Elemento de suelo para generar energía eléctrica al ser pisado por una persona o un vehículo.

Elemento de suelo para generar energía eléctrica al ser pisado por una persona o un vehículo,

que comprende por lo menos un elemento piezoeléctrico (4) que experimenta una deformación inducida por una pisada de una persona o un vehículo sobre el elemento de suelo, y un cableado eléctrico conectado al elemento piezoeléctrico para transmitir un voltaje generado por la deformación. El elemento piezoeléctrico (4) es de configuración laminar y está soportado al menos en dos extremos por unos medios de soporte (6), de manera que queda libre de soporte un tramo central del elemento piezoeléctrico (4) en el que éste puede experimentar una flexión. Un elemento de empuje (7) está dispuesto de forma que experimenta un desplazamiento inducido por la pisada de una persona o un vehículo sobre el elemento de suelo, y se aplica contra el tramo central del elemento piezoeléctrico (4) para provocar la flexión del mismo.

Campo de la invención la invención se sitúa en el campo de la generación de energia eléctrica mediante elementos piezoeléctricos.

Más concretamente, la invención se refiere a un elemento de suelo para generar energia eléctrica al ser pisado por una persona o un vehiculo, del tipo que comprende uno o varios elementos piezoeléctricos dispuestos para experimentar una deformación inducida por la pisada de una persona o un vehiculo sobre el

elemento de suelo, y un cableado eléctrico conectado a cada uno de los elementos piezoeléctricos para transmitir un voltaje generado por dicha deformación.

Estado de la técnica

los elementos de suelo de este tipo son conocidos y se aplican usualmente para alimentar dispositivos de bajo consumo eléctrico, por ejemplo para suministrar energia eléctrica, directamente o a través de un acumulador, a diodos emisores de luz (lEDs) en un dispositivo de señalización luminosa, o bien en un sistema de iluminación. los elementos piezoeléctricos que equipan estos elementos de suelo conocidos suelen ser del tipo denominado "bending cantilever", formados por una lámina que comprende un material piezoeléctrico y que presenta uno de sus extremos fijado a un soporte y su otro extremo en voladizo, de manera que la deformación del elemento piezoeléctrico, que produce una tensión eléctrica, consiste en una flexión de tipo viga en voladizo. Estos elementos piezoeléctricos de tipo "bending cantilever" se utilizan corrientemente en función de actuadores (es decir para proporcionar movimiento en respuesta a una tensión eléctrica aplicada) para válvulas, relés, etc. También se utilizan en función de generadores de tensión eléctrica (es decir para proporcionar una tensión eléctrica en respuesta a un movimiento) , por ejemplo en dispositivos de detección de movimiento. Los elementos de suelo para generar energia eléctrica constituyen una aplicación particular de estos elementos piezoeléctricos de tipo "bending cantilever" en función de generadores de tensión eléctrica. En esta aplicación particular, se evita el uso 5 de cerámicas como material piezoeléctrico y se prefiere termoplástico, tipicamente el polifluoruro de vinilideno (PVDF) , debido a que la lámina de material piezoeléctrico sufre una deformación importante, por el movimiento de su extremo en voladizo, y en estas condiciones un termoplástico es mecánicamente más robusto que una cerámica. La robustez del elemento piezoeléctrico es un 10 parámetro de diseño importante, porque el remplazo del mismo es costoso ya que normalmente requiere realizar obras en el lugar de instalación. El uso de un termoplástico como material piezoeléctrico aporta la robustez mecánica deseada, pero no es óptimo a nivel del rendimiento energético. Además, los elementos piezoeléctricos de tipo "bending cantilever" que utilizan un termoplástico como material piezoeléctrico tienen un coste elevado.

Sumario de la invención La invención tiene como finalidad proporcionar un elemento de suelo del tipo 20 indicado al principio, que proporcione un mayor rendimiento energético que los del estado de la técnica y a un coste menor, conservando una larga vida útil.

