajes 6, 6' y 8, 8'. Los engranajes 1, 2, 3 y 4 giran locos sobre el eje de entrada e' del mecanismo hasta que se accione alguno de los selectores SI, S2, S3, y S4 que permiten hacer solidario a cada uno de ellos respectivamente con el eje de entrada e' con lo cual pueden conectarse o desconectarse las respectivas relaciones de transmisión. Los engranajes 5, 6, 7 y 8 giran locos sobre el eje de salida del mecanismo _?' hasta que se accione alguno de los selectores S5, S6, S7, y S8 que permiten hacer solidario a cada uno de ellos respectivamente con el eje de salida _.' con lo cual pueden conectarse o desconectarse las respectivas relaciones de transmisión. Los dientes de cada engranaje se seleccionan en este ejemplo de la siguiente forma: engranaje 1, 55 dientes; engranaje 2, 60 dientes; engranaje 3, 66 dientes; engranaje 4, 72 dientes; engranaje 5, 95 dientes; engranaje 6, 90 dientes; engranaje 7, 84 dientes; engranaje 8, 78 dientes; engranaje 1', 95 dientes; engranaje 2', 90 dientes; engranaje 3', 84 dientes; engranaje 4', 78 dientes; engranaje 5', 55 dientes; engranaje 6', 60 dientes; engranaje 7', 66 dientes; engranaje 8', 72 dientes. La forma de conectar y desconectar los selectores SI a S8 para obtener cada una de las cuatro etapas y las relaciones de transmisión que se obtienen en cada una de ellas se detallan en la siguiente tabla:
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En esta tabla se ha llamado relación de transmisión inicial del variador a la que corresponde a la relación de transmisión mínima del mecanismo y final a la que corresponde a la máxima. Como puede apreciarse, el variador N trabaja pasando alternativamente desde su relación de transmisión máxima a la mínima y viceversa con lo que no hay discontinuidad en su funcionamiento, en las transiciones las cuatro relaciones de transmisión pueden permanecer simultáneamente conectadas pues producen exactamente la misma relación de transmisión entre los ejes. El resultado es que se consigue una mecanismo que puede variar de forma continua sin interrupciones en la transmisión de par desde una relación de transmisión de 0,284 hasta 1,005 empleando un variador cuya variabilidad solo necesita ir desde 0,848 hasta 1,175, si este variador se materializa con un mecanismo como el representado en la Figura 10, descrito anteriormente, la potencia que ha de pasar como máximo por el variador es del
5,5% de la potencia total que transmite el mecanismo.
En la Figura 13 se presenta un mecanismo que responde al esquema de la Figura 3, para el caso particular de cuatro etapas. El diferencial De se ha materializado mediante el tren epicicloidal compuesto por el planeta 1, los satélites 2 y la corona 3. El diferencial Dd se ha materializado mediante el tren epicicloidal compuesto por el planeta 4, los satélites 5 y la corona 10. El variador de velocidad N se ha acoplado mediante sendas relaciones de transmisión por un lado al eje 6 que es solidario a la corona 3 y por otro lado al eje 7 que es solidario a la corona 10. El eje de entrada e es solidario al eje porta satélites del diferencial De (planetas 2). El eje de salida s es solidario al eje porta satélites del diferencial Dd (planetas 5). La relación de transmisión R es O por lo que se ha materializado mediante la posibilidad de bloquear el giro del eje 9 que es solidario al planeta 4, este bloqueo se consigue mediante la activación del selector SO. Entre el eje 6 (solidario a la corona 3) y el eje 9 (solidario al planeta 4) se han dispuesto dos posibles relaciones de transmisión R y R materializadas mediante los trenes de engranajes b, b', b", b" y d, d',d",d" respectivamente, los selectores S2 y S4 permiten el acoplamiento o desacoplamiento de la rueda b' con la b" y de la d' con la d" respectivamente, si la rueda b' se halla acoplada con la b" ambas giran solidariamente y el tren de engranajes formado por b, b', b", b" impone la relación de transmisión determinada por sus correspondiente números de dientes entre el eje 6 y el eje 9, si la rueda b' y la b" se hallan desacopladas, ambas giran locas arrastradas respectivamente por la b y por la b" sin imponer ninguna relación de transmisión entre los ejes 6 y 9, análogamente en el caso de acoplamiento o no de la rueda d' con la d". Entre el eje 8 (solidario al planeta 1) y el eje 7 (solidario a la corona 10) se han dispuesto dos posibles