自感测介电弹性体装置的制造方法_2

文档序号:8909325阅读:来源:国知局
以下各者中的至少一者:
[0051 ] 向DED的低压电极提供振荡电压;以及
[0052] 向与DED并联的电容器的低压电极提供振荡电压。
[0053] 优选地,所述方法进一步包括接收跨越第一 DED的电压的测量结果,并且至少部 分基于电流测量结果以及电压测量结果两者来计算关于第一 DED的状态的至少一个反馈 参数。
[0054] 优选地,计算至少一个反馈参数的步骤通过计算装置来执行,其中计算装置接收 电流测量结果以及任选的电压测量结果作为输入数据,并且通过处理所述测量结果来计算 所述反馈参数。反馈参数优选地由通过计算装置产生的状态感测信号来表示。
[0055] 优选地,所述方法进一步包括接收与和第一 DED并联设置的一或多个另外的DED 串联的电流的测量结果,并且至少部分基于对应的电流测量结果来计算关于另外的DED中 的每一者的状态的至少一个反馈参数。
[0056] 替代地,所述方法可以包括接收跨越与第一 DED串联设置的一或多个另外的DED 的电压的测量结果,并且至少部分基于电流测量结果以及另外的DED中的每一者的对应的 电压测量结果来计算关于另外的DED中的每一者的状态的至少一个反馈参数。
[0057] 优选地,反馈参数指示DED的面积、变形、电容、充电电流和/或泄漏电流中的一或 多者。
[0058] 优选地,所述方法进一步包括记录相对于时间的电流测量结果和/或电压测量结 果的步骤。
[0059] 优选地,计算至少一个反馈参数的步骤包括以下步骤:
[0060] 根据电流测量结果来计算供应到DED的相对于时间的电荷;以及
[0061] 当电荷测量结果以及电压测量结果被定义为正交轴时,通过至少相对于时间的电 荷测量结果以及电压测量结果根据最佳拟合平面的系数计算一或多个反馈参数。
[0062] 优选地,计算一或多个反馈参数的步骤包括根据沿电压_电荷轴的斜率来计算 DED的电容。
[0063] 优选地,感测与DED串联的电流的步骤包括测量跨越与DED串联设置的电阻器的 电压差。
[0064] 优选地,感测DED的电压的步骤包括测量与DED并联设置的分压器中的电压。
[0065] 在第四方面中,本发明可以广义地说在于一种用于控制DED的方法,所述方法包 括:
[0066] 根据本发明的第三方面的自感测方法获得关于DED的状态的反馈;以及
[0067] 至少部分基于所述反馈控制DED。
[0068] 优选地,DED包括DEG,其中所述方法进一步包括:
[0069] 通过向DEG的高压电极供应电能在DEG的机械变形后起动DEG ;以及
[0070] 在松开DEG后从高压电极获取电能。
[0071] 优选地,反馈用以控制DEG的刚度从而调节共振。
[0072] 优选地,反馈用以控制跨越DED的电压从而限制泄漏电流。
[0073] 替代地,DED可以包括DEA,其中所述方法进一步包括通过供应与在DEA的所需状 态与由反馈指示的DEA的所感测状态之间的误差相关联的致动电压来致动DEA。
[0074] 在第五方面中,本发明可以广义地说在于一种感测介电弹性体装置的状态的方 法,所述方法的特征在于以下步骤:
[0075] 向介电弹性体装置提供接地振荡信号;
[0076] 感测与介电弹性体装置串联的电流;以及
[0077] 产生取决于所感测电流的状态感测信号。
[0078] 感测信号可以用作关于介电装置的状态的反馈。
[0079] 在第六方面中,本发明可以广义地说在于使用具有高压电极以及低压电极的介电 弹性体装置感测机械应变和/或运动,所述方法的特征在于以下步骤:
[0080] 使在装置的低压电极处的电压振荡;
[0081] 感测通过介电装置的串联电流;以及
[0082] 产生取决于所感测电流的状态感测信号以感测应变和/或运动的状态。
[0083] 在第七方面中,本发明可以广义地说在于一种介电弹性体装置电路,其包括:
[0084] 介电弹性体装置,所述介电弹性体装置耦合到或可耦合到第一电压源上;以及
[0085] 振荡信号源,所述振荡信号源耦合到介电弹性体装置上;
[0086] 其中第一电压源以及介电弹性体装置通过隔直电容器親合到彼此上。介电弹性体 装置可以形成隔直电容器,或隔直电容器可以包括与介电弹性体装置并联设置的电容器。
[0087] 在所有本发明的新颖方面中应考虑到的本发明的另外方面将从以下描述中变得 显而易见。
【附图说明】
[0088] 现将参考图式借助于实例描述本发明的多个实施例,在所述图式中:
[0089] 图1是从介电弹性体发电机产生电力所需的四个步骤的图解说明;
[0090] 图2是根据现有技术的自感测介电弹性体致动器电路的示意图;
[0091] 图3是根据本发明的自感测介电弹性体装置电路的第一实施例的方块图;
[0092] 图4是图3的电路的示意图;
[0093] 图5是根据本发明的自感测介电弹性体装置的第二实施例的方块图;
