Dispositivo (20, 232) de transferencia de fuerza giratoria, que comprende:

una carcasa (22, 236) que tiene una leva (38, 180, 248) montada en la misma;

un eje (30, 252) central montado, de manera giratoria, en la carcasa (22, 236) y configurado para recibir un par de entrada;

caracterizado porque el dispositivo incluye además

un mecanismo de división de par que comprende medios alternantes accionados por el eje (30, 252) central y la excentricidad de la leva (38, 180, 248) para dividir el par desde el eje (30, 252) central;

un mecanismo (28) de control acoplado a la carcasa (22, 236) para controlar el mecanismo de división de par; y

un mecanismo (90) de embrague que acopla selectivamente medios (66) alternantes a una salida (120)

Transmisión continuamente variable.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de transmisión, y más particularmente a una transmisión mecánica continuamente variable particularmente adecuada para vehículos de tracción humana.

Las transmisiones de velocidad variables continuamente son usadas para una transmisión de movimiento giratorio y de potencia en una variedad de aplicaciones en las que una variación continua de la relación entrada a salida es beneficiosa. Las transmisiones de velocidad variable intentan proporcionar una transición imperceptible en todo el rango de velocidades disponible. Esto puede ser particularmente desafiante cuando la entrada a la transmisión, tal como una entrada de velocidad o par, tiene una variación cíclica, tal como la generada por un ciclista que pedalea sobre una biela de bicicleta.

La entrada de velocidad y de par a los pedales de un bicicleta varía al doble de la frecuencia del giro de pedaleo con una forma de onda aproximadamente sinusoidal. La relación entre el promedio de RPM del pedal y la velocidad de la bicicleta en una bicicleta estándar no es constante debido a que la entrada de par al eje del pedal es aproximadamente una función sinusoidal del giro del eje del pedal. La Figura 1 es un gráfico que ilustra la fuerza efectiva en kilos como una función del ángulo de la biela de pedal en grados. Este gráfico muestra el efecto de la fuerza (la suma de ambas piernas) en la rueda de la bicicleta, trazado en función del ángulo de la biela en grados (véase P. R. Cavanagh y D. J. Sanderson, "The Biomechanics of Cycling: Studies of the Pedaling Mechanics of Elite Pursuit Riders", tal como se publica en Science of Cycling, páginas 91-102.)

A pesar de que un ciclista puede sentir que la fuerza aplicada por sus piernas a los pedales es continua, el gráfico de la Figura 1 muestra que la fuerza ni es constante ni es continua. De esta manera, una transmisión de velocidad variable para una bicicleta debería acomodarse a las variaciones cíclicas de velocidad y sus consecuentes impulsos de par reflejados, en una manera que proporcione una transmisión suave en la relación efectiva entre la entrada y la salida y que proporcione una sensación de homogeneidad al ciclista.

Se ha desarrollado un amplio conjunto de técnicas en este campo, que se describirán en más detalle más adelante. Estos enfoques incluyen transmisiones por correa de velocidad variable, transmisiones de engranaje de relación fija, relación discreta o relación continua (epicíclica) típicas, transmisiones de tracción, transmisiones por impulsos, transmisiones periódicas y similares. La transmisión de tracción en varias formas es una variante popular debido a algunos beneficios diferentes relativos a otros conceptos, tales como transmisiones por impulsos.

Las transmisiones por impulsos se basan en unas relaciones de biela ajustables para generar una relación de engranaje variable. Dichas relaciones de biela se consiguen, más frecuentemente, mediante un desplazamiento excéntrico de un miembro accionador o accionado, con elementos de transmisión de carga intermedios. Estos elementos de transmisión de carga son numerosos, y como alternativa, transportan la carga durante un corto periodo cuando la relación de biela es tal como se desea, y descansan durante el resto de un ciclo mediante el uso de embragues, ruedas de trinquete o gatillos de trinquete de sentido único. Por esta razón, estas transmisiones se denominan también transmisiones periódicas. El transporte de carga alterno de los elementos transmisores de carga y el movimiento cinemático subyacente resultan en una variación de velocidad durante un ciclo de una transmisión por impulsos.

