BRPI0611459A2 - dispositivo e conjunto de diafragmas - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO E CONJUNTO DE DIAFRAGMAS Trata-se de construções de polímeros eletroativos que Convertem a energia elétrica em energia mecânica e vice-versa. Os presentes transdutores sujeitos (acionadores, geradores, sensores ou as combinações destes) compartilham do requisito de um elemento de armaçào ou de acessório utilizado na pré-carga de eletrodos de película elastomérica e polímero dielétrico em uma configuração desejada. As estruturas são integralmente impelidas em um arranjo do tipo push-pull ou então previamente carregadas/polarizadas por um outroelemento.

Description

TRANSDUTOR DE POLÍMERO ELETROATIVO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se de maneira geral aconstruções de polímeros eletroativos que convertem a energiaelétrica em energia mecânica e vice-versa. Maisparticularmente, a presente invenção refere-se aconfigurações de armação e de rede para acionadores etransdutores de polímeros previamente tensionados.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Uma imensa variedade de dispositivos utilizadosatualmente é baseada em acionadores de um tipo ou de outropara converter a energia elétrica em energia mecânica. Osacionadores "dão vida" a esses produtos, colocando os mesmosem movimento. Por outro lado, muitas aplicações de geração deenergia operam convertendo a ação mecânica em energiaelétrica. Empregado para captar a energia mecânica destaforma, o mesmo tipo de acionador pode ser indicado como umgerador. Do mesmo modo, quando a estrutura é empregada paraconverter o estímulo físico, tal como a vibração ou apressão, em um sinal elétrico para finalidades de medição,ele pode ser indicado como um transdutor. Ademais, o termo"transdutor" pode ser empregado para se referir genericamentea qualquer um dos dispositivos. Por qualquer nome, uma classenova de componentes que empregam polímeros eletroativos podeser configurada para desempenhar essas funções.

Especialmente para aplicações de acionador e degerador, uma série de considerações de desenho favorecem aseleção e o uso de transdutores baseados na tecnologia depolímeros eletroativos avançados. Essas considerações incluema força potencial, a densidade de potência, o poder deconversão/consumo, o tamanho, o peso, o custo, o tempo deresposta, o ciclo de funcionamento, os requisitos do serviço,o impacto ambiental, etc. A tecnologia Electroactive PolymerArtificial Muscle (EPAM™) desenvolvida pela SRIInternational e pela licenciada Artificial Muscle, Inc., sesobressai em cada uma dessas categorias em relação a outrastecnologias disponíveis. Em muitas aplicações, a tecnologiaEPAM™ oferece uma substituição ideal para a ligapiezoelétrica, a liga de memória de forma (SMA) edispositivos eletromagnéticos tais como motores e solenóides.

Como um acionador, a tecnologia EPAM™ operaatravés da aplicação de uma voltagem através de doiseletrodos de película elástica fina separados por um polímerodielétrico elástico. Quando uma diferença de voltagem éaplicada aos eletrodos, os membros de cargas opostas atraemum ao outro, produzindo uma pressão sobre o polímero entreeles. A pressão puxa os eletrodos um para o outro, fazendocom que a película de polímero dielétrico fique mais fina (ocomponente do eixo ζ se contrai) enquanto se expande nasdireções planares (os eixos χ e y da película de polímerocrescem). Um outro fator dirige a redução e a expansão dapelícula de polímero. A carga igual (mesma) distribuídaatravés de cada eletrodo de película elástica faz com que aspartículas condutoras embutidas dentro da película sejamrepelidas umas pelas outras, expandindo os eletrodoselásticos e a película de polímero unida ao dielétrico.

Utilizando essa tecnologia "de mudança de forma", aArtificial Muscle, Inc. está desenvolvendo uma família denovos dispositivos de estado sólido para serem utilizados emuma ampla variedade de aplicações industriais, médicas, doconsumidor, e eletrônicas. As arquiteturas de produtos atuaisincluem: acionadores, motores, transdutores/sensores, bombase geradores. Os acionadores são ativados pela ação discutidaacima. Os geradores e os sensores são ativados em virtude damudança de capacitância através da deformação física domaterial.A Artificial Muscle, Inc. introduziu uma série dedispositivos do tipo "turnkey" fundamentais que podem serutilizados como blocos de construção para substituir osdispositivos existentes. Cada um dos dispositivos emprega umaestrutura de suporte ou de armação para pré-tensionar opolímero dielétrico. Foi observado que a pré-tensão melhora aresistência dielétrica do polímero, oferecendo desse modo umamelhoria para a conversão entre as energias elétrica emecânica ao permitir potenciais de campo mais elevados.

Destes acionadores, os acionadores lineares do tipo"Spring Roll" ["rolo de mola"] são preparados ao enrolarcamadas de material de EPAM™ em torno de uma molahelicoidal. 0 material de EPAM™ é conectado a capas/tampasnas extremidades da mola para fixar a sua posição. 0 corpo damola suporta uma pré-tensão radial ou circunferencial noEPAM™ enquanto a compressão longitudinal da mola oferece apré-tensão axial. A voltagem aplicada faz com que a películaseja reduzida na espessura e relaxe longitudinalmente,permitindo que a mola (desse modo, o dispositivo inteiro) seexpanda. Através da formação de eletrodos para criar duas oumais seções individualmente dirigidas em torno dacircunferência, a ativação elétrica de uma de tais seções fazcom que o rolo se estenda e a estrutura inteira flexione seafastando desse lado.

Os acionadores de balancim de flexão são formadosmediante a afixação de uma ou mais camadas de material deEPAM™ esticado ao longo da superfície de um balancim. Quandoa voltagem é aplicada, o material de EPAM™ é reduzido naespessura e aumentado no comprimento. 0 crescimento nocomprimento ao longo de um lado do balancim faz com que obalancim flexione se afastando da(s) camada(s) ativada(s).

Pares de películas de elastômeros dielétricos (oupacotes de acionadores completos tais como os "rolos de mola"acima mencionados) podem ser arranjados em configurações dotipo "push-pull".

A mudança da voltagem de um acionador para outradesloca a posição de conjunto para frente e para trás. Aativação dos lados opostos do sistema torna o conjunto rígidoem um ponto neutro. Configurados dessa maneira, osacionadores agem como os músculos opostos do bíceps e dotríceps que controlam os movimentos do braço humano. Se aestrutura do tipo push-pull compreender seções de películafixadas a uma armação lisa ou um ou mais rolos de molaopostos, etc., uma estrutura de EPAM™ pode então serutilizada como o membro impulsor para o outro, e vice-versa.

Uma outra classe de dispositivos situa uma ou maisseções de película em uma estrutura de ligação fechada ou dearmação de mola-dobradiça. Quando uma armação de ligação éempregada, uma mola impulsora será geralmente empregada parapré-tensionar a película de EPAM™. Uma estrutura de mola-dobradiça pode incluir inerentemente a impulsão requerida. Emqualquer caso, a aplicação de voltagem irá alterar aconfiguração de armação ou de ligação, desse modo fornecendoa saída mecânica desejada.

