ES2273813T3

ES2273813T3 - Sistema de ilumincacion para objeto rotativo.

Info

Publication number: ES2273813T3
Application number: ES01915628T
Authority: ES
Inventors: Tryggvi Emilsson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2021-04-05
Also published as: US6270391B1; WO2002081042A1; JP2004520914A; EP1372804B1; EP1372804A1; DE60123671T2; DE60123671D1

Abstract

Un objeto rotativo que comprende a) un miembro (1) de cuerpo que tiene un eje central alrededor del cual dicho miembro está adaptado para rotar; b) al menos un dispositivo (2) de emisión de luz; c) una fuente (3) de alimentación; caracterizado porque además comprende d) un sensor (4) de campo magnético capaz de emitir una señal eléctrica en respuesta al movimiento del cuerpo a través del campo magnético de la tierra.

Description

Sistema de iluminación para objeto rotativo.

Campo técnico y antecedentes de la invención

Esta invención se refiere en general a sistemas de iluminación para objetos rotativos, y en particular a un sistema de destellos luminosos para un juguete llamado "platillo volante".

El conocido juguete platillo volante es simplemente un disco de peso ligero con características aerodinámicas que le permiten desplazarse distancias considerables cuando se lanza y que gira durante el vuelo. Un dispositivo común de este tipo es el disco volante de tipo "FRISBEE" (Marca Registrada). Los juguetes consistentes en discos volantes de acuerdo con la técnica anterior se han mejorado con luces montadas sobre los mismos para añadir interés y entretenimiento. Juguetes iluminados consistentes en discos volantes típicos son aquellos descritos en la patente US 3,786,246 que utiliza la luminiscencia química o el sistema de destellos luminosos alimentado mediante baterías descrito en la patente US 3,812,614.

El documento US-B-6,193,620 (Tamg) describe un sistema de juego de golf de platillo volante ajustable de tamaño variable multimedia. El platillo volante se hace girar sobre una plataforma de lanzamiento. El platillo tiene un cuerpo en forma de campana con una banda que rodea segmentos de goma espuma. Hay LEDs activados por vibración instalados en la banda de anillo del platillo volante. Estos LEDs se iluminan cuando vibran debido al movimiento del dispositivo cuando gira en el aire. Los LEDs vibrarán a través del campo entre dos imanes, generando así una fuerza eléctrica para iluminar los LEDs.

El documento US-A-3,662,255 describe un detector de metales para localizar piezas de metal enterradas. Una bobina inductora formada de un cable coaxial cuyo conductor interno se conecta al circuito de determinación de frecuencia de un oscilador y cuyo conductor coaxial externo está a tierra para formar una pantalla electrostática. Cuando el montaje de sonda se mueve en la proximidad de un objeto de metal enterrado a cualquier otra sustancia conductora, el campo magnético producido por la corriente alterna en el conductor del detector de metal es perturbado por el objeto de metal o sustancia conductora. Esta perturbación se puede utilizar para generar una señal que puede hacer variar un dispositivo de salida, por ejemplo, una señal audible o una señal luminosa.

Sistemas posteriores han utilizado diodos emisores de luz (LEDs) como una fuente luminosa, alimentados por baterías de bajo voltaje. Unos pocos discos voladores han sido dotados de circuitería para aplicar una onda cuadrada o un voltaje cíclico similar a los LEDs. Este tipo de circuitería ha incluido circuitos de temporización y osciladores formados con puertas NOR o NAND. Desafortunadamente, las pulsaciones regulares de las fuentes luminosas LED no son controlables de ningún modo por el usuario. Además, los LEDs deben ser encendidos antes de su uso, y apagados después de su uso.

Se han hecho algunos intentos para proporcionar un juguete consistente en un disco volador con un interruptor incorporado que conecte la alimentación sólo cuando el disco está en uso. Tales interruptores han incluido interruptores eléctricos activados centrífugamente. Aunque los juguetes consistentes en discos voladores iluminados descritos arriba son factibles, todavía presentan algunas deficiencias. El sistema de luminiscencia química tiene la desventaja básica de que una vez ha sido activado no se puede desactivar y por tanto simplemente permanece encendido hasta que se gasta. Los sistemas alimentados por baterías bien producen luces que se encienden de modo continuo durante el vuelo, o bien producen destellos a alguna frecuencia fijada, que no está relacionada con la velocidad de rotación del juguete.

