Transductores de polímero electroactivo para la deformación de superficies.

Un transductor de polímero electroactivo, comprendiendo el transductor:

un polímero electroactivo (12) que incluye un grosor no deformado (22) de una región de la superficie enuna primera superficie del polímero;

un primer electrodo (14) dispuesto en una porción de la primera superficie del polímero electroactivo; un segundoelectrodo (16) dispuesto en una porción de una segunda superficie del polímero electroactivo; y

en el que el polímero electroactivo está configurado para incluir una característica de superficie (17a - 17d)del polímero por encima del grosor no deformado (22) después de la deformación de un zona activa y elprimer electrodo (14) está configurado para incluir una característica de superficie (19a) del electrodo pordebajo del grosor no deformado después de la deformación de la zona activa, en la que la característica desuperficie del polímero está fuera del primer electrodo (14) sobre la primera superficie.

Transductores de polímero electroactivo para la deformación de superficies Antecedentes de la invención La presente invención se refiere en general a polímeros electroactivos que realizan la conversión entre energía eléctrica y energía mecánica. Más en particular, la presente invención se refiere a polímeros electroactivos y sus capacidades y aplicaciones relacionadas con la deformación de superficies, la texturización de superficies y el control de la geometría de superficies.

En muchas aplicaciones, es deseable realizar la conversión entre la energía eléctrica y la energía mecánica. Tecnologías comunes que convierten la energía eléctrica en trabajo mecánico incluyen los motores y cerámicas piezoeléctricas, por ejemplo. La mayor parte de las tecnologías convencionales de conversión eléctrica a mecánica proporcionan capacidades de salida mecánica limitadas. Los motores proporcionan una salida rotativa continua -y en general requieren acoplamientos adicionales y voluminosos para proporcionar una salida discontinua o un movimiento de baja frecuencia. Las cerámicas piezoeléctricas se limitan típicamente a tensiones en el plano entre los electrodos rígidos por debajo de aproximadamente el 1, 6 por ciento y no son adecuadas para aplicaciones que requieren mayores tensiones o deformaciones fuera del plano.

Nuevos polímeros de alto rendimiento, capaces de convertir la energía eléctrica en energía mecánica, y viceversa, se encuentran ahora disponibles para una amplia gama de aplicaciones de conversión de energía. Una clase de estos polímeros, los elastómeros electroactivos (también denominados elastómeros dieléctricos, electroelastómeros,

o EPAM (Músculo Artificial de Polímero Electroactivo) ) , están ganando mayor atención. Los elastómeros electroactivos pueden exhibir una alta densidad de energía, de esfuerzos y eficiencia de acoplamiento electromecánico. Hasta la fecha, los transductores y dispositivos de polímero electroactivo se han dirigido a las tensiones en el plano para la conversión entre energía eléctrica y mecánica.

El documento de HEYDT RICHARD ET AL: "Rendimiento acústico de un altavoz de película de polímero electroestrictivo", REVISTA DE LA SOCIEDAD ACÚSTICA DE AMÉRICA, INSTITUTO AMERICANO DE FÍSICA PARA LA SOCIEDAD ACÚSTICA DE AMÉRICA, NUEVA YORK, NY, EE.UU., vol. 107, número 2, 1 de febrero de 2000 (01/02/2000) , páginas 833 -839, XP012001506, ISSN: 0.001 -4.966, DOI: 10. 1121/1.428266, muestra un altavoz de película de polímero electroestrictivo (EPF) que genera sonido por medio de una película delgada de polímero. En la parte superior de la película y por debajo de la película hay electrodos metálicos. Con la aplicación de un voltaje se produce una excursión lateral, la película se hace más larga o más corta en una dirección paralela al plano definido por los electrodos.

Muchas aplicaciones exigen un dispositivo escalable de peso ligero, que realice la conversión entre energía eléctrica y mecánica en direcciones fuera del plano.

