用于提高合成噴射器性能的正交各向異性雙壓電晶片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體涉及壓電驅(qū)動(dòng)器，并且具體地涉及用于具有正交各向異性壓電雙壓電 晶片的合成噴射器和其他設(shè)備的壓電驅(qū)動(dòng)器，其中雙壓電晶片對(duì)于針對(duì)施加的電場(chǎng)較大的 響應(yīng)具有增加的平面外位移。
【背景技術(shù)】
[0002] 最近幾年，主動(dòng)流動(dòng)控制已經(jīng)被用于增加機(jī)器的空氣動(dòng)力效率，這些機(jī)器具有在 表面上的氣流，尤其是交通工具，諸如飛機(jī)。在空氣動(dòng)力學(xué)表面上產(chǎn)生的不利的流體流動(dòng)可 以沖擊暴露于流動(dòng)的下游的結(jié)構(gòu)，并且使其疲勞，并且流動(dòng)可以通過增加表面上的抗力或 阻力影響效率。在一種類型的主動(dòng)流動(dòng)控制中，空氣的射流被吹進(jìn)不利的流體流動(dòng)的通道， 與該流動(dòng)混合，并且引起空氣在空氣動(dòng)力學(xué)表面上更平穩(wěn)地流動(dòng)和降低表面上的抗力和阻 力。在許多情況下，這種主動(dòng)流動(dòng)控制在現(xiàn)有的交通工具設(shè)計(jì)中可以被實(shí)施，不需要重大的 改變，以此直接降低交通工具或其他機(jī)器的運(yùn)營(yíng)成本。
[0003] -種用于以主動(dòng)流動(dòng)控制產(chǎn)生空氣的射流的設(shè)備是合成噴射器，其通過往返地移 動(dòng)空氣通過設(shè)備的小開口而形成射流。合成噴射器通常具有中空盒子形狀或其中具有共振 腔室的圓柱體形狀的外殼以及通過側(cè)壁或端壁中的一個(gè)的孔口或噴嘴開口。合成噴射器的 至少一個(gè)壁由彈性薄膜形成，該彈性薄膜能向內(nèi)和向外偏轉(zhuǎn)，以交替地減小和增加共振腔 室內(nèi)的容積，并且通過開口排出和吸入空氣?？梢酝ㄟ^響應(yīng)于施加的電場(chǎng)的壓電驅(qū)動(dòng)器而 引起薄膜的偏轉(zhuǎn)。壓電驅(qū)動(dòng)器可以包括壓電陶瓷片，其具有的表面面對(duì)并且剛性附連到薄 膜的相應(yīng)表面。該驅(qū)動(dòng)器可以具有附連到薄膜表面的單一的壓電陶瓷片，或兩個(gè)壓電陶瓷 片，其中每個(gè)片以相同的方式被附連到薄膜的相對(duì)的表面中的一個(gè)。
[0004] 對(duì)于每個(gè)壓電陶瓷片，電極被附連到相對(duì)的平面的表面，以便施加穿過片的厚度 的電場(chǎng)。由于逆壓電效應(yīng)，施加的電場(chǎng)引起穿過片的厚度的應(yīng)力和機(jī)械變形，并且由于泊松 效應(yīng)，在片的平面內(nèi)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力和機(jī)械變形。片的平面內(nèi)變形在薄膜的表面上產(chǎn)生彎 矩和薄膜相對(duì)于共振腔室的偏轉(zhuǎn)。交替穿過片的電場(chǎng)的極性引起片交替地壓縮和拉伸。以 高頻率交替電場(chǎng)引起薄膜的迅速振動(dòng)和通過合成噴射器的開口的高速流動(dòng)的產(chǎn)生。
