ANTECEDENTES El actual invento se refiere a un diseño nuevo y de construcción más simple de una transmisión infinitamente variable (IVT), de las cuales hay numerosos diseños, algunos de los cuales fundamentan su operación en el cambio de velocidad de algún componente (normalmente el engrane sol) de un sistema planetario de engranes, para proporcionar una velocidad variable en la flecha de salida acoplada directa o indirectamente a otro componente del mismo (normalmente el engrane anular), como es el caso de la patente US5564998.

Dicho cambio es regulado por un mecanismo variador el cual basa su funcionamiento en el deslizamiento de rodillos en uno o varios pares de discos toroidales como es el caso de la patente US5395292 o por medio de bandas que operan en poleas de diámetro variable, como es el caso de la patente US4553450. Otro caso es el que para variar su tracción utiliza un convertidor de torque en el que existe un gasto en el flujo hidráulico entre la turbina y la bomba, tal es el caso de la patente US4644821. También existe la transmisión continuamente variable como la US4229985 que utiliza un sistema de rodillos cónicos con una rueda intermedia para modular la velocidad variando el anglo de ésta. En todos los casos anteriores existe una gran perdida de energía que en mayor o menor grado afecta la eficiencia del motor, además de tener un grado de complejidad en la construcción que hace que los mecanismos sean costosos en su operación y mantenimiento.

OBJETIVOS 1. Control la marcha del vehiculo por medio de variación de la relación de paso de la transmisión y no de las revoluciones por minuto del motor, de modo que el motor opere a la velocidad de diseño en todas las condiciones.

2. Mejorar la economia de combustible arriba de un 30%, y reducir los tiempos de servicio y de mantenimiento de la transmisión.

3. Efectuar una marcha óptima y una respuesta inmediata del vehículo para cualquier condición en que este se encuentre.

4. Disponer de una potencia de apoyo adicional para condiciones adversas, tales como carga excesiva o pendientes pronunciadas, o aceleración súbita.

5. Proporcionar una Transmisión Infinitamente Variable de control autónomo, que no tenga que recurrir a computadoras de operación del vehículo, ni otros parámetros ajenos a los de operación y demanda de la transmisión.

6. Concretar que la operación del conductor se reduzca a la selección del tipo de manejo que requiere en todo el evento, pero teniendo siempre la opción de potencia adicional cuando sea requerida.

7. Proporcionar un mecanismo regulador de Velocidad Constante, autocontrolado, utilizando la transmisión de manera inversa, esto es suministrando la tracción a través de la flecha de salida.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La invención será mejor comprendida considerando la siguiente descripción, no obstante que el detalle del funcionamiento se explica posteriormente. Los indices son análogos para todas las figuras para facilitar las referencias.

Fig. 1-Es una vista global de la transmisión, en que se aprecia operando la Secuencia Primaria en la parte superior del cuerpo cónico, y la Secuencia Variable en la parte inferior.

Fig. 1A-Es un corte seccional de la transmisión considerando los rodillos de tipo

fijo. Se ilustra operando la Secuencia Primaria.

Fig. 1B-Es un corte seccional de la parte trasera de la transmisión operando en la Secuencia Primaria y Marcha \formal, incorpora el mecanismo de selección para Crucero, y Neutral.

Fig. 1C-Detalle de los embragues unidireccionales y de rodamiento (17 y 18) en posición de amarre.

Fig. 2A-Es un corte seccional de la transmisión considerando los rodillos de tipo fijo, operando la Secuencia Variable.

Fig. 2B-Es un corte seccional de la parte trasera de la transmisión, operando con marcha de Crucero, incorpora el mecanismo de selección para Normal, Crucero, Neutral, y Reversa.

Fig. 2C-Es la vista indicada de la figura 2B, en que se aprecia el tren de engranes trasero.

Fig. 3-Es una vista del detalle del Sistema de Amarre del Engrane Sol, y del sensor Mecánico de Torque de la Transmisión Variable.

Fig. 4A-Muestra esquemáticamente las partes móviles de la Transmisión Primaria.

Fig. 4B-Muestra esquemáticamente las partes móviles de la Transmisión Variable con rodillos fijos.

