ES2986240A1

ES2986240A1 - Método y sistema de conversión de energía mecánica de un cuerpo oscilante en energía eléctrica

Info

Publication number: ES2986240A1
Application number: ES202330285A
Authority: ES
Inventors: Egizabal Ainhoa Etxebarria; Ruiz Rafael Bárcena
Original assignee: Euskal Herriko Unibertsitatea
Current assignee: Euskal Herriko Unibertsitatea
Priority date: 2023-04-05
Filing date: 2023-04-05
Publication date: 2024-11-08
Also published as: WO2024209062A1

Abstract

La presente invención se refiere a un método de conversión de energía mecánica de oscilaciones en energía eléctrica, comprendiendo el método ajustar un desplazamiento de una masa (1) mecánicamente acoplada a una máquina eléctrica (3), siendo el acoplamiento tal que la máquina eléctrica (3) genera la energía eléctrica a partir del desplazamiento de la masa (1) en las oscilaciones, siendo el desplazamiento con respecto a un cuerpo oscilante; estando el desplazamiento ajustado mediante un ajuste de una fuerza aplicada por la máquina eléctrica (3) a la masa (1); y estando la fuerza aplicada ajustada por un controlador configurado para que un objetivo de control sea lograr que una velocidad instantánea del desplazamiento de la masa (1) sea acelerada positivamente por una fuerza gravitatoria (Fg) aplicada a la masa (1) en ciertos instantes de las oscilaciones.

Description

DESCRIPCIÓN

Método y sistema de conversión de energía mecánica de un cuerpo oscilante en energía eléctrica.

SECTOR TÉCNICO

La presente invención se refiere en general a un método de conversión de energía mecánica de las oscilaciones de un cuerpo oscilante en energía eléctrica. También se refiere a sistemas adecuados para dicha conversión. En concreto, a dichos métodos y sistemas en los que se aplica un control de la dinámica.

ANTECEDENTES

Ya se conocen en el estado de la técnica sistemas para generar energía eléctrica a partir de los movimientos oscilatorios de un cuerpo. Por ejemplo, se conocen sistemas para generar energía eléctrica a partir de energía undimotriz. Algunos de estos sistemas están provistos de una o más masas móviles colocadas en un cuerpo flotante, siendo un movimiento de las masas causado por un movimiento oscilatorio del cuerpo flotante inducido por las olas. Estos sistemas comprenden un sistema de conversión mecánico (por ejemplo, un sistema de conversión hidráulico) para convertir energía cinética de las masas móviles en energía eléctrica.

En un ejemplo divulgado en WO2012/046053A2, un aparato instalable en una embarcación comprende masas móviles y genera energía a partir de impactos de masas móviles contra pistones que controlan presión de un fluido. De este modo, cuando la embarcación se inclina, las masas móviles se desplazan hasta que chocan contra los pistones respectivos, causando un desplazamiento de los pistones respectivos. Este desplazamiento de los pistones causa un incremento de presión del fluido, causando un movimiento de una turbina de un generador de energía eléctrica.

Sin embargo, esta forma de generación de energía eléctrica tiene una eficiencia de conversión de energía relativamente baja (por ejemplo, porque parte de la energía se disipa en el choque y por potenciales irreversibilidades de la compresión del fluido), y el movimiento de las masas móviles tiene asociado un riesgo relativamente elevado de desestabilización de la embarcación, pues el centro de gravedad de la embarcación se modifica debido al desplazamiento de las masas.

WO2017/137561A1 divulga un dispositivo para convertir energía de olas en energía eléctrica, estando el dispositivo colocado en un aparato flotante, por ejemplo, un barco o una boya. El dispositivo comprende una masa deslizante y una guía del deslizamiento de la masa. La masa está mecánicamente conectada a un rotor de un generador eléctrico de manera que el desplazamiento de la masa causa el giro de rotor y por consiguiente la generación de energía eléctrica mediante el generador eléctrico. De este modo, el dispositivo convierte energía cinética del rotor en energía eléctrica a lo largo del desplazamiento de la masa, en lugar de únicamente en el choque de una masa móvil tal como se ha comentado anteriormente, y aumenta de este modo la eficiencia de conversión de energía mecánica en energía eléctrica. Además, WO2017/137561A1 comprende un acoplamiento mecánico que evita que, al cambiar el sentido de desplazamiento de la masa móvil, se detenga el rotor. De este modo, se evita la generación de energía eléctrica a velocidades bajas del rotor, es decir, energía eléctrica de baja tensión y corriente que tiene una utilidad práctica reducida, y se minimizan variaciones bruscas de velocidad del rotor ocasionadas en el frenado hasta velocidad nula del rotor y posterior aceleración del rotor. Además, para aumentar la energía cinética de la masa, el dispositivo comprende unos elementos elásticos en los extremos de la guía que permiten aprovechar parte de la energía de frenado y aceleración de la masa en el cambio del sentido de desplazamiento de la masa.

Finalmente, WO2019/245530A1 propone un sistema de extracción de energía de las olas oceánicas que incluye el concepto de la gestión de la dinámica de masas móviles instaladas a bordo de un cuerpo flotante. Dicha gestión se plantea definiendo, durante cada oscilación, una fase de aceleración de la masa y otra de deceleración. En la primera fase, la gravedad actúa sobre la masa, que se mueve libre, desconectada de un volante de inercia, acoplado, a su vez, a un generador eléctrico. En la segunda, se produce el acoplamiento y el consiguiente frenado regenerativo de la masa. La duración de ambas fases puede alterarse manipulando la longitud de unas líneas extensibles de sujeción, con el objetivo de minimizar la perdida de energía cinética producida al chocar la masa con los topes elásticos dispuestos en ambos extremos del recorrido de la masa. Dicha alteración se debe hacer en función de la altura de ola de cada instante e incluso menciona el uso de un controlador automático para tal fin. Sin embargo, no se describe ningún modo de conseguir tal objetivo.

De lo anterior, puede extraerse que es deseable una conversión de la energía mecánica de oscilaciones de un cuerpo oscilante que permita obtener una mayor eficiencia de conversión de la energía mecánica en energía eléctrica mediante el uso de una o más masas móviles, mientras se gestiona la velocidad y posición de dicha(s) masa(s), en función de la oscilación que sufra la estructura donde se encuentra(n) instalada(s).

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Normalmente, en los sistemas ya conocidos en el estado de la técnica para generar energía eléctrica a partir movimientos oscilatorios de un cuerpo se requiere el uso de una máquina eléctrica (usada como generador), pero no se aprovecha la gestión del par (también conocido como torque) de la máquina eléctrica, más en concreto del par electromagnético (también conocido como torque electromagnético) de la máquina eléctrica, para implementar un control dinámico de la masa. Sin embargo, dicho control puede ser muy útil para generar la mayor potencia eléctrica posible, mientras que se controla asimismo la estabilidad del cuerpo oscilante en su conjunto y el recorrido confinado de la masa. Esta invención se basa en implementar el control dinámico de la masa utilizando el torque de la maquina eléctrica mecánicamente acoplada a la masa. Este control dinámico permite adaptar el movimiento de la masa en cada instante al movimiento del cuerpo oscilante. Lógicamente, el movimiento del cuerpo oscilante, en el caso en el que el cuerpo oscilante es un cuerpo flotando en agua, depende, entre otros factores, del oleaje incidente en el cuerpo.

De este modo, mientras otros métodos utilizan un generador eléctrico que aplica un torque eléctrico constante y confinan el movimiento de la masa (mientras extraen energía del movimiento de la masa), por métodos mecánicos y/o hidráulicos (por ejemplo, mediante topes, resortes, ruedas de inercia, líneas de sujeción, ...), la presente invención ajusta el torque electromagnético instantáneo de la máquina eléctrica para optimizar el desplazamiento de la masa. Para conseguir que la posición de la masa sea la más conveniente en cada instante, la máquina eléctrica puede trabajar en los cuatro cuadrantes, actuando sobre todo como generador de energía eléctrica, pero, en ciertos instantes, como motor eléctrico.

Para superar los inconvenientes del estado de la técnica, un primer aspecto de la presente invención se refiere a un método de conversión de energía mecánica de oscilaciones de un cuerpo oscilante en energía eléctrica, comprendiendo el método ajustar un desplazamiento de una masa mecánicamente acoplada a una máquina eléctrica, siendo el acoplamiento tal que la máquina eléctrica genera la energía eléctrica a partir del desplazamiento de la masa en las oscilaciones, siendo el desplazamiento con respecto al cuerpo oscilante; estando la masa mecánicamente acoplada al cuerpo, permitiendo el acoplamiento mecánico de la masa con el cuerpo el desplazamiento de la masa causado por una fuerza gravitatoria y por una fuerza de la maquina eléctrica aplicadas a la masa en las oscilaciones; causando las oscilaciones variaciones de un ángulo de inclinación del cuerpo oscilante con respecto a la dirección de la fuerza gravitatoria; estando el desplazamiento ajustado mediante un ajuste de la fuerza aplicada por la máquina eléctrica a la masa; estando la fuerza aplicada por la máquina eléctrica ajustada por un controlador en base a una medida de un ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante y en base a al menos una de: una medida de una posición instantánea de la masa con respecto al cuerpo oscilante y una medida de una velocidad instantánea del desplazamiento de la masa; y estando el controlador configurado para que un objetivo de control del ajuste de la fuerza aplicada por la máquina eléctrica sea lograr que una velocidad instantánea del desplazamiento de la masa sea acelerada positivamente por la fuerza gravitatoria aplicada a la masa en todos los instantes de las oscilaciones en los que:

- la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo tiene signo contrario al signo del ángulo de inclinación del cuerpo en reposo, y el valor absoluto de la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo es mayor que el valor absoluto del ángulo de inclinación del cuerpo en reposo; y/o

- la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo tiene el mismo signo que el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo;

siendo el ángulo instantáneo de inclinación un ángulo con respecto a un plano perpendicular a la dirección de la fuerza gravitatoria, y siendo el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo un ángulo con respecto al plano perpendicular a la dirección de la fuerza gravitatoria.

