MX2011011131A - Dispositivo para conversion de energia. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo para conversión de energía para convertir una forma de energía de entrada, seleccionada de una energía mecánica y energía eléctrica, a una energía de salida, seleccionada de una energía mecánica y energía eléctrica, usando componentes magnéticos estacionarios y movibles; una de las partes estacionarias o movibles puede ser un devanado y la otra puede ser un pistón constituido de un imán complejo que tenga un componente magnético axial sensible a los otros imanes axiales dispuestos opuestamente, y un componente magnético radial sensible a la fuente magnética radial para mantener en general el pistón en posición de flotamiento dentro del canal alargado entre los imanes dispuestos en los extremos opuestos del devanado.

Description

DISPOSITIVO PARA CONVERSIÓN DE ENERGÍA REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama prioridad de la solicitud provisional número de serie 61/171 ,641 presentada el 22 de abril de 2009 que tiene el título Kinetic Energy Conversión Device y todas las descripciones se incorporan a la presente por referencia.

CAMPO TÉCNICO Esta descripción se refiere en general a dispositivos para conversión de energía capaces de introducir energía eléctrica y/o mecánica y emitir energía eléctrica y/o mecánica. En particular, el dispositivo para conversión de energía se adapta para convertir una forma de energía de entrada seleccionada de una energía mecánica y energía eléctrica, en una energía de salida seleccionada de una energía mecánica y energía eléctrica que utilizan un componente magnético estacionario y móvil.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Por lo menos se proporcionan dos componentes magnéticos anidados, tal como componentes magnéticos toroidales, un componente activo crea un campo magnético y un componente pasivo, a partir del cual la energía del campo se convierte en energía mecánica o viceversa a través del movimiento relativo entre el componente activo y pasivo. El componente pasivo puede ser un pistón magnético y el componente activo puede ser un devanado eléctrico enrollado.

Para la conversión de energía mecánica en energía eléctrica, fuerzas externas, que se originan de una fuente de energía cinética tal como caminar, correr, conducir, mecanografiar, o el movimiento del aire o agua, o la expansión o la contracción de un fluido, pueden provocar que un imán flotante oscile con relación a un devanado o bobina. Por ejemplo, la energía mecánica del viento, agua u otro fluido en movimiento o de la actividad mecánica se pueden utilizar para provocar el movimiento relativo entre el pistón y el devanado y la energía generada por el movimiento relativo puede transferirse del devanado a y almacenarse como energía eléctrica por medio de un dispositivo de almacenamiento eléctrico tal como una batería o un capacitor. Para la conversión de energía eléctrica en energía mecánica, la energía eléctrica de una fuente externa provoca que el devanado cree un campo magnético que provoca que se mueva el imán flotante. La energía mecánica se utiliza directamente o se almacena por un dispositivo de almacenamiento de energía mecánica tal como un volante.

En un dispositivo ejemplar, un devanado o bobina define un eje longitudinal. Dos imanes fijos, uno colocado en cada extremo del eje longitudinal, actúan sobre un pistón magnético colocado de manera móvil con respecto al devanado y que se desplaza a lo largo del eje longitudinal. El movimiento relativo entre el pistón y el devanado puede ser horizontal o vertical o en cualquier ángulo entre los mismos.

En otro dispositivo ejemplar, el dispositivo de conversión de energía tiene un canal alargado definido por una fuente magnética radial, un devanado colocado coaxial con la fuente magnética radial, dos imanes axiales opuestamente colocados en ubicaciones fijas en extremos opuestos del canal alargado y un pistón colocado entre los mismos. Los ¡manes axiales radiales pueden ser imanes de tierras raras tal como imanes de neodimio.

En otro dispositivo ejemplar, un componente toroidal pasivo es significativamente más grande que un componente toroidal activo.

En incluso otro dispositivo ejemplar, el pistón puede ser un imán complejo que tiene un componente magnético axial sensible a los imanes axiales opuestamente colocados, y un componente magnético radial sensible a la fuente magnética radial para mantener generalmente el pistón en una posición flotante dentro de un canal alargado definido por el devanado o la bobina. Los campos magnéticos opuestos de los imanes axiales opuestamente colocados confinan el pistón flotante dentro del canal e incrementan el número y velocidad de las oscilaciones. Puede proporcionarse un cilindro que define el canal y puede envolverse de forma ajustada con un devanado de cobre toroidal que define el devanado. A medida que el pistón pasa a través del devanado, su movimiento crea un campo magnético en movimiento que se convierte en corriente eléctrica que fluye a través del devanado.