Es, por tanto, deseable tener un sistema de iluminación para un objeto rotativo, como un juguete consistente en un disco rotativo, aunque no limitado a éstos, en el que el patrón de iluminación emita destellos en sincronía exacta con la rotación, haciendo por tanto que el patrón parezca estacionario (es decir, no rotativo) para un observador.

Resumen de la invención

El propósito principal de la presente invención es proporcionar un sistema de destellos luminosos para un objeto rotativo donde la temporización de las luces esté controlada por señales obtenidas de transductores que responden a la orientación instantánea del flujo del campo magnético de la tierra a través del objeto.

La presente invención está dirigida a un objeto o disco volador novedoso que comprende iluminación LED, que emite destellos en respuesta a la rotación del objeto o disco en el campo magnético de la tierra. La invención se describe en la reivindicación 1.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un juguete consistente en un disco volador que incorpora la invención.

La Fig. 2 es un diagrama esquemático de los componentes de un juguete consistente en un disco volador que incorpora la invención.

Descripción de realizaciones preferidas

En una realización de la presente invención se presenta un objeto volador o juguete consistente en un platillo volante, como un juguete "FRISBEE" (Marca Registrada), en el que se proporciona un sistema de iluminación donde las luces parpadean, encendiéndose y apagándose en sincronía exacta con la rotación del disco. Por "disco" u "objeto" se entiende en el presente documento tanto artículos sólidos como con forma de anillo. La temporización del parpadeo luminoso es controlada por un medio de sensor que determina la orientación angular del objeto de disco con relación al campo magnético de la tierra o a cualquier otro. En esta realización de la invención, el medio de sensor puede ser, por ejemplo, una barra delgada de hierro magnéticamente "suave" arrollada con múltiples vueltas de alambre delgado de cobre aislado formando una bobina. Un ejemplo sería una barra delgada de hierro suave, de 76 mm (3 pulgadas) de longitud y 3 mm (1/8 de pulgada) de grosor, arrollada con aproximadamente 1500 hasta 2000 vueltas de alambre de cobre aislado. Cuando el objeto gira, el campo magnético de la tierra induce un voltaje en dicha bobina, de acuerdo con la ley de inducción de Faraday. El voltaje inducido en la bobina está típicamente entre unos pocos milivoltios y una décima parte de un voltio. Esta señal se lleva a un amplificador operacional que controla los LEDs, que así se encienden y apagan en sincronía con la rotación del objeto.

Por tanto, una realización de la presente invención proporciona un miembro de cuerpo que comprende un cuerpo sustancialmente con forma de disco que termina en su periferia en un reborde que sobresale hacia dentro, por lo cual el cuerpo y el reborde definen una superficie superior sustancialmente convexa y una superficie inferior sustancialmente cóncava.

En otra realización de la presente invención, un juguete consistente en un disco volador está equipado con un sensor de campo magnético que utiliza el campo magnético de la tierra para producir una señal de temporización, que a su vez se puede utilizar para encender y apagar las luces. Por tanto, cuando el juguete consistente en un disco volador vuela girando por el aire, se puede hacer que las luces se enciendan y apaguen con cada revolución, proporcionando así un patrón de iluminación que parece ser estacionario, o no rotativo.

En otra realización, se puede utilizar una pluralidad de medios de sensor de campo magnético situados sobre o dentro del perímetro del objeto o disco rotativo en diferentes ángulos, proporcionando así señales de temporización de varios ángulos de fase para la generación de patrones de luz más intrincados y entretenidos. Además, el objeto rotativo de la presente invención puede comprender además una circuitería electrónica mediante la cual el movimiento del miembro de cuerpo a través de las líneas de un campo magnético acciona el sensor de campo magnético para que emita una señal eléctrica que provoca que uno o más dispositivos de emisión de luz o dispositivos de cristal líquido se enciendan.