Esta finalidad se consigue mediante un elemento de suelo para generar energia eléctrica al ser pisado por una persona o un vehiculo, comprendiendo por lo menos 25 un elemento piezoeléctrico dispuesto para experimentar una deformación inducida por la pisada de una persona o un vehiculo sobre dicho elemento de suelo, y un cableado eléctrico conectado a dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico para transmitir un voltaje generado por dicha deformación, caracterizado porque dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico es de configuración laminar y está 30 soportado al menos en dos extremos por unos medios de soporte, quedando libre de soporte un tramo central del mismo entre dichos dos extremos, de manera que dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico puede experimentar una flexión centrada en dicho tramo central, y porque dicho elemento de suelo comprende por

lo menos un elemento de empuje dispuesto de forma que experimenta un desplazamiento inducido por la pisada de una persona o un vehiculo sobre dicho elemento de suelo, dicho por lo menos un elemento de empuje aplicándose contra dicho tramo central de dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico para provocar

dicha flexión del mismo.

Gracias a que el elemento piezoeléctrico se encuentra soportado en dos extremos, ya que se dispone un elemento empujador que se aplica sobre el tramo central del mismo para provocar una flexión, se obtiene una deformación del elemento 10 piezoeléctrico limitada pero suficientemente importante como para proporcionar una tensión eléctrica adecuada a la generación de energia eléctrica. Esta deformación de amplitud limitada, que corresponde esencialmente a la de una flexión de tipo viga biempotrada, o bien de tipo biapoyada, permite superar el problema de la robustez mecánica del elemento piezoeléctrico, con lo cual es posible utilizar ventajosamente una amplia gama de materiales piezoeléctricos, incluyendo los cerámicos entre otros posibles.

Preferentemente, en reposo dicho por lo menos un elemento de empuje no está en contacto con dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico correspondiente, al 20 que provoca dicha flexión, y solo entra en contacto con este cuando experimenta dicho desplazamiento inducido por la pisada de una persona o un vehiculo sobre el elemento de suelo. De esta forma, cuando una persona o un vehiculo pisa el elemento de suelo y se produce el desplazamiento inducido del elemento de empuje, este último primero impacta en el tramo central del elemento piezoeléctrico y después lo empuja para provocar la flexión del mismo. Esta combinación de impacto inicial y flexión posterior proporciona un mayor rendimiento energético en términos de energia eléctrica producida.

Preferentemente dicho por lo menos un elemento de empuje es de material

elásticamente compresible, como por ejemplo una goma, con lo cual se disminuye todavia más el riesgo de dañar el elemento piezoeléctrico.

En unas formas de realización, dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico está formado por una cerámica piezoeléctrica laminar fijada sobre una lámina metálica conductora eléctrica, y está soportado en dichos medios de soporte a través de dicha lámina metálica. Un elemento piezoeléctrico así formado es conocido, 5 pudiendo ser típicamente un PZT ("Piezoelectric Zirconate Titanate") utilizado corrientemente en otras aplicaciones, en particular como transductor de sonido. La novedad aquí consiste en aplicarlo como elemento piezoeléctrico en un elemento de suelo para la generación de energía eléctrica, y con la configuración estructural de acuerdo con la invención, que permite realizar esta aplicación sin riesgo de rotura o deterioro de la cerámica. El uso de este tipo de elemento piezoeléctrico presenta las ventajas de ser barato y proporcionar un buen rendimiento energético en términos de la energía eléctrica producida.

Preferentemente, dichos medios de soporte son de material conductor eléctrico, 15 con lo cual proporcionan tanto una función de soporte como una función de contacto eléctrico con la lámina metálica del elemento piezoeléctrico.

En las formas de realización preferidas, dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico está dispuesto en número de dos o más, dichos elementos piezoeléctricos están distribuidos en una o varias filas y dichos medios de soporte presentan la forma de barras continuas que soportan los elementos piezoeléctricos de una misma fila. Esta estructura permite disponer de forma simple y eficaz una pluralidad de elementos piezoeléctricos en toda la extensión del elemento de suelo, multiplicando así la energía eléctrica que es capaz de suministrar por cada pisada.

Preferentemente, el elemento de suelo comprende una base superior que forma una superficie transitable y que está configurada o montada en el mismo de manera que es capaz de experimentar, toda ella o una parte de la misma, un movimiento inducido por la pisada de una persona o un vehículo sobre dicha superficie transitable, y como dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico, se dispone por lo menos un elemento piezoeléctrico superior debajo de dicha base superior, y como dicho por lo menos un elemento de empuje, se dispone por lo menos un elemento de empuje superior, entre dicha base superior y dicho elemento piezoeléctrico superior, que se aplica contra el tramo central de este último para provocar su flexión y que está relacionado con dicha base superior de manera que el movimiento inducido de esta última provoca el desplazamiento inducido de dicho elemento de...

