Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров



Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров
Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров
Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров
Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров

 


Владельцы патента RU 2577923:

Пронькинов Игорь Трофимович (RU)

Изобретение может быть использовано в робототехнике, биомеханических протезах и в различного рода приводах. Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров заключается в использовании полимеров в виде волокон (1), которые под воздействием электричества начинают сворачиваться в спираль. После отключения электрического напряжения полимерные волокна распрямляются. Волокна (1) объединены в пучки и находятся в защитной эластичной оболочке (3). Изобретение направлено на увеличение степени деформации электроактивных полимеров, расширение сферы их применения, упрощение способа, уменьшение веса и габаритов устройства, используемого в способе. 6 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области получения механической энергии и может быть применено как силовой элемент в робототехнике, биомеханических протезах и в различного рода приводах.

Известен способ получения механической энергии при помощи полимерных волокон, сворачивающихся в спираль при их нагревании.

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.

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.

Известно несколько видов электроактивных полимеров (ЭАП):

- Ионные ЭАП

- Полимерные гели (IGL)

- Ионные композиты полимер-металл (IPMC)

- Проводящие полимеры (CP)

- Электронные ЭАП

- Пьезоэлектрические полимеры (РР)

- Электрострикционные полимеры (ЕР)

- Диэлектрические эластомеры (DE)

- Жидкокристаллические эластомеры (LCE)

- Аэрогели из углеродных нанотрубок (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).

Известный заявителю вышеуказанный способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, способных деформироваться под воздействием электричества, основан на непосредственном использовании изменения их геометрических размеров.

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.

Технический результат заявляемого изобретения - увеличение степени деформации электроактивных полимеров, расширение сферы их применения, упрощение способа, уменьшение веса и габаритов устройства, используемого в способе.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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).

Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, заключающийся в их деформации под воздействием электричества, отличающийся тем, что электроактивные полимеры используют в виде волокон, которые после воздействия электричества начинают сворачиваться в спираль, после отключения электрического напряжения 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к пьезоэлектрическому генератору достаточной мощности в виде прозрачной полимерной пьезопленки, которая может быть встроена в экран мобильного устройства и подзаряжать аккумулятор во время эксплуатации мобильного устройства при касании экрана.

Использование: для неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния конструкционного материала. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой пьезопреобразователь содержит корпус с нанесенным на его внутреннюю поверхность демпфирующим слоем и расположенную в корпусе призму, демпфер, соединенный с корпусом, и соединенный с демпфером пьезоэлемент, установленный на призме, при этом в основании призмы дополнительно установлены плоскопараллельные прямоугольные металлические пластины с прокладками между ними, причем металлические пластины имеют разные высоты и образуют ступенчатую пирамиду, а размеры плоскопараллельных прямоугольных металлических пластин выбирают исходя из определенных условий.

Изобретение относится к пьезоэлектронике. Сущность: рабочее тело высоковольтного генератора представляет собой инерционную массу и пакет из пластин поляризованных композиционных сегнетоэлектрических материалов с высокими значениями пьезоэлектрического коэффициента напряжения и заданной для каждой пластины прочностью на сжатие.

Изобретение относится к пьезоэлектрическим датчикам и может быть использовано, в частности, в системах диагностики автомобиля и системах автосигнализации. Сущность: датчик включает пьезоэлектрическое рабочее тело и систему регистрации.

Изобретение относится к электронной технике, а именно: к области создания магнитоэлектрических преобразователей, применяемых в качестве основы для датчиков магнитных полей, устройств СВЧ-электроники, основы для технологии магнитоэлектрической записи информации и для накопителей электромагнитной энергии и энергии вибраций.

Изобретение относится к способу изготовления акустооптических модуляторов. .

Изобретение относится к устройствам для преобразования энергии переменного электрического поля посредством обратного пьезоэффекта в механическую энергию упругих резонансных колебаний ультразвуковой частоты.

Изобретение относится к области ювелирной промышленности, а более конкретно к украшениям, носимым на теле человека, имеющим подвижный декоративный элемент. Устройство для приведения в движение подвижных элементов украшений, носимых на теле человека, содержит тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в двух разных точках пространства в движение декоративного(ных) элемента(ов).

Изобретение относится к устройствам, преобразующим тепловую энергию в механическую, а более конкретно к тепловому приводу, обеспечивающему утилизацию тепла отводящих газов котельной и использование их энергии для привода, например конвейера удаления шлама.
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, предназначенных преимущественно для районов с низкими температурами. Двигатель внутреннего сгорания имеет по крайней мере одну камеру (2) сгорания, соединенную со своим рабочим объемом, и механизм преобразования тепловой энергии в механическую энергию движения.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для привода различных машин и механизмов. Тепловетровой двигатель включает основание, на котором установлен вал с ротором.

Изобретение относится к области приборостроения, механики и технике исполнительных элементов на основе функциональных материалов, изменяющих свои форму и размеры под воздействием различных физических полей.

Изобретение относится к электротехнике, к системам генерации энергии. Технический результат состоит в повышении эффективности и экологической безопасности.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам, которые преобразовывают тепловую энергию в механическую, с возможностью преобразования в электрическую.

Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую содержит термочувствительное рабочее тело в виде двух теплоаккумулирующих материалов, расположенных в отдельных теплоизолированных цилиндрических корпусах регенеративных теплообменников.

Изобретение относится к области создания высоких и сверхвысоких статических давлений в больших объемах и может быть использовано для испытания различных узлов и агрегатов перспективных авиационных гидросистем высокого давления, а также для исследования свойств новых конструкционных материалов и создания устойчивых кристаллических структур.

Изобретение относится к приводной технике и может быть использовано при создании термосорбционных приводов. Линейный привод выполнен в виде цилиндра, внутри которого установлен поршень со штоком, совмещенный с блоком генераторов-сорберов, объединенных термоэлектрическим модулем, кабели электропитания которого герметично выведены наружу цилиндра через шток.

Изобретение относится к использованию расширяемого элемента, который расширяется при повышенной температуре, для приложения силы к одному или более окружающим компонентам. Расширяемый элемент содержит металлическое тело, имеющее по меньшей мере одну боковую стенку, окружающую полость, и расширяемый материал, расширяющийся за счет фазового превращения и/или разложения, удерживаемый внутри полости и окруженный упомянутой по меньшей мере одной боковой стенкой. Полость имеет первый объем при первой температуре и дополнительно содержит материал-наполнитель, который не вносит вклад в расширение и который занимает по меньшей мере примерно 50% первого объема полости; и при второй температуре по меньшей мере примерно 500°C расширяемый материал расширяется, так что полость имеет второй объем. Второй объем больше первого объема. За счет расширения расширяемого материала упомянутая по меньшей мере одна боковая стенка оказывает манометрическое давление по меньшей мере примерно 150 фунтов/кв.дюйм. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл., 16 ил.
Наверх