ES2612144T3 - Dispositivo y sistema de generación de energía eléctrica para aparatos de entrenamiento deportivo - Google Patents

Dispositivo y sistema de generación de energía eléctrica para aparatos de entrenamiento deportivo Download PDF

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Abstract

Bicicleta de ciclismo indoor, que comprende un cuadro, dos pedales, un volante de inercia (8), medios de tracción para transmitir la energía desarrollada en los pedales al volante de inercia (8) y un dispositivo de generación de energía eléctrica, que comprende: - una rueda generadora (1) con: * una sección interior que comprende un generador síncrono (9) centrado con respecto a los ejes de simetría (X,Y) del volante de inercia (8), donde los ejes de simetría (X,Y) están ubicados en el mismo plano y contienen el eje de rotación del volante de inercia (8), el generador (9) comprendiendo: - un eje central (5), - una pieza interior estática (4) solidaria con el eje central (5) y que comprende el bobinado (7) del estátor del generador síncrono (9), - un anillo exterior rotativo (3) que comprende una pluralidad de imanes permanentes, siendo el volante de inercia (8) solidario con el anillo exterior rotativo (3); la rueda generadora (1) comprendiendo adicionalmente: - al menos una tapa lateral (6) solidaria con el anillo exterior rotativo (3) mediante medios de fijación, - un rodamiento alojado en cada tapa lateral (6); - un piñón o polea tractora exterior (2) fijado a la al menos una tapa lateral (6) y conectado con los medios de tracción; - un módulo de control y transformación que dispone de: * medios de selección (10) para que el usuario seleccione una determinada resistencia del par motor del generador; * un módulo convertidor de potencia (11) encargado de controlar la resistencia del par motor del generador (9) y convertir la energía procedente del generador (9) de la rueda generadora (1), que comprende: - un rectificador AC/DC (12) para convertir la corriente alterna del generador (9) en continua; - un circuito de control de potencia (14), encargado de regular la potencia demandada al generador (9) y obtener una salida de tensión y corriente controlada; - medios de control (15) que dispone de una memoria de almacenamiento de datos con información relativa al rendimiento del generador (9) en función de su velocidad de giro y la potencia a desarrollar, estando dichos medios de control (15) configurados para: * obtener la resistencia del par motor seleccionada proveniente de los medios de selección (10), * obtener la velocidad de giro de la rueda generadora (1), * controlar el circuito de control de potencia (14) para regular la potencia demandada al generador (9) en función de la resistencia del par motor seleccionada, de la velocidad de giro de la rueda generadora (1) y del rendimiento del generador (9) para las condiciones actuales de trabajo.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo y sistema de generacion de energla electrica para aparatos de entrenamiento deportivo Campo de la invencion
La presente invencion se engloba dentro del campo de la generacion de energla electrica mediante aparatos de entrenamiento deportivo, y especialmente mediante bicicletas de spinning (ciclo indoor).
Estado del Arte
El concepto general es conocido como “energyharvesting”, que no es mas que la recoleccion de la energla producida por una fuente y el posterior empleo de la misma para operar un objeto.
El uso de generadores electricos asociados a bicicletas estaticas o ergometros es ampliamente conocido como muestra el hecho de que el codigo de la Clasificacion Europea de Patentes (ECLA) A63B21/005C, que se refiere exclusivamente a aparatos para realizar ejercicios flsicos asociados a generadores electricos, cuenta con mas de 300 documentos. De entre estos documentos cabe resaltar aquellos que divulgan un sistema que utiliza un generador electrico integrado en el volante de inercia similar al descrito en este documento y/o aquellos que permiten el aprovechamiento de la energla electrica generada (que en las realizaciones mas sencillas simplemente se transforma en calor y no se aprovecha).