Las transmisiones de tracción proporcionan un funcionamiento suave mediante el uso de una relación de radios de rodadura entre un miembro accionador y un miembro accionado. El concepto más simple de una transmisión de tracción es el de dos ruedas que ruedan conjuntamente, que tienen una relación de engranaje fija. Su operación es suave, es decir, no hay variaciones de velocidad en la unidad para una configuración de relación de engranaje fija, y no hay necesidad del uso de embragues, ruedas de trinquete o gatillos de trinquete.

Una variación continua de la relación de engranaje en una transmisión de tracción se obtiene mediante el uso de elementos accionadores y elementos accionados de formas únicas, en los que el radio de rodadura puede ser cambiado sobre la marcha. Las transmisiones de tracción se caracterizan, frecuentemente, por la transferencia de par desde un elemento giratorio de entrada, a través de un elemento giratorio intermedio, a un elemento giratorio de salida. El miembro intermedio contacta los miembros de entrada y salida a varios radios que efectúan un cambio de relaciones entre los miembros de entrada y salida. El par es transmitido a través del sistema por medio de tracción o fricción entre los miembros de entrada, salida e intermedios. Puede usarse un fluido dentro de la transmisión de tracción que se convierte en sólido con la aplicación de una determinada fuerza de compresión para mejorar la tracción.

El uso de miembros intermedios proporciona también la oportunidad de cambiar adicionalmente la relación de engranaje e incrementar el rango de engranaje. Se proporcionan determinados medios para variar la relación de radios de rodadura mediante un ajuste mecánico de una o más partes. El cambio de una transmisión de tracción es relativamente fácil ya que la trayectoria de cambio es generalmente perpendicular a la trayectoria de transmisión de carga primaria. Las patentes de Blake (patente US No. 5.597.056), Lutz (patente US No. 5.318.486) y Schievelbusch (patente US No. 5.273.501) son ejemplos de dichos sistemas para aplicaciones en bicicletas usando dispositivos de tipo cono, toroide y bola, respectivamente.

El dispositivo divulgado en la patente de Kitchen y Storey (patente US No. 1.083.328) es otro ejemplo de una transmisión de tracción industrial que es particularmente compacta debido al uso de una geometría hemisférica. Esta patente muestra también una variedad de disposiciones de miembros intermedios para conseguir diferentes efectos, tales como engranajes inversos.

Dichas transmisiones de tracción están bien probadas y se usan extensamente en el ámbito industrial. En general, se supone que son más útiles a velocidades altas y pares bajos, de manera que no se sobrecargue el mecanismo de tracción, lo cual puede resultar en deslizamiento. Sin embargo, la eficiencia decrece con el incremento de par debido al micro-deslizamiento. También, las transmisiones de tracción no se usan en situaciones en las que ocurren frecuentemente cambios entre las relaciones de engranaje.

La principal desventaja de las transmisiones de tracción continuamente variable es que deben basarse en la fricción para su funcionamiento. No pueden usarse dientes de engranaje debido a la geometría continuamente variable durante el cambio de la relación de engranaje. Las transmisiones de tracción en usos industriales usan normalmente partes metálicas, y la fricción se desarrolla mediante una presión normal alta entre las partes, frecuentemente en conjunción con fluidos de tracción especiales que mejoran la fricción. La presión normal alta requerida para desarrollar una tracción útil resulta en partes pesadas para soportar las cargas. En algunos casos, se usa un engranaje de entrada para incrementar las velocidades internas y reducir la tracción requerida, pero a costa de pérdidas de eficiencia en las áreas de contacto de los dientes de los engranajes adicionales. El uso de metales, que son muy rígidos, requiere también que las partes se fabriquen con una precisión muy alta, tal como un cojinete de elemento rodante, conduciendo a un alto costo de fabricación. Finalmente, el material muy rígido usado y la geometría variable de la rodadura introducen un desplazamiento relativo entre las partes y un deterioro resultante. De hecho, las invenciones de las patentes ejemplares indicadas anteriormente no se comercializan en la actualidad, probablemente por estas razones.

