分叉梁式压电风扇制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可提高送风能力的分叉梁式压电风扇，涉及散热冷却和压电技术领域。区别于传统带板状单悬臂梁式压电风扇，该压电风扇通过在单根悬臂梁叶片上增加侧梁，可有效地提高风量。该压电风扇由固定件、压电陶瓷片和振动片构成。振动片由长条形主梁和固定在其两侧的多根侧梁构成，多根侧梁以一定间距对称分布在主梁两侧，侧梁的外侧角向散热面方向弯折。当压电陶瓷片在一定频率交流电的驱动下发生伸缩，带动主梁发生弯曲振动时，侧梁可在主梁的带动下也发生振动，从而引起周围空气流动。该压电风扇利用单个压电陶瓷片驱动多个叶片阵列振动，在不增加驱动系统复杂性和不降低能量效率的前提下，可提高散热效果。

Bifurcated beam piezoelectric fan

The utility model discloses a bifurcated beam piezoelectric fan which can improve the air supply capacity, and relates to the technical fields of heat dissipation, cooling and piezoelectric. Different from the traditional piezoelectric fan with a single cantilever beam, the piezoelectric fan can effectively improve the air volume by adding a side beam on a single cantilever beam blade. The piezoelectric fan is composed of a fixed part, a piezoelectric ceramic sheet and a vibrating sheet. The vibrating plate is composed of a long main beam and a plurality of side beams fixed on both sides of the main beam. A plurality of side beams are symmetrically distributed on both sides of the main beam at a certain distance, and the outer corner of the side beam is bent towards the direction of the cooling surface. When the piezoelectric ceramic plate is driven by a certain frequency of alternating current to expand and expand, which drives the bending vibration of the main beam, the side beam can also vibrate under the driving of the main beam, which causes the surrounding air flow. The piezoelectric fan uses a single piezoelectric ceramic blade to drive multiple blade arrays to vibrate. Without increasing the complexity of the drive system and reducing the energy efficiency, the heat dissipation effect can be improved.

【技术实现步骤摘要】
分叉梁式压电风扇
本技术涉及一种基于压电元件驱动振动片对电子器件散热的压电风扇。属于散热冷却以及压电

技术介绍
电子设备的发热会对其本身造成不可逆转的伤害。近几年来，特别是5G通信时代的到来，电子器件的集成度和信息处理速度的急速提高，对电子设备的冷却提出了更高的要求。传统的轴式风扇由于能耗高、受电磁干扰，体积大，结构复杂等缺陷难以胜任对散热的要求。压电风扇利用压电陶瓷的逆压电效应，使叶片产生高速定向气流，其结构简单，不受电磁干扰，功耗比小，且不存在轴承和润滑问题，被广泛应用于芯片，LED灯及小型电子设备的散热。传统的压电风扇通常采用带板状结构，即一带状金属片作为风扇叶片，其上下至少一面粘贴有压电陶瓷片，金属片的一端固定，另一端自由，以便产生振动致使周围空气流动，这样的结构只能提供金属片自由端附近的小范围散热。或采用多个该结构风扇阵列的形式，以增大散热面积。然而，同时驱动多个压电风扇对每个风扇的尺寸精度和驱动电路的要求较高。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本技术的目的是提供带主梁和侧梁振动片的分叉梁式压电风扇，实现单个压电陶瓷片驱动多个叶片阵列，有效增大送风面积，提高散热效果。为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：一种分叉梁式压电风扇，包括固定件、压电陶瓷片、振动片，其特征是：所述的振动片包括振动片主梁和多根振动片侧梁，所述的振动片侧梁一端固定在振动片主梁上，另一端为自由端，所述的振动片主梁一端连接固定件并粘贴有压电陶瓷片，另一端为自由端，所述的压电陶瓷片在驱动电压下产生长度方向上的伸缩，带动振动片主梁以一定振幅产生弯曲振动，所述的振动片主梁带动多根振动片侧梁一起振动，多梁同时同步发生振动，所述的分叉梁式压电风扇位于电子器件的散热面的侧面，振动片主梁与散热面垂直。优先的，所述的振动片主梁为平面长条状，多根振动片侧梁以一定间隔分布于振动片主梁两侧，与振动片主梁成一定夹角，所述的夹角以各梁间振动不相互干扰为限制条件，多对振动片侧梁夹角相同或由振动片主梁自由端到固定端依次递增。振动片主梁自由端一定距离内不设置振动片侧梁，所述距离以不削减振动片主梁自由端的振动幅度为限。优先的，所述的压电陶瓷片的激振频率与振动片一阶共振频率相同。优先的，多根所述的振动片侧梁对称分布于振动片主梁平面上下两侧，振动片侧梁的宽度与振动片主梁相同，振动片侧梁的长度以一阶振幅最大而不发生二阶振动为限制条件；位于振动片主梁上侧的振动片侧梁，其自由端的外侧角朝着远离振动片主梁且与散热面平行的方向弯折，形成一朝向散热面的气流导向曲面，振动片主梁下侧的多根振动片侧梁与上侧完全对称。优先的，多根所述的振动片侧梁对称分布在振动片主梁共面左右两侧，振动片侧梁自由端与振动片主梁自由端平齐，振动片侧梁外侧边设置有与振动片侧梁相垂直的挡风板。优先的，所述的振动片主梁为金属片。优先的，所述的金属片材质为铝。优先的，所述的振动片侧梁为铝或PET。优先的，所述的压电陶瓷片为矩形薄片，压电陶瓷片的材料为PZT-5。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、在传统单根悬臂梁式压电风扇的主梁上增加侧梁，主梁的振动致使侧梁振动，从而利用单个压电陶瓷片驱动多个叶片。2、区别于传统压电风扇阵列，即多片压电陶瓷驱动多个叶片或单片压电陶瓷直接驱动多个叶片，本技术由于侧梁振动的驱动力为主梁，从而不需要考虑传统压电风扇阵列中存在的驱动频率一致性的问题。3、根据散热面的位置调整侧梁与主梁的相对位置以及侧梁的结构，从而可以有针对性的提高侧边和自由端送风能力。侧梁和主梁同时振动增大了送风面积，可提高振动利用率，实现更好的散热效果。附图说明图1为本技术的分叉梁式压电风扇的结构示意图。图2为振动片主梁上侧振动片侧梁的风向引导情况。图3为第二种实施例的分叉梁式压电风扇结构示意图。其中：1-固定件、2-压电陶瓷片、3-振动片主梁、4-振动片侧梁、5-振动片、6-散热面。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术作进一步说明。第1种实施例：如图1所示，本技术的分叉梁式压电风扇100包括固定件1，压电陶瓷片2、具有多根振动片侧梁4和长条形振动片主梁3的振动片5。振动片主梁3是由一种导热系数较高且弹性模量小的金属片构成，如铝片，本身可作为一散热器件，振动片侧梁4为密度较小的轻质材料，如铝、PET等，PET为聚对苯二甲酸类塑料，振动片侧梁4为比振动片主梁3密度小的材料。当振动片侧梁4密度大于振动片主梁3时，在激振频率下振动片主梁3产生一阶共振时，振动片侧梁4在长度较小时就可能形成二阶振动产生振动节点，不利于其末端达到最大振幅。振动片主梁3的一端由固定件1夹紧并固定于需散热器件附近，压电陶瓷片2为矩形薄片，材料为PZT-5，即为锆钛酸铅压电陶瓷-5的型号，与振动片主梁3相粘接，其正负极分别与电源的两极相连，电源提供交流电压。多根振动片侧梁4以一定间隔分布于振动片主梁3的上下两侧，振动片侧梁4宽度与振动片主梁3宽度相同，其所在平面与振动片主梁3所在平面成一定夹角，各振动片侧梁4与振动片主梁3的夹角以各梁间振动不相互干扰为限制条件，可以为相同或由主梁自由端到固定端依次递增，最大不超过90°。本实施例中，离振动片主梁3自由端较近的一对振动片侧梁4夹角为30°，离振动片主梁3自由端较远的振动片侧梁4夹角为40°。振动片主梁3自由端一定距离内不粘贴振动片侧梁4，以不削减振动片主梁3自由端的振动幅度为限。压电陶瓷片2尺寸为（长）14*（宽）10*（厚度）0.3mm，振动片主梁3伸出压电陶瓷片2的部位的尺寸为（长）76*（宽）10*（厚度）0.3mm，当振动片侧梁4固定在距离振动片主梁3自由端25mm以上的位置时,不会削减振动片主梁3振动幅度。参照轴流风扇的叶片设计及原理，位于振动片主梁3上侧的振动片侧梁4，其自由端的外侧角（远离散热面6的一角）向上发生弯折，弯折后的面与散热面6平行或接近平行。所述散热面6为电子器件的散热实施窗口，本实施例中，散热面6位于分叉梁式压电风扇100的内侧，与其振动片主梁3所在的面垂直，与振动片主梁3的长度方向平行。位于振动片主梁3下侧的振动片侧梁4与上侧振动片侧梁4完全对称，用以引导风向，促进风扇集中向侧面的散热面6方向送风。该风扇的工作情况如下，当对压电陶瓷片2施加一定频率的正弦电压时，由于逆压电效应，压电陶瓷片2会在长度方向产生伸缩，从而带动振动片5的振动片主梁3以一定振幅发生弯曲振动，当压电陶瓷片2的激振频率与整个压电风扇的一阶共振频率相同时，振动片主梁3自由端振幅可达到最大值。由于振动片侧梁4根部固定在振动片主梁3上，振动片主梁3发生振动时，振动片侧梁4根部随振动片主梁3一起振动，振动片侧梁4的自由端将振动进一步放大，从而达到多梁同时振动。图1中虚线箭头代表振动片主梁3和振动片侧梁4振动方向，即垂直于其所在平面上下振动，实线箭头代表主要的送风方向，即风向与梁的宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分叉梁式压电风扇，包括固定件(1)、压电陶瓷片(2)、振动片(5)，其特征是：所述的振动片(5)包括振动片主梁(3)和多根振动片侧梁(4)，所述的振动片侧梁(4)一端固定在振动片主梁(3)上，另一端为自由端，所述的振动片主梁(3)一端连接固定件(1)并粘贴有压电陶瓷片(2)，另一端为自由端，所述的压电陶瓷片(2)在驱动电压下产生长度方向上的伸缩，带动振动片主梁(3)以一定振幅产生弯曲振动，所述的振动片主梁(3)带动多根振动片侧梁(4)一起振动，多梁同时同步发生振动，所述的分叉梁式压电风扇位于电子器件的散热面(6)的侧面，振动片主梁(3)与散热面(6)垂直。/n

