CN112392780A - 往四周扇风的压电风扇结构及驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种往四周扇风的压电风扇结构，包括风扇叶片和压电片，所述风扇叶片分割成多瓣，所述压电片固定设置在风扇叶片上，在压电片上施加不同方向的电场，压电片产生不同方向的变形，风扇叶片跟随压电片振动，当电场变换频率与风扇叶片的谐振频率一致或相近时，压电风扇产生谐振，风扇叶片大幅度往复偏转，往四周扇风。本发明在减小体积和占用空间的前提下，方便的调整风量和扇风范围，适用于多种场合。本发明还公开一种往四周扇风的压电风扇驱动方法，根据压电片设计的数量和极性排列，采用不同的驱动方式，多种驱动方式适应不同的应用场合，扩大了本发明的适用范围。
Description
技术领域
本发明属于散热技术领域，具体涉及一种往四周扇风的压电风扇结构及驱动方法。
背景技术
风扇是传统的散热设备，常规风扇采用电磁原理，风扇叶片在磁电变化下旋转，叶片设计成倾斜角度，高速旋转下，产生轴向的扇风效果。现有风扇仅在单一方向有扇风效果，且体积大，在电子产品等空间较小的应用场景下，传统结构的风扇应用受到局限。压电风扇是通过振动产生扇风效果的风扇，包括压电片和扇叶，比传统的高速旋转的风扇节省空间，但是现有的压电风扇扇风方向单一，且风扇叶片从压电陶瓷的一端伸出，占用较长的横向距离，不能满足占用空间小且多方向扇风的效果。
发明内容
本发明解决的技术问题：但是现有的压电风扇扇风方向单一，且风扇叶片从压电片的一端伸出，占用较长的横向距离，不能满足占用空间小且多方向扇风的效果。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种往四周扇风的压电风扇结构，包括风扇叶片和压电片，所述风扇叶片分割成多瓣，所述压电片固定设置在风扇叶片上，在压电片上施加不同方向的电场，压电片产生不同方向的变形，风扇叶片跟随压电片振动，当电场变换频率与风扇叶片的谐振频率一致或相近时，压电风扇产生谐振，风扇叶片大幅度往复偏转，往四周扇风。
作为优选，风扇叶片局部分割为对称或者不对称的多瓣，压电片中心孔与风扇叶片的中心安装孔重合固定。
作为优选，所述压电片设置在风扇叶片的任意一侧，或者在风扇叶片的两侧均设置压电片；所述压电片为压电陶瓷材料、压电晶体材料、或者电致伸缩、磁致伸缩材料制成。
作为优选，所述风扇叶片和压电片的组合结构设置有多层，每层风扇叶片同向工作，或者逐层反向工作。
作为优选，压电片与风扇叶片之间采用胶水粘接，或者两者之间填充有导电碳纤维材料。
作为优选，所述压电片分割为独立的压电陶瓷块，每个压电陶瓷块对应其驱动的每瓣风扇叶片，以实现每瓣风扇叶片独立驱动或者统一驱动。
本发明还公开一种往四周扇风的压电风扇结构的驱动方法，压电片固定在多瓣风扇叶片的一侧或者两侧，在压电片上施加电场，压电片产生变形，风扇叶片跟随压电片振动，当电场变换频率与风扇叶片的谐振频率一致或相近时，压电风扇产生谐振，风扇叶片大幅度往复偏转，往四周扇风。
作为优选，在风扇叶片一侧设置压电片时，采用交流电驱动，压电片在交流电场驱动下，呈钵型变形带动风扇叶片偏转。
作为优选，在风扇叶片两侧均设置压电片时，采用三线制直流驱动方式，2片压电片的极性为“+、-、-、+”排列，中间负极合并，两侧正极按照压电风扇叶片固有频率分别施加直流电，两侧压电片分别交替工作，带动叶片偏转。
作为优选，在风扇叶片两侧均设置压电片时，采用二线制交流驱动方式，2片压电片的极性为“+、-、+、-”排列，两侧压电片外表面电极合并为一极，中间电极合并为一极，此时两侧压电片同时往同一方向偏转，带动叶片偏转。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的往四周扇风的压电风扇结构及驱动方法，风扇叶片分割成多瓣，压电片固定设置在风扇叶片中心，同时驱动多瓣风扇叶片，在谐振状态下按照每瓣的方向扇风，在减小体积和占用空间的前提下，便于调整风量和扇风范围，适用于多种场合。
根据压电片设计的数量和极性排列，采用不同的驱动方式，多种驱动方式适应不同的应用场合，扩大了本发明的适用范围。
