REIVINDICACIONES
1 - El aparato de la invención del DISPOSITIVO GENERADOR DE TORQUE EN TRES DIMENSIONES se compone principalmente de 4 paites (1), (2), (4) y (9) que son
- la primera parte (1 ) es una masa (10) concéntrica con un eie de rotación (13),
- La segunda parte (2) es una estructura que permite ponei en rotación la masa (10) en torno al eje de rotación (13),
- La tercera parte (4) es un sistema donde se monta la estructura anterior y le permite Ia rotación de 360 grados en cada uno de los dos ejes (511) y (53) perpendiculares al eje de rotación (13) de la masa (10),
- La cuarta parte (9) es una estructura (91) donde se posa el sistema anterior y le peπnite la rotación en torno al eje de rotación (94) y permite finalmente entregar el torque generado a la aplicación donde se use la invención
2 - El dispositivo de la reivindicación 1, en la masa (10) concéntrica se caracteπza porque su forma permite que el actuador (21), que la pone en rotación en torno al e]e (13), pueda ser colocado parcialmente en el ulterior de Ia masa concéntrica (10), de tal forma que el eje de simetría de la masa (13) y el de rotación del actuador (21) sean el mismo
3 - El dispositivo de la reivindicación 1, en la estructura que pone en rotación la masa (10) en torno al eje de rotación (13), se caracteriza porque tiene una forma que permite incluir un sensor (29) de velocidad y los respectivos contactos eléctricos para el funcionamiento del actuador (21) y del sensor de velocidad (29), ademas tiene un eje de rotación (26) que es perpendicular al eje de rotación (22) del actuador (21) y que genera la precesión de la masa concéntrica (10), este eje de rotación (26) pasa por el centro de masa generado poi el conjunto de las masas de la estnictuia (23), el actuadoi (21), la masa concéntrica (10), el sensor de velocidad (29) y las conexiones eléctricas (210) relacionadas a los mismos, permitiendo reducu las vibraciones presentes cuando la estructura completa gira en tomo al eje (26), mientras se genera la precesión de la masa concéntrica (10)
4 - El dispositivo de la reivindicación 1, en la estructura que pone en rotación la masa (10) en torno al eie (13), tiene una sene de contactos eléctricos (27) de forma tal que permiten la comunicación de las señales eléctricas del actuador (21) y del sensor de velocidad (29), con un contacto eléctrico (54) de! sistema donde esta estructura se encuentra montada
5 - El dispositivo de la reivindicación 1, en el sistema que permite rotar la estructura (23) en tomo a los ejes (511) y (53) se caracteriza porque se compone de dos anillos coplanares (512) y (612) y con el mismo centro de curvatura, en el que el anillo de menor radio (512) esta inserto en el de mayor radio (612), permitiéndole al de menor radio (512) la rotación en su eje (511), a través del uso de un actuador (68) que esta apoyado en el anillo de mayor radio (612) y también a Ia vez el actuador (68) esta acoplado por los engranajes (65) y (66) al anillo de radio menor (512)
6 - El sistema de la reivindicación 5, en el anillo de menor radio (512), incluye un bi azo (52) que permite fijar un actuador (56) y sus correspondientes contactos eléctricos (58), este actuador permite ponei en rotación la estructura (23) en tomo a su eje de rotación (26), mediante un acople de pifiones (57) y (24), y ademas tiene un sensor de velocidad (510)
7 - En el sistema de la reivindicación 5, en el anillo de radio menor (512), tiene contactos electπcos (54) que permiten recibir las señales eléctricas provenientes de la estructura (27), sui importar que la estructura (23) se encuentre en movimiento de rotación en tomo al eje (26)
8 - En el sistema de la reivindicación 5, en el anillo de radio menor (512), üene una sene de contactos electπcos (59) que permiten la comunicación de las señales eléctricas piovenientes del contacto (54), el actuadoi (56) y el sensor de velocidad (510), con el anillo de radio mayoi (612), mediante el contacto eléctrico (611) aunque el anillo de radio menor (512) se encuentre rotando en su eje (511)