Otro tipo de transmisión CVT que funciona por tracción es una transmisión por cinta de goma con haces de radios variables, tales como una transmisión de motonieve típica. Estas transmisiones no son tan compactas o ligeras como las que permite la presente invención, tal como se describirá más adelante. También, esos sistemas tienen una retroalimentación de...

1. Dispositivo (20, 232) de transferencia de fuerza giratoria, que comprende:

una carcasa (22, 236) que tiene una leva (38, 180, 248) montada en la misma;

un eje (30, 252) central montado, de manera giratoria, en la carcasa (22, 236) y configurado para recibir un par de entrada;

caracterizado porque el dispositivo incluye además

un mecanismo de división de par que comprende medios alternantes accionados por el eje (30, 252) central y la excentricidad de la leva (38, 180, 248) para dividir el par desde el eje (30, 252) central;

un mecanismo (28) de control acoplado a la carcasa (22, 236) para controlar el mecanismo de división de par; y

un mecanismo (90) de embrague que acopla selectivamente medios (66) alternantes a una salida (120).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que los medios alternantes comprenden uno de entre un par de balancines (162, 164) y un conjunto elemento oscilante.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que el mecanismo (90) de embrague acopla al eje (30, 252) central a la salida en una relación 1:1 cuando hay una velocidad relativa sustancialmente igual a cero entre las partes móviles en los medios (66) alternantes.

4. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la leva (38, 180, 248) tiene una forma anular y está montada sobre el eje (30, 252) central para pivotar alinearse o desalinearse axialmente con respecto al eje (30, 252) central en respuesta al mecanismo (28) de control, cambiando de esta manera una relación entre la entrada giratoria y la salida giratoria.

5. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que los medios (66) alternantes comprenden un primer conjunto (162) balancín montado de manera giratoria al eje (30) central y un segundo conjunto (164) balancín montado de manera giratoria al eje (30) central e independiente del primer conjunto (162) balancín, incluyendo cada uno de los conjuntos balancín primero y segundo (162, 164) un seguidor (176) configurado para moverse sobre la leva (38).

6. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que los medios (66) alternantes comprenden un conjunto elemento oscilante que incluye un portador (54, 256) de elemento oscilante montado en el eje (30, 252) para girar con el eje (30, 252) y un mecanismo (66, 258) elemento oscilante montado sobre el eje (30, 252) para girar con el eje (30) y en cooperación con el portador (54, 256) de elemento oscilante y la leva (38, 248).

7. Dispositivo según la reivindicación 6, en el que el mecanismo (66, 258) elemento oscilante coopera con la leva (38, 248) y el portador (54, 256) elemento oscilante para moverse en una dirección transversal al eje longitudinal del eje (30, 252) central cuando el eje (30, 252) central gira y la leva (38, 248) está desalineada con respecto al eje (30, 252) central.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, en el que el mecanismo (66) elemento oscilante comprende un primer miembro (74) elemento oscilante y un segundo miembro elemento oscilante, cooperando cada uno con la leva (38) y el portador (54) de elemento oscilante para moverse independientemente, uno del otro, en una dirección transversal al eje longitudinal del eje (30) central.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, en el que el miembro (96) de embrague acopla selectivamente los miembros de elemento oscilante primero (80) y segundo (86) a la salida cuando los miembros de elemento oscilante primero (80) y segundo (86) están a una velocidad relativa sustancialmente igual a cero con respecto a la salida, para minimizar la tensión y la retroalimentación de par.

10. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el eje (30, 252) comprende un eje de entrada de par montado de manera giratoria en la carcasa,

y la leva (38, 248) está montada a la carcasa (22, 236) y está configurada para moverse en una dirección transversal a un eje longitudinal del eje (30, 252) de entrada,

un dispositivo (28) para mover la leva con relación al eje longitudinal del eje de entrada;

y el mecanismo de división de par comprende un mecanismo de transferencia que comprende un portador (54) de elemento oscilante montado en el eje (30) de entrada para girar con el eje (30) de entrada, un conjunto elemento oscilante montado sobre el eje (30) y que coopera con el portador (54) de elemento oscilante y la leva (38), incluyendo el conjunto (66) elemento oscilante un seguidor (74) de leva, montado sobre el eje (30) de entrada para girar independientemente del eje (30) de entrada, y ejes de transferencia de par primero (80) y segundo (86), montados de manera giratoria sobre el eje (30) de entrada y coaxiales uno con el otro y con el eje (30) de entrada, teniendo cada uno de los ejes de transferencia de par primero (80) y segundo (86) un dispositivo (84, 88) de acoplamiento en un primer extremo del eje para acoplar el eje (80, 86) de transferencia de par al seguidor de leva, y teniendo cada eje un dispositivo de entrada de embrague en un segundo extremo del mismo; y

el mecanismo (90) de embrague comprende un dispositivo (96) de salida de embrague configurado para conectar alternamente los dispositivos (92, 94) de entrada de embrague en el segundo extremo de los ejes primero y segundo a un eje (120) de salida.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que el dispositivo (96) de salida de embrague está configurado para ser acoplado al eje de salida a una velocidad relativa sustancialmente igual a cero entre los ejes primero y segundo y el eje de salida.

12. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que el seguidor (74) de leva comprende al menos un dispositivo (84, 88) seguidor para seguir la leva (38) durante el giro del seguidor (74) de leva para hacer que el conjunto elemento oscilante se mueva atrás y adelante en una trayectoria que es transversal con respecto al eje longitudinal del eje de entrada.

13. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que cada dispositivo (84, 88) de acoplamiento en los ejes primero y segundo comprende un engranaje (266) de piñón configurado para cooperar con una cremallera (264) montada en el elemento oscilante y configurada para girar el eje respectivo alrededor del eje longitudinal del eje (252) de entrada, tanto en sentido horario como en sentido anti-horario, en respuesta al seguidor de elemento oscilante que coopera con la leva (248).

14. Dispositivo según la reivindicación 13, en el que el seguidor (260) de leva comprende un primer miembro seguidor de leva y un segundo miembro seguidor de leva, cooperando cada uno con la leva (248) y el portador (256) de elemento oscilante para moverse, independientemente uno del otro, en una dirección transversal al eje longitudinal del eje (252) de entrada.

15. Vehículo que comprende el dispositivo de transferencia de fuerza giratoria según una de las reivindicaciones 1 a 9.

16. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende:

un elemento generador de movimiento principal que suministra una entrada de par al eje (30, 252) central,

y en el que el eje (30, 252) comprende un eje de entrada de par montado de manera giratoria en la carcasa (22, 236);

y en el que la leva (38, 248) está montada a la carcasa (22, 236) y está configurada para moverse en una dirección transversal a un eje longitudinal del eje (30, 252) de entrada;

comprendiendo además el dispositivo un dispositivo (28) para mover la leva (38, 248) en relación al eje longitudinal o el eje (30, 252) de entrada;

