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GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA MEDIANTE EL USO DE MATERIAL
PIEZOELÉCTRICO 2010-2017
Technical Report · October 2017
DOI: 10.13140/RG.2.2.23059.37926
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Gerardo Angulo-Cuentas
University of Magdalena
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Libardo José Escobar Toledo
University of Magdalena
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Yesid De Jesus Montoya Contreras
University of Magdalena
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1
GENERACIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA MEDIANTE EL USO
DE MATERIAL
PIEZOELÉCTRICO
2010-2017
Yesid de Jesús Montoya Contreras
Libardo José Escobar Toledo
Gerardo Luís Angulo Cuentas
2
Prólogo ................................................................................................................... 5
Presentación .......................................................................................................... 6
Futuro en el ahora ............................................................................................... 10
Tendencias a nivel internacional ....................................................................... 12
Maquinas Eléctricas no disponibles de otro tipo ................................................ 15
Patentes destacadas ...................................................................................... 17
Dispositivos Semiconductores ........................................................................... 22
Patentes destacadas ...................................................................................... 24
Dispositivos o sistemas de circuito para suministrar o distribuir la energía
eléctrica .............................................................................................................. 29
Patentes destacadas ...................................................................................... 31
Contexto internacional........................................................................................ 36
Conclusión ........................................................................................................... 46
Desde la perspectiva del experto ....................................................................... 47
Expertos ............................................................................................................... 48
Anexos ................................................................................................................. 51
Metodología ................................................................................................... 51
Descripción de los indicadores empleados en el análisis de patentes .......... 52
Glosario .......................................................................................................... 53
Referencias .................................................................................................... 58
TABLA DE CONTENIDO
GRÁFICAS
3
Gráfica 1. Tendencias Tecnológicas según la actividad inventiva. ....................... 12
Gráfica 2. Relación entre actividad inventiva y el Impacto industrial de las
tendencias tecnológicas. ....................................................................................... 13
Gráfica 3. Dinámica tecnológica de las tendencias identificadas ......................... 14
Gráfica 4. Ciclo de vida ........................................................................................ 36
Gráfica 5. Lugares de origen líderes de acuerdo con la actividad inventiva y de
patentamiento ........................................................................................................ 37
Gráfica 6. Mapa de calor. Colaboración entre países líderes. .............................. 38
Gráfica 7. Diagrama de relaciones. Colaboración entre países líderes. .............. 39
Gráfica 8. Oficinas líderes de destino según la actividad de presentación. .......... 40
Gráfica 9. Tipos de solicitantes de la tecnología. ................................................. 42
Gráfica 10. Impacto industrial de los solicitantes líderes ...................................... 43
Gráfica 11. Variabilidad tecnológica por solicitantes líderes. ................................ 44
Gráfica 12. Mapa de calor. Red principal de colaboración entre solicitantes ....... 45
GRÁFICAS
GRÁFICAS
4
Tabla 1. Principales solicitantes para la clasificación H02N (Maquinas eléctricas no
disponibles de otro tipo). ....................................................................................... 16
Tabla 2. Principales solicitantes para la clasificación H01L (Dispositivos
semiconductores; Dispositivos eléctricos de estado sólido no disponibles de otro
tipo). ...................................................................................................................... 23
Tabla 3. Principales solicitantes para la clasificación H02J (Dispositivos o sistemas
de circuito para suministrar o distribuir la energía eléctrica; Sistemas de
almacenamiento de energía eléctrica). ................................................................. 30
Tabla 4. Países líderes en el desarrollo de la tecnología, mercados potenciales y
años con mayor actividad de patentamiento. ........................................................ 41
Tabla 5. Descripción de los indicadores. .............................................................. 52
Tabla 6. Glosario. .................................................................................................. 53
TABLAS
5
La Universidad del Magdalena a través del plan de ciencia, tecnología e innovación,
busca definir las áreas estratégicas en las cuales la institución deberá encaminar
sus esfuerzos investigativos, por otra parte, con ese plan se responderá a las
necesidades de la región y a las tendencias globales de creación y aplicación de
conocimiento científico, tecnológico, artístico y cultural.
El objetivo de este boletín tecnológico es contribuir a la actividad investigativa de la
Universidad generando ideas, así mismo, aportando herramientas que permitan su
progreso y ofrecer información de primera mano en todo lo relacionado con la
innovación y el desarrollo tecnológico en materia de generación de energía eléctrica
mediante el uso de materiales piezoeléctricos.
Además, cabe destacar que gran parte de lo descrito es establecido con base en
boletines del centro de información tecnológica y apoyo a la gestión de propiedad
intelectual (CIGEPI), emitido por la Superintendencia de Industria y Comercio, el
cual ha sido un referente para definir las características que se estudiarán de la
actividad inventiva y de patentamiento, el enfoque del estudio y el concepto de
invención.
PRÓLOGO
6
La realidad ambiental que se vive en la actualidad ha obligado al ser humano a
encontrar fuentes generadoras de energía eléctrica limpia y sostenible, todo esto,
en busca de mejorar indicadores ambientales que evidencien la disminución del uso
de combustibles fósiles y demás contaminantes en aras de doblegar los distintos
fenómenos ambientales causados por la contaminación.
El estudio de estas tecnologías es cada vez más exhaustivo para su mayor
aprovechamiento, como resultado se conocen alternativas como la energía eólica,
uno de los recursos más antiguos explotados por el ser humano, el cual consiste en
aprovechar la energía cinética generada por las corrientes de aire para
posteriormente transformarla en fluido eléctrico. Otra fuente también usada
mundialmente es la energía solar, que consiste en la captación de los rayos UV
mediante paneles que transforman está en energía eléctrica.
Según Dayou, Man-sang, Dailimin, & Wang (2009), Las recientes fluctuaciones en
el precio del petróleo han afectado a la economía mundial, lo que ha ocasionado un
aumento en el precio de otros artículos. Algunos incluso vinculan lo sucedido con el
colapso de unas pocas instituciones financieras en países como EE.UU. y el Reino
Unido. Esto demuestra que somos demasiado dependientes del petróleo como
fuente de energía, además, este ha contribuido a una grave contaminación del
ambiente. Por lo tanto, un método alternativo a la electricidad producida tiene que
ser puesto en su lugar. Entre otras soluciones que se pueden explorar son la energía
nuclear y las hidroeléctricas. Sin embargo, estas opciones requieren una enorme
capacidad financiera para su ejecución y manutención, no obstante, no muchos
países están "autorizados" a utilizar generadores de energía nuclear debido al
escenario político mundial, es así, como las celdas fotovoltaicas y las turbinas de
viento han sido las opciones más populares; estas energías renovables, Sin
embargo, son muy caras y notables en muchos países, Por consiguiente, se
exploraron otras posibles fuentes energéticas y una de las opciones prometedoras
es mediante la utilización de material piezoeléctrico o “PZT”.
PRESENTACIÓN
7
Los piezoeléctricos son materiales que pueden generar una señal eléctrica cuando
se someten a un esfuerzo mecánico, todo esto es debido a la capacidad que tienen
algunos cristales para generar energía al doblegarse ante una tensión, estos
cristales piezoeléctricos al ser sometidos a estas tensiones mecánicas adquieren
una polarización eléctrica en su masa, lo que produce una diferencia de potencial y
la aparición de cargas eléctricas en la superficie del mismo, consecuente a esto, el
material piezoeléctrico adopta su nombre que proviene del griego “piezein” que
traduce estrujar o apretar.
El efecto piezoeléctrico fue descubierto primeramente por Pierre y Jacques curie en
1880, también, al final de la primera guerra mundial se descubrió que las ondas
sonoras que producen los submarinos eran detectadas por el cuarzo (material
estudiado por Pierre y Jacques Curie) al sumergirlo en el agua, ya que este actuaba
como un transductor que resonaba a 50 MHz, permitiendo medir la profundidad y el
tiempo del eco de retorno, de esta manera se evidenció que los materiales
piezoeléctricos se pueden utilizar como un mecanismo para transformar vibraciones
ambientales en energía eléctrica, la cual posteriormente se puede recolectar. “La
recolección de energía se refiere a la práctica de adquirir energía del medio
ambiente que de otro modo sería desperdiciada y convertirla en energía eléctrica
utilizable” (Shu & Lien, 2006), está también se puede almacenar para ser fuente de
dispositivos eléctricos y electrónicos.
Este material para ser utilizado como fuente de dispositivos eléctricos, se presenta
como actuador piezoeléctrico, el cual al ser manejado en su forma inversa muestra
las siguientes ventajas: la generación de grandes fuerzas, expansión rápida, no
presentan efecto magnético y está libre de desgaste y roturas. A su vez, este se
puede exhibir en forma de estructura laminar como se muestra en la Ilustración 1.
8
Fuente: extraída de Piezoelectric Actuators. Url: https://goo.gl/L41mSV.
Las presentaciones de este material son diversas en el campo de la generación de
energía a pequeña y gran escala, es decir, presenta una gran variabilidad
tecnológica. Como ejemplo, se encuentran trabajos realizados para generar energía
eléctrica para dispositivos biomédicos (Ramsay & Clark, 2001), pruebas que
demuestran la viabilidad de utilizar cerámica piezoeléctrica (PZT) para generar
energía eléctrica en implantes ortopédicos (Platt, Farrior, Garvin, & Haider, 2005) y
la búsqueda de soluciones de alimentación Energy Harvesting centrados en fuentes
piezoeléctricas (Vasquez-Rodriguez, Jimenez-Martinez, & de Frutos, 2011), todo
esto demuestra lo importante de la investigación en materia de la generación de
energía eléctrica mediante este material, sujeto a estas, existen numerosos usos
del material piezoeléctrico como se evidencia en la Ilustración 2.