El documento US 2003/073546 A1 describe un rodillo de entrenamiento para bicicleta que incluye una resistencia acoplable con la rueda motriz de la bicicleta, y una consola de control montada en la bicicleta en un lugar accesible para el usuario. La resistencia esta en la forma de un alternador de corriente alterna que genera energla en respuesta a la rotacion de la rueda de bicicleta, para alimentar los diferentes componentes del rodillo de entrenamiento para bicicleta, incluyendo la consola de control y una disposicion de resistencias de ajuste. En una forma, la resistencia se ajusta en conformidad con las entradas proporcionadas por un usuario o desde un ordenador interconectado con la consola de control, mediante conexion selectiva de una resistencia a un circuito que incluye el alternador de corriente alterna para proporcionar resistencia a la rotacion del rotor del alternador de corriente alterna, y por lo tanto resistencia a la rotacion de la rueda de la bicicleta.
En cuanto al diseno del propio generador, el documento de patente EP 769 311 divulga una rueda de inercia que alberga en su interior un generador slncrono de imanes permanentes. La rueda incluye una carcasa central en la cual esta contenida el generador, un eje central, una pieza interior estatica solidaria con el eje central que comprende el bobinado del generador slncrono y un anillo exterior rotativo que comprende una serie de imanes permanentes (12 polos). El dispositivo dispone de una sola tapa lateral solidaria con el anillo exterior, a la cual se fija una rueda dentada. El pedaleo del usuario mueve la rueda dentada que a su vez, con el coeficiente de multiplicacion deseado, arrastra dicha rueda de inercia. En cuanto a la forma de aprovechamiento de la energla producida, este documento divulga un equipo deportivo aislado, el cual comprende un convertidor alterna/continua conectado a la salida del generador para convertir la energla electrica producida en corriente continua (rectificador) y posteriormente un modulo regulador que carga una baterla.
Este tipo de dispositivos basados en generadores slncronos de imanes permanentes con rotor exterior se conocen con el nombre de “flywheel magnetos” (magnetos de volante de inercia). Aunque el dispositivo descrito en el documento de patente US 6093985 no esta asociado directamente al uso en bicicletas estaticas o ergometros, presenta un diseno muy similar al anterior con dos tapas laterales solidarias al anillo exterior rotativo por medio de los elementos de fijacion.
Sin embargo, los anteriores modelos presentan el inconveniente de que no permiten emplear estos magnetos de volante de inercia en una bicicleta de spinning sin alterar el funcionamiento habitual de la misma (prestaciones en funcion del esfuerzo seleccionado por el usuario, o lo que es igual a la seleccion del par del motor, en combinacion con la velocidad de pedaleo).
Aunque el aprovechamiento de la energla humana en bicicletas estacionarias es un concepto estudiado desde hace mas de 30 anos, el mismo sigue inspirando proyectos de investigacion y desarrollo a nivel mundial. As! por ejemplo hay reportes sobre aplicaciones practicas que demuestran las ventajas de este concepto. Tal es el caso de una villa en Laos, en la cual se ha logrado el acceso a Internet empleando una red Wi-Fi y un PC alimentado por una baterla accionada por una bicicleta estacionaria. Segun los reportes, una persona pedaleando 1 minuto puede generar unos 5 minutos del suministro electrico requerido para operar el PC.
Por su parte, los generadores de la empresa WindstreamPowerSystems Inc. son capaces de generar una potencia continua promedio de unos 125 W si son activados por pedal y de 50 W al ser activados manualmente. La misma empresa fabrica un modulo activado por una bicicleta, “TheBikePower Module”, con el que una persona promedio puede, en principio, producir unos 150 W. Mientras que es posible alimentar ciertos dispositivos DC como bombas de
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agua, el generador esta disenado para cargar una baterla de 12 V o para contribuir a un banco de baterlas del mismo voltaje.
En cuanto a la utilizacion de este concepto en un sistema integrado para aprovechar la energla de un conjunto de bicicletas estaticas (por ejemplo en un gimnasio) cabe resaltar el modelo de utilidad aleman DE 20 2008 004 354 U1. Este modelo de utilidad divulga la combinacion de la energla mecanica humana generada por varios dispositivos de entrenamiento en energla electrica a traves de los generadores para su posterior combinacion por medio de una conexion electrica comun. Dicha energla electrica combinada puede utilizarse para cargar una baterla o bien para ser inyectada en la red de energla electrica a traves de un convertidor adecuado. El documento no detalla si el generador de cada equipo deportivo es de corriente continua o alterna ni el tipo de convertidores o reguladores concretos que se utilizan.