Fig. 4C-Muestra esquemáticamente las partes móviles de la Transmisión Variable con rodillos con cabeceo.

Fig. 5A y B-Detalla esquemáticamente el contacto del impulsor con los Rodillos en la modalidad Fija o con Cabeceo indicadas en la figura 4-B y C.

Fig. 5C-Detalle del Sistema de Cabeceo y estriado de los Rodillos.

Fig. 6A y B-Es un esquema simplificado de la Vista hacia atrás en 3 posiciones del desplazamiento longitudinal del Sistema de Transmisión Variable indicada en la Figura 4-B y C.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La invención es una Transmisión Infinitamente Variable Autocontenida, de Convertidor Mecánico de Torque Integral con Control Automático de Marcha caracterizado porque comprende de tres sistemas que interactúan entre si y tienen piezas en común que se definen así : A) Un sistema de secuencia primaria y sincronizador de tracción de dos posiciones basado en un ordenamiento planetario de engranes (3, 4 y 5), el cual se compone de un conjunto de engranes primario (1), con un engrane anular montado en un portador de planetas (2), un engrane anular (3) y un embrague unidireccional (17) acoplados en un impulsor cilindrico de diámetro creciente (10), un conjunto de tres o más planetas (4), un engrane sol deslizable (5), una flecha de control y de tracción primaria (7) y una flecha de doble acoplamiento (19).

B) Un sistema de control de desplazamiento del sistema del tren receptor de la tracción y control de sobremarcha y economía que comprende contrapesos centrífugos (8), un engrane sol deslizable (5), una flecha de control y de tracción primaria (7), una barra central estriada (21), una araña posicionadora (12), un disco de fricción (22) y un plato de amarre (6), un sensor de torque basado en un resorte que puede ser espiral (9), y un mecanismo de giro del sensor de torque (20).

C) Sistema convertidor mecánico de torque, de velocidad constante que comprende de una flecha de control con ranura helicoidal, una barra central estriada (21), un engrane anular (3), un impulsor cilindrico de diámetro creciente (10), un sistema de varios rodillos con flecha (11) y engrane trasero (13), engrane central (15), y sistema planetario de engranes (14) fijos a una araña (12), un embrague unidireccional (18) acoplado en una flecha exterior (16), y una flecha de doble acoplamiento (19).

EI sistema de secuencia primaria consta de un ordenamiento de engranes primario (1) que reduce las R. P. M. entregadas del motor y las transmite al portador de los planetas (2) según la velocidad demandada por el acelerador.

Este sistema, durante la aceleración inicial de ralenti a la velocidad de giro para potencia optima de diseño del motor, mantiene fijo el engrane anular (3), por

medio del embrague unidireccional (17), montados ambos en el impulsor cónico (10) ; el engrane sol (5) se desplazará hacia atrás desengarzándose del plato de fricción (6), transmitiéndole el torque a la flecha de control y de tracción primaria (7), y esta lo transmite a la flecha de doble acoplamiento (19).

Una vez logradas las R. P. M. de diseño para potencia optima del motor, los contrapesos centrífugos (8) desplazan al engrane sol (5) hacia adelante desengarzando de la transmisión a la flecha de tracción primaria (7), y asegurándolo en la posición fija para controlar la secuencia variable.

Durante la secuencia primaria, el sincronizador de tracción de dos posiciones por medio de un embrague unidireccional (18), restringe la flecha exterior (19) a girar durante la operación de transmisión inicial, para permitir el libre giro de la flecha de control y tracción primaria (7) ; pero al entrar en operación la transmisión variable, y al igualar la flecha exterior (16) la velocidad de la flecha de doble acoplamiento (19), el embrague unidireccional (18) engarzará a ambas (6 y 19), de modo que dicha flecha exterior (16) transmitirá ahora la tracción, quedando el cambio de secuencia sincronizado.