Ilustración 1. Presentación de una estructura laminada constituida por material piezoeléctrico.
9
Ilustración 2. Material piezoeléctrico que genera energía debido a la deformación generada a cada paso.
Fuente: Extraido de Energy scavenging with shoe-mounted Piezoelectric. Url: https://goo.gl/Aa9407.
Por esta razón se realiza la investigación, en la cual se efectúa una evaluación de
las tecnologías desarrolladas en el periodo 2010-2017 que describa la situación
actual del tema en cuestión. En la elaboración de la evaluación se examina la
actividad inventiva y de patentamiento de la generación de energía a través de los
materiales piezoeléctricos, la cual será extraída de la Base de Datos Derwent
Innovations Index, está conformará los registros en la que se agrupará toda esta
información haciendo más estructurada la búsqueda de oportunidades de
innovación o de investigación científica.
10
Ilustración 3. Porcentaje que representan las fuentes de energía respecto de la totalidad del suministro mundial de la energía primaria en 2008.
Para definir una cultura estratégica uno de los elementos que juega un papel
importante es el manejo de las tecnologías como factor de diferenciación o
distinción, causantes de una disrupción tanto económica como social “Una
disrupción implica utilizar un enfoque radicalmente diferente a la hora de abordar un
problema de forma que se obtenga una ventaja competitiva” (Lopez Vicente, 2009).
Por lo tanto, se justifica que el conocimiento científico tecnológico es un instrumento
necesario para promover el desarrollo económico y social, no obstante, también
tiene como condición ser poseedores de una cultura científica y tecnológica para
estar siempre en busca de nuevas soluciones eficientes, sin embargo, llevar a cabo
todo lo anterior implica tener conocimiento de los recursos científicos tecnológicos
en un contexto internacional.
En este sentido, generar una ventaja competitiva se enmarca en ser dueños de un
atributo notable como la tecnología e innovación, además, a nivel internacional el
requerimiento de fuentes de energía renovables es visto como una ventaja
competitiva en un futuro incierto, es decir, las industrias deben comprender el
impacto de las tecnologías limpias y desarrollar planes estratégicos para adaptarse
a los cambios. Estas energías renovables ya tienen vista en el entorno mundial
como se ve en la Ilustración 3.
Fuente: Extraído de Fuentes de energía renovables y mitigación del cambio climático. Url: https://goo.gl/oNthAo.
FUTURO EN EL AHORA
11
Acciona (2016), asegura que el crecimiento de las energías limpias es cada vez
más imparable, todo esto justificado por los datos suministrados por la Agencia
Internacional de la Energía, donde se demuestra la demanda mundial de
electricidad aumentará un 70% hasta 2040 (elevando su participación en el uso de
energía final del 18% al 24% en el mismo periodo) espoleada principalmente por
regiones emergentes (India, China, África, Oriente Medio y el sureste asiático), el
desarrollo de las energías limpias es imprescindible para combatir el cambio
climático y limitar sus efectos más devastadores. El 2014 fue el año más cálido
desde que existen registros. La Tierra ha sufrido un calentamiento de 0,85ºC de
media desde finales del siglo XIX, apunta National Geographic en su número
especial del Cambio Climático de noviembre de 2015.
Dentro de las tecnologías que destacan como solución a la generación de energía,
la piezoelectricidad surge como una nueva forma de energía renovable, con
aplicación en pequeña y gran escala, además, las organizaciones que utilizan este
tipo de energía limpia generan en su entorno mercantil una ventaja competitiva.
Twenergy (2014), dice que ejemplo de esto es la empresa East Japan Railway ha
instalado un pavimento piezoeléctrico en el paso de torniquetes y puertas de entrada
al metro. En total, el sistema ocupa una superficie de 25 metros cuadrados y genera
aproximadamente 1400 kW por día, tan sólo con las pisadas de los viajeros, también
en Róterdam encontramos la primera discoteca sostenible que utiliza el sistema de
cristales piezoeléctricos bajo su pista (Sustainable Dance Floor). El movimiento y
los saltos de las personas generan con este sistema la suficiente electricidad limpia
para alimentar parte del suministro del local.
En conclusión se evidencia la necesidad de invertir en ciencia tecnología e
innovación, en busca de presentar un perfil internacional del uso y manejo de
energías limpias como el efecto piezoeléctrico, con el objetivo de crear un panorama
estratégico visualizados en ser poseedores de esta tecnología como una solución
disruptiva a las necesidades futuras en energía eléctrica.
12
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
H02N H01L H02J
N°
De R
egis
tros
Tendencias
Actividad inventiva Actividad de patentamiento
Gráfica 1. Tendencias Tecnológicas según la actividad inventiva.
Los materiales piezoeléctricos dentro de las posibles fuentes energéticas
investigadas es una de las más promisoria para el cumplimiento de esta tarea, lo
que amerita su estudio en un entorno global.
Es por esta razón que se desarrolla dentro de la evaluación tecnológica las
tendencias a nivel internacional; la Gráfica 1 corresponde a las tecnologías según
la actividad inventiva, en esta encontramos un total de 813 invenciones en 950
solicitudes relacionadas con la generación de energía eléctrica mediante la
utilización de material piezoeléctrico, en el cual sobresalieron 3 tendencias que
enmarcan la mayoría de desarrollos tecnológicos, las cuales son: H02N(maquinas
eléctricas no disponibles de otro tipo) está contiene 376 invenciones en 436
solicitudes, asimismo, encontramos la subclase H01L(dispositivos
semiconductores; dispositivos eléctricos de estado sólido no disponibles de otro
tipo) que contiene 191 invenciones en 234 solicitudes, por último, H02J
(dispositivos o sistemas de circuito para suministrar o distribuir la energía eléctrica;
sistemas de almacenamiento de energía eléctrica) sujeta a esta hay 87 invenciones
en 92 solicitudes. El nombre que constituye estas calcificaciones fue otorgado por
la WIPO (World Intellectual Property Organization).
Fuente: Elaboración Propia a partir de la base de datos Derwent Innovations Index.
Fecha de consulta: 10/07/2017
TENDENCIAS A NIVEL
INTERNACIONAL
13
H02N
H01L
H02J
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Impacto
Industr
ial
Actividad Inventiva
Gráfica 2. Relación entre actividad inventiva y el Impacto industrial de las tendencias tecnológicas.
La relación entre Actividad inventiva e impacto industrial de las tendencias
tecnológicas presentadas en la Gráfica 2, se muestra que las subclases
H02N(maquinas eléctricas no disponibles de otro tipo) junto a la H01L(dispositivos
semiconductores; dispositivos eléctricos de estado sólido no disponibles de otro
tipo) presentan un impacto industrial fuerte y un impacto industrial medio
respectivamente, inferior a estas tendencias se encuentra la subclase H02J
(dispositivos o sistemas de circuito para suministrar o distribuir la energía eléctrica;
sistemas de almacenamiento de energía eléctrica) que presenta un impacto
industrial más bajo, no obstante, se resalta que el impacto industrial se mide por la
cantidad citaciones que recibe un documento de patente, de igual forma, cabe
resaltar que el nombre que constituye estas calcificaciones fue otorgado por la
WIPO (World Intellectual Property Organization).
Fuente: Elaboración propia a partir de la base de datos Derwent Innovations Index.
Fecha de consulta: 10/07/2017
En el Gráfica 3 se analiza cronológicamente del año 2010 hasta el 2017 la evolución
tecnológica de las tendencias, identificando que la subclase H02N(maquinas
eléctricas no disponibles de otro tipo) y la H01L(dispositivos semiconductores;
dispositivos eléctricos de estado sólido no disponibles de otro tipo), presentan su
mayor actividad inventiva en más de un periodo de tiempo, la H02N en los años
2012 y 2016 muestra 67 invenciones y la H01L en los años 2011, 2015 y 2016
14
• H02N(maquinas eléctricas no disponibles de otro tipo)1
• H01L( dispositivos semiconductores; dispositivoseléctricos de estado sólido no disponibles de otro tipo)2
• H02J (dispositivos o sistemas de circuito para suministraro distribuir la energía eléctrica; sistemas dealmacenamiento de energía eléctrica).3
38 49 67 64 59 58 67 33
22 35 32 29 27 35 35 16
8 4 16 7 8 22 19 8
0
1
2
3
4
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Tendencia
s
Años
Gráfica 3. Dinámica tecnológica de las tendencias identificadas
presenta su mayor actividad inventiva con 35 invenciones. Por otra parte, con 22
invenciones en el año 2015 la clasificación H02J presenta su mayor actividad
inventiva, también, se aclara que el nombre que constituye estas calcificaciones fue
otorgado por la WIPO (World Intellectual Property Organization).
Fuente: Elaboración propia a partir de la base de datos Derwent Innovations Index.
Fecha de consulta: 10/07/2017
15
Ilustración 4. Tipos de máquinas eléctricas asíncronas o de inducción.
