ES2648873T3 - Dispositivo de almacenamiento y de recuperación de energía mecánica - Google Patents

Abstract

Sistema de propulsión de un vehículo que comprende un primer y un segundo dispositivos (D1, D2) de almacenamiento y de recuperación de energía mecánica, comprendiendo cada dispositivo: - un primer y un segundo tambores (T1, T2; T'1, T'2) de ejes paralelos y sensiblemente uno mirando al otro, - un medio elástico (7; 7') apto para enrollarse sobre la periferia de cada uno de los tambores, - estando acoplados dichos ejes por medios de acoplamiento (3, 4, 5, 6; 3', 4', 5') de tal manera que el giro de un tambor acciona, el giro angularmente proporcional del otro, y que la velocidad lineal en la periferia del primer tambor (T1; T'1) sea superior a la del segundo tambor (T2; T'2), dicho sistema estando caracterizado porque: - los primeros tambores (T1, T1') de dichos dispositivos están montados en un eje común (Y-Y') por medio de dispositivos (10, 10') de rueda libre montados en el sentido motor, - el segundo tambor (T2) del primer dispositivo (D1) está montado en el eje (X-X') de una rueda (R) de dicho vehículo y es apto para ser accionado por dicha rueda por medio de un dispositivo (9) con capacidad de embrague - el segundo tambor (T2') del segundo dispositivo (D2) está montado en el eje (Z-Z') de un medio (M) de accionamiento y es apto para ser accionado por dicho medio (M) de accionamiento por medio de un dispositivo (9') con capacidad de embrague.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de almacenamiento y de recuperacion de energla mecanica

La invencion se refiere a un dispositivo de almacenamiento y de recuperacion de energla mecanica, que puede ser utilizado como un motor en numerosas aplicaciones, tales como los juguetes o la propulsion de vehlculos. Puede igualmente ser ideal como complemento para la propulsion hlbrida. Se conocen numerosos dispositivos de almacenamiento y de recuperacion de energla mecanica, denominados motores de resorte, en los cuales la energla mecanica es almacenada estirando poco a poco el resorte, lo que presenta varios inconvenientes:

- en su deseo de almacenar la mayor cantidad de energla posible, es frecuente que el usuario rompa el resorte o su mecanismo de tensionamiento,

- durante la liberacion de la energla almacenada en el resorte, la fuerza que ejerce no es constante: es muy fuerte al principio despues disminuye progresivamente conforme y a medida que el muelle se relaja.

El documento DE 10 2005 045212 A1 esta considerado como el documento que describe el estado de la tecnico anterior mas proximo.

Existe por lo tanto una necesidad de un dispositivo de almacenamiento y de recuperacion de energla mecanica que comprende un medio elastico, en el cual el almacenamiento y la liberacion de la energla se efectuen a tension constante.

A tal efecto, la invencion propone un dispositivo de almacenamiento y de recuperacion de energla mecanica que comprende:

- un primer y un segundo tambores de ejes paralelos y sensiblemente mirando uno hacia el otro,

- un medio elastico apto para enrollarse sobre la periferia de cada uno de los tambores,

- estando dichos ejes acoplados por medios de acoplamiento de tal manera que el giro de un tambor ocasiona el giro regularmente proporcional del otro, siendo la velocidad lineal de la periferia del primer tambor superior a la del segundo tambor.

El resorte del dispositivo esta constituido de un medio elastico, por ejemplo una fibra de material elastico suficientemente larga para poder ser enrollada sobre la periferia de un primer y de un segundo tambores. Los tambores tienen ejes paralelos, fijados uno con respecto al otro, y estan acoplados durante el giro de tal manera que:

- el giro de un tambor ocasiona obligatoriamente el giro del otro,

- la velocidad lineal de la periferia del primer tambor es superior a la del segundo tambor.