El método utiliza una masa que se mueve (debido a, por ejemplo, el oleaje) en un cuerpo oscilante (por ejemplo, un cuerpo flotante), a través de, por ejemplo, guías del desplazamiento de la masa que limitan grados de libertad del movimiento de la masa con respecto al cuerpo. Al menos una máquina eléctrica está acoplada mecánicamente a la masa. La máquina eléctrica permite controlar el movimiento de la masa en esos grados de libertad (por ejemplo, en un único grado de libertad) acelerando positivamente la masa (es decir, como motor eléctrico) o frenando la masa (es decir, como generador de energía eléctrica) en cada instante, según convenga, ajustando el torque electromagnético de la máquina eléctrica. Para ajustar el torque se utiliza un algoritmo de control que tiene como objetivo que la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa sea acelerada positivamente por la fuerza gravitatoria aplicada a la masa:

- en todos los instantes de las oscilaciones en los que la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo tiene signo contrario al signo del ángulo de inclinación del cuerpo en reposo, y el valor absoluto de la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo es mayor que el valor absoluto del ángulo de inclinación del cuerpo en reposo (dicho de otro modo, sisigno($ -0 O) ^signo(<p0) y |0 - 0 OI > I0ol, donde 0 es el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante y 0 O es el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo); y/o (preferiblemente "y” en lugar de "o” para permitir maximizar la generación de energía eléctrica)

- en todos los instantes de las oscilaciones en los que la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo tiene el mismo signo que el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo (dicho de otro modo,signo($ -0 O) =signo(<p0)).

El objetivo de control permite maximizar la potencia eléctrica generada. Además, se ha observado que esta forma de maximizar la potencia eléctrica generada permite, como efecto adicional y secundario, mejorar la estabilidad del cuerpo oscilante y mantener el movimiento de la masa confinado a un rango predeterminado. Al extraer energía eléctrica del movimiento del cuerpo oscilante debido a, por ejemplo, las olas, dicho movimiento oscilante se atenúa más cuanta más energía mecánica sea convertida en energía eléctrica.

Para maximizar la energía eléctrica generada, es deseable que, en los instantes de las oscilaciones mencionados anteriormente, la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa sea acelerada positivamente por la fuerza gravitatoria aplicada a la masa. El objetivo de control permite minimizar el frenado que la fuerza gravitatoria aplicada a la masa ejerce sobre la masa, como ocurre, por ejemplo, cuando el sistema no está controlado dinámicamente. El frenado regenerativo es ejercido, preferiblemente en exclusiva, por la máquina eléctrica.

En las oscilaciones del cuerpo oscilante, puede haber instantes en los que la fuerza gravitatoria es perpendicular al grado de libertad o grados de libertad del desplazamiento de la masa con respecto al cuerpo, en concreto, cuando el cuerpo oscilante no está inclinado con respecto al plano horizontal, y por ello la fuerza gravitatoria aplicada a la masa no acelera positivamente ni disminuye la velocidad de la masa en estos instantes sino que, por el contrario, meramente mantiene la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa constante en estos instantes. En el resto de instantes de las oscilaciones es deseable que la fuerza gravitatoria acelere positivamente la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa para maximizar la generación de energía eléctrica.

En algunas realizaciones, la fuerza aplicada, por la máquina eléctrica, a la masa es controlada mediante un comando de ajuste del torque electromagnético de la máquina eléctrica, siendo este comando generado por el controlador. Como la fuerza aplicada, por la máquina eléctrica, a la masa se puede relacionar fácilmente con dicho torque electromagnético, este control de la fuerza aplicada por la máquina eléctrica a la masa es relativamente simple.

La medida del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante se puede obtener directamente mediante un sensor (por ejemplo, mediante un inclinómetro) y/o se puede calcular a partir de medidas obtenidas por un sensor (por ejemplo, un acelerómetro). El ángulo instantáneo medido es un ángulo que varía, debido a las oscilaciones del cuerpo, con respecto a la dirección de la fuerza gravitatoria aplicada a la masa.

La medida de la posición instantánea de la masa se puede obtener directamente mediante un sensor (por ejemplo, un codificador rotatorio) y/o se puede calcular a partir de medidas obtenidas por un sensor (por ejemplo, un tacómetro).

La medida de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa se puede obtener directamente mediante un sensor (por ejemplo, un tacómetro) y/o se puede calcular a partir de medidas obtenidas por un sensor (por ejemplo, un codificador rotatorio).

El ángulo instantáneo de inclinación medido es del mismo instante que la al menos una de: posición instantánea de la masa y velocidad instantánea del desplazamiento de la masa medida(s).

En algunas realizaciones, el objetivo de control es que, en todos los instantes de las oscilaciones, la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa sea proporcional a la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo. Se ha comprobado que este objetivo de control, en el que la velocidad instantánea es proporcional a la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo, permite maximizar la generación de energía eléctrica a partir de oscilaciones de un cuerpo oscilante en ciertas condiciones de oscilación como, por ejemplo, una oscilación debida a olas de un volumen de agua en el que flota el cuerpo oscilante.

El ángulo de inclinación del cuerpo en reposo es el ángulo de inclinación del cuerpo cuando el cuerpo no oscila (por ejemplo, cuando el cuerpo está meramente flotando en agua en calma, es decir, sin olas). Si bien en algunas realizaciones es deseable que el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo sea nulo, este ángulo se considera en el objetivo de control porque es posible que este ángulo no sea nulo.

El ángulo con respecto al plano perpendicular a la dirección de la fuerza gravitatoria es el ángulo con respecto a la fuerza gravitatoria menos noventa grados sexagesimales. Para ajustar el torque se utiliza un algoritmo de control que tiene como entradas, por ejemplo, la posición angular instantánea de un rotor de la máquina eléctrica y el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante en el grado o grados de libertad del desplazamiento de la masa con respecto al cuerpo oscilante (por ejemplo, el ángulo instantáneo de inclinación de la escora del cuerpo oscilante si la masa puede desplazarse con respecto al cuerpo oscilante en una línea perpendicular al frente de olas). Así, si, por ejemplo, se limita el desplazamiento de la masa a una trayectoria recta, perpendicular al frente de olas, y se mide el ángulo instantáneo de inclinación de dicha trayectoria, provocada por la escora del cuerpo oscilante, así como la posición instantánea de la masa, el objetivo de control puede ser que la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa sea siempre proporcional, y de signo contrario, a la resta del ángulo instantáneo de la escora menos el ángulo de escora del cuerpo en reposo.

En algunas realizaciones, el objetivo de control es:

donde:

x':es la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa,

0: es el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante,

0 O: es el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo, y

a:es un parámetro ajustable.

El signo negativo de la ecuación (1.0) indica que la velocidad instantánea del desplazamiento de la masax'tiene el sentido de alturas decrecientes de una pendiente que tiene el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante, al que hemos restado la inclinación del cuerpo en reposo, 0 - 0 O. Esto puede observarse, como ejemplo, en la figura 1, donde se representa la componente de la gravedad que se aplica a la masa, a lo largo de su grado de libertad de movimiento,Fgx= -m g sin($,siendomla magnitud de la masa ygel valor de la aceleración provocada por la gravedad. Si se tiene en cuenta que el seno del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante siempre tiene el mismo signo que dicho ángulo (considerando un ángulo entre cero y 2n radianes) y se supone que se cumple, sin error, el objetivo de control dado por la ecuación (1.0), resulta evidente que la gravedad no frena el movimiento de la masa en ningún instante de la oscilación, excepto en aquellos instantes en los que el valor absoluto de la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo 10 sea menor que el valor absoluto del ángulo de inclinación del cuerpo en reposo |0OI y, además, la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo 0 - 0 O tenga signo contrario al signo del ángulo de inclinación del cuerpo en reposo 0 O.

Lógicamente, la energía eléctrica a extraer depende del valor del parámetro ajustablea .El parámetro ajustableatambién se puede llamar factor de proporcionalidad ajustable. Un valor apropiado del parámetro ajustableapermite acotar convenientemente el rango del desplazamiento de la masa y el rango de velocidad instantánea del desplazamiento de la masa en base a características de las oscilaciones del cuerpo. Una vez definido el acoplamiento mecánico entre el cuerpo oscilante y la masa, también se puede calcular, en base al parámetro ajustableaelegido y a las características de las oscilaciones del cuerpo, el torque máximo aplicable por la máquina eléctrica para la implementación del objetivo de control.

En algunas realizaciones, los movimientos oscilatorios de la inclinación del cuerpo son, al menos temporal y/o aproximadamente, periódicos. Es decir, la evolución en el tiempo del ángulo instantáneo de inclinación puede definirse, al menos temporal y/o aproximadamente, como un ángulo que constituye una señal periódica en el tiempo, de periodo T, que, por lo tanto, cumple:

siendo:

T = —, el periodo propio fundamental del ángulo de inclinación,

o la frecuencia de la componente principal del ángulo de inclinación,

nun número entero cualquiera, y

tel tiempo.

Supongamos también ahora que el valor medio del ángulo de inclinación 0, calculado en cualquier instante de tiempoto ,ydescrito por

se define como la componente constante en el tiempo del ángulo de inclinación, también llamado ángulo de inclinación del cuerpo en reposo 0 O.