【技术特征摘要】
1.一种分叉梁式压电风扇，包括固定件(1)、压电陶瓷片(2)、振动片(5)，其特征是：所述的振动片(5)包括振动片主梁(3)和多根振动片侧梁(4)，所述的振动片侧梁(4)一端固定在振动片主梁(3)上，另一端为自由端，所述的振动片主梁(3)一端连接固定件(1)并粘贴有压电陶瓷片(2)，另一端为自由端，所述的压电陶瓷片(2)在驱动电压下产生长度方向上的伸缩，带动振动片主梁(3)以一定振幅产生弯曲振动，所述的振动片主梁(3)带动多根振动片侧梁(4)一起振动，多梁同时同步发生振动，所述的分叉梁式压电风扇位于电子器件的散热面(6)的侧面，振动片主梁(3)与散热面(6)垂直。


2.如权利要求1所述的分叉梁式压电风扇，其特征是：所述的振动片主梁(3)为平面长条状，多根振动片侧梁(4)以一定间隔分布于振动片主梁(3)两侧，与振动片主梁(3)成一定夹角，所述的夹角以各梁间振动不相互干扰为限制条件，多对振动片侧梁(4)夹角相同或由振动片主梁(3)自由端到固定端依次递增，且振动片主梁(3)自由端一定距离内不设置振动片侧梁(4)，所述距离以不削减振动片主梁(3)自由端的振动幅度为限。


3.如权利要求2所述的分叉梁式压电风扇，其特征是：所述的压电陶瓷片(2)的激振频率与振动片(5)一阶共振频率相同。
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【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊辉，胡杨，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32