Por tanto, a partir de una situacion donde la fibra elastica esta enrollada completamente sin tension o con una tension debil sobre el segundo tambor, la solidarizacion del extremo libre de la figura sobre la periferia del primer tambor despues de ocasionar el giro de los tambores provoca una tension de la fibra elastica de manera que la velocidad lineal de la periferia del primer tambor es superior a la del segundo tambor, y por tanto su enrollamiento sobre la periferia del primer tambor sufre una tension constante. Se ha de notar que, debido al rozamiento entre las espiras y/o sobre la periferia del segundo tambor, esta tension no se comunica a la parte de fibra que queda enrollada sobre el tambor.

Con respecto a los sistemas de resorte tradicionales, se sustituye por tanto una tension creciente aplicada sobre el conjunto del resorte por una tension constante sobre una porcion creciente del resorte. Esta tension constante no depende mas que de la relacion de velocidades lineales de la periferia del primer y segundo tambor. Por ejemplo, si esta relacion es de 2, el enrollamiento de la fibra sobre el primer tambor provocara un alargamiento de dicha fibra de un factor 2.

En los sistemas tradicionales, la energla almacenada es proporcional a la tension aplicada al resorte. En el sistema segun la invencion, es proporcional a la longitud de la fibra elastica estirada sobre el primer tambor.

De forma ventajosa, los medios de acoplamiento pueden comprender medios para elegir la relacion de velocidades lineales en las periferias del primer y del segundo tambores entre varios valores de dicha relacion. De esta manera, se puede ajustar la tension con la cual la fibra esta enrollada sobre el primer tambor, y por lo tanto la “fuerza” del motor.

De forma ventajosa, los dos tambores pueden ser de diametros diferentes, siendo el primer tambor el que tiene un diametro mas grande, estando configurados los medios de acoplamiento de manera que los tambores girar a la misma velocidad angular. En este caso, la relacion de velocidades lineales es constante e igual a la relacion de diametros de los tambores.

La invencion preve dos modos de realizacion:

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- los medios de acoplamiento pueden estar configurado para que los tambores giren en el mismo sentido; en este caso, el medio elastico no cruza el plano constituido por los ejes de los tambores o lo cruza fuera de los ejes,

- los medios de acoplamiento pueden estar configurados para que los tambores giren en sentido inverso; en este caso, el medio elastico cruza el plano constituido por los ejes de los tambores entre los ejes.

De forma ventajosa, los medios de acoplamiento pueden ser medios mecanicos, por ejemplo una correa dentada.

De forma ventajosa, cada extremo del medio elastico puede estar fijado a la periferia de un tambor respectivo, lo que facilita la utilizacion del dispositivo.

De forma ventajosa, el dispositivo puede comprender ademas un medio de aplicacion de un par exterior apto para accionar los tambores en rotacion, de manera que permite al usuario estirar la fibra elastica en la fase de almacenamiento de energla; este medio puede consistir por ejemplo en un motor electrico, un acoplamiento de un eje de rueda de vehlculo que permite estirar la fibra elastica cuando el vehlculo esta en deceleration, o incluso una manivela montada en el eje de uno o el otro tambor.

De forma ventajosa, el medio de aplicacion de un par exterior puede ser desconectado de los tambores, de manera por ejemplo que no es accionado en la fase de restitution de energla, lo que podra causar una perdida de energla y molestias. Por ejemplo, se puede montar en el eje de tambor por medio de un mecanismo de rueda libre o de embrague.

De forma ventajosa, el dispositivo comprende ademas un medio de frenado y/o de bloqueo del giro de dichos tambores.

En efecto el usuario del dispositivo puede que no tenga necesidad de recuperar inmediatamente la energla almacenada. Es en este caso util que el dispositivo comprenda un medio de bloqueo de los tambores de giro. Del mismo modo, se puede desear controlar la velocidad de recuperation de esta energla, lo cual lo permitira un medio de frenado.

La energla recuperada en los ejes de los tambores puede servir por ejemplo para accionar el mecanismo de propulsion de un vehlculo, un alternador o el mecanismo de animation de un juguete.