En realizaciones de la invención en las que puedan darse por, al menos aproximadamente y/o temporalmente, correcta la suposición anterior sobre la oscilación periódica del cuerpo, la aplicación del objetivo de control descrito por la expresión (1.0) puede lograr, adicionalmente a la extracción de energía, un movimiento de la masa confinado en una trayectoria acotada. Esto se deduce fácilmente integrando la expresión (1.0), una vez sustituidos en ella las definiciones de 0 y 0 o planteadas para el caso de oscilaciones periódicas, ya que, haciendo esto, obtenemos una expresión acotada para la posición de la masa móvil. Lograr que el movimiento de la masa esté acotado puede tener importancia práctica en algunas realizaciones de la invención. También puede ser muy práctico, en algunas realizaciones, poder calcular de antemano las características de dicho acotamiento en función del parámetro ajustable del objetivo de control (1.0).

En algunas realizaciones, el objetivo de control está basado en la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa, el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante, el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo, una frecuencia de oscilación de las oscilaciones del cuerpo oscilante, un máximo de un valor absoluto de la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo, una longitud máxima predeterminada del desplazamiento de la masa y un valor absoluto máximo predeterminado de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa. Estos parámetros permiten definir el objetivo de control, ejecutar el control y ajustarlo a las oscilaciones y a las capacidades de un sistema que implementa la conversión de la energía mecánica de las oscilaciones en energía eléctrica, permitiendo maximizar la conversión de energía mecánica en energía eléctrica. Tal como se indica más adelante, un mismo objetivo de control se puede definir/implementar de diferentes formas.

La longitud máxima predeterminada del desplazamiento de la masa es una longitud máxima que puede desplazarse la masa con respecto a una posición central de la masa en el cuerpo oscilante. Esta longitud máxima predeterminada está limitada, por ejemplo, por el acoplamiento mecánico de la masa con el cuerpo (por ejemplo, la longitud máxima predeterminada puede ser la mitad de la longitud total de una de las guías del desplazamiento de la masa).

Para evitar dañar los dispositivos usados para ejecutar el método del primer aspecto de la invención, el valor absoluto de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa no debería superar el valor absoluto máximo predeterminado de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa. El valor absoluto máximo predeterminado de la velocidad instantánea está limitado, por ejemplo, por los acoplamientos mecánicos y/o por una velocidad máxima predeterminada de rotación del rotor de la máquina eléctrica.

En algunas realizaciones (particularmente cuando la componente fundamental del ángulo de inclinación puede asumirse, al menos aproximada y/o temporalmente, como periódica y descrita como una función armónica, más un ángulo de inclinación constante en el tiempo) el parámetro ajustableacumple que:

donde:

\x'\max.es el valor absoluto máximo predeterminado de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa,

\x'\max:es la longitud máxima predeterminada del desplazamiento de la masa,

m:es la frecuencia de oscilación de las oscilaciones del cuerpo oscilante,

C:es un valor constante con respecto al tiempo, que depende de la posición instantánea de la masa ent=0,y

A:es una amplitud del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante (en concreto, una amplitud máxima de la parte variable con el tiempo del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante), cumpliendo el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante, al menos aproximadamente, que puede describirse como una función armónica, más un ángulo constante en el tiempo:

dondetes el tiempo.

Como puede deducirse de la ecuación (5.0), se ha considerado una oscilación periódica, armónica y regular, al menos aproximada y/o temporalmente.

Para encontrar el rango de valores del parámetro ajustablea,se puede considerar una amplitud máxima de la parte variable con el tiempo del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante, el valor absoluto máximo predeterminado de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa y la longitud máxima predeterminada del desplazamiento de la masa.

Las inecuaciones (2.0) y (3.0) se deducen de realizaciones en las que el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante se puede definir con la ecuación (5.0).

En concreto, la inecuación (2.0) se deduce sustituyendo (5.0) en (1.0) y considerando los instantes de la oscilación donde el valor absoluto de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa es máximo (sin(w ■t)= ±1), de la siguiente manera:

En concreto, la inecuación (3.0) se deduce integrando con respecto al tiempo la ecuación (1.0), una vez sustituida en ella la ecuación (5.0):

dondeC esuna constante que depende de la posición inicial (para t=0) de la masa. Después, se considera en la ecuación (6.0) los instantes de la oscilación cuando la magnitud de la longitud de desplazamiento de la masa es máxima (cos(w ■t)= 1,siC <0; cos(w ■t)= -1 ,siC > 0 ;ycos(w ■t)= ±1,si C= 0), y así obtener la inecuación (3.0):

De este modo, se elige un valor del parámetro ajustableaque cumple las inecuaciones (2.0) y (3.0). Dentro de los rangos definidos por las inecuaciones (2.0) y (3.0), si se eligen valores más altos dea,se puede extraer una mayor potencia eléctrica, pero también se necesita una máquina eléctrica más potente, dado que la dinámica es más agresiva.

En algunas realizaciones, el objetivo de control está definido como:

donde:

x' : es la posición instantánea de la masa,

0: es una derivada con respecto al tiempo del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo,

Es decir,a'es un parámetro ajustable que cumple las tres inecuaciones siguientes:

La ecuación (7.0) puede deducirse de una ecuación resultante de aplicar la derivada respecto al tiempo en los dos términos de la ecuación (5.0), sustituyendo después en la ecuación (6.0), de la siguiente manera:

Considerando la ecuación (8.0), tenemos la ecuación (7.0):

La constanteCde la ecuación (7.0) para oscilaciones regulares del cuerpo puede utilizarse, haciendo C^0, para disponer que el movimiento de la masa no esté centrado en x-0 , o sea, que la distancia máxima que alcanza la masa respecto a x -0 no sea la misma sobre el semieje X’ positivo que sobre el negativo. Esto puede ser útil para reducir, en algunas implementaciones, el ángulo de la inclinación del cuerpo en reposo 0 O. Sin embargo, hacer eso provoca que se reduzca el posible recorrido del desplazamiento de la masa, como puede deducirse de las inecuaciones (3.0) y/o (11.0).

El mismo objetivo de control (por ejemplo, el objetivo de control de la ecuación (1.0)) se puede definir/implementar de diferentes formas: por ejemplo, se puede definir/implementar mediante la ecuación (1.0) o mediante la ecuación (7.0).

Lógicamente,x'es la derivada con respecto al tiempo de x '.

Lógicamente, se utiliza una amplitud máxima de la parte variable con el tiempo del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante 0 - 0 O (^) y una frecuencia de oscilación de las oscilaciones del cuerpomen cada situación, así como los limites constructivos del sistema (por ejemplo, el valor absoluto máximo predeterminado de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa y la longitud máxima predeterminada del desplazamiento de la masa) para determinar los parámetros ajustablesaoa'de manera apropiada. En algunas realizaciones, el ajuste de los parámetros ajustablesaoa'se realiza automáticamente (es decir, sin necesidad de la participación de una persona) por el controlador.

En algunas realizaciones, el objetivo de control está basado en un torque electromagnético máximo aplicable por la máquina eléctrica o, alternativamente, un torque electromagnético máximo aplicable por la máquina eléctrica está basado en el objetivo de control.

En algunas realizaciones, la máquina eléctrica es adecuada para aplicar un torque electromagnético máximo que depende del parámetro ajustablea.De este modo, la máquina eléctrica está dimensionada para aplicar el torque necesario para lograr el objetivo de control basado en un parámetro ajustableapredeterminado.

En algunas realizaciones, el parámetro ajustableaestá basado en el torque electromagnético máximo aplicable por la máquina eléctrica. De este modo, se permite minimizar el riesgo de que el torque máximo ajustado por el controlador, en el ajuste de la fuerza aplicada por la máquina eléctrica a la masa, exceda el torque electromagnético máximo aplicable por la máquina eléctrica para un parámetro ajustableapredeterminado.

En algunas realizaciones, se limita el torque máximo ajustable por el controlador. De este modo, se evita exceder el torque máximo que, por ejemplo, es el torque electromagnético máximo aplicable por la máquina eléctrica.

En algunas realizaciones, el cuerpo está flotando en agua y las oscilaciones del cuerpo son causadas por olas del agua. Se ha comprobado que el objetivo de control es particularmente adecuado para maximizar la conversión de energía de las olas en energía eléctrica y, como efecto adicional y secundario, estabilizar el cuerpo flotante sometido a las olas.

