CN109417122A - Eap致动器和驱动方法 - Google Patents

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M·T·约翰逊
D·A·范登恩德
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Abstract

电活性聚合物致动器包括电活性聚合物结构和用于提供致动驱动信号的驱动器。在一个方面中，具有过驱动电压的第一驱动信号被用于改变将所述结构从一个致动状态切换到另一致动状态所需的所述电活性聚合物结构的电荷。在所述电活性聚合物结构致动处于所述另一致动状态附近或处时或之后，驱动电压被用于将所述电活性聚合物结构带到并且保持在所述致动状态处。该临时过驱动方案在不损坏所述电活性聚合物结构的情况下改进速度响应。

Description

EAP致动器和驱动方法
技术领域
本发明涉及电活性聚合物致动器和包括这样的致动器的设备或者系统以及用于驱动这样的致动器的方法。其还涉及用于执行方法的计算机实施的发明。
背景技术
电活性聚合物致动器是这样的设备：其可以将电输入转换成诸如力或压力的(机械)输出，或者反之亦然。因此，EAP致动器可以用作机械致动器，并且取决于所使用的EAP，常常也可以用作传感器。为此，其包括电活性聚合物(EAP)，所述电活性聚合物可在致动刺激或信号的影响下变形或改变形状。场驱动EAP的一些范例包括压电聚合物、电致伸缩聚合物(例如基于PVDF的弛豫聚合物)和介电弹性体，但存在其他的范例。
EAP致动器可以容易地制造成各种形状，从而允许容易地集成到各种各样的系统中，诸如例如医学或消费者设备。此外，基于EAP的致动器/传感器将高应力和应变与诸如以下的特性组合：低功率、小形状因子、灵活性、无噪声操作、准确操作、高分辨率的可能性、快速响应时间，以及循环致动。
通常，其特性使得EAP致动器有用于例如这样的任何应用：其中，小空间可用，并且其中，基于电致动的部件或特征的少量移动是期望的。类似地，该技术能够用于感测小移动。
图1和2示出了针对示范性EAP致动器的两种可能的操作模式。其包括EAP结构，所述EAP结构包括夹在EAP层14的相对侧上的电极10、12之间的EAP层14。图1示出了未被任何载体层或基板夹钳(附接到任何载体层或基板)的致动器。施加到电极的驱动电压用于使EAP层在所有方向上扩展，如所示的。图2示出了一种致动器，其被设计使得仅在一个方向上产生扩展。在这种情况下，与图1中的EAP结构类似的EAP结构被支撑和夹钳，即机械地附接到载体层16。施加到电极的电压再次用于使EAP层在所有方向上扩展，如图1所指示的。然而，夹钳限制了实际的扩展，使得代替地引起整个结构的弓弯。因此，该弯曲运动的性质来源于被动载体层和主动层之间的相互作用，所述主动层在被致动时扩展。
看起来当EAP致动器(诸如图1和图2的EAP致动器)使用电学驱动方案激活时，实际的期望机械致动响应偏离相对于定时和致动状态的期望的。例如，出现驱动的开始与期望致动状态的到达之间的特定时间延迟。该不一致阻碍EAP设备的应用，因为例如快速和准确的机械响应是困难的。
发明内容
本发明的目的是提供一种相对于上文提到的不一致的经改进的EAP致动器。
该目标至少部分地由如由独立权利要求定义的本发明实现。从属权利要求提供有利的实施例。
本发明的设备和方法使用致动器，其包括电活性聚合物结构以根据被供应到其的驱动信号来提供机械致动输出。可以使用电极施加这样的信号。因此，第一电压使所述结构达到第一致动状态，同时不同于所述第一电压不同的第二电压使其达到与所述第一致动状态不同的第二致动状态。为此，所述电活性聚合物结构包括电活性聚合物(EAP)，其能够在所述驱动信号的施加的情况下改变其形状。参考图1和图2描述了这样的EAP结构的范例，但是其他范例存在，并且本发明不限于这些范例。
本发明基于以下洞察力：EAP结构具有电学阻抗，所述电学阻抗包括由结构的EAP和电极和/或其他层配置定义的电容器的电容。EAP结构的机械致动取决于有效电容器内的电场以及因此有效电容器上的电荷。这是因为所述致动器是电场驱动的并且这样的场取决于电荷，或者是电流驱动的，其中，再次，电流由电场引起。因此，致动器的切换的“固有”速度因此取决于该有效电容器的充电速度。由于阻抗，到达所述EAP结构的特定机械致动位置所需的电容电荷需要时间来建立到特定电平。这样的充电电平因此仅在特征时间常数的某个倍数之后到达。通常，在5倍的该特征时间常数的持续时间之后，针对指定的驱动信号到达最大致动范围(或者端部位置)。对于其中需要快速响应与有限延迟时间或者需要较高操作频率的应用，该行为能够是缺点并且将阻碍EAP致动器的使用。
本发明因此采用驱动信号，其包括：
-过驱动时段，其中，驱动信号电压以超过所述第二电压与所述第一电压之间的差的量从所述第一电压改变到过驱动电压；以及
-在所述过驱动时段之后的保持时段，至少在所述保持时段的开始处所述驱动信号电压处于所述第二电压处。
差总是通过从第二电压值(包括符号)减去第一电压值(包括符号)来计算的。因此，电压改变和其方向还由所述差指示，其是用于切换到高于第一电压的第二电压的电压的增加和用于从较高第一电压切换到较低第二电压的电压的减小。在所述保持时段中，电压已经至少在其开始处到达所述第二电压。其可以保持恒定，而且如下文所指示的可以改变以便保持所述第二致动状态恒定。
利用本发明，对所述致动器的期望状态的充电或者放电可以被控制以减少到达该期望致动状态中的延时，并且这可以加宽EAP致动器的潜在应用的范围。本发明还提供致动水平可以以仍然好的准确度达到，即预定致动过冲或者甚至缺少实质性致动过冲。
所述第一致动状态可以具有比所述第二致动状态更高的致动水平或者反之亦然。切换动作期间的第一致动状态或者第二致动状态可以是静止致动状态，即在没有任何驱动的情况下由所述致动器维持的致动状态。
第一电压或者第二电压是恒定电压。在这种情况下，致动状态可以通过连续地提供其相关联的电压来保持。然而，在较不理想的情况下(致动器)，这些电压可以(缓慢地)改变。因此，第一电压和/或第二电压可以随时间连续地或者周期性地改变以将致动器保持在其恒定相关联的致动状态处。
在本发明中，所述第二电压可以仅在所述电活性聚合物结构在所述电学驱动信号的施加期间第一次到达所述第二致动状态时或者之后被施加。
这可以是受控或者不受控的反馈。
在本发明中，所述第二电压可以被维持为至少与所述过驱动电压一样长，或者至少与所述过驱动电压的两倍一样长。因此，在完整的致动比所述过驱动持续时间长得多的意义上，致动实质上是所述致动器的低频率驱动，并且跨所述电活性聚合物结构的电压稳定。保持时段可以与所述过驱动时段的至少5倍、至少10倍、或者甚至至少50倍一样长。
在本发明中，所述电活性聚合物结构可以包括用于接收所述驱动信号的电极，所述电极定义具有电容的电容器，并且
-所述过驱动电压被施加，直到跨所述电容的电压以预定量与所述第二电压不同并且随后改变到所述第二电压。所述预定量可以小于从或包括以下项的组中选择的值：50％、20％、10％、5％、2％、1％、0％。因此，在给定切换速度增益的情况下，可以实现到接近于所述第二电压的值的跨所述电容的电压的快速增加。如果预定量是0％，那么速度增益对于使用的过驱动电压波形是最佳的。
所述过驱动电压可以被施加，直到跨所述电容的电压处于或低于所述第二电压。因此，即使所述过驱动信号比到达期望致动状态所需的更大，所述电活性聚合物结构的电容也绝不暴露于该电压。
所述过驱动电压可以被施加，直到跨所述电容的电压以所述预定量超过所述第二电压，使得所述电压随后改变回到所述第二电压。这提供跨所述电活性聚合物结构的电容的临时过驱动信号。由于跨所述电容的这样的过驱动电压可以利用机械过驱动完成，因此该实施例可以被用于将增强的感觉提供给触觉接口-如被感觉为叠加在更逐渐的振动上的短持续时间移动尖峰。
