WO2014207265A1

WO2014207265A1 - Dispositivo para modificar par

Info

Publication number: WO2014207265A1
Application number: PCT/ES2013/070429
Authority: WO
Inventors: José Antonio ALCIBAR ASPURU
Original assignee: Alcibar Aspuru José Antonio
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2014-12-31

Abstract

Dispositivo para modificar par que comprende un eje de salida (6) y un eje de entrada (1) que está conectado con un plato de arrastre (7) que a su vez está conectado con un eje inclinado (3) que se corta o cruza con el de entrada (1) y salida (6) en un polo (8), comprendiendo el dispositivo dos elementos planetarios de transmisión (2, 12) que se mantienen solidarios y separados entre sí y pueden rotar respecto del eje inclinado (3), de manera que un primer elemento planetario de transmisión (2) está conectado con un elemento de transmisión fijo (4) que está conectado a una carcasa (15), mientras que un segundo elemento planetario de transmisión (12) está conectado con un elemento de transmisión de salida (13) que está conectado con el eje de salida (6), de forma que siempre existe una línea imaginaria (11), que nunca pasa por el polo (8), cuyo primer extremo coincide con el contacto entre el primer elemento planetario de transmisión (2) y el elemento de transmisión fijo (4) y cuyo segundo extremo coincide con el contacto entre el segundo elemento planetario de transmisión (12) y el elemento de transmisión de salida (13).

Description

DISPOSITIVO PARA MODIFICAR PAR

D E S C R I P C I Ó N CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo para modificar par, que tiene aplicación en el sector mecánico, y más concretamente en el ámbito de los mecanismos multiplicadores, reductores o inversores de velocidad, como pueden encontrarse en la industria del automóvil.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los mecanismos empleados para la modificación de par motor consisten habitualmente en una serie de piezas móviles que transmiten movimiento por rodadura, bien sea utilizando coronas dentadas o recurriendo a platos de fricción, a otras piezas móviles de diferente diámetro, lo que produce que las revoluciones por minuto de sus ejes sean diferentes. Debido a que la potencia es el producto del par por la velocidad de rotación, los mecanismos de modificación de par o reductores, se basan en que la modificación de velocidades de rotación de sus ejes lleva asociada, según esta fórmula matemática, una modificación de par.

En la actualidad resultan conocidos los dispositivos o mecanismos para modificar el par de un elemento motor conectado a dicho dispositivo. Uno de estos mecanismos se encuentra descrito en la solicitud de patente española con n.^e de publicación ES-2026783-A6, cuyo funcionamiento ha sido comprobado mediante prototipos. Dicho mecanismo presenta una característica específica, que consiste en que presenta una confluencia de todas las fuerzas, tanto relativas al eje de entrada como al eje de salida, en un único polo o punto fijo. Esta característica tiene como consecuencia que el mecanismo no es reversible, es decir, no es posible transmitir un movimiento desde el eje de salida, al eje de entrada. Este hecho supone una gran limitación o inconveniente, tal y como se explica con mayor detalle seguidamente, sobre todo para determinadas aplicaciones del mecanismo. En el momento de presentación de la solicitud de patente anteriormente referida, el mecanizado de engranajes se realizaba en máquinas de mecanizado mecánicas de dos ejes, motivo por el cual la confluencia de ejes en un solo punto era el único modo de conseguir mediante dichas máquinas de mecanizado de dos ejes, piezas capaces de engranar configuradas para realizar movimientos en tres dimensiones. Tal y como se avanzaba anteriormente, la confluencia de fuerzas en un solo punto supone una gran limitación, dado que no es posible generar un par de fuerzas, debido a que la distancia entre fuerzas es cero, precisamente porque todas convergen en un único punto.