Un significado físico del objetivo de control asociado a las ecuaciones (1.0) y (7.0) se puede explicar de la siguiente manera, considerando C=0 y 0 O = 0 para que la explicación gane en claridad. Cuando el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo es máximo en valor absoluto y la derivada con respecto al tiempo del ángulo instantáneo de inclinación es nula, la masa está en el centro de la trayectoria del desplazamiento de la masa, y la masa tiene una velocidad instantánea máxima. Cuando el ángulo instantáneo inclinación del cuerpo es cero y la derivada con respecto al tiempo del ángulo instantáneo inclinación es máxima, la masa está en el punto más alejado del centro de la trayectoria de la masa en el desplazamiento. Eso provoca que el movimiento de inclinación de la estructura eleve la masa repetidamente dos veces por cada ciclo de oscilación desde un plano horizontal, mientras que el primer aspecto de la invención se encarga de frenar dicha masa durante la mayor parte del tiempo, ya que el movimiento de la masa nunca se ve frenado por la gravedad, mientras el objetivo de control se cumpla. Eso no quiere decir que la máquina eléctrica no deba empujar, en ciertos casos, la masa durante ciertos instantes de la oscilación, en los cuales la componente de gravedad resulta insuficiente para hacer que la masa siga la dinámica descrita por el objetivo de control. Por eso, la máquina eléctrica acoplada a la masa se encuentra casi siempre trabajando como generador eléctrico -en frenado regenerativo-, convirtiendo potencia mecánica en potencia eléctrica, pero puede haber instantes en los que la máquina eléctrica trabaja como motor, principalmente cuando los parámetros ajustables (a o a ’), también llamados factores de proporcionalidad ajustables, utilizados son grandes. En ese sentido, la potencia eléctrica generada puede ser mayor cuanto mayor sea el parámetro ajustable, aunque un parámetro ajustable mayor requiere un torque electromagnético mayor para el control de la dinámica de la masa y, por consiguiente, una máquina eléctrica de mayores dimensiones

La fracción del tiempo en el que la máquina eléctrica acelera positivamente, actuando como motor, la masa puede deberse -sin considerar aquí el efecto del ángulo de inclinación del cuerpo en reposo- a que, debido a la inercia del sistema mecánico y al rozamiento, no se puede garantizar que la aceleración positiva que proporciona la gravedad en cada instante sea suficiente para lograr que la masa siga la consigna de movimiento deseada. La duración de los intervalos de tiempo de potencia eléctrica consumida por la máquina eléctrica puede depender de la elongación del desplazamiento (que, a su vez, depende del parámetro ajustableadel objetivo de control) de la masa, de la inercia total del sistema mecánico, del rozamiento y de las características de la perturbación que provoca la oscilación en cada instante. De todos modos, se puede conseguir que dicha duración sea pequeña en comparación con la duración de los intervalos de tiempo de potencia eléctrica generada -ver Figura 8, por ejemplo-, alcanzando así un rendimiento alto de conversión de energía cinética en energía eléctrica.

Es evidente que el rendimiento alcanzado en la conversión depende de lo fielmente que el controlador haga que la masa siga el comportamiento descrito por la ecuación (1.0) o (7.0). Por lo tanto, es deseable utilizar un controlador capaz de gestionar de manera óptima la dinámica de un sistema con altas inercias, múltiples posibles entradas y objetivos de control mientras es sometido a perturbaciones a las que hay que acoplar la acción del control.

En algunas realizaciones, el método comprende medir una altura de una ola antes de que la ola llegue al cuerpo; y el controlador está configurado para ajustar la fuerza aplicada, por la máquina eléctrica, en base a la medida de la altura de la ola. De este modo, el controlador está configurado para ajustar la fuerza aplicada, por la máquina eléctrica, en base a una combinación de la medida de la altura de la ola, la medida del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante y la al menos una de: la medida de una posición instantánea de la masa con respecto al cuerpo oscilante y la medida de una velocidad instantánea del desplazamiento de la masa. Medir una altura de la ola con antelación a la llegada de la ola al cuerpo permite conocer de manera anticipada el momento que la ola va a causar en el cuerpo, evitando la necesidad de efectuar cálculos complejos y que requieren relativamente mucho tiempo para estimar dicho momento, permitiendo de esta manera mejorar cumplimiento del objetivo de control reduciendo errores del control.

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un sistema para conversión de energía mecánica de oscilaciones en energía eléctrica, comprendiendo el sistema un cuerpo oscilable, una máquina eléctrica, una masa, un controlador, un acoplamiento mecánico de la masa con el cuerpo y un acoplamiento mecánico de la masa con la máquina eléctrica, siendo el acoplamiento mecánico de la masa con la máquina eléctrica para que la máquina eléctrica genere energía eléctrica a partir del desplazamiento de la masa con respecto al cuerpo, permitiendo el acoplamiento mecánico de la masa con el cuerpo un desplazamiento de la masa con respecto al cuerpo causado por una fuerza gravitatoria y por una fuerza de la maquina eléctrica aplicadas a la masa; estando el sistema configurado para ajustar el desplazamiento de la masa mediante un ajuste de la fuerza aplicada por la máquina eléctrica a la masa; estando el controlador configurado para ajustar la fuerza aplicada por la máquina eléctrica en base a una medida de un ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante y en base a al menos una de: una medida de una posición instantánea de la masa con respecto al cuerpo oscilante y una medida de una velocidad instantánea de la masa con respecto al cuerpo oscilante; y estando el controlador configurado para que un objetivo de control del ajuste de la fuerza aplicada por la máquina eléctrica sea lograr que una velocidad instantánea del desplazamiento de la masa sea acelerada positivamente por la fuerza gravitatoria aplicada a la masa en todos los instantes de las oscilaciones periódicas en los que:

siendo el ángulo instantáneo de inclinación un ángulo con respecto a un plano perpendicular a la dirección de la fuerza gravitatoria (Fg), y siendo el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo un ángulo con respecto al plano perpendicular a la dirección de la fuerza gravitatoria (Fg).

En algunas realizaciones, la masa comprende la máquina eléctrica. De este modo se aprovecha la masa de la máquina eléctrica como masa desplazable.

En algunas realizaciones, el acoplamiento mecánico del cuerpo oscilante con la masa comprende un acoplamiento mecánico de la masa con unas guías rectas y un engranaje de una cremallera con una rueda dentada; estando un centro de la rueda dentada mecánicamente unido a un eje rotativo perpendicular a la rueda dentada; estando el eje rotativo mecánicamente conectado a un rotor de la máquina eléctrica; y siendo un estator de la máquina eléctrica solidario con la masa. Este acoplamiento permite minimizar las vibraciones debidas a la flexibilidad de componentes del acoplamiento mecánico. Las vibraciones debidas a dicha flexibilidad pueden reducir la vida útil de la propia transmisión mecánica, de la máquina eléctrica y de su electrónica de potencia. Sin embargo, resulta improbable que tuviesen repercusión ni en la potencia generada, ni en la estabilidad del cuerpo, al ser dichas vibraciones normalmente de mucha mayor frecuencia que la del movimiento de oscilación del cuerpo.

El estator es solidario con respecto a la masa en el sentido de que se desplaza con la masa a lo largo de las guías. Preferiblemente, la rotación de la rueda dentada se transmite al rotor y no se transmite al estator.

En algunas realizaciones, el eje rotativo está mecánicamente conectado a un mecanismo multiplicador y/o a un volante de inercia, estando el mecanismo multiplicador y/o el volante de inercia intercalado(s) entre la rueda dentada y el rotor. El mecanismo multiplicador permite que la rueda dentada rote a menor velocidad que el rotor. El volante de inercia permite incrementar el momento de inercia del sistema.

En algunas realizaciones, el método del primer aspecto de la presente invención es realizado con el sistema del segundo aspecto de la presente invención.

Un tercer aspecto de la presente invención se refiere a un sistema que comprende un cuerpo oscilante, una máquina eléctrica, una masa, unos acoplamientos mecánicos y un controlador configurados para realizar el método del primer aspecto de la presente invención.

Los diferentes aspectos y realizaciones de la invención definidos anteriormente pueden combinarse entre sí, siempre que sean mutuamente compatibles.

Las ventajas y características adicionales de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y se señalarán particularmente en las reivindicaciones adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con unos ejemplos de realización práctica de la invención, se acompaña como parte integrante de la descripción, un juego de figuras en el que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra esquemáticamente una masa desplazable a lo largo del eje virtual X’ y sobre la que actúa una fuerza gravitatoria según la presente invención.

La figura 2 muestra esquemáticamente un posible acoplamiento mecánico de la masa con el cuerpo oscilante según la presente invención.

La figura 3 muestra una evolución en el tiempo de varios parámetros de un sistema sin máquina eléctrica acoplada mecánicamente a la masa.

La figura 4 muestra una evolución en el tiempo de varios parámetros de un sistema con máquina eléctrica acoplada mecánicamente a la masa, pero que no aplica torque electromagnético alguno a su rotor.

La figura 5 muestra una evolución en el tiempo de varios parámetros de un sistema, según la presente invención, que tiene una máquina eléctrica acoplada mecánicamente a la masa, y aplica torque electromagnético para controlar la dinámica del sistema.

La figura 6 muestra una evolución en el tiempo del momento de excitación que causa el oleaje en una embarcación de un sistema según la presente invención, así como una estimación de dicho momento implementada para ayudar al controlador en la implementación del objetivo de control propuesto.

La figura 7 muestra una evolución en el tiempo de varios parámetros de un sistema según la presente invención relacionados con la generación de potencia eléctrica.

La figura 8 muestra una evolución en el tiempo de la potencia eléctrica consumida/generada por la máquina eléctrica de un sistema, según la presente invención.

Cada una de las figuras 9A y 9B muestran una evolución en el tiempo de la energía eléctrica generada por la máquina eléctrica de un sistema, según la presente invención.

La figura 10A muestra una evolución en el tiempo de un ángulo instantáneo de una escora de un sistema, sin aplicar el control de la dinámica de la masa, según la presente invención.

La figura 10B muestra una evolución en el tiempo de un ángulo instantáneo de una escora de un sistema aplicando el control de la dinámica de la masa, según la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES DE LA INVENCIÓN

En la descripción de las posibles realizaciones de la invención se precisa dar numerosos detalles para favorecer una mejor comprensión de la invención. Aun así, resultará aparente para el experto en la materia que la invención puede ser implementada sin estos detalles específicos. Por otra parte, las características bien conocidas no se han descrito en detalle para evitar complicar innecesariamente la descripción.

La figura 1 muestra una masa 1 de magnitud m, desplazable a lo largo de un eje virtual X’ de un sistema de referencia formado por los ejes virtuales X’ e Y’, solidario con el cuerpo oscilante. La masa 1 está mecánicamente acoplada a un cuerpo oscilante que, en este ejemplo concreto de aplicación, flota en agua. Ni el cuerpo ni el acoplamiento mecánico se muestran en la figura 1, si bien el cuerpo tiene una inclinación definida por el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante 0, y este ángulo de inclinación varía debido a las oscilaciones del cuerpo causadas por olas del volumen de agua en el que flota el cuerpo.