在本发明中，在过驱动时段期间所述过驱动电压可以是：
-实质上恒定的或
-从初始值改变到所述第二电压。
所述驱动电压可以包括到初始值过驱动电压的阶跃增加和从该值到第二电压的后续改变。这提供了从过驱动电压到正常电压的更逐渐的改变。初始值电压例如比所述第二电压高至少20％或至少10％并且到达所述第二电压花费的时间包括至少2s。在所述过驱动时段期间随时间的减小可以被提供为：
线性减小电压部分；或者
具有不同的线性斜率的第一线性减小电压部分和随后的第二线性减小电压部分。
该两段设计补偿所述EAP致动器中的不同的弛豫机制。第一部分可以具有0.5s与5s之间的持续时间并且第二部分可以具有1s与20s之间的持续时间。
所述阶跃增加可以是在小于0.5s的持续时间内的比第一电压更高的过驱动电压。这在然后更逐渐地减小的过驱动电平之前提供更高的电压过驱动尖峰。
在本发明中，包括所述过驱动时段和所述保持时段的周期的时段可以比对应于所述电活性聚合物结构的共振频率的时段更大。因此，所述控制不在共振频率处而是在较慢频率处。
本发明可以被实施在包括被存储在通信网络上、可存储在其上或者可从其下载的计算机可读代码的计算机程序产品中，所述计算机可读代码当在计算机上运行时使驱动器执行本发明的方法的步骤。本发明提供了一种设备，其具有：致动器，其包括电活性聚合物结构；以及驱动器，其适于将如上文在本文中定义的驱动信号施加到所述电活性聚合物结构。所述设备受益于关于以上方法所描述的特征和优点。其将可能地结合保持或者甚至经改进的致动准确度提供经改进的切换响应。
在本发明的设备中，所述致动器或者所述电活性聚合物结构包括电极，所述电极被连接到所述驱动器并且被布置为将所述驱动信号应用到所述电活性聚合物结构。
本发明的设备可以包括存储器，所述存储器存储列出多个切换动作数据条目的查找表，每个数据条目涉及形成第一致动状态到第二致动状态的特定切换动作，并且向针对该切换动作可实现的至少一个切换响应时间值提供过驱动信号电压和持续时间。因此，如果特定响应时间被要求用于特定切换动作，则适合的过驱动电压可以由所述驱动器查找和使用。备选地，如果特定过驱动电压是强制性的，则可以返回可实现的响应时间。
所述设备还可以包括反馈系统，用于：
-确定所述致动器的致动状态，并且
基于所确定的所述致动状态来设置和/或改变以下中的一项或多项：所述过驱动电压的电平、持续时间或者波形形状。所述反馈系统可以包括位移传感器或者闭环驱动器控制，以用于调节所述驱动信号参数，诸如电压电平和持续时间。
因此，给定最佳切换速度和或准确度改进，可以实现所述电学驱动信号和过驱动的实时控制。
本发明的设备可以包括存储根据权利要求11所述的计算机程序产品的存储器和用于运行所存储的计算机程序产品的微处理器。这样的存储器可以是RAM或ROM的形式的电学存储器。
所述驱动器设备可以适于：
-在所述第二电学驱动信号之上提供所述第一电学驱动信号作为矩形波形；或
-在具有开始处的阶跃和结尾处的倾斜尾部的所述第二电学驱动信号之上提供所述第一电学驱动信号作为波形。
这些信号优选地是电压信号。所述矩形波形可以被称为过驱动信号或者过驱动电压。因此，存在用于所述第一电学驱动信号的各种可能的形状。
因此，存在根据期望的响应速度、跨所述设备的电容的最大电压或者所要求的机械响应而使用所述过驱动功能的不同的方式。
本发明的电活性致动器通常是通过电场相关性或者电荷(离子)或电流相关性电学驱动的。通过EAP致动器的操作的范例，场驱动EAP通过直接机电耦合由电场致动。其通常要求高场(伏特每米)但是低电流。聚合物层通常薄以将驱动电压保持为尽可能低。
场驱动EAP的范例包括压电聚合物、电致伸缩聚合物(诸如基于PVDF的弛豫聚合物)和介电弹性体。其他范例包括电致伸缩接枝聚合物、电致伸缩纸、驻极体、电致伸缩弹性体和液晶弹性体。
电荷或者离子驱动EAP由离子和/或溶剂的电感应传输激活。其通常需要低电压但是较高的电流。其常常需要液体/凝胶电解质介质(但是一些材料系统还可以使用固态电解质来操作)。电荷驱动EAP的范例是共轭/导电聚合物、离子聚合物金属复合物(IPMC)和碳纳米管(CNT)。其他范例包括离子聚合物凝胶。
附图说明
现在将参考附图详细描述本发明的范例，其中：
图1示出了已知的EAP致动器，其不受约束并且因此在平面内扩展；
图2示出了已知的EAP致动器，其被约束并且因此出平面变形；
图3示出了EAP致动器的等效电路；
图4示出了常规驱动方案和根据第一范例的驱动方案；X轴：0至500毫秒，具有50ms/Div，以及Y轴：0至270V，具有30V/Div。
图5示出了常规驱动方案和根据第二范例的一组驱动方案。X轴：0至800毫秒，具有50ms/Div，以及Y轴：0至330V，具有30V/Div；
图6A和图6B相应地示出了用于从低致动状态切换到高致动状态的驱动信号，并且反之亦然。垂直轴是电压，而水平轴采取时间单位；
图7示出了包括驱动器和任选的致动和控制反馈系统的EAP致动器系统。
具体实施方式
本发明提供了一种驱动电活性聚合物(EAP)致动器的方法并且提供了一种能够执行或者适于执行所述方法的EAP致动器。利用本发明，经调节的驱动方案被用于更快速地将致动从一个致动状态(第一或者开始致动状态)改变到另一致动状态(第二或者期望致动状态)。方法基于在提供与“另一”致动状态相关联的最终驱动信号之前应用一种过驱动驱动信号。
第一致动状态可以是静止状态(还被称为非致动状态)，而期望状态可以是致动状态或者反之亦然。第一致动状态可以因此是致动状态，而期望状态可以是甚至另一致动状态。然而，如所述，期望致动状态还可以是较少致动状态。本发明将改进在任一情况下将一个状态切换到另一状态。临时过驱动信号将在不损坏EAP结构的情况下改进EAP结构(并且因此致动器)的响应的速度并且可以在没有实质性致动过冲的情况下这样做。
通常，EAP致动器和其EAP结构包括用于接收由驱动器供应到其的电学驱动信号的电极。驱动器可以由此控制致动器。驱动器通常包括用于将要求的电学驱动信号提供到电极的驱动电路。电学驱动信号可以包括或者是需要电压驱动器或者电流驱动器的电压驱动信号或者电流驱动信号。
当EAP结构正被激活时，驱动器将电压幅度(交流(诸如AC)、缓慢地变化的准确静态或静态(诸如DC))施加(或者甚至生成)到电极，由此使EAP结构进入期望致动状态(例如致动位置)。
EAP结构和电子驱动电路两者是不理想的。一方面，电子驱动电路总是具有内部电阻。因此，EAP致动器的致动响应不仅是EAP结构本身的功能，而且也是驱动电路的功能。为了减少驱动器的影响，EAP的操作电压通常存储在与EAP并联的电容器中，并且在致动方面，该存储的电压由电子开关(例如晶体管、MOSFET)馈送到EAP致动器。
另一方面，由于EAP致动器表现为具有用于驱动器(电压或者电流驱动器)的阻抗的电学负载，因而在通过驱动器设置特定电压或者电流的情况下，跨致动器电极形成的电压差通常不完全与信号的设置同步。更具体地，并且参考图3，从电学观点，EAP致动器(诸如图1中的EAP致动器)可以被描述为引起电阻器Rs和电容器C1的串联连接，这两者与另一电阻器Rp并联。描述EAP致动器的该所谓的等效RC电路30然后通过点33和34被连接到驱动器31。尽管其他RC电路可以被用于描述EAP结构，但是图3中的电路相当好地描述了到一阶的EAP。EAP结构根据电容器内的电场并且因此根据该电容器上的电荷变形，所述电荷再次取决于由驱动器31所提供的施加的电压幅度。如果EAP正被去激活，则施加的电压可以断开并且因此EAP将经由其内部并联电路Rs缓慢地放电并且最后返回到其初始位置。然而，其他放电方法可以被应用在特定情况中，诸如提供其他电压幅度，如下面在本文中将进一步描述的。
