CN115038637A - 使用主动式流量控制致动器控制温度 - Google Patents

使用主动式流量控制致动器控制温度 Download PDF

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D·梅尼科维奇
A·米卡劳斯卡斯
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Actaces Ltd
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Abstract

一种合成射流致动器，包括：腔室层，该腔室层具有用于接收流体体积的内部腔室，以及为腔室和外部大气之间提供流体连通的孔口；振荡膜，该振荡膜具有适于响应电信号来偏转振荡膜的压电材料；以及控制器，该控制器被配置为控制电信号向压电材料的传送，以根据从一个或多个源处接收的输入数据来控制振荡膜的运行，该数据告知用于冷却的目标对象的温度和/或性能水平。该致动器还可以包括用于影响修改温度控制的热元件；并且该致动器可以被集成至热扩散结构的表面，用于从热负载中散热。

Description

使用主动式流量控制致动器控制温度
技术领域
本发明涉及合成射流致动器，以及使用所述合成射流致动器控制温度的方法。特别是，本发明是针对合成射流致动器的改进，所述合成射流致动器适合于在零净质量射流应用中控制温度。
背景技术
车辆使用冷却系统，诸如强制对流、液体冷却和机械风扇，来从电池中移除多余热量，以避免故障。然而，传统冷却系统受制于一些缺陷。
传统冷却系统不能够对特定冷却需求的时间和地点做出反应，或提供“点冷却”以减少局部故障的风险；而且，传统系统使用传导物质(诸如大型铝制散热片)以及强制空气冷却，它们重并且昂贵，而且在空间已经受限的位置占用了大的体积。同时，传统机械冷却系统，诸如风扇，具有多个运动部件，没有用于提供性能数据的电子设施，这使得无法提供能提供预先警报的通信，所述通信使得能在潜在故障之前提供预测性的维护。
传统冷却方法，诸如强制对流，也存在局限，例如，许多现代汽车被设计为减少空气动力阻力，以实现更高的能源效率和增加的航程。这些设计使车辆在行驶时偏转气流，也将空气通过车辆外表面和空气进入内部系统(诸如发动机)的通路最小化，而所述通路正是强制对流冷却需要的。结果是，许多现代汽车被设计成有效地将其内部与外部气流“密封”起来，从而减少了内部电子系统和内部电气系统，诸如电池和电气控制单元(ECU)，通过强制空气对流冷却的机会，而是改为需要其他冷却系统。
传统冷却系统也不能够自动地实时适应热条件和车辆性能的变化。例如，机械风扇不能提供足够的控制，以应对车辆在不同的驾驶场景(例如，城市与高速公路的驾驶环境和驾驶条件)、地理位置和季节中可能产生的大范围热条件变化。
传统冷却系统也通常需要额外的资源和设备，诸如冷却液、液体池和管道、泵和其他用于液体冷却的设备，在采用强制空气对流的系统中进一步依赖通向外部环境的气流开口。对这些额外资源的依赖损害了车辆性能，诸如空气动力学、重量等。
因此，仍然需要改进冷却系统，以及总体上改进温度控制系统。
发明内容
一种合成射流致动器，包括：腔室层，所述腔室层包括用于接收流体体积的内部腔室，以及为腔室和外部大气之间提供流体连通的孔口；振荡膜，所述振荡膜包括适于响应电信号来偏转振荡膜的压电材料；以及控制器，所述控制器被配置为控制电信号向压电材料的传送以控制振荡膜的运行。
腔室在腔室层的平面表面中具有开口，振荡膜被定位为与具有腔室开口的平面表面相邻，并且适于作为所述腔室开口的封闭表面。振荡膜适于基于压电材料产生的偏转，压缩和扩张腔室内的体积，以用于在腔室和外部大气之间产生通过孔口的流体流动，控制器被配置为接收告知目标对象的温度控制需求的输入数据，并且被配置为控制电信号向压电材料的传送，用于在至少一个预定参数下控制振荡膜的运行，以影响目标对象的温度控制。
控制器被配置为接收告知目标对象的大约温度或温度范围的输入数据，并且使用输入数据来确定用于影响温度控制的至少一个参数，以实现目标对象的目标温度或目标温度范围。控制器还被配置为接收告知目标对象的性能水平的输入数据，并且使用输入数据来确定用于影响温度控制的至少一个参数，以实现目标对象的目标性能水平。控制器被配置为在至少一个预定参数下控制振荡膜的运行，所述至少一个预定参数选自：频率、振幅、波形、相位、占空比、和调制频率；并控制振荡膜的运行，以根据需求改变至少一个预定参数，从而实现目标温度和/或目标性能水平。
