CN102884318B - 能量传送流体隔膜及装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种能量传送流体隔膜，其包含隔膜衬底，所述隔膜衬底包含切口。所述切口用结合到所述隔膜衬底的密封层覆盖。所述切口经配置以弯曲，进而允许所述隔膜的中心部分的移位。所述中心部分的所述移位将能量传送到位于邻近于所述隔膜处的流体。

Description

能量传送流体隔膜及装置

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2010年2月4日申请的第61/301599号美国临时申请案的优先权及权益(其全文以引用的方式并入本文中)。

技术领域

本申请案大体上涉及用于在流体移动装置(FMD)(例如液体泵、压缩机、真空泵及合成喷射器)内将能量输送到流体的正移位隔膜，且还涉及用于降低高速度合成喷射器的噪声的噪声消除的使用。

背景技术

当与旋转、活塞、离心及其它抽吸方式相比时，隔膜提供用于为小FMD建立循环正移位的较低型面构件。较小或微型FMD可使用如由抽吸功率除以FMD大小界定的抽吸功率密度来进行比较。抽吸功率的增大需要每冲程或每压升或两者的移位的增大。隔膜的常见局限性是，归因于其小冲程(由例如金属或塑料等隔膜材料的应力极限削弱)，其无法提供大体积移位。如果使用允许较大冲程的较具弹性的材料(例如常见的人造橡胶)，那么在响应于逐渐增大的压力的冲程期间隔膜通常将挠曲或“像气球般鼓起”，因此防止较大压升并防止较高功率密度。

高功率合成喷射器是可使用隔膜的一类微型FMD。与微型FMD中使用的隔膜相关的一个特定问题是关于高功率合成喷射器。当合成喷射器用于冷却高功率密度及高功率耗散电子产品(例如，服务器、计算机、路由器、膝上型计算机、HBLED及军用电子装置)时，其可提供显著的能量节省。然而，合成喷射致动器的压缩腔室必须容纳建立高动态压力的大移位冲程以便驱动大的多端口岐管，而同时致动器必须足够小以安装在许多空间受限产品中。常规的隔膜技术足够硬以建立大压力，而无法提供驱动多端口岐管所需要的移位。弹性隔膜足够柔软以提供大移位，而无法建立高动态压力。

因此，需要用于正移位FMD中的隔膜，所述隔膜可提供大轴向冲程但同时足够硬以建立大动态压力，进而使得能够针对微型FMD获得增大的抽吸功率密度。

冷却空间受限产品中的高热量耗散电子装置通常需要提供来自多个致动器端口或多个岐管端口的高喷射器出口速度的合成喷射器，其提供直接喷射冲击到所述产品内的热装置。然而，从高功率合成喷射器端口发出的周期性端口压力及空气速度可在驱动频率下建立显著的声级。较高的空气速度引起较高的声级，这可对于给定产品引起不可接受的噪声级。因此，为了提供可接受的噪声级及安静操作，可对合成喷射器系统施加冷却能力限制。另外，为了实现在小致动器封装中建立高出口端口速度所需要的功率密度，需要大致动器力以建立必要的高动态压力，这可对于给定产品引起不可接受的振动级。因此，需要提供以低振动及低噪声级通过多个端口的高喷射速度的合成喷射器系统，以使得能够在电子产品中节省能量。

发明内容

本申请案揭示一种隔膜，其包含例如金属、塑料或其它合成物等材料且具有实现大移位的切口及密封所述切口以提供耐压密闭隔膜的包覆模制层。所揭示的隔膜克服先前流体移动装置及隔膜技术的局限性。小FMD的性能经常通过利用系统质量-弹簧机械谐振来改善，所述系统质量-弹簧机械谐振在减小的致动器力及所得的减小的致动器大小下提供较高的隔膜移位。在常规FMD中设置系统谐振的主要机械弹簧通常是与隔膜分开的组件。为了进一步满足对于较高抽吸功率密度的需要，本文所揭示的隔膜提供将系统弹簧及隔膜这两个组件集成为单个组件，这减少了所需要的零件的数目且实现较低型面的微型FMD封装。