[0005] 在如描述的壓電驅(qū)動(dòng)器中，電場(chǎng)被施加通過壓電陶瓷片的厚度，但是驅(qū)動(dòng)器依靠 片的平面內(nèi)特性和機(jī)械變形以施加彎曲薄膜的力矩。然而，由于通常使用的各向同性壓電 陶瓷的泊松比，平面內(nèi)壓電的d耦合系數(shù)（即獲得的機(jī)械應(yīng)變與施加的電場(chǎng)的比）比橫向 壓電的d耦合系數(shù)小2到3倍。因此，對(duì)于施加的電場(chǎng)，平面內(nèi)應(yīng)變比橫向應(yīng)變小二分之一 到三分之一，因此固有地限制了驅(qū)動(dòng)器對(duì)穿過壓電陶瓷片的厚度施加的電能的響應(yīng)。鑒于 此，存在對(duì)在利用可用于操作的電能中更有效率的改進(jìn)的壓電驅(qū)動(dòng)器的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在本發(fā)明的一個(gè)方面中，公開了壓電驅(qū)動(dòng)器。該壓電驅(qū)動(dòng)器可以包括：第一片，其 具有平面的第一片表面和被第一片厚度分開的相對(duì)設(shè)置的平面的第二片表面；第一電極， 其設(shè)置在平面的第一片表面和平面的第二片表面中的一個(gè)上，并且具有多個(gè)第一指狀物； 和第二電極，其設(shè)置在平面的第一片表面和平面的第二片表面中的同一個(gè)表面上，并且具 有與多個(gè)第一指狀物交錯(cuò)的多個(gè)第二指狀物。壓電驅(qū)動(dòng)器還可以包括彈性隔膜，其具有第 一隔膜表面和相對(duì)設(shè)置的第二隔膜表面，其中第一片的平面的第一片表面和平面的第二片 表面中的一個(gè)面對(duì)第一隔膜表面并且被剛性地固定到第一隔膜表面。通過第一電極和第二 電極施加的第一電場(chǎng)可以在第一方向上引起平面內(nèi)拉應(yīng)力以拉伸第一片，可以在第二方向 上引起平面內(nèi)壓應(yīng)力，并且可以在第三方向上引起橫向壓應(yīng)力；通過第一電極和第二電極 施加的第二電場(chǎng)可以在第一方向上引起壓應(yīng)力以壓縮第一片，并且可以在第二方向和第三 方向上引起拉應(yīng)力。
[0007] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，公開了用于產(chǎn)生空氣射流的合成噴射器。合成噴射器 可以包括殼體，其限定中空的共振腔室，并且具有穿過殼體的第一壁的孔口，殼體使中空共 振腔室與合成噴射器周圍的環(huán)境大氣流體連通；彈性隔膜，其形成殼體的第二壁，并且具有 第一隔膜表面和相對(duì)設(shè)置的第二隔膜表面；和第一片，其具有平面的第一片表面和被第一 片厚度隔開的相對(duì)設(shè)置的平面的第二片表面，其中第一片的平面的第一片表面和平面的第 二片表面中的一個(gè)面對(duì)第一隔膜表面并且被剛性地固定到第一隔膜表面。合成噴射器還可 以包括第一電極，其設(shè)置在平面的第一片表面和平面的第二片表面中的一個(gè)上，并且具有 多個(gè)第一指狀物；和第二電極，其設(shè)置在平面的第一片表面和平面的第二片表面中的同一 表面上，并且具有與多個(gè)第一指狀物交錯(cuò)的多個(gè)第二指狀物。通過第一電極和第二電極施 加的第一電場(chǎng)可以在第一方向上引起平面內(nèi)拉應(yīng)力以拉伸第一片，可以在第二方向上引起 平面內(nèi)壓應(yīng)力，并且可以在第三方向上引起橫向壓應(yīng)力。通過第一電極和第二電極施加的 第二電場(chǎng)可以在第一方向上引起壓應(yīng)力以壓縮第一片，并且可以在第二方向和第三方向上 引起拉應(yīng)力。