Se pueden configurar imanes adicionales alrededor del cilindro lo que permite que el pistón flote libremente, reduciendo la fricción entre el pistón y las paredes del cilindro.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Se describirán ahora algunas configuraciones del dispositivo para conversión de energía, por medio de ejemplo solamente y sin exclusión de otras configuraciones, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1A es una representación esquemática de un dispositivo para conversión de energía; La figura 1 B es una representación esquemática de un dispositivo para conversión de energía alternativa; La figura 2 es una vista en elevación lateral de un primer ejemplo de un dispositivo para conversión de energía, con componentes magnéticos internos mostrados en la línea imaginaria, La figura 3 es una vista en sección del dispositivo para conversión de energía de la figura 2 que se toma a lo largo de la línea 3-3 de la misma; La figura 4 es una vista en sección del dispositivo para conversión de energía de las figuras 2 y 3 que se toma a lo largo de la línea 4-4 de la figura 3; La figura 5 es una vista en elevación lateral de un segundo ejemplo de un dispositivo para conversión de energía, con componentes magnéticos internos mostrados en la línea imaginaria; La figura 6 es una vista en sección del dispositivo para conversión de energía de la figura 5 que se toma a lo largo de la línea 6-6 de la misma; y La figura 7 es una vista en sección del dispositivo para conversión de energía de las figuras 5 y 6 que se toma a lo largo de la línea 7-7 de la figura 6; La figura 8 es una vista superior de un pistón complejo alternativo para los dispositivos para conversión de energía de Figuras 1A-1 B DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Haciendo referencia ahora a las figuras, los dispositivos para conversión de energía ejemplares se muestran a detalle. Aunque las figuras representan configuraciones alternativas de los dispositivos para conversión de energía, las figuras no son necesariamente a escala y ciertas características pueden ser exageradas para proporcionar una mejor ilustración y explicación de una configuración. Las configuraciones establecidas en la presente no pretenden ser exhaustivas o de otra forma limitar el dispositivo a las formas precisas descritas en la siguiente descripción detallada.

Con relación a la figura 1A, que ilustra esquemáticamente un dispositivo para conversión de energía generalizado 10, se describirá la disposición de los componentes magnéticos y electromagnéticos de dispositivo para conversión de energía 10. En particular, el dispositivo para conversión de energía 10 incluye una fuente magnética radial 12 colocada coaxialmente con un devanado tal como un devanado toroidal 14. En la estructura ejemplar ilustrada, la fuente magnética radial 12 rodea un devanado toroidal 14. Juntos, la fuente magnética radial 12 y un devanado toroidal 14 definen un eje longitudinal 16 así como un canal alargado 18 para que un pistón 20 se alterne a lo largo del eje longitudinal 16. La fuente magnética radial 12 tiene una superficie circunferencial exterior 22 que tiene una primera polaridad y una superficie circunferencial interior 24 que tiene una polaridad opuesta a la superficie circunferencial exterior 22. Como se describe más abajo, la fuente magnética radial 12, por ejemplo, es un sólo imán en forma toroidal alargado o puede ser una pluralidad de imanes en forma de barra colocados radialmente alrededor del devanado toroidal 14. En algunas aplicaciones, el dispositivo para conversión de energía puede ser utilizado sin una fuente magnética radial 12.

El pistón 20 comprende un imán axial en forma de disco 28 que tiene una primera superficie 30 de una primera polaridad y una segunda superficie 32 de una polaridad opuesta a esa primera superficie 30. El pistón 20 comprende además un imán radial en forma toroidal 34 que rodea un imán axial 28 y que tiene una superficie circunferencial exterior 36 de una primera polaridad y una superficie circunferencial interior 38 de una segunda polaridad opuesta a la polaridad de la superficie 38. La superficie circunferencial interior 38 acopla una superficie circunferencial exterior 40 del imán axial 28. El imán radial 34 interactúa con la fuente magnética radial 12 para mantener el pistón 20 axialmente centrado en el canal 18. Esto ocurrirá si la superficie circunferencial interior 24 de la fuente magnética radial 12 tiene la misma polaridad o la polaridad opuesta que la superficie circunferencial exterior 36 del imán radial 34, ya que las fuerzas serán aproximadamente ¡guales en todas las direcciones, pero el pistón 20 será menos propenso a inclinarse con respecto al eje longitudinal 16 debido a cualquier desequilibrio de fuerzas si estas superficies tienen polaridad opuesta.

Debe notarse que todos los ¡manes utilizados en el dispositivo para conversión de energía pueden ser imanes de tierras raras, tal como imanes de neodimio, para proporcionar la resistencia deseada combinada con un bajo peso. Las elecciones alternativas para el material de neodimio se describen posteriormente en la presente.

Un imán axial en forma de disco 44 se coloca en un extremo longitudinal del canal 18. El imán axial 44 tiene una primera superficie 46 que mira hacia una primera superficie 30 del imán axial 28 del pistón 20 y tiene la misma polaridad como la primera superficie 30 para rechazar el pistón 20. El imán axial 44 tiene una segunda superficie 48 colocada opuesta a la primera superficie 46 y tiene la polaridad opuesta a la primera superficie 46. Un imán axial en forma de disco 50 se coloca en el otro extremo longitudinal del canal 18. El imán axial 50 tiene una superficie 52 que mira hacia una segunda superficie 32 del imán axial 28 del pistón 20 y tiene la misma polaridad como la segunda superficie 32 para rechazar el pistón 20. El imán axial 50 tiene una segunda superficie 54 colocada opuesta a la primera superficie 52 y tiene la polaridad opuesta a la primera superficie 52.