Un documento similar al anterior, el documento de patente US 4298893, divulga la posibilidad de conectar equipos deportivos que generan electricidad a traves de un generador primario, bien de corriente alterna o bien de corriente continua, a la red electrica o a una baterla para aprovechar dicha energla y no desperdiciarla en forma de calor. El generador puede ser de corriente alterna y en ese caso se rectifica la corriente generada para cargar baterlas y luego con un convertidor DC/AC (inversor) se alimenta la red electrica aprovechando as! la energla producida durante el ejercicio.
Aunque estos documentos divulgan un sistema para el aprovechamiento de la energla electrica generada en las bicicletas, cabe resaltar que no se divulga la implementacion de ningun sistema de control o transformacion de la senal de salida de los generadores, que permita operar las bicicletas segun las condiciones demandadas por el usuario (ajuste del esfuerzo de pedaleo/par motor, sin necesidad de emplear un freno mecanico) y ademas realizar la suma de estas senales sin importar que potencia produzca cada uno de los generadores. Por otro lado, la ausencia de un sistema inteligente de control supone que la fiabilidad de estos esquemas electricos sea cuestionable ante situaciones aleatorias, como serla el supuesto de que algun usuario dejase de pedalear o se incorporase al grupo, o que simplemente el sistema no pueda responder adecuadamente ante fallos en el dispositivo generador o la red electrica, suponiendo esto ultimo que las bicicletas quedarlan inutilizables.
El primer caso registrado de una aplicacion practica de este concepto en gimnasios es el de un gimnasio de Hong Kong de la cadena asiatica de Gimnasios California [T. Kazazian and A. J. Jansen, "Eco-desing and human- poweredproducts", proceedings of the Electronics Goes Green 2004, 6-10 Septiembre 2004]. En un comienzo se planteaba la posibilidad de que los usuarios pudiesen recargar sus equipos electronicos portatiles, como telefonos moviles, estimando que 10 minutos de actividad en una bicicleta estacionarla podrla producir un promedio de unos 2 Wh. Segun el creador de este proyecto, una persona normal puede producir 50 Wh de energla electrica por hora. Cada una de estas maquinas viene equipada con un generador en su interior. De modo que lo que han hecho es desviar parte de la electricidad producida por la maquina para cargar una baterla [
http://www.enn.com/lifestyle/article/38050, Blum, People in Hong Kong GymGenerateElectricityWhileExercising, Hong Kong, 11 Marzo 2007].
La primera iniciativa de este tipo en los Estados Unidos se inicio con El Green Microgym de Portland, Oregon, el cual comenzo en Septiembre de 2008 a explotar este concepto bajo el lema de “greengyms”. Este centro deportivo ha adaptado algunos de sus aparatos a micros generadores electricos basados en el diseno de los motores empleados en la generacion de energla eolica. Segun las expectativas, los propios usuarios deberlan generar suficiente energla electrica para abastecer el sistema de musica del gimnasio o los DVD players acoplados a las maquinas de ejercicio. Los promotores explican que cuatro bicicletas de spinning (que no consuman corriente electrica para su operacion) pueden generar entre 200 y 600 Wh de energla por hora, dependiendo naturalmente del entusiasmo con el que pedaleen los usuarios. Por el momento las cintas continuas, uno de los aparatos que si funcionan mediante electricidad, ya cubren un 30% de su gasto total con energla proveniente de otros aparatos del gimnasio.
El Ridgefield Fitness Club en Ridgefield, Connecticut, ha instalado tambien bicicletas con una tecnologla similar comercializada por una companla llamada The Green Revolution, Inc. Aunque en principio es otra version de la tecnologla empleada en el Microgym, "The Green Revolution” representa una apuesta mas novedosa, ya que la energla producida por los usuarios es sincronizada y alimentada directamente a la red electrica del centro deportivo. El sistema se basa en un dispositivo acoplado a la rueda de inercia de la bicicleta y es capaz de generar un promedio de entre 70108 vatios por bicicleta.
