Transmisión continuamente variable NuVinci

La tecnología Nuvinci Cycling se encuentra actualmente en desarrollo para otras aplicaciones, incluidas turbinas eólicas , vehículos eléctricos ligeros , equipos de energía para exteriores y sistemas de transmisión de accesorios delanteros para automóviles .

Los variadores mecánicos existen desde el siglo XIX y se han utilizado con éxito en maquinaria, en particular el variador de bolas basculantes de Kopp. Se han realizado varios intentos para implementarlos en transmisiones de vehículos, pero el éxito comercial ha sido difícil de alcanzar. ^{[ 1 ]}

En 2017 se anunció que NuVinci Cycling pasaría a llamarse Enviolo. ^{[ 2 ]} En febrero de 2018, la empresa se acogió al Capítulo 11 de la Ley de Quiebras . En junio de 2018, la empresa salió de la reestructuración bajo el Capítulo 11 de la Ley de Quiebras, ^{[ 3 ]} y bajo una nueva propiedad la división de bicicletas pasó a llamarse Enviolo. ^{[ 4 ]}

El sistema de engranajes NuVinci CVT utiliza un conjunto de bolas giratorias e inclinables ubicadas entre los discos de entrada y salida de una transmisión. La inclinación de las bolas cambia sus diámetros de contacto y varía la relación de velocidad. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Como resultado, el sistema NuVinci CVT ofrece una transición suave y continua a cualquier relación dentro de su rango. La relación de engranajes se cambia inclinando los ejes de las esferas de forma continua, para proporcionar diferentes radios de contacto, que a su vez impulsan los discos de entrada y salida. El sistema tiene múltiples "planetarios" para transferir el par a través de múltiples parches de fluido. Las esferas están colocadas en una disposición circular alrededor de un rodillo tensor central (el sol) y contactan con discos de tracción de entrada y salida separados. Esta configuración permite que la entrada y la salida sean concéntricas y compactas. El resultado es la capacidad de barrer la transmisión a través de todo el rango de relaciones suavemente, mientras está en movimiento, bajo carga o detenido.

Dos factores permiten que la transmisión NuVinci CVT proporcione un rango de relación de variación continua en un paquete compacto:

1. La primera es la configuración geométrica del accionamiento, que se basa en la diferente relación de contacto de una esfera . El contacto de una esfera giratoria en dos ubicaciones diferentes con respecto al eje de rotación de la esfera proporcionará una “relación de transmisión”, que puede variar desde una reducción hasta una sobremarcha dependiendo de la ubicación de los puntos de contacto para el par y la velocidad de entrada y salida . ^{[ 5 ]}
2. El segundo factor es la lubricación elastohidrodinámica (EHL). ^{[ 7 ]} Las transmisiones que utilizan EHL para transferir potencia se conocen como transmisiones de tracción . Una transmisión de tracción funciona utilizando un fluido de tracción que, en circunstancias normales, proporciona lubricación a la transmisión. Cuando este fluido experimenta altas presiones de contacto durante el contacto rodante entre los dos elementos muy duros, las esferas y los discos, el fluido experimenta una transición de fase casi instantánea a un sólido elástico . Dentro de esta zona de tracción, las moléculas del fluido se apilan y se unen para formar un sólido, a través del cual se puede transferir la fuerza de corte y, por lo tanto, el par . Cabe señalar que los elementos rodantes en realidad no están en contacto físico. ^{[ 5 ]}

El sistema NuVinci CVT tiene un número reducido de piezas. ^{[ 5 ] [ 6 ]} La mayoría de las CVT tienen una eficiencia mecánica inferior a la de las transmisiones convencionales de la competencia.

