RU2577923C2 - Method for producing mechanical energy by electroactive polymer - Google Patents
Method for producing mechanical energy by electroactive polymer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2577923C2 RU2577923C2 RU2014119098/06A RU2014119098A RU2577923C2 RU 2577923 C2 RU2577923 C2 RU 2577923C2 RU 2014119098/06 A RU2014119098/06 A RU 2014119098/06A RU 2014119098 A RU2014119098 A RU 2014119098A RU 2577923 C2 RU2577923 C2 RU 2577923C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fibers
- polymer
- mechanical energy
- electroactive
- electricity
- Prior art date
Links
- 229920001746 electroactive polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 claims abstract description 17
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229920002595 Dielectric elastomer Polymers 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 239000004997 Liquid crystal elastomers (LCEs) Substances 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- ISRUGXGCCGIOQO-UHFFFAOYSA-N Rhoden Chemical compound CNC(=O)OC1=CC=CC=C1OC(C)C ISRUGXGCCGIOQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области получения механической энергии и может быть применено как силовой элемент в робототехнике, биомеханических протезах и в различного рода приводах.The present invention relates to the field of obtaining mechanical energy and can be used as a power element in robotics, biomechanical prostheses and various drives.
Известен способ получения механической энергии при помощи полимерных волокон, сворачивающихся в спираль при их нагревании. A known method of producing mechanical energy using polymer fibers, coiled into a spiral when they are heated.
Недостатком этого способа является необходимость нагревания волокон при цикле сжатия и охлаждения при цикле расслабления, что приводит к большому расходу энергии и усложняет способ. К тому же процессы нагревания и охлаждения инерционные, что негативно сказывается на быстродействии способа.The disadvantage of this method is the need for heating the fibers during the compression cycle and cooling during the relaxation cycle, which leads to a large expenditure of energy and complicates the method. In addition, the processes of heating and cooling are inertial, which negatively affects the speed of the method.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, способных под воздействием электричества деформироваться, менять свои геометрические размеры.The closest in technical essence to the claimed invention is a method for producing mechanical energy using electroactive polymers capable of deforming under the influence of electricity, changing their geometric dimensions.
Известно несколько видов электроактивных полимеров (ЭАП):Several types of electroactive polymers (EAPs) are known:
- Ионные ЭАП- Ionic EAP
- Полимерные гели (IGL)- Polymer gels (IGL)
- Ионные композиты полимер-металл (IPMC)- Polymer-metal ionic composites (IPMC)
- Проводящие полимеры (CP)- Conductive polymers (CP)
- Электронные ЭАП- Electronic EAP
- Пьезоэлектрические полимеры (РР)- Piezoelectric polymers (PP)
- Электрострикционные полимеры (ЕР)- Electrostrictive polymers (EP)
- Диэлектрические эластомеры (DE)- Dielectric Elastomers (DE)
- Жидкокристаллические эластомеры (LCE)- Liquid Crystal Elastomers (LCE)
- Аэрогели из углеродных нанотрубок (CNT)- Carbon Nanotube Aerogels (CNT)
(см. European Scientific Network for Artificial Muscles (ESNAM) http://www.esnam.eu; Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA; Dr. Yoseph Bar-Cohen http://eap.jpl.nasa.gov).(see European Scientific Network for Artificial Muscles (ESNAM) http://www.esnam.eu; Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA; Dr. Yoseph Bar-Cohen http://eap.jpl.nasa.gov).
Известный заявителю вышеуказанный способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, способных деформироваться под воздействием электричества, основан на непосредственном использовании изменения их геометрических размеров.Known to the applicant the above method of obtaining mechanical energy using electroactive polymers capable of deforming under the influence of electricity, based on the direct use of changes in their geometric dimensions.
Недостатком известного способа получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, способных деформироваться под воздействием электричества, является относительно малое изменение их геометрических размеров, явно недостаточное для решения большинства технических задач, что ограничивает сферу их применения.A disadvantage of the known method of producing mechanical energy using electroactive polymers capable of deforming under the influence of electricity is the relatively small change in their geometric dimensions, which is clearly insufficient to solve most technical problems, which limits their scope.
Технический результат заявляемого изобретения - увеличение степени деформации электроактивных полимеров, расширение сферы их применения, упрощение способа, уменьшение веса и габаритов устройства, используемого в способе.The technical result of the claimed invention is an increase in the degree of deformation of electroactive polymers, expanding the scope of their application, simplifying the method, reducing the weight and dimensions of the device used in the method.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, заключающемся в их деформации под воздействием электричества, согласно изобретению электроактивные полимеры используют в виде волокон, которые под воздействием электричества начинают сворачиваться в спираль, после отключения электричества полимерные волокна распрямляются, при этом полимерные волокна объединены в пучки и находятся в защитной эластичной оболочке, а одноименные электроды полимерных структур соединяют и выводят за ее пределы.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of obtaining mechanical energy using electroactive polymers, which consists in their deformation under the influence of electricity, according to the invention, electroactive polymers are used in the form of fibers, which, under the influence of electricity, begin to curl up, after disconnecting electricity, the polymer fibers straighten in this case, the polymer fibers are bundled and are in a protective elastic shell, and the same electrodes are polymeric Black structures are connected and taken out of it.
