MECANISMO DE GENERACIóN ELéCTRICA, A PARTIR DE ENERGíA MECáNICA POR INDUCCIóN ELECTROMAGNéTICA

La presente patente de invención tiene por objeto un mecanismo destinado a Ia generación de Ia energía eléctrica a partir de energía mecánica, por inducción electromagnética, siendo dicha energía mecánica aportada por el usuario al ser accionado el mecanismo manualmente o de un modo equivalente, energía eléctrica que será disponible para ser usada de inmediato. El mecanismo, a través del movimiento de algunos de sus componentes, origina Ia inversión brusca en el flujo magnético que pasa a través del núcleo de una bobina de que va provisto, provocando, según Ia Ley de Lenz, un voltaje o fuerza electromotriz puntual en los bornes de dicha bobina. La energía eléctrica así obtenida será utilizada, debidamente acondicionada, para alimentar cualquier dispositivo cuya demanda de energía sea puntual y limitada al momento de su accionamiento. De este modo, puede, por ejemplo, sustituir a las pilas o baterías que actualmente se usan para el accionamiento de diversos sensores y emisores inalámbricos.

ESTADO DE LA TéCNICA

Es sobradamente conocido desde hace tiempo el uso de dispositivos que permiten Ia generación de energía eléctrica, a partir de una fuente de energía mecánica aplicada, mediante el fenómeno de Ia inducción electromagnética, especialmente en el ámbito de Ia alta potencia. Aunque menos habituales, también existen dispositivos que funcionan según este principio para usos que requieren potencias mucho menores; entre muchas, una muestra de esto último se puede encontrar en las reivindicaciones de Ia patente GB1312927 de ZENTRONIK VEB. En _, ella se reivindica un dispositivo que implementa el principio de funcionamiento mencionado. Sin embargo, Ia fuerza electromotriz inducida se produce mediante Ia rotación entre dos posiciones estables, fijadas por sendos topes, de un imán permanente que en ningún caso llega a establecer

HOJA DE SUSTITUCIóN (REGLA 26)

contacto con el núcleo de Ia bobina, como se aprecia en sus figuras 1 y 2, Io cual provoca un entrehierro permanente, que es causa de una gran reducción del flujo aprovechable en Ia bobina.

Por otro lado, es ampliamente conocida Ia tecnología de conmutación de cargas eléctricas mediante los dispositivos conocidos como relés, en los cuales un contacto metálico abre o cierra, un circuito eléctrico mediante Ia acción magnética en el mecanismo del relé por Ia excitación eléctrica de una bobina.

Los relés pueden ser, en Io que se refiere a su modo de operación, de tipo monoestable, cuando el contacto metálico vuelve espontáneamente a su posición inicial de reposo al cesar Ia acción inductora de Ia bobina, o de tipo biestable, cuando ambas posiciones del contacto son estables y para pasar de una a Ia otra es necesario excitar Ia bobina en el sentido adecuado. Un buen ejemplo de este último tipo de relés Io constituyen los objetos de las patentes EP0157029, EP0303054, JP59003904, JP559021006, US4727344 y US4626813 de OMRON TAETISI Electronics Co. que, como se verá más adelante, han servido de base y punto de partida de Ia presente invención. DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN

En Ia siguiente descripción se detalla el objeto de Ia presente invención, consistente en el diseño de un mecanismo de disposición constructiva semejante a los reivindicados en las mencionadas patentes EP 0157029, EP0303054, JP59003904, JP559021006, US4727344 y US4626813 bien que, pensado y adaptado para funcionar de manera inversa y con un propósito totalmente diferente, puesto que, mientras en las patentes mencionadas el mecanismo es accionado aplicando un voltaje en los bornes de Ia bobina que produce Ia conmutación mecánica de una de las posiciones estables del relé a Ia otra, en el mecanismo objeto de Ia presente invención el accionamiento, que se realiza manualmente o de modo equivalente, se basa en forzar mecánicamente

el paso brusco de Ia posición estable original del mecanismo a Ia otra, Io cual produce un voltaje inducido en los bornes de una bobina que envuelve el núcleo del mecanismo, todo ello en virtud de Ia adecuada disposición de los elementos del mismo. Al llevar a cabo Ia acción mecánica sobre el mecanismo, se produce el desplazamiento de las extensiones polares de que está provisto el mecanismo, y entre las que está ubicado el núcleo magnético de Ia bobina del conjunto.

