本發(fā)明涉及微型風(fēng)扇，具體為一種多層微型撓曲電風(fēng)扇、制作及使用方法。
背景技術(shù)：
1、隨著電子設(shè)備向高性能、高集成度與微型化方向不斷發(fā)展，其內(nèi)部功率密度持續(xù)提升，散熱問(wèn)題日益突出。傳統(tǒng)的散熱方式如自然對(duì)流、金屬散熱片等已難以滿足緊湊空間內(nèi)的散熱需求。微型風(fēng)扇作為主動(dòng)散熱手段，因其結(jié)構(gòu)緊湊、風(fēng)量可控等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。
2、目前常見(jiàn)的微型風(fēng)扇多基于電磁驅(qū)動(dòng)或壓電驅(qū)動(dòng)原理。電磁驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大，且存在電磁干擾問(wèn)題；壓電驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇則利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，通過(guò)振動(dòng)膜片驅(qū)動(dòng)氣流，雖結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但壓電驅(qū)動(dòng)常需依賴外部金屬或聚合物基底作為振動(dòng)載體，增加了結(jié)構(gòu)厚度與復(fù)雜度；壓電材料的驅(qū)動(dòng)效率在小尺寸下顯著下降，難以在極薄型結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)足夠振幅；多層堆疊時(shí)，各層之間氣路與電路布局復(fù)雜，組裝工藝難度大，成本較高。
3、逆撓曲電效應(yīng)是一種力電耦合效應(yīng)，可通過(guò)施加非均勻電場(chǎng)產(chǎn)生彎曲變形，將電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)振動(dòng)。撓曲電效應(yīng)具有顯著的尺寸效應(yīng)，即在微納尺度下其驅(qū)動(dòng)效率更高，尤其適用于微型致動(dòng)器與流體驅(qū)動(dòng)裝置。然而，目前尚未見(jiàn)基于逆撓曲電效應(yīng)的微型風(fēng)扇，其在結(jié)構(gòu)集成度、驅(qū)動(dòng)效率與制備工藝方面仍存在技術(shù)空白。
4、因此，研究基于逆撓曲電效應(yīng)的風(fēng)扇，對(duì)設(shè)計(jì)制造高效率、微型風(fēng)扇，提升微型風(fēng)扇散熱能力具有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種多層微型撓曲電風(fēng)扇、制作及使用方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的微型風(fēng)扇結(jié)構(gòu)復(fù)雜、厚度難以縮減、驅(qū)動(dòng)效率低、多層集成困難以及氣流輸出不連續(xù)的技術(shù)問(wèn)題。
2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
3、第一方面，本發(fā)明提供了一種多層微型撓曲電風(fēng)扇裝置，包括外殼和多層微型撓曲組件；所述多層微型撓曲組件設(shè)置在外殼內(nèi)；
4、所述外殼包括頂蓋和底板；所述頂蓋蓋設(shè)在底板上，所述多層微型撓曲組件設(shè)置在頂蓋與底板之間；
5、所述多層微型撓曲組件包括撓曲電單元和互聯(lián)極板單元，所述撓曲電單元和互聯(lián)極板單元之間交替對(duì)位堆疊設(shè)置，且互聯(lián)極板單元的兩側(cè)分別通過(guò)頂蓋和底板的兩側(cè)與外部驅(qū)動(dòng)電路連接，用于通過(guò)互聯(lián)極板單元驅(qū)動(dòng)撓曲電單元上下振動(dòng)；
6、所述撓曲電單元內(nèi)設(shè)有氣腔單元，用于通過(guò)撓曲電單元上下振動(dòng)形成氣流；
7、所述互聯(lián)極板單元上設(shè)有氣體流道單元，用于對(duì)氣腔單元進(jìn)行排氣或進(jìn)氣；