Descripcion de la invencion
La presente invencion se refiere a una bicicleta de ciclismo indoor segun la reivindicacion 1.
Los medios de seleccion pueden comprender una consola de programacion con un display o actuador manual.
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Los medios de control estan preferentemente configurados para, en funcion de un modo de funcionamiento seleccionado, destinar la energla electrica bien a al menos una carga interna o bien a la red electrica o un sistema de almacenamiento de energla externo.
El modulo convertidor de potencia puede estar preparado para alimentar a un sistema de almacenamiento de energla externo.
El modulo convertidor de potencia puede estar tambien preparado para alimentar a un inversor encargado de enviar la energla electrica proveniente del modulo convertidor de potencia a la red electrica, sincronizandola en voltaje, frecuencia y fase.
En una realizacion preferente, el modulo convertidor de potencia esta configurado para permitir la suma de las corrientes continuas de salida de un numero N de modulos convertidores de potencia, cuando la salida de todos los N modulos convertidores de potencia es comun a todos ellos, en una unica entrada suma de corriente continua en un inversor, para que este se sincronice con la red de suministro de energla y devuelva a la red la energla suma resultante.
Otro aspecto de la presente invencion incluye un sistema de generacion de energla electrica mediante aparatos de entrenamiento deportivo, que comprende una pluralidad de dispositivos de generacion de energla electrica anteriormente comentados, cuyos modulos convertidores de potencia estan conectados en paralelo a un inversor encargado de enviar la energla electrica producida en los mismos a la red electrica, sincronizandola en voltaje, frecuencia y fase. En otra realizacion los modulos convertidores de potencia pueden estar conectados en paralelo alimentando a un sistema de almacenamiento de energla externo.
Otro aspecto de la presente invencion incluye un aparato de entrenamiento deportivo que comprende uno cualquiera de los dispositivos de generacion de energla electrica anteriormente comentados. El aparato de entrenamiento deportivo puede ser uno cualquiera de los siguientes: bicicleta estatica, bicicleta ellptica, bicicletas reclinadas, bicicletas de spinning, ergometro, cinta de correr, steppers.
Breve descripcion de los dibujos
A continuacion se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invencion y que se relacionan expresamente con una realizacion de dicha invencion que se presenta como un ejemplo no limitativo de esta.
Las Figuras 1A y 1B representan, respectivamente, una seccion frontal y una vista lateral de la rueda generadora de energla para equipos deportivos estaticos.
La Figura 2 muestra un diagrama de bloques de las diferentes partes del sistema de control as! como su interactividad.
La Figura 3 representa un diagrama de bloques de todo el conjunto de generacion, desde el generador hasta el sistema de inversion final.
Las Figuras 4A y 4B muestran una representation esquematica del sistema de generacion de energla montado en una bicicleta de spinning.
Descripcion detallada de la invencion
El objeto de la invencion consiste en un dispositivo que permite aprovechar en forma de energla electrica la energla mecanica desarrollada por una persona ejercitandose en un equipamiento deportivo estatico (e.g. bicicleta de spinning). El sistema se compone de dos principales modulos:
- una rueda generadora, que contiene en su interior un generador (alternador) slncrono de imanes permanentes, y
- un modulo de control y transformation, encargado de controlar el funcionamiento del generador en base de las prestaciones demandadas por el usuario (esfuerzo a ejercer) y transformar la energla electrica producida en una fuente de electricidad aprovechable.
En el caso de implementar la invencion en una bicicleta de spinning, como se muestra en las realizaciones preferentes, la rueda generadora se tratara de una rueda de inercia. Sin embargo, la invencion tambien podrla funcionar en otros equipamientos como las bicicletas ellpticas, en las cuales la rueda no hace las funciones de volante de inercia al no tener casi masa.
El diseno de la rueda generadora ha sido cuidadosamente optimizado para aprovechar la energla mecanica generada por una persona ejercitandose en una bicicleta de spinning. El resultado es un dispositivo capaz de generar una potencia electrica incluso superior a los 400W en el rango de la capacidad de pedaleo de un deportista promedio.