Por lo tanto, como se muestra en la figura 1A, los imanes axiales 44 y 50 cooperan con el imán axial 28 del pistón 20 y la fuente magnética radial 12 coopera con el imán radial 34 del pistón 20 para mantener el pistón 20 flotando en una posición fija dentro del canal 18 a menos que se perturbe por una fuerza externa. Además, si cualquier acontecimiento causa un reposicionamiento del pistón 20 con respecto a cualquiera de los componentes del imán 12, 44, o 50, las fuerzas magnéticas netas sobre el pistón 20, tomando también en cuenta la fuerza de gravedad en el pistón 20, causarán que el pistón 20 oscile dentro del canal 18 a lo largo de eje longitudinal 16 hasta que se restaure a una posición estacionaria equilibrada. A medida que el pistón 20 oscila, el devanado toroidal 14 genera energía eléctrica del campo magnético en movimiento. Ya que el pistón 20 es libre de flotar dentro del canal 18, no se pierde la energía para la fricción entre superficies de apoyo sólidas.

El dispositivo para conversión de energía 10 además incluye otro devanado toroidal 60 colocado adyacente al imán axial 50. El devanado toroidal 60 puede energizarse selectivamente para alterar temporalmente el equilibrio de fuerzas que actúan sobre el pistón 20 para iniciar o ayudar a la oscilación del pistón 20. Se apreciará que la oscilación del pistón 20 pueda iniciarse alternativa o adicionalmente o ayudarse por un pistón que provoca acción mecánica 20 para moverse con relación a los otros componentes magnéticos 12, 44 y 50, o alternativamente provocar que cualquiera de los componentes magnéticos 12, 44 y 50 se mueva con relación al pistón 20. Se apreciará además que el movimiento relativo entre el pistón 20 y el devanado toroidal 14 establecerán una corriente en el devanado toroidal 14 que puede utilizarse como una fuente de energía eléctrica.

La figura 1 B ilustra esquemáticamente un dispositivo para conversión de energía generalizado alternativo 10a en donde la disposición de los componentes magnéticos y electromagnéticos es similar a aquella descrita anteriormente salvo que el pistón 20a e imanes axiales 44a y 50a tienen forma de anillo. En esta disposición, el pistón 20a se coloca fuera de la fuente magnética radial 12 y el devanado toroidal 14 y el imán axial 50a se coloca fuera del devanado toroidal 60. El pistón 20a se compone de un imán radial en forma de anillo interior 34a y un imán axial en forma de anillo exterior 28a. Los imanes axiales 44a y 50a interactúan con el imán axial 28a y la fuente magnética radial 12 interactúa con el imán radial 34a de acuerdo con los mismos principios que los componentes igualmente numerados del dispositivo para conversión de energía generalizado 10 de la figura 1A que se describió anteriormente.

Cabe señalar que se proporciona una pluralidad de devanados toroidales. Se proporcionan uno o más devanados toroidales pasivos para crear una corriente de salida como una función del movimiento del pistón. Se proporcionan uno o más devanados toroidales activos para crear un campo magnético opuesto al campo magnético del pistón. El devanado toroidal pasivo es significativamente más grande que el devanado toroidal activo. La energía creada por el pistón que interactúa con el devanado toroidal pasivo puede ser transferida a y almacenada en un dispositivo eléctrico tal como una batería o capacitor. El devanado toroidal activo puede utilizar la energía eléctrica previamente creada por los imanes del pistón móvil que interactúan con el devanado toroidal pasivo.

Haciendo referencia ahora a las figuras 2-4, se describirá un primer dispositivo para conversión de energía ejemplar 10'.

Como se muestra en las figuras 3 y 4, el devanado toroidal 14 se enrolla alrededor y se soporta por un tubo 64 formado de un material no conductivo adecuado tal como plástico. Como se muestra solamente en la figura 4, el devanado toroidal 60 también se puede enrollar alrededor y soportarse por el tubo 64. Una superficie interior 66 del tubo de plástico 64 define el canal 18 para el pistón 20.

Como mejor se muestra en la figura 4, el dispositivo para conversión de energía 10' se proporciona con un alojamiento exterior 70 que tiene una pared cilindrica 72 encerrada en un extremo por una pared plana 74 y que se fija al otro extremo con una cubierta 76 para formar un cercado para los componentes magnéticos del dispositivo para conversión de energía 10'. El imán axial 44 se fija a la cubierta 76. El imán axial 50 se fija a la base 74 dentro de un alojamiento exterior 70. El pistón 20 se muestra separado de devanado toroidal 14 para evitar la pérdida de energía para fricción entre componentes. Sin embargo, el pistón 20 puede proporcionarse con un diámetro suficientemente grande con respecto al diámetro interior del devanado toroidal 14 para restringir el flujo de aire entre las porciones del canal 18 en cualquier lado del pistón 20. Para evitar la formación de presión de aire en cualquier lado del pistón 20 de inhibir el movimiento del pistón 20, el alojamiento 70 puede proporcionarse con aberturas, no se muestran, que permiten el flujo de aire en cualquier extremo del canal 18.

Los alambres 78 (véase las figuras 2 y 4) para activar el devanado toroidal 60 se extienden a través de las aberturas 80 en la pared cilindrica 72 a una fuente de energía externa 82, como se muestra en la figura 4. La fuente de energía 82 puede conectarse selectivamente al devanado toroidal 60 a través de un interruptor 84, que puede ser un interruptor manual o puede ser un interruptor activado automáticamente, tal como por medio de un microprocesador, cuando se desea introducir un desequilibrio magnético temporal al pistón 20 para iniciar o ayudar en la oscilación del pistón 20. Los alambres 86 (véase las figuras 2 y 4) conectados al devanado toroidal 14 de igual manera se extienden a través de las aberturas 88 en la pared cilindrica 72 a una carga eléctrica 90, como se muestra en la figura 4. Alternativamente, los alambres 86 se pueden reemplazar por un sistema de transmisión de energía inalámbrico.