8、所述頂蓋和底板之間對(duì)應(yīng)氣體流道單元開(kāi)設(shè)有氣體流通孔。
9、優(yōu)選的，撓曲電單元包括第一撓曲電元件、第二撓曲電元件以及第三撓曲電元件；
10、所述互聯(lián)極板單元包括第一互聯(lián)極板、第二互聯(lián)極板、第三互聯(lián)極板以及第四互聯(lián)極板；
11、所述第一撓曲電元件、第二撓曲電元件以及第三撓曲電元件和第一互聯(lián)極板、第二互聯(lián)極板、第三互聯(lián)極板以及第四互聯(lián)極板之間交替對(duì)位堆疊設(shè)置；
12、其中第一互聯(lián)極板、第二互聯(lián)極板、第三互聯(lián)極板以及第四互聯(lián)極板均堆疊在第一撓曲電元件、第二撓曲電元件以及第三撓曲電元件之間的外圍，且分別與第一撓曲電元件、第二撓曲電元件以及第三撓曲電元件之間通過(guò)導(dǎo)電膠粘接固定并導(dǎo)通，所述第一撓曲電元件、第二撓曲電元件以及第三撓曲電元件的上下表面設(shè)置電極層，且上下電極層相互絕緣。
13、進(jìn)一步的，氣腔單元包括第一氣腔、第二氣腔、第三氣腔以及第四氣腔；
14、所述第一氣腔位于第一撓曲電元件與底板之間；
15、所述第二氣腔位于第一撓曲電元件與第二撓曲電元件之間；
16、所述第三氣腔位于第二撓曲電元件與第三撓曲電元件之間；
17、所述第四氣腔位于第三撓曲電元件與頂蓋之間。
18、進(jìn)一步的，第一互聯(lián)極板、第二互聯(lián)極板、第三互聯(lián)極板以及第四互聯(lián)極板均包括極板框；所述極板框呈框架結(jié)構(gòu)；極板框內(nèi)部為氣腔孔；所述氣體流道單元為極板框一側(cè)所開(kāi)設(shè)的流道，用于排氣或進(jìn)氣；所述極板框的框架的一側(cè)延伸設(shè)有電極，所述電極通過(guò)頂蓋和底板與外部驅(qū)動(dòng)電路連接。
19、更進(jìn)一步的，第一互聯(lián)極板和第三互聯(lián)極板的流道以及電極方向一致；
20、所述第二互聯(lián)極板和第四互聯(lián)極板的流道以及電極方向一致；
21、其中第一互聯(lián)極板和第三互聯(lián)極板的流道與第二互聯(lián)極板和第四互聯(lián)極板的流道位于同一側(cè)設(shè)置，第一互聯(lián)極板和第三互聯(lián)極板的電極與第二互聯(lián)極板和第四互聯(lián)極板的電極位于相對(duì)側(cè)設(shè)置。
22、更進(jìn)一步的，頂蓋的邊沿設(shè)有凸起結(jié)構(gòu)，中部位凹槽結(jié)構(gòu)，所述氣體流通孔為頂蓋的一側(cè)所開(kāi)的第一出風(fēng)口和第二出風(fēng)口，所述第一出風(fēng)口和第二出風(fēng)口分別對(duì)應(yīng)第一互聯(lián)極板和第三互聯(lián)極板以及第二互聯(lián)極板和第四互聯(lián)極板的流道設(shè)置，用于流道與外界的連通；
23、所述頂蓋的兩側(cè)分別開(kāi)設(shè)有第一頂蓋電極引線槽和第二頂蓋電極引線槽；所述第一頂蓋電極引線槽和第二頂蓋電極引線槽分別對(duì)應(yīng)第一互聯(lián)極板和第三互聯(lián)極板以及第二互聯(lián)極板和第四互聯(lián)極板的電極設(shè)置，用于電極的引出。
24、更進(jìn)一步的，底板的邊沿凸起設(shè)置，且中部設(shè)有定位槽，用于對(duì)第一互聯(lián)極板定位放置；其中，底板的兩側(cè)對(duì)應(yīng)第一互聯(lián)極板和第三互聯(lián)極板以及第二互聯(lián)極板和第四互聯(lián)極板的電極位置處分別設(shè)有第二底板電極引線槽和第一底板電極引線槽，用于對(duì)應(yīng)結(jié)合第一頂蓋電極引線槽和第二頂蓋電極引線槽引出電極。
25、進(jìn)一步的，第一撓曲電元件、第二撓曲電元件以及第三撓曲電元件結(jié)構(gòu)相同，均呈矩形片狀結(jié)構(gòu)，其厚度范圍為5μm至250μm。
26、第二方面，本發(fā)明還提供了一種多層微型撓曲電風(fēng)扇裝置的制作方法，用于得到上述所述的一種多層微型撓曲電風(fēng)扇裝置，具體過(guò)程如下：
27、采用流延法制備得到撓曲電單元，并通過(guò)金屬薄板采用沖壓成型或激光切割工藝的方式制作得到互聯(lián)極板單元；