9 - En el sistema de la reivindicación 5, en el anillo de íadio mayor (612), tiene un contacto eléctrico (69), que permite la comunicación de las señales eléctricas provenientes del contacto electπco (611), el actuador (68) y el sensor de posición (614), con el contacto electπco (92) de la estructura (91)
10 - En el sistema de la reivindicación 1, en la estructura (91) que permite entregar el torque generado a la aplicación donde se use, se caracteriza por tener un acople mecánico con la estructura (612), a través del piñón (61) y el actuador (97) y el pifión (95) acoplado a este ultimo, permitiendo girar la estructura (612) al rededor del eje de rotación (94) y también por tener un sensor de posición (98)
11- En el sistema de la reivindicación 1, en la estructura (91) que permite entiegar el torque generado a la aplicación donde se use, ie caracteriza por tener un contacto eléctrico (99) que reúne las señales eléctricas del contacto electπco (92), el actuador (97) y el sensor de posición (98) y permite su conexión con un sistema externo de conh ol elecπ ónico -Que no es objeto de este documento-
12 - El dispositivo de la reivindicación 1, puede recibir señales eléctricas de un sistema externo de control electrónico -pero no se limita solo a estos- tales como plataformas dedicadas o no a videojuegos, computadores de escritorio o portátiles, sistemas de conπol remoto de toda clase de maquinaria, sistemas de generación de fuerzas "downforce" en el campo de las carreras automovilísticas, celulares, etc , a través del contacto eléctrico (99) para la generación de la fuerza de torque en 3 dimensiones, de acuerdo a las características de estas señales |
DISPOSITIVO GENERADOR DE UNA FUERZA DE TORQUE EN TRES DIMENSIONES
DESCRIPCIóN
1- SECTORTECNOLOGICO
La presente invención básicamente es un dispositivo electro-mecánico que conforme a unas instrucciones eléctπcas dadas por un sistema externo de control electrónico, que no es objeto de este documento, es capaz de generar una fuerza de torque en cualquier combinación de los 3 ejes del espacio
Por lo anterior, sus aplicaciones técnicas son vanadas y se pueden incluir sin limitación, el empleo en celulares para mejorar la experiencia al usuario, la aplicación en consolas de videojuegos para mejorar la experiencia d\ usuario, la aplicación en simuladores de realidad virtual, en herramientas industriales o del hogar, constituyen un nicho y de igual forma se puede encontrai un sector de aplicación en la industria aeionautica en el campo de la maniobrabihdad de naves espaciales o satélites o incluso en el ámbito del automovilismo, donde se podrían encomiar aplicaciones como sistemas de estabilidad o de genei ación de fuerzas "DownForce" y muchos otros campos de la técnica
2- ESTADO DE LA TéCNICA O TECNOLOGíA ANTERIOR
Temeudo en cuanta los variados campos de aplicación de la invención, relacionaré algunas tecnologías que creo son las mas relevantes para su aplicación mdusüial
Actualmente tengo conocimiento de un sistema que emplea el mismo principio de precesión giroscopica para disminuir el ladeo en botes de tamaño pequeño, con la difeiencia de que ese sistema no incluye la geneiacion del torque en los 3 ejes del espacio sino solamente en uno, en el cual se presenta el ladeo del bote La referencia de la patente es PCTλJS2004/014675 en ella se describe una masa en forma de anillo que es movida por un motor eléctrico que se encuentra en una capsula hermética, empleada para mantener en el mteπor una presión y densidad bajas, a favor de disminuir el aπastre aerodinámico de la rotación de la masa, dicha estructura esta montada sobre oüa que le permite general el efecto de precesión sobie la masa para obtener el torque que se traslada por toda la estructura hasta el apoyo donde so aplica al casco del bote Mas exactamente se reivindican unas velocidades de rotación para vanas configuraciones de botes y configuraciones de ejemplo para el caso de ladeo en uno y otro sentido