El sensor de campo magnético útil en la presente invención está basado en la ley de Faraday, que establece E = n dQ/dt, donde E es el potencial que se establece en una bobina con n vueltas y Q es el flujo magnético a través de la bobina. El flujo Q es la integral del campo magnético B en el área de la bobina. Como se puede considerar que el campo magnético es homogéneo, esta integral se puede calcular como Q = (H)(u)(a)sen(theta), donde B = Hu y donde a es el área de la bobina, H es el campo magnético de la tierra, u es la permeabilidad magnética del material del núcleo de la bobina y theta es el ángulo entre el eje del núcleo y el campo de la tierra. Si el juguete consistente en un disco volador, como el juguete FRISBEE (Marca Registrada), rota con una velocidad angular omega, entonces el voltaje inducido se puede expresar como E = u x n x H x a x d(sen omega(t))/dt, donde omega(t) = theta.

En un ejemplo de la presente invención y no como una limitación, un juguete de la marca Frisbee gira alrededor de diez veces por segundo cuando se lanza, de forma que omega = 10x2x(3,14), o alrededor de 60 radianes por segundo. El campo magnético de la tierra es aproximadamente 0,5 Gauss, o 0,00005 Tesla. La permeabilidad del núcleo de hierro utilizado en un ejemplo de la presente invención es aproximadamente 5000 y la bobina tiene alrededor de 1000 vueltas y un área de 2 milímetros cuadrados, o alrededor de 0,000002 m^{2}.

Por tanto,

E = 5000 x 1000 x 0,00005 x 0,000002 x d(sen(60t))/dt

E = 0,0005 x 60 x cos(60t) = 0,03 voltios x cos(60t)

Este cálculo ilustra el voltaje esperado de la bobina, girando a 10 revoluciones por segundo en el campo magnético de la tierra.

Ordinariamente, este voltaje no es suficiente para alimentar suficientemente un LED para su percepción visual. Como la resistencia de la bobina es alrededor de 20 ohmios, la potencia disponible para una carga externa está en el orden de 20 microvatios. Se puede, por tanto, obtener un voltaje más alto aumentando el diámetro del núcleo, o aumentando la permeabilidad del núcleo, o aumentando el número de vueltas de la bobina.

En ciertas realizaciones de la presente invención, puede no ser factible conseguir potencia suficiente de la bobina para alimentar los LEDs directamente. En tales situaciones, de cuerdo con la presente invención, se puede utilizar un amplificador para elevar la potencia hasta un nivel suficiente. Treinta milivoltios, por ejemplo, es con frecuencia suficiente para llevar el amplificador operacional más barato hasta la saturación. Se puede utilizar un alambre aislado muy fino en la bobina, ya que la impedancia de entrada de los amplificadores operacionales típicos es de muchos mega ohmios.

La Fig. 1 ilustra una realización de un dispositivo de la presente invención. Otras formas y modificaciones fácilmente reconocibles por aquellos expertos en la materia también caen dentro del ámbito de la presente invención.

La Fig. 2 es un diagrama de un circuito eléctrico representativo de la presente invención. El amplificador operacional puede ser, por ejemplo, aunque no se limita a éste, un LM10 de National Semiconductor, aunque aquellos expertos en la materia reconocerán fácilmente la intercambiabilidad de amplificadores equivalentes. Este tipo particular de amplificador operacional es preferido porque no requiere una alimentación equilibrada y funciona con cualquier voltaje desde 1,1 voltios hasta 40 voltios. Además, los amplificadores preferidos tienen una referencia interna y un segundo amplificador operacional de baja potencia en el chip, de forma que con la adición de una resistencia (R1) externa variable, es fácil equilibrar la desviación a la entrada. Las especificaciones del amplificador operacional establecen que la desviación de entrada máxima es de 2 milivoltios. Siempre que la salida del sensor sea mayor que 2 milivoltios, como por ejemplo 30 milivoltios, no es necesario equilibrar la desviación. Como un resultado, un amplificador operacional simple funcionará de manera efectiva. La única condición es que la ganancia en bucle abierto sea suficiente para alimentar al amplificador hasta los límites del voltaje de alimentación. La mayoría de los amplificadores operacionales comerciales tienen ganancias en bucle abierto de 10.000 a 50.000, que es más que suficiente como para ser funcionales en la presente invención.