Las Figuras 1A y 1B representan, respectivamente, una seccion frontal y una vista lateral de la rueda generadora. La rueda generadora 1 dispone de un generador slncrono, el cual comprende:
- un eje central 5;
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- una pieza interior estatica 4 solidaria con el eje central 5 y que comprende el bobinado 7 del generador slncrono;
- un anillo exterior rotativo 3 que comprende una pluralidad de imanes permanentes (preferentemente de hasta 132 polos) y, en este caso en particular, tiene una masa anadida 8 que cumple las veces de un volante de inercia;
- dos tapas laterales 6 solidarias con el anillo exterior rotativo 3 por medios de fijacion;
- dos rodamientos alojados en las tapas laterales 6.
La rueda generadora dispone tambien de un pinon o polea tractora exterior 2 fijado por medios de fijaciona una de las tapas laterales 6.
La rueda generadora consta de una seccion interior de dimensiones constantes en la cual esta contenida el propio alternador (componente universal), y de una seccion externa en forma de disco, cuyas dimensiones pueden ser facilmente adaptables para funcionar como un volante de inercia (componente ajustable). Por un lado, los componentes del alternador (dimensionamiento del bobinado en el estator / dimension y posicion de los imanes en el rotor) han sido dimensionados para operar en el rango de frecuencia de pedaleo de un humano promedio (~60-120 RPM). Por otro lado, los diversos componentes que lo acoplan a la bicicleta (eje de acople a la orquilla, rodamientos, pinon, cadena, cubre cadena, etc.) pueden ser adaptados para que el conjunto pueda ser facilmente instalado en bicicletas de diferentes marcas y/o dimensiones.
La rueda generadora 1 esta disenada de forma que el alternador se encuentra en el corazon mismo de los ejes X-Y de un volante o rueda de inercia y posee un diametro de entre 2 a 14 veces la distancia L entre el eje vertical de simetrla de la rueda generadora 1 y la polea tractora exterior 2 y un espesor E (distancia entre los extremos de las tapas laterales 6) de entre 1 a 3 veces L, obteniendose una senal de salida trifasica o monofasica.
El segundo modulo principal del sistema de generacion de energla electrica es el modulo de control y transformation. El alternador genera corriente alterna cuyo voltaje y frecuencia dependen basicamente de la velocidad de giro del mismo, mientras que la intensidad de la corriente alterna depende fundamentalmente del par motor. El rendimiento del alternador no es constante para todas condiciones de trabajo, sino que depende tambien del voltaje e intensidad que esta suministrando en ese momento.
Por su lado, una bicicleta de spinning debe poder trabajar en unas condiciones de esfuerzo y velocidad de pedaleo variables que cambien a voluntad del usuario. Con ello, resulta esencial el lograr que la insertion del alternador en la rueda de inercia no afecte el funcionamiento habitual de la bicicleta de spinning. Basicamente, el accionamiento del alternador por medio de la action de pedaleo conlleva a que la energla electrica obtenida a la salida del mismo dependa basicamente de tres variables:
- esfuerzo seleccionado por el deportista (par motor),
- velocidad de pedaleo del deportista (velocidad de giro),
- rendimiento propio del alternador en las diferentes de condiciones de esfuerzo y velocidad de pedaleo.
Unido a esto, ha de considerarse que en una sala o sesion de entrenamiento pueden trabajar un numero indefinido de equipamientos (el mlnimo serla uno), pudiendo incorporarse o dejar de ser utilizado uno o varios de ellos en cualquier momento.
En consideration de los puntos expuestos anteriormente, se ha disenado un modulo o sistema de control y transformacion que permite regular la carga (potencia) demandada al alternador en funcion del esfuerzo que el usuario desea realizar y transformar la energla electrica producida en una senal electrica controlada (continua o alterna). El sistema esta preferentemente compuesto por dos sub-modulos mostrados en la Fig. 2): consola de programacion 10 y convertidor de potencia 11.
