ES2289501T3 - Sistemas de transmision diferencial de cuatro ramas. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de transmisión diferencial de cuatro ramas, que comprende un primer árbol (10) y un segundo árbol (12), los cuales constituyen los árboles de entrada y salida, un tercer árbol (42) conectado a un primer variador (44, 46) configurado para incrementar su velocidad, y un cuarto árbol (48) conectado a un segundo variador (50, 52) configurado para incrementar su velocidad, en donde los cuatro árboles (10, 12, 42, 48) están conectados conjuntamente mediante un tren de engranajes epicicloidales compuestos, incluyendo una pluralidad de trenes de engranajes dentados, en el que el tren de engranajes epicicloidales compuestos comprende un primer y segundo trenes de engranajes epicicloidales, en el que el primer tren de engranajes epicicloidales comprende una primera rueda solar (40) y una segunda rueda solar (28) engranadas con un conjunto respectivo de la primera y segunda ruedas planetarias (21; 28), en el cada primera rueda planetaria (21) está conectada para girar con una respectiva segunda rueda planetaria (26) alrededor del respectivo árbol (24) planetario común, estando conectados los árboles planetarios (24) a un soporte planetario común (22), en donde el primer tren de engranajes epicicloidales es de tipo positivo, por lo que la rotación de la primera rueda solar (40) en una dirección da lugar a la rotación de la segunda rueda solar (28) en la misma dirección, en el que el segundo tren de engranajes epicicloidales comprende la primera rueda solar (40) y una tercera rueda solar (38), estando la tercera rueda solar engranada con un conjunto de las terceras ruedas planetarias (39), en donde cada una está conectada para girar con una respectiva primera y segunda rueda planetaria alrededor de un respectivo árbol planetario (24), en donde la primera y tercera ruedas planetarias (21; 39) o la primera y segunda ruedas planetarias (21; 26) de cada tren de engranajes conectados de las ruedas planetarias son de distinto diámetro, y estando en conexión conjunta, para constituiruna rueda planetaria compuesta por etapas, caracterizado porque el segundo tren de engranajes epicicloides (40, 38, 39) es del tipo de desplazamiento negativo, por lo que la rotación de la primera rueda solar (40) en una dirección da lugar a la rotación de la tercera rueda solar (38) en la dirección opuesta, en donde los variadores comprenden motores/generadores eléctricos (44, 46; 50, 52) configurados para incrementar y reducir la velocidad de los árboles respectivos a los cuales están conectados, y porque las conexiones del estator de los dos motores/generadores (44, 46; 50, 52) están conectadas conjuntamente por medio de uno o más controladores (51, 58), los cuales pueden ser operados selectivamente para variar la energía eléctrica transmitida entre los dos motores/generadores, y por tanto para variar la relación de transmisión del sistema de transmisión.
Description
Sistemas de transmisión diferencial de cuatro
ramas.
La presente invención está relacionada con un
sistema de transmisión de cuatro ramas ("FBD"), para su
utilización en las transmisiones denominadas como de potencia
dividida ("PST"), particularmente para su uso en vehículos.
Dichas transmisiones transmiten la potencia mecánica a través de dos
trayectos paralelos y su relación de velocidades puede variarse de
una forma continua sin saltos y controlada.
Los sistemas de transmisión diferencial de tres
ramas convencionales incluyen un tren de engranajes planetarios, en
el cual un engranaje solar está conectado a un árbol central y
posicionado concéntricamente dentro de un engranaje de anillo
dentado internamente. Se encuentran situados varios engranajes
planetarios engranados con los engranajes solares y de anillo. Los
engranajes planetarios se retienen sobre rodamientos en un soporte,
el cual está montado en forma rotativa y concéntrica sobre el árbol
central. Con esta configuración típica es posible que los
engranajes solares y de anillo puedan girar alrededor del eje
central. Los planetas están libres para poder girar sobre sus
propios ejes, y se retienen en sus posiciones relativas por los
medios de un soporte, y son capaces de poder orbitar en el eje
central. En general, dos de los engranajes solares, el engranaje de
anillo y el soporte están conectados a un eje de entrada y de
salida. Esto deja sin conectar a uno de los tres. Si esta rama
libre se hace girar por una transmisión controlada adicional, podrán
ajustarse la relación de la velocidad de entrada con respecto a la
velocidad de salida.