MAQUINAS ELECTRICAS NO DISPONIBLE DE OTRO TIPO
Para empezar a describir el concepto de máquinas eléctricas, se hace referencia de
algunos personajes destacados que dieron una vista de la tecnología electrónica
que se tiene en la actualidad, “los nombres de muchos de los pioneros en el campo
de la electricidad perduran en unidades conocidas: Ohm, Ampere, Volta, Farad,
Henry, Coulomb, Oeste y Hertz, son algunos de los ejemplos más conocidos con
los que ya se está familiarizado; otros más ampliamente conocidos como Franklin y
Edison también son significativos en la historia de la electricidad y el magnetismo
gracias a sus importantísimas contribuciones” (Floyd, 2008).
En este sentido, se destaca que hubo investigaciones en las que se experimentó
con bulbos de filamento de carbón con laminillas y se descubrió que circulaba
corriente desde el filamento caliente hasta una laminilla positivamente cargada, este
fue Thomas Edison (1847), quien patento la idea, pero nunca la utilizó, todo esto
deslucida el desarrollo que han tenido los diferentes dispositivos electrónicos y
maquinas eléctricas. Las maquinas eléctricas son dispositivos que tienen la
capacidad de transformar diversas formas de energía en fluido eléctrico, o su
funcionamiento a la inversa, también, estos se clasificaban según la corriente que
utilizan o generan (AC/DC), en las cuales se conocen, los transformadores e
inversores, además se destacan otros tipos de máquinas eléctricas como la
presentada en la Ilustración 4.
Fuente: Extraído de Funcionamiento de máquinas eléctricas. Url: https://goo.gl/KvJPAb
16
La clasificación internacional que contiene la subclase H02N (Maquinas eléctricas
no disponible de otro tipo) se desglosa de la sección H que se refiere a la
electricidad, en este sentido la clase H02 describe la producción, conversión o
distribución de la energía eléctrica. Según WIPO (2017) la subclase H02N cubre:
los generadores, motores, embragues o dispositivos de mantenimiento
electrostático.
los dispositivos para el arranque, la regulación, el frenado o cualquier otro
control de tales máquinas, a menos que trabajen conjuntamente con una
segunda máquina.
Además, en esta tendencia se destaca como principal solicitante Panasonic Corp.,
organización que tiene como clasificación en la base de datos Derwent Innovations
Index (MATU-C), esta empresa presenta 18 invenciones, en el tema de máquinas
eléctricas no disponibles de otro tipo; por otra parte, encontramos que el 2012 es el
año con mayor actividad inventiva con 6 invenciones, como observamos en la Tabla
1.
Tabla 1. Principales solicitantes para la clasificación H02N (Maquinas eléctricas no disponibles de otro tipo).
Fuente: Elaboración propia a partir de la base de datos Derwent Innovations Index.
Fecha de consulta: 10/07/2017
De esta tendencia, resaltamos las patentes destacadas de acuerdo a su impacto
industrial. Este impacto se mide por la cantidad citaciones que recibe un documento
de patente y se presentan en la siguiente sección que contiene el número de la
patente, URL (este enlace está sujeto a una suscripción previa en la base de datos),
títulos en ingles/español, solicitantes, contenido técnico e ilustraciones. Toda esta
información es suministrada por la base de datos Derwent Innovations Index.
TENDENCIA PRINCIPALES SOLICITANTES
AÑOS CON MAYOR ACTIVIDAD
INVENTIVA
SOLICITANTES
NUMERO DE
INVENCIONES AÑO NUMERO DE INVENCIONES
H02N
PANASONIC CORP 18 2012 6
UNIV ZHEJIANG
NORMAL 14 2012 7
MURATA MFG CO LTD 12 2011 5
SAMSUNG ELECTRO-
MECHANICS CO 9 2014 3
TRIFORCE
MANAGEMENT CORP 6 2015 3
17
Numero de publicación: US2010067151-A1
URL: https://goo.gl/qJpp6Q
Título en Ingles:
Electrical connecting structure for piezoelectric element of piezoelectric actuator,
has through-hole through which liquid conductive adhesive is injected to
electrically connect electrode and wiring to each other.
Título en español:
Estructura de conexión eléctrica para el elemento piezoeléctrico donde el
actuador piezoeléctrico tiene un orificio pasante a través del cual se inyecta un
líquido conductor adhesivo para conectar eléctricamente el electrodo y el
cableado entre sí.
Solicitantes: NHK SPRING CO LTD(HATS-C)
Contenido técnico:
Es una estructura de conexión eléctrica para un material piezoeléctrico donde el
actuador piezoeléctrico tiene un orificio pasante a través del cual se inyecta un
adhesivo conductor de líquido para conectar eléctricamente el electrodo y el
cableado entre sí, siendo el actuador un terminal que suministra electricidad al
electrodo el cual tiene un cableado que se coloca sobre la capa aislante eléctrica.
Patentes destacadas
Patente 1
18
Numero de publicación: JP4455678-B1
URL: https://goo.gl/L9yVYc
Título en Ingles:
Piezoelectric material thin film used for angular speed sensor, has laminated
structure obtained by laminating metal-electrode film, bismuth-sodium-titanate
complex film and bismuth-sodium-barium-titanate complex film.
Título en español:
Película delgada de material piezoeléctrico usada para un sensor de velocidad
angular, tiene estructura laminada obtenida al laminar películas metálicas de
electrodos, lamina compleja bismuto-sodio-titanio y lamina compleja de bismuto-
sodio-bario-titanio.
Solicitantes: MATSUSHITA DENKI SANGYO KK(MATU-C)
Contenido técnico:
La película fina de material piezoeléctrico se utiliza en el sensor de velocidad
angular para medir la velocidad angular y el material se usa para generar
electricidad piezoeléctrica. También se puede utilizar en sensor piroeléctrico y un
dispositivo piezoeléctrico.
Patente 2
19
Numero de publicación: DE102010019740-A1
URL: https://goo.gl/TGMg2P
Título en Ingles:
Integrated miniaturized energy producing system for use in e.g. sensor of tire
pressure control system of passenger car in automobile industry, has integrated
circuit for managing electricity provided by piezoelectric energy converter.
Título en español:
Sistema integrado de producción de energía miniaturizado, ejemplo: los sensores
para controlar el sistema de presión de neumáticos en la industria del automóvil,
cuenta con circuito integrado para la gestión de la electricidad suministrada por el
conversor de energía piezoeléctrica.
Solicitantes: SIEMENS AG(SIEI-C), FREY A(FREY-Individual), KUEHNE
I(KUEH-Individual)
Contenido técnico:
El sistema tiene un conversor de energía piezoeléctrico (EW) para convertir
energía mecánica en electricidad, donde la fuerza mecánica producida por la
corriente de fluido (FS) está acoplada a un elemento piezoeléctrico (PE) del
convertidor de modo que el elemento piezoeléctrico es excitado mecánicamente
por las Oscilaciones. El elemento piezoeléctrico está dispuesto en una cámara de
alojamiento (GK), y la corriente es guiada a través de la cámara. Una pared
elásticamente deformable cambia el volumen de un alojamiento (G) para convertir
la energía mecánica en presión de fluido, y un circuito integrado gestiona la
electricidad proporcionada por el convertidor.
Patente 3
20
Numero de publicación: CN102801357-A
URL: https://goo.gl/J8t4v5
Título en Ingles:
Piezoelectric power generating device for power supply of bearing monitoring
system of railway vehicle, has bearing cover comprising bottom end face set with
annular groove that is provided with transducer bonded by metal base.
Título en español:
Dispositivo generador de energía piezoeléctrica para la alimentación del sistema
de monitorización de cojinetes de un vehículo ferroviario, que tiene una cubierta
que comprende un conjunto de cara de extremo inferior con ranura anular,
provista de un transductor unido por una base metálica.
Solicitantes: UNIV ZHEJIANG NORMAL(UYZN-C)
Contenido técnico:
Una cubierta del cojinete se instala en el marco por el perno. Un fondo de la
cubierta de cojinete está provisto de una ranura anular. Una cara extrema inferior
de la cubierta de cojinete se ajusta con una ranura anular provista de un
transductor piezoeléctrico que está unido por una base metálica, este dispositivo
generador de energía piezoeléctrica se utiliza para la alimentación de un sistema
de monitorización de cojinetes de un vehículo ferroviario.
Patente 4
21
Numero de publicación: EP2309560-A1
URL: https://goo.gl/rWqyCb
Título en Ingles:
Thermoelectric generator for e.g. car, has piezoelectric layer formed on side of
upper layer of membrane and connected to output terminals of generator for
converting motions and deformations of membrane into electricity.
Título en español:
Generador termoeléctrico para carros, tiene una capa piezoeléctrica formada en
el lado de la capa superior de la membrana y conectada a terminales de salida
del generador para convertir movimientos y deformaciones de la membrana en
electricidad.
Solicitantes: STMICROELECTRONICS GRENOBLE SAS(SGSA-C)
Contenido técnico:
El generador tiene una membrana sostenida por extremos laterales. La
membrana tiene una capa inferior hecha de un material que tiene un coeficiente
de dilatación térmica y una capa superior hecha de un material que tiene otro
coeficiente de dilatación térmica. Una capa piezoeléctrica está formada en un lado
de la capa superior de la membrana y conectada a terminales de salida del
generador para convertir movimientos y deformaciones de la membrana en
electricidad.
