用于调节盘泵系统的温度的系统和方法

用于调节盘泵系统的温度的系统和方法
【专利摘要】一种盘泵系统包括：一个具有大体上圆柱形状的泵体，该泵体限定了用于容纳一种流体的一个空腔；以及一个致动器，该致动器与一个被驱动端壁的中心部分操作性地相关联以引起该被驱动端壁的一种振荡运动，从而产生在使用中在被驱动端壁的中心部分与侧壁之间具有环状波节的位移振荡。一个加热元件被热联接到该致动器上以便将该致动器维持在一个目标温度。
【专利说明】用于调节盘泵系统的温度的系统和方法
发明背景
[0001]本发明根据35USC§ 119(e)要求洛克(Locke)等人在2012年2月10日提交的题为“用于调节盘泵系统的温度的系统和方法(Systems and Methods for Regulating theTemperatures of a Disc Pump System) ”的美国临时专利申请序号61/597，477的提交的权益，出于所有目的将该文献通过弓I用结合在此。
1.发明领域
[0002]本发明的说明性实施例总体上涉及一种用于流体的盘泵，并且更确切地说涉及一种其中的泵送空腔是大体上圆柱形状的盘泵，该盘泵具有多个端壁和在这些端壁之间的一个侧壁，其中这些端壁之间布置有一个致动器。本发明的说明性实施例更确切地说涉及以下一种盘泵，该盘泵具有安装在该致动器中的一个阀和安装在这些端壁之一中的至少一个额外阀。
2.相关技术说明
[0003]密闭空腔中高幅压力振荡的产生已经在热声学和盘泵型压缩机领域中受到大量关注。非线性声学方面的新近发展已经允许具有比先前认为可能的振幅更高的振幅的压力波的产生。
[0004]已知使用声共振来实现从所限定的入口和出口的流体泵送。这可以使用在一端具有一个声学驱动器的一个圆柱形空腔来实现，该声学驱动器驱动一个声学驻波。在这种圆柱形空腔中，声压波具有有限振幅。变化截面的空腔(如锥形、角锥形、以及球形)已被用于实现高幅压力振荡，由此显著提高泵送效果。在这些高幅波中，伴随能量耗散的非线性机制已被抑制。然而，高幅的声共振直到最近仍未被用于其中的径向压力振荡被激发的盘形空腔内。公开为WO 2006/111775的国际专利申请号PCT/GB2006/001487披露了一种盘泵，该盘泵具有一个纵横比(即空腔的半径与空腔的高度的比率)较高的一个大体上盘形的空腔。
[0005]这种盘泵具有一个大体上圆柱形的空腔，该圆柱形的空腔包括在每一端由端壁封闭的一个侧壁。该盘泵还包括一个致动器，该致动器驱动这些驱动端壁中的任一者以便沿大体上垂直于被驱动端壁的表面的一个方向振荡。被驱动端壁的运动的空间特征被描述为与空腔内的流体压力振荡的空间特征相匹配，这是一种在此被描述为模式匹配的状态。当该盘泵是模式匹配的时，致动器对空腔中的流体所做的功在被驱动端壁表面上有利地增力口，由此增强该空腔中压力振荡的振幅并且传递较高盘泵效率。一个模式匹配的盘泵的效率取决于被驱动端壁与侧壁之间的界面。希望通过以下方式来维持这种盘泵的效率:建构该界面以使得它不会减小或抑制被驱动端壁的运动，由此减缓空腔内流体压力振荡的振幅方面的任何减小。
[0006]上述盘泵的致动器引起被驱动端壁的沿大体上垂直于端壁或大体上平行于圆柱形空腔的纵向轴线的一个方向的一种振荡运动(“位移振荡”)，在下文中被称为在该空腔内被驱动端壁的“轴向振荡”。该被驱动端壁的轴向振荡在空腔内产生流体的大体上成比例的“压力振荡”，从而产生接近如国际专利申请号PCT/GB 2006/001487中所描述的第一类的贝塞耳函数(Bessel funct1n)的一种径向压力分布,该申请通过引用结合在此,这些振荡在下文中被称为该空腔内流体压力的“径向振荡”。位于致动器与侧壁之间的被驱动端壁的一部分提供了与盘泵的侧壁的一个界面，该界面减小位移振荡的阻尼，以减缓空腔内的压力振荡的任何减小。位于致动器与侧壁之间的被驱动端壁的该部分在下文中被称为“隔离物”并且在美国专利申请号12/477，594中进行了更确切地描述，该专利申请通过引用结合在此。隔离物的说明性实施例与被驱动端壁的外围部分操作性相关联，以便降低该位移振荡的阻尼。
[0007]这类盘泵还要求用于控制穿过该盘泵的流体流动的一个或多个阀、以及更确切地说能够以高频率操作的阀。常规的阀典型地针对多种应用以小于500Hz的低频率操作。例如，许多常规压缩机典型地以50Hz或60Hz操作。本领域中已知的线性共振压缩机在150Hz与350Hz之间操作。然而，许多便携式电子装置(包括医疗装置)需要用于传递正压或提供真空的盘泵，这些盘泵的大小相对较小，并且有利的是这类盘泵在操作中是听不见的，以便提供分立的操作。为了实现这些目标，这类盘泵必须以极高频率操作，从而需要能够在约20kHz和更高下操作的阀。为了以这些高频率操作，该阀必须对可以被校正以产生穿过该盘泵的流体净流动的一种高频振荡压力作出响应。这种阀在国际专利申请号PCT/GB2009/050614中更确切地进行了描述，该申请通过弓I用结合在此。
[0008]阀可以被布置在一个第一或第二孔口或这两个孔口中，以用于控制穿过盘泵的流体流动。每个阀都包括一个第一板，该第一板具有总体上垂直延伸穿过其中的多个孔口 ；以及一个第二板，该第二板也具有总体上垂直延伸穿过其中的多个孔口，其中该第二板的孔口大体上偏离该第一板的孔口。该阀进一步包括布置在该第一板和该第二板之间的一个侧壁，其中该侧壁围绕该第一板和该第二板的周界是闭合的，以形成在该第一板与该第二板之间、与该第一板和该第二板的孔口处于流体联通的一个空腔。该阀进一步包括布置于该第一板与第二板之间并且在其之间可移动的一个瓣，其中该瓣具有大体上偏离该第一板的孔口并且与该第二板的孔口大体上对准的多个孔口。这个瓣响应于沿阀上流体差压的方向的变化而在该第一板与该第二板之间被促动。
概述
[0009]一种盘泵系统包括具有大体上圆柱形形状的一个泵体，该泵体限定了用于容纳一种流体的一个空腔，该空腔由在两端由多个大体上圆形端壁闭合的一个侧壁形成。这些端壁中的至少一者是一个被驱动端壁，该被驱动端壁具有一个中心部分和一个外围部分，该外围部分从该被驱动端壁的该中心部分径向向外延伸。该系统包括一个致动器，该致动器与该被驱动端壁的中心部分操作性相关联以引起该被驱动端壁以频率(f)的一个振荡运动，从而产生该被驱动端壁沿大体上垂直于其的一个方向的位移振荡。这个频率(f)大致等于该致动器的基本弯曲模式。一个隔离物与被驱动端壁的外围部分操作性地相关联，从而降低该位移振荡的阻尼。该隔离物包括一种柔性印刷电路材料。该系统包括一个第一孔口，该第一孔口布置在这些端壁的任一者中不同于该环状波节处的任何位置处并且延伸穿过该泵体；和一个第二孔口，该第二孔口布置在该泵体中不同于该第一孔口的位置的任何位置处并且延伸穿过该泵体。该系统还包括一个阀，该阀被布置在该第一孔口和该第二孔口的至少一者中。这些位移振荡产生在泵体的空腔内的流体的相应压力振荡，从而在使用中时引起流体流动穿过该第一孔口和该第二孔口。该系统包括一个加热元件，该加热元件被热联接至该致动器上并且可操作来将该致动器的温度提高至一个目标温度。
[0010]一种用于维持盘泵的操作温度的方法包括获得一个温度测量值，该温度测量值指示了一个盘泵的致动器的温度。该方法还包括将该温度测量值传送至一个微控制器并且确定该致动器的温度是否低于一个目标温度。响应于确定了该致动器的温度低于该目标温度，该方法还包括激活一个热联接至该致动器上的加热元件。
[0011]一种盘泵包括具有大体上圆柱形形状的一个泵体，该泵体限定了用于容纳一种流体的一个空腔。该空腔由在两端由大体上圆形的端壁闭合的一个侧壁形成，这些端壁中的至少一者是一个被驱动端壁，该被驱动端壁具有一个中心部分和一个外围部分，该外围部分从该被驱动端壁的该中心部分径向向外延伸。该盘泵包括一个致动器，该致动器与该被驱动端壁的中心部分操作性相关联以引起该被驱动端壁以频率(f)的一个振荡运动，从而产生该被驱动端壁沿大体上垂直于其的一个方向的位移振荡。这个频率(f)大致等于该致动器的基本弯曲模式。该盘泵进一步包括一个驱动电路，该驱动电路具有电联接到该致动器的一个输出端，用于在该频率(f)下将该驱动信号提供给该致动器。此外，该盘泵包括一个隔离物，该隔离物与该被驱动端壁的外围部分操作性相关联，以减小这些位移振荡的阻尼。该隔离物包括一种柔性印刷电路材料。该盘泵包括一个第一孔口，该第一孔口布置在这些端壁的任一者中不同于该环状波节处的任何位置处并且延伸穿过该泵体；和一个第二孔口，该第二孔口布置在该泵体中不同于该第一孔口的位置的任何位置处并且延伸穿过该泵体。一个阀被布置在该第一孔口和该第二孔口的至少一者中，这样使得位移振荡产生了在泵体的空腔内的流体的相应压力振荡，从而在使用中时引起流体流动穿过该第一孔口和该第二孔口。一个加热元件经由与该隔离物为一体的多个导电元件而热联接至一个电源上。
[0012]通过参考以下附图和详细说明，这些说明性实施例的其他特征和优点将变得清
λ.Μ
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附图简要说明
[0013]图1是一个盘泵的截面视图；
[0014]图1A是图1的盘泵沿着线1A-1A截取的一个顶视截面图，示出了该盘泵的一个隔离物和一个致动器，该盘泵包括热联接至该致动器上的一个加热元件；
[0015]图1B是该盘泵的一部分的详细截面视图，示出了致动器以及邻近于该致动器的加热元件；
