[發(fā)明專利]用于觸覺反饋設(shè)備的電活性聚合物換能器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080010927.3
• 申請日: 2010-03-10
• 公開（公告）號: CN102341768A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 西爾蒙·詹姆士·比格斯;羅杰·納爾遜·希契科克;伊利亞·波利亞科夫;克里斯·A·韋伯;阿里瑞扎·扎爾拉比;馬庫斯·A·羅森塔爾;邁克爾·馬爾契克
• 申請（專利權(quán)）人: 拜耳材料科技公司
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 周靖;鄭霞

相關(guān)申請

本申請是2009年3月10日提交的標(biāo)題為“Haptic?Devices”的美國臨時(shí)申請第61/158,806號的非臨時(shí)申請；并且也是2009年5月7日提交的標(biāo)題為“Haptic?Devices”的美國臨時(shí)申請第61/176,417號的非臨時(shí)申請；并且其中每個(gè)申請的全部內(nèi)容通過引用被并入。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及提供感覺反饋的電活性聚合物換能器的使用。

背景

現(xiàn)今所使用的種類繁多的設(shè)備依靠一種或另一種致動(dòng)器來將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。相反地，許多發(fā)電應(yīng)用通過將機(jī)械作用轉(zhuǎn)變成電能來操作。用于以這種方式獲得機(jī)械能的相同類型的致動(dòng)器可稱作發(fā)電機(jī)。同樣地，當(dāng)結(jié)構(gòu)用于將物理刺激例如振動(dòng)或壓力轉(zhuǎn)變成電信號用于測量目的時(shí)，該結(jié)構(gòu)可被稱為傳感器。然而，術(shù)語“換能器”可用于一般指任何設(shè)備。

很多設(shè)計(jì)考慮因素為了換能器的制造而支持也稱作“電活性聚合物”(EAP)的高級介電彈性體材料的選擇和使用。這些考慮因素包括潛在的力、功率密度、功率轉(zhuǎn)換/消耗、尺寸、重量、成本、響應(yīng)時(shí)間、占空比、服務(wù)要求、環(huán)境影響等。因此，在許多應(yīng)用中，EAP技術(shù)提供了對于壓電形狀記憶合金(SMA)以及電磁設(shè)備例如馬達(dá)和螺線管的理想的替代。

在美國專利號7,394,282、7,378,783、7,368,862、7,362,032、7,320,457、7,259,503、7,233,097、7,224,106、7,211,937、7,199,501、7,166,953、7,064,472、7,062,055、7,052,594、7,049,732、7,034,432、6,940,221、6,911,764、6,891,317、6,882,086、6,876,135、6,812,624、6,809,462、6,806,621、6,781,284、6,768,246、6,707,236、6,664,718、6,628,040、6,586,859、6,583,533、6,545,384、6,543,110、6,376,971和6,343,129中，并且在美國專利申請公布號2009/0001855、2009/0154053、2008/0180875、2008/0157631、2008/0116764、2008/0022517、2007/0230222、2007/0200468、2007/0200467、2007/0200466、2007/0200457、2007/0200454、2007/0200453、2007/0170822、2006/0238079、2006/0208610、2006/0208609和2005/0157893中，并且在2009年1月22日提交的美國專利申請?zhí)?2/358,142中，在PCT申請?zhí)朠CT/US09/63307中，以及在PCT公布號WO2009/067708中都描述了EAP設(shè)備及其應(yīng)用的實(shí)例，這些文件的全部內(nèi)容通過引用而并入本文。

EAP換能器包括兩個(gè)電極，這兩個(gè)電極具有可變形的特性并且用薄彈性介電材料分離開。當(dāng)電壓差施加至電極時(shí)，電性相反的電極互相吸引，由此壓縮其間的聚合物介電層。當(dāng)電極被一起拉得更靠近時(shí)，介電聚合物膜由于其在平面方向上(沿著x軸和y軸)膨脹而變得更薄(z軸的部分收縮)，即膜的移位在平面內(nèi)。EAP膜也可配置成在垂直于膜結(jié)構(gòu)的方向上(沿z軸)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，即膜的移位在平面外。美國專利申請序列號2005/0157893公開了提供這樣的平面外移位——也稱作表面變形或厚度模式偏轉(zhuǎn)——的EAP膜結(jié)構(gòu)。

可改變和控制EAP膜的材料性質(zhì)和物理性質(zhì)，以定制換能器所經(jīng)受的表面變形。更具體地，可控制和改變因素，例如聚合物膜和電極材料之間的相對彈性、聚合物膜和電極材料之間的相對厚度和/或聚合物膜和/或電極材料的變化厚度、聚合物膜和/或電極材料的物理圖樣(以提供局部的活性區(qū)和非活性區(qū))、作為整體置于EAP膜上的張力或預(yù)應(yīng)變以及施加到膜的電壓量或在膜上所感應(yīng)的電容量，以定制膜在活性模式中時(shí)的表面特征。