La figura 1 también muestra un sistema de referencia inercial formado por los ejes virtuales X e Y. El eje virtual X coincide con el eje virtual X’ cuando el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante 0 es nulo.

Tal como muestra la figura 1, al inclinar el cuerpo un ángulo 0 con respecto al eje virtual X, la fuerza gravitatoria Fg aplicada a la masa 1 puede descomponerse en las componentes vectoriales Fgx’ y Fgy’, perpendiculares entre sí.

Como la masa 1 es desplazable, con respecto al cuerpo, a lo largo del eje virtual X’, la componente vectorial Fgx’ causa, en todos los instantes en los que el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante 0 no es nulo, una aceleración positiva de la masa 1 (en el sentido de que la velocidad del desplazamiento de la masa 1 aumenta) paralela al eje virtual X’ y de valor —gsin (0). De este modo, la oscilación del cuerpo (que causa la variación del ángulo 0 con respecto al tiempo) causa una componente vectorial Fgx’ de la fuerza gravitatoria Fg variable con respecto al tiempo que, obviamente, afecta al desplazamiento de la masa 1 con respecto al cuerpo.

La figura 2 muestra un ejemplo del acoplamiento mecánico de la masa 1 con una porción 2 del cuerpo, utilizando una transmisión mecánica y una máquina eléctrica 3. En concreto, la transmisión mecánica puede comprender una rueda dentada 11 que engrana con una cremallera 4 formando una unión piñón-cremallera. La cremallera 4 está alineada con el eje virtual X’. La cremallera 4 es soportada por la porción 2 del cuerpo y es fija con respecto a la porción 2 del cuerpo, de manera que la cremallera 4 se inclina de la misma manera que el cuerpo en las oscilaciones. De este modo, cuando la porción 2 del cuerpo oscila, la cremallera 4 también oscila.

Adicionalmente a la cremallera 4, el acoplamiento mecánico de la masa 1 con la porción 2 del cuerpo puede comprender guías fijas (no ilustradas) con respecto al cuerpo, estando la masa 1 acoplada a las guías de manera que las guías guían el movimiento de la masa 1 en el desplazamiento de la masa con respecto al cuerpo en las oscilaciones. Las guías son soportadas por la porción 2 del cuerpo y son fijas con respecto a la porción 2 del cuerpo, de manera que las guías se inclinan de la misma manera que el cuerpo en las oscilaciones.

Las guías son paralelas al eje virtual X’. De este modo, cuando la porción 2 del cuerpo oscila, las guías también oscilan. Las guías comprenden, por ejemplo, raíles; y la masa 1 comprende ruedas mecánicamente acoplables a los raíles de las guías.

Continuando con la figura 2, la rueda dentada 11 está unida a un rotor de la máquina eléctrica 3 mediante un eje 5, perpendicular a la rueda dentada 11. Un extremo del eje 5 está unido al centro de la rueda dentada 11 y el otro extremo del eje 5 está unido al centro del rotor de la maquina eléctrica 3. Finalmente, el armazón (estator) de la máquina eléctrica 3 es solidario con el desplazamiento de la masa 1a lo largo de las guías. De este modo, el desplazamiento lineal de la masa 1 a lo largo de las guías paralelas al eje X’ se convierte en desplazamiento angular del rotor de la maquina eléctrica 3, mediante la rotación de la rueda dentada 11 y del eje 5; siendo el eje 5 solidario con la rueda dentada 11. La máquina eléctrica 3 puede generar energía eléctrica a partir de dicha rotación del rotor de la maquina eléctrica 3, provocando la deceleración del rotor, el eje 5 y la masa 1. La máquina eléctrica también puede consumir energía eléctrica para acelerar el movimiento del rotor, el eje 5 y la masa 1, mediante la aceleración positiva de la velocidad angular de rotación del rotor de la maquina eléctrica 3.

Si bien en este ejemplo la rueda dentada 11 está unida al rotor de la máquina eléctrica 3 directamente mediante el eje 5, en otras realizaciones el acoplamiento mecánico puede incorporar en el eje 5 un mecanismo multiplicador intercalado entre la rueda dentada 11 y el rotor de la maquina eléctrica 3, para que la velocidad angular de rotación de la rueda dentada 11 pueda ser inferior a la velocidad angular de rotación del rotor de la máquina eléctrica 3. En algunas realizaciones, el acoplamiento mecánico puede incorporar en el eje 5 un volante de inercia intercalado entre la rueda dentada 11 y el rotor de la maquina eléctrica 3 para incrementar el momento de inercia del sistema. Obviamente, las dos incorporaciones opcionales mencionadas pueden realizarse simultáneamente o por separado.

La masa 1 y el cuerpo oscilante se pueden acoplar mediante acoplamientos mecánicos diferentes de la unión piñón-cremallera ilustrada en la figura 2. Por ejemplo, el acoplamiento mecánico de la masa 1 con el cuerpo puede comprender, además de unas guías paralelas del eje X’, unas poleas acopladas a una correa común sujeta, por ambos lados, a la masa 1. De este modo, el desplazamiento de la masa 1 causa un desplazamiento de la correa, causando este desplazamiento de la correa la rotación de las poleas. Si al menos una de las poleas está mecánicamente acoplada al rotor de una máquina eléctrica de forma solidaria, la rotación de la polea causada por el desplazamiento de la masa 1 causará la rotación del rotor de la máquina eléctrica. De este modo, controlando la rotación angular del rotor se puede ajustar la dinámica de la masa 1, mientras que se puede extraer o consumir energía eléctrica de la maquina eléctrica 3.

La máquina eléctrica 3, al convertir energía cinética de la masa 1 en energía eléctrica y al convertir energía eléctrica en energía cinética de la masa 1, aplica una fuerza a la masa 1, modificando la aceleración de la masa 1 y por consiguiente la futura velocidad y posiciones de la masa 1. La fuerza aplicada por la máquina eléctrica a la masa 1 puede estar controlada por un controlador que permite ajustar en cada instante el torque electromagnético aplicado al rotor de la máquina eléctrica 3. Por ejemplo, se puede ajustar una corriente y/o tensión del rotor y/o el estator de la máquina eléctrica 3. De este modo, el controlador puede ajustar la fuerza aplicada a la masa 1 y, al mismo tiempo, permite ajustar la potencia eléctrica instantánea generada y/o consumida por la máquina eléctrica 3 en cada instante.

Para maximizar la obtención de energía eléctrica a partir del desplazamiento de la masa 1 debido al movimiento oscilante del cuerpo, el controlador está configurado para que un objetivo de control del ajuste de la fuerza aplicada por la máquina eléctrica a la masa 1 sea lograr, en todos los instantes de las oscilaciones, un movimiento de la masa 1 acelerado positivamente por la fuerza gravitatoria Fg aplicada a la masa 1 o un movimiento de la masa 1 perpendicular a la fuerza gravitatoria Fg aplicada a la masa 1 (considerando, para dar claridad a este ejemplo de aplicación, que, en este caso particular, el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo 0 O es nulo). Por ejemplo, en el instante de la oscilación ilustrado en la figura 1, el objetivo de control es lograr un movimiento de la masa 1 en el sentido negativo del eje virtual X’ (es decir, hacia la parte baja de la pendiente del eje virtual X’), para aprovechar así la aceleración que, en ese instante, aplica la gravedad a la masa 1.

Para conseguir el objetivo de control se adapta, en instantes de las oscilaciones, el movimiento de la masa 1 a las oscilaciones del cuerpo mediante un control en base a parámetros de las oscilaciones y del movimiento de la masa. Así, el control se puede implementar ajustando la fuerza aplicada, por la máquina eléctrica 3, a través de una transmisión mecánica, a la masa 1 en base a medidas de ángulos instantáneos de inclinación del cuerpo oscilante y en base a al menos una de: medidas de posiciones instantáneas de la masa con respecto al cuerpo oscilante y medidas de velocidades instantáneas del desplazamiento de la masa con respecto al cuerpo oscilante.

Lógicamente, el controlador puede estar configurado adicionalmente para proteger la máquina eléctrica y su electrónica de potencia de torques electromagnéticos excesivamente altos (y, por consiguiente, por ejemplo, de corrientes excesivamente altas). Lógicamente, la fuerza que acelera positivamente la masa 1 no tiene por qué ser exclusivamente la fuerza gravitatoria Fg, por ejemplo, puede ser también una fuerza aplicada por la máquina eléctrica 3.

El objetivo de control se puede implementar (considerando que el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo 0 O es nulo), por ejemplo, como:

O, alternativamente, cuando la oscilación que sufre el cuerpo puede considerarse periódica, armónica y regular, como:

donde:

siendo:

x':es la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa,

0: es el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante,

x' : es la posición instantánea de la masa,

m:es una frecuencia de oscilación de las oscilaciones del cuerpo,

C:es un valor, constante con respecto al tiempo, que depende de las condiciones iniciales definidas para el movimiento de la masa, esto es, la posición inicial de la masa (es decir, en t=0),

a:es un parámetro ajustable que cumple las tres inecuaciones siguientes:

donde:

|x'|max-es un valor absoluto máximo predeterminado de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa 1,

|x'L a *: es una longitud máxima predeterminada del desplazamiento de la masa 1 (por ejemplo, la mitad de la longitud de la cremallera 4), y

A:es una amplitud del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante, cumpliendo el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante, al menos aproximadamente, que:

donde t es el tiempo.

