一种基于惯性驱动的谐振型压电泵的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于压电驱动控制技术领域，特别涉及一种基于惯性驱动的谐振型压电泵装置。
【背景技术】
[0002]近年来，微流动系统及相关的微型机械制造技术已经成为了一个非常活跃的研宄领域。在化学分析与检测、生物工程、集成电路芯片、微型零部件以及微型化生产系统等领域迫切需要小型化、可以精确定量输送流体的微泵。微泵是微流动系统的关键部件，根据驱动机理的不同微泵可分为压电驱动、静电驱动、电磁驱动、热驱动和形状记忆合金驱动等。不同驱动方式的微型泵都有其自身特点和应用领域，压电泵由于具有结构紧凑，响应特性好，便于精确控制等特点，在医疗/制药、生物工程、化学分析、电子器件冷却以及燃料供给等方面具有广阔的应用前景。
[0003]目前压电泵主要有以下几点不足:①目前压电泵的工作方式一般为非谐振状态，而对谐振型压电泵研宄很少压电泵驱动能力有限。无阀压电泵因为没有单向阀，泵工作时流体回流现象严重，泵的工作压力和截止性下降，自吸能力差，输出流量和压力较小；有阀压电泵的工作频率受单向阀运动元件惯性的限制，响应频率一般相对较低，泵的输出流量和压力受到限制；③压电叠堆泵输出压力较大，但压电叠堆变形小，输出流量不足，且体积大(一般需要放大机构)、成本高(压电叠堆价格昂贵)。
[0004]本实用新型提出以压电振子作为驱动源，利用惯性驱动原理，通过谐振放大机构提高隔膜变形幅度，进而构造一种基于惯性驱动的谐振型压电泵。
【发明内容】
[0005]本实用新型基于惯性驱动的谐振型压电泵，其特征在于，上泵体上设有出水口与入水口，中间体上安装有单向阀并与圆形隔膜构成泵腔，圆形隔膜通过连接杆、套筒与压电振子相连，压电振子两端与质量块固定连接，下泵体上开有导线孔，上泵体、中间体与下泵体通过螺栓连接共同构成谐振型压电泵。由压电振子、连接杆、套筒及圆形隔膜构成激振单元，驱动用压电振子采用中间固定支撑。处于工作状态时，激振单元与被驱动流体、泵腔及单向阀构成谐振系统，当有外部交流电信号作用在压电振子上时，压电振子弯曲变形带动质量块上下往复摆动产生周期变化的惯性冲击力，惯性冲击力通过连接杆作用于圆形隔膜。当惯性冲击力的频率等于谐振系统的固有频率时，系统共振，圆形隔膜变形增大，从而驱动流体实现大流量、高压力流体输出。
[0006]压电振子依靠自身的逆压电效应将交流电信号转化为弯曲变形，带动质量块往复摆动，产生交变的惯性冲击力，从而对系统提供振动激励，压电振子本身的变形不直接作用于流体上。压电振子可以采用单晶片或双晶片的弯曲振子，具体结构可以采用圆形或矩形。
[0007]激振单元是为了对压电振子的变形进行放大而设置，其主要部件包括压电振子、质量块、螺母、套筒、连接杆、圆形隔膜。
[0008]套筒是为了连接圆形隔膜和压电振子而设置，同时可以通过改变套筒的质量来调整激振系统的谐振频率。
[0009]圆形隔膜采用经过热处理的铍青铜片，作为泵输送流体的直接驱动元件，与中间体、单向阀共同构成泵腔，在外部交变电信号激励下实现流体的定向输送。
[0010]本实用新型的优点在于:通过调整激振单元组成部件的尺寸参数使压电泵工作在最佳频率范围内，利用谐振放大原理提高圆形隔膜的形变，从而是实现较高的输出流量和输出压力；同时压电振子作为间接驱动元件不直接与流体接触，且处于开放的空间内，散热效果好，因而适用于气体、大粘度液体等不易散热的介质输送。
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型谐振型压电泵结构示意图；
[0012]图2是本实用新型的矩形压电振子结构示意图；
[0013]图3是本实用新型的圆形隔膜结构示意图。
[0014]1-上泵体，2-出水口，3-出口单向阀，4-入水口，5-入口单向阀，6-中间体，7-密封圈，8-圆形隔膜，9-质量块，10-压电振子，11-套筒，12-螺母，13-连接杆，14-通气孔，15-下泵体。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型结构及原理作进一步描述。
[0016]参照图1，本实用新型的基于惯性驱动的谐振型压电泵由一个能将电能转换成机械能的压电振子10作为驱动源，与质量块9、套筒11、螺母12、连接杆13及圆形隔膜8构成激振单元。具体的连接方式为:质量块9固定连接在压电振子10两端，连接杆13下端开有螺纹，通过与螺母12配合将压电振子10、套筒11及圆形隔膜8连接在一起，圆形隔膜8通过橡胶密封圈7周边固定支撑于中间体6与下泵体15之间，中间体6上安装有出口单向阀3和入口单向阀5。当有外部的交变电信号作用在压电振子10时，压电振子10弯曲变形，带动质量块7往复摆动，产生与激励信号频率相同的周期变化的惯性冲击力，惯性冲击力通过连接杆13作用在圆形隔膜8上，圆形隔膜8弯曲变形，当驱动信号的频率与系统的固有频率相等时，谐振系统处于共振状态，圆形隔膜8的变形得到了放大，泵腔体积被改变，配合出口单向阀3和入口单向阀5实现流体较高流量和压力的输出。
[0017]参照图2，本实用新型的矩形压电振子结构示意图。压电振子10采用上下两面均贴有压电陶瓷的双晶片弯曲振子结构，与单晶片振子相比驱动能力更强。
[0018]参照图3，本实用新型的圆形隔膜结构示意图。圆形隔膜8采用圆形铍青铜片，为了提高弹性，铍青铜片要经过热处理后使用；圆形隔膜中间开有圆形孔，用来与连接杆13相连，周边通过橡胶密封圈7与中间体6、下泵体15固定连接；作为弹性元件，在谐振系统中可以改变圆形隔膜的厚度来改变系统的刚度，从而调节系统的谐振频率。
【主权项】
1.一种基于惯性驱动的谐振型压电泵，其特征在于，上泵体上设有出水口与入水口，中间体上安装有单向阀并与圆形隔膜构成泵腔，圆形隔膜通过连接杆、套筒与压电振子相连，压电振子两端与质量块固定连接，下泵体上开有导线孔，上泵体、中间体与下泵体通过螺栓连接共同构成谐振型压电泵。
2.根据权利要求1所述的基于惯性驱动的谐振型压电泵，其特征在于，驱动用压电振子采用中间固定支撑。
3.根据权利要求1所述的基于惯性驱动的谐振型压电泵，其特征在于，由压电振子、连接杆、套筒及圆形隔膜构成激振单元。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于惯性驱动的谐振型压电泵，属于机电液一体化领域。该装置由上泵体(1)、出水口(2)、出口单向阀(3)、入水口(4)、入口单向阀(5)、中间体(6)、圆形隔膜(8)、质量块(9)、压电振子(10)、套筒(11)、连接杆(13)及下泵体(15)等部件组成，压电振子(10)中间与连接杆(13)、套筒(11)一端固定连接，两端悬置且端部连接有质量块(9)，连接杆(13)另一端与圆形隔膜(8)相连，圆形隔膜(8)周边固定支撑，采用压电振子(10)作为驱动源，通过压电惯性驱动原理与系统谐振技术共同作用，放大作圆形隔膜的形变，实现流体定向输送。优点在于：结构新颖，输出流量大，压力高，且压电振子不直接与流体介质接触，无污染，易于散热。
【IPC分类】F04B43-04, F04B45-047
【公开号】CN204436756
【申请号】CN201420838427
【发明人】温建明, 马继杰, 郭和平, 刘晓静, 嵇佳
【申请人】浙江师范大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年12月18日