Este método para cambiar las relaciones de
transmisión hace que los trenes de engranajes planetarios sean
especialmente atractivos para las transmisiones de los vehículos, ya
que las transmisiones pueden construirse de forma sencilla.
Mediante el acoplamiento de dos trenes de engranajes planetarios,
puede crearse un sistema FBD, por lo que con el uso de dos
transmisiones de velocidad variable conectadas a las dos ramas que
no estén conectadas a la entrada o a la salida, la relación de
transmisión podrá ser ajustada a través de un rango de velocidades
muy alto. El documento US-5558589 muestra la
aplicación práctica de dicha transmisión que utiliza varios
sistemas para un vehículo en agricultura. Dos trenes de engranajes
planetarios se encuentran dispuestos en paralelo para formar el
FBD, por lo que el soporte de un tren de engranajes está conectado a
un engranaje de anillo del otro. Las dos transmisiones de velocidad
variable constituyen unos motores eléctricos. El ajuste de
velocidad de un motor eléctrico es suficiente para cambiar la
relación de la transmisión del FBD. Para alcanzar el rango
requerido de las velocidades de salida, no obstante, se precisan
varios regímenes de transmisión, los cuales se consiguen mediante
el acoplamiento y desacoplamiento de varios embragues.
Los documentos WO94/08156 y WO94/10483 describen
varios sistemas PST multi-régimen, los cuales
utilizan el FBD (tren de engranajes Ravigneaux). Se precisan de
nuevo para cambiar el régimen varios embragues dobles y diversos
componentes de la caja de velocidades.
El documento
GB-2363173-A muestra un sistema PST
eléctrico para vehículos automóviles, por lo que dos trenes
planetarios se colocan lado con lado. Los trenes están conectados a
través de los engranajes solares, los cuales están montados sobre
un árbol común, y en donde el soporte del primer tren de engranajes
está acoplado al engranaje de anillo del segundo. La entrada de la
transmisión procede de un volante de inercia, que está conectado al
soporte del primer tren de engranajes, y la salida es a través del
soporte del segundo tren. Esta configuración tiene un excelente
rendimiento, ya que los motores están diseñados de forma tal que un
motor pueda utilizar la energía eléctrica, la cual es generada por
el otro. En una gran medida, se pueden evitar las pérdidas de
energía eléctrica.
El tren de engranajes planetarios del conocido
sistema FBD consiste generalmente en dos denominados "trenes de
engranajes de desplazamiento negativo", situados lado con lado.
El tren de engranajes epicicloides de desplazamiento negativo es
aquel que incorpora tres elementos de engranajes y en el cual la
rotación del engranaje solar en una dirección da lugar a la
rotación del elemento del engranaje con la cual los engranajes
planetarios están engranados en la dirección opuesta, mientras que
el soporte se mantiene estacionario. En un tren de engranajes de
desplazamiento positivo, el engranaje solar y el elemento del
engranaje con el cual los engranajes planetarios están engranados
giran en la misma dirección cuando el soporte se mantiene
estacionario. Los sistemas FBD conocidos comprenden en general dos
engranajes de anillo, los cuales son costosos de fabricar,
especialmente si se precisa una alta precisión, como en el caso de
la mayor parte de estos trenes de engranajes. Además de ello, es
difícil conseguir unas relaciones Ro básicas (número de dientes en
el engranaje de anillo dividido por el número de dientes en el
engranaje solar) inferiores a -2,00 (tren de engranajes de
desplazamiento positivo), puesto que los engranajes planetarios
llegan a ser demasiado pequeños. Para muchas aplicaciones, no
obstante, es deseable un Ro bajo.