1. Elemento de suelo (1) para generar energia eléctrica al ser pisado por una persona o un vehiculo, comprendiendo por lo menos un elemento piezoeléctrico (4, 9) dispuesto para experimentar una deformación inducida por la pisada de una persona o un vehiculo sobre dicho elemento de suelo (1) , y un cableado eléctrico (5) conectado a dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico (4, 9) para transmitir

un voltaje generado por dicha deformación, caracterizado porque dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico (4, 9) es de configuración laminar y está soportado al menos en dos extremos por unos medios de soporte (6) , quedando libre de soporte un tramo central del mismo entre dichos dos extremos, de manera que dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico (4, 9) puede experimentar una flexión centrada en dicho tramo central, y porque dicho elemento de suelo (1) comprende por lo menos un elemento de empuje (7, 11) dispuesto de forma que experimenta un desplazamiento inducido por la pisada de una persona o un vehiculo sobre dicho elemento de suelo (1) , dicho por lo menos un elemento de empuje (7, 11) aplicándose contra dicho tramo central de dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico (4, 9) para provocar dicha flexión del mismo.

2. Elemento de suelo según la reivindicación 1, caracterizado porque en reposo dicho por lo menos un elemento de empuje (7, 11) no está en contacto con dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico (4, 9) correspondiente al que provoca dicha flexión, y solo entra en contacto con este cuando experimenta dicho desplazamiento inducido por la pisada de una persona o un vehiculo sobre el elemento de suelo (1) ,

3. Elemento de suelo según cualquiera las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque dicho por lo menos un elemento de empuje (7, 11) es de material elásticamente compresible.

4. Elemento de suelo según cualquiera las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico (4, 9) está formado por una cerámica piezoeléctrica (14) laminar fijada sobre una lámina metálica (15) conductora eléctrica, y está soportado en dichos medios de soporte (6) a través de dicha lámina metálica (15) .

5. Elemento de suelo según la reivindicación 4, caracterizado porque dichos medios de soporte (6) son de material conductor eléctrico.

6. Elemento de suelo según cualquiera las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico (4, 9) está dispuesto en número de dos o más, caracterizado porque dichos elementos piezoeléctricos (4, 9) están distribuidos en una o varias filas, y dichos medios de soporte (6) presentan la forma de barras continuas que soportan los elementos piezoeléctricos (4, 9) de una misma fila.

7. Elemento de suelo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende una base superior (2) que forma una superficie transitable (3) y que está configurada o montada en dicho elemento de suelo (1) de manera que es 20 capaz de experimentar, toda ella o una parte de la misma, un movimiento inducido por la pisada de una persona o un vehiculo sobre dicha superficie transitable (3) , y porque, como dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico, se dispone por lo menos un elemento piezoeléctrico superior (4) debajo de dicha base superior (2) , y como dicho por lo menos un elemento de empuje, se dispone por lo menos un elemento de empuje superior (7) , entre dicha base superior (2) y dicho elemento piezoeléctrico superior (4) , que se aplica contra el tramo central de este último para provocar su flexión y que está relacionado con dicha base superior (2) de manera que el movimiento inducido de esta última provoca el desplazamiento inducido de dicho elemento de empuje superior (7) .

3.

8. Elemento de suelo según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha base superior (2) es rigida y está montada en dicho elemento de suelo (1) apoyada sobre unos medios de asiento superior elásticamente comprimibles (8) , de manera que dicha base superior (2) se desplaza en bloque cuando comprime dichos medios de asiento superior elásticamente comprimibles (8) .

9. Elemento de suelo según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende una pluralidad de dichos elementos piezoeléctricos superiores (4) distribuidos bajo dicha base superior (2) a lo largo y ancho de la misma, y porque dichos elementos de empuje superiores (7) están dispuestos a lo largo de una estructura rigida (17, 18) que es solidaria con dicha base superior (2) y que cubre el conjunto de dichos elementos piezoeléctricos superiores (4) .

