WO2024013421A1 - Convertidor de par inercial y mecanismo de transmisión variable continua - Google Patents

Convertidor de par inercial y mecanismo de transmisión variable continua Download PDF

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WO2024013421A1
WO2024013421A1 PCT/ES2023/070449 ES2023070449W WO2024013421A1 WO 2024013421 A1 WO2024013421 A1 WO 2024013421A1 ES 2023070449 W ES2023070449 W ES 2023070449W WO 2024013421 A1 WO2024013421 A1 WO 2024013421A1
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gear
torque converter
driven shaft
shaft
speed
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PCT/ES2023/070449
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English (en)
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Pere MAIMÍ VERT
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Universitat De Girona
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H33/00—Gearings based on repeated accumulation and delivery of energy
    • F16H33/02—Rotary transmissions with mechanical accumulators, e.g. weights, springs, intermittently-connected flywheels
    • F16H33/04—Gearings for conveying rotary motion with variable velocity ratio, in which self-regulation is sought
    • F16H33/08—Gearings for conveying rotary motion with variable velocity ratio, in which self-regulation is sought based essentially on inertia
    • F16H33/14—Gearings for conveying rotary motion with variable velocity ratio, in which self-regulation is sought based essentially on inertia having orbital members influenced by regulating masses
    • F16H33/18—Gearings for conveying rotary motion with variable velocity ratio, in which self-regulation is sought based essentially on inertia having orbital members influenced by regulating masses of which the motion is constrained
    • F16H33/185—Gearings for conveying rotary motion with variable velocity ratio, in which self-regulation is sought based essentially on inertia having orbital members influenced by regulating masses of which the motion is constrained the masses being fixed to the orbital members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H33/00—Gearings based on repeated accumulation and delivery of energy
    • F16H33/02—Rotary transmissions with mechanical accumulators, e.g. weights, springs, intermittently-connected flywheels
    • F16H33/04—Gearings for conveying rotary motion with variable velocity ratio, in which self-regulation is sought
    • F16H33/08—Gearings for conveying rotary motion with variable velocity ratio, in which self-regulation is sought based essentially on inertia
    • F16H33/14—Gearings for conveying rotary motion with variable velocity ratio, in which self-regulation is sought based essentially on inertia having orbital members influenced by regulating masses
    • F16H33/18—Gearings for conveying rotary motion with variable velocity ratio, in which self-regulation is sought based essentially on inertia having orbital members influenced by regulating masses of which the motion is constrained

Definitions

  • the present description refers, in general, to mechanisms for the transmission of power from a source of angular movement that comes from a drive shaft, or input shaft, to a receiving element associated with an output shaft, or driven shaft, which can work at a different speed and torque of the drive shaft.
  • transmission mechanisms comprising a torque converter and a variable transmission connected to said torque converter.
  • a transmission mechanism includes a torque converter.
  • a torque converter is a mechanism that makes the mechanical connection between the gearbox and the engine, graduating the torque and speed according to needs, performing the clutch function in a transmission.
  • Hydrodynamic type torque converters comprise a drive pump arranged to rotate integral with the engine crankshaft, or the flywheel.
  • the booster pump is designed so that, when rotated by the engine crankshaft, it propels hydraulic fluid to an opposed-blade receiving turbine that is coupled to the gearbox.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) of vehicle changes.
  • a stator or reactor is arranged between the booster pump and the receiving turbine.
  • the rotation speed of the drive pump increases, increasing the pressure of the current created in said hydraulic fluid, colliding with greater force against the receiving turbine, also making it rotate at a higher speed. From a certain engine operating speed, the rotation speed of the booster pump and that of the receiving turbine can become practically identical.
  • the rotation speed of the booster turbine may be lower than that of the booster pump.
  • the difference in speed between the booster pump and the receiving turbine is absorbed by the slip of the hydraulic fluid. This allows you to change gears and stop the vehicle with the engine running.
  • an epicyclic train is installed mechanically connected to the torque converter.
  • the epicyclic gear comprises a series of satellite gears, planetary gears, and ring gears. One or more of said gears can be locked to give rise to different gear ratios.
  • Hydrodynamic torque converters only allow power transmission if the speed of the output shaft, or driven shaft, is lower than the speed of the drive shaft.
  • a clutch must be incorporated to override the torque converter, as occurs, for example, in automatic transmissions in automobiles.
  • Inertial type torque converters are also known in which the satellite gears incorporate eccentric masses that act by generating an oscillatory torque in the driven shaft due to the inertial forces of said eccentric masses.
  • Examples of inertial type torque converters are described in patents GB185022, US5134894, US5833567, and US1860383. These torque converters usually also require at least one clutch, for example a one-way type, which makes the mechanism more complex and increases costs.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) With the present transmission mechanism, it has been found that this need is met, the problems raised in the prior art are solved, and other additional advantages are provided, such as greater performance in power transmission, as will be seen below. .
  • a torque converter for transmitting power between a drive shaft and a driven shaft arranged to rotate relative to a bed is described below.
  • the present torque converter comprises at least one group of satellite gears.
  • Each set of planet gears comprises a plurality of planet gears, each of which has an eccentric mass. Therefore, the center of mass of a planet gear does not coincide with the geometric center of the planet gear.
  • each planet gear group comprises four planet gears. However, it may comprise a different number of satellite gears depending on the requirements. The inertial forces generated by the eccentricity of the mass of the satellite gears allow the torque to be adequately transmitted to the driven shaft.
  • the torque converter described also comprises at least one planetary gear that meshes with the satellite gears and at least one satellite carrier element that is integral with the drive shaft and that rotatably supports said group of satellite gears.
  • reference to an integral element includes the direct attachment of said element to another element, the formation of said element to another element as a single piece, or the indirect attachment of said element to another element, for example, through of other elements.
  • the present torque converter also comprises a first freewheel associated with the planetary gear and the driven shaft, and a second freewheel associated with the planetary gear.
  • the second freewheel can connect the planetary gear and the bedplate. Both freewheels are configured to rotate freely in one direction and transmit power in the opposite direction.
  • the first freewheel is adapted to permanently connect the planetary gear and the driven shaft allowing a synchronized operating regime in which the
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) speed of the drive shaft and the speed of the driven shaft are equal, and alternately engage with the second freewheel allowing a non-synchronous operating regime in which the speed of the driven shaft is less than the speed of the drive shaft being the torque of the driven shaft greater than the torque of the drive shaft.
  • a third free wheel can be provided, also configured to rotate freely in one direction and transmit power in the opposite direction.
  • Said third freewheel is configured to connect the drive shaft and the driven shaft by preventing the driven shaft from rotating at a higher speed than the driving shaft.
  • the present torque converter may include a first reversing gear integral with the second freewheel. Said first reversing gear meshes with a second reversing gear which, in turn, meshes with a gear integral with the driven shaft. A third reversing gear may be provided, coaxial with said second reversing gear, which meshes with a fourth reversing gear. Said fourth reversing gear meshes, in turn, with a fifth reversing gear integral with the driven shaft.
  • said mechanism for modifying the speed of the planetary gear comprises a drive gear integral with the drive shaft and a driven gear connected to the planetary gear through a fourth freewheel.
  • Said mechanism for modifying the speed of the planetary gear also includes a change shaft provided with a first change gear integral with said change shaft and which meshes with said drive gear through a sixth reversing gear and a second integral change gear. of the change shaft and that meshes with the driven gear.
  • the torque converter comprises an additional planetary gear integral with the driven shaft that meshes with an additional group of satellite gears.
  • the additional group of satellite gears mesh with a toothed ring gear which, in turn, meshes with the aforementioned second change gear.
  • Said toothed ring can be connected, through said fourth freewheel, to a satellite carrier element that is integral with the drive shaft and that rotatesly supports the additional group of satellite gears.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) Also described is a continuously variable transmission mechanism comprising at least one torque converter as described above connected to the driven shaft thereof.
  • Said continuously variable transmission mechanism may comprise a plurality of torque converters, for example, two or more.
  • the eccentric mass of one set of satellite gears would be angularly out of phase by 180° with respect to the eccentric mass of an adjacent set of satellite gears.
  • elastic means can be incorporated to connect adjacent planetary gears so that said angular offset of the eccentric mass of corresponding groups of adjacent satellite gears is maintained.
  • the continuously variable transmission mechanism can be connected to a variable transmission system connected to the driven axle.
  • a transmission mechanism as described which includes the aforementioned torque converter based on an inertial system and free wheels that transmit torque in one direction, it is possible to automatically and effectively regulate the transmission ratio between a drive shaft and a shaft driven based on the speed and torque applied to them, so that their speeds are automatically synchronized without the use of a clutch.
  • losses associated with the movement of a fluid are avoided, as occurs with known hydrodynamic converters.
  • performance is improved, dimensions are reduced, and costs are also reduced.
  • an overload will not brake the drive shaft, increasing the performance and durability of the motor.