Patente 5
22
DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS DE
ESTADO SÓLIDO NO DISPONIBLES DE OTRO TIPO
Según Zeljami (2013), los materiales semiconductores se dedican principalmente a
aplicaciones de microelectrónica, dentro de las que nos interesarán en particular las
del campo de la radio frecuencia y microondas, así como la optoelectrónica. El
material de base más típico es el silicio.
Estos materiales semiconductores se dividen en intrínsecos y extrínsecos, Los
semiconductores Intrínsecos son aquellos materiales que presentan una
conductividad nula a bajas temperaturas, pero que pueden ser débilmente
conductores a temperatura ambiente, por otro lado, los semiconductores
extrínsecos, son aquellos en que se ha introducido un elemento contaminante,
llamado impureza, que cambia drásticamente las propiedades de conducción del
material intrínseco, reduciendo enormemente la resistividad del mismo (Lopez
Ahumada, 2017).
En la clasificación internacional se encuentra la subclase H01L (dispositivos
semiconductores; dispositivos eléctricos de estado sólido no disponibles de otro
tipo) se desglosa de la sección H que en la clasificación refiere a la electricidad, en
este sentido la clase H01 elementos eléctricos básicos.
Según WIPO (2017) la subclase H01L cubre:
los dispositivos eléctricos de estado sólido no cubiertos por otra subclase, así como
sus detalles y comprende: los dispositivos semiconductores adaptados para la
rectificación, la amplificación, la generación de oscilaciones o la conmutación; los
dispositivos semiconductores sensibles a las radiaciones; los dispositivos eléctricos
de estado sólido que utilizan efectos termoeléctricos, superconductores,
piezoeléctricos, electroestrictivos, magnetoestrictivos, galvano-magnéticos o de
resistencia negativa y los dispositivos de circuitos integrados.
En esta tendencia se destaca como principal solicitante Panasonic Corp., el cual
tiene como clasificación en la base de datos Derwent Innovations Index (MATU-C)
debido a como anteriormente se denominaba Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Presenta 14 invenciones, en el tema de dispositivos semiconductores; dispositivos
eléctricos de estado sólido no disponibles de otro tipo; El 2010 es el año con mayor
actividad inventiva con 5 invenciones, como se evidencia en la Tabla 2.
23
Fuente: Elaboración propia a partir de la base de datos Derwent Innovations Index.
Fecha de consulta: 10/07/2017
De esta tendencia, resaltamos las patentes destacadas de acuerdo a su impacto
industrial. Este impacto se mide por la cantidad citaciones que recibe un documento
de patente y estas se presentan en la siguiente sección que contiene el número de
la patente, URL (este enlace está sujeto a una suscripción previa en la base de
datos), títulos en ingles/español, solicitantes, opinión del experto, contenido técnico
e ilustraciones. Toda esta información es suministrada por la base de datos Derwent
Innovations Index.
Tabla 2. Principales solicitantes para la clasificación H01L (Dispositivos semiconductores; Dispositivos eléctricos de estado sólido no disponibles de otro tipo).
TENDENCIA
PRINCIPALES SOLICITANTES
AÑOS CON MAYOR ACTIVIDAD
INVENTIVA
SOLICITANTES
NUMERO DE
INVENCIONES AÑO
NUMERO DE
INVENCIONES
H01L
PANASONIC CORP 14 2010 5
MURATA MFG CO
LTD
12 2015 4
SEIKO EPSON
CORP
9 2010 3
LEEY-INDIVIDUAL 7 2015 6
FUJI FILM CORP 6 2015 2
24
Numero de publicación: WO2011006028-A2
URL: https://goo.gl/UqJT7G
Título en Ingles:
Micro-scale smart material actuator used for generating electricity, comprises
unitary mechanical amplifier comprising fixed supporting member, and
piezoelectric stack fixed between two mounting surfaces.
Título en español:
Accionador de material inteligente a micro-escala utilizado para generar
electricidad, que comprende un amplificador mecánico unitario que tiene un
miembro de soporte fijo, y una pila piezoeléctrica fijada entre dos superficies de
montaje.
Solicitantes: VIKING AT LLC (VIKI-Non-standard)
Contenido técnico:
Actuador de material inteligente de micro-escala utilizado para generar
electricidad, comprende un amplificador mecánico unitario que tiene un miembro
de soporte fijo que compone una primera superficie de montaje, un miembro de
soporte móvil opuesto que tiene una segunda superficie de montaje, al menos un
brazo de accionamiento y un enlace mecánico que conecta un miembro de
soporte móvil y acciona brazo; Y una pila piezoeléctrica fijada entre la primera
superficie de montaje y la segunda superficie de montaje.
Patentes destacadas
Patente 1
25
Numero de publicación: CN101792996-A
URL: https://goo.gl/2MUoZZ
Título en Ingles:
Asphalt concrete road with self-power generation function for illuminating
roadside, has piezoelectric self-power generation unit embedded into road
structural layer and connected to energy collection and illumination device.
Título en español:
Carretera de hormigón asfáltico con función de generación de energía propia para
iluminar el borde de la carretera, tiene una unidad de generación de potencia
piezoeléctrica incrustada en la capa estructural de la carretera y conectada a la
recolección un dispositivo recolector de energía para su iluminación.
Solicitantes: UNIV WUHAN TECHNOLOGY (UYWU-Non-standard)
Contenido técnico:
La carretera de hormigón asfáltico tiene una unidad de generación de energía
eléctrica piezoeléctrica que está incrustada en una capa estructural de carretera
de hormigón asfáltico. Un dispositivo de recogida e iluminación de energía está
conectado con la unidad de generación de potencia. La energía mecánica
generada bajo la vibración de un vehículo como el automóvil que pasa sobre la
carretera, se convierte en electricidad por unidad de generación de energía y se
suministra al dispositivo. La capa estructural de la carretera se divide en capa
superior, media e inferior con el grueso de 2.5-5cm, 4-7cm y 5-9cm grueso
respectivamente.
Patente 2
26
Numero de publicación: US8154177-B1
URL: https://goo.gl/5TFB6L
Título en Ingles:
Harvesting device i.e. wide-band vibration energy harvester, for e.g. shoes of
children for harvesting external source of strain energy, has electricity generating
device generating energy, while flexure oscillates at higher vibration.
Título en español:
Dispositivo para recolectar energía de vibración de banda ancha, los zapatos de
niños para recolectar energía a partir de la deformación, tiene un generador de
electricidad mediante la flexión que oscila a mayor vibración.
Solicitantes: MICROSTRAIN INC (MICR-Non-standard)
Contenido técnico:
Cosechadora de energía de vibración de banda ancha, zapatos de niños,
corredores y ciclistas para suministrar energía eléctrica, es decir, voltaje, mientras
que el tope permite que la flexión oscile con la mayor amplitud de vibración. La
flexión está conectada a un alojamiento (248) para vibrar a través de una línea
central. Un pivote permite que la flexión se mueva libremente entre el tope y otro
tope (220b).
Patente 3
27
Numero de publicación: WO2011041679-A2
URL: https://goo.gl/uCLB4h
Título en Ingles:
Method of generating electricity from mechanical motion, involves moving actuator
arm by source of mechanical motion and causing piezoelectric stack to generate
electric current into electric load.
Título en español:
Método para generar electricidad a partir de movimiento mecánico, implica mover
el brazo actuador por fuente de movimiento mecánico y provocar que la pila
piezoeléctrica genere corriente eléctrica.
Solicitantes: VIKING AT LLC (VIKI-Non-standard) PARKER HANNIFIN
CORP(PARH-C)
Contenido técnico:
El método implica determinar una impedancia eléctrica de una pila piezoeléctrica.
Una carga eléctrica está conectada a la pila piezoeléctrica de un actuador y la
carga eléctrica coincide con la impedancia eléctrica de la pila piezoeléctrica. El
brazo accionado es movido por una fuente de movimiento mecánico. La fuente de
movimiento hace que el brazo actuador se mueva y el enlace mecánico hace que
un soporte móvil ejerza presión sobre la pila piezoeléctrica y libere la presión,
haciendo que la pila piezoeléctrica genere una corriente eléctrica en la carga
eléctrica.
Patente 4
28
Numero de publicación: WO2012042259-A2
URL: https://goo.gl/BLptZH
Título en Ingles:
Piezoelectric-photovoltaic structure for converting solar and mechanical energy
into electrical energy, comprises superposed layers including a photovoltaic layer
and a piezoelectric substrate.
Título en español:
Estructura piezoeléctrico-fotovoltaica para convertir energía solar y mecánica en
energía eléctrica, comprende capas superpuestas que incluyen una capa
fotovoltaica y un sustrato piezoeléctrico.
Solicitantes: UNIV BOLTON (UYBO-Non-standard), HADIMANI M L R(HADI-
Individual), SIORES E(SIOR-Individual), VATANSEVER D(VATA-Individual),
PREKAS K(PREK-Individual)
Contenido técnico:
Estructura piezoeléctrico-fotovoltaica para convertir energía solar y mecánica en
energía eléctrica, comprende capas superpuestas que incluyen una capa
fotovoltaica y un sustrato piezoeléctrico, el sistema de conversión de potencia son
útiles para convertir energía solar y mecánica en energía eléctrica; Y para
generar, almacenar, distribuir o consumir energía eléctrica (todos reivindicados).
