一種自適應主動閥壓電泵的製作方法

2023-09-20 00:13:40

專利名稱：一種自適應主動閥壓電泵的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓電泵，尤其涉及一種主動閥壓電泵。
二背景技術：
有閥壓電泵如果按閥體是否有外驅動源來驅動分類的話，可分為主動閥壓電泵 和被動閥壓電泵兩種。主動閥壓電泵就是閥體的開閉是由外驅動源來驅動，而被動閥壓電 泵是由泵工作時泵腔內流體壓力的周期性變化來驅動閥體的開閉，被動閥壓電泵閥體的開 閉有滯後性，所以影響了泵效率的提高，而主動閥壓電泵雖消除了閥體的滯後性，卻額外增 加了閥體的驅動部分，使結構複雜、控制難度大，如果閥體開閉和泵的工作頻率步調差太多 反而會起到反作用，嚴重製約著主動閥壓電泵的發展，而被動閥雖存在閥體的滯後性，但因 結構簡單且易於控制，所以發展較快，目前被動閥壓電泵是研究和應用的主流。圖1所示為一傳統壓電式主動閥壓電泵示意圖。在圖1中上泵蓋11、壓電振子 12、密封橡圈13、泵中層14、下泵蓋15和緊固螺栓16。一個大壓電振子作為壓電泵的動力 源部件固定在下泵蓋上，兩個小壓電振子和密封橡圈構成兩個主動閥。對壓電振子施加交 變電壓，壓電陶瓷會產生交替伸長與收縮變形，壓電振子表現為軸向振動，大壓電振子軸向 振動使泵腔容積周期變化進行吸水或排水，兩個小壓電振子的振動來控制兩個主動閥的開 閉。當壓電泵處於吸程時，泵的容積變大，入口閥壓電振子向上振動打開，出口閥壓電振子 向下振動關閉，流體經入口閥吸入泵腔；當進入排程時，泵腔的容積變小，入口閥壓電振子 向下振動關閉，出口閥壓電振子向上振動打開，流體經出口閥排出泵外，從而實現流體的單 向流動，隨著泵腔容積按周期反覆變化，實現泵的作用，但只有三個壓電振子步調一致，配 合協調才能使泵有較高的效率。目前主動閥動力源還有氣動式、熱動式，電磁驅動式、靜電驅動式等，雖然各種驅 動方式都有自身的優點，但一個共同的缺點就是加工、安裝困難，結構複雜，控制繁瑣，使 泵的效率難以得到提高，而且壽命短，工作不穩定，不利於壓電泵的小型化以及可靠性的提 高，這對主動閥壓電泵的推廣應用帶來困難。
三、發明內容1、技術問題本實用新型要解決的技術問題是提供一種免於控制的自適應主動閥 壓電泵，克服了傳統主動閥壓電泵的缺點，提高了壓電泵工作的穩定性，簡化了壓電泵的結 構，使壓電泵更易於小型化。2、技術方案為了解決上述的技術問題，本實用新型的自適應主動閥壓電泵包括 上泵蓋、下泵蓋和置於上泵蓋、下泵蓋之間的泵中層，上泵蓋和下泵蓋通過緊固螺栓連接， 上泵蓋與泵中層之間形成上泵腔，下泵蓋與泵中層之間形成下泵腔，泵中層包括第一泵中 層和第二泵中層，壓電振子置於第一泵中層和第二泵中層之間；壓電振子設有由第一閥體 和第二閥體組成的閥體，其中，第二閥體與下泵蓋上的入口形成入口閥，第一閥體與上泵蓋 上的出口形成出口閥。[0007]本技術方案的壓電振子包括一黃銅基體，黃銅基體上下兩面各貼設有第一、第二 壓電陶瓷片；第一閥體的一端貼設在第一壓電陶瓷片上，第二閥體的一端貼設在第二壓電 陶瓷片上，壓電振子與第一、第二閥體呈一整體，一般地，閥體的材料為橡膠材質。為了實現本技術方案的泵的工作效果，壓電振子在泵腔內不僅需要產生位移，同 時需要也使泵腔內的流體流動方向單一，因此，本技術方案的閥體採用了獨特設計，即第一 閥體的凸緣置於上泵蓋的出口內；第二閥體的凸緣置於下泵蓋的入口內。入口容納第二閥 體的部分為一第一錐形孔，並且該第一錐形孔朝向下泵腔的開口部分的直徑大於入口的直 徑；出口容納第一閥體的部分為一第二錐形孔，並且該第二錐形孔朝向上泵腔的開口部分 的直徑小於出口的直徑。