  • This torque converter can be applied in countless scenarios, for example, to modify the response of induction electric motors and, in general, in scenarios where hydrodynamic converters are not applicable due to dimensions or cost.
  • FIG. 26 is a schematic perspective view of a first example of the present torque converter in a basic configuration
  • Figure 2 is a sectional elevation view of the first example of the torque converter of Figure 1;
  • Figure 3 is a schematic exploded perspective view of a second example of the present torque converter, in a configuration in which a reversing mechanism is included;
  • Figure 4 is a front view of the second example of the present torque converter of Figure 3;
  • Figure 5 is a sectional elevation view of the second example of the torque converter of Figures 3 and 4;
  • Figure 6 is a schematic exploded perspective view of a third example of the present torque converter in a configuration in which a reversing mechanism is provided;
  • Figure 7 is a sectional elevation view of the third example of the torque converter of Figure 6;
  • Figure 8 is a schematic exploded perspective view of a fourth example of the present torque converter in a configuration in which shift gears are provided to vary the shift ratio;
  • Figure 9 is a sectional elevation view of the fourth example of the torque converter of Figure 8.
  • Figure 10 is a schematic exploded perspective view of a fifth example of the present torque converter in a configuration using a second set of satellite gears;
  • Figure 11 is a sectional elevation view of the fifth example of the torque converter of Figure 10;
  • Figure 12 is a schematic exploded perspective view of a sixth example of the present torque converter in a configuration using two sets of adjacent satellite gears;
  • Figure 13 is a sectional elevation view of the sixth example of the torque converter of Figure 12;
  • Figure 14 is a schematic exploded perspective view of a transmission mechanism comprising three torque converters connected together, according to the second example of Figure 3;
  • FIG. 15 is a schematic perspective view of a power divider intended to be connected to the torque converter of Figures 1 and 2;
  • Figure 16 is a schematic exploded perspective view of an example of a torque converter connected to a continuously variable pulley and chain transmission mechanism
  • Figure 17 is a schematic exploded perspective view of a variant of the third example of the torque converter shown in Figure 6 where the reversing gears have been replaced by a continuously variable pulley and chain transmission mechanism like that of the illustrated example. in figure 16;
  • Figure 18 is a front view of a seventh example of the present torque converter.
  • Figure 19 is a sectional elevation view of the seventh example of the torque converter
  • Figure 20 is a graph showing the response of the driven shaft to the application of a torque/angular velocity curve to the drive shaft in the torque converter
  • Figures 21a, 21b and 21c schematically show parameters related to the mechanics of the present torque converter that allow us to appreciate the influence of the eccentricity of the center of mass of the satellite gears;
  • Figure 22 schematically illustrates regions of rotating operation of the torque converter for a non-synchronous regime in which the speed of the driven shaft is not zero;
  • Figure 23 is a graph showing input torque and output torque versus eccentricity of the center of mass of the planet gear.
  • Figure 24 is a graph showing input torque and output torque versus rotational duty cycle time of the torque converter.
  • the non-limiting examples described below and illustrated in the figures of the drawings correspond to mechanical mechanisms for the transmission of power from a source of angular movement coming from a drive shaft 1 to a driven shaft 6 working at a different speed and torque.
  • the drive shaft 1 and the driven shaft are arranged to rotate relative to a bed 20, for example, of a vehicle engine.
  • the transmission mechanisms comprise an inertial type torque converter, collectively designated by reference 100 in the figures.
  • the drive shaft 1 is integral with a satellite carrier element 15 that rotatably supports a group of satellite gears 2, such as four in the example of the figures included in the drawings.
  • Each satellite gear 2 incorporates an eccentric mass 16 so that, as illustrated in Figure 4, the center of mass 16a of each satellite gear 2 does not coincide with its center, but is displaced by an eccentricity angle represented by in figure 4 of the drawings.
  • the torque converter 100 works according to a synchronized operating regime in which the angular speed of the drive shaft 1 is the same as the angular speed of the driven shaft 6, the eccentricity angle is defined between the driving shaft 1 and The center of mass 16a of the planetary gear 2 has a constant value between 0 ° and 180°.
  • said eccentricity angle a varies between 0 o and 360° .
  • the planetary gears 2 mesh with a planetary gear 3.
  • the planetary gear 3 is connected to the driven shaft 6 by a first freewheel RO.
  • a second freewheel RS is also provided that rotates in the opposite direction to the first freewheel RO and that connects the planetary gear 3 to a bed 20.
  • the first freewheel RO and the second freewheel RS are configured to rotate freely in one direction. and transmit power in the opposite direction.
  • the first freewheel RO is adapted to permanently connect the planetary gear 3 and the driven shaft 6 allowing a synchronized operating regime in which the speed of the driving shaft 1 and the speed of the driven shaft 6 are equal, and to mesh alternately with the second freewheel RS allowing a non-synchronous operating regime in which the speed of the driven shaft 6 is less than the speed of the driving shaft 1 and the torque of the driven shaft 6 is greater than the torque of the driving shaft 1.
  • Figures 1 and 2 show a first particular example of the present torque converter 100 in a basic configuration comprising a group of four satellite gears 2, each with an eccentric mass 16, rotatably supported by a satellite holder element. 15 which is integral with the drive shaft 1.
  • the satellite gears 2 mesh with a planetary gear 3 connected to the driven shaft 6 through the first free wheel RO and connected to the bed 20 through the second free wheel RS.
  • the free wheels RO, RS can rotate freely in one direction, while, in the opposite direction, said free wheels RO, RS transmit torque.
  • the first freewheel RO allows to permanently connect the planetary gear 3 and the driven shaft 6 allowing a synchronized operating regime in which the speed of the driving shaft 1 and the speed of the driven shaft 6 are equal, and to mesh alternately with the second freewheel RS allowing a non-synchronous operating regime in which the speed of the driven shaft 6 is lower than the speed of the driving shaft 1, the torque of the driven shaft 6 being greater than the torque of the driving shaft 1.
  • the acceleration of the center of mass 16a is decomposed into a part due to the movement of the drive shaft 1 and a part due to the rotation of the planet gear 2.
  • the angular velocity 02 of the satellite gear 2 can be determined as:
  • C 3 is the angular speed of planetary gear 3
  • R is the radius of planetary gear 3; and res the radius of satellite gear 2.
  • the first freewheel RO In synchronized operation, when the angular speed of the drive shaft 1 and the driven shaft 6 are equal, the first freewheel RO is connected, that is, it transmits torque.
  • the angle a has a constant value between 0 and 180°. In this case the angular speed 02 of the satellite gear 2 is the same as the angular speed 01 of the drive shaft 1.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) FD is the force transmitted by planetary gear 2 to planetary gear 3; e is the eccentricity of the center of mass 16a of the planet gear 2; a is the eccentricity angle between the drive shaft 1 and the center of mass 16a of the planet gear 2;
  • R is the radius of planetary gear 3; res the radius of satellite gear 2; and cois is the angular velocity of the satellite carrier element 15, which corresponds to the angular velocity of the drive shaft 1.
  • the torque MD transmitted by the planet gear 2 to the planetary gear 3 for a given drive angular speed 15 of the planet carrier element 15 is:
  • MD K/r (R+r) 2 i5 e sin a.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) that neither the first freewheel RO nor the second freewheel RS are connected, which occurs when the center of mass 16a is in the operating region of point A to B and in the operating region of point D to E, another operating region from point B to D, when the first freewheel RO is connected, i.e. transmits torque, and another operating region from point E to A when the second freewheel RS is connected, i.e. transmits torque.
  • the second freewheel RS is connected, that is, it transmits torque, so that, in the configuration of Figure 1, the angular velocity at point D is 0 and, in configuration of Figure 3 or 6, the angular velocity at point D is equal to the angular velocity of gear 4.
  • the inertial force causes an increase in the velocity of point D and, therefore, Therefore, an increase in the angular velocity os of the planetary gear 3.
  • a third freewheel RB is also included, also configured to rotate freely in one direction and transmit power in the opposite direction.
  • the third free wheel RB allows connecting the drive shaft 1 and the driven shaft 6, preventing the driven shaft 6 from rotating at a higher speed than the driving shaft 1.
  • the engine brake can be used.
  • FIG. 3-5 A second example of the present torque converter 100 is shown in Figures 3-5 in a configuration in which a reversing mechanism 4-5 is included. This second example of the present torque converter 100 presents a configuration equivalent to the configuration of the
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) first example of the present torque converter 100 of figures 1 and 2 with the addition of said reversing mechanism 4-5 constituted by a first reversing gear 4, which is integral with the second freewheel RS and a second reversing gear 5 that meshes with the first reversing gear 4.
  • the second reversing gear 5 in turn, meshes with a gear 6a that is integral with the driven shaft 6.
  • Various torque converters 100 can be connected to each other, for example, three torque converters 100 according to the second example, as illustrated in Figure 14.
  • the drive shaft 1 has gears mounted integrally. drive 45, 45', 45" that mesh with corresponding planet carrier elements 15, 15', 15".