[0094] 图6是结合图5的电路的介电弹性体发电机系统的方块图;
[0095] 图7是图6的系统的示意图;
[0096] 图8示出图7的系统中的DED的经模拟以及经估算电容波形;
[0097] 图9示出图7的系统中的DED的经模拟输出电压波形;
[0098] 图10是根据本发明的自感测介电弹性体装置电路的第三实施例的方块图;
[0099] 图11是根据本发明的自感测介电弹性体装置电路的第四实施例的方块图;以及
[0100] 图12示出根据本发明的另一个实施例的电路中介电弹性体发电机的(a)电容;以 及(b)电压的实例波形。
【具体实施方式】
[0101] 在整个描述中相同的参考标号将用于指示不同实施例中的相同的特征。出于描述 以及权利要求的目的,术语"低压"以及"高压"指示对应的信号的电压量值的相对差异,而 不是任何特定的数值电压范围。确切地说,"高压"信号优选地具有是同一电路中的"低压" 信号的数量级的至少几倍的数量级,并且更优选地具有更大的数量级。
[0102] WO 2010/095960、WO 2011/005123 以及 WO 2012/053906 的内容通过参考并入本 文中。
[0103] 现有技术的自感测介电弹性体致动器(DEA)电路在图2中示出。通过询问跨越DE 的电流以及电压振荡来实现自感测。所需的振荡通过或者使用如图所示的具有合适输出纹 波(HV in)的电源,或者快速切换在高压电源与DE之间的连接(例如,使用脉宽调制,PWM) 来方便地与高压致动或驱动信号HV结合。主要组件包含DE(DEl)、振荡高压电源(HV in)、 DE串联电流传感器(Ri以及端子1_%11^)以及高压传感器(分压器包括串联电阻器Vsl 和Vs2以及端子V_sense)。
[0104] 如上文简要地说明的,将自感测振荡与高压电源结合的现有技术DEA自感测电路 存在两个主要缺点。
[0105] 首先,所述现有技术DEA自感测电路不适合于许多介电弹性体发电机(DEG)电路, 因为DEG系统一般在每一发电周期中具有相位,在所述发电周期期间DEG具有固定电荷 (即,没有电流在DEG与起动电路之间流动)。这意味着起动电路不供应电流,并且不可获 得用于自感测所需的通过DEG的振荡。
[0106] 其次,现有技术DEA自感测电路要求能够处理可能超过1000V的电压的高压电子 装置,以提供振荡。因为适合于DED的高压电子装置不会大量生产,所以它们通常很昂贵。
[0107] 本发明提供用于DEG自感测的替代的电路/系统和/或方法,其不需要至高压电 源的永久连接或将应用于DEG的高压电极的振荡信号。
[0108] 在本发明的上下文中,术语"高压"以及"低压"仅在相对意义上使用。即,高压信 号仅具有比低压信号更大的电压。所述术语不意图指代任何特定电压范围。应进一步理解, 无论是高压源还是低压源均不必需连续供应到DED。确切地说,当DED包括DEG时,高压信 号一般将仅在操作的起动阶段期间供应。在其它阶段,高压"源"可以实际上从DEG吸收电 流以使用或储存由此产生的能量。类似地,振荡低压信号可以仅在需要感测时产生。
[0109] 参考图3,示出了根据本发明的自感测电路的第一实施例的方块图。所述电路的更 加详细的示意图在图4中提供。
[0110] 如尤其由图3示出,所述电路优选地包括DED(由可变电容器DE表示)、振荡感测 信号源30、电流传感器31以及电压传感器32。感测信号源30以及优选地电流传感器31 均与DED的复位引脚或低压侧或电极串联设置。电压传感器32与DED、电流传感器31以 及感测信号源30并联设置。在使用时,所述电路通常将耦合到在端子A处的高压源上。例 如,就DEG来说,高压源优选地包括如由WO 2011/005123揭示的自起动电路,以在机械变形 之后起动DED。
[0111] 感测信号源优选地提供不具有直流偏移或偏置的低压振荡信号。信号优选地是正 弦的,但是可以替代地是例如方波。振荡感测信号的频率优选地大体上高于高压信号的频 率。
[0112] 从所图示的图中将可见振荡信号源30基本上从高压源"去耦"或独立于高压源, 或换句话说仅与高压源电容耦合,由此来自高压致动或起动源的直流信号通过DED或电容 器阻断,如下文所描述。在此实施例中的振荡信号源耦合在地面与DED的低压电极之间,且 因此被称为"接地"。相比而言,如在现有技术中在高压信号上叠加或调制振荡信号需要不 接地的"浮动的"振荡信号源或信号混合器,并且相应地需要相对昂贵的高压电子装置。
[0113] 参考图4,电流传感器优选地包括在端子1_%11^1与i_sen Se2之间的串联电阻器 Ri,所述电阻器Ri可以耦合到例如差分放大器上,以使用欧姆定律确定跨越电阻器Ri的电 位差以及因此通过所述电阻器的电
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