具体实施方式

大体参照附图，本公开的实施例涉及一种可变强化装置，通过将电极延伸部插入限定在电极结构之间的空腔中并且对电极结构施加电压以将电极延伸部夹在空腔内，所述可变强化装置能够在非承载状态和承载状态之间进行构造。在实施例中，每个电极结构的电极都具有限定了空腔的相对的接合表面，其中每个接合表面都具有附着元件，所述附着元件与当施加电压时插入空腔中的电极延伸部接合。电极延伸部与接合电极延伸部的附着元件之间的摩擦利用电极延伸部中的剪切力维持了电极之间的结构关系，以将可变强化装置维持在承载状态。

现在参考图1A、1B和1C，示意性地描绘了可变强化装置100。可变强化装置100包括第一电极结构102和第二电极结构104。如图1C所描绘的，在实施例中，第一电极结构102布置在第二电极结构104上并且与所述第二电极结构接触。在实施例中，第一电极结构102和第二电极结构104的尺寸相似，使得当第一电极结构102布置在第二电极结构104上并且与所述第二电极结构对准时，第一电极结构102完全覆盖第二电极结构104。

如图1A和1B所描绘的，第一电极结构102包括从第一支撑结构106延伸的多个电极108、110、112和114。第二电极结构104包括从第二支撑结构138延伸的多个相对的电极140、142、144和146。在实施例中，多个电极110、112、114和116能够相对于第一支撑结构106移动。例如，如图1C所描绘的，电极110通过具有大于第一支撑结构106和电极110的柔性的柔性接头178联接到第一支撑结构106。在实施例中，柔性接头178由材料层(例如，本文关于图3所描述的结构层310)构成，所述材料层在整个第一电极结构102的范围内延伸。例如，在实施例中，柔性接头178可以通过激光图案化或烧蚀材料层来形成，使得柔性接头178内的材料层的厚度与第一电极结构102的其余部分相比减少，以便在柔性接头178处提供柔性，以促进第一电极结构102从非承载状态移动到承载状态，如本文所述。应当理解，第一电极108、第三电极112和第四电极114可以经由类似于柔性接头178的柔性接头联接到第一支撑结构106。

在实施例中，多个相对的电极140、142、144和146也能够相对于第二支撑结构138移动。在各种实施例中，第二电极结构104具有与本文所述的第一电极结构102类似的剖面层结构。例如，如图1C所描绘的，第二电极142经由结构可以类似于本文描述的柔性接头178的柔性接头176联接到第二支撑结构138。应当理解，相对的电极140、144和146可以经由类似于柔性接头176的柔性接头联接到第二支撑结构138。将第一电极结构102和第二电极结构104的电极联接到第一支撑结构106和第二支撑结构138的柔性接头176和178有益地允许第一电极结构102和第二电极结构104从非承载状态移动到承载状态。

图1A描绘了第一电极结构102和第二电极结构104在非承载状态下的分解图。在所描绘的实施例中，第一支撑结构106和第二支撑结构138是平面片材(例如，在图1A中描绘的X-Y平面中延伸)。当第一电极结构102处于非承载状态时，第一电极108、第二电极110、第三电极112和第四电极114与第一支撑结构106共面(或与第一支撑结构106平行延伸)。当第二电极结构104处于非承载状态时，相对的第一电极140、第二电极142、第三电极144和第四电极146与第二支撑结构138共面。在实施例中，当第一电极结构102和第二电极结构104处于非承载状态时，第一电极结构102和第二电极结构104彼此平行延伸。

在实施例中，为了将第一电极结构102和第二电极结构104移动到承载状态，多个电极108、110、112和114在向下的方向上(例如。图1A中描绘的-Z方向)相对于第一支撑结构106移动(例如，经由折叠关于图1C描述的柔性接头178)，使得多个电极108、110、112和114不再与第一支撑结构106共面，而是相对于第一支撑结构106以一个角度θ延伸(参见图1C)。多个相对的电极140、142、144和146可以以类似的方式相对于第二支撑结构138移动。换句话说，第一电极结构102和第二电极结构104的电极是相对于第一支撑结构106和第二支撑结构138统一移动的。在所描绘的实施例中，第一电极结构102和第二电极结构104的电极108、110、112、140、142、144和146各自的形状相同，并且以类似的方式相对于第一支撑结构106和第二支撑结构138布置。这样的结构有利于提供均匀的负载分布和平衡的结构，但是也能够想到各种替代的实施例，其中电极108、110、112、140、142、144和146可以有不同的尺寸和延伸方向。

