一种流体输送装置及压电泵的制作方法

本发明属于流体输送设备技术领域，具体涉及一种流体输送装置及压电泵。

背景技术：

微型流体泵在医药生物、精细化工、航空航天、微机电系统等领域有着广泛的应用需求。现今随着应用目标的电子产品通常都具有小型化的趋势，这也要求微型流体泵在保证其输出能力(输出压力和输出流量)的同时更加小型化。

现有技术中，在驱动条件一定的前提下，缩小微型泵的体积会导致其输出能力(输出压力和输出流量)大幅降低。如公开号为cn102597520b的专利文件公开了一种流体泵，并具体公开了：振动板和振动支承框之间为环状梁，环状梁通过两个连接部分别连接到振动板和振动支承框上，振动板粘接压电陶瓷，振动板产生弯曲形变。该方案提供了一种减小泵体积的方案，但是仍存在外框或者支承框分布在产生弯曲形变区域的外围，近似同平面分布，增大了外围尺寸，使减小的泵的体积存在限度。

本发明的目的在于提供一种小型且泵送能力高的流体输送装置及压电泵。

技术实现要素：

为了解决现有技术中流体输送装置及压电泵缩小体积会导致输出能力大幅降低的技术问题，本发明提供了一种流体输送装置及压电泵，在保证输出能力的同时，进一步减小压电泵的体积。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供了一种流体输送装置，包括：致动器，所述致动器包括振动板和设置在所述振动板上的至少一个压电元件；共振板，所述共振板层叠设置在所述致动器的一侧，通过连接部与所述振动板连接；连接部，所述连接部的第一端连接于所述共振板，所述连接部的第二端连接于所述振动板。

进一步地，所述共振板的远离所述致动器的一侧形成有凸起，所述凸起与所述共振板一体成型或固定设置在所述共振板上。

进一步地，所述连接部包括悬臂梁，所述悬臂梁的第一端连接于所述共振板，所述悬臂梁的第二端连接于所述振动板。

进一步地，所述悬臂梁包括至少一个曲形梁，所述曲形梁形成为单构件梁结构或多个所述曲形梁形成为组合梁结构。

进一步地，所述悬臂梁包括过渡梁，所述过渡梁沿共振板的周向呈直线或曲线布置，所述过渡梁的第一侧延伸出至少一个第一连接臂，所述过渡梁的第二侧延伸出至少一个第二连接臂，所述第一连接臂和第二连接臂分别连接所述共振板和所述振动板。

进一步地，所述悬臂梁的第二端一体成型或固定连接有连接件，所述连接件连接于所述振动板。

进一步地，所述连接件为连续式连接板或者离散式连接板，所述连接件与振动板的连接为离散连接或者连续连接。

进一步地，所述连接部为弹性连接部，所述连接部与所述振动板的任意位置连接；或者，所述连接部为刚性连接部，所述连接部与所述振动板的波节或波节附近无振动或振动很小的位置连接。

进一步地，所述共振板的中心或中心附近形成至少一个流质入口，所述凸起内周设有与所述流质入口连通的凹陷部，所述连接部上形成有流质出口，所述流质出口为设置在多个所述悬臂梁之间的第一流质出口。

进一步地，所述振动板朝向所述共振板的面上形成凹部，所述凹部与所述悬臂梁位置相对。

进一步地，所述共振板的中心或中心附近形成至少一个流质入口，所述凸起内周设有与所述流质入口连通的凹陷部，所述振动板朝向所述共振板的面上形成凹部且与所述悬臂梁位置相对，所述凹部的周向上形成至少一个流质出口。

进一步地，所述流质出口包括配置于所述凹部的侧壁上的第三流质出口和/或靠近侧壁的内凹面上的第二流质出口。

本发明的另一方面还提供一种压电泵，包括上述的流体输送装置。

进一步地，还包括泵体，所述泵体内形成泵腔，所述流体输送装置通过所述凸起与泵体连接。

进一步地，所述泵体上设置有与所述泵腔连通的进口和出口，所述进口通过所述凸起内周设置的凹陷部与流质入口连通，流质出口经泵腔连通于所述出口，同时所述共振板的凸起对所述流质入口和流质出口形成隔离。

进一步地，还包括电极组件，所述电极组件包括绝缘板和两个设置在所述绝缘板上的电极板，两个所述电极板之间彼此绝缘，所述电极组件的两个电极分别形成在两个所述电极板上，所述两个电极的至少一部分伸出所述泵腔形成外接端子，所述两个电极的至少一部分设置在泵腔内与所述压电元件电连接。

进一步地，所述压电元件包括基板和设置于基板上的第一导电电极和第二导电电极，所述第一导电电极设置在基板的第一侧并形成连接端，所述第二导电电极设置在所述基板的第二侧，同时所述第二导电电极的一端翻折至所述基板的第一侧并形成连接端。

基于上述技术方案，本发明所能实现的技术效果为：

1.本发明的流体输送装置及压电泵，通过连接部将振动板和共振板连接在一起可形成整体结构，共振板的远离致动器的一侧形成有凸起，凸起可与外部的支撑结构进行连接，进而大大减少了或省去了连接部和支承部的结构，缩小了整体结构的周向尺寸，有利于流体输送装置及压电泵的微型化；

2.本发明的流体输送装置及压电泵，连接部可为多种形式，流质出口可呈多种形式设置在连接部和/或振动板上，只要流体输送装置可实现单向输送流质即可。此外，当连接部为弹性连接部时，连接部可随致动器振动变形，其与致动器的连接位置可不作要求，但连接位置优选为致动器的波节或波节附近无振动或振动很小的位置；当连接部为刚性连接部时，连接部无法随致动器振动变形，其与致动器的连接位置需在致动器的波节或波节附近无振动或振动很小的位置，如此不影响致动器和共振板的振动变形；

3.本发明的压电泵，凸起可直接与泵体连接，由于凸起的设置，共振板与泵体内壁之间存有间隙，可为共振板的振动变形预留空间。

附图说明

图1为本发明实施例一的流体输送装置的剖面图；

图2为共振板及其上的连接部的结构示意图；

图3-8为共振板及其上的连接部的替换方案的结构示意图；

图9为振动板的结构示意图；

图10-13为振动板的替换方案的结构示意图；

图14-17为不同的共振板及振动板进行配合的结构示意图；

图18为压电元件的结构示意图；

图19为压电元件的俯视图；

图20为图19的a-a截面图；

图21为本发明流体输送装置吸入介质时的状态图；

图22为本发明流体输送装置排出介质时的状态图；

图23为压电泵的结构示意图；

图24为压电泵的剖面图；

图25-26为不同视角下，压电泵的爆炸图；

图27为电极组件的结构示意图；

图28为电极组件的分解图；

图29为本发明实施例二的流体输送装置的剖面图；

其中：1-致动器；11-振动板；111-凹部；112-第二流质出口；113-第三流质出口；114-凸块；12-压电元件；121-基板；122-第一导电电极；123-第二导电电极；124-绝缘区；2-共振板；21-凸起；22-流质入口；23-凹陷部；3-连接部；31-悬臂梁；32-连接件；33-第一流质出口；4-泵体；41-第一盖板；411-出口；42-第一侧板；43-第二侧板；44-第二盖板；441-进口；5-电极组件；51-绝缘板；52-电极板；521-外接端子；522-供电端子。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例一

如图1-28所示，本实施例提供了一种流体输送装置，包括致动器1和共振板2，致动器1和共振板2层叠设置，共振板2层叠设置在致动器1的一侧，并通过连接部3与振动板11连接，连接部3的第一端连接于共振板2，连接部3的第二端连接于振动板11。

致动器1包括振动板11和压电元件12，共振板2、振动板11和压电元件12依次层叠设置，压电元件12和振动板11连接为一体，振动板11通过连接部3与共振板2连接以约束共振板2。压电元件12可以设置单个，也可以设置多个，多个压电元件12可以位于振动板11的单侧，也可以位于振动板11的两侧。

共振板2整体呈板状，可以是圆形、方形或其它多边形等形状，本实施例中，共振板2的外轮廓为圆形，共振板2采用弹性材料，共振板2通过连接部3与振动板11连接。连接部3的一端与共振板2连接，另一端与振动板11连接。如图2所示，连接部3包括悬臂梁31和连接件32，悬臂梁31位于连接件32的内周并与连接件32固定连接或一体成型，悬臂梁31用于与共振板2连接，连接件32用于与致动器1连接。具体地，悬臂梁31至少为两个，至少两个悬臂梁31在周向上均匀分布，相邻两个悬臂梁31之间形成第一流质出口33，连接件32呈圆环状。连接部3可为弹性连接部或刚性连接部，当连接部3为弹性连接部时，悬臂可与共振板2的任意位置连接，连接部3的外端可与振动板11的任意位置连接，优选为与振动板11的波节或波节附近无振动或振动很小的位置连接；当连接部3为刚性连接部时，悬臂优选为与共振板2的外周壁连接，连接部3的外端与振动板11的波节或波节附近无振动或振动很小的位置连接。

作为连接部3的替换技术方案，连接部3的悬臂梁31除了可以呈图2中的径向延伸的结构外，还可呈s型、双s型、t型等其他形式。如悬臂梁31可包括至少一个曲形梁，曲形梁形成为单构件梁结构，如图3，5，6所示；或者，多个曲形梁形成为组合梁结构，如图4所示。悬臂梁31还可包括过渡梁，过渡梁沿共振板2的周向呈直线或曲线布置，过渡梁的第一侧延伸出至少一个第一连接臂，过渡梁的第二侧延伸出至少一个第二连接臂，第一连接臂和第二连接臂分别连接共振板和所述振动板，如图7-8所示。

作为连接部3的替换技术方案，连接件32除了可以呈图2中的圆环形，还可呈方形或其他多边形等形状，也可不为封闭的环形，呈离散状，连接件32的数量与悬臂梁31的数量一致且一一对应，至少两个悬臂梁31均匀排布，连接件32也至少为两个，至少两个连接件32与悬臂梁31一一对应成一体或固定连接，如图5所示。除此之外，还可设置连接部3仅包括悬臂梁31，即包括至少两个悬臂梁31，如图6所示，悬臂梁31的两端分别与共振板2和振动板11连接，相邻两个悬臂梁31之间的周向间隙即可形成第一流质出口33。

为了增大压电微泵的能量转换效率，共振板2的远离致动器1的面上设置凸起21，凸起21可与共振板2一体成型，也可分体设置后固定连接。凸起21可呈圆形、方形或其它多边形等形状，本实施例中，凸起21呈圆环状，靠近共振板2的周向边缘设置，凸起21的内周形成凹陷部23，凹陷部23可为圆形、方形或其它多边形等形状，本实施例中，凹陷部23为圆形。由于连接部刚度较小，具有隔振作用，共振板共振时，高频振动对压电微泵其他部件影响很小，避免了压电微泵与外界接触时发生撞击，不会产生其他噪音。优选地，凸起21、共振板2和连接部3同轴设置。可替代地，连接部3的悬臂梁31还可与凸起21连接。

共振板2上形成有流质入口22，流质入口22对应凹陷部设置，气流可通过流质入口22进入到流体输送装置的内部，再经第一流质出口33排出压电微泵。优选地，流质入口22、凸起21、共振板2和连接部3同轴设置。此外，流质入口22的数量可为至少一个。

致动器1包括振动板11和压电元件12，压电元件12和振动板11可为圆形、方形或其他多边形等板状结构，本实施例中，振动板11和压电元件12均为圆形板状结构。优选地，共振板2的外周面通过连接部3与振动板11连接，压电元件12的外径小于振动板11的外径。

振动板11的靠近共振板2的端面上形成有凹部111，凹部111与悬臂梁31的位置相对，凹部111可为环形、多边形、其他异形结构等形状，优选地，凹部111为环形，凹部111与流质入口22同轴线设置，如图9所示。为了保证压电微泵在工作过程中不会出现漏气情况，保证气体的稳定传输，优选地，凹部111的内径不大于共振板2的外径，凹部111的外径不小于共振板2的外径。

作为凹部111的优选技术方案，如图11所示，凹部111的靠近外侧壁的内凹面上还可设置有至少一个第二流质出口112，第二流质出口112可为贯穿振动板11的通孔，压电元件12可相对于第二流质出口112缩小外径，以形成避让；或者，压电元件12上形成与第二流质出口112连通的通孔，均可使流体输送装置中的气流可自第二流质出口112排出。

作为凹部111的优选技术方案，如图12所示，凹部111的开口所在侧还延伸有第三流质出口113，第三流质出口113自凹部111的开口外边沿延伸至振动板11的外周面。通过设置与凹部111连通的第三流质出口113，则共振板2的连接部3上可不设置第一流质出口33，流体输送装置中的气流可自第三流质出口113排出。第一流质出口33、第二流质出口112和第三流质出口113的结构可择一设置或叠加设置。

作为本实施例的替换技术方案，凹部111还可呈离散状，如图10所示，凹部111为多个，多个凹部111形状相同且在周向上均匀分布，多个凹部111与悬臂梁31的位置对应。

作为本实施例的替换技术方案，如图13所示，凹部111可延伸至振动板11的外周面，振动板11的外周边缘形成有离散分布的至少两个凸块114，如此，振动板11和连接部3之间可形成非密封式连接，即使不设置第一流质出口33、第二流质出口112和第三流质出口113，流体输送装置内部的流体仍可经振动板11和连接部3之间排出。

振动板11、共振板2及连接部3之间可形成多种配合方式，如图14所示，连接部3的环状的连接件32可与振动板11上的凸块114连接，以使振动板11和连接部3之间非密封式连接呈一体；如图15所示，离散状的连接部3的离散分布的连接件32的周向两端可与相邻的两个凸块114连接，以将共振板2限位在振动板11上；如图16所示，离散状的连接部3的离散分布的连接件32可与凸块114对应连接；如图17所示，离散状的连接部3的离散分布的连接件32可与环形凹部111的外周凸面连接等。上述连接方式，均可实现将共振板2与振动板11连接成一体，且不影响流体输送装置的进流和排流。

