【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于压电流体微泵，具体涉及一种声学增强驱动的并联压电微泵及其驱动方法。
技术介绍
1、在generative ai (gai) 技术的推动下，智能手机伴随而来的热量问题难以仅依靠被动式散热技术解决，而应用微机电技术 (mems) 技术所制备的压电主动风冷/液冷散热方案能很好地解决这一问题，其中，液冷泵由于存在液体泄漏风险，普适性远不如风冷散热方案。
2、传统的主动风冷器件因厚度大，功耗高，限制了其在手机端的应用。此外，传统风扇还存在一些其他弊端，例如噪音较大，影响用户体验；机械部件易磨损，导致寿命较短；且难以实现精确的风量控制，无法根据设备的实际散热需求进行动态调整。传统的压电微泵结构多为四周固定型，中央膜层存在较高的残余应力，减弱了其振动。
3、传统的压电微泵在散热效率和稳定性方面还存在一定的局限性。例如为了实现更高性能的输出，往往需要将多个散热单元进行并联来实现，但是简单的并联容易导致并联腔室内部的流体紊乱，从而无法达到理想的性能提升。为了进一步提升压电微泵的性能，通过声学增强的方式来提高其驱动效率成为可能。声学增强驱动的并联压电微泵利用声波与机械振动的耦合，可以显著提高流体的流动效率，从而实现更高效的散热。
4、利用声学耦合机械振动，通过声波振动来增强流体的流动，提高泵气效率。赫姆霍兹谐振腔是一种经典的声学共振结构，其共振频率可以通过调整腔体的截面积和体积来精确控制。将赫姆霍兹谐振腔的原理应用于压电微泵的设计中，通过调整输入腔室的宽度和高度，使得腔室内部的声学谐振频率与压电微泵
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出了一种声学增强驱动的并联压电微泵，以在电子器件散热等应用中实现更高效地散热。利用赫姆霍兹谐振腔的原理，通过声学耦合机械振动，实现更高的性能输出。结合微纳的加工工艺，可以实现更低功耗、更小型化的器件结构，通过特定的结构和驱动方式，本专利技术可以在不同频率的激励下同时实现正向泵流散热及反向自清洁的功能，从而能够提供持续稳定的散热输出性能。
2、第一方面，本专利技术提供一种声学增强驱动的并联压电微泵，包括依次层叠设置的输入层、支撑结构和输出层；其特征在于：还包括设置在支撑结构内的多个致动器。各致动器呈直线队列排布或矩阵状排布。各致动器与输入层之间形成连为一体的输入腔室。各致动器与输出层之间形成相互独立的多个输出腔室。所述致动器用于通过自身振动泵送流体。
3、所述输入层上设有多个进流结构。所述进流结构的位置与所述致动器上的通流结构错开。振动的所述致动器在输入腔室内的声波振动形成驻波；驻波的多个波腹点位置与各进流结构的位置对齐。所述输出层上设有与各输出腔室分别对应的多个出流结构。所述出流结构的位置与所述致动器上的通流结构对齐。
4、作为优选，所述的进流结构的位置均与相邻两个致动器的连接处，或位于端部的致动器的边缘处对齐。
5、相邻进流结构中心距p、输入腔室的长度l和宽度满足以下关系：
6、
7、其中，为贝塞尔函数的零点。
8、作为优选，所述致动器的工作振动频率与输入腔室的声学谐振频率满足以下关系：0.8f ≤fa≤ 1.2f。
9、作为优选，所述输入腔室的声学谐振频率为18khz～22khz；输入腔室的声学谐振频率通过输入腔室的长度l和宽度调节。
10、作为优选，每个致动器对应一个泵流单元；泵流单元的长度为3 mm～4 mm。
11、作为优选，所述致动器包括并排设置的两个致动单元。所述致动单元包括振动板、柔性密封结构和振动元件。振动板的四周边缘分别为固定边缘、活动边缘和两条摆动边缘。两个致动单元中振动板的固定边缘分别固定在支撑结构内部的两个相对侧面上。所述两个致动单元中振动板的活动边缘之间形成通流缝隙。所述振动板的摆动边缘与支撑结构内部连接有柔性密封结构。
12、作为优选，所述振动板靠近输出腔室的侧面上开设有凹槽结构。所述凹槽结构宽度小于或等于60 μm，深度小于或等于振动板厚度的50%；所述凹槽结构与通流缝隙的距离小于或等于30 μm。
13、作为优选，所述致动器包括环绕排列的四个致动单元。所述致动单元包括振动板和振动元件。各振动板远离致动器中心位置的一侧边缘固定在支撑结构的内腔。不同振动板的其余边缘形成通流缝隙。
14、作为优选，四个致动单元的形状采用以下两种方案中的任意一种。
15、方案一、四个致动单元均呈三角形。四个致动单元之间的通流缝隙呈x形。
16、方案二、其中两个致动单元呈三角形，另两个致动单元呈梯形。三角形的两个致动单元与梯形的两个致动单元围绕致动器的中心依次交替排列。
17、第二方面，本专利技术提供一种泵气驱动方法，其使用前述的一种声学增强驱动的并联压电微泵；其特征在于：该泵气驱动方法包括正向泵气方法和反向自清洁方法；
18、所述正向泵气方法为：向同一致动器中的不同振动元件施加相同频率相同相位的激励信号；同一致动器中的各致动单元同向同步振动，带动气流从进气结构进入，经输入腔室、通流缝隙和输出腔室后，从出气结构输出；
19、所述反向自清洁方法为：向同一致动器中的不同振动元件施加不同的激励信号，同一致动器中的各致动单元异步振动，压电微泵内的气体在运行的部分时间或全部时间发生逆向流动，气流从出气口进入，进气口输出。
20、本专利技术具有的有益效果是：
21、1、本专利技术通过将多个泵流单元并联的方式，实现声学振动耦合机械振动，并将多个进流结构设置在声学共振的多个波腹以及波节点，进一步增强流体的流动，提高泵气效率。
22、2、本专利技术通过调控并联的泵气单元数量和排列方式，能够在每个泵气单元结构不变的情况下调节输入腔室的长度和宽度，从而实现对输入腔室谐振频率的调控，进而将致动器机械振动频率控制在较低的水平（20khz左右）的同时，使得机械振动频率与输入腔室谐振频率相近；因此，本专利技术能够在产生耦合振动的前提下，尽可能地减少机械损耗，进一步地提升能量转换效率。
23、4、本专利技术通过在振动板在靠近通流缝隙的一侧开设的凹槽结构，有助于缓解输出腔室在泵气过程中产生的压力，进而使得振动板在振动过程中受到的阻力更小，提高致动器的振幅，进一步提高泵气性能。
24、5、与传统的四周固定式的压电泵相比，本专利技术中的致动器采用上下往复摆动的振动形式，减小了残余应力对压电器件的影响。同时，本专利技术通过对振动板上的振动元件施加不同的激励信号，能够实现反向自清洁的功能，更加适用于作为电子器件的散热元件，具有广泛的应用场景。
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1.一种声学增强驱动的并联压电微泵，包括依次层叠设置的输入层（10）、支撑结构（40）和输出层（30）；其特征在于：还包括设置在支撑结构（40）内的多个致动器；各致动器呈直线队列排布或矩阵状排布；各致动器与输入层（10）之间形成连为一体的输入腔室（100）；各致动器与输出层（30）之间形成相互独立的多个输出腔室（200）；所述致动器用于通过自身振动泵送流体；
2.根据权利要求1所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵，其特征在于：所述的进流结构（11）的位置均与相邻两个致动器的连接处，或位于端部的致动器的边缘处对齐；
3.根据权利要求1所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵，其特征在于：所述致动器的工作振动频率与输入腔室（100）的声学谐振频率满足以下关系：0.8f ≤ fa ≤1.2f。
4.根据权利要求3所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵，其特征在于：所述输入腔室（100）的声学谐振频率为18kHz～22kHz；输入腔室（100）的声学谐振频率通过输入腔室（100）的长度L和宽度调节。
5.根据权利要求1所述的一种声学增强驱动的并联
6.根据权利要求1所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵，其特征在于：所述致动器包括并排设置的两个致动单元；所述致动单元包括振动板（20）、柔性密封结构（51）和振动元件；振动板（20）的四周边缘分别为固定边缘、活动边缘和两条摆动边缘；两个致动单元中振动板（20）的固定边缘分别固定在支撑结构（40）内部的两个相对侧面上；所述两个致动单元中振动板（20）的活动边缘之间形成通流缝隙（300）；所述振动板（20）的摆动边缘与支撑结构（40）内部连接有柔性密封结构（51）。
7.根据权利要求1所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵，其特征在于：所述振动板（20）靠近输出腔室（200）的侧面上开设有凹槽结构；所述凹槽结构宽度小于60 μm，深度小于或等于振动板（20）厚度的50%；所述凹槽结构与通流缝隙（300）的距离小于或等于30 μm。
8.根据权利要求1所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵，其特征在于：所述致动器包括环绕排列的四个致动单元；所述致动单元包括振动板（20）和振动元件；各振动板（20）远离致动器中心位置的一侧边缘固定在支撑结构（40）的内腔；不同振动板（20）的其余边缘形成通流缝隙（300）。
9.根据权利要求8所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵，其特征在于：四个致动单元的形状采用以下两种方案中的任意一种；
10.一种泵气驱动方法，其特征在于：使用如权利要求6至9中任意一项所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵；其特征在于：该泵气驱动方法包括正向泵气方法和反向自清洁方法；
...【技术特征摘要】
1.一种声学增强驱动的并联压电微泵，包括依次层叠设置的输入层（10）、支撑结构（40）和输出层（30）；其特征在于：还包括设置在支撑结构（40）内的多个致动器；各致动器呈直线队列排布或矩阵状排布；各致动器与输入层（10）之间形成连为一体的输入腔室（100）；各致动器与输出层（30）之间形成相互独立的多个输出腔室（200）；所述致动器用于通过自身振动泵送流体；
2.根据权利要求1所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵，其特征在于：所述的进流结构（11）的位置均与相邻两个致动器的连接处，或位于端部的致动器的边缘处对齐；
3.根据权利要求1所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵，其特征在于：所述致动器的工作振动频率与输入腔室（100）的声学谐振频率满足以下关系：0.8f ≤ fa ≤1.2f。
4.根据权利要求3所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵，其特征在于：所述输入腔室（100）的声学谐振频率为18khz～22khz；输入腔室（100）的声学谐振频率通过输入腔室（100）的长度l和宽度调节。
5.根据权利要求1所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵，其特征在于：每个致动器对应一个泵流单元；泵流单元的长度为3 mm～4 mm。
6.根据权利要求1所述的一种声学增强驱动的并联压电微泵，其特征在于：所述致动器包括并排设置的两个致动单元；所述致动单元包括振动...
【专利技术属性】
技术研发人员：轩伟鹏，吕文成，倪嘉锋，吴子扬，倪家辉，李文钧，董树荣，孙玲玲，金浩，刘军，骆季奎，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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