  • Each planet carrier element 15, 15', 15" moves a group of four planet gears 2, 2', 2 ” with a corresponding eccentric mass 16, 16', 16”.
  • the satellite gears 2, 2', 2” have their masses 16, 16', 16” offset by an average angle of 360°/N with N being the number of torque converters 100, in this example, three, as indicated previously. This offset is maintained through a series of torsion springs, not shown, that connect planetary gear 3 to planetary gear 3', and planetary gear 3' to planetary gear 3".
  • the satellite gears 2, 2', 2" mesh with a corresponding planetary gear 3, 3', 3".
  • Each corresponding planetary gear 3, 3', 3" is connected to the driven shaft 6 through corresponding first freewheels, not shown.
  • the reversing gears 4, 4', 4" rotate the driven shaft 6 at a speed proportional to that of the reverse shaft 26 by means of the reverser 7-10 formed by the gears 7, 8 and 10, equivalent to the reverse mechanism 7-10 of the third example described below according to Figures 6 and 7.
  • a third example of the present torque converter 100 is shown in a configuration that also includes another reversing mechanism 4-5, equivalent to the reversing mechanism 4-5 of the second example of figures 3-5 of the drawings.
  • This third example of the present torque converter 100 presents a configuration equivalent to the configuration of the first example of the present torque converter 100 with the addition of yet another reversing mechanism 7-10 comprising a third reversing gear 7 mounted
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) integral with the same shaft 23 where the second reverse gear 5 is mounted, as shown in figure 6.
  • the third reverse gear 7 meshes with a fourth reverse gear 8 which, in turn, meshes with a fifth reverse gear 10 mounted integrally. of the driven shaft 6.
  • This inverter is equivalent to the inverter of the example represented in figure 14.
  • a fourth example of the present torque converter 100 is shown in Figures 8 and 9.
  • This fourth example of the present torque converter 100 presents a configuration equivalent to the configuration of the first example of the present torque converter 100 with the addition of a mechanism 24 intended to obtain a gear ratio to obtain a determined speed of the planetary gear 3.
  • said mechanism 24 comprises a drive gear 9 integral with the drive shaft 1 and a driven gear 13 connected to the planetary gear 3 through a fourth free wheel RS', as shown in Figure 9.
  • the mechanism 24 also comprises a change shaft 17 in which a change gear 11 is mounted integrally therewith, which meshes with said drive gear 9 through a reversing gear 22.
  • Mounted on the change shaft 17, also integral therewith, is a change gear 12 that meshes with the driven gear 13 mentioned above.
  • This configuration makes it possible to obtain a suitable speed ratio between the drive shaft 1 and the driven gear 13.
  • the second freewheel RS transmits the movement to the driven shaft 6 if the speed ratio between the drive shaft 1 and the Driven shaft 6 is small. From a certain value of said speed ratio between the drive shaft 1 and the driven shaft 6, the movement is transmitted to the driven shaft 6 through the fourth free wheel RS'.
  • a fifth example of the present torque converter 100 is shown in Figures 10 and 11 in a configuration in which a second set of planetary gears 21 is used.
  • This fifth example of the present torque converter 100 is a variant of the previous fourth example shown in Figures 8 and 9.
  • an additional planetary gear 19 is provided that is integral with the driven shaft 6.
  • the additional planetary gear 19 meshes with said second group of satellite gears 21 which, in turn, mesh with a crown toothed ring 14.
  • the toothed crown 14 has a toothing on its outer periphery that meshes with the second change gear 12 mentioned above for the previous example of figures 8 and 9, integral with the change shaft 17.
  • the toothed crown 14 is connected, through the fourth free wheel RS' mentioned above, to another satellite carrier element 18 integral with the drive shaft 1. This other satellite carrier element 18 supports
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) said second group of satellite gears 21 rotates.
  • the satellite gears 21 mesh with internal teeth of the ring gear 14.
  • a sixth example of the present torque converter 100 shown in Figures 12 and 13 of the drawings two groups of satellite gears 2, 2' arranged adjacent to each other and integral with the satellite carrier element 15 are used.
  • the eccentric mass 16 of a group of satellite gears 2 is angularly out of phase by 180° with respect to the eccentric mass 16' of an adjacent group of satellite gears 2'.
  • the satellite gears 2, 2' mesh with corresponding planetary gears 3, 3'.
  • the planetary gear 3 is connected to the driven shaft 6 through the first freewheel RO, as shown in Figure 13, and the planetary gear 3' is connected, through a fifth freewheel RO', to a gear 5a that meshes with the reverse gear 5 mounted integrally with a reverse shaft 25, as shown in Figures 12 and 13.
  • an additional reverse gear 5' is also mounted integrally with the reverse shaft 25, which meshes with a corresponding reversing gear 5a'. Also mounted on said reversing shaft 25, integral with it, is the third reversing gear 7 that meshes with the fourth reversing gear 8 which, in turn, meshes with the reversing gear 10.
  • a perspective view of a power divider 27 is shown in Figure 15.
  • the power divider 27 is configured to connect to the torque converter 100 of any example of Figures 1-14 and 16-19 described above.
  • the power input to the power divider 27 is carried out through the drive shaft 28, which is integral with a satellite carrier element 29.
  • the satellite carrier element 29 rotatably supports a group of satellite gears 29a.
  • the satellite gears 29a mesh with a ring gear 29c and with a planetary gear 29b.
  • the ring gear 29c can be connected to the drive shaft 1 and the planetary gear 29b can be connected to the driven shaft 6.
  • FIG. 16 Examples of a torque converter 100 connected to a pulley and chain continuously variable transmission (CVT) mechanism 31 are shown in Figures 16 and 17.
  • Figure 17 shows a perspective view of a version of the third example of the torque converter 100 illustrated in Figures 6 and 7 of the drawings in which the reversing gears have been replaced by a pulley and chain CVT 31 like the one illustrated in figure 16.
  • CVT continuously variable transmission
  • the CVT 31 comprises a first pulley 32 that is mounted integral with a shaft 33 mounted rotatably with respect to the bed 20, and a second pulley 34 integral with the driven shaft 6 and, therefore, of the gear 6a, as shown
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) in Figure 16.
  • a transmission chain 35 of constant length mounted around the first pulley 32 and the second pulley 34 allows the rotation movement to be transmitted from one pulley to another and, therefore, to the driven shaft 6.
  • the CVT 31 comprises a first pulley 32 integral with the reverse shaft 23 where the reverse gear 5 is mounted as described above for the third example of the torque converter 100 illustrated in Figures 6 and 7 of the drawings.
  • the reverse shaft 23 is mounted rotatably with respect to the bed 20.
  • the CVT 31 also comprises a second pulley 34 integral with the driven shaft 6 associated with the reverse gear 4.
  • FIGs 18 and 19 still show a seventh example of the torque converter 100 with two groups of planet gears 2 and 2' connected through respective planet carrier elements 15 and 15' that include corresponding planetary gears 3.
  • the drive shaft 1 moves a planetary gear 42 that meshes with satellite gears 40 which, in turn, mesh with a crown 41 fixed to the bed 20.
  • Another set of satellite gears 42 is also provided that connect with a planetary gear 43 that moves the planet carrier element 15.
  • the planet gears 42 also mesh with a crown 44 that can be actuated to change the angle between the planet carrier elements 15 and 15' and, consequently, modify the angular arrangement of the eccentric masses 16, 16' of the satellite gears 2 and 2'.
  • the rest of the configuration of the torque converter 100 presents the same configuration shown in the example of Figures 3 and 5.
  • the graph in Figure 20 represents the response of torque T with respect to angular velocity w.
  • a torque T to the drive shaft 1 at an angular velocity w according to a curve A, as shown in the graph of Figure 20, in the configurations of the torque converter 100 of the examples described, the response of the driven shaft 6 is illustrated according to curve B, as shown in said graph of Figure 20.
  • the torque converter 100 described is capable of operating in two clearly differentiated operating regimes.
  • the torque converter 100 can operate in a synchronized operating regime, according to the zone S on the right of the graph of Figure 20, in which the speed of the drive shaft 1 is equal to the speed of the driven shaft 6 and the freewheel RO permanently connects the planetary gear 3 with the driven shaft 6.
  • the torque converter 100 can also operate in a non-synchronous operating regime, according to the zone DS on the left of the graph of Figure 20.
  • the first freewheel RO and the second freewheel RS engage alternately, and the speed of the driven shaft 6 is lower than the speed of the driving shaft 1, the torque of the driven shaft 6 being greater than that of the driving shaft 1, working as well as reducer.
  • the inventors have designed a prototype corresponding to the second example in Figure 3 where an electric motor with a nominal power of 0.09 KW and a nominal speed of 1350 rpm has been connected, with which they have verified that there is a notable improvement in performance. , a reduction in dimensions and costs.
  • the satellite carrier member 15 can support a different number of satellite gears 2.