EI sistema de control de desplazamiento del receptor de la tracción, trabaja de la manera siguiente : una vez engarzado el engrane sol (5) en su posición fija de control (al frente), al percibir la reacción del torque entregado a la transmisión, vencerá al resorte sensor (9) apoyado por el plato de fricción (22), y hará que la flecha de control y tracción primaria (7) gire un numero determinado de vueltas con base al torque que vence la fricción, y por medio de una ranura helicoidal y las muescas de la barra central, desplazará longitudinalmente a la araña posicionadora (12). De este modo se desplaza axialmente el sistema del tren de rodillos a través de la flecha de control, hasta la posición requerida para mantener el impulsor cónico a dichas R. P. M. (inicialmente hacia adelante por requerir mayor torque).

EI sistema de control de sobremarcha y economía, por medio de un mecanismo (20), incrementa o reduce la tensión del resorte sensor (9) calibrando manualmente desde el vehículo las R. P. M. de operación del motor (normalmente más 500 o menos 500 R. P. M.) según la selección de sobremarcha, normal, o economía. Este mecanismo podrá girar libremente de manera reversible en el rango de normal a economía, para absorber el torque inverso durante la desaceleración.

En el sistema convertidor mecánico de torque, la modulación de paso variable consiste en que una vez frenado el engrane sol (5), la flecha de control (7) engarza con la araña (12), la cual se desplazara a la distancia correspondiente al torque recibido. Mientras tanto, la tracción hace girar el engrane anular (3), liberando al impulsor cónico (10) del embrague unidireccional (17), transmitiendo así la tracción al sistema de rodillos antiderrapantes (11) (en la posición controlada descrita arriba), engarzados por su engrane trasero (13) a un sistema planetario fijo (14), a través del engrane central (15) que acopla con la flecha exterior (16).

De este modo, la flecha de doble acoplamiento (19), ahora impulsada por la flecha exterior (16), opera con una relación de velocidad de salida variable dependiendo del diámetro de contacto del impulsor cónico (10), el cual es controlado automáticamente al ser desplazado longitudinalmente a través de la araña (12) por la ranura helicoidal de la flecha de control (7) conjuntamente con las estrías de la barra central (21).

El sistema convertidor mecánico de torque puede adaptarse para funcionar en dos modalidades : a) Rodillos antiderrapantes fijos (11) : con base en rodillos de goma o material compuesto, con eje acoplado al engrane trasero. b) Rodillos ranurados con cabeceo (11A) : Con base en rodillos de engrane guía integrado en su interior, con perfil de sector paraboloide con muescas helicoidales, con eje eslabonado al eje del engrane trasero (Fig. 5C).

En el sistema de rodillos de sector paraboloide con cabeceo (11A), el eje de estos incorpora un engrane que gira en torno al engrane guía (11 B) acoplado al engrane trasero (13), en un rango de 180° conforme se desplaza axialmente el sistema receptor de tracción ; con esto se logra un desplazamiento del área de contacto de los rodillos con el impulsor, haciendo que inicialmente sea con la punta de los rodillos y al lograr toda la carrera (180°) con el talion. Los rodillos (11A) tienen un ranurado helicoidal correspondiente con el anglo de contacto con el impulsor (10), con el cuál acoplan, y cuyas estrías son rectas y longitudinales a lo largo de su superficie interior.

FUNCIONAMIENTO La invención es una Transmision Infinitamente Variable (IVT) que basa su funcionamiento en la operación de un impulsor cilindrico (10), con diámetro creciente que puede ser cónico o paraboloide que es movido por el motor, y transmite un torque variable, pero que mantiene siempre la misma velocidad angular de entrada.

Dentro del impulsor (10), el torque es transmitido por medio de un sistema de tracción de rodillos (11), que son girados a velocidad variable (dependiendo del diámetro en el que hacen contacto), y se desplazan axialmente dentro del mismo de manera automática, con base en la potencia que entrega el motor, y la transmiten a la flecha de salida (19), en una relación de paso exacta, proporcionando el torque necesario para mantener o incrementar la velocidad del vehículo en las condiciones instantáneas.

