一种压电惯性驱动液压泵的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机电液一体化领域，具体涉及一种压电惯性驱动液压泵。
【背景技术】
[0002]压电泵具有结构紧凑，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。目前，以压电陶瓷为驱动元件实现液体传输的压电泵有多种形式，根据是否有阀，压电泵可分为有阀压电泵(如主动阀压电泵、被动阀压电泵)和无阀压电泵(如锥形管压电泵、Tesla异形管压电泵、Y形管压电泵、蠕动式压电泵以及新型仿鱼鳍式压电泵等)。
[0003]无阀压电泵因为没有阀的限制可使泵在很高频率下工作，其结构简单制造工艺要求不高，具有独特的发展前景。但是因为没有单向阀，泵工作时液体回流现象严重，泵的工作压力和截止性下降。故无阀压电泵的缺点就是自吸能力差，输出流量和压力较小。
[0004]有阀压电泵体积小、耗能低、无噪声、无电磁干扰、适于微小型化、可根据施加电压或频率精确控制输出流量等特点在医疗/制药、生物工程及化学分析等方面具有广阔的应用前景。不足之处是输出压力有限。因为现有提高压电泵驱动能力采取的方法主要是施加高频、高压信号，高输入电压不利于电源集成化且压电陶瓷易损坏，高频驱动阀的响应跟不上并造成额外的压力损失。
[0005]压电泵的发展趋势为微小化、流量大及输出压力高，来满足电子器件冷却、药物输送、燃料电池燃料供给等领域的要求，目前的压电泵在输出流量、压力等方面还不能完全满足各种领域的需求。
[0006]本实用新型提出以压电晶片或压电叠堆为驱动源，利用惯性驱动原理，通过套筒带动活塞往复运动，实现液体定向输送。
【发明内容】
[0007]本实用新型提供一种压电惯性驱动液压泵，以解决压电泵输出流量和压力小、不能满足实际需要的问题。本实用新型采取的技术方案是:采用压电惯性驱动系统作为驱动单元，套筒的往复运动通过活塞杆传递给活塞，配合单向阀实现液体定向输送。
[0008]本实用新型一种实施方式是:液压泵采用矩形压电双晶片作为驱动源，压电双晶片与连杆、摩擦块、套筒构成惯性驱动系统，活塞、泵体、出口、入口及单向阀共同构成泵腔。
[0009]本实用新型一种实施方式是:液压泵采用压电叠堆作为驱动源，压电叠堆与摩擦块、套筒构成惯性驱动系统，活塞、泵体、出口、入口及单向阀共同构成泵腔。
[0010]本实用新型利用压电惯性驱动机构直线往复运动，通过液体介质实现运动转换和动力传递，进而将压电晶片或压电叠堆的高频微幅振动转换为液体大流量、高压力输出。
[0011]本实用新型的一个实施方式中，包含至少一个压电双晶片、连杆、摩擦块、套筒、活塞及泵体等部分。所述压电双晶片在非对称性电信号作用下共振，由于变形速度不同，在粘滑原理作用下，套筒直线运动，带动活塞直线运动，改变泵腔的容积；当活塞向左运动时，泵腔容积变大，压力降低，致使进口单向阀开启，出口单向阀关闭，液体进入泵腔；当活塞向右运动时，泵腔容积变小，压力增大，致使进口单向阀关闭，出口单向阀开启，液体从泵腔流出，至此完成一个工作循环。当压电双晶片在交变电压作用下连续工作时，可实现液体的持续输出。
[0012]本实用新型的另一个实施方式中，包含至少一个压电叠堆、摩擦块、套筒、活塞及泵体等部分。所述压电叠堆在非对称性电信号作用下共振，套筒带动活塞直线运动，改变泵腔的容积，配合单向阀，实现液体的持续输出。
[0013]本发明的优点在于:结构新颖，结合压电惯性驱动与压电液体驱动技术实现高频、低压电信号输入转化为低频、高输出压力和流量的液体输出。高频共振状态下压电陶瓷能量转化效率高，驱动能力强，有利于提高泵的输出压力；低压电信号有利于驱动电源集成化设计制作；低频、高输出压力液体输出可满足药物输送、燃料供给等领域的使用要求。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型压电双晶片惯性驱动液压泵的结构示意图；
[0015]图2是本实用新型压电叠堆惯性驱动液压泵的结构示意图；