28、將撓曲電單元和互聯(lián)極板單元交替對(duì)位堆疊形成多層微型撓曲組件；
29、通過(guò)注塑、3d打印或cnc機(jī)加工得到外殼；
30、將多層微型撓曲組件放置在外殼內(nèi)，將多層微型撓曲組件的氣體流道單元與外殼的氣體流通孔對(duì)應(yīng)，并將多層微型撓曲組件的電極端通過(guò)外殼與外部驅(qū)動(dòng)電路連接，完成多層微型撓曲電風(fēng)扇裝置的制作。
31、第三方面，本發(fā)明還提供了一種多層微型撓曲電風(fēng)扇裝置的使用方法，基于上述所述的一種多層微型撓曲電風(fēng)扇裝置，包括如下過(guò)程：
32、在工作時(shí)，外部驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)對(duì)交替對(duì)位的互聯(lián)極板單元的兩側(cè)電極端分別施加正弦交流電壓，使得驅(qū)動(dòng)撓曲電單元內(nèi)受到相反的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)同步反向振動(dòng)，當(dāng)撓曲電單元內(nèi)同步反向振動(dòng)時(shí)，會(huì)使得撓曲電單元內(nèi)的氣腔單元的體積發(fā)生變化，當(dāng)體積增加時(shí)，產(chǎn)生負(fù)壓，氣腔單元通過(guò)氣體流道單元吸入氣體；當(dāng)體積減小時(shí)，產(chǎn)生正壓，氣腔單元內(nèi)將所吸入的氣體通過(guò)氣體流道單元排出。
33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
34、本發(fā)明提供了一種多層微型撓曲電風(fēng)扇，通過(guò)設(shè)置多層微型撓曲組件與外殼配合的整體結(jié)構(gòu)，采用材料的撓曲電效應(yīng)將施加電場(chǎng)轉(zhuǎn)化為彎曲變形，通過(guò)撓曲電單元的彎曲變形驅(qū)動(dòng)氣流，避免了壓電微型風(fēng)扇對(duì)基底層的依賴，減小了風(fēng)扇中基底層占用的體積與空間，降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度；同時(shí)，多層微型撓曲組件中撓曲電單元與互聯(lián)極板單元交替對(duì)位堆疊，避免了多個(gè)元件水平布置導(dǎo)致面積過(guò)大的問(wèn)題，減小了元件的體積，提高了單位面積內(nèi)的元件數(shù)量，提升了風(fēng)扇的輸出風(fēng)量；互聯(lián)極板單元兼具機(jī)械支撐、氣流通道和電氣互聯(lián)功能，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)，避免了傳統(tǒng)微型風(fēng)扇中需額外布設(shè)導(dǎo)線、柔性電路板或飛線的需求，顯著簡(jiǎn)化了內(nèi)部電路布局，減少了元件數(shù)量和裝配工序，提升了結(jié)構(gòu)的緊湊性、可靠性和可制造性；氣腔單元與氣體流道單元、氣體流通孔配合，實(shí)現(xiàn)氣體的穩(wěn)定吸入與排出，解決了現(xiàn)有技術(shù)中微型風(fēng)扇結(jié)構(gòu)復(fù)雜、厚度難以縮減、驅(qū)動(dòng)效率低、多層集成困難以及氣流輸出不連續(xù)的技術(shù)問(wèn)題。
35、進(jìn)一步的，通過(guò)對(duì)撓曲電單元和互聯(lián)極板單元的具體結(jié)構(gòu)限定，多個(gè)撓曲電元件與多個(gè)互聯(lián)極板交替對(duì)位堆疊，提高了單位面積內(nèi)的元件數(shù)量，提升了風(fēng)扇的輸出風(fēng)量；互聯(lián)極板堆疊在撓曲電元件之間的外圍，且通過(guò)導(dǎo)電膠與撓曲電元件粘接固定并導(dǎo)通，既確保了兩者之間可靠的電連接，又能形成密閉氣腔，避免氣密性不足導(dǎo)致風(fēng)扇風(fēng)量降低，同時(shí)避免了脆弱的飛線或柔性電路連接方式，降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，提高了模塊的機(jī)械可靠性、裝配一致性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，并壓縮了內(nèi)部空間；撓曲電元件上下表面設(shè)置相互絕緣的電極層，確保電場(chǎng)能夠穩(wěn)定作用于撓曲電元件，保障驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性和有效性，提升驅(qū)動(dòng)效率，助力裝置的微型化。
36、更進(jìn)一步的，對(duì)氣腔單元進(jìn)行具體限定，在多層堆疊結(jié)構(gòu)中形成多個(gè)獨(dú)立氣腔，實(shí)現(xiàn)了在垂直方向上的高效集成，提升了裝置單位投影面內(nèi)的工作效率和風(fēng)量輸出能力；多個(gè)氣腔分別對(duì)應(yīng)不同撓曲電元件的上下兩側(cè)，使得每個(gè)撓曲電元件的振動(dòng)都能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)氣腔的體積變化，多個(gè)氣腔協(xié)同工作，有效解決了氣流輸出不連續(xù)的問(wèn)題，提升了氣流輸出的穩(wěn)定性和均勻性，同時(shí)優(yōu)化了裝置的空間利用率，助力縮減裝置厚度。
37、更進(jìn)一步的，對(duì)互聯(lián)極板的具體結(jié)構(gòu)限定，將極板框設(shè)計(jì)為框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)部氣腔孔與氣腔單元對(duì)應(yīng)，一側(cè)流道作為氣體流道單元，實(shí)現(xiàn)了氣體的順暢吸入與排出，保障氣流輸出的穩(wěn)定性；極板框一側(cè)延伸的電極用于與外部驅(qū)動(dòng)電路連接，強(qiáng)化了互聯(lián)極板的電氣互聯(lián)功能，無(wú)需額外布設(shè)導(dǎo)線，簡(jiǎn)化了內(nèi)部電路布局，提升了結(jié)構(gòu)緊湊性；框架結(jié)構(gòu)的極板框同時(shí)起到機(jī)械支撐作用，確保多層堆疊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免多層集成過(guò)程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)松動(dòng)，解決了多層集成困難的問(wèn)題，同時(shí)提升了裝置的機(jī)械可靠性。
38、更進(jìn)一步的，通過(guò)對(duì)相鄰互聯(lián)極板流道和電極方向的限定，采用交錯(cuò)布置方式，僅通過(guò)翻轉(zhuǎn)互聯(lián)極板即可實(shí)現(xiàn)相鄰極板流道與電極的錯(cuò)位，使得所有出風(fēng)口呈均勻或交替分布，有助于擴(kuò)大有效散熱面積或促進(jìn)多股氣流有序匯聚，提升氣流利用效率；電極呈相對(duì)側(cè)設(shè)置，使得各層電極引線沿裝置側(cè)邊形成規(guī)整排列，便于與外部電源實(shí)現(xiàn)可靠連接；可翻轉(zhuǎn)的零件設(shè)計(jì)，省去了為不同零件定制專用模具的成本，顯著降低了加工成本，同時(shí)簡(jiǎn)化了裝配工序，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化組裝與規(guī)模化生產(chǎn)，提升了裝置的可制造性。
39、更進(jìn)一步的，通過(guò)對(duì)頂蓋結(jié)構(gòu)的限定，凸起結(jié)構(gòu)與底板配合，能夠更好地固定多層微型撓曲組件，提升裝置整體結(jié)構(gòu)的密封性和穩(wěn)定性；凹槽結(jié)構(gòu)適配多層微型撓曲組件的安裝，優(yōu)化了空間利用率，助力縮減裝置厚度；第一出風(fēng)口和第二出風(fēng)口對(duì)應(yīng)互聯(lián)極板的流道設(shè)置，確保氣體能夠順暢與外界連通，保障氣流輸出的穩(wěn)定性和效率；第一頂蓋電極引線槽和第二頂蓋電極引線槽對(duì)應(yīng)電極設(shè)置，便于電極的引出，無(wú)需額外開(kāi)設(shè)引線空間，簡(jiǎn)化了裝配工序，提升了結(jié)構(gòu)的緊湊性，同時(shí)避免了引線混亂導(dǎo)致的連接故障，提升了裝置的可靠性。