La posición instantánea de la masax'con respecto al cuerpo se puede definir con una coordenada del eje virtual X’. Esta posición se puede obtener en base a medidas del desplazamiento de la masa 1 en el eje virtual X’, siendo las medidas obtenidas por uno o más sensores para medir desplazamiento de la masa 1, siendo el desplazamiento en el eje virtual X’ y relativo al cuerpo oscilante.

La medida de posición instantánea de la masa x’ se puede obtener en base a medidas de un sensor para obtener medidas de desplazamiento de la masa 1 (por ejemplo, un sensor inercial colocado en la masa 1 como, por ejemplo, un acelerómetro) y un sensor para obtener medidas de desplazamiento del cuerpo oscilante (por ejemplo, un sensor inercial colocado en el cuerpo oscilante como, por ejemplo, un acelerómetro). De este modo, se puede medir el desplazamiento, en el eje virtual X’, de la masa 1 relativo al cuerpo oscilante y, en base a una posición predeterminada de la masa 1 y del cuerpo en un instante conocido, se puede calcular la posición instantánea de la masa 1 en el eje virtual X’ en otros instantes.

En otra forma de obtener la medida de posición instantánea de la masax'se emplean medidas de un sensor para obtener medidas de rotación del rotor de la máquina eléctrica 3. Este sensor es, por ejemplo, un codificador rotatorio (conocido en inglés como "rotary encoder”) para medir una posición angular y/o una velocidad angular del rotor de la máquina eléctrica 3. La posición de la masa en el eje virtual X’ se puede calcular a partir de la posición angular del rotor de la máquina eléctrica 3 y de una posición predeterminada de la masa 1 y del rotor de la máquina 3 en un instante conocido. La velocidad de la masa 1 en el eje virtual X’ se puede calcular a partir de la velocidad angular del rotor de la máquina eléctrica 3.

La medida de velocidad de desplazamientox'se puede obtener en base a medidas de posición instantánea de la masa 1. Por ejemplo, se puede obtener calculando una derivada con respecto al tiempo de una función matemática que define el desplazamiento de la masa 1 en el eje virtual X’. Lógicamente una forma de obtener esta función matemática es en base a las medidas de posición de la masa 1, siendo el desplazamiento de la masa 1 relativo al cuerpo oscilante y en el eje virtual X’.

La medida del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante 0 se puede obtener en base a medidas de un sensor, estando el sensor configurado para obtener medidas de ángulos de inclinación del cuerpo oscilante, por ejemplo, utilizando un sensor para medir el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante 0 (por ejemplo, utilizando un inclinómetro, en particular, un inclinómetro digital que comprende al menos un acelerómetro y/o al menos un giróscopo) colocado en el cuerpo.

El controlador puede comprender una memoria que almacena un programa de ordenador. El programa de ordenador comprende instrucciones para implementar el objetivo de control. El controlador controla la fuerza aplicada por la máquina eléctrica a la masa 1 procesando, mediante la ejecución del programa de ordenador, las medidas capturadas por varios de los sensores mencionados anteriormente.

En concreto, el controlador puede comprender un procesador, una memoria que almacena el programa de ordenador, unos medios de ajuste del torque de la máquina eléctrica (es decir, del par de la máquina eléctrica), módulos de comunicaciones que conectan comunicativamente el procesador con los medios de ajuste del torque y con varios de los sensores mencionados anteriormente. El procesador está configurado para recibir las medidas capturadas por dichos sensores a través de los módulos de comunicaciones. El procesador está configurado para procesar dichas medidas ejecutando el programa de ordenador y para enviar instrucciones a los medios de ajuste del torque, estando las instrucciones basadas en el resultado del procesamiento de dichas medidas.

El experto en la materia conoce diversas formas de implementar el objetivo de control, por ejemplo, mediante un control de tipo PID (es decir, un control de tipo proporcional, integral y derivativo) o un control predictivo basado en modelo (es decir, un control MPC). Por ejemplo, se puede implementar un control de lazo cerrado en el que la señal de referencia se basa en el objetivo de control. Por ejemplo, el control puede comprender calcular al menos una de las siguientes señales de error y realimentar dicha al menos una señal de error al controlador:

Lógicamente, los valores que toman los parámetros ajustablesa, a'afectan a la magnitud de las señales implicadas en el control. Es recomendable ajustar estos valores a las limitaciones del sistema, por ejemplo, al valor absoluto máximo predeterminado de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masal±'lmaxen las guías paralelas al eje virtual X’ y a la longitud máxima predeterminada del desplazamiento de la masa |x'|max. Dichas limitaciones también dependen de la frecuenciamy amplitud máximaAde las oscilaciones que en cada instante experimenta el cuerpo oscilante. Tantol±'lmaxcomoIx'lmaxdependen de, entre otras, las características de la transmisión mecánica, de la maquina eléctrica giratoria y las dimensiones del cuerpo oscilante. Otro aspecto del sistema a tener en cuenta a la hora de elegir los parámetros ajustablesa, a'podría ser el torque electromagnético máximo que puede aplicar la maquina eléctrica 3 a la masa 1. Sin embargo, una alternativa consistiría en fijar de antemano el rango nominal de oscilación del cuerpo (valores deAy<upara los cuales el sistema puede operar con seguridad) y, después, elegir los rangos de los parámetros ajustablesa, a'teniendo en cuenta tantoIx'lmaxcomo |x'|max. Finalmente, se podría calcular el torque máximo necesario y, en base a dicho torque, seleccionar la potencia de la máquina eléctrica a utilizar, considerando la posibilidad de añadir una multiplicadora mecánica y/o un volante de inercia. Obviamente puede ser un proceso de diseño iterativo o que utilice técnicas de codiseño de control.

En algunas realizaciones, en las que se utiliza una transmisión mecánica del tipo piñón-cremallera como, por ejemplo, la de la figura 2 y que, en este caso, no incluye un volante de inercia, cuando la oscilación del cuerpo puede considerarse regular (esto es, descrita por la ecuación (5.0) y el desplazamiento de la masa está centrado en la trayectoria de la masa (C=0 en la ecuación (6.0)), una relación simplificada entre el torque aplicado por la máquina eléctrica al rotorTgeny el parámetro ajustablea'es:

donde:

m:es la masa total de la masa 1,

R:es un radio de la rueda dentada (piñón) 11 que forma parte de la transmisión mecánica del tipo piñón-cremallera,

Ngear-es una relación de transmisión del mecanismo multiplicador que acopla mecánicamente la rueda dentada 11 al rotor de la máquina eléctrica 3,

g:es la constante de la gravedad de valor 9,8 m/s2,

B:es un coeficiente de rozamiento entre la masa 1 y las guías del desplazamiento de la masa 1,

Dgen:es un coeficiente de rozamiento del rotor de la máquina eléctrica 3 respecto al eje de rotación de altas velocidades de la multiplicadora,

Jgen:es un momento de inercia del rotor de la máquina eléctrica 3 respecto al eje de rotación de altas velocidades de la multiplicadora,

t:es el tiempo,

m:es la frecuencia de oscilación de las oscilaciones del cuerpo oscilante, y

A:es el ángulo instantáneo de inclinación máxima del cuerpo oscilante según:

dondetes el tiempo.

De este modo, el par máximo aplicado por la máquina eléctrica al rotor en el desplazamiento puede calcularse derivando con respecto al tiempo la ecuación (13.0) e igualando a cero para obtener el instante de tiempotextren el que se produce el máximo (o el mínimo) local de mayor valor absoluto deTgen:

donde:

De esta manera, se puede calcular, aproximadamente, a partir de medidas previas del movimiento de inclinación del cuerpo oscilante (amplitud máximaAy frecuencia o) y de valores tentativos para los parámetros constructivos de la instalación(m, B, R, Ngear, Jgen, Dgen),el valor máximo del torqueTgen_maxque resulta deseable que sea capaz de proporcionar la máquina eléctrica instalada, en función del parámetro ajustablea ’elegido.

Por otra parte, estas expresiones paraTgen maxpueden servir, junto con (7.0), (9.0), (10.0) y (11.0), para reajustar el parámetro ajustablea ‘(o de a) en función de las medidas de inclinación tomadas durante el funcionamiento del sistema, permitiendo evitar que el sistema incumpla alguna limitación funcional (por ejemplo, para evitar desplazamiento de la masa excesivo, o velocidad excesiva del desplazamiento de la masa y/o torque excesivo de la máquina eléctrica). En cualquier caso, el diseño del sistema puede realizarse mediante un proceso iterativo o a partir de una metodología de codiseño de control (CCD).

El siguiente ejemplo se refiere a un método de control predictivo basado en modelo (MPC) que utiliza un modelo simplificado basado en dos ecuaciones acopladas no lineales, una de las cuales describe la escora, es decir, el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante 0 (por ejemplo, un cuerpo flotante como, por ejemplo, una embarcación) en función del oleaje incidente en el cuerpo y del movimiento de la masa 1 mecánicamente acoplada al cuerpo, según la transmisión descrita sobre la figura 2. La otra ecuación describe el movimiento de la masa 1 en función de la escora y de la fuerza aplicada a la masa 1 por la maquina eléctrica a partir del torque electromagnético(Tgen)de la máquina eléctrica controlado con el método de control predictivo. El controlador recibe medidas de la posición angular del rotor de la máquina eléctrica 3 y medidas del ángulo de la escora del cuerpo. El método de control incorpora un observador de estados (por ejemplo, un filtro deKalman)para estimar el momento creado por el oleaje sobre la embarcación. Este observador de estados facilita la sincronización del movimiento de la masa 1 con la escora, ajustando meramente el torque electromagnético aplicado, por la maquina eléctrica, a la masa 1 a través de la transmisión mecánica de la figura 2.