在一些实施例中，在车辆中提供合成射流致动器，并且控制器被配置为从至少一个车载车辆源和/或至少一个车辆外部的源接收输入数据。车载车辆源的非限制性实施例包括：车辆电子控制单元(ECU)；车辆冷却系统的数据管理平台(DMP)；以及目标对象的DMP。车辆外部源的非限制性实施例包括：另一车辆或移动平台上的车对车(V2V)通信设备；自动驾驶车辆网络中的一个或多个发射器；以及协调多个移动平台的控制中心。
在一些实施例中，合成射流致动器还包括在腔室层的腔室处提供的热元件。热元件可呈包括加热线圈的加热元件形式，控制器被配置为通过控制供应给加热线圈的电功率来控制热元件的温度，以修改腔室的温度，从而能够对从腔室喷出至外部大气的流体流进行温度控制。
在这种实施例中，控制器被配置为在接收到告知目标对象的温度控制需求的输入数据时，激活并控制电信号向压电材料的传送，以运行振荡膜来影响目标对象的温度控制，并且确定是否有影响目标对象的修改温度控制从而实现比单独运行振荡膜更大的热传递的需求。如果确定需要修改温度控制，则控制器在继续控制振荡膜运行的同时，激活并控制热元件的温度，以影响目标对象的修改温度控制；如果确定不需要修改温度控制，则不运行热元件，控制器继续运行振荡膜以影响目标对象的温度控制。
在激活热元件以影响修改温度控制后，控制器确定目标对象是否已经达到用于实现目标温度或目标性能水平的热平衡。如果确定目标对象已经达到热平衡，则控制器停止热元件的运行，并且中止对目标对象的修改温度控制；如果确定目标对象未达到热平衡，则控制器保持热元件的运行，继续对目标对象进行修改温度控制。
在停用热元件以停止对目标对象的修改温度控制后，控制器确定目标对象的热平衡是否被保持。如果确定热平衡没有被保持，则控制器在继续控制振荡膜运行的同时，重新激活并控制热元件的温度，以更新对目标对象的修改温度控制；如果确定热平衡已经被保持，则控制器停止振荡膜的运行，并且中止对目标对象的温度控制。
在其他一些例子中，合成射流致动器可以被集成至热扩散结构的表面，用于消散来自热载荷的热量。例如，合成射流致动器可以被集成至散热器的鳍片中。在这种实施例中，所述鳍片被配置为合成射流致动器的腔室层，其中腔室形成在所述鳍片中，腔室开口形成在所述鳍片的平面表面中，并且孔口形成在所述鳍片的外表面，从而提供在腔室和外部大气之间的流体连通，并且振荡膜被定位为与具有腔室开口的所述鳍片的平面表面相邻，并且所述振荡膜适于作为所述腔室开口的封闭表面。
多个合成射流致动器可以被集成至这种热扩散结构的表面，可以由公共电源供电，并且由公共控制器控制。在这种实施例中，控制器可以被配置为能够基于合成射流致动器在结构中的位置和合成射流致动器在局部的热载荷，在定制的运行参数下控制单个合成射流致动器。
前文的总体描述和后文的详细描述都仅仅是示例性的和解释性的，旨在为所要求的发明提供进一步的解释。附图旨在为本发明提供进一步的理解；附图并入本说明书并构成本说明书的一部分；说明本发明的实施方案；并且与描述一起，用于解释本发明的原理。
附图说明
本发明的进一步特征和优点可以从下面的详细描述中得到确认，所述描述被提供成与下面描述的附图有关：
图1示出了根据本发明的致动器的实施例；
图2示出了图1的致动器的爆炸图；
图3示出了图2的振荡膜的爆炸图；
图4示出了图1的致动器的运行状态，包括扩张腔室的运行状态(顶部)和收缩腔室的运行状态(底部)；
图5示出了图1的致动器，其腔室中带有热元件；
图6示出了使用图5的致动器进行温度控制的过程；
图7示出了其中集成有如图1所示的致动器的散热器组件；以及
图8示出了使用图7的组件进行温度控制的过程。
具体实施方式
后文公开的内容参照附图中所示的实施例讨论本发明，但并不将本发明限于这些实施例。
在此提供的任何和所有实施例、或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅仅是为了更好地说明本发明，除非另有要求，并不对本发明的范围构成限制。除非在上下文中澄清，否则说明书中的任何语言都不应被解释为是指对本发明的实施来说必要或关键的不被要求的要素。
除非上下文另有规定，本文所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“所述”包括复数指代。除非上下文另有说明，术语“或”应被理解为包容的“或”。诸如“第一”、“第二”、“第三”等术语，当用于描述多个设备或元件时，仅用于表明各个设备的相对动作、位置和/或功能，而不一定指这些设备或元件的具体顺序，或这些设备或元件的任何具体数量或排名。