  • any variable transmission mechanism continuous or not, can be connected to the satellite carrier element 15. driven shaft 6.

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Abstract

El convertidor de par (100) comprende engranajes satélites (2) con masa excéntrica (16), un porta-satélites (15) solidario de un eje de accionamiento (1) que soporta los satélites (2), un engranaje planetario (3) que engrana con los satélites (2), una primera rueda libre (RO) y una segunda rueda libre (RS) ambas capaces de girar libremente en un sentido y transmitir potencia en sentido contrario. La primera rueda libre (RO) puede conectar permanentemente el planetario (3) y el eje accionado (6) permitiendo un funcionamiento sincronizado en el que la velocidad del eje de accionamiento (1) y la velocidad del eje accionado (6) son iguales, y engranar alternativamente con la segunda rueda libre (RS) permitiendo un funcionamiento no sincronizado en el que la velocidad del eje accionado (6) es menor que la velocidad del eje de accionamiento (1) siendo el par del eje accionado (6) mayor que el del eje de accionamiento (1).

Description

CONVERTIDOR DE PAR INERCIAL Y MECANISMO DE TRANSMISIÓN VARIABLE CONTINUA
DESCRIPCIÓN
Esta solicitud reivindica prioridad de la solicitud de patente Española P202230645, presentada el 13 de Julio de 2022.
Campo de la técnica
La presente descripción se refiere, en general, a mecanismos para la transmisión de potencia de una fuente de movimiento angular que proviene de un eje de accionamiento, o eje de entrada, a un elemento receptor asociado un eje de salida, o eje accionado, que puede trabajar a una velocidad y un par diferentes del eje de accionamiento.
Más concretamente, la presente descripción se refiere a mecanismos de transmisión que comprenden un convertidor de par y una transmisión variable conectada a dicho convertidor de par.
Antecedentes
Existen numerosos mecanismos de transmisión para transmitir la potencia entre dos ejes en diversas aplicaciones tales como, por ejemplo, automoción, aviación, cintas transportadoras, cabrestantes, equipos de perforación, maquinaria industrial, carretas elevadoras, equipos de construcción, embarcaciones, locomotoras ferroviarias, aerogeneradores, etc.
Un ejemplo de un mecanismo de transmisión incluye un convertidor de par. En automoción, un convertidor de par es un mecanismo que realiza la conexión mecánica entre la caja de cambios y el motor, graduando el par y la velocidad según las necesidades, realizando la función de embrague en una transmisión.
Son conocidos convertidores de par de tipo hidrodinámico utilizados ampliamente en el sector de la automoción. Los convertidores de par de tipo hidrodinámico comprenden una bomba impulsora dispuesta para girar solidaria del cigüeñal del motor, o del volante de inercia. La bomba impulsora está diseñada para que, al girar mediante el cigüeñal del motor, impulse un fluido hidráulico hacia una turbina receptora de álabes opuestos que está acoplada a la caja
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) de cambios del vehículo. Entre la bomba impulsora y la turbina receptora se dispone un estátor o reactor. Cuando el motor aumenta la velocidad de rotación del cigüeñal, la velocidad de rotación de la bomba impulsora aumenta, incrementándose la presión de la corriente creada en dicho fluido hidráulico chocando con mayor fuerza contra la turbina receptora, haciéndola girar también a mayor velocidad. A partir de una determinada velocidad de funcionamiento del motor, la velocidad de rotación de la bomba impulsora y la de la turbina receptora pueden llegar a ser prácticamente idénticas.
Dado que la bomba impulsora y la turbina receptora no se encuentran en contacto directo, cuando el vehículo se detiene, la velocidad de rotación de la turbina receptora puede ser menor que la de la bomba impulsora. La diferencia de velocidad entre la bomba impulsora y la turbina receptora es absorbida por el resbalamiento del fluido hidráulico. Esto permite realizar cambios de marcha y detener el vehículo con el motor funcionando.
Para vahar la relación de cambio se dispone un tren epicicloidal conectado mecánicamente al convertidor de par. El tren epicicloidal comprende una serie de engranajes satélites, engranajes planetarios, y coronas. Uno o vahos de dichos engranajes pueden bloquearse para dar lugar a diferentes relaciones de cambio.
Los convertidores de par hidrodinámicos sólo permiten la transmisión de potencia si la velocidad del eje de salida, o eje accionado, es inferior a la velocidad del eje de accionamiento. Cuando se desea que la velocidad del eje accionado y la velocidad de accionamiento estén sincronizadas debe incorporarse un embrague que anule el convertidor de par, tal como ocurre, por ejemplo, en los cambios automáticos de automóviles.
Son conocidos también convertidores de par de tipo ¡nercial en el que los engranajes satélites incorporan masas excéntricas que actúan generando un par oscilatorio en el eje accionado debido a las fuerzas inerciales de dichas masas excéntricas. Ejemplos de convertidores de par de tipo ¡nercial se describen en las patentes GB185022, US5134894, US5833567, y US1860383. Estos convertidores de par normalmente también requieren por lo menos un embrague, por ejemplo, de tipo unidireccional, que hace que el mecanismo resulte más complejo y se incrementen los costes.
Se hace necesaria, por lo tanto, una alternativa a los actuales mecanismos de transmisión que incluyen un convertidor de par en los que se requiere un embrague para la sincronización de la velocidad del eje accionado y la velocidad del eje de accionamiento.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) Con el presente mecanismo de transmisión, se ha encontrado que se cubre dicha necesidad, se solucionan los problemas planteados en la técnica anterior, y se aportan otras ventajas adicionales, tales como un mayor rendimiento en la transmisión de potencia, como se verá en lo sucesivo.
Descripción
Se describe, a continuación, un convertidor de par para la transmisión de potencia entre un eje de accionamiento y un eje accionado dispuestos para girar respecto a una bancada.
El presente convertidor de par comprende por lo menos un grupo de engranajes satélites. Cada grupo de engranajes satélites comprende una pluralidad de engranajes satélites, cada uno de los cuales presenta una masa excéntrica. Por lo tanto, el centro de masas de un engranaje satélite no coincide con el centro geométrico del engranaje satélite. En un ejemplo no limitativo, cada grupo de engranajes satélites comprende cuatro engranajes satélites. Sin embargo, éste puede comprender un número distinto de engranajes satélites en función de los requerimientos. Las fuerzas inerciales generadas por la excentricidad de la masa de los engranajes satélites permiten transmitir adecuadamente el par al eje accionado.
El convertidor de par que se describe comprende también por lo menos un engranaje planetario que engrana con los engranajes satélites y por lo menos un elemento porta-satélite que es solidario del eje de accionamiento y que soporta de manera giratoria dicho grupo de engranajes satélites. En esta descripción, la referencia a un elemento solidario incluye la unión directa de dicho elemento a otro elemento, la formación de dicho elemento a otro elemento como una sola pieza, o la unión indirecta de dicho elemento a otro elemento, por ejemplo, a través de otros elementos.
El presente convertidor de par comprende también una primera rueda libre asociada al engranaje planetario y al eje accionado, y una segunda rueda libre asociada al engranaje planetario. La segunda rueda libre puede conectar el engranaje planetario y la bancada. Ambas ruedas libres están configuradas para girar libremente en un sentido y transmitir potencia en sentido contrario.
La primera rueda libre está adaptada para conectar permanentemente el engranaje planetario y el eje accionado permitiendo un régimen de funcionamiento sincronizado en el que la
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) velocidad del eje de accionamiento y la velocidad del eje accionado son ¡guales, y engranar alternativamente con la segunda rueda libre permitiendo un régimen de funcionamiento no sincronizado en el que la velocidad del eje accionado es menor que la velocidad del eje de accionamiento siendo el par del eje accionado mayor que el par del eje de accionamiento.
Opcionalmente, puede disponerse una tercera rueda libre también configurada para girar libremente en un sentido y transmitir potencia en sentido contrario. Dicha tercera rueda libre está configurada para conectar el eje de accionamiento y el eje accionado impidiendo que el eje accionado gire a mayor velocidad que el eje de accionamiento.
En algunos ejemplos, el presente convertidor de par puede incluir un primer engranaje inversor solidario de la segunda rueda libre. Dicho primer engranaje inversor engrana con un segundo engranaje inversor que, a su vez, engrana con un engranaje solidario del eje accionado. Puede disponerse un tercer engranaje inversor, coaxial con dicho segundo engranaje inversor, que engrane con un cuarto engranaje inversor. Dicho cuarto engranaje inversor engrana, a su vez, con un quinto engranaje inversor solidario del eje accionado.
También se prevé que pueda incorporarse un mecanismo para modificar la velocidad del engranaje planetario. Si se incluye, dicho mecanismo para modificar la velocidad del engranaje planetario comprende un engranaje de accionamiento solidario del eje de accionamiento y un engranaje accionado conectado al engranaje planetario a través de una cuarta rueda libre. Dicho mecanismo para modificar la velocidad del engranaje planetario incluye también un eje de cambio provisto de un primer engranaje de cambio solidario de dicho eje de cambio y que engrana con dicho engranaje de accionamiento a través de un sexto engranaje inversor y un segundo engranaje de cambio solidario del eje de cambio y que engrana con el engranaje accionado.
