据本发明的压电驱动器的具有相互交叉的电极的圆形压电陶瓷片的主 视图；
[0020] 图6是图4的矩形压电陶瓷片上的应力的示意图；
[0021] 图7是图5的圆形压电陶瓷片上的应力的示意图；
[0022] 图8是图1的合成喷射器沿线2-2截取的截面图，其是根据本发明的压电驱动器 的可替换的实施例；
[0023] 图9是对于具有之前已知的压电驱动器和根据本发明的压电驱动器的合成喷射 器的归一化的空气速度与频率的图表；和
[0024] 图10是图1的合成喷射器沿线2-2截取的截面图，其是根据本发明的压电驱动器 的另一个可替换的实施例。
【具体实施方式】
[0025] 尽管下文阐述了众多不同实施例的详细描述，但是应当理解，该描述的法律范围 由本发明所附的权利要求书的内容来限定。该详细描述应被解释为仅是示例性的，且不描 述每种可能的实施例，因为描述每种可能的实施例即使是合适的也是不切实际的。可使用 目前的技术或在本申请的申请日之后开发出的技术来实现众多可替换的实施例，而这些可 替换的实施例仍落入本权利要求书的保护范围之内。
[0026] 还应该理解，除非在本文中明确地定义了一个术语，否则不管是明确地还是含蓄 地，都没有限制该术语的意义超出其平常或惯用意义的意图，并且这一术语不应该被解释 为被限制在基于本专利的任何部分中（除了权利要求书的语言之外）所做的任何陈述的范 围中。就本专利所附的权利要求书中所述的任何术语在本专利中与单数意义相一致的方式 来引用而言，这仅是为了简明起见而如此做的，仅仅是为了不使读者感到混淆，并且这类权 利要求术语并不旨在隐含地或以其它方式限于该单数意义。
[0027] 图1以合成喷射器10的形式说明了一个示例性设备，其中根据本发明的压电驱动 器12可以被实施。该说明性的合成喷射器10具有矩形棱柱体形状，但是在本领域中所知的 合成喷射器可以是圆柱形或必要时具有其他适合的形状，以建立期望的空气流动特性。该 合成喷射器10具有在其中限定共振腔室16的外部壳体14。孔口 18被限定通过该壳体14 的一个壁20,以配置共振腔室16与合成喷射器10周围的环境大气流体连通。壳体14的至 少一个壁由弹性材料构成以建立薄膜或隔膜22,其可以振动以改变共振腔室16的容积，从 而诱导空气被交替地通过孔口 18喷射和吸入。隔膜22可以由弹性材料形成，诸如黄铜、铜 或卡普顿? (Kaptot#)，或充分弹性的任何其他适合的材料。
[0028] 压电驱动器12可以可操作地连接到隔膜22,以形成引起隔膜向内和向外偏转共 振腔室16的弯矩，如下面进一步的讨论。图2A提供了具有之前已知的压电驱动器24的合 成喷射器10的截面图。该驱动器24包括第一平面的压电陶瓷片26,其具有面对并且刚性 地连接到隔膜22的外表面的一个平面的表面。可选的第二平面的压电陶瓷片28可以被提 供有面对且刚性地连接到隔膜22的内表面的片28的一个平面的表面。
[0029] 对于每个压电陶瓷片26、28,电极被配置在片26、28的相对的平面的表面上，以便 施加穿过片26、28的厚度的电压，从而形成片26、28内的横向应力。该横向应力引起片26、 28在Z方向上的平面外变形，其导致平面内应力的形成，和根据压电陶瓷材料的泊松比的 对应的X方向和Y方向上的变形。形成片26、28的压电陶瓷材料具有各向同性或准各向同 性特性，以便片26、28在平面内的方向上反应一致。由于片26、28与隔膜22之间的刚性连 接，使得片26、28的平面内变形在隔膜22上形成弯矩。在界面处对片26、28的平面内伸长 和压缩的阻力导致隔膜的偏转，从而改变共振腔室16内的容积，如图2B和2C中所示。在 图2B中，由电极施加在第一压电陶瓷片26两端的电压引起第一压电陶瓷片26膨胀，并且 产生引起隔膜22向外偏转的弯矩。与此同时，被电极施加在第二片28两端的电压引起第 二片28收缩，并且产生也引起隔膜22向外偏转的弯矩，并且由此增加共振腔室16内的容 积，并且吸引空气通过孔口 18。当片26、28两端的电压的极性被颠倒时，隔膜22上的弯矩 被颠倒，并且隔膜22向内偏转以减小共振腔室16内的容积，并且通过孔口 18排放空气射 流，如图2C所示。
[0030] 如上所述，已知的压电驱动器24具有电极，该电极生成在Z方向上或平面外方向 上通过各向同性或准各向同性的压电陶瓷片26、28的厚度的电压。在图3中，被电极30施 加的电压产生趋向于降低片26、28的厚度的横向压应力，如由平行于Z轴的箭头指示的。相 应地，在平面内的方向上产生趋于在X方向和Y方向上增大片26、28的尺寸的拉应力。当 电压极性被颠倒时，片26、28经历横向拉应力和平面内压应力。在各向同性的片26、28内， 在X方向和Y方向上的平面内应力的幅度相等。然而，由于通常使用的压电陶瓷的泊松比， 平面内d耦合系数（其是获得的机械应变与施加的电场的比）比横向d耦合系数小2到3 倍，使得平面内应变比横向应变小二分之一到三分之一。
[0031] 图4说明了根据本发明的压电驱动器12的第一实施例，其具有通过利用具有对施 加的电场较高的灵敏度的平面内d耦合系数而提高的响应能力。驱动器12的双压电晶片 可以由类似于如上所述的传统压电陶瓷片40制造，其具有被施加到压电陶瓷片40的第一 平面的表面46的相互交叉的第一和第二电极42、44。相似的电极42、44的布置也可以被 应用到片40的相对侧上的第二平面的表面。在这个实施例中，片40是矩形的，但是其他形 状可以根据对合成喷射器10或其他设备中的【具体实施方式】的需求而被使用。第一电极42 包括沿片40的第一侧向边缘50延伸的第一脊片48以及由此穿过片40的第一平面的表面 46延伸的多个平行的第一指状物52。第一电极42进一步包括第一引线54,用以给供给电 功率到驱动器12的电压源（未示出）的第一极提供电气连接点。第二电极44包括沿片40 的第二侧向边缘58延伸的第二脊片56、由此穿过片40的第一平面的表面46延伸并且与第 一电极42的第一指状物52交错的多个平行的第二平行指状物60、以及用于电压源的第二 极的连接的第二引线62。电极42、44可以具有总共N个指状物（电极42、44每个具有5个 指状物，总共10个指状物），其中每个指状物52、60具有指状物长度L和指状物宽度W，使 得电极在其间限定N-1个间隙（在本示例中为9个间隙），并且具有间隙间隔宽度S。在片 40的第二平面的表面上的电极42、44的相似的布置可以具有脊片48、56沿侧向边缘50、58 延伸的相似的取向以及到电压源的相似的连接，以便施加到平面的表面的电压具有相同的 极性。
[0032] 相互交叉的电极42、44可以相似地被应用到具有其他几何形状的压电陶瓷片，其 中电极被进行适当的修改以符合压电陶瓷片的形状。例如，图5示出了圆形压电陶瓷片64 的实施例，其中具有应用到第一平面的表面66的修改样式的相互交叉的电极42、44。在该 实施例中，电极42、44的脊片48、56可以是弯曲的，以符合片64的外边缘68的曲率，其中 指状物52、60从脊片48、56的内边缘向内延伸。为了补偿片64的曲率和改变Y方向上的 尺寸，指状物52、60可以具有变化的指状物长度L，以确保在不接触相对的电极42、44的脊 片48、56的情况下完全覆盖平面的表面66。
[0033] 相互交叉的电极42、44在片40、64上的布置在相同的表面上提供正极和负极，以 便在平面内方向上施加电压，以最大化压电陶瓷材料的平面内d耦合系数的益处。如图6 所示，对于矩形压电陶瓷片40,当电压被施加通过相互交叉的电极42、44时，较大的平面内 拉应变和对应的应力在极化方向上（X方向）形成。因此，对具有相互交叉的电极42、44的 压电陶瓷片40施加相同电压导致片40在X方向上更大的变形。与此同时，因为上面描述 的原因，在Y方向和Z方向上的泊松效应应力比在Y方向上的应力小2到3倍。当施加到 片40的电压的极性被颠倒时，片40将经历平面内应变和在X方向上的对应的压应力，以及 Y方向和Z方向上的拉应力，其中拉应力比压应力小2到3倍。相似的应力的形