本文中对于任何属性或情况使用“大体上”一词，指的是足够小的偏离程度，使得相对于所确定的属性或情况没有明显地减损。本领域的普通技术人员所理解的是，在给定的情况下，所允许的确切偏差程度将取决于具体情况。
如对应情况下本领域的普通技术人员所理解的，术语“约”或“大约”的使用旨在描述高于和/或低于所述值或所述范围。在某些情况下，这可能包括大约+/-10％范围内的值；在其他情况下，这可能包括大约+/-5％范围内的值；在另一些情况下，这可能包括大约+/-2％范围内的值；在还另一些情况下，这可能包括大约+/-1％范围内的值。
将理解的是，术语“包括”和/或“包含”，当在本说明书中使用时，指定存在所述特征、整数、步骤、运行、元件、和/或组件，除非在此指出或与上下文明确抵触，不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整数、步骤、运行、元件、部件和/或它们的组。
除非另有说明，此处对数值范围的陈述是简略表达，用于单独地提及落在所述范围内的每个独立值，包括：所述范围的端点、所述范围内的每个独立值，以及被整个范围所包含的所有中间范围，上述都以单独陈述的方式在此纳入本说明书中。
除非另有说明，或与上下文明显抵触，本文描述的方法可以按任何合适的顺序执行单个步骤，包括：公开的确切顺序，没有任何中间步骤或在公开的步骤之间插入一个或多个其他步骤；用未公开的步骤执行与所公开的确切顺序不同的顺序；以及省略一个或多个公开的步骤。
本发明包含用于冷却车辆(例如，LIB)中的电气系统的系统和方法，使用安装在车辆表面或直接地安装在相关电气系统(例如，电池组或散热器的内部或外部)的一个或多个单个致动器或致动器阵列。在使用致动器阵列的情况下，所述阵列可被控制成动态地适应目标电气系统中的空间热分布，单个致动器由一个或多个以下部件控制：控制器、ECU、微处理器、计算机、使用反馈回路的传感器、以及上述的组合。
本发明考虑的一个应用是电气系统的冷却，诸如对LIB模块和/或单个LIB电池的冷却，以避免故障、退化和性能低下。随着对电动汽车需求的增加，对LIB性能的要求以及对此类系统的冷却要求也在增加。根据本发明的系统和方法可以被单独使用，或作为现有冷却系统，诸如用于LIB冷却的液体和强制对流系统的增强补充。可以在系统控制设备和电池管理系统之间使用反馈回路，以监测现有系统以及用于冷却的目标电气系统的状态，控制设备控制致动器以保持电气系统的最佳性能，并且在电气系统的使用和车辆的实时、动态或规定的性能指标之间保持平衡。
本发明包含冷却系统，所述冷却系统集成了主动式流量控制(AFC)致动器，诸如合成射流致动器(SJA)。SJA可以被集成至车辆或目标电气系统中来用于它们的冷却，并可用作AFC致动器或任何其他类型的致动器，诸如吸吹致动器、扫射流器、流体致动器等。致动器阵列可被集成至热敏感区域和/或可能因过热而失效的区域。致动器是数据驱动的、电气的(不需要外部空气或管道)，并且尺寸足够小，以便集成至电气系统和/或其周围。作为数据驱动的，致动器接收输入数据以控制其运行和性能，诸如在开/关的状态之间切换，频率和波形改变。数据由控制器、诊断系统、电子控制单元(ECU)传感器、电池管理系统(BMS)、和其他反馈回路部件所提供。
根据本发明所述的AFC致动器可以在反馈回路中通过数据管理单元连接至输入提供者，诸如控制器，所述控制器控制具有独立性能要求的阵列中致动器的选择性激活。例如，控制器可以基于检测的温度范围控制所要使用的驱动频率，诸如在系统中取决于周围温度，不同频率可以不同地影响空气混合。
通过改善地面车辆、海上车辆或飞行器中电气系统的冷却，根据本发明的系统和方法有望增强这些车辆的整体性能、安全性、功能性和能源效率。
图1示出了根据本发明的AFC致动器100的一个实施例，并且图2示出了致动器100中各个层的爆炸图。诸如实施例说明的致动器是由电气驱动和控制的，用于冷却车辆中的电气系统或车辆的子部件(例如，电池)。虽然图1仅示出了具有专用电源126和控制器127的单个致动器100，但将理解的是，根据本发明的冷却系统可以包括用于产生射流的一个或多个致动器和用于供电和控制致动器的一个或多个电源126和控制器127。