En este sentido, se conocen antecedentes dirigidos a eliminar dicha confluencia de fuerzas, pero en cualquier caso dichos antecedentes consisten en otro tipo de mecanismos, como por ejemplo la máquina de vapor, muy diferentes estructuralmente al mecanismo descrito en la solicitud de patente española anteriormente referida. En estas máquinas de vapor se denomina punto muerto superior y punto muerto inferior aquellas posiciones en las cuales la biela y la manivela quedan alineadas y consecuentemente el émbolo no puede mover la manivela, porque al no estar separadas las fuerzas no existe par motor. Es decir, la manivela puede hacer desplazarse a la biela y al émbolo, pero en las posiciones citadas el émbolo no puede hacer girar la manivela, por lo que, según este criterio, la máquina de vapor no es un mecanismo reversible. En el caso de las máquinas de vapor, la citada irreversibilidad se resolvió mediante el desplazamiento del eje del cilindro de modo que no se cortara con el eje de la manivela o cigüeñal, sino que se cruzara, lo que resultaba más complejo. No obstante, habida cuenta de las limitaciones tecnológicas mencionadas anteriormente, relativas a las máquinas de mecanizado de dos ejes, este tipo de soluciones no podían ser implementadas en mecanismos como el descrito en la solicitud de patente n.^e ES-2026783-A6.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo para modificar par, tal y como se encuentra definido por la reivindicación 1 , que permite conseguir óptimas prestaciones por ejemplo como reductor de velocidad, todo ello mediante un dispositivo sencillo y de poco volumen. Asimismo, el dispositivo puede ser utilizado como inversor de velocidad, dado que su particular configuración permite un funcionamiento con reversibilidad entre sus ejes de entrada y salida. Aspectos secundarios de la invención, así como aplicaciones preferentes de la misma, se encuentran descritos en reivindicaciones dependientes.

Para ello, el dispositivo que la invención propone comprende al menos un eje de entrada y al menos un eje de salida que se prolongan según un primer eje geométrico, donde dicho, al menos un, eje de entrada está conectado con un plato de arrastre que a su vez está conectado con un eje inclinado que se prolonga según un eje geométrico inclinado respecto de dicho primer eje geométrico, de forma que en todo momento dicho primer eje geométrico y dicho eje geométrico inclinado se corten o crucen en un polo, en cuyo caso el eje geométrico describirá en su movimiento una superficie cónica, o no se corte, en cuyo caso describirá una superficie conoidal.

Pues bien, de acuerdo con la invención, el dispositivo comprende al menos dos elementos planetarios de transmisión que se mantienen solidarios y separados entre sí y pueden rotar respecto del eje inclinado, de manera que un primer elemento planetario de transmisión está operativamente conectado con un elemento de transmisión fijo que está conectado a una carcasa que comprende el dispositivo, mientras que un segundo elemento planetario de transmisión está operativamente conectado con un elemento de transmisión de salida que está conectado con dicho, al menos un, eje de salida, todo ello de tal forma que en todo instante existe una línea imaginaria cuyo primer extremo coincide con el contacto entre el primer elemento planetario de transmisión y el elemento de transmisión fijo y cuyo segundo extremo coincide con el contacto entre el segundo elemento planetario de transmisión y el elemento de transmisión de salida, donde dicha línea imaginaria nunca pasa por el polo. Obviamente, dentro de la invención, se contempla la posibilidad de que los elementos de transmisión sean tanto coronas dentadas, preferentemente cónicas, como platos de fricción.

De manera similar a la solución planteada en el caso de las máquinas de vapor para la limitación de reversibilidad, en el caso de la invención se propone un mecanismo cuyo movimiento no es plano y en el que el número de ejes que confluyen en un punto es mayor a dos. Respecto de la época en la que la solicitud de patente española n.^e ES-2026783-A6 fue presentada, la evolución de las máquinas de mecanizado y la incorporación de la electrónica a las mismas ha dado lugar a la aparición paulatina de máquinas de mecanizado de tres, cuatro y cinco o más ejes, que permiten el tallado de piezas con superficies complejas, capaces de engranar por rodadura aunque sus ejes no se corten, lo cual no era posible en dicha época, y obviamente menos aún en la época en la que se solucionó el inconveniente de la reversibilidad en el caso de las máquinas de vapor. Por lo tanto, está evolución técnica ha permitido eliminar la exigencia de coincidencia de fuerzas en un mismo polo, que como en el caso del dispositivo de la invención, permiten el diseño de mecanismos en los que aparecen pares de fuerzas capaces de hacer que el mecanismo sea reversible, como en el caso de la presente invención, que es capaz de transmitir esfuerzos en los dos sentidos. De este modo, la presente invención propone una modificación de la disposición geométrica de los elementos que componen el mecanismo correspondiente a la invención descrita en la solicitud de patente española n.^e ES-2026783-A6, eliminando la condición de confluencia de todas las fuerzas en un polo, de tal modo que convierte al mecanismo en reversible y consecuentemente susceptible de nuevas aplicaciones. Asimismo, en la época en la que la solicitud de patente española n.^e ES-2026783-A6 fue presentada, este tipo de elementos mecánicos se fabricaban en metal y desde entonces han aparecido nuevos materiales, que confieren características dinámicas y superficiales diferentes. El cambio de geometría propuesto por la invención permite la adaptación a esta nueva circunstancia, así como el aprovechamiento de sus ventajas, desde el punto de vista de reducción de costes y mejor aprovechamiento de la fuerza como consecuencia del material de la superficie de contacto entre elementos del dispositivo. Finalmente, se contempla el cambio producido en los costes de fabricación de elementos electromecánicos y la precisión del control electrónico, que permite añadir este tipo de elementos para nuevas aplicaciones, tal y como se explica más detalladamente más adelante, como por ejemplo en cajas de cambios de vehículos automóviles híbridos.