Este desplazamiento hace que Ia extensión polar que ha estado en contacto continuo con el núcleo magnético mientras el mecanismo ha estado en reposo, deje su posición y sea Ia otra extensión polar, simétrica a Ia interior, Ia que entra en contacto con el núcleo magnético, produciéndose Ia inversión del circuito magnético y, con ello, Ia producción de un voltaje inducido en los bornes de Ia bobina tal como antes se describió.

El voltaje así obtenido, debidamente tratado mediante un circuito electrónico apropiado, se usará, entre otras aplicaciones prácticas, por ejemplo, para alimentar el circuito electrónico de un emisor de radiofrecuencia de bajo consumo, cuya demanda de energía es puntual y limitada al momento de su accionamiento.

De este modo, se puede prescindir de las problemáticas pilas o baterías con las que normalmente se alimentan estos dispositivos y conseguir que sean totalmente independientes, en Io que a suministro de energía se refiere, de Ia instalación o sistema del que formen parte. No queda limitada Ia esencialidad de Ia presente invención a Io descrito anteriormente, sino que, mediante Ia inclusión de un acelerador en el sistema, se logra, en primer lugar, que Ia acción mecánica sea instantánea, produciendo un pico de voltaje más elevado, de acuerdo con Ia anteriormente mencionada ley de Lenz, y en segundo lugar, dadas las especiales características de deformación elástica brusca del mencionado acelerador, se produce el retorno de los elementos del mecanismo a su

posición inicial de reposo, produciéndose en este segundo desplazamiento, un segundo pico de voltaje, Io cual redunda en el hecho práctico de que, con una sola acción mecánica sobre el mecanismo se logra Ia producción de voltaje en dos ocasiones consecutivas, con las ventajas de ello derivadas.

Debe indicarse, complementando Io anteriormente descrito, que Ia citada ley de Lenz, básica en electromagnetismo, hace referencia y regula todo Io referente a Ia inducción electromagnética, basada en el fenómeno por el que se genera un voltaje o fuerza electromotriz en un inductor, al variar el flujo del campo magnético que actúa sobre el mismo.

Es pues este principio el que aprovecha el mecanismo objeto de Ia presente invención, mediante el cambio o variación del flujo del campo magnético al variar Ia posición de determinados elementos que Io componen, concretamente Ia de las extensiones polares, con referencia al núcleo magnético del mecanismo.

Con Ia finalidad de describir con todo detalle las características esenciales del mecanismo objeto de Ia presente invención, se adjuntan unos dibujos en los que se ha representado una realización práctica del mismo, a modo de ejemplo. En dichos dibujos,

La Figura 1 es una vista en perspectiva y explosión de los diferentes componentes del mecanismo que se describe, provisto de brazo basculante y que permitirá conseguir Ia energía eléctrica deseada; La Figura 2 dibuja en perspectiva el conjunto montado;

La Figura 3 dibuja, también en perspectiva, y explosión los diferentes componentes del mecanismo provisto de un elemento de deformación brusca;

La Figura 4 dibuja en perspectiva el mecanismo de Ia anterior figura, ya montado;

Las Figuras 5, 6 y 7 dibujan, en sección, el mecanismo mostrando Ia acción de Ia fuerza ejercida sobre el brazo basculante: en Ia figura 5 aún no iniciada, en Ia figura 6 iniciada y provocando el doblado de Ia pletina y en Ia figura 7 Ia posición final del cuerpo del mecanismo, cuando Ia fuerza ejercida por Ia pletina supere a Ia fuerza que mantenía el cuerpo en su posición; La Figura 8 dibuja, también en perspectiva, parte del conjunto, según las figuras 2 y 4, pero sin el brazo de accionamiento ni los elementos junto a él situados. La Figura 9 es una vista en sección del mecanismo en su realización con el elemento de deformación brusca, en su posición inicial, o de reposo, cuando aun no se ha ejercido sobre éste Ia acción mecánica básica; La Figura 10 muestra, en perspectiva, una vista del mecanismo seccionado longitudinalmente, donde se ha indicado, mediante una línea de trazos y esquemáticamente, el flujo del campo magnético, cuando el mecanismo se encuentra en Ia posición inicial, según las figuras 4, 5 y 9, no estando representada Ia bobina en el conjunto del mecanismo; La Figura 11 es una vista en sección del mecanismo según Ia figura 9 en Ia posición, no estable, cuando se ha ejercido sobre él Ia acción mecánica básica;

Finalmente, Ia Figura 12, es otra vista esquemática, seccionada y en perspectiva del mecanismo mostrado, con una línea de trazos, el flujo magnético en el mismo, según Ia posición de Ia figura anterior.