Os acionadores de diafragma são produzidos aoesticar uma película de EPAM™ sobre uma abertura em umaarmação rígida. Os exemplos conhecidos de acionadores dediafragma são impelidos (isto é, empurrados para dentro/parafora ou para cima/para baixo) diretamente por uma mola, poruma haste ou um êmbolo intermediário posicionado entre umamola e EPAM™, por espuma resiliente ou pressão de ar. Aimpulsão assegura que o diafragma se mova na direção daimpulsão com a ativação de eletrodo/contração da espessura aoinvés de simplesmente o enrugamento. Os acionadores dediafragma podem deslocar volume, o que os torna apropriadospara serem utilizados como bombas ou alto-falantes, etc.Acionadores mais complexos também podem serconstruídos. Os dispositivos do tipo "Polegada-sem-fim" e desaída rotativa fornecem exemplos. A descrição e maioresdetalhes a respeito dos dispositivos acima mencionados, bemcomo outros ainda, podem ser encontrados nas seguintespublicações de patentes e/ou de pedidos de patentes:

6.812.624 Polímeros eletroativos6.809.462 Sensores de polímeros eletroativos6.806.621 Motores rotativos de polímeros eletroativos6.781.284 Transdutores e acionadores de polímeroseletroativos

6.768.246 Geradores de polímeros eletroativos biologicamenteativados6.707.236 Eletrodos de polímeros eletroativos que não decontato6.664.718 Polímeros eletroativos monolíticos6.628.040 Geradores termoelétricos de polímeros eletroativos6.586.859 Dispositivos animados de polímeros eletroativos6.583.533 Eletrodos de polímeros eletroativos6.545.384 Dispositivos de polímeros eletroativos6.543.110 Fabricação de polímeros eletroativos6.376.971 Eletrodos de polímeros eletroativos

6.343.129 Acionador sônico de película de polímero dielétricoelastomérico

20040217671 Polímeros eletroativos laminados20040263028 Polímeros eletroativos

20040232807 Transdutores e acionadores de polímeroseletroativos

20040217671 Polímeros eletroativos laminados20040124738 Geradores termoelétricos de polímeroseletroativos

20040046739 Método e aparelho de navegação de dispositivoflexível20040008853 Dispositivos de polímeros eletroativos para moverfluido

20030214199 Dispositivos de polímeros eletroativos paracontrolar o fluxo de fluido

20030141787 Eletrodos de polímeros eletroativos que não decontato

20030067245 Sistemas de polímeros eletroativos do tipomestre/eseravo

20030006669 Polímeros eletroativos laminados

20020185937 Motores rotativos de polímeros eletroativos

20020175598 Motores de embreagem rotativa de polímeroseletroativos

20020175594 Sistemas de polímeros eletroativos de rigidezvariável

20020130673 Sensores de polímeros eletroativos

20020050769 Eletrodos de polímeros eletroativos

20020008445 Polímeros eletroativos de baixo consumo deenergia e dispositivos de polímeros eletroativos

20020122561 Acionador sônico de película dielétricoelastomérico

20010036790 Dispositivos animados de polímeros eletroativos20010026165 Polímeros eletroativos monolíticos

Cada uma destas publicações é aqui incorporada atítulo de referência em sua totalidade para a finalidade defornecer uma base e/ou maiores detalhes a respeito datecnologia subjacente e das características tal como pode serutilizado em conexão ou em combinação com os aspectos dapresente invenção aqui apresentados.

Embora os dispositivos descritos acima forneçamexemplos altamente funcionais de transdutores da tecnologiaEPAM™, continua havendo um interesse no desenvolvimento detransdutores de EPAM™ mais eficientes. Os ganhos naeficiência oferecidos pelos transdutores de acordo com apresente invenção podem ser obtidos em termos de melhoria napré-carga, na interface com componentes

acionados/acionadores, na saída, na capacidade de manufatura,etc. Os elementos versados na técnica irão apreciar asvantagens aplicáveis.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

A presente invenção apresenta uma série de desenhosdo transdutor EPAM™ para aumentar a linha das ferramentas dotipo "turn-key" oferecidas pela cessionária da mesma(Artificial Muscle, Inc.). Todos os desenhos compartilham dorequisito de um elemento de armação ou acessório utilizado napré-carga dos eletrodos de película elastomérica e nospolímeros dielétricos em uma configuração desejada.

Algumas das realizações incluem subconjuntos dotipo push-pull. Os aspectos da invenção podem incorporar umaestrutura de armação complexa para combinar com tiposdiferentes de acionadores. Um outro aspecto da invençãoinclui estruturas de armação com configurações de acionadoresdo tipo push-pull alternativas para a entrada/saída no planoe/ou de plano. Outros aspectos ainda da invenção referem-se àprodução de estruturas de acionadores mais robustas e/oufacilmente manufaturadas. A este respeito, são produzidosacionadores de diafragma em forma de cone truncado nos quaiso topo da estrutura inclui uma tampa. A tampa pode ser umdisco sólido, anular ou construído de alguma outra maneira. Atampa forma uma interface estável entre os frustos opostose/ou para um elemento previamente carregado mecânico tal comouma mola. Também são incluídas na invenção as aplicaçõesvantajosas para as presentes estruturas de transdutor.

Uma tal aplicação é para uma bomba. A bomba podeutilizar um desenho de um acionador de um único frusto ou deum acionador de frusto duplo. No primeiro caso, a tampa dofrusto forma uma superfície estável para impelirmecanicamente a estrutura contra a mesma. Tal estrutura podeser feita muito robusta, bem como compacta. Um desenho defrusto duplo não requer nenhuma fonte de pré-carga adicional.Adicionalmente, ele pode ser configurado para servir como umabomba de dupla ação. Além disso, o uso de dois acionadoresarranjados em série oferece o potencial de dobrar o curso.Outros arranjos de acionadores em série também sãocontemplados na presente invenção.

Uma outra aplicação é para uma câmera em que aposição da lente é manipulada por um acionador do tipo defrusto. Outra vez, pode ser empregado um desenho tanto de umúnico frusto quanto de frusto duplo. Uma abordagem de frustoduplo pode ser desejável segundo a perspectiva de utilizar umdos lados para detectar a posição e pré-carregar, e o outropara o acionamento. Uma outra aplicação da câmera utiliza aarmação complexo em que um acionador do tipo de frustocontrola a posição da lente e uma ou mais seções planares doacionador controlam o zoom.

Outras aplicações potenciais dos presentestransdutores incluem válvulas, ou componentes de controle deválvula, diafragmas de alto-falantes, sensores de posição demúltiplos eixos/joysticks, vibradores, dispositivos decontrole ou de feedback háptico de força, acionadores demúltiplos eixos, etc.

Um "frusto" é tecnicamente a parte de um sólidogeométrico que se encontra entre dois planos paralelos. Umfrusto é considerado freqüentemente como a parte basal de umcone ou de uma pirâmide formada ao cortar fora o topo por umplano tipicamente paralelo à base. Naturalmente que osacionadores do tipo de frusto de acordo com a invenção podemestar na forma de um cone truncado, desse modo tendo umaseção transversal circular, ou podem empregar uma variedadede configurações em seção transversal.Dependendo de sua aplicação, as geometrias em seçãotransversal alternativas desejáveis incluem triangular,quadrada, pentagonal, hexagonal, etc. Freqüentemente, osmembros simetricamente formados serão desejáveis daperspectiva do desempenho material consistente. No entanto,formas ovaladas, oblongas, retangulares ou outras ainda podemprovar ser melhores para uma determinada aplicaçãoespecialmente aquelas que são confinadas espacialmente. Umavariação adicional dos presentes transdutores do tipo"frusto" é contemplada, na qual o fundo e/ou o alto da(s)forma (s) não precisa ser liso ou plano, e eles nem devem serparalelos. Em um sentido mais geral, a forma de "frusto"empregada na presente invenção pode ser considerada como umcorpo de volume que é truncado ou tampado em uma extremidade.

Freqüentemente, essa extremidade é aquela que tem o diâmetroou a área em seção transversal menor.