实质上，RC串联电路定义电时间常数τ＝Rs·C1(以秒为单位)，其是描述这样的配置的时间特性的重要参数。如所述的，EAP致动器的机械位移(即移动)与电容器C1上的电荷Q有关，电荷Q由施加的电压V1和电容本身定义(Q＝C·V)。由于电容器的电容是具有取决于设备的致动结构的设计和构造的固定电容的“固定”部件(即，尽管电容在驱动期间稍微变化，但其首先由设计配置和使用的EAP定义)，所施加的电压是描述EAP在稳态下的机械变形的主要参数。
然而，在达到稳态之前，存储在电容器C1上的电荷(以及因此电容器上的电压)确定致动/位移的瞬时水平。尽管连接33与34之间的由驱动器所提供的电压V1被用于驱动EAP结构(等效电路)，但是连接33与35之间的跨电容器C1的电压确定致动或者位移的水平。因此，重要的观念是，在将EAP结构切换到期望致动水平的情况下，如果过驱动电压V1被施加到结构，则EAP结构的机械响应将不过冲期望致动水平，只要跨电容器的电压保持低于对应于期望致动水平的电压。
较高的过驱动电压将具有限制，因为将存在针对甚至具有放电的电容的设备的击穿电压。优选地，利用本发明施加的电压低于击穿电压。
为了实现EAP致动器的期望致动水平，跨电容器并且因此在节点33与35之间的电压需要到达特定电平或者幅度。理想情况下，在没有任何(明显的)延迟的情况下达到该电压电平或幅度。然而，由于串联电阻Rs，将引入延迟。出于该原因，期望位置所需的整体电荷Q不会立即建立在EAP结构上，由此EAP结构不会以最大速度直接开始向其最终水平致动。代替地，其朝向由瞬时电荷水平确定的较不变形的最终状态并且具有次最优速度。
本发明提供了在不以不需要的方式妨碍到达实际的致动水平的情况下更迅速地建立EAP上的期望电荷电平的方法(例如，利用大量的过冲)。为了加速EAP结构的机械响应时间，其在比到达期望致动位置所需的正常操作电压(稳态电压)更高的电压处在特定时间内被驱动，使得电容器的充电将被加速并且因此EAP驶向由该较高瞬时电荷电平所确定的致动状态。这样一来，其比其如果仅在其标称操作电压处操作的情况下将已经完成更快地反应，电压需要到达期望致动状态。该方法可以被用于更迅速地增加致动水平，即，从静止或者从开始致动到较高致动。
当达到或即将达到设想的最终位置时，即当在EAP电容器C1上存在或几乎存在与期望位移相关联的正确电荷量Q时，驱动电压幅度可以改变(例如，减小或增加)到保持EAP致动器的恒定位置的电压。
在不想要由理论限制的情况下，通常，如果电压V0被施加到电容器，则作为时间t的函数的充电电压vc(t)是：
时间常数τ由Rs和C1的乘积给定。
τ＝Rs·C1 等式2
因此，跨电容器C1的充电电压在时间常数τ内达到其最终幅度的63.2％，并且在5倍的τ后达到99.3％。
假设到达EAP致动器的特定位置所需的电压幅度V0，并且还假设向EAP致动器施加更高的电压(其可以被认为是过驱动电压Vod)，则电容器电压如下：
最后，如果在预定时间t期间应该达到EAP致动位置，则可以将所施加的过驱动电压计算为：
以类似的方式，如果过驱动电压Vod是已知的，则可以估计EAP致动器将何时，即多快到达其所需的致动位置：
典型的EAP致动器例如包括电极之间的弛豫铁电材料或弹性体系统。图3的电路的等效分量值可以是：
C1＝800nF
Rs＝80kΩ
Rp＝10MΩ
这给出了0.064s的时间常数，使得五个时间常数(达到99.3％的驱动位移)对应于0.32s。
为了实施本发明的过驱动原理，本领域技术人员将知道若干驱动拓扑。因此，在以下电路仿真中，假设理想的可编程电压源。
如上所示，如果请求特定EAP结构响应时间，则可以确定所需的过电压。
在以下范例中，EAP结构的致动被认为是对应于250V的稳态电压的位移状态(期望致动状态)。而且，开始致动状态是零伏处的静止状态。在静止状态是非零伏状态的情况下，然后过驱动电压要被添加到开始状态电压电平或从开始状态电压电平减去，以便确定被施加到致动设备的实际电压。这是因为过驱动电压与驱动信号中的电压幅度步长有关。
因此，例如，如果要实现0.2s的响应时间，则可以基于等式4计算对应的过驱动电压。
在这种情况下，利用具有如上文所提供的等效部件的EAP结构，261.5V的过驱动电压(第一电压)在0.2s的时隙内被提供，之后施加的电压被恢复到250V的稳态电压(第二电压)。
在图4中示出了施加的电压和EAP结构的有效电容上的电压，图4示出了跨电容器C1(例如，在图3中的节点33与35之间)的电压(所述电压对应于致动器位移水平；参见以上文本)以及如被施加在节点33与34之间的驱动电压42和46的曲线40和44。
绘图40是在零时刻初始阶跃增加之后对恒定驱动电压42(在这种情况下为250V的稳态电压)的常规响应(其中，EAP致动器处于对应于静止或非致动状态的初始放电状态)。绘图44是针对第一时段的具有261.5V的较高第一电压46的驱动电压的响应，所述第一时段在该范例中为0.2s，在所述时段之后电压电平恢复到250V的稳态值。尽管通常电容器在约5τ(＝0.32s)后充满电，但EAP致动器现在在定义的0.2s后达到所需的电荷(以及因此电压幅度)。这相当于响应时间的30％减少。
在一组范例中，本发明涉及致动器的近直流驱动。这意味着致动器保持在dc电平一时段，所述时段与致动时间相当或更长。因此，第二驱动电压保持至少与第一驱动电压一样长。对于图4的范例，第二电压保持至少0.2s。在这种情况下，致动的总持续时间至少为0.4s，给出2.5赫兹的最大操作频率。
第二驱动电压可以保持与第一驱动电压的至少两倍一样长。在这种情况下，致动的总体持续时间是至少0.6s，给定1.7Hz的最大操作频率。
因此，该方面涉及缓慢的近dc致动。例如，最大操作频率可以低于10Hz，例如低于5Hz或甚至恒定电压。
图4示出了当EAP致动器正在充电时(在曲线40的电压建立期间)跨电容器C1(其是EAP致动器的有效电容)的电压处于或低于第二驱动电压42。以这种方式，跨电容器C1不会超过第二驱动电压42，使得不会存在机械响应的过冲。因此，致动器的精确定位可以实现并且具有更快的响应时间。
如上所述，如果已知过驱动电压(或例如受限于可应用于整个EAP致动器以防止击穿的最大电压)，则当EAP致动器到达其所需位置(即其对应的电荷)时的时刻(t主动)也可以根据等式5计算。该时刻也可以被描述为EAP致动器本身的时间常数τ的相关性：
t主动＝n·τ 等式6
因此，如果已知过驱动电压的可允许幅度，则可以定义当EAP致动器到达其请求位置(电荷)时的参数n。对于Vod＝300V的过驱动电压，在这些模拟中建模的EAP致动器的响应被示出在图5中。
图5示出了用于过驱动电压46的一组不同的持续时间以及针对每个的对应的曲线44。曲线44以相应的n个值(n＝0、1.0、1.5、1.8、2.0、3.0、5.0)标记。相应电压脉冲46的300V的过驱动电压可以从图5中从标记过驱动脉冲46中的每个的端部的垂直线读取。例如，过驱动电压需要施加0.115s以便达到所要求的致动位置(即达到有效电容器C1上的所要求的电荷和电压)。这对应于参数n＝1.8，这意味着与仅将已经使用250伏特的稳态电压相比，EAP位置可以0.32/0.115＝2.78的因子更快地达到。
如从图8中可以看出的，如果过驱动电压施加到EAP致动器的时间段太短(例如n＝1.0或n＝1.5)，则响应也可以加速，但其是不再是最佳的。另一方面，如果对EAP致动器施加过电压的时间段太长(例如n＝3.0或n＝5.0)，则EAP致动器过驱动，并且其甚至花费比5τ的时段更长的时间来达到期望位置，因为现在需要校正过冲。请注意，这是机械过驱动，因此如果机械输出需要精确，这会令人不安。本发明可以防止这种机械过驱动。
然而，该机械过冲可以被有利地使用。例如，如果EAP致动器正被用作触觉用户接口的形式，则具有轻微过冲的响应可以增加交互的有效性，同时在稳态下保持接口的相对平滑的轮廓。
因此可以施加第一驱动电压，直到跨EAP致动器的有效电容的电压以预定量超过第二驱动电压，使得电压随后下降回第二驱动电压。这样的预定量可以是例如50％、20％、10％、5％、2％、1％。
在这样的情况下，(有意的)过冲之后还可以跟随有意的较低施加的电压的时段，以在初始故意过冲之后将从过冲的时间减少回到期望的稳态。以这种方式，例如可以存在触觉响应(尖峰)的增加感觉，但是响应时间减少。因此，较低的电压可以包括第三电压，所述第三电压低于第二电压，并且施加在第一和第二电压之间。
甚至在这种情况下，在期望结束电压处存在一致动时段，所述致动时段优选地具有等于或长于初始过驱动电压的持续时间的持续时间。因此，触觉接口仍然是低频操作。
该低频率操作(小于如上文所提到的10Hz)远小于设备的共振频率行为。对于独立式设备或单边缘夹钳设备(具有约10mm的典型长度)，该共振频率通常在约40Hz至约60Hz的范围内，但对于夹钳在两个边缘上的系统，该共振频率可以是200Hz至400Hz。共振频率将取决于设备的设计。
如从上述研究中可以看到的，可以通过在时间段内向EAP致动器施加比在稳态下达到所需位置所需的电压更高的电压，极大地改进EAP致动器的响应时间。
而且，已知所有聚合物(因此包括EAP)的最大适用电压或击穿电压是时间相关的。因此，EAP致动器可以在短时间段内抵抗更高的最大电压。因此，过驱动电压可以暂时增加到高于EAP设备的最大(长期)工作电压，而没有过早击穿的风险。在上面的范例中，EAP致动器的最大工作电压电平或幅度为250V，但在短时间段内，这些EAP致动器可承受更高的电压(在10-100ms范围内的时间段内达到350V)。
在上文中，假设C1具有恒定电容。然而其表现为，对于许多实际的EAP致动器而言，其值不仅在切换期间变化，而且对于不同的致动器状态而言不同。因此，在从一种状态进入另一种状态时，可能并且通常存在C1电容的(显着)变化。这主要是由于经由电容器几何结构的变化(例如，包括EAP层厚度的电容器电介质能够变化和/或电极区域能够变化)和/或经由电容器介电材料性质(例如，介电常数)的变化而变化的致动器设计因子。后一种效应例如在铁电体内看到。本发明可以考虑这些变化。一种方法是基于在其期间被切换的状态的最高有效电容来确定电响应时间。通常，多数致动状态需要最高的电压幅度，并且由此具有与之相关联的最高电容。因此，可以针对任何数量的致动电压(稳态)电平来确定C，以便用于以上计算中的任一个。
上文使用的等效分量值和针对任何实际系统的那些可以使用如本领域中已知的用于阻抗测量的方法来确定。各种RC模型(诸如图3的RC模型)可以拟合到这样的测量的结果以确定实际系统的实际电阻和电容值。有效电容可以是在稳态处观察到的值，因为然后充电已经停止并且电压被施加在电容值上。
本发明可以适于将致动器从较低的致动状态(例如，静止状态)切换到更多致动状态或者反之亦然。图6A示出了用于将致动器从与第一电压61相关联的第一致动状态切换到与第二电压67相关联的第二致动状态的范例驱动信号波形60。因此，首先致动器利用对应于低致动状态的第一电压61驱动。在这种情况下，电压61高于零伏特，因为零伏特在电平62处并且因此第一致动状态在这种情况下不是静止状态。在时间63处过驱动时段64开始并且驱动信号电压通过电压66的改变增加到过驱动电压65，其中，电压的该改变大于第二电压67与第一电压61之间的差(差被定义为电压67减去电压61)。注意，当电压差是正的时，改变是正值。在过驱动时段64期间，过驱动电压被维持在恒定电平处以在时间68处在其结束处减少到第二电压67。第二电压67在保持时段64”期间维持恒定。
在图6A的切换情况下，这两个电压是正的并且随着从致动器的较低电压状态到较高电压状态发生的切换针对过驱动增加。然而，本发明以针对其中相同致动器从较高致动状态切换到较低致动状态的相反情况的类似方式工作。
因此，图6B示出了用于将图6A的致动器从与第一电压61’相关联的第一致动状态切换到与第二电压67’相关联的第二致动状态的范例驱动信号波形60’。因此，首先致动器利用对应于高致动状态的第一电压61’驱动。在时间63’处过驱动时段64’开始并且驱动信号电压通过电压66’的改变降低到过驱动电压65’，其中，电压的该改变大于第二电压67’与第一电压61’之间的差并且(差被定义为电压67’减去电压61’)。注意，当电压电平之间的差是负的时，改变是负值。在过驱动时段64’期间，过驱动电压被维持在恒定电平处以在时间68’处在其结束处增加到第二电压67’。保持电压67’在保持时段64”期间维持恒定。
在极端情况下，过驱动电压65’可以甚至改变符号，使得负电压被施加例如直到其中跨电容的电压接近第二电压的点。
以上图4和图5的范例基于矩形脉冲形过驱动电压，其可以被认为是被叠加在正常驱动电压上的矩形过电压。持续时间可以是可变的并且可以与由EAP结构和/或致动器自身定义的电学时间常数有关。过驱动电压的幅度也可以是可变的，并且可以甚至由于过驱动脉冲的短性质而超过EAP致动器的最大工作电压幅度。
非矩形电压波形是可能的。例如，过驱动电压可以随时间在幅度方面减少或者在幅度方面增加。理想地，当到达EAP的所要求的位置时(即，如果到达实现设想位置的所要求的电荷电平)，过驱动电压幅度将减少到标称操作电压。
因此，例如在图6A的时段64中，在给定矩形形状波形的情况下，过驱动电压被保持在值65处。在备选波形形状中，过驱动电压在时段64内从值65改变到值67。改变例如与波形69并且逐步地与波形69’成线性。可以使用其他形状。电压改变66可以使用线性或非线性的电压的急剧上升或者减小发生。然而，可以使用较不急剧的改变。然而，这可以随着最大切换速度的损失增加而出现。
EAP设备的加速行为以及暂态响应(即，EAP将在特定时间段期间经历的变形)可以由被施加到部件的电压的形状影响。代替于将具有恒定幅度的过驱动电压施加到EAP致动器，可以施加任何其他线性或非线性电压形式-具有任何任意形状。在如多个逐步矩形脉冲(具有相同或者不同的占空比)的特定波形中，可以使用基于指数和对数的分布或者这些的组合。这包括逐步线性和非线性电压波形。
通常，在电压/时间曲线下的积分面积超过稳态电压的积分区域，并且可以使用许多不同的波形形状。
电子驱动器可以被用于以期望的方式根据时间改变输出电压。这包括例如使用过驱动电压幅度和时隙长度的查找表的开环控制。备选地，可以使用闭环控制，其具有基于反馈传感器的设置。反馈传感器可以提供电学、机械或者光学反馈。小相机可以被用于提供反馈。
由于EAP致动器机械响应不仅由其电学性能定义(其他延迟和死时间可以被添加到电学延迟)，因此施加的过驱动电压电平和形状可以相关并且适应于总延迟的组合。备选地，机械或者光学反馈可以被用于使机械响应与EAP致动器的电学性能相关。
图7示出了被用于将驱动信号(再次在这种情况下电压)施加到EAP致动器102的驱动器100。其还示出了可以被使用在本发明中的任选的反馈路径104(机械的、光学的或者电学的)。
驱动器可以包括具有常规PCB和分立电学元件的电子电路。备选地，其可以是半导体实施的设备，诸如IC，如本领域中已知的。驱动器可以被配置为使用外部电源的切换设备并且从其生成和/或将功率信号切换到电活性聚合物结构。其还可以包括电源，诸如电压源或者电流源。还可以存在用于控制驱动器的电路的计算机或者CPU。驱动信号通常作为电压被提供到EAP结构的电极，使得其生成它们之间的电压差。参考电压(诸如零伏特)可以被用于将电极之一接地。计算机可以被实施在驱动器中，而且可以远程地连接(使用如本领域中已知的标准有线或无线连接)。存储(在任何已知类型的计算机存储器中)或者运行在计算机上的软件可以存在，其具有使驱动器实施驱动的代码。软件可以具有允许用户提供参数值的代码。软件可以被存储在计算机可读介质上，诸如本领域已知的电子存储器，例如RAM或ROM、FLASH、SD等，或磁性存储器，诸如HDD等，或光学存储器，诸如CD、DVD、蓝光等的等。备选地，软件可以通过如例如本领域已知的通信网络(诸如，3G或4G、LAN WAN、有线或无线网络)可操作或从其可下载。
包括存储器的CPU可以被定位于与包括致动器并因此包括EAP结构的另外的子设备分开的子设备中。因此，两个子设备都是根据本发明的设备的部分。然后还存在通信单元，例如位于子设备和另外的子设备中的有线或无线数据发送器和/或接收器，以允许CPU与驱动器通信，从而实施致动器的远程控制。子设备可以是任何种类的手持式控制设备，专用于应用或通用，诸如移动电话、可穿戴设备或类似设备。
本发明具体涉及包括作为EAP结构的部分的EAP的EAP致动器的致动。因此，EAP结构包括EAP材料。这是可以在向EAP结构提供电信号时使EAP结构变形的材料。这样一来，EAP材料可以是包括具有一种或多种EAP的一种或多种基质材料或由其组成的混合物(均匀或非均匀)。例如，这可以是另外的聚合物基质材料中的EAP分散。另外的聚合物基质材料可以是网络聚合物，其允许由混合在或分散在基质网络内的EAP调用的变形。EAP材料可以分散在其中。弹性材料是这样的网络的范例。优选地，这样的复合EAP材料中EAP的量选自包括>50重量或摩尔百分比，>75重量或摩尔百分比或>90重量或摩尔百分比的组。EAP材料还可以包括在其分子中包含EAP(或EAP活性基团)的部分和非活性其他聚合物的部分的聚合物。可以使用许多电活性聚合物，其中许多将在下面描述。
在场驱动EAP的子类内，场驱动EAP的第一个值得注意的子类是压电和电致伸缩聚合物。尽管常规压电聚合物的机电性能被限制，但是在改进该性能方面的突破已经导致PVDF弛豫聚合物，其示出自发的电极化(场驱动对齐)。这些材料可以针对在应变方向上的改进的性能被预应变(预应变导致更好的分子对齐)。
场驱动EAP的另一子类是介电弹性体的子类。该材料的薄膜可以夹在柔性电极之间，形成电容器，诸如平行板电容器。在介电弹性体的情况下，由施加的电场引起的麦克斯韦应力导致膜上的应力，使其在厚度上收缩并在面积上扩展。通常通过预应变弹性体(需要框架来保持预应变)来扩大应变性能。应变能够为相当大(10-300％)。对于该类材料，电极优选直接机械连接或利用中间材料层机械连接到EAP材料。
对于第一材料子类，通常使用薄膜金属电极，因为应变通常处于中等范围(1-5％)内，也可以使用其他类型的电极，例如导电聚合物、炭黑基油、凝胶或弹性体等。对于第二材料类，通常类型的电极材料受到高应变的约束。因此，对于具有低和中等应变的介电材料，可以考虑金属电极和导电聚合物电极，对于高应变方案，通常使用炭黑基油、凝胶或弹性体。
离子EAP的第一值得注意的子类是离子聚合物金属复合物(IPMC)。IPMC包括层压在两个薄金属或基于碳的电极之间的溶剂膨胀离子交换膜并且需要电解质的使用。典型电极材料是Pt、Gd、CNT、CP、Pd。典型电解质是基于Li+和Na+水的溶液。当场被施加时，阳离子通常与水一起行进到阴极侧。这导致亲水团簇的重新组织和聚合物膨胀。阴极区中的应变导致聚合物基体的剩余部分中的应变，从而导致朝向阳极的弯曲。反转施加电压使弯曲反转。公知的聚合物膜是和
离子聚合物的另一值得注意的子类是共轭/导电聚合物。共轭聚合物致动器通常包括由两层共轭聚合物夹住的电解质。电解质被用于改变氧化状态。当电势通过电解质被施加到聚合物时，电子被添加到聚合物或从聚合物移除，从而驱动氧化和还原。还原导致扩展中的收缩、氧化。
在一些情况下，当聚合物自身缺乏足够的导电性(逐尺寸)时，添加薄膜电极。电解质可以是液体、凝胶或固体材料(即，高分子重量聚合物和金属盐的复合物)。最常见的共轭聚合物是聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANi)和聚噻吩(PTh)。
致动器还可以由电解质中悬浮的碳纳米管(CNT)形成。电解质形成具有纳米管的双层，从而允许电荷的注射。该双层电荷注射被认为是CNT致动器中的主要机构。CNT充当具有注射到CNT中的电荷的电极电容器，其然后通过由电解质到CNT表面的移动形成的电学双层平衡。改变碳原子上的电荷导致C-C键长度的改变。结果，可以观察单个CNT的扩展和收缩。
关于以上材料并且更详细地，电活性聚合物因此可包括但不限于以下子类：压电聚合物、机电聚合物、弛豫铁电聚合物、电致伸缩聚合物、介电弹性体、液晶弹性体、共轭聚合物、离子聚合物金属复合物、离子凝胶和聚合物凝胶。
子类电致伸缩聚合物包括但不限于：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TiFE)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯(PVDF-TrFE-CFE)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯三氟乙烯(PVDF-TrFE-CTFE)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚氨酯或其混合物。
子类介电弹性体包括但不限于：丙烯酸酯、聚氨酯、硅树脂。
子类共轭聚合物包括但不限于：
聚吡咯、聚3，4-乙撑二氧噻吩、聚对亚苯硫醚、聚苯胺。
离子设备可以基于离子聚合物-金属复合物(IPMC)或共轭聚合物。离子聚合物-金属复合物(IPMC)是在施加电压或电场下显示人造肌肉行为的合成复合纳米材料。
更详细地，IPMC包括如Nafion或Flemion的离子聚合物，其表面被化学电镀或物理涂覆有导体，诸如铂或金或基于碳的电极。在施加电压下，由于跨IPMC的条带的施加电压的离子迁移和重新分布导致弯曲的变形。聚合物是溶剂膨胀离子交换聚合物膜。场使得阳离子与水一起行进到阴极侧。这导致亲水团簇的重新组织和聚合物膨胀。阴极区中的应变导致聚合物基体的剩余部分中的应变，从而导致朝向阳极的弯曲。反转施加电压使弯曲反向。
EAP结构的电极可以具有许多配置，每个配置具有特定的优点和效应。
如果电镀电极以非对称配置布置，则施加的信号(例如电压)可以引起所有种类的变形，例如EAP结构的扭曲、滚动、扭转、转动和非对称弯曲变形。
在所有这些范例中，可以提供额外的被动层，以用于响应于施加的电场或电流而影响EAP材料层的电学和/或机械行为。
每个单元的EAP材料层可以被夹在电极之间。备选地，电极可以在EAP材料的相同侧。在任一情况下，电极可以要么在没有之间的任何(被动)层的情况下直接地要么在有之间的额外的(被动)层的情况下间接地物理地附接到EAP材料。但是情况不需要总是这样。对于弛豫或者永久压电或者铁电EAP，直接接触不是必要的。在后者情况下，在EAP附近的电极足够，只要电极可以将电场提供到EAP，EAP结构将具有其致动功能。对于介电弹性体，其是引起变形的电极之间的电场生成的机械力。因此，电极需要直接或者间接地(例如利用电极与EAP之间的层)物理地被附接到EAP。电极可以是可伸缩的，使得其跟随EAP材料层的变形。适于电极的材料也是已知的，并且例如可以从包括以下各项的组中选择：薄金属膜，诸如金、铜或铝；或有机导体，诸如碳黑、碳纳米管、石墨烯、聚苯胺(PANI)、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)，例如聚(3，4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT：PSS))。还可以使用金属化聚酯膜，诸如金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，例如使用铝涂层。
EAP结构因此可以被用于致动。备选地或者额外地，其可以被用于感测。最主导的感测机制基于力测量和应变检测。介电弹性体例如可以由外部力容易地拉伸。通过将低电压放置在传感器上，应变可以被测量为电压的函数(电压是面积的函数)。直接电压可以由压电EAP的机械变形创建。压电和电致伸缩聚合物传感器可以响应于施加的机械应力而生成电荷(给定压电EAP中的结晶度的量足够高以生成可检测的电荷)。共轭聚合物可以利用压电离子效应(机械应力导致离子的施加)。CNT当暴露于可以测量的应力时经历CNT表面上的电荷的改变。还已经示出CNT的电阻当与气体分子(例如，O2、NO2)接触时改变，从而使CNT可用作气体检测器。利用场驱动系统感测的另一方式是直接地测量电容改变或者测量作为应变的函数的电极电阻中的改变。
本发明可以被应用在许多EAP致动器系统中，包括其中致动器的矩阵阵列为感兴趣的范例。
在许多应用中，产品的主要功能依赖于人体组织的(局部)操纵，或组织接触界面的致动。在这样的应用中，EAP致动器例如提供独特的益处，主要是因为小的形状因子、灵活性和高能量密度。因此可以容易地集成在软3D形状和/或微型产品和接口中。这样的应用的范例如下：
皮肤美容处置，诸如皮肤致动设备，其采取基于响应性聚合物的皮肤片块的形式，其对皮肤施加恒定或循环的拉伸以便拉紧皮肤或减少皱纹；
具有患者接口面罩的呼吸设备，其具有基于响应性聚合物的活性垫或密封，以向皮肤提供交替的常压，这减少或防止面部红斑；
带有自适应剃须刀头部的电动剃须刀。可以使用响应性聚合物致动器调节皮肤接触表面的高度，以影响紧密度和刺激性之间的平衡；
口腔清洁设备，诸如带有动态喷嘴致动器的气针，以改进喷雾的范围，尤其是在牙齿之间的空间中。备选地，可以为牙刷提供激活的簇；
消费电子设备或触摸板，其经由集成在用户接口中或附近的响应性聚合物换能器的阵列提供局部触觉反馈；
导管，其具有可操纵的尖端以实现在曲折的血管中的轻松导航。
受益于这种致动器的另一类别的相关应用涉及光的修改。通过使用这些致动器进行形状或位置调整，可以使诸如透镜、反射表面、光栅等的光学元件自适应。例如，EAP的一个益处是更低的功耗。
通过研究附图、公开内容和权利要求，本领域技术人员在实践请求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在相互不同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为对范围的限制。
总结，电活性聚合物致动器包括电活性聚合物结构和用于提供致动驱动信号的驱动器。在一个方面中，具有过驱动电压的第一驱动信号被用于改变将结构从一个致动状态切换到另一致动状态所需的电活性聚合物结构的电荷。在电活性聚合物结构致动处于另一致动状态附近或处时或之后，驱动电压被用于将电活性聚合物结构恢复并且保持在致动状态处。该临时过驱动方案在不损坏电活性聚合物结构的情况下改进速度响应。

Claims (15)

1.一种驱动致动器的方法，所述致动器包括电活性聚合物结构以采用至少第一致动状态和不同于所述第一致动状态的第二致动状态，所述第一致动状态具有与所述第一致动状态相关联的第一电压，并且所述第二致动状态具有与所述第二致动状态相关联的第二电压；
所述方法包括：
-将具有驱动信号电压的驱动信号施加到所述电活性聚合物结构，以将所述电活性聚合物结构从所述第一致动状态切换到所述第二致动状态，
其中，所述驱动信号包括：
-过驱动时段(46)，在所述过驱动时段中，所述驱动信号电压以超过所述第二电压与所述第一电压之间的差的量从所述第一电压改变到过驱动电压；以及
-在所述过驱动时段之后的保持时段(42)，至少在所述保持时段的开始处所述驱动信号电压处于所述第二电压处。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
-所述第二电压仅在所述电活性聚合物结构在所述电学驱动信号的施加期间第一次到达所述第二致动状态时或者之后被施加。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：
-所述第二电压被维持为至少与所述过驱动电压一样长，或者被维持为至少与所述过驱动电压的两倍一样长。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中：
-所述电活性聚合物结构包括用于接收所述电学驱动信号的电极，所述电极定义具有电容的电容器，并且
-所述过驱动电压被施加，直到跨所述电容的电压以预定量不同于所述第二电压，并且随后改变到所述第二电压。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预定量小于从或包括以下项的组中选择的值：50％、20％、10％、5％、2％、1％、0％。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中：
-所述过驱动电压被施加，直到跨所述电容的所述电压处于所述第二电压处或低于所述第二电压。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其中，
所述过驱动电压被施加，直到跨所述电容的所述电压以所述预定量超过所述第二电压，使得所述电压随后改变回到所述第二电压。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，在所述过驱动时段期间所述过驱动电压是：
-实质上恒定的，或者
-从初始值改变到所述第二电压。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，包括所述过驱动时段和所述保持时段的周期的时段比对应于所述电活性聚合物结构的共振频率的时段更大。
10.一种包括计算机可读代码的计算机程序产品，所述计算机可读代码被存储在或者能够存储在计算机可读介质上或者能够从通信网络下载，所述计算机可读代码当在计算机上运行时使驱动器执行根据权利要求1至9中的任一项所述的方法的步骤。
11.一种包括致动器的设备，所述致动器包括：
-电活性聚合物结构，其用于采用至少第一致动状态和不同于所述第一致动状态的第二致动状态，所述第一致动状态具有与所述第一致动状态相关联的第一电压，并且所述第二致动状态具有与所述第二致动状态相关联的第二电压；以及
-驱动器，其适于将具有驱动信号电压的驱动信号施加到所述电活性聚合物结构，以将所述电活性聚合物结构从所述第一致动状态切换到所述第二致动状态，
其中，所述驱动信号包括：
-过驱动时段(46)，在所述过驱动时段中，所述驱动信号电压以超过所述第二电压与所述第一电压之间的差的量从所述第一电压改变到过驱动电压；以及
-在所述过驱动时段之后的保持时段(42)，至少在所述保持时段的开始处所述驱动信号电压处于所述第二电压处。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述致动器或者所述电活性聚合物结构包括电极，所述电极被连接到所述驱动器并且被布置为将所述驱动信号施加到所述电活性聚合物结构。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其中，所述设备包括存储器，所述存储器存储列出多个切换动作数据条目的查找表，每个数据条目与形成第一致动状态到第二致动状态的具体切换有关，并且向针对该具体切换能够实现的至少一个切换响应时间值提供过驱动电压和持续时间。