致动器1的远离共振板2的一端设置有电极组件5，电极组件5可为压电元件12供电。本实施例中，为了方便电极组件5为压电元件12供电，电极组件5和压电元件12的结构进行了相应设置。具体地，压电元件12被配置为翻边式，以使压电元件12的两个导电电极位于压电元件12的同一面上，以与电极组件5连接。压电元件12包括基体121，第一导电电极122被配置在基体121的第二面，第二导电电极123从基体121的第一面自基体121的外周面翻边至基体121的第二面，第二导电电极123在基体121的第二面上的翻边部偏离轴线设置，第二导电电极123的翻边部与第一导电电极122之间形成绝缘区124。本实施例中，绝缘区124为形成在第一导电电极122和第二导电电极123之间的间隙，除此之外，还可在两个导电电极之间填充绝缘材料，以起到使两个导电电极彼此绝缘的作用。

本实施例的流体输送装置在工作过程中，当凸起21被刚性支撑时，共振板2对应凹陷部的区域的刚度较小，在致动器1的激励下产生弯曲变形，当共振板2对应凹陷部的区域的振动与致动器1的振动相位相差90度时，容积变化率最大，其工作原理为：当致动器1向远离共振板2方向弯曲变形时，共振板2对应凹陷部的区域向远离致动器1弯曲变形方向变形，流体输送装置吸入气体；当致动器1向靠近共振板2方向弯曲变形时，共振板2对应凹陷部的区域向靠近致动器1弯曲方向变形，流体输送装置排出气体，两个过程交替往复形成连续出流。

本实施例还提供了一种压电泵，包括上述流体输送装置，还包括泵体4，泵体4内部形成泵腔，流体输送装置内置于泵腔内，流体输送装置通过凸起21与泵体4连接。

泵体4可一体设置也可分体设置，为了方便流体输送装置的装配，本实施例中泵体4分体设置。具体地，泵体4包括第一盖板41、侧板和第二盖板44，侧板上设有贯穿孔，侧板围在流体输送装置的外周，第一盖板41和第二盖板44设置在侧板的两端形成相对密闭的容纳空间。本实施例中，凸起21与第二盖板44的内壁密封连接，第二盖板44上对应凸起21内周的凹陷部开有进口441。第一盖板41上开有出口411，泵腔内的流体可经出口411流出压电泵。除此之外，出口411还可设置在侧板上，只要能保证泵腔内的流体经出口411流出压电泵即可。进口441和出口411均至少为1个。

作为本实施例的优选技术方案，为了方便对电极组件5的固定，侧板可设置为分体结构，具体包括第一侧板42和第二侧板43，第一侧板42和第二侧板43轴向分布，可层叠固定电极组件5。

电极组件5包括绝缘板51和两个电极板52，两个电极板52叠放在绝缘板51的同一侧，绝缘板51靠近压电元件12设置。具体地，绝缘板51呈方形板状，绝缘板51的中部形成有较大的通孔，两个电极板52对称叠放在绝缘板51的远离压电元件12的一侧，且两个电极板52之间存有间隙以绝缘。每个电极板52上均延伸有外接端子521和供电端子522，两个外接端子521接通电源，两个供电端子522与压电元件12的两个导电电极形成电连接。

基于上述结构，本实施例的压电泵的工作过程为：外部流体自支泵体4上的进口441进入到凸起21内周的凹陷部23中，致动器1朝远离共振板2弯曲变形时，共振板2对应凹陷部23的部分向远离致动器1的方向弯曲变形，流体输送装置吸入流体；致动器1向靠近共振板2方向弯曲变形时，共振板2对应凹陷部23的部分向靠近致动器1弯曲变形方向变形，流体输送装置中的流体排出至泵腔内，再通过出口411排出。压电泵持续工作可以形成出口411连续出流。

实施例二

如图29所示，本实施例与实施例一基本相同，区别在于致动器1的结构不同。本实施例中，振动板11呈中部内凹状，压电元件12容纳于振动板11的内凹处，且层叠设置在共振板2和振动板11之间。优选地，压电元件12的外径不大于共振板2的外径；进一步优选地，压电元件12、振动板11和共振板2同轴设置。除此之外，还可通过连接部3的连接件32层叠在振动板11的靠近共振板2的一面的外周处，以使振动板11的外周呈凸起状，连接件32和压电元件12的径向之间形成凹部111。

本实施例的流体输送装置及压电泵，相较于实施例一，简化了振动板11的结构，缩小了轴向体积。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。