Sistema de accionamiento para controlar el vuelo de un perfil de ala de energía para la conversión de energía eólica en energía eléctrica o mecánica.

Un sistema de accionamiento para controlar el vuelo de un perfil de ala de energía o cometa (7) controlado mediante al menos dos cables (8) para la conversión de la energía eólica en energía eléctrica o mecánica,

que comprende una primera unidad (11, 12) para ejercer una acción de igual enrollado/desenrollado de dichos cables, y una segunda unidad (2a, 2b, 4a, 4b) colocada entre dicho cometa de energía (7) y dicha primera unidad (11, 12) para proporcionar una acción de control diferencial de dichos cables (8), dicho sistema que se caracteriza porque comprende un único motor (3; 15) que acciona ya sea solamente dicha segunda unidad o ambas de dichas primera y segunda unidades.

Sistema de accionamiento para controlar el vuelo de un perfil de ala de energía para la conversión de energía eólica en energía eléctrica o mecánica Campo de la invención La presente invención se refiere a un primer sistema para ejecutar los comandos de un sistema de control adecuado, tanto automático como manual, del vuelo de un perfil de ala de energía o cometa, particularmente para la conversión de energía eólica en energía eléctrica o mecánica a través del vuelo del cometa de energía antes mencionado conectado por medio de dos cables a los dispositivos de conversión en el suelo. El primer sistema antes mencionado para ejecutar los comandos se localiza en el suelo, y el comando considerado puede equivaler a una diferencia de longitud de los dos cables.

La presente invención se refiere además a un segundo sistema para ejecutar los comandos de un sistema de control adecuado, tanto automático como manual, de vuelo de un perfil de ala de energía o cometa, particularmente para la conversión de energía eólica en energía eléctrica o mecánica a través del vuelo del cometa de energía antes mencionado conectado por medio de uno o más cables a los dispositivos de conversión en el suelo. El segundo sistema antes mencionado para ejecutar los comandos se coloca a bordo del cometa, y el comando considerado puede equivaler a una variación de ángulo de ataque del cometa o si no a una variación del área efectiva del cometa, o si no a una variación de la geometría del cometa tal como para generar fuerzas aerodinámicas adecuadas y el momento en el mismo cometa, o si no para más de uno de los efectos antes mencionados de manera simultánea.

La presente invención se refiere además al manejo de elevación desde el suelo y regreso al suelo de los cometas de energía, particularmente para la conversión de energía eólica en energía eléctrica o mecánica a través del vuelo del cometa de energía antes mencionado conectado por medio de al menos un cable a los dispositivos de conversión en el suelo.

Arte anterior Se conocen de algunas patentes anteriores los procesos de conversión de energía eólica en energía eléctrica o mecánica por medio de dispositivos que son capaces de convertir la energía mecánica generada por la fuente eólica en otra forma de energía, típicamente energía eléctrica, que sustrae energía del viento mediante el uso de los cometas de energía conectados a dichos dispositivos por medio de cables. Por ejemplo, las patentes de Estados Unidos Nos. US 4, 076, 190, US 4, 251, 040, US 6, 254, 034 B1, y US 6, 914, 345 B2, la solicitud de patente de Estados Unidos No. US 20090072092, la solicitud de patente italiana núm. TO2003A000945, y la solicitud de patente europea núm. EP 04028646.0 describen sistemas para convertir la energía cinética de las corrientes del viento en energía eléctrica por medio del control de vuelo de los cometas de energía conectados al suelo mediante uno o más cables. Se conocen de la misma manera los sistemas para convertir la energía cinética de las corrientes del viento en energía eléctrica, en los que al menos un cometa se conecta por medio de cables a una unidad para maniobrar y generar la energía fija en el suelo: en dichos sistemas, el cometa se transporta cíclicamente a través de una fase de tracción donde asciende empujado por el viento, y durante cuyo desenrollado de los cables se coloca para la rotación de un generador de la unidad en el suelo diseñado para generar energía eléctrica, y una fase de recuperación en la que el cometa se recupera y se maniobra después a fin de capturar el viento una vez más.

En otras soluciones conocidas, la energía se convierte manteniendo la longitud de los cables fija y provocando que el uso de las fuerzas ejercidas en los cables provoque la traslación, a lo largo de una trayectoria cíclica preestablecida, de una unidad de tierra proporcionada con ruedas conectadas a generadores eléctricos.

En el pasado, también se han propuesto varias soluciones con respecto al remolque de embarcaciones por medio de dispositivos que capturan las corrientes del viento mediante cometas de energía, como los descritos en particular en la patente británica núm. GB 2.098.951, en la patente de Estados Unidos núm. US 5.056.447, en la patente de Estados Unidos núm. US 5.435.259, en la patente internacional núm. WO03097448, en la solicitud de patente de Estados Unidos núm. US2004035345, en la solicitud de patente de Estados Unidos núm. US2004200396, en la patente internacional núm. WO2005100147, en la patente internacional núm. WO2005100148, en la patente internacional núm. WO2005100149, y en la solicitud de patente alemana núm. DE102004018814.

