一種基于慣性驅(qū)動(dòng)的諧振型壓電泵制造技術(shù)

本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)涉及一種基于慣性驅(qū)動(dòng)的諧振型壓電泵，屬于機(jī)電液一體化領(lǐng)域。該裝置由上泵體(1)、出水口(2)、出口單向閥(3)、入水口(4)、入口單向閥(5)、中間體(6)、圓形隔膜(8)、質(zhì)量塊(9)、壓電振子(10)、套筒(11)、連接桿(13)及下泵體(15)等部件組成，壓電振子(10)中間與連接桿(13)、套筒(11)一端固定連接，兩端懸置且端部連接有質(zhì)量塊(9)，連接桿(13)另一端與圓形隔膜(8)相連，圓形隔膜(8)周邊固定支撐，采用壓電振子(10)作為驅(qū)動(dòng)源，通過(guò)壓電慣性驅(qū)動(dòng)原理與系統(tǒng)諧振技術(shù)共同作用，放大作圓形隔膜的形變，實(shí)現(xiàn)流體定向輸送。優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)新穎，輸出流量大，壓力高，且壓電振子不直接與流體介質(zhì)接觸，無(wú)污染，易于散熱。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于壓電驅(qū)動(dòng)控制
，特別涉及一種基于慣性驅(qū)動(dòng)的諧振型壓電泵裝置。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，微流動(dòng)系統(tǒng)及相關(guān)的微型機(jī)械制造技術(shù)已經(jīng)成為了一個(gè)非常活躍的研宄領(lǐng)域。在化學(xué)分析與檢測(cè)、生物工程、集成電路芯片、微型零部件以及微型化生產(chǎn)系統(tǒng)等領(lǐng)域迫切需要小型化、可以精確定量輸送流體的微泵。微泵是微流動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，根據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)理的不同微泵可分為壓電驅(qū)動(dòng)、靜電驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)、熱驅(qū)動(dòng)和形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)等。不同驅(qū)動(dòng)方式的微型泵都有其自身特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，壓電泵由于具有結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)特性好，便于精確控制等特點(diǎn)，在醫(yī)療/制藥、生物工程、化學(xué)分析、電子器件冷卻以及燃料供給等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前壓電泵主要有以下幾點(diǎn)不足:①目前壓電泵的工作方式一般為非諧振狀態(tài)，而對(duì)諧振型壓電泵研宄很少壓電泵驅(qū)動(dòng)能力有限。無(wú)閥壓電泵因?yàn)闆](méi)有單向閥，泵工作時(shí)流體回流現(xiàn)象嚴(yán)重，泵的工作壓力和截止性下降，自吸能力差，輸出流量和壓力較小；有閥壓電泵的工作頻率受單向閥運(yùn)動(dòng)元件慣性的限制，響應(yīng)頻率一般相對(duì)較低，泵的輸出流量和壓力受到限制；③壓電疊堆泵輸出壓力較大，但壓電疊堆變形小，輸出流量不足，且體積大(一般需要放大機(jī)構(gòu))、成本高(壓電疊堆價(jià)格昂貴)。本技術(shù)提出以壓電振子作為驅(qū)動(dòng)源，利用慣性驅(qū)動(dòng)原理，通過(guò)諧振放大機(jī)構(gòu)提高隔膜變形幅度，進(jìn)而構(gòu)造一種基于慣性驅(qū)動(dòng)的諧振型壓電泵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)基于慣性驅(qū)動(dòng)的諧振型壓電泵，其特征在于，上泵體上設(shè)有出水口與入水口，中間體上安裝有單向閥并與圓形隔膜構(gòu)成泵腔，圓形隔膜通過(guò)連接桿、套筒與壓電振子相連，壓電振子兩端與質(zhì)量塊固定連接，下泵體上開(kāi)有導(dǎo)線(xiàn)孔，上泵體、中間體與下泵體通過(guò)螺栓連接共同構(gòu)成諧振型壓電泵。