如图1至图2所示，致动器100包括被夹在两个振荡膜层120a/120b之间的腔室层110。腔室层110包括：具有第一平面表面和第二平面表面的主体、外周长、和内周长，所述内周长在腔室层110内限定了腔室111。腔室111对两个平面表面中的至少一个开放，并且可以对两个平面表面开放。当与之相邻定位时，振荡膜层120作为覆盖腔室111开口的封闭表面，从而在腔室111内限定用于保留流体体积的封闭空间。腔室层111还包括孔口112，所述孔口112为腔室111和致动器100外部的大气之间提供气流通道，用于从腔室111吸入气流或向腔室111输出气流。
图3示出了振荡膜120的爆炸图，理解的是，在图1至图2的实施例中，两个振荡膜120a/120b与图3所示相同。如说明的实施例所示，振荡膜120包括基片121，所述基片通过聚合结合(cohesive bond)122与至少一个压电盘123整体耦合。在说明的实施例中，基片与两个独立的压电盘123耦合，一个在顶面耦合，一个在底面耦合，尽管在其他实施例中，示出的两个压电盘123可能只有其中的一个。聚合结合122可以由单组分或双组分热固性材料形成，诸如但不限于：双组分环氧树脂、单组分甲基丙烯酸酯、或低熔点金属(诸如银焊锡)。在一些实施例中，聚合结合122可以通过热固性薄膜粘合剂或“预浸材料”形成。在一些实施例中，聚合结合122可以是导电的。振荡膜120还可以包括外层124，所述层124将多个层封闭并且固定为复合振荡膜。
在使用中，压电盘123通过从电源126供应的电力和从控制器127通过电连接125供应的控制信号运行(图1)。电力和控制信号导致压电盘123变形，由于压电盘123与基片121的整体耦合，压电盘123的变形导致基片121对应的偏转，从而使振荡膜120作为整体向同一方向偏转。如图4所示，振荡膜120a/120b在远离腔室层110的向外方向变形，导致腔室111的膨胀，产生通过孔口112的向内气流；振荡膜120a/120b在朝着腔室层110的向内方向变形，导致腔室111的压缩，产生通过孔口112的向外气流。
尽管图1至图4示出了致动器100的实施例，其中腔室111呈具有两个开口(在腔室层110的相对平面表面上各有一个开口)的通孔形式，并且两个振荡膜120a/120b被定位成覆盖单独的腔室开口的封闭面，但根据本发明的致动器不限于这种配置。本发明还包括单形态致动器，其中腔室111呈在腔室层110的单个平面表面上仅有一个开口的盲孔形式，并且单个振荡膜120被定位成作为覆盖单个腔室开口的封闭表面。
根据本发明的冷却系统可以包括一个或多个致动器100，当然也可以包括一种或多种类型的致动器，包括但不限于：合成射流致动器、声学激励致动器、等离子致动器、电气产生的扫射流致动器、振荡吸吹(SaOB)致动器等。通过存储在控制器127的本地存储器中的软件控制致动器的运行参数，所述运行参数可以包括但不限于：致动频率、致动振幅、波形、相位、占空比、和调制频率。在包括一个以上致动器的冷却系统中，额外的运行参数也可以被存储在控制器127中，诸如致动器的数量，以及基于单个致动器的(几何尺寸、结构和电子机械)属性和位置的致动器运行的数量和顺序。致动器100由来自一个或多个电源单元126的电力驱动，所述电源单元126可以包括车辆本身带有的一个或多个电源单元和/或独立于车辆所使用的电源单元的一个或多个辅助电源单元。
单个控制器127可以通过存储在控制器127的本地存储器中的一个或多个程序来命令各种冷却系统部件。控制器还被配置为接收输入数据，所述输入数据告知一个或多个电气系统的冷却需求，并且控制器命令一个或多个致动器100在特定的参数下运行以用于冷却目标电气系统，这可能包括运行多个不同的预先存储的运行模式之一。在控制器127处接收的输入数据可以包括激活数据，告知控制器激活用于冷却目标电气系统的致动器；热数据，告知控制器目标电气系统的大约温度或温度范围，控制器可以用所述热数据来确定影响目标电气系统冷却的适当参数；以及停用数据，告知控制器停用致动器以停止目标电气系统的冷却。在控制器127处接收的输入数据还可以包括性能数据，告知目标电气系统的性能水平，控制器可以用所述性能数据来确定影响目标电气系统冷却的适当参数。
控制器127可以从多个不同源接收输入数据，包括但不限于：车辆电子控制单元(ECU)、和/或其传感器；数据管理平台(DMP)和/或冷却系统本身提供的监测传感器；被配置为冷却系统冷却的一个或多个电气系统(例如，电池和/或其组件)。例如，控制器127可以从车辆ECU接收输入数据，所述数据告知用于冷却目标电气系统(诸如电池管理系统(BMS))的性能水平，使控制器在用于冷却BMS的确定的适当参数下使用。控制器127还可以从冷却系统的DMP接收输入数据，所述数据告知冷却系统中一个或多个致动器100的性能水平，以便控制器127使用所述数据来确定对应致动器100的最佳运行参数。