El documento
EP-1279545-A2 describe de nuevo una
aplicación del denominado tren de engranajes Ravigneaux. Este es
una combinación de un tren de engranajes de desplazamiento positivo
y negativo, por lo que el conjunto requiere solo un engranaje de
anillo. No obstante, sigue existiendo todavía el problema de no ser
capaz de conseguir relaciones Ro mayores que +2,00 e inferiores de
-2,00.
El documento EP-1281559, el cual
constituye el arte anterior más próximo, muestra todas las
características del preámbulo de la reivindicación 1
independiente.
El objeto de la invención es proporcionar un
sistema FBD que reduzca el numero de piezas costosas y que consiga
unas relaciones Ro inferiores a +/-2,00.
De acuerdo con la invención, este objeto se
resuelve por las características de caracterización de la
reivindicación 1.
El sistema FBD de acuerdo con la invención
comprende un primer árbol de entrada y un segundo árbol de salida.
Además de ello, existen un tercer y cuarto árboles que están
conectados respectivamente al primero y segundo variadores, los
cuales controlan la velocidad (o el par motor) del árbol, al cual se
encuentran conectados. Cada variador, por ejemplo, puede ser un
motor eléctrico, el cual pueda ajustar la velocidad de estos árboles
de transmisión. Los cuatro árboles (ramas) del FBD están conectados
directa o indirectamente a través de engranajes. De acuerdo con la
invención, el sistema FBD comprende una serie de trenes de
engranajes planetarios. No existe necesidad de de un engranaje de
anillo. De acuerdo con la invención, el FBD incluye dos trenes de
engranajes planetarios que utilizan varios engranajes solares y
planetarios, los cuales forman una combinación de un tren de
engranajes planetarios de desplazamiento positivo y un tren de
engranajes planetarios de desplazamiento negativo.
Cada uno de los dos trenes de engranajes
planetarios comprenden dos engranajes solares y dos conjuntos de
planetarios, por lo que una rueda solar y el conjunto de planetas es
común a los dos trenes de engranajes, y los dos trenes de
engranajes están conectados a través de un soporte planetario común,
el cual puede ser bien dos soportes conectados o una única unidad
integral.
En la realización preferida, el conjunto de las
terceras ruedas planetarias se encuentra engranado con un conjunto
de unas cuartas ruedas planetarias, montado para girar alrededor de
los respectivos árboles planetarios conectados al soporte común, en
donde cada cuarta rueda planetaria están engranada con una
respectiva tercera rueda planetaria, por lo que la tercera rueda
solar están engranada indirectamente con las terceras ruedas
planetarias, y girando en la misma dirección que las terceras ruedas
planetarias.
El FBD de acuerdo con la invención no requiere
ningún engranaje de anillo dentado internamente. Esto tiene la
ventaja de que el diámetro de la transmisión es más pequeño, de
forma que por ejemplo en una aplicación en los vehículos de
automoción, las transmisiones convencionales pueden ser reemplazadas
fácilmente. En la práctica, todos los engranajes rectos serán
dentados externamente, y una ventaja de esto es el bajo costo,
debido a poder evitar los costosos engranajes de anillo. Además de
ello, pueden alcanzarse relaciones menores de 2,00 fácilmente, sin
tener que fabricar unos engranajes planetarios demasiado pequeños,
para soportar la carga anticipada.
Cualquiera de los cuatro árboles puede estar
conectados básicamente a los árboles de entrada o salida. En una
realización preferida, el soporte planetario común está conectado a
cualquiera de los árboles de entrada o salida, lo que significa que
el soporte común puede ser también el árbol de entrada o de salida.
Si por ejemplo el soporte es de forma en copa o generalmente
cilíndrico, su perímetro exterior puede formar o soportar un
engranaje o un piñón, lo que habilitaría la toma o entrada de
potencia. La forma de copa, encerrando de forma parcial o total los
dos trenes de engranajes, es generalmente la más preferible, ya que
puede reducir la necesidad de espacio del
FBD.
FBD.
