ES2353483A1 - Sistema de almacenamiento de energía de utilidad en arranques y regulación de sistemas eléctricos. - Google Patents
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Abstract
Sistema de almacenamiento de energía de utilidad en arranques y regulación de sistemas eléctricos que comprende medios de transmisión (8) para transmitir energía mecánica entre, una máquina eléctrica (9) y un dispositivo de almacenamiento de energía que comprende al menos un resorte espiral (1) dispuesto en un eje giratorio (4); un elemento de frenada y sujeción (5) conectado al eje (4) para alternativamente bloquear el resorte (1) o mantenerlo en una situación liberada en la que la máquina eléctrica (9) actúa de motor que hace girar el eje giratorio (4) en un primer sentido tensando el resorte (1) para almacenar energía mecánica, mientras que el giro del eje (4) en sentido contrario, libera la energía mecánica almacenada en el resorte (1) de manera que los medios de transmisión hacen girar la máquina eléctrica (9) para que funcione como generador eléctrico.
Description
Sistema de almacenamiento de energía de utilidad
en arranques y regulación de sistemas eléctricos.
La presente invención se encuadra en el campo
técnico de los dispositivos de acumulación y aprovechamiento de
energía disponible en aparatos en movimiento o excedente por algún
otro motivo en un sistema eléctrico, entregando dicha energía en un
tiempo reducido -es decir, con potencia elevada-, de modo que
aquélla pueda aprovecharse en, por ejemplo, el arranque o regulación
de sistemas eléctricos, que se caracterizan por la demanda de
grandes cantidades de energía en poco tiempo. El sistema es capaz de
absorber dicha energía también en un intervalo corto de tiempo -es
decir, a potencia elevada-.
La acumulación de energía en sistemas eléctricos
tiene una gran importancia, ya que mediante su aplicación se
consigue optimizar los procesos de arranque para así conseguir
reducir el consumo energético de los mismos.
Por lo tanto, se considera que la optimización
de los procesos de arranque mediante sistemas de almacenamiento de
energía supondrá un gran ahorro económico y medioambiental.
Conseguir almacenar energía con elevadas
densidades de energía y potencia junto con elevados rendimientos
constituye uno de los principales campos de investigación que se
tienen actualmente. Se busca conseguir la mayor acumulación posible
de energía, mediante el mínimo peso y volumen posible, junto con
tiempos de carga y descarga adecuados a cada aplicación.
Los sistemas más comunes de almacenamiento
existentes en la actualidad son los siguientes:
- Baterías de flujo (Pilas de combustible
regenerativas) en las que una pila de combustible reversible
almacena y libera electricidad por medio de una reacción
electroquímica, que ocurre cuando el electrolito fluye a través de
una membrana de la célula.
- Baterías recargables con baterías de alta
temperatura NaS que contienen azufre líquido y sodio separados por
un electrolito de cerámica sólido y las baterías de iones de litio
(Li-ion) que contienen óxidos de elementos metálicos
y de carbono separados por un electrolito que contiene sales de
litio.
- Supercapacitadores que comprenden dos
electrodos de polaridad opuesta que están separados por un
electrolito y almacenan cargas eléctricas opuestas de igual magnitud
en la superficie de cada placa de electrodos y durante la descarga
se genera una corriente.
- Almacenamiento de hidrógeno de acuerdo con el
que se electroliza agua en hidrógeno (y oxígeno) y el cual es
almacenado en estado comprimido, y el hidrógeno se utiliza para
generar energía mediante una pila de combustible o un motor cuando
es necesario.
Existen adicionalmente sistemas de acumulación
de energía elástica mediante la utilización de resortes espirales
fabricados con materiales compuestos, tal y como se describe en la
solicitud de patente EP-A-2097655
(Elastodynamic Energy Accumulator-Regulator) con
respecto a aerogeneradores eléctricos, vehículos y sistemas de
alimentación ininterrumpida.
La problemática de elevados consumos en los
procesos de arranque se presenta en la mayor parte de sistemas
eléctricos.
Por ejemplo, por lo general la puesta en marcha
de una máquina eléctrica conlleva un gran consumo de energía
eléctrica y la necesidad adicional de tener que desarrollar un
elevado par para vencer la inercia resistente a la que se encuentra
el motor en reposo llegándose a consumir varias veces la intensidad
nominal de funcionamiento durante dicho periodo y generándose un
sobrecalentamiento del motor. Existen sistemas de arranque con
reducción de tensión como son los arranques estrella/triángulo,
arranques con auto-transformador, los arranques de
resistencia primaria o los arranques suaves. Aunque dichos sistemas
permiten llegar a mejorar los problemas anteriormente descritos, los
resultados no son los más favorables, produciéndose bajos
rendimientos, elevados consumos, deterioro del motor eléctrico,
dificultad de control y un sobrecoste añadido por la introducción de
estos sistemas.
