MX2012004062A - Sistema de almacenamiento de energia de utilidad en arranques y regulacion de sistemas electricos. - Google Patents

Abstract

Se describe un 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 CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN 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-.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 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 hidrogeno de acuerdo con el que se electroliza agua en hidrogeno (y oxigeno) y el cual es almacenado en estado comprimido, y el hidrogeno 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.

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.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 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 cilindrico 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 cilindrico 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 cilindrico.

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 180°.

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.

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.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS 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; DESCRIPCIÓN DE LOS MODOS DE REALIZAR LA INVENCIÓN 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 -1 1 - 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 -1 1 - 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 -1 1 -. 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 cilindrico 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 cilindrico -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-, -1 B- se fija a una parte del saliente cilindrico -12d'-, -13b-correspondiente de uno de los elementos de unión - 2-, 12'-, -13- y el segundo extremo de cada cuerpo espiral -1A-, -1 B- 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 cilindrico con cuerpo cilindrico.

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.

LISTA DE NÚMEROS DE REFERENCIA 1 resortes espirales 1A primer cuerpo espiral 1 B 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 1 1 red eléctrica 12 primer elemento de unión extremo 12a cuerpo anular 12b superficie interna 12c pared frontal 12d saliente cilindrico 12e paso interior 12' elemento de unión intermedio 12a' cuerpo anular 12b" superficie interna 12c' pared frontal 12d' saliente cilindrico 12e' paso interior 13 segundo elemento de unión extremo 13a cuerpo discoidal 13b saliente cilindrico 13cc paso interior

Claims (13)

REIVINDICACIONES

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.

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.

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 cilindrico (12d, 12d', 13b) central con un diámetro menor que el cuerpo anular (25a, 25a') y que emerge de su superficie frontal; cada saliente cilindrico 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 cilindrico (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).

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 cilindrico (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 (1 B) dispuestos en desfase entre sí, estando cada cuerpo espiral (1A, 1 B) 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, 1 B) dispuestas en alternancia y concéntricamente.

13. Sistema según la reivindicación 11, caracterizado porque el desfase de los cuerpos espirales ( A, 1B) está comprendido entre 180° y 45°.