TW201145770A - Electromechanical transducer with dielectric elastomer - Google Patents

Description

201145770 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種機電轉換器，其包含介電彈性體，在 其上經由磁鐵而予施加力。其亦關於觸覺指示元件中依據 本發明之轉換器的使用，以控制液體流。 【先前技術】 人類觸感包含兩部分。即觸覺和動覺感知。對工程師 而言，當需要明確表達系統回應觸感之需求時，區別兩種 知覺是重要的。因而「觸覺」表示系統與皮膚之互動，意 即幾何型態的感覺，相反的，「動覺」係指肌肉及關節的傳 出及傳入特徵，因而係指力量、動作、位置及角度。 對觸摸設備的發展而言，由於操作工作期間失去之資 訊可經由動覺及觸覺回饋的合成製造而予恢復，所以動覺 及觸覺感知的互動是重要的。例如，觸覺指示元件（tactil displays，TD )係用於產生使用者感覺之靜態模式，或手指 與觸覺指示設備表面之間無相對運動所製造之動態模式。 觸覺指示元件之需求的規劃高度取決於使用領域及環 境要求。例如，觸覺指示元件可將視覺信息轉換為觸摸刺 激，例如可觸摸之盲文腳本的例子。該等元件亦可用於例 如汽車中之信息傳輸，其中刺激的位置例如左腿可向駕駛 者指示其下次必須轉彎之方向。距離則可經由再生一種頻 率而予計算。 通常，寬譜存在於利用觸摸反饋之領域。例如，其尤 4 ⑤ 201145770 其可解決極精確之相當長距離的遙控操作工作，其可用於 經由外科手術之微技術加工部件組裝的工作，而不造成病 人組織及神經的重大傷害。進一步的例子為太空飛行，其 中經由使用太空衣中的觸覺指示元件，可將遙控機器人用 於執行太空船外的操作工作。 極為不同的解決方案存在於將任何特定能量型式轉換 為機械能。如同上一段所見，觸覺感知可以不同的方式處 理。例如，力量可具有常靜幅度，或具有震動特性。促動 器可經由單點或經由特定區域所分佈之力量，而與其環境 接觸。 機械能的轉換可使用各式基本原理予以實施。例如可 使用形狀記憶合金。進一步的原理為電動促動器原理、壓 電促動器原理、電磁流變促動器原理、靜電促動器原理， 及電活性聚合物與「ΕΑΡ」之使用。電性ΕΑΡ乙詞係指經 由電子轉移而變形之材料。ΕΑΡ群組包括例如鐵電或介電 聚合物。 具電活性聚合物之促動器的一項設計變化為薄膜執行 機構。薄膜執行機構乙詞係用於當ΕΑΡ處於剛性構架中 時，使得膜因特定靜電壓力而彎曲，因而造成線性移動。 此可與膜之預加應力相關。 在本文中，WO 2008/083325 Α1揭露以電活性聚合物 為基礎之轉換器。其經安裝預應力，故達提升之偏轉力及 /或偏轉距離。此提昇工作電位及電力輸出。再者，在匹 配轉換器特性與預設應用方面，例如常關閥，預應力可造 5 201145770 成功能優勢。改良的預應力可使用具負彈簧常數之預應 力，及/或負或零彈簣常數與具正彈簧常數之預應力的組 合，以達所需目的。 經由範例，WO 2008/083325 A1主張配置包含電活性 聚合物及預應力元件之轉換器，其中至少一預應力元件施 加具負彈簧剛性係數之預應力予電活性聚合物材料。例 如，此元件可包含磁性材料。如此一來，元件可包含與電 活性聚合物材料接觸之第一磁鐵元件，及位於固定位置並 與第一磁鐵元件保持距離之第二磁鐵元件。 該專利申請案並不細部地處理上述轉換器配置之設 計，僅概略地提及此原理。因而，仍需機電轉換器之設計 方案，其中電活性聚合物材料係經由磁力而配賦預應力。 【發明内容】 本發明因而提出一種機電轉換器，包含介電彈性體 層，其中該層具有上表面及下表面，且其中電極係配置於 該層的該上表面及該下表面之上。