BRPI0708652A2

BRPI0708652A2 - dispositivos de transferência de energia fluìdica

Info

Publication number: BRPI0708652A2
Application number: BRPI0708652-0A
Authority: BR
Inventors: Timothy S Lucas
Original assignee: Influent Corp
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2011-06-07
Also published as: US20090148320A1; CA2645321A1; US8272851B2; CN101438057A; EP1991786A2; WO2007103384A2; WO2007103384A3; JP2009529119A

Abstract

DISPOSITIVOS DE TRANSFERêNCIA DE ENERGIA FLUìDICA. A presente invenção refere-se a um dispositivo de transferência de energia fluídica, que inclui uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos uma porção da câmara compreende uma porção móvel em relação à outra porção da câmara, sendo que a porção móvel é adaptada para alterar o volume da câmara a partir de um primeiro volume para um segundo volume através do movimento da porção móvel, O dispositivo inclui, ainda, um atuador fixado à porção móvel, em que os deslocamentos da porção móvel podem ser maiores que o deslocamento do atuador.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVOSDE TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA FLUÍDICA".

REFERÊNCIA CRUZADAS AOS PEDIDOS DE PATENTE

o presente pedido de patente reivindica a prioridade ao Pedidode Patente Provisório U.S. N2 60/780.037, depositado em 7 de março de2006, por Timothy S. Lucas of Próvidence Forge, Virgínia, EUA, intitulado"Fluidic Energy Transfer Devices", sendo que os conteúdos do mesmo estãoaqui incorporados em sua totalidade a título de referência.

O Pedido de Patente PCT PCT/US2005/046557, depositado em22 de dezembro de 2005, intitulado Reaction-Drive Energy Transfer Device,por Timothy S. Lucas, aqui mencionado, sendo que os conteúdos do mesmoestão aqui incorporados em sua totalidade a título de referência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1) Campo da Invenção

A presente invenção refere-se, em geral, a um aparelho e méto-dos para transferir energia em um volume de fluidos e, mais especificamen-te, ao campo de bombas lineares, compressores lineares, jatos sintéticos,sistemas acústicos ressonantes e outros dispositivos fluídicos.

2) Descrição da Técnica Relacionada

Com a finalidade de transferir energia dentro de um invólucrodefinido, as tecnologias anteriores têm empregado uma série de abordagens,inclusive o deslocamento positivo, agitação, como com agitação mecânica ou aaplicação de ondas acústicas em movimento ou imóveis, a aplicação de forçascentrífugas e a adição de energia térmica. A transferência de energia mecâ-nica por meio desses vários métodos pode servir para uma variedade deaplicações, que podem incluir, por exemplo, compressão, bombeamento,mistura, atomização, jatos sintéticos, medição de fluidos, amostragem, amos-tragem de ar para agentes de guerra biológica, jatos de tinta, filtração, con-duzir alterações físicas devido a reações químicas, ou outras alterações ma-teriais nos particulados suspensos, como trituração ou aglomeração, ou umacombinação de qualquer um desses processos, para nomear alguns.

Acerca da categoria de máquinas de deslocamento positivo,descobriu-se um amplo uso aos diafragmas. A ausência de perdas de ener-gia de atrito torna os diafragmas especialmente úteis em máquinas de des-locamento positivo por redimensionamento enquanto se tenta manter altaeficiência energética. O interesse em dispositivos de escala MESO e MEMStem levado a uma confiança ainda maior em dispositivos tipo diafragma etipo diafragma/pistão (isto é, um pistão com uma parte circundante flexível)para transferir energia em fluidos no interior de pequenas bombas ou outrosdispositivos fluídicos. Conforme o uso em questão, o termo "bomba" refere-se a dispositivos projetados para proporcionar compressão e/ou fluxo paralíquidos ou gases. Conforme o uso em questão, o termo "fluido" é destinadoa incluir tanto o estado líquido como o estado gasoso da matéria.

Os atuadores usados para acionar bombas com diafragmasmaiores se provaram problemáticos para máquinas MESO ou MEMS vistoque é difícil manter sua eficácia e baixo custo à medida que eles são redi-mensionados. Por exemplo, os vãos livres associados a atuadores do tipobobinas eletromagnéticas e alto-falante devem redimensionados com a fina-lidade de manter a alta eficiência em transdução e isto agrega complexidadee custos de fabricação. Da mesma forma, as laminações do motor se tornammagneticamente saturadas à medida que os motores são redimensionadosenquanto buscam manter uma saída de potência mecânica constante. Acer-ca dos alvos aceitáveis de custo de produto, é amplamente aceitável que aeficiência eletromecânica desses transdutores desaparecerá com a reduçãode tamanho.

Esses desafios de dimensionamento, associados aos atuadoresmagnéticos convencionais, têm levado ao uso difundido de outras tecnologi-as, como atuadores eletrostritivos (por exemplo, piezocerâmicos), atuadorescurvadores piezocerâmicos, eletrostáticos e magnetostritivos para aplica-ções MESO e MEMS. Um disco curvador piezo pode naturalmente combinaro diafragma fluídico e o atuador em um único componente.

As vantagens de se utilizar o piezo como o diafragma fluídicosão compensadas pelas limitações inerentes de deslocamento do piezo. Vis-to que as cerâmicas são relativamente frágeis, os diafragmas/discos piezo-cerâmicos podem apenas proporcionar uma pequena fração dos desloca-mentos proporcionados por outros materiais, como os metais, plásticos eelastômeros, por exemplo. Os deslocamentos oscilatórios de pico que umdisco circular piezocerâmico fixado pode proporcionar sem falhas são tipi-camente menores que 1% do diâmetro fixado do disco. Visto que o deslo-camento do diafragma está diretamente relacionado à energia fluídica trans-ferida por ciclo de tempo, os curvadores piezo impõem uma limitação signifi-cativa na densidade de potência e no desempenho como um todo de peque-nos dispositivos fluídicos, como as bombas e compressores com tamanhoMESO. Essas limitações de energia relacionadas ao deslocamento são es-pecialmente verdadeiras para gases.

Outros tipos de atuadores piezo que dependem das proprieda-des de flexibilidade de massa do material piezo podem proporcionar umaalta transferência de energia aos líquidos operando-se em freqüências muitoaltas, porém, em ciclos de tempo ainda menores. Esses pequenos ciclos doatuador tornam o projeto das bombas impraticáveis. Além disso, as bombasde alto desempenho empregam valores passivos que abrem e fecham cadaciclo de bombeamento de modo a proporcionar uma eficácia otimizada debombeamento. Essas válvulas de bomba podem não proporcionar o desem-penho necessário na faixa de freqüência kHz-MHz que os atuadores piezode massa precisam para transferir energia suficiente.

Atualmente, a demanda é crescente para dispositivos fluídicoscontinuamente menores que podem não ser alcançáveis ou funcionalmenteúteis de modo consistente com a tecnologia atual de bombas piezo. Por e-xemplo, precisa-se de bombas e compressores que possam proporcionarmaiores densidades de potência e taxas de vazão específicas (isto é, a taxade vazão de volume de fluidos dividida pelo volume físico da bomba) em ca-beças de pressão maiores e em unidades de tamanho continuamente me-nor. Exemplos de aplicações que exigem bombas de tamanho MESO de altodesempenho incluem a miniaturização de células combustíveis para disposi-tivos eletrônicos portáteis, como dispositivos computacionais portáteis, PDAse telefones celulares; sistemas independentes de gerenciamento térmicoque podem se encaixar em um cartão circuito e proporcionar resfriamentoaos microprocessadores e outros aparelhos eletrônicos semicondutores edispositivos médicos pessoais portáteis para pacientes de ambulatório. Por-tanto, há uma necessidade por uma bomba piezo compacta economicamen-te viável que remedeie pelo menos algumas das deficiências das bombaspiezo de corrente.

Sumário da Invenção

Com a finalidade de satisfazer essas necessidades e superar aslimitações das tentativas anteriores, proporciona-se a presente invençãocomo um dispositivo de transferência de energia que utiliza novos atuadoresflutuantes ativados por reação que servem para acionar os dispositivos fluí-dicos de diafragma e pistão, como bombas, compressores, jatos sintéticos edispositivos acústicos em uma freqüência de acionamento e, algumas vezes,próxima a sua ressonância de sistema. Com a finalidade de satisfazer adi-cionalmente essas necessidades e superar as limitações das tentativas ante-riores, proporciona-se a presente invenção como um dispositivo de transfe-rência de energia que permita o uso de atuadores de alta força e baixo tem-po que servem para acionar os ciclos maiores de diafragma e pistão paradispositivos fluídicos, como bombas, compressores e jatos sintéticos emuma freqüência de acionamento e, algumas vezes, próxima a sua ressonân-cia de sistema.

Um dispositivo de transferência de energia fluídica de acordocom uma modalidade compreende uma câmara de fluidos dotada de umaparede interna conformada de modo a formar uma câmara volume com umaabertura e um diafragma fluídico rigidamente fixado ao perímetro da aberturae com um atuador de relutância variável fixado ao diafragma fluídico. O dis-positivo de transferência de energia ativado por reação de acordo com al-gumas modalidades da presente invenção proporciona um único sistemapara acionar os deslocamentos do diafragma fluídico que podem ter umaordem de grandeza maior que o deslocamento dos diafragmas piezo anteriores.

O sistema ativado por reação de acordo com a maioria das mo-dalidades da presente invenção permite um alto desempenho para dispositi-vos, como bombas com tamanho MESO, compressores, jatos sintéticos edispositivos acústicos. As bombas e os compressores de acordo com algu-mas modalidades da presente invenção podem incluir portas e válvulas mo·duladas que permitem que fluido de baixa pressão entre e o fluido com altapressão saia de uma câmara de compressão em resposta às compressõescíclicas. O sistema ativado por reação pode utilizar uma variedade de atua-dores, como um atuador curvador que compreende curvadores PZT unilami-nar, bilaminar e multilaminar, compósitos piezopoliméricos, como materiaiscristalinos PVDF, materiais magnetostritivos, transdutores poliméricos eletro-ativos (EPTs), polímeros eletrostritivos e vários "materiais inteligentes", comoligas com memória de forma (SMA)1 atuadores de diafragma PZT de camporadial (RFD), bem como atuadores de relutância variável e atuadores de bo-bina de alto-falante.

Os dispositivos fluídicos de acordo com a presente invenção po-dem ser operados em uma freqüência de acionamento que permita que e-nergia seja armazenada na ressonância mecânica do sistema, proporcio-nando, assim, deslocamentos de diafragma ou pistão que podem ser maio-res e, tipicamente, muito maiores que os deslocamentos do atuador. A res-sonância do sistema pode ser determinada com base na massa de movi-mento eficaz do diafragma, atuador e componentes relacionados e na dure-za de mola do fluido, do diafragma fluídico, e outras molas mecânicas opcio-nais; e/ou outros componentes/ambientes que influenciem na freqüênciaressonante.

As bombas de acordo com algumas modalidades da presenteinvenção podem ser utilizadas em uma variedade de aplicações, incluindo, atítulo de exemplo, apenas a compressão geral de gases como ar, hidrocar-bonetos, gases de processo, gases de alta pureza, gases perigosos e corro-sivos, com a compressão de refrigerantes de troca de fase para refrigeração,bombas de condicionamento de ar e aquecimento com líquidos, e outra apli-cações de compressão por vapor ou transferência de calor por troca de fase.As bombas de acordo com algumas modalidades da presente invenção tam-bém podem bombear líquidos, como combustíveis, água, óleos, lubrificantes,refrigerantes, solventes, fluido hidráulico, produtos químicos tóxicos ou reati-vos, dependendo do projeto particular de bomba. As bombas da presenteinvenção também podem oferecer capacidade para operação de gás ou Ii-quido.

De forma mais específica, uma modalidade exemplar da presen-te invenção inclui uma câmara de fluidos dotada de uma parede interna con-formada de modo a formar um volume de câmara e dotada de uma abertura.Um diafragma ou pistão fluídico é rigidamente fixado ao perímetro da abertu-ra na câmara de fluidos e o diafragma ou pistão tem uma porção flexível ca-paz de se mover em relação ao perímetro externo entre uma pluralidade deprimeiras posições e uma pluralidade de segundas posições, sendo que asprimeiras e segundas posições têm distâncias variáveis a partir da paredeinterna da câmara fluídica. A câmara é preenchida com um fluido que com-preende parte da carga do sistema. O fluido dentro da câmara de fluidoscompreende uma mola, e o diafragma fluídico também compreende umamola. Um atuador tendo um ponto de fixação é fixado ao diafragma fluídico.Determina-se uma freqüência ressonante mecânica de massa-mola pelasmassas em movimento eficaz combinadas do atuador e diafragma ou pistãoe pela mola mecânica e pela mola a gás, e o atuador é operável em umaampla faixa de freqüências de acionamento, sendo que algumas freqüênciasque resultam em energia são armazenadas na ressonância mecânica demassa-mola e proporcionam deslocamentos do diafragma ou pistão fluídicoque são maiores (e, em muitos casos, bem maiores) que os deslocamentosdo atuador, de tal modo que a energia aumentada seja transferida à cargafluídica no interior da câmara de fluidos.

Em outra modalidade da invenção, há um dispositivo de transfe-rência de energia fluídica que compreende:

uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção móvel em relação à outra por-ção da câmara, sendo que a porção móvel é adaptada para alterar o volumeda câmara a partir de um primeiro volume para um segundo volume atravésdo movimento da porção móvel; e

um atuador de relutância variável fixado à porção móvel;

onde o atuador de relutância variável é ao menos (i) diretamenteconectado à porção móvel e (ii) ligado à porção móvel, de modo a formaruma montagem de porção móvel do atuador;

onde o atuador de relutância variável não é efetivamente conec-tado nem ligado a nenhum outro componente do dispositivo que não seja aporção móvel; e

onde a montagem de porção móvel do atuador é adaptada parase mover substancialmente apenas devido à oscilação do atuador em umafreqüência de acionamento.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de o atuador é acionado a uma freqüência de forma que armazene energiana ressonância do sistema de tal modo que os deslocamentos da porçãomóvel aumentem proporcionalmente em relação à energia armazenada.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de o atuador é conectado com elasticidade a um componente do dispositivoque seja separado da porção móvel.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de uma folga do atuador de relutância variável é adaptada para oscilar emuma amplitude e freqüência de deslocamento de tal modo que o atuador e aporção móvel se movam entre uma primeira posição e uma segunda posiçãosubstancialmente apenas devido ao deslocamento do atuador, e onde a dis-tância entre a primeira posição e a segunda posição é maior que a amplitudede deslocamento da folga do atuador.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de a porção móvel compreende um diafragma.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de a porção móvel compreende um pistão com uma parte circundante flexí-vel.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de o dispositivo compreende, ainda;

uma porta de entrada de fluidos em comunicação fluida com acâmara; e

uma porta de saída de fluidos em comunicação fluida com a câ-mara;

onde o dispositivo é adaptado para atrair fluidos para dentro dacâmara através da porta de entrada durante o movimento da porção móvelde tal modo que aumente o volume da câmara, e

onde o dispositivo é adaptado para expelir fluidos para fora dacâmara através da porta de saída durante o movimento da porção móvel detal modo que diminua o volume da câmara.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de se proporciona uma abertura na câmara que permite ao fluido entrar esair da câmara, e onde a oscilação do fluido através da dita abertura cria umjato sintético.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de a câmara porção móvel compreende um fole.

uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção móvel relativa à outra porção dacâmara, sendo que a porção móvel é adaptada para alterar o volume da câ-mara a partir de um primeiro volume para um segundo volume através domovimento da porção móvel; e

um atuador eletroativo fixado à porção móvel;onde o atuador eletroativo é ao menos (i) diretamente conectadoà porção móvel e (ii) ligado à porção móvel, de modo a formar uma monta-gem de porção móvel do atuador;

onde o atuador eletroativo não é efetivamente conectado nemligado a nenhum outro componente do dispositivo que não seja a porçãomóvel; e

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de uma massa de reação é fixada ao atuador eletroativo.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos, que compreende:

uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção flexível móvel em relação à ou-tra porção da câmara de tal modo que um ponto máximo de deflexão na por-ção flexível proporcione deslocamentos maiores que quaisquer outros pon-tos na porção flexível, sendo que a porção flexível é adaptada a alterar ovolume da câmara a partir de um primeiro volume para um segundo volumedobrando-se a porção flexível; e um atuador gerador de força fixado à por-ção flexível em um ponto que não seja o ponto máximo de deflexão;

onde o atuador gerador de força é ao menos (i) diretamente co-nectado à porção móvel e (ii) ligado à porção flexível, de modo a formar umamontagem de porção móvel do atuador;

onde o atuador eletroativo não é efetivamente conectado nemligado a nenhum outro componente do dispositivo que não seja a porçãoflexível; e