Para describir ahora el funcionamiento será necesario considerar que la invención se refiere a una transmisión compuesta por dos sistemas epiciclicos de engranes y rodillos (Fig. 1A partes 3, 4, y 5 y Fig. 6A y B, partes 10 a 15), con flechas de salida concéntricas (7 y 16), que interactúan para proporcionar una transmisión de salida regulada, de modo que se mantiene constante la velocidad de operación del motor que la impulsa, y proporciona la tracción con una velocidad y torque equivalente a la potencia demandada (Fig. 2A).

La invención consta de una transmisión inicial para despegue (Take Off) (Fig. 3 y 4A), que opera con una relación de paso bajo a través del engrane sol (5) por medio de la flecha interior (7) mientras et motor logra la velocidad optima de operación, y otra a través del segundo sistema planetario (Fig. 4B o 4C), enlazado al engrane anular del primero (2), y que recibe la tracción de manera variable ya que la pista interna es un cilindro de diámetro creciente (10), que puede tener estrías a lo largo de su superficie interior para una adecuada adherencia de los rodillos (11), dentro del cual se desplaza longitudinalmente un sistema de rodillos (típicamente 3 planetas con 3 engranes de eslabón 11, 13 y 14) que pueden ser fijos (Fig. 6A-11), o con mecanismo de cabeceo y estriado (Fig. 6B-11A), y transmiten el torque a la tracción del aparato a través de una flecha exterior (16).

(Fig. 4B, 4C).

Los rodillos fijos (11), deberán tener un perfil de forma curvilínea de modo que

cuando se encuentran en la posición delantera, la línea tangente al punto con que hacen contacto con el cono, tenga un ángulo relativo con la conicidad del impulsor (Fig. 5A a, b y d), que compense la tendencia al viraje que presenta una rueda al girar en un piano inclinado, y la cual se reduce conforme la pista, o superficie interior del cono (10), aumenta su radio. En el diagrama seccional (Figs. 1 y 2), aparece la opción de los rodillos fijos para simplificar la comprensión.

Los rodillos fijos (11), pueden sustituirse por cabeceadores (11A), los cuales giraran translatoriamente en torno al engrane de la flecha (11B), con tendencia a trepar para aumentar el contacto con el impulsor (10) (Figs. 5B y 5C). Si se utiliza esta opción, se deberá incluir un engrane adicional al sistema planetario inicial, que evitara el engrane de reversa, para que ambos sistemas Primario y Variable, giren en el mismo sentido.

El control de la tracción esta basado en un sensor de torque (9) enlazado al sistema de desplazamiento de la araña (5, 6, y 7). EI sistema incluye también un dispositivo de sobremarcha (20) que, según se seleccione, incrementa las revoluciones por minuto de operación del motor, para aumentar el torque de salida con carga excesiva, así como para requerimientos de aceleración súbita ; o reduce las Revoluciones por Minuto de manera inversa (Fig. 3).

Incorpora un mecanismo automático para alta velocidad o crucero, que al armarse por medio de la leva actuadora (29), hace que engarce un engrane multiplicador (27) con el engrane de la flecha de salida (25), al lograr el sistema de rodillos (11 a 16) un determinado desplazamiento (Fig. 1A). Al desacelerar, retrocederá el sistema de rodillos (11 a 16), y si estos regresan adelante de dicha posición, desengarsará nuevamente al multiplicador engarzando nuevamente los engranes 26 y 28 (Fig. 1 B).

EI Sistema de tubricadón de la transmisión variable será a través de una vena en el interior de la barra central (21), que distribuye el aceite por la parte superior de las muescas, para caer por gravedad a la flecha de control (7), y a través de la ranura helicoidal, por orificios repartidos en la araña (12) al resto del sistema. EI de los demás sistemas será por inmersión o salpicado.

Inicialmente el torque es suministrado al sistema planetario inicial (1 y 2), donde a través de los planetas (4) se transmite indiscriminadamente al engrane sol (5) y al engrane anular (3) ; por tener mayor ventaja mecánica el engrane sol (5), dado

que su relación de paso es menor que la del sistema variable (11a16), (aunque sea en su relación mínima de paso), dicho engrane (5) comenzara entonces a girar ; consecuentemente, el engrane anular (3) tenderá a reaccionar en sentido inverso, pero el embrague unidireccional (17) no lo permitirá (Fig. 1C).