La consola de programacion 10 consiste preferentemente en un modulo que va instalado en un lugar de facil acceso para el usuario tal como el manillar de la bicicleta. La consola va provista de una interfaz (e.g. unas teclas, pulsadores o palanca, o una interfaz mediante pantalla tactil) que se utilizan para que el usuario pueda seleccionar el nivel de esfuerzo que va a realizar. Alternativamente, esta interfaz puede colocarse en un lugar de facil acceso para el usuario por medio de pulsadores +/-. La consola lleva tambien al menos un display digital que como mlnimo indica el esfuerzo seleccionado y la potencia que el deportista esta desarrollando (resolution ±1W). Para ello la consola 10 va provista de un microcontrolador que se comunica con el convertidor de potencia 11. Alternativamente, la consola 10 puede indicar otros parametros tales como frecuencia cardiaca, kilometros realizados, etc. De la misma manera, el sistema permite la sustitucion de esta consola 10 por un selector tal como un conmutador rotativo o un potenciometro, sin ninguna indication digital para poder seleccionar el esfuerzo a realizar por el usuario, a modo de las bicicletas estandar de spinning.
Por su parte, el convertidor de potencia 11 es el modulo que gestiona toda la conversion de energla desde la salida del alternador 9 de la rueda generadora 1 hasta que se envla dicha energla a un dispositivo de conversion de la corriente continua en alterna (inversor), para su entrega a la red fija de suministro electrico. Tal como se observa en el diagrama
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de bloques de la Figura 2, este modulo recibe la energla en corriente alterna del alternador 9, cuyo voltaje (tension alterna) y frecuencia varlan con la velocidad de pedaleo. En primer lugar convierte la tension alterna en continua por medio del rectificador AC/DC de potencia 12 y la filtra (filtro 13). A continuation, por medio de un circuito convertidor de potencia PWM 14, convierte esta tension continua no regulada en una fuente de tension e intensidad reguladas, con capacidad de 400 W. Para ello, el microcontrolador 15 incorporado en el modulo convertidor de potencia 11 analiza la tension 16 e intensidad 18 proveniente del alternador 9, as! como la tension 19 e intensidad 20 de salida hacia el inversor, ademas de leer la velocidad de rotation 17 del alternador 9 y de la consigna de esfuerzo enviada por la consola de programacion.
Con toda esta information, y los parametros de rendimiento del alternador analizados previamente y memorizados en tablas dentro de la memoria del microcontrolador, el convertidor de potencia 11 calcula instantaneamente la corriente que debe absorber del alternador 9 para mantener constante el esfuerzo seleccionado por el usuario, as! como permitir que se puedan sumar las corrientes continuas de salida de un numero N de modulos convertidores de potencia 11 en una unica entrada suma de corriente continua en el inversor 30. Cada modulo convertidor de potencia 11 se encarga de generar la corriente necesaria para obtener la potencia correspondiente (esfuerzo consigna), manteniendo constante la tension de salida. Con ello, todas las salidas de los N modulos convertidores de potencia 11 estan al mismo voltaje y unidas entre si, formando una unica entrada suma de corriente continua en el inversor 30 para que luego este se sincronice con la red de suministro de energla y devuelva a la red 31 la energla suma resultante, segun se muestra en la Figura 3, que representa un diagrama de bloques de todo el conjunto de generation, desde el generador hasta el sistema de inversion final, para un conjunto N de modulos de control y transformation. De esta manera las corrientes electricas producidas por N bicicletas provistas con el sistema generador, pueden sumarse sin que el sistema se vea afectado por las diferencias en las potencias entregadas por cada una de ellas o porque algun usuario deje de pedalear en algun momento determinado. Cada modulo convertidor de potencia se encarga de regular su corriente de salida de forma que la potencia obtenida (V x I), sea la que el microcontrolador ha calculado en funcion de los parametros de la consigna del esfuerzo introducido por el usuario, y de la velocidad de pedaleo.