En una realización preferida adicional, el árbol
de entrada o salida está conectado en forma rígida al tercer
engranaje solar o siendo integral con el mismo. La relación coaxial
hace que sea posible la transmisión. Los variadores pueden tener
varias formas, pero se prefiere que los variadores comprendan
motores/generadores eléctricos, configurados preferiblemente en
forma coaxial.
La relación de transmisión global del FBD está
influenciada por los dos variadores que están conectados al primer
y segundo trenes de engranajes planetarios, respectivamente, para
ajustar la velocidad de salida y/o el par motor de salida.
Los variadores pueden ser de cualquier tipo, tal
como las máquinas reversibles neumáticas o hidráulicas, pero es
preferible que sean máquinas eléctricas reversibles, es decir, de
motor/generador, preferiblemente de imán permanente o del tipo de
reluctancia variable.
En una realización preferida, las conexiones del
estator de los dos motores/generadores están conectadas
conjuntamente por medio de uno o más controladores, los cuales
pueden selectivamente ser operados para variar la potencia
eléctrica transmitida entre los dos motores/generadores, y por tanto
para variar la relación de transmisión del sistema de transmisión.
Los variadores pueden estar interconectados por los medios de cables
eléctricos o bien un barra de bus, si son eléctricos, o con un
entubado neumático-hidráulico., en el caso de que
sean del tipo neumático o hidráulico, permitiendo así la
transmisión de la potencia eléctrica o del fluido entre los mismos.
Cada variador puede tener su propia unidad de control, la cual pueda
controlar el flujo de la corriente o del fluido, y por tanto el par
motor de salida y/o la velocidad de la transmisión.
Uno de los cuatro árboles (ramas) del FBD pueden
conectarse al soporte planetario común, uno al engranaje solar
común y el otro a cada uno de los engranajes solares, por lo que los
otros extremos de estos árboles estarán conectados de acuerdo con
la aplicación, y con los requisitos de la relación y rango, a
cualquiera de los ejes de entrada, eje de salida y los
variadores.
Además del primer y segundo trenes de engranajes
planetarios, el FBD puede estar conectado también a unos trenes de
engranajes adicionales, para proporcionar una reducción de velocidad
adicional o bien relaciones de incremento de la velocidad. Estos
trenes de engranajes adicionales pueden ser unos trenes de
engranajes fijos convencionales o bien unos trenes de engranajes
planetarios.
Los trenes de engranajes adicionales pueden
incluir también un FBD de acuerdo con la invención, y pueden estar
dispuestos en paralelo o en serie, y pueden tener distintas
relaciones básicas. Así pues, se pueden conseguir unos rangos de
salida muy amplios para adaptarse a cualquier aplicación.
En el FBD de acuerdo con la invención, las
dimensiones de la transmisión totales serán suficientemente pequeñas
para permitir que sean substituidas para las transmisiones
convencionales, sin que exista ningún requisito para modificar el
vehículo.
El FBD de acuerdo con la invención no es
adecuado para las transmisiones principales de todos los tipos, pero
puede aplicarse cuando sea deseable un control continuo sin saltos
de la velocidad de salida. Como tal es adecuado para el control de
los generadores, bombas y compresores, y puede servir como
transmisión auxiliar para el acoplamiento de bombas, ventiladores,
supercargadores turbo, carga de alternadores y acondicionadores de
aire. Además de ello, pueden aplicarse a todos los tipos de unidades
de transporte, tales como vehículos automóviles, tractores,
locomotoras de ferrocarriles, aviones, lanchas y barcos, motos,
vehículos militares, etc. Su aplicación se extiende también a las
plantas estacionarias, máquinas de movimiento de tierras, y a la
maquinaria agrícola.
Las características y detalles adicionales de la
invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción de
dos realizaciones a modo de ejemplo del FBD, las cuales son
particularmente adecuadas para el uso en automóviles, que se
exponen a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en
donde:
la figura 1 es una vista en sección esquemática
de una primera realización preferida con salida lateral de la
transmisión;
la figura 2 es un diagrama de la potencia
eléctrica requerida a través del rango directo en una relación de
puntos nodales de 3,00; y
la figura 3 es una vista en sección esquemática
de una segunda realización preferida con una salida concéntrica.