在实施例中，第一支撑结构106和第二支撑结构138各自是平行四边形(例如，方形)，并且第一电极结构102和第二电极结构104的电极108、110、112、140、142、144和146各自联接到第一支撑结构106的边缘或第二支撑结构138的边缘并从所述第一支撑结构106的边缘或第二支撑结构138的边缘延伸。在实施例中，电极108、110、112和114各自拥有与第一支撑结构106相同的尺寸(例如，长度和宽度)，并且电极140、142、144和146各自拥有与第二支撑结构138相同的尺寸。当如此设定尺寸时，第一电极结构102和第二电极结构104可以折叠成基本为立方体的承载状态，如关于图2的描述。应当理解，针对第一电极结构102和第二电极结构104能够想到各种替代尺寸结构。例如，在实施例中，电极110的尺寸可以与电极112不同，使得第一支撑结构106在布置成承载状态时是倾斜的。应当理解，电极的尺寸可以根据需要针对第一支撑结构106的任何特定取向的应用来定制。

如图1A所描绘的，第一电极结构102包括第一电极延伸部116、第二电极延伸部118、第三电极延伸部120和第四电极延伸部122。在实施例中，第一电极延伸部116、第二电极延伸部118、第三电极延伸部120和第四电极延伸部122由材料层构成，所述材料层也延伸通过多个电极108、110、112和114(例如，本文关于图3所述的电极层308)。在实施例中，第一电极延伸部116、第二电极延伸部118、第三电极延伸部120和第四电极延伸部122中的每一个都包括第一端部和自由端部，所述第一端部直接从多个电极108、110、112和114中的一个电极延伸，所述自由端部靠近多个电极108、110、112和114中的相邻一个电极布置。例如，第一电极延伸部116包括从电极108延伸的第一端部124(例如，电极层从电极108连续延伸到第一电极延伸部116)和靠近电极110布置的自由端部123。自由端部123不直接附接到电极110，而是相对于电极110可移动。第二电极延伸部118包括从第二电极110延伸的第一端部128和靠近电极112布置的自由端部126。第三电极延伸部120包括从电极112延伸的第一端部132和靠近电极114布置的自由端部130。第四电极延伸部122包括从电极114延伸的第一端部136和靠近电极108布置的自由端部134。

第一电极延伸部116、第二电极延伸部118、第三电极延伸部120和第四电极延伸部122包括可相对于第一电极结构102移动的自由端部123、126、130和134，以便便于将可变强化装置100从图1A中描绘的非承载状态调整为承载状态。如图1A和1B所描绘的，第一电极结构102和第二电极结构104可以相对于彼此布置，使得多个电极108、110、112和114相对于多个相对的电极140、142、144和146对准。因此，电极108可以布置在相对的电极140上并与之重叠以形成第一空腔152，电极110可以布置在相对的电极142上并与之重叠以形成第二空腔154，电极112可以布置在相对的电极144上并与之重叠以形成第三空腔156，而电极114可以布置在相对的电极146上并与之重叠以形成第四空腔158。在实施例中，当多个电极108、110、112和114以及多个相对的电极140、142、144和146相对于第一支撑结构106和第二支撑结构138移动以将可变强化装置100置于承载状态时，第一电极延伸部116、第二电极延伸部118、第三电极延伸部120和第四电极延伸部122中的每一个都被插入第一空腔152、第二空腔154、第三空腔156和第四空腔158中的一个空腔。

例如，如图1C所描绘的，当电极110在柔性接头178处被折叠使得电极110相对于第一支撑结构106以角度θ延伸时，第一电极延伸部116被插入形成在电极110和相对的电极142之间的第二空腔154。第二空腔154形成于相对的电极142的接合表面166和电极110的接合表面168之间。当电极110和相对的电极142围绕柔性接头178和176折叠时，电极延伸部116的自由端部123行进穿过第二空腔154。鉴于此，电极110和相对的电极142的移动量(例如，角度θ的值)决定了电极延伸部116在第二空腔154内布置的范围。如图1A所描绘的，电极延伸部116是基本上完全延伸电极108和电极110之间的距离的弧形的凸片。将电极延伸部116成形为弧形凸片有利地避免了电极延伸部116在可变强化装置100被布置成承载状态时从第二空腔154突出。此外，电极延伸部116的长度(例如，延伸电极108和电极110之间的全部长度)有利地使延伸到第二空腔154中的电极延伸部116的量最大化，从而使电极延伸部116与接合表面166、168之间的接触面积最大化。

应当理解，可以想到针对电极延伸部116的替代构造。例如，在实施例中，第一电极延伸部116、第二电极延伸部118、第三电极延伸部120和第四电极延伸部122可以不被成形成弧形凸片。例如，在实施例中，第一电极延伸部116、第二电极延伸部118、第三电极延伸部120和第四电极延伸部122可以包括从多个电极108、110、112和114中的第一个延伸到多个电极108、110、112和114中相邻的一个的基本笔直的线形段。在实施例中，第一电极延伸部116、第二电极延伸部118、第三电极延伸部120和第四电极延伸部122可以在它们在多个电极108、110、112和114之间延伸时转向或改变方向。在实施例中，第一电极延伸部116、第二电极延伸部118、第三电极延伸部120和第四电极延伸部122中的每一个都可以不延伸多个电极108、110、112和114中的成对的电极之间的整个距离，而只延伸成对的电极之间的距离的一部分。与电极延伸部插入经由第一电极结构102的电极和第二电极结构104的相对的电极形成的空腔相一致的第一电极延伸部116、第二电极延伸部118、第三电极延伸部120和第四电极延伸部122的任何尺寸或形状都可以与本公开相一致地使用。

如图1C所描绘的，相对的电极142的接合表面166包括附着元件172，而电极110的接合表面168包括附着元件174。在实施例中，第一电极结构102和第二电极结构104可以各自附接到电压源(未描绘)，使得第一电极结构102和第二电极结构104接收具有相反极性的电压。极性相反的静电吸引电极110和相对的电极142，使得接合表面166和168压抵第二空腔154内的第一电极延伸部116。附着元件172和174可以与第一电极延伸部116接合，以在接合表面166和168与第一电极延伸部116之间产生摩擦。这种摩擦可以防止第一电极延伸部116在存在外力(例如，来自布置在第一支撑结构106上的负载)的情况下在第二空腔154内移动。因此，当对第一电极结构102和第二电极结构104施加电压时，经由附着元件172和174提供的摩擦便于维持电极108和110之间的结构关系(例如，当可变强化装置100被置于负载状态时)。

附着元件172和174可以根据实施方式采取多种不同的形式。例如，在实施例中，附着元件172和174是延伸整个接合表面166和168的附着层(例如，包括聚丙烯胶带的附着层326和328，并且关于图3进行描述)。在实施例中，附着元件172和174是粗糙化元件。例如，接合表面166和168可以包括与第一电极延伸部116重叠并作为附着元件172和174的纹理图案。在实施例中，第一电极延伸部116可以包括附着元件(例如，关于图3描述的附着层326和328)，当第一电极延伸部116在电压被施加到第一电极结构102和第二电极结构104时在第二空腔154内被挤压时，所述附着元件与附着元件172和174接合。

仍然参考图1C，在实施例中，密封元件160被布置在电极110和相对的电极142之间。密封元件160可以密封第二空腔154，以防止外部碎片进入第二空腔154并破坏可变强化装置100的操作。密封元件160可以布置在电极110和相对的电极142的分别与柔性接头178和176相对的端部处。在实施例中，密封元件160包括在接合表面166和168之间延伸的附着元件。在实施例中，当第一电极结构102和第二电极结构104从图1A中描绘的非承载状态调整时，随着电极延伸部116行进穿过第二空腔154，密封元件160可以引导第一电极延伸部116穿过第二空腔154。在实施例中，接合表面166和168可以包括凹槽或通道(未描绘)，所述凹槽或通道以与第一电极延伸部116的外表面相对应的方式成形，使得接合表面166和168引导第一电极延伸部116穿过第二空腔154。

虽然仅就图1C描述了电极110和相对的电极142之间的第二空腔154，但应当理解，在多个电极108、110、112和114与多个相对的电极140、142、144和146之间的其他电极对之间形成的空腔可以具有与第二空腔154类似的结构。例如，在电极108和相对的电极140之间形成的第一空腔152可以接收第四电极延伸部122，并且具有与第二空腔154类似的结构。形成在电极112和相对的电极144之间的第三空腔156可以接收第二电极延伸部118，并且具有类似于第二空腔154的结构。形成在电极114和相对的电极146之间的第四空腔158可以接收第三电极延伸部120，并且具有与第二空腔154类似的结构。

参照图1A和1B，虽然第一电极结构102和第二电极结构104在此被描述为各自包括四个电极，但应当理解，能够想到包含更少或更多电极的替代实施例。在示例中，第一电极结构102可以仅包括电极108和110以及第一电极延伸部116，而第二电极结构104可以仅包括相对的电极140和142中的一个(例如，以形成用于插入第一电极延伸部116的空腔)。此外，不是第一电极结构102的每个电极都可以具有从其延伸的电极延伸部。例如，在实施例中，第一电极结构102可以仅包括第一电极延伸部116和第三电极延伸部120。

在实施例中，电极延伸部可以不全部包括在单个电极结构中。例如，在实施例中，第一电极结构102包括第一电极延伸部116和第二电极延伸部118(例如，如本文所述，第一电极延伸部116和第二电极延伸部118可以直接从第一电极结构102的电极延伸)，而第二电极结构104包括第三电极延伸部120和第四电极延伸部122。此外，可变强化装置100的替代实施例可以包括在形状上彼此不同的第一电极结构102和第二电极结构104。例如，在实施例中，第一电极结构102(以及多个电极108、110、112和114)的尺寸大于第二电极结构104，使得在电极和相对的电极之间形成的空腔从可变强化装置100的端部移位。具有各种尺寸关系、电极的分布、支撑结构构造和电极延伸部的布置的电极结构都可以与本公开相一致地使用。

参照图1B，在实施例中，第一电极结构102和第二电极结构104可以具有减重特征，所述减重特征用于减轻可变强化装置100并从中去除不必要的材料。例如，在实施例中，第一支撑结构和第二支撑结构各自包括结构层(例如，本文关于图3所描述的结构层310和318)，所述结构层被图案化以减少可变强化装置100的重量。如图1B所描述的，第一电极结构102的多个电极108、110、112和114中的每一个都包括延伸到其外部边缘附近的两个细长空腔148和布置在其中央区域中的圆形空腔150。与多个电极108、110、112和114相对比，第一支撑结构106包括多个圆形空腔150。第一支撑结构106可以不包括细长空腔148，以便为置于其上的负载提供刚性的结构支撑。在实施例中，第二电极结构104包括成组的类似的减重特征。在实施例中，第一电极结构102和第二电极结构104都不包括减重特征以提供最大的结构支撑。如应当理解的，并入可变强化装置100的减重特征的数量和布置可以取决于所需的承载能力、用于构建第一电极结构102和第二电极结构104的材料、第一电极结构102和第二电极结构104的尺寸和布置以及要施加到第一电极结构102和第二电极结构104的电压。因此，任何数量和布置的减重特征都可以并入与本公开一致的可变强化装置100中。

现在参考图2，描述了处于承载状态的可变强化装置100的透视图。电极108和114被折叠(例如，围绕类似于本文关于图1C描述的柔性接头178的柔性接头)，使得电极108和114与第一支撑结构106大致垂直(例如，关于图1C描述的角度θ为约80度至约100度)。在实施例中，电极114的支撑端部202和电极108的支撑端部204布置在表面(例如，桌子、地面或任何支撑物)上。在所描绘的角度构造中，电极108和114在承载状态中在表面上方的位置支撑第一支撑结构106。

第四电极延伸部122在电极108后方延伸到图1B中描绘的形成在电极108和相对的电极140之间的第一空腔152中。如本文所述，电极108和相对的电极140可以包括接合表面，所述接合表面限定第一空腔152并且包括当来自电压源的电压供给可变强化装置100时与第四电极延伸部122接合的附着元件。例如，可以向第一电极结构102和第二电极结构104施加相反极性的电压，以引起电极108和相对的电极140之间的静电吸引，从而使限定空腔的接合表面与第四电极延伸部122在附着元件处接合。第四电极延伸部122和附着元件之间的摩擦维持第四电极延伸部122在第一空腔152内的定位，并且使电极108和电极114之间的结构关系得到维持，从而使第一支撑结构106经由支撑端部202和204保持被支撑。应当理解的是，第一、第二和第三电极延伸部116、118和118可以以类似的方式保持在由第一电极结构102和第二电极结构104的电极对限定的空腔中，以将可变强化装置100保持在承载状态。

如图2所描述，负载200布置在第一支撑结构106上。在实施例中，第一电极延伸部116、第二电极延伸部118、第三电极延伸部120和第四电极延伸部122与限定电极延伸部所布置的空腔的接合表面之间的摩擦足以防止第一电极延伸部116、第二电极延伸部118、第三电极延伸部120和第四电极延伸部122滑动，即使当负载200布置在第一支撑结构上时也是如此。在一个示例中，可变强化装置100构造成约20克重，并且即使约1Kg的负载200布置在第一支撑结构106上时也能够使用10kV电压维持承载状态。因此，在这个示例中，可变强化装置100能够保持至少约50倍的自身重量。

图3描绘了在图1B中描绘的线III-III处的可变强化装置的示例剖视图。在实施例中，图3中描绘的剖视图是关于图1A和1B描述的处于非承载状态下的可变强化装置100的剖视图。因此，第一电极结构102可以在第一平面内延伸，而第二电极结构104可以在第二平面内延伸(例如，关于图1C描述的角度θ可以是大约0度)。

图3描绘了在第一电极结构102的电极112和第二电极结构104的相对的电极144之间形成的第三空腔156的剖视图。电极112包括电极层308、结构层310、保护层312和粘合剂层314。电极层308可以是适于接收来自电压源的电压的导电材料层。在实施例中，电极层308是由涂有铝的Mylar(例如，双轴向定向聚对苯二甲酸乙二醇酯)构成。Mylar有利地提供了相对较高的抗拉强度和尺寸稳定性。如图3所描述，电极层308从电极112经由第一端部132延伸到电极延伸部120中。Mylar为第三电极延伸部120提供抗拉强度，使得当可变强化装置100被置于本文所述的承载状态时第三电极延伸部120不会断裂。在实施例中，电极层308在本文所述的第一电极结构102的整个范围内延伸。

结构层310向电极层308提供结构支撑，使得可变强化装置100可以维持结构，尽管在可变强化装置上施加了相对较重的负载。在实施例中，结构层310布置成与电极层308直接接触。结构层310可以包括聚碳酸酯，以用于耐用性、强度和可塑性。在所描述的示例中，结构层310没有延伸到第三电极延伸部120中，以增强待被引导到本文关于图1B所描述的第四空腔158中的第三电极延伸部120的柔性。保护层312可以向结构层310提供环境耐性(例如，防潮)和抗疲劳性。在实施例中，保护层312由双轴向定向聚丙烯(BOPP)构成。粘合剂层314布置在电极层308的与结构层310相对的一侧上。粘合剂层314限定接合表面304，所述接合表面304划定第三空腔156的一个侧部。在实施例中，粘合剂层314由BOPP胶带和丙烯酸粘合剂构成，以提供与第二电极延伸部118接合的附着元件。

相对的电极144包括电极层316、结构层318、保护层320和粘合剂层322。在实施例中，相对的电极144具有类似于电极112的结构。如图所示，电极层306和316布置成使得粘合剂层312和322是分隔电极层306和316的唯一材料。这样的布置提供了当电极层306和316响应于施加到可变强化装置100的电压被吸引到彼此并相互接触时电极层306和316之间分隔的最小距离。这样的最小距离使电极112和相对的电极144之间的吸引力最大化，从而在可变强化装置处于承载状态时最大化第二电极延伸部118从第三空腔156滑落的阻力。

第二电极延伸部118的自由端部126示出为布置在第三空腔156中。在实施例中，随着电极112和相对的电极144的定位被调整，自由端部126被进一步插入空腔156中，以增加第二电极延伸部118与电极112和相对的电极144的接合表面302和304之间的重叠量。一旦对可变强化装置100施加电压，电极112就会被静电吸引到相对的电极144，使得第二电极延伸部118被压抵接合表面302和304两者。粘合剂层312和322中的粘合剂提供摩擦，以防止第二电极延伸部118在施加电压时在第三空腔156内滑动。

在所描述的示例中，第二电极延伸部118和第三电极延伸部120两者均包括布置在电极层308的任一侧上的粘合剂层326和328。在实施例中，粘合剂层326和328是由带有丙烯酸粘合剂的BOPP胶带构成。粘合剂层326和328增加第二电极延伸部118与接合表面302和304之间的摩擦，以有益地增加可变强化装置100在置于本文所述的承载状态时的强度。粘合剂层326可以与粘合剂层312同时施加到电极层308。

现在应当理解，本文描述的实施例是针对包括第一电极结构和第二电极结构的可变强化装置。第一电极结构包括电极延伸部，所述电极延伸部延伸到在第一电极结构的电极和第二电极结构的相对的电极之间限定的空腔。通过对第一电极结构和第二电极结构施加电压以将电极静电吸引到相对的电极上从而将电极延伸部按压在空腔内，可以将第一电极结构和第二电极结构布置在承载状态。电极延伸部与限定空腔的接合表面之间的摩擦防止电极延伸部在空腔内滑动，从而响应于对可变强化装置施加负载时维持第一电极结构和第二电极结构的各部件之间的结构关系。

应当注意，术语“基本上”和“大约”在此可以用于表示可归因于任何定量比较、数值、测量或其他表示的固有不确定性程度。这些术语在此也被用来表示定量表示可能与参考值不同但不导致相关主题的基本功能变化的程度。

虽然本文已经说明和描述了特定的实施例，但应当理解的是，在不背离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以进行各种其他的改变和修改。此外，尽管本文已经描述了所要求保护的主题的各个方面，但这些方面不需要组合使用。因此，所附的权利要求旨在涵盖在所要求保护的主题范围内的所有此类变化和修改。