Patente 5
29
DISPOSITIVOS O SISTEMAS DE CIRCUITO PARA SUMINISTRAR O
DISTRIBUIR LA ENERGÍA ELÉCTRICA; SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO
DE ENERGÍA ELÉCTRICA
Esta clasificación internacional contiene dispositivos o sistemas para la generación
de energía eléctrica, los cuales buscan transformar cualquier forma de energía
según su funcionamiento en dicha energía suministrándola en corrientes (AC/DC),
en este sentido también se evidencia dentro de esta clasificación sistemas que
almacenan energía eléctrica.
En la clasificación internacional la subclase H02J (dispositivos o sistemas de circuito
para suministrar o distribuir la energía eléctrica; sistemas de almacenamiento de
energía eléctrica) se desglosa de la sección H que en la clasificación refiere a la
electricidad, en este sentido la clase H02 producción, conversión o distribución de
la energía eléctrica.
Según WIPO (2017) la subclase H02J cubre:
Las redes principales o de distribución de corriente continua o corriente
alterna.
Circuitos para la alimentación por batería, incluyendo la carga o el control de
éstas o la alimentación coordinada procedente de dos o más fuentes de
cualquier tipo.
Circuitos o sistemas para suministro inalámbrico o distribución de energía
eléctrica.
En esta tendencia se destaca como principal solicitante ZHAO, el cual tiene como
clasificación en la base de datos Derwent Innovations Index (ZHAO-Individual)
presenta 3 invenciones, en el tema de dispositivos o sistemas de circuito para
suministrar o distribuir la energía eléctrica; sistemas de almacenamiento de energía
eléctrica. El 2012 es el año con mayor actividad inventiva con 1 invención, como se
evidencia en la Tabla 3.
30
Fuente: Elaboración propia a partir de la base de datos Derwent Innovations Index. Fecha de consulta: 10/07/2017
De esta tendencia, resaltamos las patentes destacadas de acuerdo a su impacto
industrial. Este impacto se mide por la cantidad citaciones que recibe un documento
de patente y estas se presentan en la siguiente sección que contiene el número de
la patente, URL (este enlace está sujeto a una suscripción previa en la base de
datos), títulos en ingles/español, solicitantes, opinión del experto, contenido técnico
e ilustraciones. Toda esta información es suministrada por la base de datos Derwent
Innovations Index.
TENDENCI
A
PRINCIPALES SOLICITANTES
AÑOS CON MAYOR
ACTIVIDAD INVENTIVA
SOLICITANTES
NUMERO DE
INVENCIONE
S AÑO
NUMERO DE
INVENCIONES
H02J
ZHAO-INDIVIDUAL 3 2012 1
UNIV KUNMING
SCI&TECHNOLOGY
2 2010 2
SAMSUNG ELECTRO-
MECHANICS CO
2 2014 1
STATE GRID CORP
CHINA
2 2015 1
DAEGU GYEONGBUK
INST SCI &
TECHNOLOGY
2 2013 1
Tabla 3. Principales solicitantes para la clasificación H02J (Dispositivos o sistemas de circuito para suministrar o distribuir la energía eléctrica; Sistemas de almacenamiento de energía eléctrica).
31
Numero de publicación: CN103326436-A
URL: https://goo.gl/v83eHi
Título en Ingles:
Automobile common seriously-dependent electric coal asphalt pavement and
cement road vibration generating device, has charging circuit fixed to ultra-
capacitor and rechargeable battery, and piezoelectric transducer fixed to bronze
substrate.
Título en español:
Un dispositivo generador de energía a partir de la vibración en vías donde
transitan automóviles comunes, este contiene un circuito de carga fijado a un ultra
capacitor y una batería recargable, a su vez, unidos a un transductor
piezoeléctrico fijado a una placa de bronce.
Solicitantes: GUANGDONG HUILIPU LUQIAO INFORMATION ENG (GUAN-
Non-standard)
Contenido técnico:
El dispositivo tiene una unidad provista en un transductor piezoeléctrico, circuitos
rectificadores de doble voltaje, un circuito de carga de estabilización de tensión y
un ultra condensador. El transductor se fija con un piezoeléctrico rodante para
generar tensión por un automóvil. El circuito de carga de estabilización de tensión
se fija con el ultra-condensador y una batería recargable. El transductor se fija
con un sustrato de bronce. Se adhiere una superficie de un chip cerámico
piezoeléctrico con adhesivo. Los circuitos de rectificación están formados como
un circuito de rectificación de doble tensión en forma de escalera.
Patentes destacadas
Patente 1
32
Numero de publicación: CN102497133-A
URL: https://goo.gl/a8wxrj
Título en Ingles:
Electromagnetic vibration generating device for vibration detecting system, has
cylinder cover whose outer end is provided with screw thread connecting part, and
vibration part generates electricity based on piezoelectric oscillation device.
Título en español:
Dispositivo generador de vibraciones electromagnéticas para un sistema de
detección de vibraciones, tiene una tapa de cilindro cuyo extremo exterior está
provisto de una parte de conexión de rosca, y una parte de vibración que genera
electricidad basada en un dispositivo de oscilación piezoeléctrico.
Solicitantes: UNIV HEBEI TECHNOLOGY(UYHT-C)
Contenido técnico:
El dispositivo tiene un imán permanente anular fijado en un lado interno de un
extremo exterior de una cubierta de cilindro. Una bobina interior se enrolla sobre
un agujero circular central de imán permanente anular fijo de un eje cilíndrico
hueco. Una bobina se enrolla en un cilindro exterior. Un extremo exterior de la
tapa del cilindro está provisto de una parte de conexión de rosca. Una parte de
vibración electromagnética genera electricidad basada en un dispositivo de
oscilación piezoeléctrico. El diámetro del cilindro exterior es de 9 mm.
Patente 2
33
Numero de publicación: KR2012091718-A
URL: https://goo.gl/Q8DoYJ
Título en Ingles:
Self-power generator for use with piezoelectric element without external power
supplying, has spring of elastic spring, where vibration generator is provided with
rotation rotor generates forced oscillation to be rotated
Título en español:
Generador de potencia con elemento piezoeléctrico sin alimentación externa,
tiene resorte de muelle elástico, donde el generador de vibración está provisto de
un rotor que genera una oscilación forzada a rotación.
Solicitantes: LEE J R(LEEJ-Individual), AHN S H(AHNS-Individual)
Contenido técnico:
Generador de potencia para uso con elementos piezoeléctricos sin alimentación
externa, tiene un resorte de un resorte elástico. Un generador de vibraciones
(200) está provisto de un rotor de rotación que genera una oscilación forzada para
girar con la energía acústica mecánica del generador de energía.
La patente no presenta ilustraciones.
Patente 3
34
Numero de publicación: US2012153773-A1
URL: https://goo.gl/hzhSrF
Título en Ingles:
Piezoelectric energy harvesting apparatus for generating electric energy at
resonance frequency for e.g. charging super capacitor, has rectifier converting
alternating voltage outputted from energy harvesting array into direct voltage.
Título en español:
Aparato de recolección de energía piezoeléctrica para generar energía eléctrica
a la frecuencia de resonancia, tiene rectificador que convierte el voltaje alterno
desde la matriz de recolección de energía en voltaje directo.
Solicitantes: ELECTRONICS&TELECOM RES INST(ETRI-C)
Contenido técnico:
El aparato tiene una matriz recolectora de energía piezoeléctrica (PEH) que
incluye múltiples dispositivos PEH que convierten la vibración externa en energía
eléctrica. Los conmutadores están conectados en serie a los respectivos
dispositivos PEH y ajustan una frecuencia de resonancia del conjunto a la
frecuencia de la vibración externa ajustando las frecuencias de resonancia de los
dispositivos PEH a través del funcionamiento de los conmutadores.
Patente 4
35
Numero de publicación: CN102882344-A
URL: https://goo.gl/C96uWq
Título en Ingles:
Permanent magnetic electricity-based piezoelectric oscillation device for small
power electronic power supply, has middle ring induction coil directly wound on
cylindrical framework, and vibrator suspension provided between coil frames.
Título en español:
Dispositivo de oscilación piezoeléctrico basado en electricidad magnética
permanente para fuente de alimentación electrónica de pequeña potencia, tiene
una bobina de inducción de anillo central directamente enrollada sobre el armazón
cilíndrico y la suspensión de vibrador dispuesta entre marcos de bobina.
Solicitantes: UNIV HEBEI TECHNOLOGY(UYHT-C)
Contenido técnico:
Dispositivo de oscilación piezoeléctrico permanente basado en electricidad
magnética para una pequeña fuente de alimentación electrónica de potencia, El
dispositivo tiene un imán permanente de muelle cilíndrico inferior y un bastidor de
cilindro formado en una estructura cilíndrica de simetría axial. Un lado interior de
un marco superior está fijado con un imán permanente de muelle cilíndrico
superior. Una parte superior se fija con una placa de circuito de procesamiento de
energía eléctrica.
