CN110552905B - 一种l型骨架覆膜式叶片的压电风扇 - Google Patents
一种l型骨架覆膜式叶片的压电风扇 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110552905B CN110552905B CN201910954809.0A CN201910954809A CN110552905B CN 110552905 B CN110552905 B CN 110552905B CN 201910954809 A CN201910954809 A CN 201910954809A CN 110552905 B CN110552905 B CN 110552905B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- film
- elastic metal
- piezoelectric
- bracket
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 57
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 6
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 claims description 3
- 210000002489 tectorial membrane Anatomy 0.000 claims description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 30
- 239000011368 organic material Substances 0.000 abstract description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 abstract description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 abstract description 4
- 239000007888 film coating Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009501 film coating Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D25/00—Pumping installations or systems
- F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D25/08—Units comprising pumps and their driving means the working fluid being air, e.g. for ventilation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/005—Mechanical details, e.g. housings
- H02N2/0055—Supports for driving or driven bodies; Means for pressing driving body against driven body
- H02N2/006—Elastic elements, e.g. springs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
本发明涉及一种具有覆膜式叶片的压电风扇。包括弹性金属片和压电陶瓷片，压电陶瓷片粘结固定于弹性金属片一侧边缘，在弹性金属片另一侧面上设有直立的支架，支架的上部四分之一至二分之一位置上设有薄膜；弹性金属片和直立的支架构成L型骨架；支架的材料为PMMA有机材料，薄膜的材料为聚四氟乙烯。将压电陶瓷片的两面接入交流驱动电源的正负两极，供电电源提供与系统谐振频率相一致的交变电压，压电陶瓷片在交变电压下产生伸缩，经过L型骨架进行位移放大，薄膜处实现扫风散热。本发明采用栅格状支架与薄膜的构成骨架覆膜结构，可以实现很好地空气阻抗匹配，而不增加端部质量，增大扫风面积，提高压电风扇出风散热效率。
Description
技术领域
本发明涉及压电风扇，特别是涉及一种L型骨架覆膜式叶片的压电风扇，属于压电驱动技术领域。
背景技术
压电风扇通常由风扇叶片和安装于扇叶上的压电陶瓷片组成，通过电压驱动压电陶瓷片和逆压电效应，使得压电陶瓷片在自身长度方向上产生伸长和缩短的几何变形，从而引起风扇叶片发生弯曲振动。当交流电压的频率和振动片的固有频率相等时，两者的谐振使得风扇叶片的悬伸端振幅显著增大，可以输出高速、定向的稳定气流，产生通风、降温效果。