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de o diafragma compreende, ainda, uma seção de pistão central que se tor-na o ponto máximo de deflexão.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de a porção flexível compreende um fole tendo ao menos uma seção de fole.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de o fole compreende, ainda, uma seção de pistão central que se torna oponto máximo de deflexão.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de o dito atuador gerador de força compreende um atuador curvador.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de o dito atuador gerador de força compreende um atuador de relutânciavariável.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de o dito atuador gerador de força compreende um atuador eletroativo sólido.

uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção flexível móvel em relação a umasegunda porção da câmara, sendo que a porção flexível é adaptada a alteraro volume da câmara a partir de um primeiro volume para um segundo volu-me dobrando-se a porção flexível; e

um grampo de pivô que fixa a porção flexível ao redor de umcircuito fechado da porção flexível dividindo, assim, a porção flexível em 2seções que compreendem uma seção interna dentro do circuito fechado euma seção externa fora do circuito fechado, sendo que o grampo de pivôpermite que a seção externa e a seção interna girem ao redor do grampo depivô, de tal modo que os deslocamentos das seções interna e externa este-jam em direções opostas, e

ao menos um único atuador gerador de força tendo um ponto defixação à seção externa da porção flexível;

onde o atuador gerador de força não é efetivamente conectadonem ligado a nenhum outro componente do dispositivo que não seja a seçãoexterna da porção flexível; e

uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção flexível móvel em relação a umasegunda porção da câmara de tal modo que um ponto máximo de deflexãona porção flexível na primeira porção flexível proporcione deslocamentosmaiores que quaisquer outros pontos na primeira porção flexível, sendo quea primeira porção flexível é adaptada para alterar o volume da câmara a par-tir de um primeiro volume para um segundo volume dobrando-se a primeiraporção flexível; e

ao menos um único atuador gerador de força tendo um ponto defixação à porção flexível em um ponto que não seja o ponto máximo de de-flexão e um ponto de fixação à segunda porção da câmara;

onde o atuador gerador de força exerce forças alternadas entrea porção flexível da câmara e a segunda porção da câmara com alteraçõescorrespondentes no volume da câmara; e

onde o deslocamento de pico resultante do ponto máximo dedeflexão é maior que o deslocamento do atuador gerador de força.Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de:

a segunda porção da câmara compreende uma segunda porçãoflexível da câmara móvel em relação à primeira porção flexível da câmara,de tal modo que um ponto máximo de deflexão na segunda porção flexívelproporcione deslocamentos maiores que quaisquer outros pontos na segun-da porção flexível, e

o atuador gerador de força tem, também, um ponto de fixação àsegunda porção flexível em um ponto que não seja seu ponto máximo dedeflexão,

onde o atuador gerador de força exerce forças alternadas entreas primeiras e segundas porções flexíveis da câmara resultando, assim, emdeslocamentos de pico entre os pontos máximos de deflexão das primeiras esegundas porções flexíveis da câmara, que são maiores que o deslocamen-to do atuador gerador de força.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de a primeira porção flexível compreende um primeiro pistão com uma partecircundante flexível, e a segunda flexível compreende um segundo pistãocom uma parte circundante flexível.

uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma primeira porção flexível móvel em rela-ção a uma segunda porção da câmara, sendo que a primeira porção flexívelé adaptada para alterar o volume da câmara a partir de um primeiro volumepara um segundo volume dobrando-se a primeira porção flexível; e

ao menos um único atuador gerador de força tendo um ponto defixação à primeira porção flexível em um ponto de deslocamento de flexãozero e um ponto de fixação à segunda porção da câmara e forças geradorasna direção do deslocamento de flexão da primeira porção flexível;onde o atuador gerador de força exerce forças alternadas entrea porção flexível da câmara e a segunda porção da câmara com alteraçõesno volume da câmara resultantes da soma instantânea do deslocamento doatuador e o deslocamento de flexão da primeira porção flexível.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de

uma porta de entrada de fluidos em comunicação fluida com acâmara; e

uma porta de saída de fluidos em comunicação fluida com a câmara;

onde o dispositivo é adaptado para atrair fluidos para dentro dacâmara através da porta de entrada durante o movimento da porção flexívelde tal modo que aumente o volume da câmara, e

onde o dispositivo é adaptado para expelir fluidos para fora dacâmara através da porta de saída durante o movimento da porção flexível detal modo que diminua o volume da câmara.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de:

a segunda porção da câmara que compreende uma segundaporção flexível da câmara móvel em relação à primeira porção flexível dacâmara, e

o atuador gerador de força que também tem um ponto de fixaçãoà segunda porção flexível em um ponto de deslocamento de flexão zero dasegunda porção flexível,

onde o atuador gerador de força exerce forças alternadas entreas primeiras e segundas porções flexíveis da câmara resultando, assim, emdeslocamentos de pico entre os pontos máximos de deflexão das primeiras esegundas porções flexíveis da câmara, que são maiores que os desloca-mentos axiais do atuador gerador de força.

uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção flexível móvel em relação a umasegunda porção da câmara, sendo que a primeira porção flexível é adaptadapara alterar o volume da câmara a partir de um primeiro volume para um se-gundo volume dobrando-se a primeira porção flexível; e

ao menos um único atuador gerador de força tendo um ponto defixação à porção flexível em um ponto de deslocamento de flexão zero e for-ças geradoras em uma direção transversal ao deslocamento de flexão daprimeira porção flexível;

onde o atuador gerador de força exerce forças transversais al-ternadas na primeira porção flexível da câmara e com alterações resultantesno volume da câmara resultante de vibrações axiais da primeira porção fle-xível.

a segunda porção da câmara compreende uma segunda porçãoflexível da câmara móvel em relação à primeira porção flexível da câmara; eo atuador gerador de força também tem um ponto de fixação à

segunda porção flexível em um ponto de deslocamento de flexão zero dasegunda porção flexível e forças geradoras em uma direção transversal aodeslocamento de flexão da segunda porção flexível;

onde o atuador gerador de força exerce forças alternadas entreas primeiras e segundas porções flexíveis da câmara resultando, assim, emalterações resultantes no volume da câmara volume resultante de vibraçõesaxiais das primeiras e segundas porções flexíveis.

uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção flexível móvel em relação a umasegunda porção da câmara, sendo que a primeira porção flexível é adaptadapara alterar o volume da câmara a partir de um primeiro volume para um se-gundo volume dobrando-se a primeira porção flexível; e um atuador ge-rador de força que tem um ponto de fixação à parte central da primeira por-ção flexível e forças geradoras em uma direção transversal ao deslocamentode flexão da primeira porção flexível;

ao menos um único atuador gerador de força tendo um ponto defixação à seção externa da porção flexível e um ponto de fixação ao grampode pivô e forças geradoras na mesma direção do deslocamento de flexão daporção flexível;

onde o atuador gerador de força exerce forças alternadas entreo grampo de pivô e a seção externa da porção flexível com alterações novolume da câmara resultante da flexão da porção flexível.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo paratransferir energia aos ressonadores acústicos.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de o ressonador acústico compreende um jato sintético ressonante.

Em outra modalidade da presente invenção, há um dispositivode transferência de fluidos conforme descrito anteriormente e/ou abaixo, on-de o ressonador acústico compreende o ressonador de um compressor a-cústico.

Breve Descrição dos Desenhos

Os desenhos em anexo, que são incorporados e formam umaparte do relatório descritivo, ilustram as modalidades da presente invençãoe, junto ao relatório descritivo, servem para explicar os princípios das inven-ções. Nos desenhos:

A figura 1 é uma vista em seção transversal de uma modalidadede um atuador de relutância variável (VR) usado na presente invenção.

A figura 2 é uma vista em seção transversal de uma modalidadeda presente invenção tendo um atuador VR que aciona um dispositivo detransferência de energia fluídica ativado por reação.

A figura 3 é uma vista em seção transversal de uma modalidadeda figura 2 que compreende, ainda, uma mola estabilizadora.

A figura 4 é uma vista em seção transversal de uma modalidadeda presente invenção tendo um atuador VR que aciona um pistão dentro deuma bomba fluídica ativada por reação.

A figura 5 é uma vista em seção transversal de uma modalidadeda presente invenção tendo um atuador VR que aciona um diafragma paracriar um jato sintético.

A figura 6 é uma vista em seção transversal de uma modalidadeda presente invenção tendo um atuador de bobina de alto-falante que acionaum dispositivo de transferência de energia fluídica ativado por reação.

A figura 7 é uma vista em seção transversal de uma modalidadeda presente invenção tendo um atuador VR que aciona uma câmara decompressão de fole dentro de uma bomba ou compressor ativado por rea-ção.

A figura 8 é uma vista em seção transversal de uma modalidadeda presente invenção tendo um atuador eletroativo sólido que aciona umdispositivo de transferência de energia fluídica ativado por reação.

A figura 9 é uma vista em seção transversal de uma modalidadeda presente invenção tendo um atuador eletroativo sólido com uma massade reação que aciona um dispositivo de transferência de energia fluídica ati-vado por reação.

A figura 10 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de da presente invenção tendo um atuador eletroativo sólido anular comformato cilíndrico com uma massa de reação que aciona uma bomba fluídicaativada por reação.

A figura 10A é uma vista em seção transversal de uma modali-dade da presente invenção tendo uma câmara de compressão de fole acio-nada por dois atuadores eletroativos sólidos em uma bomba fluídica ativadapor reação.

A figura 11 é uma vista em seção transversal de uma modalidadeda presente invenção que proporciona uma ilustração conceituai de "acio-namento fora do eixo" de um dispositivo de transferência de energia fluídicaativado por reação.

A figura 12 é uma vista em seção transversal de um dispositivode transferência de energia fluídica ativado por reação acionado fora do eixosendo acionado por um atuador curvador dotado de um ponto central de co-nexão da tomada de força (PTO).

A figura 13 é uma vista em seção transversal de um dispositivode transferência de energia fluídica ativado por reação acionado fora do eixosendo acionado por um atuador curvador tendo um ponto de perímetro PTO.

A figura 14 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo dois atuadores curva-dores que acionam uma câmara de compressão de fole com pistão duplodentro de uma bomba ou compressor ativado por reação.

A figura 15 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo dois atuadores curva-dores que acionam uma câmara dupla de compressão de fole com pistãoduplo dentro de uma bomba ou compressor ativado por reação.

A figura 16 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo um atuador eletroativosólido com uma massa de reação dentro de um dispositivo de transferênciade energia fluídica ativado por reação.

A figura 17 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo um atuador curvadorcom uma massa de reação e um ponto central de PTO que aciona um dia-fragma que, sucessivamente, aciona um pistão dentro de um dispositivo detransferência de energia fluídica ativado por reação.

A figura 18 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo um atuador curvadorcom uma massa de reação e um ponto PTO de perímetro que aciona umdiafragma que, sucessivamente, aciona um pistão dentro de um dispositivode transferência de energia fluídica ativado por reação.

A figura 18A é uma vista em seção transversal de uma modali-dade acionada por reação e borda fora do eixo da presente invenção tendoum atuador eletroativo anular, que aciona a borda de um diafragma fora deseu círculo de grampo.

A figura 18B é uma vista em seção transversal de uma modali-dade acionada por reação e borda fora do eixo da presente invenção tendoum atuador eletroativo anular com uma massa de reação, que aciona a bor-da de um diafragma fora de seu círculo de grampo.

A figura 19 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo um atuador aterradomecanicamente genérico que aciona um diafragma dentro de um dispositivode transferência de energia.

A figura 20 é uma vista em seção transversal de um atuador a-terrado mecanicamente genérico que aciona um pistão dentro de um dispo-sitivo de transferência de energia fluídica.A figura 21 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo um atuador VR meca-nicamente aterrado que aciona um diafragma dentro de um dispositivo detransferência de energia fluídica.

A figura 22 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo um atuador curvadormecanicamente aterrado em sua parte central que aciona um diafragmadentro de um dispositivo de transferência de energia fluídica.

A figura 23 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo um atuador VR meca-nicamente aterrado que aciona um diafragma dentro de um dispositivo detransferência de energia fluídica.

A figura 24 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo um atuador eletroativoanular mecanicamente aterrado que aciona um diafragma dentro de um dis-positivo de transferência de energia fluídica.

A figura 25 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo atuadores duplos ele-troativos anulares mecanicamente aterrados que acionam um diafragmadentro de um dispositivo de transferência de energia fluídica.

A figura 26 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo um atuador de bobinade alto-falante mecanicamente aterrado que aciona um diafragma dentro deum dispositivo de transferência de energia fluídica.

A figura 27 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo atuadores duplos ele-troativos anulares mecanicamente aterrados que acionam uma câmara decompressão de fole dentro de uma bomba ou compressor.

A figura 28 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo atuadores duplos ele-troativos anulares mecanicamente aterrados que acionam uma câmara decompressão de fole com pistão duplo dentro de uma bomba ou compressor;.A figura 29 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada fora do eixo da presente invenção tendo um atuador VR meca-nicamente aterrado que aciona uma câmara de compressão de fole com pis-tão duplo dentro de uma bomba ou compressor.

Figura 30 é uma vista em seção transversal de uma modalidadeacionada por grampo axial da presente invenção tendo um atuador eletroati-vo anular mecanicamente aterrado que aciona um diafragma dentro de umdispositivo de transferência de energia fluídica.

A figura 31 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada por grampo axial da presente invenção tendo um atuador ele-troativo anular mecanicamente aterrado que aciona um diafragma convolutodentro de um dispositivo de transferência de energia fluídica.

A figura 32 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada por grampo axial da presente invenção tendo um atuador ele-troativo anular que aciona um atuador eletroativo anular que aciona dois dia-fragmas dentro de um dispositivo de transferência de energia fluídica.

A figura 32A é uma vista em seção transversal de uma modali-dade acionada por grampo axial da presente invenção tendo um atuador derelutância variável mecanicamente aterrado que aciona um diafragma dentrode um dispositivo de transferência de energia fluídica.

A figura 33 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada por grampo radial da presente invenção tendo um atuador ele-troativo anular mecanicamente aterrado que aciona um diafragma dentro deum dispositivo de transferência de energia fluídica.

A figura 34 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada por grampo radial da presente invenção tendo um atuador ele-troativo anular mecanicamente aterrado que aciona um diafragma convolutodentro de um dispositivo de transferência de energia fluídica.

A figura 35 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada por grampo radial da presente invenção tendo um atuador ele-troativo anular mecanicamente aterrado que aciona um diafragma convolutodentro de um dispositivo de transferência de energia fluídica.A figura 36 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada por grampo radial da presente invenção tendo atuadores duploseletroativos anulares que acionam uma câmara de compressão de fole den-tro de uma bomba ou compressor.

A figura 37 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada por grampo radial da presente invenção tendo atuadores duploseletroativos anulares que acionam uma câmara de compressão de fole compistão duplo dentro de uma bomba ou compressor.

A figura 37A é uma vista em seção transversal de uma modali-dade acionada por bomba radial condutora da presente invenção tendo umúnico diafragma com um atuador radialmente flexível.

A figura 37B é uma vista em seção transversal de uma modali-dade acionada por bomba radial condutora da presente invenção tendo umúnico diafragma com um atuador radialmente flexível.

A figura 37C é uma vista em seção transversal de uma modali-dade acionada por bomba radial condutora da presente invenção tendo dia-fragmas duplos com atuadores radialmente flexíveis.

A figura 37D é uma vista em seção transversal de uma modali-dade acionada por bomba radial condutora da presente invenção tendo umaseção de fole com dois atuadores radialmente flexíveis.

A figura 37E é uma vista em seção transversal de uma modali-dade acionada por bomba radial condutora da presente invenção tendo umdiafragma com um atuador radialmente flexível que aciona um pistão secun-dário.

A figura 38 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada por borda da presente invenção tendo um atuador eletroativoaçular que aciona a borda de um diafragma fora de seu círculo de grampo.

A figura 39 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada por borda da presente invenção tendo atuadores duplos eletroa-tivos anulares que acionam a borda de um diafragma fora de seu círculo degrampo.

A figura 40 é uma vista em seção transversal de uma modalida-de acionada por borda da presente invenção tendo um atuador eletroativoaçular que aciona a borda de um diafragma fora de seu círculo de grampo,sendo que o dito diafragma aciona, sucessivamente, um pistão.

A figura 40A é uma vista em seção transversal de uma modali-dade acionada por borda da presente invenção tendo um atuador anular derelutância variável que aciona a borda de um diafragma fora de seu círculode grampo.

A figura 41 ilustra um dispositivo de transferência de energia flu-ídica da presente invenção que aciona um ressonador acústico mostrado emseção transversal parcial.

A figura 42 ilustra um dispositivo de transferência de energia flu-ídica da presente invenção que aciona outro ressonador acústico mostradoem seção transversal parcial.

A figura 43 ilustra um dispositivo de transfere, "» de energia flu-ídica da presente invenção que aciona um ressonador acústico plano.

A figura 44 ilustra um dispositivo de transferência de energia flu-ídica da presente invenção que aciona um jato sintético ressonante.

