BRPI0720026A2 - Sistema para realizar o controle automático do voo de pipas. - Google Patents

Sistema para realizar o controle automático do voo de pipas. Download PDF

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA PARA REALIZAR O CONTROLE AUTOMÁTICO DO VOO DE PIPAS".
A presente invenção refere-se a um dispositivo para realizar co- mandos de um sistema de controle automático adequado ao voo de perfis de asas de energia (genericamente indicadas aqui abaixo pelo termo "pipas"), particularmente para otimizar a conversão de energia de vento (eólica) em energia elétrica ou mecânica, através do voo de pipas conectadas através de cabos a dispositivos de conversão no solo.
De algumas patentes anteriores, de fato, processos são conhe- cidos para converter energia eólica em energia elétrica ou mecânica por meio de dispositivos que são capazes de converter a energia mecânica ge- rada pela fonte de vento em uma outra forma de energia, tipicamente ener- gia elétrica, que subtrai a energia eólica do vento utilizando pipas conecta- das a eles por meio de cabos. Em particular, o Pedido de Patente Italiano número T02003A000945, o Pedido de Patente Europeu número 04028646.0 e o Pedido de Patente Italiano número T02006A000372 divulgam sistemas para converter a energia cinética de correntes de vento em energia elétrica controlando o voo de pipas conectadas a um sistema do tipo "carrossel", ou através de etapas de tração e recuperação. No passado, diversos arranjos também foram propostos relacionados a arrastar barcos por meio de disposi- tivos que capturam as correntes de vento por meio de pipas, como aqueles descritos, em particular, na Patente Britânica número 2.098.951, Patente US número 5.056.447, Patente US número 5.435.259, Pedido de Patente Inter- nacional número W003097448, Pedido de Patente US número US 2004035345, Pedido de Patente US número US2004200396, Pedido de Pa- tente Internacional número W02005100147, Pedido de Patente Internacional número W02005100148, Pedido de Patente Internacional número W02005100149 e Pedido de Patente Alemão número DE 102004018814.
Nos sistemas acima, o controle do voo de pipas é obtido através de sistemas como aquele mostrado na figura 1 anexa, na qual o sistema de controle 1 compreende, de maneira geral:
dispositivo de detecção 3 a bordo da pipa 2 adaptado para de- tectar primeiros pedaços de informação que lidam pelo menos com posição e orientação no espaço da própria pipa 2 e acelerações em três eixos às quais ela está submetida;
dispositivo de detecção 5 no terreno, adaptado para detectar segundos pedaços de informação que lidam pelo menos com a quantidade de tensão nos cabos de acionamento da pipa 2 e sua posição relativa, dire- ção e intensidade de uma corrente de vento W dentro da qual a pipa 2 está imersa;
dispositivo de processamento e controle 7 dos primeiro e segun- do pedaços de informação adaptados para transformar o conteúdo de tais informações em uma ação de controle adequada que é realizada em um a- cionamento mecânico que opera nos cabos de acionamento 6 da pipa 2 a- través de uma unidade de atuação 4, as ações que a tal unidade 4 devem realizar no cabo 6 são substancialmente de dois tipos: desenrolamento ou re-enrolamento paralelo dos dois cabos 6 e controle diferencial da posição do cabo 6.
Um modo operacional já proposto pela técnica precedente é fa- zer as duas ações acima realizadas por dois guinchos para enrolar o cabo 6, acionados por dois motores independentes. Desta maneira, contudo, as i- nércias elevadas dos guinchos podem reduzir de maneira excessiva a pronta atuação do controle diferencial, limitando o rendimento de controlar o voo de pipas. Além disso, com este arranjo não é possível levar em consideração, de maneira vantajosa, que as energias envolvidas no desenrolamen- to/enrolamento paralelo dos dois cabos são elevadas, e as imprecisões re- queridas para controlar o movimento de desenrolamento/re-enrolamento são pequenas, enquanto que, ao invés disso, para o controle diferencial dos ca- bos, energias são pequenas e precisão requerida é elevada. No arranjo aci- ma os dois motores devem ter ao mesmo tempo as energias elevadas ne- cessárias para o desenrolamento/re-enrolamento paralelo dos dois cabos e a precisão requerida para o controle diferencial, requerendo com isto a utili- zação de dois motores caros.
Portanto, o objetivo da presente invenção é solucionar os pro- blemas acima da técnica precedente, fornecendo um sistema no qual pelo menos dois motores reciprocamente independentes são utilizados, respecti- vamente, um para realizar a ação de desenrolamento/re-enrolamento dos cabos, e o outro para realizar a ação de controle diferencial.
O acima e outros objetivos e vantagens da invenção como irão
aparecer da descrição a seguir são obtidos por meio de um sistema para realizar o controle automático do voo de pipas como descrito na reivindica- ção 1. Modalidades preferidas e variações não-triviais da presente invenção são o tema das reivindicações dependentes. A presente invenção será mais bem descrita por algumas de su-
as modalidades preferidas fornecidas como um exemplo não-limitativo com referência aos desenhos anexos, nos quais:
a figura 1 mostra uma representação esquemática de uma moda- lidade de um controle do voo de pipas de acordo com a técnica precedente; e a figura 2 mostra uma representação esquemática de uma mo-
dalidade do sistema para realizar o controle automático do voo de pipas de acordo com a presente invenção.
Com referência então à figura 2, é possível observar que o sis- tema 10 para realizar o controle automático do voo de pelo menos uma pipa 11 de acordo com a presente invenção compreende:
pelo menos um primeiro motor de atuação 12 adaptado para controlar a rotação de pelo menos dois guinchos 14a, 14b sobre cada um dos quais pelo menos um de pelo menos dois cabos 13 para controlar e a- cionar a pipa 11 é enrolado, para exercer uma ação de desenrolamento/re- enrolamento de ditos cabos 13 presos em ditos guinchos 14a, 14b, possi- velmente cada cabo 13 pode ser acionado em um seu comprimento incluído entre a pipa 11 e o respectivo guincho 14a, 14b por um sistema adequado de transmissões 20;
para exercer uma ação de desenrolamento/enrolamento de ca- bos que é síncrona e igual em uma modalidade preferida, os guinchos 4a e 4b têm um tambor com o mesmo diâmetro e são ambos enchavetados sobre o mesmo eixo de acionamento 12a do primeiro motor de atuação 12; pelo menos um segundo motor de atuação 15 adaptado para controlar um movimento de translação (por exemplo, ao longo da direção mostrada pela seta FT), pelo menos um deslizador 16, o deslizador sendo equipado com pelo menos dois blocos 17 para a transmissão divergente dos cabos 13, para realizar uma ação de controle diferencial dos dois cabos 13. Em particular, para realizar o movimento de translação acima, o segundo motor de atuação 15 pode operar em conjunto com o deslizador 16 através de pelo menos um mecanismo do tipo catraca 15a, feito de pelo menos uma roda dentada de acionamento 15b atuada pelo segundo motor de atuação 15 que engrena em pelo menos uma cremalheira 15c integrada com o desli- zador 16, a direção do movimento de translação Ft do deslizador 16 depen- dendo de maneira óbvia da direção de rotação (indicada como um exemplo pela seta Fr) da roda dentada 15b.
Possivelmente, o sistema 10 de acordo com a presente invenção também poderia compreender:
pelo menos um sistema de amortecimento 18 para absorver as variações das forças de tração da pipa 11 sobre os cabos 13, possivelmente induzidas por turbulências de vento;
pelo menos um sensor de carga 19 feito, por exemplo, como uma célula de carga adaptada para permitir a avaliação dos valores instan- tâneos das forças de tração, valores que podem ser utilizados por um siste- ma de controle do voo da pipa, ao mesmo tempo para otimizar as energias geradas, e para realizar intervenções para minimizar os riscos de sobrecar- gas estruturais em caso de turbulências de vento elevadas. Pode ser observado que no sistema 10 para realizar o controle
do voo de pipas da presente invenção, as energias requeridas pelo primeiro motor de atuação 15 são muito baixas, uma vez que as forças de tração e- xercidas sobre o deslizador 16 e os dois cabos 13 através dos blocos 17 são anuladas em sua maior parte. Além disso, as inércias envolvidas no movi- mento do deslizador 16 são muito baixas em relação àquelas dos guinchos 14a, 14b, permitindo uma prontidão de resposta elevada ao controlar o voo da pipa 11.