Patente 5
36
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0
20
40
60
80
100
120
140
160
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Acum
ula
do I
nvencio
nes
Activid
ad I
nventiva
Años
En el contexto internacional observamos la Gráfica 4 que corresponde al análisis
del ciclo de vida, el cual nos brinda un contexto a nivel internacional del desarrollo
de la actividad inventiva. Este muestra que hasta el año 2008 la tecnología concluye
su etapa emergente con 49 invenciones y un acumulado de su actividad inventiva
de 56 invenciones, así mismo, desde esta fecha aborda su etapa de crecimiento
mostrando su mayor acumulado de actividad inventiva con 876 y con 147
invenciones en el año 2015, no obstante, podemos observar después de la fecha
una decadencia en número de invenciones, donde se dice que esto se presenta a
causa que las solicitudes realizadas en los últimos años no se hubieran publicado
aun.
Gráfica 4. Ciclo de vida.
Fuente: Elaboración propia a partir de la base de datos Derwent Innovations Index. Fecha de consulta: 10/07/2017
CONTEXTO INTERNACIONAL
37
0
50
100
150
200
250
300
350
400
CN KR JP US RU TW DE FR IN ES GB EP IT MX IB BR TR NL AU PT CA
Num
ero
De R
egis
tros
Paises
ACTIVIDAD DE PATENTAMIENTO ACTIVIDAD INVENTIVA
En la Gráfica 5, se identifica el lugar origen de los solicitantes de patentes, donde
destaca china como líder en la tecnología con 307 invenciones en 337 solicitudes,
le sigue Corea que presenta 225 invenciones en 267 solicitudes, además, otros
lugares de origen asiáticos y norte americanos como Japón y estados unidos,
presentan 125 invenciones en 147 solicitudes y 38 invenciones 52 solicitudes
respectivamente, por otra parte, se destaca la participación de lugares de origen
latino americanos como México y Brasil.
Gráfica 5. Lugares de origen líderes de acuerdo con la actividad inventiva y de patentamiento.
Fuente: Elaboración propia a partir de la Derwent Innovations Index. Fecha de consulta: 10/07/2017
CN- China
KR- Corea
JP- Japón
US- Estados Unidos
RU- Rusia
TW- Taiwán
DE- Alemania
FR- Francia
IN- India
ES- España
GB- Reino Unido
EP- Patentes Europeas
IT- Italia
MX- México
IB- Oficina Internacional
TR- Turquía
BR- Brasil
NL- Países Bajos
AU- Australia
PT- Portugal
CA- Canadá
38
Formado por un mapa de calor, se muestra mediante un código de colores la
colaboración entre países en el Gráfica 6, en este caso identificamos a estados
unidos como líder en materia de colaboración, seguido a este Japón y Corea
presentan una densidad media, así mismo, localizamos países emergentes en
colaboraciones como Alemania y Canadá, llamados así por la oportunidad de ser
futuros líderes en colaboración.
Gráfica 6. Mapa de calor. Colaboración entre países líderes.
Fuente: Elaboración propia a partir del software Vosviewer.
Fecha de consulta: 10/07/2017
39
Por otra parte, para un análisis más riguroso, se muestran los principales aliados
de los países líderes en colaboración, a los cuales corresponde:
Estados Unidos: Alemania, Corea, Japón, Canadá, Taiwán y Reino Unido.
Japón: Estados Unidos, Corea, Alemania, China y Taiwán.
Corea: Estados Unidos, Japón, Alemania Taiwán y Canadá.
Datos que se evidencian en el Gráfica 7.
Gráfica 7. Diagrama de relaciones. Colaboración entre países líderes.
Fuente: Elaboración propia a partir del software Vosviewer. Fecha de consulta: 10/07/2017
40
0
50
100
150
200
250
300
350
400
CN KR JP US WO RU TW EP DE IN FR ES VN GB CA BR HK MX AU PT NO TR IL NL IT
Solic
itud D
e P
ate
nte
Pre
senta
das
Oficina De Destino
Gráfica 8. Oficinas líderes de destino según la actividad de presentación.
Las oficinas líderes de destino que buscan mayor protección para las invenciones
relacionadas con la generación de energía eléctrica mediante el uso de material
piezoeléctrico, está liderada por oficinas de países del continente asiático,
principalmente China con 372 solicitudes le siguen Corea y Japón con 272 y 140
solicitudes respectivamente, también, se encuentran países norte americanos como
Estados Unidos que presenta 122 solicitudes, así mismo, la WIPO (World
Intellectual Property Organization) presento 103 solicitudes, por otra parte, se
encuentra también participación de países latinoamericanos como Brasil y México.
Fuente: Elaboración propia a partir de la base de datos Derwent Innovations Index.
Fecha de consulta: 10/07/2017
CN- China
KR- Corea
JP- Japón
US- Estados Unidos
RU- Rusia
WO- Wipo
TW- Taiwán
EP- Patentes Europeas
DE- Alemania
IN- India
FR- Francia
ES- España
VN- Vietnam
CA- Canadá
GB- Reino Unido
MX- México
AU- Australia
NL- Países Bajos
PT- Portugal
NO- Noruega
BR- Brasil
TR- Turquía
IT- Italia
41
Para un análisis detallado en la Tabla 4 se evidencian las oficinas líderes que han
solicitados protección de las invenciones relacionadas con la generación de energía
eléctrica mediante el uso de material piezoeléctrico, a su vez, los años con mayor
actividad de patentamiento. Todo esto nos da una vista de los mercados potenciales
de esta tecnología.
Tabla 4. Países líderes en el desarrollo de la tecnología, mercados potenciales y años con mayor actividad de patentamiento.
Fuente: Elaboración propia a partir de la base de datos Derwent Innovations Index.
Fecha de consulta: 10/07/2017
País Origen De La Invención
Mercados Potenciales
Años con mayor actividad de
patentamiento
Alcance Internacional (Número de
oficinas donde se publicaron solicitudes)
Oficinas Donde Se Presentaron Las Solicitudes
País Número de invenciones Oficinas
Número de invenciones Año
Número de invenciones
China 337 3
China 337 2015 74
WO 4 2011 2
Estados Unidos 2 2011 1
Corea 267 8
Corea 266 2014 41
Estados Unidos 20 2013 4
WO 15 2014 4
Japón 147 7
Japón 133 2012 23
WO 44 2010 9
Estados Unidos 41 2010 11
Estados Unidos 52 8
Estados Unidos 50 2013 10
WO 16 2013 5
China 6 2013 4
Rusia 41 1 Rusia 41 2009 10
Taiwán 30 3
Taiwán 30 2012 8
Estados Unidos 6 2008 3
China 2 2012 1
Alemania 18 7
Alemania 18 2009 6
WO 7 2009 4
Estados Unidos 5 2009 3
Francia 15 5
Francia 13 2009 3
Alemania 7 2013 3
Estados Unidos 7 2009 3
42
En el Gráfica 9, se identifican los tipos de solicitantes clasificados por empresas,
instituciones académicas y personas naturales, los cuales tienen un porcentaje de
participación del 45%, 30% y 25% respectivamente, sin embargo, se debe tener en
cuenta que estos se agruparon por secciones, de acuerdo a cada una de las
patentes, es decir, una patente corresponde a una sección que comprende varios
solicitantes, del cual se tomaron los siguientes atributos para clasificarlos según los
criterios antes mencionados.
Si una sección está compuesta por personas naturales y empresas, se dice que
esta sección pertenece a empresas, dado que se toma como criterio que las
personas realizaron convenios con estas organizaciones, también, si la sección se
compone de personas naturales e instituciones académicas, prevalecerá las
instituciones académicas, tomando como criterio que estas han realizado convenios
con dichas instituciones, en este sentido también se establece un nivel de prioridad
de la universidad ante las organizaciones.
Fuente: elaboración propia a partir de la base de datos Derwent Innovations Index.
Fecha de consulta: 10/07/2017
Por otra parte, se resalta que la base de datos Derwent Innovations Index tiene la
siguiente clasificación para los nombres de cesionario, ABCD-C, ABCD-N, ABCD-
R y ABCD-I, que se refiere, las compañías, no estandarizados, instituto soviético y
persona individual respectivamente, en este sentido, este código se reclasifico para
efectos de la evaluación tecnológica.
Gráfica 9. Tipos de solicitantes de la tecnología.
431; 45%
280; 30%
239; 25% Empresas
Instituciones academicas
Personas naturales
43
1
2 34
5
0
20
40
60
80
100
120
140
0 5 10 15 20 25
Impacto
Industr
ial
Avitividad Inventiva
Se relaciona los solicitantes entre su actividad inventiva y el impacto industrial,
clasificados en 3 niveles, el primer nivel llamado lideres, esta conformado por
Panasonic Corp que tiene altos resultados en invenciones y citas recibidas, también
se distingue el siguiente nivel nombrado promesas conformado por la Univ Zhejiang
Normal y Murata MFG Co Ltd, que reciben este nombre por tener un numero alto
de invenciones, pero su impacto industrial es medio, por ultimo, el tercer nivel
nombrado como emergentes, encontramos a la Univ Shanghai Jiaotong Y Univ
Wuhan Technology, que tienen resultados bajos en los criterios antes mencionados,
pero estan por encima de los otros solicitantes con resultados minusculos.
Gráfica 10. Impacto industrial de los solicitantes líderes.
Fuente: Elaboración propia a partir de la base de datos Derwent Innovations Index. Fecha de consulta: 10/07/2017
1- Panasonic Corp.