Dado que el engrane sol (5) está cargado a resorte, se mantendrá en su posición trasera. De este modo la flecha de control y de tracción primaria (7), sólidamente unida al engrane sol (5), engarzará con las estrías interiores de la flecha de doble acoplamiento (19), operando asi la tracción primaria.

La velocidad se podrá mantener en el rango de despegue, o podrá ser incrementada hasta lograr la velocidad de operación óptima del motor. En ese momento los contrapesos centrífugos (8), instalados en el engrane sol (5), se extenderán haciendo que este se desplace hacia adelante, frenándose y asegurándose con el plato de amarre (6) y acoplándose al mecanismo sensor de torque (9), y desengarzando la flecha de control y tracción primaria (7) de la flecha de doble acoplamiento (19).

De este modo entra en operación la secuencia controlada, manteniéndose entonces el engrane sol (5) asegurado en su posición delantera, y la transmisión será ahora a través del engrane anular (2) acoplado al impulsor (10), el cual girará en el sentido de la transmisión primaria por lo que se liberará del embrague unidireccional (17), y transmitirá la tracción al segundo sistema planetario alojado en el interior del impulsor (11, 12, 13 y 14), el cual es desplazable axialmente, y esta unido por el engrane central (15) a la flecha exterior (16).

Dicha flecha exterior (16), tiene integrado el segundo embrague unidireccional (18), dado que en todo lo largo de ésta, Ileva ranuras dispuestas para restringir el giro de los balines (Fig. 1C), fungiendo como la pista exterior característica de dicho embrague, el cual durante la operación de la transmisión primaria no permite que haga interferencia con la flecha de control y tracción primaria (7), pero al tener mayor velocidad relativa que dicha flecha, engarzaran dichos balines transmitiendo la tracción a la flecha de doble acoplamiento (19) y sincronizando el cambio de secuencia.

Una vez girando el impulsor, engarzara la flecha exterior (16) con el resto de la transmisión como se describe arriba, engarzando también la araña de desplazamiento (12) con la flecha de control y tracción primaria (7) (que ahora

hace la función de control) (17), la cuál lleva una ranura helicoidal típicamente de 5 vueltas. El torque de reacción del engrane sol hará que dicha flecha gire proporcionalmente al mismo, y en combinación con el estriado de la barra central (21) que puede tener un giro helicoidal para compensar la componente trasera resultante de la fuerza de contacto de los rodillos (11) con el cono (10) ; desplazará al sistema de rodillos (11-16) inicialmente hacia atrás, pero al cargar la tracción del impulsor aumentara el torque y regresarán a su posición natural (correspondiente a las R. P. M. optimas de diseño del motor y que es hacia adelante en toda su carrera).

Al incrementar la demanda de potencia, el engrane sol (5) girará venciendo la tensión del resorte sensor (9), y la fricción del Arillo de Fricción (22), haciendo girar proporcionalmente la flecha de control (7), de modo que el sistema de rodillos (11-16) se desplace hacia atrás para hacer contacto con un diámetro mayor del impulsor (10), de modo que sin incrementar la velocidad del impulsor (10), se incrementará la velocidad de los rodillos (11), del engrane de eslabón (14), del engrane central (15), de la flecha exterior (16), de la flecha de doble acoplamiento (19), y por consecuencia de la transmisión, pero manteniendo el motor operando con una velocidad constante (Fig. 6A y 6B).

Lo mismo ocurre para la opción de rodillos con cabeceo (11A), solo que estos se desplazaran translatoriamente sobre el engrane guía (11B) enlazado al engrane trasero (13) y al resto del sistema previamente explicado. De modo que dependiendo su ángulo de cabeceo, hacen contacto con la punta o talón de cada rodillo, para de este modo aislar el punto de contacto y evitar el derrapamiento de estos (Fig. 5B).

Si se requiere sobrerrevolucionar la operación del motor durante la secuencia controlada en cualquier momento, se deberá girar el extremo externo del resorte sensor (9) por medio de la palanca de sobremarcha (20), para incrementar la tensión del resorte (9), y de este modo hacer que el mecanismo requiera mayor potencia para vencer el sistema de control (Fig. 3), obligando al sistema deslizable (11-16) a mantenerse ligeramente mas adelante de lo normal, operando así con menos velocidad y mas torque ; contrariamente si se desea que opere de manera desahogada (típicamente a velocidades altas), se hará la operación inversa.