El dispositivo que la invención propone es un aparato sencillo que tiene poco volumen, en comparación con los dispositivos del estado de la técnica y considerando las reducciones que permite conseguir. A diferencia del dispositivo descrito en la solicitud de patente española n.^e ES-2026783-A6, supone un avance en cuanto a geometría que permite la reversibilidad del conjunto y su aplicación como aparato regulador de velocidad e inversor del sentido de giro, incluyendo el punto muerto. Asimismo, el dispositivo de la invención puede ser utilizado cuando La potencia aplicada al eje de entrada sea superior a la potencia en el eje de salida, es decir cuando el motor esté empujando o a la inversa, cuando el motor esté reteniendo. En el caso de la solicitud de patente española n.^e ES-2026783-A6 todos los ejes concurren en un único punto fijo, por lo que el mecanismo es irreversible, es decir que requiere que en todo momento la potencia del motor sea superior a la potencia resistente, lo cual venía condicionado, en dicho caso, por la imposibilidad de fabricar engranes capaces de funcionar por rodadura con las máquinas de mecanizado de dos ejes, existentes en aquel momento. Asimismo, la presente invención, respecto a otros dispositivos del estado de la técnica, presenta las ventajas derivadas del hecho de que el movimiento de las piezas se realiza en tres dimensiones, en lugar de ser bidimensional o plano, lo que permite mayor rendimiento, y menor número de piezas que cualquier otro mecanismo de modificación de par.

Entre las aplicaciones que permite la invención, se encuentra su uso en una caja de caja de cambios, la cual, a su vez, puede ser utilizada en un vehículo automóvil, en motores eléctricos o en aplicaciones eólicas, en el caso particular de un aerogenerador.

En el caso de los vehículos automóviles, se contempla de manera particular su utilización en vehículos híbridos, con las ventajas que la conexión con un ordenador del automóvil que ello conlleva.

Asimismo, de manera alternativa al uso del dispositivo de la invención en una caja de cambios, se contempla su uso como diferencial, , tal y como se explica con mayor detalle en la realización preferente de la invención. La diferencia que presenta la invención respecto a la solicitud de patente española n.^e ES- 2026783-A6 es que en lugar de un reductor con un eje de entrada y uno de salida, tiene un eje de entrada y dos ejes de salida.

Basándose en la presente invención, es posible integrar dos ejes de entrada, suministradores de energía mecánica y uno de salida, receptor de energía mecánica o a la inversa, dos ejes de salida, que reciben energía mecánica y uno de entrada que aporta energía mecánica, con la particularidad de que las modificaciones de par y o velocidad de uno, dos o los tres ejes entre sí se realiza en continuo, sin escalones. La transmisión de energía mecánica a través de un eje se define por el par y la velocidad de rotación, de modo que la potencia transmitida es producto del par por la velocidad de rotación. Por ello, un mecanismo que conecta tres ejes permite relacionar la regulación de par y velocidad de los ejes entre sí. Este mecanismo permite por ejemplo, que uno de los ejes aporte o reciba par mecánico a velocidad uniforme, es decir entregue o reciba energía en régimen constante, mientras que las variaciones de par y/o velocidad se distribuyen entre los otros dos ejes.

Un ejemplo clásico de un mecanismo similar es el diferencial de automóvil, que recibe potencia del motor y la reparte entre los ejes de salida. El diferencial está diseñado originalmente para absorber diferencias pequeñas de rotación entre ruedas en las curvas. La diferencia fundamental entre el mecanismo objeto de la presente invención y un diferencial del estado de la técnica, está en que los diferenciales del estado de la técnica se basan en movimientos de sus componentes en torno a ejes paralelos u ortogonales, mientras que la presente invención emplea ejes con ángulos diferentes de cero o noventa grados, lo que le confiere características muy distintas.

El dispositivo de la invención es aplicable en sistemas que requieran una característica de comportamiento uniforme en velocidad o par en uno de los ejes y se quiera distribuir las fluctuaciones de potencia entre los otros dos ejes. Por ejemplo en producción de electricidad, se requiere homogeneidad en el régimen de rotación del alternador, a pesar de que se den fluctuaciones en el suministro o consumo de potencia. Este es el caso de las energías eólicas o marinas, en las cuales la potencia aportada varía, pero la frecuencia de la corriente producida debe permanecer constante, y lo mismo ocurre con el consumo y distribución de electricidad, en donde la frecuencia debe ser invariable pese a las fluctuaciones de la demanda. Existen igualmente procesos industriales en los cuales la calidad del proceso puede estar condicionada por que el régimen de rotación de un eje o el par sean uniformes.

Otras aplicaciones que se contemplan para el dispositivo de la invención son aquellas en las que la regulación de par sea un aspecto importante, como por ejemplo en arranque de motores eléctricos, tanto de automoción, como grandes motores eléctricos, de obras públicas e ingeniería en general. Asimismo, en aquellas aplicaciones en las que la seguridad en el mantenimiento del giro del eje o la velocidad de respuesta a situaciones sean importantes, como por ejemplo en helicópteros, así como aquellas en las que el rendimiento sea un aspecto importante, como por ejemplo en el sector naval, en aplicaciones en las que se utilicen motores de velocidad media y se requiera invertir el sentido de giro o regular las revoluciones en función de la carga del buque.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 .- Muestra una vista esquemática, según una sección longitudinal, de una realización del dispositivo para modificar par que la invención propone, en la que puede apreciarse que se cumple la condición de que los ejes y cúspides de conos de todos los elementos de transmisión no confluyen en un único punto fijo.

La figura 2.- Muestra una vista esquemática, según una sección longitudinal, de una variante de realización del dispositivo de la invención, que comprende dos ejes de salida, para su aplicación como diferencial. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras reseñadas puede observarse cómo en una de las posibles realizaciones de la invención el dispositivo para modificar par que la invención propone comprende un eje de entrada (1 ) y un eje de salida (6) que se prolongan según un primer eje geométrico (10).

Por su parte, el eje de entrada (1 ) está conectado con un plato de arrastre (7) que a su vez está conectado con un eje inclinado (3) que se prolonga según un eje geométrico inclinado (5) respecto de dicho primer eje geométrico (10).

Tal y como puede apreciarse en la sección longitudinal de la figura 1 , en todo momento el primer eje geométrico (10) y el eje geométrico inclinado (5) se cortan en un polo (8) o punto fijo. De acuerdo con la invención, el dispositivo comprende dos elementos planetarios de transmisión (2, 12) que se mantienen solidarios y separados entre sí mediante un elemento de separación (9), de forma que no puede existir movimiento relativo entre ellos. Dichos elementos planetarios de transmisión (2, 12) pueden rotar respecto del eje inclinado (3), de manera que un primer elemento planetario de transmisión (2) está operativamente conectado con un elemento de transmisión fijo

(4) que está conectado a una carcasa (15) que comprende el dispositivo, mientras que un segundo elemento planetario de transmisión (12) está operativamente conectado con un elemento de transmisión de salida (13) que está conectado con el eje de salida (6).

Tal y como se ha representado en la figura 1 , en todo instante existe una línea imaginaria (1 1 ) cuyo primer extremo coincide con el contacto entre el primer elemento planetario de transmisión (2) y el elemento de transmisión fijo (4) y cuyo segundo extremo coincide con el contacto entre el segundo elemento planetario de transmisión (12) y el elemento de transmisión de salida (13), donde dicha línea imaginaria (1 1 ) nunca pasa por el polo (8). Asimismo, de acuerdo con una realización preferente de la invención, en todo momento la línea imaginaria (1 1 ) mantiene una distancia (14) constante respecto al polo (8). El conjunto de ejes de los conos primitivos de los engranes o de las coronas, no coinciden en un solo punto, pudiendo coincidir en dos puntos diferentes o no coincidir en punto alguno. En este sentido en la realización representada en la figura 1 , se ha evitado la confluencia de centros de conos primitivos, permitiendo movimientos cónicos y dientes de tallado cónico, mientras que en la figura 2, se ha recurrido a que el centro de los engranes quede fuera del eje, de modo que tendremos movimientos conoidales y dientes diferentes en forma que los cónicos tradicionales en el dibujo se puede ver cómo la corona del segundo elemento planetario de transmisión (12) es llamativamente más pequeña que la corona del elemento de transmisión de salida (13).

Si bien en la realización de la invención que se ha representado en las figuras, los elementos de transmisión (2, 4, 12, 13) consisten en coronas dentadas, preferentemente cónicas, que engranan entre sí, también se contempla la posibilidad de que dichos elementos de transmisión (2, 4, 12, 13) consistan en platos de fricción.

La invención contempla disponer de varios engranes motrices, por ejemplo si el planetario tiene imanes permanentes y hay bobinas en la carcasa (15). Asimismo, se contempla la posibilidad de que falte un eje de salida (6), es decir, en cuyo caso se acciona el movimiento de la carcasa (15), que puede consistir en una antena parabólica.

Una característica de este dispositivo es la posibilidad de su empleo como máquina eléctrica. Por ejemplo, en el caso de que el número de dientes de las coronas de entrada 2 y 4 sean iguales, el conjunto planetario mantendría un movimiento axial, sin rotación. Si se colocasen imanes permanentes en ese planetario, sería posible extraer electricidad en bobinas ubicadas en la carcasa al tiempo que se obtiene rotación en el eje de salida o a la inversa, aportando electricidad a las bobinas se generaría par motor añadido al eje de salida.

Asimismo, de manera alternativa al uso del dispositivo de la invención en una caja de cambios, se contempla su uso como diferencial, tal y como se ha representado en la figura 2. En este caso, el eje de entrada 1 acciona el movimiento del eje inclinado 3 que se encuentra empotrado en el plato 7, provocando el movimiento de la rueda planetaria que actúa como elemento de separación 9 que aloja las coronas del primer 2 y segundo 12 elemento planetario de transmisión, que engranan con las coronas del elemento de transmisión fijo 4 y el elemento de transmisión de salida 13, soportadas por los platos libres 1 1 ' y 10' respectivamente.

El elemento característico de esta disposición consiste en que las coronas 2 y 12 están separadas y tienen diferente diámetro y número de dientes, motivo por el cual no existe coincidencia en un mismo polo de sus conoides primitivos.

Para explicar la característica de esta disposición, imaginemos que las coronas 2 y 12 fuesen idénticas y estuviesen juntas, de modo que el movimiento de ambas fuese idéntico y oscilasen alrededor del polo en el que confluyen ejes 1 y 3. Al girar el eje 1 , el plato 9 oscilaría rodando respecto a las ruedas 4 y 13, y no habría transmisión de par.

La disposición de la figura 2, obliga a que las ruedas 10' y 1 1 ' roten a diferente velocidad, debido a que los diámetros de las coronas 4 y 13 son diferentes y la relación de reducción lo es igualmente. Aparece en consecuencia una transmisión de par a ambas ruedas. La diferencia en la velocidad de rotación se corrige mediante los engranajes 14' y 16, de modo que la velocidad de salida de los ejes 5 y 6 pueda ser idéntica en el caso en que el par resistente sea similar. La diferencia que presenta la invención respecto a la solicitud de patente española n.^e ES-2026783-A6 es que en lugar de un reductor con un eje de entrada y uno de salida, tiene un eje de entrada y dos ejes de salida. De acuerdo con dicha realización como diferencial, el eje de entrada es el vertical inferior y los de salida los laterales horizontales, siendo las ruedas dentadas los satélites.

Por lo tanto, la realización del dispositivo representada en la figura 1 comprende un plato de arrastre (7), de forma la disposición de la geometría del conjunto de elementos de transmisión móviles constituye un reductor, donde el movimiento de rotación de dicho plato de arrastre (7) hace que se mueva el eje inclinado (3). A su vez, el dispositivo comprende dos elementos planetarios de transmisión (2, 12) que están montados, con posibilidad de rotación libre, sobre dicho eje inclinado (3). En el caso de platos de fricción la transmisión de movimiento se realiza mediante contacto.

En el dispositivo, no existe una confluencia en un solo punto de fuerzas de transmisión de par de los diferentes ejes de las piezas móviles, manteniéndose la característica de que un eje está inclinado y soportado sobre una corona en rotación, con independencia de que dicho eje corte a los demás o no lo haga. La característica de no confluencia de fuerzas provoca que al imprimir un par motor a la rueda o conjunto de ruedas que pueden girar alrededor del eje inclinado (3), aparezca un par de fuerzas sobre dicho eje inclinado (3) que le obligue a rotar, provocando de este modo el giro de la rueda sobre la que dicho eje inclinado (3) está soportado.

El funcionamiento del dispositivo es el siguiente, un medio motriz externo al dispositivo, como puede ser un motor, hace girar el eje de entrada (1 ), provocando el movimiento del eje inclinado (5), de modo que los elementos planetarios de transmisión (2, 12) quedan sometidos a un movimiento de rotación cónica o conoidal. En su movimiento oscilante, el primer elemento planetario de transmisión (2) conecta en un punto con el elemento de transmisión fijo (4), que es fijo a la carcasa (15), aunque también puede ser móvil y rotar accionado por un elemento externo. La combinación de la rotación del eje inclinado (3), junto con la limitación impuesta por la conexión con el elemento de transmisión fijo (4) induce un movimiento de rotación al primer elemento planetario de transmisión (2), que es transmitido al segundo elemento planetario de transmisión (12) produciendo el movimiento del eje de salida (6) a través del elemento de transmisión de salida (13).

La característica de que al menos uno de los diferentes ejes y cúspides de los conos de los engranajes no coincidan en un punto del espacio, confiere al mecanismo la posibilidad de transmitir par en sentido inverso, es decir, que aplicando par motor en el eje de salida (6), aparezca movimiento en el eje de entrada (1 ). Por lo tanto, el elemento característico de la presente invención consiste en que no exista confluencia de todos los ejes (1 , 5, 4, 2, 12, 13 y 6), de modo que sea posible la aparición de fuerzas no confluyentes y consecuentemente aparición de pares de fuerzas que permiten que si se conecta un aparato motor al eje de salida (6), aparezca movimiento en el eje de entrada (1 ). Como consecuencia de lo anterior, el dispositivo es de aplicación en cualquier utilidad en la que el elemento motor tenga que trabajar como freno en ocasiones, por ejemplo un automóvil, y en todos los casos en los que la potencia motriz deba ser mayor que la resistente, con lo que se puede utilizar el dispositivo como elemento inversor de giro, tal y como se explica seguidamente. Los ejes de entrada (1 ) y salida (6) giran en el mismo sentido o en sentido contrario en función de que el elemento de transmisión fijo (4) tenga más dientes que el primer elemento planetario de transmisión (2) o a la inversa. Lo mismo ocurre con la relación de dientes entre el segundo elemento planetario de transmisión (12) y el elemento de transmisión de salida (13). Si en lugar de mantenerse fijo el elemento de transmisión fijo (4) a la carcasa (15), se le induce un movimiento, o se le permite girar mediante un mecanismo de fricción, el mecanismo puede ser empleado como inversor del sentido de giro, como embrague en el caso de determinada relación de velocidades en las coronas (2, 4) o como regulador de par o velocidad. Lo que constituye una característica propia de la geometría de este mecanismo, que permite su empleo como regulador, embrague e inversor de velocidad.

En la realización representada, el primer eje geométrico (10) es coincidente con los ejes de entrada (1 ) y salida (6) del par motor y par resistente. Al mismo tiempo se corta con el eje geométrico inclinado (5) en el polo (8), que constituye un punto fijo o cúspide del cono de rotación del eje inclinado (3). Los elementos planetarios de transmisión (2, 12) que giran con respecto al eje inclinado (3), están separados mediante el elemento de separación (9), de modo que se asegura que las cúspides de sus conos estén alejadas del polo (8). Gracias a esta disposición, la línea imaginaria (1 1 ) que une los puntos de esfuerzo de los engranes, queda alejada del polo (8) una distancia (14), lo que supone que aparece un par de fuerzas que provoca la rotación del eje inclinado (3) incluso en el caso de que el motor esté conectado al eje de salida (6), permitiendo que ambos ejes (1 , 6) puedan actuar como eje motor o eje resistente. Al cortarse el eje móvil inclinado (3) con el primer eje geométrico (10) se genera una geometría polar, cuyo polo (8) es un punto en el que pueden cortarse dos o más ejes pero existe al menos un eje (1 1 ) que no pasa por dicho polo. Se contempla que la conexión entre el primer elemento planetario de transmisión (2) y la carcasa (15) exterior se realice mediante otro tipo de mecanismo que limita o regula el giro de la misma. Asimismo, se contempla que el dispositivo incorpore elementos que permiten generar o consumir electricidad basados en principios de electromagnetismo.