2- Univ Wuhan Technology
3- Univ Zhejiang Normal
4- Univ Shanghai Jiaotong
5- Murata Mfg Co Ltd
44
1
2
3 4
56
0
5
10
15
20
25
0 5 10 15 20 25
Variabili
dad T
ecnolo
gic
a
Actividad Inventiva
La Gráfica 11 relaciona los indicadores de actividad inventiva y variabilidad
tecnológica, en donde destacan dos líderes, Samsung y Panasonic corp., siendo
estas las empresas con mayores invenciones y gran desarrollo tecnológico en
diferentes campos, seguido a estos encontramos a Kim J, Wang, Zhan y Fuji Film
Corp., aunque no son líderes y presentan un nivel bajo de invenciones, resaltan una
alta diversidad de desarrollo tecnológico en diferentes áreas de la tecnología.
Gráfica 11. Variabilidad tecnológica por solicitantes líderes.
Fuente: Elaboración propia a partir de la base de datos Derwent Innovations Index.
Fecha de consulta: 10/07/2017
1- Samsung
2- Panasonic Corp.
3- Kim J
4- Wang
5- Zhan
6- Fuji Film Corp.
45
Para la interpretación de los solicitantes líderes en materia de colaboración se
presenta un mapa de calor, el cual permite mediante código de colores identificar a
Lee J, Arizumi Y, Aakash S, Zhan y Matu-C (Panasonic Corp.) teniendo en cuenta
que esta última recibe el mayor de sus colaboraciones de personas naturales, no
obstante, se aclara que los nombres presentados en el Gráfica 12 pertenece al
código que la base de datos Derwent Innovations Index asigna a los nombres de
cesionarios.
Gráfica 12. Mapa de calor. Red principal de colaboración entre solicitantes.
Fuente: elaboración propia a partir del software Vosviewer. Fecha de consulta: 10/07/2017
46
Una evaluación tecnológica muestra la viabilidad de una tecnología en particular,
proporcionando información de la investigación y desarrollo de está, así, ser fuente
de fundamentos claros para la toma de decisiones, en cuanto al impacto social y
económico.
Dentro de la evaluación tecnológica se identificó que las tendencias enmarcan en
su mayoría, las máquinas eléctricas no previstas en otro lugar, dispositivos
semiconductores y dispositivos o sistemas de circuito para suministrar o distribuir
energía eléctrica, en este sentido, también se resalta el 2008 como la fecha focal
donde aumentó el número de las invenciones e investigaciones de está, dejando su
etapa emergente y manteniendo un crecimiento sostenido a través de los años. Por
otra parte, quienes lideran las iniciativas en esta tecnología como alternativa
renovable son países del continente asiático en primer lugar China, en segundo
Corea y tercero Japón, a su vez una leve inmersión por parte de países latino
americanos México y Brasil, lo que expone una situación de oportunidad para
incursionar en el mercado americano con este tipo de tecnología, como solución al
impacto ambiental que se presenta actualmente a causa de la utilización de
combustibles fósiles y otros medios de generación de energía no renovables.
Para llevar a cabo estas premisas se recalca la necesidad de fortalecer convenios
entre la academia y las organizaciones ya que con la evaluación se verificó que
estás son las más interesadas en el desarrollo e investigación en materia de
generación de energía mediante el uso de material piezoeléctrico, el impacto
industrial y la variabilidad tecnológica que se presenta en esta investigación muestra
el empoderamiento que esta puede llegar a tener en un camino visto hacia el uso
de energía limpia y sostenible.
En definitiva, la energía eléctrica generada mediante material piezoeléctrico, es una
latente oportunidad de innovación, pero necesita fortalecer eslabones débiles en
cuanto a investigación y desarrollo, también direccionando que el rendimiento
económico-tecnológico de está sea eficiente y pueda atender a las necesidades a
nivel mundial, nacional y regional en el uso racional de la electricidad, así impartir
un paradigma de sostenibilidad ambiental amparado científicamente y en busca de
un buen futuro.
CONCLUSIÓN
REFERENCIAS
REFERENCIAS
ANALISIS DE RESULTADOS
REFERENCIAS
REFERENCIAS
47
En los últimos tiempos la ciencia ha realizado un esfuerzo inmensurable para
intentar avanzar sin generar daños en el medio ambiente, debido a que el deterioro
que se le ha causado al mismo es importante y desde ciertos puntos de vista
irreversible. Lamentablemente en nuestra región los avances en buscar mejoras
para el medio ambiente son parsimoniosos y siempre encuentran una cantidad de
obstáculos importantes para llevarse a cabo.
Algo tan útil y relevante como la industria eléctrica, genera un impacto importante
en el medio ambiente debido a que los recursos hídricos cada vez se hacen más
escasos (hidroeléctrica) o la obtención y combustión del carbón genera problemas
importantes por los gases generados (termoeléctricas); no obstante, son industrias
que deben mantenerse en pie buscando alternativas innovadoras que permitan que
cada vez la huella que generan sus actividades sea lo menos negativa posible.
Bajo esa misma línea nace la posibilidad de uso de los materiales piezoeléctricos
como materiales que pueden generar electricidad al aplicarles presión por una
variación en su potencial, aspecto que los hace atractivo para su uso en diferentes
elementos operativos como sistema de iluminación de estaciones de transporte
masivo, iluminación pública de sitios concurridos, etc. sistema eléctrico para
activación de puertas en centros comerciales o sitios concurridos, etc. Además, los
mismos no generan ningún tipo de contaminación al medio ambiente y economizaría
el servicio eléctrico en aquellos sitios donde se use esta tecnología; que, a pesar de
ser relativamente básica, es muy poco lo que se aplica en nuestro país, a diferencia
de países desarrollados que ya trabajan con las magníficas características de estos
materiales con propiedades eléctricas.
Este boletín tecnológico nos permite, entender que para grandes problemas es
necesario aplicar recursos innovadores sustentados y probados en estudios
científicos que permitan elaborar soluciones prácticas, sostenibles y amigables con
el medio ambiente.
Pedro Mattey
M.Sc. Ingeniería de Materiales
DESDE LA PERSPECTIVA
DEL EXPERTO
GRÁFICAS
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Primer Experto
Gerardo Luís Angulo Cuentas
Ingeniero Industrial, Universidad del Atlántico. Magister en ingeniería Industrial,
Universidad del Norte. Doctor en Ingeniería, Gestión y desarrollo tecnológico,
Universidad Industrial de Santander. Profesor Asociado Universidad del Magdalena.
Ha dirigido varios proyectos de investigación en la industria. Ha sido ponente en
congresos internacionales sobre Gestión de la Innovación, en Colombia, España,
Malaysia, Holanda, Italia y EUA.
Posee diversas publicaciones en revistas especializadas en gestión de la Ciencia,
la Tecnología y la Innovación, enfocadas en los últimos años a la Gestión y
Transferencia de Conocimiento y Tecnología. Ha sido asesor en Prospectiva del
Observatorio del Caribe, Universidad de Sucre, Corporación Universitaria del
Caribe, Incubar del Caribe, Cámara de Comercio de Barranquilla, Cámara de
Comercio de Cartagena, Producaribe, el Centro de Creación de Empresas de la
Universidad del Atlántico, entre otras instituciones. Fue decano de la Facultad de
Ingeniería de la Universidad del Magdalena en Santa Marta - Colombia.
Actualmente dirige la planeación de CTI de Unimagdalena, es Mentor Experto de
emprendimiento reconocido por APPS.CO - MinTIC - Colombia, Estructurador de
Proyectos CTI validado por COLCIENCIAS e Investigador Asociado reconocido por
la misma institución y Junto con el Rector Pablo Vera Salazar son los cofundadores
del Centro de Innovación y Emprendimiento de la Unimagdalena en el cual se
desempeña como Director.
EXPERTOS
REFERENCIAS
REFERENCIAS
ANALISIS DE RESULTADOS
REFERENCIAS
REFERENCIAS
49
Segundo Experto
Libardo Escobar Toledo
Profesional en ingeniería industrial con experticia en análisis de avances científicos
actuales y análisis de patentes para formulación de indicadores de ciencia,
tecnología e Innovación (CTI). Con experiencia en el análisis, diseño y optimización
de procesos de producción, procesos financieros, procesos logísticos y procesos de
certificación.
Actualmente se desempeña como profesional de apoyo en la Universidad del
Magdalena en la realización de procesos de investigación para determinar
tendencias mundiales en producción científica.
Presenta excelentes competencias en el análisis de tendencias científicas y
tecnológicas, gestión administrativa, emprendimiento y Manejo de Base de datos.
Por otra parte, a lo largo de su trayectoria profesional destaco como líder de gestión
ambiental para la empresa Servicios Integrales de Salud del Magdalena S.A.S.
50
Tercer Experto
Pedro Enrique Mattey Centeno
Profesional en ingenieria de materiales con mencion en metalurgia, Universidad
Simon Bolivar en caracas venezuela. Magister y estudiante de doctorado en
ingenieria de materiales en la Universidad del Valle.
Participo como docente de pregrado en la Universidad del Magdalena en el curso
ciencias de los materiales y procesos fisico quimicos, Tambien se desempeña como
docente de pregrado en el curso de materiales metalicos en la Universidad del valle.
Ha dirigidos varios proyectos de investigacion en el campo de la ingenieria de
materiales y presenta varias publicaciones en revistas con calificasiones A1, A2,C
y Q1 en este mismo área. Por otra parte, es miembro del grupo de investigacion
materiales compuestos reconocido por colciencias.
51
METODOLOGÍA
Se realizó el análisis de patentes en el marco de nuevas tecnologías relacionadas
con la generación de energía eléctrica mediante el uso de material piezoeléctrico,
proceso que se dividió en las siguientes fases: Selección de la base de datos,
revisión y procesamiento, creación de la base de datos y elaboración del boletín
tecnológico.
Selección de la base de datos: En esta primera fase se investigó diferentes
bases de datos oficiales, teniendo en cuenta que estas presentaran actividad
inventiva y de patentamiento, por otro lado, se realizó la revisión de los
registros acordes con la generación de energía mediante el uso de material
piezoeléctrico en el periodo 2010-2017, durante esta fase la base de datos
Derwent Innovations Index, destaco teniendo en cuenta los criterios
anteriores y que a su vez permitía la búsqueda y descarga de la información.
Revisión y procesamiento: Ya seleccionada la base de datos Derwent
Innovations Index, se revisó y registró la información descargada de la
misma, posterior a esto, se recolectó la actividad inventiva y de
patentamiento relacionada con la generación de energía a través del uso de
material piezoeléctrico en el periodo 2010-2017.
Creación de la base de datos: Para la creación de la base de datos se
clasifico la actividad inventiva y de patentamiento en las tendencias
establecidas.
Elaboración del boletín tecnológico: Ya elaborada la base de datos que
contiene la actividad inventiva y de patentamiento relacionada con la
generación de energía mediante el uso de material piezoeléctrico en el
periodo 2010-2017, se realizaron dos actividades, la primera comprendía el
cálculo y la organización de las estadísticas de acuerdo con las tendencias y
contextos internacionales, la segunda y última actividad traía consigo el
análisis de los datos.
ANEXOS
REFERENCIAS
REFERENCIAS
ANEXOS
REFERENCIAS
REFERENCIAS
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DESCRIPCIÓN DE LOS INDICADORES EMPLEADOS EN EL ANALISIS DE
PATENTES.
Tabla 5. Descripción de los indicadores.
INDICADOR DESCRIPCÍON
ACTIVIDAD INVENTIVA
Este indicador presenta la cantidad invenciones que solicitaron la protección de una patente, está determinado por la primera solicitud que se presentó en cualquier parte del mundo a partir de la fecha de presentación (fecha e información de prioridad de solicitud), Este indicador se puede medir por país, solicitante o inventor.
SOLICITUD DE PATENTE PRESENTADA
Solicitud de patente presentada en un país o en una oficina de patentes, este indicador permite realizar el análisis de países destinos y conocer los mercados potenciales para una tecnología.
ACTIVIDAD DE PATENTAMIENTO
Indicador definido por la suma de las publicaciones de las solicitudes de patente presentadas en diferentes países para proteger las invenciones oriundas de un mismo país.
IMPACTO INDUSTRIAL Este indicador está determinado por la cantidad de solicitudes de patente que citan un documento de patente.
VARIABILIDAD TECNOLÓGICA Este indicador está determinado por el número de clasificaciones internacional usadas en un documento de patente.
ALCANCE INTERNACIONAL Indicador establecido por el número de oficinas que solicitan la patente.
Fuente: Adaptado de (Superintendencia de Industria y Comercio, 2016).
53
GLOSARIO
Tabla 6. Glosario.
TÉRMINO DEFINICIÓN
Actividad inventiva
Cantidad de invenciones que han solicitado protección de una patente. Este indicador se puede medir por país, solicitante o inventor y se determina teniendo en cuenta la primera solicitud presentada en cualquier lugar del mundo a partir de la fecha de presentación (fecha de prioridad).
Actividad de presentación
Número total de solicitudes de patente presentadas en un país determinado o en una oficina de patentes, es decir el número de solicitudes de patente donde se presenta o se solicita la protección. Este indicador permite conocer los principales mercados para una tecnología y así realizar el análisis de países destino.
Actividad de patentamiento
Suma de las publicaciones de las solicitudes de patente presentadas en diferentes países para proteger las invenciones oriundas de un mismo país.
Alcance internacional Número de oficinas donde se solicita la patente.
Ciclo de vida o evolución tecnológica
Secuencia anual de la actividad inventiva o la actividad de patentamiento de una tecnología. Proporciona información relativa a la inversión potencial realizada por las compañías del presente estudio (tanto en el año de solicitud como en los inmediatamente posteriores).
CIP
Sigla de Clasificación Internacional de Patentes, sistema jerárquico que divide los sectores tecnológicos en varias secciones, clases, subclases y grupos.
54
Citas
Referencias al estado anterior de la técnica contenidas en los documentos de patente, que pueden ser a otras patentes, a publicaciones técnicas, libros, manuales y demás fuentes.
Concesión
Derechos exclusivos de propiedad industrial que una oficina otorga a un solicitante. Por ejemplo, las patentes se conceden a los solicitantes para que hagan uso y exploten su invención durante un plazo limitado de tiempo. El titular de los derechos puede impedir el uso no autorizado de la invención.
Dominio público
Son aquellas invenciones en que la protección que otorga la patente ha finalizado por causas establecidas por la ley. Es decir, ha terminado el tiempo de protección, no ha sido solicitada en el territorio nacional aun estando Vigente en otros países o fue abandonada.
Estado de la técnica
Es todo aquello accesible al público por una descripción escrita u oral, utilización, comercialización o cualquier otro medio antes de la fecha de presentación de la solicitud de patente. El estado de la técnica sirve para evaluar la patentabilidad de una invención.
Familia de patente
Conjunto de solicitudes de patente relacionadas entre sí que se presentan en uno o más países para proteger la misma invención.
Fecha de presentación de la solicitud
Es el día en que se presenta la solicitud de patente en una oficina determinada.
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Fecha de publicación
Fecha en la que la oficina de propiedad industrial publica la solicitud de patente. Indica el momento en el que la información relativa a la invención se divulga públicamente. Por lo general, el público tiene acceso a la información relativa a la solicitud de patente 18 meses después de su fecha de prioridad.
Impacto industrial Cantidad de solicitudes de patente que citan un documento de patente X
Información tecnológica
Información que describe invenciones relacionadas con procesos y/o productos. Las fuentes de información son diversas (publicaciones, artículos, documentos especializados, tesis académicas, etc.); una fuente primordial son los documentos de patente, que, por su estructura normalizada, describen las invenciones en su totalidad incluyendo el estado de la técnica.
Invención
Es un nuevo producto (aparato, máquina, material, sustancia), procedimiento o forma de hacer algo que resuelve alguna necesidad o problema técnico.
Inventor Autor de una invención que, por lo tanto, tiene derecho a ser reconocido como tal en la patente.
País de origen
País en que reside el solicitante o el inventor de la solicitud de patente. En caso de que sea una solicitud conjunta, corresponde al país en que reside el inventor o solicitante mencionado en primer lugar. El país de origen sirve para determinar el origen de la invención o de la solicitud de patente.
País u oficina destino País(es) donde se busca proteger una invención.
56
País de prioridad
País en el que se presentó la solicitud de patente por primera vez en todo el mundo, antes de solicitarla en otros países.
Patente
Derecho exclusivo concedido por ley a los solicitantes o inventores sobre sus invenciones durante un periodo limitado (generalmente de 20 años). El titular de la patente tiene el derecho a impedir la explotación comercial de su invención por parte de terceros durante dicho periodo. Como contrapartida, el solicitante está obligado a dar a conocer su invención al público, de modo que otras personas expertas en la materia puedan reconocer y reproducir la invención. El sistema de patentes tiene como objetivo equilibrar los intereses de los solicitantes (derechos exclusivos) y los intereses de la sociedad (divulgación de la invención).
Solicitante
Persona o empresa que presenta una solicitud de patente o marca. Cabe la posibilidad de que en una solicitud figure más de un solicitante. El nombre del solicitante permite determinar el titular de la patente o la marca.
Solicitud de patente
Procedimiento mediante el cual se solicita protección por patente en una oficina de propiedad industrial (PI). Para obtener los derechos derivados de una patente, el solicitante debe presentar una solicitud de patente y suministrar todos los documentos necesarios, así como abonar las tasas. La oficina de PI examina la solicitud y decide si concede o no la patente.
Solicitud prioritaria Primera solicitud presentada en otro país para el mismo objeto.
57
Solicitud de patente publicada
En la mayoría de países se publica la solicitud de patente transcurridos dieciocho meses contados a partir de la fecha de presentación de la solicitud o cuando fuese el caso desde la fecha de prioridad que se hubiese invocado. La publicación tiene por objeto permitir a las personas enterarse qué se está intentando proteger a través de la solicitud de patente.
Tecnología de uso libre
Producto o procedimiento que no tiene derecho de propiedad industrial vigente y puede ser utilizado por cualquiera sin cometer ningún tipo de infracción.
Titular de la patente Persona natural o jurídica a la que pertenece el derecho exclusivo representado por la patente.
Transferencia de tecnología
Acto por medio del cual se produce una transmisión de conocimientos. Dicha transferencia se puede realizar a partir de publicaciones, bases de satos, compra de tecnología, asistencia técnica, documentos de patente, licencias de patente, cesiones entre otras.
Variabilidad tecnológica Número de clasificaciones de patente usadas en un documento de patente X.
Fuente: Adaptado de (Superintendencia de Industria y Comercio, 2016)
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