El dispositivo para conversión de energía 10' se puede configurar para proporcionar salida de corriente directa o corriente alterna. La carga eléctrica 90 puede ser uno o más dispositivos eléctricos capaces de consumir energía, uno o más dispositivos de almacenamiento utilizados para almacenar energía para uso posterior, o un sistema de distribución de energía. Los dispositivos de almacenamiento ejemplares para la carga eléctrica 90 incluyen baterías, volantes, capacitores, y otros dispositivos capaces de almacenar energía utilizando sistemas de almacenamiento eléctricos, químicos, térmicos o mecánicos. Los dispositivos eléctricos ejemplares para la carga eléctrica 90 incluyen motores eléctricos, celdas de combustible, dispositivos para conversión de hidrólisis, dispositivos para cargar baterías, luces, y elementos de calefacción. La carga eléctrica de los sistemas para distribución de energía ejemplares 90 incluye un panel de interruptor de circuitos residencial, o red de energía eléctrica. La carga eléctrica 90 también puede incluir un dispositivo para conversión de energía eléctrica intermedio capaz de convertir la energía para formar poder a una forma utilizable por medio de la carga eléctrica 90 tal como un inversor.

Aunque la fuente de energía 82 y carga eléctrica 90 se ilustran esquemáticamente como independientes del dispositivo para conversión de energía 10', cualquiera o ambas pueden integrarse con el dispositivo para conversión de energía 10' o conectarse con el dispositivo para conversión de energía 10' de alguna manera. En particular, una o ambas pueden fijarse alternativamente al alojamiento exterior 70 o cubierta 76 o montarse dentro de un compartimiento formado en el alojamiento exterior 70 o cubierta 76. Incluso otra alternativa sería que la fuente de energía 82 o carga eléctrica 90 incorpore la cubierta 76. Además, aunque la fuente de energía 82 y la carga eléctrica 90 se ilustran esquemáticamente como ubicadas tangencialmente con relación al eje longitudinal 16, cualquiera o ambas pueden ubicarse ventajosamente a lo largo del eje longitudinal 16 para algunas implementaciones. De este modo, por ejemplo, pero no se ilustra, una pared cilindrica 72 del alojamiento exterior 70 se puede extender más allá de la pared 74 para proporcionar un compartimiento para el almacenamiento de una fuente de energía 82 o carga eléctrica 90, tal como baterías cilindricas, un radio, o una luz. Adicional o alternativamente, la cubierta 76 se puede proporcionar con un compartimiento o característica de fijación para una fuente de energía o una carga eléctrica.

El dispositivo para conversión de energía 10' puede utilizar seis imanes de barra separados igualmente 12a a 12f colocados alrededor de la periferia del devanado toroidal 14 como una fuente magnética radial. Una pared interior 92 del alojamiento exterior 70 mantiene la disposición de imanes de barra en su relación separada deseada.

El dispositivo para conversión de energía 10' por lo tanto puede ensamblarse, como se muestra en la figura 4, al insertar el pistón 20 en el alojamiento exterior 70, deslizando el tubo 64 que porta los devanados toroidales14 y 60 y el pistón 20 en el alojamiento exterior 70, y luego fijando la cubierta 76 para cerrar el alojamiento exterior 70.

El alojamiento 70 puede proporcionarse con extremidades o puntos de montaje apropiados, no mostrados, si se desea, para soportar selectivamente el dispositivo para conversión de energía 10' en una posición horizontal, una posición vertical, o ambas. Si la intención es operar el dispositivo para conversión de energía 10' con el eje longitudinal 16 verticalmente colocado, entonces puede ser deseable seleccionar un imán axial 50 que sea más fuerte que el componente magnético axial del pistón 20 y seleccionar un imán axial 44 que sea más débil que el componente magnético axial del pistón 20 para ajustar para la fuerza de gravitación en el pistón 20.

Haciendo referencia ahora a las figuras 5-7, se describirá un segundo dispositivo para conversión de energía ejemplar 10". El dispositivo para conversión de energía 10" es similar al dispositivo para conversión de energía 10' salvo como se describe más abajo.

Como se muestra en las figuras 6 y 7, el devanado toroidal 14 se enrolla alrededor y se soporta por una pared cilindrica 94 de un alojamiento interior 96. El alojamiento interior 96 se forma de un material no conductivo adecuado. El alojamiento interior 96 tiene una pared plana 98 (véase figuras 5 y 6) que cierran un extremo de la pared cilindrica 94 y una pestaña anular 100 que se extiende desde la pared cilindrica 94. La pared cilindrica 94 del alojamiento interior 96 define un canal 18 para el pistón 20. El imán axial 44 se fija a la pared plana 98 dentro del alojamiento interior 96.