Otro ejemplo serían los sistemas de generación
eléctrica de emergencia de las grandes instalaciones eléctricas:
desde el corte de suministro hasta la puesta en marcha de los
generadores auxiliares suele pasar un corto tiempo, durante el cual
no existe suministro. Esto puede ser un gran inconveniente en
hospitales, aeropuertos, etc. Un sistema capaz de suministrar una
cantidad pequeña de energía en un tiempo corto, sin gastos inútiles
de energía en arranque de motores eléctricos, solucionaría este
inconveniente.
\newpage
Lo mismo sucede, por ejemplo, en vehículos: por
lo general, en el arranque es necesaria una mayor cantidad de
energía, por la aceleración necesaria de toda la masa. Si el
vehículo es, además, eléctrico, a este efecto se le une la necesidad
de mayor cantidad de energía para el arranque del motor.
La contribución a la resolución de estos
problemas haría también posible la mejora de los sistemas actuales
de regulación de energía, que aportan energía cuando ésta falta en
el sistema al que están conectados, y absorben energía de éste
cuando existe en él un excedente: un sistema sencillo y de bajo
coste como el presentado, capaz de entregar y absorber una cantidad
industrialmente relevante de energía en intervalos cortos de tiempo
-es decir, a potencias elevadas- es de aplicación inmediata y
ventajosa en regulación.
Utilizando resortes espirales fabricados con
elevada capacidad de absorción y entrega de energía en forma
elástica (por ejemplo, los materiales compuestos -composites- con
matriz polimérica y refuerzo de fibra de vidrio, carbono, etc.,
aunque posteriormente se citarán más ejemplos), es posible
transmitir un par mecánico elevado durante un número de revoluciones
considerable. Esto permite disponer de la energía en las condiciones
necesarias para el arranque.
Los sistemas de acumulación de energía antes
descritos adolecen de inconvenientes tales como un coste elevado,
una eficiencia energética poco favorable, una seguridad de
funcionamiento limitada y/o una vida útil poco duradera.
La presente invención tiene por objeto superar
los inconvenientes del estado de la técnica más arriba detallados,
mediante un sistema de almacenamiento de energía de utilidad en
arranques y regulación de sistemas eléctricos, que comprende
un dispositivo de almacenamiento de energía que
comprende al menos un resorte espiral alojado en una carcasa y
dispuesto en un eje giratorio para almacenar energía mecánica cuando
el eje giratorio gira en un primer sentido de carga tensando el
resorte espiral, y para liberar energía mecánica almacenada en el
resorte espiral cuando el eje giratorio gira en un segundo sentido,
opuesto al primer sentido, en el que se descarga el resorte
espiral;
medios de carga para entregar energía generada
por un motor eléctrico al dispositivo de almacenamiento de
energía;
medios de descarga de energía almacenada para
transmitir energía almacenada en el dispositivo de almacenamiento de
energía a un generador de energía eléctrica; y
medios de control conectados, por una parte, a
los medios de carga, a los medios de descarga y al dispositivo de
almacenamiento, y, por otra, a un sistema de control;
cuyo sistema
comprende una máquina eléctrica capaz de actuar
como motor eléctrico y como generador de energía eléctrica, y que
está controlada mediante electrónica de potencia;
comprende un elemento de frenado y sujeción
conectado al eje giratorio y controlado por medios de control de
enclavamiento, para mantener el resorte espiral alternativamente en
una situación bloqueada en la que el eje giratorio no gira o en una
situación liberada en la que el giro del eje giratorio en dicho
primer sentido accionado por los medios de carga tensa el resorte
espiral para almacenar energía mecánica, mientras que el giro del
eje giratorio en el segundo sentido libera la energía mecánica
almacenada en el resorte espiral;
los medios de descarga comprenden un sistema de
transmisión de movimientos giratorios y un sistema de variación de
par y velocidad;
el sistema de transmisión está interconectado
entre dicha máquina electrónica y el sistema de variación de par y
velocidad, y el sistema de variación de par y velocidad está
interconectado entre el sistema de transmisión y el eje giratorio
del dispositivo de almacenamiento;
cuando es alimentada con electricidad, la
máquina eléctrica (9) funciona como motor eléctrico que tensa el
resorte espiral (1), mientras que cuando el resorte espiral (1)
libera energía mecánica, la máquina eléctrica (9) funciona como
generador de electricidad;
de forma que el sistema absorbe o entrega
energía mediante su acoplamiento a la máquina eléctrica (9) que,
controlada mediante la electrónica de potencia (10), convierte la
energía mecánica almacenada en el resorte (1) en energía eléctrica y
viceversa, para arranque de motores eléctricos o regulación de
sistemas o redes eléctricas.
