[发明专利]基于电活性聚合物的致动器设备

说明书

提供了一种电活性聚合物致动器的有源矩阵阵列，每个电活性聚合物致动器具有切换布置。切换布置包括连接到电活性聚合物致动器的第一端子的第一电路(90)，以用于选择性地将电活性聚合物致动器的第一端子驱动到地或将其连接到开路。第二电路(92)连接到电活性聚合物致动器的第二端子，以用于选择性地将电活性聚合物致动器的第二端子驱动到地或将其连接到开路。此外，上拉部件(50)永久性地连接在驱动电压与电活性聚合物生成器的第一端子之间。通过控制电活性聚合物致动器的两个端子，能够至少在不跨电活性聚合物致动器存储电压时降低静态功耗。

技术领域

本发明涉及利用电活性聚合物的致动器设备。

背景技术

电活性聚合物(EAP)是电响应材料领域中新兴的一类材料。EAP可以充当传感器或致动器，并且可以容易地制造成各种形状，使得可以容易地集成到各种系统中。

已经开发出具有诸如致动应力和应变的特征的材料，其在过去的十年中已经显著改进。技术风险已经降低到产品开发的可接受水平，使得EAP在商业和技术上变得越来越令人感兴趣。EAP的优点包括低功耗、小形状因子、柔性、无噪声操作、准确性、高分辨率的可能性、快速响应时间和循环致动。

EAP材料的改进性能和特定优点使其适用于新的应用。

EAP设备可以用于期望基于电致动的部件或特征的少量移动的任何应用中。类似地，所述技术能够用于感测小的移动。

EAP的使用实现了以前不可能的功能，或者提供了优于普通传感器/致动器解决方案的大的优点，这是因为与普通致动器相比EAP在小的体积或薄的形状因子的情况下的相对大的变形和力量的组合。EAP还给出无噪声操作、准确的电子控制、快速响应以及大范围的可能致动频率，诸如0-20kHz。

使用电活性聚合物的设备可以细分为场驱动材料和离子驱动材料。

场驱动的EAP的范例是电介质弹性体、电致伸缩聚合物(诸如基于PVDF的弛豫聚合物或聚亚安酯)以及液晶弹性体(LCE)。

离子驱动的EAP的范例是共轭聚合物、碳纳米管(CNT)聚合物复合物以及离子聚合物金属复合物(IPMC)。

场驱动的EAP由电场通过直接机电耦合来致动，而针对离子EAP的致动机制涉及离子的扩散。这两个类别都具有多个族成员，每个族成员具有其自己的优点和缺点。

图1和图2示出了针对EAP设备的两种可能的操作模式。

所述设备包括电活性聚合物层14，其被夹置于处在电活性聚合物层14的相对侧上的电极10、12之间。

图1示出了未被夹持的设备。电压被用于使所述电活性聚合物层如所示地在所有方向上扩展。

图2示出了被设计成使得仅在一个方向上产生扩展的设备。所述设备由载体层16支撑。电压被用于使所述电活性聚合物层弯曲或弓弯(bow)。

这种移动的性质例如产生于当被致动时扩展的有源层与有源载体层之间的相互作用。为了获得如所示的围绕轴的不对称弯曲，例如可以施加分子取向(膜拉伸)，以迫使在一个方向上的移动。

在一个方向上的扩展可以源自于EAP聚合物中的不对称性，或者可以源自于载体层的属性中的不对称性，或者源自于这两者的组合。

在特定应用中，致动器的阵列可能是有用的，例如在定位系统和受控拓扑表面中。然而，由于致动器的驱动电压相当高，因此利用其自身的驱动器IC个体地驱动每个致动器很快变得昂贵。

无源矩阵阵列是仅使用行(n行)和列(m列)连接的阵列驱动系统的简单实施方式。由于只需要(n+m)个驱动器来寻址高达(n×m)个致动器，这是更具成本效益的方法-同时还节省了额外布线的成本和空间。