Un alojamiento exterior 70" que tiene una pared cilindrica 72' (véase figura 7) unida a una base plana 74' proporciona un cercado parcial para los componentes magnéticos del dispositivo para conversión de energía 10" en una manera similar al alojamiento exterior 70 (véase figuras 2, y 4) del dispositivo para conversión de energía 10', salvo que en lugar de una cubierta 76, el extremo abierto del alojamiento exterior 70" (véase figuras 5 y 7) se cierra por medio de la pestaña anular 100 del alojamiento interior 96.

El dispositivo para conversión de energía 10" además difiere del dispositivo para conversión de energía 10' en que, en lugar de utilizar seis imanes de barra, el dispositivo para conversión de energía 10" utiliza un imán toroidal alargado 104 ajustado en el alojamiento exterior 70" como una fuente magnética radial. El dispositivo para conversión de energía 10" además difiere del dispositivo para conversión de energía 10' porque tiene un soporte 106 (véase figura 6) que se extiende desde la pared cilindrica 72" para soportar selectivamente el dispositivo para conversión de energía 10" en una superficie horizontal. Se apreciará que, a pesar del dispositivo para conversión de energía 10' que se diseña para utilizar de manera ventajosa la fuerza de gravedad en el pistón 20, el dispositivo para conversión de energía 10" pueda colocarse en cualquier orientación de cero a noventa grados con relación a un plano horizontal y, si se desea, el soporte 106 puede omitirse. Como se muestra, el devanado toroidal 60 se puede enrollar alrededor del imán axial 50. Alternativamente, no se muestra, el devanado toroidal 60 puede enrollarse alrededor de una pared cilindrica 94 del alojamiento interior 96 o alrededor de un carrete.

El dispositivo para conversión de energía 10" por lo tanto puede ensamblarse, como se muestra en la figura 7, al deslizar el imán toroidal 104 y el pistón 20 en el alojamiento exterior 70", insertando el alojamiento interior 96 en el alojamiento exterior 70" y luego fijando la pestaña anular 100 al alojamiento exterior 70".

Los dispositivos para conversión de energía 10, 10a, 10' y 10" pueden utilizarse como un generador, un motor, una bomba, un compresor, un motor, o un transformador de energía eléctrica. Cuando se usa como un transformador, la energía eléctrica puede introducirse al devanado toroidal 60 y la energía eléctrica puede emitirse desde el devanado toroidal 14. Cuando se usa como un generador, la energía mecánica se puede introducir al mover en forma recíproca el alojamiento exterior 70 o 70" a lo largo del eje 16 y la energía eléctrica puede emitirse desde el devanado toroidal 14. El movimiento mecánico puede proporcionarse, por ejemplo, por cualquier fuente que sea capaz de oscilar el alojamiento a lo largo del eje longitudinal 16, tal como las olas del océano, viento, motores de combustión de combustible recíproco o actividad manual. Alternativamente, el movimiento mecánico puede ser impartido al pistón 20 o 20a. Por ejemplo, los dos extremos del alojamiento 70 o 70" pueden tener aberturas, no se muestran, para permitir el movimiento de aire en el canal 18 en un lado del pistón y fuera del canal 18 en el otro lado del pistón para impartir movimiento al pistón como resultado de la diferencia de presión a través del pistón. La salida del dispositivo para conversión de energía puede configurarse para ser corriente directa o alterna.

Cuando se usa como un motor, la energía eléctrica, por ejemplo de líneas de energía, energía solar, eólica, o almacenada, puede introducirse en el devanado toroidal 60 o a través del devanado toroidal 14 para provocar la vibración o movimiento recíproco del pistón 20 o 20a y un movimiento reaccionario del alojamiento exterior 70 o 70". La energía mecánica puede aprovecharse a través de un acoplamiento al pistón 20 o 20a o alternativamente a través del uso o aprovechamiento del movimiento o vibración recíprocos del alojamiento exterior 70 o 70", que puede ocurrir en la reacción al movimiento del pistón 20 o 20a. Cuando se usa como una bomba o compresor, los pasajes adecuados de la válvula, no se muestran, pueden proporcionarse para permitir que el pistón 20 o 20a bombee aire u otro fluido o comprima un fluido.

Un dispositivo para conversión de energía puede configurarse como una sola etapa que tiene un conjunto individual de imán axial 50, un conjunto individual de devanados toroidales 14 y 60, una fuente magnética radial individual 12, y un pistón individual 20 o 20a, como se describió anteriormente. Alternativamente, un dispositivo para conversión de energía del compuesto, no se ilustra, puede tener múltiples etapas, cada una con por lo menos su propio pistón, que se puede operar en serie, en paralelo, o independientemente. Cuando se construye con múltiples etapas, las etapas individuales pueden compartir componentes, como alojamientos exteriores o interiores. Las etapas múltiples pueden alinearse axialmente entre sí tal como, por ejemplo, al tener múltiples etapas similares al dispositivo para conversión de energía 10, 10a, 10' o 10" extendiéndose secuencialmente a lo largo del eje longitudinal 16 o teniendo uno o más dispositivos para conversión de energía tipo anillo 10a colocados concéntricamente alrededor de un dispositivo para conversión de energía central 10, 10a, 10' o 10". Alternativamente, múltiples dispositivos para conversión de energía pueden conectarse eléctricamente o mecánicamente en paralelo o en serie.