控制器127也可以从冷却系统和整个车辆的外部源来接收输入数据。例如，车辆对车辆(V2V)通信设备可以被用于向控制器127传输由附近的另一车辆或移动平台产生的输入数据、传输由自动驾驶车辆网络产生的数据，和/或传输由协调多个移动平台的控制中心产生的数据。
为了调整一个或多个致动器100的性能，以实现任何数量的目标，所述目标包括但不限于：冷却系统性能、整体车辆性能、环境条件和/或限制、以及乘客偏好，控制器127可以使用来自一个或多个源的输入数据，以及所有前述源的组合。控制器127还可以将接收的输入数据记录在存储设备上，所述存储设备可以是冷却系统内的本地集成并且固定的存储器，也可以是可与冷却系统分离的可移动存储器。输入数据可选地可与并行的系统诊断和/或系统输入和输出数据一起记录；并且控制器127也可以被配置为广播接收的输入数据以及系统诊断和/或系统输入和输出数据，以用于上传至一个或多个外部源。
图5示出了致动器100的实施例，所述致动器带有设置在腔室层110的腔室111中的集成的热元件113。热元件113可以沿空腔111的边界表面111'延伸，或者可以浅浅地嵌入边界表面111'之下。随着热元件113的加入，使得致动器100能够向致动器100产生的气流提供更大的温度控制，从而能够对目标电气系统(例如，LIB电池、ECU、LED、头灯、散热片等)有更大的温度控制影响，其温度范围超越了原先可能的范围。
传统致动器通过产生气流射流来冷却对象，所述气流射流通过增加围绕目标对象的空气混合来提高热通量，以用于将热量从目标对象的表面移除至周围的空气中。合成射流致动器是零净质量通量(ZNMF)，即它们通过产生向内的气流来将空气从周围环境吸入腔室111从而产生脉冲式气流射流，随后产生向外的气流，并在目标位置将空气作为气流射流从腔室111喷出。由于ZNMF致动器依靠周围空气来产生气流射流，气流射流的温度受到周围环境温度的强烈影响，往往与周围环境温度的偏差不大。
通过引入呈加热元件形式(诸如与电源126通信的电加热线圈)的热元件113，控制器127能够控制电源126的电压和电流以对热元件113进行加热，从而有选择地调整致动器100的腔室111内的温度，并且因此改变由此产生的气流的温度。
图6提供了使用致动器100的温度控制过程300的一个实施例，所述致动器100设置有呈加热元件形式的热元件113。在这个实施例，致动器100被配置为影响电气系统或其他目标对象的温度控制，而控制器127被配置为接收告知目标对象的温度控制需求的(例如来自与目标对象相关的管理系统的)输入数据。在启动冷却系统后(步骤S301)，控制器127将定期地检查告知目标对象诊断结果的输入数据(步骤S302)从而确定是否需要温度控制(步骤S303)。如果确定不需要温度控制(步骤S303，“否”)，则该过程将放弃激活致动器100，并且将定期地检查告知目标对象诊断结果的输入数据(步骤S302)，从而再次确定温度控制是否变得必要(步骤S303)。
如果确定需要温度控制(步骤S303，“是”)，则控制器127激活致动器100(步骤S304)，通过产生导向的气流射流以影响所述目标对象的温度修改，从而控制目标对象的温度。随后，控制器127将使用告知目标对象诊断结果的输入数据，来确定目标对象是否需要额外的温度修改，所述额外的温度修改将需要升高温度的气流射流(步骤S305)。如果控制器127确定不需要额外的温度调节(步骤S305，“否”)，则控制器将放弃激活热元件113，并且随后确定目标对象的热平衡是否已经恢复(步骤S306)。如果控制器127确定热平衡已经恢复(步骤S306，“是”)，则控制器127将停用致动器100(步骤S311)。如果控制器127确定热平衡尚未恢复(步骤S306，“否”)，则控制器127将保持致动器100激活(步骤S304)，并且将周期性地确定是否需要额外的温度修改，所述额外的温度修改需要升高温度的气流射流(步骤S305)，以及将周期性地确定目标对象的热平衡是否已经恢复(步骤S306)。
如果确定需要额外的温度修改，所述额外的温度修改需要升高温度的气流射流(步骤S305，“是”)，则控制器127通过提供用于加热热元件113的功率和波形来激活热元件113(步骤S307)，从而加热腔室111，使得致动器100产生用于增强目标对象的温度修改速度的升高温度的加热气流射流。控制器127随后将确定目标对象的热平衡是否已经恢复(步骤S308)。如果控制器127确定热平衡没有恢复(步骤S308，“否”)，则控制器将继续加热热元件113(步骤S307)，并且将定期地确定热平衡是否已经恢复(步骤S308)。一旦控制器127确定目标对象的热平衡已经恢复(步骤S308，“是”)，则控制器将停止加热热元件(步骤S309)，并且随后将确定目标对象的热平衡在停用热元件113后是否保持不变(步骤S310)。