Se han realizado simulaciones numéricas para estudiar el rendimiento del método y sistema de la invención. En dichas simulaciones numéricas se ha utilizado un modelo físico no-lineal del sistema completo, al que se ha aplicado un controlador predictivo basado en modelo (MPC) para conseguir una dinámica según el objetivo de control de la invención y una maximización de extracción de energía eléctrica, manteniendo todos los parámetros dentro de un rango nominal. El mencionado modelo no-lineal está constituido por las dos ecuaciones acopladas que describen, respectivamente, la inclinación del cuerpo oscilante y el movimiento de la masa 1 acoplada a ella, teniendo en cuenta su influencia mutua y las perturbaciones externas. Por su parte, el controlador MPC utiliza un modelo simplificado (lineal) del sistema para predecir el comportamiento dinámico durante un horizonte temporal recesivo y optimizar la acción de control para lograr el objetivo de control de la invención, teniendo en cuenta las restricciones conocidas del sistema.

Si se puede medir anticipadamente alguna de las perturbaciones a las que se encuentra sometido el sistema, dichas medidas pueden incluirse en la predicción (previsualización de perturbaciones) para anticipar sus efectos sobre la dinámica. Si no se puede medir una perturbación (o algún otro estado del sistema), el observador de estados antes mencionado se encarga de calcularlo aproximadamente a partir de las variables medidas del sistema y del comportamiento del modelo interno utilizado en la predicción.

En el caso de este ejemplo, se ha considerado que el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo<p0es nulo y que hemos optado por un movimiento para la masa acotada y centrada en x -0 (por lo tanto, hemos hecho C=0). También se ha considerado que la principal perturbación excitadora del sistema (el momento creado por el oleaje) es una variable que no puede medirse y, por lo tanto, debe estimarse por parte del observador de estados mencionado.

Sin embargo, utilizando una boya posicionada a cierta distancia de la embarcación, podría medirse la altura de ola con cierta anticipación. Calculando el momento excitador a partir de dicha medida y del modelo hidrodinámico de la embarcación, se puede implementar la previsualización de esa perturbación, lo que redundaría de manera importante en la mejora del rendimiento del sistema de control, al poder anticipar la acción de control los efectos de la perturbación. En los sistemas de alta inercia, como pueden ser los de este tipo, la anticipación es permite maximizar los rendimientos obtenidos.

A continuación, se hace referencia a gráficas que muestran los resultados de las simulaciones numéricas realizadas. El eje horizontal (es decir, el eje de abscisas) de las gráficas de las figuras 3-8, 9A, 9B, 10A y 10B representa tiempo, en concreto, segundos.

La figura 3 muestra el comportamiento de un sistema con una masa 1 no acoplada a ninguna máquina eléctrica. La figura 4 muestra el comportamiento de un sistema con una masa 1 mecánicamente acoplada, mediante la transmisión de la figura 2, a una máquina eléctrica 3, pero que no aplica torque electromagnético alguno a su rotor (es decir, equivalente a añadir un volante de inercia con parámetros constructivosJgenyDgen).La figura 5 muestra el comportamiento de un sistema con una masa 1 mecánicamente acoplada, mediante la transmisión de figura 2, a una máquina eléctrica que aplica un torque electromagnético para que la dinámica de la masa 1 cumpla con el objetivo de control de la presente invención (en concreto, el objetivo de control de la ecuación (1.0)), permitiendo maximizar la cantidad de energía eléctrica extraída.

En las gráficas de las figuras 3, 4 y 5 se ha representado la evolución de la posición instantánea de la masax'con respecto al cuerpo sobre el eje virtual X’ y del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante 0 (es decir, el ángulo instantáneo de escora) multiplicado por el parámetro ajustablea'(siendo el parámetro ajustablea' = 6en las gráficas de las figuras 3-8, 9A, 9B, 10A y 10B). Este valor del parámetro ajustablea'se ha elegido siguiendo las directrices generales presentadas en apartados anteriores. También se observa que, en este caso, se han supuesto condiciones iniciales para el sistema que consideran centrado el movimiento de la masa 1 en su trayectoria (es decir, C=0).

En las gráficas de las figuras 4 y 5 se ha representado la evolución de la derivada con respecto al tiempo del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante 0 multiplicada por el parámetro ajustablea'.También se ha representado la evolución del torque electromagnético aplicado, por el estátor de la máquina eléctrica 3, al rotor de la máquina eléctrica 3,Tgen.

En la gráfica de la figura 5 se ha representado también la evolución de la derivada con respecto al tiempo de la posición instantánea de la masax'con respecto al cuerpo.

En la figura 6 se ha representado la evolución del valor real del momento excitador provocado por el oleaje aplicado al cuerpo oscilanteMwavey la evolución de la estimación, realizada por el observador de estados (por ejemplo, un filtro deKalman),del momento excitador provocado por el oleaje aplicado al cuerpo oscilanteEstimated Mwave.

En la figura 3 se observa que, debido a los factores no lineales que influyen en la escora y, por tanto, en el movimiento de la masa 1, la posición instantánea de la masax’diverge rápidamente. Una vez mecánicamente acoplada la máquina eléctrica a la masa 1 -ve r figura 4-, mediante el acoplamiento ilustrado en la figura 2, el incremento del momento de inercia total debido a este acoplamiento ejerce una acción estabilizadora reseñable. Sin embargo, como la posición instantánea de la masax'no se sincroniza con el ángulo de escora de la embarcación, se deduce de la figura 4 que, durante aproximadamente la mitad del periodo, los signos de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa 1 (es decir, de la derivada con respecto al tiempo de la posición instantánea de la masa 1 con respecto al cuerpo) y del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante 0 coinciden, de manera que la gravedad frena la masa 1 en gran parte de cada ciclo, limitando de este modo la eficiencia de conversión de energía cinética de la masa 1, debida a las oscilaciones del cuerpo, en energía eléctrica.

Tal como se ilustra en la figura 5, donde las señales dex' y a '■ <paparecen prácticamente superpuestas, la aplicación del control MPC permite que el objetivo de control de la presente invención (por ejemplo, implementando el objetivo de control suponiendo condiciones iniciales tales que C=0, según:x' = a' ■ <pox' = - a ■0) se cumpla, con un error muy pequeño. Existe, eso sí, un pequeño retardo en el seguimiento (desfase entre la evolución dex'y la evolución de- a ■0, deducible de la figura 5, que evita que ambas señales estén exactamente en contrafase), que provoca pequeñas pérdidas en la conversión de energía mecánica en energía eléctrica -ver figuras 7 y 8-. Este retardo se debe, entre otras posibles causas, a que la estimación del momento de oleaje incidente por parte del observador de estados, realizada a partir del modelo simplificado lineal, que describe aproximadamente el comportamiento dinámico del sistema, y las medidas de escora y de posición de la masa 1, no es instantánea, ni exacta -ver figura 6-.

Por lo tanto, si se capturasen medidas de alturas de las olas con anterioridad a la llegada de las olas a la embarcación (por ejemplo, usando una boya de medida anclada a cierta distancia del cuerpo), se podría calcular con anticipación el valor del momento de excitación instantáneo que van a causar las olas en la embarcación, en cierto instante determinado del horizonte de predicción, y se habilitaría usar dicha previsualización para mejorar el cálculo de la consigna del torque electromagnético de la máquina eléctrica, permitiendo eliminar ese retardo y compensar los provocados por la gran inercia del sistema, mejorando así sustancialmente la eficiencia de la conversión de energía mecánica en energía eléctrica.

A continuación, se incluye un análisis de la potencia eléctrica generada y el efecto en la estabilidad de la embarcación. En la figura 7 se ha representado la evolución del torque electromagnético aplicado (multiplicado por un factor de reducción 1e-4, para facilitar la comparación de la fase de señales con muy diferente magnitud), por la máquina eléctrica 3, en su rotor (y, por tanto, en el eje 5)Tgen.En este ejemploTgenes la única variable controlada mediante el MPC. Asimismo, en dicha figura 7 se ha representado la evolución de la velocidad angular del rotoru>gende la máquina eléctrica 3. Se observa que, durante la mayor parte del periodo de la oscilación ambas señales tienen signo contrario (no están exactamente en contrafase debido a las causas comentadas en el párrafo anterior). De este modo, se constata que la maquina eléctrica actúa principalmente como generador eléctrico, realizando un frenado regenerativo de la masa 1 y generando potencia eléctrica, ya que la potencia eléctrica es el producto del torque electromagnético aplicado por la velocidad angular del rotor de la maquina eléctrica 3.

Multiplicando el torque electromagnético instantáneoTgeny la velocidad angular instantáneau>gende la figura 7, se puede calcular la potencia eléctrica instantánea de la máquina eléctrica, representada en la figura 8. Así, en la figura 8 se ha representado la evolución de la potencia eléctrica generada (potencia negativa) y consumida (potencia positiva) por la máquina eléctrica Peíec. Tal como se indica en la figura 8, la potencia eléctrica se puede calcular comoPetec = Tgen ■ u>gen.En la figura 8 se puede ver que la mayor parte del tiempo la potencia eléctrica instantánea es negativa, es decir, la máquina eléctrica genera potencia eléctrica. Existen pequeños intervalos -algo más intensos durante el breve transitorio- en los que la máquina actúa como motor para lograr que la masa cumpla el objetivo del control dinámico. Ello se debe, en parte, a errores de sincronización -ya comentados- entre la escora y el movimiento de la masa y, en parte, a que, en ciertos instantes, la fuerza de la gravedad no es capaz de aplicar, por sí sola, la aceleración positiva necesaria a la masa.