Con referencia ahora a la figura 8 se ilustra un imán complejo alternativo 120 formado de una pluralidad de segmentos magnéticos 122a -122f delimitados en un anillo 124. El imán complejo 120 puede ser un imán de anillo de neodimio radial del tipo vendido por Engineered Concepts, 1836 Canyon Road, Vestavia Hills, AL 35216, propietario George Mizzell en Birmingham, Alabama, y puesto a la venta bajo el nombre SuperMagnetMan, por ejemplo, como números de partes RR0060N, RR0090N, o, RR0100S. El pistón complejo 120 puede utilizarse en cualquiera de los dispositivos para conversión de energía 10, 10a, 10' o 10".

El solicitante ha determinado experimentalmente que dichos imanes tienen la propiedad de tener un componente magnético axial para presentar de manera efectiva un polo norte en una cara 126 y un polo sur en una cara opuesta que no se muestra mientras que también tiene un componente radial que presenta un primer polo, tal como un polo norte en la primera cara arqueada 128, y un polo opuesto, tal como un polo sur, en una segunda superficie de la cara arqueada 30.

En particular, el imán complejo 120 puede fabricarse utilizando múltiples secciones del imán 122a-f que se crean individualmente y luego se ensamblan en el anillo 124. El anillo 124 puede estar comprendido de aluminio y tener una pared cilindrica exterior 132 y por lo menos una pared anular 134 para acoplar las secciones magnéticas. La pared anular 134 puede tener una abertura centralmente situada 136 para utilizarse en el montaje del imán complejo a otros componentes, tal como una flecha, cuando se requiere para algunas aplicaciones. Cuando se utiliza con el dispositivo para conversión de energía 10a, que se muestra en la figura 1 B, la abertura 136 será lo suficiente grande para limpiar la bobina o el devanado 14 así como la fuente magnética radial 12, si se utiliza una fuente magnética radial.

Por ejemplo, un pistón complejo aceptable se ha fabricado utilizando diez segmentos magnéticos diametrales N42 separados. Para algunas aplicaciones, un pistón complejo más débil puede hacerse de forma adecuada de segmentos N40 o N32, ya que es más fácil de ensamblar utilizando segmentos de imán más débiles. Se ha sugerido experimentalmente que dichas variables como la resistencia de gauss, la resistencia y longitud del campo magnético del pistón 120, así como la velocidad (oscilaciones) del imán radial se pueden aumentar al máximo. La adición de un segundo imán radial también parece ser experimentalmente útil. Sin embargo, de experimentos hechos hasta la fecha, parece que las variables más importantes para aumentar al máximo son la resistencia de gauss y la resistencia magnética radial y por lo tanto puede desearse un pistón hecho de N52.

Se apreciará que el dispositivo para almacenamiento de energía descrito anteriormente pueda actuar en combinación con y proporcionar una entrada, ya sea primaria o secundaria, a un sistema de circuitos individual tal como un panel de fusibles de casas residenciales alimentados por una rejilla de energía comercial o a una rejilla de generación de energía de agua, nuclear, eólica, solar, de ondas, o cualquier otro tipo de rejilla de generación de energía eléctrica tal como se utiliza para el consumo de energía privado y/o público. El dispositivo puede ser una entidad singular o entidades múltiples combinadas como unidades en serie, paralelas o independientemente para proporcionar salida incrementada. El dispositivo puede ser capaz de actuar en combinación con un dispositivo eléctrico capaz de calcular y regular la energía de entrada al toroide activo 60 de manera que se mantenga el movimiento del pistón. El dispositivo puede, actuando en combinación con un dispositivo eléctrico capaz de calcular y regular la energía de entrada al toroide activo (60), por ejemplo, un módulo de control electrónico capaz de ser programado, leer las señales de entrada y generar señales de salida con base en las señales de entrada de manera que el movimiento del pistón se desacelere, se detenga o invierta con un mínimo de energía de entrada al toroide activo.

Un algoritmo del control puede proporcionarse capaz de derivar la desaceleración y aceleración del pistón y calculando la energía toroidal requerida necesaria para acelerar el pistón a su velocidad requerida y generar una corriente y señal de entrada de voltaje para el toroide activo. El algoritmo requeriría en forma mínima señales de entrada que consisten en el desplazamiento del pistón en tres posiciones diferentes, por ejemplo, utilizando sensores de efecto Hall, cada posición detectada pasando el punto medio de desplazamiento del pistón a lo largo del eje longitudinal hacia un imán horizontal, calculando el tiempo entre los tres impulsos para derivar la velocidad y desaceleración durante dos periodos de tiempo, calculando el índice de desaceleración como una función de la posición del pistón, calculando el punto en el cual se detendrá el pistón, determinando la fuerza necesaria para acelerar el pistón a la velocidad inicial deseada, calculando la fuerza toroide requerida, generando una señal de comando corriente (para una voltaje fijo) y midiendo la aceleración a medida que el pistón se desplaza en la dirección opuesta a lo largo de su eje longitudinal y ajustando el nivel de energía toroidal para mantener la velocidad requerida objetivo del pistón al medir el tiempo requerido para desplazarse entre los tres puntos.