El FBD mostrado en la figura 1 tiene un árbol de
entrada (primera rama) 10 y un árbol de salida (segunda rama) 12,
constituido por un soporte 22 planetario común. Es posible
básicamente intercambiar la entrada y la salida y dando esto lugar
a la misma relación del punto nodal, (lo cual se describirá más
adelante), pero con distintas relaciones de velocidad de las ramas.
En este ejemplo, el árbol de entrada está conectado a un volante de
inercia del motor. Tiene una salida de transmisión lateral, tal como
es común en los vehículos automóviles de ruedas motrices
delanteras, pero el soporte 22 puede formar también el miembro de
salida, en la forma de un engranaje o piñón dentado, el cual
realice una toma motriz para un árbol paralelo posicionado
lateralmente.
El FBD incluye también un denominado tren de
engranajes 18 planetarios de desplazamiento negativo, y un
denominado segundo tren de engranajes 20 de desplazamiento
positivo. Ambos trenes de engranajes no tienen ningún engranaje de
anillo, y están compuestos solo por engranajes rectos o
helicoidales, dando lugar una construcción muy compacta.
El tren de engranajes 18 de desplazamiento
negativo comprende una rueda solar 40, la cual está soportada por
el árbol de entrada 10 y engranada con un conjunto de ruedas
planetarias 21. Cada rueda planetaria 21 está soportada en forma
giratoria por un respectivo árbol planetario 24, el cual es una
unidad integral con una rueda planetaria 39 respectiva adicional,
la cual sea de un diámetro distinto, y que esté soportada también
en forma giratoria por el mismo árbol 21 planetario. Cada rueda
planetaria 39 está engranada con una respectiva rueda 32
planetaria, la cual está soportada en forma giratoria por un
respectivo árbol 34 planetario, y engranada con una rueda solar 38
soportada por un árbol 48. Los árboles planetarios 24 y 34 están
soportados por un soporte 22 en forma de copa común, el cual
encierra los trenes de engranajes de desplazamientos positivo y
negativo, y constituyen el eje de salida en la parte 12. El soporte
12 incluye una brida anular 36, cuyo extremo libre está soportado
en el eje de entrada 10.
El tren de engranajes de desplazamiento positivo
incluye también la rueda solar 40 y las ruedas planetarias 21. Las
ruedas planetarias 21 son también integrales con una rueda
planetaria 26 respectiva adicional, la cual es por tanto integral
con una rueda planetaria 21 respectiva. Las ruedas planetarias 21 y
26 son en este caso del mismo diámetro y constituyen por tanto
realmente las únicas ruedas planetarias, pero podrían ser también
de un diámetro distinto. Las ruedas planetarias 26 se encuentran
engranadas con la rueda solar 28.
La rueda solar 28 está conectada a un tercer
árbol 42, el cual está conectado al rotor 52 de un motor/generador
eléctrico, cuyo estator 46 está conectado a la carcasa exterior 58.
El árbol 48 está conectado a un árbol 60, el cual está conectado al
rotor 50 de un motor/generador adicional, cuyo estator 52 está
conectado también a la carcasa exterior 58.
Las conexiones eléctricas 45, 43 de los dos
estatores 46, 52 están conectadas por medio de una barra de bus 55
y las respectivas unidades de control 51 y 53, de forma que puedan
intercambiar la energía eléctrica. La barra del bus puede estar
conectada también a una batería de almacenamiento de electricidad,
en forma directa o bien por medio de una unidad de control
adicional y/o un inversor/transformador.
Tal como puede observarse en la figura 1, los
rotores 44, 50, y los estatores 46, 52 están integrados en la
unidad 54. El primer tren de engranajes planetarios 18 y el segundo
tren de engranajes planetarios 20 están integrados también en la
unidad 56. La carcasa 58 consiste en dos compartimentos
independientes, los cuales alojan estas unidades. La interconexión
de estas unidades 54, 56 es por medio del árbol de entrada 10, el
tercer árbol 42 y el cuarto árbol 48, que pueden tener un diámetro
relativamente pequeño, de forma que puedan soportar juntas de
árboles radiales, creando por tanto una junta hermética para el
aceite entre los dos compartimentos. Así pues es posible crear un
entorno exento de aceite dentro de la unidad 50, evitando las
innecesarias pérdidas de aceite.