Acumulando, es decir, integrando con respecto al tiempo, la potencia eléctrica instantánea, se puede calcular la energía eléctrica generada por el sistema £’eíec-ver figuras 9A y 9B- a lo largo del tiempo. Dichas figuras 9A y 9B representan la energía (la unidad de medida del eje vertical es elJulio)generada por el sistema. Se observa que, después de un transitorio corto (aproximadamente, un minuto), la generación de energía eléctrica es prácticamente lineal. La figura 9A muestra una ampliación de los primeros cien segundos de la gráfica de la figura 9B. El transitorio se muestra ampliado en la figura 9A.

Finalmente, se ha analizado el impacto del control de la invención en la estabilidad hidrodinámica de la embarcación. En la figura 10A se representa la evolución del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante 0 (medido en radianes) cuando no se aplica el control dinámico de la invención al desplazamiento de la masa 1. En la figura 10B se representa la evolución del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante 0 (medido en radianes) al aplicar el objetivo de control dinámico de la presente invención (en concreto el objetivo de control de la ecuación (1.0)). Como se puede deducir de las figuras 10A y 10B, el ángulo instantáneo de inclinación máxima se reduce perceptiblemente (casi un 50%) al aplicar el control, ya que se extrae energía eléctrica de la energía cinética del cuerpo oscilante (a través del movimiento de la masa), provocando la estabilización parcial. Resulta obvio que dicha estabilización supone un límite a la extracción de energía del movimiento de la estructura oscilante, pero también, si la estructura que sufre la oscilación no está dedicada en exclusiva a la extracción de energía, puede resultar un objetivo -complementario- en sí mismo.

En la presente divulgación, el término “instantáneo” cuando acompaña a un término “Z” (como, por ejemplo, “Z instantáneo”) se refiere a “Z” en un instante concreto. Por ejemplo, la expresión “posición instantánea” se refiere a una posición en un instante concreto, y la expresión “velocidades instantáneas” se refiere a velocidades en instantes de tiempo concretos.

A la vista de esta descripción y figuras, el experto en la materia podrá entender que la invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes, sin salir del objeto de la invención tal y como ha sido reivindicada.

En este texto, el término “comprende” y sus derivaciones (como “comprendiendo”, etc.) no deben entenderse en un sentido excluyente. Es decir, estos términos no deben interpretarse como excluyentes de la posibilidad de que lo que se describe y define pueda incluir más elementos, etapas, etc.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Método de conversión de energía mecánica de oscilaciones de un cuerpo oscilante en energía eléctrica, comprendiendo el método ajustar un desplazamiento de una masa (1) mecánicamente acoplada a una máquina eléctrica, siendo el acoplamiento tal que la máquina eléctrica genera la energía eléctrica a partir del desplazamiento de la masa (1) en las oscilaciones, siendo el desplazamiento un desplazamiento con respecto al cuerpo oscilante; estando la masa (1) mecánicamente acoplada al cuerpo, permitiendo el acoplamiento mecánico de la masa (1) con el cuerpo el desplazamiento de la masa causado por una fuerza gravitatoria (Fg) y por una fuerza de la maquina eléctrica aplicadas a la masa (1) en las oscilaciones; causando las oscilaciones variaciones de un ángulo de inclinación del cuerpo oscilante con respecto a la dirección de la fuerza gravitatoria (Fg); estando el desplazamiento ajustado mediante un ajuste de la fuerza aplicada por la máquina eléctrica a la masa (1); estando la fuerza aplicada por la máquina eléctrica ajustada por un controlador en base a una medida de un ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante (0) y en base a al menos una de: una medida de una posición instantánea de la masa (1) con respecto al cuerpo oscilante y una medida de una velocidad instantánea del desplazamiento de la masa (1); y estando el controlador configurado para que un objetivo de control del ajuste de la fuerza aplicada por la máquina eléctrica sea lograr que una velocidad instantánea del desplazamiento de la masa (1) sea acelerada positivamente por la fuerza gravitatoria (Fg) aplicada a la masa (1) en todos los instantes de las oscilaciones en los que: - la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo tiene signo contrario al signo del ángulo de inclinación del cuerpo en reposo, y el valor absoluto de la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo es mayor que el valor absoluto del ángulo de inclinación del cuerpo en reposo; y/o - la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo tiene el mismo signo que el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo; siendo el ángulo instantáneo de inclinación un ángulo con respecto a un plano perpendicular a la dirección de la fuerza gravitatoria (Fg), y siendo el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo un ángulo con respecto al plano perpendicular a la dirección de la fuerza gravitatoria (Fg).
2. El método de conversión de la reivindicación 1, en el que el objetivo de control es que, en todos los instantes de las oscilaciones, la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa (1) sea proporcional a la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante (0) menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo.
3. El método de conversión de la reivindicación 2, estando el objetivo de control basado en la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa (1), el ángulo instantáneo (0) de inclinación del cuerpo oscilante, el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo, una frecuencia de oscilación de las oscilaciones del cuerpo oscilante, un máximo de un valor absoluto de la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo, una longitud máxima predeterminada del desplazamiento de la masa (1) y un valor absoluto máximo predeterminado de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa (1).
4. El método de conversión de la reivindicación 2 o 3, siendo el objetivo de control:

donde: x':es la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa (1), 0: es el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante, 0 O: es el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo, y a:es un parámetro ajustable.
5. El método de conversión de la reivindicación 4, cumpliendo el parámetro ajustableaque:

donde: |x'lmax:es el valor absoluto máximo predeterminado de la velocidad instantánea del desplazamiento de la masa (1), lx'lmax:es la longitud máxima predeterminada del desplazamiento de la masa (1), m:es la frecuencia de oscilación de las oscilaciones del cuerpo oscilante, C:es un valor constante con respecto al tiempo, que depende de la posición instantánea de la masa ent=0,y A: esuna amplitud del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante, cumpliendo el ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante, al menos aproximadamente, que:

dondetes el tiempo.
6. El método de conversión de la reivindicación 5, estando el objetivo de control definido como:

donde: x' : es la posición instantánea de la masa (1), 0: es una derivada con respecto al tiempo del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante, y
7. El método de conversión de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando el objetivo de control basado en un torque electromagnético máximo aplicable por la máquina eléctrica o, alternativamente, estando un torque electromagnético máximo aplicable por la máquina eléctrica basado en el objetivo de control.
8. El método de conversión de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando el cuerpo flotando en agua y siendo las oscilaciones del cuerpo causadas por olas del agua.
9. El método de conversión de la reivindicación 8, comprendiendo el método medir una altura de una ola antes de que la ola llegue al cuerpo; y estando el controlador configurado para ajustar la fuerza aplicada, por la máquina eléctrica, en base a la medida de la altura de la ola.
10. Sistema para conversión de energía mecánica de oscilaciones en energía eléctrica, comprendiendo el sistema un cuerpo oscilable, una máquina eléctrica, una masa (1), un controlador, un acoplamiento mecánico de la masa (1) con el cuerpo y un acoplamiento mecánico de la masa (1) con la máquina eléctrica, siendo el acoplamiento mecánico de la masa (1) con la máquina eléctrica para que la máquina eléctrica genere energía eléctrica a partir de desplazamiento de la masa (1) con respecto al cuerpo, permitiendo el acoplamiento mecánico de la masa (1) con el cuerpo un desplazamiento de la masa (1) con respecto al cuerpo causado por una fuerza gravitatoria (Fg) y por una fuerza de la maquina eléctrica aplicadas a la masa (1) en las oscilaciones; estando el sistema configurado para ajustar el desplazamiento de la masa (1) mediante un ajuste de una fuerza aplicada por la máquina eléctrica a la masa (1); estando el controlador configurado para ajustar la fuerza aplicada por la máquina eléctrica en base a una medida de un ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante (0) y en base a al menos una de: una medida de una posición instantánea de la masa (1) con respecto al cuerpo oscilante y una medida de una velocidad instantánea de la masa (1) con respecto al cuerpo oscilante; y estando el controlador configurado para que un objetivo de control del ajuste de la fuerza aplicada por la máquina eléctrica sea lograr que una velocidad instantánea del desplazamiento de la masa (1) sea acelerada positivamente por la fuerza gravitatoria (Fg) aplicada a la masa (1) en todos los instantes de las oscilaciones en los que: - la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo tiene signo contrario al signo del ángulo de inclinación del cuerpo en reposo, y el valor absoluto de la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo es mayor que el valor absoluto del ángulo de inclinación del cuerpo en reposo; y/o - la resta del ángulo instantáneo de inclinación del cuerpo oscilante menos el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo tiene el mismo signo que el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo; siendo el ángulo instantáneo de inclinación un ángulo con respecto a un plano perpendicular a la dirección de la fuerza gravitatoria (Fg), y siendo el ángulo de inclinación del cuerpo en reposo un ángulo con respecto al plano perpendicular a la dirección de la fuerza gravitatoria (Fg).
11. El sistema de la reivindicación 10, comprendiendo el acoplamiento mecánico del cuerpo oscilante con la masa (1) un acoplamiento mecánico de la masa (1) con unas guías rectas y un engranaje de una cremallera (4) con una rueda dentada (11); estando un centro de la rueda dentada (11) mecánicamente unido a un eje rotativo (5) perpendicular a la rueda dentada (11); estando el eje rotativo (5) mecánicamente conectado a un rotor de la máquina eléctrica (3); y siendo un estator de la máquina eléctrica solidario con la masa (1).
12. El sistema de la reivindicación 11, estando el eje rotativo (5) mecánicamente conectado a un mecanismo multiplicador y/o a un volante de inercia, estando el mecanismo multiplicador y/o el volante de inercia intercalado(s) entre la rueda dentada (11) y el rotor.
13. Sistema que comprende un cuerpo oscilante, una máquina eléctrica, una masa, unos acoplamientos mecánicos y un controlador configurados para realizar el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.