El dispositivo para conversión de energía puede adaptarse, en combinación con los algoritmos de control, para reducir al mínimo la energía de entrada en el toroide activo. El algoritmo del control puede mantener la siguiente relación: Ft¡n> Fp -FMh en donde Ftin es la fuerza toroide activa en una dirección opuesta a la fuerza del pistón 20 proporcional al voltaje de entrada y corriente, Fp es la fuerza del pistón, y FMh es la fuerza del imán horizontal opuesto a la fuerza del pistón Fp de manera que un pistón que se desplaza a lo largo de su eje longitudinal se desacelera a medida que alcanza un imán horizontal (tal como el imán 50), se detiene instantáneamente y luego se acelera por el toroide activo 60, (véase figura 1 A) en un índice empíricamente desarrollado y predeterminado por la fuerza aplicada Ft¡n, actuando en combinación con la fuerza repelente del imán horizontal 50, hacia el imán horizontal superior 44.

Actuando en combinación con un imán o imanes estacionarios 44 y 50 (como se muestra en la figura 7) el eje longitudinal de este dispositivo, incluyendo estos imanes, puede orientarse de 0 - 90 grados con respecto a un plano horizontal, desplazarse una distancia finita del punto medio vertical cuyos campos de fuerza primaria son orientados 90 grados desde los imanes radiales, dichos imanes ubicados de manera que sus campos interactúen con los imanes radiales a lo largo del eje vertical de los imanes radiales como se muestra en el dispositivo ejemplar de las figuras 1A-1 B - 7. Este imán o imanes pueden ser colocados ya sea internos a los imanes radiales estacionarios (como se ilustra) o externos a los imanes radiales estacionarios, es decir, el imán tiene una ID más grande que la OD del imán radial estacionario utilizando una configuración de imán tipo anillo.

Debe entenderse que la descripción anterior pretende ser ilustrativa y no restrictiva. Muchas configuraciones y aplicaciones diferentes a los ejemplos proporcionados serán evidentes para los expertos en la técnica tas la lectura de la descripción anterior. Por ejemplo, se apreciará que el movimiento relativo entre el pistón y el devanado pueda ser causado por cualquier acción mecánica tal como entrada eólica, de agua, (onda, corriente o energía de caída vertical), o mecánica de objetos en movimiento o de rebote. Alternativamente, el dispositivo para conversión de energía puede transmitir energía a un dispositivo o dispositivos capaces de utilizar la salida eléctrica del toroide sin utilizar almacenamiento intermedio. Estos dispositivos incluyen, pero no se limitan a, motores eléctricos, celdas de combustible, dispositivos para conversión de hidrólisis, dispositivos para cargar baterías, luces, y elementos de calefacción. Alternativamente, el pistón puede desplazarse directamente por un fluido que actúa directamente en una cara del pistón, tal como aire o agua en movimiento, un combustible inflamable que se expande contra una cara del pistón, o un fluido que se expande o contrae en respuesta a un cambio en la temperatura.

Incluso otra variación es proporcionar un dispositivo para conversión de energía dentro de un dispositivo electrónico portátil para proporcionar directamente energía al dispositivo o cargar una batería dentro del dispositivo. Dichos dispositivos para conversión de energía pueden generar la energía del movimiento intencional o incidental del dispositivo por una persona que porta el dispositivo electrónico portátil o un vehículo en donde se porta el dispositivo electrónico portátil, tal como al sacudir el dispositivo a lo largo del eje longitudinal del dispositivo para conversión de energía. Para dichas aplicaciones, el dispositivo para conversión de energía puede estar proporcionado como una batería cilindrica estándar, tal como baterías A, B o C estándar, y puede además proporcionarse con características de salida y entrada comparables con dichas baterías para que se sustituyan por dichas baterías o se coloquen en serie con dichas baterías en el dispositivo electrónico portátil. Alternativamente, el dispositivo para almacenamiento de energía puede estar proporcionado para sustituirse por dos o más de dichas baterías. Alternativamente, un sistema de combinación de una batería recargable y un dispositivo para conversión de energía puede incorporarse en un empaque de batería autorrecargable para la instalación en un dispositivo electrónico portátil. El empaque de batería autorrecargable puede proporcionarse y ajustarse con los conectores eléctricos apropiados para sustituirse por una o más baterías convencionales. Dichos empaques de batería autorrecargable se pueden proporcionar con un indicador para señalar cuando la batería se carga o un sistema de control para permitir que la energía se tome de la batería sólo cuando la batería se carga por arriba de un umbral predeterminado.

Las características mostradas o descritas conjuntamente con una configuración se pueden agregar a o utilizar alternativamente en otra configuración. El alcance del dispositivo se debe determinar, no con referencia a la descripción anterior, sino más bien se debe determinar con referencia a las reivindicaciones anexas, junto con el alcance pleno de equivalentes a los cuales tienen derecho dichas reivindicaciones. Se anticipa y se entiende que los futuros desarrollos ocurrirán en las técnicas discutidas en la presente, y que los sistemas y los métodos descritos serán incorporados en dichas futuras configuraciones. En resumen, debe entenderse que el dispositivo es capaz de modificación y variación y se limita sólo por las siguientes reivindicaciones.

Se pretende que todos los términos den sus construcciones razonables más amplias y sus significados ordinarios como lo entiende un experto en la técnica a menos que por el contrario se haga una indicación explícita en la presente. En particular, el uso de los artículos en singular tal como "un/una" y "el/la," deben leerse para enumerar uno o más de los elementos indicados a menos que una reivindicación mencione por el contrario una limitación explícita.