De la misma manera que la anterior, si se armó la selección de crucero, al lograr

un determinado numero de tevoluciones por minuto de salida, (proporcional al desplazamiento de la flecha exterior) (16) se accionara la leva de crucero (29), desplazando hacia adelante el ! conjunto de engranes de la contraflecha (23, 27 y 28), para obtener una relación de paso mayor. Como el torque de salida se incrementará abruptamente, el sensor (9) desplazara de inmediato al conjunto de rodillos (11-16) hacia adelante hasta la posición en que se logre la estabilidad del motor en sus condiciones de operación optima nuevamente, y continuar con el sistema de tracción controlada ; al reducir la velocidad del vehiculo debajo de dichas R. P. M. determinadas, se regresará a la relación original con la misma secuencia inversa.

Si se reduce la velocidad, de modo que se requiera un torque excesivo (correspondiente a la secuencia primaria), el sistema de rodillos (11 a 16) se desplazará inicialmente hacia adelante en toda su carrera, pero como el torque es mayor al correspondiente para esta posición, se desasegurará el engrane sol (5), liberándose de su posición de amarre, para entonces transmitir la tracción en secuencia primaria.

Al recibir un torque negativo en exceso (debido a una disminución de velocidad), el engrane sol (5) se desplazará a su posición trasera, girando los tres elementos del sistema planetario (3, 4 y 5), por lo que se anulará la tracción, hasta el momento en que la velocidad de la flecha de control y tracción primaria (7) sea mayor que el de la flecha de salida (19), amarrando entonces nuevamente al impulsor (10) por medio del embrague (18), entrando nuevamente en operación la secuencia primaria.

Si en dicho intervalo se acelera nuevamente, el torque disminuirá paulatinamente hasta que se desasegure el engrane sol (5), que por estar cargado a resorte se colocará en su posición trasera, y de este modo continuará operando la secuencia variable.

Para operar la reversa, se selecciona manualmente la operación de esta mientras el motor opera en ralenti, desplazando hacia atrás en toda su carrera a la contraflecha (23), y engarzando el engrane de reversa (24), y girando la flecha del mismo (29), en su arco de posicionamiento (30).

EI mecanismo tiene las siguientes ventajas :

1.-Se aprovecha íntegramente la energia del motor, salvo las perdidas por fricción, pues se utiliza un dispositivo mecánico de paso variable para la modulación del torque.

2.-Mejora grandemente la marcha del vehiculo, pues tiene una relación de paso autocontrolado por el mismo torque del motor, cuenta con un sistema de cambio de secuencia sincronizado, que hace que sea de fácit operación, y optimiza la operación del motor, prolongado su vida útil y tiempos de mantenimiento, aumentando la economia de combustible.

3.-Puede ser utilizado en equipo automotriz, como transmisión o como sistema auxiliar regulador de cambios de relación en cualquier otra maquinaria o equipo.

4.-El motor opera a velocidad constante, por lo que se le puede incorporar un generador o alternador eléctrico de frecuencia fija para corriente alterna o bombas hidráulicas de flujo constante.

5.-Es de construcción axial y tiene relativamente pocas piezas en movimiento, con lo que se facilita su construcción y tiene menos posibilidades de falla.

6.-Tiene un rango amplio de ventaja mecánica por lo que sólo requiere de un engrane inversor para reversa, pero se le puede incorporar un tren de engranes de varias relaciones o solamente una, para relación de crucero dependiendo de los requerimientos del aparato.

7.-Se le pueden extender accesorios tales como indicador de torque, y acepta de manera simple sistemas de control tales como gobernador centrifugo, y control de desplazamiento hidráulico o eléctrico entre otros.

8.-Si se utiliza de manera invertida, proporcionando la tracción a la flecha de salida, puede funcionar como Unidad de Velocidad Constante (CSD) a la entrada.