14.根据权利要求11或12所述的设备，还包括反馈系统(104)，所述反馈系统用于：
-确定所述致动器的致动状态，并且
基于所确定的致动状态来设置和/或改变以下中的一项或多项：所述过驱动电压的电平、持续时间或者波形形状。
15.根据前述实施例中的任一项所述的设备，还包括：存储器，其存储根据权利要求11所述的计算机程序产品；以及微处理器，其用于运行所存储的计算机程序产品。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109895947A (zh) * 2019-04-03 2019-06-18 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 船舶海水系统流体激励振动影响减弱系统及方法
CN109895985A (zh) * 2019-04-03 2019-06-18 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 船舶中央冷却器舷外海水激励换热管振动控制方法及系统
CN110015394A (zh) * 2019-04-03 2019-07-16 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法及系统
CN110015393A (zh) * 2019-04-03 2019-07-16 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法及装置

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112018075684A2 (pt) * 2016-06-14 2019-04-02 Koninklijke Philips N.V. dispositivo atuador, e método para acionar um atuador de polímero eletroativo
EP3544070A1 (en) * 2018-03-21 2019-09-25 Koninklijke Philips N.V. Actuator device and actuation method
KR102469819B1 (ko) * 2018-11-12 2022-11-21 주식회사 엘지에너지솔루션 과충전 방지가 가능한 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
JP2020162283A (ja) * 2019-03-26 2020-10-01 豊田合成株式会社 誘電エラストマーアクチュエータの駆動方法及びアクチュエータ装置
DE102019205676A1 (de) 2019-04-18 2020-10-22 Robert Bosch Gmbh Krafttrainingsgerät
JP7145373B2 (ja) * 2019-06-19 2022-10-03 豊田合成株式会社 アクチュエータ装置、電圧波形の作成方法、電場応答性高分子アクチュエータの駆動方法、及びプログラム
WO2021131584A1 (ja) * 2019-12-27 2021-07-01 株式会社フジキン 流量制御装置および流量制御方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0995599A2 (en) * 1998-10-20 2000-04-26 Nec Corporation Driving circuit for ink jet printing head
US20020175594A1 (en) * 2001-05-22 2002-11-28 Sri International Variable stiffness electroactive polymer systems
US20030067245A1 (en) * 2001-10-05 2003-04-10 Sri International Master/slave electroactive polymer systems
JP2004144221A (ja) * 2002-10-25 2004-05-20 Advics:Kk 自動クラッチ制御装置
JP2005253212A (ja) * 2004-03-04 2005-09-15 Taiheiyo Cement Corp 精密位置決め装置及びその制御パラメータ調整方法
EP1612922A1 (en) * 2004-07-02 2006-01-04 Seiko Epson Corporation Method and apparatus for driving a piezoelectric actuator using frequency sweeping
US20120086366A1 (en) * 2009-02-19 2012-04-12 Auckland Uniservices Limited System and method for dynamic self-sensing of dielectric elastomer actuators
WO2012122438A2 (en) * 2011-03-09 2012-09-13 Bayer Materialscience Ag Electroactive polymer actuator feedback apparatus system, and method
CN103227619A (zh) * 2012-01-25 2013-07-31 国际商业机器公司 可切换滤波器和设计结构

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000023474A (ja) 1998-07-01 2000-01-21 Isuzu Motors Ltd 圧電アクチュエータ及びそれを用いた燃料噴射装置
WO2001065615A2 (en) * 2000-02-23 2001-09-07 Sri International Biologically powered electroactive polymer generators
DE102008001971A1 (de) 2008-05-26 2009-12-03 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Diagnose eines Lastabfalls
US8427115B2 (en) * 2008-07-08 2013-04-23 Toshiba Tec Kabushiki Kaisha Driving device for capacitance type actuator and driving device for ink jet head
KR101005537B1 (ko) * 2008-09-18 2011-01-04 전남대학교산학협력단 선택적으로 성장한 복 수개의 전극판을 갖는 고분자 작동기및 제조방법
JP2010220297A (ja) * 2009-03-13 2010-09-30 Seiko Epson Corp 圧電駆動装置、圧電駆動方法および電子機器
US8405649B2 (en) 2009-03-27 2013-03-26 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Low voltage driver scheme for interferometric modulators