relaciones de transmisión R y R materializadas mediante los trenes de engranajes a, a', a", a" y c, c',c",c" respectivamente, los selectores Si y S3 permiten el acoplamiento o desacoplamiento de la rueda a' con la a" y de la c' con la c" respectivamente, si la rueda a' se halla acoplada con la a" ambas giran solidariamente y el tren de engranajes fonnado por a, a', a", a" impone la relación de transmisión determinada por sus correspondiente números de dientes entre el eje 8 y el eje 7, si la rueda a' y la a" se hallan desacopladas, ambas giran locas arrastradas respectivamente por la a y por la a" sin imponer ninguna relación de transmisión entre los ejes 8 y 7. análogamente en el caso de acoplamiento o no de la rueda c' con la c". Los números de dientes seleccionados para cada uno de los engranajes en este ejemplo son los siguientes: planeta 1 y planeta 4, 16 dientes; satélites 2 y satélites 5, 8 dientes; corona 3 y corona 10, 32 dientes, engranajes b y b", 14 dientes; engranajes b' y b", 36 dientes; engranajes d y d", 18 dientes; engranajes d' y d", 32 dientes; engranajes aya", 11 dientes; engranajes a' y a", 39 dientes; engranajes c y c", 16 dientes; engranajes c' y c", 34 dientes. El variador de velocidad se materializa mediante cualquier tipo de mecanismo que permita variar progresivamente las velocidades de los dos ejes a que está conectado con relaciones de transmisión desde O (el eje 7 parado mientas el 6 gira libremente) hasta infinito (el eje 6 parado mientras el 7 gira libremente), esto puede lograrse mediante un par de máquinas eléctricas (una trabajando como generador y la otra como motor), mediante un par de máquinas hidráulicas (una trabajando como bomba y la otra como motor), mediante un mecanismo obtenido por combinación de variadores y diferenciales etc. La forma de conectar y desconectar los selectores SI a S8 para obtener cada una de las cuatro etapas y las relaciones de transmisión que se obtienen en cada una de ellas se detallan en la siguiente tabla:
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En esta tabla las velocidades angulares de los ejes 6 y 7 se expresan en revoluciones por minuto y corresponden al caso de que el eje de entrada gire constantemente a una velocidad angular de 3000 revoluciones por minuto. Como puede apreciarse, durante las transiciones pueden mantenerse simultáneamente conectas dos relaciones de transmisión ya sea entre los ejes 6 y 9 o entre los ejes 8 y 7 porque la transición se produce en un momento en que estos ejes no giran. En la Figura 14 se presenta un mecanismo que responde al esquema de la Figura 4, o mas exactamente su alternativa de la Figura 9, para el caso particular 10 de 4 etapas. El diferencial D2 se ha materializado mediante el tren epicicloidal compuesto por el planeta 1, los satélites 2 y la corona 3. El diferencial D3 se ha materializado mediante el tren epicicloidal compuesto por el planeta 4, los satélites 5 y la corona 8. El diferencial D4 se ha materializado mediante el tren epicicloidal compuesto por el planeta 9, los satélites 10 y la corona 11. El diferencial D5 se ha materializado mediante el tren epicicloidal compuesto por el planeta 12, los satélites 13 y la corona 14. El diferencial DI tiene característica O y por tanto se materializa mediante la posibilidad de conectar directamente el eje de salida s al eje 6 a través del acoplamiento que se activa por el selector SI (es el caso que se representa mas concretamente en la Figura 9). El variador de velocidad entre los ejes 6 y 7, en este caso se ha materializado mediante las dos máquinas eléctrica MI y M2, han de ser máquinas reversibles de forma que cuando una actúe como generador la otra actúe como motor y viceversa, han de estar conectadas de forma que la energía que consume el motor en cada momento es la que produce el generador, y han de disponer de un sistema de control que permita imponer la relación de transmisión entre ambas. El eje de entrada es solidario simultáneamente a los planetas 1, 4, 9 y 12 de los diferenciales D2, D3, D4 y D5. El eje de salida es solidario a los ejes porta satélites de los satélites 2, 5, 10 y 13. El eje 6 puede acoplarse o bien a la corona 8 (a través de los engranajes 17, 15 y 16) o bien a la corona 14 (a través de los engranajes 18 y 19) por medio de los acoplamientos que se activan por los selectores S3 y S5 respectivamente, también