El otro sistema que usa el electo giroscopio) es la referencia PCT/US2003/035735 En el cual se descnbe un sistema de propulsión a través del acople a una estructura móvil de una sene de sistemas que generan torque mecánico usando el principio giroscopico En este sistema se usan 2 o mas dispositivos giroscopicos para general propulsión, a diferencia de la piesente mvencion en la cual a través de actuadores eléctricos se puede modificar la geometría del sistema para lograr que el torque generado tenga una dirección deseada la cual puede ser constantemente modificada usando el control electrónico extemo al cambiar las instrucciones a los actuadores
Adicionalmente esa referencia no reivindica la presencia de sensores o de vanos actuadores electπcos en cada dispositivo giroscopico de generación del efecto giroscopico
3- DESCRIPCION DE LA INVENCION (CON LAS DIFERENCIAS Y VENTAJAS )
Es un sistema electro-mecánico que responde a señales eléctricas de un sistema externo de control electrónico, el cual no es objeto de este documento, generando una ftierza de torque en los tres planos del espacio, empleando la precesión del efecto giroscópico, con la peculiandad de que puede alterar la dirección y magnitud de la fuerza de torque de manera suave, al cambiar la geometπa del mecanismo de acueido a las señales eleetncas entregadas por el sistema externo de control electrónico
Ademas la invención cuenta con una sene de sensores que son capaces de entregar datos de la dinámica de la estructura, al sistema externo de control electrónico, que los usa para calcular el estado actual de las caracteπsticas de la ftierza de torque y asi mismo calcular las ordenes necesarias para que la invención al ejecutarlas produzca una transformación en las características del torque generado, de acuerdo a la aplicación en Ia que se implemente la invención
Básicamente se compone de una masa concéntrica que se pone a rotar sobre su eje de simetría y un sistema que es capaz de girarla en tomo a 3 ejes perpendiculares entre si, de tal forma que ninguna de las estructuras implicadas en el giro en un eje interfiera en el giro de los otros 2 ejes perpendiculares y manteniendo en todo momento una comunicación eléctrica de los actuadores y sensores, con el sistema extemo de control electrónico
4- RESEñA DE DIBUJOS
1) Figωas la y Ib Vistas isometπcas de la primera parte (1) de la invención
2) Figm as 2a y 2b Vistas isomeü icas de la segunda parte (2) de lo invención
3) Figuras SaySb Vistas isometπcas del ensamble de la primera (1) y segunda (2) parte de la invención
4) Figuicti 4a 4b v 4c Vistas de la tercera parte (4) de la invención, donde se puede ver el ensamble del anillo exterior (612) y del anillo inteπor (512)
5) Figura 1 ! Sa v Sb Vistas isometπcas del anillo inteπor (512) que hace parte de la tercera parte (4) de la invención
6) Figuras 6a v 6b Vistas isometπcas del anillo eλteπor (612) que hace parte de la tercera parte (4) de la invención
7) Figuras 7a y Ib Vistas isometπcas del ensamble de la primera parte (1), la segunda parte (2) y el anillo mteπor (512) de la invención
8) Figw as- Sa y Sb Vistas del ensamble de la puniera paite (1), Ia segunda parte (2) y la teicera parte (4) de la invención
9) Figuras 9a y 9b Vistas isometπcas de la cuarta parte (9) de la invención
10) Figuras Wa y JOb Vistas isométπcas del ensamble de las cuatro partes de la invención (1), (2), (4) y (9)
5- DESCRIPCIóN DE LA MEJOR MANERA CONOCIDA PARA EJECUTAR O LLEVAR A LA PRACTICA
La presente invención hace parte de un sistema total, el cual básicamente permite generar una fuerza de torque en cualquier combinación de los 3 ejes del espacio, con unas características dadas en el tiempo para dicho toique, de acueido a la aplicación en que se implemente, Este sistema total se compone básicamente de un dispositivo elecπ o-mecanico (objeto de esta invención) y un sistema externo de procesamiento y control de datos Mas exactamente esta invención hace referencia di sistema electro-mecánico que genera la fuerza de toique a la aplicación donde se emplee
