CN102744149A - 具有在集电极前缘的调整电场结构的电动流体流体推进器 - Google Patents
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Abstract
本发明为具有在集电极前缘的调整电场结构的电动流体流体推进器，具有小形状因子的离子流流体推进器可以在与发射极电极相邻、但位于一个集电极电极或多个集电极电极上游的流动通道内提供静电操作表面，所述流体推进器可以对操作电场进行调整并影响离子流，使得下游流动加强而上游离子的迁移减至最小。在某些情况下，沿靠近发射极电极的流动通道的电介质表面(或者甚至是电气隔离的导电表面)可以被配置用于收集和保留初始产生的离子群并在以后静电排斥其它离子。根据这种电介质表面或电气隔离的导电表面的配置，这些排斥静电力可以阻止离子迁移或流动到邻近的敏感电子元件，和/或可以调整电场以增强离子朝所需的下游方向流动。
Description
相关申请的交叉参考
本申请是2011年5月11日提交的第13/105,343号美国专利申请的部分继续申请，该部分继续申请要求在2011年4月22日提交的第61/478,312号美国专利临时申请的优先权。本申请还要求2011年7月22日提交的第61/510,596号美国专利临时申请的优先权。上述申请的全部纳入此处作为参考。
技术领域
本申请涉及产生离子和电场以推动产生流体流动(如空气流动)的装置，更具体地，涉及具有小形状因子的电动流体(EHD)空气推进器，其适于作为热量管理方案的一部分进行散热。
背景技术
使用流体的离子运动的原理构造的装置在文献中具有不同的称谓：离子风机、电风机、电晕风泵、电-流体-力学(EFD)装置、电动流体(EHD)推进器和EHD气泵。该技术的某些方面也已被开发用于称为静电空气清洁器或静电除尘器的装置中。
当作为热量管理解决方案的一部分使用时，离子流体推进器可提高冷却效率，降低振动、减少能耗、减低电子设备温度和/或噪音的发生。这些特性可以减少整个使用期费用、设备尺寸或体积，以及在某些情况下，可以改善系统性能或用户的使用感受。
由于电子设备的设计者趋向于越来越小的形状因子，例如通过苹果公司售卖iPhoneTM和iPadTM而普及化的超薄式手持式装置，因此，部件和子系统的封装密度造成在热量管理方面的极大挑战。在某些情况下，可能需要主动散热策略以便将废热排放到周围环境。在某些情况下，可以无需越过通风边界的物质传递，但是，可能需要或要求在设备内进行传热来减少热点。
离子流体推进器给出了具吸引力的热量管理解决方案的技术部件。所希望的解决方案在于允许离子流体推进器整合在薄的和/或密集式封装的电子设备中，通常要整合在提供小至2-3mm间隙的处于临界尺寸的体积中。具体地说，所希望的解决方案在于允许密集封装紧靠电子组件的、高电压的、产生离子流的EHD部件，有利于对电场和离子流进行调整。
发明内容
已经发现，具有小形状因子的离子流流体推进器在与发射极电极相邻、但位于一个集电极电极或多个集电极电极上游的流动通道内提供了静电操作表面，所述流体推进器可以对操作电场进行调整并影响离子流，使得下游流动加强而上游离子的迁移减至最小。在某些情况下，沿流动通道且靠近发射极电极的电介质表面(或者甚至是电气隔离的导电表面)可以被配置用于收集和保留初始产生的离子群并在以后静电排斥其它离子。根据这种电介质表面或电气隔离的导电表面的配置，这些排斥静电力可以阻止离子迁移或流动到邻近的敏感元件，和/或可以调整电场以增强离子在所需的下游方向上流动。
不幸的是，在下游的集电极电极和这种电介质或电气隔离的导电表面之间保持明显的隔开距离是困难的(事实上，在小形状因子的设计中是不希望的)。因此，当积累的电荷需要接地(或接到其它电位)的电气吸引路径时，静电放电或电弧构成一个问题。一般情况下，静电放电或电弧在电动流体装置中是不希望有的，这是因为它往往产生臭氧，在某些情况下可以在电极表面上形成凹点或将其损坏，而所述电极表面应当优选地呈现光滑的表面轮廓和基本上一致的电势。静电放电或电弧还可能损害涂层或表面处理，提供所述涂层或表面处理是限制有害材料(硅胶、灰尘等)在集电极电极上积累，以提高集电极电极耐受摩擦清洁和/或管理集电极电极表面的电导率或其它电气特性。在某些情况下，放电或电弧可以引起不希望有的声能量。
因此，已经开发了对靠近集电极电极的前缘(上游)的电场进行调整的技术，从而避免或至少限制在这种集电极电极与紧邻的一部分电介质表面或电气隔离的导电表面之间的静电放电或电弧，而所述电介质表面或电气隔离的导电表面在电动流体(EHD)流体推进器的工作过程中会积累电荷。在某些情况下，这些技术涉及与集电极电极紧邻的静电操作表面或离子流撞击的其它表面的结构特征。在某些情况下，这些技术涉及与集电极电极紧邻的静电操作表面的材料特性，所述静电操作表面过渡到一种导电的、但对电流基本上具有电阻性的材料组分。
在根据本发明的一些实施方案中，电动流体(EHD)流体推进器装置能够获得能量从而产生流体流，该装置包括细长的发射极电极和一对集电极电极。所述细长的发射极电极定位在由大致上相对的表面至少部分地限定的通道内，所述大致上相对的表面至少跨过所述发射极电极的纵向长度的大部分且基本上向其上游延伸。每个集电极电极至少跨过所述发射极电极的纵向长度的大部分且具有相对于流体流的前缘。所述前缘位于所述发射极电极的下游但分别靠近所述大致上相对的表面中相应的一个表面。所述大致上相对的表面中的每个表面由适于在其大部分上积累从发射极电极传送来的静电电荷的材料形成，且每个表面包括靠近相应的集电极电极的前缘的调整电场的结构。
在一些实施例中，所述一对集电极电极中的每一个集电极电极被定位为靠着所述大致上相对的表面中相应的一个表面且与之接触，所述调整电场的结构包括沟槽，所述沟槽的形成位置为所述大致上相对的表面中相应的一个表面上与相应的集电极电极的前缘重合的位置，所述沟槽在所述前缘和所述大致上相对的表面的材料之间限定空气间隙。在某些情况下，所述一对集电极电极中的每一个具有细长的形状，沿着所述大致上相对的表面中相应的一个表面向下游延伸。在某些情况下，所述大致上相对的表面中每一个表面由电介质材料形成。在某些情况下，所述大致上相对的表面中每一个表面面对一个或多个导电材料段，所述一个或多个导电材料段相互电气隔离以及与用于传送信号或电源的传导路径和地电气隔离。在某些情况下，所述大致上相对的表面中每一个表面面对电介质带或膜。
在一些实施例中，所述装置还包括一个或多个坡台，每个坡台的形成位置是在所述大致上相对的表面中相应的一个表面中或在所述大致上相对的表面中相应的一个表面上紧挨相应的集电极电极的前缘上游处。
在一些实施例中，所述调整电场的结构包括坡台，所述坡台的形成位置是在所述大致上相对的表面中相应的一个表面上紧挨相应的集电极电极的前缘上游处，所述坡台基本上沿所述前缘的全部延伸。在某些情况下，所述坡台伸入所述通道，并有利于局部的电荷积累，在EHD流体推进器的工作过程中，所述局部的电荷积累将离子流分流到一部分所述大致上相对的表面，所述一部分表面最接近相应的集电极电极前缘。在某些情况下，所述坡台由电介质材料或电气隔离的导电材料形成，或者面对电介质材料或电气隔离的导电材料，其中所述电气隔离的导电材料与用于传送信号或电源的传导路径和地电气隔离。