Se contempla también el caso en que el convertidor de par comprende un engranaje planetario adicional solidario del eje accionado que engrana con un grupo adicional de engranajes satélites. El grupo adicional de engranajes satélites engranan con una corona dentada que, a su vez, engrana con el citado segundo engranaje de cambio. Dicha corona dentada puede estar conectada, a través dicha cuarta rueda libre, a un elemento porta-satélite que es solidario del eje de accionamiento y que soporta de manera giratoria el grupo adicional de engranajes satélites.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) Se describe también un mecanismo de transmisión variable continua que comprende por lo menos un convertidor de par como el descrito anteriormente conectado al eje accionado del mismo. Dicho mecanismo de transmisión variable continua puede comprender una pluralidad de convertidores de par, por ejemplo, dos o más. En este caso, la masa excéntrica de un grupo de engranajes satélites estaría desfasada angularmente 180° respecto a la masa excéntrica de un grupo de engranajes satélites contiguo. En dicho mecanismo de transmisión variable continua pueden incorporarse medios elásticos para conectar engranajes planetarios contiguos de modo que se mantenga el citado desfase angular de la masa excéntrica de correspondientes grupos de engranajes satélites contiguos. El mecanismo de transmisión variable continua puede conectarse a un sistema de transmisión variable conectado al eje accionado.
Con un mecanismo de transmisión como el descrito, que incluye el citado convertidor de par basado en un sistema ¡nercial y ruedas libres que transmiten par en un sentido, es posible regular automáticamente y de manera efectiva la relación de transmisión entre un eje de accionamiento y un eje accionado en función de la velocidad y el par aplicados a ellos, de modo que sus velocidades se sincronizan de manera automática sin el uso de un embrague. Al tratarse de un sistema mecánico, se evitan pérdidas asociadas al movimiento de un fluido, como ocurre con los convertidores hidrodinámicos conocidos. Con el mecanismo de transmisión descrito, se mejora el rendimiento, se reducen las dimensiones, y también los costes. Además, en el presente convertidor de par, una sobrecarga no frenará el eje de accionamiento, aumentando el rendimiento y la durabilidad del motor. El presente convertidor de par puede aplicarse en infinidad de escenarios, por ejemplo, para modificar la respuesta de motores eléctricos de inducción y, en general, en escenarios donde los convertidores hidrodinámicos no son aplicables debido a las dimensiones o el coste.
Otras ventajas y características de realizaciones del presente mecanismo de transmisión se pondrán de manifiesto para el experto en la materia a partir de la siguiente descripción de ejemplos, o podrán derivarse al poner en práctica la descripción.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describirán unos ejemplos particulares no limitativos del presente mecanismo de transmisión, con referencia a los dibujos adjuntos.
En los dibujos:
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) La figura 1 es una vista esquemática en perspectiva de un primer ejemplo del presente convertidor de par en una configuración básica;
La figura 2 es una vista en alzado en sección del primer ejemplo del convertidor de par de la figura 1 ;
La figura 3 es una vista esquemática en perspectiva de despiece de un segundo ejemplo del presente convertidor de par, en una configuración en que se incluye un mecanismo inversor;
La figura 4 es una vista frontal del segundo ejemplo del presente convertidor de par de la figura 3;
La figura 5 es una vista en alzado en sección del segundo ejemplo del convertidor de par de las figuras 3 y 4;
La figura 6 es una vista esquemática en perspectiva de despiece de un tercer ejemplo del presente convertidor de par en una configuración en que se dispone un mecanismo inversor;
La figura 7 es una vista en alzado en sección del tercer ejemplo del convertidor de par de la figura 6;
La figura 8 es una vista esquemática en perspectiva de despiece de un cuarto ejemplo del presente convertidor de par en una configuración en que se disponen engranajes de cambio para vahar la relación de cambio;
La figura 9 es una vista en alzado en sección del cuarto ejemplo del convertidor de par de la figura 8;
La figura 10 es una vista esquemática en perspectiva de despiece de un quinto ejemplo del presente convertidor de par en una configuración en que se utiliza un segundo grupo de engranajes satélites;
La figura 11 es una vista en alzado en sección del quinto ejemplo del convertidor de par de la figura 10;
La figura 12 es una vista esquemática en perspectiva de despiece de un sexto ejemplo del presente convertidor de par en una configuración en que se utilizan dos grupos de engranajes satélites contiguos;
La figura 13 es una vista en alzado en sección del sexto ejemplo del convertidor de par de la figura 12;
La figura 14 es una vista esquemática en perspectiva de despiece de un mecanismo de transmisión que comprende tres convertidores de par conectados entre sí, de acuerdo con el segundo ejemplo de la figura 3;
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) La figura 15 es una vista esquemática en perspectiva de un divisor de potencia destinado a conectarse al convertidor de par de las figuras 1 y 2;
La figura 16 es una vista esquemática en perspectiva de despiece de un ejemplo de un convertidor de par conectado a un mecanismo de transmisión continuamente variable de polea y cadena;
La figura 17 es una vista esquemática en perspectiva de despiece de una vanante del tercer ejemplo del convertidor de par representado en la figura 6 donde los engranajes inversores se han sustituido por un mecanismo de transmisión continuamente variable de polea y cadena como el del ejemplo ¡lustrado en la figura 16;
La figura 18 es una vista frontal de un séptimo ejemplo del presente convertidor de par;
La figura 19 es una vista en alzado en sección del séptimo ejemplo del convertidor de par; La figura 20 es una gráfica que muestra la respuesta del eje accionado a la aplicación de una curva de par/velocidad angular al eje de accionamiento en el convertidor de par;
Las figuras 21a, 21 b y 21c muestran esquemáticamente parámetros relacionados con la mecánica del presente convertidor de par que permiten apreciar la influencia de la excentricidad del centro de masas de los engranajes satélites;
La figura 22 ¡lustra esquemáticamente regiones de funcionamiento en rotación del convertidor de par para un régimen no sincronizado en que la velocidad del eje accionado no es nula;
La figura 23 es una gráfica que muestra el par de entrada y el par de salida frente a la excentricidad del centro de masas del engranaje satélite; y
La figura 24 es una gráfica que muestra el par de entrada y el par de salida y frente al tiempo del ciclo de funcionamiento en rotación del convertidor de par.
Descripción detallada de ejemplos
Los ejemplos no limitativos que se describen a continuación y se ¡lustran en las figuras de los dibujos corresponden a mecanismos mecánicos para la transmisión de potencia de una fuente de movimiento angular que proviene de un eje de accionamiento 1 a un eje accionado 6 que trabajan a una velocidad y a un par diferentes. El eje de accionamiento 1 y el eje accionado están dispuestos para girar respecto a una bancada 20, por ejemplo, de un motor de un vehículo.
En los ejemplos que se describen de acuerdo con las figuras, los mecanismos de transmisión comprenden un convertidor de par de tipo inercial, designado en conjunto por la referencia 100 en las figuras.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) De manera general para los ejemplos descritos, el eje de accionamiento 1 es solidario de un elemento porta-satélite 15 que soporta de manera giratoria un grupo de engranajes satélites 2, tal como cuatro en el ejemplo de las figuras que se incluyen en los dibujos.
Cada engranaje satélite 2 incorpora una masa excéntrica 16 de manera que, como se ¡lustra en la figura 4, el centro de masas 16a de cada engranaje satélite 2 no coincide con el centro del mismo, sino que está desplazado un ángulo de excentricidad a representado en la figura 4 de los dibujos. Cuando el convertidor de par 100 trabaja de acuerdo con un régimen de funcionamiento sincronizado en el que la velocidad angular del eje de accionamiento 1 es igual que la velocidad angular del eje accionado 6, el ángulo de excentricidad a definido entre el eje de accionamiento 1 y el centro de masas 16a del engranaje satélite 2 tiene un valor constante comprendido entre 0o y 180°. Cuando el convertidor de par 100 trabaja de acuerdo con un régimen de funcionamiento no sincronizado en el que la velocidad angular del eje de accionamiento 1 y la del eje accionado 6 no son ¡guales, dicho ángulo de excentricidad a varía entre 0o y 360°.
Los engranajes satélites 2 engranan con un engranaje planetario 3. El engranaje planetario 3 está conectado al eje accionado 6 mediante una primera rueda libre RO. Se dispone también una segunda rueda libre RS que gira en sentido contrario a la primera rueda libre RO y que conecta el engranaje planetario 3 a una bancada 20. La primera rueda libre RO y la segunda rueda libre RS están configuradas para girar libremente en un sentido y transmitir potencia en sentido contrario. La primera rueda libre RO está adaptada para conectar permanentemente el engranaje planetario 3 y el eje accionado 6 permitiendo un régimen de funcionamiento sincronizado en el que la velocidad del eje de accionamiento 1 y la velocidad del eje accionado 6 son ¡guales, y engranar alternativamente con la segunda rueda libre RS permitiendo un régimen de funcionamiento no sincronizado en el que la velocidad del eje accionado 6 es menor que la velocidad del eje de accionamiento 1 y el par del eje accionado 6 es mayor que el par del eje de accionamiento 1.