De acuerdo con la presente invención, la salida de alimentación se puede acoplar a los LEDs a través del condensador C1 de 5 \muF. Se puede disponer un par de LEDs para que se enciendan brevemente justo cuando la señal de la bobina de sensor cruza desde positivo a negativo, y los otros LEDs se encienden cuando el voltaje del sensor cruce desde negativo a positivo. Cuando el objeto o juguete no está girando, ninguno de los LEDs recibe ninguna alimentación y las pérdidas de la batería son bastante bajas, o alrededor de 0.1 miliamperio o menos.

En la realización del dispositivo y circuito de la Fig. 1 y Fig. 2, los valores de los componentes no son críticos en la presente invención. Por ejemplo, los dos componentes marcados "50k" son preferiblemente resistencias de 50 kilo-ohmios, pero podrían ser cualquier cosa, incluso hasta muchos mega ohmios, siempre que fuesen aproximadamente iguales entre sí. (Por ejemplo, podrían ser ambos de 1 mega ohmio +/- 30%, o ambos de 0,1 mega ohmio +/- 30%).

El componente marcado como "R1 10 k ohmios" es preferiblemente un potenciómetro. Podría tener cualquier valor desde 5 a 200 k ohmios. En muchas realizaciones se podría omitir completamente, ya que no hay una necesidad real de "equilibrar" la entrada del amp-op.

El componente marcado como "C1 5 \muF" es un condensador electrolítico. Su valor corresponde aproximadamente con la capacidad de corriente de salida máxima del amp-op particular utilizado, y el consumo de corriente de los LEDs. Los LEDs (marcados como "Rojo1", "Rojo2", "Amar1" y "Amar2") son por ejemplo, aquellos disponibles comercialmente como los LEDs de "alta intensidad" de RADIO SHACK (Marca Registrada). Si C1 se hace menor, los destellos luminosos del dispositivo de acuerdo con la presente invención se hacen más "secos", pero lucen menos. La salida de luz máxima de este circuito está limitada por la corriente de salida del amp-op. Destellos más brillantes se pueden obtener amplificando la salida del amp-op con la adición de transistores. Para los expertos en la materia serán evidentes infinitas variaciones.

De acuerdo con la presente invención, se proporcionan circuitos que proporcionan destellos brillantes y secos mientras el disco gira a través de las líneas del campo magnético de la tierra, consiguiéndose así patrones luminosos intrincados y fascinantes.

En otra realización de la presente invención, se presenta un circuito que consume una corriente tan baja cuando no está produciendo destellos que sería innecesario un interruptor de encendido/apagado.

Una característica clave de la presente invención es la capacidad de sincronizar los destellos o parpadeos de las luces en un objeto rotativo o giratorio a la velocidad de rotación del objeto, por lo cual, visto desde la posición de un observador estacionario, las luces parecen ser estacionarias independientemente de la velocidad de rotación del objeto giratorio.

En otra realización más, se puede añadir una fuente luminosa situada centralmente que podría ser fija o intermitente durante un minuto después de que el juguete haya dejado de girar. De esta forma, sería más fácil encontrar el juguete cuando se lanza en lugares oscuros, como matorrales o bajo coches aparcados, etc.

De acuerdo con la presente invención, también se pueden montar pequeñas luces sobre el objeto giratorio, como luces estroboscópicas de xenón, que son lo suficientemente brillantes como para ser visibles con luz solar. Dichas fuentes luminosas pueden incluir, por ejemplo, lámparas de flash como las utilizadas en cámaras desechables.

Otra realización de esta invención utiliza visualizadores de cristal líquido (LCDs) para un disco o juguete utilizable durante el día. En otra realización más, un visualizador de cristal líquido estaría alimentado directamente por la salida de una bobina, sin un amplificador ni baterías. Esta realización de la presente invención es factible y práctica debido a las necesidades de corriente extremadamente bajas de los LCDs.