Отличительными признаками заявляемого способа являются новые условия для получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, а именно выполнение из них волокон. При реализации заявляемого способа было выявлено, что воздействие электричества на электроактивные полимеры в виде волокон способствует их деформации, изгибу и в результате сворачиванию в спираль. При отключении электричества полимерные волокна распрямляются. Указанная совокупность действий увеличивает степень деформации полимера, упрощает способ получения механической энергии, обеспечивает удобство и его доступность. Позволяет расширить сферу применения электроактивных полимеров (в робототехнике, биомеханических протезах, в различного рода приводах и т.д.), сократить вес и габариты устройств с их применением, упрощает их производство и эксплуатацию.Distinctive features of the proposed method are new conditions for obtaining mechanical energy using electroactive polymers, namely the implementation of these fibers. When implementing the proposed method, it was revealed that the effect of electricity on electroactive polymers in the form of fibers contributes to their deformation, bending, and as a result of folding into a spiral. When power is cut off, the polymer fibers straighten. The specified set of actions increases the degree of deformation of the polymer, simplifies the method of obtaining mechanical energy, provides convenience and its availability. It allows to expand the scope of application of electroactive polymers (in robotics, biomechanical prostheses, in various kinds of drives, etc.), reduce the weight and dimensions of devices with their use, simplifies their production and operation.
Кроме того, отличием заявляемого способа является объединение полимерных волокон в пучки и помещение в защитную эластичную оболочку (например, силиконовую), при этом одноименные электроды полимерных волокон соединяют и выводят за ее пределы. Это улучшает работоспособность устройства, реализующего заявляемый способ.In addition, the difference of the proposed method is the combination of polymer fibers in bundles and placement in a protective elastic sheath (for example, silicone), while the same electrodes of polymer fibers are connected and taken out of it. This improves the performance of the device that implements the inventive method.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, made it possible to establish a set of significant distinguishing features in relation to the technical result perceived by the applicant in the claimed method set forth in the claims.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематически изображено устройство из ионного электроактивного полимера, на фиг. 2 - работа устройства из ионного электроактивного полимера, на фиг. 3 - работа устройства из электроактивного полимера, на фиг. 4 - пучок волокон электроактивного полимера в защитной оболочке, на фиг. 5 - устройство из диэлектрического эластомера, на фиг. 6 - работа устройства из диэлектрического эластомера.The proposed method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 schematically shows a device of an ionic electroactive polymer, FIG. 2 - operation of a device made of an ionic electroactive polymer; FIG. 3 - operation of the device from an electroactive polymer, in FIG. 4 - a bundle of fibers of an electroactive polymer in a protective sheath; FIG. 5 - a device of a dielectric elastomer, FIG. 6 - operation of the device from a dielectric elastomer.
Для реализации заявляемого способа используют устройство из полимера, например ионного электроактивного, из которого выполняют волокна 1, при этом их сечение во много раз меньше их длины L1 (см. фиг. 3.). На поверхность волокон 1 с противоположных сторон наносят электроды 2 (фиг. 1). Полимерные волокна 1 объединяют в пучки и помещают в защитную эластичную диэлектрическую оболочку 3 (фиг. 4). Одноименные электроды полимерных волокон соединяют и выводят за пределы эластичной оболочки 3 (на фиг. не показан).To implement the proposed method, a device is used made of a polymer, for example, electroactive ion, from which
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Для получения механической энергии на электроды 2 подают постоянное электрическое напряжение 4. При этом сторона полимерного волокна у отрицательного электрода начинает удлиняться, когда как противоположная сторона у положительного - сокращаться, что приводит к изгибу отдельных участков полимерного волокна (фиг. 2). В силу того, что сечение волокна 1 во много раз меньше его длины L1, оно начинает сворачиваться в спираль (фиг. 3). При этом расстояние L2 между концами волокна значительно сокращается. После отключения электрического напряжения полимерное волокно 1 распрямляется, а расстояние между его концами восстанавливается. Чередуя акты сворачивания и распрямления полимерного волокна, получают механическую энергию.The proposed method is as follows. To obtain mechanical energy, a constant electric voltage 4 is applied to the
