Cadena cinemática con sistema de almacenamiento auxiliar de energía para vehículos automóviles.

Cadena cinemática con sistema de almacenamiento auxiliar de energía para vehículos automóviles.

La cadena parte de la energía proporcionada por un muelle (1) de tipo radioidal, como fuente de energía principal y única del vehículo, y está constituida por los elementos que transmiten de forma homogénea la energía almacenada hasta las ruedas, utilizando un acumulador auxiliar de energía, el depósito (2) de aire comprimido, encargado de corregir las sobredemandas de potencia mediante el aire almacenado en el mismo, a través de un compresor (7) de aire comprimido, y, por último, el motor (3) de aire comprimido, que transmite la potencia desde el depósito (2) hasta las ruedas. El sistema se complementa con un freno regenerativo, que extrae energía de la frenada del coche y la entrega al muelle (1), que soluciona situaciones de sobredemanda o eventuales vaciados del depósito (2) ya que, usado en dirección opuesta, se tiene una trayectoria de flujo de energía que parte del muelle (1) entregándose a las ruedas directamente.

DESCRIPCION

Cadena cinemática con sistema de almacenamiento auxiliar de energía para vehículos automóviles.

OBJETO DE LA INVENCION

La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a una cadena cinemática con sistema de almacenamiento auxiliar de energía para vehículos automóviles, que va a permitir una descarga homogénea de la energía acumulada en 10 un vehículo automóvil, al corregir las sobredemandas de potencia que se requieran al sistema de almacenamiento principal.

CAMPO DE LA INVENCION

Esta invención tiene su aplicación dentro del sector de la industria destinada a la fabricación de vehículos automóviles.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

La visión más común a la hora de estudiar cómo se impulsa un vehículo, la visión más común es ver qué consume el motor o motores que hacen que el vehículo se mueva. Esta visión, siendo la más común, hasta ahora era la acertada y lógica, ya que un vehículo con motor que consume gasolina es obvio que, antes de hacer uso de la energía ésta se encontraba almacenada en la gasolina del depósito. 25

Actualmente, cada vez se dedica más atención a conseguir una reducción sustancial en el consumo y una reducción real en las emisiones contaminantes y acústicas, especialmente en áreas urbanas. Ambos problemas son de interés universal, y no hay ninguna compañía de automóviles que no esté actualmente involucrada en investigar y desarrollar vehículos capaces 30 de proporcionar por lo menos soluciones parciales y de reducir las consecuencias que estos problemas tienen en las condiciones de la vida humana.

Ello explica el uso cada vez más frecuente de sistemas de almacenamiento de energía que presentan una solución a estos problemas, es decir, aquellos que permiten la inclusión de 35 energías renovables en el transporte, que permiten la sincronización de la producción y el consumo eléctrico, que reducen los contaminantes producidos por el uso directo del automóvil, y, por último, que no requieren del uso de materiales de abundancia limitada.

En función de cómo se encuentre la energía almacenada en el vehículo, podríamos 40 afirmar que existen tres tipos de sistemas de almacenamiento que reúnen los requisitos anteriormente mencionados.

El primero de ellos lo encontramos en los sistemas electroquímicos, propio de los vehículos eléctricos, caracterizados porque almacenan la energía de forma química en 45 diferentes tipos de baterías que se han ido desarrollando con el tiempo, por lo tanto, la forma en la que se extrae esa energía de las baterías es a través de un flujo eléctrico. Dentro de los vehículos equipados con este sistema se distinguen dos tipos diferentes, aquellos en los que toda su autonomía depende de este sistema de almacenamiento, los llamados vehículos eléctricos con baterías, y, en segundo lugar, los automóviles que reciben un aporte de sistemas 50 electroquímicos, grupo donde se encuentran los automóviles híbridos.

Actualmente, los vehículos utilizados forma más general son los de la clase de híbrido mínimo o "vehículo eléctrico híbrido suave". En este caso, se añade a un vehículo de diseño convencional la posibilidad de utilizar una tracción eléctrica sobre distancias muy cortas o en situaciones particulares de corta duración.