La invention se refiere igualmente a un sistema de propulsion de un vehlculo que comprende un primer y un segundo dispositivos,

- los primeros tambores de los dispositivos siendo montado sobre un eje comun por medio de dispositivos de rueda libre montados en el sentido motor,

- el segundo tambor del primer dispositivo estando montado en el eje de una rueda del vehlculo y siendo apto para ser accionado por dicha rueda por medio de un dispositivo con posibilidad de embrague,

- el segundo tambor del segundo dispositivo estando montado en el eje de un medio de accionamiento y siendo apto para ser accionado por medio del accionamiento por medio de un dispositivo con posibilidad de embrague.

Este sistema comprende 4 modos de funcionamiento:

- almacenamiento de energla en el segundo dispositivo por medio del accionamiento, por ejemplo un motor electrico, cuando el vehlculo esta parado,

- almacenamiento de energla en el primer dispositivo por la rueda cuando el vehlculo avanza, por ejemplo cuando esta en fase de deceleracion,

- accionamiento de la rueda por el segundo dispositivo,

- accionamiento de la rueda por el primer dispositivo.

Los segundos tambores de los dos dispositivos son accionados sobre su eje respectivo por medio de un embrague de manera que no accionan el almacenamiento de energla mas que cuando sea necesario.

El primer dispositivo es de forma ventajosa del tipo donde los tambores giran en sentido inverso, ya que la rueda gira siempre en el mismo sentido, sea en fase de almacenamiento o en fase de recuperacion de energla. El primer tambor debe por tanto girar en sentido inverso de la rueda en fase de almacenamiento para poder recuperar la energla de la fibra elastica en el sentido de giro de la rueda.

El tipo del segundo dispositivo depende del tipo de motor:

- si el motor gira en el mismo sentido que la rueda, el segundo dispositivo debe del mismo modo ser del tipo donde los tambores giran en sentido inverso, por la misma razon,

- si el motor gira en el sentido inverso de la rueda, el segundo dispositivo sera del tipo donde los tambores giran en el mismo sentido.

Un modo de ejecucion de la invencion sera descrito a continuation, a tltulo de ejemplo limitativo, con referencia los 5 dibujos anexos en los cuales:

La figura 1 es una representation esquematica en alzado de un dispositivo segun la invencion,

La figura 2 es una representacion esquematica en alzado de otro dispositivo segun la invencion,

La figura 3 es una representacion esquematica de un sistema de propulsion segun la invencion.

El dispositivo ilustrado en la figura 1 comprende un primer y un segundo tambores, respectivamente T1 y T2, de ejes 10 paralelos y separados una distancia fija, de diametros sensiblemente iguales, que comprenden pinones 4 y 6 respectivamente de diametros diferentes; en el ejemplo representado, el diametro del pinon 6 solidario al tambor T2 es sensiblemente el doble que el del pinon 4 solidario al tambor T1. Una correa 3 dentada engrana los pinones 4 y 6, de manera que los tambores T1 y T2 son solidarios durante el giro. Debido a la relation de los pinones 4 y 6, cuando los tambores son accionados durante el giro, el tambor T1 realiza dos vueltas cuando el tambor T2 realiza una vuelta. 15 Una fibra 7 elastica es enrollada en la periferia de los dos tambores sin cruzar la correa 3 dentada. Si esta fibra 7, esta enrollada sin tension sobre el segundo tambor T2, se enrolla con tension sobre el primer tambor T1 cuando se giran en la fase de almacenamiento de energla, debido a la diferencia de velocidad lineal entre las periferias de los dos tambores. El accionamiento de rotation de los tambores se hace con la ayuda de una manivela 8 solidaria al eje del tambor T1, pero puede ser solidaria al eje del tambor T2 debido a que los dos tambores son solidarios durante el giro. 20 Esta manivela 8 puede estar montada sobre un eje por medio de un primer mecanismo de rueda libre o de un embrague de manera que no se acciona en la fase de recuperation de energla.