如果确定在停用热元件113之后没有保持热平衡(步骤S310，“否”)，则控制器127将再次通过提供用于加热热元件113的功率和波形来重新激活热元件113(步骤S307)。并且随后将定期地确定目标对象的热平衡是否已经恢复(步骤S308)，最终停用热元件(步骤S309)，并且进一步确定在停用热元件113之后目标对象的热平衡是否保持不变(步骤S310)。在确定目标对象的热平衡在热元件113停用后保持不变后(步骤S310，“是”)，控制器127将停用致动器100，并且将返回至定期地检查告知目标对象诊断结果的输入数据(步骤S302)，以确定是否再次需要温度控制(步骤S303)。
过程300具有用于实现增强的温度修改的数个应用，诸如，融化激光雷达传输表面的霜，以及融化阻挡雷达传感器的雪。此外，控制器127还可以监测致动器100本身的诊断结果，并且可以根据需要使用过程300来增强致动器100的性能。例如，对于通过孔口112将气流吸入腔室111以及通过孔口112将气流从腔室111喷出来说，振荡膜120的偏转是需要的，而振荡膜120的偏转是通过运行温度敏感的压电盘123实现的。因此，如果控制器127确定致动器100在次优水平运行，则控制器127可以确定的是，可以通过加热热元件113来提高腔体111的温度，从而将相邻的振荡膜120内的压电盘123的温度提高至使压电盘123的性能最优化的温度，从而使致动器100作为一个整体改善运行，例如，在实现目标射流速度方面。
在某些情况下，通过激活热元件113来加热压电盘123可能不会导致致动器100性能增加，但是如果控制器127确定致动器100在加热状态下的运行可能会实现与在非加热状态下运行相同的结果，尽管所述非加热状态功率需求较低(例如，由于振荡膜120以大体相同的特性移动，尽管所述非加热状态能量消耗较少)，则仍可以执行所述加热。
图7示出了组件200，其中多个致动器100被集成至需要温度控制的对象(即热负载220)的散热器210中。散热器是被动的热交换器，被设计成与需要热冷却的目标对象(诸如电子设备或机械设备)接触，并提供增加的表面区域，目标对象可以通过所述表面区域将热量传递给周围的冷却介质(诸如空气冷却剂或液体冷却剂)，然后将热量从目标对象散去，以允许对对象温度的调节。散热器通常用于大功率半导体器件，诸如功率晶体管和光电子器件(诸如用于ADAS的激光雷达传感器和用于大灯的LED)，其中组件本身的散热能力不足以缓和其温度。
图7中的组件提出了一个实施例，示出了将根据本发明的致动器100集成至散热器210中，以用于增强该散热器从与散热器接触的热负载220中散热的功效。在本实施例中，散热器210设置有两个鳍片211，并且致动器100仅被集成至第一鳍片211a中，尽管将理解的是，在其他实施例中致动器可以被集成至第二鳍片211b以及散热器210上所提供的任何其他鳍片211中。鳍片211a设置有通过所述鳍片211a成形的三个腔室111，并且对每个致动器100来说充当腔室层110。三对独立的振荡膜120a/120b被定位在鳍片211a的相对侧，与对应的腔室111对齐。图7示出了单个电源126和控制器127，将理解的是，示出的电源126和控制器127可以与每个致动器100通信并控制每个致动器100，或者可以为每个单个致动器100提供单独的电源和/或控制器。
由于致动器100形成在鳍片211a中，因此每个腔室111的边界表面111'将呈现出散热器210和周围空气之间的增加的表面区域接触。这种增加的表面区域增加了散热器210的被动消散能力，通过每个致动器100的运行，这种被动消散能被更显著地增强。当致动器100将气流从周围环境吸入各自的腔室111中时，所述空气将会与对应的边界表面111'接触，从而将热量从鳍片211a消散至空气中，随后将该空气作为气流射流从腔室111中喷出，将转移的热量从散热器210中移除。这样，集成致动器100的运行及其循环的气流吸入和吹出运行，促进了与鳍片211a的更高的空气交换率，这转而产生了用于从散热器210中并从而从热载荷220中移除热量的更高的传热速率。