En las figuras 1 y 2 se muestra un primer ejemplo particular del presente convertidor de par 100 en una configuración básica que comprende un grupo de cuatro engranajes satélites 2, cada uno con una masa excéntrica 16, soportados de manera giratoria por un elemento porta- satélite 15 que es solidario del eje de accionamiento 1. Los engranajes satélites 2 engranan con un engranaje planetario 3 conectado al eje accionado 6 a través de la primera rueda libre RO y conectado a la bancada 20 a través de la segunda rueda libre RS. Tal como se ha
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) indicado anteriormente, las ruedas libres RO, RS pueden girar libremente en un sentido, mientras que, en sentido contrario, dichas ruedas libres RO, RS transmiten par. La primera rueda libre RO permite conectar permanentemente el engranaje planetario 3 y el eje accionado 6 permitiendo un régimen de funcionamiento sincronizado en el que la velocidad del eje de accionamiento 1 y la velocidad del eje accionado 6 son ¡guales, y engranar alternativamente con la segunda rueda libre RS permitiendo un régimen de funcionamiento no sincronizado en el que la velocidad del eje accionado 6 es menor que la velocidad del eje de accionamiento 1 , siendo el par del eje accionado 6 mayor que el par del eje de accionamiento 1.
Se hace referencia ahora a las figuras 21a-21c a 24. De acuerdo con la figura 21a, la aceleración del centro de masas 16a se descompone en una parte debida al movimiento del eje de accionamiento 1 y una parte debida a la rotación del engranaje satélite 2. En particular, la velocidad angular 02 del engranaje satélite 2 puede determinarse como:
02 = cor (1+R/r) - ayRIr, en el que: coi es la velocidad angular del eje de accionamiento 1 ;
C 3 es la velocidad angular del engranaje planetario 3;
R es el radio del engranaje planetario 3; y res el radio del engranaje satélite 2.
En el funcionamiento sincronizado, cuando la velocidad angular del eje de accionamiento 1 y del eje accionado 6 son ¡guales, la primera rueda libre RO está conectada, es decir, transmite par. El ángulo a tiene un valor constante entre 0 y 180°. En este caso la velocidad angular 02 del engranaje satélite 2 es igual que la velocidad angular 01 del eje de accionamiento 1.
Analizando las fuerzas inerciales que actúan sobre el engranaje satélite 2, con un equilibrio de momento angular respecto a su eje, se tiene que:
FD T= m-(R+r)-co2i5-e-sin a en el que:
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) FD es la fuerza que transmite el engranaje satélite 2 al engranaje planetario 3; e es la excentricidad del centro de masas 16a del engranaje satélite 2; a es el ángulo de excentricidad entre el eje de accionamiento 1 y el centro de masas 16a del engranaje satélite 2;
R es el radio del engranaje planetario 3; res el radio del engranaje satélite 2; y cois es la velocidad angular del elemento porta-satélites 15, que corresponde a la velocidad angular del eje de accionamiento 1.
Por lo tanto, el par MD que transmite el engranaje satélite 2 al engranaje planetario 3 para una velocidad angular de accionamiento 15 del elemento porta-satélites 15 determinada es:
MD = K/r (R+r) 2i5 e sin a.
Se aprecia, por lo tanto, que la excentricidad e de los engranajes satélites 2 es clave para poder transmitir el par al eje accionado 6.
En el funcionamiento no sincronizado, cuando la velocidad angular 01 del eje de accionamiento 1 , que corresponde a la velocidad angular 015 del elemento porta-satélites 15, es mayor que la velocidad angular 03 del eje de eje accionado 6, el ángulo a varía de acuerdo con la expresión: da/dt = (015 - 03) R/r. Si, en dicho funcionamiento no sincronizado, la velocidad angular 03 y la velocidad lineal del punto de contacto entre el engranaje planetario 3 y el engranaje satélite 2 son ¡guales, cuando el ángulo a es menor de 180°, el par MD = FD R se transmite al eje accionado 6 a partir de la primera rueda libre RO. Si el ángulo a es mayor de 180°, el signo de la fuerza FD varía y la segunda rueda libre RS se conecta, es decir, transmite par al eje accionado 6.
Se hace referencia ahora a las gráficas de las figuras 23 y 24 que muestran, en línea continua, el par de entrada y, en línea discontinua, el par de salida cuando la velocidad del eje accionado 6 es la mitad de la velocidad del eje de accionamiento 1. En la figura 23, el eje de abscisas corresponde al valor del ángulo a en radianes y en la figura 24 corresponde el tiempo del ciclo, siendo T el tiempo total del ciclo.
En el funcionamiento no sincronizado, si la velocidad angular 03 del engranaje planetario 3 no es nula, se determinan cuatro regiones de funcionamiento en rotación según los puntos A, B, D, E representados en la figura 22. Dos regiones de funcionamiento corresponden al caso en
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) que ni la primera rueda libre RO ni la segunda rueda libre RS están conectadas, lo cual ocurre cuando el centro de masas 16a se encuentra en la región de funcionamiento del punto A a B y en la región de funcionamiento del punto D a E, otra región de funcionamiento del punto B a D, cuando la primera rueda libre RO está conectada, es decir, transmite par, y otra región de funcionamiento del punto E a A cuando la segunda rueda libre RS está conectada, es decir, transmite par.
Partiendo de la posición de acuerdo con el punto A, la segunda rueda libre RS está conectada, es decir, transmite par, de manera que, en la configuración de la figura 1 , la velocidad angular en el punto D es 0 y, en la configuración de la figura 3 o 6, la velocidad angular en el punto D es igual a la velocidad angular del engranaje 4. Entre el punto A y el punto B, la fuerza ¡nercial provoca un aumento de la velocidad del punto D y, por lo tanto, un aumento de la velocidad angular os del engranaje planetario 3. Cuando la velocidad angular 03 del engranaje planetario 3 es igual a la velocidad angular del eje accionado 6 (punto B), la primera rueda libre RO se conecta de modo que transmite par de acuerdo con la expresión indicada anteriormente MD = Rlr-(R+i)-a2i5-e sin a. Cuando el centro de masas 16a sobrepasa el punto D, la fuerza ¡nercial tiende a reducir la velocidad del punto D, la primera rueda libre RO se desconecta, es decir, gira libremente, y el convertidor de par 100 reduce su velocidad hasta que la velocidad del punto D es cero o igual a la velocidad del engranaje 4, tal como se ha indicado anteriormente (punto E). Entre el punto E y el punto A, la segunda rueda libre RS se conecta transmitiendo par. Tal como puede apreciarse en la figura 24, el tiempo en la región de funcionamiento del punto B al punto D es mayor que el tiempo en las otras regiones de funcionamiento. Este tiempo, durante el cual la primera rueda libre RO está conectada, aumenta a medida que la velocidad del eje accionado 6 tiende a la velocidad del eje de accionamiento 1. Cuando la diferencia de velocidades tiende a cero, el tiempo en esta región tiende a infinito y el convertidor de par 100 funciona en un régimen sincronizado.
Volviendo al primer ejemplo del presente convertidor de par 100 de las figuras 1 y 2, se incluye también una tercera rueda libre RB, igualmente configurada para girar libremente en un sentido y transmitir potencia en sentido contrario. La tercera rueda libre RB permite conectar el eje de accionamiento 1 y el eje accionado 6 impidiendo que el eje accionado 6 gire a mayor velocidad que el eje de accionamiento 1 . Se puede hacer uso, en este caso, del freno motor.
En las figuras 3-5 se muestra un segundo ejemplo del presente convertidor de par 100 en una configuración en que se incluye un mecanismo inversor 4-5. Este segundo ejemplo del presente convertidor de par 100 presenta una configuración equivalente a la configuración del
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) primer ejemplo del presente convertidor de par 100 de las figuras 1 y 2 con la adición de dicho mecanismo inversor 4-5 constituido por un primer engranaje inversor 4, que es solidario de la segunda rueda libre RS y un segundo engranaje inversor 5 que engrana con el primer engranaje inversor 4. El segundo engranaje inversor 5, a su vez, engrana con un engranaje 6a que es solidario del eje accionado 6.
