专利名称：一种泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及^:型泵领域，特别是涉及一种流量可控的压电陶瓷泵。
背景技术：
参阅图1,为现有的压电陶瓷泵的结构示意图，压电陶瓷泵IO包括压电 陶瓷片11、可变空间腔体12、输入通道13、输入单向阀14、输出单向阀15、 及输出通道16。压电陶瓷片11为多层圓片形，其基材可为铜或不锈钢等材料， 基材上覆有一层压电陶瓷材料，压电陶瓷上面又覆有一层导电材料，如银等。 铜材料和银材料分别接交流电源的两极。通电后，由于压电陶瓷材料在电场中 伸缩的特性，压电陶瓷片11将伴随交流电交替进行向上凸起和向下凹入动作。
见图2，当压电陶乾片11向上凸起时，由压电陶瓷片11与压电陶瓷泵10 壳体构成的可变空间腔体12的空间变大，使可变空间腔体12内的压力变小， 输入通道13的压力大于可变空间腔体12的压力，输入单向阀14打开，使液 体从输入通道13,经输入单向阀14进入可变空间腔体12。同时当可变空间腔 体12的压力小于输出通道16的压力时，关闭输出单向阀15,使液体不会从 输出通道16倒流入可变空间腔体12。
见图3,当压电陶乾片11向下凹入时，可变空间腔体12的空间变小，使 可变空间腔体12内的压力变大，当可变空间腔体12的压力大于输出通道16 的压力时，输出单向阀15打开，液体^Mv可变空间腔体12,经输出单向阀15、 到达输出通道16。同时，当可变空间腔体12的压力大于输入通道13的压力 时，关闭输入单向阀14使液体不会倒流。
按液体的流动方向，输入单向阀14和输出单向阀15是同方向串联配置。 在一些特殊情况下，如果输入通道13的压力大于输出通道16的压力与输入单 向阀14和输出单向阀15的闭合力之和时，输入单向阀14和输出单向阀15 将被打开，液体就会自动从输入通道13、可变空间腔体12,流向输出通道16, 使流经压电陶资泵10的液体流量不可控。
压电陶瓷泵10的液体流量不可控，对于某些应用是不允许，甚至是危险 的。例如压电陶资泵10用于治疗糖尿病的胰岛素泵时，如果储药容器受压变 形，胰岛素直接通过压电陶瓷泵10进入人体，将会对患者造成极大的危害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种泵，该泵性能稳定，流量可控。 本发明公开一种泵，包括致动装置、可变空间腔体、输入通道及输出通道， 还包括与所述输入通道和所述输出通道连通的保护腔体，所述保护腔体内设置 一隔膜，所述隔膜将所述输出通道间隔成两段，所述隔膜响应所述致动装置动 作，使两段输出通道连通或隔断。
优选的，在所述输入通道上设置一输入单向阀。
优选的，所述输入单向阀包括第一阀片和第一导流支撑板，所述第一阀片 附着在所述第 一导流支撑板的进液侧。
优选的，所述第一导流支撑板为多孔网板、塔形弹簧或盘簧。 优选的，在所述输出通道上设置一输出单向阀。
优选的，所述输出单向阀包括第二阀片和第二导流支撑板，所述第二岡片
附着在所述第二导流支撑板的进液侧。
优选的，所述第二导流支撑板为多孔网板、塔形弹簧或盘簧。
优选的，所述输入通道和输出通道分别设置在所述弹性隔膜的两面。
优选的，所述输入通道借助连通通道接通所述保护腔的底部。优选的，所述两段输出通道分别为内输出通道和外输出通道，所述内输出
通道为直管，所述外输出通道为弯管。
优选的，所述致动装置为压电陶瓷片。 优选的，所述隔膜为弹性隔膜。
优选的，所述致动装置为磁致伸缩设备，所述磁致伸缩设备包括磁致伸缩 材料和线圏，所述线圈缠绕在所述磁致伸缩材料外周，所述磁致伸缩材料下方 固定有薄片。
优选的，所述致动装置为带凸轮电机，所述带凸轮电机包括凸轮和电机， 所述凸轮连接所述电机的执行机构，所述凸轮下方固定有薄片。
优选的，所述致动装置是电磁铁，所述电磁铁包括电工软铁和线圈，所述 线圏缠绕在所述电工软铁外周，所述电工软铁下方固定有薄片。
优选的，所述泵用于胰岛素注射器。
本发明在泵内加设一保护腔体，该保护腔体接通输入通道和输出通道，该保护腔体内设置一弹性隔膜，该弹性隔膜将输出通道间隔为两段。只有在致动 装置向下动作，使保护腔体受到来自可变空间腔体的传递的压力，大于输入通 道传递的压力时，弹性隔膜相应动作，向下凹入，使两段输出通道连通，让泵 内液体流出。相对于现有技术，本发明泵性能稳定可靠，流量可控。