[0016]图2A是图1的盘泵的截面视图，示出了处于休止位置的一个致动器；
[0017]图2B是图1的盘泵的截面视图，其中所示的致动器是处于移位后位置；
[0018]图3A示出了图1的盘泵的致动器的基本式下的轴向位移振荡的弯曲模式曲线图；
[0019]图3B示出了响应于图3A中所示的弯曲模式的、图1的盘泵的空腔内流体的压力振荡的曲线图；
[0020]图4示出了图1的盘泵的截面视图，其中这两个阀由图7A至图7D中展示的一个单一阀代表；
[0021]图5示出了图7A-7D的阀的中心部分的截面详图；
[0022]图6示出了图4的盘泵的空腔内流体的压力振荡的曲线图，以展示在图5的阀上施加的压差，如由虚线所指示的；
[0023]图7A示出了处于闭合位置的一个阀的说明性实施例的截面视图；
[0024]图7B示出了沿图7D中所示的线7B-7B截取的图7A的阀的详细截面视图；
[0025]图7C示出了图7A的阀的透视图；
[0026]图7D示出了图7A的阀的俯视图；
[0027]图8A示出了处于打开位置的图7A中的阀在流体流过该阀时的截面视图；
[0028]图8B示出了图7A中的阀在闭合之前的打开位置与闭合位置之间的过渡状态下的截面视图；
[0029]图SC示出了处于闭合位置的图7A的阀在流体流被一个阀瓣阻断时的截面视图；
[0030]图9A示出了根据一个说明性实施例在图5的阀上施加的振荡差压的压力曲线图；
[0031]图9B示出了图5的阀在打开位置与闭合位置之间的一个操作周期的流体流动曲线图；
[0032]图1OA和1B示出了图4的盘泵的截面视图，包括阀的中心部分的分解视图以及分别施加于空腔内的振荡压力波的正的和负的部分的曲线图；
[0033]图11示出了图4的盘泵的阀的打开和闭合状态，并且图1lA和IlB分别示出了在该盘泵处于自由流动模式时所得的流动和压力特征；
[0034]图12示出了图4的盘泵在该盘泵达到停滞情形时所提供的最大差压的曲线图；
[0035]图13A是阻抗谱图，示出了图1至2B的泵的致动器的共振模式；
[0036]图13B是两个方波(分别具有50%和43%的频率占空比)的傅立叶分量图，示出了这些驱动信号的随频率而变的谐波含量；
[0037]图14A示出了某些谐波频率分量的幅度的曲线图，并且图14B示出了一个曲线图，展示了在图1到图2B的盘泵的这些谐波频率下功率被致动器耗散的一个实例，这些谐波频率随施加到该致动器的方波信号的频率占空比而变；
[0038]图15示出了根据一个说明性实施例的一个驱动电路的框图，该驱动电路用于驱动图1A到图2B所示的盘泵；
[0039]图16A到图16C是曲线图，示出了针对分别具有50%、45%以及43%频率占空比的方波驱动信号，跨过图1A到图2B所示的盘泵的致动器的电压以及穿过该致动器的电流；
[0040]图17是一个曲线图，展示了一种说明性的PZT陶瓷压电材料的共振频率的温度依赖性；并且
[0041]图18是一个曲线图，示出了一个包括加热元件的盘泵与一个不包括加热元件的盘泵的操作特性之间的对比。
说明性实施方式的详细说明
[0042]在以下说明性实施例的详细说明中参考了附图，这些附图形成了详细说明的一部分。通过展示，这些附图中示出了可以实践本发明的具体的优选实施例。这些实施例足够详细地被描述以使本领域的普通技术人员能够实践本发明，并且应理解的是，可以采用其他实施例并且可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下做出逻辑结构、机械、电学以及化学的变化。为了避免对于使得本领域的普通技术人员能够实践在此所描述的这些实施例来说所不必要的细节，本说明可能省略了本领域的普通技术人员已知的某些信息。因此，以下详细说明不应被视为限制性的，并且这些说明性实施例的范围仅由所附权利要求书限定。
[0043]图1是一个盘泵系统100的截面侧视图，该盘泵系统包括一个盘泵10、在其上安装盘泵10的一个衬底28、以及流体地联接到盘泵10上的一个负载38。盘泵10是可操作来向负载38提供一个正压或负压的，如以下更详细地描述。盘泵10包括一个致动器40，该致动器由一个隔离物30联接到盘泵10的一个圆柱形壁11上，该隔离物包括一种柔性材料。
[0044]图1A是盘泵系统100的包括致动器40和隔离物30在内的一个部分的俯视图。在一个实施例中，隔离物30是由一种柔性印刷电路材料形成，该柔性印刷电路材料可以包括多个电路元件。一般来说，柔性印刷电路材料包括为隔离物30提供一个基础层的一种柔性聚合物薄膜。该聚合物可以一种聚酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚酰亚胺(PEI)、或具有类似机械和电学特性的一种材料。该柔性电路材料可以包括由一种结合粘合剂(bonding adhesive)形成的一个或多个层叠层。此外，一种金属箔(如铜箔)可以用于向柔性印刷电路材料提供一个或多个导电层。该导电层可用于形成电路元件，例如是通过将电路路径蚀刻到该导电层中。可以通过滚压(在有或无粘合剂的情况下)或通过电沉积将导电层施加到基础层上。隔离物30还可以包括其他相异的电子装置。
[0045]图1B是盘泵系统100的包括致动器40和加热元件60在内的一个部分的详细截面视图。在图1B的说明性实施例中，加热元件60被埋入邻近于致动器40的一个材料层中。这个材料层可以是隔离物30的一个延伸部、或邻近于致动器40的另一种适当材料。加热元件60可以经由与隔离物30成整体的多个电路元件、例如在形成该隔离物30的柔性印刷电路材料中形成的多个导电迹线而联接到一个电源上。该材料层可以包括不会阻尼该致动器40的运动的一种导热材料,例如一种导热聚合物。在另一个实施例中，该加热兀件60可以在没有该材料层的情况下安装在致动器40附近。在这样一个实施例中，该加热元件60可以通过直接接触或通过使用一个导热脂膏薄层而热联接到致动器40上。在另一个实施例中，加热元件60可以仅被包含在隔离物30中并且仅热联接到致动器40的外围部分上。在这样一个实施例中，致动器40的内板14、15是足够导电的而能在整个致动器40中维持一致的温度。
[0046]在一个展示性实施例中，隔离物30包括多个触头59，这些触头将一个电源(未示出)联接到被热联接到致动器40上的这个加热元件60上。加热元件60可以起作用来将致动器40保持在一个相对恒定的温度。加热元件60是一个将电能转化为热量的电阻加热元件，但根据应用也可以替换成其他的发热机构。加热元件60可以由镍-铬合金或任何其他适当的材料形成，其他适当的材料包括铝合金、铜-镍合金、二硅化钥、以及具有正的热系数的陶瓷。
[0047]图2A是图1所示的盘泵10的截面视图。盘泵10包括一个盘泵体，该泵体具有一个大体上椭圆形的形状、包括在每一端由端板12、13闭合的一个圆柱形壁11。圆柱形壁11可以被安装到一个衬底28上，该衬底形成了端板13。衬底28可以是一个印刷电路板或另一种适合的材料。盘泵10进一步包括一对盘形内板14、15，这对盘形内板由附着到盘泵体的圆柱形壁11上的隔离物30支撑于盘泵10内。盘泵10的隔离物30是一个环形隔离物。圆柱形壁11的内表面、端板12、内板14以及环形隔离物30在盘泵10内形成一个空腔16。空腔16的内表面包括一个侧壁18，该侧壁18是在两端由端壁20、22闭合的、圆柱形壁11内表面的一个第一部分，其中端壁20是端板12的内表面并且端壁22包括内板14的内表面和隔离物30的一个第一侧。端壁22因此包括对应于内板14的内表面的一个中心部分以及对应于环形隔离物30的内表面的一个外围部分。尽管盘泵10和其部件的形状大体上是椭圆形，但在此所披露的具体实施例是一种圆形、椭圆形形状。
[0048]圆柱形壁11和端板12、13可以为一个单一部件，该单一部件包括如图2A中所示的盘泵体或多个分开的部件，其中端板13是由一个分开的衬底形成的，该衬底可以为在其上安装盘泵10的一个印刷电路板、组装板或印刷线组件(PWA)。尽管空腔16的形状大体上为圆形，但空腔16的形状还可能更一般地是椭圆形。在图2A中所示的实施例中，限定了空腔16的端壁20被示出为是总体上截头圆锥形的。在另一个实施例中，限定了空腔16的内表面的这个端壁20可以包括平行于致动器40的一个总体上平坦的表面，如以下所讨论的。一种包括截头圆锥形表面的盘泵在W02006/111775公开案中更详细地进行了描述，该公开案通过引用结合在此。盘泵体的端板12、13和圆柱形壁11可以由任何合适的刚性材料(包括但不限于金属、陶瓷、玻璃或塑料(包括但不限于注塑成型塑料))形成。
[0049]盘泵10的内板14、15共同形成一个致动器40，该致动器与形成空腔16的内表面的这个端壁22的中心部分操作性地相关联。内板14、15中的一者必须由一种压电材料形成，该压电材料可以包括响应于所施加的电信号展现出应变的任何电学活性材料，例如像一种电致伸缩或磁致伸缩材料。例如，在一个优选实施例中，内板15是由响应于所施加的电信号展现出应变的压电材料形成，即活性内板。内板14、15中的另一者优选地具有与该活性内板类似的一个弯曲刚度、并且可以由一种压电材料或一种电学非活性材料(如一种金属或陶瓷)形成。在这个优选实施例中，内板14具有与活性内板15类似的一个弯曲硬度、并且是由一种电学非活性材料(如一种金属或陶瓷)形成，即惰性内板。当活性内板15被电流激发时，活性内板15沿相对于空腔16的纵向轴线的一个径向方向膨胀和收缩，使得内板14、15弯曲，由此引发端壁22在大体上垂直于这些端壁22的方向上的轴向偏转(见图 3A)。