本申请案还揭示一种合成喷射器系统，其通过提供由具有180°异相抽吸循环的分开的压缩腔室所驱动的相反相位的喷射器端口而克服常规高速度合成喷射器系统的局限性。合成喷射器系统经配置以使得从至少两个相反相位端口或多个相反相位端口发出的脉动提供声音消除，从而尤其对于在致动器驱动频率下的声能引起较低声级。另外，所揭示的合成喷射器系统提供相反移动的两个活塞，进而消除在致动器主体上的相互反作用力，进而克服与过度振动相关联的局限性。

附图说明

并入并形成说明书的一部分的附图说明本发明的选择实施例，且与描述一起用于解释本发明的原理。图中：

图1提供具有切口以降低每一轴向移位的材料应力度从而引起较大轴向移位及较低轴向弹簧刚度的隔膜的实例；

图2说明具有切口以降低每一轴向移位的材料应力度从而引起较大轴向移位及较低轴向弹簧刚度的隔膜的另一实例；

图3说明具有切口以降低每一轴向移位的材料应力度从而引起较大轴向移位及较低轴向弹簧刚度的隔膜的又一实例；

图4说明具有单个结合弹性层以提供压力密封的高移位隔膜；

图5说明在隔膜的两侧上均具有结合的弹性层以提供压力密封的高移位隔膜；

图6说明具有分别连接到相反相位的两个分开的压缩腔室的两个岐管以在两个岐管的端口之间提供噪声消除的合成喷射器系统；

图7说明具有三个压缩腔室的2隔膜合成喷射器系统，其中一个岐管连接到中心压缩腔室且另一岐管连接到两个外部压缩腔室(其具有与中心压缩腔室相反的抽吸相位)，以在两个岐管的端口之间提供噪声消除且进一步以提供致动器振动消除；

图8说明低型面致动器，其包括本发明的隔膜以及电活性材料以形成使隔膜振荡用于提供流体能量传送的弯曲机致动器；

图9展示向图8的弯曲机致动器添加反作用体，进而对隔膜改善功率传送；

图10说明用作FMD中的正移位元件的隔膜的实施例；

图11说明以非轴对称性配置来布置的隔膜的示范性实施例，其实现新的FMD形状因数；

图12A展示隔膜衬底的俯视图；

图12B展示图12A隔膜的FEA计算的弯曲模式；

图13A展示隔膜衬底的俯视图；

图13B展示图13A隔膜的FEA计算的弯曲模式；

图14说明具有两个弹簧行的弹簧的FEA计算的弯曲模式；

图15说明具有四个弹簧行的弹簧的FEA计算的弯曲模式；

图16说明具有八个弹簧行的弹簧的FEA计算的弯曲模式；

图17说明具有四个弹簧行的弹簧的FEA计算的弯曲模式；

图18展示图17弹簧的弯曲模式如何随弹簧支柱纵横比改变。

具体实施方式

相应的图1、2及3的隔膜2、4及6提供可用于FMD(例如泵、压缩机、真空泵及合成喷射器)中的隔膜衬底的实例。如同其它隔膜，所揭示的隔膜可围绕其外部周边被紧紧地夹入FMD外壳中，而隔膜的剩余部分可响应于所施加的马达力而自由地轴向移动。本发明的隔膜可与对隔膜施加循环力的任何马达(例如驱动偏心轮或曲轴的旋转马达)、摆动活塞FMD或直接产生周期性轴向力的任何数目的线性马达一起使用。隔膜具有切口图案，其降低从轴向移位产生的弯曲应力，从而实现比没有切口的简单圆盘隔膜大的轴向移位。隔膜的由这些切口图案形成的部分或片段(即，“支柱”)充当弹簧且合起来形成弹簧网络或弹簧矩阵。隔膜衬底可由若干种材料(包含金属、塑料及纤维增强型塑料，仅举几个例子)构成。对于所属领域的技术人员将清楚的是，所选择的特定弹簧矩阵图案以及其特定切口尺寸可用以提供设计规格，例如目标应力、轴向弹簧刚度及从给定轴向中心隔膜移位产生的流体体积移位。举例来说，在图1的隔膜衬底2中，组成弹簧矩阵区域3的环状弹簧行的数目、每行的环状弹簧的数目及弹簧支柱横截面纵横比(即，弹簧支柱的径向厚度对弹簧支柱的轴向厚度)可经变化或调整以形成给定应用所需要的隔膜特性。切口尺寸还可经选择以便控制弹簧刚度是线性的还是非线性的。对于所属领域的技术人员还将清楚的是，在本发明的范围内可使用大量不同的切口图案。举例来说，隔膜切口图案可使用任何数目的不同设计且不需要遵守特定的对称性。设计隔膜以具有特定弹簧常数的能力允许隔膜在机械谐振FMD中充当系统弹簧或谐振频率确定弹簧。因此，本发明将隔膜及系统谐振弹簧集成为单个组件。

为了在流体移动机中使用本发明的隔膜，必须为弹簧矩阵提供压力密封。图4展示密封层8，其为弹簧矩阵提供压力密封，其中出于说明的目的，密封层8被切掉。密封层通常将具有比隔膜衬底大的弹性以提供密封但还允许隔膜切口图案的挠曲。图5展示结合到隔膜底部的第二密封层10。密封层可以若干种方式(包含粘合剂结合)附接到隔膜衬底。另一种方式(称为包覆模制)通常涉及在注射模具中放置隔膜衬底且将呈液体状态的密封材料注射到模具内，所述密封材料固化成密封层。注射模制的优势是密封材料在固化且进而通过弹簧矩阵将两个密封层结合在一起之前将流过弹簧矩阵切口。密封层可包括任何数目的材料(例如EPDM或其它弹性材料或可在不妨碍切口图案挠曲的情况下密封隔膜衬底的任何物质)。

图10说明本发明的隔膜如何可用作FMD(例如泵、压缩机、真空泵或合成喷射器)的流体移动元件或正移位元件。在图10中，FMD 66具有以外壳64及隔膜56为边界的流体腔室58。隔膜56的包覆模制的一半被切掉以展示弹簧矩阵的细节。流体(即，气体或液体或混合相)的进入由入口60提供，且流体的外出由出口62提供。在操作中，马达使隔膜56移位且产生的轴向隔膜移位建立流体腔室58的容积的改变，进而将能量传送到流体腔室58内的流体。

在本发明的范围内任何数目的马达可用以致动图10的隔膜，且此些马达可包含具有用于将旋转运动转换成隔膜的振荡运动的同心轮(或其它适当装置)的旋转马达；线性电磁马达，例如可变磁阻或螺线管型马达；或使用电活性材料的马达(例如图8及9的弯曲机压电致动器)或包括单个或堆叠压电元件的马达。取决于流体移动机的类型，入口60及出口62可具备阀门及阀门强制通风系统，如在液体泵、气体压缩机或真空泵的情况下，或在合成喷射器的情况下可改为充当喷射器端口，且同样在合成喷射器的情况下，可使用仅一个喷射器端口或可同时使用任何数目的喷射器端口。可以平面模式驱动隔膜，其中在整个冲程中隔膜中心平面始终保持大致横穿移位轴线。或者，隔膜可用在所谓的摆动活塞泵、压缩机或真空泵上，其中隔膜由同心轮驱动，使得在冲程期间隔膜的中心表面不保持横穿移位轴线，而是在整个冲程中始终循环摆动。

本发明的隔膜实施例不需要为圆形的或轴对称性的，而是还可为矩形的、椭圆形的或对于给定应用非常匹配的任何其它形状。本发明的隔膜的显著优势在于，其实现非常规的FMD拓补及形状因数。图11说明非轴对称性隔膜68，其提供与图1的隔膜相同的优势。密封层或包覆模制可用以跨越弹簧矩阵区域建立压力密封。在操作中，隔膜68的周边将夹入FMD外壳中，且中心区域70将由马达/致动器移位以向流体提供能量传送。所属领域的技术人员将想到，非轴对称性隔膜使得能够设计出具有多种多样形状因数的FMD，其可经特定设计以适应给定最终产品中的可用空间，且此些变化被视为属于本发明的范围内。

用于金属隔膜衬底的制造方法包含化学蚀刻、冲压及激光或水喷射切割，且用于塑料隔膜衬底的制造方法包含冲压及注射模制。

本发明的隔膜衬底可经设计以处理增加FMD隔膜的抽吸功率密度所需要的大轴向移位及压力。隔膜满足性能要求的能力部分地取决于由包覆模制材料提供的压力密封。然而，如果要实现本发明的高冲程高压力隔膜的优势，那么必须以使其不干扰隔膜或FMD性能的方式添加包覆模制材料。具体地说，必须克服的包覆模制挑战包含(1)提供长包覆模制材料寿命，(2)归因于模制材料与弹簧矩阵之间的相互作用而将目标弹簧常数设计到隔膜中的困难，及(3)归因于由模制材料与弹簧矩阵之间的相互作用所引起的高隔膜阻尼的不良FMD能量效率。

为了所谓的无限寿命，可通过设计弹簧矩阵以使得个别弹簧支柱仅经受对应于所述支柱的弯曲应力极限的小部分的应力来设计本发明的隔膜衬底。在设计隔膜期间考虑的另一失效模式是归因于包覆模制材料的失效而损害的压力密封。为了避免包覆模制失效，对于给定隔膜移位所需要的包覆模制伸展应最小化，且应避免局部伸展集中以有利于在弹簧矩阵区域上的均一伸展。对于需要大移位及长包覆模制寿命的隔膜应用，为了减少包覆模制伸展且减少局部伸展集中，本发明引入个别弹簧矩阵部件的平面弯曲模式，如图12到13中所说明。

图12A展示具有带有4个环状弹簧行及每个环状行5个弹簧的弹簧矩阵的隔膜72。图12B提供隔膜72的1/4楔形的有限元分析(FEA)计算的偏转模式形状，其展示个别弹簧支柱的主要弯曲方向是轴向的(即，在隔膜移位的方向上)。在偏转的弹簧行之间的轴向距离(从隔膜周边开始且朝向隔膜中心行进)建立阶梯效果，其将明显地不在弹簧矩阵上引起均一的包覆模制伸展，而是建立将把包覆模制伸展集中在阶梯之间的区中的阶梯效果。

图13A展示具有带有15个环状弹簧行及每个环状行18个弹簧的弹簧矩阵的隔膜74。图13B提供隔膜74的1/4楔形的FEA计算的偏转模式形状，其展示个别弹簧支柱的主要弯曲方向保持在弹簧矩阵的平面中，而不是产生图12B中的隔膜的阶梯效果。图13B的平面弯曲模式使局部伸展集中最小化，且提供弹簧矩阵上的包覆模制材料的较均一伸展，进而提升长包覆模制材料寿命。

为了使隔膜实现谐振FMD操作，隔膜应充当系统谐振弹簧且对于给定设计提供目标弹簧刚度，同时还提供低阻尼常数。如果阻尼较高，那么没有能量可被存储在机械谐振中，且同样，归因于过量阻尼损耗，能量效率将降低。除非隔膜主要以平面模式弯曲，否则包覆模制材料将显著地增加隔膜的净弹簧刚度及阻尼。如果弯曲模式主要是轴向的，如图12B中展示，那么包覆模制材料的应用将戏剧性地增加隔膜弹簧刚度以及隔膜阻尼常数两者，从而对FMD的质量-弹簧谐振引起“过阻尼”条件。在过阻尼条件下，未实现谐振操作的优势，因为没有能量将被存储在谐振中，且同样，归因于增加的隔膜阻尼能量耗散，FMD的能量消耗将增加。当将包覆模制施加到轴向弯曲弹簧(如，举例来说，图12B中展示的隔膜)时，可发生刚度及阻尼增加多个数量级，且这些高阻尼值可使FMD能量消耗增加10倍，从而使得高压力高冲程隔膜不切实际。另外，对于大多数小FMD应用，安静操作是必要的，且从包覆模制轴向弯曲隔膜产生的增加的弹簧刚度可防止弹簧刚度足够低以在满足FMD噪声级要求所需要的低频率下实现谐振操作。

通过使隔膜衬底与包覆模制材料之间的相互作用最小化，平面弯曲隔膜(如图13A的隔膜74)解决上述隔膜寿命、刚度-频率-噪声及阻尼-能量的问题，从而得到与裸露隔膜衬底的弹簧刚度值接近的弹簧刚度值以及足够低以对谐振操作及能量效率具有微小影响的阻尼值。

使包覆模制材料与弹簧矩阵的相互作用最小化的额外优势是隔膜衬底变成主要弹簧刚度。如果包覆模制材料包括复合弹簧刚度(由隔膜衬底刚度及包覆模制材料刚度组成)的重要部分，那么复合刚度将随着包覆模制材料磨损及老化而改变。随着刚度改变，FMD谐振频率将向下漂移，从而引起成比例降低的流体性能。通过使包覆模制材料与弹簧矩阵的相互作用最小化，隔膜衬底变成主要弹簧刚度，其将在产品的寿命中保持稳定，进而固定FMD谐振频率且维持稳定的流体性能。另外，如果包覆模制材料包括复合刚度的大部分且以不均一方式磨损，那么隔膜将变得不稳定，这可引起过量的FMD噪声及振动。

对于图12及13中展示的隔膜类型，有三个隔膜设计参数可用以实现主要平面弯曲：(1)环状弹簧行的数目，(2)每个环状行的弹簧的数目，及(3)弹簧支柱横截面纵横比。第一及第二参数的效果在图12及13的轴向对平面弯曲模式中说明，且相对于图14到16进一步加以描述，图14到16展示相应弹簧的FEA计算的弯曲模式。图14到16展示经简化(非轴对称性)的弹簧设计，其用以说明随着弹簧行的数目从二增加到八，添加弹簧行如何引起弯曲模式从图14的主要轴向弯曲模式转变为图16的主要平面弯曲模式。

图17及18展示图15的经配置以说明第三设计参数的弹簧设计。所展示的弯曲模式是使用FEA来计算的。图17及18分别展示弹簧支柱76及78的横截面图，以便说明其弹簧支柱纵横比。在图17中，弹簧支柱76的宽度W大于弹簧支柱76的厚度T，且在图18中，弹簧支柱78的厚度T大于弹簧支柱78的宽度W。从图17到图18的纵横比的改变是通过仅改变材料厚度而所有其它尺寸保持不变来做出的。在图17中，其中W>T，弯曲模式主要为轴向的，且黑色虚线突出显示从平面模式的弯曲偏离。在图18中，其中T>W，弯曲模式正变得更平面，且黑色虚线展示弹簧行中心线的平面状倾斜。

从设计参数的以上论述中，对于所属领域的技术人员将清楚的是，实现平面弯曲模式不完全取决于环状弹簧行的数目或每个环状行的弹簧的数目。弹簧支柱纵横比也可用以将给定弹簧矩阵设计从主要轴向弯曲调整到主要平面弯曲。存在这些设计参数将实现对于给定隔膜移位足够的平面弯曲度的任何数目的组合。照此，本发明的范围不受特定隔膜矩阵设计限制，也不受弹簧矩阵中的个别弹簧部件的数目限制。而是，本发明的范围包含使用主要平面弹簧矩阵弯曲模式来克服所有上述与用柔性密封材料压力密封高冲程高压力隔膜相关的问题。

使用单个合成喷射致动器来冷却给定产品内的多个高功率装置需要多端口岐管或柔性管，其中每一端口或管建立可瞄准热量耗散装置的喷射器。高功率耗散装置需要高速度脉动喷射器，其从喷射器端口发出的周期性压力及空气速度可建立对于给定产品的要求来说过高的声级。过度的噪声级将妨碍在那个产品上实现与合成喷射器多端口岐管系统相关联的显著能量节省。

本发明包含具有抽吸循环相互180°异相的两个压缩腔室的合成喷射致动器。连接到这两个压缩腔室的喷射器端口将产生也相互180°异相的喷射脉冲，从而归因于两个相反相位声源的消除而引起降低的喷射器噪声级。明确地说，本发明将噪声消除的优势延伸到冷却多个热装置所需要的岐管，进而实现显著的能量节省。

如果两个相反相位的声源相距太远，那么噪声消除不太有效。本发明将足够靠近在一起的具有相反相位的岐管端口成对以使噪声消除最大化。图6展示一个此类实施例，其中岐管12及14连接到相应的压缩腔室16及18。压缩腔室16及18由隔膜20分开，为了简化说明起见，未展示用于隔膜20的驱动系统或马达。在操作中，隔膜20振荡，从而建立压力以及180°异相的进出压缩腔室16及18的流动循环。每一对岐管端口(例如端口对22及24)将产生180°异相的空气脉冲，从而引起归因于消除的噪声降低。由本发明提供的消除不需要为完全的以提供噪声降低，而是可具有从0%到100%的任何程度的消除。

相反相位的端口的数目不需要相等。只要一个相位的端口集体地产生近似相反相位端口的声功率级，就将发生消除且将降低噪声级。通过变化端口直径或通过变化其各自压缩腔室的特性，可变化给定数目的同样相位端口的声功率级以匹配或接近于不同数目的相反相位端口的声功率级。用于变化压缩腔室的输出功率的一种方法是改变整个腔室容积以便变化压缩比。如果压缩腔室的活塞独立于相反相位的压缩腔室，那么可变化活塞冲程以为相应的端口群组建立匹配的或几乎匹配的声功率输出。

图7展示本发明的另一实施例，其中压缩腔室30、32及34由隔膜36及38分开。隔膜36及38以180°异相来振荡，使得压缩腔室30及34的抽吸循环与腔室32的抽吸循环成180°异相。岐管26附接到压缩腔室32，且岐管28附接到压缩腔室30及34两者。在操作中，当隔膜36及38相反移动时，岐管26的喷射相位与岐管28的喷射相位成180°异相，这建立由两个岐管所发射的声音的消除。图7的实施例的额外优势是隔膜36及38施加在致动器主体上的动态反作用力将消除，进而使致动器的振动最小化。为了简化说明起见，未展示用于隔膜36及38的驱动系统或马达。

图6及7中展示的岐管确实必须为两个分开的零件，但可针对每一群组的相反相位喷射器端口用分开的内部管道来集成为单个零件岐管。

在组合高移位高压力隔膜的特征与岐管噪声消除的方面，本发明使得能够使用高功率合成喷射器岐管系统来冷却例如服务器、计算机、路由器、膝上型计算机、HBLED及军用电子装置等产品。

图8揭示本发明的在用于流体移动机的新式低型面致动器中使用的示范性高冲程高压力隔膜。在图8中，致动器48包含隔膜40，为清楚起见，其经展示为无包覆模制。隔膜40具有弹簧矩阵42及中心区段44，其中电活性元件46结合到中心区段44。电活性元件46到中心区段44的结合包括单形态弯曲机致动器。

在操作中，隔膜40充当FMD(例如液体泵、压缩机、真空泵或合成喷射器)的流体隔膜且形成流体压缩腔室的一部分。当将电压施加到电活性材料时，电活性材料将膨胀或收缩，这取决于材料的极化及所施加电压的极性。归因于电活性材料46与中心区段44之间的结合，电活性材料46的膨胀或收缩将引起中心区段44与电活性材料的复合结构以凹入或凸起形状弯曲，这取决于所施加电压的极性。致动器48将具有质量-弹簧机械谐振，其频率由弹簧矩阵42的弹簧刚度确定，且有效的轴向移动体包括电活性材料46、中心区段44以及某部分的弹簧矩阵42及其包覆模制或密封层。如果将振荡电压施加到电活性材料46(其频率接近或等于质量-弹簧谐振频率)，那么能量将被存储在机械谐振中且隔膜40将轴向振荡，进而提供流体移动装置的正移位抽吸功率。通过在谐波或分谐波下驱动，驱动电压频率也可激发与所得的驱动效率的相应级别相同的质量-弹簧机械谐振。

图9展示图8的致动器48的一种可能的增强型式。如图9中展示，反作用体50用紧固件52紧紧地附接到致动器48的中心。图9的致动器48经展示为具有密封层54(替代地，其可为用注射模制施加的包覆模制层)。在操作中，当弯曲机致动器经受弯曲振荡时，其将抵靠着反作用体50推拉，这又建立施加到隔膜40的反作用力，进而增大施加到隔膜的力且增大致动器的效率。反作用体50的添加还将降低致动器48的弹簧质量谐振频率。任何数目的不同形状的反作用体可用于这个目的，且可位于致动器的任一侧或两侧上。致动器48将马达、流体隔膜及系统谐振弹簧的功能全部集成为单个低型面组件。通过消除离散的马达、隔膜及弹簧组件(其增添FMD的大小)，这种功能集成使得能够在不降低流体性能的情况下显著降低FMD大小。

电力引线可悬置在电活性材料与流体移动机外壳之间，或替代地，如果隔膜40是金属的，那么隔膜40可用作一个电力引线，且第二引线可悬置或结合到电绝缘包覆模制层。

可通过设计切口几何形状及/或隔膜厚度以提供给定的弹簧刚度且通过选择反作用体的质量来将图8或图9的致动器的谐振频率调整为所需要的频率。从mHz到kHz的范围内的谐振频率均为可能的。举例来说，致动器可经设计以具有在50Hz及60Hz线频率处或附近或者在50Hz及60Hz线频率的分谐波或谐波处的质量-弹簧机械谐振。可使用各种电活性材料，例如PZT，且对于所属领域的技术人员来说，用于给定应用的不同电活性材料的优势将是众所周知的。

已出于说明及描述的目的而呈现了本发明的某些实施例的前述描述。本文中提供的实施例不希望为详尽的或将本发明限于所揭示的精确形式，且根据以上教示，许多修改及变化明显是可能的。已选择并描述了所述实施例以便最好地解释本发明的原理及其实际应用，以进而使得所属领域的其他技术人员能够在各种实施例中并且用适合于所预期的特定使用的各种修改来最好地利用本发明。尽管上述描述包含许多规格，但这些不应解释为对本发明的范围的限制，而是作为对其替代性实施例的例证。

Claims (24)

1.一种能量传送流体隔膜，其包括：

隔膜衬底，其包含切口，其中所述切口用结合到所述隔膜衬底的密封层覆盖，其中所述隔膜衬底的邻近于所述切口的部分经配置以按大体上平面模式弯曲，从而允许所述隔膜的中心部分的移位，且其中所述中心部分的所述移位将能量传送到位于邻近于所述隔膜处的流体。

2.一种经配置以抽吸单相或二相液体的液体泵，其包括用于抽吸流体的正移位元件，其中所述正移位元件包括根据权利要求1所述的能量传送流体隔膜。

3.一种用于抽吸主要呈气体状态的流体的压缩机或真空泵，其包括用于抽吸流体的正移位元件，其中所述正移位元件包括根据权利要求1所述的能量传送流体隔膜。

4.一种合成喷射致动器，其包括用于移动流体的正移位元件，其中所述正移位元件包括根据权利要求1所述的能量传送流体隔膜。

5.一种机械谐振流体移动机，其包括用于弹簧-质量机械谐振中的正移位元件及系统弹簧，其中所述正移位元件及所述系统弹簧两者均包括根据权利要求1所述的能量传送流体隔膜。

6.一种电活性致动器，其包括：

隔膜衬底，其包含切口，其中所述切口用结合到所述隔膜衬底的密封层覆盖，及电活性材料，其结合到所述隔膜衬底的中心。

7.根据权利要求6所述的电活性致动器，其进一步包括附接在所述电活性材料的中心处或附近的反作用体。

8.根据权利要求6所述的电活性致动器，其中所述隔膜衬底包括用于将电力施加到所述电活性材料的电引线。

9.根据权利要求8所述的电活性致动器，其进一步包括结合到所述密封层的第二电引线，其中所述第二电引线与所述隔膜衬底电隔离。

10.根据权利要求6所述的电活性致动器，其中所述致动器包含质量-弹簧机械谐振，且其中所述致动器经配置以使得将周期性电压施加到所述电活性材料，其中所述电压是以处于或接近所述致动器的所述质量-弹簧机械谐振的频率而施加。

11.根据权利要求6所述的电活性致动器，其中所述致动器包含质量-弹簧机械谐振，且其中所述致动器经配置以使得将周期性电压施加到所述电活性材料，其中所述电压是以处于或接近所述致动器的所述质量-弹簧机械谐振的分谐波或谐波的频率而施加。

12.一种流体能量传送装置，其包括：

隔膜，其包含衬底及结合到所述衬底的密封层，其中所述衬底包含切口，且所述切口由所述密封层覆盖；

驱动器，其用于所述隔膜；

其中所述隔膜的周边表面连接到外壳以在所述外壳与所述隔膜之间形成腔室，且其中所述腔室含有流体，且所述驱动器经配置以移动所述隔膜的中心部分，进而引起腔室容积的改变，借此所述隔膜的运动将能量输送到所述流体。

13.一种经配置以抽吸单相或二相液体的正移位液体泵，其包括根据权利要求12所述的流体能量传送装置，其中所述隔膜是用于所述液体泵的正移位元件。

14.一种供与主要呈气体状态的流体一起使用的压缩机或真空泵，其包括根据权利要求12所述的流体能量传送装置，其中所述隔膜是用于所述压缩机或真空泵的正移位元件。

15.一种合成喷射致动器，其包括根据权利要求12所述的流体能量传送装置，其中所述隔膜是用于所述合成喷射致动器的正移位元件。

16.一种机械谐振流体移动机，其包括根据权利要求12所述的流体能量传送装置，其中所述流体移动机包含用于弹簧-质量机械谐振中的正移位元件及系统弹簧，其中所述正移位元件及所述系统弹簧两者均包括所述隔膜。

17.根据权利要求1所述的隔膜，进一步包括第二密封层，所述第二密封层结合到所述隔膜衬底的与所述密封层相对的一侧上的隔膜衬底，其中密封层材料延伸穿过所述切口且与所述密封层结合在一起。

18.根据权利要求1所述的隔膜，其中密封层为所述隔膜提供压力密封且密封层材料密封所述切口。

19.根据权利要求1所述的隔膜，其中所述切口形成在多个环状行中，每一环状行包括多个弹簧。

20.根据权利要求19所述的隔膜，其中所述多个弹簧中的每一者具有大于宽度W的厚度T。

21.根据权利要求12所述的装置，进一步包括第二密封层，所述第二密封层结合到所述隔膜衬底的与所述密封层相对的一侧上的隔膜衬底，其中密封层材料延伸穿过所述切口且与所述密封层结合在一起。

22.根据权利要求12所述的装置，其中密封层为所述隔膜提供压力密封且密封层材料密封所述切口。

23.根据权利要求12所述的装置，其中所述切口形成在多个环状行中，每一环状行包括多个弹簧。

24.根据权利要求23所述的装置，其中所述多个弹簧中的每一者具有大于宽度W的厚度T。