现有的压电风扇，其叶片结构往往采用矩形等厚悬臂梁式结构。由图4可见，采用的是简单的压电陶瓷片4加上矩形等厚悬臂梁式弹性金属片3作为风扇的叶片结构,压电陶瓷片4粘贴于弹性金属板3上，当压电陶瓷片4接入交流驱动电源正负两极，弹性金属板3跟随压电陶瓷片4的伸缩而共振实现扫风。对于传统叶片一般通过改变叶片长度来改变振幅和基频：减小长度时，基频提升，但振幅随之大幅下降；增大长度时，振幅提升，但基频随之大幅下降，因此传统压电风扇叶片结构存在着振幅和基频的耦合限制，难以充分发挥出压电陶瓷片的能量密度，压电风扇达不到最佳性能。而想要突破这种限制，就需要改变传统压电风扇结构，均匀化压电陶应力分布，以同时提升基频和振幅，达到最大化能量输出。
发明内容
为了充分发挥压电陶瓷片能量密度，同时提升基频和振幅，实现压电风扇输出性能最大化，本发明提供一种L型骨架覆膜式叶片的压电风扇。
一种具有覆膜式叶片的压电风扇包括弹性金属片3、压电陶瓷片4，所述压电陶瓷片4通过环氧树脂胶结固定设于弹性金属片3一侧面的一侧边缘；
所述弹性金属片3另一侧面的另一侧边缘设有直立的支架2，所述支架2的上部一侧面上设有薄膜1；所述弹性金属片3和支架2构成L型骨架；
工作时，压电陶瓷片4的两面接入交流驱动电源的正负两极，其中压电陶瓷片与弹性金属片联接的一面接地，压电陶瓷片另一面接正；供电电源提供与系统谐振频率相一致的交变电压，压电陶瓷片4在交变电压下产生伸缩振动，经过L型骨架进行位移放大，在薄膜1处实现扫风散热。
进一步限定的技术方案如下：
所述支架2为栅格状，栅格的底部固定连接着横杆，横杆固定连接着弹性金属片3；栅格杆的横截面为矩形，栅格杆的纵截面为下端大上端小的三角形。
所述支架2的材料为聚甲基丙烯酸酯或钛合金。
所述支架2的一侧面上部的四分之一至二分之一面积上设有薄膜1。
所述薄膜1的材料为聚四氟乙烯。
所述压电陶瓷片4由锆钛酸铅（PZT）或磁致伸缩材料制成。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在以下方面：
（1）采用弹性金属片构成L型直角骨架结构，可以将压电陶瓷片位置集中在风扇的根部，使得压电陶瓷片的应力分布更加均匀，如图5所示。图6所示为作为对比的传统风扇中压电陶瓷材料应力分布情况。图7所示为本方案与传统方案所使用的压电陶瓷片沿长度方向的应力分布曲线对比，可见本方案压电陶瓷片应力分布更加均匀。进而提升振幅和基频，最大化发挥出压电陶瓷片的能量密度。实验证明，相同压电陶瓷片制成压电风扇，采用L型骨架覆膜式结构，振幅约为传统风扇的三倍，基频约为传统风扇的两倍。
（2）采用厚度从根部到末端逐渐变小的PMMA有机材料支架与高分子薄膜的构成的骨架覆膜结构，可以增加端部工作面积且减小风扇端部质量，有利于：在不降低系统工作频率下，增加风扇的工作面积及扫风面积，实现很好地空气阻抗匹配，提高压电风扇出风散热效率。
附图说明
图1为L型骨架覆膜式叶片的压电风扇的结构示意图。
图2为L型骨架覆膜式叶片的压电风扇的工作示意图。
图3为L型骨架覆膜式叶片的压电风扇的振动示意图。
图4为传统矩形等厚悬臂梁式压电风扇的工作示意图。
图5 为L型骨架覆膜式叶片的压电风扇所设置的压电陶瓷片应力分布示意图。
图6 为传统压电风扇所设置的压电陶瓷片应力分布示意图。
图7 为两种压电风扇结构中压电陶瓷应力仿真分布曲线图。
图1-3中序号：薄膜1、支架2、弹性金属片3、压电陶瓷4。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例对本发明作进一步地描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
参见图1，一种具有覆膜式叶片的压电风扇包括弹性金属片3、压电陶瓷4，所述压电陶瓷4通过环氧树脂胶粘结固定于弹性金属片3一侧面的一侧边缘。
弹性金属片3另一侧面的另一侧边缘固定安装有直立的支架2。支架2的材料为PMMA有机材料；支架2为栅格状，栅格的底部固定连接着横杆，横杆固定连接着弹性金属片3；栅格杆的纵截面为下端大上端小的三角形。
支架2的一侧面上部的三分之一面积上安装有薄膜1，薄膜1的材料为聚四氟乙烯。
弹性金属片3和直立的支架2构成L型骨架。
参见图2，将弹性金属片3的两面接入交流驱动电源的正负两极，供电电源提供与压电组件谐振频率相一致的交变电压，压电陶瓷4在交变电压下产生伸缩，经过L型骨架进行位移放大，薄膜1处实现扫风散热，见图3。
弹性金属片3的长宽为48×30mm，厚度为1mm；压电陶瓷片4的长宽为30×20mm，厚度0.5mm；弹性金属片3的材料为钢，压电陶瓷片4的材料为锆钛酸铅（PZT）。
支架2的材料为聚甲基丙烯酸酯，支架2上的横杆部分为截面积2×2mm、长度为48mm的立方柱体；栅格杆的长度为120mm，横截面的宽度尺寸为1mm，纵截面尺寸从底端2mm向上逐渐减小至0.3mm。薄膜1的材料为聚四氟乙烯，薄膜1尺寸为48×40mm，薄膜1与空气形成良好的阻抗匹配。