在一些实施例中，所述调整电场的结构包括沟槽，所述沟槽的形成位置是在所述大致上相对的表面中相应的一个表面中与相应的集电极电极的前缘重合的位置，所述沟槽沿着所述大致上相对的表面中相应的一个表面向上游延伸到至少与所述细长的发射极电极一样远。
在一些实施例中，额外的集电极电极被定位为与所述一对集电极电极一起限定电极阵列，所述阵列基本上延伸跨过所述大致上相对的两个表面表面限定的所述通道。在某些情况下，所述调整电场的结构包括在所述大致上相对的表面中相应的一个表面中形成的沟槽，所述沟槽在所述一对集电极电极中特定集电极电极与所述大致上相对的表面中邻近的一个相应表面之间形成了空气间隙。在某些情况下，所述限定的阵列是基本上线性的阵列。在某些情况下，所述限定的阵列对来自所述细长的发射极电极的离子流呈现基本上凹陷的轮廓。
在一些实施例中，所述调整电场的结构包括材料过渡部分，其中紧靠相应的集电极电极前缘的材料是导电的，但对于电流基本上具有电阻性。在某些情况下，所述集电极电极和所述基本上电阻性的材料过渡部分耦接到相同的或基本上等同的电源电压端子，且沿着由所述基本上电阻性的材料过渡部分到所述相同的或基本上相似的电源电压端子形成的路径的电阻大大超过从集电极电极到所述电源电压端子的电阻。在某些情况下，所述材料过渡部分的电气特性随所述流体流的尺寸而改变。在某些情况下，所述材料过渡部分在靠近相应的集电极电极的前缘处呈现的导电路径基本上具有较小的电阻，而在距离相应的集电极电极的前缘的上游较远处呈现的导电路径基本上具有较大的电阻。
在根据本发明的一些实施例中，一种操作电动流体(EHD)流体推进器装置的方法包括使细长的发射极电极获得能量从而产生流体流，所述细长的发射极电极定位在通道内一对集电极电极的上游，所述通道由大致上相对的表面至少部分地限定，所述大致上相对的表面至少跨过所述发射极电极的纵向长度的大部分且至少从其上游的集电极电极延伸经过所述细长的发射极电极。该方法还包括在所述大致上相对的表面的大部分上积累从发射极电极传送来的静电电荷；和使用至少一部分所积累的静电电荷对靠近相应的集电极电极前缘的电场进行调整。
在一些实施例中，上述方法进一步包括在相应的一个相对表面中形成的坡台处积累局部浓度的静电电荷。所述电场调整使离子流转向离开相应的一个相对表面的一部分，该相应的表面最接近所述一对集电极电极中相应的集电极电极。
在一些实施例中，上述方法进一步包括将所述细长的发射极电极线的离子流分布在包括所述一对集电极电极的集电极电极阵列上，所述集电极电极阵列被定位为基本上延伸跨过所述大致上相对的两个表面限定的所述通道。
在根据本发明的一些实施例中，涉及一种制造电子装置产品的方法，所述电子装置产品包括电动流体(EHD)空气推进器以产生流过其中的空气流，该方法包括形成大致上相对的表面，所述表面由适于在其大部分上积累从细长的发射极电极传送来的静电电荷的材料形成；将所述发射极电极定位在由所述大致上相对的表面至少部分地限定的通道内，所述大致上相对的表面至少跨过所述发射极电极的纵向长度的大部分且基本上向其上游延伸。所述方法还包括定位一对集电极电极，其中每个集电极电极至少跨过所述发射极电极的纵向长度的大部分且具有相对于流体流的前缘，所述前缘位于所述发射极电极的下游但分别靠近所述大致上相对的表面中相应的一个表面。所述大致上相对的表面中的每个表面包括在其中或其上形成的靠近相应的集电极电极的前缘的调整电场的结构。在某些情况下，所述适于积累静电电荷的材料是电介质材料，且所述调整电场的结构由所述电介质材料形成。
在一些实施例中，上述方法包括使所述大致上相对的表面面对一个或多个导电材料段，所述导电材料端相互电气隔离以及与用于传送信号或电源的导电路径和地电气隔离。在一些实施例中，上述方法包括使所述大致上相对的表面面对电介质膜或带。
在某些情况下，所述形成步骤包括在所述大致上相对的表面中或在所述大致上相对的表面上形成坡台型调整电场的结构。在某些情况下，所述形成步骤包括在所述大致上相对的表面中或在所述大致上相对的表面上形成沟槽型调整电场的结构。参照此处的描述、附图和附上的权利要求，能更好地理解这些和其它实施方案。
附图说明
通过参照附图，本领域的技术人员可更好地理解本发明及其众多的目的、特征和优点。
图1是在电晕放电型装置中电动流体(EHD)流体流的某些基本原理的示意图。
图2是示范性EHD流体推进器的电极几何结构。
图3表示一个示范性电动流体(EHD)流体推进器的配置，其中发射极电极和集电极电极获得能量从而推动产生流体流，并且在通道壁电介质材料中形成了沟槽，用于减少电弧静电放电。
图4表示图3所示的EHD流体推进器配置的一个变型，其中沿着通道壁电介质材料中形成的狭窄坡台的电荷积累提供了场调整并有助于减少电弧静电放电。
图5表示图3所示的EHD流体推进器配置的另一个变型，其中在通道壁电介质材料中既形成浅沟槽又形成狭窄坡台。
图6表示一个示范性电动流体(EHD)流体推进器的配置，其中沿通道壁电介质材料的电荷积累可以调整电场，且提供了材料过渡部分，该材料过渡部分是一种从电介质到导电的但具有电阻性的材料，有利于排出紧邻集电极电极的前缘所积累的电荷。
图7表示另一个示范性电动流体(EHD)流体推进器的配置，其中在通道壁电介质材料中形成的浅沟槽从集电极电极的前表面朝向发射极电极延伸且略微超过发射极电极的上游。
图8表示又一个示范性电动流体(EHD)流体推进器的配置，其中发射极电极和集电极电极获得能量从而推动产生流体流。提供了线型集电极电极，与上述配置一样，在通道壁电介质材料中形成了浅沟槽，用于减少电弧静电放电。
图9表示图8所示的EHD流体推进器配置的一个变型，其中在通道壁电介质材料中既形成浅沟槽又形成狭窄坡台，沿着狭窄坡台的电荷积累对电场进行调整，有助于减少电弧静电放电。
图10表示图8所示的EHD流体推进器配置的另一个变型，其中在通道壁电介质材料中形成的浅沟槽从集电极电极朝向发射极电极延伸且略微超过发射极电极的上游。
图11表示图8所示的EHD流体推进器配置的再一个变型，其中在通道壁电介质材料中形成的最紧靠发射极电极和集电极电极的浅沟槽被狭窄的中间坡台截断，所述中间坡台提供了进一步的调整电场并有助于进一步减少电弧静电放电。
图12表示图11所示的EHD流体推进器配置的进一步变型，其中线型集电极电极排成阵列，对离子收集呈现一组基本上凹陷的表面。
图13A是一个示范性膝上型消费电子装置的透视图，根据本发明的一些实施方案，EHD流体推进器容纳在总装置厚度d通常小于约10毫米的装置之内。
图13B和13C表示基本上与图13A相对应的示范性EHD空气推进器设计的静电操作表面的剖视图。图13B表示示范性部分内部剖视图，其中与图3所示类似的EHD空气推进器被整合在膝上型消费电子装置的主体部分内。图13C表示所述装置配置的另一个示范性剖视图，其中与图11所示类似的EHD空气推进器是装置堆栈(stack)的一部分，包括电路板型电子组件。