La figura 1 muestra la forma en que los
motores/generadores pueden colocarse axialmente dentro entre sí,
para ahorrar espacio. En este caso, el rotor del motor interno es
el rotor externo y el rotor del motor externo es el rotor interno.
Puesto que ambos motores funcionan en la misma dirección, durante la
utilización, sus pérdidas por turbulencias pueden por tanto ser
minimizadas.
Algunos elementos en la ilustración simplificada
de la figura 1, que son necesarios para la operación en curso del
FBD, por ejemplo los rodamientos adecuados y las juntas, no se
muestran en general. Esto se aplica también a las líneas de
división y fijaciones necesarias para montar los elementos y el
ensamblado del FBD.
Las dimensiones de los planetas y de los soles
no están representadas a escala. Las dimensiones actuales dependen
del par motor a transmitir y de las relaciones necesarias, las
cuales están determinadas por la relación puntual de los nodos.
Durante la utilización, uno de los
motores/gene-
radores actúa en general como un generador y transmite energía eléctrica al otro motor/generador, el cual actúa como un motor. La magnitud de la energía eléctrica así transmitida puede variarse por los medios de los controladores 51, 53, alterando por tanto la relación de transmisión del FBD. La energía se transmite así a través del FBD tanto mecánica como eléctricamente, en proporciones que pueden variar con la variación de la relación de transmisión, por lo que el FBD de acuerdo con la invención se denomina también como una transmisión de energía dividida. Existen en general dos relaciones de transmisión para las cuales la energía eléctrica transmitida entre los dos motores/generadores es cero, y estas se denominan como puntos nodales. La relación de las relaciones de transmisión de estos dos puntos nodales se denomina como la relación del punto nodal.
radores actúa en general como un generador y transmite energía eléctrica al otro motor/generador, el cual actúa como un motor. La magnitud de la energía eléctrica así transmitida puede variarse por los medios de los controladores 51, 53, alterando por tanto la relación de transmisión del FBD. La energía se transmite así a través del FBD tanto mecánica como eléctricamente, en proporciones que pueden variar con la variación de la relación de transmisión, por lo que el FBD de acuerdo con la invención se denomina también como una transmisión de energía dividida. Existen en general dos relaciones de transmisión para las cuales la energía eléctrica transmitida entre los dos motores/generadores es cero, y estas se denominan como puntos nodales. La relación de las relaciones de transmisión de estos dos puntos nodales se denomina como la relación del punto nodal.
El diagrama de la figura 2 muestra el flujo de
energía en los variadores con una representación gráfica con
respecto a la velocidad de salida relativa, es decir, entre los dos
motores/generadores 44, 46, 50, 52, que en este caso corresponde a
un flujo de energía eléctrica. Este diagrama es aplicable a un FBD
que tiene una potencia total de energía de 100 kW, y una relación
puntual nodal 88 de tres, por lo que es posible tener un gran
número de combinaciones, las cuales tienen cuatro árboles libres
(ramas) 10, 12, 42, 48. Dos de los árboles 10, 12, 42, 48 son la
entrada 10 y la salida 12, y los otros dos árboles 42, 48 están
conectados a los motores/generadores 44, 46; 50, 52. Los motores
son capaces de operar en todos los cuatro cuadrantes matemáticos.
Esto significa que son totalmente reversibles, y que son capaces de
funcionar como un motor y un generador. En el diagrama, se supone
una operación sin fricciones y no hibrida, de forma en los puntos
nodales 90, 92, en donde uno de los motores/generadores entra en
una parada total, la energía del variador llega a ser cero. Fuera
de estos puntos nodales 90, 92, uno de los motores 44, 46; 50, 52
siempre operará como un motor y el otro como un generador, y no
existiendo ningún flujo externo de energía eléctrica. Bajo unas
condiciones ideales, por tanto, la suma matemática de las dos
energías de los motores/generadores s siempre cero, y el flujo de
energía entre los motores 44, 46; 50, 52 está dada por el gráfico.
