共振驅動型壓電泵的製作方法
2023-05-31 13:17:01
專利名稱：共振驅動型壓電泵的製作方法
技術領域：
本發明屬於流體輸送領域，具體涉及一種共振驅動型壓電流體輸送裝置。
背景技術：
壓電泵是以壓電振子作為驅動力源的流體輸送裝置，一般具有體積小、功耗低、成本低、無電磁幹擾、流量可精確控制等優點，在生物醫學、精量化學、微機電工程等領等有著廣泛應用。現有的壓電泵在輸送氣體時，由於壓電振子處於封閉的空間之內，其自身振動所產生的熱量難以釋放，因而發熱嚴重，進而造成輸出效率降低，輸送性能變差等，因而並不適於輸送氣體；在輸送粘度較大的流體時，由於流體流動阻尼較大，在壓電振子的振動時， 流體的響應嚴重滯後，同時閥片在粘度較大的液體中運動緩慢，其響應頻率也跟不上驅動頻率，難以得到良好的輸出能力，故也不適於輸送比水粘度大得多的液體的輸送。本發明提出一種以壓電振子(PZT、PLZT或PMN)作為驅動力源，利用諧振放大原理構造的、可適於驅動氣體及粘度較大流體的新型壓電泵。
發明內容
本發明的共振驅動型壓電泵，其特徵在於採用壓電振子作為驅動力源，同時設置有諧振放大機構4、傳振機構5、流體驅動機構7等，處於工作狀態時，它們與被驅動流體等共同構成諧振系統，由此當有外部交變的激勵電壓作用於壓電振子3上時，壓電振子3的變形通過系統諧振放大後作用於被驅動流體上，從而實現流體的定向輸送。壓電振子3依靠自身具有的逆壓電效應將交變電壓轉化為交變變形(或交變載荷)，進而對系統提供振動激勵，但其本身的交變變形(或交變載荷)並不直接作用於流體之上。壓電振子3可以採用一般的單晶片或雙晶片彎曲振子結構，也可以採用多個單晶片振子、雙晶片振子等並接或串接的組合結構。諧振放大機構4是為了對壓電振子的交變變形進行放大而設置，其主要部件包括慣性調整塊405、彈簧片406、彈性調整片402、基座401、傳振杆403、連接環404等。傳振機構5是為了將諧振放大機構4輸出的交變變形傳遞到流體驅動機構7所設置，其主要包括連接柱501、鎖緊螺釘502、卡環503、驅動座504等。流體驅動機構7是為了將傳振機構5傳遞的交變變形(或交變載荷)直接作用於被輸送流體上、形成對流體的定向輸送所設置，主要由工作膜片701、密封圈702、單向截止閥704 個)、出入口 707 個)、上殼體705、中殼體703、下殼體708等所構成。本發明的優點在於通過諧振放大機構可大幅度放大壓電振子的交變變形，因而可實現較高的輸出流量及輸出壓力性能；同時由於壓電振子處於開放空間內，散熱好，不發熱，因而適於驅動不易散熱的流體，如氣體、大粘度液體等。
圖1是本發明的一個較佳實施例；圖2是本發明的環形壓電振子結構示意圖；其中圖加為雙晶片振子結構，圖2b是單晶片振子結構；圖3是本發明的諧振放大機構示意圖；圖4是本發明的傳振機構示意圖；圖5是本發明的流體驅動機構示意圖。1-減震塊，2-減震塊緊固螺釘，3-壓電振子(環形)，401-基座，402-彈性調整片，403-傳振杆，404-連接環，405-慣性調整塊，406-彈簧片，501-連接柱，502-卡環鎖緊螺釘，503-卡環，504-驅動座，6-下殼體連接螺釘，701-工作膜片，702-密封圈，703-中殼體，704-單向閥，705-上殼體，706-殼體連接螺釘，707-出入口，708-下殼體，8-連接柱連接螺釘
具體實施例方式以下結合附圖給出的實施例對本發明結構及原理作進一步描述。參照圖1，本發明的壓電泵由一個將電能轉換成機械能的壓電振子3作為驅動力源，與諧振放大機構4、傳振機構5、流體驅動機構7、被驅動流體等共同構成諧振系統。基座 401由4個減震塊1支撐於地面。壓電振子3與諧振放大機構4相連接，具體連接方式為 在下部，壓電振子通過傳振杆403、彈性調整片402與基座401相連；在上部，壓電振子通過連接環404、慣性調整塊405、彈簧片406與基座401相連。當有外部交變的激勵電壓作用於壓電振子3時，壓電振子3的變形通過諧振放大機構4放大後，通過傳振機構5傳遞到工作膜片701，工作膜片701直接作用於被驅動流體，在單向閥704的協同作用下形成對流體的定向輸送。諧振放大機構4能夠放大壓電振子3的變形是基於共振原理。即當由彈性調整片402、慣性調整塊405、彈簧片406等所構成的諧振放大機構4的固有頻率與壓電振子3所提供的激振頻率相一致或相接近時，諧振放大機構4處於共振狀態，慣性調整塊405上的變形獲得了放大。