Pueden conectarse entre sí diversos convertidores de par 100, por ejemplo, tres convertidores de par 100 de acuerdo con el segundo ejemplo, tal como se ha ¡lustrado en la figura 14. En este caso, el eje de accionamiento 1 lleva montados solidarios unos engranajes de accionamiento 45, 45’, 45” que engranan con correspondientes elementos porta-satélites 15, 15', 15". Cada elemento porta-satélites 15, 15', 15" mueve un grupo de cuatro engranajes satélites 2, 2’, 2” con una masa excéntrica 16, 16’, 16” correspondiente. Los engranajes satélites 2, 2’, 2” tienen sus masas 16, 16’, 16” desfasadas un ángulo medio de 360°/N siendo N el número de convertidores de par 100, en este ejemplo, tres, tal como se ha indicado anteriormente. Este desfase se mantiene a través de una serie de muelles de torsión, no mostrados, que conectan el engranaje planetario 3 con el engranaje planetario 3’, y el engranaje planetario 3’ con el engranaje planetario 3”.
Los engranajes satélites 2, 2’, 2” engranan con un engranaje planetario 3, 3’, 3” correspondiente. Cada engranaje planetario 3, 3’, 3” correspondiente está conectado al eje accionado 6 a través de correspondientes primeras ruedas libres, no mostradas. Se disponen también segundas ruedas libres correspondientes, no mostradas, que giran en sentido contrario a las citadas primeras ruedas libres, que conectan cada engranaje planetario 3, 3’, 3” a correspondientes engranajes inversores 4, 4’, 4”, que engranan con correspondientes engranajes inversores 46, 46’, 46” solidarios de un eje inversor 26, tal como se muestra en dicha figura 14. En funcionamiento, los engranajes inversores 4, 4’, 4” hacen girar el eje accionado 6 a una velocidad proporcional a la del eje inversor 26 por medio del inversor 7-10 formado por los engranajes 7, 8 y 10, equivalente al mecanismo inversor 7-10 del tercer ejemplo que se describe a continuación de acuerdo con las figuras 6 y 7.
En dichas figuras 6 y 7 se muestra un tercer ejemplo del presente convertidor de par 100 en una configuración que incluye, además, otro mecanismo inversor 4-5, equivalente al mecanismo inversor 4-5 del segundo ejemplo de las figuras 3-5 de los dibujos. Este tercer ejemplo del presente convertidor de par 100 presenta una configuración equivalente a la configuración del primer ejemplo del presente convertidor de par 100 con la adición de todavía otro mecanismo inversor 7-10 que comprende un tercer engranaje inversor 7 montado
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) solidario del mismo eje 23 donde va montado el segundo engranaje inversor 5, tal como se muestra en la figura 6. El tercer engranaje inversor 7 engrana con un cuarto engranaje inversor 8 que, a su vez, engrana con un quinto engranaje inversor 10 montado solidario del eje accionado 6. Este inversor es equivalente al inversor del ejemplo representado en la figura 14.
En las figuras 8 y 9 se muestra un cuarto ejemplo del presente convertidor de par 100. Este cuarto ejemplo del presente convertidor de par 100 presenta una configuración equivalente a la configuración del primer ejemplo del presente convertidor de par 100 con la adición de un mecanismo 24 destinado a obtener una relación de cambio para obtener una velocidad determinada del engranaje planetario 3. En particular, dicho mecanismo 24 comprende un engranaje de accionamiento 9 solidario del eje de accionamiento 1 y un engranaje accionado 13 conectado al engranaje planetario 3 a través de una cuarta rueda libre RS’, tal como se muestra en la figura 9. El mecanismo 24 comprende también un eje de cambio 17 en el cual va montado solidario del mismo un engranaje de cambio 11 , que engrana con el citado engranaje de accionamiento 9 a través de un engranaje inversor 22. En el eje de cambio 17 va montado, también solidario del mismo, un engranaje de cambio 12 que engrana con el engranaje accionado 13 mencionado anteriormente. Esta configuración permite obtener una relación de velocidades adecuada entre el eje de accionamiento 1 y el engranaje accionado 13. En este caso, la segunda rueda libre RS transmite el movimiento al eje accionado 6 si la relación de velocidades entre el eje de accionamiento 1 y el eje accionado 6 es pequeña. A partir de un determinado valor de dicha relación de velocidades entre el eje de accionamiento 1 y el eje accionado 6, el movimiento se transmite al eje accionado 6 a través de la cuarta rueda libre RS’.
En las figuras 10 y 11 se muestra un quinto ejemplo del presente convertidor de par 100 en una configuración en que se utiliza un segundo grupo de engranajes satélites 21. Este quinto ejemplo del presente convertidor de par 100 es una vahante del cuarto ejemplo anterior representado en las figuras 8 y 9. En este caso, se dispone un engranaje planetario adicional 19 que es solidario del eje accionado 6. El engranaje planetario adicional 19 engrana con dicho segundo grupo de engranajes satélites 21 los cuales, a su vez, engranan con una corona dentada 14. La corona dentada 14 presenta un dentado en su periferia exterior que engrana con el segundo engranaje de cambio 12 mencionado anteriormente para el ejemplo anterior de las figuras 8 y 9, solidario del eje de cambio 17. La corona dentada 14 está conectada, a través de la cuarta rueda libre RS’ mencionada anteriormente, a otro elemento porta-satélite 18 solidario del eje de accionamiento 1. Este otro elemento porta-satélite 18 soporta de
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) manera giratoria el citado segundo grupo de engranajes satélites 21. Los engranajes satélites 21 engranan con dientes interiores de la corona dentada 14.
En un sexto ejemplo del presente convertidor de par 100 que se muestra en las figuras 12 y 13 de los dibujos, se utilizan dos grupos de engranajes satélites 2, 2’ dispuestos contiguos entre sí y solidarios del elemento porta-satélite 15. En este ejemplo, la masa excéntrica 16 de un grupo de engranajes satélites 2 está desfasada angularmente 180° respecto a la masa excéntrica 16’ de un grupo de engranajes satélites 2’ contiguo. Los engranajes satélites 2, 2’ engranan con correspondientes engranajes planetarios 3, 3’. El engranaje planetario 3 está conectado al eje accionado 6 a través de la primera rueda libre RO, tal como se muestra en la figura 13, y el engranaje planetario 3’ está conectado, a través de una quinta rueda libre RO’, a un engranaje 5a que engrana con el engranaje inversor 5 montado solidario de un eje inversor 25, tal como se muestra en las figuras 12 y 13. En este sexto ejemplo, en el eje inversor 25 va también montado solidario del mismo un engranaje inversor adicional 5’, que engrana con un engranaje inversor 5a’ correspondiente. En dicho eje inversor 25 va montado también, solidario del mismo, el tercer engranaje inversor 7 que engrana con el cuarto engranaje inversor 8 que, a su vez, engrana con el engranaje inversor 10.
En la figura 15 se muestra una vista en perspectiva de un divisor de potencia 27. El divisor de potencia 27 está configurado para conectarse al convertidor de par 100 de cualquier ejemplo de las figuras 1-14 y 16-19 descritas anteriormente. La entrada de potencia al divisor de potencia 27 se realiza por el eje de accionamiento 28, que es solidario de un elemento porta- satélite 29. El elemento porta-satélite 29 soporta de manera giratoria un grupo de engranajes satélites 29a. Los engranajes satélites 29a, a su vez, engranan con una corona 29c y con un engranaje planetario 29b. La corona 29c puede conectarse al eje de accionamiento 1 y el engranaje planetario 29b puede conectarse al eje accionado 6.
En las figuras 16 y 17 se muestran ejemplos de un convertidor de par 100 conectado a un mecanismo de transmisión continuamente variable (CVT) 31 de polea y cadena. La figura 17 muestra una vista en perspectiva de una vahante del tercer ejemplo del convertidor de par 100 ¡lustrado en las figuras 6 y 7 de los dibujos en la que los engranajes inversores se han sustituido por un CVT 31 de polea y cadena como el ¡lustrado en la figura 16.
En el ejemplo particular de la figura 16, el CVT 31 comprende una primera polea 32 que está montada solidaria de un eje 33 montado giratorio respecto a la bancada 20, y una segunda polea 34 solidaria del eje accionado 6 y, por lo tanto, del engranaje 6a, tal como se muestra
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) en la figura 16. Una cadena de transmisión 35 de longitud constante montada alrededor de la primera polea 32 y la segunda polea 34 permite transmitir el movimiento de giro de una polea a otra y, por lo tanto, al eje accionado 6.
En el ejemplo de la figura 17, el CVT 31 comprende una primera polea 32 solidaria del eje inversor 23 donde va montado el engranaje inversor 5 tal como se ha descrito anteriormente para el tercer ejemplo del convertidor de par 100 ¡lustrado en las figuras 6 y 7 de los dibujos. El eje inversor 23 está montado giratorio respecto a la bancada 20. En dicho ejemplo de la figura 17, el CVT 31 comprende también una segunda polea 34 solidaria del eje accionado 6 asociado al engranaje inversor 4. Se dispone también, en este caso, una cadena de transmisión 35 de longitud constante montada alrededor de la primera polea 32 y la segunda polea 34 para transmitir el movimiento de giro de una polea a otra y, por lo tanto, al eje accionado 6.