图1为现有的压电陶瓷泵的结构示意图2为图1所示压电陶瓷泵进液时工作过程示意图3为图1所示压电陶瓷泵出液时工作过程示意图4为本发明压电陶瓷泵的结构示意图5为图4所示压电陶瓷泵进液时工作过程示意图6为图4所示压电陶瓷泵出液时工作过^f呈示意图7为本发明致动装置采用^f兹致伸缩设备的泵的结构示意图8为本发明致动装置采用电磁铁的泵的结构示意图9为本发明致动装置采用带凸轮电机的泵的结构示意图ll为图IO所示泵进液时工作示意图； 图12为图IO所示泵出液时工作示意图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
本发明在泵内加设一保护腔体，该保护腔体接通输入通道和输出通道，该 保护腔体内设置一弹性隔膜，该弹性隔膜将输出通道间隔为两段。只有在致动 装置向下动作，使保护腔体受到来自可变空间腔体的传递的压力，大于输入通 道传递的压力时，弹性隔膜相应动作，向下凹入，使两段输出通道连通，让泵 内液体流出。本发明泵具有体积小，流量可控等优点，可广泛适用于胰岛素注 射器等小型输液装置，及各种小型气体输送装置。
本发明的泵，如其致动装置采用压电陶瓷片，该泵可称为压电陶瓷泵。
参阅图4，为本发明压电陶瓷泵的结构示意图，压电陶瓷泵20包括压电 陶瓷片21、可变空间腔体22、输入通道23、输入单向阀24、输出单向阀25、输出通道26、连接通道27、及保护腔28。
压电陶瓷片21紧密覆盖在可变空间腔体22的上方。压电陶瓷片21将伴
随交流电交替进行向上凸起和向下凹入动作。
可变空间腔体22为一相对较小的空间，四周为压电陶瓷泵20壳体，上方 使用压电陶瓷片21密闭，下方通过两个通道分别接通输入单向阀24和输出单 向阀25。
输入单向阀24下方连接输入通道23,输入通道23还通过连接通道27接 通保护腔28的底部。 '
保护腔28侧面接通连接通道27,使保护腔28体内的压力与输入通道23 保持一致。保护腔28上壁设有一弹性隔膜281。输入通道23和输出通道26 分别连通弹性隔膜281的两面。
输出通道26通向保护腔28的上壁，在弹性隔膜281的同一面断开为内输 出通道261与外输出通道262两部分。内输出通道261的另一端连接输出单向 阀25;外输出通道262的另一端是压电陶瓷泵20的出口。
以上为本发明压电陶瓷泵20的各组成部分及结构特征。当不对压电陶瓷 片21供电时，压电陶资泵20各通道和腔体内充满液体，设F1为输入通道23 内液体传递的压力，F2为输入单向阀24的闭合力，F3为输出单向阀25的闭 合力。
内输入通道261作用在弹性隔膜281向下的推力为 F = F1 -F2 - F3;
输入通道23通过保护腔28作用在弹性隔膜281向上的推力为 P = F1;
可见，在输入单向阀24和输出单向阀25不存在闭合力，或闭合力忽略不 计时，作用在弹性隔膜281向上的推力等于向下推力；在输入单向阀24和输 出单向阀25存在闭合力时，作用在弹性隔膜281向上的推力大于向下推力。 由于弹性隔膜281综合受力为零，或综合受力方向向上，在压电陶瓷泵20不 通电工作时，弹性隔膜281会一直紧贴在内输出通道261和外输出通道262 与保护腔28的接口处，内输出通道261和外输出通道262断开，压电陶瓷泵 20内的液体不会通过保护腔28流到体外。
7当压电陶资片21上电工作时，见图5,压电陶资片21向上凸起，压电陶 瓷片21与壳体构成的可变空间腔体22的空间变大，使可变空间腔体22内的 压力变小，输入通道23的压力大于可变空间腔体22的压力。在压力差的作用 下，输入单向阀24打开，压电陶瓷片21内的液体由输入通道23,经输入单 向阀24流向空间可变腔体22。
当交流电换向，见图6，压电陶资片21向下凹入，可变空间腔体22的空 间变小，使可变空间腔体22内的压力变大，输入通道23的压力小于可变空间 腔体22的压力。在压力差作用下，输入单向阀24的关闭，而输出单向阀25 打开，可变空间腔体22内的液体经输出单向阀25流向内输出通道261。设F1 为输入通道23内液体传递的压力，F4为在压电陶瓷片21的作用下液体的压 力。
此时，作用在弹性隔膜281向下的推力为 F = F1 + F4;
作用在弹性隔膜281向上的推力为 F, = F1;