La presente invención también está dirigida a objetos giratorios diferentes de los juguetes consistentes en discos giratorios. Así, por ejemplo, yo-yos y peonzas, embellecedores como tapacubos también se pueden iluminar mediante la técnica del sensor de campo magnético de la presente invención. Por tanto, por ejemplo, la presente invención presenta un juguete que comprende:

(a): dos piezas sustancialmente redondas conectadas a lo largo de sus líneas centrales por un eje corto y delgado, de forma que se mantiene un hueco entre las superficies paralelas de las dos piezas redondas, conocido como un "yo-yo";

(b): una cuerda fijada libremente al eje que puede enrollarse en el hueco entre las dos piezas redondas, y que se utiliza para dar un movimiento rotativo al juguete;

(c): al menos un medio de iluminación alimentado electrónicamente soportado por una o ambas piezas redondas, y que funciona para producir una señal luminosa distintiva cuando se acciona;

(d): una batería soportada por las piezas redondas, y que funciona para suministrar alimentación eléctrica al medio de iluminación; y

(e): un medio de sensor de campo magnético que detecta la rotación del juguete dentro o a través de las líneas de campo magnético de la tierra y de ese modo acciona el medio de iluminación.

Se pueden utilizar otros múltiples circuitos y sensores conocidos por aquellos expertos en la materia en varias realizaciones de la presente invención y todos esos circuitos y sensores se suponen incluidos dentro del ámbito de los equivalentes legales. Por ejemplo, también son operativos en el presente documento los llamados sensores de flujo de puerta, sensores de efecto Hall, sensores magneto-resistivos.

Por tanto, en una realización de la presente invención se proporciona un cuerpo sustancialmente con forma de disco que termina en su periferia en un reborde que sobresale hacia dentro. El cuerpo y el reborde definen una superficie superior sustancialmente convexa y una superficie inferior sustancialmente cóncava. El cuerpo con forma de disco está equipado con al menos uno y preferiblemente una pluralidad de LEDs, montados a intervalos separados alrededor de la pared lateral anular de la periferia del cuerpo con forma de disco, y/o alrededor de una sección central elevada del cuerpo con forma de disco. La circuitería electrónica para una fuente de alimentación, los LEDs, y un sensor de campo magnético se pueden alojar en una cavidad interior sobre la superficie superior convexa del cuerpo o bajo la superficie cóncava del cuerpo.

En otra realización, la presente invención presenta un cuerpo con forma de disco que tiene un reborde periférico doblado hacia abajo, estando adaptado dicho cuerpo para ser impulsado a través del aire en vuelo libre y rotando al mismo tiempo durante al menos una porción de dicho vuelo a una velocidad predeterminada. Este cuerpo con forma de disco está equipado con LEDs diametralmente opuestos y un medio de control conectado a dichos LEDs, donde dicho medio de control funciona apagando y encendiendo dichos LEDs a una frecuencia que es aproximadamente un número entero múltiple de dicha velocidad de rotación. De esta manera, se produce un efecto estroboscópico aparente de no-rotación para un observador de dicho cuerpo con forma de disco. El medio de control comprende un sensor de campo magnético o medio de sensor de campo que puede detectar las líneas de campo magnético, como las líneas del campo magnético de la tierra, y generar una señal mientras el cuerpo con forma de disco viaja cruzando, o a través de, dichas líneas de campo magnético.

Por tanto, la presente invención se refiere de manera amplia a un objeto rotativo que comprende

(a): un miembro de cuerpo que tiene un eje central alrededor del cual dicho miembro está adaptado para rotar

(b): al menos un dispositivo de emisión de luz,

(c): una fuente de alimentación, y

(d): un sensor de campo magnético capaz de emitir una señal eléctrica en respuesta al movimiento del miembro de cuerpo a través del campo magnético de la tierra.