图14A和14B分别表示示范性平板显示型消费电子装置的侧向侧视图和透视图，其中EHD流体推进器容纳在总装置厚度d通常小于约10毫米的装置之内。
图15A是一个内部视图(基本上与图14A和14B的平板显示装置相对应)，表示各组件和通风气流之间的位置关系。图15B和15C表示平板显示装置的示范性剖视图，分别示出按照图3和11所示的EHD空气推进器设计，每个EHD空气推进器均整合在平板显示器型消费电子装置内。
在不同附图中所用的相同参考符号表示相类似或相同的部件。
具体实施方式
正如将会理解的那样，本文所述的许多设计和技术特别适用于密集封装式装置和现代消费性电子产品典型的小形状因素的热量管理挑战。事实上，本文所述的若干EHD流体/空气推进器的设计和技术有助于电子装置中的主动式热量管理，其中所述电子装置的厚度或工业设计排除或限制了诸如风扇、鼓风机等等的机械式空气推进器的可行性。在一些实施例中，所述EHD流体/空气推进器可以完全整合在操作系统中，诸如垫型或便携式计算机、投影机或视频显示装置、机顶盒等等。在其它的实施例中，所述EHD流体/空气推进器可以采用子配件或外壳的形式，其适于为所述系统提供EHD推动流。
在一般情况下，可以为静电操作表面设想各种不同的尺寸、几何形状和其它设计的变型，所述静电操作表面限定调整电场部分，或者在功能上构成集电极，以及限定在所述静电操作表面和给定EHD装置的发射极和/或集电极之间的各种位置相互关系。为了说明起见，本文专注于若干示范性实施例和若干表面轮廓和与其它组件的位置相互关系。例如，在本文的大量叙述中，大致平的集电极电极被形成为各个平行表面或者在各个平行表面上形成，所述平行表面限定了流体流动通道的相对的壁且位于电晕放电型发射极线附近，所述发射线移离相应的集电极的前缘部分(上游)。尽管如此，其它实施例可以采用其它配置或其它离子生成技术，在本文提供的叙述范围内仍可以被理解。
在本申请中，本文所示和所述的实施例的若干方面可称为电动流体流体加速器装置，也可称为“EHD装置”、“EHD流体加速器”、“EHD流体推进器”等等。为了说明的目的，一些实施例会相对于特定的EHD装置结构来叙述，其中在发射极处或靠近发射极的电晕放电产生离子，所述离子在有电场的情况下被加速，从而推动流体流动。虽然电晕放电型装置提供有用的叙述内容，但可以理解(基于本说明书)，还可以采用其它的离子生成技术。例如，在一些实施方案中，诸如无声放电、交流放电、电介质势垒放电(DBD)等等的技术，可用于产生离子，所述离子依次在有电场的情况下被加速以及推动流体流。
使用热传递表面(其在一些实施例中采用散热片的形式)，由电子装置(例如微处理器、制图单元等等)和/或其它组件散发的热可以传到EHD推动的流体流，并通过通风边界从外壳排出。通常，当热量管理系统整合入工作环境时，可设置导热路径(通常实现为热管或使用其它技术)，将热量从散发(或产生)之处转移到在所述外壳内的一个位置(或多个位置)，其中的由一个EHD装置(或多个EHD装置)推动的气流会流过热传递表面。
为了说明，会相对于不同的示范性实施例描述散热片。然而，根据本说明书可以理解，在一些实施例中，无需设置传统的散热片阵列，EHD推动的流体可在暴露的内表面上流动，不论是否靠近或远离热量产生装置(诸如处理器、存储器、RF部分、光电子或照明源)，都可以提供足够的热量传递。在每种情况下，在热传递表面上提供对臭氧具有催化作用或反应活性的表面/材料是可取的。通常，热传递表面、调整电场表面和集电极的主要离子收集表面表现出不同的设计挑战，相对于一些实施例，它们可使用不同结构或通过不同的表面处理来提供。然而，在一些实施例中，单一结构既可用静电工作(例如调整电场或收集离子)，又可以将热传到EHD推动的流体流。
需要注意的是，在一些不通风的实施例中，EHD推动流体流可在外壳之内循环，藉此从外露的表面可放射性地或对流地传热到周围环境。这样，可以排除或至少可以减少在外壳的外表面上的热点，即使在没有大量气流通过通风边界的情况下也如是。当然，在一些实施例中，使用EHD推动流体流既可管理局部的热点，又可藉由强制对流传热而将热量排到会流过通风边界的气流。
一般的电流体动力(EHD)流体加速
本领域很熟悉电动流体(EHD)流体流的基本原理，在这方面，Jewell-Larsen等人的题为“Modeling of corona-induced electrohydrodynamic flow with COMSOLmultiphysics”(在“Proceedings of the ESA Annual Meeting on Electrostatics 2008”中)(以下简称“Jewell-Larsen Modeling article”)的文章提供了有用的概述。同样，Krichtafovitch等人于1999年10月14提出的题为“Electrostatic Fluid Accelerator”的美国专利6,504,308叙述了可用于若干EHD装置的若干电极和高压电源结构。美国专利6,504,308，连同“Jewell-Larsen Modeling article”的章节“第I部分(导言)、第II部分(背景)和第III部分(数值建模)”在此纳入作为参考，以便可参照它们所有的启示。
参照图1所示，图中简要地描述了EHD原理，包括在第一电极10(常被称为“电晕电极”、“电晕放电电极”、“发射极电极”或只是“发射极”)和第二电极12之间施加高强度电场。在发射极放电区11附近的流体分子，例如周围的空气分子，在离子化后形成向第二电极12加速的离子16流14，并与中性流体分子17碰撞。在碰撞期间，动量从离子16流14传递到中性流体分子17，导致流体分子17沿箭头13所示的所希望的流体流动方向朝第二电极12相应地移动。第二电极12有各种不同的称谓，如“加速电极”、“吸引电极”、“目标电极”或“集电极”。虽然离子16流14被第二电极12吸引，通常被第二电极12中和，但是中性流体分子17仍继续以一定的速度经过第二电极12。由EHD原理产生的流体运动也有各种不同称谓，如“电”、“电晕”或“离子”风，被定义为由高压放电电极10附近的离子运动所导致的气体运动。
接着，图2的剖视图表示用于薄的形状因子应用的实际EHD空气推进器设计，其按照EHD原理建立，从发射极电极91朝向集电极电极92的表面的离子流将动量转移到空气分子。结果是下游方向产生净流动，以箭头13表示。
本文所述的EHD流体推进器设计一般包括单个细长的线型、电晕放电型发射极电极，虽然(或者更普遍地)也可以采用多个发射极电极和其它发射极的几何结构。在一般情况下，电晕放电型发射电极包括一个部分(或多个部分)，其显示出小的半径曲率和可以采取线、杆、刃或点的形式。电晕放电电极还可有其它的形状，例如，电晕放电电极可采用的形状为刺铁丝、宽金属条以及具有尖利和薄部分的锯齿形板或非锯齿形板，在施加高电压时，所述尖利和薄部分有助于离子在具有小曲率半径的电极部分上生成。
