[发明专利]电活性聚合物能量转换器

说明书

相关申请的交叉引用

根据35 USC §119(e)本申请要求下述美国临时专利申请的权益：2011年3月9日提交的申请号为61/450,756、名称为“SIMPLIFIED EPAM ENERGY HARVESTING CIRCUIT WITH OVERVOLTAGE PROTECTION”的美国临时专利申请；2011年3月9日提交的申请号为61/450,758、名称为“EPAM GENERATOR ARRAYS TO IMPROVE MECHANICAL-TO-ELECTRICAL CONVERSION”的美国临时专利申请; 2011年3月9日提交的申请号为61/450,762、名称为“HIGH EFFICIENCY ENERGY TRANSFER CIRCUIT FOR EPAM GENERATORS”的美国临时专利申请; 2011年3月9日提交的申请号为61/450,764、名称为“EPAM ENERGY HARVESTING CONTROL UTILIZING MICROCONTROLLER ELECTRONICS”的美国临时专利申请; 2011年5月26日提交的申请号为61/490,418、名称为“DIELECTRIC ELASTOMER GENERATORS”的美国临时专利申请;和2011年10月10日提交的申请号为61/545,295、名称为“COMPOSITE ELECTRODES COMPRISED OF A TEXTURED, RIGID, INSULATOR COVERED WITH THIN, SELF-HEALING CONDUCTOR LAYERS, AND DIELECTRIC ELASTOMER TRANSDUCERS INCORPORATING SUCH ELECTRODES”的美国临时专利申请,它们中的每一个的整个公开都通过引用由此被并入。

技术领域

在各种实施例中，本公开一般地涉及能量转换设备。在一个方面，本公开涉及被配置成将机械能转换成电能的设备。特别地，本公开涉及被配置在多相布置中以便以高效方式将机械能转换成电能的电活性聚合物阵列。更特别地，本公开涉及用于被配置成将机械能转换成电能的电活性聚合物阵列的能量转移和能量采集电路和技术。

背景技术

加利福尼亚州的Menlo Park的SRI International（SRI）已经致力于使用电活性聚合物用于发电达近十年，并且已经在使用电活性聚合物来发电的主题上发表了大量的论文和专利。来自SRI的发电拓扑技术的例子包括单个电活性聚合物薄片、足跟着地（heel-strike）发电机、驱动发电机的小水轮、和驱动冲浪板发电机（boogie board generator）的六十英尺波浪水槽的实验室测试。然而，迄今为止，所生成的功率水平一直较小（小于50瓦）并且SRI的大量努力看起来已经指向其足跟着地发电机或者用于从海洋波浪发电以便为导航浮标供电的浮标发电机。

一般来说，诸如发电机之类的电活性聚合物能量转换设备（例如滚动发电机）需要高水平的无功机械功率来产生电功率。单个电活性聚合物能量生成器元件可以将机械功率的仅15%转换成电功率。有报道称SRI已经开发了将该转换改进成高达近30%的两相系统。然而，这样的系统不能充分地获得高于80%的整体系统效率。

此外，电活性聚合物通常需要高压电子设备来产生电力。对于一些应用，简单是重要的，但是不能以可靠性为代价。通常需要简单的高压电路来提供功能和保护。基本的电活性聚合物发电机电路包括低压点火电源、连接二极管、电活性聚合物发电机、第二连接二极管和高压集电极电源。然而，这样的电路在捕获与根据本公开的电活性聚合物发电机所需的一样多的每循环的能量方面不是高效的，并且需要相对较高电压的点火电源。