Tomando como ejemplo una clase de spinning, se podrlan conectar N bicicletas en paralelo, donde cada bicicleta podrla trabajar en unas condiciones de esfuerzo y velocidad de pedaleo definidas por su usuario correspondiente, obteniendose de cada una de ellas el maximo rendimiento en todo momento. La energla generada por cada una de las bicicletas se sumarla al resto del conjunto, para obtener una unica corriente suma de todas ellas. La energla generada por el total de las bicicletas es luego enviada a la red fija 31 de suministro electrico, sincronizandose al voltaje, a la frecuencia y la fase de la misma (monofasica, trifasica) a traves del inversor 30. De esta manera, se garantiza que, independientemente de si en una sesion de spinning participan personas de capacidades flsicas limitadas o deportistas de elite, la energla generada por todos ellos sea completamente aprovechada.
El sistema funciona de la misma forma en el caso de que se considere necesario el almacenamiento de la energla generada por las bicicletas en sistemas tradicionales, tales como las baterlas electricas, para el posterior aprovechamiento de la energla almacenada.
Finalmente, cada bicicleta permite ser utilizada sin ninguna conexion electrica, de forma que una minima parte de la energia generada se utiliza para alimentar a los propios circuitos y el resto se disipa en forma de calor. De esta forma, la bicicleta podria sustituir a una bicicleta de spinning convencional, cuando se considere oportuno, o seguir funcionando correctamente ante un corte en el suministro de energia.
Las Figuras 4A y 4B muestran una representation esquematica del sistema de generacionde energia montado en una bicicleta de spinning.
La principal ventaja que presenta la presente invention es que no hay antecedentes de sistemas de este tipo que permitan la incorporation de un generador en una bicicleta de spinning sin alterar el funcionamiento habitual de la misma (flexibilidad y velocidad de repuesta en la selection de las condiciones de ejercitacion en terminos de esfuerzo y velocidad de pedaleo).
Unido a esto, el sistema desarrollado (rueda generadora + sistema de control/conversion de la corriente electrica) supone diversas ventajas esenciales con respecto a los productos conocidos:
- La incorporacion del generador en la rueda generadora no solo tiene la ventaja de permitir el mayor aprovechamiento posible de la potencia mecanica desarrollada por el deportista, sino que ofrece un diseno compacto y muy resistente a la accion corrosiva del sudor humano.
- Aparte de su empleo en bicicletas de spinning, el diseno de la rueda de generadora puede permitir la utilization de este dispositivo como volante de inercia y freno en otros tipos de equipamientos, tales como ergometros, cintas de correr o trepadoras elipticas, todos ellos con o sin multiplicador, pudiendo llegar a un rango de revoluciones de 1200 RPM.
- Regulation de carga flexible y ajustable a las necesidades del usuario, dado que el esfuerzo requerido para pedalear es proporcional a la carga (o potencia electrica demandada al generador), la posibilidad de poder hacer un ajuste fino
del valor de consigna de potencia en el rango de ± 1W, supone una condicion esencial para personalizar el ritmo de ejercitacion del usuario. De no contar con este ajuste gradual de la dificultad de pedaleo, el deportista se verla en la necesidad de emplear el freno manual, con lo cual no se aprovecharla toda la energla mecanica generada por la persona.
5 - La complejidad de la implantacion es minima, ya que el sistema no requiere de instalaciones electricas especlficas,
sino que simplemente se conecta a la red electrica a traves de cualquier toma de corriente existente en ese momento. De esta manera el contador de la companla electrica dejarla de registrar los kW producidos por los usuarios de las bicicletas, y el consumo total del centro deportivo disminuirla.
- Al poder sincronizar la energla generada con la red, la utilizacion de la misma es completamente flexible (no 10 imprescindible para consumo interno), pudiendose incluso implementar la filosofla seguida con otras fuentes de energla
limpia y venderla a suministradores de la red electrica.
- La flexibilidad de uso del sistema en su conjunto es muy alta. Cada modulo inversor 30 esta dimensionado para conectar entre uno y N generadores que pueden trabajar cada uno de ellos entre la minima y la maxima potencia.