Un segundo grupo de sistemas de almacenamiento de energía estaría constituido por los sistemas neumáticos, que son aquellos que utilizan un gas a presión como medio de 5 almacenamiento de energía. Como es normal, los vehículos dotados de este sistema llevan motores neumáticos, lo que explica que en la actualidad no existan muchos vehículos con sistemas de almacenamiento neumáticos ya que no se han desarrollado motores neumáticos para automóviles, tan solo unas pocas empresas desarrollan vehículos de aire comprimido, y la mayoría dirigidas a uso minero. Los principales inconvenientes de este tipo de vehículos son la 10 necesidad de un depósito de gran tamaño y la necesidad de aire a muy alta presión.

Otra posibilidad que se plantea utilizando este tipo de tecnología son los vehículos híbridos de aire comprimido, los cuales sustituirían las baterías de los híbridos eléctricos por depósitos de aire y el motor eléctrico por un motor neumático. 15

Por último, estarían los llamados sistemas de almacenamiento de energía mecánicos. Existen varias formas de almacenar energía mecánicamente, aunque la más desarrollada y la única que presenta productos en el mercado, es la basada en volantes de inercia. Los volantes de inercia son un elemento muy útil en los vehículos para evitar vibraciones, eliminar 20 transiciones, traqueteos, etc., y por esa razón los vehículos actuales poseen volantes de inercia como el que está acoplado en el motor. Sin embargo, lo que se pretende con este sistema es almacenar una cantidad de energía tal que sirva para propulsar el vehículo.

En la actualidad, los modelos puestos en marcha están dirigidos al aporte dependiente 25 de energía, es decir, que la energía proveniente del volante no sería la única que posee el vehículo, y, sobre todo, están diseñados como recuperadores de energía o KERS.

Es difícil encontrar antecedentes y proyectos que recurran al volante de inercia como fuente independiente de energía, ya que, como hemos dicho, los modelos en desarrollo lo 30 utilizan como fuente dependiente, es decir, como recuperador de energía de frenadas o de momentos en el que el motor sigue girando sin que se le esté demandando energía, como, por ejemplo, durante el descenso de una pendiente. Estas soluciones se las conoce como KERS mecánico, aunque no todas permiten seleccionar al usuario el momento de descarga del volante. 35

El KERS mecánico es más barato, más ligero y ocupa menos que el KERS eléctrico, pero presenta, entre otros, el inconveniente de que tiene que estar dispuesto en línea con el árbol de transmisión.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

La cadena cinemática con sistema de almacenamiento auxiliar de energía para vehículos automóviles que la invención propone constituye en sí mismo una evidente novedad dentro de su campo de aplicación, ya que, partiendo de un vehículo dotado de un sistema de 45 almacenamiento principal de energía que perdería efectividad si su descarga no se realizara de forma continua, como es un muelle radioidal o un volante de inercia, está constituido por un sistema de almacenamiento de energía auxiliar que corrige las sobredemandas de potencia que se le hacen al sistema de almacenamiento principal, y que permite una descarga del mismo más continua. 50

Además, reúne una serie de cualidades positivas que solucionan los problemas anteriores, como propiciar la introducción de energías renovables, contribuir a atenuar la diferencia de consumo eléctrico entre las diferentes horas del día y reducir el consumo de combustibles fósiles, presentando un sistema independiente, que requiere de materiales comunes y que no genere productos contaminantes.

Como hemos dicho, la cadena cinemática con sistema de almacenamiento auxiliar de energía para vehículos automóviles objeto de la invención parte de un sistema de 5 almacenamiento principal de la energía proporcionada por un muelle, de tipo radioidal, u otro sistema de almacenamiento mecánico como un volante de inercia. La idea principal es utilizar la capacidad de almacenamiento de energía potencial elástica que posee un resorte como fuente de energía del vehículo, utilizando dicho resorte como fuente principal y única de almacenamiento de energía. 10

Aunque existen multitud de resortes, el resorte o muelle radioidal cumple con unas determinadas características que lo convierten en idóneo para el objetivo requerido, como son alta densidad energética, es decir, capaz de almacenar gran cantidad de energía por unidad de masa y volumen; unas dimensiones constructivas factibles para su alojamiento en un vehículo; 15 una relación factible y realista entre energía producida y movimiento del resorte, y, por último, constancia en el desarrollo de determinadas variables, como pueden ser la fuerza y el par.