附图说明
图1为一种往四周扇风的压电风扇结构的平面示意图；
图2为一种往四周扇风的压电风扇结构的竖向剖面图；
图3为一种往四周扇风的压电风扇结构工作原理示意图；
图4为一种往四周扇风的压电风扇结构工作状态平面示意图；
图5为一种往四周扇风的压电风扇结构工作状态立体示意图；
图6为一种往四周扇风的压电风扇结构多层叶片工作示意图；
图7为一种往四周扇风的压电风扇结构的三种驱动方式示意图
图8为一种往四周扇风的压电风扇结构单层压电陶瓷片工作示意图；
图9为一种往四周扇风的压电风扇结构中增加碳纤维材料层竖向剖面图；
图10为一种往四周扇风的压电风扇结构中叶片粘接区域开孔平面示意图；
图11为一种往四周扇风的压电风扇结构中压电片分块平面示意图。
图12为一种往四周扇风的压电风扇结构中其他特殊应用的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1和2，本发明公开一种往四周扇风的压电风扇结构，包括风扇叶片1和压电片2，风扇叶片1分割成多瓣，压电片2固定设置在风扇叶片1上，在压电片2上施加不同方向的电场，在压电效应的作用下，压电片产生变形，压电片呈钵型，如图3所示，改变电场方向，压电片反方向呈钵型，压电片2产生不同方向的变形，风扇叶片1跟随压电片2振动，当电场变换频率与风扇叶片1的谐振频率一致时，压电风扇产生谐振，风扇叶片1大幅度往复偏转，往四周扇风。
风扇叶片1为圆形或者多边形，风扇叶片1分割对称的多瓣，或者不对称的多瓣，如图12所示，例如，分隔为三瓣或者四瓣，在谐振状态下按照每瓣的方向扇风，风扇叶片为弹性材料，可选择金属或非金属材料。风扇叶片1中心设置安装孔，压电片2为圆环片，压电片2中心孔与风扇叶片1的中心安装孔重合，两者利用粘结的方式固定。在使用时，者通过中心孔安装固定在散热结构件上。压电片2为压电陶瓷材料、压电晶体材料、或者其他电致伸缩、磁致伸缩材料制成。
压电片2粘接设置在风扇叶片1的任意一侧(即压电片2设置一层)，或者在风扇叶片1的两侧均粘接设置压电片2(即压电片2设置一层)，压电片设计的数量和极性排列，将对应不同的驱动方式。
如图6所示，在空间尺寸允许的条件下，为增加扇风范围及风量，风扇叶片1和压电片2的组合结构设置有叠加2层或者多层，多层风扇叶片1在同样的驱动频率下同时工作，在驱动电源控制下，每层压电风扇叶片1可同向工作，也可反向工作，满足不同空间尺寸的散热要求，反向工作可减振降噪，抑制振动对基座的不利影响。其中，多层风扇叶片1可设置同方向偏转扇风；也可以设置相邻叶片或半数叶片反方向偏转扇风，此时，半数反方向扇风产生的振动可相互抵消，起到减振降噪的有利效果，抑制整个风扇组装置的振动对散热结构的影响。
如图9和10所示，为增强压电片与叶片的粘接强度，在压电片2与风扇叶片1之间填充有导电碳纤维材料。利用碳纤维的高强度及导电性的特点，增强风扇叶片粘接强度，提高可靠性，以提高压电风扇叶片的总体强度，也可在叶片中间与压电片粘接区域预留小孔，通过小孔内滞留粘接剂，粘接住两侧的压电片，以提高整体粘接强度。
如图11所示，为便于调节四周各方向的风量需求，压电片2分割为独立的压电块，每个压电块对应其驱动的每瓣风扇叶片1，以实现每瓣风扇叶片1独立驱动或者统一驱动，多块压电片可采用统一驱动的模式，也可采用独立驱动的模式，以便于调节四周风量各自需求。
本发明还公开一种往四周扇风的压电风扇结构的驱动方法，压电片2固定在多瓣风扇叶片1的一侧或者两侧，在压电片2上施加不同方向的电场，压电片2产生不同方向的变形，风扇叶片1跟随压电片2振动，当电场变换频率与风扇叶片1的谐振频率一致时，压电风扇产生谐振，风扇叶片1大幅度往复偏转，往四周扇风。压电片设计的数量和极性排列，将对应不同的驱动方式。
第一种驱动方式：如图8所示，在风扇叶片1一侧设置压电片2时，驱动方式如图7第三种所示，采用交流电驱动，压电片在交流电场驱动下，呈钵型变形带动风扇叶片1偏转。这种方式驱动电压低，偏转幅度小，适用于低交流电压、风量要求较低的应用场合。