[0016]图3是本实用新型压电惯性驱动液压泵的驱动电信号波形图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图进一步说明【具体实施方式】:
[0018]如图1所示，导线孔1、导线2、夹紧块3、压电双晶片4、右壳体5，连杆6、套筒7、摩擦块8、左壳体14、夹紧块15、圆形垫圈16，基板17构成压电惯性驱动系统；活塞杆9、泵体10、活塞11、入口 12、入口单向阀13、出口 18及出口单向阀19构成液体泵送单元。当给压电双晶片4施加与其一阶固有频率相等的非对称性电信号时(详见附图3)，压电双晶片4工作在共振状态，当驱动信号处于整周期(T2)的前半周期时，电压缓慢上升快速下降，致使压电双晶片4通过连杆6带动摩擦块8向右缓慢伸长、向左快速缩短，缓慢伸长时在摩擦力作用下套筒7随摩擦块8向右运动、快速缩短时在惯性作用下套筒7保持原地不动，在连续电信号作用下，套筒持续向右运动；当驱动信号处于整周期(T2)的后半周期时，电压快速上升缓慢下降，套筒7持续向左运动。从整个周期来看，套筒7实现直线往复运动，带动活塞11往复运动；当活塞11向左运动时，泵腔容积变大，压力降低，致使进口单向阀13开启、出口单向阀19关闭，液体进入泵腔；当活塞11向右运动时，泵腔容积变小，压力增大，致使进口单向阀13关闭、出口单向阀19开启，液体从泵腔流出，至此完成一个工作循环。在连续交变电压作用下，可实现液体的持续输出。
[0019]如图2所示，左壳体1、固定板2、压电叠堆3、套筒4、摩擦块5、右壳体6构成压电惯性驱动系统；活塞杆7、泵体8、活塞9、入口 10、入口单向阀11、出口 12、出口单向阀13共同构成液体泵送单元。当驱动信号处于整周期(T2)的前半周期时，电压缓慢上升快速下降，致使压电叠堆3带动摩擦块5向右缓慢伸长，向左快速缩短，缓慢伸长时在摩擦力作用下套筒4随摩擦块5向右运动，快速缩短时在惯性作用下套筒4保持原地不动，在连续电信号作用下，套筒4持续向右运动；当驱动信号处于整周期(T2)的后半周期时，电压快速上升缓慢下降，套筒4持续向左运动。从整个周期来看，套筒实现直线往复运动，带动活塞9往复运动，与单向阀11、13配合，实现液体连续输出。
[0020]如图3所示，激励电信号采用特殊波形，一个整周期T2可以由若干个周期为Tl的非对称波形组成；实际应用时，根据压电双晶片或压电叠堆的固有频率选定Tl，使压电元件工作在共振状态，此时驱动能力最强，能量转换率高；而周期T2为套筒往复运动的周期，也是液压泵工作的周期，由于一般单向阀响应频率不高，可根据泵的最佳工作频率范围来确定T2，从而实现高频(对应周期Tl)、低压电信号输入转化为低频(对应周期T2)、高输出压力和流量的液体输出。
【主权项】
1.一种压电惯性驱动液压泵，其特征在于，采用压电元件作为驱动源，并与连杆、套筒及摩擦块共同构成惯性驱动系统，在非对称性交变电信号作用下，套筒的往复运动通过活塞杆和活塞作用于被驱动液体上，从而实现液体的定向输送。
2.根据权利要求1所述的压电惯性驱动液压泵，其特征在于，所述液压泵驱动电信号频率等于压电元件的一阶固有频率，压电元件工作在共振状态。
【专利摘要】本实用新型涉及一种压电惯性驱动液压泵，属于机电液一体化领域。该装置采用矩形压电双晶片作为驱动源，压电双晶片与连杆、摩擦块、套筒共同构成惯性驱动系统，在非对称性交变电信号作用下，套筒单向运动。改变非对称驱动电信号波形可实现套筒往复运动，套筒通过活塞杆带动活塞往复运动，与单向阀配合实现液体的定向输送。本实用新型的优点在于：结构新颖，结合压电惯性驱动与压电流体驱动技术实现高频、低压电信号输入转化为低频、高输出压力液体输出，有利于驱动电源集成化设计。
【IPC分类】F04B17-00
【公开号】CN204436714
【申请号】CN201420838375
【发明人】温建明, 郭和平, 马继杰, 张俊, 刘晓静
【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