Dado que cualquier CVT puede permitir que una planta de energía , humana o motorizada, opere a (o cerca de) su velocidad de eficiencia, par de salida o potencia de salida óptimos, la CVT NuVinci puede mejorar la eficiencia o el rendimiento general de un sistema en comparación con una transmisión de engranajes "convencional", pero solo si dicha ganancia en la eficiencia o el rendimiento de la planta de energía supera cualquier pérdida en la eficiencia o el rendimiento que pueda introducirse al reemplazar la transmisión convencional con la CVT NuVinci. Por ejemplo, si la CVT NuVinci fuera solo un 90 % tan eficiente como la transmisión convencional que reemplaza, la ganancia en la eficiencia operativa de la planta de energía tendría que ser del 11 % (es decir, 1/0,90 − 1 = 0,11 o 11 %) para que la eficiencia general mejorara. La empresa no proporciona ningún dato relacionado con la eficiencia de sus transmisiones y se ha negado a hacerlo cuando se le ha solicitado. ^{[ 8 ]}

La transmisión NuVinci CVT ofrece además la capacidad de aceptar múltiples entradas mientras varía la velocidad y la relación, gestionando el par motor y proporcionando salidas de potencia únicas o múltiples. Al admitir una solución de control basada en la demanda de par motor en lugar de la demanda de velocidad, la NuVinci CVT resuelve el problema de aceleración a baja velocidad inherente a algunos vehículos con demanda de par motor. ^{[ 5 ]}

El diseño sencillo y el reducido número de componentes de la NuVinci CVT la hacen fácilmente escalable, con herramientas que pueden utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones.

La transmisión NuVinci utiliza la tracción rodante para transferir el par, al igual que las transmisiones toroidales. Sin embargo, a diferencia de las CVT toroidales, distribuye el par transmitido entre varias esferas, lo que reduce la fuerza de sujeción total necesaria.

Esta configuración permite que la transmisión NuVinci CVT combine la transferencia de potencia suave y continua de una CVT con la utilidad de una transmisión de engranajes planetarios convencional .

Al igual que con otras CVT de tracción, la transmisión de par a través de la CVT NuVinci implica cierto deslizamiento relativo entre las zonas de contacto que transmiten el par. ^{[ 9 ]} Esto se debe a que, para cualquier zona de contacto dada, partes de la bola se mueven en una dirección ligeramente diferente y a velocidades ligeramente diferentes que el disco (este fenómeno de las CVT de tracción se denomina "giro de contacto"). "La velocidad de giro (o velocidad de perforación) se define como la diferencia en la velocidad de rotación de los rodillos motriz y conducido en una dirección perpendicular al plano de la zona de contacto. Es causada por la diferencia relativa en las velocidades superficiales de ambos elementos a través de la zona de contacto y es una fuente importante de pérdida de potencia en las CVT de tracción." ^{[ 9 ]} En todas las CVT de tracción, este deslizamiento relativo ocurre necesariamente entre superficies que están bajo las presiones de sujeción muy altas necesarias para garantizar que los pares se transmitan de forma fiable. Este deslizamiento relativo bajo altas presiones causa pérdidas de transmisión (ineficiencia). Fallbrook Technology se niega a publicar datos de eficiencia para la CVT NuVinci. ^{[ 10 ]} Sin embargo, el NuVinci es una variante del tipo de transmisión continuamente variable (CVT) de "accionamiento de bolas basculantes", y la eficiencia de las CVT de tipo "accionamiento de bolas basculantes" suele estar en el rango del 70% al 89%. ^{[ 11 ]} Sin embargo, su geometría difiere significativamente del variador de bolas basculantes tipo Kopp de la referencia, ya que el NuVinci tiene sus contactos de transferencia de par en el diámetro exterior en lugar del diámetro interior, lo que coloca al rodillo tensor (un elemento que reacciona a la carga de sujeción) en compresión en lugar de tensión, y porque la superficie de contacto del rodillo tensor no es conforme como en el diseño Kopp. En general, debido a la forma en que está configurado el CVT, es más eficiente en una relación 1:1 en comparación con las posiciones de sobremarcha o submarcha máximas. Los resultados de pruebas independientes han demostrado que en 1:1 es en realidad más eficiente que los bujes de engranajes internos de bicicleta comparables, mientras que en los extremos de la relación es ligeramente inferior.