En el caso de un vehículo híbrido, este sistema permite acoplar un motor eléctrico junto con un motor de combustión, de modo que ambos aportan potencia al reductor y la suma de ambas aportaciones sale por el tercer eje, conectado a las ruedas. El conjunto de ambos motores debe aportar la potencia que requiere el vehículo, en función de las condiciones de la carretera y de la demanda del conductor. Una aplicación concreta consiste en que el motor de combustión trabaje a régimen constante o si se desea, siguiendo unas variaciones de régimen pequeñas que permita sacar el máximo rendimiento al motor de combustión. Por ejemplo se puede elegir un régimen para vehículo estacionado, un régimen en caso de aceleración del vehículo y un régimen en caso de retención.

Con este condicionante, el motor eléctrico debe realizar la función de absorber las variaciones de potencia que demande el conductor o la carretera.

El sistema de regulación del conjunto motor en este caso es el siguiente: Desde el pedal de acelerador del puesto de conducción, se actúa sobre un ordenador de regulación conectado a sensores y elementos de seguridad del vehículo. Desde el ordenador, se actúa en paralelo tanto a:

1 ) una señal de regulación al motor eléctrico como a,

2) una señal de régimen del motor de combustión.

En este ejemplo concreto de acoplamiento de motores, se puede ver una ventaja de utilización del sistema, gracias al cual, es posible la incorporación de un ordenador que ayuda a la reacción rápida y segura del vehículo ante una demanda del conductor. El ordenador puede calcular la demanda de potencia que está apareciendo en las ruedas, como consecuencia de las circunstancias de la carretera, interpretar la demanda que realiza el conductor, calcular la potencia que debe aportar el motor eléctrico y mandar una señal al motor de combustión de modo que el consumo sea óptimo, con pequeñas variaciones de régimen.

Los cálculos del ordenador se realizan en milésimas de segundo, lo cual permite que las reacciones del automóvil sean muy rápidas en comparación con los sistemas actuales, cuyo esquema de regulación es el siguiente: Desde el puesto de conducción, se actúa en paralelo sobre:

1 ) el sistema de control por el conductor de la adaptación de par motor (caja de cambios manual o automática), y

2) el pedal de acelerador.

Tanto desde 1 ) como desde 2) se actúa sobre el sistema mecánico o electromecánico de transmisión de instrucciones del puesto de conducción al sistema de tracción (cables de embrague, cable de acelerador, palancas, sincronizadores, etc.), y de ahí se actúa sobre los sistemas electromecánicos para la aceleración (turbo, EGR, avance de inyección, avance de encendido, sistema de escape, sonda lambda, catalizador, etc.).

En este sistema, el conductor realiza una serie de acciones que aprende en la autoescuela, que incluyen una serie de movimientos y cálculos mentales en caso de vehículos con caja de cambios manual o que se realizan con sistemas electromecánicos en caso de cajas automáticas. En ambos casos se requieren sistemas electromecánicos para conseguir variaciones rápidas del régimen del motor de combustión, que deben trabajar contra los efectos de inercia de las piezas de la caja de cambios, de los gases en el motor, y de los propios componentes del motor, como el cigüeñal, las poleas o el alternador. Como consecuencia de estos modos electromecánicos de transmisión, es habitual aceptar que existe un tiempo de demora, superior a un segundo o de varios segundos hasta que el motor alcanza el régimen deseado. La reducción de este tiempo de adaptación se realiza exclusivamente mediante el sobredimensionamiento del motor, que implica mayor consumo, menor rendimiento y más inercia para acelerar y frenar el vehículo.

Para entender la importancia de los tiempos de reacción desde la decisión del conductor hasta la entrega de potencia, basta un sencillo ejemplo: Un vehículo con motor de 60 KW de potencia acelera de 0 a 100 en unos 10 segundos, con un conductor experto. El consumo medio de ese vehículo sería de 4,5 litros a los 100 km. El mismo conductor y el mismo vehículo con un motor de 90 kW, puede acelerar de 0 a 100 en 8 segundos. Esto supone que 2 segundos empleados en decisiones y transmisión de las mismas a un sistema convencional de tracción del automóvil suponen un exceso de potencia en este caso de 30 kW, con un sobredimensionamiento de frenos y demás elementos mecánicos asociados al sobrepeso correspondiente a ese aumento de potencia. Este otro vehículo puede consumir unos 6,5 litros por cada 100 km. Por el contrario, un vehículo con un sistema de tracción basado en la presente invención, puede funcionar con un motor de 30 kW y un consumo inferior a 3 litros cada 100 km, gracias a que desaparece gran cantidad de elementos con inercia y la reacción del sistema se gestiona electrónicamente, con tiempos de transmisión de los deseos del conductor muy reducidos.