一般情况下，电晕放电电极可用各种材料制作。例如，在一些实施方案中，电晕放电型发射极电极由具有铑(Rh)涂层的镀钯镍(PdNi)的钨(W)线形成。参见例如共同拥有的、待审批的美国专利申请No.13/302,811号，2011年11月22日提交，名称为“带有分层截面的发射极线(EMITTER WIRE WITH LAYERED CROSS-SECTION)”，发明人为高、厄尔-拉森和汉普斯顿(Humpston)，该专利申请在这里引入作为对合适的和示范性发射极线冶金技术的说明。在一些实施方案中，可以使用如在2003年12月2日提交的、题为“电晕放电电极及其操作方法(Corona DischargeElectrode and Method of Operating the Same)”且授予作为发明人的克里奇托夫维奇(Krichtafovitch)等人的美国专利US7157704中描述的组合物。在此结合美国专利7,157,704，目的仅限于作为叙述可用于若干电晕放电型实施例的一些发射极电极的材料。一般来说，高压电源可在电晕放电极和集电极之间产生电场。
此处所描述的EHD流体推进器设计包括位于一个或多个电晕放电电极下游的离子收集表面。通常，EHD流体推进器部分的离子收集表面包括在所述电晕放电电极下游延伸的基本上平的集电极电极的表面。在追求最小化流动通道高度的小形状因子设计中，集电极电极表面可以被定位为抵靠所述流动通道，或者可以部分地限定流动通道的相对的壁。在某些情况下，集电极可以作为热传递表面而具有双功能。在某些情况下，可以提供可渗透流体的离子收集表面。在某些情况下，线型或杆型的集电极电极可以被引入流动通道中，以取代或者另外附加到沿着通道壁紧靠的电极表面上。
在一般情况下，集电极的表面可用任何合适的导电材料来制作，诸如铝或铜。另外，如Krichtafovitch的美国专利6,919,698所述的集电极(文中称为“加速”电极)可用高电阻材料体制成，迅速传导电晕电流，但其结果是沿着所述高电阻材料体的电流路径的电压下降，使得表面电势下降，从而抑制或限制火花放电的发生。上述的较高电阻材料的例子包括碳填充塑料、硅、镓砷化镓、磷化铟、氮化硼、碳化硅、硒化镉。在此结合美国专利6,919,698，目的限于叙述可用于若干实施例的一些集电极的材料。请注意，在本文所述的一些实施例中，可使用高电阻材料表面修整或涂层(与整体高电阻成对照)。
在采用线型或杆型集电极电极的实施例中，多个平行的集电极电极表面可以做成金属线，或由切割或蚀刻的金属制成，或做成一些其它的方式。在某些情况下，甚至导电的电介质也是可以接受的。通常，这种线型或杆型集电极电极的表面材料是导电的，但不需要是特别良好的导体。事实上，与上述引入的‘698专利的描述一致，集电极电极可以由具有相当高电阻的材料制成或涂有相当高电阻的材料。通常，集电极电极表面应耐离子轰击和臭氧。例如金(Au)和铂(Pt)族金属的贵重金属表面一般是适合的，镍和不锈钢也适用。芯材料可以与表面相同，但也可以不同。每个线型或杆型收集极股线可以相当粗(至少与发射极电极相比)，在50微米至200微米之间，因此材料强度不会显得很关键。在集电极电极的截面较小时，可以选择钨(W)、钛(Ti)、钼和/或它们的合金。至于其它的收集极几何结构，光滑的表面是可取的。
在采用线型集电极电极(其具有精细的线型截面并对其采用摩擦接合的原位清洗/修整保护)的实施方案中，较可取的是机械坚固的机加工电极，该种电极具有高强度的电极芯材料(如钛、钢、钨、钽、钼、镍和含有这些金属的合金)，在其上覆盖一或多层硬的和电化学坚固的钯(Pd)、其它铂(Pt)族金属、钯镍(PdNi)的层。在某些情况下，在集电极电极设计中也可以采用发射极电极材料和冶金(见上文)处理，以承受摩擦清洗/修整和/或抗电晕侵蚀。
调整电场的结构
图3为示范性EHD流体推进器的配置(带有覆盖在其上的示范性电源电路)，其中高压电源190耦接在发射极电极191和集电极电极192之间以便产生电场，并在某些情况下产生离子，以便在大体下游方向上推动流体流199。在图中，发射极电极191耦接到电源190的正高压端子(说明性的值为+3.5KV，实际设计可选用任何电源、电压、波形)，集电极电极192则耦合局部接地。电源190的相宜设计的叙述可参见先前结合的美国专利6,508,308。鉴于发射极191和集电极192的前沿表面之间包含相当大的电压差和很短的距离(也许1mm或以下)，所以产生了强电场，向流体中的正电荷离子(或粒子)施加了净下游推动力。场力线(大体)示出合成电场的空间方面，而所示的场力线的间距可表示电场强度。
正如本领域的普通技术人员所理解，可使用电晕放电原理于强电场中在极靠近所述电晕放电式发射极的表面处产生离子。因此，在根据图3的电晕放电型实施例中，发射极191附近的流体分子(诸如周围的空气分子)被离子化，由此产生的正电荷离子会在电场中向着集电极192加速，在该过程中与中性流体分子碰撞。作为碰撞的结果，动量从离子转移到中性流体分子，导致流体分子沿净下游方向相应地移动。带正电的离子则被吸引到集电极192被中和，所述中和的流体分子以给定的速度通过集电极192(如流体流199所示)。如前所述，通过电晕放电原理产生的流体运动有各种称谓，如“电”风、“电晕”风或“离子”风，大体被限定为从高压放电电极附近的离子运动所导致的气体运动。
尽管叙述的重点为电晕放电型发射极的配置，但本领域的普通技术人员将会明白可以通过其它技术来产生离子，诸如无声放电、交流放电、电介质势垒放电(DBD)等等，所述离子一旦产生之后，就如本文所述，可依次在有电场的情况下被加速，以便推动流体流。为了避免疑惑，所有实施例中的发射极不一定是电晕放电型。同样为了避免疑惑，相对于特定实施例叙述的电源电压的大小、极性和波形(如果有的话)只纯粹起说明作用，有可能不同于其它实施例。
用在发射极电极191的附近和上游设置的若干表面来调整先前描述的电场和/或为向上游移动的离子提供势垒，可进一步理解本文所述的若干实施例。例如，相对于图3所示，可设置电介质表面193，其上易于积累正电荷(诸如从电晕放电式发射极191或其它地方产生的离子)。由于电介质表面193不提供到接地的吸引路径，所以易于积累净正电荷，并在稍后起静电作用而排斥相同的电荷。作为结果，电介质表面193通过静电作用而形成离子向上游移动的势垒。上游的电介质表面193倾向于静电屏蔽任何其它的通往接地的吸引路径，从而可主要在朝向集电极192的下游方向上调整前述的电场。
为了提高性能和减少在相应的电介质表面193上所积累的电荷对集电极电极192电弧静电放电的可能性，大致上可以在集电极电极192的前缘和电介质表面193的相邻部分之间的区域内提供多种调整电场的结构。例如，在一些实施方案中，可以提供空气间隙，该空气间隙可以是如图3所示在电介质表面193中形成浅沟槽395的形式。由浅沟槽395与到集电极电极192的电气吸引的大部分“视线行”(沿所示的电力线)离子流动路径一起提供的隔离，意味着在紧邻这些前缘的那部分电介质表面193上很少有(如果有的话)电荷积累。因此，降低了这些电介质表面193的紧邻部分发生电弧静电放电的可能性。
替换地，在一些实施方案中，在紧挨集电极电极192前缘的上游的电介质表面193中形成的坡台496可以(在EHD操作期间)产生积累了一定电荷浓度的狭窄区域以调整电场，使得离子流分流到紧邻于相应的集电极电极192的前缘的那部分电介质表面193(见图4)。在坡台496的凸出表面轮廓处的局部电荷浓度倾向于掩蔽紧邻于集电极电极192的前缘的那部分电介质表面193，使其不能积累电荷。结果，降低了这些紧邻部分产生电弧静电放电的可能性。
在如图5所示的一些实施方案中，在紧挨集电极电极192前缘的上游的电介质表面193中既形成坡台596又形成浅沟槽595。如上所述，该结构产生积累了一定电荷浓度的狭窄区域以调整电场，使得离子流分流到紧邻于相应的集电极电极192的前缘的那部分电介质表面193(见图4)。浅沟槽595提供了另一个空气间隙，限制电弧静电放电。
图6显示又一个示范性EHD流体推进器的配置，其中由沿通道壁电介质材料193积累的电荷来调整电场。在图示的实施例中，在电介质材料(毗邻电介质材料193)与导电的但具有电阻性的材料697(毗邻相应的集电极电极192的前缘)之间的材料过渡部分提供了一条导电性逐渐增大的导电路径(与集电极电极192的距离逐渐缩小)，以排出可能会在紧邻集电极电极的前缘处积累的电荷。通常，由紧邻集电极电极192前缘的过渡材料部分提供的导电路径的电阻小于位处较远距离处的过渡材料部分所提供的电阻。
可以理解的是，经过过渡材料部分697的导电路径所提供的电阻的空间变化可能受多种因素的影响，包括材料本身的电阻率的空间变化(例如基于组分或掺杂)、不同的材料厚度、在材料组分和/或厚度的分级过渡等等。在每种情况下，最紧靠集电极电极192的那部分材料过渡部分697提供到集电极电极192(和地)的路径是导电的但通常具有较小电阻，从而有利于排出可能会在紧邻相应的集电极电极192的前缘处积累的电荷。与集电极电极192的距离逐渐增大，电阻也会逐渐增大，导致到集电极电极192(和地)的路径的吸引导电性越来越弱。在一些实施例中，材料过渡部分697延伸超过通道的长度约1毫米。
虽然图6的插图展示了通道壁电介质材料193、过渡区材料部分697和集电极电极192的一种大致共平面结构，没有之前提及的沟槽或坡台等结构特征，可以想到的是，一些实施方案可能包含一或多个这种结构特征，与所示的材料过渡部分697相结合。
任选地，在一些实施方案中(不论是否与图1、2、3、4、5或6相一致)，可以在电介质表面193的较上游处提供一个或多个接地的导电路径，以捕捉可能向上游迁移的带正电的离群离子，即使存在由沿着电介质表面193的上游部分积累的电荷所提供的电场调整(和排斥效应)。例如，在一些通风装置的实施例中，这种上游电极194可以提供靠近进风口或与成进风口一体的接地导电路径。在一些通风装置的实施方案中，可以提供靠近出风口或与出风口成一体的另一条接地导电路径(图中没有专门示出)。
当电极194与适当的电位(此处是地)耦接时，对向上游迁移的离子(尽管存在净下游流动199)提供了一个电荷池，在介电层表面193上积累的电荷(此处是正电荷)提供了排斥性的离子势垒，所述介电层表面193限定了位于发射极电极191上游的流动通道的上下壁(以及在图示的剖视图中未画出的侧壁)。
图7显示再一个实施例，其中在毗邻集电极电极192前缘的电介质表面193中形成的浅沟槽向上游进一步延伸，朝向并略微越过发射极电极191。在图示的变型中，浅沟槽795不仅限制来自电介质表面193的靠近部分(如之前结合沟槽396的描述，参见图3)的电弧静电放电，而且略微增大发射极电极191与最近的电介质表面193之间的距离，所述电介质表面193限定流动通道的上下壁。
为了理解这种增大距离的一个好处，可以考虑以下内容。因为EHD装置的总体尺寸减小，即使略微增大由延伸的浅沟槽795所提供的发射极至壁之间的距离，都可以提供操作益处。由于在最紧靠发射极电极191的电介质表面上捕获和保留的电荷具有相同极性(此处是正电荷)，这种电荷趋于减少图7所示的垂直维度(即从发射极电极191朝向流动通道的上下壁)中的电场梯度。由于减小了到达限定流动通道的上下壁的电介质表面193的距离，因此往往需要更高的电压以维持给定水平的电晕放电。但更高的电压导致更容易静电放电或电弧。因此，将图示的浅沟槽795向上游延伸经过发射极电极191，即使EHD装置的总体器件尺寸(尤其是通道高度，dEHD)减小，但往往能保持给定水平的性能。替换地，对于给定的EHD装置尺寸(和通道高度，dEHD)，可以更低的电压和在大致减低静电放电或电弧敏感性的情况下产生所需的场梯度和电晕放电水平。本领域普通技术人员可以基于这里的描述设想其它设计或在操作做出某些折衷。
图7图示给出了一种具体设计，其中上游离子捕捉电极(类似于之前图示和描述的集电极电极)贴在或形成在限定流动通道的上下壁的电介质表面193上。与下游集电极电极192类似，大致在离子捕捉电极794的前缘和电介质表面193的相邻部分之间的区域中可以设置调整电场的结构。需要注意的是，对于上游离子捕捉电极794，“前”表示以限定的离子流(迁移)上游的角度而言，离子捕捉电极794是用于捕捉的。如前所述，空气间隙做成在电介质表面193中形成浅沟槽(此处是798)的形式。由浅沟槽789与到离子捕捉电极794前缘的电气吸引的大部分“视线行”(沿所示的电力线)离子流动路径一起提供了隔离，意味着很少(如果有的话)电荷会积累在紧邻那些前缘的一部分介电层表面193上。结果，降低了来自电介质表面193的这些紧邻部分发生电弧静电放电的可能性。
基于此处的描述，本领域技术人员可以理解，在EHD空气推进器设计变型中(包括在图3-6中所示的那些变型)，使用类似于离子捕捉电极794所显示的那些离子捕捉电极来捕捉离子。在这种情况下，在相应的介电层表面193中提供类似于浅沟槽798的浅沟槽，同样地可以降低来自电介质表面193的紧邻部分发生电弧静电放电的可能性。
图8显示图3的实施例的一个变型，其中使用替代的集电极电极几何结构。更具体地说，图8显示多个线或杆型集电极电极892的剖面视图，所述线或杆布置成阵列，跨过流动通道的横向长度。在图中，有六个基本上平行的集电极电极892，它们被定位为收集来自发射极电极191的离子流，其中每个集电极电极具有纵向长度并且所有集电极电极一起布置成跨过由上层至下层电介质表面193形成的流动通道。如前所述，发射极电极和集电极电极(此处是191、892)获得能量后沿大致下游方向199推动产生流体流。为了避免遮蔽电极几何结构，省略了电源电压与各个集电极电极实例的连接，虽然本领域技术人员可以明白：集电极电极892的纵向长度允许上述连接穿过电介质侧壁(在剖视图中没有专门画出)。基于对其它实施方案(包括图3)的上述说明，完全可理解图8所示变型的设计和操作。