Claims (35)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un dispositivo para conversión de energía que comprende: un devanado eléctrico enrollado que define un eje longitudinal; y un pistón complejo que tiene un componente magnético axial y un componente magnético radial colocados a lo largo del eje longitudinal y adaptados para ser longitudinalmente desplazables a través de los mismos para moverse con relación al devanado.

2.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende además un par de ¡manes axiales fijos colocados en ubicaciones a lo largo del eje longitudinal próximos a los extremos opuestos del devanado.

3.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque los imanes axiales fijos cada uno presenta una cara polar repelente para el componente magnético axial del pistón complejo.

4.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende además un sistema de imán radial colocado coaxialmente con el devanado eléctrico enrollado, dicho imán radial interactúa con el componente magnético radial del pistón complejo para hacer flotar el pistón con relación al eje longitudinal.

5. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el sistema de imán radial presenta una cara polar repelente para el componente magnético radial del pistón complejo.

6. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el sistema de imán radial comprende una pluralidad de imanes de barra colocados radialmente alrededor del eje longitudinal del pistón complejo.

7.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el sistema de imán radial comprende un imán de forma toroidal colocado alrededor del pistón complejo.

8. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el pistón complejo comprende un imán radial en forma toroidal y un imán axial en forma de disco colocado dentro del imán radial de forma toroidal.

9. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el pistón complejo comprende un pistón en forma de disco colocado dentro del devanado eléctrico enrollado.

10. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el pistón comprende un imán de forma toroidal colocado alrededor del pistón complejo.

11. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el pistón complejo comprende un pistón en forma cilindrica colocado fuera del devanado eléctrico enrollado.

12. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el pistón complejo comprende un imán radial de forma toroidal y un imán axial colocados dentro del imán radial de forma toroidal.

13.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el pistón complejo comprende múltiples segmentos magnéticos creando campos magnéticos tanto radiales como axiales limitados por un anillo exterior.

14. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el dispositivo para conversión de energía incluye además un dispositivo seleccionado de una bomba, un motor, un generador, un compresor y un motor.

15. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque tiene además un dispositivo de entrada de energía mecánica que recibe energía de un fluido en movimiento.

16. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque tiene además un dispositivo de salida de energía mecánica que imparte energía mecánica a un fluido.

17. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende además un dispositivo para almacenamiento de energía eléctricamente acoplado al devanado.

18. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende además un dispositivo para almacenamiento de energía mecánicamente acoplado al pistón.

19. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende además un dispositivo para almacenamiento de energía seleccionado de una batería, un capacitor y un volante.

20.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque eje longitudinal se coloca verticalmente.

21.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende además un alojamiento que contiene el devanado y los imanes, el alojamiento tiene aberturas radiales proporcionadas para permitir que un fluido se desplace desde el cilindro a medida que el pistón se desplaza a lo largo del eje longitudinal.

22.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el desplazamiento del pistón es provocado por al menos uno de movimiento de fluido, contracción de fluido y expansión de fluido.

23.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caractenzado además porque comprende además un controlador que tiene un algoritmo de control adaptado para manejar la operación del dispositivo para conversión de energía.

24. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los imanes son imanes de tierras raras.

25. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque al menos uno de los imanes está comprendido de la pluralidad de segmentos de imanes de neodimio.

26. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende además una pluralidad de pistones del compuesto.

27 - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el pistón se forma de por lo menos uno de N32, N40 y N52.

28.- Un dispositivo para conversión de energía que comprende: un alojamiento que tiene una cámara cilindrica que define dos extremos y un eje longitudinal entre los mismos; un devanado eléctrico enrollado colocado en la cámara cilindrica a lo largo del eje longitudinal; un par de imanes axiales, uno colocado en cada extremo de la cámara; un sistema magnético radial colocado en la cámara a lo largo del eje longitudinal; y un pistón complejo colocado dentro del alojamiento y adaptado para desplazarse longitudinalmente a lo largo del eje longitudinal con relación al devanado, el pistón complejo comprende un componente magnético axial rechazado por los imanes axiales y un componente magnético radial rechazado por el sistema magnético radial.

29.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque el desplazamiento del pistón es provocado por al menos uno del movimiento de fluido contra el pistón, la contracción del fluido contra el pistón, la expansión del fluido contra el pistón, una corriente eléctrica a través del devanado, la entrada mecánica directa al alojamiento y la entrada mecánica directa al pistón.

30.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque comprende además un controlador que tiene un algoritmo de control adaptado para manejar la operación del dispositivo para conversión de energía.

31.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque los imanes son imanes de tierras raras.

32.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque el pistón complejo comprende un imán radial de forma toroidal y un imán axial colocado dentro del imán radial de forma toroidal.

33.- El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque el pistón complejo comprende una pluralidad de segmentos magnéticos, cada segmento crea campos magnéticos tanto radiales como axiales.

34. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque la pluralidad de segmentos magnéticos, se limitan en una configuración toroidal por un anillo exterior.

35. - El dispositivo para conversión de energía de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque comprende además un dispositivo para almacenamiento de energía seleccionado de una batería, un capacitor y un volante.