La invención también proporciona un juguete aéreo con forma de disco que comprende:

(a): un miembro de cuerpo con forma de disco que tiene un eje central alrededor del cual gira el miembro de cuerpo en un vuelo sostenido cuando el miembro de cuerpo es lanzado al aire,

(b): al menos un medio de iluminación accionable alimentado electrónicamente soportado por el miembro de cuerpo, y que funciona produciendo una señal luminosa distintiva cuando se acciona;

(c): una fuente de alimentación como una batería soportada por el miembro de cuerpo, y que funciona suministrando alimentación eléctrica para el medio de iluminación; y

(d): un medio de sensor de campo magnético que detecta el movimiento del miembro de cuerpo a través de las líneas del campo magnético de la tierra y que acciona así el medio de iluminación. En una realización preferida, hay una pluralidad de medios de iluminación que son LEDs, y estos LEDs se encienden y apagan a una velocidad que es aproximadamente un número entero múltiple de la velocidad de giro del miembro de cuerpo cuando se lanza a través del aire.

La invención no se limita a las características específicas descritas en el presente documento, ya que los medios descritos en el presente documento comprenden formas preferidas de llevar a cabo la invención.

Claims

1. Un objeto rotativo que comprende

a): un miembro (1) de cuerpo que tiene un eje central alrededor del cual dicho miembro está adaptado para rotar;

b): al menos un dispositivo (2) de emisión de luz;

c): una fuente (3) de alimentación; caracterizado porque además comprende

d): un sensor (4) de campo magnético capaz de emitir una señal eléctrica en respuesta al movimiento del cuerpo a través del campo magnético de la tierra.

2. El objeto rotativo de acuerdo con la reivindicación 1, donde el miembro de cuerpo comprende un cuerpo sustancialmente con forma de disco que termina en su periferia en un reborde que se sobresale hacia abajo, por lo cual el cuerpo y el reborde definen una superficie superior sustancialmente convexa y una superficie inferior sustancialmente cóncava.

3. El objeto rotativo de acuerdo con la reivindicación 1 o reivindicación 2, donde dicho sensor de campo magnético es un núcleo arrollado por un conductor eléctrico.

4. Un objeto rotativo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que además comprende un circuito electrónico mediante el cual el movimiento del miembro de cuerpo a través del campo magnético de la tierra acciona el sensor de campo magnético de forma que éste emite una señal eléctrica que provoca que se encienda uno o más dispositivos de emisión de luz o dispositivos de cristal líquido.

5. El objeto rotativo de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que además comprende un amplificador operacional capaz de amplificar la señal emitida por el sensor de campo magnético.

6. Un objeto rotativo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende:

a): un miembro de cuerpo con forma de disco que tiene un eje central alrededor del cual el miembro de cuerpo gira en un vuelo sostenido cuando el miembro de cuerpo es lanzado al aire;

b): al menos un medio de iluminación alimentado eléctricamente soportado por el miembro de cuerpo, y que funciona para producir una señal luminosa distintiva cuando es accionado;

c): una batería soportada por el miembro de cuerpo, y que funciona para suministrar alimentación eléctrica para el medio de iluminación; y

d): un medio de sensor de campo magnético que detecta el movimiento del miembro de cuerpo a través de las líneas del campo magnético de la tierra y de este modo acciona el medio de iluminación.

7. Un objeto rotativo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde dicho miembro (a) de cuerpo comprende dos piezas sustancialmente redondas conectadas a lo largo de sus líneas centrales por un eje corto y delgado, de forma que se mantiene un hueco entre las superficies paralelas de las dos piezas redondas, y tiene una cuerda fijada libremente al eje que se puede enrollar en el hueco entre las dos piezas redondas, y que se utiliza para dar un movimiento rotativo al miembro de cuerpo, y que además comprende

b): al menos un medio de iluminación alimentado electrónicamente soportado por una o ambas piezas redondas, y que funciona para producir una señal luminosa distintiva cuando se acciona;

c): una batería soportada por las piezas redondas, y que funciona para suministrar alimentación eléctrica para el medio de iluminación; y

d): un medio de sensor de campo magnético que detecta la rotación del juguete en, o a través de, las líneas del campo magnético de la tierra y de este modo acciona el medio de iluminación.