由壓電振子、連接桿、套筒及圓形隔膜構(gòu)成激振單元，驅(qū)動(dòng)用壓電振子采用中間固定支撐。處于工作狀態(tài)時(shí)，激振單元與被驅(qū)動(dòng)流體、泵腔及單向閥構(gòu)成諧振系統(tǒng)，當(dāng)有外部交流電信號(hào)作用在壓電振子上時(shí)，壓電振子彎曲變形帶動(dòng)質(zhì)量塊上下往復(fù)擺動(dòng)產(chǎn)生周期變化的慣性沖擊力，慣性沖擊力通過(guò)連接桿作用于圓形隔膜。當(dāng)慣性沖擊力的頻率等于諧振系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，系統(tǒng)共振，圓形隔膜變形增大，從而驅(qū)動(dòng)流體實(shí)現(xiàn)大流量、高壓力流體輸出。壓電振子依靠自身的逆壓電效應(yīng)將交流電信號(hào)轉(zhuǎn)化為彎曲變形，帶動(dòng)質(zhì)量塊往復(fù)擺動(dòng)，產(chǎn)生交變的慣性沖擊力，從而對(duì)系統(tǒng)提供振動(dòng)激勵(lì)，壓電振子本身的變形不直接作用于流體上。壓電振子可以采用單晶片或雙晶片的彎曲振子，具體結(jié)構(gòu)可以采用圓形或矩形。激振單元是為了對(duì)壓電振子的變形進(jìn)行放大而設(shè)置，其主要部件包括壓電振子、質(zhì)量塊、螺母、套筒、連接桿、圓形隔膜。套筒是為了連接圓形隔膜和壓電振子而設(shè)置，同時(shí)可以通過(guò)改變套筒的質(zhì)量來(lái)調(diào)整激振系統(tǒng)的諧振頻率。圓形隔膜采用經(jīng)過(guò)熱處理的鈹青銅片，作為泵輸送流體的直接驅(qū)動(dòng)元件，與中間體、單向閥共同構(gòu)成泵腔，在外部交變電信號(hào)激勵(lì)下實(shí)現(xiàn)流體的定向輸送。本技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于:通過(guò)調(diào)整激振單元組成部件的尺寸參數(shù)使壓電泵工作在最佳頻率范圍內(nèi)，利用諧振放大原理提高圓形隔膜的形變，從而是實(shí)現(xiàn)較高的輸出流量和輸出壓力；同時(shí)壓電振子作為間接驅(qū)動(dòng)元件不直接與流體接觸，且處于開(kāi)放的空間內(nèi)，散熱效果好，因而適用于氣體、大粘度液體等不易散熱的介質(zhì)輸送。【附圖說(shuō)明】圖1是本技術(shù)諧振型壓電泵結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本技術(shù)的矩形壓電振子結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本技術(shù)的圓形隔膜結(jié)構(gòu)示意圖。1-上泵體，2-出水口，3-出口單向閥，4-入水口，5-入口單向閥，6-中間體，7-密封圈，8-圓形隔膜，9-質(zhì)量塊，10-壓電振子，11-套筒，12-螺母，13-連接桿，14-通氣孔，15-下泵體。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)結(jié)構(gòu)及原理作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1，本技術(shù)的基于慣性驅(qū)動(dòng)的諧振型壓電泵由一個(gè)能將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的壓電振子10作為驅(qū)動(dòng)源，與質(zhì)量塊9、套筒11、螺母12、連接桿13及圓形隔膜8構(gòu)成激振單元。具體的連接方式為:質(zhì)量塊9固定連接在壓電振子10兩端，連接桿13下端開(kāi)有螺紋，通過(guò)與螺母12配合將壓電振子10、套筒11及圓形隔膜8連接在一起，圓形隔膜8通過(guò)橡膠密封圈7周邊固定支撐于中間體6與下泵體15之間，中間體6上安裝有出口單向閥3和入口單向閥5。當(dāng)有外部的交變電信號(hào)作用在壓電振子10時(shí)，壓電振子10彎曲變形，帶動(dòng)質(zhì)量塊7往復(fù)擺動(dòng)，產(chǎn)生與激勵(lì)信號(hào)頻率相同的周期變化的慣性沖擊力，慣性沖擊力通過(guò)連接桿13作用在圓形隔膜8上，圓形隔膜8彎曲變形，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí)，諧振系統(tǒng)處于共振狀態(tài)，圓形隔膜8的變形得到了放大，泵腔體積被改變，配合出口單向閥3和入口單向閥5實(shí)現(xiàn)流體較高流量和壓力的輸出。參照?qǐng)D2，本技術(shù)的矩形壓電振子結(jié)構(gòu)示意圖。壓電振子10采用上下兩面均貼有壓電陶瓷的雙晶片彎曲振子結(jié)構(gòu)，與單晶片振子相比驅(qū)動(dòng)能力更強(qiáng)。參照?qǐng)D3，本技術(shù)的圓形隔膜結(jié)構(gòu)示意圖。圓形隔膜8采用圓形鈹青銅片，為了提高彈性，鈹青銅片要經(jīng)過(guò)熱處理后使用；圓形隔膜中間開(kāi)有圓形孔，用來(lái)與連接桿13相連，周邊通過(guò)橡膠密封圈7與中間體6、下泵體15固定連接；作為彈性元件，在諧振系統(tǒng)中可以改變圓形隔膜的厚度來(lái)改變系統(tǒng)的剛度，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的諧振頻率。【主權(quán)項(xiàng)】1.一種基于慣性驅(qū)動(dòng)的諧振型壓電泵，其特征在于，上泵體上設(shè)有出水口與入水口，中間體上安裝有單向閥并與圓形隔膜構(gòu)成泵腔，圓形隔膜通過(guò)連接桿、套筒與壓電振子相連，壓電振子兩端與質(zhì)量塊固定連接，下泵體上開(kāi)有導(dǎo)線(xiàn)孔，上泵體、中間體與下泵體通過(guò)螺栓連接共同構(gòu)成諧振型壓電泵。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于慣性驅(qū)動(dòng)的諧振型壓電泵，其特征在于，驅(qū)動(dòng)用壓電振子采用中間固定支撐。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于慣性驅(qū)動(dòng)的諧振型壓電泵，其特征在于，由壓電振子、連接桿、套筒及圓形隔膜構(gòu)成激振單元。【專(zhuān)利摘要】本技術(shù)涉及一種基于慣性驅(qū)動(dòng)的諧振型壓電泵，屬于機(jī)電液一體化領(lǐng)域。該裝置由上泵體(1)、出水口(2)、出口單向閥(3)、入水口(4)、入口單向閥(5)、中間體(6)、圓形隔膜(8)、質(zhì)量塊(9)、壓電振子(10)、套筒(11)、連接桿(13)及下泵體(15)等部件組成，壓電振子(10)中間與連接桿(13)、套筒(11)一端固定連接，兩端懸置且端部連接有質(zhì)量塊(9)，連接桿(13)另一端與圓形隔膜(8)相連，圓形隔膜(8)周邊固定支撐，采用壓電振子(10)作為驅(qū)動(dòng)源，通過(guò)壓電慣性驅(qū)動(dòng)原理與系統(tǒng)諧振技術(shù)共同作用，放大作圓形隔膜的形變，實(shí)現(xiàn)流體定向輸送。優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)新穎，輸出流量大，壓力高，且壓電振子不直接與流體介質(zhì)接觸，無(wú)污染，易于散熱。【IPC分類(lèi)】F04B43-04, F04B45-047【公開(kāi)號(hào)】CN204436756【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420838427【專(zhuān)利技術(shù)人】溫建明, 馬繼杰, 郭和平, 劉曉靜, 嵇佳 【申請(qǐng)人】浙江師范大學(xué)【公開(kāi)日】2015年7月1日【申請(qǐng)日】2014年12月18日本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于慣性驅(qū)動(dòng)的諧振型壓電泵，其特征在于，上泵體上設(shè)有出水口與入水口，中間體上安裝有單向閥并與圓形隔膜構(gòu)成泵腔，圓形隔膜通過(guò)連接桿、套筒與壓電振子相連，壓電振子兩端與質(zhì)量塊固定連接，下泵體上開(kāi)有導(dǎo)線(xiàn)孔，上泵體、中間體與下泵體通過(guò)螺栓連接共同構(gòu)成諧振型壓電泵。

【技術(shù)特征摘要】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：溫建明，馬繼杰，郭和平，劉曉靜，嵇佳，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：浙江師范大學(xué)，
類(lèi)型：新型
國(guó)別省市：浙江;33