En esta fase de recuperacion de energla, el dispositivo acciona una carga (no representada) por ejemplo acoplada al eje del tambor o engranada sobre la periferia de uno de los tambores. Este acoplamiento se puede efectuar por medio 25 de un segundo mecanismo de rueda libre, montado en sentido inverso del primer mecanismo de rueda libre de manera que no puede ser accionado en la fase de almacenamiento de energla.

El dispositivo de la figura 2 ilustra otro modo de realization. Los tambores son estables de diametros diferentes, el diametro del primer tambor T1 es sensiblemente el doble de aquel del segundo tambor T2.

El pinon 4 del primer tambor T1 engrana un segundo pinon 5 de diametro ligeramente superior al del pinon 4, estando 30 fijado el eje del segundo pinon 5 con respecto a los ejes de los tambores T1 y T2. Una correa 3 dentada conecta el segundo pinon 5 y el pinon 6 del segundo tambor T2, de manera que los tambores giran en sentido inverso.

Si no se tiene en cuenta la diferencia de los diametros de los pinones 4 y 5, los tambores T1 y T2 giran a velocidades angulares sensiblemente iguales, pero debido a la relacion de sus diametros, la velocidad lineal de la periferia del primer tambor T1 es sensiblemente el doble de la del segundo tambor T2.

35 Una fibra 7 elastica es enrollada en la periferia de los dos tambores cruzando el plano de los ejes de los tambores. Como para el dispositivo anterior, la rotacion de los tambores provoca el enrollamiento bajo tension de esta fibra 7 elastica sobre la periferia del primer tambor T1.

Como para el dispositivo ilustrado por la figura 1, el accionamiento de los tambores durante el giro puede hacerse por medio de una manivela 8 solidaria deleje de uno los tambores, o solidaria al eje del pinon 5 montada por medio de un 40 mecanismo de rueda libre.

De forma general, se pueden abarcar numerosas combinaciones de diametros de tambores y de pinones, dado que la rotacion de un tambor acciona de forma obligatoria para el otro y que la velocidad lineal de la periferia de un tambor, denominado primer tambor, es superior a la del segundo tambor.

Ademas de una correa dentada, los medios de acoplamiento pueden comprender:

45 - una correa lisa,

- una cadena,

- un conjunto de pinones,

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- motores controlados de forma electrica de manera que sus velocidades de giro se han sensiblemente siempre proporcionales.

El medio elastico puede comprender una pluralidad de fibras elasticas, por ejemplo una capa o una Lama de material elastico.

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En los ejemplos de los modos de realizacion ilustrados, la relacion de proportion entre las velocidades lineales de la periferia de los tambores ha sido elegida igual a dos, pero es posible cualquier otro valor compatible con la elasticidad del medio elastico.

La periferia de los tambores puede ser lisa o comprender una garganta helicoidal para recibir la(s) fibra(s) elastica(s).

El accionamiento durante el giro de los tambores puede hacerse con la ayuda de un par embrague/manivela o de un par embrague/motor. El embrague puede reemplazarse por una garra. El medio de accionamiento puede ser desmontable.

El sistema de propulsion ilustrado por la figura 3 comprende dos dispositivos D1 y D2, que comprenden respectivamente dos primeros tambores T1 y T1' y dos segundos tambores T2 y T2', as! como fibras 7 y 7' elasticas. Los tambores T1 y T2 (respectivamente T1' y T2') estan acoplados durante el giro por medio de una correa 3 dentada (respectivamente 3').

Los primeros tambores T1 y T1' esta montado sobre un eje Y-Y' comun por medio de dispositivos 10 y 10' de rueda libre montados en el sentido motor. El segundo tambor T2 del primer dispositivo D1 esta montado libre respecto al eje X-X' de una rueda R de vehlculo; no esta accionada por este eje mas que cuando el dispositivo de embrague 9 esta embragado.

El segundo tambor T2' del segundo dispositivo D2 esta montado libre respecto al eje Z-Z' del motor M. No es accionado por este eje mas que cuando el dispositivo 9 de embrague esta embragado.