Descrição Detalhada de Algumas Modalidades

Nesta seção, as descrições das modalidades da presente inven-ção são organizadas em subtítulos que descrevem as forças que são aplica-das aos diafragmas ou pistões da presente invenção. As designações deforça, em geral, indicam a direção da força em relação ao eixo geométricodo diafragma/pistão (isto é, axial ou radial) e o ponto de aplicação (por e-xemplo, eixo central, fora do centro, ou no ponto de fixação).

Topoloqias Acionadas por Reação

O Pedido de Patente PCT PCT/US2005/046557 descreve osdispositivos acionados por reação com atuadores curvadores flutuantes(como piezocerâmicos ou qualquer número de outros atuadores eletroati-vos), sendo que os conteúdos do mesmo estão aqui incorporados em suatotalidade a título de referência. A dinâmica do atuador flutuante dos siste-mas acionados por reação permite o uso de atuadores de baixo tempo comalta força, eliminando, assim, os motores elétricos dispendiosos que acio-nam bombas e compressores convencionais. A presente invenção propor-ciona outros atuadores que podem ser usados nos sistemas acionados porreação. Para as modalidades acionadas por reação, as forças são axialmen-te direcionadas. Os atuadores acionados por reação são agrupados em duasclasses diferentes com base onde suas forças são aplicadas ao sistema fluí-dico: (i) acionamento axial ou por pistões e (ii) acionamento fora do eixo.Acionamento Axial e/ou por Pistões

Os atuadores discutidos neste subtítulo são usados para acionarum diafragma em seu ponto central ou acionar um pistão.

Reportando-se, agora, à figura 1, ilustra-se uma vista em seçãotransversal de uma modalidade do atuador do sistema acionado por reaçãoda presente invenção. A figura 1 ilustra um atuador simétrico de relutânciavariável (VR) 2, dotado de uma seção de bobina 4 e uma seção de disco 6.O circuito de fios 8 fica envolto ao redor do poste central 10 e a seção debobina 4 é fixada à seção de disco 4 pela ligação 12 e pelas molas 14 demodo a proporcionar uma folga 16. Quando a bobina 8 é energizada poruma corrente DC1 a força magnética atrativa resultante faz com que a seçãode disco 6 e a seção de bobina 4 sejam uma atraída à outra, reduzindo, as-sim, a folga 16. Quando a corrente tende a zero, as molas 14 devolvem àseção de disco 6 e à seção de bobina 4 suas posições originais. Se umacorrente alternada de freqüência Hor aplicada à bobina 8, então, duas forçasatrativas são criadas, uma sendo constante com o tempo e a outra oscilató-ria. A força de oscilação faz com que a seção de disco 6 e a seção de bobina4 sejam ciclicamente atraídas uma à outra com uma freqüência vibracionalresultante de 2f, geralmente denominada como uma resposta paramétrica. Aforça constante resulta em uma redução da folga médio enquanto os com-ponentes estão oscilando.

A figura 2 mostra um motor VR 20 da figura 1 tendo a função deum atuador para um sistema de diafragma acionado por reação. O motor 20é rigidamente conectado ao centro do diafragma 16 pelo separador 18 e acâmara de fluidos 15 é unida pelo invólucro 22 e pelo diafragma 16. A vibra-ção do diafragma 16 transfere energia a um fluido pela câmara de fluidos 15.As portas de fluidos 28 e 30 são proporcionados de modo a permitir que osfluidos entrem e saiam da câmara de fluidos 15 como seria o caso de umabomba. No entanto, as portas 28 e 30 da figura 2 não são destinadas a indi-car um sistema fluídico específico, como uma bomba, compressor ou jatosintético, mas ao invés disso, são destinadas a descrever um sistema fluídi-co genérico acionado por uma modalidade de sistema de acionamento es-pecifico para transferir energia ao fluido. Essa mesma abordagem gráfica éusada ao longo do documento e é destinada a dar ênfase ao sistema de a-cionamento que poderia ser usado para uma série de diferentes aplicaçõesde fluidos, como uma bomba, compressores, jatos sintéticos, sistemas acús-ticos ressonantes, etc.

Em operação, uma forma de onda de voltagem alternada de fre-qüência f aplicada à bobina do motor 20 que cria uma força variável de tem-po na freqüência 2f fazendo com que os elementos do motor 24 e 26 vibrem180° fora de fase entre si. A massa do componente 24 será, tipicamente,menor que a massa do componente 26, fazendo com que a amplitude docomponente 24 seja maior que a amplitude do componente 26. O movimentodo componente 24 é diretamente transferido ao diafragma 16 via separador18, que, sucessivamente, transfere energia ao fluido no interior da câmarade fluidos 15. O sistema fluídico acionado por reação da figura 2 terá umafreqüência de ressonância do sistema mecânico fo = (Ι/2ττ)(Κ/Μ)1/2 onde K =dureza combinada do diafragma 16 e a dureza da mola do fluido na câmarafluídica 15, M = aproximadamente a massa de movimento eficaz combinadodo diafragma 16 e do motor 20 e o separador 12 e f0 se refere à freqüênciade ressonância do sistema que resulta em um diafragma fluídico fixado 6que oscila em seu formato de modo axial de ordem mais baixa. Para umaprevisão precisa de fo, o movimento do invólucro 22 também deve ser levadoem consideração. Os modelos numéricos análogos mecânicos e elétricos doelemento agregado e outros modelos podem ser usados para prever e/ouestimar a freqüência de ressonância fundamental do sistema fluídico da figura 2.

Se uma freqüência de acionamento f for escolhida próxima ouigual à Vz da freqüência ressonante fundamental do sistema fo, então, a e-nergia pode ser armazenada na ressonância em proporção tanto ao fator dequalidade de ressonância do sistema Q como à proximidade da freqüênciade acionamento f à freqüência de ressonância fo- À medida que a energia éarmazenada na ressonância do sistema, o deslocamento do diafragma 16pode exceder a oscilação de folga real do motor 20. Desta forma, um motorVR com baixo deslocamento pode ser usados para proporcionar maioresdeslocamentos do diafragma necessários pelas aplicações fluídicas MESO eMEMS atuais. Visto que apenas a conexão mecânica substancial (ou, deoutra forma, eficaz) ao motor 20 da figura 2 serve para o separador 18, omotor 20 está livre para se movimentar junto, ou flutuar, aos deslocamentosmaiores do diafragma 16, mesmo quando as amplitudes de oscilação da fol-ga permanecem apenas uma fração da amplitude de flexão do diafragma 16.

Considera-se que tanto as freqüências de acionamento que re-sultam em energia armazenada como as freqüências de acionamento quenão resultam em energia armazenada estejam no escopo da presente in-venção independentemente da modalidade particular.

A força magnética gerada por um motor VR pode ser aproxima-da por Fmag = Li/2G, onde Lê a indução do motor, /' é a corrente e G é a dis-tância da folga. As perdas do motor variam em relação a /' e a força geradapara uma dada corrente variará em relação ao inverso da distância da folgaG. Conseqüentemente, a eficiência do motor também variará inversamenteem relação a G. Conforme explicado anteriormente, em um sistema ativadopor reação, a folga não precisa oscilar na mesma amplitude do diafragma defluido. Conseqüentemente, pequenas folgas podem ser usadas, o que permi-te altas eficiências de transdução em pequenos motores VR. A combinaçãodos atuadores acionados por reação e variáveis de relutância elimina a ne-cessidade por motores elétricos em miniatura convencionais de altos custos.Na figura 1, a seção de disco 6 e a seção de bobina 4 podem ser constituí-das a partir de Compósitos Magnéticos Macios (SMCs) tipo os materiais Ho-ganas, que têm baixas perdas em freqüências mais altas, como acima de100 Hz. Esses materiais são pouco dispendiosos e podem ser formados emformatos similares aos do motor 2 na figura 1.

Embora o motor 2 da figura 1 proporcione uma excelente utiliza-ção da bobina, outras topologias que não são simétricas como as seçõesmagnéticas El, EIE IEEI e Cl também podem ser usadas e construídas apartir de laminações transformadoras de aço ou materiais SMC conforme ébem-conhecida na técnica. Qualquer atuador que se beneficie de pequenasfolgas também podem ser usados. A Patente U.S. 6.388.417 descreve mui-tas topologias VR diferentes e sistemas relacionados ao acionamento e con-trole que podem ser usados no escopo da presente invenção, sendo que osconteúdos da mesma estão aqui incorporados em sua totalidade a título dereferência.

Muitos aprimoramentos podem ser feitos ao dispositivo de acio-namento por reação da figura 2, conforme descrito no Pedido PCT N2PCT/US2005/046557, como a mola estabilizadora 32 conforme mostrado nafigura 3. Outras aplicações dessas modalidades e aprimoramentos como osencontrados no pedido PCT citado serão óbvios aos versados na técnica.

Para as modalidades que são similares à modalidade da figura 3, a molaestabilizadora 32 pode ser usada como a dureza principal de mola do siste-ma, permitindo, assim, que a dureza de mola de um diafragma ou pistão sejamuito mais macia do que a desejada para uma aplicação dada. Reportando-se à figura 2, outros pontos de fixação para estabilizar ou molas secundáriaspoderiam incluir o componente do motor 24 ou o separador 18.

A figura 4 mostra como um motor VR pode ser aplicado em umsistema ativado por reação para acionar uma bomba ou compressor de pis-tão. No interior do corpo da bomba 36, o motor 34 é rigidamente conectadoao pistão 38 tendo uma parte circundante flexível 39 fixada a ele, sendo quea parte circundante flexível 39 é fixada ao redor de seu perímetro, permitin-do, assim, que o pistão 38 vibre axialmente. Exceto onde indicado em con-trário, o termo pistão conforme o uso em questão significa um pistão comuma parte circundante flexível similar ao pistão 38 da figura 4. As partes cir-cundantes flexíveis podem ser construídas a partir de metais, plásticos, elas-tômeros ou quaisquer materiais que satisfaçam as necessidades de compa-tibilidade estruturais, de tensão e químicas de uma dada aplicação. A câma-ra de fluidos 40 é unida pelo pistão 38 e pelo corpo da bomba 36. As portasde entrada 42 ficam situadas no pistão 38 e as portas de saída 44 ficam lo-calizadas no corpo da bomba 36. Duas válvulas de lingüeta, tendo uma topo-logia similar à topologia da válvula de lingüeta 48, são proporcionadas paracobrir as portas de entrada e saída. A válvula de admissão de lingüeta ficasituada sobre a face superior do pistão 38 e a válvula de descarga de lingüe-ta fica situada sobre a superfície 49 do corpo da bomba 36. Tanto a válvulade admissão de lingüeta como a válvula de descarga de lingüeta são fixadasem suas partes centrais com as pontas de lingüeta livres para abrir e fecharem resposta às pressões oscilantes de fluido no interior da câmara de fluidos40. Em operação, o motor 34 aciona os deslocamentos oscilantes do pistãoresultando em compressão fluídica e fluxo, desse modo, o fluido entre nocorpo da válvula 36 através da porta 50 e sai através da porta 52. A opera-ção da bomba próxima à sua freqüência ressonante do sistema resultará emdeslocamentos do pistão maiores em proporção à energia armazenada nosistema. As modalidades de diafragma conforme mostrado na figura 2 tam-bém podem se beneficiar da câmara de compressão estreitas mostradas nafigura 4. Para aplicações de compressor, as câmaras de compressão estrei-tas reduzem o espaço morto, aumentando, assim, a razão de compressãopara uma amplitude de tempo dada. Na figura 3 o topo da câmara de com-pressão seria conformado de modo a se encaixar ao formato curvado dodiafragma.

A figura 5 ilustra como um motor VR pode ser usado para acio-nar um jato sintético. Em operação, o motor 58 oscila o diafragma 54 de talmodo que o fluido no interior da câmara de fluidos 56 passe por variaçõescíclicas de pressão, criando, assim, uma vazão de fluidos oscilante atravésda porta 60 e um fluxo de pulsação resultante fora da porta 60 que se esten-de axialmente ao longo da porta 60. A operação do dispositivo próximo àfreqüência ressonante resultará em um deslocamento maior do em propor-ção à energia armazenada no sistema. Qualquer um dos sistemas de acio-namento fluídico da presente invenção pode ser usado em combinação comos jatos sintéticos. Por exemplo, as modalidades de acionamento que utili-zam pistões, diafragmas, atuadores curvadores eletroativos, motores VR,flexão volumosa de materiais eletroativos, ou qualquer uma das modalidadesda presente invenção que incluam as modalidades mostradas no PedidoPCT Ns PCT/US2005/046557 podem ser usadas para acionar jatos sintéti-cos. A vantagem proporcionada pela presente invenção em relação aos jatossintéticos consiste na capacidade de acionar um fluxo oscilante de ar/gássignificantemente maior através da porta em um dispositivo com tamanhodado, resultando em taxas maiores de fluxo de jato.

A figura 6 mostra um atuador de bobina de alto-falante 62 queaciona um sistema fluídico acionado por reação. O atuador de bobina dealto-falante 62 compreende uma seção magnética permanente 64 conectadapor molas 70 a uma seção de bobina de alto-falante 66 dotada de uma bobi-na de alto-falante 68 rigidamente conectada a ela. Quando a bobina de alto-falante 68 for energizada por uma corrente alternada, então, as seções domotor 66 e 64 virarão 180e fora de fase entre si. A operação do dispositivopróxima a sua freqüência ressonante de sistema resultará em deslocamen-tos de diafragma maiores em proporção à energia armazenada no sistema.À medida que a energia é armazenada na ressonância do sistema, o deslo-camento do diafragma 16 pode exceder os deslocamentos relativos entre aseção de bobina de alto-falante 66 e a seção magnética 64. Como tal, o mo-tor 62 é livre para se movimentar junto, ou flutuar, aos deslocamentos maio-res do diafragma 72. As oscilações resultantes do diafragma 72 transferemenergia ao fluido no interior da câmara de fluidos 74.

A figura 7 proporciona outra modalidade de acionamento por re-ação tendo um corpo da válvula 80 que aloja um motor VR 76 rigidamentefixado ao pistão 78, sendo que o pistão 78 é rigidamente fixado à única se-ção de fole 82. Sucessivamente, o fole 82 é rigidamente fixado ao corpo daválvula 80. O fole 82 pode ter 2, 3 ou qualquer número de seções depen-dendo das exigências do projeto de uma aplicação específica. A câmara decompressão 84 é unida pelo corpo da válvula 80, pelo fole 82 e pelo pistão78. O fole 82 atua como parte da dureza de mola mecânica eficaz da bombana determinação da freqüência ressonante de sistema da bomba. A bombada figura 7 tem válvulas de admissão e descarga de lingüetas similares àválvula de lingüeta 48 da figura 4, sendo que uma válvula de admissão delingüeta é instalada sobre a superfície superior do pistão 78 para cobrir asportas de entrada 90 e uma válvula de descarga de lingüeta instalada sobrea superfície 98 do corpo da válvula 80, cobrindo, assim, as portas 94. As pé-talas adicionais da válvula de lingüeta cobrirão as portas não mostradas noplano de corte da figura 7.

Em operação, o motor 76 aciona o fole 82 resultando em umaoscilação de volume da câmara de compressão 84 e conseqüente compres-são e vazão de fluidos, desse modo, o fluido entra no corpo da válvula 80através da porta 88 e sai através da porta 86. A operação do dispositivo pró-ximo a sua freqüência ressonante de sistema resultará em maiores deslo-camentos do pistão em proporção à energia armazenada no sistema. Embo-ra a bomba da figura 7 utilize uma única seção de fole, qualquer número deseções de fole pode ser usado. O número de seções de fole usado será de-terminado pelas necessidades da aplicação particular. Qualquer um dos ou-tros atuadores aqui descritos pode ser usado para acionar a modalidade dafigura 7, como atuadores curvadores eletroativos, atuadores eletroativos só-lidos, e várias topologias de atuador VR, bem como outro atuador gerador deforça.

A figura 8 ilustra outro simples atuador de alta força e baixo tem-po que pode ser usado em combinação com o sistema ativado por reaçãoem que um atuador eletroativo com formato cilíndrico 102 é rigidamente co-nectado ao diafragma 100. O atuador eletroativo 102 pode ser construído apartir de qualquer número de materiais eletroativos incluindo piezocerâmi-cas, compósitos piezopoliméricos, como PVDF1 materiais cristalinos, materi-ais magnetostritivos, transdutores poliméricos eletroativos (EPTs), polímeroseletrostritivos e vários "materiais inteligentes", como ligas com memória deforma (SMA), atuadores feitos a partir de materiais, como Nitinol ou materiaismagnetostritivos, como Terfenol-D. Qualquer material que altere seu formatoem resposta à aplicação cíclica de energia pode quase certamente ser usa-do como atuador 102 na figura 8 ou em quaisquer modalidades da presenteinvenção.

Com a finalidade de explicar a operação do atuador 102, supõe-se que o atuador 102 é feito a partir de um material piezocerâmico. A orien-tação do atuador 102 é de tal modo que a aplicação de um campo elétricode polaridade conhecida faça com que a dimensão Z do atuador 102 se con-traia. Mediante a reversão da polaridade do campo, a dimensão Z do atua-dor 102 se expandirá. Quando um campo elétrico com uma polaridade queoscila na freqüência f for aplicado, então, a dimensão Z do atuador oscilarána freqüência f. Pretende-se que o tipo de atuador eletroativo seja escolhidode tal modo que as vibrações de princípio do atuador 102 sejam axiais.

Em operação, as vibrações do eixo geométrico Z do atuador 102farão com que o diafragma 100 vibre, transferindo, assim, energia ao fluidono interior da câmara de fluidos 105. Com a finalidade de aumentar os des-locamentos do diafragma e a transfe"^ u de energia fluídica, um campoelétrico oscilante é aplicado ao at^ 102 tendo uma freqüência que sejapróxima o suficiente da freqüência ressonante do sistema, de tal modo que aenergia armazenada na ressonância do sistema resultante nos deslocamen-tos do diafragma seja proporcional à energia armazenada. Quando maispróxima a freqüência de acionamento for da freqüência instantânea resso-nante do sistema, maior é a energia armazenada e maior é a transferênciade energia fluídica. As freqüências de acionamento que resultam em energiaarmazenada e as freqüências de acionamento que não resultam em energiaarmazenada estão ambas no escopo da presente invenção independente-mente da modalidade particular.

Na figura 9 é mostrado um aprimoramento do sistema ativadopor reação da figura 8 onde uma massa de reação 106 é rigidamente fixada aoatuador 108. O atuador 108 opera da mesma forma do atuador 102 da figura 8.Conforme descrito no Pedido de Patente PCT N2 PCT/US2005/046557, amassa de reação pode aumentar a magnitude e eficácia de energia transfe-rida a partir do atuador até o diafragma e, conseqüentemente, ao fluido.

A figura 10 ilustra o uso de outro atuador em um sistema ativadopor reação. O atuador 10 tem um formato anular cilíndrico. A parte inferior deum atuador 110 é fixada à massa de reação 112 e a parte superior do atua-dor 110 é fixada ao diafragma 114. Em operação, o sistema ativado por rea-ção da figura 10 é idêntico ao das figura s 8 e 9.

Muitos atuadores eletroativos diferentes podem ser usados noescopo das modalidades das figura s 8 a 10 enquanto eles se flexionam nadimensão Z. Os formatos e materiais escolhidos refletirão as necessidadesde uma aplicação dada. Por exemplo, atuadores "compósitos" ou piezo emcamadas que reduzem a voltagem necessária para um deslocamento co-nhecido podem ser usados nas modalidades das figura s 8 a 10.

Compreende-se a partir das modalidades das figura s 8 a 10 quea rigidez ou dureza das fixações atuador-ao-diafragma ou das fixações atua-dor-ao-pistão refletirão no tipo de atuador que é usado. Por exemplo, en-quanto a flexão na dimensão Z transfere energia ao sistema, a maioria dosatuadores eletroativos irá tipicamente se flexionar em todas as dimensões,embora não igualmente. Reportando-se à figura 8, quando o atuador 102 seflexiona na direção Z ele também se flexionará na nas dimensões X e Y. Sea fixação atuador-diafragma for rígida, então, a flexão em todas as direçõesserá forçada e a energia transferida para uma dada amplitude de voltagemaplicada será reduzida. Por esta razão, uma conexão tipo ponto será, emgeral, preferencial oposta às conexões de superfície mostradas nas figura s8 a 10. Por exemplo, as conexões de ponto que se situam sobre o eixo cilín-drico do atuador 102 na figura 8 reduziriam a restrição da flexão 3D e otimi-zaria a transferência de energia. Outras soluções podem incluir o uso de co-nexões de superfície resilientes, porém, deve-se tomar cuidado já que essasconexões não absorvem energia visto que elas poderiam atuar como amor-tecedores no sistema. Em geral, a polarização e as propriedades do materialdo atuador eletroativo devem ser escolhidas com a finalidade de maximizar adeflexão do atuador na direção de distribuição de força e minimizar a defle-xão do atuador nas outras direções.

As modalidades do atuador eletroativo das figura s 8 a 10 sãomostradas como diafragmas de acionamento, porém, também podem acio-nar os projetos de pistão e fole conforme mostrado nas figura s 4 e 7.

A figura 10A ilustra outra modalidade acionada por reação noeixo tendo um fole 450 formado por um diafragma superior 452 e por umdiafragma inferior 454, sendo que o fole 450 é fixado ao redor de seu perí-metro ao compartimento 456 através de uma mola anular macia 458. A su-perfície superior do atuador 460 é fixada à massa de reação opcional 464 ea superfície inferior é fixada à parte central do diafragma superior 452. A su-perfície inferior do atuador 462 é fixada à massa de reação opcional 466 e asuperfície superior é fixada à parte central do diafragma inferior 454. O dia-fragma superior 452 tem portas de saída 468 e o diafragma inferior 454 temportas de entrada 470. Tipicamente, essas portas são cobertas pelas válvu-las de lingüeta que se abrem e se fecham em resposta à alteração de pres-são no interior do fole 450 e os materiais da válvula de lingüeta usados pre-cisariam ser compatíveis o suficiente para manter uma vedação sobre asportas apesar da curvatura dos diafragmas. Em relação à substituição dasválvulas de lingüeta, as portas no diafragma superior 452 poderiam servircomo portas de entrada ou portas de saída e, da mesma forma, pelo dia-fragma inferior 454. Supõe-se que na figura 10A onde a válvula de admissãode lingüeta é instalada sobre o diafragma inferior 454 e a válvula de descar-ga de lingüeta é instalada sobre o diafragma superior 452.

Em consideração à explicação, supõe-se que os atuadores 460e 462 sejam atuadores eletroativos sólidos, como piezocerâmicos, emboraqualquer um dos atuadores discutidos em conexão à presente invenção po-deria, alternativamente, ser usado. Em operação, os atuadores 460 e 462são energizados por um campo elétrico alternado de freqüência fe o deslo-camento cíclico resultante dos atuadores 460 e 462 faz como que o volumedo fole 450 varie em freqüência f. A pressão resultante variável em relaçãoao tempo dentro do fole 450 fará com que o fluido seja atraído para dentroda porta 472 e expelido a partir da porta 474. As massas de reação opcio-nais 464 e 466 podem ser usadas para sintonizar a freqüência ressonantedo sistema. A operação da bomba da figura 10A próxima à freqüência resso-nante do sistema resultará em um deslocamento do fole que se torna maiorem proporção à energia armazenada no sistema.

Acionamento fora do eixo

O acionamento fora do eixo proporciona um meio para sintonizara impedância da carga à impedância do atuador em um sistema ativado porreação e também pode ser usado para reduzir as tensões relacionadas àaceleração sobre o atuador.

A figura 11 ilustra os princípios do acionamento fora do eixo. Osistema ativado por reação tem um compartimento 116 e um diafragma 118de raio R. Nas modalidades discutidas anteriormente, a força do atuador égeralmente aplicada à parte central do diafragma 118 conforme ilustrado pe-la seta rotulada como force F1. O diafragma 118 é livre para se dobrar comoum diafragma fixado pela borda e seu envelope de curvatura é mostradopelas linhas pontilhadas. Nesta representação idealizada, pode-se conside-rar que o acionamento fora do eixo aplica uma força F1 em r = 0. No sentidogeral, r = 0 é apenas um caso especial de uma série de diferentes locais ra-diais onde a força pode ser aplicada para oscilar o diafragma 118. Para umcaso mais genérico, a figura 11 mostra uma force F2 sendo aplicada em umponto fora do eixo, denominado r = x. Já que o ponto de aplicação varia de r= Oar = R, então, a força necessária para deslocar a parte central do dia-fragma em uma dada quantidade h aumenta, porém, o deslocamento asso-ciado do diafragma no ponto de força aplicada diminui. Em outras palavras,para uma freqüência de acionamento fixa, a impedância mecânica da cargaaumenta em relação a r.

A figura 12 ilustra uma modalidade do acionamento fora do eixoem um sistema ativado por reação, onde o atuador curvador 120 é conecta-do em sua parte central à base do separador 124 e a borda anular 126 doseparador 124 é conectada, de forma resiliente, ao diafragma 122 com afinalidade de não restringir a curvatura normal do diafragma 122. Uma mas-sa de reação anular 128 é ficada ao perímetro do atuador curvador. A impul-são de potência do atuador curvador 120 ocorre em sua parte central. Emoperação, a parte central do diafragma 122 passará por deslocamentos vi-bracionais maiores que a parte central do atuador curvador 120, supondo-seque o separador 124 é rígido. A operação do dispositivo da figura 12 próximoà freqüência ressonante do sistema resultará em maiores descolamentos dodiafragma em proporção à energia armazenada no sistema.

Conforme é característico dos sistemas ativados por reação, oatuador curvador 120 se movimenta, ou flutua, junto aos deslocamentos dodiafragma 122. Embora os deslocamentos de curvatura do atuador curvador120 possam ser muito menores que os deslocamentos de curvatura do dia-fragma 122, o atuador 120 passa por tensões adicionais relacionadas à mo-vimentação junto a altas acelerações do diafragma 122. O sistema de acio-namento fora do eixo da figura 12 reduz as acelerações impostas pelo dia-fragma do atuador curvador 120 movimentando-se seu ponto de fixação a-fastado da parte central do diafragma onde se observam as maiores acele-rações.

A figura 13 mostra uma modalidade de acionamento fora do eixopara o sistema ativado por reações que reduzem adicionalmente a acelera-ção imposta sobre o atuador curvador 130 através do diafragma 132. O atu-ador curvador 130 tem uma massa de reação conectada ao seu centro. Oponto PTO para o atuador curvador 130 fica em torno de seu perímetro atra-vés do separador anular 136. Comparado com o sistema de acionamentofora do eixo da figura 12, o sistema da figura 13 reduz adicionalmente a ace-leração imposta sobre o atuador curvador através do diafragma, devido aodiafragma maior que entra em contato com o raio do separador 136. Umavantagem adicional do acionamento fora do eixo pode ser vista através deuma comparação com a figura 13 e a figura 9. Quando um atuador é fixadoao centro do diafragma, conforme mostrado na figura 9, instabilidades trans-versais podem resultar em movimentos transversais indesejáveis do atuadorque cria, deste modo, tensão adicional no diafragma e no atuador, assimcomo ruído e vibração adicional do dispositivo. Uma vez que o atuador nafigura 13 é fixado próximo ao ponto de fixação do diafragma 132, um graumuito maior de rejeição transversal será fornecido quando comparado com amodalidade da figura 9.

A figura 14 ilustra outra aplicação de acionamento fora do eixopara o sistema ativado por reações. O corpo de bomba 138 aloja um sistemade pistão duplo e atuador duplo. Uma câmara de compressão 154 é envolvi-da pelo fole 140, pistão 142 e pistão 144. O atuador curvador 148 tem umamassa de reação 150 fixada ao seu centro e um separador anular 156 fixadoao seu perímetro, sendo que o separador 156 é fixado, por sua vez, na partesuperior do fole 140. O atuador curvador 146 tem uma massa de reação 152fixada ao seu centro e um separador anular 158 fixado ao seu perímetro,sendo que o separador 158 é fixado, por sua vez, na parte inferior do fole140. O perímetro externo do fole 140 é fixado ao alojamento de bomba 138através da mola anular macia 160 e serve para isolar as vibrações do fole140 do alojamento de bomba 138. O pistão 144 e o pistão 142 têm portascom válvula. As válvulas de lingüeta de entrada e saída, similares à válvulade lingüeta 48 mostrada na figura 4, podem ser usadas na modalidade debomba da figura 14. Por exemplo, uma válvula de lingüeta de entrada podeser fixada à superfície superior do pistão 142 e uma válvula de lingüeta desaída pode ser fixada à superfície superior do pistão 144. O fluxo atravéssaídas de ar pode ser requerido no separador 156 e no separador 158 a fimde permitir o fluxo de fluido para dentro e para fora das portas de entrada eportas de saída.

Na operação, os atuadores curvadores 148 e 146 podem serenergizados para aplicar forças de oscilação e opostas ao fole 140 que, porsua vez, faz com que os pistões 144 e 142 vibrem 180Q fora da fase comrelação um ao outro. Se a freqüência da força aplicada ficar na ou próxima àfreqüência ressonante do sistema, então, os deslocamentos grandes de pis- tão irão resultar na compressão e fluxo de fluido conseqüente, por meio dosquais o fluido entra no corpo de bomba 138 através da porta 162 e sai atra-vés da porta 164. Na modalidade da figura 14, os pistões 142 e 144 podemser eliminados e substituídos por dois diafragmas proporcionando, assim,outra modalidade da presente invenção.

A figura 15 ilustra outra aplicação do acionamento fora do eixopara Sistema ativado por reações. A modalidade é similar àquela da figura14 exceto pela adição de uma segunda seção de fole. Inúmeras seções defole podem ser usadas na invenção atual, sendo que o número exato de se-ções usadas é uma função de requerimentos da aplicação específica.

A figura 16 ilustra outro atuador que pode ser usado para acio-namento fora do eixo do sistema ativado por reações. Proporciona-se umatuador eletroativo anular 166 que tem sua superfície superior fixada ao dia-fragma 168 e sua superfície inferior fixada ã massa de reação opcional 172.

Uma massa de sintonização opcional 170 pode ser fixada ao centro do dia-fragma 168. Para explicar a operação do atuador 166, presume-se que oatuador 166 seja feito de um material piezocerâmico. A orientação do atua-dor 166 ocorre de modo que a aplicação de um campo elétrico com polari-dade fornecida faça com que a dimensão Z se contraia. Revertendo-se apolaridade de campo, a dimensão Z do atuador 166 irá se expandir. Quandoum campo elétrico que tem uma polaridade que oscila na freqüência f é apli-cado, então, a dimensão Z do atuador irá oscilar na freqüência f.

Em operação, as vibrações do eixo geométrico Z do atuador 166farão com que o diafragma 168 vibre transferindo, deste modo, a energiapara o fluido dentro da câmara de fluidos 171. Para aumentar os desloca-mentos de diafragma e transferência de energia de fluido, um campo elétricooscilante é aplicado ao atuador 166 que tem uma freqüência que fica próxi-ma o bastante da freqüência de ressonância de sistema, de modo que a e-nergia seja armazenada na ressonância de sistema que resulta nos deslo-camentos de diafragma que são proporcionais à energia armazenada.

A figura 17 mostra um sistema de acionamento fora do eixo simi-lar ao sistema de acionamento da figura 12, sendo que o diafragma 174 a-ciona o pistão 176 e a câmara de fluidos 178 é envolvida pelo invólucro 180e pistão 176. O PTO para o atuador curvador 182 fica em seu centro.

A figura 18 mostra um sistema de acionamento fora do eixo simi-lar ao sistema de acionamento da figura 13, sendo que o diafragma 186 a-ciona o pistão 188 e o ponto PTO para o atuador curvador 184 fica em seuperímetro.

A figura 18A ilustra uma modalidade de diafragma acionado porborda fora do eixo da presente invenção, que tem um invólucro 434, um dia-fragma 430, uma massa de sintonização opcional 442, um atuador eletroati-vo anular 432 e grampos de aresta aguda anulares 438 e 440. A superfíciesuperior do atuador 432 é fixada à borda ou perímetro do diafragma 430 a-través do conector 436. Quando o atuador 432 é energizado, o mesmo criauma força paralela ao eixo geométrico Z. Se a força estiver na direção -Z,então, o centro do diafragma 430 irá se mover na direção +Z. Igualmente, sea força estiver na direção +Z, então, o centro do diafragma 430 irá se moverna direção -Z.

Se o diafragma 430 for ativado pelo atuador 432 em uma fre-qüência f que fica abaixo dos modos ressonantes ordenados mais altos dodiafragma 430, então, o diafragma irá responder ao oscilar em seu formatode modo axial fundamental na freqüência f Se o diafragma 430 for acionadoem uma freqüência f que fica próxima ou igual à freqüência de ressonânciafundamental do sistema, então, a energia será armazenada na ressonânciade sistema e os deslocamentos do diafragma 430 irão aumentar de maneiraproporcional à energia armazenada. A ressonância de sistema pode ser sin-tonizada usando a massa opcional 442. A massa 442 e o atuador 432 estãosempre se movendo em direções opostas, então, através da escolha dasmassas corretas, as forças que as mesmas exercem sobre o invólucro 434podem ser reduzidas ou canceladas reduzindo, deste modo, as vibrações eruídos associados ao invólucro.

A modalidade da figura 18B, opera da mesma maneira que amodalidade da figura 18A, exceto pela adição de uma massa de reação anu-lar 444 no atuador 445 para aprimorar a transferência de energia para o flui-do. Como na modalidade da figura 18A, as massas da massa de sintoniza-ção 446, do atuador 445 e da massa de reação 444 podem ser escolhidaspara reduzir ou cancelar as vibrações e ruídos associados ao invólucro. Mui-tos aprimoramentos e modificações podem ser feitos nas modalidades deAcionamento de Reação da presente invenção e serão óbvios para aquelesversados na técnica. Por exemplo, os fios de atuador insustentáveis podemexperimentar tensões excessivas devido à vibração do atuador. Uma solu-ção para este problema é ilustrada a título de referência na figura 2. Os fiosdo motor 20 podem ser unidos ao separador 18 e ao diafragma 16 seguindo,deste modo, uma trajetória completamente sustentada de volta para o aloja-mento 22 que é o aterramento mecânico. Outros atuadores também podemser usados na presente invenção, tais como atuadores de magneto móvel eatuadores de mola móveis.

Atuadores Mecanicamente Aterrados

Nas seguintes modalidades da presente invenção o atuador nãoflutua mas, em vez disso, é mecanicamente aterrado no alojamento do dis-positivo fluídico.

Acionamento Fora do Eixo

A figura 19 ilustra um desenho de atuador aterrado onde a su-perfície inferior de um atuador genérico 190 é fixada ao alojamento 192 esua superfície superior é conectada ao separador 194 que, por sua vez, éresilientemente conectado ao diafragma 196. Uma massa de sintonização198 é conectada ao centro do diafragma 196 e pode ser usada para ajustara freqüência de ressonância de sistema. De acordo com os princípios deacionamento fora do eixo previamente explicados, uma pequena deflexão doatuador 190 irá resultar em uma grande deflexão no centro do diafragma196, devido à amplificação do sistema. O fator de amplificação resultantevaria de maneira proporcional ao diâmetro do separador 194. Dentro do es-copo da presente invenção qualquer tipo de atuador pode ser usado no sis-tema de distribuição de energia fluídica da figura 19.

O sistema de transferência de energia fluídica da figura 19 tam-bém terá uma freqüência de ressonância de sistema mecânico fo =(Ι/2π)(Κ/Μ)1/2, onde K = a dureza efetiva combinada do diafragma 16 e a du-reza das molas do fluido na câmara de fluidos 200, M = a massa móvel efe-tiva combinada do diafragma 196 e a massa de sintonização 198 e f0 refere-se à freqüência de ressonância de sistema que resulta na oscilação axial dodiafragma 196 em seu formato de modo ordenado mais baixo. Para umaprevisão precisa da f0 o movimento do alojamento 192 deve ser levado emconsideração. Os modelos numéricos análogos mecânicos e elétricos doelemento agregado e outros modelos podem ser usados para prever e/ouavaliar a freqüência de ressonância fundamental do sistema fluídico da figu-ra 19 ou de qualquer uma das modalidades da presente invenção.

Em operação, as vibrações do eixo geométrico Z do atuador 190farão com que o diafragma 196 vibre transferindo, deste modo, a energiapara o fluido dentro da câmara de fluidos 200. Para aumentar os desloca-mentos de diafragma e a transferência de energia de fluido, um campo elé-trico oscilante é aplicado ao atuador 190 que tem uma freqüência que ficapróxima o bastante da freqüência de ressonância de sistema, de modo que aenergia seja armazenada na ressonância de sistema que resulta nos deslo-camentos de diafragma que são proporcionais à energia armazenada. Quan-to mais próxima a freqüência de acionamento fica da freqüência de resso-nância de sistema instantânea, maior a energia armazenada e maior a trans-ferência de energia de fluido. As freqüências de acionamento que resultamna energia armazenada e as freqüências de acionamento que não resultamna energia armazenada se encontram dentro do escopo da presente inven-ção independente da particular modalidade.

A figura 20 utiliza o mesmo sistema de acionamento mostradona figura 19 exceto pelo fato de que o diafragma 202 é usado para acionar opistão 204. O resultado é uma amplificação mecânica, por meio da qual odeslocamento do pistão 204 é maior que o deslocamento do atuador 208. Ofator de amplificação resultante varia de maneira proporcional ao diâmetrodo separador 206. Os deslocamentos de pistão podem ser aumentados a-cionando-se o dispositivo em uma freqüência que armazena energia na res-sonância de sistema.

A figura 21 ilustra um sistema de acionamento fora do eixo simi-lar aquele da figura 19 onde o atuador aterrado é um motor VR anular. Aamplificação mecânica do sistema libera o motor VR da necessidade de pro-porcionar grandes deslocamentos. Conseqüentemente, o motor VR podemanter pequenos vãos livres e, deste modo, altas eficiências eletromecâni-cas, conforme as previamente discutidas. A massa de reação opcional 212pode ser usada para sintonizar a freqüência ressonante do sistema. O dis-positivo de transferência de energia fluídica da figura 21 opera da mesmamaneira que o dispositivo de transferência de energia fluídica da figura 19.

A figura 22 ilustra outro sistema de acionamento fora do eixo queusa um atuador curvador aterrado 214 que é aterrado em seu centro por umstud 216 no invólucro 218. O perímetro do atuador curvador 214 é conectadoao diafragma 220 através do separador anular 222. O fator de amplificaçãodo sistema permite que o uso de atuadores curvadores com forças de deslo-camento inferior muito altas e o fator de amplificação específico variem demaneira proporcional ao diâmetro do separador 206. O dispositivo de trans-ferência de energia fluídica da figura 22 opera da mesma maneira que o dis-positivo de transferência de energia fluídica da figura 19. A massa de reaçãoopcional 221 pode ser usada para sintonizar a freqüência ressonante do sis-tema.

A figura 23 ilustra outro sistema de acionamento fora do eixo queusa o atuador VR aterrado 224. As forças do atuador VR são transmitidaspara o diafragma 230 através do disco rígido 226 e do separador anular 228.O dispositivo de transferência de energia fluídica da figura 23 opera damesma maneira que o dispositivo de transferência de energia fluídica da fi-gura 19. A massa de reação opcional 231 pode ser usada para sintonizar afreqüência ressonante do sistema.

A figura 24 ilustra outro sistema de acionamento fora do eixo queusa um atuador eletroativo anular 232. A base do atuador 232 é aterrada noinvólucro 236 através do anel de fixação 234 e a parte superior do atuador232 é conectada de maneira resiliente ao diafragma 238 através do separa-dor 240. O dispositivo de transferência de energia fluídica da figura 24 operada mesma maneira que o dispositivo de transferência de energia fluídica dafigura 19. A massa de reação opcional 239 pode ser usada para sintonizar afreqüência ressonante do sistema.

A figura 25 ilustra um sistema de acionamento fora do eixo adi-cional que usa dois atuadores eletroativos anulares opostos 244 e 242 quesão energizados para aplicar forças similarmente direcionadas ao diafragma246. De outro modo, o dispositivo de transferência de energia fluídica da fi-gura 25 opera da mesma maneira que o dispositivo de transferência de e-nergia fluídica da figura 19. A massa de reação opcional 245 pode ser usadapara sintonizar a freqüência ressonante do sistema.

A figura 26 ilustra um sistema de acionamento fora do eixo adi-cional que usa um atuador de bobina de voz aterrado 248 que tem uma se-ção de magneto permanente anular 250 que é mecanicamente aterrada emsua superfície inferior ao alojamento 253 e que tem uma seção de bobina devoz 252 conectada por molas 258 à seção magnética permanente 250. Asuperfície superior da seção de bobina de voz 252 é resilientemente conec-tada ao diafragma 256 através do separador anular 254. Quando a bobinade voz 257 é energizada com uma corrente alternada da freqüência f, então,as forças magnéticas resultantes fazem com que a seção de bobina de voz252 vibre com relação à seção magnética permanente 250 que, por sua vez,faz com que o diafragma 256 também vibre na freqüência f transferindo, des-te modo, a energia para o fluido dentro da câmara de fluidos 255. Se a fre-qüência de acionamento f ficar na ou próxima à freqüência de ressonânciade sistema, então, os deslocamentos de diafragma 256 serão proporcional-mente maiores à energia armazenada na ressonância de sistema. A massade reação opcional 249 pode ser usada para sintonizar a freqüência resso-nante do sistema.

A figura 27 ilustra uma bomba acionada fora do eixo que tem umfole 258 que é fixado em torno de seu perímetro ao alojamento 266 atravésda mola macia 264. Os atuadores mecanicamente aterrados 260 e 262 sãoconectados de maneira resiliente ao fole 258 próximos ao seu perímetro,sendo que os ditos atuadores são energizados para aplicarem forças opos-tamente direcionadas ao fole 258 aumentando ou diminuindo, deste modo, ovolume de fole 258 dependendo da direção das forças aplicadas. O diafrag-ma superior 270 do fole 258 tem portas de saída 272 e o diafragma inferior268 tem portas de entrada 274. Conforme previamente descrito, estas portasserão tipicamente cobertas com as válvulas de lingüeta que se abrem e fe-cham em resposta à alteração de pressão dentro do fole 258 e pode ser ne-cessário que os materiais de válvula de lingüeta usados sejam maleáveis obastante para manter uma vedação ao longo das portas apesar da flexãodos diafragmas. Com relação à disposição das válvulas de lingüeta, as por-tas no diafragma superior 270 podem servir como portas de entrada ou por-tas de saída e, da mesma maneira, no diafragma inferior 268. Presume-sena figura 27 que a válvula de lingüeta de entrada seja instalada no diafragmainferior 268 e a válvula de lingüeta de saída seja instalada no diafragma su-perior 270.

Por uma questão de explicação, presume-se que os atuadores260 e 262 sejam atuadores piezocerâmicos, embora qualquer um dos atua-dores discutidos em conexão com a presente invenção possa ser alternati-vãmente usado. Em operação, os atuadores 260 e 262 são energizados comum campo elétrico alternado de freqüência f e os deslocamentos cíclicosresultantes dos atuadores 260 e 262 fazem com que o volume do fole 258varie na freqüência f. A pressão de variação de tempo resultante dentro dofole 258 fará com que o fluido seja puxado para dentro da porta 276 e dissi-pado a partir da porta 278. A massa de reação opcional 280 e 282 pode serusada para sintonizar a freqüência ressonante do sistema. A operação dodispositivo da figura 27 na ou próxima à freqüência de ressonância de siste-ma irá resultar em deslocamentos de fole que se tornem maiores em propor-ção à energia armazenada no sistema.

Um desenho alternativo da bomba da figura 27 serve para subs-tituir o atuador 262 com uma viga passiva que tem o mesmo formato. Embo-ra o atuador restante possa proporcionar mais deslocamento para criar amesma alteração métrica de volume dentro do fole 258, a bomba ainda podeser operacional.

A figura 28 mostra outra bomba de acionamento fora do eixo queé operacionalmente similar à bomba da figura 27 exceto pela adição de doispistões à disposição de fole pura da figura 27. de outro modo, a bomba dafigura 28 opera da mesma maneira que a bomba da figura 27.

A figura 29 fornece uma variação para a bomba da figura 28,usando-se um motor VR para aplicar as forças opostas ao perímetro dospistões/diafragmas individuais.

Acionamento por GrampoNas modalidades previamente descritas da presente invenção,as molas, o fole ou outros componentes fluídicos são tipicamente fixados aocorpo de alojamento e uma porção flexível da mola ou diafragma é acionadapor um atuador. A diferença característica do acionamento por grampo é queo atuador aciona o ponto de fixação da mola, diafragma ou outro componen-te fluídico. Por uma questão de definição, o ponto de grampo ou seção degrampo de um elemento de flexão é a parte que não pode ser dobrada ouflexionada devido ao grampo, no entanto, o ponto de fixação pode se movergeralmente com relação ao dispositivo alojamento.

Acionamento por Grampo Axial

A figura 30 ilustra uma modalidade de acionamento por grampoaxial onde um dispositivo de transferência de energia de fluido tem um invó-lucro 300, um atuador eletroativo anular 302, um diafragma 304 e uma mas-sa de sintonização opcional 306. A superfície superior do atuador 302 é me-canicamente aterrada no alojamento 300, a superfície inferior de um atuador302 é fixada ao diafragma 304. A conexão entre o atuador 302 e o diafragma304 compreende o ponto de fixação 303 do diafragma 304. Os deslocamen-tos de oscilação do atuador 302 ocorrem na mesma direção que os deslo-camentos de oscilação do diafragma 304. Pretende-se que o tipo de atuadoreletroativo seja escolhido, de modo que as vibrações de princípio do atuador322 sejam axiais. Os deslocamentos de oscilação do ponto de fixação 303são transferidos para o diafragma 304. Se a freqüência f dos deslocamentosde oscilação estiver abaixo dos modos ressonantes mais altos do diafragma,então, o diafragma irá responder através da oscilação em seu modo axialfundamental na freqüência f. Se a freqüência f estiver na ou próxima à res-sonância fundamental de sistema, então, a energia será armazenada naressonância de sistema e os deslocamentos do diafragma 304 irão aumentarde maneira proporcional à energia armazenada. A ressonância de sistemapode ser sintonizada usando a massa opcional 306. A modalidade da figura31 opera de uma maneira similar à modalidade da figura 30 exceto pela adi-ção de uma seção convoluta 307 do diafragma 308. A seção convoluta 307adiciona flexibilidade axial ao diafragma 308 reduzindo-se sua dureza demola permitindo, deste modo, que o diafragma 308 atinja deslocamentosmaiores. Outros aperfeiçoamentos de diafragmas que podem ser usadospara aumentar um deslocamento do diafragma reduzindo-se sua dureza demola incluindo, por exemplo, as autodenominadas "juntas vivas" (vide paten-te U.S. número 4.231.287).

Uma vez que os atuadores das figura s 30 e 31 irão sofrer alte-rações dimensionais do eixo geométrico X, Y e Z, a resiliência da fixação doatuador ao alojamento deve ser levada em consideração para evitar a limita-ção excessiva dos atuadores, como anteriormente discutido. Ademais, amassa de sintonização do diafragma opcional pode ser usada nas modalida-des das figuras 30 a 35 para sintonizar a ressonância de um sistema.

A figura 32 ilustra uma modalidade da bomba de acionamentopor grampo axial onde fica fixado um atuador eletroativo anular 309 aos dia-fragmas 313 e 314 e também fica fixado ao alojamento de bomba 316 porum anel de montagem flexível 315. Uma cunha anular 312 reduz o espaçomorto dentro da câmara de compressão 317. Os deslocamentos vibratóriosdo atuador 309 estão na mesma direção que os deslocamentos dos dia-fragmas 313 e 314. A flexão do atuador 309 irá fazer com que os diafragmas313 e 314 oscilem 180° defasados um com o outro.

A figura 32 A ilustra outra modalidade de acionamento por gram-po axial que possui um atuador de relutância variável 319 para acionar oponto de grampo do diafragma 318. O diafragma 318 é vedado em seu períme-tro com uma vedação tipo fole flexível 323. De outro modo, a modalidade da32A opera da mesma maneira que as modalidades das figuras 30 e 31.

Acionamento por Grampo Radial

Nas seguintes modalidades as forças exercidas sobre o pontode grampo estão na direção radial.

A figura 33 ilustra uma modalidade de acionamento por gramporadial onde um dispositivo de transferência de energia de fluido possui uminvólucro 320, um atuador eletroativo anular 322, um diafragma 324 e umamassa de sintonização opcional 326. A superfície superior do atuador 322 émontada de forma resiliente ao alojamento 320 através de um suporte flexí-vel 328 para permitir a flexão radial do atuador 322. O diafragma 324 é fixa-do à superfície inferior do atuador 322. Isso significa que o atuador tipo ele-troativo será selecionado de modo que as vibrações iniciais do atuador 322sejam radiais. Os deslocamentos vibratórios radiais do atuador 322 irão criaresforços de tração oscilantes no diafragma 324, que podem ser convertidosem vibrações de eixo geométrico Z do diafragma 324. O início desse pro-cesso de conversão radial em axial é assistido pelo fato de que o atuador322 também vibra na direção de deslocamento do diafragma (ou seja, eixogeométrico Z), embora a amplitude de deslocamento axial possa ser menordo que a amplitude de deslocamento radial. Os deslocamentos vibratóriosradiais do atuador 322 na freqüência / podem resultar em deslocamentosvibratórios axiais do diafragma 324 na freqüência / ou f/2 dependendo daconstrução do diafragma 324 (por exemplo, diafragma plano, diafragma ar-queado protendido, grau de rigidez axial e/ou radial e/ou não-linearidade,etc.).

Se o diafragma 324 for excitado a uma freqüência f que estáabaixo dos modos ressonantes de maior ordem do diafragma 324, então odiafragma irá responder mediante oscilação em seu modo de eixo geométri-co Z fundamental na freqüência /. Se o diafragma 324 for excitado para os-cilar axialmente em uma freqüência / que está próxima ou igual à freqüênciade ressonância fundamental do sistema, então a energia será armazenadana ressonância do sistema e os deslocamentos do diafragma 324 irão au-mentar proporcionalmente à energia armazenada. A ressonância do sistemapode ser sintonizada utilizando uma massa opcional 326.

As figuras 34 e 35 ilustram o uso de diafragmas convolutos coma finalidade de aumentar os deslocamentos de diafragma e, de outro modo,operar da mesma maneira que a modalidade na figura 33. Outros aumentosde diafragma que podem ser usados para aumentar o deslocamento do dia-fragma ao reduzir sua rigidez de mola incluem autodenominadas "dobradi-ças vivas" (vide, Patente Ns U.S. 4.231.287).

Todas as modalidades das figuras 30 a 35 podem ser usadaspara acionar um pistão secundário como mostrado em outras modalidadesda presente invenção, tais como, nas figuras 17 e 20.

A figura 36 ilustra outra modalidade do acionamento por grampo radialonde uma" bomba 348 possui um alojamento de bomba 350 e um fole 364que fica fixado em torno de seu perímetro ao alojamento 350 por meio deuma mola anular macia 366. Os atuadores eletroativos 352 e 354 são rigi-damente conectados ao perímetro do fole 364 com os ditos atuadores sendoenergizados para aplicar forças radiais ao fole 364, assim, tanto aumentandocomo diminuindo o volume do fole 364 dependendo da direção radial dasforças aplicadas. Isso significa que o atuador tipo eletroativo será seleciona-do de modo que as vibrações iniciais dos atuadores 352 e 354 sejam radiais.

O diafragma superior 358 do fole 258 possui portas de saída 360 e o dia-fragma inferior 356 do fole 364 possui portas de entrada 362. Como anteri-ormente descrito, essas portas serão tipicamente revestidas com válvulas delingüeta que abrem e fecham em resposta à alteração de pressão dentro dofole 364 e os materiais de válvula de lingüeta usados não precisam ser muitomaleáveis para manter a vedação sobre as portas apesar da flexão dos dia-fragmas do fole. Com relação ao posicionamento das válvulas de lingüeta,as portas no diafragma superior 358 poderiam servir tanto como portas deentrada quanto como portas de saída e também com diafragma inferior 356.Supõe-se que na figura 36 a válvula de lingüeta de entrada seja instalada nodiafragma inferior 356 e a válvula de lingüeta de saída seja instalada no dia-fragma superior 358.

Em consideração à explicação, supõe-se que os atuadores 352e 354 sejam atuadores piezocerâmicos embora qualquer atuador eletroativocapaz de exercer s forças radiais possa ser usado. Em operação, os atuado-res 352 e 354 são energizados com um campo elétrico alternado de fre-qüência / e os deslocamentos radiais cíclicos resultantes dos atuadores 352e 354 fazem com que o volume do fole 364 varie na freqüência /. A pressãoresultante que varia com o tempo dentro do fole 364 fará com que o fluidoseja atraído até a porta 368 e descarregado da porta 370. A massa opcionalde reações poderia ser adicionada aos diafragmas de foles superiores e infe-riores para sintonizar a freqüência ressonante do sistema.A figura 37 mostra outra bomba de acionamento por grampo ra-dial que é operativamente similar à bomba da figura 36 exceto pela adiçãode pistões 372 e 374 à disposição pura do fole da figura 36. De outro modo,a bomba da figura 37 opera da mesma maneira que a bomba da figura 36.

Nas figuras 33 a 37 todos os diafragmas podem ser montadosdentro do diâmetro interno dos atuadores anulares embora isso possa re-querer tolerâncias mais estreitas no diafragma e nas dimensões do atuador.

Acionamento Radial Flexível

A figura 37A ilustra uma modalidade de acionamento radial flexí-vel da presente invenção. Um diafragma 502 possui um atuador eletroativoem forma de disco 504 fixado ao seu centro. O diafragma 502 é preso emtorno de seu perímetro no grampo anular 508, que é, assim, fixado ao invó-lucro 500. A câmara de fluidos 506 é delimitada pelo diafragma 502, atuador504, e invólucro 500. Em consideração a uma explicação funcional, supõe-se que o atuador 504 seja construído a partir de um material piezocerâmico,porém poderia ser sucessivamente construído a partir de inúmeros outrosmateriais eletroativos. A polarização do atuador 504 é tal que a aplicação davoltagem de polaridade determinada faz com que esse se expanda ou secontraia principalmente em sua dimensão radial.

Em operação, aplica-se uma voltagem alternada ao atuador 504.

Os deslocamentos vibratórios radiais resultantes do atuador 504 geram es-forços de tração radiais oscilantes dentro do diafragma 502 entre o atuador504 e o grampo anular 508. Esses esforços de tração oscilantes são conver-tidos em vibrações de eixo geométrico Z do diafragma 502, com o atuador504 que, naturalmente, se deslocam juntamente com as vibrações do eixogeométrico Z do diafragma 502. O início desse processo de conversão radialem axial é assistido pelo fato de que o atuador 504 também vibra na direçãodo deslocamento axial do diafragma, embora a amplitude de deslocamentoaxial do atuador possa ser menor do que a amplitude de deslocamento radi-al. Os deslocamentos vibratórios radiais do atuador 504 na freqüência f po-dem resultar em deslocamentos vibratórios do eixo geométrico Z do dia-fragma 502 na freqüência / ou f/2 dependendo da construção do diafragma502 (por exemplo, diafragma plano, diafragma arqueado protendido, grau derigidez axial e/ou radial e/ou não-linearidade, etc.)· Se a modalidade da figu-ra 37 A for acionada em uma freqüência tal que o diafragma 502 oscile axi-almente em uma freqüência f que está próxima ou igual à freqüência deressonância fundamental do sistema, então a energia será armazenada naressonância do sistema e os deslocamentos do diafragma 502 irão aumentarproporcionalmente à energia armazenada.

A ligação entre o diafragma 502 e o atuador 504 pode fazer comque o atuador 504 e o diafragma 502 se flexionem levemente sobre a áreada ligação exatamente como um atuador curvador unilaminar típico, com oformato de flexão sendo tanto côncavo como convexo dependendo da pola-ridade da voltagem aplicada. Com relação aos deslocamentos de eixo geo-métrico Z do diafragma 502, o atuador 504 irá atuar como um pistão, de ma-neira similar às outras modalidades da presente invenção que possuem pis-tões com partes circundantes flexíveis.

A figura 37B ilustra outra modalidade de bomba de acionamentoradial flexível da presente invenção. Um diafragma 512 possui um atuadoreletroativo em forma de disco 510 fixado ao seu centro. O diafragma 512 épreso em torno de seu perímetro no grampo anular 514 que é, assim, fixadoao invólucro 516. O atuador 510 possui portas de entrada 520 e invólucro516 como portas de saída 522. Como em outras modalidades da presenteinvenção, as portas de entrada 520 e portas de saída 522 serão equipadascom válvulas de lingüeta ou outros tipos de válvulas, conforme apropriado. Acâmara de fluidos 518 é delimitada pelo diafragma 512, atuador 510, e invó-lucro 516. Em consideração a uma explicação funcional, supõe-se que o a-tuador 510 seja construído a partir de um material piezocerâmico, porém po-deria ser sucessivamente construído a partir de inúmeros outros materiaiseletroativos. A polarização do atuador 510 é tal que a aplicação de uma vol-tagem de polaridade determinada faz com que esse se expanda ou se con-traia principalmente em sua dimensão radial.

Em operação, uma voltagem alternada é aplicada ao atuador510. Os deslocamentos vibratórios radiais resultantes do atuador 510 geramesforços de tração radiais oscilantes dentro do diafragma 512 entre o atua-dor 510 e o grampo anular 514. Esses esforços de tração oscilantes sãoconvertidos em vibrações de eixo geométrico Z do diafragma 512, com oatuador 510 que, naturalmente, se deslocam juntamente com as vibraçõesdo eixo geométrico Z do diafragma 512. O início desse processo de conver-são radial em axial é assistido pelo fato de que o atuador 510 também vibrana direção do deslocamento axial do diafragma, embora a amplitude de des-locamento axial do atuador possa ser menor do que a amplitude de deslo-camento radial. Os deslocamentos vibratórios radiais do atuador 510 na fre-qüência / podem resultar em deslocamentos vibratórios do eixo geométricoZ do diafragma 502 na freqüência / ou f/2 dependendo da construção dodiafragma 512 como anteriormente discutido. As oscilações axiais do dia-fragma 112 e atuador 110 farão com que o fluido seja atraído até a porta 524e descarregado da porta 526. Se a modalidade da figura 37B for acionadaem uma freqüência tal que o diafragma 512 oscile axialmente em uma fre-qüência / que está próxima ou igual à freqüência de ressonância fundamen-tal do sistema, então a energia será armazenada na ressonância do sistemae os deslocamentos do diafragma 502 irão aumentar proporcionalmente àenergia armazenada.

A figura 37C ilustra uma modalidade adicional da bomba de a-cionamento radial flexível da presente invenção. Um primeiro diafragma 536possui um atuador eletroativo em forma de disco 534 fixado ao seu centro eé fixado em torno de seu perímetro à cunha anular 544, que sucessivamenteé fixado ao invólucro 546. Um segundo diafragma 538 possui um atuadoreletroativo em forma de disco 532 fixado ao seu centro e é fixado em tornode seu perímetro à cunha anular 544. Os diafragmas 528 e 530 são propor-cionados com respectivas portas de saída 536 e portas de entrada 538, es-ses poderiam ser tipicamente equipados com válvulas de lingüeta ou outrostipos de válvulas, como apropriado. Os primeiro e segundo diafragmas erespectivos atuadores operam da mesma maneira que as modalidades dasfiguras 37A e 37B gerando a oscilação da câmara de fluidos 548, que suces-sivamente faz com que o fluido seja atraído até a porta de entrada 540 edescarregado da porta 542.

A figura 37D ilustra uma modalidade adicional da bomba de a-cionamento radial flexível da presente invenção que possui um fole 550 eatuadores de flexão radial duplos 552 e 554. A modalidade da figura 37Eopera de maneira similar à modalidade da figura 37D exceto por sua opera-ção linear em vez da operação não-paramétrica. Entretanto, uma certa per-formance de bombeamento pode ser obtida com uma freqüência de aciona-mento paramétrica.

A figura 37E ilustra uma modalidade adicional do acionamentoradial flexível da presente invenção onde um diafragma radial flexível 556,cuja operação foi anteriormente descrita, acionam um pistão secundário 558que possui uma parte circundante flexível. O diafragma radial flexível 556poderia ser substituído por uma mola longitudinal flexível 560 que possui umatuador eletroativo retangular 562 ligado a essa. Inúmeras outras topologiasde mola também poderiam ser usadas.

Outra modalidade do acionamento radial flexível poderia servirpara ensanduichar o diafragma radial flexível 556 ou mola longitudinal flexí-vel 560 da figura 37E entre duas metades de um fole, tais como, as metades358 e 356 dos foles 364 na figura 36. Os elementos radiais flexíveis ou Iongi-tudinais flexíveis poderiam aplicar forças radiais oscilantes ao perímetro dofole, assim, fazendo com que o volume do fole oscile com o fole que é apli-cável a inúmeras modalidades da presente invenção. No caso de orifícios ousaídas de ar de diafragma serem necessários no diafragma para permitir queo fluido flua através do fole. As seções convolutas podem ser adicionadasaos diafragmas das modalidades das figuras 37A, 37B e 37C.Acionamento por Borda

A figura 38 ilustra uma modalidade de diafragma acionado porborda da presente invenção, que possui um invólucro 380, um diafragma386, uma massa de sintonização opcional 388, um atuador eletroativo anular382 e grampos de aresta aguda anulares 390 e 392. A superfície inferior doatuador 382 é fixada ao invólucro 380. A superfície superior dos atuadores382 é fixada à borda, ou perímetro, do diafragma 386 através de um conec-tor 384. Quando o atuador 382 for energizado esse cria uma força paralelaao eixo geométrico Z. Se a força estiver na direção -Z, então o centro do dia-fragma 386 irá se mover na direção +Z. Também, se a força estiver na dire-ção +Z1 então o centro do diafragma 386 irá se mover na direção -Z.

Se o diafragma 386 for excitado pelo atuador 382 em uma fre-qüência / que está abaixo dos modos ressonantes de maior ordem do dia-fragma 386, então o diafragma irá responder mediante oscilação em seumodo axial fundamental na freqüência /. Se o diafragma 386 for acionadoem uma freqüência / que está próxima ou igual à freqüência de ressonânciafundamental do sistema, então a energia será armazenada na ressonânciado sistema e os deslocamentos do diafragma 386 irão aumentar proporcio-nalmente à energia armazenada. A ressonância do sistema pode ser sintoni-zada utilizando uma massa opcional 388.

A modalidade da figura 39 opera da mesma maneira que a mo-dalidade da figura 38, exceto pela adição de um segundo atuador eletroativo394. As forças geradas pelo atuador 394 estarão na mesma direção que asforças geradas pelo atuador 382 da figura 38.

Na figura 40 a disposição acionada por borda da figura 38 é u-sada para acionar um pistão 396. A amplificação mecânica criada pelo dia-fragma 398 resulta em deslocamentos de pistão 396 que são maiores doque os deslocamentos do atuador 400. Dentro do escopo da presente inven-ção, o diafragma 398 poderia ser substituído por uma mola de lâminas sim-ples ou inúmeros outros desenhos do tipo mola e materiais capazes de seflexionar e fornecer amplificação mecânica.

A modalidade da figura 40A opera da mesma maneira que a mo-dalidade da figura 38 exceto pelo fato de que o atuador eletroativo da figura38 foi substituído pelo atuador de relutância variável 450. A armação 399 doatuador 450 e a massa do diafragma 397 estão sempre se movendo em di-reções opostas, selecionando assim as massas corretas as forças exercidassobre o invólucro podem ser reduzidas ou eliminadas, reduzindo então asvibrações do invólucro e o ruído resultante.

A presente invenção pode usar atuadores unilaminares piezoce-râmicos que são protendidos, tais como, os Atuadores Thunder desenvolvi-dos pela NASA e abrangidos pelas Patentes U.S. 5.632.841 e 6.734.603. Apresente invenção também pode usar curvadores unilaminares ou polilami-nares simples que são planos e não são protendidos e em muitos casos es-ses atuadores são preferidos visto que a presente invenção não requergrandes deslocamentos piezo, porém de preferência, são projetados parausar atuadores com pequeno deslocamento e alta força. (Um curvador piezounilaminar é tipicamente construído de uma placa de piezocerâmica unida aum substrato de folha metálica.) Os unilaminares Iaminares simples possu-em ainda a vantagem que seu custo de fabricação é bastante baixo quandocomparado com atuadores protendidos. Outra vantagem de se utilizar osunilaminares de baixo deslocamento piezo é que cerâmicas "mais duras"podem ser usadas para oferecer eficiências de transdução eletromecânicamuito maiores quando.comparadas com as cerâmicas mais macias que de-vem ser usadas em curvadores de alto deslocamento. Essas cerâmicas maisduras são particularmente mais eficazes do que as cerâmicas mais maciasacima de 100Hz. A operação em freqüências maiores é particularmente de-sejada por bombas pequenas e compressores para proporcionar altas taxasde fluxo em uma pequena embalagem, devido ao grande número de ciclosde bombeamento por segundo.

Acionamento de Cargas Acústicas Ressonantes

Os dispositivos de transferência de energia fluídica da presenteinvenção também pode ser usados para acionar cargas acústicas ressonan-tes de alta potência, tais como, compressores acústicos e motores termoa-cústicos. As Patentes Nos. U.S. 5.515.684, 5.319.938, 5.579.399, 6.230.420descrevem os princípios do projeto de ressonadores acústicos de alta densi-dade energética, os formatos do ressonador específico e as aplicações deressonadores acústicos de alta densidade energética, cujos conteúdos estãoincorporados aqui a título de referência em sua totalidade.

A figura 41 ilustra o uso da presente invenção em ondas esta-cionárias longitudinais de acionamento dentro do ressonador. Um dispositivode transferência de energia fluídica 400 da presente invenção é rigidamenteconectado à ampla extremidade e ao ressonador 402. O dispositivo de trans-ferência de energia 400 possui um pistão e/ou diafragma 404 que é aciona-do para vibrar em um determinado modo acústico longitudinal do ressonador402, como bem-conhecido na técnica e como descrito nas referências depatente acima. Qualquer uma das modalidades da presente invenção podemser usadas para vibrar o diafragma e/ou pistão do dispositivo de transferên-cia de energia 400. O dispositivo de transferência de energia 400 pode pos-suir tanto um diafragma puro, tal como, na figura 3 como uma parte circun-dante flexível, tal como, na figura 20 e inúmeros atuadores diferentes podeser usados. Os diafragmas duplos, tais como, na figura 32, também podemser usados para acionar os modos radiais, onde a câmara de fluidos 317pode servir como o ressonador acústico. Os dois diafragmas podem transfe-rir mais energia formando a onda estacionária acústica. Para aplicações aoscompressores acústicos as portas nos diafragmas 313 e 314 da figura 32podem ser movidas mais próximas ao centro para tirar vantagens das ampli-tudes acústicas maiores.

A figura 42 ilustra o uso da presente invenção em ondas esta-cionárias radiais dentro de um ressonador acústico. Um dispositivo de trans-ferência de energia fluídica 406 da presente invenção é rigidamente conec-tado ao ressonador radial 410. O espaço preenchido por fluido dentro doressonador 410 é delimitado pelo pistão/diafragma 408 e o ressonador 410que possui um diâmetro D e uma altura h que varia de forma simétrica comR, com hmax em r = D/2 e hmin em r = 0. O dispositivo de transferência de e-nergia 406 possui um pistão/diafragma 408, que é acionado para vibrar emuma determinada freqüência de modo acústico radial do ressonador 402. Amelhor transferência de energia irá ocorrer quando aciona-se o modo radialde menor ordem. Qualquer modalidade da presente invenção pode ser usa-da para vibrar o diafragma/pistão do dispositivo de transferência de energia406. O dispositivo de transferência de energia 406 pode possuir tanto umdiafragma puro, tal como, na figura 3 como um pistão com uma parte circun-dante flexível, tal como, na figura 20 e inúmeros atuadores diferentes podemser usados. Conforme descrito na Patente U.S. 5.515.684, o formato de umressonador acústico pode ser usados para suprimir a formação de choqueacústico e promover altas densidades de energia e grandes amplitudes depressão acústica. O formato do ressonador 410 tenderá a reduzir as perdastermoacústicas associadas com uma determinada amplitude de pressão a-cústica medida em r= 0. Se o dispositivo de transferência de energia fluídicada figura 42 for convertido em um compressor acústico, então as válvulas docompressor podem ficar localizadas no centro para tirar vantagem das mai-roes amplitudes de pressão acústica. Muitos outros formatos de ressonadorpodem ser usados e serão determinados pela aplicação particular, comobem-conhecido na técnica.

A figura 43 ilustra o ressonador acústico plano 414 que é acio-nado por um dispositivo de transferência de energia fluídica 412 da presenteconvenção. O ressonador 414 é projetado para sustentar ondas estacioná-rias longitudinais. As maiores amplitudes de pressão acústica irão ocorrer naextremidade pequena 416, que é onde as válvulas de compressor podemser colocadas se o ressonador 414 for usado como um compressor acústico.

Os múltiplos dispositivos de transferência de energia fluídica podem ser co-locados tanto ao lado como ao longo do comprimento do ressonador 414para aumentar a entrada de energia.

Um dos desafios para miniaturizar os compressores acústicos éo desenho de um atuador que pode proporcionar a energia necessária paraaplicações práticas. Quando adaptada aos pequenos ressonadores acústi-cos de acionamento, a presente invenção proporciona atuadores de baixocusto e alta potência para reduzir os compressores acústicos e para muitasoutras aplicações de pequenos ressonadores acústicos.

Jatos Sintéticos Ressonantes

Quando acionados pela presente invenção, ou qualquer modali-dade do Pedido PCT N2 PCT/US2005/046557, os ressonadores acústicospodem ser usados para aumentar a performance de fluxo dos jatos sintéti-cos. Por exemplo, a figura 44 ilustra um jato sintético acusticamente resso-nante que possui um ressonador acústico radial 420 acionado por um dispo-sitivo de transferência de energia fluídica 422 da presente invenção comodescrito na modalidade da figura 42. Uma porta de jato sintético 426 fica lo-calizada no centro 424 do ressonador 420. Os altos níveis de energia quepodem ser armazenados na ressonância acústica irão resultar em grandesoscilações de pressão, que sucessivamente podem produzir grandes fluxososcilantes através da porta 426. Esses grandes fluxos oscilantes irão criarum fluxo de jato pulsante fora do ressonador 420 como bem-conhecido na técnica.

Um ressonador, tipo aquele mostrado na figura 41, pode ser u-sados como um jato sintético ressonante ao deixar a garganta 405 aberta.Mediante excitação de um modo de onda estacionária longitudinal, fluxososcilantes muito grandes podem ser estabelecidos na garganta 405. Tipica-mente os modos longitudinais de menor ordem irão proporcionar o maiorfluxo de jato pulsante externo. Um ressonador tipo aquele mostrado na figura41, que mede aproximadamente 27,94 cm (11 polegadas) de comprimento,proporcionou fluxos de jato medidos de mais de 100 CFM a aproximadamen-te 800 Hz. Outro ressonador tipo aquele mostrado na figura 41, que medeaproximadamente 6,35 cm (2,5 polegadas) de comprimento, proporcionoufluxos de jato medidos de mais de 5 CFM a aproximadamente 4000 Hz acerca de 2,7 CFM/Watt e pode proporcionar fluxos maiores se mais energiafor aplicada. O ressonador da figura 43 pode proporcionar resultados simila-res se sua garganta 418 for aberta. Inúmeras portas de jato sintético podemser colocadas em inúmeros locais em torno da superfície externa de um res-sonador acústico, sendo que todos estão considerados dentro do escopo dapresente invenção.

Embora a presente invenção permita a miniaturização dos dis-positivos de transferência de energia fluídica, o escopo da presente invençãonão se limita de forma alguma às modalidades de nenhum tamanho deter-minado. A presente invenção pode ser ampliada além da faixa de tamanhomédio e reduzida abaixo da faixa de tamanho MEMS. Várias modalidades eaprimoramentos da presente invenção são descritos aqui e os versados natécnica irão levantar a possibilidade de usar muitas combinações diferentesdessas modalidades e aprimoramentos. Todas as diversas combinaçõesdessas modalidades serão determinadas pelas exigências de uma determi-nada aplicação e estão consideradas dentro do escopo da presente inven-ção. Por exemplo, o número de válvulas usadas, com molas de estabilidadeaxial adicionadas ou não são requeridos, o uso de um ou dois diafragmas,molas ou diafragmas de acionamento de atuadores que sucessivamente a-cionam pistões, o número de atuadores usados em um único dispositivo,sejam os controles necessários ou não, os tipos de métodos usados paraunir os componentes, o tipo de atuador usado em uma determinada modali-dade, os tipos de vedações usadas, e o uso de bombas em série ou parale-las serão determinados pela performance e exigências de custo de uma de-terminada aplicação.

Outros exemplos de modalidades dentro do escopo da presenteinvenção que irão ocorrer aos versados na técnica podem ser colocar umúnico atuador curvador (ou outro atuador) entre dois diafragmas fluídicos decostas um para o outro ou pistões com cada diafragma ou pistão possuindosua própria câmara de compressão para acionar os dois diafragmas ou pis-tões com o único atuador em uma configuração equilibrada. Tornar-se-á ób-vio para os versados na técnica utilizar ambos os lados de um diafragma oupistão para formar câmaras de compressão separadas e preparar aquelascâmaras de compressão com válvulas sobre o diafragma que permitem queo fluido passe de uma câmara para outra. Também, as massas de reação dediafragma ilustradas aqui são mostradas como discos localizados no centrodo diafragma, porém podem tomar diversas outras formas e podem ser mon-tadas fora do centro, tal como no caso de uma massa anular. Ademais, mui-tos tipos de compressor e/ou válvulas de bomba podem ser usados na pre-sente invenção. Por exemplo, o pistão ou diafragma móvel de uma determi-nada modalidade pode ser usado para atuar as válvulas de entrada e saída,tal como, no caso de uma válvula de eixo deslizante, que poderia deslizarem uma porta e abrir e fechar de forma cíclica uma porta de entrada ou saí-da. As bombas da presente invenção podem ser ampliadas ou reduzidas epodem ser usadas em sistemas de ciclo fechado bem como sistemas de ci-clo aberto conforme será avaliado pelo versado na técnica.A presente invenção pode usar atuadores bilaminares piezoce-râmicos que são protendidos, tais como, os Atuadores Thunder desenvolvi-dos pela NASA que resultam nas Patentes U.S. 5.632.841 e 6.734.603. Apresente invenção também pode usar bilaminares simples que são planos enão possuem pré-tensão e em muitos casos esses atuadores são preferidosvisto que a presente invenção não requer grandes deslocamentos de atua-dor, porém é de preferência desenhada para usar atuadores de pequenodeslocamento e alta força. Os bilaminares simples possuem a vantagem a-dicional que seu custo de fabricação é bastante baixo comparado com atua-dores protendidos.

Todas as modalidades de transferência de energia fluídica dapresente invenção também podem ser usadas para acionar os pistões con-vencionais com vedações deslizantes e aplicados a bombas, compressorese as muitas outras aplicações fluídicas. Entretanto, deve-se tomar cuidadopara garantir que as perdas imaginárias das vedações deslizantes não se-jam excessivas, visto que isso poderia reduzir a eficiência de energia do dis-positivo.

As modalidades da presente invenção podem ser acionadas emqualquer freqüência dentro do escopo da presente invenção. Embora asvantagens de performance possam ser proporcionadas ao operar a presenteinvenção em freqüências de acionamento que são iguais ou próximas à res-sonância do sistema, o escopo da presente invenção não se limita à proxi-midade da freqüência de acionamento e à freqüência de ressonância do sis-tema. Quando as freqüências de acionamento estão próximas o suficiente àressonância do sistema aquela energia é armazenada na ressonância, entãoas amplitudes de deslocamento do diafragma e/ou pistão irão aumentar pro-porcionalmente à energia armazenada. Quanto mais próxima a freqüênciade acionamento estiver à freqüência de ressonância instantânea do sistema,mais energia será armazenada, maior será o deslocamento do pistão e/oudiafragma e maior será a transferência de energia fluídica. A operação dapresente invenção, tanto com quanto sem energia armazenada, é conside-rada dentro do escopo da presente invenção.Também deve ser entendido que os diafragmas da presente in-venção podem ser feitos de muitos materiais diferentes, tais como, metais,plásticos ou elastômeros. Se os diafragmas ou materiais de circundam o pis-tão se comportarem como placas ou membranas dependendo dos materiaisusados e dos desvios requeridos por uma determinada aplicação e todosesses materiais e seus comportamentos são considerados dentro do escopoda presente invenção. Ademais, diversos formatos de pistão podem ser usa-dos para proporcionar vantagens diferentes. Por exemplo, para proporcionarpistões leves, formatos cônicos de pistão podem ser usados para aumentara rigidez enquanto utiliza-se materiais leves e mais finos. Nesse caso, a câ-mara de compressão também pode possui um formato cônico para receber opistão cônico evitando, assim, espaços mortos excessivos. Muitos outrosformatos de pistão geométricos poderiam ser usados para proporcionar van-tagens similares, todos esses serão evidentes aos versados na técnica. De-ve ser entendido que em muitas modalidades da presente invenção os dia-fragmas podem ser substituídos por pistões e os pistões podem ser substitu-ídos por diafragmas, que serão evidentes por um versado na técnica.

O Pedido PCT N2 PCT/US2005/046557, que foi incorporado atítulo de referência, descreve modalidades adicionais, aplicações, controla-dores e esquemas de controle e quaisquer combinações dessas modalida-des com a presente invenção serão evidentes a um versado na técnica esão considerados dentro do escopo da presente invenção. As aplicações dapresente invenção para transferir energia cinética, energia de pressurizaçãoe energia acústica a fluidos poderiam incluir, por exemplo, compressão,bombeamento, mistura, atomização, jato sintéticos, medição de fluido, amos-tragem, amostragem de ar para agentes de guerra biológica, jatos de tinta,filtração, ou alterações físicas de acionamento devido às reações químicas,ou outras alterações de material em particulados suspensos, tal como, pul-verização ou aglomeração, ou uma combinação desses processos, para ci-tar alguns. As aplicações para modalidades de bomba e compressor da pre-sente invenção incluem MEMs e bombas e compressores mesodimensiona-dos para micro-células de combustível em dispositivos eletrônicos portáteis,tais como, dispositivos de computação portáteis, PDAs e telefones celulares;sistemas de administração térmica independentes que podem se adaptar aum cartão circuito e proporcionar resfriamento para microprocessadores eoutra eletrônica de semicondutores; e dispositivo médicos pessoais portáteispara pacientes de ambulatório.

A descrição anterior de algumas modalidades da presente in-venção foi apresentada para propósitos de ilustração e descrição. Nos dese-nhos fornecidos, os subcomponentes de modalidades individuais fornecidosaqui não estão necessariamente em proporção uns aos outros, levando emconsideração a clareza funcional. Em um produto real, as proporções relati-vas dos componentes individuais são determinadas por desenhos de enge-nharia específicos. As modalidades proporcionadas aqui não pretendem serexaustivas ou limitar a invenção a uma forma precisa descrita, e obviamentemuitas modificações e variações são possíveis devido à instrução acima. Asmodalidades foram selecionadas e descritas para explicar da melhor manei-ra os princípios da invenção e sua aplicação prática de modo a permitir queoutros versados na técnica utilizem melhor a invenção em várias modalida-des e com várias modificações adaptadas ao uso particular contemplado.Embora a descrição acima contenha muitas especificações, essas não de-vem ser interpretadas como limitações do escopo da invenção, porém, depreferência, como uma exemplificação das modalidades alternativas dessa.

Claims

1. Dispositivo de transferência de energia fluídica, que compreende:uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção móvel em relação à outra por-ção da câmara, sendo que a porção móvel é adaptada para alterar o volumeda câmara a partir de um primeiro volume para um segundo volume atravésdo movimento da porção móvel; eum atuador de relutância variável fixado à porção móvel;em que o atuador de relutância variável é ao menos (i) direta-mente conectado à porção móvel e (ii) ligado à porção móvel, de modo aformar uma montagem de porção móvel do atuador;em que o atuador de relutância variável não é efetivamente co-nectado nem ligado a nenhum outro componente do dispositivo que não sejaa porção móvei; eem que a montagem de porção móvel do atuador é adaptadapara se mover substancialmente apenas devido à oscilação do atuador emuma freqüência de acionamento.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, em que o atua-dor é acionado em uma freqüência de forma que armazene energia na res-sonância do sistema de tal modo que os deslocamentos da porção móvelaumentem proporcionalmente em relação à energia armazenada.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, em que o atua-dor é conectado com elasticidade a um componente do dispositivo que sejaseparado da porção móvel.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, em que umafolga do atuador de relutância variável é adaptada para oscilar em uma am-plitude e freqüência de deslocamento de tal modo que o atuador e a porçãomóvel se movam entre uma primeira posição e uma segunda posição subs-tancialmente apenas devido ao deslocamento do atuador, e onde a distânciaentre a primeira posição e a segunda posição é maior que a amplitude dedeslocamento da folga do atuador.

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, em que a por-ção móvel compreende um diafragma.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, em que a por-ção móvel compreende um pistão com uma parte circundante flexível.

7. Bomba, que compreende:o dispositivo, como definido na reivindicação 1;uma porta de entrada de fluidos em comunicacao ida com acâmara; euma porta de saída de fluidos em comunicação fluida com a câ-mara;em que o dispositivo é adaptado para atrair fluidos para dentroda câmara através da porta de entrada durante o movimento da porção mó-vel de tal modo que aumente o volume da câmara, eem que o dispositivo é adaptado para expelir fluidos para fora dacâmara através da porta de saída durante o movimento da porção móvel detal modo que diminua o volume da câmara.

8. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 1, que compreende, ainda:uma abertura na câmara que permite ao fluido entrar e sair dacâmara, em que a oscilação do fluido através da dita abertura cria um jatosintético.

9. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 1, em que a câmara porção móvel compreende um fole.

10. Dispositivo de transferência de energia fluídica, que compreende:uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção móvel relativa à outra porção dacâmara, sendo que a porção móvel é adaptada para alterar o volume da câ-mara a partir de um primeiro volume para um segundo volume através domovimento da porção móvel; eum atuador eletroativo fixado à porção móvel;em que o atuador eletroativo é ao menos (i) diretamente conec-tado à porção móvel e (ii) ligado à porção móvel, de modo a formar umamontagem de porção móvel do atuador;em que o atuador eletroativo não é efetivamente conectado nemligado a nenhum outro componente do dispositivo que não seja a porçãomóvel; eem que a montagem de porção móvel do atuador é adaptadapara se mover substancialmente apenas devido à oscilação do atuador emuma freqüência de acionamento.

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, em que o atu-ador é acionado em uma freqüência de forma que armazene energia na res-sonância do sistema de tal modo que os deslocamentos da porção móvelaumentem proporcionalmente em relação à energia armazenada.

12. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 10, em que uma massa de reação é fixada ao atuadoreletroativo.

13. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 10, em que a porção móvel compreende um diafragma.

14. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 10, em que a porção móvel compreende um pistão do-tado de uma parte circundante flexível.

