[发明专利]用于性能优化的压电双压电晶片圆盘外边界设计和方法

说明书

本发明涉及用于性能优化的压电双压电晶片圆盘外边界设计和方法。本申请公开双压电晶片圆盘致动器，其包括：基板，其由基板复合材料形成并且具有第一基板表面和第二基板表面；第一压电陶瓷圆盘，其刚性连接到基板的第一基板表面；第二压电陶瓷圆盘，其刚性连接到基板的第二基板表面；以及第一复合环，其由第一环复合材料形成，刚性连接到第一基板表面并且围绕第一压电陶瓷圆盘。第二复合环可刚性连接到第二基板表面并且围绕第二压电陶瓷圆盘。还公开了用于形成双压电晶片圆盘致动器的方法和装置。

技术领域

本发明总体涉及压电致动器，并且具体地涉及用于具有正交各向异性压电双压电晶片的合成射流器和其他装置的压电致动器，其中外环属性被控制以提高合成射流的性能。

背景技术

最近几年，主动流动控制已经被用于增加机器的空气动力效率，这些机器具有在表面上的气流，尤其是交通工具，诸如飞机。在空气动力学表面上产生的不利的流体流动可以冲击暴露于流动的下游的结构，并且使其疲劳，并且流动可以通过增加表面上的抗力或阻力影响效率。在一种类型的主动流动控制中，空气的射流被吹进不利的流体流动的路径，与该流动混合，并且引起空气在空气动力学表面上更平稳地流动并降低表面上的抗力和阻力。在许多情况下，这种主动流动控制在现有的交通工具设计中可以被实施，不需要重大的改变，以此直接降低交通工具或其他机器的运营成本。

一种用于以主动流动控制产生空气的射流的装置是合成射流器，其通过往返地移动空气通过装置的小开口而形成射流。合成射流器通常具有中空盒子形状或其中具有共振腔室的圆柱体形状的外壳以及通过侧壁或端壁中的一个的孔口或喷嘴开口。合成射流器的至少一个壁由弹性薄膜形成，该弹性薄膜能向内和向外偏转，以交替地减小和增加共振腔室内的容积，并且通过开口排出和吸入空气。可以通过响应于施加的电场的压电致动器而引起薄膜的偏转。压电致动器可包括附接到薄膜的一个或更多个压电陶瓷圆盘。

对于每个压电陶瓷圆盘，电极被附接到圆盘的相对的平面的表面，以便施加穿过片的厚度的电场。由于逆压电效应，施加的电场引起穿过片的厚度的应力和机械变形，并且由于泊松效应，在片的平面内出现对应的应力和机械变形。片的平面内变形在薄膜上产生弯矩和薄膜相对于共振腔室的偏转。交替穿过片的电场的极性引起片交替地压缩和拉伸。以高频率交替电场引起薄膜的迅速振动和通过合成射流器的开口的高速流动的产生。

两个致动器拓扑结构可商购获得。第一拓扑结构或单压电晶片(unimorph)将单个压电陶瓷晶片附接到延伸形成无源外环的金属基板。金属基板提供无源结构以与使单压电晶片弯曲的压电感生应变反应。单压电晶片拓扑结构已经降低了性能，因为大量的压电感生应变能量用于使单压电晶片的刚性金属基板弯曲，并且因此不可用于执行从合成射流生成喷气的工作。第二拓扑结构或双压电晶片涉及结合两个压电陶瓷晶片以及环氧树脂层和的薄层。结合的晶片的外表面被封装在中。通过将填充物添加在压电陶瓷晶片的外边缘和双压电晶片致动器的外径之间并且提供穿过装置的恒定厚度，形成无源外环。

发明内容

在本公开的一方面，公开了双压电晶片圆盘致动器。双压电晶片圆盘致动器包括由基板复合材料形成并且具有第一基板表面和第二基板表面的基板、刚性连接到基板的第一基板表面的第一压电陶瓷圆盘、刚性连接到基板的第二基板表面的第二压电陶瓷圆盘，以及由第一环复合材料形成、刚性连接到第一基板表面并且围绕第一压电陶瓷圆盘的第一复合环。

在本公开的另一方面，公开了用于形成双压电晶片圆盘致动器的方法。该方法包括将第一压电陶瓷圆盘刚性连接到由基板复合材料形成的基板的第一基板表面；将第二压电陶瓷圆盘刚性连接到基板的第二基板表面；将由第一环复合材料形成的第一复合环安装在第一压电陶瓷圆盘周围并且与第一基板表面接触；封闭致动器形成装置，其中，第一模具体(mold body)面向并且接合第一压电陶瓷圆盘且第二模具体面向并且接合第二压电陶瓷圆盘；以及通过第一模具体和第二模具体向第一复合环施加压力和热中的至少一个以将第一复合环刚性连接到基板的第一基板表面。