De acuerdo con los dibujos mencionados, el mecanismo objeto de Ia presente invención está constituido por el cuerpo (1), en forma de U, con sus dos brazos laterales (1a) y su apéndice posterior (2), sobre el que se actúa con el brazo basculante (3), a través de una pletina en forma de

U (4), cuyos dos brazos laterales descansan sobre unas aletas laterales (2a) del apéndice (2) del cuerpo (1).

La pletina en forma de U (4) queda situada en el conjunto al encajar en el interior de una entalla (3b) que al efecto posee dicho brazo basculante (3) en su cara frontal.

El mencionado brazo basculante (3) posee en cada uno de sus extremos, sendos puntos de apoyo a modo de tetones (3a), que permitirán su giro, mientras que bajo él quedan situados los dos muelles helicoidales cilindricos (3c) que harán retomar el brazo (3) a su posición inicial al dejar de presionarle.

Cuando Ia fuerza de empuje, ejercida a través del brazo basculante (3), supera Ia resistencia ejercida por Ia deformación propia de Ia pletina en forma de U (4), se produce rápida y simultáneamente Ia flexión de dicha pletina en forma de U(4) y Ia separación de las superficies en contacto de las piezas siguientes: (tridente (5), núcleo magnético (6) y bobina (7), en su posición inicial, con Ia consecuente apertura del circuito magnético y el paso brusco del conjunto contacto-móvil, constituido por las piezas imán permanente (8) y sus extensiones polares (9), a su otra posición inestable, ayudado por Ia flexión de Ia pletina en U (4). En esta posición inestable es Ia otra extensión polar (9) Ia que está entonces en contacto con el núcleo (6) y Ia contraria con el tridente (5).

Así pues, y según Io descrito, en Ia primera acción sobre el apéndice (2) del cuerpo (1), este cambio brusco de Ia posición inicial estable del mecanismo a Ia otra posición transitoria, superando Ia resistencia ejercida por Ia pletina (4) y por Ia resistencia magnética del imán (8), provoca una inversión, también brusca, del flujo magnético A, creado inicialmente por dicho imán (8) en el núcleo (6), inversión que es el fundamento de Ia generación de energía buscada, pues, en virtud de Ia ley de Lenz, esta inversión de flujo induce en los bornes de Ia bobina (7) un pico de voltaje que será mayor cuanto más breve sea Ia conmutación.

Este voltaje es el que, debidamente acondicionado, sirve para sustituir el que normalmente proporcionan los actuales medios conocidos y comúnmente utilizados, como son las pilas o baterías.

Al cesar Ia acción externa sobre el apéndice posterior (2) del cuerpo (1), Ia acción recuperadora del elemento de retorno al efecto instalado, que no es otro que los muelles helicoidales (3c), situados bajo el brazo basculante (3) que obliga al conjunto de contacto móvil, constituido por el imán permanente (8) y sus extensiones polares (9) a retornar rápidamente a su posición estable inicial, de las figuras 5, 9 y 10, con Io cual vuelve a generarse, por el mismo procedimiento anterior, una inversión brusca del flujo B, y una fuerza electromotriz de igual valor, aunque de polaridad opuesta, que es aprovechada igualmente para aportar un segundo pico, de alimentación al circuito-carga conectado al mecanismo generador descrito. De este modo es posible conseguir extraer todo el potencial energético del sistema para implementar un mayor número de funcionalidades, mediante una sola acción.

En el cuerpo (1) o (10), y tal como se dibuja en las figuras 2 y 4, quedan perfectamente ubicados y montados, los elementos que componen el mecanismo y que son el tridente (5), el núcleo magnético (6), que se sitúa en el interior de Ia bobina (7), el imán permanente (8) y las extensiones polares (9) del mismo.