- En instalaciones mas grandes se van montando grupos de N generadores (donde N va definida segun la capacidad del 15 modulo inversor 30), sin mas complicacion que conectar cada grupo a la red. Aparte de esto, cada modulo convertidor
de potencia 11 puede funcionar tanto en modo generador de energia como en el modo tradicional, de forma que en caso de un fallo en el suministro de energia o una averla en la red o en el inversor 30, el modulo conmuta a modo tradicional y el convertidor de potencia 11 consume su propia energla generada para que no se interrumpa la sesion de spinning. Esto lo puede seleccionar el microcontrolador 15 a traves del modulo de modo de funcionamiento 21, 20 mediante el cual se selecciona si la energla generada se destina como salida Vdc 22 para la red electrica o se disipa en una carga interna 23.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1.- Bicicleta de ciclismo indoor, que comprende un cuadro, dos pedales, un volante de inercia (8), medios de traccion para transmitir la energla desarrollada en los pedales al volante de inercia (8) y un dispositivo de generacion de energla electrica, que comprende:
    - una rueda generadora (1) con:
    • una seccion interior que comprende un generador slncrono (9) centrado con respecto a los ejes de simetrla (X,Y) del volante de inercia (8), donde los ejes de simetrla (X,Y) estan ubicados en el mismo plano y contienen el eje de rotacion del volante de inercia (8), el generador (9) comprendiendo:
    - un eje central (5),
    - una pieza interior estatica (4) solidaria con el eje central (5) y que comprende el bobinado (7) del estator del generador slncrono (9),
    - un anillo exterior rotativo (3) que comprende una pluralidad de imanes permanentes, siendo el volante de inercia (8) solidario con el anillo exterior rotativo (3); la rueda generadora (1) comprendiendo adicionalmente:
    - al menos una tapa lateral (6) solidaria con el anillo exterior rotativo (3) mediante medios de fijacion,
    - un rodamiento alojado en cada tapa lateral (6);
    - un pinon o polea tractora exterior (2) fijado a la al menos una tapa lateral (6) y conectado con los medios de traccion;
    - un modulo de control y transformacion que dispone de:
    • medios de selection (10) para que el usuario seleccione una determinada resistencia del par motor del generador;
    • un modulo convertidor de potencia (11) encargado de controlar la resistencia del par motor del generador (9) y convertir la energla procedente del generador (9) de la rueda generadora (1), que comprende:
    - un rectificador AC/DC (12) para convertir la corriente alterna del generador (9) en continua;
    - un circuito de control de potencia (14), encargado de regular la potencia demandada al generador (9) y obtener una salida de tension y corriente controlada;
    - medios de control (15) que dispone de una memoria de almacenamiento de datos con information relativa al rendimiento del generador (9) en funcion de su velocidad de giro y la potencia a desarrollar, estando dichos medios de control (15) configurados para:
    • obtener la resistencia del par motor seleccionada proveniente de los medios de seleccion (10),
    • obtener la velocidad de giro de la rueda generadora (1),
    • controlar el circuito de control de potencia (14) para regular la potencia demandada al generador (9) en funcion de la resistencia del par motor seleccionada, de la velocidad de giro de la rueda generadora (1) y del rendimiento del generador (9) para las condiciones actuales de trabajo.
  2. 2. Bicicleta de ciclismo indoor segun la reivindicacion 1, donde los medios de seleccion (10) comprenden una consola de programacion con un display.
  3. 3. Bicicleta de ciclismo indoor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de control (15) estan configurados para, en funcion de un modo de funcionamiento seleccionado, destinar la energla electrica bien a al menos una carga interna (23) o bien a la red electrica (31) o un sistema de almacenamiento de energla externo.
  4. 4. - Bicicleta de ciclismo indoor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un inversor (30) para enviar la energla electrica proveniente del modulo convertidor de potencia (11) a la red electrica (31), sincronizandola en voltaje, frecuencia y fase.
  5. 5. - Sistema de generacion de energla electrica que comprende una pluralidad de bicicletas de ciclismo indoor segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, cuyos modulos convertidores de potencia (11) estan conectados en paralelo a un inversor (30) encargado de enviar la energla electrica producida en los mismos a la red electrica (31), sincronizandola en voltaje, frecuencia y fase.
  6. 6. - Sistema de generacion de energla electrica que comprende una pluralidad de bicicletas de ciclismo indoor segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, cuyos modulos convertidores de potencia (11) estan conectados en paralelo alimentando a un sistema de almacenamiento de energla externo.
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