由于支架2纵截面的厚度由根部向上逐渐变小，且压电陶瓷片4的位置集中在风扇叶片根部，因而可以使压电陶瓷片4的应力分布更加均匀。
图5、图6所示分别为作为对比的L型骨架覆膜式结构的压电风扇与传统压电风扇所使用的压电陶瓷材料应力分布情况。
图7所示为作为对比的L型骨架覆膜式结构的压电风扇与传统压电风扇所使用的压电陶瓷片4沿长度方向的应力分布曲线对比。
由上述图5-图7可见，本发明压电陶瓷片4应力分布更加均匀。进而可以在基频与振幅相互耦合限制的边际曲线中找到最优解，最大化发挥出压电陶瓷片4的能量密度。
进一步的，由于叶片顶端采用覆膜式结构，薄膜1与空气形成良好阻抗匹配，因而可以在几乎不增加顶端质量的情况下，增大扫风面积，提高出风散热效率。
如图2所示，在压电陶瓷片4两面接入交流驱动电源的正负两极，其中压电陶瓷片4与弹性金属片3联结的的一面接地，压电陶瓷片另一面接正。
如图3所示，供电电源提供与系统谐振频率相一致的交变电压，在此实施例中，交变电压信号参数设置情况为：对称性0%或100%，电压幅值15V，激励频率42Hz。
压电陶瓷片4在交变电压下产生伸缩振动，经过L型骨架进行位移放大，在薄膜1处实现扫风散热。
本实施例采用L型骨架覆膜式结构叶片，可以将压电陶瓷片4位置集中在风扇的根部，使得压电陶瓷片4的应力分布更加均匀。采用厚度从根部到末端逐渐变小的PMMA有机材料支架2与高分子薄膜1的构成的骨架覆膜结构，可以增加端部工作面积且减小风扇端部质量。有利于：在不降低系统工作频率下，增加风扇的工作面积及扫风面积，实现很好地空气阻抗匹配，提高压电风扇出风散热效率。
实验证明，相同压电陶瓷片4制成压电风扇，传统风扇基频41.7Hz，振幅27.2mm；而本发明L型骨架覆膜是叶片风扇基频85.4Hz,振幅78.5mm。采用L型骨架覆膜式结构，本发明的振幅约为传统风扇的三倍，基频约为传统风扇的两倍，这意味着本发明L型骨架覆膜式结构压电风扇性能对比传统压电风扇性能，有一个巨大的提升。而在相同工作效率情况下，本发明L型骨架覆膜式结构的压电风扇体积约为传统风扇的一半，重量约为传统风扇的三分之一。
由上述实验结果，显然本发明L型骨架覆膜式结构叶片的压电风扇更适合用于微小型电子器件散热领域。
实施例2
当支架2的材料为钢，支架2的尺寸、结构同实施例1；薄膜1材料仍然是聚四氟乙烯。则用于驱动及能量传递、位移放大的压电陶瓷片4及弹性金属片3尺寸将会相应有所增加，分别设置为30×40mm与40×60mm。
本实施例中，由于基本结构仍为L型骨架覆膜式叶片结构，因而压电风扇的基频和振幅耦合限制将同样得到优化，性能得以提升。
以上的内容，参照附图说明了本发明适宜的一种实施形式，但本发明并不仅限于上述实施例，从业者明显可以在发明要求的记载范围内进行各种变更例或修改例，对于这些例子，自然也是属于本发明技术范围以内的。
Claims (2)
1.一种具有覆膜式叶片的压电风扇，包括弹性金属片、压电陶瓷片，所述压电陶瓷片通过环氧树脂胶结固定设于弹性金属片一侧面的一侧边缘，其特征在于：
所述弹性金属片另一侧面的另一侧边缘设有直立的支架，所述支架为栅格状，栅格的底部固定连接着横杆，横杆固定连接着弹性金属片；栅格杆的横截面为矩形，栅格杆的纵截面为下端大上端小的三角形；所述支架的材料为聚甲基丙烯酸酯或钛合金；所述支架的一侧面上部的四分之一至二分之一面积上设有薄膜；所述薄膜的材料为聚四氟乙烯；所述弹性金属片和支架构成L型骨架；
工作时，压电陶瓷片的两面接入交流驱动电源的正负两极，其中压电陶瓷片与弹性金属片联接的一面接地，压电陶瓷片另一面接正；供电电源提供与系统谐振频率相一致的交变电压，压电陶瓷片在交变电压下产生伸缩振动，经过L型骨架进行位移放大，在薄膜处实现扫风散热。
2.根据权利要求1所述的一种具有覆膜式叶片的压电风扇，其特征在于：所述压电陶瓷片由锆钛酸铅或磁致伸缩材料制成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910954809.0A CN110552905B (zh) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | 一种l型骨架覆膜式叶片的压电风扇 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910954809.0A CN110552905B (zh) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | 一种l型骨架覆膜式叶片的压电风扇 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110552905A CN110552905A (zh) | 2019-12-10 |
| CN110552905B true CN110552905B (zh) | 2020-11-10 |
Family