Sumario de la invención La presente invención proporciona transductores de polímero electroactivo que producen deformaciones fuera del plano. Los transductores forman un conjunto de características de superficie basadas en la deformación de un polímero electroactivo. El conjunto de características de superficie puede incluir características realzadas de superficie del polímero y / o características deprimidas de superficie de los electrodos. El accionamiento de un zona activa puede producir la deformación del polímero que crea una o más características de superficie. En una realización, una capa pasiva se conecta operativamente a un polímero y aumenta las deformaciones fuera del plano. La capa pasiva puede comprender un material más grueso y más suave para amplificar los cambios de grosor y aumentar la visibilidad de la característica de superficie.

En un aspecto, la presente invención se refiere a un transductor de polímero electroactivo de acuerdo con la reivindicación 1.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para accionar un transductor de polímero electroactivo de acuerdo con la reivindicación 18.

Las características y ventajas de la presente invención se describirán en la siguiente descripción de la invención y en las figuras asociadas.

Breve descripción de los dibujos Las figuras 1A y 1B ilustran una vista superior en perspectiva de un transductor antes y después de la aplicación de un voltaje de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 1C ilustra una vista lateral del transductor que incluye una región de la superficie antes del accionamiento, de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 1D ilustra una vista lateral del transductor que incluye la región de la superficie después del accionamiento, de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 1E ilustra un transductor que comprende una capa rígida, de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 1F ilustra un transductor monolítico que comprende una pluralidad de zonas activas, de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 1G ilustra un transductor de polímero electroactivo antes de la deformación, de acuerdo con una realización específica de la presente invención.

La figura 1H ilustra el transductor de la figura 1G después de la deformación.

La figura 2A ilustra un transductor que incluye una capa pasiva que aumenta la deformación fuera de plano, de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 2B ilustra el transductor de la figura 2A en un estado accionado.

La figura 2C ilustra un transductor que comprende un polímero electroactivo entre dos capas pasivas, de acuerdo con una realización específica de la presente invención.

La figura 3A muestra una vista superior en alzado de electrodos comunes de cruce para un transductor, de acuerdo con una realización específica de la presente invención.

Las figuras 3B -3C muestran fotos superiores en alzado de un transductor que incluyen una capa pasiva, de acuerdo con otra realización específica de la presente invención.

La figura 3D ilustra una vista superior en alzado de un transductor, de acuerdo con una realización específica de la presente invención.

La figura 3E ilustra una vista superior en alzado del transductor de la figura 3D con el accionamiento de una letra.

La figura 3F ilustra una vista lateral de electrodos con características de superficie de rejilla de un transductor, de acuerdo con otra realización específica de la presente invención.

La figura 4 ilustra un flujo de proceso para usar un transductor de polímero electroactivo, de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 5A ilustra un procedimiento para mover dos objetos relativamente entre sí utilizando la deformación escalonada de múltiples zonas activas, de acuerdo con una realización específica.

La figura 5B ilustra transductores de polímero electroactivo de deformación de superficies montados en una superficie de un ala y de una alerón, de acuerdo con una realización específica de la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas La presente invención se describe en detalle con referencia a unas pocas realizaciones preferidas como se ilustra en los dibujos que se acompañan. En la descripción que sigue, se establecen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión completa de la presente invención. Sin embargo, será evidente a un experto en la técnica que la presente invención puede ser practicada sin algunos o ninguno de estos detalles específicos. En otros casos, no se han descrito en detalle pasos de proceso y / o estructuras bien conocidos con el fin de no oscurecer innecesariamente la presente invención.

1. Estructura general de polímeros electroactivos La transformación entre energía eléctrica y mecánica en transductores y dispositivos de la presente invención se basa en la elasticidad de un polímero electroactivo y la conversión de energía de una o más porciones de un polímero electroactivo (EAP) .

Para ayudar a ilustrar el funcionamiento de un polímero electroactivo en la conversión de energía eléctrica en energía mecánica, la figura 1A ilustra una vista superior en perspectiva de una porción 10 de transductor de acuerdo con una realización de la presente invención. Aunque los transductores de polímero electroactivo se describirán ahora como estructuras, los expertos en la técnica reconocerán que la presente invención... [Seguir leyendo]

1. Un transductor de polímero electroactivo, comprendiendo el transductor:

un polímero electroactivo (12) que incluye un grosor no deformado (22) de una región de la superficie en una primera superficie del polímero;

un primer electrodo (14) dispuesto en una porción de la primera superficie del polímero electroactivo; un segundo electrodo (16) dispuesto en una porción de una segunda superficie del polímero electroactivo; y

en el que el polímero electroactivo está configurado para incluir una característica de superficie (17a -17d) del polímero por encima del grosor no deformado (22) después de la deformación de un zona activa y el primer electrodo (14) está configurado para incluir una característica de superficie (19a) del electrodo por

debajo del grosor no deformado después de la deformación de la zona activa, en la que la característica de superficie del polímero está fuera del primer electrodo (14) sobre la primera superficie.

2. El transductor de la reivindicación 1, que comprende, además, un tercer electrodo (152) dispuesto sobre la superficie primera o segunda.

3. El transductor de la reivindicación 1, en el que el primer electrodo o el segundo electrodo es un electrodo 15 común.

4. El transductor de la reivindicación 1, en el que el primer electrodo o el segundo electrodo comprende un electrodo no conformable.

5. El transductor de la reivindicación 4, en el que el primer electrodo o el segundo electrodo comprende un metal.

6. El transductor de la reivindicación 4, en el que el primer electrodo o el segundo electrodo comprende un electro20 do rígido o semiflexible.

7. El transductor de la reivindicación 1, en el que el primer electrodo o el segundo electrodo comprende un electrodo conformable.

8. El transductor de la reivindicación 1, en el que el primer electrodo o el segundo electrodo está configurado en el

área de superficie para afectar a la forma de superficie para la característica de superficie del polímero o la ca25 racterística de superficie del electrodo.

9. El transductor de la reivindicación 1, en el que la primera superficie es sustancialmente plana antes de la deformación.

10. El transductor de la reivindicación 1, en el que la característica de superficie del polímero o la característica de superficie del electrodo se parecen a una forma geométrica.

11. El transductor de la reivindicación 1, en el que la característica de superficie del polímero o la característica de superficie del electrodo se parecen a una letra.

12. El transductor de la reivindicación 11, en el que el primer electrodo incluye una forma en la primera superficie que se parece a la forma de la superficie de la letra.

13. El transductor de la reivindicación 1, en el que el transductor está incluido en un actuador o en un sensor.

14. El transductor de la reivindicación 1, en el que la zona activa está dispuesta de una manera que hace que una porción del polímero electroactivo se deforme en respuesta a un cambio en el campo eléctrico proporcionado por los electrodos primero y segundo.

15. El transductor de la reivindicación 1, en el que la zona activa está dispuesta de una manera que produce un cambio en el campo eléctrico en una porción del polímero electroactivo en respuesta a una deformación aplica40 da a la porción.

16. El transductor de la reivindicación 1, que comprende, además, una capa rígida unida a la segunda superficie.

17. El transductor de la reivindicación 1, en el que el grosor no deformado se mide desde la segunda superficie a la primera superficie.

18. Un procedimiento de accionamiento de un transductor de polímero electroactivo, comprendiendo el procedi45 miento:

accionar una primera porción (151a) del polímero electroactivo, teniendo la primera porción (151a) un grosor no deformado en una primera región de la superficie de una primera superficie del polímero antes de su accionamiento, para crear una primera característica de superficie sobre la primera superficie, en el que la característica de la primera superficie está fuera de un electrodo (152) utilizado en el accionamiento de la primera porción (151a) del polímero electroactivo; y

accionar una segunda porción (151b) del polímero electroactivo, teniendo la segunda porción un grosor no deformado en una segunda región de la superficie de la primera superficie del polímero antes de su accio5 namiento, para crear una segunda característica de superficie sobre la primera superficie.

19. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que el transductor de polímero electroactivo comprende una característica de superficie del electrodo por debajo del grosor no deformado para la primera región de la superficie después de la deformación.

20. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que la segunda porción es accionada después de que la primera 10 porción finalice el accionamiento.

21. El procedimiento de la reivindicación 18 en el que la primera característica de superficie comprende una característica de superficie del polímero por encima del grosor no deformado después del accionamiento.