A la vista de las características anteriormente
descritas, la invención proporciona un dispositivo de almacenamiento
de energía mecánica por medio de al menos un resorte espiral, que
puede estar formado por uno o un conjunto de resortes dispuestos en
serie o paralelo, y que se puede acoplar a un motor para permitir su
arranque mediante la descarga de esta energía mecánica previamente
almacenada. El resorte del sistema se comprime absorbiendo energía y
recargándose, acumulando energía mecánica que posteriormente se
utiliza para el arranque del motor mediante la distensión del
resorte espiral. El resorte puede ser de los del tipo que se
describen en la solicitud de patente
EP-A-2097655, pudiéndose utilizar
también resortes diferentes, como resortes espirales de par no
constante, resortes cuya forma antes de ser montado en la carcasa, o
bien ya en disposición de funcionamiento, quede definida con
cualquier tipo de espiral (Arquímedes, logarítmicas, etc.), pudiendo
tener la sección resistente del resorte diferentes configuraciones:
sección monolítica con diferentes formas -rectangular, circular,
elíptica, etc., huecas o no-, sección en sándwich -compuesta de
pieles en sus caras exteriores y núcleo en su parte central, que
puede ser, por ejemplo, espuma, honeycomb, etc.-, sección en
sándwich con una piel de anchura distinta que la otra, o laminados
con láminas de anchuras diferentes, y pudiendo, en todos los casos,
variar a lo largo de la longitud del resorte las características
resistentes de las secciones (forma, anchura, espesor, refuerzo,
material). Además, y con el objeto de aumentar la densidad de
energía, pueden utilizarse materiales con cociente tensión admisible
- módulo de Young elevado (como algunos elastómeros o materiales
cerámicos de ingeniería). También se prevé el aprovechamiento de
espacios poco solicitados mecánicamente -como, por ejemplo, el
núcleo en secciones sándwich, o la parte hueca en secciones
monolíticas huecas- para la disposición de sistemas de
almacenamiento no elástico -por ejemplo, baterías-. Del mismo modo,
se puede aumentar la densidad de energía si se colocan materiales
(por ejemplo, polímeros) piezoeléctricos, piezorresistivos o
electroactivos, o materiales orgánicos, reciclados, o composites de
todos ellos en las zonas del resorte que van a sufrir más
deformación.
En una realización de la invención, el resorte
espiral esta unido a un árbol central y fijado a una carcasa
exterior, y es accionado por dicho árbol mediante la aplicación de
un momento torsor permitiendo la acumulación de energía en forma
mecánica para su posterior reutilización.
Una vez almacenada la energía, ésta se puede
utilizar para arrancar el motor. Para una mayor funcionalidad, el
sistema preferentemente se diseña de forma tal que sea capaz de
almacenar energía mecánica suficiente para arrancar un cierto número
de veces en caliente y en frío. De acuerdo con lo anteriormente
indicado en la presente memoria descriptiva, el resorte espiral
puede estar formado por un conjunto de resortes dispuestos en serie
o en paralelo con el fin de disminuir las dimensiones radiales o
longitudinales del mismo. En otra realización, para la carga y
descarga del sistema de almacenamiento están previstos resortes
dispuestos en ejes separados, siendo el eje central el eje de carga
del sistema, y estando la carcasa exterior unida a un eje secundario
de la reductora como eje de descarga o viceversa.
Cuando se disponen varios resortes en serie es
necesario introducir elementos de unión entre ellos de manera que el
giro de cada resorte provoque el giro del siguiente resorte, por lo
que cada resorte espiral va unido en un extremo del elemento de
unión y por el extremo contrario va unido al elemento de unión del
resorte siguiente. De igual manera para optimizar el espacio
disponible se pueden introducir varias espirales desfasadas un
cierto ángulo contenidas en cada elemento de unión. Aquel de dichos
elementos de unión que se encuentra en uno de los extremos puede ser
fijo y el del extremo contrario puede ser solidario al árbol de
accionamiento del resorte espiral o puede actuar él mismo como árbol
de transmisión de movimiento y par. La unión entre los diferentes
discos se puede llevar a cabo a través de adhesivo, a través de
unión mecánica de fuerza o forma, o cualquier mecanismo de
fijación.
Particularmente, en la disposición en serie de
varios resortes, cada uno de los resortes del dispositivo de
almacenamiento de energía está respectivamente dispuesto entre dos
elementos de unión que están dispuestos en el eje giratorio y los
elementos de unión comprenden un primer elemento de unión extremo y
un segundo elemento de unión extremo, y al menos un elemento de
unión .intermedio susceptible de girar sobre el eje giratorio. Uno
de los elementos de unión extremos es solidario al eje giratorio y
gira con el eje giratorio, y el otro es estacionario y no gira con
el eje giratorio y cada resorte espiral está unido por uno de sus
extremos a una parte central de un elemento de unión y por su otro
extremo a una parte periférica del elemento de unión contiguo.
En una realización de la disposición en serie de
varios resortes espirales, cada resorte espiral está dispuesto entre
una superficie frontal y una superficie posterior de sendos
elementos de unión contiguos, y está periféricamente rodeado por un
cuerpo anular de un elemento de unión comprendiendo el cuerpo anular
un lado abierto, un lado cerrado por una pared y una superficie
interna anular que entre sí forman una cavidad interior en la que se
aloja el resorte espiral correspondiente.
Al menos uno de los elementos de unión extremos
y cada elemento de unión intermedio respectivamente presentan un
saliente cilíndrico central con un diámetro menor que el cuerpo
anular, que emerge de su superficie frontal y presenta un paso axial
atravesado por el eje giratorio. El primer extremo de cada resorte
espiral está fijado al saliente cilíndrico de uno de los elementos
de unión y el segundo extremo de cada resorte espiral está fijado en
el cuerpo anular del elemento de unión contiguo. A su vez, los
elementos de unión están inmovilizados unos respecto de otros, de
forma que, al estar cada resorte espiral conectado a dos de los
elementos de unión, el giro del eje giratorio en dicho primer
sentido sucesivamente tensa los resortes espirales dispuestos entre
los elementos de unión, y el giro del eje giratorio en dicho segundo
sentido sucesivamente libera los resortes espirales dispuestos entre
los elementos de unión. A su vez, el elemento de unión extremo
estacionario puede comprender un cuerpo discoidal de cuya superficie
frontal emerge dicho saliente cilíndrico.
Al menos uno de los resortes espirales puede
comprender un primer cuerpo espiral y un segundo cuerpo espiral
dispuestos en desfase entre sí, estando cada cuerpo espiral unido
por un extremo a una primera parte de dicha parte central de un
elemento de unión y por otro extremo a una segunda parte de dicha
parte periférica del elemento de unión contiguo, quedando las
respectivas espiras de los cuerpos espirales dispuestas en
alternancia y concéntricamente. El desfase de los cuerpos espirales
puede ser, por ejemplo, de 180º.
Unido al eje giratorio está dispuesto el
elemento de frenado y sujeción que permite la fijación del resorte
en condiciones estacionarias mediante enclavamiento. El
enclavamiento se puede conseguir mediante la utilización de un
dispositivo de frenado que puede ser, por ejemplo, un dispositivo
con discos de freno, zapatas, un freno electromagnético o de
enclavamiento u otro dispositivo similar, y/o de un trinquete u otro
método de enclavamiento mecánico o de retención. El accionamiento
del elemento de frenado y sujeción se puede realizar mediante un
actuador de enclavamiento, preferentemente electromagnético, aunque
también puede ser eléctrico, neumático o hidráulico. Cuando el
elemento de frenado y sujeción es un mecanismo de trinquete, se
puede disponer adicionalmente un dispositivo de frenado para frenar
el árbol una vez descargada la energía necesaria. El dispositivo de
frenado puede ser un dispositivo con discos de freno, zapatas, un
freno electromagnético o de enclavamiento u otro dispositivo
similar. El accionamiento del dispositivo de frenado se puede
realizar mediante un actuador de frenado, preferentemente
electromagnético, aunque también puede ser eléctrico, neumático o
hidráulico.
De la anterior descripción se desprende que la
presente invención supera los inconvenientes de los sistemas del
estado de la técnica mediante un sistema sencillo y eficaz.
El sistema puede ser utilizado para la absorción
y entrega de energía a una máquina eléctrica que sea capaz de actuar
como motor y como generador, la cual, controlada mediante la
electrónica de potencia adecuada, es capaz de convertir en energía
eléctrica la energía almacenada en el resorte de forma mecánica, y
viceversa. De este modo, se permite tener una potencia eléctrica
elevada, útil para, por ejemplo, arranque de motores eléctricos o
regulación de sistemas o redes eléctricos o de otro tipo.
En esta aplicación el árbol de transmisión de
movimiento se encuentra conectado a una máquina eléctrica capaz de
actuar tanto como motor como generador eléctrico, siendo en algunas
ocasiones necesaria la introducción entre ambos sistemas de un
elemento variador de par y revoluciones de giro de manera que se
adecúen las condiciones de funcionamiento a las demandadas tanto por
el sistema de almacenamiento como por la máquina eléctrica
utilizada.
utilizada.
Como consecuencia de la liberación de la energía
almacenada en el resorte se pone en funcionamiento la máquina
eléctrica introducida, generándose así electricidad que puede ser
utilizada en el arranque o regulación de sistemas eléctricos, de
manera que el elevado consumo del proceso de arranque proviene de
energía previamente almacenada y obtenida de energía anteriormente
no aprovechada.
De igual manera, si la máquina eléctrica es
alimentada con electricidad, estará funcionando como un motor,
produciéndose así el almacenamiento de energía en los resortes como
consecuencia del movimiento de giro que les llega.
El funcionamiento de los diferentes estados del
motor/generador es controlado a través de electrónica de potencia en
función de los diferentes estados de las variables de control del
sistema.
Como complemento final de esta descripción debe
ser indicado que en ciertas aplicaciones podría ser necesario un
sistema de amortiguamiento o absorción de las vibraciones,
especialmente torsionales, en caso de que la carga o descarga sea
muy rápida, así como un sistema limitador de par que pudiera ser de
naturaleza mecánica, hidráulica, eléctrica, etc..., que evite los
problemas derivados de una carga o descarga muy rápida y siempre y
cuando el sistema de control no hubiese actuado debido a esa
rapidez.
A continuación se describen aspectos y
realizaciones de la invención sobre la base de unos dibujos, en los
que
la figura 1 es una vista esquemática de los
elementos constituyentes del conjunto del sistema conforme a la
invención;
la figura 2 muestra una disposición de unión en
serie de dos etapas de resortes espirales de dos entradas;
la figura 3 muestra otra disposición de unión en
serie de dos etapas de resortes espirales;
la figura 4 muestra una sección transversal de
uno de los resortes espiral ilustrados en el figura 2;
En estas figuras aparecen unas referencias
numéricas que identifican los siguientes elementos:
- 1
- resortes espirales
- 1A
- primer cuerpo espiral
- 1B
- segundo cuerpo espiral
- 2
- discos de unión de los resortes espirales
- 3
- carcasa
- 4
- eje o árbol giratorio de los resortes
- 5
- elemento de frenado y sujeción
- 6
- mecanismo reductor
- 7
- actuador electromagnético
- 8
- eje de entrada/salida del reductor
- 9
- motor/generador eléctrico
- 10
- electrónica de potencia
- 11
- red eléctrica
- 12
- primer elemento de unión extremo
- 12a
- cuerpo anular
- 12b
- superficie interna
- 12c
- pared frontal
- 12d
- saliente cilíndrico
- 12e
- paso interior
- 12'
- elemento de unión intermedio
- 12a'
- cuerpo anular
- 12b'
- superficie interna
- 12c'
- pared frontal
- 12d'
- saliente cilíndrico
- 12e'
- paso interior
- 13
- segundo elemento de unión extremo
- 13a
- cuerpo discoidal
- 13b
- saliente cilíndrico
- 13cc
- paso interior
La figura 1 muestra una realización de un
sistema de arranque y regulación de sistemas eléctricos. Dicho
sistema está formado por un conjunto formado por varios resortes
espirales en serie (1) unidos a través de los discos de unión (2) y
protegido por la carcasa (3). El árbol (4) del conjunto de resortes
espirales (1) está unido tanto al elemento de frenado y sujeción (5)
como al elemento de variación de velocidad y par en forma de
mecanismo reductor (6). El elemento de frenado y sujeción (5)
comprende un mecanismo de sujeción trinquete que está controlado a
través del actuador electromagnético (7), El eje (8) del reductor
(6) está conectado al motor/generador eléctrico (9), y éste a su vez
está conectado al elemento encargado del control electrónico de
potencia (10) cuya salida se conecta a la red eléctrica (11) en la
cual se quiere hacer uso de la energía eléctrica generada a través
del sistema propuesto, como puede ser el arranque de un sistema
eléctrico.