图8示出了可用于运行图7中致动器100的过程400，其中热载荷220代表用于冷却的目标对象。在该示例中，致动器100被配置为通过经由散热器210的散热来影响对热载荷220的温度控制，并且控制器127被配置为接收告知需要对热载荷220进行温度控制的输入数据，例如来自与热载荷220相关联的管理系统。在启动冷却系统后(步骤S401)，控制器127将定期检查告知热载荷220的温度的输入数据(步骤S402)以确定是否需要冷却(步骤S403)。如果确定不需要冷却(步骤S403，“否”)，则该过程将放弃致动器100的激活，并将继续定期检查告知热载荷220温度的输入数据(步骤S402)，以确定是否需要冷却(步骤S403)。
如果确定需要冷却(步骤S403，“是”)，则控制器127基于由管理系统提供的与每个致动器100的位置相关联的IP地址和每个合成射流致动器所在地的热载荷确定用于控制每个致动器100的具体运行参数(步骤S404)，并激活致动器100以按照确定的参数开始运行(步骤S405)。随后，控制器127确定热载荷220的热平衡是否已经恢复(步骤S406)。如果控制器127确定热平衡没有被恢复，则控制器127保持致动器100的激活(步骤S405)，并且继续定期地确定热载荷220的热平衡是否已经被恢复(步骤S406)。一旦确定热载荷220的热平衡已经恢复(步骤S406，“是”)，则控制器127停用致动器100(步骤S407)并且返回至定期地检查告知热载荷220的温度的输入数据(步骤S407)以确定是否再次需要冷却(步骤S403)。
在过程400中，控制器127可以分别地控制每个致动器100的功率、频率和波形，从而基于热载荷220适应地控制通过散热器210的散热，热载荷220可以是任何合适的设备，例如但不限于，LED、激光雷达或其他需要散热的对象。
尽管本发明是参照特定的实施方案来描述的，但对于本领域的技术人员来说，将理解的是上述公开的内容仅涉及示例性实施方案；本发明的范围不限于所公开的实施方案；并且本发明的范围可以包括，在不偏离所附权利要求及其等同物中所限定的本发明的范围的情况下，相对于此处公开的实施例来说含有各种变化和修改的额外实施方案。
虽然前述的数个实施例放弃了对其他实施例中讨论的某些元件的说明和/或讨论，但可以理解的是，每个实施例都可以包括或使每个实施例包括一个或多个其他实施例的元件。例如，虽然一些示例放弃了对聚合结合层和/或外层的说明和/或具体讨论(诸如图3中的聚合结合122和外层124)，但可以理解的是，在此讨论的每个实施例都可以包括这些元件。此外，尽管上述实施例相对于气流讨论，但可以理解的是，根据本发明的射流致动器不限于空气和产生气流，可以与任何合适的流体一起使用，从而产生对应的流体流。
在理解或完成本发明公开内容的必要程度内，本文提及的所有出版物、专利、和专利申请都明确地通过引用纳入本文，其程度与每项单独纳入的程度相同。对纳入本文的任何专利，不授予任何明示或默示的许可。
本发明并不限于本文说明的示例性实施方案，而是以所附的权利要求为特征，不限制本公开的范围。

Claims (20)

1.一种合成射流致动器，包括：
腔室层，所述腔室层包括用于接收流体体积的内部腔室以及为所述腔室和外部大气之间提供流体连通的孔口；
振荡膜，所述振荡膜包括适于响应电信号来偏转所述振荡膜的压电材料；以及
控制器，所述控制器被配置为控制电信号向所述压电材料的传送以控制所述振荡膜的运行，其中
所述腔室在所述腔室层的平面表面中具有开口，所述振荡膜被定位为与具有腔室开口的平面表面相邻，并且适于作为所述腔室开口的封闭表面，
所述振荡膜适于基于所述压电材料产生的偏转压缩和扩张所述腔室内的体积，以用于在所述腔室和所述外部大气之间产生通过所述孔口的流体流动，以及
所述控制器被进一步配置为接收告知目标对象的温度控制需求的输入数据，并且被配置为控制电信号向所述压电材料的传送，用于在至少一个预定参数下控制所述振荡膜的运行，以影响所述目标对象的温度控制。
2.根据权利要求1所述的合成射流致动器，其中
所述控制器被配置为接收告知所述目标对象的大约温度或温度范围的输入数据，并且使用所述输入数据来确定用于影响温度控制的至少一个参数，以实现所述目标对象的目标温度或目标温度范围。
3.根据权利要求1所述的合成射流致动器，其中
所述控制器被配置为接收告知所述目标对象的性能水平的输入数据，并且使用所述输入数据来确定用于影响温度控制的至少一个参数，以实现所述目标对象的目标性能水平。
4.根据权利要求1所述的合成射流致动器，其中
