一种无阀压电泵的制作方法

本实用新型涉及压电泵技术领域，具体涉及一种无阀压电泵。

背景技术：

压电泵较传统泵，其具有结构简单、体积小、质量轻、能耗低、无噪声、无电磁干扰且可以精确控制流体流量、流速等关键参数等优点，得到了国内外广大研究人员的关注。目前在航空航天、生物医疗、机械、家用电器、微化学混合及微电子冷却等领域上已经有较多应用。

压电泵的泵送原动力来源于压电振子的逆压电效应产生的变形。压电泵种类繁多，但从有无阀片可划分压电泵为有阀压电泵和无阀压电泵。一般无阀压电泵具有比较简单的结构，通常下，大多数压电泵的设计会从进出流管的流道结构入手，在泵腔容积周期性变化阶段中，由于进出流管的流阻系数不同，流体会形成宏观上的单向流动。现有技术中，流道会设置成多种结构，简单地，例如锥形流道，也有类似树枝分叉式流道，此外还有设计成螺旋状的流道，其成效原理是：地球哥氏力作用下流体正反向的流阻不同。

然而，现有技术中改变流道设置的方案扰流效果不佳，流体通过上述流道时流体的扰流率低，仅仅实现了宏观上一个初步的流体单向流动效果，且流体在压电泵内的泵送效率低下；此外，现有技术中的泵体一般在刚性泵体的泵腔内设置压电片，从而实现流体周期性流入泵腔及从泵腔中流出，但刚性的压电泵具有其局限性，无法应用于要求泵体或整个结构都需要展现出柔性的场合，例如将压电泵植入生物体体内。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种无阀压电泵，该无阀压电泵泵送效率高，能够实现流体宏观上的单向流动，且该泵体结构呈现柔性，其具有更广的应用领域。

基于此，本实用新型提出了一种无阀压电泵，包括弹性壳体、压电薄膜层、交流电源和弹性拨片组，所述弹性壳体设置有中空的泵腔，所述压电薄膜层贴附于所述弹性壳体的内壁，且所述压电薄膜与所述交流电源电连接；所述泵腔两侧分别连接有与其相连通的流嘴，两个所述流嘴均设置有所述弹性拨片组，所述弹性拨片组包括多个弹性拨片单元形成的圆台筒，各所述弹性拨片单元阵列设于所述圆台筒的外壁，所述圆台筒内部中空以供流体流过，所述圆台筒包括小口径端和大口径端，且两个所述圆台筒的小口径端朝向相同。

作为优选方案，各所述弹性拨片单元为弧形弹性拨片单元，且各所述弧形弹性拨片单元朝向所述圆台筒的中心轴线弯曲。

作为优选方案，还包括固定件，所述固定件的中部设置有与所述泵腔相连通的第一通孔，所述固定件嵌接于所述流嘴内，所述弹性拨片组的尾部设置有连接筒，所述连接筒的一端与所述圆台筒的大口径端相连接，所述连接筒通过所述固定件而所述流嘴内壁相卡接。

作为优选方案，所述连接筒设置有凸起，所述流嘴的内壁设置有卡槽，所述连接筒通过所述凸起而与所述卡槽相卡接。

作为优选方案，所述弹性壳体包括外壳和内壳，所述外壳、所述压电薄膜层和所述内壳依次层叠，所述压电薄膜层的内外两侧具有相反的电极，所述压电薄膜层的两个电极分别通过导线而与所述交流电源电连接，且所述外壳和所述内壳均为弹性绝缘层。

作为优选方案，所述外壳和所述内壳的材质均为硅橡胶。

作为优选方案，所述弹性壳体为椭球形弹性壳体，且所述泵腔的横截面的形状为椭圆形。

作为优选方案，两个所述流嘴分别位于所椭球形弹性壳体的长轴的端点处。

作为优选方案，所述弹性壳体的两侧设置有与所述泵腔相连通的第二通孔，各所述流嘴过盈安装于所述第二通孔内，且所述流嘴与所述弹性壳体的连接处设置有软质防腐蚀密封胶。

作为优选方案，当流体沿圆台筒的小口径端流向大口径端时，所述圆台筒的小口径端形成小包络圆，所述小包络圆的外沿与所述圆台筒的中心轴线形成夹角θ，所述夹角θ的取值范围为30°－60°。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

1、弹性可变的泵体使得该泵体结构呈现柔性，从而使得该压电泵具有更广的应用领域，例如将压电泵植入生物体内；弹性拨片组包括多个弹性拨片单元形成的圆台筒，圆台筒包括小口径端和大口径端，当流体在圆台筒内部从大口径端流向小口径端时，流体冲击弹性拨片单元使得圆台筒的小口径端扩张，单位时间内通过的流体多，流阻小从而便于流体流过；而当流体沿小口径端向大口径端流动时，位于圆台筒外侧的流体使得圆台筒的小口径端收缩，单位时间内通过的流体少，且流阻大不利于流体流过；且两个圆台筒的小口径端朝向相同，基于上述结构，在一个工作周期内，将位于泵腔两侧的两个流嘴分别记为第一流嘴和第二流嘴，此时第一流嘴流入的流体多，流出的流体少，而第二流嘴流出的流体多，而流入的流体少，由此在整个周期内流体宏观地沿第二流嘴至第一流嘴的方向流出，从而实现流体的宏观单向流动；此外，相对于现有技术，弹性拨片组呈现三维结构，上述结构的弹性拨片组对于流体的扰流率高，在一个工作周期内，上述结构的弹性拨片组对于流体的扰流率高，在一个工作周期内，泵腔容积变小时会有更多的流体进入至泵腔，而泵腔容积变大时会有更多的流体流出泵腔，从而使得整个周期泵送的流体更多，即在一个工作周期内该压电泵能够泵送更多的流体，进而提高了压电泵的泵送效率。

2、各弹性拨片单元为弧形弹性拨片单元，且各弧形弹性拨片单元朝向圆台筒的中心轴线弯曲，由此在流体冲击下使得各弧形弹性拨片单元的弯曲效果更好，而弧形弹性拨片单元能够在失去流体冲击时更快恢复，同时弧形弹性拨片单元的外壁对流体具有一个缓冲作用，从而提高流体流动的稳定性。

3、本压电泵还包括固定件，固定件的中部设置有与泵腔相连通的第一通孔，固定件嵌接于流嘴内，弹性拨片组的尾部设置有连接筒，连接筒的一端与圆台筒的大口径端相连接，连接筒通过固定件而所述流嘴内壁相卡接，基于上述结构，弹性拨片组尾部设置的连接筒使其安装更加稳定，而通过连接件将弹性拨片组安装在流嘴内，使得该结构拆装维护更加方便。

4、连接筒设置有凸起，流嘴的内壁设置有卡槽，连接筒通过凸起而与卡槽相卡接，凸起与卡槽的配合结构使得弹性拨片组稳定牢固地安装在流嘴内。

5、弹性壳体包括外壳和内壳，外壳、压电薄膜层和内壳依次层叠，压电薄膜层的内外两侧具有相反的电极，压电薄膜层的两个电极分别通过导线而与交流电源电连接，且外壳和内壳均为弹性绝缘层，弹性壳体的外壳和内壳之间设置有压电薄膜层，由此压电薄膜层的变形可使得整个弹性壳体实现变形，而外壳和内壳均为绝缘层，由此使得整个压电泵外部及泵腔内均为绝缘结构，从而使得该压电泵能够植入生物体内，且能够保证稳定运行。

6、外壳和内壳的材质均为硅橡胶，硅橡胶具有绝缘性且弹性良好，硅橡胶还具有生理惰性、不会导致凝血的突出特性，因此在医用领域应用广泛，利于将该压电泵植入生物体内。

附图说明

图1为本实用新型实施例中无阀压电泵的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中无阀压电泵的剖面视图。

图3为本实用新型实施例中流嘴与固定件的结构示意图。

图4为本实用新型实施例中流体沿大口径端流向小口径端时弹性拨片组的的结构示意图。

图5为本实用新型实施例中流体沿小口径端流向大口径端时弹性拨片组的的结构示意图。

图中：1－弹性壳体，2－压电薄膜层，3－交流电源，4－弹性拨片组，5－流嘴，6－固定件，7－泵腔；11－外壳，12－内壳，401－圆台筒，402－连接筒，403－凸起，41－第一弹性拨片组，42－第二弹性拨片组，51－第一流嘴，52－第二流嘴；401a－小口径端，401b－大口径端。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解的是，本实用新型中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

需要指出的是，本实施例中附图中箭头的指向为流体的流动方向。

如图1至图5所示，本实施例提供一种无阀压电泵，包括弹性壳体1、压电薄膜层2、交流电源3和弹性拨片组4，所述弹性壳体1设置有中空的泵腔7，所述压电薄膜层2贴附于所述弹性壳体1的内壁，且所述压电薄膜与所述交流电源3电连接，交流电源3为压电薄膜提高周期性的变化电压时，压电薄膜层2发生周期性变形从而使得整个弹性壳体1发生变形，由此使得泵腔7的容积实现周期性的变化，需要指出的是，本实施例中的压电薄膜层1由具有柔性的压电材料构成，具体地，例如锆钛酸铅是一种无机化合物，是一种压电材料，化学式为Pb[ZrxTi1－x]O3，其中(0≤x≤1)，也称为PZT，PZT是目前电致伸缩执行器的主要材料，上述化学式中x值不同得到的PZT性能不同，同是性能还会受到所掺杂材料的影响，压电材料可以实现电能与机械能的直接转换，它既能将外加应力转化为电荷，也可以将外加电场转换成与之线性相关的应变，其中当Zr/Ti比值为52/48(即x＝0.52)时，此时该PZT介电常数达到3000，且属于软质的PZT，能够作为本实例中弹性变化的压电薄膜层1的材料。而泵腔7在一个周期内，泵腔7容积变大时，位于泵腔7外界的流体由于压力差被压入泵腔7内，泵腔7容积变小时，泵腔7内的流体从泵腔7压出，即在一个周期内泵腔7实现流体的流入至流出过程，此外，弹性可变的泵体使得该泵体结构呈现柔性，从而使得该压电泵具有更广的应用领域，例如将压电泵植入生物体内；所述泵腔7两侧分别连接有与其相连通的流嘴5，两个所述流嘴5均设置有所述弹性拨片组4，所述弹性拨片组4包括多个弹性拨片单元形成的圆台筒401，各所述弹性拨片单元阵列设于所述圆台筒401的外壁，所述圆台筒401内部中空以供流体流过，所述圆台筒401包括小口径端401a和大口径端401b，如图5所示，当流体在圆台筒401内部从大口径端401b流向小口径端401a时，流体冲击弹性拨片单元使得圆台筒401的小口径端401a扩张，单位时间内通过的流体多，流阻小从而便于流体流过；如图4所示，而当流体沿小口径端401a向大口径端401b流动时，位于圆台筒401外侧的流体使得圆台筒401的小口径端401a收缩，单位时间内通过的流体少，且流阻大不利于流体流过；且两个所述圆台筒401的小口径端401a朝向相同。在本实施例中，分别将位于泵腔7两侧的两个流嘴5记为第一流嘴51和第二流嘴52，而与第一流嘴51对应的弹性拨片组4记为第一弹性拨片组4，第一弹性拨片组4的小口径端401a远离泵腔7设置，与第二流嘴52对应的弹性拨片组4记为第二弹性拨片组4，第二弹性拨片组4的小口径端401a朝向泵腔7设置，在一个工作周期内，当泵腔7容积变大时，外界流体从第一流嘴51和第二流嘴52进入泵腔7内，流体从第一流嘴51流入泵腔7时，由于第一弹性拨片组4的小口径端401a远离泵腔7设置，即流体沿小口径端401a向大口径端401b流动，流体位于圆台筒401外侧的流体使得圆台筒401的小口径端401a收缩，单位时间内通过的流体少，而从第二流嘴52流入泵腔7时，第二弹性拨片组4的小口径端401a朝向泵腔7设置，即流体在圆台筒401内从大口径端401b流向小口径端401a，单位时间内通过的流体多，相应地，当泵腔7容积变小时，流体从泵腔7沿第一流嘴51和第二流嘴52流出，此时，在单位时间内沿第一流嘴51流出的流体多，而在单位时间内沿第二流嘴52流出的流体少。综上所述，在一个工作周期内，第二流嘴52流入的流体多，流出的流体少，第一流嘴51流出的流体多，而流入的流体少，由此在整个周期内流体宏观地沿第二流嘴52至第一流嘴51的方向流出，从而实现流体的宏观单向流动。同时，由于该弹性拨片组4呈现三维结构，相对于现有技术中的二维流道，上述结构的弹性拨片组4对于流体的扰流率高，在一个工作周期内，泵腔7容积变小时会有更多的流体进入至泵腔7，而泵腔7容积变大时会有更多的流体流出泵腔7，从而使得整个周期泵送的流体更多，即在一个工作周期内该压电泵能够泵送更多的流体，进而提高了压电泵的泵送效率。而在现有技术中，往往在进出流管上采用二维的流道设计，仅仅实现了宏观上的流体单向流动，而流体通过上述流道时流体的扰流率低，二维结构的流道的流阻小，从而使得在单位时间内进出泵腔7的压电泵的流体差值小，进而使得压电泵的泵送效率低下。需要指出的是，第一流嘴51中第一弹性拨片组4和第二流嘴52中的第二弹性拨片组4的设置形式不应仅仅局限于本实施例，只要保证第一弹性拨片组4和第二弹性拨片组4的朝向一致即可。

基于以上技术方案，弹性可变的泵体使得该泵体结构呈现柔性，从而使得该压电泵具有更广的应用领域，例如将压电泵植入生物体内；弹性拨片组4包括多个弹性拨片单元形成的圆台筒401，圆台筒401包括小口径端401a和大口径端401b，当流体在圆台筒401内部从大口径端401b流向小口径端401a时，流体冲击弹性拨片单元使得圆台筒401的小口径端401a扩张，单位时间内通过的流体多，流阻小从而便于流体流过；而当流体沿小口径端401a向大口径端401b流动时，位于圆台筒401外侧的流体使得圆台筒401的小口径端401a收缩，单位时间内通过的流体少，且流阻大不利于流体流过；且两个圆台筒401的小口径端401a朝向相同，基于上述结构，在一个工作周期内，将位于泵腔7两侧的两个流嘴5分别记为第一流嘴51和第二流嘴52，此时第一流嘴51流入的流体多，流出的流体少，而第二流嘴52流出的流体多，而流入的流体少，由此在整个周期内流体宏观地沿第二流嘴52至第一流嘴51的方向流出，从而实现流体的宏观单向流动；此外，相对于现有技术，弹性拨片组4呈现三维结构，上述结构的弹性拨片组4对于流体的扰流率高，在一个工作周期内，上述结构的弹性拨片组4对于流体的扰流率高，在一个工作周期内，泵腔7容积变小时会有更多的流体进入至泵腔7，而泵腔7容积变大时会有更多的流体流出泵腔7，从而使得整个周期泵送的流体更多，即在一个工作周期内该压电泵能够泵送更多的流体，进而提高了压电泵的泵送效率。

在本实施例中，各所述弹性拨片单元为弧形弹性拨片单元，且各所述弧形弹性拨片单元朝向所述圆台筒401的中心轴线弯曲，由此在流体冲击下使得各弧形弹性拨片单元的弯曲效果更好，而弧形弹性拨片单元能够在失去流体冲击时更快恢复，同时弧形弹性拨片单元的外壁对流体具有一个缓冲作用，从而提高流体流动的稳定性。

其中，该压电泵还包括固定件6，在本实施例中，固定件6为固定套筒，所述固定件6的中部设置有与所述泵腔7相连通的第一通孔，所述固定件6嵌接于所述流嘴5内，所述弹性拨片组4的尾部设置有连接筒402，所述连接筒402的一端与所述圆台筒401的大口径端401b相连接，所述连接筒402通过所述固定件6而所述流嘴5内壁相卡接，基于上述结构，弹性拨片组4尾部设置的连接筒402使其安装更加稳定，而通过连接件将弹性拨片组4安装在流嘴5内，使得该结构拆装维护更加方便，具体地，多个弹性拨片单元阵列排列形成圆台筒401结构，而圆台筒401的大口径端401b设置有连接环，由此将各个弹性拨片单元连接形成一个整体，而连接筒402与圆台筒401的大口径端401b相连接，进而形成完整的弹性拨片组4结构。

优选地，所述连接筒402设置有凸起403，所述流嘴5的内壁设置有卡槽，所述连接筒402通过所述凸起403而与所述卡槽相卡接，凸起403与卡槽的配合结构使得弹性拨片组4稳定牢固地安装在流嘴5内。

此外，所述弹性壳体1包括外壳11和内壳12，所述外壳11、所述压电薄膜层2和所述内壳12依次层叠，所述压电薄膜层2的内外两侧具有相反的电极，所述压电薄膜层2的两个电极分别通过导线而与所述交流电源3电连接，且所述外壳11和所述内壳12均为弹性绝缘层，弹性壳体1的外壳11和内壳12之间设置有压电薄膜层2，由此压电薄膜层2的变形可使得整个弹性壳体1实现变形，而外壳11和内壳12均为绝缘层，由此使得整个压电泵外部及泵腔7内均为绝缘结构，从而使得该压电泵能够植入生物体内，且能够保证稳定运行。进一步地，所述外壳11和所述内壳12的材质均为硅橡胶，硅橡胶具有绝缘性且弹性良好，硅橡胶还具有生理惰性、不会导致凝血的突出特性，因此在医用领域应用广泛，利于将该压电泵植入生物体内。

优选地，所述弹性壳体1为椭球形弹性壳体1，且所述泵腔7的横截面的形状为椭圆形，椭球形弹性壳体1结构使得该压电泵外壁圆滑，而泵腔7的横截面呈椭圆形能够保证泵腔7容量大，且流体进入泵腔7内时在椭圆形内壁上冲击后具有一个缓冲效果，从而使得流体的泵送更加稳定。此外，两个所述流嘴5分别位于所椭球形弹性壳体1的长轴的端点处，基于此，在该结构中两个流嘴5之间的距离最大，由此流体在两个流嘴5中流入及流出时不会发生相互干扰，从而使得该压电泵中流体的泵送更加稳定。

具体地，所述弹性壳体1的两侧设置有与所述泵腔7相连通的第二通孔，各所述流嘴5过盈安装于所述第二通孔内，且所述流嘴5与所述弹性壳体1的连接处设置有软质防腐蚀密封胶，过盈安装的流嘴5使得其安装结构更加牢固稳定，而软质防腐蚀密封胶使得流嘴5的密封性良好，保证流体均由流嘴5进出泵腔7，保证该压电泵的结构稳定性。

在本实施例中，当流体沿圆台筒401的小口径端401a流向大口径端401b时，所述圆台筒401的小口径端401a形成小包络圆，所述小包络圆的外沿与所述圆台筒401的中心轴线形成夹角θ，所述夹角θ的取值范围为30°－60°，上述夹角值越大则该弹性拨片组4对流体的阻碍越大，即单位时间内会流过更少的流体，反之夹角越小则对流体的阻碍越小，但当夹角太小时，容易导致弹性拨片单元发生不可逆变形，由此使得弹性拨片组4无法正常工作。故上述夹角设置即能够保证流体稳定流道，且保证各弹性拨片单元能够多次扩张及收缩，延长弹性拨片组4的使用寿命。需要指出的是，本实施例中，在所述圆台筒401结构中，所述小口径端401a的横截面积与所述大口径端401b的横截面积之间的比值范围为1/2－2/3，基于上述比值，能够保证弹性拨片组4稳定运行。

采用本实用新型实施例的无阀压电泵，弹性可变的泵体使得该泵体结构呈现柔性，从而使得该压电泵具有更广的应用领域，例如将压电泵植入生物体内；弹性拨片组4包括多个弹性拨片单元形成的圆台筒401，圆台筒401包括小口径端401a和大口径端401b，当流体在圆台筒401内部从大口径端401b流向小口径端401a时，流体冲击弹性拨片单元使得圆台筒401的小口径端401a扩张，单位时间内通过的流体多，流阻小从而便于流体流过；而当流体沿小口径端401a向大口径端401b流动时，位于圆台筒401外侧的流体使得圆台筒401的小口径端401a收缩，单位时间内通过的流体少，且流阻大不利于流体流过；且两个圆台筒401的小口径端401a朝向相同，基于上述结构，在一个工作周期内，将位于泵腔7两侧的两个流嘴5分别记为第一流嘴51和第二流嘴52，此时第一流嘴51流入的流体多，流出的流体少，而第二流嘴52流出的流体多，而流入的流体少，由此在整个周期内流体宏观地沿第二流嘴52至第一流嘴51的方向流出，从而实现流体的宏观单向流动；此外，相对于现有技术，弹性拨片组4呈现三维结构，上述结构的弹性拨片组4对于流体的扰流率高，在一个工作周期内，上述结构的弹性拨片组4对于流体的扰流率高，在一个工作周期内，泵腔7容积变小时会有更多的流体进入至泵腔7，而泵腔7容积变大时会有更多的流体流出泵腔7，从而使得整个周期泵送的流体更多，即在一个工作周期内该压电泵能够泵送更多的流体，进而提高了压电泵的泵送效率。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。