[0050]在未示出的其他实施例中，隔离物30可以取决于盘泵10的特定设计和取向而从顶表面或底表面对内板14、15中的任一者进行支撑，不论是活性内板15还是惰性内板14。在另一实施例中，致动器40可以由仅与内板14、15中的一者处于力传输关系的装置(例如机械、磁性或静电装置)代替，其中选定的内板14、15可以被形成为一个电学非活性或惰性材料层，该层以与上文所描述的相同方式被该装置(未示出)驱动成振荡。
[0051]盘泵10进一步包括从空腔16延伸到盘泵10的外部的至少一个孔口，其中该至少一个孔口包括一个阀以控制穿过该孔口的流体流动。尽管该孔口可以位于空腔16中的任何位置处，在该位置中致动器40产生一个压差，如以下更详细地描述的，但图2A至图2B中所示的盘泵10的一个实施例包括大致位于端板12的中心并且延伸穿过该端板12的一个出口孔口 27。孔口 27包括至少一个端阀29。在一个优选实施例中，孔口 27包括端阀29，该端阀调节沿如由箭头所指示的一个方向的流体流动，这样使得端阀29充当盘泵10的一个出口阀。对包括端阀29的孔口 27的任何提及都是指端阀29外部(即在盘泵10的空腔16的外部)的开口的部分。
[0052]盘泵10进一步包括延伸穿过致动器40的至少一个孔口，其中该至少一个孔口包括一个阀以控制穿过该孔的流体流动。该孔口可以位于致动器40上的任何位置处，在该位置中致动器40产生一个压差。然而，图2A至图2B中所示的盘泵10的说明性实施例包括大致位于内板14、15的中心并且延伸穿过内板14、15的一个致动器孔口 31。致动器孔口31包括一个致动器阀32，该致动器阀32调节沿如由箭头所指示的进入空腔16中的一个方向的流体流动，这样使得该致动器阀32充当到空腔16的一个入口阀。致动器阀32通过加强到空腔16中的流体流动并且对出口阀29的操作进行补充来使盘泵10的输出量提高，如以下更详细地描述。
[0053]在此描述的空腔16的尺寸应优选地满足关于空腔16在侧壁18处的高度(h)与其半径(r)之间的关系的某些不等式，该半径是从空腔16的纵向轴线到侧壁18的距离。这些等式如下:
r/h>1.2 ;以及 hVrMXKT1。米。
[0054]在一个实施例中，当空腔16内的流体是一种气体时，空腔半径与空腔高度的比(r/h)是在约10与约50之间。在这个实例中，空腔16的体积可以是小于约10ml。另外，在工作流体是与液体相对的一种气体，那么比率h2/r优选地在约10_6米与约10_7米之间的范围内。
[0055]此外，在此披露的空腔16应优选地满足与空腔半径(r)和工作频率(f)相关的以下不等式，该工作频率是致动器40振动而产生端壁22的轴向位移时所处的频率。该不等式是如下:

[等式 I]
2πΤ2π?
其中空腔16内工作流体的声速(c)可以是在一个约115m/s的慢速度(Cs)与一个等于约l，970m/s的快速度(Cf)之间的范围内，如以上等式中所表达的，并且1?是一个常数(kQ=3.83)。致动器40的振荡运动的频率优选地约等于空腔16中径向压力振荡的最低共振频率、但可以在该值的20%之内。空腔16中径向压力振荡的最低共振频率优选地是大于约500Hz。
[0056]虽然优选的是在此披露的空腔16应分别地满足以上指明的这些不等式，但空腔16的相对尺寸不应限于具有这些相同高度和半径的空腔。例如，空腔16可以具有要求产生不同频率响应的不同半径或高度的一个略微不同的形状，这样使得空腔16以一种所希望的方式共振以便产生自盘泵10的最佳输出。
[0057]在操作中，盘泵10可以充当与出口阀29相邻的一个正压源以便为一个负载38加压、或充当与致动器入口阀32相邻的一个负压或减压源以便为一个负载38减压，如由箭头所展示的。例如，该负载可以是使用负压进行治疗的一个组织治疗系统。如此处使用的，术语“减压”通常是指小于盘泵10所处的环境压力的一个压力。尽管术语“真空”和“负压”可以用于描述减压，但实际的压力减小可以显著地小于通常与完全真空相关联的压力降低。该压力就其为表压这一意义来说是“负的”，即该压力被减小到环境大气压以下。除非另外指明，否则在此所陈述的压力的值是表压。提及减压的增加典型地是指绝对压力的减小，而减压的减小典型地是指绝对压力的增加。
[0058]如以上所指示，盘泵10包括至少一个致动器阀32和至少一个端阀29。在另一个实施例中，盘泵10可以包括在致动器40的每一侧上具有一个端阀29的一种两空腔盘泵。
[0059]图3A示出了展示空腔16的被驱动端壁22的轴向振荡的一种可能的位移分布。实线曲线和箭头表示在一个时间点处被驱动端壁22的位移，并且虚线曲线表示半个周期之后该被驱动端壁22的位移。如此图和其他图中所示的位移被夸大。因为致动器40在其外围是非刚性地安装的、而是由环形隔离物30悬挂，因此致动器40在其基本模式中围绕其质心自由振荡。在这种基本模式中，致动器40的位移振荡的振幅在一个环状位移波节42处大体上是零，该环状位移波节位于被驱动端壁22的中心与侧壁18之间。端壁22上其他点处的位移振荡的振幅大于零，如由竖直箭头所表示。一个中心位移波腹43存在于致动器40的中心附近，并且一个外围位移波腹43’存在于致动器40的外围附近。中心位移波腹43在半个周期后由虚线曲线表示。
[0060]图3B示出了一种可能的压力振荡分布，展示了因图3A中所示的轴向位移振荡而引起的空腔16内的压力振荡。实线曲线和箭头表示的是在一个时间点处的压力。在此模式和更高阶模式中，压力振荡的振幅具有靠近空腔16的侧壁18的一个外围压力波腹45’。压力振荡的振幅在中心压力波腹45与外围压力波腹45’之间的环状压力波节44处大体上是零。同时，如由虚线表示的压力振荡的振幅具有一个靠近空腔16的中心的负的中心压力波腹47和一个外围压力波腹47’以及相同的环状压力波节44。对于一个圆柱形空腔来说，空腔16中压力振荡的振幅的径向依赖性可以通过一种第一类贝赛尔函数来进行近似。上述压力振荡起因于空腔16中的流体的径向移动并且因此将被称为空腔16内的流体的“径向压力振荡”，以便区别于致动器40的轴向位移振荡。
[0061]进一步参见图3A和图3B，可以看出致动器40的轴向位移振荡的振幅的径向依赖性(致动器40的“模式形状”)应近似第一类贝塞尔函数，以便更密切地匹配空腔16中所希望的压力振荡的振幅的径向依赖性(压力振荡的“模式形状”)。通过在其外围处非刚性地安装该致动器40并且允许其围绕其质心更自由地振动，位移振荡的模式形状大体上匹配空腔16中压力振荡的模式形状，因此实现了模式形状匹配或更简单地说，模式匹配。尽管就这方面而言，模式匹配可能并非总是完美的，但致动器40的轴向位移振荡和空腔16中相应压力振荡在致动器40的整个表面上具有大体上相同的相对相位，其中空腔16中压力振荡的环状压力波节44的径向位置与致动器40的轴向位移振荡的环状位移波节42的径向位置大体上相符。
[0062]因为致动器40围绕其质心振动，所以当致动器40以如图3A中所图解的其基本弯曲模式振动时，环状位移波节42的径向位置将必然位于致动器40的半径内。因此，为了确保环状位移波节42与环状压力波节44 一致，致动器的半径(raet)应优选地大于环状压力波节44的半径以优化模式匹配。再次假定空腔16中的压力振荡近似一种第一类贝塞尔函数，环状压力波节44的半径将是从端壁22的中心到侧壁18的半径(S卩，空腔16的半径(“r”))的约0.63，如图2A中所示。因此，致动器40的半径(raet)应优选地满足以下不等式:rart 彡 0.63r0
[0063]环形隔离物30可以为一种柔性膜，该柔性膜通过响应于如图3Α中外围位移波腹43’处的位移所示的致动器40的振动所得到的弯曲和拉伸而使致动器40的边缘能够如上文所述更自由地移动。隔离物30通过在盘泵10的致动器40与圆柱形壁11之间提供一种低机械阻抗的支撑而克服侧壁18在致动器40上的潜在阻尼效应，由此减小在致动器40的外围位移波腹43’处轴向振荡的阻尼。基本上，隔离物30使从致动器40传递到侧壁18上的能量最小化，其中隔离物30的外围边缘大体上保持静止。因此，环状位移波节42将保持大体上与环状压力波节44对准，以便维持盘泵10的模式匹配情形。因此，被驱动端壁22的轴向位移振荡持续有效地产生从中心压力波腹45、47到侧壁18处的外围压力波腹45’、47’的在空腔16内的压力的振荡，如图3B中所示。
[0064]参见图4，图2A的盘泵10被示出为具有阀29、32，这两个阀在结构上大体上相似，如例如由图7A至图7D中所示并且具有图5中所示的一个中心部分111的一个阀110所表示。关于图4至图9的以下描述全部都是基于可以被定位于盘泵10的孔口 27、31中的任一者中的一个单一阀110的功能。图6示出了如图3B中所示的盘泵10内的流体的压力振荡的曲线图。阀110允许流体仅沿如以上所描述的一个方向流动。阀110可以是一个止回阀或允许流体仅沿一个方向流动的任何其他阀。一些阀类型可以通过在一个打开与闭合位置之间转换来调节流体流动。对于在由致动器40产生的高频率下操作的这类阀来说，阀29、32具有一个极快的响应时间，这样使得它们能够以比压力变化的时间尺度明显短的一个时间尺度打开和闭合。阀29、32的一个实施例通过采用一个极轻的瓣阀来实现这一点，该瓣阀具有较低惯性并且因此能够响应于该阀结构上的相对压力的变化快速移动。