Los ejes X-X' y Y-Y' estan acoplados durante el giro por medio de un medio 14 de accionamiento que comprende una cadena, un conjunto de pinones y un desviador, estando montado los pinones sobre una rueda libre motriz.

Los dispositivos D1 y D2 son utilizados para el almacenamiento de la energla:

- el primer dispositivo D1 almacena energla por ejemplo cuando el vehlculo esta en deceleration; el embrague 9 es entonces accionado lo que provoca el comienzo de giro de los tambores T1 y T2 y el enrollamiento bajo tension de la fibra 7 elastica respecto al primer tambor T1; el cual puede girar libremente respecto al eje Y-Y' comun en sentido inverso del sentido de giro de este eje gracias a su montaje sobre una rueda 10 libre. La energla es recuperada respecto al eje Y-Y' desembragando el embrague 9.

- el segundo dispositivo D2 almacena la energla proporcionada por el motor M, por ejemplo, cuando el vehlculo esta parado. El accionamiento del embrague 9' provoca el comienzo de giro de los tambores T1' y T2' y el enrollamiento bajo tension de la fibra 7' elastica respecto al primer tambor T1'; el cual puede girar libremente respecto al eje comun Y-Y' en sentido inverso del sentido de giro de este eje gracias a su montaje sobre una rueda 10'libre. La energla es recuperada respecto al eje Y-Y' desembragando el embrague 9'.

En el modo de realizacion de la figura 3, el enrollamiento de la fibra 7 del primer dispositivo D1 cruza el plano de los ejes X-X' e Y-Y' debido a que la fibra 7 elastica debe enrollarse bajo tension en el sentido inverso del sentido de giro de los ejes.

El enrollamiento de la fibra 7' elastica respecto al primer tambor T1' del segundo dispositivo D2 debe hacerse en el mismo sentido que el de la fibra 7 elastica del primer dispositivo, en cambio, cruza uno cruza el plano de los ejes Y-Y' y Z-Z' segun el sentido de giro del motor M.

Este sistema de propulsion puede ser empleado de forma ventajosa en el sistema de propulsion hlbrida de un vehlculo, el medio de propulsion principal de ataque el eje X-X' de la rueda o sea el eje Y-Y' comun.

Claims (3)

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   REIVINDICACIONES

   1. Sistema de propulsion de un vehlcuio que comprende un primer y un segundo dispositivos (D1, D2) de almacenamiento y de recuperacion de energla mecanica, comprendiendo cada dispositivo:

   - un primer y un segundo tambores (T1, T2; T'1, T'2) de ejes paralelos y sensiblemente uno mirando al otro,

   - un medio elastico (7; 7') apto para enrollarse sobre la periferia de cada uno de los tambores,

   - estando acoplados dichos ejes por medios de acoplamiento (3, 4, 5, 6; 3’, 4’, 5’) de tal manera que el giro de un tambor acciona, el giro angularmente proporcional del otro, y que la velocidad lineal en la periferia del primer tambor (T1; T’1) sea superior a la del segundo tambor (T2; T’2),

   dicho sistema estando caracterizado porque:

   - los primeros tambores (T1, T1’) de dichos dispositivos estan montados en un eje comun (Y-Y’) por medio de dispositivos (10, 10’) de rueda libre montados en el sentido motor,

   - el segundo tambor (T2) del primer dispositivo (D1) esta montado en el eje (X-X’) de una rueda (R) de dicho vehiculo y es apto para ser accionado por dicha rueda por medio de un dispositivo (9) con capacidad de embrague

   - el segundo tambor (T2’) del segundo dispositivo (D2) esta montado en el eje (Z-Z’) de un medio (M) de accionamiento y es apto para ser accionado por dicho medio (M) de accionamiento por medio de un dispositivo (9’) con capacidad de embrague.
2. 2. Sistema de propulsion hibrido de un vehiculo que comprende el sistema de propulsion segun la reivindicacion 1.
3. 3. Vehiculo que comprende el sistema de propulsion segun la reivindicacion 1 o un sistema de propulsion hibrido segun la reivindicacion 2.