Si se precisa de una energía eléctrica adicional, esta puede
suministrarse por la batería eléctrica, la cual está suministrada
opcionalmente. En este caso, el controlador asociado puede operarse
para recargar la batería en aquellos instantes en que esté
disponible una energía en exceso.
Al utilizar el rango total de velocidades de
salida, todas estas transmisiones tienen dos puntos nodales 90, 92,
los cuales son ambos positivos si el FBD está diseñado
correctamente, en este caso a las velocidades de salida relativas
de uno y tres, dando por resultado una relación puntual nodal de
tres. Esta relación es la característica más importante del FBD.
Determina el rango total de las velocidades de salida (expresado
como un múltiplo) \varphi a plena carga, y dando lugar en esta
aplicación a una energía del variador máxima del 27% de la potencia
total. Las relaciones 88 mayores del punto nodal dan lugar a unas
potencias del variador más altas. Los puntos \varphi superior e
inferior 90, 91 se seleccionan de forma tal que las potencias
máximas negativa y positiva transmitidas entre los variadores sean
iguales, de forma que los motores 44, 46; 50, 52 puedan estar
diseñados para estos máximos de la potencia.
Por debajo del punto nodal inferior 90, los
requisitos de la potencia total son generalmente inferiores, por lo
que teóricamente esta potencia llega a ser cero, cuando el vehículo
se encuentra estacionario, incluso con un par motor de salida
total. Esta reducción de potencia puede ser utilizada para conseguir
una dispersión de las velocidades o de la relación \varphi hasta
el infinito virtual. El gráfico muestra las curvas de la carga
parcial para la mitad, un cuarto y una décima parte de la potencia
total nominal. Adicionalmente, las curvas se desplazan al cambiar
la velocidad de entrada. Para las potencias inferiores, en
consecuencia, es posible invertir, sin cambiar las velocidades o
utilizando cualquier tipo de embrague o acoplamiento, sin exceder
de la potencia del variador nominal.
La figura 3 muestra una configuración similar en
principio a la figura 1, pero en este caso el árbol de salida es
concéntrico, y en el lado opuesto, con el árbol de entrada, como es
normalmente el caso para las transmisiones para los vehículos de
ruedas motrices traseras. Además de ello, con este diseño sería
posible configurar un FBD en cualquier extremo de un motor de
combustión interna o en cualquier motor principal, y controlando la
velocidad de salida y/o el par motor de las dos salidas en forma
completamente independiente. Esto permite la realización de
vehículos con transmisión en las cuatro ruedas con un FBD y con
transmisión final para cada rueda, por lo que los ejes motrices
pueden estar acoplados al FBD y a las ruedas. Se pueden prescindir
de los diferenciales de los ejes convencionales.
En contraste con la figura 1, la figura 3
muestra el árbol 10 de entrada montado concéntricamente, soportado
en la carcasa 58, que es mucho más largo y el compartimiento del
motor 54 que se ha desplazado hacia el lado de la entrada. Para los
sistemas de transmisión accionados por un motor de combustión, esto
tiene una ventaja adicional, porque la carcasa del volante de
inercia en seco está situada al lado del espacio del motor
normalmente seco, y sin que se precise ninguna junta estanca de
aceite. La carcasa de velocidades lubrificada puede entonces
integrarse con un tren de velocidades de reducción de la transmisión
final, pudiendo formar ambas una única unidad sellada
herméticamente.