Por lo anterior se entiende que la presente invención limitaría su uso a ejecutar instrucciones eléctricas de un sistema externo de control electrónico que las generaría Este sistema externo puede ser, -pero no se limita solo a estos-, celulares, consolas de videojuegos, smiuladores de realidad virtual, maquinaπa industrial o del hogar, incluso se puede eucontrai un nicho en la indusüía aeronáutica o automovilística, etc con la particularidad de que en determinada aplicación se puede configura! para no usar una estructura de apoyo, es decir que cumple con sus funciones solamente con una fuente de poder y de control de datos, configurándose asi como portátil, como en el caso de controles de videojuegos por cable o inalámbricos
Este sistema externo se encarga de iecibir una serie de señales que piovienen de los sensores de posición y velocidad que posee la invención, pero no limitado a estos, con la ayuda de estos datos se puede calcular la dirección y magnitud actual del torque generado y de acuerdo a las necesidades de la aplicación donde se este usando, calcular las instrucciones necesarias para la üansformacion del vector toique, para cambiar la dirección y magnitud actuales a una final
Para la siguiente descripción de la invención voy a tener en cuenta que este es el diseño que propongo para ejecutar la invención, pero se aclara que no necesariamente es la mejoi forma de implementai la invención, puesto que Ia tecnología de fabπcacion cambia de un productoi a oπo y que los precios de manufactura pueden ser mas favorables a otros diseños, pero teniendo en cuenta siempre que estos diseños deben conservar los lmeamientos de las reivindicaciones
También se debe tener en cuenta que los motores eléctricos mencionados pueden ser cambiados por actuadores que proporcionen movimiento de giro, que es el principal sentido de uso de los actuadores En casos específicos de diseño, estos pueden ser cambiados por actuadoies piezoelectπcos, bobinas modificadas o en cualquier sentido actuadores que cumplan este principal modo de uso
Los engranajes o acoples mecánicos de la invención también pueden vaπar la forma, características de diseño o relación de radios de acuerdo a la mejor forma de implementacion con relación a la producción y a la aplicación, pero siempre conservando los hneamientos relacionados en las reivindicaciones
La mvencion esta compuesta básicamente poi 4 partes que corresponden a las estructuras vistas en las figuras Ia y Ib, 2a y 2b, 4a, 4b y 4c y porulamo a las iϊguias 9a y 9b
El propósito de la masa (10) concentncj vista en las figuras la y Ib, es el de generar un momento de inercia a través la revolución en tomo al eje de rotación (13) con avuda de la estructura de las figuras 2a y 2b
El proposito de la estructura vista en las figuras 2a y 2b, es el de permitir la rotación de la masa (10) vista en las figuras la y Ib, en tomo al eje de rotación (13) para generar un momento de inercia
El proposito de las estructuras vistas en las figuras 4a, 4b y 4c, es el de permitir la rotación de la estructura vista en las figuras 2a y 2b, en torno al eje de rotación (53) que es el mismo eje de rotación (26) produciéndose asi un torquc perpendicular a los ejes de rotauon (13) y (26), por el efecto giroscopico de precesión de la masa (10), ademas permite la rotación de la estructura de la figura 2a y 2b en torno al eje de rotación (511 ) que se puede ver en las figuras 5a y 5b
El proposito de la estructura vista en las figuras 9a y 9b, es el de permitir la rotación de las estructuras de las figuras 4a, 4b y 4c en torno al eje de rotación (94) que es el mismo (63)
Es de resaltar, que para entregar el torque en determinada dirección se pueden bloquear los motores (68) y (97) en determinada posición para obtener una uerta configuración mecánica rígida, que permita transmita el torque a través de los apoyos (62) y la unión entre el saliente (55) y la hendidura (610)
Para poder generar el torque, la invención usa el principio de precesión del efecto giroscopico, para esto, pπmero contamos con una masa (10) que es concéntrica en tomo a un eje de revolución (13) y en ese mismo eje (13) se encuenπa un orificio (11) que permite acoplar la masa (10) con el motor (21) por medio de su rotor (211), como se aprecia en las figuras 3a y 3b El propósito es que la masa (10) al girai en el eje de lotación (22) del motor (21) obtenga un momento angular, el cual es directamente pioporcional al vectoi velocidad angular de la masa (10), donde el factor proporcional es el momento de inercia de la masa (10) respecto al eje de rotación (22)
La masa (10) tiene una foπna característica que permite introducir el motor (21) de cierta manera, como puede verse en las figuras 3a y 3b La mavor distancia entre la superficie interna (12) de la masa (10) y el eje de rotación (11) mcrementa el momento de inercia y por este motivo es aconsejable la foπna sugeπda en las figuias la y 1 b El material de la masa (10) entre mas denso mejoi, puesto que también aumenta el momento de inercia
Una vez que la masa (10) esta girando en el eje de rotación (22), se pone al tiempo la masa (10) en rotación en torno al eje de rotación (26), para esto se usa el conjunto que se muestra en las figuras 2a y 2b
Las figuras 2a y 2b muestran la estructura que permite rotar la masa (10) en torno al eje de rotación (26), j se compone de un motor (21) en el cual se une la masa (10) con el rotor (211) del motor (21) por el hoyo (11) de tal forma que el eje (13) de simetría de la masa (10) y el eje de rotación (22) del íotor del motoi (21) coincidan El motor (21) se encuentra empotrado en la base (23) de tal forma que permita roalizai las conexiones eléctricas de los contactos eléctricos (28) del molor (21) y queden firmemente unidos También nene una estructura (27) diseñada para permití! un contacto eléctrico para la comunicación de las señales eléctricas piovenientes del sensoí de velocidad (29) y de los contactos (28), con la estructura (54), sm interferir en el giro del conjunto conformado por el motoi (21), la base (23) el piñón (24), la masa (10) y el disco de contactos eléctricos (27), cuando estos rotan en tomo al eje (26)
El motor (21) que se acopla con la masa (10) tiene dos contactos (28) que aseguian su funcionamiento en uno u otro sentido de giro
El eje de rotación (26) debe pasar poi el centro de masa del conjunto formado por la masa (10) el motoi (21), la base (23) el piñón (24), el disco de contactos eléctricos (27), los apoyos (25), el sensor (29) y los contactos eléctricos correspondientes (210) de tal forma que se minimicen las vibraciones que se puedan generar por su rotación en torno al eje de rotación (26)
En las figuras 2a y 2b se puede ver el piñón (24) que esta acoplado mecánicamente con el piñón (57) como puede verse en la figuras 7a y que a su vez se encuentra unido firmemente al íotor del motoi (56), Por medio de esta unión el motor (56) es capaz de poner en rotación de 360 grados el conμinto compuesto por la masa (10), el motor (21), la base (23) el disco de contactos eléctricos (27) y el propio piñón (24), en tomo al eje de rotación (26), usando los apoyos (25) que se articulan en los hoyos (51), constituyéndose asi los ejes de rotación (53) y (26) en un solo eje de rotación
La fuerza de torque generada por la masa (10) por efecto de la precesión, es entregada a la estructura de las figuras 5a y 5b, a través de los apoyos (25), que están incrustados en los hoyos (51), adicionalmente el disco de contactos eléctricos (27) transmite las señales eléctricas de los contactos eléctricos (28) del motor (21) y del sensor de velocidad (29) a la estructura (54) como se puede ver en la figura 7a
La estructura de las figuras 5a y 5b esta compuesta por un biazo (52) que sostiene al motor (56) en una posición de tal foπna que se permita la unión firme de los pifiones (57) y (24), ademas contieno los contactos eléctricos (58) para el funcionamiento del motor (56) y un sensor (510) de velocidad de giro del piflon (24) La estructura también posee unos contactos eléctricos circulares (59) que permiten la comunicación de las señales eléctricas del sensor (510) en conjunto con las señales de los contactos (58) y las señales íecibidas por la estructura (54), con la estructura (611) La forma como hacen contacto las estructuras (611) y (59) puede verse en las figuras 4a y 4b
La estructura de las figuras Sa y 5b también tiene una saliente (55) que se complementa en la hendidura (610), de tal forma que permite una rotación libre en torno al eje de rotación (511), como puede veise en las figuras 4a, 4b y 4c Para producir el giro de U estructura de las figuras 5a y 5b en torno al eje (511), existe una conexión mecánica entre el motor (68) y la corona (513) a través de los engranajes (65) y (66) como se puede ver en la figura 4 c
Por su parte el motor (68) está unido a la estructura (612) por la estructura (613), que a su vez contiene los contactos eléctricos (64) del motoi (68), como se ve en las figuras 6a y 6b, ademas el motor (68) tiene unido el piñón (65) a su rotor y este pifión (65) esta en contacto con el pifión (66) que a su vez rota sobre la estructura (67) que lo mantiene en su posición con respecto a la parte (612)
La estructura de las figuras 6a y 6b, tiene un piñón (61) que esta en contacto con el piñón (95), que a su vez esta unido al motor (97) para poner en rotación la estructura (612) en torno al eje de rotación (63), por medio de los apoyos (62) que se aiticulan con los hoyos (93) que se encuentran en la estructura (91) Adicionalmente tiene un disco de conexiones eléctricas (69) que le permite hacer contacto eléctrico con la estructura (92) en cualquier posición de la íotacion de la estructura (612) en tomo al eje (63) y transmitir las señales del contacto eléctrico (611), junto con las señales eléctricas del motor (68) y las señales del sensor de posición (614), que rastrea la posición de la estructura de las figuras 5a y 5b
Para entregar el torque generado a un sistema extemo en una aplicación dada, en una dirección indicada, se usa la estructura (91) que se puede ver en las figuras 9a y 9b, esta estructura tiene un brazo (96) que sirve para acoplar el motor (97) y sus respectivos contactos eléctricos El motor (97) tiene acoplado un piñón (95) el cual se une al piñón (61), como se puede ver en la figura 10a y 10b, también tiene hoyos (93) en donde se articulan los apoyos (62) para permitir la rotación de la estructura (612) en tomo al eie de rotación (63) que es el mismo eje (94), Adicionalmente se tiene el contado electiico (99) que permite entregar las señales eléctπcas del contacto electiico (92), las del sensoí de posición (98) y las del motor (97), al sistema externo de control electrónico que no es objeto de esta uivenuon
La estructura (91) tiene una forma general y puede ser modificada de acuerdo al sistema externo al cual se entregue el torque generado para una aplicación especifica de la invención, teniendo en cuenta que debe permitirla libre rotación de las estructuras de las figuras 8a y 8b y las otras funcionalidades propias de la forma acá sugerida
Las formas de las partes involucradas en esta invención son tales que peπnite una rotación libre de 360 grados sobre los ejes de rotación (13), (26) que es el mismo (53), (511) y (63) que es el mismo (94)
Es de aclarar que todos los ejes de rotación hacen referencia directa a la estructura sobre la que están definidos originalmente, esto se aclara porque por ejemplo en la medida en que la estructura de la figura 5a rota en tomo al eje de rotación (511), el eje de rotación (26) de la estructura de la figura 2a cambiaría de dirección, por estar apoyada sobre esta ultima, por medio de los apoyos (25) en los hoyos (51)
Los sensoies (29) y (510) de velocidad y los sensores (614) y (98) de posición, pueden ser cambiados por otros mas adecuados, dependiendo del tipo de adaptación que se haga para una aplicación especifica y de los requisitos que determine el sistema externo de contiol electrónico
El termino "motoi " hace iefei encía a un dispositivo que causa movimiento de rotación, poi ejemplo puede ser un motor eléctrico, una estructura piezoelectπca o una bobina modificada, pero sin limitarse a ellas
Next Patent: PIPELINE CONNECTION APPARATUS AND METHOD