[0065]参见图7A至图7D和图5，根据一个说明性实施例，阀110是盘泵10的这种瓣阀。阀110包括一个大体上圆柱形的壁112，该圆柱形壁112是环形的并且在一端由一个固位板114闭合并且在另一端由一个密封板116闭合。壁112的内表面、固位板114、以及密封板116在阀110内形成一个空腔115。阀110进一步包括一个大体上圆形的瓣117，该大体上圆形的瓣被布置在固位板114与密封板116之间、但邻近于密封板116。圆形瓣117在一个替代实施例中可邻近于固位板114布置，如以下将更详细地描述的，并且在这个意义上，瓣117被视为相对于密封板116或固位板114中的任一者“偏置”。瓣117的外围部分被包夹在密封板116与环形壁112之间，这样使得瓣117的运动被限制在大体上垂直于瓣117的表面的平面中。在一个替代实施例中，瓣117在这种平面中的运动还可以由于瓣117的外围部分直接附接到密封板116或壁112上而被限制、或因为瓣117紧密配合在环形壁112内而被限制。瓣117的其余部分是足够柔性的并且沿大体上垂直于瓣117的表面的一个方向是可移动的，这样使得施加到瓣117的任一表面上的力将在密封板116与固位板114之间促动瓣117。
[0066]固位板114和密封板116 二者分别具有孔118和120，这些孔118和120延伸穿过每个板。瓣117还具有总体上与固位板114的孔118对准的孔122，以提供流体可以流动穿过其中的一个通道，如图5和图8A中的虚线箭头124所指示。瓣117中的孔122还可以与固位板114中的孔118部分地对准，即仅具有部分重叠。尽管孔118、120、122被示出为具有大体上均匀的大小和形状，但在不限制本发明的范围的情况下它们可以具有不同直径或甚至不同形状。在本发明的一个实施例中，孔118和120在这些板的表面上形成一个交替式图案，如由图7D中的实线圆圈和虚线圆圈分别所示。在其他实施例中，孔118、120、122可以安排成不同图案，而不影响相对于单独的成对孔118、120、122(如由单独组的虚线箭头124所图解)的功能而言阀110的操作。孔118、120、122的图案可以被设计成用于增加或减少孔的数目，从而在必要时控制穿过阀110的流体的总流量。例如，孔118、120、122的数目可以被增加以减小阀110的流动阻力，从而提高阀110的总流速。
[0067]还参见图8A至图8C，阀110的中心部分111展示了当力被施加到瓣117的任一表面上时瓣117如何在密封板116与固位板114之间被促动。当没有力施加到瓣117的任一表面上以克服瓣117的偏置时，阀110处于“常闭”位置，因为瓣117是邻近于密封板116布置的，其中该瓣的孔122偏离或未对准密封板116的孔118。在这一“常闭”位置中，穿过密封板116的流体流动大体上被如图7A和图7B中所示的瓣117的未穿孔部分阻断或覆盖。当压力被施加于瓣117的任一侧时(这克服瓣117的偏置并且促动瓣117离开密封板116朝向固位板114,如图5和图8A中所不),阀110在一个时间段内(即一个打开时间延迟(V)从常闭位置移动到一个“打开”位置，从而允许流体沿由虚线箭头124所指示的方向流动。当压力改变方向(如图8B中所示)时，瓣117将被反向促动朝向密封板116到常闭位置。当这发生时，流体将沿如由虚线箭头132所指示的相反方向流动持续一个较短时间段(即一个闭合时间延迟(T。))，直到瓣117将密封板116的孔120密封以大体上阻断穿过密封板116的流体流动，如图SC中所示。在本发明的其他实施例中，瓣117可以相对于固位板114偏置，其中孔118、122在“常开”位置中对准。在这一实施例中，对瓣117施加正压将是促动瓣117进入一个“闭合”位置所必需的。应注意，如在此使用的关于阀操作的术语“密封”和“阻断”旨在包括以下情况:发生大体上(但不完全)的密封或阻断，这样使得阀的流动阻力在“闭合”位置中比在“打开”位置中大。
[0068]除非瓣117被另一个机构如主动驱动，否则阀110的操作是在阀110上的流体差压(ΛΡ)的方向变化的一个函数。在图SB中，该差压已经被指定了一个负值(-ΛΡ)，如由指向下的箭头所指示。当该差压具有一个负值(_△?时，固位板114的外表面处的流体压力大于密封板116的外表面处的流体压力。这一负差压(-ΛΡ)驱动瓣117进入完全闭合位置，其中瓣117被压在密封板116上以阻断密封板116中的孔120，由此大体上防止流体流动穿过阀110。当阀110上的差压逆转而变成如由图8A中指向上的箭头所指示的一个正差压(+ΛΡ)时，瓣117被促动离开密封板116并且朝向固位板114进入打开位置。当该差压具有一个正值(+ΛΡ)时，密封板116的外表面处的流体压力大于固位板114的外表面处的流体压力。在打开位置中，瓣117的移动使密封板116的孔120解除阻断，这样使得流体能够流动穿过它们并且对应地与瓣117的孔122和固位板114的孔118对准，如由虚线箭头124所指示。
[0069]当阀110上的差压从一个正差压(+ΛΡ)变回如由图8B中指向下的箭头所指示的一个负差压(_△?时，流体开始沿如由虚线箭头132所指示的相反方流动向穿过阀110，该流动迫使瓣117回到图8C中所示的闭合位置。在图8B中，瓣117与密封板116之间的流体压力小于瓣117与固位板114之间的流体压力。因此，瓣117经历由箭头138所表示的一个净力，该净力使瓣117加速朝向密封板116以闭合该阀110。以这种方式,改变差压使阀110基于阀110上差压的方向(即正的或负的)而在闭合位置与打开位置之间循环。应理解，当没有差压被施加在阀110上时，瓣117可以相对于处于打开位置的固位板114偏置，即阀110将随后处于“常开”位置。
[0070]当阀110上的差压逆转而变成如图5和图8A中所示的一个正差压(+ΛΡ)时，偏置的瓣117相对于固位板114被促动离开密封板116进入打开位置。在这一位置中，瓣117的移动使密封板116的孔120解除阻断，这样使得流体被允许流动穿过它们并且固位板114的孔118与瓣117的孔122对准，如由虚线箭头124所指示。当差压从正差压(+ΛΡ)变回负差压(-ΛΡ)时，流体开始沿相反方向流动穿过阀110(参见图SB)，该流动迫使瓣117回到闭合位置(参见图SC)。因此，因为空腔16中的压力振荡使阀110在常闭位置与打开位置之间循环，所以盘泵10在阀110处于打开位置时的每半个循环中提供减压。
[0071]如以上所指示，阀110的操作可以是沿阀110上的流体差压(ΛΡ)的方向的变化的一个函数。假定差压(ΛΡ)在固位板114的整个表面上是大体上均匀的，因为(I)固位板114的直径相对于空腔115中的压力振荡的波长较小，并且(2)阀110位于空腔16的中心附近，其中正的中心压力波腹45的振幅相对恒定，如由图6中所示的正的中心压力波腹45的正的方形部分55和负的中心压力波腹47的负的方形部分65所指示。因此，阀110的中心部分111上的压力中几乎不存在空间变化。
[0072]图9A进一步展示了阀110在经受随时间在一个正值(+ΛΡ)与一个负值(-ΛΡ)之间变化的差压时的动态操作。尽管实际上跨越阀110的差压的时间依赖性可以是近似正弦的，但跨越阀I1的差压的时间相依赖性被近似为如图9A中所示的以方形波形变化，以有助于解释阀110的操作。正差压55在正压时间段(tP+)中被施加在阀110上，并且负差压65在方波的负压时间段(tP_)中被施加在阀110上。图9B展示了响应于这一随时间变化的压力的瓣117运动。随着差压(ΛΡ)从负值65转换成正值55，阀110开始打开并且在一个打开时间延迟(T。)内持续打开，直到阀瓣117与固位板114相接触，也如以上所描述并且如图9B中的曲线图所示。随着差压(ΛΡ)随后从正差压55转换回负差压65，阀110开始闭合并且在一个闭合时间延迟(T。)内持续闭合，也如以上所描述并且如图9B中所示。
[0073]固位板114和密封板116应足够坚固以承受其经历的流体压力振荡而无显著机械变形。固位板114和密封板116可以由任何合适的刚性材料(如玻璃、硅、陶瓷或金属)形成。固位板114和密封板116中的孔118、120可以通过任何合适的方法(包括化学蚀刻、激光机械加工、机械钻孔、粉末喷砂以及冲压)形成。在一个实施例中，固位板114和密封板116是由在100与200微米厚之间的钢板形成，并且其中的孔118、120是通过化学蚀刻形成。瓣117可以由任何轻质材料(如一种金属或聚合物膜)形成。在一个实施例中，当20kHz或更大的流体压力振荡存在于阀110的固位板侧或密封板侧上时，瓣117可以由厚度在I微米与20微米之间的一个聚合物薄片形成。例如，瓣117可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或厚度约3微米的一种液晶聚合物薄膜形成。
[0074]现在参见图1OA和图10B，示出了两阀式盘泵10的一个分解视图，该盘泵使用阀110作为阀29和32。在这一实施例中，致动器阀32对盘泵10的致动器孔口 31与空腔16之间的空气流232进行门控(图10A)，而端阀29对盘泵10的空腔16与出口孔口 27之间的空气流进行门控(图10B)。这些图中的每一者还示出了当致动器40振荡时在空腔16中产生的压力。阀29和32两者都位于靠近空腔16的中心处，其中分别为正的和负的中心压力波腹45和47的振幅相对较恒定，如分别为正的和负的方形部分55和65 (如上文所述)所示。在这一实施例中，阀29和32两者都被偏置在如由瓣117所示的闭合位置中并且在瓣117被促动到如由瓣117’所示的打开位置时如上文所描述地进行操作。这些图还示出中心压力波腹45、47的正的和负的方形部分55、65和它们对阀29、32两者的操作以及对应地通过每一者产生的相应空气流229和232的同步影响的一个分解视图。
[0075]还参见图11、图1lA以及图1lB的相关部分，阀29和32的打开状态和闭合状态(图11)和每一者的所得流动特征(图11A)被示出为与空腔16中的压力相关(图11B)。当盘泵10的致动器孔口 31和出口孔口 27都处于环境压力下并且致动器40开始振动而如上文所述在空腔16内产生压力振荡时，空气开始交替地流过阀29、32，使得空气从致动器孔口 31流到盘泵10的出口孔口 27，即盘泵10开始以一种“自由流动”模式操作。在一个实施例中，盘泵10的致动器孔口 31可以被供以环境压力下的空气，而盘泵10的出口孔口27气动联接到一个负载(未示出)上，该负载通过盘泵10的作用而变得被加压。在另一个实施例中，盘泵10的致动器孔口 31可以气动联接到一个负载(未示出)上，该负载通过盘泵10的作用变得减压以在该负载(如伤口敷料)中产生一个负压。
[0076]更确切参见图1OA以及图11、图1lA和图1lB的相关部分，正的中心压力波腹45的方形部分55是如以上所描述的在盘泵循环的半个循环过程中通过致动器40的振动在空腔16内产生。当盘泵10的致动器孔口 31和出口孔口 27都在环境压力下时，正的中心波腹45的方形部分55在端阀29上产生一个正差压并且在致动器阀32上产生一个负差压。因此，致动器阀32开始闭合并且端阀29开始打开，这样使得致动器阀32阻断空气流232x穿过致动器孔口 31，而端阀29打开以将空气从空腔16内释放，从而允许空气流229穿过出口孔口 27离开空腔16。随着致动器阀32闭合并且端阀29打开(图11)，盘泵10的出口孔口 27处的空气流229取决于端阀29的设计特征而上升到一个最大值(图11A)。打开的端阀29允许空气流229离开盘泵空腔16 (图11B)而致动器阀32是闭合的。当端阀29上的正差压开始减小时，空气流229开始下降直到端阀29上的差压达到零。当端阀29上的差压降到零以下时，端阀29开始闭合，从而允许一些空气回流329穿过端阀29，直到端阀29完全闭合，以便阻断如图1OB中所示的空气流229x。
[0077]更确切参见图1OB以及图11、图1lA和图1lB的相关部分，负的中心压力波腹47的方形部分65如以上所描述的是在盘泵循环的第二半循环过程中通过致动器40的振动在空腔16内产生。当盘泵10的致动器孔口 31和出口孔口 27都在环境压力下时，负的中心波腹47的方形部分65在端阀29上产生一个负差压并且在致动器阀32上产生一个正差压。因此，致动器阀32开始打开并且端阀29开始闭合，这样使得端阀29阻断穿过出口孔口 27的空气流229x，而致动器阀32打开，从而允许空气流入空腔16中，如由穿过致动器孔口 31的空气流232所示。随着致动器阀32打开并且端阀29闭合(图11)，盘泵10的出口孔口27处的空气流除了如以上所描述的少量回流329以外大体上是零(图11A)。打开的致动器阀32允许空气流232进入盘泵空腔16中(图11B)而端阀29是闭合的。当致动器阀32上的正差压开始减小时，空气流232开始下降直到致动器阀32上的差压达到零。当致动器阀32上的差压上升到零以上时，致动器阀32再次开始闭合，从而允许一些空气回流332穿过致动器阀32，直到致动器阀32完全闭合，以便阻断如图1OA中所示的空气流232x。该循环随后自身重复，如以上关于图1OA所描述。因此，随着盘泵10的致动器40在以上关于图1OA和图1OB所描述的两个半循环期间振动，阀29和阀32上的差压致使空气从致动器孔口31流到盘泵10的出口孔口 27，如对应地由空气流232、229所示。
[0078]在盘泵10的致动器孔口 31保持在环境压力下并且盘泵10的出口孔口 27被气动地联接到通过盘泵10的作用而被加压的一个负载上的情况下，盘泵10的出口孔口 27处的压力开始增加，直到盘泵10的出口孔口 27达到一个最大压力，此时从致动器孔口 31到出口孔口 27的空气流是可忽略的，即“停滞”情形。图12展示了当盘泵10处于停滞情形时致动器孔口 31和出口孔口 27处空腔16内和空腔16外的压力。更确切地说，空腔16中的平均压力在入口压力以上约IP (即环境压力以上1P)，并且空腔16的中心处的压力在约环境压力与约环境压力加2P之间变化。在该停滞情形下，不存在以下时间点:在该时间点时空腔16中的压力振荡在入口阀32或出口阀29处产生一个足够正差压以便显著打开任一阀从而允许任何空气流穿过盘泵10。因为盘泵10使用了两个阀，所以以上所描述的两个阀29,32的协同作用能够使出口孔口 27与致动器孔口 31之间的差压增加到为2P的最大差压(一个单阀式盘泵的差压的两倍)。因此，在前一段落中所描述的情形下，当盘泵10达到停滞情形时，两阀式盘泵10的出口压力从自由流动模式中的环境压力提高到约环境压力加2P的一个压力。
[0079]为了产生以上关于图3A和3B所描述的位移振荡和压力振荡，该压电致动器40以其基本共振频率被驱动。然而，致动器40具有若干共振模式。参见图13A，示出了说明性压电致动器40的阻抗谱图300的曲线图，这个曲线图包括随频率而变的阻抗300的幅值分量302和相位分量304。致动器40的阻抗谱300具有多个峰值，这些峰值对应于各具体频率下致动器40的机电共振模式，包括约21kHz下的基本共振模式311以及较高频率共振模式。此类较高频率共振模式包括约83kHZ下的第二共振模式312、约147kHZ下的第三共振模式313、约174kHZ下的第四共振模式314、以及约282kHZ下的第五共振模式315。
[0080]约21kHZ下的基本共振模式311是基本弯曲模式，该基本弯曲模式在空腔16中产生压力振荡，以如上所述地对泵10进行驱动。83kHZ下的第二共振模式312是第二弯曲模式，除了基本模式311的单一环状位移波节44之外，该第二弯曲模式具有第二环状位移波节(未示出)。分别在约174kHZ和282kHZ下的第四共振模式314和第五共振模式315也是较高次弯曲模式，这两个弯曲模式是轴对称的，在基本弯曲模式311的单一环状位移波节44之上，这两个弯曲模式分别具有两个和三个额外的环状位移波节(未示出)。从图13A中可看出，这些弯曲模式的强度通常随频率的增大而减小。
[0081]致动器40的第三共振模式313是基本呼吸模式，该基本呼吸模式产生如上所述的致动器40的径向位移，而不在盘泵10的空腔16内产生有用的压力振荡。基本上，在该频率下致动器40的平面内共振运动占主导，因而产生可从图13A中看出的极低阻抗。该基本呼吸模式的低阻抗意味着，当受到该频率的驱动信号的激发时，该基本呼吸模式将吸收高功率。
[0082]可使用经过脉冲宽度调制(PWM)的方波信号来对上述致动器40进行驱动，该经过脉冲宽度调制的方波信号包括基本频率和该基本频率的各谐波频率。参见图13B，示出了用于对致动器40进行驱动的傅立叶分量370(n)的柱形图，其中“η”是谐波级次，这些傅立叶分量表示用图例370表示的PWM方波信号的谐波。每个谐波的傅立叶分量列在表I中，PWM方波信号的每个具有不同频率占空比的谐波分量带有一个单独的参考号。PWM方波信号370具有50%的频率占空比(“DC”)。频率占空比是指信号处于两种状态中的一种状态时的方波周期的百分比，例如，在50%的方波周期中为正的信号具有50%的频率占空比。频率占空比为50%的PWM方波信号的每个奇次谐波分量的幅度反比于谐波级次而减小。频率占空比为50%的PWM方波信号的每个偶次谐波的幅度为零。

DC=50%DC=43%
谐波(η)__kHz370__380
基本频率(I)20.93713X1
第二 (2)41.8372382
第三(3)62.7373383
第四(4)83.6374384
_第五(5)__KR5__375__385
_第六(6)__125.4__376__386
第七(?)146.3377387
第八(8)I 丨67.2378388
第九(9)I 188.1379389
表1.PWM驱动信号的谐波频率
[0083]在上述实例中，驱动电路被设计成对处于基本弯曲模式的致动器进行驱动，即，对PWM方波信号进行驱动的频率被选择为与基本弯曲模式的频率匹配。但是，可在对图13A和13B进行比较时看出，PWM方波信号370的某些谐波可以与致动器40的某些较高次共振模式匹配。当驱动信号的谐波与该致动器40的较高次模式重合时，能量可能被传递到该模式中，因而降低盘泵10的效率。应注意，传递到致动器40的这种较高次共振模式中的能量水平不仅取决于相关模式的强度和类型及其对应阻抗、而且还取决于在基本驱动频率的该特定谐波频率下激发致动器40的驱动信号的幅度。当共振模式的强度高而阻抗低且共振模式受显著驱动信号幅度的驱动时，大量能量可能被传递到这些不合需要的较高次模式中并且因为致动器40的振动而被耗散掉，因而使得泵效率降低。因此，较高次共振模式对盘泵10的有效操作并无帮助，反而浪费能量并且对盘泵10的效率造成不利影响。
[0084]具体而言，在图13A所示实例中，频率占空比为50%的PWM方波信号370的第七谐波377与约147kHZ下的基本呼吸模式313的低阻抗重合。即使第七谐波377的幅度反比于它的谐波级次而减小到相对较小的数，但由于致动器40的阻抗在该频率下非常低，因而即使第七谐波377的幅度相对较小，也足以使大量能量被传递到基本呼吸模式313中。图14B显示，在此频率下致动器40吸收的功率接近于在该基本弯曲模式频率下所吸收的功率:由此总输入功率的大部分被浪费，从而严重降低了盘泵10在运行中的效率。
[0085]致动器40的较高次共振模式的该不利激发可以被若干种方法所抑制，这些方法包括减小共振模式的强度、或者减小驱动信号的特定谐波的幅度，该谐波在频率上最接近致动器40的特定共振模式。一个实施例涉及一种设备和方法，该设备和方法用于通过适当地选择和/或改变驱动信号来减少驱动信号的谐波对较高共振模式的激发。例如，正弦波驱动信号避免了该问题，因为它首先不对致动器40的任何较高次共振模式进行激发，原因是正弦波中不包含任何谐波频率。但是，压电驱动电路通常对致动器使用方波驱动信号，因为驱动电路电子设备的成本较低且更为紧密，而这对于本申请文件中所述的盘泵10的医疗和其他应用而言至关重要。因此，一种优选的策略是改变用于致动器40的方波驱动信号370，以通过减弱该驱动信号的第七谐波377来避免在147kHz的基本呼吸模式313的频率下对致动器40进行驱动。通过这种方式，基本呼吸模式313不再从该驱动电路获取大量能量，且相关的盘泵10的效率降低也得以避免。
[0086]解决方法的第一实施例是添加与致动器40串联的电滤波器，以消除或减弱存在于方波驱动信号中的第七谐波377的幅度。例如，串联电感器可以用作低通滤波器，以减弱方波驱动信号中的高频谐波，从而有效地校平驱动电路的方波输出。这种电感器增大了与致动器串联的阻抗Z，其中|Z| =2JifL。此处的f是所讨论的频率，并且L是电感器的电感。为了使|Z|在f= 147kHz的频率下大于300 Ω，电感器应具有大于320 μ H的值。因此，添加这种电感器显著地增大了致动器40在147kHz下的阻抗。可以根据在此描述的原理来使用替代性的低通滤波器构造，包括模拟低通滤波器和数字低通滤波器。作为对低通滤波器的替代，例如可以使用陷波滤波器阻止第七谐波377的信号，而不影响基本频率或其他谐波信号。该陷波滤波器可以包括一个并列电感器和电容器，它们的值分别为3.9μΗ和330nF，以对驱动信号的第七谐波377进行抑制。可以根据所描述的这些实施例的原理使用替代性的陷波滤波器构造，包括模拟陷波滤波器和数字陷波滤波器。
[0087]在第二实施例中，PWM方波驱动信号370可以被改变，以通过改变方波信号370的频率占空比来减小第七谐波377的幅度。方波信号370的傅立叶分析可以用于确定使驱动频率的第七谐波的幅度减小或消除的一个频率占空比，如公式2所示。
2 T / f \
A =[等式 2]
[0088]此处的An是第η谐波的幅度，t是时间，且T是方波的周期。函数f (t)表示方波信号370，对该方波的“负”部分取值-1，对“正”部分取值+1。函数f (t)随频率占空比的改变而发生明显变化。
[0089]针对最佳频率占空比对公式2进行求解，以消除第七谐波(即，对η = 7设定An =O):
21 ( O 2 r ( O
— I Sim 14^— kit— Sim\dt - O
TI I TJ Tl V TJ
Cos^Jπ1^ = I [等式 3]
在这些公式中，T1是方波从正号变为负号的时刻，即，Τ/Γ表示频率占空比。该公式的解有无数个，但由于我们希望将方波维持在接近50 %的频率占空比以保持基本分量，因此我们选择最接近I/T为1/2这一条件的解，即:
I, _ J
T ~7
这对应于42.9%的频率占空比。因此，当具有该方波的频率占空比的驱动信号被调整为约42.9%的特定值时，第七谐波信号将被消除或显著地减弱。
[0090]再次参阅图13B，还示出并且列出了具有表I中参考号的傅立叶分量380(n)的柱形图，这些傅立叶分量表示用图例380表示的PWM方波信号的谐波。PWM方波信号380具有约43%的频率占空比，该占空比改变了谐波分量380 (η)相对于具有50%频率占空比的PWM方波信号370的幅度，而不显著改变基本频率381的幅度。尽管第七谐波分量387的幅度已根据需要减小到可忽略的水平，但由于频率占空比改变且频率接近83kHz下致动器40的第二弯曲模式312的频率，第四谐波分量384的幅度从零开始增大。但是，处于第二弯曲模式共振312的致动器40的阻抗足够高(与处于基本呼吸模式314的阻抗不同)，因此被传递到该致动器模中的能量是微不足道的，因此第四谐波的存在不会显著地影响致动器40的功率消耗、并且不会由此而影响盘泵10的效率。除了第七谐波分量387外，图13B所示的其他谐波分量没有问题，因为它们不与图13A所示的致动器40的任何弯曲或呼吸模式重合或接近。
[0091]43%频率占空比下的第七谐波分量387的幅度现在小到可以忽略，因此致动器40的基本呼吸模式312的低阻抗的影响也可以忽略。因此，具有43%频率占空比的PWM方波信号380并不显著地激发致动器40的基本呼吸模式312，即，被传递到该模式中的能量可以忽略，因此将PWM方波信号用作致动器40的输入并不会对盘泵10的效率造成损害。
[0092]图14A示出了在方波的频率占空比改变时，基本频率(被标记为“sin(X)”)、第四谐波频率(“sin(4x)”)以及第七谐波频率(“sin(7x)”)的谐波幅度(An)的图。图14B示出了在方波的频率占空比改变时，致动器40的相应功率消耗(与An2/Z成比例，其中Z是致动器在该频率下的阻抗)。具体而言，PWM方波信号370和380各自的基本频率371和381，以及它们的第四和第七谐波分量374、384以及377、387各自的相应幅度被图13B示为频率占空比的一个函数。从附图中可以看出，对于具有43 %频率占空比的PWM方波信号380，第七谐波387的电压幅度等于零，而基本分量381的电压幅度的值仅在PWM方波信号370的频率占空比为50%时才略有下降。应注意，第四谐波374不存在于具有50%频率占空比的PWM方波信号380中、但存在于上述具有43%频率占空比的PWM方波信号380中。但是，第四谐波384的电压幅度的这种增大不存在问题，因为处于第二共振模式312时致动器40的相应阻抗相对较高，如上所述。因此，当方波的频率占空比为43%时，施加该电压幅度的第四谐波将引起致动器40中极微小的功率耗散484，如图14B所示。如图14B所示当频率占空比为43 %时致动器40中的可忽略功率耗散487所表明的，第七谐波387的电压幅度已经被大体上从具有43%频率占空比的PWM方波信号380中消除、并且大体上使致动器40的基本呼吸模式312的低阻抗无效。
[0093]现在参见图15，结合包括致动器40的一个盘泵10示出了用于驱动该盘泵10的一个驱动电路500，该致动器具有一个集成的加热元件60。驱动电路500可以包括一个微控制器502,该微控制器被配置成用于产生一个驱动信号510,该驱动信号可以是PWM信号,如所属领域所知。微控制器502可配置有存储器504，用以存储对微控制器502的操作进行控制的数据和/或软件指令。存储器504可包括一个周期寄存器506和一个频率占空比寄存器508。周期寄存器506可以是用以存储对驱动信号510的周期进行限定的值的一个存储单元，并且频率占空比寄存器508可以是用以存储对驱动信号510的频率占空比进行限定的值的一个存储单元。在一个实施例中，存储在周期寄存器506和频率占空比寄存器中的值是在微控制器502对软件进行执行之前被确定、并由用户存储在寄存器506和508中。由微控制器502执行的软件(未图示)可以访问存储在寄存器506和508中的值，用以建立驱动信号510的周期和频率占空比。微控制器502还可以包括模拟数字控制器(ADC)512，该模拟数字控制器被配置成用于将模拟信号转换成数字信号，以供微控制器502用于产生、改变或以其他方式控制驱动信号510。
[0094]驱动电路500还可以包括一个电池514，该电池通过电压信号518来向驱动电路500中的电子部件供电。电流传感器516可以被配置成用于感测盘泵10所获取的电流。一个电压向上转换器519可以被配置成用于将电压信号518向上转换、放大或以其他方式增大成一个向上转换过的电压信号522。一个H桥520可以与电压向上转换器519和微控制器502通信，并且被配置成用于通过施加给盘泵10的致动器40的泵驱动信号524a和524b (合起来为524)来对盘泵10进行驱动。H桥520可以是标准H桥，如所属领域所知。在操作中，如果电流传感器516感测到盘泵10正在获取过多电流，如由微控制器502通过ADC512所确定的那样，则微控制器502可以关掉驱动信号510，从而防止盘泵10或驱动电路500过热或损坏。这种能力可以有利于医疗应用，例如，以避免潜在地对患者造成损伤，或者避免对患者的治疗效果不佳。微控制器502还可以产生警报信号，该警报信号产生可听见的音调或可见光标志。
[0095]驱动电路500被示出为多个分立的电子部件。应了解，驱动电路500可以被配置成ASIC或其他集成电路。还应了解，驱动电路500可以被配置成模拟电路、并且使用模拟正弦驱动信号，从而避免与谐波信号相关的问题。
[0096]现在参见图16A到图16C，分别针对50%、45%和43%的频率占空比，示出了方波驱动信号610、630和650以及相应致动器响应信号620、640和660的曲线图600A、600B和600C，其中基本频率为约21kHZ。分别具有50%和45%的频率占空比的方波驱动信号610和630包含足够的第七谐波分量以激发致动器40的基本呼吸模式313，这分别通过相应电流信号620和640中的高频率分量得以证明。此类信号是表明，在约147kHZ下，大量功率被传递到致动器40的基本呼吸模式310中。但是，对于图16C所示的方波驱动信号650，当方波驱动信号的频率占空比被设定为约43%时，第七谐波的含量得到有效地抑制，以显著地减少到致动器40的基本呼吸模式310中的传递能量，这通过与电流信号620和640相比而言相应电流信号660中高频率分量的缺少得以证明。通过这种方式，泵的效率得以有效地维持。
[0097]致动器40的阻抗300和相应的共振模式是以致动器具有约22mm的直径为基础的，其中压电圆盘具有约0.45mm的厚度，且端板13具有约0.9mm的厚度。应了解，如果致动器40具有在本专利申请文件的范围内的不同尺寸和构造特性，则依然可以使用本发明的原理，方法是基于基本频率而对方波信号的频率占空比进行调整，以使致动器40的基本呼吸模未被方波信号的任何谐波分量所激发。更宽泛地说，本发明的原理可以用于减弱或消除方波信号中的谐波分量对共振模式的影响，这表现了致动器40的结构和盘泵10的性能。这些原理是可应用的，而无需顾虑被选择用于对致动器40进行驱动的方波信号的基本频率和相应的谐波。
[0100]如上所述，以致动器的基本共振模式驱动该致动器维持了盘泵10的效率。但是，该基本共振模式的频率可以根据盘泵10的温度而变化。这种变化产生自形成致动器40的压电材料的温度依赖性。例如，一种说明性压电材料的共振频率可以依赖于温度而升高或降低。例如，图17示出了压电材料的共振频率随温度变化的升高或降低(为20°C下该压电材料的共振频率的百分比)。图17显示，该说明性压电材料(例如，可以是PZT陶瓷PIC255，由皮埃陶瓷公司(PI Ceramic)制造)的共振频率已经在60°C升高了 1%、在100°C升高了
2.2%、并且在140°C升高了 3%。考虑图17的PZT材料，如果盘泵10被配置成用于在稳态操作过程中在60°C工作，那么可以认为60°C是盘泵10的目标温度。基于该目标温度，可以假定基本共振频率是该PZT材料的基本共振频率加上I %。由于致动器40中所含的压电材料的温度依赖性，盘泵10可能在被“温暖”之前低效率地工作。
[0101]典型地，驱动该致动器40的驱动信号是(部分地)基于压电致动器40的共振频率来配置的。该驱动信号典型地是通过假定盘泵10是在稳态下、或目标温度下运行而配置的。由于盘泵10被配置成在目标温度下最高效地运行，因此盘泵10从盘泵10启动之时起直到盘泵10达到目标温度之时低效率地工作。在盘泵10从启动阶段过渡到稳态操作时，盘泵10升温并且盘泵10及其部件的温度逐渐从启动温度过渡到目标温度。盘泵10是由于驱动盘泵10的电能的耗散以及所得的动能而升温。
[0102]致动器40可以被设计成使得在目标温度下其基本模式的共振频率接近于空腔16的共振频率。致动器40的共振频率在启动温度下、或者当温度偏离目标温度时可以较高或较低。在实际中，这是指，当盘泵10的操作温度处于或接近于目标温度时盘泵10将更高效地工作，并且在启动温度下盘泵10将较低效地工作。
[0103]总体上，泵运行中的固有低效导致了盘泵10的升温。因此，如果将致动器40选择成在启动温度下具有与空腔16内的空气的共振频率匹配的一个共振频率，则致动器40和空腔16内的空气在盘泵10的温度升高之后将很可能不具有相匹配的共振频率。相反，如果将致动器40选择成在目标温度下具有与空腔16内的空气的共振频率匹配的一个共振频率，则致动器40和空腔16内的空气在该启动温度下将很可能不具有相匹配的频率。在任一情况下，这些不匹配的共振频率可能导致盘泵10在给定的时间段的过程中效率下降。通过控制致动器40的温度，通过减小或消除致动器40的共振频率和空腔16内的空气的共振频率不匹配时所经历的时间段，可以提高盘泵10的效率。控制致动器40的温度的能力在盘泵10的工作占空比未知时是尤其有用的。例如，如果盘泵10联接到一个负载38 (例如，具有泄露的减压伤口敷料)上，则盘泵10可以几乎恒定地保持是可操作的。相反，如果盘泵10联接到一个被良好密封的负载38(例如，泄露极小的减压伤口敷料)上，则盘泵10绝不会运行久到达到目标操作温度。在后一个实现方式中，盘泵10的电源(可以是一个电池)可能被过早耗尽。
[0104]为了提高盘泵10的效率，图1所示的系统包括具有加热元件60的致动器40。加热元件60可以将致动器40保持在目标温度下，这样使得如果盘泵10被启动、停止和重新启动，则致动器40的共振频率将仍旧相对恒定。加热元件60可以起作用来将致动器40保持在目标温度下，这样使得当盘泵10运行时，驱动信号将以致动器40的基本共振模式驱动该致动器。此外，当盘泵10通过其正常运行没有产生足够热量时，加热元件60将致动器40的温度维持在该目标温度。例如，当盘泵10的操作被临时中止或处于停滞情形下时，加热元件60可以在启动之后将致动器40加热一些时间。
[0105]图18的这些平行的曲线图示出了一个包括加热元件60的盘泵10与一个不包括加热元件60的盘泵10的操作特性之间的对比。图18的上部曲线图展示了一个不包括加热元件60的盘泵的运行特性，并且显示致动器40的基本共振频率随着盘泵10在开与关的状态之间切换而波动。下部曲线图展示了包括加热元件60的盘泵10的运行特性，并且展示了，加热元件60在开与关的状态之间切换以便尽管盘泵10在开与关的状态之间切换仍将致动器40的温度维持在目标温度。当盘泵10切换至关掉状态时，加热元件60切换至开启状态，反之亦然。如上所述，将致动器40的温度维持在目标温度使得致动器40的基本共振频率稳定。图18展示了，当盘泵10关掉时，致动器40开始冷却并且加热元件60防止致动器40的温度下降以便维持该目标温度和相关联的共振频率。当盘泵10重新启动时，力口热元件60被关掉，以便不加重致动器40的升温。
[0106]在一个说明性实施例中，加热元件60在启动之前对致动器40进行预热。该加热元件60在当盘泵10的运行产生足以维持目标温度的热量时变成非活性的、并且在盘泵10被暂时停止时被重新激活以便维持目标温度。在这个实施例中，加热元件60被热联接至致动器40上并且通过与隔离物30成整体的多个传导性元件被连接到一个电源(未示出)上。在一个实施例中，加热元件60被埋在形成了致动器40的一部分的这个非活性内板14中。
[0107]在一个说明性实施例中，加热元件60将致动器40的温度维持在该目标温度。当致动器40的温度高于该目标温度时，该系统可以通过减少用来驱动该致动器40的电流的量来降低这个温度，由此将致动器40维持在该目标温度。致动器40的温度可以是测量的或者通过算法来计算。例如，可以将盘泵10的初始温度编程到一个控制器、例如微控制器502中。致动器40的升温速率可以基于经验数据或建模来计算并且被用来在盘泵10的初始温度、温度升高(或降低)的速率、以及逝去的时间的基础上来推测盘泵10的温度。
[0108]在另一个实施例中，盘泵10包括测量致动器40的温度的一个恒温器(未示出)。在盘泵10的其他部件之中，该恒温器以通信方式联接到控制该盘泵系统500的微控制器502上。基于从该恒温器接收的温度数据，微控制器502可以使该加热元件60向致动器40供热。在一个实施例中，向致动器40添加热量使得致动器40的温度稳定在处于或接近于目标温度的一个温度下。该恒温器可以是一个热敏电阻、一个恒温器输出温度传感器集成电路、或适合于应用在盘泵系统100中的另一类型的恒温器。该恒温器可以热联接到致动器40上或者被配置成用于监测盘泵10的空腔16内部的温度。
[0109]在另一个实施例中，致动器40被热联接到一个导电线圈上，该导电线圈又联接到一个热电式发电机上或一个热电式冷却器上。该热电式发电机和热电式冷却器可以基于致动器40的温度是低于还是高于目标温度而(对应地)对致动器40添加热量或从中移除热量。在一个实施例中，如果致动器40的温度低于该目标温度，则微控制器502使得该热电式发电机通过导电线圈来添加热量。类似地，如果致动器40的温度高于该目标温度，则微控制器502使得该热电式冷却器从致动器40移除热量。通过将致动器40的温度维持在该目标温度，盘泵10操作的不利温度影响可以被减到最小。
[0110]再次参见图15，驱动电路500的微控制器502可以包括用于操作该加热元件60的额外控制电路。该驱动电路可以称为电子电路。微控制器502可以包括是能够被用来控制盘泵10的功能性的电路或逻辑。微控制器502可以用作或包括微处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、中央处理单元、数字逻辑或其他装置，这些其他装置适于:控制包括一个或多个硬件元件和软件元件在内的电子装置；执行软件、指令、程序和应用；转化和处理信号和信息；并且执行其他相关任务。微控制器502可以是一个单一芯片或与其他计算或通信元件相集成。在一个实施例中，微控制器502可以包括一个存储器或与一个存储器进行通信。该存储器可以是被配置成用于存储数据以用于随后的检索或稍后的存取的一个硬件元件、装置或记录介质。该存储器可以是处于随机存取存储器、缓存、或适于存储数据、指令以及信息的其他小型化的存储介质形式的静态或动态存储器。在一个替代实施例中，该电子电路可以是模拟电路，该模拟电路被配置成用于执行相同的或类似的功能性以用于测量压力并且控制盘泵10的空腔内的致动器40的位移，如以上所描述的。
[0111]驱动电路500还可以包括一个RF收发器570，用于对与盘泵10的性能有关的信息和数据进行通信，包括经由一个温度传感器(未示出)获得的泵的操作温度，该温度传感器还可以联接到致动器40或隔离物30上。总体上，驱动电路500可以利用一个通信接口，该通信接口包括RF收发器570、红外线或其他有线或无线信号来与一个或多个外部装置进行通信。RF收发器570可以利用蓝牙、WiF1、WiMAX或多种其他通信标准或专有通信系统。关于更为具体的使用，RF收发器570可以将这些信号572发送到一个计算装置，该计算装置存储一个压力读数数据库以供医学专业人士参阅。该计算装置可以是可以执行本地处理或另外将信息传达给用于处理信息和数据的一个中央或远程计算机的一个计算机、移动装置、或医疗设备装置。类似地，RF收发器570可以接收信号572以便基于致动器40的运动来外部调节由圆盘式泵10在负载38处产生的压力。
[0112]在另一个实施例中，驱动电路500可以与用于向用户显示信息的一个用户界面进行通信。该用户界面可以包括用于向用户提供信息、数据或信号的一个显示器、音频界面或触觉式界面。例如，一个小型LED屏幕可以显示由圆盘式泵10施加的压力。该用户界面还可以包括按钮、调控盘、旋钮或用于调节盘泵的性能并且特别是所产生的减压的其他电学或机械界面。例如，可以通过调节旋钮或作为用户界面的一部分的其他控制元件来增加或减小压力。
[0113]根据上述内容应清楚，已提供了具有显著优点的一个发明。虽然本发明仅以少量的其形式被示出，但它并非仅限于此并且可以在不脱离其精神的情况下易于进行各种变化和修改。
【权利要求】
1.一种盘泵系统，包括: 具有大体上圆柱形形状的一个泵体，该泵体限定了用于容纳一种流体的一个空腔，该空腔由在两端被多个大体上圆形端壁闭合的一个侧壁形成，这些端壁中的至少一个端壁是一个被驱动端壁，该被驱动端壁具有一个中心部分和一个外围部分，该外围部分从该被驱动端壁的该中心部分径向地向外延伸； 一个致动器，该致动器与该被驱动端壁的该中心部分操作性地相关联以引起该被驱动端壁以一个频率(f)的一种振荡运动，从而产生该被驱动端壁沿大体上垂直于其的一个方向的位移振荡，该频率(f)大致等于该致动器的一个基本弯曲模式； 一个驱动电路，该驱动电路具有电联接到该致动器的一个输出端，用于在该频率(f)下将该驱动信号提供给该致动器； 一个隔离物，该隔离物与被驱动端壁的该外围部分操作性地相关联，以便降低这些位移振荡的阻尼； 一个第一孔口，该第一孔口被布置在这些端壁中的任一者中不同于该环状波节的一个位置处并且延伸穿过该泵体； 一个第二孔口，该第二孔口被布置在该泵体中不同于该第一孔口的位置的一个位置处并且延伸穿过该泵体； 一个阀，该阀被布置在该第一孔口和该第二孔口中的至少一者中；由此这些位移振荡产生了在该泵体的空腔内的流体的相应压力振荡，从而在使用中时引起穿过该第一孔口和该第二孔口的流体流动；以及 热联接至该致动器上的一个加热元件，该加热元件可操作来将该致动器的温度提高至一个目标温度。
2.如权利要求1所述的盘泵系统，其中该隔离物包括一种柔性印刷电路材料。
3.如权利要求1所述的盘泵系统，进一步包括: 一个联接至该加热元件上的微控制器；以及 一个联接至该微控制器上的恒温器。
4.如权利要求3所述的盘泵系统，其中: 该恒温器可操作来将该致动器的温度指示给该微控制器； 该微控制器可操作来确定所指示的温度是否低于一个目标温度并且来响应于确定了所指示的温度低于该目标温度则激活该加热元件。
5.如权利要求3所示的盘泵系统，其中该加热元件包括一个导电线圈，该导电线圈热联接至一个热电式发电机上，并且进一步包括联接至该导电线圈上的一个热电式冷却器，其中 该恒温器可操作来将该致动器的温度指示给该微控制器； 该微控制器可操作来响应于确定了所指示的温度低于该目标温度则激活该热电式发电机、并且响应于确定了所指示的温度高于该目标温度则激活该热电式冷却器。
6.如权利要求1所述的盘泵系统，其中该加热元件包括一个电阻加热元件。
7.如权利要求1所示的盘泵系统，其中该加热元件包括热联接至一个热电式发电机上的一个导电线圈。
8.如权利要求1所示的盘泵系统，进一步包括联接至一个导电线圈上的一个热电式冷却器，该热电式冷却器热联接至该致动器上。
9.一种用于维持盘泵的操作温度的方法，该方法包括: 获得一个温度测量值，该温度测量值指示了一个盘泵的致动器的温度； 将该温度测量值传送至该盘泵的一个微控制器； 确定该致动器的温度是否低于一个目标温度；并且 响应于确定了该致动器的温度低于该目标温度，激活一个热联接至该致动器上的加热元件。
10.如权利要求9所述的方法，其中该加热元件是一个电阻加热元件。
11.如权利要求9所示的方法，其中该加热元件是联接至一个导电线圈上的一个热电式发电机，该热电式发电机被热联接至该致动器上。
12.如权利要求9所述的方法，进一步包括: 确定该致动器的温度是否高于该目标温度；并且 响应于确定了该致动器的温度高于该目标温度，激活一个热电式冷却器，其中该热电式冷却器被热联接至该致动器上。
13.权利要求9所述的方法，其中，获得一个温度测量值包括用一个恒温器获得该温度测量值。
14.如权利要求13所述的方法，其中该恒温器是一个热敏电阻。
15.如权利要求13所述的方法，其中该恒温器是一个恒温器输出温度传感器集成电路。
16.—种盘泵,包括: 具有大体上圆柱形形状的一个泵体，该泵体限定了用于容纳一种流体的一个空腔，该空腔由在两端被多个大体上圆形端壁闭合的一个侧壁形成，这些端壁中的至少一个端壁是一个被驱动端壁，该被驱动端壁具有一个中心部分和一个外围部分，该外围部分从该被驱动端壁的该中心部分径向向外延伸； 一个致动器，该致动器与该被驱动端壁的该中心部分操作性地相关联以引起该被驱动端壁以一个频率(f)的一种振荡运动，从而产生该被驱动端壁沿大体上垂直于其的一个方向的位移振荡，该频率(f)大致等于该致动器的一个基本弯曲模式； 一个驱动电路，该驱动电路具有电联接到该致动器的一个输出端，用于在该频率(f)下将该驱动信号提供给该致动器； 一个隔离物，该隔离物与该被驱动端壁的该外围部分操作性地相关联以便减小这些位移振荡的阻尼，该隔离物包括一种柔性印刷电路材料； 一个第一孔口，该第一孔口被布置在这些端壁中的任一者中不同于该环状波节的一个位置处并且延伸穿过该泵体； 一个第二孔口，该第二孔口被布置在该泵体中不同于该第一孔口的位置的一个位置处并且延伸穿过该泵体； 一个阀，该阀被布置在该第一孔口和该第二孔口中的至少一者中；由此这些位移振荡产生了在该泵体的空腔内的流体的相应压力振荡，从而在使用中时引起穿过该第一孔口和该第二孔口的流体流动；以及 一个加热元件，该加热元件经由与该隔离物为一体的多个传导性元件而热联接至一个电源上。
17.如权利要求16所述的盘泵，进一步包括: 一个联接至该加热元件上的微控制器；以及 一个联接至该微控制器上的恒温器。
18.如权利要求17所述的盘泵，其中: 该恒温器可操作来将该致动器的温度指示给该微控制器； 该微控制器可操作来确定所指示的温度是否低于一个目标温度并且来响应于确定了所指示的温度低于该目标温度则激活该加热元件。
19.如权利要求17所示的盘泵系统，其中该加热元件包括一个导电线圈，该导电线圈热联接至一个热电式发电机上，并且进一步包括联接至该导电线圈上的一个热电式冷却器，其中 该恒温器可操作来将该致动器的温度指示给该微控制器； 该微控制器可操作来响应于确定了所指示的温度低于该目标温度则激活该热电式发电机、并且响应于确定了所指示的温度高于该目标温度时则激活该热电式冷却器。
20.如权利要求16所述的盘泵系统，其中该加热元件包括一个电阻加热元件。
21.如权利要求16所示的盘泵系统，其中该加热元件包括热联接至一个热电式发电机上的一个导电线圈。
22.如权利要求16所示的盘泵系统，进一步包括联接至一个导电线圈上的一个热电式冷却器，该热电式冷却器热联接至该致动器上。
23.在此示出并且描述的盘泵、系统以及方法。
【文档编号】F04B43/04GK104136777SQ201380007734
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2012年2月10日
【发明者】艾丹·马库斯·陶特, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:凯希特许有限公司