Cuando el estado de carga de los resortes (1)
sea lo suficientemente elevado y se desee generar energía eléctrica,
el actuador electromagnético (7) actúa sobre el sistema de frenado y
sujeción (5) provocando el movimiento del árbol (4) del conjunto de
resortes (1). El mecanismo reductor (6) adecúa las condiciones de
funcionamiento a las demandadas por el motor/generador (9), de
manera que produce energía eléctrica que es entregada a la red (11)
en las condiciones necesarias gracias a la actuación de la
electrónica de potencia (10) en función de las diferentes variables
de control. Para finalizar el proceso de descarga del conjunto de
resortes (1) el actuador electromagnético (7) vuelve a posicionar el
sistema de frenado y sujeción (5) en su posición inicial, provocando
la detención del giro del árbol (4) del conjunto de resortes
espirales (1).
Para recargar el conjunto de resortes espirales
(1), el elemento de control electrónico de potencia (10) establece
las condiciones necesarias para alimentar el motor (9) gracias a la
energía eléctrica captada de la red eléctrica (11). El actuador
electromagnético (7) libera el sistema de frenado y sujeción (5),
por lo que, a través del movimiento del motor (9) y de la actuación
del mecanismo reductor (6) se produce la recarga del conjunto de
resortes espirales (1) como consecuencia del movimiento del árbol
(4), Cuando se desea detener el proceso de recarga, la electrónica
de potencia (10) deja de alimentar el motor (9) y el actuador
electromagnético (7) devuelve a su posición inicial al mecanismo de
retención (5).
La figura 2 muestra una realización de la unión
en serie de varios resortes espirales (1). El esquema representado
es el correspondiente dos resortes espirales (1), siendo posible la
introducción de un mayor número de resortes espirales (1) de manera
análoga a la descrita a continuación.
Como se puede observar, los resortes (1) están
dispuestos respectivamente entre dos elementos de unión
(12-12'), (12'-13) que están
dispuestos en el eje giratorio (no mostrado en la figura 2)
existiendo un primer elemento de unión extremo (12) solidario al
árbol giratorio (4) y que rota con el mismo, un segundo elemento de
unión extremo (13) estacionario que no rota con el árbol giratorio
(4) por lo que se le puede fijar a la carcasa del dispositivo de
almacenamiento, y un elemento de unión intermedio (12') susceptible
de girar sobre el árbol giratorio (4).
Particularmente, cada resorte espiral (1) está
dispuesto entre una superficie frontal y una superficie posterior de
sendos elementos de unión contiguos (12), (12'), (13), y está
periféricamente rodeado por un cuerpo anular (12a), (12a') de uno de
los elementos de unión (12), (12'). El cuerpo anular (12), (12')
comprende un lado abierto, un lado cerrado por una pared frontal
(12c), (12c') y una superficie interna anular (12b), (12b') que
entre sí forman una cavidad interior para alojar el resorte espiral
(1) correspondiente.
Los elementos de unión (12), (12'), (13)
respectivamente presentan un saliente cilíndrico central (12d),
(12d'), (13b) con un diámetro menor que el cuerpo anular (12a),
(12a'), que emerge de su superficie frontal y presenta un paso axial
(12e), (12e'), (13c) para el paso del árbol giratorio (4), También
se puede observar que el elemento de unión extremo estacionario (13)
comprende un cuerpo discoidal (13a) de cuya superficie frontal
emerge dicho saliente cilíndrico (13b).
Cada resorte (1) se compone de dos cuerpos
espirales (1A), (1B) desfasados entre sí en un ángulo de 180° lo que
puede apreciarse con más detalle en la figura 4. El primer extremo
de cada cuerpo espiral (1A), (1B) se fija a una parte del saliente
cilíndrico (12d'), (13b) correspondiente de uno de los elementos de
unión (12), (12'), (13) y el segundo extremo de cada cuerpo espiral
(1A), (1B) se fija en la superficie interna (12b), (12b') del cuerpo
anular (12a), (12a') del elemento de unión contiguo (12), (12').