El imán permanente (8) junto con sus extensiones polares (9) quedan ubicados en el cuerpo (1) y constituyen el conjunto de contacto móvil, mientras que el tridente (5) el núcleo magnético (6) y Ia bobina (7) forman el conjunto de circuito magnético.

Al ejercer una fuerza sobre el brazo basculante (3), éste gira sobre sus dos apoyos a modo de tetones (3a) y Ia pletina en forma de U (4) se va doblando.

Al llegar el momento en que Ia fuerza que se ejerce sobre Ia pletina en forma de U (4) y, en consecuencia, de ésta sobre las dos aletas laterales (2a) del apéndice (2) del cuerpo (1), es mayor que Ia fuerza que

mantenía el cuerpo (1) en su posición inicial, según se observa en las figuras 5 y 6, se vence Ia fuerza magnética ejercida por el imán (8) sobre Ia extensión polar (9) que está en contacto con él, pasándose de forma casi instantánea a Ia otra posición, según Ia figura 7, todo ello aprovechando Ia energía elástica de Ia pletina (4) deformada.

Tal como se ha descrito, el cambio de posición del cuerpo (1) se efectúa venciendo Ia resistencia que ofrece el conjunto de contacto móvil, (formado por el imán permanente (8) y sus extensiones polares (9), para salir de su posición inicial de reposo o equilibrio, provocada por Ia acción de Ia fuerza magnética de atracción entre las piezas siguientes: el tridente

(5), el núcleo magnético (6) y las extensiones polares (9) que, en Ia posición inicial, se opone al desplazamiento del cuerpo (1) por Ia acción mecánica básica ejercida mediante Ia palanca de accionamiento. En esta posición inicial, Ia extensión polar (9) inferior, se encuentra en contacto con el núcleo (6).

En estas dos acciones sucesivas y opuestas, tal como se ha indicado anteriormente, las extensiones polares (9) contactarán sucesivamente, una u otra, sobre el núcleo (6) de Ia bobina (7).

Una variante de realización práctica del mecanismo objeto de Ia presente invención consiste en Ia disposición bajo el apéndice posterior

(11) del cuerpo (10) de una pletina de deformación brusca (12). Al accionar mediante una adecuada palanca de accionamiento, no representada en los dibujos, sobre el apéndice (11), éste presiona sobre dicha pletina elástica (12), de deformación brusca, fijada sobre una base adecuada (12a). En esta variante, el cuerpo (10) difiere ligeramente del cuerpo (1) anteriormente descrito, por Ia forma del apéndice posterior (11), carente de las aletas laterales (2a) que posee el apéndice (2). Este cuerpo (10) está provisto de unos brazos (10a).

Es de destacar, asimismo, Ia forma especial de Ia pletina (12), elaborada con material elástico, que permite su deformación elástica al

ser presionada y el regreso inmediato a su posición inicial, al cesar Ia presión.

Una vez que se deja de aplicar Ia fuerza sobre el apéndice (11) del cuerpo (10), se libera de forma brusca Ia energía elástica de Ia pletina (12) volviendo ésta a su posición inicial, provocando un segundo cambio brusco del campo magnético, tal como se representa en Ia figura 10, e incidiendo una nueva diferencia de potencial o voltaje en los bornes de Ia bobina (7).

Esta pletina de deformación brusca (12) tiene como finalidad dos funciones: En primer lugar, Ia de hacer retornar todo el sistema a su posición inicial, gracias a su condición elástica, y en segundo lugar, Ia de producir repentinamente el cambio de su forma o perfil exterior, dadas las características de su diseño y del material de deformación brusca, con que ha sido elaborada. En alguna realización práctica, esta pletina de deformación brusca (12) podrá ser sustituida por un resorte o muelle que sólo aportará Ia parte elástica de su comportamiento.

La actuación sobre el apéndice posterior (2) ó (11) del cuerpo (1) ó (10), podrá llevarse a cabo, en otra realización práctica, mediante un interruptor inalámbrico que accionará el mecanismo, dando Ia orden determinada necesaria.

Descrito suficientemente el objeto de Ia presente invención, se indica que las variaciones en dimensiones y formas, así como tipos de materiales y características de los diversos componentes del mecanismo, no alterarán Ia esencialidad de Ia invención, que se resume en las siguientes reivindicaciones.