而壓電振子3所提供的激振頻率是由外部施加的交變電壓頻率所決定的。 所以實際使用中，只要調整外部交變電壓的頻率使之與諧振放大機構4的固有頻率一致或接近即可。參照圖2，本發明的環形壓電振子結構示意圖。壓電振子3可以採用上下兩面均貼置壓電陶瓷的雙晶片彎曲振子結構(圖加)，也可以採用單面貼置壓電陶瓷的單晶片彎曲振子結構(圖2b)，為了增加驅動力，也可以採用多個單晶片振子或雙晶片振子等並接或串接的組合結構。參照圖3，本發明的諧振放大機構示意圖。其中慣性調整塊405通過彈簧片406與基座401彈性連接，同時慣性調整塊405通過連接環404連接於壓電振子3的外邊緣，壓電振子3的中部與傳振杆403的上端相連接，傳振杆403的下端與彈性調整片402的中部相連，彈性調整片402的外邊緣與基座401固定連接。當壓電振子工作時，諧振放大機構4將與壓電振子3構成諧振系統，在諧振狀態下壓電振子的交變變形將被大幅放大。諧振放大機構4的彈性可通過改變彈簧片406和彈性調整片402的材料、厚度、直徑與固定方式等進行調整，慣性量可由慣性調整塊405的質量、材料和結構方式進行調整。諧振放大機構4是本發明壓電泵系統諧振狀態的主要調整機構，最終作用於被驅動流體上的交變變形和交變載荷均是由諧振放大機構4的彈性力與慣性力決定的。參照圖4，本發明的傳振機構示意圖。其中連接柱501通過螺釘8與慣性調整塊 405相連接，驅動座504與工作膜片701相連接，驅動座504下端插入到連接柱501中，用於調整慣性調整塊405與工作膜片701之間的距離。擰緊螺釘502，可通過卡環503將驅動座 504與連接柱504固定連接。參照圖5，本發明的流體驅動機構7示意圖。其中下殼體708通過螺釘6與基座 401相連接，上殼體705與中殼體703通過螺釘706與下殼體708相連接，出入口 707與上殼體705相連接，單向閥704通過閥座與中殼體703相連接，工作膜片701通過密封圈702 分別與中殼體703下部和下殼體708上部密封連接。工作膜片701接收到傳振機構5傳遞的交變變形和交變載荷後，直接作用於被驅動流體上，在單向閥704的協同作用下，實現對流體的定向輸送。
權利要求
1.一種壓電泵，其特徵在於採用壓電振子3作為驅動力源，與諧振放大機構4、傳振機構5、流體驅動機構7、被驅動流體等共同構成諧振系統，在外部交變電壓下，壓電振子3的變形通過系統諧振放大後作用於被驅動流體上，從而實現流體的定向輸送。
2.根據權力要求1所述的壓電泵，其特徵在於壓電振子3可以採用一般的雙晶片彎曲振子結構(圖2a)或單晶片彎曲振子結構(圖2b)，也可以採用單晶片振子、雙晶片振子並接或串接的組合結構；
3.根據權力要求1所述的壓電泵，其特徵在於諧振放大機構4是為了對壓電振子的交變變形進行放大處理而設置的；其主要結構包慣性調整塊、彈性機構和它們之間的連接機構等；其中慣性調整塊405通過外掛重塊或更換不同質量的慣性塊來調整，彈性機構的彈性可以通過改變彈簧片406和彈性調整片402的厚度和材料等來調整；
4.根據權力要求1所述的壓電泵，其特徵在於傳振機構5是為了將諧振放大機構4輸出的交變變形傳遞到流體驅動機構7所設置，其主要結構包括連接柱501、鎖緊螺釘502、卡環503、驅動座504等。
5.根據權力要求1所述的壓電泵，其特徵在於流體驅動機構7是為了將交變變形(或交變載荷)直接作用於被輸送流體上，以形成流體的定向輸送所設置，其主要包括流體驅動部分和支撐連接部分。
全文摘要
一種新型壓電泵，採用壓電振子3作為驅動力源，並與諧振放大機構4、傳振機構5、流體驅動機構7、被驅動流體等共同構成諧振系統，在外部交變電壓下，壓電振子3的變形通過系統諧振放大後作用於被驅動流體上，從而實現流體的單向輸送。壓電振子3可以採用一般的雙晶片彎曲振子結構或單晶片彎曲振子結構(圖2)，也可以採用單晶片振子、雙晶片振子並接或串接的組合結構。
文檔編號F04B43/04GK102345587SQ20111033048
公開日2012年2月8日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者劉勇, 吳越, 楊志剛, 王龍, 田豐君 申請人:吉林大學