puede acoplarse al eje de salida por medio de la relación de transmisión obtenida mediante los engranajes 20 y 21 que se activa por el selector SI. El eje 7 puede acoplarse o bien a la corona 3 (a través de los engranajes 22 y 23) o bien a la corona 11 (a través de los engranajes 25,24 y 26) por medio de los acoplamientos que se activan mediante los selectores S2 y S4 respectivamente. Los números de dientes de cada rueda dentada se eligen de la siguiente forma: planeta 1, 9 dientes; satélites 2, 54 dientes; corona 3, 117 dientes; planeta 4, 12 dientes; satélites 5, 30 dientes; corona 8, 72 dientes; planeta 9, 18 dientes; satélites 10, 24 dientes; corona 11, 66 dientes; planeta 12, 16 dientes; satélites 13, 12 dientes; corona 14, 40 dientes; engranaje 17, 28 dientes; engranaje 15, 40 dientes; engranaje 16, 24 dientes; engranaje 18, 77 dientes; engranaje 19, 55 dientes; engranaje 20, 66 dientes; engranaje 21, 66 dientes; engranaje 22, 66 dientes; engranaje 23, 66 dientes; engranaje 25, 26 dientes; engranaje 24, 42 dientes; engranaje 26, 22 dientes. La forma de conectar y desconectar los selectores Si a S4 para obtener cada una de las cuatro etapas y las relaciones de transmisión que se obtienen en cada una de ellas se detallan en la siguiente tabla:
Figure imgf000031_0001
En esta tabla las velocidades angulares de los ejes 6 y 7 se expresan en revoluciones por minuto y corresponden al caso de que el eje de entrada gire constantemente a una velocidad angular de 3094 revoluciones por minuto. Como puede apreciarse, durante las transiciones pueden mantenerse simultáneamente conectados tres porque las relaciones de transmisión y las características de los diferenciales se han elegido de forma que la relación de transmisión que se obtiene antes de la transición y después sean exactamente las mismas. Dado que, tal como se ha explicado anteriormente, hay libertad para elegir las dos primeras relaciones de transmisión, estas pueden elegirse de forma que las velocidades angulares máximas de los ejes 6 y 7 sean las mas adecuadas para el trabajo de las máquinas que materializan el variador de velocidad.
En la Figura 15 se presenta un ejemplo que responde al mecanismo de la Figura 5. El bloque N representa mi mecanismo que permite variar continuamente la relación de transmisión entre el eje e y el eje s desde O hasta un determinado valor máximo. El eje s puede conectarse directamente al eje de salida s' por medio de accionar el acoplamiento SI, o puede acoplarse indirectamente a través el eje intermedio y los juegos de engranajes representados en la Figura y que invierten el sentido de giro, este segundo acoplamiento se logra conectando S2. En el momento en que la relación de transmisión del mecanismo N es 0, el eje s permanece detenido, por lo que pueden conectarse simultáneamente Si y S2, desconectando uno de los dos se elige si a partir de este punto las variaciones de relación de transmisión que genere el mecanismo y producirán en el eje s' un giro en el mismo sentido que el giro del eje s o en sentido contrario. En la Figura 16 se representa en diagrama de bloques un mecanismo que responde al esquema representado en la Figura 6. El bloque de "Largas" se materializa reproduciendo en su interior el mecanismo que se representa en la Figura 12 donde los ejes e y s de la Figura 16 corresponde con los e' y s' de la Figura 12 y donde el bloque N se ha materializado reproduciendo en su interior un mecanismo como el de la Figura 1. El bloque de "Cortas" se materializa reproduciendo en su interior el mecanismo representado en la Figura 13. El variador de velocidad se materializa mediante las dos máquinas eléctricas MI y M2 (ambas reversibles y que puedan trabajar alternativamente una como motor y la otra como generador o viceversa) y sus ejes se conectan mediante sendos pares de engranajes con relación de transmisión 1:1 a los ejes 6 y 7 tanto del mecamsmo de la Figura 1 como del mecanismo de la Figura 12. El bloque "Inversor" se materializa reproduciendo en su interior el mecanismo representado en la Figura 15. El funcionamiento es el siguiente. Cuando el eje de salida está parado, se conecta el acoplamiento Si o S2 del inversor en función de si se desea ir marcha hacia delante o marcha hacia atrás (es posible mantener ambos conectados simultáneamente si no desea perder la transmisión de par al eje de salida).