Todo esto nos lleva al uso de un resorte en espiral, también llamado resorte de potencia, que es el utilizado en diversos mecanismos, como juguetes, relojes de cuerda, etc. 20 como fuente de energía. La espiral que forma el fleje en su alojamiento puede tener varias formas, por lo que existen varios tipos de espiral como la espiral de Arquímedes, la más utilizada, o espirales logarítmicas. Estos tipos de espirales se caracterizan porque todos los centros de curvatura se encuentran en el mismo punto del plano. Sin embargo, la...

1. Cadena cinemática con sistema de almacenamiento auxiliar de energía para vehículos automóviles caracterizada porque, partiendo de la energía proporcionada por un muelle (1) de tipo radioidal, u otro sistema de almacenamiento mecánico como un volante de 5 inercia, se consigue una descarga homogénea de la misma, a la misma velocidad, y, por tanto, entregando la misma potencia, a través de un depósito o tanque (2) de aire comprimido, encargado de amortiguar las sobredemandas de potencia al almacenar la energía entregada por el muelle (1) de forma continua a baja potencia, y de un transformador que transforme la energía entregada constituido por un compresor (7) , igualmente de aire comprimido, por lo que 10 el elemento que transmitirá la potencia, desde este depósito (2) a las ruedas, será un motor (3) de aire comprimido.

2. Cadena cinemática con sistema de almacenamiento auxiliar de energía para vehículos automóviles, según la primera reivindicación, caracterizada por estar dotada de un 15 freno regenerativo, que soluciona el problema de un eventual vaciado del tanque (2) ante un uso prolongado y con una demanda de potencia mayor que la entregada por el compresor (7) ya que extrae energía de la frenada del coche y se la entrega al muelle (1) , por lo que, usado en dirección opuesta, se tiene una trayectoria de flujo de energía que parte del muelle (1) y se entrega a las ruedas directamente, el cual irá instalado en el eje trasero (4) del vehículo, 20 diseñado como un sistema multibrazo junto con un diferencial (9) , no sólo para compensar la diferencia de velocidad angular de las ruedas durante las curvas, sino con el objetivo de que transmita la energía recuperada en la frenada.

3. Cadena cinemática con sistema de almacenamiento auxiliar de energía para 25 vehículos automóviles, según las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque cómo el muelle (1) debe descargarse a través del compresor (7) y, a la vez, cargarse con la energía proveniente del freno regenerativo, debe instalarse una pequeña caja de cambios (10) que permita el engranado del muelle (1) con el compresor (7) o con el diferencial (9) del eje trasero (4) , e instalarse una reductora que aumente la velocidad angular del muelle (1) para adaptarla 30 a la demanda del compresor (7) , y, por último, una transmisión variable continua que permita la variabilidad en la potencia entregada por el freno regenerativo, y un embrague (5) entre el diferencial (9) y la transmisión variable, con el objetivo de facilitar el engrane desde la posición en la que el muelle (1) está engranado con el compresor (7) a la posición de freno.

4. Cadena cinemática con sistema de almacenamiento auxiliar de energía para vehículos automóviles, según las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque el eje delantero (6) es el eje tractor del automóvil, que, al igual que el eje trasero, se ha diseñado como un sistema multibrazo, dotado de la dirección, la carcasa del engranaje que transmite la potencia desde la caja de cambios (10) , la caja de cambios (10) que es una transmisión 40 variable continua, que puede ser de poleas o toroidal, y el motor (3) de tipo neumático.

5. Cadena cinemática con sistema de almacenamiento auxiliar de energía para vehículos automóviles, según las anteriores reivindicaciones, caracterizada porque, opcionalmente, puede utilizar un modelo de tipo eléctrico, mediante un sistema de 45 transformación de energía constituido por un generador eléctrico (7) , un sistema de almacenamiento auxiliar compuesto por una batería electroquímica (2) y, lógicamente, el sistema de propulsión del vehículo sería un motor eléctrico (3) .