15. Bomba, que compreende:dispositivo, de acordo com a reivindicação 10;uma porta de entrada de fluidos em comunicação fluida com acâmara; euma porta de saída de fluidos em comunicação fluida com a câ-mara;em que o dispositivo é adaptado para atrair fluidos para dentroda câmara através da porta de entrada durante o movimento da porção mó-vel de tal modo que aumente o volume da câmara, eem que o dispositivo é adaptado para expelir fluidos para fora dacâmara através da porta de saída durante o movimento da porção móvel detal modo que diminua o volume da câmara.

16. Dispositivo de transferência de energia fluídica, que compreende:uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção flexível móvel em relação à ou-tra porção da câmara de tal modo que um ponto máximo de deflexão na por-ção flexível proporcione deslocamentos maiores que quaisquer outros pon-tos na porção flexível, sendo que a porção flexível é adaptada a alterar ovolume da câmara a partir de um primeiro volume para um segundo volumedobrando-se a porção flexível;um atuador gerador de força fixado à porção flexível em Uir* oon-to que não seja o ponto máximo de deflexão;em que o atuador gerador de força é ao .jó (i) diretamenteconectado à porção móvel e (ii) ligado à pc „ nexível, de modo a formaruma montagem de porção móvel do atuador;em que o atuador eletroativo não é efetivamente conectado nemligado a nenhum outro componente do dispositivo que não seja a porçãoflexível; eonde a montagem de porção móvel do atuador é adaptada parase mover substancialmente apenas devido à oscilação do atuador em umafreqüência de acionamento.

17. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 16, em que o a-tuador é acionado em uma freqüência de forma que armazene energia naressonância do sistema de tal modo que os deslocamentos da porção flexí-vel aumentem proporcionalmente em relação à energia armazenada.

18. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 16, em que a porção flexível compreende um diafragma.

19. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 16, em que o diafragma compreende, ainda, uma seçãode pistão central que se toma o ponto máximo de deflexão.

20. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 16, em que a porção flexível compreende um fole tendoao menos uma seção de fole.

21. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 20, em que o fole compreende, ainda, uma seção depistão central que se torna o ponto máximo de deflexão.

22. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 16, em que o dito atuador gerador de força compreendeum atuador curvador.

23. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 16, em que o dito atuador gerador de força compreendeum atuador de relutância variável.

24. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 16, em que o dito atuador gerador de força compreendeum atuador eletroativo sólido.

25. Bomba, que compreende:o dispositivo, como definido na reivindicação 16;uma porta de entrada de fluidos em comunicação fluida com acamara; emara;uma porta de saída de fluidos em comunicação fluida com a câ-em que o dispositivo é adaptado para atrair fluidos para dentroda câmara através da porta de entrada durante o movimento da porção mó-vel de tal modo que aumente o volume da câmara, eem que o dispositivo é adaptado para expelir fluidos para fora dacâmara através da porta de saída durante o movimento da porção móvel detal modo que diminua o volume da câmara.

26. Dispositivo de transferência de energia fluídica, que compreende:uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção flexível móvel em relação a umasegunda porção da câmara, sendo que a porção flexível é adaptada a alteraro volume da câmara a partir de um primeiro volume para um segundo volu-me dobrando-se a porção flexível; eum grampo de pivô que fixa a porção flexível ao redor de umcircuito fechado da porção flexível dividindo, assim, a porção flexível em 2seções que compreendem uma seção interna dentro do circuito fechado euma seção externa fora do circuito fechado, sendo que o grampo de pivôpermite que a seção externa e a seção interna girem ao redor do grampo depivô, de tal modo que os deslocamentos das seções interna e externa este-jam em direções opostas, eao menos um único atuador gerador de força tendo um ponto defixação à seção externa da porção flexível;em que o atuador gerador de força é ao menos (i) diretamenteconectado à porção móvel e (ii) ligado à porção flexível, de modo a formaruma montagem de porção móvel do atuador;em que o atuador gerador de força não é efetivamente conecta-do nem ligado a nenhum outro componente do dispositivo que não seja aseção externa da porção flexível; eem que a montagem de porção móvel do atuador é adaptadapara se mover substancialmente apenas devido à oscilação do atuador emuma freqüência de acionamento.

27. Dispositivo de transferência de energia fluídica, que compre-ende:uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção flexível móvel em relação a umasegunda porção da câmara de tal modo que um ponto máximo de deflexãona porção flexível na primeira porção flexível proporcione deslocamentosmaiores que quaisquer outros pontos na primeira porção flexível, sendo quea primeira porção flexível é adaptada para alterar o volume da câmara a par-tir de um primeiro volume para um segundo volume dobrando-se a primeiraporção flexível; eao menos um único atuador gerador de força tendo um ponto defixação à porção flexível em um ponto que não seja o ponto máximo de de-flexão e um ponto de fixação à segunda porção da câmara;em que o atuador gerador de força exerce forças alternadas en-tre a porção flexível da câmara e a segunda porção da câmara com altera-ções correspondentes no volume da câmara; eem que o deslocamento de pico resultante do ponto máximo dedeflexão é maior que o deslocamento do atuador gerador de força.

28. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 27, em que o a-tuador é acionado em uma freqüência de forma que armazene energia naressonância do sistema de tal modo que os deslocamentos da primeira por-ção móvel aumentem proporcionalmente em relação à energia armazenada.

29. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 27, em que o atuador gerador de força compreende umatuador cu rvador.

30. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 27, em que o atuador gerador de força compreende umatuador de relutância variável.

31. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 27, em que o atuador gerador de força compreende umatuador eletroativo.

32. Bomba, que compreende:o dispositivo, como definido na reivindicação 27;uma porta de entrada de fluidos em comunicação fluida com acâmara; euma porta de saída de fluidos em comunicação fluida com a câmara;em que o dispositivo é adaptado para atrair fluidos para dentroda câmara através da porta de entrada durante o movimento da porção fle-xível de tal modo que aumente o volume da câmara, eem que o dispositivo é adaptado para expelir fluidos para fora dacâmara através da porta de saída durante o movimento da porção flexível detal modo que diminua o volume da câmara.

33. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 27, que compreende, ainda:a segunda porção da câmara que compreende uma segundaporção flexível da câmara móvel em relação à primeira porção flexível dacâmara, de tal modo que um ponto máximo de deflexão na segunda porçãoflexível proporcione deslocamentos maiores que quaisquer outros pontos nasegunda porção flexível, eo atuador gerador de força tendo um ponto de fixação à segundaporção flexível em um ponto que não seja seu ponto máximo de deflexão,em que o atuador gerador de força exerce forças alternadas en-tre as primeiras e segundas porções flexíveis da câmara resultando, assim,em deslocamentos de pico entre os pontos máximos de deflexão das primei-ras e segundas porções flexíveis da câmara, que são maiores que o deslo-camento do atuador gerador de força.

34. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 33, em que a primeira porção flexível compreende umprimeiro pistão com uma parte circundante flexível, e a segunda flexívelcompreende um segundo pistão com uma parte circundante flexível.

35. Dispositivo de transferência de energia fluídica, que compre-ende:uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma primeira porção flexível móvel em rela-ção a uma segunda porção da câmara, sendo que a primeira porção flexívelé adaptada para alterar o volume da câmara a partir de um primeiro volumepara um segundo volume dobrando-se a primeira porção flexível; eao menos um único atuador gerador de força tendo um ponto defixação à primeira porção flexível em um ponto de deslocamento de flexãozero e um ponto de fixação à segunda porção da câmara e forças geradorasna direção do deslocamento de flexão da primeira porção flexível;em que o atuador gerador de força exerce forças alternadas en-tre a porção flexível da câmara e a segunda porção da câmara com altera-ções no volume da câmara resultantes da soma instantânea do deslocamen-to do atuador e o deslocamento de flexão da primeira porção flexível.

36. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 35, em que o a-tuador é acionado em uma freqüência de forma que armazene energia naressonância do sistema de tal modo que os deslocamentos da primeira por-ção flexível aumentem proporcionalmente em relação à energia armazenada.

37. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 35, em que o atuador gerador de força compreende umatuador de relutância variável.

38. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 35, em que o atuador gerador de força compreende umatuador eletroativo sólido.

39. Bomba, que compreende:o dispositivo, como definido na reivindicação 35;uma porta de entrada de fluidos em comunicação fluida com acâmara; euma porta de saída de fluidos em comunicação fluida com a câ-mara;em que o dispositivo é adaptado para atrair fluidos para dentroda câmara através da porta de entrada durante o movimento da porção fle-xível de tal modo que aumente o volume da câmara, eem que o dispositivo é adaptado para expelir fluidos para fora dacâmara através da porta de saída durante o movimento da porção flexível detal modo que diminua o volume da câmara.

40. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 35, em que:a segunda porção da câmara que compreende uma segundaporção flexível da câmara móvel em relação à primeira porção flexível dacâmara, eo atuador gerador de força que também tem um ponto de fixaçãoà segunda porção flexível em um ponto de deslocamento de flexão zero dasegunda porção flexível;em que o atuador gerador de força exerce forças alternadas en-tre as primeiras e segundas porções flexíveis da câmara resultando, assim,em deslocamentos de pico entre os pontos máximos de deflexão das primei-ras e segundas porções flexíveis da câmara, que são maiores que os deslo-camentos axiais do atuador gerador de força.

41. Dispositivo de-transferência de energia fluídica, que compre-ende:uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção flexível móvel em relação a umasegunda porção da câmara, sendo que a primeira porção flexível é adaptadapara alterar o volume da câmara a partir de um primeiro volume para um se-gundo volume dobrando-se a primeira porção flexível; eao menos um único atuador gerador de força tendo um ponto defixação à porção flexível em um ponto de deslocamento de flexão zero e for-ças geradoras em uma direção transversal ao deslocamento de flexão daprimeira porção flexível;em que o atuador gerador de força exerce forças transversaisalternadas na primeira porção flexível da câmara e com alterações resultan-tes no volume da câmara resultante de vibrações axiais da primeira porçãoflexível.

42. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, em que o a-tuador é acionado em uma freqüência de forma que armazene energia naressonância do sistema de tal modo que os deslocamentos da porção flexí-vel aumentem proporcionalmente em relação à energia armazenada.

43. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 41, em que o atuador gerador de força compreende umatuador eletroativo.

44. Bomba, que compreende:o dispositivo, como definido na reivindicação 41;uma porta de entrada de fluidos em comunicação fluida com acâmara; euma porta de saída de fluidos em comunicação fluida com a câ-mara;em que o dispositivo é adaptado para atrair fluidos para dentroda câmara através da porta de entrada durante o movimento da porção fle-xível de tal modo que aumente o volume da câmara, eem que o dispositivo é adaptado para expelir fluidos para fora dacâmara através da porta de saída durante o movimento da porção flexível detal modo que diminua o volume da câmara.

45. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 41, que compreende, ainda:a segunda porção da câmara que compreende uma segundaporção flexível da câmara móvel em relação à primeira porção flexível dacâmara; eo atuador gerador de força que também tem um ponto de fixaçãoà segunda porção flexível em um ponto de deslocamento de flexão zero dasegunda porção flexível e forças geradoras em uma direção transversal aodeslocamento de flexão da segunda porção flexível;em que o atuador gerador de força exerce forças alternadas en-tre as primeiras e segundas porções flexíveis da câmara resultando, assim,em alterações resultantes no volume da câmara volume resultante de vibra-ções axiais das primeiras e segundas porções flexíveis.

46. Dispositivo de transferência de energia fluídica, que compre-ende:uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção flexível móvel em relação a umasegunda porção da câmara, sendo que a primeira porção flexível é adaptadapara alterar o volume da câmara a partir de um primeiro volume para um se-gundo volume dobrando-se a primeira porção flexível; eum atuador gerador de força que tem um ponto de fixação à par-te central da primeira porção flexível e forças geradoras em uma direçãotransversal ao deslocamento de flexão da primeira porção flexível;em que o atuador gerador de força exerce forças transversaisalternadas na primeira porção flexível da câmara e com alterações resultan-tes no volume da câmara resultante de vibrações axiais da primeira porçãoflexível.

47. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 46, em que o atua-dor é acionado em uma freqüência de forma que armazene energia na res-sonância do sistema de tal modo que os deslocamentos da primeira porçãoflexível aumentem proporcionalmente em relação à energia armazenada.

48. Bomba, que compreende:o dispositivo, como definido na reivindicação 46;uma porta de entrada de fluidos em comunicação fluida com acamara; emara;uma porta de saída de fluidos em comunicação fluida com a câ-em que o dispositivo é adaptado para atrair fluidos para dentroda câmara através da porta de entrada durante o movimento da porção fle-xível de tal modo que aumente o volume da câmara, eem que o dispositivo é adaptado para expelir fluidos para fora dacâmara através da porta de saída durante o movimento da porção flexível detal modo que diminua o volume da câmara.

49. Dispositivo de transferência de energia fluídica, que compre-ende:uma câmara para receber um fluido, sendo que ao menos umaporção da câmara compreende uma porção flexível móvel em relação a umasegunda porção da câmara, sendo que a porção flexível é adaptada a alteraro volume da câmara a partir de um primeiro volume para um segundo volu-me dobrando-se a porção flexível; eum grampo de pivô que fixa a porção flexível ao redor de umcircuito fechado da porção flexível dividindo, assim, a porção flexível em 2seções que compreendem uma seção interna dentro do circuito fechado euma seção externa fora do circuito fechado, sendo que o grampo de pivôpermite que a seção externa e a seção interna girem ao redor do grampo depivô, de tal modo que os deslocamentos das seções interna e externa este-jam em direções opostas, eao menos um único atuador gerador de força tendo um ponto defixação à seção externa da porção flexível e um ponto de fixação ao grampode pivô e forças geradoras na mesma direção do deslocamento de flexão daporção flexível;em que o atuador gerador de força exerce forças alternadas en-tre o grampo de pivô e a seção externa da porção flexível com alterações novolume da câmara resultante da flexão da porção flexível.

50. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 49, em que o a -tuador é acionado em uma freqüência de forma que armazene energia naressonância do sistema de tal modo que os deslocamentos da porção flexí-vel aumentem proporcionalmente em relação à energia armazenada.

51. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 49, em que o atuador gerador de força compreende umatuador de relutância variável.

52. Dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordocom a reivindicação 49, em que o atuador gerador de força compreende umatuador eletroativo.

53. Dispositivo de transferência de energia acústica:um ressonador acústico que serve para suportar modos acústi-"" cos ressonantes, eum dispositivo de transferência de energia fluídica sendo (i) odispositivo de transferência de energia fluídica, como definido na reivindica-ção 1, (ii) o dispositivo de transferência de energia fluídica, como definido nareivindicação 14, (iii) o dispositivo de transferência de energia fluídica, deacordo com a reivindicação 18, (iv) o dispositivo de transferência de energiafluídica, como definido na reivindicação 26A, (ν) o dispositivo de transferên-cia de energia fluídica, como definido na reivindicação 27, (vi) o dispositivode transferência de energia fluídica, como definido na reivindicação 32, (vii)o dispositivo de transferência de energia fluídica, como definido na reivindi-cação 37, (vii) o dispositivo de transferência de energia fluídica, como defini-do na reivindicação 41, (viii) o dispositivo de transferência de energia fluídi-ca, como definido na reivindicação 46 ou (vii) o dispositivo de transferênciade energia fluídica, como definido na reivindicação 49.

54. Dispositivo de transferência de energia acústica, de acordocom a reivindicação 53, em que os modos acústicos consistem em modoslongitudinais.

55. Dispositivo de transferência de energia acústica, de acordocom a reivindicação 53, em que os modos acústicos consistem em modosradiais.

56. Dispositivo de transferência de energia acústica, de acordocom a reivindicação 53, em que o ressonador acústico compreende um jatosintético ressonante.

57. Dispositivo de transferência de energia acústica, de acordocom a reivindicação 53, em que o ressonador acústico compreende o resso-nador de um compressor acústico.

58. Dispositivo de jato sintético, que compreende:um jato sintético,em que o jato sintético é acionado pelo dispositivo de transfe-rência de energia fluídica sendo que (i) o dispositivo de transferência de e-nergia fluídica, como definido na reivindicação 1, (ii) o dispositivo de transfe-rência de energia fluídica, como definido na reivindicação 14, (iii) o dispositi-vo de transferência de energia fluídica, como definido na reivindicação 18,(iv) o dispositivo de transferência de energia fluídica, de acordo com a rei-vindicação 26A, (ν) o dispositivo de transferência de energia fluídica, comodefinido na reivindicação 27, (vi) o dispositivo de transferência de energiafluídica, como definido na reivindicação 32, (vii) o dispositivo de transferênciade energia fluídica, como definido na reivindicação 37, (vii) o dispositivo detransferência de energia fluídica, como definido na reivindicação 41, (viii) odispositivo de transferência de energia fluídica, como definido na reivindica-ção 46 ou (vii) o dispositivo de transferência de energia fluídica, como defini-do na reivindicação 49.