A high power and high torque density piezoelectric axial pump is developed
using torsional actuator tube (stator) directly coupled to the rotor via
two one way clutches. A cylindrical torsional actuator is comprised of a
plurality of tubular piezoelectric ceramic segments poled along their
length, aligned in alternate polarity and bonded together with intervening
electrodes. When an alternating electric field is applied to the
electrodes across adjacent segments to actuate the segments in their shear
resonance mode, an end of the cylindrical actuator moves in a direction
perpendicular to the length of the actuator in response to the applied
electric field. This full cycle pump two sets of one way clutches
positioned at the other end of the cylindrical actuator tube such that
both ends of the tube move in opposite angular directions. These rotary
displacements contribute alternatively from both ends of the cylindrical
actuator (stator) are selectively transmitted to the rotor in
unidirectional rotary motion via a two sets of one-way clutches. The
clutches are built into both ends of the stator tube in such an
orientation that the minute strokes are accumulated by converting the high
frequency mechanical vibrations into continuous (or step-wise) motion of
the rotor. Thus the power generated in the piezoelectric element is
converted directly into rotary motion of the rotor with alternate blades
for pumping fluids or slurry materials; the coupling mechanism results in
a highly efficient pump. Specific values of the torsional angle and torque
can be tailored for each application, by varying the actuator material,
geometry and the applied alternating electric field.
Alta se desarrolla una bomba axial piezoeléctrica de la energía y de la alta densidad del esfuerzo de torsión usando el tubo torsional del actuador (estator) juntado directamente al rotor vía dos embragues unidireccionales. Un actuador torsional cilíndrico se abarca de una pluralidad de segmentos de cerámica piezoeléctricos tubulares poled a lo largo de su longitud, alineó en polaridad alterna y enlazó junto con los electrodos que intervienen. Cuando un campo eléctrico que se alterna se aplica a los electrodos a través de segmentos adyacentes para actuar los segmentos en su modo de la resonancia del esquileo, un extremo del actuador cilíndrico se mueve en un perpendicular de la dirección a la longitud del actuador en respuesta al campo eléctrico aplicado. Los sistemas completos de esta bomba dos del ciclo de embragues unidireccionales colocaron en el otro extremo del tubo cilíndrico del actuador tales que ambos extremos del tubo se mueven en direcciones angulares opuestas. Estas dislocaciones rotatorias contribuyen de ambos extremos del actuador cilíndrico (estator) se transmiten alternativomente selectivamente al rotor en el movimiento rotatorio unidireccional vía dos sistemas de embragues unidireccionales. Los embragues se construyen en ambos extremos del tubo del estator en tal orientación que los movimientos minuciosos son acumulados convirtiendo las vibraciones mecánicas de alta frecuencia en el movimiento continuo (o step-wise) del rotor. Así la energía generada en el elemento piezoeléctrico se convierte directamente en el movimiento rotatorio del rotor con las láminas alternas para los líquidos o los materiales de bombeo de la mezcla; el mecanismo del acoplador da lugar a una bomba altamente eficiente. Los valores específicos del ángulo y del esfuerzo de torsión torsionales se pueden adaptar para cada uso, variando el material del actuador, la geometría y el campo eléctrico que se alterna aplicado.