Claims (10)

1. Sistema (10) para realizar um controle automático de um voo de pelo menos uma pipa (11) controlada e acionada por meio de cabos (13), caracterizado pelo fato de o sistema (10) compreender: pelo menos um primeiro motor de atuação (12) adaptado para exercer uma ação de desenrolamento/re-enrolamento de ditos cabos (13) sobre respectivos guinchos (14a, 14b); pelo menos um segundo motor de atuação (15) adaptado para realizar uma ação de controle diferencial de ditos cabos (13).
2. Sistema (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dito primeiro motor de atuação (12) acionar uma rotação de di- tos dois guinchos (14a, 14b).
3. Sistema (10) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri- zado pelo fato de ditos guinchos (4a, 4b) terem um tambor com um mesmo diâmetro e serem ambos enchavetados sobre um mesmo eixo de aciona- mento (12a) de dito primeiro motor de atuação (12).
4. Sistema (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada um de ditos cabos (13) ser acionado em um comprimento dos mesmos incluído entre dita pipa (11) e um respectivo guincho (14a, 14b) por um sistema de transmissão (20).
5. Sistema (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dito segundo motor de atuação (15) acionar um movimento de translação (Ft) de pelo menos um deslizador (16), dito deslizador sendo e- quipado com pelo menos dois blocos (17) para uma transmissão divergente de ditos cabos (13).
6. Sistema (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dito segundo motor de atuação (15) ser adaptado para cooperar com dito deslizador (16) através de pelo menos um mecanismo do tipo ca- traca (15a) que compreende pelo menos uma roda dentada de acionamento (15b) acionada por meio de dito segundo motor de atuação (15) que engrena com pelo menos uma cremalheira (15c) integrada com dito deslizador (16).
7. Sistema (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um sistema de amortecimento (18) adaptado para absorver variações de forças de tração da pipa (11) sobre cabos (13).
8. Sistema (10) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um sensor de carga (19) adaptado para permitir a avaliação de valores instantâneos de ditas forças de tração.
9.
Sistema (10) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de dito sensor de carga (19) ser uma célula de carga.
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