En algunos de los sistemas denominados, el cometa se limita con dos cables al suelo y se controla mediante la imposición de una diferencia de longitud, denominada de aquí en adelante como "diferencial", entre los dos cables. Los sistemas antes mencionados usan una unidad de accionamiento localizada en el suelo, las tareas de la cual son sustancialmente de dos

tipos: desenrollado o enrollado de los dos cables hasta el mismo punto e imposición de un diferencial. Una modalidad de imposición de un diferencial ya propuesto por la técnica anterior es la que consiste en confiar la tarea de imponer un valor dado del diferencial de dos motores/generadores eléctricos independientes, cada uno conectado a un cabrestante sobre el cual se pasa el cable respectivo. Se propone otra solución en la solicitud de patente internacional núm. WO-2008/072269, que presenta una modalidad dirigida a desacoplar las funciones de control del diferencial y de enrollado/desenrollado de los cables hasta el mismo punto. Dicha invención se constituye por al menos un primer motor actuador dedicado a ejecutar el diferencial, y por al menos un segundo motor actuador dedicado al desenrollado/enrollado de los cables hasta el mismo punto.

Resumen de la invención La presente invención propone soluciones mejoradas y más eficaces cuando se compara con las conocidas, la característica común básica de la cual se define en la reivindicación 1.

En una primera modalidad, se usa un único motor de baja potencia, y en una segunda modalidad se proporciona un único motor/generador de alta potencia flanqueado por un sistema para la acumulación y transmisión de energía. La primera solución se concibe específicamente para generar sistemas que funcionan con una longitud fija de los cables, mientras que la segunda solución se concibe específicamente para generar sistemas que aprovechan el enrollado y desenrollado cíclico de los cables. En ambos tipos de generadores, con cable fijo o cable variable, la presente invención se caracteriza además porque propone un sistema para recoger los cables que es capaz de enrollar los cables sin estratificación, con el consecuente desgaste inferior de los cables y menos problemas de manejo de enrollado.

Además, serían considerables las ventajas en el control del cometa mediante el uso de un segundo sistema de accionamiento, adicionalmente al primer sistema de accionamiento para ejecutar el diferencial, que se coloca a bordo del cometa y es capaz de dar origen a una variación de ángulo de ataque del cometa o si no a una variación del área efectiva del cometa o si no a una variación de la geometría del cometa tal como para generar fuerzas aerodinámicas y momento adecuado en el mismo cometa o si no para más de uno de los efectos antes mencionados de manera simultánea, de acuerdo con el comando calculado por un sistema de control automático adecuado o si no se coloca por un operador humano mediante una interfaz hombre-máquina adecuada. Con respecto a esto, la presente invención propone un segundo sistema de accionamiento, que se coloca a bordo del cometa y es capaz de afectar el vuelo del cometa, como se describe anteriormente.

Por último, un aspecto importante en el manejo de los sistemas antes mencionados de conversión de energía eólica en energía mecánica y eléctrica, mediante el vuelo de los cometas de energía, se refiere al manejo de las etapas de despegue del suelo y de regreso al suelo de los cometas de energía. La presente invención propone dos posibles sistemas para enfrentar este tipo de problema.

La presente invención por lo tanto propone soluciones nuevas y mejoradas cuando se compara con las conocidas de acuerdo con la técnica anterior mediante la proporción de una primera solución para un primer sistema para ejecutar el comando diferencial, localizado en el suelo, específicamente concebido para generar sistemas que funcionan con una longitud fija de los cables, una segunda solución para un primer sistema para ejecutar el comando diferencial, localizado en el suelo, específicamente concebido para generar... [Seguir leyendo]

Reivindicaciones

1. Un sistema de accionamiento para controlar el vuelo de un perfil de ala de energía o cometa (7) controlado mediante al menos dos cables (8) para la conversión de la energía eólica en energía eléctrica o mecánica, que comprende una primera unidad (11, 12) para ejercer una acción de igual enrollado/desenrollado de dichos cables, y una segunda unidad (2a, 2b, 4a, 4b) colocada entre dicho cometa de energía (7) y dicha primera unidad (11, 12) para proporcionar una acción de control diferencial de dichos cables (8) , dicho sistema que se caracteriza porque comprende un único motor (3; 15) que acciona ya sea solamente dicha segunda unidad o ambas de dichas primera y segunda unidades.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho único motor (3) acciona solamente dicha segunda unidad de control diferencial (2a, 2b) de dichos cables (8) y porque dicha primera unidad comprende para cada cable (8) dos conjuntos de poleas (9, 10) para enrollar el cable sin superposición colocados sobre los ejes horizontales comunes respectivos (11, 12) colocados uno encima del otro, el eje (12) del conjunto inferior de las poleas de enrollado (10) puede desplazarse verticalmente con respecto al eje (11) del conjunto superior de poleas de enrollado (9) y que se asocia operativamente a un freno y sistema de contrapesos (13) .