ID=68742393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910954809.0A Active CN110552905B (zh) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | 一种l型骨架覆膜式叶片的压电风扇 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110552905B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112983865A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-06-18 | 成都汇通西电电子有限公司 | 一种多层全对称双向交流平衡驱动压电风扇 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0219700A (ja) * | 1988-07-07 | 1990-01-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電ファン |
| JP4359789B2 (ja) * | 2007-10-23 | 2009-11-04 | セイコーエプソン株式会社 | 液体流動装置 |
| CN102483075B (zh) * | 2009-09-01 | 2014-12-03 | 株式会社村田制作所 | 压电风扇及使用该压电风扇的空冷装置 |
| JP5051255B2 (ja) * | 2010-03-10 | 2012-10-17 | 株式会社村田製作所 | 圧電ファン及び冷却装置 |
| JP2012180750A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-09-20 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電ファン |
-
2019
- 2019-10-09 CN CN201910954809.0A patent/CN110552905B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110552905A (zh) | 2019-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN202385032U (zh) | 一种基频共振频率可调的悬臂型压电发电机 | |
| CN110552905B (zh) | 一种l型骨架覆膜式叶片的压电风扇 | |
| CN207625468U (zh) | 一种多级耦合结构的振动能量收集器 | |
| TWI689664B (zh) | 致動氣體導流裝置 | |
| CN109194193A (zh) | 桥式自适应压电能量采集器 | |
| CN105281599A (zh) | 一种采用声子晶体与机电赫姆霍兹谐振器式声能采集器 | |
| JP7044663B2 (ja) | アクチュエータ | |
| CN111756273B (zh) | 收集人体动能的开槽式压电能量收集器 | |
| CN202811551U (zh) | 一种压电风扇 | |
| CN110380644B (zh) | 一种升频可调紧凑型压电能量采集装置 | |
| CN108471256B (zh) | 一种双模压电振动发电装置 | |
| CN202715536U (zh) | 一种大功率哑铃棒管式纵径复合振动超声波辐射器 | |
| CN113507235A (zh) | 一种压缩—弯曲复合变形压电振动俘能装置及俘能方法 | |
| CN101748895A (zh) | 一种利用超声波振动的砼振动装置及其方法 | |
| CN207819795U (zh) | 一种低频声能量回收装置 | |
| CN103580536B (zh) | 一种双体交替工作压电电扇 | |
| CN102594201A (zh) | 一种振动能量回收装置 | |
| CN205356188U (zh) | 一种采用声子晶体与机电赫姆霍兹谐振器式声能采集器 | |
| CN103107734B (zh) | 一种管状压电振动器 | |
| CN202683447U (zh) | 垂振式高能超声波换能器 | |
| CN220122796U (zh) | 一种压电振子及流体泵 | |
| CN107633837A (zh) | 一种周期结构开槽圆管纵‑径振动转换水声换能器及换能方法 | |
| TWM553498U (zh) | 致動器 | |
| CN220527909U (zh) | 一种压电振子及流体泵 | |
| CN108270370B (zh) | 一种多向宽频的压电式能量收集装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |