[發(fā)明專(zhuān)利]壓電振子雙側(cè)驅(qū)動(dòng)流體的串聯(lián)泵

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210175461.3
• 申請(qǐng)日: 2012-05-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102678527A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王淑云;闞君武;蔣永華;曾平;程光明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F04B43/04
• 分類(lèi)號(hào): F04B43/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微流體傳輸與控制領(lǐng)域應(yīng)用的微小精密壓電泵，具體涉及一種壓電振子雙側(cè)驅(qū)動(dòng)流體的串聯(lián)泵。

背景技術(shù)

作為微機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分，壓電泵的研究一直深受?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。最初的壓電泵僅以微流體輸出為目的，歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，某些類(lèi)型的壓電泵已在化學(xué)分析、生物制藥、醫(yī)療藥品控釋等微流體輸送與控制方面獲得了實(shí)際應(yīng)用。除了單純的流體輸送外，近年來(lái)人們又基于壓電泵驅(qū)動(dòng)的微小型液壓系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)壓電液壓驅(qū)動(dòng)器或壓電液壓馬達(dá)：如中國(guó)專(zhuān)利200810051156.7、200920093242.4、201020180067.5等，其目的是利用流體的耦合作用將壓電體的微幅往復(fù)振動(dòng)轉(zhuǎn)換成液壓缸活塞的宏觀直線運(yùn)動(dòng)。

為滿足不同的應(yīng)用需求，人們提出了多種類(lèi)型的壓電晶片泵及壓電疊堆泵；為進(jìn)一步提高泵的輸出壓力和流量，滿足燃料電池燃料供給、壓電液壓驅(qū)動(dòng)器等新興應(yīng)用領(lǐng)域的需求，人們又先后提出了基于多個(gè)晶片型壓電振子驅(qū)動(dòng)的串聯(lián)及并聯(lián)泵、以及基于兩個(gè)壓電疊堆驅(qū)動(dòng)的雙腔并聯(lián)泵，如中國(guó)專(zhuān)利02132855.2、201010118038.0等，其中的壓電疊堆泵可獲得較高的輸出壓力和較大流量，但造價(jià)過(guò)高，壓電疊堆的價(jià)格通常為數(shù)千甚至上萬(wàn)元人民幣，不利于泵的推廣應(yīng)用；壓電晶片泵雖驅(qū)動(dòng)能力相對(duì)較弱，但成本低廉，壓電晶片的價(jià)格僅幾元，且便于通過(guò)多腔串聯(lián)或并聯(lián)提高泵的輸出能力，更具實(shí)用性。

上述多振子壓電泵的共同特點(diǎn)是壓電振子單側(cè)驅(qū)動(dòng)流體，即：壓電疊堆泵的泵腔隔膜及晶片型壓電振子自身僅單側(cè)與流體接觸，壓電振子對(duì)流體的驅(qū)動(dòng)能力未得到充分發(fā)揮；更主要地，這種類(lèi)型的泵不適于構(gòu)造壓電液壓驅(qū)動(dòng)器。原因在于：壓電振子的變形極其微小、且實(shí)際流體具有可壓縮性，壓電液壓驅(qū)動(dòng)器必須采用蓄能器提供背壓以增加系統(tǒng)剛度、避免液壓缸活塞爬行；但由于壓電振子或泵腔隔膜單側(cè)與流體接觸，此時(shí)的系統(tǒng)背壓已成為壓電振子的負(fù)載、嚴(yán)重地降低了驅(qū)動(dòng)器總體的有效功率輸出，系統(tǒng)背壓過(guò)大時(shí)還會(huì)導(dǎo)致晶片型壓電振子破損，降低了壓電液壓驅(qū)動(dòng)器的能量效率及可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有壓電泵自身所固有的某些局限性或弊端，以及燃料電池及壓電液壓驅(qū)動(dòng)器等新興應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω邏毫Α⒋罅髁繅弘姳玫男枨蟋F(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種壓電振子雙側(cè)驅(qū)動(dòng)流體的串聯(lián)泵，從而同步提升壓電泵的輸出流量、壓力、能量效率及可靠性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：上泵體與下泵體通過(guò)螺釘連接；2-20個(gè)壓電振子通過(guò)密封圈壓接在上泵體的泵腔與下泵體的泵腔之間，所述壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成；在上泵體的泵腔的進(jìn)口處、以及下泵體的泵腔和閥腔的進(jìn)口處均粘接有閥片；在所述上泵體上，外部進(jìn)口與其相鄰泵腔連通，兩個(gè)相鄰泵腔之間、以及內(nèi)部出口與相鄰的泵腔之間分別通過(guò)腔間流道連通，所述位于上泵體上的外部進(jìn)口、串聯(lián)泵腔、內(nèi)部出口、以及位于所述泵腔內(nèi)的閥片與壓電振子共同構(gòu)成串聯(lián)泵I；在所述的下泵體上，內(nèi)部進(jìn)口與其相鄰泵腔之間、兩個(gè)相鄰泵腔之間、以及閥腔與相鄰的泵腔之間分別通過(guò)腔間流道連通，所述位于下泵體上的內(nèi)部進(jìn)口、串聯(lián)泵腔、閥腔、以及位于所述泵腔和閥腔內(nèi)的閥片與壓電振子共同構(gòu)成串聯(lián)泵II；所述串聯(lián)泵I的內(nèi)部出口和串聯(lián)泵II的內(nèi)部進(jìn)口連通，所述串聯(lián)泵II的閥腔與位于上泵體上的外部出口連通。

本發(fā)明的一種實(shí)施方式是，兩個(gè)相鄰泵腔中壓電振子所施加的交流電壓相位差為180度。工作時(shí)，壓電振子在交流電壓作用下所產(chǎn)生的往復(fù)彎曲變形使串聯(lián)泵I和串聯(lián)泵II的泵腔容積交替地增加或減小、閥片交替地開(kāi)啟與關(guān)閉，從而使流體從上泵體1上的外部進(jìn)口A流入、外部出口B’流出。

本發(fā)明的壓電泵工作時(shí)，串聯(lián)泵I和串聯(lián)泵II之間亦為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所構(gòu)成的串聯(lián)泵共包含2n個(gè)串聯(lián)泵腔，故輸出壓力為P＝2nP_o、流量為其中：n為壓電振子的數(shù)量，Q_o和P_o分別為單個(gè)壓電振子工作時(shí)串聯(lián)泵I或串聯(lián)泵II的輸出流量和壓力。

本發(fā)明的特色是采用多個(gè)兩側(cè)同時(shí)驅(qū)動(dòng)流體的壓電振子構(gòu)成串聯(lián)壓電泵，由此所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)：①可大幅度地提高壓電泵的輸出流量、壓力及壓電振子的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率；②用于構(gòu)造壓電液壓驅(qū)動(dòng)器時(shí)，系統(tǒng)背壓不會(huì)成為壓電振子的負(fù)載、亦不至因系統(tǒng)背壓過(guò)大而使壓電振子破損。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例壓電泵的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖2是圖1的C-C向視圖；

圖3a是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例壓電振子的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖3b是圖3a的左視圖；