Claims

REIVINDICACIONES
1- Transmisión mecánica continuamente variable que contiene dos diferenciales y un variador, caracterizada por que el eje de entrada es solidario simultáneamente a un eje de cada uno de los dos diferenciales, el de salida se es solidario simultáneamente a otro eje de cada uno de les dos diferenciales y el variador se conecta entre los ejes no solidarios ni a la entrada ni a la salida de cada diferencial.
2- Mecanismo que permite extender el rango de variación de una transmisión mecánica continuamente variable y reversible, caracterizado por que el eje de entrada del mecanismo se conecta alternativamente con el eje de entrada o con el eje de salida de la transmisión continuamente variable que fonna el núcleo y cuyo rango se pretende extender, caracterizada también por que el eje de salida del mecamsmo se conecta alternativamente con el eje de salida o con el de entrada del núcleo, caracterizada por que cuando el eje de entrada se halla conectado con el de entrada del núcleo, el de salida se halla conectado con el de salida de núcleo y cuando el de entrada se halla conectado con el de salida del núcleo el de salida se halla conectado con el de entrada del núcleo, y caracterizado por que estas conexiones se realizan a través de una cualquiera de sendas multiplicidades de relaciones de transmisión.
3- Transmisión mecánica continuamente variable que contiene dos diferenciales, un variador que permite obtener relaciones de transmisión entre 0 e ∞ (es decir desde que el eje de salida queda bloqueado mientras el de entrada gira libremente hasta que el eje de entrada queda bloqueado mientras el de salida 25 gira libremente) y dos conjuntos de múltiples relaciones de transmisión con un sistema de embrague o acoplamiento cada una que permite seleccionar una dentro de cada conjunto para que quede conectada, caracterizado por que el eje de entrada es solidario a uno de los ejes del primer diferencial, el eje de salida es solidario a uno de los ejes del segundo diferencial, cualquiera de las relaciones de transmisión de uno de los conjuntos de relaciones de transmisión fijas puede conectarse entre el eje restante del primer diferencial y el eje al que se ha conectado el variador al segundo diferencial, y cualquiera de las relaciones de transmisión del otro conjunto puede conectarse entre el restante del segundo diferencial y el eje que se ha conectado al variador del primer diferencial. 4- Transmisión mecánica continuamente variable compuesta por una multiplicidad de diferenciales y un variador que permite obtener relaciones de transmisión entre 0 e ∞ ( es decir desde que el eje de salida queda bloqueado mientras el de entrada gira libremente hasta que el eje de entrada queda bloqueado mientras el de salida gira libremente) caracterizado por que todos los diferenciales tienen un eje solidario al eje de entrada y otro al de salida y también caracterizado por que mediante acoplamientos o embragues adecuados cualquiera de los ejes no conectados ni a la entrada ni a la salida de los diferenciales impares puede conectarse, a través de una relación de transmisión distinta para cada mío de ellos, a uno de los ejes del variador y cualquiera de los ejes no conectados ni a la entrada ni a la salida de los diferenciales pares puede conectarse, a través de una relación de transmisión distinta para cada uno de ellos, al otro eje del variador.
5- Transmisión mecánica continuamente variable caracterizada por extender el rango de variación de un mecanismo como el descrito en la reivindicación 1 mediante un mecanismo como el descrito en la reivindicación 2.
6- Transmisión mecánica continuamente variable según la reivindicación 1 o 5 caracterizada por que el variador de velocidad es del tipo de los que pueden producir relaciones de transmisión continuamente variables desde -oo hasta oopasando por cero.