Ejemplo de empleo en vehículo híbrido:

Supongamos una disposición similar a la figura 1 , caracterizada porque la corona 4, en lugar de encontrarse unida rígidamente a la carcasa, se ha dispuesto de modo que pueda girar accionada por un motor eléctrico que se utiliza como motor de control.

Supongamos la siguiente relación de dientes de los engranajes:

Corona satélite 2: 40 dientes Corona de control 4: 22 dientes

Corona satélite 12: 17 dientes

Corona de salida 13: 18 dientes.

Para una rotación del eje 1 accionado por ejemplo por un motor de combustión, y una velocidad de control de la corona 4, aparecerían las siguientes velocidades de salida, según las fórmulas habituales empleadas en engranajes:

Podemos ver cómo es posible tener en el eje de salida revoluciones negativas, es decir la marcha atrás, revoluciones nulas, el punto muerto y después toda la gama, en continuo de velocidades de salida.

Obsérvese igualmente que el motor de control invierte su velocidad para conseguir esa regulación. En las situaciones de velocidad negativa, el motor de control está actuando como freno y por tanto puede funcionar como generador de electricidad.

De este modo, en determinadas situaciones de aceleración, el motor de control aporta potencia al sistema consumiendo electricidad y en situaciones normales detrae potencia del sistema para recargar la batería.

A la vista de esta descripción y juego de figuras, el experto en la materia podrá entender que las realizaciones de la invención que se han descrito pueden ser combinadas de múltiples maneras dentro del objeto de la invención. La invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero para el experto en la materia resultará evidente que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes sin exceder el objeto de la invención reivindicada.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

1 . - Dispositivo para modificar par que comprende al menos un eje de entrada (1 ) y al menos un eje de salida (6) que se prolongan según un primer eje geométrico (10), donde dicho, al menos un, eje de entrada (1 ) está conectado con un plato de arrastre (7) que a su vez está conectado con un eje inclinado (3) que se prolonga según un eje geométrico inclinado (5) respecto de dicho primer eje geométrico (10), de forma que en todo momento dicho primer eje geométrico (10) y dicho eje geométrico inclinado (5) se cortan o cruzan en un polo (8), caracterizado por que el dispositivo comprende al menos dos elementos planetarios de transmisión (2, 12) que se mantienen solidarios y separados entre sí y pueden rotar respecto del eje inclinado (3), de manera que un primer elemento planetario de transmisión (2) está operativamente conectado con un elemento de transmisión fijo (4) que está conectado a una carcasa (15) que comprende el dispositivo, mientras que un segundo elemento planetario de transmisión (12) está operativamente conectado con un elemento de transmisión de salida (13) que está conectado con dicho, al menos un, eje de salida (6), todo ello de tal forma que en todo instante existe una línea imaginaria (1 1 ) cuyo primer extremo coincide con el contacto entre el primer elemento planetario de transmisión (2) y el elemento de transmisión fijo (4) y cuyo segundo extremo coincide con el contacto entre el segundo elemento planetario de transmisión (12) y el elemento de transmisión de salida (13), donde dicha línea imaginaria (1 1 ) nunca pasa por el polo (8).

2. - Dispositivo según la reivindicación 1 , en el que los elementos de transmisión (2, 4, 12, 13) consisten en coronas dentadas

3. - Dispositivo según la reivindicación 1 , en el que los elementos de transmisión (2, 4, 12, 13) consisten en platos de fricción.

4.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer elemento planetario de transmisión (2) se mantiene solidario al segundo elemento planetario de transmisión (12) mediante un elemento de separación (9).

5. - Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un eje de entrada (1 ) y un eje de salida (6) que se prolongan según el primer eje geométrico (10).

6. - Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en todo momento la línea imaginaria (1 1 ) mantiene una distancia (14) constante respecto al polo (8).

7. - Caja de caja de cambios que comprende un dispositivo para modificar par de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

8. - Diferencial basado en las reivindicaciones anteriores, cuyo funcionamiento es posible por la interposición de dos coronas locas operativamente conectadas al o los elementos planetarios.

9. - Vehículo automóvil que comprende un dispositivo para modificar par de acuerdo con cualquiera de reivindicaciones 1 a 6.

10. - Aerogenerador que comprende un dispositivo para modificar par de acuerdo con cualquiera de reivindicaciones 1 a 6.