[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的雙穩(wěn)態(tài)慣性式壓電泵

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810095439.5
• 申請(qǐng)日: 2018-01-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108105073A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董景石;陳全渠;徐智;關(guān)志鵬;田大越;吳越;楊志剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F04B43/09
• 分類(lèi)號(hào): F04B43/09
• 代理公司: 長(zhǎng)春市恒譽(yù)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的雙穩(wěn)態(tài)慣性式壓電泵，包括：基座、壓電振子、第一磁鐵、第二磁鐵、雙穩(wěn)態(tài)機(jī)架、泵體結(jié)構(gòu)。其中，壓電振子由壓電纖維復(fù)合材料與金屬基板粘貼而成，一端固定在基座上，一端與振動(dòng)管連接，帶動(dòng)振動(dòng)管往復(fù)上下振動(dòng)；泵體由振動(dòng)管與球閥組成，球閥布置在振動(dòng)管中；第一磁鐵安裝在壓電梁的自由端處，第二磁鐵安裝在雙穩(wěn)態(tài)機(jī)架的可移動(dòng)滑塊上，與第一磁鐵同極相對(duì)，并且壓電振子、雙穩(wěn)態(tài)機(jī)架、第一磁鐵和第二磁鐵在同一軸線上。本發(fā)明采用雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)可以增加壓電泵的工作帶寬，利用兩磁鐵間的相對(duì)作用，壓電振子在兩穩(wěn)態(tài)點(diǎn)做大幅周期振動(dòng)，同時(shí)具有較大的驅(qū)動(dòng)力和振幅，因此可以提高壓電泵的輸出流量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微流體機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種基于壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的雙穩(wěn)態(tài)慣性式壓電泵。

背景技術(shù)

泵作為一種流體輸送機(jī)械，一般有電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)龐大，制作工藝復(fù)雜，不易控制微小流量，因此在一些藥物輸送、醫(yī)療器械、航空航天等領(lǐng)域難以滿足要求。壓電泵作為一種新型材料驅(qū)動(dòng)的微泵，利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)使壓電振子產(chǎn)生變形，通過(guò)壓電振子驅(qū)動(dòng)隔膜產(chǎn)生形變，從而使泵腔體積發(fā)生變化，配合單向閥的使用，從而實(shí)現(xiàn)流體輸送。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)電磁干擾、體積小易于集成、噪聲低，以廣泛應(yīng)用于電腦散熱、藥物輸送、航空航天、燃料輸送等領(lǐng)域。然而以往的容積式壓電泵，其壓電振子變形量小，泵腔容積變化率低，無(wú)法充分發(fā)揮壓電陶瓷高能量密度的特性，從而導(dǎo)致壓電泵輸出性能有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述壓電泵中存在的問(wèn)題，本文將雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)應(yīng)用在壓電泵中，提出了一種基于壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的雙穩(wěn)態(tài)慣性式壓電泵。由于雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)可以增加壓電泵的工作帶寬，當(dāng)壓電泵系統(tǒng)發(fā)生共振時(shí)，壓電振子利用結(jié)構(gòu)的非線性特性，將在兩穩(wěn)態(tài)點(diǎn)做大幅周期振動(dòng)，利用兩磁鐵間的相互作用，增大壓電振子的輸出力和位移，從而增大了壓電泵的輸出流量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的雙穩(wěn)態(tài)慣性式壓電泵，包括：基座、壓電振子、第一磁鐵、第二磁鐵、雙穩(wěn)態(tài)機(jī)架、振動(dòng)管、移動(dòng)滑塊和球閥。其中壓電振子由壓電纖維復(fù)合材料與金屬基板粘貼而成，一端固定在基座上，一端與振動(dòng)管連接，帶動(dòng)振動(dòng)管往復(fù)上下振動(dòng)；球閥由閥座與閥球組成，并布置在振動(dòng)管中；第一磁鐵安裝在壓電振子自由端，第二磁鐵安裝在雙穩(wěn)態(tài)機(jī)架的移動(dòng)滑塊上，與第一磁鐵同極相對(duì)，并且可以通過(guò)移動(dòng)滑塊調(diào)節(jié)第一、二永磁鐵間的距離；壓電振子、振動(dòng)管、第一磁鐵、第二磁鐵、雙穩(wěn)態(tài)機(jī)架在同一軸線上。

所述的雙穩(wěn)態(tài)機(jī)架兩邊開(kāi)有凹槽，移動(dòng)滑塊安裝在機(jī)架的凹槽上，通過(guò)移動(dòng)滑塊調(diào)節(jié)兩磁鐵的相對(duì)距離。

工作時(shí)，泵體的底部浸入到液面以下，壓電振子帶動(dòng)振動(dòng)管上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，受到容器內(nèi)液體動(dòng)壓以及閥球自身慣性力的作用，球閥開(kāi)啟，液體在靜壓和動(dòng)壓的工作作用下，由容器經(jīng)閥孔流入到振動(dòng)管中，當(dāng)球閥所受到的壓差小于開(kāi)啟壓力時(shí)，球閥關(guān)閉，防止流體回流。如此周而復(fù)始達(dá)到泵送的目的。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種基于壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的雙穩(wěn)態(tài)慣性式壓電泵的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所采用的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的俯視圖

圖3是本發(fā)明的工作原理圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)和原理做進(jìn)一步的描述