40、更進(jìn)一步的，通過(guò)對(duì)底板結(jié)構(gòu)的限定，邊沿凸起與頂蓋配合，提升裝置的密封性，確保氣腔的氣密性，避免風(fēng)量損失；中部定位槽用于對(duì)互聯(lián)極板進(jìn)行定位，確保多層堆疊結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)對(duì)位，解決了多層集成困難的問(wèn)題，提升了裝配一致性；第一底板電極引線槽和第二底板電極引線槽與頂蓋的電極引線槽對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電極的可靠引出，簡(jiǎn)化了電極連接工序，避免了飛線連接，降低了結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，同時(shí)提升了電極連接的穩(wěn)定性和可靠性，保障裝置驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性。
41、更進(jìn)一步的，通過(guò)對(duì)撓曲電元件的結(jié)構(gòu)和厚度限定，矩形片狀結(jié)構(gòu)便于多層堆疊，提升空間利用率，助力裝置微型化；限定的厚度范圍契合撓曲電效應(yīng)的尺寸效應(yīng)，小尺寸的撓曲電元件具有比壓電元件更大的振幅與更低的驅(qū)動(dòng)電壓，既提升了元件的微型化潛力，又能有效提升微型風(fēng)扇的出風(fēng)量，同時(shí)降低驅(qū)動(dòng)能耗，優(yōu)化驅(qū)動(dòng)效率，解決了現(xiàn)有微型風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)效率低、微型化困難的問(wèn)題。
42、本發(fā)明還提供了一種多層微型撓曲電風(fēng)扇的制作方法，采用流延法制備撓曲電單元，工藝成熟、可控，能夠精準(zhǔn)控制撓曲電單元的厚度和性能，保障撓曲電效應(yīng)的穩(wěn)定發(fā)揮；通過(guò)沖壓成型或激光切割工藝制作互聯(lián)極板單元，加工效率高、精度高，能夠滿足框架結(jié)構(gòu)和流道、電極的精準(zhǔn)加工需求，同時(shí)降低加工成本；交替對(duì)位堆疊的裝配方式，確保多層微型撓曲組件的精準(zhǔn)集成，解決了多層集成困難的問(wèn)題；采用注塑、3d打印或cnc機(jī)加工制作外殼，可根據(jù)需求靈活選擇工藝，適配不同批量生產(chǎn)需求，同時(shí)確保外殼結(jié)構(gòu)與多層微型撓曲組件的精準(zhǔn)配合；整體制作流程簡(jiǎn)潔，減少了裝配工序，提升了裝配效率和一致性，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化組裝與規(guī)模化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)保障裝置的性能穩(wěn)定性和可靠性。
43、本發(fā)明還提供了一種多層微型撓曲電風(fēng)扇的使用方法，通過(guò)外部驅(qū)動(dòng)電路對(duì)互聯(lián)極板單元的兩側(cè)電極端施加正弦交流電壓，使得撓曲電單元受到相反的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)同步反向振動(dòng)，充分利用撓曲電效應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，以較低的驅(qū)動(dòng)電壓實(shí)現(xiàn)較大的振幅，提升驅(qū)動(dòng)效率和出風(fēng)量；撓曲電單元的同步反向振動(dòng)帶動(dòng)氣腔單元體積周期性變化，通過(guò)體積變化產(chǎn)生負(fù)壓和正壓，實(shí)現(xiàn)氣體的穩(wěn)定吸入與排出，解決了現(xiàn)有微型風(fēng)扇氣流輸出不連續(xù)的問(wèn)題，保障氣流輸出的穩(wěn)定性和均勻性；整個(gè)使用過(guò)程無(wú)需復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)依托裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，確保使用過(guò)程中的可靠性和穩(wěn)定性，發(fā)揮裝置結(jié)構(gòu)緊湊、驅(qū)動(dòng)高效的特點(diǎn)。