第一磁鐵配置於該介電 彈性體層的上表面之上，及第二磁鐵配置於該介電彈性體 層的下表面之上，其中該第一磁鐵係配置於該第二磁鐵上 方。該第一磁鐵及該第二磁鐵之間發生磁吸引力，並製造 包含這些磁鐵之配置。 該第一磁鐵及該第二磁鐵相對於置於其間之該介電彈 性體層部分係配置於固定位置，其中該介電彈性體層至少 固定在兩點，從該層面積擴展的方向看去，係在包含該第 ⑧ 201145770 一磁鐵及該第二磁鐵（14)之配置對面。 第三磁鐵配置於包含該第一磁鐵及該第二磁鐵之配置 下方，並於該配置上施加磁力。包含該第一磁鐵及該第二 磁鐵之該配置可相對於該第三磁鐵而移動。 經由範例，機電轉換器可為促動器、感應器或發電機。 為了清晰的緣故，本發明於下文中一般均描述為促動器。 然而，本發明不侷限於此。 依據本發明之轉換器包含介電彈性體層。該等彈性體 經由電場之應用而改變其形狀。再者，當施予電場時，介 電彈性體之彈性模量減少。用比喻地，彈性體變得較軟。 適當的介電彈性體尤其是聚胺酯彈性體，以及聚矽氧彈性 體、氟聚合物、苯乙烯、烯烴共聚物及丙烯酸酯彈性體。 介電彈性體層之厚度較佳地2 20 μιη至$ 150 μιη，更佳 地 > 65 μιη 至£ 75 μπι。 電極係配置於介電彈性體層的上表面及下表面之上。 電極係完全、幾乎完全或僅部分覆蓋介電彈性體的上及下 表面。此導致建構板電容器。因而當電極之間施予電場時， 便發生彈性體層的厚度收縮及面積擴大。電極可直接用於 介電彈性體層。其亦可於彈性體及電極之間額外提供進一 步的層，例如黏接層，以便改善電極至彈性體之附著。經 由範例，薄敷碳黑或相應彈性電性傳導聚合物亦可用做電 極材料。電極部分覆蓋彈性體之形成，係因彈性體的邊緣 及/或彈性體的中央無電極所致。 再者，第一磁鐵係位於介電彈性體層之上表面，第二 201145770 磁鐵則位於下表面。磁鐵可直接配置於鄰近彈性體層。如 此一來’電極僅部分覆蓋彈性體之上及下表面，而在彈性 體及磁鐵之間可更進—步有多層，例如電極，即，若電極 疋全或幾乎完全覆蓋彈性體之上及下表面，磁鐵便暴露於 電極之上。如此一來’第一磁鐵便配置於第二磁鐵之上， 並較佳地集巾於第二磁鐵之上。磁鐵之磁極被定位以便第 一及第二磁鐵彼此吸引。如此一來，便獲得包含第一及第 一磁鐵之配置，其可有利地用於描述依據本發明之轉換器 中個別元件之相對位置。 第一及第二磁鐵較佳地配置在相對於位於其間之介電 彈f生體層。卩刀的固定位置，僅藉由發生於這些磁鐵之間的 吸引力。此可理解表示這些磁鐵在介電彈性體層之上無法 :動’至少在依據本發明之轉換器的正常作業期間如此。 二然’本發明包括下列狀況，其中當彈性體層偏斜時 3磁鐵之配置便依循該偏斜。 t電彈性體層在其面積擴大之方向S固定的。此於 2電場時侷限面積擴大。此固定發生在至少兩點，其與 :第及第二磁鐵之配置相對。其較佳地多於兩點，甚 h佳地提供圓周接著包含第—及第二磁鐵之配置 疋位於圓周固定的幾何中心點。 配再者，第三磁鐵係配置於包含第一磁鐵及第二磁鐵 式置之下，並施加磁力於該配置之上。該磁力可為吸引 =排斥力。此導致介電彈性體層被施予預應力。第二 交佳地相對於包含第一及第二磁鐵之配置而集中。 ⑧ 8 201145770 依據本發明之轉換器中磁鐵可為永久磁鐵。適當永久 磁鐵之範例為輯獅鐵（鈥錢）及釤制t再者， 磁，可為電磁鐵’何所需之永久磁鐵及電磁鐵之組合， 句=可行的。永久磁鐵基本上是有利的，因為預期無來自 電机之干擾。已提及之鈥磁鐵較佳，因其較小的實體大 及缺少額外接觸及控制電流。 取後，本發明提供包含第一磁鐵及第二磁鐵之配置， 可=對於第三磁鐵移動。特別是，此意即#第三磁鐵處於 固定位置時’例如在外罩中，包含第—及第二磁鐵之配置 及置於第一及第二磁鐵之間的介電彈性體層因而亦可移 動。移動之方向主要為發生於配置及第三磁鐵之間之磁 的方向。 