y en el que el mecanismo de división de par comprende un mecanismo de transferencia de par que comprende un portador (54, 256) de elemento oscilante montado en el eje (30, 252) de entrada para girar con el eje (30, 252) de entrada, un conjunto elemento oscilante montado sobre el eje (30, 252) y que coopera con el portador (54, 256) de elemento oscilante y la leva (38, 248), incluyendo el conjunto elemento oscilante un seguidor (74, 260) de leva montado sobre el eje (30, 252) de entrada para girar con el eje (30, 252) de entrada, y ejes de transferencia de par primero (82) y segundo (86), montados de manera giratoria sobre el eje (30, 252) de entrada y coaxiales uno con el otro y con el eje (30) de entrada, teniendo cada uno de los ejes de transferencia de par primero y segundo un dispositivo (84, 88) de acoplamiento en un primer extremo del eje para acoplar el eje de transferencia de par a un dispositivo de acoplamiento complementario en el seguidor (74, 260) de leva, y teniendo cada eje un dispositivo (90) de entrada de embrague en un segundo extremo del mismo; y

en el que el mecanismo (90) de embrague comprende un dispositivo de salida de embrague configurado para conectar alternamente los dispositivos de entrada de embrague en el segundo extremo de los ejes primero y segundo a un eje de salida.

17. Dispositivo según la reivindicación 16, en el que el dispositivo de salida de embrague está configurado para ser acoplado al eje de salida a una velocidad relativa sustancialmente igual a cero entre los ejes primero y segundo (80, 86) y el eje (120) de salida.

18. Dispositivo según la reivindicación 16, en el que el seguidor (74, 260) de leva comprende al menos un dispositivo seguidor para seguir la leva (38, 248) durante el giro del portador (54, 256) de elemento oscilante para hacer que el seguidor (260) de leva se mueva atrás y adelante en una trayectoria que es transversal al eje longitudinal del eje (30, 252) de entrada.

19. Dispositivo según la reivindicación 16, en el que cada dispositivo de acoplamiento en los ejes primero y segundo comprende un engranaje (266) de piñón y el dispositivo de acoplamiento complementario comprende una cremallera (264) montada en el seguidor (74, 260) de leva y configurada para cooperar con el engranaje (266) de piñón para girar el eje (268) respectivo alrededor del eje longitudinal del eje (30, 252) de entrada, tanto en sentido horario como en sentido anti-horario, en respuesta al seguidor de leva que coopera con la leva.

20. Dispositivo según la reivindicación 19, en el que el seguidor (74, 260) de leva comprende un primer elemento oscilante que tiene un miembro seguidor que coopera con la leva (38, 248) y un segundo elemento oscilante que tiene un miembro seguidor respectivo que coopera con la leva (38, 248) para moverse independientemente del primer elemento oscilante, moviéndose cada elemento oscilante en una dirección transversal al eje longitudinal del eje de entrada.

21. Mecanismo de transferencia de par, que comprende:

un eje (30, 252) de entrada;

una carcasa (22, 236) que tiene una leva (38, 180, 248) montada en la misma;

caracterizado por

un conjunto de división de par acoplado funcionalmente al miembro (38, 248) de leva y configurado para dividir el par de entrada en un primer par de salida y un segundo par de salida; y

un conjunto de salida de par acoplado al conjunto de división de par y configurado para acoplar el primer par de salida a un eje de salida y para acoplar el segundo par de salida al eje de salida cuando haya una velocidad relativa igual a cero entre las partes móviles del conjunto de división de par a acoplar al eje de salida.

22. Mecanismo según la reivindicación 21, en el que el miembro (38, 248) de leva está configurado para alinearse o desalinearse con respecto a un eje longitudinal del eje (30, 252) de entrada y en el que el conjunto de división de par comprende un elemento oscilante (66, 258) configurado para seguir la leva (38, 248) cuando el elemento oscilante (66, 258) gira y para alternar en una dirección transversal al eje longitudinal del eje de entrada cuando el miembro (38, 248) de leva está excéntrico con respecto al eje (30, 252) de entrada para variar, de esta manera, la relación entre el giro del eje de entrada y el giro del eje de salida y cuando el miembro (38, 248) de leva no está excéntrico con respecto al eje de entrada para proporcionar una relación 1:1 entre el giro del eje de entrada y el giro del eje de salida.