可见，该时刻作用在弹性隔膜281向下的推力大于向上的推力，弹性隔膜 281综合受力向下。当F- P大于弹性隔膜281的弹力F5时，弹性隔膜281向 下凹入，使内输出通道261与外输出通道262接通，液体经外输出通道262 流出压电陶资泵20。
当交流电再换向，压电陶瓷片21向上凸起，在压电陶瓷片21的作用下液 体向下的推力消失。弹性隔膜281上下受力均衡，弹性隔膜281由于自身弹性 作用，回复原状态，继续紧贴在内输出通道261和外输出通道262与保护腔 28的接口处，隔断内输出通道261和外输出通道262。
综上所述可知，推开弹性隔膜281使内输出通道261和外输出通道262导
通的条件是
F4+F1-F2-F3 〉Fl+F5 消去Fl,得到； F4-F2-F3 >F5
忽略输入单向阀24和输出单向阀25的闭合力时，推开弹性隔膜281的条件是
F4 > F5
由于弹性隔膜281的弹力F5很小，在压电陶瓷泵20中主导液体流动的主 要力量，是在压电陶瓷片21的作用下液体的压力F4。上式中，已经消去输入 通道23内液体传递的压力Fl,液体入口压力因素可忽略。因此，当受其他外 界因素影响，压电陶瓷泵20入口压力突然增大时，该入口压力不会导致压电 陶瓷泵20失控而向外更多地输出液体。
上述分析是在出口压力不大的情况下做出的，当外输出通道2 6 2受到输出 环境影响压力增大时，有可能推开弹性隔膜281，但推不开输出单向阀25。设 输出环境影响压力为F6，此时液体向外流动的条件将是
F4 〉 F5 + F6
通过上述循环工作工程可知，保护腔28在压电陶瓷泵20需要输出液体时， 才接通内输出通道261和外输出通道262,输出液体，其他时间内输出通道261 和外输出通道262被保护腔28的弹性隔膜281间隔开，保证液体不外流。这 样，就可以通过控制施加到压电陶瓷片21上交流电的电压，来控制流过压电 陶资泵20的液体量。
本发明压电陶瓷泵20的压电陶瓷片21可釆用其他致动装置替代，如磁致 伸缩设备、电磁铁、带凸轮的电机等。
参阅图7，为致动装置采用磁致伸缩设备的泵的结构示意图。磁致伸缩设 备31包括磁致伸缩材料311和线圈312,线圈312缠绕在磁致伸缩材料311 的外周，磁致伸缩材料311下方固定有薄片313。线圈312接交流电源，当线 圏312上电工作，产生f兹场，；兹致伸缩材^牛311因石兹场作用上下伸缩运动，带 动薄片313上下动作，从而改变可变空间腔体22的体积。
参阅图8，为致动装置采用电磁铁的泵的结构示意图。电磁铁41包括电 工软铁411和线圈412,此时上盖可以是永f兹4失。线圏412缠绕在电工软铁411 的四周，电工软铁411下方固定有薄片413。线圈412接交流电源，当线圈412 上电工作，产生》兹场，电工软铁411在f兹场作用下与永J兹4失之间产生吸力和推 力而上下运动，带动薄片413上下动作，从而改变可变空间腔体22的体积。
参阅图9,为致动装置采用带凸轮电机的泵的结构示意图。带凸轮电机51包括电机511和凸轮512，凸轮512下方固定有薄片513。电机511接电源， 当电机511上电工作，使凸轮512上下运动，带动薄片513上下动作，从而改 变可变空间腔体22的体积。
本发明的输入单向阀24和输出单向阀25均可采用一种浮动阀片加导流支 撑板结构的浮动式阀门。
参阅图10,输入单向阀24包括第一导流支撑板241和第一阀片242，第 一阀片242附着在第一导流支撑板241的下方。见图11，使输入单向阀24只 有在下方液体压力大于上方液体压力时，下方液体顶开第一阀片2",使第一 阀片242贴向第一导流支撑板241,由于第一阀片242外径小于第一导流支撑 板241,而第一导流支撑板241存在很多孔隙可以使液体自由流动，液体将绕 过第一阀片242,并经第一导流支撑板241的其他部分，从下而上通过输入单 向阀24。见图12，当下方液体压力小于上方液体压力时，第一阀片242由于 压力作用，将封闭下方阀孔，让阀内的液体无法流动，确保液体只能^^人下而上 单向通过。第一导流支撑板241可以是多孔网板、塔形弹簧或盘簧。
见图10,输出单向阀25包括第二导流支撑板251和第二阀片252,第二 阀片252附着在第二导流支撑板251的上方。见图12,输出单向阀25只有在 上方液体压力大于下方液体压力时，上方液体顶开第二阀片252,通过第二导 流支撑板251的孔隙从上而下通过输出单向阀25。见图11，当上方液体压力 小于下方液体压力时，第二阀片252由于压力作用，向上运动封闭上方阀孔 25,让阀内的液体无法流动，确保液体只能从上而下单向通过。第二导流支撑 板251可以为多孔网板、塔形弹簧或盘簧。
本发明泵在应用到胰岛素泵上时，通过控制该泵上致动装置连接的交流电 源频率和电压，可精确控制输出的胰岛素量，确保注射的安全。
以上对本发明所提供的一种泵，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例 对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解 本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明 的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书 内容不应理解为对本发明的限制。
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权利要求
1、一种泵，包括致动装置、可变空间腔体、输入通道及输出通道，其特征在于，还包括与所述输入通道和所述输出通道连通的保护腔体，所述保护腔体内设置一隔膜，所述隔膜将所述输出通道间隔成两段，所述隔膜响应所述致动装置动作，使两段输出通道连通或隔断。
2、 如权利要求1所述的泵，其特征在于，在所述输入通道上设置一输入单向阀。
3、 如权利要求2所述的泵，其特征在于，所述输入单向阀包括第一阀片 和第一导流支撑板，所述第一阀片附着在所述第一导流支撑板的进液侧。
4、 如权利要求3所述的泵，其特征在于，所述第一导流支撑板为多孔网 板、塔形弹簧或盘簧。
5、 如权利要求1所述的泵，其特征在于，在所述输出通道上设置一输出 单向阀。
6、 如权利要求5所述的泵，其特征在于，所述输出单向阀包括第二阀片 和第二导流支撑板，所述第二阀片附着在所述第二导流支撑板的进液侧。
7、 如权利要求6所述的泵，其特征在于，所述第二导流支撑板为多孔网 板、塔形弹簧或盘簧。
8、 如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述输入通道和输出通道分别 设置在所述弹性隔膜的两面。
9、 如权利要求8所述的泵，其特征在于，所述输入通道借助连通通道接 通所述保护腔的底部。
10、 如权利要求l所述的泵，其特征在于，所述两段输出通道分别为内输 出通道和外输出通道，所述内输出通道为直管，所述外输出通道为弯管。
11、 如权利要求1至IO任一项所述的泵，其特征在于，所述致动装置为 压电陶资片。
12、 如权利要求1至IO任一项所述的泵，其特征在于，所述隔膜为弹性 隔膜。
13、 如权利要求1至IO任一项所述的泵，其特征在于，所述致动装置为 磁致伸缩设备，所述磁致伸缩设备包括磁致伸缩材料和线圈，所述线圏缠绕在所述^f兹致伸缩材料外周，所述^f兹致伸缩材料下方固定有薄片。
14、 如权利要求1至IO任一项所述的泵，其特征在于，所述致动装置为带凸轮电机，所述带凸轮电机包括凸轮和电机，所述凸轮连接所述电机的执行 机构，所述凸轮下方固定有薄片。
15、 如权利要求1至IO任一项所述的泵，其特征在于，所述致动装置是 电磁铁，所述电磁铁包括电工软铁和线圈，所述线圏缠绕在所述电工软铁外周， 所述电工软铁下方固定有薄片。
16、 如权利要求1至IO任一项所述的泵，其特征在于，所述泵用于胰岛 素注射器。
全文摘要
本发明涉及一种泵，包括致动装置、可变空间腔体、输入通道及输出通道，还包括与所述输入通道和所述输出通道连通的保护腔体，所述保护腔体内设置一弹性隔膜，所述弹性隔膜将所述输出通道间隔成两段，在所述致动装置向下动作时，所述弹性隔膜相应动作，使两段输出通道连通。本发明的泵性能稳定，流量可控。
文档编号F04B49/10GK101603521SQ20081003898
公开日2009年12月16日 申请日期2008年6月12日 优先权日2008年6月12日
发明者刘宇程, 曾志海, 杨平中, 勤 王, 罗七一 申请人:微创医疗器械(上海)有限公司