Al estar cada resorte espiral (1) conectado a
dos de los elementos de unión (12), (12'), (13) y al ser el segundo
elemento de unión (13) estacionario, el giro del primer elemento de
unión (12) solidario al árbol giratorio (4) en un sentido
sucesivamente tensa los resortes espirales (1) dispuestos entre los
elementos de unión (12), (12'), (13), mientras que el giro del
elemento de unión (12) en el sentido opuesto sucesivamente libera
los resortes espirales (1).
La figura 3 muestra otra posible forma de
disposición en serie de los resortes espirales (1) mediante el
arrollamiento, de forma alternativa, horaria y antihoraria de cada
dos resortes (1) consecutivos, y la unión, de forma alternativa, de
cuerpo anular con cuerpo anular y de saliente cilíndrico con cuerpo
cilíndrico.
Introduciendo un giro (A) en el eje del primer
resorte espiral (1), el cuerpo anular girará en el sentido (B). Si
este cuerpo anular se une al cuerpo anular de un resorte espiral (1)
enrollado en sentido contrario, el giro (C) recibido por éste
cargará ese resorte (1), y producirá un giro en su árbol (4) en
sentido (D).
Uniendo ahora el árbol (4) de este resorte (1)
con el de un tercer resorte espiral (1), enrollado en el mismo
sentido que el primero, es decir, contrario que el segundo, se
consigue cargar también el tercer resorte (1). La operación de
descarga se produce de forma análoga pero en sentido inverso.
Claims (13)
1. Sistema de almacenamiento de energía de
utilidad en arranques y regulación de sistemas eléctricos, que
comprende
un dispositivo de almacenamiento de energía que
comprende al menos un resorte espiral alojado en una carcasa y
dispuesto en un eje giratorio para almacenar energía mecánica cuando
el eje giratorio gira en un primer sentido de carga tensando el
resorte espiral, y para liberar energía mecánica almacenada en
resorte espiral cuando el eje giratorio gira en un segundo sentido,
opuesto al primer sentido, en el que se descarga el resorte
espiral;
medios de carga para entregar la energía
mecánica generada por un motor eléctrico al dispositivo de
almacenamiento de energía,
medios de descarga de energía almacenada para
transmitir energía almacenada en el dispositivo de almacenamiento de
energía a un generador de energía eléctrica; y
medios de control conectados, por una parte a
los medios de carga, a los medios de descarga y al dispositivo de
almacenamiento y, por otra, a un sistema de control,
caracterizado porque
comprende una máquina eléctrica (9) capaz de
actuar como motor eléctrico y como generador de energía eléctrica, y
que está controlada mediante electrónica de potencia (10);
comprende un elemento de frenado y sujeción (5)
conectado al eje giratorio (4) y controlado por medios de control de
enclavamiento (7), para mantener el resorte espiral (1)
alternativamente en una situación bloqueada en la que el eje
giratorio (1) no gira o en una situación liberada en la que el giro
del eje giratorio (1) en dicho primer sentido accionado por los
medios de carga (9) tensa el resorte espiral (1) para almacenar
energía mecánica, mientras que el giro del eje giratorio (1) en el
segundo sentido libera la energía mecánica almacenada en el resorte
espiral (1);
los medios de descarga comprenden un sistema de
transmisión de movimientos giratorios (8), y un sistema de variación
de par y velocidad (6);
el sistema de transmisión (8) está
interconectado entre dicha máquina eléctrica (9) y el sistema de
variación de par y velocidad (6), y el sistema de variación de par y
velocidad (6) está interconectado entre el sistema de transmisión
(8) y el eje giratorio (4) del dispositivo de almacenamiento;
cuando es alimentada con electricidad, la
máquina eléctrica (9) funciona como motor eléctrico que tensa el
resorte espiral (1), mientras que cuando el resorte espiral (1)
libera energía mecánica, la máquina eléctrica (9) funciona como
generador de electricidad;
de forma que el sistema absorbe o entrega
energía mediante su acoplamiento a la máquina eléctrica (9) que,
controlada mediante la electrónica de potencia (10), convierte la
energía mecánica almacenada en el resorte (1) en energía eléctrica y
viceversa, para arranque de motores eléctricos o regulación de
sistemas o redes eléctricas.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque el dispositivo de almacenamiento de
energía comprende al menos un conjunto de resortes espirales (1)
conectados al eje giratorio (4).
3. Sistema según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el elemento de frenado y sujeción (5)
comprende un mecanismo de trinquete dispuesto en el eje giratorio
(4).
4. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque el elemento de frenado y sujeción (5)
comprende un dispositivo de frenado dispuesto en el eje giratorio
(4) y controlado por medios de control de frenado.