Os vários dispositivos descritos podem seracionados pelos acionadores específicos aqui descritos ou poroutros ainda. Além disso, todos os dispositivos incorporam umdiafragma em seu desenho. Vantajosamente, a tampa doacionador e o diafragma do dispositivo são um só, desse modointegrando os subconjuntos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As FIGURAS ilustram aspectos exemplificadores dainvenção. Nessas FIGURAS:

as FIGURAS 1 e IB mostram os lados opostos de umacamada de EPAM™;

a FIGURA 2 é uma vista de conjunto de uma pilha dacamada de EPAM™;

a FIGURA 3 é uma vista de conjunto de um acionadorplanar de EPAM™;

as FIGURAS 4A e 4B são vistas de conjunto e emperspectiva, respectivamente, de uma configuração detransdutor planar;

a FIGURA 5 é uma vista superior do dispositivo nasFIGURAS 4A e 4B conectados eletricamente para o acionamentoplanar;

as FIGURAS 6A e 6B são vistas de conjunto e emperspectiva, respectivamente, do transdutor nas FIGURAS 4Á e4B configurado em uma configuração de frusto alternativa parao acionamento fora-de-plano;

as FIGURAS 7A-7C ilustram diagramaticamente ageometria e a operação dos acionadores em forma de frusto;

a FIGURA 8 é uma vista superior de um acionador emforma de frusto de múltiplas fases;

a FIGURA 9A é uma vista de conjunto de um outroacionador em forma de frusto, e a FIGURA 9B é uma vistalateral do mesmo acionador básico com uma construção dearmação alternativa;

a FIGURA 10 é uma vista secional em perspectiva deum tipo empilhado paralelo de transdutor do tipo frusto;

a FIGURA 11 é uma vista em seção lateral que mostraum arranjo opcional do eixo de saída com um transdutor dotipo frusto;

a FIGURA 12 é uma vista em seção lateral de umaconfiguração de transdutor do tipo frusto invertidaalternativa;

a FIGURA 13 é uma vista secional em perspectiva deum transdutor de um único frusto impelido por molahelicoidal;

a FIGURA 14 é uma vista em perspectiva de umtransdutor de um único frusto impelido por mola lamelar;

a FIGURA 15 é uma vista em perspectiva de umtransdutor de um único frusto impelido por peso;

a FIGURA 16 é uma vista em perspectiva detransdutores do tipo frusto dispostos em série para aamplificação do curso;

a FIGURA 17 é uma vista em perspectiva de umsistema explorador reconfigurável que oferece transdutores devários tipos, e as FIGURAS 18A-18C são vistas de conjunto devárias configurações alternativas para o sistema na FIGURA 17;

a FIGURA 19A é uma vista secional em perspectiva deum conjunto de lentes de câmera que emprega um acionador dotipo frusto para controlar o foco, e a FIGURA 19B é uma vistade conjunto dos componentes da câmera com o sistema mostradona FIGURA 19A;

a FIGURA 20 é uma vista secional em perspectiva deum conjunto de lentes de câmera que emprega um outro tipo deacionador de frustum para o controle do foco;

a FIGURA 2IA é uma vista secional em perspectiva deum outro conjunto de lentes de câmera que emprega umacombinação do acionador para controlar cada um dentre o zoome o foco, e a FIGURA 2IB é uma vista de conjunto doscomponentes da câmera com o sistema mostrado na FIGURA 21A;

as FIGURAS 22A e 22B são vistas em perspectiva quemostram um meio alternativo de controle do zoom, e as FIGURAS23A-23C são vistas em perspectiva que mostram estágiosprogressivos de acionamento do arranjo do transdutor nasFIGURAS 22A e 22B;

a FIGURA 24A é uma vista de conjunto de ummecanismo de válvula; as FIGURAS 24B e 24C são vistassecionais laterais da válvula na FIGURA 24A que ilustram oacionamento da válvula;

as FIGURAS 25 - 27 são vistas secionais laterais deconfigurações diferentes da válvula;

a FIGURA 28 é uma vista secional lateral de umtransdutor da medição da pressão de acordo com a invenção;

a FIGURA 29A é uma vista secional lateral de umaválvula de retenção ativa; a FIGURA 29B é uma vista emperspectiva da estrutura mostrada na FIGURA 29A;

as FIGURAS 3OA e 3OB são vistas secionais lateraisde uma válvula em linha disposta dentro de um invólucro deaplicação específica;

as FIGURAS 3IA e 3IB são vistas secionais emperspectiva que mostram variações de uma primeira bomba queemprega acionadores do tipo frusto;

as FIGURAS 32 e 33 são vistas secionais emperspectiva que mostram outras variações da bomba queempregam acionadores do tipo frusto;

a FIGURA 34 é uma vista em perspectiva de umsistema de controle de fluxo integrado que emprega várias dasválvulas e das bombas ilustradas acima;

a FIGURA 35 é uma vista de conjunto em perspectivaque mostra um invólucro da bomba com as válvulas de retençãointegradas formadas conjuntamente com o diafragma da bomba;

a FIGURA 3 6 é uma vista de conjunto em perspectivaque mostra um outro conjunto de bomba que incorpora válvulasde retenção;

a FIGURA 37 é uma vista em perspectiva de umelemento vibrador;

a FIGURA 3 8 é uma vista secional em perspectiva deum controlador de feedback háptico; e

a FIGURA 39 é uma vista em perspectiva em umsistema de alto-falante que emprega uma pluralidade detransdutores de um único frusto e/ou de frusto duplo.

Uma variação da invenção em relação àquela mostradanas figuras é contemplada.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Várias realizações exemplificadoras da invenção sãodescritas abaixo. Uma série de realizações deacionadores/transdutores é descrita em primeiro lugar. Emseguida, são descritos os sistemas que incorporamopcionalmente tais dispositivos. Finalmente, as técnicas demanufatura e os métodos aplicáveis do uso e os kits sãodescritos, seguidos pela discussão de variações contempladas.A referência é feita a estes exemplos em um sentido não-limitativo. Eles são fornecidos para ilustrar mais amplamenteaspectos aplicáveis da presente invenção.

TRANSDUTORES

As FIGURAS IA e IB mostram os lados opostos de umacamada de EPAM™ 10. A camada compreende polímero dielétricoimprensado entre eletrodos de película elástica fina. AFIGURA IA mostra o lado da camada modelada com os eletrodos"quentes" 12 e 14. Cada eletrodo é conectado a um cabo 16. AFIGURA IB mostra o lado oposto da camada 10 modelada com umeletrodo "de aterramento" comum 18 conectado a um único cabo 16.

Tal como mostrado na FIGURA 2, múltiplas camadas depelícula 10 são empilhadas e mantidas em um estado esticadodentro das partes de armação 20. Um número de camadasindividuais de EPAM™ 10 é empilhado vantajosamente paraformar uma camada composta 10'. Ao fazer isso, é amplificadoo potencial de força do sistema. 0 número de camadasempilhadas pode variar de duas a dez ou mais. Geralmente,será desejável empilhar um número par de camadas de modo queos eletrodos de aterramento fiquem voltados para todas assuperfícies expostas para propiciar a segurança máxima. Emqualquer caso, a camada ou camadas de EPAM™ podem serindicadas coletivamente como "película" de EPAM™.

Com uma ou mais camadas de material fixada em umaarmação, a armação pode ser utilizada para construir ummecanismo de transdutor complexo. A FIGURA 3 mostra uma talconstrução conhecida no estado da técnica. Aqui7 as seções decartuchos individuais 22 são fixadas a uma parte secundáriaou da armação do corpo 24. Quaisquer armações de película emembros de armação intermediários são unidos para formar umaestrutura de armação combinada 26 (isto é, unidos comprendedores tal como mostrado, ligados uns aos outros, etc.).

Um espaçador 28 forma uma interface para uma haste deentrada/saída 3 0 recebida pela armação através do furo guia32. 0 espaçador é unido â película através das montagenscomplementares 34 ligadas ou unidas à película de EPAM™ como espaçador.

Para acionar um dispositivo construído de acordocom a FIGURA 3, a voltagem é aplicada a qualquer um doseletrodos 12 ou 14. Com a aplicação da voltagem a um lado,esse lado se expande, enquanto o outro relaxa a sua pré-cargae se contrai. Outros modos de acionamento são mencionadosacima.

Um primeiro dispositivo de acordo com a presenteinvenção pode ser similarmente configurado e operado. AsFIGURAS 4A e 4B fornecem uma vista de conjunto e emperspectiva de um transdutor 4 0 de acordo com a presenteinvenção que pode ser alternativamente configurado para oacionamento planar (tal como o dispositivo na FIGURA 3) e oacionamento fora-de-plano. Tal como com o dispositivodescrito com referência às figuras precedentes, as armações20 contêm camadas 10/10' com eletrodos de aterramento queficam voltados para fora.