Claims (8)
1. Un sistema de transmisión diferencial de
cuatro ramas, que comprende un primer árbol (10) y un segundo árbol
(12), los cuales constituyen los árboles de entrada y salida, un
tercer árbol (42) conectado a un primer variador (44, 46)
configurado para incrementar su velocidad, y un cuarto árbol (48)
conectado a un segundo variador (50, 52) configurado para
incrementar su velocidad, en donde los cuatro árboles (10, 12, 42,
48) están conectados conjuntamente mediante un tren de engranajes
epicicloidales compuestos, incluyendo una pluralidad de trenes de
engranajes dentados, en el que el tren de engranajes epicicloidales
compuestos comprende un primer y segundo trenes de engranajes
epicicloidales, en el que el primer tren de engranajes
epicicloidales comprende una primera rueda solar (40) y una segunda
rueda solar (28) engranadas con un conjunto respectivo de la primera
y segunda ruedas planetarias (21; 28), en el cada primera rueda
planetaria (21) está conectada para girar con una respectiva
segunda rueda planetaria (26) alrededor del respectivo árbol (24)
planetario común, estando conectados los árboles planetarios (24) a
un soporte planetario común (22), en donde el primer tren de
engranajes epicicloidales es de tipo positivo, por lo que la
rotación de la primera rueda solar (40) en una dirección da lugar a
la rotación de la segunda rueda solar (28) en la misma dirección, en
el que el segundo tren de engranajes epicicloidales comprende la
primera rueda solar (40) y una tercera rueda solar (38), estando la
tercera rueda solar engranada con un conjunto de las terceras ruedas
planetarias (39), en donde cada una está conectada para girar con
una respectiva primera y segunda rueda planetaria alrededor de un
respectivo árbol planetario (24), en donde la primera y tercera
ruedas planetarias (21; 39) o la primera y segunda ruedas
planetarias (21; 26) de cada tren de engranajes conectados de las
ruedas planetarias son de distinto diámetro, y estando en conexión
conjunta, para constituir una rueda planetaria compuesta por etapas,
caracterizado porque el segundo tren de engranajes
epicicloides (40, 38, 39) es del tipo de desplazamiento negativo,
por lo que la rotación de la primera rueda solar (40) en una
dirección da lugar a la rotación de la tercera rueda solar (38) en
la dirección opuesta, en donde los variadores comprenden
motores/generadores eléctricos (44, 46; 50, 52) configurados para
incrementar y reducir la velocidad de los árboles respectivos a los
cuales están conectados, y porque las conexiones del estator de los
dos motores/generadores (44, 46; 50, 52) están conectadas
conjuntamente por medio de uno o más controladores (51, 58), los
cuales pueden ser operados selectivamente para variar la energía
eléctrica transmitida entre los dos motores/generadores, y por tanto
para variar la relación de transmisión del sistema de
transmisión.
2. Un sistema de transmisión según la
reivindicación 1, en el cual el tren de engranajes de las terceras
ruedas planetarias (39) está engranado con un tren de engranajes de
las cuartas ruedas planetarias (32) montadas para girar alrededor
de los respectivos árboles planetarios (34) conectados al soporte
común (22), en donde cada cuarta rueda (32) planetaria está
engranada con una respectiva tercera rueda planetaria (39), por lo
que la tercera rueda solar (38) esta engranada en forma indirecta
con las terceras ruedas planetarias (39) y girando en la misma
dirección que las terceras ruedas planetarias.
3. Un sistema de transmisión según la
reivindicación 1 ó 2, en el cual el soporte común (22) está
conectado a uno de los árboles de entrada y salida (10, 12).
4. Un sistema de transmisión según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el cual el soporte común (22)
rodea al menos parcialmente el primero y el segundo tren de
engranajes epicicloidales.
5. Un sistema de transmisión según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, en el cual la primera rueda solar (40)
está conectada a uno de los árboles de entrada y salida (10,
12).
6. Un sistema de transmisión según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el cual los árboles de entrada
y salida (10, 12) son coaxiales.
7. Un sistema de transmisión según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el cual los motores/generadores
eléctricos (44, 46; 50, 52) están configurados coaxialmente.
8. Un sistema de transmisión según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, que incluye una carcasa exterior,
la cual está dividida en un espacio seco (54), en el cual están
alojados los motores/generadores (44, 46; 50, 52), y un espacio
lubrificado con aceite (56), en el cual se aloja un tren de
engranajes epicicloides compuestos.
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