現在將簡要說明依據本發明之轉換器的原理。電壓施 予電極，因而導致電場通過介電彈性體。目標係為高電壓 但低電流位準。適當之電壓可介於1000伏特至10000伏特 之間。此導致介電彈性體層之面積方向的擴大。由於彈性 體層是固定的，該擴大造成該層的彎曲。 此彎曲使該層可沿發生於第三磁鐵及包含第一及第二 磁鐵之配置之間的磁力之方向移動。當然，包含第一及第 二磁鐵之配置同時移動，因其配置在相對於置於第—及第 一磁鐵之間之介電彈性體層部分的固定位置。此使其可產 生促動器。 當電場關閉時’系統便回復至其初始狀態。特別適當 之切換頻率係介於100 Hz及200 Hz之間。人類觸覺成覺 201145770 器官的敏感性在此頻率範圍特別高。 較大:::=;::彈:土=，達成 磁鐵的優點為其允許簡單接合介電彈性體層。^二 居中’且進-功能元件’例如指*針或機械㈣可連動 上者（第一磁鐵）。因為使用兩磁鐵，最後力量亦可經於 三磁鐵而施加於其上。 第 .若目標為參考直角座標系統而描述依據本發明之轉換 器，那麼介電彈性體層應置於Xy平面，而第一及第二磁鐵 之偏斜方向為Z方向。 一 上列已說明一種方式，其中使用機電轉換器系統中包 含第一及第二磁鐵以及作用於其上之第三磁鐵的個別磁鐵 系統。然而’在相同的介電彈性體層上亦可使用複數個該 等系統。 ^ 在依據本發明之轉換器的一實施例中，該轉換器包含 複數個具第一及第二磁鐵之配置’其中每一配置可經由電 極而個別控制。複數個第一磁鐵係置於介電彈性體層之上 表面上’且與其吸引之第二磁鐵係置於該層的下表面上， 如此开> 成個別磁鐵系統。對包含第一及第二磁鐵之每一配 置而言’經由共同磁鐵、複數個第三磁鐵或單一第三磁鐵， 可達成作用於這些系統上之第三磁鐵的預應力。 亦可經由電極而個別控制每一該等配置。此意即環繞 個別配置之介電彈性體層的區域可具有由電極施予之電 場，其係與環繞其他配置之介電彈性體層的區域無關。 201145770 多重，動器系統乃以四促動器系統為例。 第：:鐵磁鐵接合單一介電彈性體層之上表面’四個 第一磁鐵則接合下表面。在每一狀況下，第一 個 磁鐵彼此相吸，因而相對於置於t 第一 三磁鐵配置於包含第—及第二磁鐵之每-配 置下的cu位置，並於各配置上施加排斥磁力。 每一配置具有—對電極，其可施加 ΐ : Π Ϊ體層部分。經由範例’矩陣控二用::二。 虽電壓施予-電極對時，受這些電極影 的區域便發生厚度收縮及面積方向擴大。 彈丨體層 彈性體層由於整體介電彈性體層固定及未受電極 場影響的彈性體層區域而局部.彎曲。此允許包含第 】 二磁鐵之相關磁鐵系統由於與其結合之第三磁鐵 偏斜，例如發生向上移動。 J叫 在依據本發明之轉換器的進一步實施例中，介電彈性 體層係固定在配置於該層之上的第一環與配置於該 的第二環之間’且在第—環之上表面及第二環之下表 各具有彼此相疊配置之磁鐵，並施加引力予另 鐵。這些環不必然需為圓形，甘介叮炎城 心確 金香，7 其亦可為_或四邊形周長。 事實上，核」乙詞應理解為表示封閉的周界。 配置於彈性體層上方之第一環及配置 係彼此相對固定。此固定可由各式 署第-裱 黏合。 、有次不具有螺母、鉚釘、夾合或 201145770 另一方面，配置於彈性體層上方之第一環及配置於下 方之第二環具有磁鐵。如此一來，第一環在其上表面之上 具有磁鐵，也就是說在彈性體層的相對側上。相應地，第 二環在其下表面之上具有磁鐵，也就是說在彈性體層的相 對側上。第一環及第二環中之磁鐵經配置使得第一環中一 磁鐵及第二環中一磁鐵彼此相吸，結果這些環朝向彼此吸 近。 這些環的使用使其可固定介電薄膜與電極，此使得不 需鑽孔或鑿穿薄膜或電極，便可彼此接觸。經由例如螺絲 或鉚釘等附著裝置鑽孔或鑿穿薄膜，其耐久性及因而其壽 命便會減少。夾箝增加裝置所需空間，而膠黏劑可化學攻 擊薄膜。