5. Sistema según la reivindicación 4,
caracterizado porque el dispositivo de frenado es un freno de
disco.
6. Sistema según la reivindicación 4,
caracterizado porque el dispositivo de frenado es un freno
electromagnético.
7. Sistema según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque el dispositivo de
almacenamiento de energía comprende una pluralidad de resortes
espirales (1) dispuestos en serie en el eje giratorio (4).
8. Sistema según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque el dispositivo de
almacenamiento de energía comprende una pluralidad de resortes
espirales (1) dispuestos en serie en el eje giratorio (4), y porque
el eje giratorio (4) está conectado a al menos un eje giratorio
auxiliar en el que está montada una pluralidad de resortes espirales
(1) adicionales dispuestos en serie.
\newpage
9. Sistema según la reivindicación 6 ó 7,
caracterizado porque
los resortes espirales (1) del dispositivo de
almacenamiento de energía están respectivamente dispuestos entre dos
elementos de unión (12, 12', 13) dispuestos en el eje giratorio
(4);
los elementos de unión (12, 12', 13) comprenden
un primer elemento de unión extremo (13) y un segundo elemento de
unión extremo (13), y al menos un elemento de unión intermedio (25')
susceptible de girar sobre el eje giratorio (4);
uno de los elementos de unión extremos (12, 13)
es solidario al eje giratorio (4) y gira con el eje giratorio (4), y
el otro es estacionario y no gira con el eje giratorio (4);
cada resorte espiral (1) está unido por un
extremo a una parte central de un elemento de unión (12, 12', 13) y
por otro extremo a una parte periférica del elemento de unión
contiguo (12, 12', 13).
10. Sistema según la reivindicación 8,
caracterizado porque
cada resorte espiral (1) está dispuesto entre
una superficie frontal y una superficie posterior de sendos
elementos de unión contiguos (12, 12', 13), y está periféricamente
rodeado por un cuerpo anular (12a, 12a') de un elemento de unión
(12, 12');
el cuerpo anular (12a, 12a') comprende un lado
abierto, un lado cerrado por una pared (12c, 12c') y una superficie
interna anular (12b, 12b'), que entre sí forman una cavidad
interior;
al menos uno de los elementos de unión extremos
(12, 13) y cada elemento de unión intermedio (12') respectivamente
presenta un saliente cilíndrico (12d, 12d', 13b) central con un
diámetro menor que el cuerpo anular (25a, 25a') y que emerge de su
superficie frontal;
cada saliente cilíndrico presenta un paso axial
(12e, 12e', 13c) atravesado por el eje giratorio (4);
el primer extremo de cada resorte espiral (1)
está fijado al saliente cilíndrico (25d, 25d', 26b) de un elemento
de unión (25, 25', 26) y el segundo extremo de cada resorte espiral
(1) está fijado en el cuerpo anular (25a, 25a') del elemento de
unión contiguo (25, 25');
los elementos de unión (25, 25', 26) están
inmovilizados unos respecto de otros;
de forma que el giro del eje giratorio (1) en
dicho primer sentido sucesivamente tensa los resortes espirales (1)
dispuestos entre los elementos de unión (25, 25', 26), y el giro del
eje giratorio (1) en dicho segundo sentido sucesivamente libera los
resortes espirales (1) dispuestos entre los elementos de unión (25,
25', 26).
\vskip1.000000\baselineskip
11. Sistema según la reivindicación 9,
caracterizado porque el elemento de unión extremo
estacionario (26) comprende un cuerpo discoidal (26a) de cuya
superficie frontal emerge dicho saliente cilíndrico (26b).
12. Sistema según una de las reivindicaciones 8
a 10, caracterizado porque al menos un resorte espiral (1)
comprende un primer cuerpo espiral (1A) y un segundo cuerpo espiral
(1B) dispuestos en desfase entre sí, estando cada cuerpo espiral
(1A, 1B) unido por un extremo a una primera parte de dicha parte
central de un elemento de unión (25, 25', 26) y por otro extremo a
una segunda parte de dicha parte periférica del elemento de unión
contiguo (25, 25', 26), quedando las respectivas espiras de los
cuerpos espirales (1A, 1B) dispuestas en alternancia y
concéntricamente.
13. Sistema según la reivindicación 11,
caracterizado porque el desfase de los cuerpos espirales (1A,
1B) está comprendido entre 180º y 45º.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2353483 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20120124 |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180924 |