Outra vez, seções de cartuchos individuais 22 sãoempilhadas com uma armação secundário 24 e o espaçador 26entre as mesmas, com o espaçador formando uma interface parauma haste de entrada/saída 28 recebida pela armação. Noentanto, o espaçador 26 nesta configuração deve ser unido aum elemento de tampa substancialmente de formato quadrado 42.Uma parte de interface mais simétrica oferece vantagens, talcomo será explicado mais adiante. A FIGURA 4B mostra odispositivo montado. A armação 26 é aqui mostrada como umaunidade completa.

No que se refere ao acionamento do dispositivo, aFIGURA 5 mostra um diagrama de circuito básico em que oslados A e B do circuito são energizados em relação à terrapara causar o movimento para frente e para trás da haste 3 0ao longo de um eixo X em relação à armação.

Adicionalmente, em uma configuração alternativa, osmesmos cartuchos de camada de EPAM™ podem ser utilizadospara produzir um transdutor adaptado para a entrada/saídafora-de-plano ou do eixo Z. As FIGURAS 6A e 6B ilustram taldispositivo. Aqui, o conjunto do transdutor 50 pode empregaruma armação de corpo mais grossa 241 . Com o emprego de talarmação e a omissão do espaçador, quando as tampas 42 sãofixadas uma na outra, elas produzem as formas profundamentecôncavas 52 que ficam voltadas em direções opostas ouafastadas umas das outras. Para acionar o transdutor para omovimento de eixo Z simples, um dos lados côncavos/do frustoé expandido através da aplicação da voltagem, enquanto ooutro lado pode relaxar. Tal ação aumenta a profundidade deuma cavidade 52 enquanto diminui a profundidade da outra. Nocaso mais simples, o movimento produzido é geralmenteperpendicular a uma face da tampa.

As FIGURAS 7A-7C ilustram diagramaticamente amaneira na qual esses acionadores côncavos/convexos ou emforma de frusto funcionam em um modelo bidimensionalsimplificado. A FIGURA 7A ilustra a derivação do formato defrusto do transdutor. Quer seja cônico, quadrado, ovalado,etc., quando visto de cima, do lado, uma forma truncada 60 éobtida através da modificação das configurações existentes doacionador de diafragma ao tampar o topo (ou o fundo) daestrutura. Quando sob tensão, a tampa 42 altera a forma quea(s) camada(s) de EPAM™ deve(m) assumir. No exemplo em queuma carga de ponto estica a película, a película deve assumiruma forma cônica (conforme indicado por linhas tracejadasdefinindo um topo triangular 62) . No entanto, quando tampadaou alterada para formar uma estrutura superior mais rígida, aforma é truncada tal como indicado nas linhas contínuas 64 naFIGURA 7A.

A modificação da estrutura desse modo alterafundamentalmente o seu desempenho. Por um lado, ela distribuia tensão que deveria ao invés disto ficar concentrada nocentro da estrutura 66 em torno de uma periferia 68 do corpo.

A fim de efetuar esta distribuição de força, a tampa éafixada às camadas de EPAM™. Uma ligação adesiva pode serempregada. Alternativamente, as partes constituintes podemser unidas empregando qualquer técnica viável, tal como aligação térmica, a solda por fricção, a solda ultra-sônica,ou as partes constituintes podem ser mecanicamente travadasou apertadas umas às outras. Além disso, a estrutura de tampapode compreender uma parte da película que seja feitasubstancialmente mais rígida através de algum tipo detécnicas térmica, mecânica ou química - tal como avulcanização.

Geralmente, a seção da tampa será dimensionada paraproduzir um perímetro de comprimento suficiente paradistribuir adequadamente a tensão aplicada ao material. Arelação entre o tamanho da tampa e o diâmetro da armação queprende as camadas de EPAM™ pode variar. Claramente, otamanho do disco, quadrado, etc., empregado para a tampa serámaior sob a aplicação de uma tensão/força mais elevada. 0truncamento relativo da estrutura (em comparação com os conescarregados na ponta, as abóbadas impelidas por pressão, etc.)também é de importância para reduzir o volume, o volumeagregado ou o espaço que o transdutor ocupa em uso, para umadeterminada quantidade de pré-estiramento das camadas deEPAM™. Além disso, em um acionador de diafragma do tipo defrusto, o elemento da tampa ou do diafragma 42 pode servircomo um componente ativo (tal como um assento de válvula,etc., em um determinado sistema).

Com a seção de tampa mais rígida ousubstancialmente formada ou configurada no lugar, quando omaterial de EPAM™ abrigado por uma armação é esticado em umadireção perpendicular à tampa (conforme visto comparando asconfigurações de EPAM/armação tal como mostrado nas FIGURAS4A/4B e 6A/6B), ele produz a forma truncada. Caso contrário,a película de EPAM™ permanece substancialmente lisa ouplanar.

Retornando à FIGURA 7A, com a tampa 42 definindouma superfície de topo/fundo estável, os lados unidos depolímero de EPAM™ 10/10' da estrutura assumem um ângulo. Oângulo α do EPAM™ é ajustado para que, quando não ativado,possa variar entre 15 e aproximadamente 85 graus. Maistipicamente, ele irá variar de aproximadamente 3 0 aaproximadamente 60 graus. Quando a voltagem é aplicada demodo que o material de EPAM™ seja comprimido e cresça emsuas dimensões planares, ele assume um segundo ângulo βaproximadamente na mesma faixa adição entre aproximadamente 5e 15 graus. Os ângulos ideais podem ser determinados com baseem especificações da aplicação.

Os transdutores de frusto de um único lado estãodentro do âmbito contemplado da presente invenção, bem comoas estruturas de dois lados. Para a pré-carga, osdispositivos de um único lado empregam qualquer um dentre umamola que forma interface com a tampa (por exemplo, umabobina, uma mola de força constante de rolo, uma molalamelar, etc.), pressão de ar ou de fluido, atraçãomagnética, um peso (de modo que a gravidade forneça a pré-carga ao sistema), ou uma combinação de qualquer um destesmeios ou outros ainda.

Em transdutores de frusto de dois lados, um ladofornece tipicamente a pré-carga ao outro. Além disso, taisdispositivos podem incluir membros/características deimpulsão adicionais. A FIGURA 7B ilustra a arquitetura de"frusto duplo" básica 701. Aqui, as camadas opostas dematerial de EPAM™ ou um lado da película de EPAM™ e um ladodo polímero elástico básico são presos uns aos outros sobtensão ao longo de uma seção de interface 72. A seção deinterface compreende freqüentemente um ou mais elementos detampa rígidos ou semi-rígidos 42. No entanto, ao aderir duascamadas de polímero uma à outra em sua interface, a regiãocombinada de material, sozinha, oferece uma região de tamparelativamente mais rígida ou menos flexível na maneira maisbásica para oferecer uma parte de interface estável dotransdutor.

Entretanto, construído, o transdutor de frustoduplo opera tal como mostrado na FIGURA 7B. Quando um lado 74da película é energizado, ela relaxa e puxa com menos força,liberando a energia elástica armazenada no lado de impulsão74 e realizando trabalho através da força e curso. Tal ação éindicada pela linha tracejada na FIGURA 7B. Se ambos oselementos da película compreendem a película de EPAM™, entãoo acionador pode se mover para dentro/para fora ou paracima/para baixo em relação a uma posição neutra (mostradapela linha contínua em cada uma das FIGURAS 7A e 7B) conformeindicado pela seta de cabeça dupla 80.

Se somente um lado ativo 74/76 for empregado, omovimento forçado fica limitado a um lado da posição neutra82. Em cujo caso o lado não ativo do dispositivo podesimplesmente compreender o polímero elástico para fornecer apré-carga/impulsão (tal como mencionado acima) ou material deEPAM™ que é conectado eletricamente para a mudança dosentido na capacitância apenas ou para servir como um geradorpara recuperar a entrada do movimento ou de vibração nodispositivo em uma capacidade regenerativa.

Uma variação opcional adicional para ostransdutores de acordo com a presente invenção inclui aprovisão para a detecção ou o acionamento de múltiplosângulos/eixos. A FIGURA 8 mostra uma configuração de cartuchocircular de EPAM™ 90 com três (92, 94, 96) zonas ou fasesindependentemente endereçáveis. Quando configurado como umacionador, pela aplicação de voltagem diferencial, as seçõesirão se expandir de maneiras distintas, fazendo com que atampa 4 2 incline em um ângulo. Tal dispositivo de múltiplasfases pode fornecer a inclinação multidirecional, bem como atranslação, dependendo da maneira de controle. Quandoconfigurado para a detecção, a forma de entrada de uma hasteou um outro prendedor ou fixação à tampa que causa a deflexãoangular pode ser medida por meio da mudança de capacitânciado material.

A seção de EPAM™ mostrada na FIGURA 8 é redonda. AFIGURA 9A apresenta uma vista de conjunto de um transdutor defrusto redondo 100. O membro de armação do corpo 24 empregadoé sólido, assemelhando-se àquele utilizado no acionador decombinação ou do tipo conversível mostrado nas FIGURAS 6A-6Bacima. No entanto, o dispositivo mostrado na FIGURA 9A é umacionador do tipo diafragma dedicado (embora possa empregaruma estrutura de múltiplas fases mostrada na FIGURA 8.) Umaconstrução alternativa para tal acionador ê mostrada naFIGURA 9B. Aqui, o elemento de armação monolítico 24 ésubstituído por espaçadores de armação simples 24".

A FIGURA 10 mostra uma outra variação da construçãoem que o transdutor compreende múltiplas camadas de cartucho22 em cada lado de um dispositivo de frusto duplo 100. Astampas individuais 4 2 são agrupadas ou empilhadaconjuntamente. Para acomodar a espessura aumentada, múltiplasseções de armação 24 podem ser analogamente empilhadas umasem cima das outras.

Deve ser lembrado que cada cartucho 22 podeempregar as camadas do composto de EPAM™ 10'. Uma ou ambasas abordagens - conjuntamente - podem ser empregadas paraaumentar o potencial de saída do presente dispositivo.

Alternativamente, pelo menos um membro de cartucho da pilha(em um ou ambos os lados do dispositivo) pode ser configuradopara a detecção em oposição ao acionamento para facilitar ocontrole do acionador ativo ou a verificação da operação. Noque se refere a tal controle, qualquer tipo de abordagem defeedback, tal como um controlador de PI ou PID, pode serempregado em tal sistema para controlar a posição doacionador com exatidão e/ou precisão muito alta.

A FIGURA 11 é uma vista em seção lateral que mostraum arranjo opcional do eixo de saída com um transdutor dotipo frusto 110. As saliências roscadas 112 em um ou outrolado das partes da tampa fornecem um meio de conexão para asaída mecânica. As saliências podem ser elementos separadosunidos à(s) tampa(s) ou podem ser integralmente formados comela(s). Muito embora um arranjo de rosca interna sejamostrado, um eixo de roscas externas pode ser empregado. Talarranjo pode compreender um único eixo que roda através da(s)tampa (s) e fixado em um ou outro lado com porcas em umarranjo de contraporca típico. Outras opções do prendedor oude conexão também são possíveis.

A FIGURA 12 é uma vista em seção lateral de umaconfiguração alternativa do transdutor 120, em que, ao invésde empregar duas estruturas côncavas que ficam voltadas umaem oposição à outra, as duas seções côncavas/de frusto 122ficam uma voltada para a outra. A pré-carga ou a impulsão nascamadas de EPAM™ para forçar a película na sua forma émantida por um calço ou espaçador 124 entre as tampas 42.Conforme mostrado, o espaço compreende um corpo anular. Astampas também podem incluir uma abertura nesta variação dainvenção, bem como outras ainda. Também deve ser observadoque a variação de ficar voltado para dentro da invenção naFIGURA 12 não requer um membro de armação intermediário 24entre as seções de cartuchos individuais 22. Realmente, ascamadas de EPAM™ em cada lado do dispositivo podem entrar emcontato umas com as outras. Desse modo, nas situações em queo espaço de montagem é limitado, esta variação da invençãopode oferecer benefícios. Outros usos desta configuração dedispositivo também são discutidos mais adiante. Outrasabordagens de impulsão para acionadores do tipo frusto, são,entretanto, descritas em primeiro lugar.

Especificamente, a FIGURA 13 apresenta uma vistasecional em perspectiva do transdutor de frusto simplesimpelido por mola helicoidal 13 0. Aqui, uma mola helicoidal132 intercalada entre a tampa 42 e uma parede defletora 134associada com a armação (ou a parte da própria armação)impele a estrutura de EPAM™. No transdutor 14 0 mostrado na

FIGURA 14, uma mola lamelar 142 impele a parte de tampa de umtransdutor. A mola lamelar é mostrada unida a uma saliência144 por um parafuso 14 6 ou por um espaçador capturado entre oparafuso e uma porca (não mostrado) no outro lado da tampa.

As extremidades da folha são guiadas pelos trilhos 148. Em umoutro exemplo de transdutor 150 ilustrado pela FIGURA 15, apelícula de EPAM™ pode ser impelida por um peso simples 152unido ou integralmente formado com a(s) tampa(s) 42. Embora odispositivo seja mostrado inclinado acima para finalidades devisualização, ele será tipicamente operado plano de modo quea tração da gravidade sobre o peso impulsione simetricamenteo transdutor ao longo de um eixo Z.

Com base no acima exposto, deve ficar aparente quequalquer número de parâmetros dos presentes transdutores podeser variado para satisfazer uma determinada aplicação. Umalista não-exaustiva inclui: o prendedor de saída ou o meio deconexão associado com a tampa (quer seja uma saliênciaroscada, um espaçador, um eixo, um anel, um disco, etc.); apré-tensão na película de EPAM™ (magnitude, ângulo oudireção, etc.); o tipo da película (silicone, acrílico,poliuretano, etc.); a espessura da película; camadas ativasversus não ativas; o número de camadas; o número de cartuchosde película,· o número de fases; o número de "lados" dodispositivo e a direção dos lados do dispositivo.

SISTEMAS

Qualquer um dos presentes transdutores pode serempregado em conjuntos mais complexos. A FIGURA 16 fornece umexemplo de transdutor 160 em que um número de subunidades detransdutor do tipo frusto 100 é empilhado em série para aamplificação do curso. E mais ainda, um transdutor de frustoduplo voltado para dentro 120 oferece uma segunda fase desaída através da fixação à sua armação 20. Embora a alturadesse membro seja estável devido ao seu espaço interno (acimamencionado), a posição de sua armação é móvel para fornecer asaída ou entrada de segundo estágio.

Em vez de um estágio central 120, um espaçadorsimples pode ser empregado entre os transdutores externos 100para finalidades de amplificação de curso básico. Paraaumentar ainda mais o curso, então, uma outra tal pilha podeser configurada na primeira, etc. Para oferecer um outroestágio de acionamento, um outro transdutor voltado paradentro pode ser empregado, etc. Contudo, uma outra variaçãocontempla o emparelhamento de um transdutor voltado paradentro com um transdutor voltado para fora em pares desensores do acionador. Naturalmente que outras combinaçõesestão dentro do âmbito da presente invenção.Uma outra abordagem altamente flexível de resoluçãode problemas ou experimental oferecida pela presente invençãoé ilustrada com relação à FIGURA 17. Aqui, um sistemaexplorador reconfigurável 170 é mostrado, o qual apresentatransdutores de vários tipos. As FIGURAS 18A - 18C apresentamvistas de conjunto de várias configurações alternativas parao sistema na FIGURA 17. Com um arranjo de pilha decomponentes 172 tal como mostrado na FIGURA 18A, o sistema17 0 é adaptado para servir como um acionador planar. Com umarranjo de pilha de componentes 174 tal como mostrado naFIGURA 18B, o sistema 170 é adaptado para servir como umacionador de diafragma. Com um arranjo de pilha decomponentes 176 tal como mostrado na FIGURA 18C, o sistema176 é adaptado para operar como uma bomba de diafragma. Talbomba é descrita em maiores detalhes mais adiante. No que serefere ao sistema 170, basta afirmar, aqui, que a presentearquitetura se presta a uma tremenda flexibilidade.

A FIGURA 19A apresenta uma vista de uma outraaplicação que emprega a presente invenção. A figura detalhaum conjunto de lentes de câmera 18 0 que emprega um acionadordo tipo frusto 182 para controlar o foco. A tampa ou odiafragma do transdutor 184 fica aberto na forma de um anelpara que a luz passe para uma lente 186 que pode ser ajustadaem um invólucro 188. Uma mola lamelar 190 é mostrada emcontato com o invólucro para impelir a película de EPAM™.

Conforme mostrado na FIGURA 19B, um conjunto decâmera completo irá incluir pelo menos uma saia ou cobertura192, componente (s) de armação interno (s) 194, um CCD 196(Dispositivo de Acoplamento de Carga) para a captura deimagem, e componentes eletrônicos 198. Os componenteseletrônicos podem ser integrados para acionar o dispositivointeiro, ou os componentes eletrônicos na placa 200 podemsimplesmente fornecer o escalonamento de voltagem e controlerequerido para o acionador de EPAM™.

Os módulos de fonte de alimentação apropriados paratal uso incluem os modelos Q, E, F, G da EMCO High VoltageCorp. (Califórnia) e as unidades Series W da PicoElectronics, Inc. (New York). Naturalmente que uma fonte dealimentação padronizada pode ser empregada. Em qualquer caso,as fontes de alimentação mencionadas podem ser empregadas nãosomente nas realizações da câmera, mas em qualquer sistemaque incorpore os presentes transdutores.

A FIGURA 2 0 mostra um outro conjunto de lentes decâmera 226. Em vez de uma mola lamelar, no entanto, estedesenho emprega um acionador do tipo de frusto duplo 100 emque o lado da pré-carga do dispositivo 228 pode não ser umapelícula de EPAM™, mas simplesmente uma rede elastomérica.

Caso o lado/camada 228 compreenda o material de EPAM™, noentanto, ele pode ser empregado mais vantajosamente paradetectar a posição pela mudança da capacitância.

Em uma outra variação da invenção, a FIGURA 2IAmostra um conjunto de lentes de câmera 210 que emprega umacombinação de acionador 212 para controlar cada um dentro ozoom e o foco. Tal como anteriormente, o dispositivo incluium estágio de foco acionado por um acionador de diafragma 214de acordo com a presente invenção. Além disso, o dispositivoinclui um jogo de estágios de zoom dos acionadores planares216. Geralmente, o ajuste do foco requer entre 0,1 e 2,0 mmde movimento; o zoom requer freqüentemente cinco a dez vezesessa proporção de curso.

Consequentemente, o zoom é assegurado por um tipodiferente de acionador. Na FIGURA 2IA, a função do zoom éacionada por um par de transdutores do tipo planar 216localizados transversalmente um ao outro. É de interesse quecada um dos acionadores planar e de diafragma seja formadopela película de EPAM™ esticada sobre ou em cima de umelemento de armação comum 218. Tal funcionalidade é oferecidapelo arranjo de duas lentes mostrado. 0 zoom é executado aovariar a distância entre a lente 186 e a lente 220. Omovimento bruto da lente 220 em relação à lente 186 éexecutado pelos braços 222 conectados à armação de lente dezoom 224.

Uma armação de uso combinado oferece uma outraopção de acordo com a invenção que pode ser aplicada emqualquer circunstância onde o movimento bruto e a sintoniafina são requeridos, ou onde (tal como em uma câmera)componentes de movimento separados são desejados. Embora nãoesteja mostrado, também é contemplado que múltiplas faces deuma armação combinada podem conter apenas acionadores dediafragma ou apenas acionadores planares. Adicionalmente, umageometria de armação não-ortogonal pode ser empregada.

No que se refere às aplicações de câmera dapresente invenção, os sistemas acima mencionados podem serfeitos extremamente compactos. Dessa maneira, eles sãoparticularmente apropriados para o uso em câmeras compactasdigitais ou de telefones celulares, etc.

Nos casos onde há mais espaço disponível, pode serdesejável que se tenha um motor de zoom/foco de EPAM™apropriado para um curso mais longo de zoom para aumentar afaixa operacional do dispositivo. As FIGURAS 22A e 22B sãovistas em perspectiva que mostram um sistema de câmera planaralternativo 230 em que um arranjo telescópico 232 deacionadores planares é empregado para o controle de zoom.Estas figuras mostram as posições máxima e mínima de zoom talcomo indicado pelas setas 232 e 234, respectivamente.

A maneira na qual os acionadores são conectados eoperam é esclarecida pelas vistas em seção ampliadasfornecidas pelas FIGURAS 23A-23C que mostram estágios doacionamento da pilha de transdutores. 0 movimento progressivoé obtido pela conexão das barras de saída sucessivas 238(parcialmente ocultas) para as seções de armação 2 0 com abarra de saída final 340 e a haste unida 3 0 deixada flutuandoou, ao invés disso, para acionar os componentes do zoom.

A presente invenção compreende adicionalmente umnúmero de meios de controle de fluxo. Estes meios incluemválvulas, misturadores e bombas.

A FIGURA 24A é uma vista de conjunto de ummecanismo de válvula. A válvula 24 0 compreende os elementosque compõem um acionador do tipo frusto duplo 100 tal comodiscutido acima. Ou seja, a válvula compreende a película deEPAM™ esticada dentro dos membros de armação, e fixada portampa(s). Além disso, a válvula 240 inclui uma cobertura 242com encaixes 244, 24 6 recebidos na mesma.

As FIGURAS 24B e 24C são vistas secionais lateraisda válvula na FIGURA 24A que ilustram o acionamento daválvula. Na FIGURA 24B, a válvula está fechada. A(s)tampa/tampas 4 2 servem como um diafragma que bloqueia oencaixe operativo 244 em uma configuração "normalmentefechada" em uma condição de película neutra (energizada ounão-energizada) . Na FIGURA 24C, a válvula é aberta por meiodo acionamento do transdutor para impelir a tampa 42 nadireção da seta 248 para permitir o fluxo através de umacâmara 250 formada dentro do dispositivo.

A FIGURA 25 mostra uma outra válvula de diafragmade frusto duplo de um lado 260. O dispositivo difere somenteem parte, uma vez que um arranjo de válvula de agulhaafunilado 260 é empregado a fim de oferecer uma faixa decontrole mais larga.

A FIGURA 2 6 mostra uma válvula de misturação detrês vias 270. Os encaixes de entrada 272 são conectados àslinhas (não mostradas) em comunicação fluida com fontes defluido/gás diferentes (não mostradas). Os encaixes de saída274, 276 são conectados a uma linha de saída comum (nãomostrada). A posição da tampa/diafragma 42 que pode variartal como indicado pela seta dupla 278 dita a proporção decada fluxo diferente que pode ingressar nos encaixes desaída. Naturalmente que este dispositivo também pode incluirválvulas de agulha afuniladas tal como o dispositivoprecedente, tal como pode o outro aqui descrito.

A FIGURA 27 mostra uma válvula em linha 280. Ondeas válvulas precedentes empregam um diafragma não perfurado,o diafragma 282 neste caso inclui os furos passantes 284.

Desta maneira, o fluido pode passar através de um lado dodispositivo para o outro através dos encaixes 286, 288, ondeo diafragma 282 modula a quantidade de fluxo que pode passarou para o encaixe operativo 288.

A FIGURA 28 é uma vista secional lateral de umtransdutor de medição de pressão 290 de acordo com ainvenção. A pressão do fluido que ingressa em uma câmara 2 92é detectada pela correlação às mudanças na capacitânciacausada pelo estiramento da película de EPAM™. Em comparaçãoa um transdutor de diafragma de EPAM™ típico, a tampa 42oferece um novo nível de robustez ao sistema.

As FIGURAS 2 9A e 2 9B ilustram uma válvula deretenção "de pressão de craqueamento" variável 294. 0material de EPAM™ do acionador 2 96 é esticado de modo que atampa assenta na extremidade distai da haste de válvula 244com alguma pressão. Quando a voltagem é aplicada ao material,ele se contrai na espessura, e se estende na direção da seta298, reduzindo desse modo a pré-carga na interface daválvula. Quando relaxado dessa maneira, o fluido a umapressão relativamente mais baixa pode escapar depois da tampa42 (ou uma agulha de válvula, etc.) da saída através doencaixe 24 6.

As FIGURAS 3 OA e 3 OB oferecem vistas daconfiguração de válvula em linha 3 00 em que a válvula do tipofrusto 3 02 é ajustada dentro de um invólucro de aplicaçãoespecífica 304. Neste caso, o invólucro é configurado parasubstituir uma válvula de purga de vasilha de vapor utilizadaem aplicações de motor de combustão interna. A FIGURA 3 OAmostra a válvula em uma configuração fechada; a FIGURA 3OBmostra a válvula em uma configuração aberta. A válvula énormalmente fechada, e abre com a aplicação da voltagem àpelícula de EPAM™. A válvula inclui uma haste 306 integradacom a tampa ou o diafragma 308. Em vez de empregar um desenhode frusto duplo para a impulsão, uma mola helicoidal 310 éempregada em um desenho de um único lado.

Tal como para outras aplicações dos presentessistemas, um número de bombas é ilustrado em seguida. Asbombas podem ser utilizadas para a transferência de fluido ougás sob pressão, ou utilizadas para a geração de vácuo. Asestruturas de válvula podem ser encaixadas nos corpos dabomba ou integradas nos mesmos/com os mesmos.

As FIGURAS 3IA e 3IB mostram variações de umaprimeira bomba 320 e 320' empregando os acionadores do tipode frusto duplo 100. Cada dispositivo compreende uma bomba dediafragma de uma única câmara 322. A seção do acionador deEPAM™ pode ser configurada para o acionamento de uma só faseou de duas fases tal como discutido acima em conexão com osvários desenhos do transdutor do tipo de frusto duplo. Abomba inclui um par de válvulas de retenção passivas 324, 326em que o movimento de uma membrana 328 impulsionada pelapressão de fluido (incluindo gás) abre e fecha alternadamenteas válvulas tal como é imediatamente aparente.

A bomba 320' na FIGURA 31B é idêntica àquela naFIGURA 3IA, exceto pelo fato que ela inclui uma parede dediafragma 330 além da parte de tampa/diafragma 42. A parede330 forma uma interface de parede de câmara aperfeiçoadatotal (por exemplo, uma que é menos suscetível à deformaçãoelástica, oferecendo uma melhor compatibilidade de materialcom produtos químicos cáusticos, etc.) do que a própriapelícula de EPAM™ tal como empregado na variação de bombaprecedente.

Tal como os dispositivos precedentes, a bomba 340mostrada na FIGURA 32 emprega as válvulas de retençãopassivas 324, 326. Ela difere dos dispositivos, no entanto,uma vez que incorpora uma câmara dupla integrada 342, 344 oubomba de dupla ação. Outra vez, o acionador pode ser umtransdutor do tipo de uma só fase ou de duas fases.

A FIGURA 33 mostra uma bomba de uma câmara 350.Naturalmente que ela poderia ser reconfigurada como umdesenho de duas câmaras tal como na bomba 340 na FIGURA 32.

Entretanto, é de interesse que as válvulas de retençãoempregadas neste dispositivo não sejam passivas, mas, aoinvés disto, válvulas de EPAM™ 352, 354 similares a ou talcomo descrito acima com relação à FIGURA 28. Naturalmente queoutras configurações da válvula de EPAM™ podem serutilizadas (por exemplo, o arranjo mostrado nas FIGURAS 24A - 24C).

Essencialmente, a FIGURA 33 oferece uma ilustraçãode conjunto de vários subcomponentes de fluxo de fluido paracriar um dispositivo controlado de EPAM™ integrado queoferece numerosas vantagens em relação aos sistemasconhecidos. A FIGURA 34 ilustra como os presentesdispositivos podem ser combinados entre si ou com outrosdispositivos de acordo com a presente invenção para oferecerum sistema mesmo de uma utilidade ainda maior. Um sistema demanipulação de fluido "completo" 360 tal como ilustrado naFIGURA 34 compreende uma bomba 3 50, uma válvula de controlede fluxo 380 e/ou um sensor de pressão 290. Naturalmente quetal sistema será ligado por meio de uma tubulação apropriada- talvez conforme indicado pelas setas 362. Uma aplicaçãopotencial de tal sistema pode estar no preenchimento ou nocontrole do nível de uma bexiga ou um reservatório (nãomostrado) como um suporte lombar em um assento de automóvel.

Certamente, outras aplicações e configurações de sistematambém são possíveis. Falando de maneira genérica, as câmarasda bomba podem ser conectadas em série para aumentar osníveis de pressão alcançados no bombeamento, ou conectadas emparalela para aumentar o volume de bombeamento. Umadisposição das bombas pode, do mesmo modo, ser obtidamediante a utilização de uma combinação de tal conectividade.

Adicionalmente, determinadas características deconexão de bomba ou de fluxo podem ser integradas no desenhodo próprio acionador. A FIGURA 3 5 apresenta um exemplo de umabomba 4 00 em que os condutos de fluxo 4 02 são integrados naestrutura do dispositivo. A película de EPAM™ 10/10' esticapara formar cada uma das seções do diafragma defrusto/truncado 60 e partes das válvulas de retenção 404. Osdiscos 4 06 são unidos à película e são previamente carregadoscontra os assentos de válvula 4 08 pela tensão na película. Ofluido flui através dos centros dos discos quando se elevamde seus assentos. Os discos 406 são ligados à película, um emcada lado da película.

Tal estrutura é altamente vantajosa da perspectivado uso da mesma película para definir a bomba e o acionadorno sistema de um só fluxo. Adicionalmente, ao deslocar aestrutura da válvula para o lado do corpo do transdutor, aestrutura total é minimizada na espessura. Este fator deforma pode ser desejado em determinadas aplicações ondedesenhos "mais finos" são desejados.

A FIGURA 3 6 mostra ainda um outro exemplo de umabomba 410. Aqui, as válvulas de retenção 412 são formadas emum conjunto de placas laterais 414 de um invólucro da bomba.Tal desenho oferece uma abordagem modular e compacta paraaplicar a arquitetura básica do transdutor em uma aplicaçãoda bomba. Além disso, este desenho oferece o potencial parauma "pegada" menor em comparação com o desenho na FIGURA 35.Embora uma segunda placa lateral 416 possa simplesmente serempregada para completar o conjunto, duas placas do tipo deválvula de retenção podem ao invés disto ser utilizadas paraobter uma bomba de dupla ação similar em conceito àquelamostrada na FIGURA 32.

No que se refere a outras aplicações potenciais dapresente tecnologia, a FIGURA 37 mostra um dispositivo dotipo vibrador 370. Em uma configuração do acionador de frustoduplo, o movimento reciproco de uma massa 3 72 é transmitido aum invólucro de dispositivo maior conectado à armação 26 dotransdutor.

Se um elemento de massa é ou não empregado paragerar a vibração ou não, uma outra aplicação do presentetransdutor é mostrada na FIGURA 3 8 para um controlador defeedback háptico 380. 0 controlador pode ser um dispositivode console de jogo com um "joystick" 3 82 que transmite ogerador de vibração para o feedback tátil ou de força a umusuário. Em uma outra variação, o joystick é unido a umtransdutor de múltiplas fases 3 84 que, em virtude da mudançada capacitância com a deformação, pode detectar ou sinalizara manipulação do usuário no meio de entrada ou controle dousuário. Tal dispositivo deve ter aplicações que variam daconstrução do console de jogo até a provisão de uma interfacealtamente precisa a um cirurgião para facilitar a cirurgiarobótica.

Finalmente, a FIGURA 3 9 ilustra uma variação dapresente invenção em que é apresentado um sistema de alto-falante 3 90 que emprega uma pluralidade de transdutores defrusto e/ou de frusto duplo 3 92, 3 94, 3 96. Um impulsor de"tweeter" 392 é o menor, seguido por um impulsor "de faixamediana" maior 394, e finalmente por um impulsor de "woofer"grande 396. Em virtude do desempenho melhorado da geometriado frusto, podem ser produzidos alto-falantes grandes epequenos (sintonizado em baixa e alta freqüência). Eles podemser acionados a uma potência elevada e ainda oferecer umalto-falante de alto desempenho de pouco peso porque nenhumímã ou bobina pesado é requerido tal como nos alto-falanteseletromagnéticos típicos. Ademais, o perfil baixo dostransdutores permite aos mesmos uma variação no desenho dacaixa de alto-falante 3 98 para oferecer opções nãocomprometidas no estilo ao audiófilo.

MANUFATURA

Independentemente da configuração selecionada paraos presentes transdutores, várias técnicas de manufatura sãoempregadas vantajosamente. Especificamente, é útil o empregode acessórios de máscara (não mostrados) para localizar comexatidão máscaras para padronização dos eletrodos para aconstrução de batelada. Além disso, é útil o emprego deacessórios de montagem (não mostrados) para localizar comexatidão múltiplas partes para a construção de batelada.Outros detalhes a respeito da manufatura podem ser apreciadosem conexão às patentes e publicações acima mencionadas, bemcomo geralmente conhecido ou apreciado pelos elementosversados na técnica.

MÉTODOS

São contemplados métodos associados com ospresentes dispositivos, em que tais métodos são executadoscom acionadores de EPAM™. Os métodos podem ser executadosutilizando os presentes dispositivos ou por outros meios.

Todos os métodos podem compreender o ato de empregar umdispositivo transdutor apropriado. Tal provisão pode serexecutada pelo usuário final. Em outras palavras, a"provisão" (por exemplo, uma bomba) requer meramente que ousuário final obtenha, acesse, aproxime, posicione,configure, ative, ative ou então aja de modo a prover odispositivo requerido no presente método.

KITS

Ainda um outro aspecto da invenção inclui kits quetêm qualquer combinação dos dispositivos aqui descritos -quer sejam providos em combinação compactada quer sejammontados por um técnico para o uso operacional, instruçõespara o uso, etc.

Um kit pode incluir qualquer número de transdutoresde acordo com a presente invenção. Um kit pode incluir váriosoutros componentes para o uso com os transdutores incluindoconectores mecânicos ou elétricos, fontes de alimentação,etc. Os presentes kits também podem incluir instruçõesescritas para o uso dos dispositivos ou a sua montagem.

As instruções de um kit podem ser impressas em umsubstrato, tal como papel ou plástico, etc. Dessa maneira, asinstruções podem estar presentes nos kits como uma inserçãona embalagem, no rótulo do recipiente do kit ou componentesdo mesmo (isto é, associado com a embalagem ou a sub-embalagem), etc. Em outras realizações, as instruções estãopresentes como um arquivo de dados de armazenamentoeletrônico presente em uma mídia de armazenamento que podeser lida por computador apropriada, por exemplo, CD-ROM,disquete, etc. Em ainda outras realizações, as instruçõesreais não estão presentes no kit, mas são fornecidos meiospara obter as instruções de uma fonte remota, por exemplo,através da Internet. Um exemplo desta realização é um kit queinclui um endereço na rede onde as instruções podem servisualizadas e/ou do qual as instruções podem serdescarregadas. Tal como com as instruções, esse meio paraobter as instruções é gravado em uma mídia apropriada.VARIAÇÕES

Tal como para os outros detalhes da presenteinvenção, materiais e configurações relacionadas alternativospodem ser empregados tal como dentro do nível dos elementosversados na técnica correspondente. 0 mesmo pode serverdadeiro com respeito aos aspectos baseados no método dainvenção em termos de atos adicionais tal como empregadonormal ou logicamente. Além disso, embora a invenção tenhasido descrita com referência a diversos exemplos,opcionalmente incorporando várias características, a invençãonão deve ficar limitada o que está descrito ou indicado talcomo contemplado com respeito a cada variação da invenção.Várias mudanças podem ser feitas na invenção descrita eequivalentes (quer sejam aqui recitados quer não estejamincluídos para efeitos de alguma brevidade) podem sersubstituídos sem que se desvie do verdadeiro caráter e âmbitoda invenção. Qualquer número de partes individuais ousubconjuntos mostrados pode ser integrado em seu desenho.

Tais mudanças ou outras podem ser empreendidas ou guiadaspelos princípios do desenho para a montagem.

Além disso, é contemplado que qualquercaracterística opcional das variações da invenção descritaspode ser indicada e reivindicada independentemente, ou emcombinação com qualquer ou mais das características aquidescritas. A referência a um item singular inclui apossibilidade que há uma pluralidade dos mesmos itenspresentes. Mais especificamente, tal como aqui empregado enas reivindicações anexas, as formas no singular "um", "uma""dito/a" e "o/a" incluem os referentes no plural, exceto ondeindicado especificamente de alguma outra maneira. Em outraspalavras, o uso dos artigos permite "pelo menos um" dopresente item na descrição acima bem como nas reivindicaçõesa seguir. Também deve ser observado que as reivindicaçõespodem ser esboçadas de modo a excluir qualquer elementoopcional. Dessa maneira, esta indicação deve servir como baseantecedente para o uso de terminologia exclusiva como"unicamente", "somente" e outros ainda, em conexão com arecitação de elementos das reivindicações, ou o uso de umalimitação "negativa" . Sem o uso de tal terminologiaexclusiva, a expressão "que compreende" nas reivindicaçõesirá permitir a inclusão de qualquer elemento adicional -independente do fato se um determinado número de elementos éenumerado na reivindicação, ou a adição de uma característicapode ser considerada como a transformação da natureza de umdeterminado elemento nas reivindicações. Por exemplo, aadição de um prendedor ou uma saliência, a geometria desuperfície complexa ou uma outra característica para um"diafragma" tal como apresentado nas reivindicações não deveevitar o termo da reivindicação da leitura na estruturaacusada. Indicado de alguma outra maneira, a menos que estejaaqui especificamente definido, todos os termos técnicos ecientíficos aqui empregados devem ser fornecidos tão amplosquanto um significado geralmente compreendido seja possívelenquanto mantém a validade da reivindicação.

A amplitude da presente invenção não deve serlimitada pelos exemplos fornecidos. Tendo sido isto afirmado,o que se reivindica é tal como segue.

Claims (14)

1. TRANSDUTOR DE POLÍMERO ELETROATIVO,caracterizado pelo fato de compreender:uma armação aberta e um material de polímeroeletroativo,em que o material de polímero é mantido pelaarmação em uma condição esticada para formar um diafragma, emque uma parte central do diafragma é menos flexível do que omaterial adjacente,em que a aplicação de voltagem ao dispositivo moveo diafragma.

2. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o diafragma forma um formatocôncavo.

3. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que o formato côncavo é uma formade frusto.

4. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 1, 2ou 3, caracterizado pelo fato de que uma tampa unida aodiafragma forma a parte central menos flexível.

5. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que o transdutor é um acionador ea tampa é adaptada para se mover em uma direção que aumenta ediminua uma profundidade do formato côncavo.

6. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que a tampa é planar e otransdutor é adaptado para mover a tampa em uma direçãoperpendicular a uma face da tampa.

7. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende umdentre um alto-falante, uma bomba, uma válvula, um vibrador,uma câmera ou uma lente.

8. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o transdutor é adaptado paraoperar como um sensor ou um acionador.

9. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de compreender pelo menos duas seçõesde material de polímero eletroativo.

10. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que as seções de material depolímero são configuradas em formas côncavas que ficamvoltadas uma oposta à outra.

11. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que as seções de material depolímero são configuradas em formas côncavas que ficamvoltadas uma para a outra.

12. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que as seções de material depolímero são substancialmente lisas.

13. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que as seções de material depolímero são substancialmente paralelas entre si.

14. TRANSDUTOR, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente umespaçador posicionado entre as seções de material de polímeroe de uma haste unida ao espaçador.