7- Transmisión mecánica continuamente variable caracterizada por utilizar un mecanismo como el descrito en la reivindicación 1 O 3 O 4 O 15 O 16 O 17 O 18, en el que se seleccionan las características de sus diferenciales y de sus relaciones de transmisión de forma que produzca una relación de transmisión continuamente variable desde cero hasta un valor máximo.
8- Transmisión mecánica continuamente variable caracterizada por utilizar un mecanismo como el descrito en la reivindicación 1 O 3 O 4 O 15 O 16 O 17 O 18, en el que se seleccionan las características de sus diferenciales y de sus relaciones de transmisión de forma que produzca una relación de transmisión continuamente variable desde un valor mínimo negativo hasta un valor máximo positivo pasando por cero e invirtiendo el sentido de giro. 9- Transmisión mecánica continuamente variable según reivindicación caracterizada por añadir al eje de salida del mecanismo otro eje que puede, o bien acoplarse directamente a este o bien acoplarse a el mediante un juego de engranajes que invierten el sentido de giro.
10- Transmisión mecánica continuamente variable caracterizada por utilizar un mecanismo como el descrito en la reivindicación 1 o 2 o 5 o 6 para las relaciones de transmisión donde el par de salida es siempre inferior al par máximo admisible sin necesidad de limitación alguna (marcha larga) y caracterizado por utilizar un mecanismo como el descrito en la reivindicación 7 o 8 o 9 para las relaciones de transmisión donde hay que limitar el par de salida para que no supere el máximo admisible (marcha corta). 11- Transmisión mecánica continuamente variable según la reivindicación 10 caracterizada por que la relación de transmisión mínima del mecanismo de marcha larga es igual a la relación de transmisión máxima del mecanismo de marcha corta o alternativamente porque en la región de relaciones de transmisión mínimas del mecanismo de marcha larga y la región de relaciones de transmisión máximas del mecanismo de marcha corta existe un solapamiento con relaciones de transmisión comunes a ambos, y caracterizado por que la transición entre la marcha corta y la larga se realiza mediante un embrague o acoplamiento adecuado en el momento en el que la relación de transmisión de ambas coincide.
12- Transmisión mecánica continuamente variable según la reivindicación 11 o 12 caracterizada por que el variador de velocidad utilizado en el mecanismo de marcha larga es el mismo que el utilizado en el mecanismo de marcha corta.
13- Transmisión mecánica continuamente variable según la reivindicaciones 1 a 12 caracterizado por que el variador de velocidad consiste en dos máquinas eléctricas que pueden trabajar indistintamente cualquiera de ellas como generador o como motor y controladas mediante los circuitos electrónicos adecuados.
14- Transmisión mecánica continuamente variable según la reivindicación 13 de aplicación en máquinas con motor térmico como por ejemplo vehículos automóviles, caracterizada por utilizar las máquinas eléctricas que constituyen el variador como motor de arranque y como generador eléctrico para recargar la batería. 15- Transmisión mecánica continuamente variable según la reivindicación 3 caracterizada por que una de las relaciones de transmisión es cero, y por lo tanto se materializa mediante la posibilidad de f enar o bloquear uno de los ejes que conecta haciéndolo solidario al chasis del mecanismo.
16- Transmisión mecánica continuamente variable alternativa a la de la reivindicación 3 o 15, caracterizado por que en lugar de conectar el variador de velocidad entre uno de los ejes de un diferencial y otro de los ejes del otro, se conecta el variador entre los dos ejes no conectados a la entrada del primer diferencial.
17- Transmisión mecánica continuamente variable alternativa a la de la reivindicación 3 o 15, caracterizado por que en lugar de conectar el variador de velocidad entre uno de los ejes de un diferencial y otro de los ejes del otro, se conecta el variador entre los dos ejes no conectados a la salida del segundo diferencial.
18- Transmisión mecánica continuamente variable según la reivindicación 4 caracterizado por disponer además de la posibilidad de conectar directamente uno de los ejes del variador al eje de salida a través de una relación de transmisión que puede activarse o desactivarse por medio de un embrague o cualquier otro tipo de acoplamiento adecuado.
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