第二种驱动方式：如图7第一种所示，在风扇叶片1两侧均设置压电片2时，采用三线制直流驱动方式，2片压电片2的极性为“+、-、-、+”排列，中间负极合并，两侧正极按照压电风扇叶片1固有频率分别施加直流电，两侧压电片2分别交替工作，带动叶片往各自的方向偏转。该种方式由于驱动电压与压电片极化方向相同，可施加较高的直流电压，风扇叶片产生较大的偏转幅度，且两侧压电片分别工作，适用于长时间工作、风量要求大等应用场合。
第三种驱动方式：如图7第二种所示，在风扇叶片1两侧均设置压电片2时，采用二线制交流驱动方式，2片压电片2的极性为“+、-、+、-”排列，两侧压电片2外表面电极合并为一极，中间电极合并为一极，此时两侧压电片2同时往同一方向偏转，带动叶片分别往两侧往复偏转。这种方式二层压电片往同一方向偏转，可带动相对较大的叶片，由于驱动电压与压电片极化方向相反，只能使用低电压的交流电，适用于间歇工作、风量要求低的应用场合。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种往四周扇风的压电风扇结构，其特征在于，包括：风扇叶片(1)和压电片(2)，所述风扇叶片(1)分割成多瓣，所述压电片(2)固定设置在风扇叶片(1)上，在压电片(2)上施加不同方向的电场，压电片(2)产生不同方向的变形，风扇叶片(1)跟随压电片(2)振动，当电场变换频率与风扇叶片(1)的谐振频率一致或相近时，压电风扇产生谐振，风扇叶片(1)大幅度往复偏转，往四周扇风。
2.根据权利要求1所述的往四周扇风的压电风扇结构，其特征在于：风扇叶片(1)分割为对称或者不对称的多瓣，压电片(2)中心孔与风扇叶片(1)的中心安装孔重合固定。
3.根据权利要求1所述的往四周扇风的压电风扇结构，其特征在于：所述压电片(2)设置在风扇叶片(1)的任意一侧，或者在风扇叶片(1)的两侧均设置压电片(2)；所述压电片(2)为压电陶瓷材料、压电晶体材料、或者电致伸缩、磁致伸缩材料制成。
4.根据权利要求2所述的往四周扇风的压电风扇结构，其特征在于：所述风扇叶片(1)和压电片(2)的组合结构设置有多层，每层风扇叶片(1)同向工作，或者反向工作。
5.根据权利要求1所述的往四周扇风的压电风扇结构，其特征在于：在压电片(2)与风扇叶片(1)之间使用胶水粘接，或填充导电碳纤维材料(3)。
6.根据权利要求1所述的往四周扇风的压电风扇结构，其特征在于：所述压电片(2)分割为独立的压电陶瓷块，每个压电陶瓷块对应其驱动的每瓣风扇叶片(1)，每瓣风扇叶片(1)独立驱动或者统一驱动。
7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的往四周扇风的压电风扇结构的驱动方法，其特征在于：压电片(2)固定在多瓣风扇叶片(1)的一侧或者两侧，在压电片(2)上施加电场，压电片(2)产生变形，风扇叶片(1)跟随压电片(2)振动，当电场变换频率与风扇叶片(1)的谐振频率一致或相近时，压电风扇产生谐振，风扇叶片(1)大幅度往复偏转，往四周扇风。
8.根据权利要求1所述的往四周扇风的压电风扇结构的驱动方法，其特征在于：在风扇叶片(1)一侧设置压电片(2)时，采用交流电驱动，压电片在交流电场驱动下，呈钵型变形带动风扇叶片(1)偏转。
9.根据权利要求1所述的往四周扇风的压电风扇结构的驱动方法，其特征在于：在风扇叶片(1)两侧均设置压电片(2)时，采用三线制直流驱动方式，2片压电片(2)的极性为“+、-、-、+”排列，中间负极合并，两侧正极按照压电风扇叶片(1)固有频率分别施加直流电，两侧压电片(2)分别交替工作，带动叶片偏转。
10.根据权利要求1所述的往四周扇风的压电风扇结构的驱动方法，其特征在于：在风扇叶片(1)两侧均设置压电片(2)时，采用二线制交流驱动方式，2片压电片(2)的极性为“+、-、+、-”排列，两侧压电片(2)外表面电极合并为一极，中间电极合并为一极，此时两侧压电片(2)同时往同一方向偏转，带动叶片偏转。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210223 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |