[發明專利]面內模態周向行波薄型壓電蠕動泵

有效

• 申請號: 201110039622.1
• 申請日: 2011-02-17
• 公開（公告）號: CN102141031A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 梁莉;張鐵民;付奕昌
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: F04B43/04
• 分類號: F04B43/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃磊

技術領域

本發明屬于蠕動泵設計領域，特別涉及一種面內模態周向行波薄型壓電蠕動泵。

背景技術

目前電子產品日益輕薄短小，元件密度愈來愈高、工作速度愈來愈快，“散熱”問題已成為電子產品可靠性與使用壽命最難克服的技術瓶頸。微型泵作為微流量系統的核心，在藥物微量輸送、燃料微量噴射、細胞分離、集成電子元件冷卻、微量化學分析以及微小型衛星的推進等多個領域得到廣泛應用。

壓電蠕動泵為微型泵的一種，屬于新型流體驅動裝置，它是通過復合振子在交流電壓的作用下發生面內交替變形，從而交替擠壓硅管，使得在不需要單向閥或特殊進出流口結構的條件下就可以實現液體的單向流動。在應用中它利用壓電陶瓷的逆壓電效應，以復合振子的交替變形直接擠壓硅管，無需電機驅動，省去了電機、定子及轉子部分，具有結構簡單、體積小、薄型、重量輕、耗能低、無噪聲、無電磁干擾、工作可靠、單位體積能夠產生較大的輸出功率等優點。目前已有的壓電蠕動泵中，通常采用壓電堆或朗之萬振子結構作為驅動元件，結構復雜，體積增加，不利于此類泵的小型或微型化，限制了壓電蠕動泵性能提高及推廣應用。

因此，需要提供一種體積小且結構簡單的壓電蠕動泵。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種面內模態周向行波薄型壓電蠕動泵，其具有結構簡單、體積小、薄型、重量輕、耗能低、無噪聲、無電磁干擾、工作可靠等優點，能夠應用于多種微測量系統。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：面內模態周向行波薄型壓電蠕動泵，包括壓電陶瓷環、金屬彈性體圓環、硅管、半圓環形硅管裝置、絕緣墊圈、固定螺栓、固定螺帽、調整用螺栓和調整用螺帽；所述金屬彈性體圓環包括內孔金屬彈性體圓環和外圓周金屬彈性體圓環；所述壓電陶瓷環內側與內孔金屬彈性體圓環連接，外側與外圓周金屬彈性體圓環連接，三者組成圓盤型壓電復合振子；所述半圓環形硅管裝置兩端開有進管孔和出管孔，硅管從進管孔引入，從出管孔引出，設置于圓盤型壓電復合振子與半圓環形硅管裝置之間；半圓環形硅管裝置通過調整用螺栓和調整用螺帽固定于圓盤型壓電復合振子外圓周，所述圓盤型壓電復合振子通過固定螺栓和固定螺帽進行固定，且在固定螺帽處設置絕緣墊圈。

作為優選，所述壓電陶瓷環的內孔和外圓周與金屬彈性體圓環粘接。

所述壓電陶瓷環與金屬彈性體圓環粘接所采用的粘接材料為環氧樹脂，也可用特種金屬焊接膠。

為更好的實現本發明，所述內孔金屬彈性體圓環內側刻有四個槽，固定螺栓上刻有四個凸起部分，槽與凸起部分相配合，用于卡住圓盤型壓電復合振子。

所述內孔金屬彈性體圓環的軸向尺寸分別比壓電陶瓷環上、下面軸向尺寸高至少1mm，從而避免壓電陶瓷環面與固定螺栓、固定螺帽相接觸而造成短路。

為盡可能增大硅管受力表面，并達到固定硅管的作用，所述半圓環形硅管裝置與硅管的接觸部分為帶有圓弧面的硅管槽，該硅管槽為半圓形，其弧長小于硅管外徑周長的一半，硅管槽長小于圓盤壓電復合振子外徑周長的一半，以調節硅管受到的圓周方向的預緊力。

作為優選，調整用螺栓和調整用螺帽采用蝶形螺栓和蝶形螺帽。

本發明的工作過程：壓電蠕動泵在工作時，硅管內充滿流體，給沿徑向極化的壓電陶瓷環通交流電壓時，由于壓電陶瓷材料的逆壓電效應，圓盤型壓電復合振子在圓環的徑向和周向被激發出二個面內駐波，其合成的結果是形成圓盤型壓電復合振子面內的周向行波，即圓盤型壓電復合振子在外表面的微觀質點處形成沿圓周的橢圓運動軌跡，同時在周向預緊力作用下，該橢圓運動軌跡轉化為復合振子對硅管內流體運動的推力，流體在此推力作用下沿圓周方向運動。改變兩交流電壓的相位差順序，流體沿圓周相反方向運動，從而使得整個圓盤型壓電復合振子在平面內產生交替形變，不斷擠壓硅管，實現硅管內不斷有流體的流入和流出，通過調節蝶形螺栓調節硅管受到的圓周方向的預緊力，可以控制硅管內流體的流量和壓力。

本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：

1、現有的蠕動泵是用電磁電機驅動轉子，由轉子擠壓硅管流出液體，電磁電機使得蠕動泵結構相對復雜，體積大，重量大。本發明面內模態周向行波薄型蠕動泵是利用復合振子的交替變形來擠壓硅管流出液體，無需電機驅動，結構簡單，體積小，重量輕，實現薄型結構的特點。

2、現有的蠕動泵由于是電磁電機驅動，會受到電磁干擾，不便于在有電磁場作用的地方應用，而本發明面內模態周向行波薄型蠕動泵無需電磁電機驅動，因此不受電磁干擾，可在有電磁場作用的地方使用。