US8304960B2 (en) * 2009-10-29 2012-11-06 New Scale Technologies Methods for reducing power consumption of at least partially resonant actuator systems and systems thereof
BR112013005408A8 (pt) * 2010-09-09 2018-04-03 Koninklijke Philips Nv Acionador e método de fabricação do acionador
JP5288417B2 (ja) 2010-12-17 2013-09-11 国立大学法人信州大学 収縮型ゲルアクチュエータの制御方法
EP2469089A1 (en) 2010-12-23 2012-06-27 Debiotech S.A. Electronic control method and system for a piezo-electric pump
US8791799B2 (en) 2012-02-01 2014-07-29 Immersion Corporation Eccentric rotating mass actuator optimization for haptic effects
US9183710B2 (en) * 2012-08-03 2015-11-10 Novasentis, Inc. Localized multimodal electromechanical polymer transducers
KR101696127B1 (ko) * 2012-10-05 2017-01-12 노키아 테크놀로지스 오와이 장치 및 관련 방법
US8866601B2 (en) 2013-02-05 2014-10-21 Immersion Corporation Overdrive voltage for an actuator to generate haptic effects
US9469078B2 (en) 2013-03-15 2016-10-18 Westrock Shared Services, Llc Methods and apparatus for forming a reinforced container
WO2014160757A2 (en) * 2013-03-26 2014-10-02 Bayer Materialscience Ag Independent tunig of audio devices employing electroactive polymer actuators
KR102062261B1 (ko) 2013-08-08 2020-02-20 한국전자통신연구원 스펙클 저감을 위한 능동형 확산자 및 이러한 능동형 확산자를 갖는 레이저 디스플레이 장치
KR101667107B1 (ko) * 2014-08-12 2016-10-18 한국표준과학연구원 고주파와 저주파를 갖는 입력전압파형을 공급하기 위한 액추에이터 구동장치, 그 액추에이터 구동장치를 이용한 촉각피드백 생성장치 및 생성방법

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0995599A2 (en) * 1998-10-20 2000-04-26 Nec Corporation Driving circuit for ink jet printing head
US20020175594A1 (en) * 2001-05-22 2002-11-28 Sri International Variable stiffness electroactive polymer systems
US20030067245A1 (en) * 2001-10-05 2003-04-10 Sri International Master/slave electroactive polymer systems
JP2004144221A (ja) * 2002-10-25 2004-05-20 Advics:Kk 自動クラッチ制御装置
JP2005253212A (ja) * 2004-03-04 2005-09-15 Taiheiyo Cement Corp 精密位置決め装置及びその制御パラメータ調整方法
EP1612922A1 (en) * 2004-07-02 2006-01-04 Seiko Epson Corporation Method and apparatus for driving a piezoelectric actuator using frequency sweeping
US20120086366A1 (en) * 2009-02-19 2012-04-12 Auckland Uniservices Limited System and method for dynamic self-sensing of dielectric elastomer actuators
WO2012122438A2 (en) * 2011-03-09 2012-09-13 Bayer Materialscience Ag Electroactive polymer actuator feedback apparatus system, and method
CN103227619A (zh) * 2012-01-25 2013-07-31 国际商业机器公司 可切换滤波器和设计结构

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109895947A (zh) * 2019-04-03 2019-06-18 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 船舶海水系统流体激励振动影响减弱系统及方法
CN109895985A (zh) * 2019-04-03 2019-06-18 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 船舶中央冷却器舷外海水激励换热管振动控制方法及系统
CN110015394A (zh) * 2019-04-03 2019-07-16 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法及系统
CN110015393A (zh) * 2019-04-03 2019-07-16 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法及装置
CN109895947B (zh) * 2019-04-03 2020-05-26 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 应用于船舶海水系统的流体激励振动影响减弱系统及方法
CN110015393B (zh) * 2019-04-03 2020-06-09 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 船舶中央冷却器冷却水激励换热管振动的控制方法及装置

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