В случае использования диэлектрических эластомеров (см. фиг. 5) предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Из диэлектрического эластомера выполняют волокна 1 в виде «сэндвича», разделенного электродом 2, На поверхность волокон 1 с противоположных сторон наносят электроды 2а, 2в. Для получения механической энергии на электроды 2, 2а подают постоянное электрическое высокое напряжение одноименного знака, а на электроды 2, 2в противоположного знака. При этом электроды 2, 2а начинают отталкиваться, эластомер растягиваться, а сторона полимерного волокна между электродами 2, 2а начинает сокращаться, когда как с противоположной стороны электроды 2, 2в начинают притягиваться, эластомер сжиматься, а сторона волокна между электродами 2, 2в - удлиняться, что приводит к изгибу отдельных участков полимерного волокна (фиг. 6). Это, как и в примере с ионным электроактивным полимером, приводит к тому, что волокно начинает сворачиваться в спираль (фиг. 3).In the case of using dielectric elastomers (see Fig. 5), the proposed method is as follows. From the dielectric elastomer,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014119098/06A RU2577923C2 (en) | 2014-05-12 | 2014-05-12 | Method for producing mechanical energy by electroactive polymer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014119098/06A RU2577923C2 (en) | 2014-05-12 | 2014-05-12 | Method for producing mechanical energy by electroactive polymer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014119098A RU2014119098A (en) | 2015-11-20 |
RU2577923C2 true RU2577923C2 (en) | 2016-03-20 |
Family
ID=54552980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014119098/06A RU2577923C2 (en) | 2014-05-12 | 2014-05-12 | Method for producing mechanical energy by electroactive polymer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2577923C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU175272U1 (en) * | 2016-08-04 | 2017-11-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук | ELECTRICALLY CONTROLLED ELEMENT OF THE EXECUTIVE DEVICE BASED ON HYDROGEL |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2179363C2 (en) * | 1996-03-26 | 2002-02-10 | Пьезомоторс Уппсала Аб | Piezoelectric drive or motor, procedure of its actuation and process of its manufacture |
RU2295802C2 (en) * | 2005-05-23 | 2007-03-20 | Иван Иванович Зюзин | Piezoelectric drive of high economic efficiency |
JP2012095527A (en) * | 1999-07-20 | 2012-05-17 | Sri Internatl | Electrode and optical modulation device |
-
2014
- 2014-05-12 RU RU2014119098/06A patent/RU2577923C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2179363C2 (en) * | 1996-03-26 | 2002-02-10 | Пьезомоторс Уппсала Аб | Piezoelectric drive or motor, procedure of its actuation and process of its manufacture |
JP2012095527A (en) * | 1999-07-20 | 2012-05-17 | Sri Internatl | Electrode and optical modulation device |
RU2295802C2 (en) * | 2005-05-23 | 2007-03-20 | Иван Иванович Зюзин | Piezoelectric drive of high economic efficiency |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU175272U1 (en) * | 2016-08-04 | 2017-11-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук | ELECTRICALLY CONTROLLED ELEMENT OF THE EXECUTIVE DEVICE BASED ON HYDROGEL |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014119098A (en) | 2015-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lu et al. | Bioinspired bicipital muscle with fiber-constrained dielectric elastomer actuator | |
Jung et al. | Artificial annelid robot driven by soft actuators | |
JP5960226B2 (en) | Electrothermal actuator | |
US7056297B2 (en) | Wearable human motion applicator | |
JP6456509B2 (en) | Bi-directional actuator | |
JP5960225B2 (en) | Electrothermal composite structure and electrothermal actuator | |
JP5826361B1 (en) | Electrothermal actuator | |
EP4284149A2 (en) | Methods and mechanisms for maintaining an electro-active polymer in a pre-stretch state and uses thereof | |
JP6937099B2 (en) | Dielectric elastomer power generator | |
RU2577923C2 (en) | Method for producing mechanical energy by electroactive polymer | |
US10003281B2 (en) | Electrostatic energy harvester with improved transparency and mechanical property using two-dimensional material on ferroelectric or piezoelectric material | |
JP5960227B2 (en) | Manufacturing method of electrothermal actuator | |
CA2887991A1 (en) | Orthotropic bimorph for improved performance synthetic jet | |
Fan et al. | Predicting energy harvesting performance of a random nonlinear dielectric elastomer pendulum | |
McKay et al. | Realizing the potential of dielectric elastomer generators | |
JP6630000B2 (en) | Friction control device and method | |
Serairi et al. | Numerical modeling and simulation of ZnO nanowire devices for energy harvesting | |
KR102168312B1 (en) | Piezoelectric coaxial fiber and manufacturing method thereof | |
Livingston et al. | Charging an electronic gadget using piezoelectricity | |
Pyo et al. | Silver-nanowires coated pitch-tuned coiled polymer actuator for large contractile strain under light-loading | |
Brochu et al. | Energy conversion efficiency of dielectric elastomer energy harvesters under pure shear strain conditions | |
Behboodi et al. | An artificial skeletal muscle for use in pediatric rehabilitation robotics | |
Wu et al. | A modular twisted and coiled polymer actuator unit for robotic tentacles | |
Rase et al. | A wrist-band coupled, human skin based triboelectric generator for harvesting biomechanical energy | |
CHOI | Soft Actuator Based on Dielectric Elastomer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170513 |