所述控制器被配置为在至少一个预定参数下控制所述振荡膜的运行，所述至少一个预定参数选自：频率、振幅、波形、相位、占空比、和调制频率。
5.根据权利要求4所述的合成射流致动器，其中
所述控制器被配置为控制所述振荡膜的运行，根据需求改变所述至少一个预定参数，从而实现目标温度和/或目标性能水平。
6.根据权利要求1所述的合成射流致动器，其中
在车辆中提供所述合成射流致动器，以及
所述控制器被配置为从至少一个车载车辆源接收输入数据。
7.根据权利要求6所述的合成射流致动器，其中
所述控制器被配置为从至少一个车载车辆源接收输入数据，所述至少一个车载车辆源选自：车辆电子控制单元(ECU)；车辆冷却系统的数据管理平台(DMP)；以及，所述目标对象的DMP。
8.根据权利要求1所述的合成射流致动器，其中
在车辆中提供所述合成射流致动器，以及
所述控制器被配置为从至少一个车辆外部的源接收输入数据。
9.根据权利要求8所述的合成射流致动器，其中
所述控制器被配置为从至少一个车辆外部的源接收输入数据，所述至少一个车辆外部的源选自：另一车辆或移动平台上的车对车(V2V)通信设备；自动驾驶车辆网络中的一个或多个发射器；以及，协调多个移动平台的控制中心。
10.根据权利要求1所述的合成射流致动器，还包括：
在所述腔室层的腔室处提供的热元件，其中
所述控制器还被配置为控制所述热元件的温度，以修改所述腔室的温度，从而能够对从所述腔室喷出至所述外部大气的流体流进行温度控制。
11.根据权利要求10所述的合成射流致动器，其中：
所述控制器还被配置为在接收到告知目标对象的温度控制需求的输入数据时，激活并控制电信号向压电材料的传送，以运行振荡膜来影响目标对象的温度控制，
所述控制器还被配置为确定是否有影响所述目标对象的修改温度控制从而实现比单独运行所述振荡膜更大的热传递的需求，以及
所述控制器还被配置为，使得：
如果确定需要修改温度控制，则所述控制器激活并控制所述热元件的温度，同时继续控制所述振荡膜的运行，以影响所述目标对象的修改温度控制，以及
如果确定不需要修改温度控制，则所述控制器继续运行所述振荡膜以影响所述目标对象的温度控制，而不运行热元件。
12.根据权利要求11所述的合成射流致动器，其中：
所述控制器还被配置为，在激活所述热元件以影响修改温度控制后，确定所述目标对象是否已经达到用于实现目标温度或目标性能水平的热平衡，以及
所述控制器还被配置为，使得：
如果确定所述目标对象已经达到热平衡，则停止所述热元件的运行，并且中止对所述目标对象的修改温度控制，以及
如果确定目标对象未达到热平衡，则保持所述热元件的运行，继续对所述目标对象进行修改温度控制。
13.根据权利要求12所述的合成射流致动器，其中：
所述控制器还被配置为，在停用所述热元件以停止对所述目标对象的修改温度控制后，确定所述目标对象的热平衡是否被保持，以及
所述控制器还被配置为，使得：
如果确定所述热平衡没有被保持，则重新激活并控制所述热元件的温度，同时继续控制所述振荡膜的运行，以更新对所述目标对象的修改温度控制，以及
如果确定热平衡已经被保持，则停止所述振荡膜的运行，并且中止对所述目标对象的温度控制。
14.根据权利要求10所述的合成射流致动器，其中：
所述热元件包括加热线圈，所述控制器被配置为通过控制供应给所述加热线圈的电功率来控制所述热元件的温度。
15.一种用于从热载荷散热的热扩散结构，包括：
整合至热扩散结构的表面中的根据权利要求1所述的合成射流致动器。
16.根据权利要求15所述的热扩散结构，其中
所述热扩散结构是散热器并且所述合成射流致动器被整合至所述散热器的鳍片中。
17.根据权利要求16所述的热扩散结构，其中
所述散热器的鳍片被配置为所述合成射流致动器的腔室层，其中腔室形成在所述鳍片中，腔室开口形成在所述鳍片的平面表面中，并且孔口形成在所述鳍片的外表面，从而提供在所述腔室和外部大气之间的流体连通，以及
所述振荡膜被定位为与具有所述腔室开口的所述鳍片的平面表面相邻，并且所述振荡膜适于作为所述腔室开口的封闭表面。
18.根据权利要求15所述的热扩散结构，其中
多个合成射流致动器被集成至散热器的公共鳍片中。
19.根据权利要求18所述的热扩散结构，其中
多个合成射流致动器由公共电源供电，并且由公共控制器控制。
20.根据权利要求19所述的热扩散结构，其中
所述控制器可以被配置为能够基于合成射流致动器在散热器中的位置和合成射流致动器在局部的热载荷，在定制的运行参数下控制单个合成射流致动器。
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