通常，根据图8及后面各图所示的收集极几何结构会配置出一种EHD空气推进器实施例，其中电介质的上下部壁表面193可以比之前图示的位于壁上的收集极实例的实际情况间隔开得更紧密。具体来说，由于先前所示的实施例是缩小的(垂直方向)，越来越多的离子流(来自发射极电极191)撞击在集电极电极192的前沿牛鼻表面，为配合缩小的设计，所述集电极电极具有较小的牛鼻半径，也即对于离子流来说，其撞击的表面积越来越小。因此，若多个集电极电极892跨过流动通道的大部分高度，可以为离子收集提供更大的积累表面积。在某些情况下，根据图8及后面各图所示的收集极几何结构有助于做出可提供4毫米或以下的通道高度dEHD的设计。在某些情况下，发射极和集电极电极(191，892)可以使用具有类似组分的线(例如涂有PdNi的W线)来形成，虽然集电极电极线的直径为50微米至200微米，通常超过发射极电极线的直径至少两(2)倍。因此，在一些实施例中，为优化极其精细的发射极线配置而使用芯材料和表面材料可能是不必要的和昂贵的。
通常，集电极电极892的表面材料是导电的，但不必是特别良好的导体。事实上，与上述提及的’698专利的描述一样，集电极电极892可以用相当高电阻的材料制成或涂有相当高电阻的材料层。通常，集电极电极892的表面应耐离子轰击和抗臭氧。例如金(Au)和铂(Pt)族金属等贵重金属表面通常是适合的，镍和不锈钢也适用。如前所述，在一些实施例中，可以采用不同组分的芯材料。每个集电极电极892可以比较粗(至少与发射极电极相比)，在50微米至200微米之间，因此对于集电极电极线来说，因含有钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)的芯所提供的额外强度变得不那么重要。
与先前描述的收集极几何结构一样，为了提高性能和降低从各个电介质表面193到集电极电极692的电弧静电放电的可能性，大致在集电极电极192的前缘和电介质表面193的相邻部分之间的区域中设置多个调整电场的结构。例如，如图8的实施例所示，以在电介质表面193中形成浅沟槽895的形式提供空气间隙。浅沟槽895连同到最外层的集电极电极892的电气吸引的大部分“视线行”(沿所示的电力线)离子流动路径一起提供了隔离，意味着紧密靠近最外层集电极电极892的那部分电介质表面193上有很少(如果有的话)的电荷积累。因此，降低了这些电介质表面193的紧邻部分发生电弧静电放电的可能性。
基于上述对图3-7的描述，应当理解，可以提供额外的或替代的调整电场的结构，它们被制成如图8介绍的阵列状线型或杆型集电极电极几何结构。例如，在图9的实施例中，可以采用沟槽和坡台的配置，其中坡台996设置在电介质表面193中紧靠集电极电极692的前缘的上游，浅沟槽995提供了与电介质表面193隔开的空气间隙。如前所述，所述坡台(此处是结合浅沟槽995的坡台996)(在EHD操作期间)可以形成具有一定积累电荷浓度的狭窄区域，从而对上述电场进行调整，使得离子流分流到紧靠相应的最高和最低集电极电极892的前缘的那部分电介质表面193(参见图9)。在坡台996的凸出表面轮廓处的局部电荷浓度，进一步防止在最紧靠那些集电极电极892线的前缘的那部分电介质表面193上积累电荷，上述那些集电极电极892线最紧密地靠近上层和下层电介质表面193。结果，降低了这些最紧靠部分发生电弧静电放电的可能性。
图10显示又一个实施例，其中在毗邻集电极电极892的前缘的电介质表面193中形成浅沟槽，其向上游进一步延伸，朝向并略微经过发射极电极191。在所示的变型中，浅沟槽1095不仅提供了一个空气间隙，限制来自电介质表面193的靠近部分的电弧静电放电，而且略微增大在发射极电极191与最近的电介质表面193之间的距离，所述电介质表面193限定了流动通道的上壁和下壁。如前所述，将图示的浅沟槽1095向上游延伸经过发射极电极191，即使EHD装置的总体器件尺寸(尤其是通道高度)减小，但往往能保持给定水平的性能。替换地，对于给定的EHD装置尺寸和通道高度，可以更低的电压和功率以及在大致减低静电放电或电弧敏感性的情况下产生所需的场梯度和电晕放电水平。基于上文包括对图7的描述，完全可以理解图10的实施例。
在图11和12所示的实施例中，沿最紧靠发射极和集电极电极的上层和下层电介质表面193部分设置浅沟槽特征，但是，除此之外，也使用中间坡台特征1196进一步调整电场。具体地说，图11显示一种获得的场模式，通过所述场模式，离子流分流到紧密靠近相应的最上层和最下层集电极电极892的前缘的那部分电介质表面193。浅沟槽部分1195提供的空气间隙分隔开最上层和最下层集电极电极892与电介质表面193，而浅沟槽部分1197增大了发射极电极191与最近的电介质表面193之间的距离，所述电介质表面193限定了流动通道的上壁和下壁。
如之前相对于图7的实施例的描述一样，因为EHD装置的总体尺寸减小了，即使略微增大由延伸的浅沟槽795所提供的由发射极至壁之间的距离，都可以提供操作益处。由于在最紧靠发射极电极191的电介质表面上捕获和保留的电荷具有相同极性(此处是正电荷)，这种电荷趋于减少图7所示的垂直维度(即从发射极电极191朝向流动通道的上下壁)中的电场梯度。由于减小了到达限定流动通道的上下壁的电介质表面193的距离，因此往往需要更高的电压以维持给定水平的电晕放电。但更高的电压导致更容易静电放电或电弧以及更高的功率。因此，提供图示的浅沟槽部分1197，即使EHD装置的总体器件尺寸(尤其是通道高度)减小，但往往能保持给定水平的性能。替换地，对于给定的EHD装置尺寸和通道高度，可以更低的电压和功率以及在大致减低静电放电或电弧敏感性的情况下产生所需的场梯度和电晕放电水平。
图12介绍了另一种设计变型，其中阵列状的线型或杆型集电极电极几何结构呈现为凹陷的前沿表面。在所示的凹陷几何结构中，离子流跨过集电极电极1292阵列的分布更均匀。在其它方面，图12的设计实施例(及其操作)类似于如前描述的图11的情况。本领域技术人员可以明白，可以对图8及后面各图所示的实施例作出修改，提供由阵列状的线型或杆型集电极电极几何结构呈现的凹陷前表面。
系统和电子装置实施例
图13A是示范性膝上型消费电子装置1300的透视图，根据本发明一些实施方案，将EHD流体推进器容纳在总厚度d小于约10毫米的主体部分1301A中。在图13A中，流入流1302和流出流1303被EHD空气推进器1310推动而流过所述消费电子装置，所述EHD空气推进器1310是根据本发明的一些发明概念来设计和封装在有限的内部空间之内。在一些实施例中，可用的内部体积和/或组件只可允许总厚度为5毫米或以下的EHD空气推进器1310。当然，所示的用于流入流、流出流和和热传递表面1320的位置纯作为示范，更大体地说，通风边界可由部件的内部布置、特定装置结构的热挑战和/或工业设计的因素来限定。
图13B和13C显示例如上文描述的EHD空气推进器设计(参考图3及后面各图和图7及后面各图)与膝上型消费电子装置1300的外壳1309的整合。在某些情况下，EHD空气推进器的至少一个静电操作部分形成为所述外壳本身的内表面，或形成在所述内表面上。在某些情况下，至少一个静电操作部分形成为覆盖诸如键盘组件或电路板等电子组件的EMI屏蔽的表面，或在所述表面上形成。这种设计在共同拥有的、待审的美国专利申请No.13/105,343中有更详细的描述，该专利申请在2011年5月11日提交，名称为“用于薄、低轮廓或高纵横比的电子装置的电动流体流体推动技术(ELECTROHYDRODYNAMIC FLUID MOVER TECHNIQUES FOR THIN，LOW-PROFILE OR HIGH-ASPECT-RATIO ELECTRONIC DEVICES)”，发明人为厄尔-拉森、豪纳(Honer)、高曼(Goldman)和施伯特(Schwiebert)，将该申请纳入此处，以便进一步更详细地描述示范性系统实施方案。在任何情况下，诸如上文描述的EHD空气推进器设计可以容纳在膝上型消费电子装置1300的非常有限的内部空间中，或者容纳在一体式或平板式计算机装置、智能手机、媒体播放器、阅读器等等类似的有限内部空间中。
接着，参看图13B和13C，图中所示为示范性膝上型消费电子装置的主体部分1301A的剖视图，所述主体部分1301A的总厚度d可小于约10毫米，键盘组件13740则占用一部分的可用的垂直部分。图13B所示的剖视图允许大体整个内部垂直部分可容纳EHD空气推进器1310。出于示范性和非限制性的目的，所述EHD空气推进器1310通常显示为与图3所示的EHD空气推进器实施例一致。图13C所示的类似的但更紧凑的垂直部分可容纳EHD空气推进器1310，其通常与图11所示的EHD空气推进器实施例一致。在图13C所示的情况下，EHD空气推进器以及印刷电路板(PCB)安装的集成电路、分立器件、连接器等等占用了大部分可用的内部空间。PCB安装的集成电路的例子包括：中央处理器(CPU)和/或图形处理器(GPU)、通信处理器和收发器、存储器等等(例如参见双面印刷电路板1361上的元件1362、1363、1365和1366)，它们往往产生相当大部分的装置热负荷，在一些实施例中，它们可通过非常紧密地靠近热源(或热耦合散热片/散热器)的EHD流体/空气推进器来冷却。
现在参看图14A和14B，它们示出了可以考虑的另一种装置类型，图中分别是示范性平板显示器型消费电子装置1400的边缘侧视图和透视图，根据本发明一些实施方案，将EHD流体推进器容纳在总厚度d小于约10毫米的主体部分1401A中。在图14A中，流入流1402和流出流1403被EHD空气推进器1410推动而流过所述消费电子装置，所述EHD空气推进器1410是根据本发明的一些发明概念来设计和封装在有限的内部空间之内。在一些实施例中，可用的内部体积和/或组件只可允许总厚度为5毫米或以下的EHD空气推进器1410。
当然，所示的用于流入流、流出流和和热传递表面1420的位置纯作为示范，更大体地说，通风边界可由部件的内部布置、特定装置结构的热挑战和/或工业设计的因素来限定。图15A显示的实施例基本上与图14A和14B所示一致，其中位于边缘的长型照明光源阵列(LED照明器1550)产生热量，在工作期间通过热传递表面1420以对流方式传入通过EHD空气推进器1410A、1410B推动的气流(1402，1403)中。在所示的结构中，在底部安装的EHD空气推进器实施例(1410A)将空气逼入在消费电子装置1400的底部的外壳中，而在顶部安装的EHD空气推进器实施例(1410B)则从顶部排出空气。
图15B和15C表示(以截面图的方式)用于显示器1400的下部和上部的EHD空气推进器的配置，正如前述，在某些情况下，至少一个静电操作部分形成为外壳本身的内表面，或者在所述内表面上形成。在某些情况下，至少一个静电操作部分形成为EMI屏蔽的表面，或是在所述表面上形成，所述EMI屏蔽覆盖诸如键盘组件或电路板等电子组件。也如前述，这种设计在上文提及的于2011年5月11日提交的美国专利申请No.13/105,343中有详细的描述。在任何情况下，诸如上文描述的EHD空气推进器设计可以容纳在膝上型消费电子装置1400的非常有限的内部空间中，或者容纳在一体式或平板式计算机装置、智能手机、媒体播放器、阅读器等等类似的有限内部空间中。
然后转到示范性平板显示装置1400，在平板显示器1000中，截面15B和15C示出的总厚度d可小于约10毫米。参考图15A的透视图和其中所示的上部和下部的EHD空气推进器，在图15B所示的截面15B中，大体整个内部深度容纳下部的EHD空气推进器1410A。同样地，在图15C所示的截面15C中，显示面1401和上部的EHD空气推进器1410B皆容纳在平板显示器1400的深度中。在所示的从底至顶的气流中，上部的EHD空气推进器1410B容纳在显示面1401背后的空间中，因此，比下部的EHD空气推进器1410A的类似特征更紧密地封装。尽管如此，相应的空气推进器的设计和操作基本上相同。为了示意和非限制性的目的，EHD空气推进器1410A基本上与图3所示的EHD空气推进器实施例一致。与更紧凑地封装的图15C所示的剖视图一样，EHD空气推进器1410B基本上与图11所示的EHD空气推进器实施例一致。
当然，上述的膝上型和显示器消费电子装置只起说明作用。实际上，根据本说明书，本领域的普通技术人员将会明白使用本发明概念的这些和其它装置，其中包括变型和/或改型，它们适用于特定形状因素、电子组件类型和布置、散热问题和/或与特定设计有关的工业设计因素。
其它实施例
虽然业已参照示范性实施例对本文所述的EHD装置的技术和实施方式作出了叙述，但本领域的技术人员会明白，可以在不背离所附权利要求的保护范围下，进行各种不同的改变以及用等同物来替换其中的部件。例如，虽然已经针对特定的示范性电源电压配置描述了操作的实施方案，其中发射极电极耦接到正的高电压，电场调整电介质表面积累正电荷，而集电极电极接地，本领域技术人员在阅读本说明书后可以理解的是，其它的配置也是可行的。也可以设想接地发射极的实施方案，其中耦接到发射极和集电极电极的电压跨过接地电势。相应地，也可以设想在电场调整电介质表面上积累负电荷。通常，可以采用与本文教导一致的任何一种电源配置。
虽然已经相对于顶部和底部通道壁描述了调整电场的结构(包括坡台和沟槽)，所述通道壁平行于发射极和集电极电极的纵向长度，对于本领域技术人员来说，在阅读本说明书后显而易见的是，在某些情况下，可以将调整电场的结构设置在侧壁表面上。根据本说明书，本领域技术人员可以在紧靠电极毗连或穿过通道侧壁的位置上适当地放置类似的调整电场的结构。
此外，在不偏离其实质范围下，可对本发明的教导进行许多修改，以适应特定的情况或材料。因此，本文所揭示的具体实施例、实施方式和技术、若干设想用于实现所述实施例、实施方式和技术的较佳方式，不是为了要限制所附权利要求的保护范围。
Claims (28)
1.一种电动流体(EHD)流体推进器装置，其可获得能量从而产生流体流，所述EHD流体推进器包括：
细长的发射极电极，定位在由大致上相对的表面至少部分地限定的通道内，所述大致上相对的表面至少跨过所述发射极电极的纵向长度的大部分且基本上向其上游延伸；以及
一对集电极电极，其中每个集电极电极至少跨过所述发射极电极的纵向长度的大部分且具有相对于流体流的前缘，所述前缘位于所述发射极电极的下游但分别靠近所述大致上相对的表面中相应的一个表面；
所述大致上相对的表面中的每个表面由适于在其大部分上积累从发射极电极传送来的静电电荷的材料形成，且每个表面包括靠近相应的集电极电极的前缘的调整电场的结构。
2.根据权利要求1的装置，特征在于，
所述一对集电极电极中的每一个集电极电极被定位为靠着所述大致上相对的表面中相应的一个表面且与之接触，和
所述调整电场的结构包括沟槽，所述沟槽的形成位置为所述大致上相对的表面中相应的一个表面中与相应的集电极电极的前缘重合的位置，所述沟槽在所述前缘和所述大致上相对的表面的材料之间限定空气间隙。
3.根据权利要求2的装置，特征在于，
所述一对集电极电极中的每一个集电极电极具有细长的形状，沿着所述大致上相对的表面中相应的一个表面向下游延伸。
4.根据权利要求2的装置，特征在于，
所述大致上相对的表面中每一个表面都由电介质材料形成。
5.根据权利要求2的装置，特征在于，
所述大致上相对的表面中每一个表面面对一个或多个导电材料段，所述一个或多个导电材料段相互电气隔离以及与用于传送信号或电源的传导路径和地电气隔离。
6.根据权利要求2的装置，特征在于，
所述大致上相对的表面中每一个表面面对电介质带或膜。
7.根据权利要求2的装置，特征在于，还包括：
一个或多个坡台，每个坡台的形成位置是在所述大致上相对的表面中相应的一个表面中或所述相应的表面上紧挨相应的集电极电极的前缘上游处。
8.根据权利要求1的装置，特征在于，
所述调整电场的结构包括坡台，所述坡台的形成位置是在所述大致上相对的表面中相应的一个表面上紧挨相应的集电极电极的前缘上游处，所述坡台基本上沿所述前缘的全部延伸。
9.根据权利要求8的装置，特征在于，
所述坡台伸入所述通道，有利于局部的电荷积累，在EHD流体推进器的工作过程中，所述局部的电荷积累将离子流分流到一部分所述大致上相对的表面，所述一部分表面最接近相应的集电极电极前缘。
10.根据权利要求8的装置，特征在于，所述坡台由一种或多种以下材料形成，或者面对一种或多种以下材料：
电介质材料；和
与用于传送信号或电源的导电路径和地作电气隔离的导电材料。
11.根据权利要求1的装置，特征在于，
所述调整电场的结构包括沟槽，所述沟槽的形成位置是在所述大致上相对的表面中相应的一个表面中与相应的集电极电极的前缘重合的位置，所述沟槽沿着所述大致上相对的表面中相应的一个表面向上游延伸到至少与所述细长的发射极电极一样远。
12.根据权利要求1的装置，特征在于，还包括：
额外的集电极电极，其定位为与所述一对集电极电极一起限定电极阵列，所述阵列基本上延伸跨过所述大致上相对的表面中一个表面与另一个表面限定的所述通道。
13.根据权利要求12的装置，特征在于，
所述调整电场的结构包括在所述大致上相对的表面中相应的一个表面中形成的沟槽，所述沟槽在所述一对集电极电极中特定集电极电极与所述大致上相对的表面中邻近的一个相应表面之间形成了空气间隙。
14.根据权利要求12的装置，特征在于，
所述限定的阵列是基本上线性的阵列。
15.根据权利要求12的装置，特征在于，
所述限定的阵列对来自所述细长的发射极电极的离子流呈现基本上凹陷的形状。
16.根据权利要求1的装置，特征在于，
所述调整电场的结构包括材料过渡部分，其中紧靠相应的集电极电极前缘的材料是导电的，但对于电流基本上具有电阻性。
17.根据权利要求16的装置，特征在于，
所述集电极电极和所述基本上电阻性的材料过渡部分耦接到相同的或基本上等同的电源电压端子，和
沿着由所述基本上电阻性的材料过渡部分到所述相同的或基本上相似的电源电压端子形成的路径的电阻大大超过从集电极电极到所述电源电压端子的电阻。
18.根据权利要求16的装置，特征在于，
所述材料过渡部分的电气特性随所述流体流的尺寸而改变。
19.根据权利要求18的装置，特征在于，
所述材料过渡部分在靠近相应的集电极电极的前缘处呈现的导电路径基本上具有较小的电阻；和
所述材料过渡部分在距离相应的集电极电极的前缘的上游较远处呈现的导电路径基本上具有较大的电阻。
20.一种操作电动流体(EHD)流体推进器装置的方法，该方法包括：
使细长的发射极电极获得能量从而产生流体流，所述细长的发射极电极定位在通道内一对集电极电极的上游，所述通道由大致上相对的表面至少部分地限定，所述大致上相对的表面至少跨过所述发射极电极的纵向长度的大部分且至少从其上游的集电极电极延伸经过所述细长的发射极电极；
在所述大致上相对的表面的大部分上积累从发射极电极传送来的静电电荷；和
使用至少一部分所积累的静电电荷对靠近相应的集电极电极前缘的电场进行调整。
21.根据权利要求20的方法，特征在于，还包括：
在相应的一个相对表面中形成的坡台处积累局部浓度的静电电荷，
所述电场调整使离子流转向离开该相应的一个相对表面的一部分，该相应的表面最接近所述一对集电极电极中相应的集电极电极。
22.根据权利要求20的方法，特征在于，还包括：
将所述细长的发射极电极线的离子流分布在包括所述一对集电极电极的集电极电极阵列上，所述集电极电极阵列被定位为基本上延伸跨过由所述大致上相对的表面中一个表面与另一个表面限定的所述通道。
23.一种制造电子装置产品的方法，所述电子装置产品包括电动流体(EHD)空气推进器以产生流过其中的空气流，该方法包括：
形成大致上相对的表面，所述表面由适于在其大部分上积累从细长的发射极电极传送来的静电电荷的材料形成；
将所述发射极电极定位在由所述大致上相对的表面至少部分地限定的通道内，所述大致上相对的表面至少跨过所述发射极电极的纵向长度的大部分且基本上向其上游延伸；和
定位一对集电极电极，其中每个集电极电极至少跨过所述发射极电极的纵向长度的大部分且具有相对于流体流的前缘，所述前缘位于所述发射极电极的下游但分别靠近所述大致上相对的表面中相应的一个表面；
其中所述大致上相对的表面中的每个表面包括在其中或其上形成的靠近相应的集电极电极的前缘的调整电场的结构。
24.根据权利要求23的方法，特征在于，
所述适于积累静电电荷的材料是电介质材料，和
所述调整电场的结构由所述电介质材料形成。
25.根据权利要求23的方法，特征在于，还包括：
使所述大致上相对的表面面对一个或多个导电材料段，所述导电材料段相互电气隔离以及与用于传送信号或电源的导电路径和地电气隔离。
26.根据权利要求23的方法，特征在于，还包括：
使所述大致上相对的表面面对电介质膜或带。
27.根据权利要求23的方法，特征在于，
所述形成步骤包括在所述大致上相对的表面中或在所述大致上相对的表面上形成坡台型调整电场的结构。
28.根据权利要求23的方法，特征在于，
所述形成步骤包括在所述大致上相对的表面中或在所述大致上相对的表面上形成沟槽型调整电场的结构。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121024 |