1.

10. Elemento de suelo según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque dicho elemento de empuje superior (7) consiste en un taco solidario con dicha base superior (2) .

11. Elemento de suelo según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque, como dicho por lo menos un elemento piezoeléctrico, se dispone además por lo menos un elemento piezoeléctrico inferior (9) dispuesto cara a cara con dicho elemento piezoeléctrico superior (4) y a distancia de este, y como dicho por lo menos un elemento de empuje, se dispone además un elemento de empuje inferior (11) que se aplica contra el tramo central de dicho elemento piezoeléctrico inferior (9) para provocar su flexión.

12. Elemento de suelo según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende una base inferior (12) que está configurada o montada en dicho 25 elemento de suelo (1) de manera que es capaz de experimentar, toda ella o una parte de la misma, un movimiento relativo con respecto a dicho elemento piezoeléctrico inferior (9) , de reacción a la pisada de una persona o un vehiculo sobre dicha superficie transitable (3) de la base superior (2) , dicho elemento de empuje inferior (11) estando dispuesto entre dicha base inferior (12) y dicho 30 elemento piezoeléctrico inferior (9) , y estando relacionado con dicha base inferior

(12) de manera que el movimiento relativo de reacción de esta última provoca el desplazamiento inducido de dicho elemento de empuje inferior (11) .

13. Elemento de suelo según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha base inferior (12) es rigida y está montada en dicho elemento de suelo (1) apoyada bajo unos medios de asiento inferior elásticamente comprimibles (16) , de manera que dicha base inferior (12) se desplaza en bloque, relativamente con respecto a dicho elemento piezoeléctrico inferior (9) , cuando comprime dichos medios de asiento inferior elásticamente comprimibles (16) .

14. Elemento de suelo según la reivindicación 13, caracterizado porque dicho elemento de empuje inferior (11) consiste en un taco solidario con dicha base 10 inferior (12) .

15. Elemento de suelo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14,

caracterizado porque dichos elementos piezoeléctricos superior (4) e inferior (9)

están dimensionados y dispuestos uno con respecto al otro de manera que cuando se produce dicha flexión de los mismos, por la acción sobre estos de dichos elementos de empuje superior (7) e inferior (11) , sus respectivos tramos centrales vienen a tope uno contra otro, directamente o a través de una lámina aislante (13) interpuesta.

16. Elemento de suelo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque comprende dos o más pares formados por dicho elemento piezoeléctrico superior (4) Y dicho elemento piezoeléctrico inferior (9) dispuestos cara a cara, dichos pares estando dispuestos uno encima de otro formando una o varias columnas.

2.

17. Elemento de suelo según cualquiera las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque está conformado en forma de baldosa para suelos.

FIG. 1

FIG.2

14 15 FIG. 3 3

2

FIG.4

f

FIG. 6

4~

FIG. 7

2

~

º V ( JI'1'-Vl V y N ( JI'1'.. 1 V N ( y ) r.. .. 1 V1'y N () r.. Y O ( }-, N D VI (N}-, ~ V VII NI'D yVII Nr.. D yVIIN D ~ Y i" ~ 1'y ~1'VI y ~1'yVI ~1'y 1-' l' N 1) VI (NI'~ V ~ (NI'1) V Vf (Nr.. 1) Y vf (N IJ vf ~ , }.. -1'~ '-I , }.. -1~ ~, }.. -1'~ ~, }.. '~ }.. N V ( ~ ( 1) }-, NI'-VfV ~V N ( N ( 1) }-, VfV¡I'N (.. 1 V N ( D r..Vfy:¡ 1'vfV N ( N ( D~ .) ( vf r.. ~ 1, }-, .. 1 Y ~, }-, 1Y , }-, 1Y 1 V ( JI'~V N ( JI'.. 1 V N (Jr.. .. 1 V N ( ) ~ ( }-, N º1) i"VI ; ~N ~ V NVI N ( D 1'VID ~ ~VI N D r.. VI ~ ~VI N D = 1-' V1 O

FIG. 10

2

\ ) )

/-" 8

I-i ( 'I-i 1 t-t I-i I-i I-i I

'" , / \ "-J

FIG. 11

FIG. 13

4

FIG. 14

3

r-8

- '16

---8

16

-'

FIG. 15