上述閥體的頂端的形狀一般採用弧形的形狀，即第一閥體的頂端 向著壓電振子的方向凹下，第一閥體的凸緣朝向壓電振子的部分也採用弧形結構；第二閥 體的頂端向著壓電振子相反的方向呈突出的弧形，其凸緣也採用弧形結構，以使泵內的流 體流動較為順暢，上述的閥體同樣也可以採用其他的形狀。為了使流體在泵下腔和泵上腔之間通暢流動，第一泵中層和第二泵中層上各設有 一組供流體流通的孔；由於一般泵的截面呈圓周狀，所述的孔是均勻地分布在泵中層的圓 周上。在工作時，需要在第一壓電陶瓷片和第二壓電陶瓷片上各引出一個電極，黃銅基 體接地，為了便於表述，假設弓丨出的電極為A、B兩個電極，對A和B兩個電極分別施加正弦 交流電，使A、B兩相電壓相位相差180°，即對壓電振子施加交變電壓，壓電振子在逆壓電 效應下在平衡位置兩側產生軸向振動，軸向振動位移引起上下兩個泵腔容積發生變化。把 泵的一個工作周期分為兩個階段從下死點(壓電振子向下遠離平衡位置的最大位移)經 平衡位置到達上死點(壓電振子向上遠離平衡位置的最大位移)為泵上腔的排程階段且同 時為泵下腔的吸程階段，所述的平衡位置是指A、B兩個電極未通電時，壓電振子所處的位 置；從上死點經平衡位置到達下死點為流體從泵下腔向泵上腔轉移的階段。在第一階段中 壓電振子向上振動，泵上腔容積變小，泵下腔容積變大，在某點處入口閥和出口閥均打開， 泵上腔內的液體經出口閥排出，而泵外流體經入口閥吸入泵下腔；第二階段中壓電振子從 上向下運動，泵上腔容積變大，泵下腔容積變小，在某點處入口閥和出口閥均關閉，泵下腔 中的流體流入泵上腔，實現了流體在兩個泵腔中的轉移。在一個周期中泵中流體實現了單 向流動，每個工作周期都會有一個淨流量，這樣反覆的進入兩個階段，也就實現了流體的單 方向流動，起到泵的作用。3、有益效果本實用新型的自適應主動閥壓電泵具有以下優點(1)壓電振子和閥有機的粘 合，使閥體開閉和泵的工作步調一致，省去了主動閥的控制部分，簡化了結構，有利於泵的 微型化；(2)壓電振子完全處於流體中，使振子受力均勻，有利於壓電振子散熱，且可以降 低壓電振子振動產生的噪聲；(3)整個壓電泵採用軸向入流、軸向出流，可以做成管接頭 泵，可以用多個壓電泵逐級加壓，用在需要輸出壓力較大或是輸出管路較長需要加壓的管 路；(4)整個泵零件較少、加工安裝容易、密封性好、成本低，易於實現微型化、產業化。
四
圖1是現有的一種主動閥壓電泵示意圖；[0014]圖2是本實用新型的自適應主動閥壓電泵的內部結構示意圖；圖3是本實用新型的自適應主動閥壓電泵的壓電振子的結構示意圖；圖4是本實用新型的自適應主動閥壓電泵的泵中層示意圖。
五具體實施方式
如圖2所示，本實施例的自適應主動閥壓電泵，包括上泵蓋3、下泵蓋5和置於上泵 蓋3、下泵蓋5之間的泵中層4，上泵蓋3和下泵蓋5通過緊固螺栓6連接，上泵蓋3與泵中 層4之間形成上泵腔，下泵蓋5與泵中層4之間形成下泵腔，泵腔內容納流體；泵中層4包 括第一泵中層41和第二泵中層42，壓電振子1置於第一泵中層41和第二泵中層42之間， 即壓電振子1的邊緣被第一泵中層41和第二泵中層42夾緊固定；壓電振子1設有由第一 閥體21和第二閥體22組成的閥體2，其中，第二閥體22與下泵蓋5上的入口 32形成入口 閥，第一閥體21與上泵蓋3上的出口 31形成出口閥。第一閥體21的凸緣211置於上泵蓋 3的出口 31內；第二閥體22的凸緣221置於下泵蓋5的入口 32內。本實施中的閥體採用 橡膠材質。