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho único motor es un motor/generador (15) que acciona tanto dicha primera unidad (11, 12) mediante medios de acoplamiento que pueden acoplarse y desacoplarse selectivamente (16) y dicha segunda unidad (4a, 4b) mediante un sistema de acumulación de energía (17) .

4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque dicha primera unidad comprende para cada cable (8) dos conjuntos de poleas (9, 10) para enrollar el cable sin superposición colocados sobre los ejes horizontales comunes respectivos (11, 12) colocados uno encima del otro, la distancia entre los ejes comunes (11, 12) de dichos dos conjuntos de poleas (9, 10) que es variable como resultado del retroceso del eje inferior (12) con respecto al superior (11) mediante los medios de contrapeso selectivamente modulables (13b) .

5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 2 o de la reivindicación 4, caracterizado porque el desplazamiento de dicho eje inferior (12) puede bloquearse selectivamente mediante medios de frenado (13a) .

6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicho único motor (3) opera los primer y segundo medios de bloqueo del retorno (4a, 4b) de dichos cables (8) , que pueden desplazarse en direcciones mutuamente opuestas y se transportan por una primera corredera (2a) y por una segunda corredera (2b) respectivamente, que pueden trasladarse en direcciones mutuamente opuestas y soportan cremalleras respectivas que se engranan con un engrane directamente gobernado para su rotación por dicho único motor (3) .

7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque dicho único motor (15) acciona los primeros medios de bloqueo del retorno (4a) y los segundos medios de bloqueo del retorno (4b) para dichos cables (8) , que pueden desplazarse en direcciones mutuamente opuestas y se transportan por una primera corredera (2a) y por una segunda corredera (2b) respectivamente, que pueden trasladarse en direcciones mutuamente opuestas y soportan cremalleras respectivas que se engranan con un engrane (20) indirectamente gobernado para su rotación por dicho único motor (15) mediante dicho sistema fluídico de acumulación de energía (17) .

8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6 o de la reivindicación 7, caracterizado porque incluye además los terceros medios de bloqueo del retorno (5a) y cuartos medios de bloqueo del retorno (5b) para dichos cables (8) separados de dicha primera corredera (2a) y de dicha segunda corredera (2b) y colocados entre dichos primeros medios de bloqueo del retorno (4a) y dichos segundos medios de bloqueo del retorno (4b) y dichas poleas (9, 10) para enrollar los cables (8) sin superposición.

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 2 o de la reivindicación 3, caracterizado porque un dispositivo (6) se coloca entre dicho cometa de energía (7) y dicha segunda unidad de control diferencial (2a, 2b, 4a, 4b) para controlar los cables (8) para tensar y amortiguar las oscilaciones de dichos cables (8) .

10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque dicho dispositivo de tensado y amortiguación (6) incluye medios para detectar las fuerzas que actúan sobre dichos cables (8) .

11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque hay medios de amortiguación (14) asociados 5 operativamente a dichos terceros y cuartos medios de bloqueo del retorno (5a, 5b) .

12. El sistema de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada uno de dichos cables (8) se conecta a los extremos de dicho cometa de energía (7) mediante al menos un par de tensores (23) enrollados en los bloques respectivos (24) , y porque los medios actuadores accionados por motor (25) se proporcionan portados por dicho cometa de energía (7) para variar la longitud de dichos tensores (23) selectivamente.

13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque dichos medios actuadores accionados por motor (25) se diseñan para variar la longitud de dichos tensores (23) de manera que se modifica el ángulo de 15 ataque de dicho cometa de energía (7) .

14. El sistema de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho cometa de energía (7) se conforma por sectores mutuamente articulados (27) y porque los medios actuadores accionados por motor (28) se proporcionan portados por dicho cometa de energía (7) para variar selectivamente la posición entre sí

de dichos sectores (27) y modificando por lo tanto la geometría de dicho cometa de energía (7) .

15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque dichos sectores (27) se interconectan por cables (26) , cuya longitud es variable mediante dichos medios actuadores accionados por motor (28) .

16. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 12 a la 15, caracterizado porque dichos medios actuadores accionados por motor (25; 28) se accionan por energía eólica o fotovoltaica generada a bordo de dicho cometa de energía (7) .

17. El sistema de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho cometa de 30 energía (7) tiene una estructura rígida o semirrígida.

18. El sistema de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cometa de energía (7) está equipado con un tren de despegue/aterrizaje (31) y porque la elevación desde el suelo y regreso al suelo de dicho cometa de energía (7) se lleva a cabo mediante dicho sistema de accionamiento.

19. El sistema de acuerdo con la reivindicación 17 o de la reivindicación 18, caracterizado porque dicho cometa de energía (7) está equipado con al menos un motor de despegue auxiliar (32) .