Los pares de torsión pueden sumarse o dividirse, al igual que en una transmisión planetaria convencional. El control de la relación de transmisión es estable y puede accionarse a lo largo del eje central de la transmisión , de forma similar a la probada transmisión planetaria. En la mayoría de las aplicaciones, no se requiere un sistema hidráulico de alta presión .

Otras ventajas que comparte con diseños CVT similares incluyen que los ejes de entrada y salida pueden estar alineados, desplazados o en una configuración en U (entrada y salida coaxiales y coplanares ), lo que hace que la transmisión sea simple, pequeña, ligera y fácil de integrar.

Fallbrook afirma que el control de transmisión es estable, lineal y no requiere un gran esfuerzo de desarrollo del sistema de control .

El NuVinci CVT puede aplicarse a muchos productos diferentes que utilizan una transmisión de potencia mecánica . La única aplicación comercializada actualmente es el buje de bicicleta con engranajes internos. El NuVinci CVT reemplaza los desviadores y otros bujes con engranajes internos , y proporciona un rango de relación de transmisión de aproximadamente 350%, similar al de las bicicletas con bujes de 8 o 9 velocidades, o con platos dobles (la mayoría de las bicicletas de carreras o de carretera rápidas). ^{[ 12 ]} Este rango es algo menor que el rango del 526% que se encuentra en las bicicletas con un buje Rohloff de 14 velocidades o la mayoría de las bicicletas de montaña/híbridas/de turismo con platos triples. Según los estándares convencionales, un buje de bicicleta NuVinci se considera pesado. El modelo de segunda generación N171B pesa entre 3,85 y 3,95 kilogramos (8,5 y 8,7 lb) , incluyendo la rueda libre y los accesorios de montaje. ^{[ 13 ]} El modelo N360 anunciado a principios de septiembre de 2010 pesa 2,45 kg (5,4 lb ) . ^{[ 14 ]} Ese mismo artículo señala que "el peso combinado de los desviadores delantero y trasero Shimano SLX, las palancas de cambio, el buje libre y el cassette asciende a unos 1,3 kg (2,9 lb) ". Sin embargo, el NuVinci CVT está dirigido a los segmentos menos preocupados por el peso ( cruiser , confort y commuter ) con los últimos productos presentados, el N330 y el N380, que también están dirigidos a bicicletas urbanas, de trekking y eMTB (SUV). Su mayor ventaja es la durabilidad, al cambiar bajo carga y de forma continua, lo cual es especialmente importante con los potentes sistemas de propulsión de las bicicletas eléctricas.     

La empresa también está desarrollando productos basados ​​en la unidad CVT para aplicaciones automotrices.

El sistema y las bicicletas asociadas han recibido varios premios. Entre ellos se incluyen:

• Elección del editor de la revista Bicycling como la bicicleta urbana del año ^{[ 16 ]}
• Tecnología del año y Bicicleta del año en los Países Bajos ^{[ 17 ]}
• Premio iF Design EUROBIKE Oro 2008 ^{[ 18 ]}

Las bicicletas equipadas con transmisiones NuVinci ganaron posteriormente los premios iF Design EUROBIKE en 2010 y 2011. ^{[ 19 ]}

Ellsworth Handcrafted Bicycles , fabricante de cuadros y ruedas para bicicletas, diseñó una bicicleta basada en la Nuvinci CVT. En 2007, la Ellsworth Ride recibió los máximos honores en la reseña anual de productos nuevos más destacados de la revista Popular Science , titulada "Lo mejor de lo nuevo". ^{[ 20 ]}

• Comparación de engranajes de buje
• Transmisión continuamente variable
• Variador

• Sitio web oficial de NuVinci