使用磁鐵因而增加薄膜壽命，並減少裝置所需空 間。然而，亦可使用機械附著裝置。 該専環朝向彼此的最佳吸引可經由交替各環之上磁鐵 的極性而予達成。一個範例為第一環上極性順序：北_南_ 北-南，而第二環上極性順序：南_北_南_北。 第一％及第一環有利地在其外緣具有一切口。該切口 至少應存在於面對彈性體層之環的部分。若這些環經配置 使得切口彼此相疊，那麼彈性體層及電極此時便可伸出。 此允許輕易地與電極接觸。 在依據本發明之轉換器的進一步實施例中，介電彈性 體=經由-環而固定於其上表面及/或下表面之上，其令 該環為磁性及至少在其表面上為電氣傳導，且其中該環亦 與電極電性接觸1 (些）環不必然需為圓形，其亦可為 ⑧ 12 201145770 乙詞應理解為 例如具有橢圓或四邊形周長。事實上，「環」 表示封閉的周界。 由於整個環為磁性，在彈性體層或電極上並 負載。進一步的優點為經由邊界便可輕易地與電極接觸: 當然，將彈性體層固定於另一侧之對應件同樣地可為該等 磁性環。接著選擇兩磁鐵之磁性，以使其彼此相吸:〜 在依據本發明之轉換器的進一步實施例中，面對第一 磁鐵及/或苐一磁鐵之第三磁鐵的區域，小於面對第三磁 鐵之第一磁鐵及/或第二磁鐵的區域。例如，在圓柱形永 久磁鐵的例子中，第三磁鐵之直徑將小於第一及/或第二 磁鐵之直徑。大小比例表示包含第一及第二磁鐵之磁鐵系 統的結果區域，大於第三磁鐵的結果區域。此使其玎避免 妨礙包含第一及第二磁鐵之配置上的傾斜力矩。配置的傾 斜可導致膜損害甚至破裂。 已描述之依據本發明之轉換器的實施例，其中面對第 一磁鐵及/或第二磁鐵之第三磁鐵的區域，小於面對第三 磁鐵之第一磁鐵及/或第二磁鐵的區域，亦可不具指示針 及殼體部而予操作。在殼體部可由例如塑料、金屬或玻璃 組成之蓋取代的實施例中，其仍僅需吸收外部力量或免除 外部影響。在具有指示針之實施例巾，殼體部亦用於吸收 其作業結果之轉換器内部發生之力量及/或轉矩。缺少指 示針使得依據本發明之轉換Μ製造地較其他實施例中平 坦。此外，其不需本實施例中兩環之上部，結果其键構町 更加平整。 13 201145770 包含第一及第二磁鐵之磁鐵系統之面對第三磁鐵之表 面的結果區域之適當比例，特別是2 1.5:1至$ ι〇:ι，較 是2 2:1至S 5:1。 地 在依據本發明之轉換器的進一步實施例中，面斜第_ 磁鐵之第一磁鐵的區域大於或小於面對第一磁鐵之第_、 鐵的區域。例如，在圓柱形永久磁鐵的例子中，筮 中一磁鐵 之直徑將大於第二磁鐵之直徑。這些尺寸比例使其可降 包含第一及第二磁鐵之配置的移動質量。 - 面對第二磁鐵之第一磁鐵的區域之適當比例，特別a > 1.5:1至$ 10:1，較佳地是> 2:1至$ 5:1。在相對的情況下〜 面對第一磁鐵之第二磁鐵的區域之適當比例，特別是> 1.5:1至£ 10:1，較佳地是& 2:1至$ 5:1。 〜 在依據本發明之轉換器的進一步實施例中，介電彈性 體層較佳地包含具2 0.1 MPa至$ 1 MPa之彈性模量的聚胺 酯。彈性模量可於依據DIN標準53457之拉伸實驗中判 亦可介於2 0.2 MPa 至$ 0.9 MPa ’ 或2 0.3 MPa 至$〇.8 MPa 之範圍。其較佳地用於介電彈性體，其較佳地為聚胺酯，a 以具有2 2特別是& 1〇之介電常數。其接著產生軟彈性聚胺 酯，具有高崩潰電場強度及高電阻，同時具有良好機械* 性。 在依據本發明之轉換器的進一步實施例中，至少一電 極之材料包含具碳黑及聚合物多元醇之混合物。此使其可 產生彈性電極。適當的碳黑為例如冠以KetjenWack⑧及 HiBlack®者。碳黑粒子的平均直徑較佳地介於& l〇 至$ 201145770 50 nm之範圍。特佳的是使用兩類碳黑之混合物，其中一類 碳黑具有2 28 nm至£ 32 nm之平均粒子直徑，另一類碳黑 具有2 13 nm至£ 25 nm之平均粒子直徑。這些類梨的碳黑 可以1:1的重量比混合。 一種特佳的多元醇特別是聚丙烯乙二醇，依據DIN 53240其具有> 3900 g/mol至$ 4100 g/mol之分子量平均數 值’及2 26 mg KOH/g至S 30 mg KOH/g之羥值。多元醇及 碳黑可方便地碾磨在一起，以產生電極製劑。碳黑對多元 醇之質量比較佳地為2 1:10至S 1:20，更佳地為> 1:14至5 1:16。實驗中已發現具上述材料之電極特佳地具有超過5 kV之崩潰電壓。 在依據本發明之轉換器的進一步實施例中，電極僅配 置於介電彈性體層中轉換器其他元件未接觸其兩側之部 分。經由範例，置於第一及第二磁鐵之間之彈性體層區域 不具電極。另一範例則關於彈性體層固定於兩環之間的情 況。被環覆蓋之彈性體層區域接著移除電極。該等配置之 優點在於減輕可能易碎電極層上的機械負載。 磁 在依據本發明之轉換器的進一步實施例中，殼體部係 配置於第一磁鐵之移動方向，該殼體部在面對第一磁鐵側 具有凹處以容納第〆磁鐵’、再者，其中凹部之直徑隨著與 第一磁鐵之距離增加而遞減。此使其可減少介電彈性^ 偏斜之摩擦，及第一及第二磁鐵相連處之摩擦。在第_ θ 鐵向上移動期間，磁鐵邊緣及凹處邊緣之間^略微^觸。 該等凹部的一個範例為圓形凹部，其直徑隨著深产拗力而 15 201145770 減少。該直徑起初可略大於第一磁鐵之直徑，以便獲得較 佳的引導。隨著深度增加，該直徑接著逐漸變小，直至其 小於第一磁鐵之直徑為止。凹部邊緣可經設計而使其戴面 輪廓為例如線性，或四分之一圓的形狀。 在依據本發明之轉換器的進一步實施例中，第一磁鐵 具有指示針，再者，指示針具有開孔，穿過該指示針。指 示針亦隨著介電彈性體層之偏斜及包含第一及第二磁鐵之 配置的偏斜而偏斜。基於孔洞的位置，液體可流通或被阻 塞。此使其可達成閥功能性。 本發明的進一步主題為觸覺指示元件，包含依據本發 明之機電轉換器。特別是，指示元件可包含多個依據本發 明之個別控制轉換器做為促動器。該等指示元件的一個使 用領域為例如盲文腳本的再生。依據本發明之觸覺指示元 件亦可用於行動電話，或做為例如汽車中的控制元件，其 中指示區域的表面對觸摸做出反應，且觸覺回饋因而模擬 按鈕的各式觸摸效果，取決於震動的形狀、頻率及期間。 此優點在於其並未占去使用者的全部心力，因而使其用於 汽車或控制機器時，可達較佳的安全性。 ^理論上，具力量回饋之觸覺指示元件可同樣地用於所 謂=虛擬實境」系統，不論其在遊戲開發中係模擬想像或 真實環境，或為進行遙控工作時感覺或觸摸對象。震動因 而可用於代表表面狀態，其中例如當模擬平滑表面時，促 動器的回饋係以高頻控制。進一步的使用領域為醫學領 域，特別是做為視覺障礙者的手部或腳部觸覺顯示。 201145770 本發明的進一步主題為液體閥裝置，包含依據本發明 之機電轉換器。如此一來，適於包含第一及第二磁鐵之配 置的閉鎖裝置，可控制液體流動。閥可經設計使得藉介電 彈性體膜之預應力而具有安全功能。如此一來，對於電極 控制電壓失效之特定狀況，閥係處於個別安全的位置。經 由範例，冷卻液閥可保持在開啟位置，燃料閥則處於關閉 位置。 本發明的進一步主題為液體進給設備，包含依據本發 明之機電轉換器。依據本發明之促動器例如可用做泵。其 亦可建構一配置，包含依據本發明之轉換器做為閥，及依 據本發明之其他促動器做為泵。 當然，用於觸覺指示元件之依據本發明之機電轉換 器、用於液體之閥裝置及用於液體之進給設備的使用，同 樣地在本發明之範圍内。 【實施方式】 圖1顯示依據本發明之轉換器，其可較佳地用做觸覺 指示元件。介電彈性體層10於其上表面具有電極11，及其 下表面具有電極12。再者，第一磁鐵13係配置於層10之 上，第二磁鐵14係配置於層10之下。如此一來，磁鐵13 及14彼此相吸。以此方式，其係固定於層10之上。再者， 指示針16係置於第一磁鐵13之上。 電極11、12並未完全覆蓋彈性體層10。在磁鐵13及 14置於彈性體層10之上處，便無電極11、12。彈性體層 17 201145770 10連同電極11、12經由夾在上環19及下環20之間而固定 在其邊緣。此侷限了各側在面積方向的擴大。 在外部，依據本發明之轉換器係以具有第一下殼體部 22及第二上殼體部23之外殼為界。第三磁鐵15係配置於 下殼體部22之凹部中的固定位置。磁鐵13、14及15彼此 垂直集中。再者，第一及第二磁鐵13、14之直徑大於第三 磁鐵15之直徑。第三磁鐵15之磁極經排列使得以施加排 斥效果予具第一及第二磁鐵13、14之磁鐵系統。 凹部17及開孔18係位於面對第一磁鐵13側之上殼體 部23。凹部17於向上垂直移動期間用於容納第一磁鐵13， 並具有適當尺寸以遂此目的。在垂直向上移動之後，指示 針16突出穿過開孔18並可觸摸到。 當電壓施予上電極11及下電極12之間時，介電彈性 體層藉由厚度收縮及面積方向擴大而做出反應。由於層10 係夾在環19及20之間的邊緣，此造成層被壓縮。 因為層10機械耦合至磁鐵13、14之結果，層10依循 磁鐵13、14向上移動，該移動係由第三磁鐵15之排斥磁 力造成。上蓋23之下的空腔21具有尺寸使得以達成層10 及與層10和針16相連之磁鐵13、14的最大偏斜。 在向上移動期間，針16通過開孔18。開孔亦做為引 導，並可引領磁鐵系統相對於傾斜力矩而穩定。一旦凹部 17容納第一磁鐵13，便可達成類似的響應。當通過層10 之電場不再存在時，層10便沿面積方向收縮，具磁鐵13 及14和針16之配置便回至原始位置。 201145770 圖1a顯示圖1中所示依據本發明之轉換器的修改。在 f la中所示依據本發明之轉換器中，電極11、12完全覆 蓋彈性體層10。電極11、12亦置於磁鐵13及14於彈性體 層10上所在處。 圖2顯示依據本發明之轉換器的細部圖。介電彈性體 層10連同電極固定於上環19及下環20之間。此處顯示上 電極11 °上磁鐵13連同指示針16配置於層10中央。上環 及下環2〇各具有切口，暴露彈性體層1〇及置於其上之 電極。此使得極易接觸固定彈性體層10上之電極。 磁鐵30、31、32、33係置於上環19之上表面凹處的 ^疋位置。由於斜視圖之透視，圖式並未顯示同樣置於下 環20之下表面的磁鐵。其係垂直居中配置於各磁鐵30、 31、32、33之上。兩環19、20之磁鐵於其他各環之對應件 上施加引力。此產生相對於彼此而掌握兩環19、20之力， 因而固定介電層1〇。 正如已經提到的，其有利地交換各環中磁鐵極性的順 序。例如’面對層10之磁鐵30側可為磁鐵北極，而鄰近 的磁鐵31之相應側可為磁鐵南極等等。為接觸電極，兩環 19、20具有切口，層10及電極突出於外。 _ 圖3顯示依據本發明之轉換器的分解圖。上列已說明 凡件及參考符號。下外殼蓋22及上外殼蓋23經由螺母及 螺裎而彼此相連。經由外殼蓋，其餘壓力可施加予環19、 20，結果介電彈性體層10固定地更緊實。下外殼蓋22中 凹40用於將第三磁鐵1 $容納於固定位置。下環蓋η中 201145770 10上電極接 未配賦參考符號之進一步切口，提供電纜與屛 觸之空間》 ^曰 如圖4中所示，依據本發明之轉換 器。差異在於則-磁鐵二= 應件更寬闊、平坦。下部之第二磁鐵14同 平坦。此設計使其可在層1G的偏斜期間減少移 動質r同0夺，包含第一磁鐵13及第二磁鐵14之配置仍 較第三磁鐵15具有更大的有效區域’因而使系統相對於傾 斜力矩而穩定。 圖4a顯不圖4中所示依據本發明之轉換器的修改。在 圖4a中所示依據本發明之轉換器中，電極11、12完全覆 蓋彈性體層1(N電極11、12亦置於磁鐵13及14於彈性體 層10上所在處。 圖5顯示為減少及避免層10及與層10相連之磁鐵 13、14之不希望的摩擦之選配。此處所示依據本發明之轉 換器大部分相應於圖1中所示之轉換器。一項差異在於希 望容納第一磁鐵13之凹部17的邊緣是圓形的。此造成在 磁鐵13向上移動期間，磁鐵13邊緣與凹部17邊緣僅略微 接觸。 磁鐵之厚度已調整使得以達到層10偏斜期間所需的接 觸程度。進一步優點為凹部17邊緣的圓形亦形成對磁鐵13 導引，如此一來，便可補償橫向傾斜而回歸水平。 圖5a顯示圖5中所示依據本發明之轉換器的修改。在 圖5a中所示依據本發明之轉換器中，電極η、12完全覆 201145770 蓋彈性體層10。電極11、12亦置於磁鐵13及14於彈性體 層10上所在處。 圖6描繪用於控制液體之依據本發明之轉換器的可能 用途。此處所示依據本發明之轉換器大部分相應於圖1中 所示之轉換器。一項差異在於可供液體流通之開孔60置於 指示針16中。此形成閥，可允許液體流通開孔18，或阻塞 流動，取決於介電彈性體層10及其末端與介電彈性體層10 柄合之指示針16的偏斜。 指示針16中開孔的位置經選擇，使得當層10處於無 電場作用之其他位置時，流路便被關閉。此可用做當目標 為於電力故障事件中截斷液體流時之安全裝置。 圖6a顯示圖6中所示依據本發明之轉換器的修改。在 圖6a中所示依據本發明之轉換器中，電極11、12完全覆 蓋彈性體層10。電極11、12亦置於磁鐵13及14於彈性體 層10上所在處。 圖7a-c顯示用於固定彈性體層之環的進一步發展。圖 7a中所示之環70為塑膠環，用於電氣絕緣。開孔71併入 環70中。環70之内側設有圓周凸部72，用做容納内環之 相對軸承。 圖7b中描繪内環73,為具電性傳導表面之永久磁鐵型 式。内環73同樣地具有開孔74。 圖7c顯示内環73如何嵌入70。孔洞71、74彼此相疊， 因而允許例如電線通過環配置。經由範例，此處所示環配 置可取代圖2中所示元件中環19、20或其中之一。内環73 21 201145770 易接近的部分接著與電極接觸。 圖8顯示依據本發明之轉換器，其不具指示針16及環 19。此配置允許依據本發明之轉換器得以製造地遠較具指 示針16及環19之實施例中的轉換器更為平坦。磁鐵30、 32係以斷面的型式描繪。 圖8a顯示圖8中所示依據本發明之轉換器的修改。在 圖8a中所示依據本發明之轉換器中，電極11、12未完全 覆蓋彈性體層10。磁鐵13及14於彈性體層10上所在處並 無電極11、12。 【圖式簡單說明】 本發明將參照下列圖式而予更詳細之說明，但並非侷 限於此，其中： 圖1顯示依據本發明之轉換器； 圖la顯示依據本發明之進一步轉換器； 圖2顯示兩環間ΕΑΡ膜之固定； 圖3顯示依據本發明之轉換器的分解圖； 圖3a顯示依據本發明之進一步轉換器的分解圖； 圖4顯示依據本發明之進一步轉換器； 圖4a顯示依據本發明之進一步轉換器； 圖5顯示依據本發明之進一步轉換器； 圖5a顯示依據本發明之進一步轉換器； 圖6顯示依據本發明之進一步轉換器； 圖6a顯示依據本發明之進一步轉換器； 22 ⑧ 201145770 圖7a-c顯示用於固定彈性體層之環的進一步發展； 圖8顯示依據本發明之進一步轉換器；及 圖8a顯示依據本發明之進一步轉換器。 【主要元件符號說明】 10 層 11、12 電極 13 第一磁鐵 14 第二磁鐵 15 第三磁鐵 16 指示針 17、40 凹部 18、60、7卜 74 開孔 19 上環 20 下環 21 空腔 22 下殼體部 23 上殼體部 30 、 31 、 32 、 33 磁鐵 70 環 72 圓周凸部 73 内環 23

Claims (1)

1. 201145770 七、申請專利範圍： 1. 一種機電轉換器，包含一介電彈性體之一層（1〇)，其中 該層（10)具有一上表面及一下表面，且其中電極（11、 π)係配置於該層（1〇)的該上表面及該下表面之上，其 特性在於： ^ 一第一磁鐵（13 )係配置於該介電彈性體之該層（1 〇 )的 該上表面之上； 一第二磁鐵（14)係配置於該介電彈性體之該層（1〇) 該下表面之上； 其中該第一磁鐵（13)係配置於該第二磁鐵（14)上方； 其中該第一磁鐵（13)及該第二磁鐵（14)之間發生磁吸 引力，並產生包含這些磁鐵（13、14)之配置； 其中該第一磁鐵（13)及該第二磁鐵（14)相對於置於其 間之該介電彈性體的該層（10)部分係配置於一固定位置； 其中S亥介電彈性體的該層（10)固定於至少兩點，從該層 (10)面積擴展的方向看去，係在包含該第一磁鐵（13) 及該第二磁鐵（14)之配置對面；及 一第三磁鐵（15)係配置於包含該第一磁鐵（13)及該第 二磁鐵（14)之配置下方，並於該配置上施加一磁力；及 該配置包含該第一磁鐵（13)及該第二磁鐵（14)可相對 於該第三磁鐵（15)而移動；及 該第三磁鐵（15)面對該第一磁鐵（13)及/或該第二磁 鐵（14)之該區域小於該第一磁鐵（13)及〆或該第二磁 鐵（14)面對該第三磁鐵（15)之該區域。 ⑧ 24 201145770 2.如申請專利範圍第1項之機電轉換器，包含複數個包含第 一（13)及第二（14)磁鐵之配置，其中每一配置可個別 經由該電極（11、12)予以控制。 3. 如申請專利範圍第1項之機電轉換器，其中該介電彈性體 之該層（10)係固定在配置於該層（1〇)上方之一第一環 (19)以及配置於該層（1〇)下方之一第二環（2〇)之間。 4. 如申請專利範圍第3項之機電轉換器，其中在該第一環 09)之上表面及該第二環（2〇)之下表面，各具有一個 或多個彼此疊置的磁鐵（30、31、32、33)，並在另一環 中的該磁鐵上施加吸引力。 义 5. 如申請專利範圍第！項之機電轉換器，其中該介電彈性體 之該層玉10)的上表面及/或下表面之上的固定係由一環 (73)完成，其中該環至少在其表面為磁性及電性傳導， 及其中該環進一步與一電極（1卜12)電性接觸。 6.,申睛專利範圍第！項之機電轉換器’其中該第一磁鐵 磁鐵3 該第二磁鐵（14)之該區域大於或小於該第二 面對該第一磁鐵（13)之該區域。 專Γ範圍第1項之機電轉換器’其中該介電彈性體 之该層（1〇)具有-聚_生體、-聚魏彈性: 25 201145770 氟聚合物、一苯乙稀或一烯煙共聚物、或一丙稀酸g旨彈性

   8_如申請專利範圍第1項之機電轉換器，其中該介電彈性體 之該層（10)包含一聚胺酯具有2 0.1 MPa至$1 MPa彈 性模量。 9·如申請專利範圍第1項之機電轉換器，其中至少一個該電 極（11、12 )之材料包含碳黑及一聚合物多元醇之一混合 物。 10.如申請專利範圍第〗項之機電轉換器，其中該等電極 (11、12)僅配置於該介電彈性體之該層（10)部分上 且於兩侧未與該轉換器之其他元件接觸。 11. 如申請專利範圍第丨項之機電轉換器，其中一殼體部 (23)係以該第一磁鐵⑴）之移動方向配置:該殼體 部（23)在面對該第一磁鐵（13)側具有一凹部（丨 =容納該第-磁鐵⑴）’且其中該凹部之直徑進一步隨 著與該第-磁鐵（13)之距離增加而持續減少。 12. =#ίΓ範圍第1項之機電轉換器，其中該第-磁鐵 :戈 指示針(16)，且其中該指示針(16)進-步配置-開孔（60)，其貫穿該指示針（16)。 26 201145770 13. —種觸覺指示元件，其包含如申請專利範圍第1項之一 機電轉換器。 14. 一種液體閥裝置，其包含如申請專利範圍第1項之一機 電轉換器。 15. —種液體進給設備，其包含如申請專利範圍第1項之一 機電轉換器。 27