En ambos ejemplos de las figuras 16 y 17, el diámetro efectivo de la primera polea 32 y la segunda polea 34 varía progresivamente, de manera que, mientras uno aumenta, el otro disminuye, y viceversa. De este modo, se obtiene un CVT 31 con relaciones de transmisión que pueden variar progresivamente dentro de una determinada gama de relaciones posibles. De este modo, el mecanismo permite que un vehículo tenga el motor trabajando en un régimen de revoluciones óptimo a pesar de los cambios de velocidad y par requeridos en las ruedas motrices durante el funcionamiento.
Las figuras 18 y 19 muestran todavía un séptimo ejemplo del convertidor de par 100 con dos grupos de engranajes satélites 2 y 2’ conectados a través de respectivos elementos porta- satélites 15 y 15’ que incluyen correspondientes engranajes planetarios 3. Tal como se muestra en la figura 19, el eje de accionamiento 1 mueve un engranaje planetario 42 que engrana con unos engranajes satélites 40 que, a su vez, engranan con una corona 41 fija a la bancada 20. Se dispone también otro conjunto de engranajes satélites 42 que conectan con un engranaje planetario 43 que mueve el elemento porta-satélites 15. Los engranajes satélites 42 engranan también con una corona 44 que puede accionarse para vahar el ángulo entre los elementos porta-satélite 15 y 15’ y, en consecuencia, modificar la disposición angular de las masas excéntricas 16, 16’ de los engranajes satélites 2 y 2’. El resto de la configuración del convertidor de par 100 presenta la misma configuración mostrada en el ejemplo de las figuras 3 y 5.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) La gráfica de la figura 20 representa la respuesta de par T respecto a la velocidad angular w. Al aplicar al eje de accionamiento 1 un par T a una velocidad angular w según una curva A, tal como se muestra en la gráfica de la figura 20, en las configuraciones del convertidor de par 100 de los ejemplos descritos, la respuesta del eje accionado 6 es la ¡lustrada de acuerdo con la curva B, tal como se muestra en dicha gráfica de la figura 20. El convertidor de par 100 descrito es capaz de funcionar en dos regímenes de funcionamiento claramente diferenciados. El convertidor de par 100 puede funcionar en un régimen de funcionamiento sincronizado, de acuerdo con la zona S de la derecha de la gráfica de la figura 20, en que la velocidad del eje de accionamiento 1 es igual la velocidad del eje accionado 6 y la rueda libre RO conecta permanentemente el engranaje planetario 3 con el eje accionado 6. El convertidor de par 100 puede funcionar también en un régimen de funcionamiento no sincronizado, de acuerdo con la zona DS de la izquierda de la gráfica de la figura 20. En este caso, la primera rueda libre RO y la segunda rueda libre RS engranan alternativamente, y la velocidad del eje accionado 6 es menor que la velocidad del eje de accionamiento 1 siendo el par del eje accionado 6 mayor que el del eje de accionamiento 1 , trabajando así como reductor.
Los inventores han diseñado un prototipo correspondiente al segundo ejemplo de la figura 3 donde se ha conectado un motor eléctrico de una potencia nominal de 0,09 KW y una velocidad nominal de 1350 rpm con el que ha comprobado que hay una notable mejora en el rendimiento, una reducción de las dimensiones y de los costes.
A pesar de que se han descrito aquí sólo algunos ejemplos particulares de la descripción, el experto en la materia comprenderá que son posibles otras realizaciones alternativas y/o usos, así como modificaciones obvias y elementos equivalentes. Por ejemplo, el elemento porta- satélite 15 puede soportar un número diferente de engranajes satélites 2. Por otra parte, aunque se han mostrado mecanismos de transmisión continuamente variable de polea y cadena, cualquier mecanismo de transmisión variable, continua o no, puede conectarse al eje accionado 6.
La presente descripción, por lo tanto, abarca todas las posibles combinaciones de las realizaciones concretas que se han descrito. Los signos numéricos relativos a los dibujos y colocados entre paréntesis en una reivindicación son solamente para intentar aumentar la comprensión de la reivindicación, y no deben ser interpretados como limitantes del alcance de la protección de la reivindicación. El alcance de esta descripción no debe limitarse a realizaciones concretas, sino que debe ser determinado únicamente por una lectura apropiada de las reivindicaciones adjuntas.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)

Claims

REIVINDICACIONES
1. Convertidor de par (100) para la transmisión de potencia entre un eje de accionamiento (1) y un eje accionado (6) dispuestos para girar respecto a una bancada (20), comprendiendo el convertidor de par (100):
- por lo menos un grupo de engranajes satélites (2), presentando cada engranaje satélite (2) una masa excéntrica (16);
- por lo menos un elemento porta-satélite (15) solidario del eje de accionamiento (1) que soporta de manera giratoria dicho grupo de engranajes satélites (2);
- por lo menos un engranaje planetario (3) que engrana con dichos engranajes del grupo de engranajes satélites (2);
- una primera rueda libre (RO) asociada al engranaje planetario (3) y al eje accionado (6); y
- una segunda rueda libre (RS) asociada al engranaje planetario (3) estando configuradas las ruedas libres (RO, RS) para girar libremente en un sentido y transmitir potencia en sentido contrario, estando adaptada la primera rueda libre (RO) para:
- conectar permanentemente el engranaje planetario (3) y el eje accionado (6) permitiendo un régimen de funcionamiento sincronizado en el que la velocidad del eje de accionamiento (1) y la velocidad del eje accionado (6) son ¡guales, y
- engranar alternativamente con la segunda rueda libre (RS) permitiendo un régimen de funcionamiento no sincronizado en el que la velocidad del eje accionado (6) es menor que la velocidad del eje de accionamiento (1) siendo el par del eje accionado (6) mayor que el par del eje de accionamiento (1).
2. Convertidor de par (100) de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado por el hecho de que incluye una tercera rueda libre (RB) configurada para girar libremente en un sentido y transmitir potencia en sentido contrario, y para conectar el eje de accionamiento (1) y el eje accionado (6) impidiendo que el eje accionado (6) gire a mayor velocidad que el eje de accionamiento (1).
3. Convertidor de par (100) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que la segunda rueda libre (RS) conecta el engranaje planetario (3) y la bancada (20).
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)
4. Convertidor de par (100) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que incluye un primer engranaje inversor (4) solidario de la segunda rueda libre (RS) el cual engrana con un segundo engranaje inversor (5) que, a su vez, engrana con un engranaje (6a) solidario del eje accionado (6).
5. Convertidor de par (100) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que comprende un tercer engranaje inversor (7) coaxial con el segundo engranaje inversor (5) el cual engrana con un cuarto engranaje inversor (8) que, a su vez, engrana con un quinto engranaje inversor (10) solidario del eje accionado (6).
6. Convertidor de par (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que incluye un mecanismo para modificar la velocidad del engranaje planetario (3) que comprende un engranaje de accionamiento (9) solidario del eje de accionamiento (1) y un engranaje accionado (13) conectado al engranaje planetario (3) a través de una cuarta rueda libre (RS’), disponiéndose un eje de cambio (17) provisto de un primer engranaje de cambio (11) solidario de dicho eje de cambio (17) y que engrana con el engranaje de accionamiento (9) a través de un sexto engranaje inversor (22) y un segundo engranaje de cambio (12) solidario del eje de cambio (17) y que engrana con el engranaje accionado (13).
7. Convertidor de par (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que cada grupo de engranajes satélites comprende cuatro engranajes satélites (2).
8. Convertidor de par (100) de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, caracterizado por el hecho de que comprende un engranaje planetario adicional (19) solidario del eje accionado (6) que engrana con un grupo adicional de engranajes satélites (21) los cuales, a su vez, engranan con una corona dentada (14) que, a su vez, engrana con el segundo engranaje de cambio (12).
9. Convertidor de par (100) de acuerdo la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que la corona dentada (14) está conectada, a través de la cuarta rueda libre (RS’), a un elemento porta-satélite (18) solidario del eje de accionamiento (1) que soporta de manera giratoria el grupo adicional de engranajes satélites (21).
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)
10. Mecanismo de transmisión variable continua que comprende por lo menos un convertidor de par (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores conectado al eje accionado (6) del mismo.
11. Mecanismo de acuerdo la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que comprende por lo menos dos convertidores de par (100) en el que la masa excéntrica (16) de un grupo de engranajes satélites (2) está desfasada angularmente 180° respecto a la masa excéntrica (16) de un grupo de engranajes satélites (2’) contiguo.
12. Mecanismo de acuerdo la reivindicación 11 , caracterizado por el hecho de que comprende medios elásticos que conectan engranajes planetarios contiguos (3, 3’) para mantener el desfase angular de la masa excéntrica (16) de correspondientes grupos de engranajes satélites contiguos (2, 2’).
13. Mecanismo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10-12, caracterizado por el hecho de que incluye un sistema de transmisión variable (30) conectado al eje accionado (6).
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)
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