[0008] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，公開了用于產(chǎn)生空氣射流的合成噴射器。合成噴射器 可以包括殼體，其限定中空的共振腔室，并且具有穿過殼體的第一壁的孔口，殼體使中空的 共振腔室與合成噴射器周圍的環(huán)境大氣流體連通；彈性隔膜，其形成殼體的第二壁并且具 有第一隔膜表面和相對(duì)設(shè)置的第二隔膜表面；和第一正交各向異性片，其具有平面的第一 片表面和被第一片厚度隔開的相對(duì)設(shè)置的平面的第二片表面。第一片的平面的第一片表面 和平面的第二片表面中的一個(gè)可以面對(duì)第一隔膜表面并且被剛性地固定到第一隔膜表面， 第一正交各向異性片可以具有在第一正交各向異性片的平面內(nèi)的第一方向，第一各正交向 異性片的平面內(nèi)的第二方向和橫穿第一正交各向異性片的平面的第三方向，并且第一正交 各向異性片可以在第一方向上具有第一 d耦合系數(shù)，其大于在第二方向上的第二d耦合系 數(shù)。合成噴射器可以進(jìn)一步包括第一電極，其設(shè)置在平面的第一片表面和平面的第二片表 面中的一個(gè)上；和第二電極，其設(shè)置在平面的第一片表面和平面的第二片表面中的一個(gè)上； 通過第一電極和第二電極施加的第一電場(chǎng)可以在第一方向上引起平面內(nèi)拉應(yīng)力以拉伸第 一正交各向異性片；和通過第一電極和第二電極施加的第二電場(chǎng)可以在第一方向上引起壓 應(yīng)力以壓縮第一正交各向異性片。
[0009] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及壓電驅(qū)動(dòng)器，其可以包括第一片，該第一片具有平面的 第一片表面和被第一片厚度分開的相對(duì)設(shè)置的平面的第二片表面；第一電極，其設(shè)置在平 面的第一片表面和平面的第二片表面中的一個(gè)上，并且具有多個(gè)第一指狀物；第二電極，其 設(shè)置在平面的第一片表面和平面的第二片表面中的同一表面上，并且具有與多個(gè)第一指狀 物交錯(cuò)的多個(gè)第二指狀物；以及彈性隔膜，其具有第一隔膜表面和相對(duì)設(shè)置的第二隔膜表 面，其中第一片的平面的第一片表面和平面的第二片表面中的一個(gè)面對(duì)第一隔膜表面并且 剛性地固定到第一隔膜表面，其中通過第一電極和第二電極施加的第一電場(chǎng)在第一方向上 引起平面內(nèi)拉應(yīng)力以拉伸第一片，在第二方向上引起平面內(nèi)壓應(yīng)力，并且在第三方向上引 起橫向壓應(yīng)力，并且其中通過第一電極和第二電極施加的第二電場(chǎng)在第一方向上引起壓應(yīng) 力以壓縮第一片，并且在第二方向和第三方向上引起拉應(yīng)力。該壓電驅(qū)動(dòng)器還可以包括第 三電極，其設(shè)置在平面的第一片表面和平面的第二片表面中的另一個(gè)上，并且具有多個(gè)第 三指狀物；和第四電極，其設(shè)置在平面的第一片表面和平面的第二片表面中的另一個(gè)上，并 且具有與多個(gè)第三指狀物交錯(cuò)的多個(gè)第四指狀物，其中通過第三電極和第四電極施加的第 三電場(chǎng)在第一方向上引起平面內(nèi)拉應(yīng)力以拉伸第一片，在第二方向上引起平面內(nèi)壓應(yīng)力， 和在第三方向上引起橫向壓應(yīng)力，其中通過第三電極和第四電極施加的第四電場(chǎng)在第一方 向上引起壓應(yīng)力以壓縮第一片，并且在第二方向和第三方向上引起拉應(yīng)力。第一電場(chǎng)和第 三電場(chǎng)可以同時(shí)被電極施加，而第二電場(chǎng)和第四電場(chǎng)同時(shí)被電極施加。壓電驅(qū)動(dòng)器還可以 包括第二片，其具有平面的第三片表面和被第二片厚度分開的相對(duì)設(shè)置的平面的第四片表 面，其中第二片的平面的第三片表面和平面的第四片表面中的一個(gè)面對(duì)第二隔膜表面并且 被剛性地固定到第二隔膜表面；第三電極，其設(shè)置