Conjunto que genera energía eléctrica mediante piezoelectricidad.

Disposición óptima y conexión de elementos piezoeléctricos para energy harvesting (Recolección de Energía),

que será utilizado para maximizar la energía eléctrica generada que se utilizará para diversos fines tales como, iluminación, acumulación, inyección a red...

OBJETO DE LA INVENCiïN

Sector de la Tïcnica La presente invenciïn consiste en definir la disposiciïn ïptima de elementos piezoelïctricos y su conexiïn para conseguir la mïxima generaciïn elïctrica.

Estos elementos piezoelïctricos y sus conexiones van albergados en el interior de diferentes dispositivos de generaciïn, como puede ser suelo piezoelïctrico, guardias tumbados piezoelïctricos, ruedas o cualquier otra aplicaciïn

Los bloques pueden ser de diferentes geometrïas susceptibles de ser incorporadas, segïn las diferentes necesidades de los dispositivos de generaciïn.

Lo que se busca con esta invenciïn es optimizar la colocaciïn de esta tecnologïa piezoelïctrica para obtener el mïximo rendimiento de utilizaciïn (generaciïn energïtica por centïmetro cuadrado de superficie ïtil) y asï conseguir una importante mejora en su uso como aplicaciïn de Energy Harvesting (Recolecciïn de Energïa) .

Con el uso de esta tecnologïa piezoelïctrica transformamos la energïa mecïnica que recibe una superficie al soportar una presiïn o una vibraciïn, en energïa elïctrica para su posterior almacenamiento o uso directo. Esta energïa elïctrica despuïs de ser almacenada o antes de su uso directo, debe ser acondicionada mediante dispositivos elïctricos/electrïnicos auxiliares, como pueden ser rectificadores, para poder ser aprovechada de la manera mïs eficiente posible segïn su uso final. Este uso final puede ser muy variado: iluminaciïn, sensores inalïmbricos, su posible inyecciïn a la red elïctrica de transporte, etc ...

Esta invenciïn se fundamenta en un sistema de elevada eficiencia energïtica, generador de potencial elïctrico utilizable a partir de cualquier movimiento, presiïn, vibraciïn e impacto inducido sin necesidad de utilizar otra fuente de

energïa ïtil para su uso como alimentaciïn de los dispositivos elïctricos/electrïnicos que se consideren oportunos.

Se genera energïa con una tecnologïa alternativa, sin ningïn tipo de emisiones y que supone un ahorro energïtico, siendo una alternativa a otras fuentes de energïa.

La utilizaciïn de los sistemas piezoelïctricos con la disposiciïn descrita en esta invenciïn produce el mayor ahorro energïtico posible con esta tecnologïa, ademïs de tener evidentes beneficios medioambientales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiïN

Estado de la tïcnica Desde el descubrimiento de la energïa elïctrica se han buscado nuevas formas de producirla, ya que en esta era que vivimos, de continuos avances tecnolïgicos y cientïficos, esta energïa es esencial para el funcionamiento de muchos de los aparatos que utilizamos constantemente.

Dentro de esta bïsqueda de nuevas formas de energïa, se descubriï que existen algunos cristales que tienen la capacidad de generar energïa a partir de ser sometidos a una fuerza mecïnica. La aplicaciïn de esta propiedad es llamada piezoelectricidad.

Posteriormente, la evoluciïn tecnolïgica de los materiales cerïmicos suplantï a los materiales piezoelïctricos naturales, y expandieron en variedad la siguiente generaciïn de materiales piezoelïctricos, usados en aplicaciones muy diversas como la comunicaciïn inalïmbrica, la acïstica o la medicina.

Esta tecnologïa piezoelïctrica se puede englobar dentro de las llamadas "Tïcnicas de Energy Harvesting (Recolecciïn de Energïa) " que capturan energïa del medio ambiente y tïpicamente proporcionan energïa para uso por dispositivos tales como los sensores inalïmbricos o wireless.

Energy Harvesting (Recolecciïn de Energïa) es una tecnologïa acreditada porque permite obtener energïa gratuitamente y ademïs de una forma ambientalmente inocua, esto es, con un balance neutro de Carbono a nivel de generaciïn energïtica.

Actualmente se conocen varios dispositivos que utilizan la tecnologïa piezoelïctrica para conseguir energïa. Por ejemplo, existen pavimentos y suelos transitados por viandantes que transforman la energïa de sus pisadas en energïa elïctrica utilizable o una pista de baile de un barco que usa la energïa cinïtica de las personas que bailan o circulan por la pista, para convertirla en energïa elïctrica y cargar las baterïas del barco.

En este momento, todavïa no existe la disposiciïn de elementos piezoelïctricos que maximice la energïa generada en estos dispositivos.

Lo que buscamos con esta invenciïn es definir la mejor disposiciïn posible dentro de este tipo de dispositivos para optimizar sus prestaciones en cuanto a 10 generaciïn de electricidad se refiere.

DESCRIPCiïN DE LA INVENCiïN

Nuestro modelo es el resultado de una serie de estudios y ensayos con diferentes disposiciones y tipos de conexiones hasta encontrar la distribuciïn mïs ïptima que supone una mejora respecto a lo ya existente.

Lo que se consigue con esta mejora es:

• maximizar la energïa generada por cm2.

• maximizar la energïa generada por Kg de fuerza ejercida por presiono

La principal novedad de esta invenciïn es una disposiciïn ïptima que consiste en una ordenaciïn matricial de los elementos piezoelïctricos y su conexiïn asociada.

Los elementos piezoelïctricos serïn pastillas, normalmente en forma de disco, de diferentes espesores.

Con la disposiciïn matricial conseguimos maximizar la tasa de localizaciïn superficial y mantener el orden ïptimo para la mejor trasferencia de energïa mecïnica a energïa elïctrica. Esta disposiciïn matricial puede ser en cuadrado, rectïngulo, cïrculo, etc ... en funciïn de las caracterïsticas y requerimientos del dispositivo.

Una vez colocados todos los elementos piezoelïctricos, se procede a dividirlos por sectores para conectarlos. Estos sectores se eligen en funciïn del nïmero de elementos y de la forma de la matriz. El nïmero de elementos de cada sector es el que maximiza la energïa generada y en consecuencia, minimiza las perdidas.

Cada sector genera energïa de forma independiente al resto. Para acondicionar esta energïa generada existirï un rectificador en cada sector y la energïa generada por todos los sectores se unirï a la salida del dispositivo para acumularla conjuntamente o para su uso directo.

La presente invenciïn consiste en un sistema de generaciïn que integra 3 elementos:

1) Estructura que alberga el sistema.

2) Elementos piezoelïctricos.

3) Conexiones y acondicionadores.

Esta invenciïn se basa en el desarrollo de 3 tecnologïas que se complementan:

• Resistencia de materiales y acoplamiento mecïnico en las estructuras.

• Materiales y acoplamiento electromecïnico en tecnologïa piezoelïctrica.

• Rectificaciïn de la energïa generada.

La tecnologïa piezoelïctrica es la responsable final de la generaciïn de energïa ya que transforma la energïa mecïnica en energïa elïctrica.

Varios tipos de materiales pueden utilizarse, entro otros, para fabricar el sistema piezoelïctrico, incluyendo: BaTi03, Pb (ZrxTï1-x) 03, (NaxK1-x) Nb03, (Na1/2Bi1/2) Ti03, (K1/2Bh/2) Ti03, Pb (A1/3B2I3) 03-PbTi03 (A=Zn, Mg, Ni; B=Nb, Ta) , LiNb03, AgNb03, Pb (Yb1/2Nb1/2) 03-PbTi03 donde en todos los casos x varia entre O y 1. Tambiïn se pueden utilizar disoluciones sïlidas de dos o mïs de los materiales anteriormente mencionados. Los factores de acoplamiento (porcentaje de energïa mecïnica que se convierte en energïa elïctrica) de estos materiales son significativamente altos. Los coeficientes piezoelïctricos (d33) de estos materiales tambiïn presentan valores elevados y las temperaturas de Curie (parïmetro bïsico del efecto piezoelïctrico) , de los mismos, son claramente superiores al intervalo de temperaturas en condiciones de uso.

Los materiales piezoelïctricos se pueden diseïar en muy variadas geometrïas y dimensiones, como por ejemplo en forma de discos o pastillas.

La energïa elïctrica generada se acondicionarï a travïs de circuitos de rectificaciïn simples o circuitos con tipologïas de conexionado mïs complejas, como por ejemplo circuitos SSHI serie/paralelo para su acumulaciïn en continua.

DESCRIPCiïN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripciïn de la invenciïn propuesta y con objeto de ayudar a una mejor comprensiïn de las caracterïsticas de la invenciïn se acompaïa como parte integrante de dicha descripciïn un juego de dibujos donde con carïcter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1. Disposiciïn matricial en estructura cuadrada.

Muestra una vista esquemïtica del conjunto, que comprende una estructura cuadrada (1) con la disposiciïn matricial de los elementos piezoelïctricos...

1. Conjunto que genera energïa elïctrica mediante piezoelectricidad, que comprende varios tamaïos y formas de estructuras (1) que alberga los elementos piezoelïctricos (2) , sus conexiones y sistemas de rectificado, y en el cual los elementos piezoelïctricos estïn dispuestos de forma matricial y conectados por sectores (3) .

2. Conjunto segïn la reivindicaciïn 1 caracterizado porque los materiales piezoelïctricos tienen un maximizado factor de acoplamiento.

3. Conjunto segïn la reivindicaciïn 1 caracterizados porque el material piezoelïctrico se encuentra distribuido de forma que se maximice su densidad superficial y volumïtrica en relaciïn a la superficie y volumen total.

4. Conjunto segïn la reivindicaciïn 2 caracterizado porque el material piezoelïctrico es del tipo Pb (ZrxTi1_x) 03 (O~x~1) .

5. Conjunto segïn la reivindicaciïn 2 caracterizado porque el material piezoelïctrico es del tipo [Pb (Mg1/3Nb2/3) 03]1-x[PbTi03]x (O~x~1)

6. Conjunto segïn la reivindicaciïn 4 caracterizado porque x=O, 28, es decir, la composlclon qUlmlca del material piezoelïctrico es [Pb (Mg1/3Nb2/3) 03]0, 72[PbTi03]0, 28.

7. Conjunto segïn la reivindicaciïn 5 caracterizado porque x=O, 35, es decir, la composlclon qUlmlca del material piezoelïctrico es [Pb (Mg1/3Nb2/3) 03]0, 65[PbTi03]0, 35.

FIGURA-l

FIGURA-2

(1)

FIGURA-3

FIGURA-4