如圖3所示，壓電振子1包括一黃銅基體101，黃銅基體101上下兩面各貼設有第 一壓電陶瓷片102、第二壓電陶瓷片103;第一閥體21的一端貼設在第一壓電陶瓷片102 上，第二閥體22的一端貼設在第二壓電陶瓷片103上。第一閥體21、第二閥體22上分別引 出電極外接電源，中間的黃銅基體101接地。如圖2所示，入口 32容納第二閥體22的部分為一第一錐形孔321，並且該第一錐 形孔321朝向下泵腔的開口部分的直徑大於入口 32的直徑；出口 31容納第一閥體21的部 分為一第二錐形孔311，並且該第二錐形孔311朝向上泵腔的開口部分的直徑小於出口 31 的直徑。如圖4所示，第一泵中層41和第二泵中層42上各設有一組供流體流通的孔，本實 施例的泵剖面為圓形，所述的孔各為6個，均勻地分布在圓周上。
權利要求一種自適應主動閥壓電泵，包括上泵蓋(3)、下泵蓋(5)和置於上泵蓋(3)、下泵蓋(5)之間的泵中層(4)，上泵蓋(3)和下泵蓋(5)通過緊固螺栓(6)連接，上泵蓋(3)與泵中層(4)之間形成上泵腔，下泵蓋(5)與泵中層(4)之間形成下泵腔，其特徵在於，泵中層(4)包括第一泵中層(41)和第二泵中層(42)，壓電振子(1)置於第一泵中層(41)和第二泵中層(42)之間；壓電振子(1)設有由第一閥體(21)和第二閥體(22)組成的閥體(2)，其中，第二閥體(22)與下泵蓋(5)上的入口(32)形成入口閥，第一閥體(21)與上泵蓋(3)上的出口(31)形成出口閥。
2.如權利要求1所述的自適應主動閥壓電泵，其特徵在於，壓電振子(1)包括一黃銅 基體(101)，黃銅基體(101)上下兩面各貼設有第一、第二壓電陶瓷片(102、103)；第一閥體(21)的一端貼設在第一壓電陶瓷片(102)上，第二閥體(22)的一端貼設在第二壓電陶瓷片 (103)上。
3.如權利要求1或2所述的自適應主動閥壓電泵，其特徵在於，第一閥體(21)的凸緣 (211)置於上泵蓋(3)的出口(31)內；第二閥體(22)的凸緣(221)置於下泵蓋(5)的入 口 (32)內。
4.如權利要求3所述的自適應主動閥壓電泵，其特徵在於，入口(32)容納第二閥體(22)的部分為一第一錐形孔(321)，並且該第一錐形孔(321)朝向下泵腔的開口部分的直 徑大於入口(32)的直徑；出口(31)容納第一閥體(21)的部分為一第二錐形孔(311)，並 且該第二錐形孔(311)朝向上泵腔的開口部分的直徑小於出口(31)的直徑。
5.如權利要求1所述的自適應主動閥壓電泵，其特徵在於，第一泵中層(41)和第二泵 中層(42)上各設有一組供流體流通的孔。
6.如權利要求1所述的自適應主動閥壓電泵，其特徵在於，其橫截面呈圓形。
7.如權利要求1所述的自適應主動閥壓電泵，其特徵在於，所述的閥體(2)為橡膠閥體。
專利摘要本實用新型提供了一種自適應主動閥壓電泵，其包括上泵蓋、下泵蓋和置於上泵蓋、下泵蓋之間的泵中層，上泵蓋和下泵蓋通過緊固螺栓連接，上泵蓋與泵中層之間形成上泵腔，下泵蓋與泵中層之間形成下泵腔，壓電振子置於泵中層之間；壓電振子設有由第一閥體和第二閥體組成的閥體，其中，第二閥體與下泵蓋上的入口形成入口閥，第一閥體與上泵蓋上的出口形成出口閥。本實用新型將壓電振子和閥有機結合，有利於微型化；壓電振子完全處於流體中，有利於散熱和降低噪聲；整個壓電泵採用軸向入流、軸向出流，可以做成管接頭泵；整個泵零件較少、加工安裝容易、密封性好、成本低，易於微型化便於生產。
文檔編號F04B43/04GK201723421SQ20102020068
公開日2011年1月26日 申請日期2010年5月24日 優先權日2010年5月24日
發明者張建輝, 胡笑奇, 郭宗信, 黃毅 申請人:南京航空航天大學