輪轂型壓電蠕動泵的製作方法

2023-06-20 12:09:31 2

專利名稱：輪轂型壓電蠕動泵的製作方法
技術領域：
本發明屬於蠕動泵設計領域，特別涉及一種輪轂型壓電蠕動泵。
背景技術：
目前電子產品日益輕薄短小，元件密度愈來愈高、工作速度愈來愈快，「散熱」問題已成為電子產品可靠性與使用壽命最難克服的技術瓶頸。微型泵作為微流量系統的核心， 在藥物微量輸送、燃料微量噴射、細胞分離、集成電子元件冷卻、微量化學分析以及微小型衛星的推進等多個領域得到廣泛應用。壓電蠕動泵為微型泵的一種，屬於新型流體驅動裝置，它是通過複合振子在交流電壓的作用下發生面內交替變形，從而交替擠壓矽管，使得在不需要單向閥或特殊進出流口結構的條件下就可以實現液體的單向流動。在應用中它利用壓電陶瓷的逆壓電效應，以複合振子的交替變形直接擠壓矽管，無需電機驅動，省去了電機、定子及轉子部分，具有結構簡單、體積小、薄型、重量輕、耗能低、無噪聲、無電磁幹擾、工作可靠、單位體積能夠產生較大的輸出功率等優點。目前已有的壓電蠕動泵通常採用壓電堆或朗之萬振子結構作為驅動元件，結構複雜，體積增加，不利於此類泵的小型或微型化，限制了壓電蠕動泵性能的提高及推廣應用。因此，需要提供一種體積小且結構簡單的壓電蠕動泵。

發明內容
本發明的主要目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種輪轂型壓電蠕動泵，其具有結構簡單、體積小、重量輕、薄型、耗能低、無噪聲、無電磁幹擾、工作可靠等優點。本發明的目的通過以下的技術方案實現輪轂型壓電蠕動泵，包括上蓋和下蓋， 以及設置在上蓋和下蓋之間的壓電陶瓷片、金屬彈性體圓環、矽管、輪條、滾珠、滾珠固定裝置、固定螺栓和固定螺帽；所述金屬彈性體圓環包括金屬彈性體內圓環和金屬彈性體外圓環，二者通過輪條連接，所述壓電陶瓷片與金屬彈性體外圓環內側面粘接，所述金屬彈性體圓環、壓電陶瓷片及輪條構成輪轂型振子；金屬彈性體外圓環周向外側面設有滾珠固定裝置，其內放置滾珠；所述下蓋側壁上開有進管口、出管口，矽管從進管口引入，從出管口引出，置於滾珠與下蓋矽管槽之間；所述固定螺栓的螺栓頭緊貼在下蓋底部，固定螺栓穿過金屬彈性體內圓環，用固定螺母對輪轂型振子進行固定；所述上蓋、滾珠固定裝置和下蓋三者固定連接。所述金屬彈性體內圓環和金屬彈性體外圓環二者沿周向方向對應均布有若干個輪條螺紋孔，輪條通過輪條螺紋孔將金屬彈性體內圓環和金屬彈性體外圓環進行固定連接。所述壓電陶瓷片均布於金屬彈性體外圓環內側面上，一共為2*N個，N為正整數且大於2。作為優選方案，選擇6片壓電陶瓷片時效果最佳。為更好的實現本發明的目的，每個壓電陶瓷片與它兩邊相鄰的陶瓷片之間所通的電壓相位差為90度，它兩邊相鄰的陶瓷片所通的電壓相位差為0。所述壓電陶瓷片與金屬彈性體外圓環內側面粘接所用的粘接材料為環氧樹脂或特種金屬焊接膠。為更好的實現本專利，所述金屬彈性體內圓環距離下蓋近的那一面的底部刻有四個凹槽，固定螺栓上刻有四個凸起部分，凹槽與凸起部分相配合，用於卡住輪轂型振子。為儘可能增大矽管受力表面，並達到固定矽管的作用，所述下蓋內側面刻有圓弧形矽管槽，矽管置於滾珠和矽管槽之間。為更好的達到固定的目的，所述下蓋底部設置有凹槽，固定螺栓的螺栓頭嵌入到凹槽內，使固定螺栓不會在下蓋底部所在平面上發生移動。所述上蓋、滾珠固定裝置、下蓋對應有螺紋孔，三者通過螺栓固定連接。本發明的工作過程輪轂型壓電蠕動泵工作時，矽管內充滿流體，給兩組壓電陶瓷片通以相差為90°度的交流電壓，由於壓電陶瓷材料的逆壓電效應，壓電陶瓷片產生交替形變，激勵金屬彈性體外圓環產生周向旋轉行波，該周向旋轉行波通過滾珠不斷擠壓矽管， 從而實現矽管內不斷有流體流出，改變交變電壓的頻率可以控制矽管內流體的流量和壓力，改變交變電壓的相位差順序可以改變流體流動的方向。本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果1、現有的蠕動泵是用電磁電機驅動轉子，蠕動泵工作時由電機帶動轉子上的滾柱擠壓矽管流出液體，電磁電機使得蠕動泵結構相對複雜，體積大，重量大。本發明輪轂型壓電蠕動泵是利用輪轂型振子的交替變形通過滾珠來擠壓矽管流出液體，無需電機驅動，結構簡單，體積小，重量輕，實現了薄型結構的特點。2、現有的蠕動泵由於是電磁電機驅動，會受到電磁幹擾，不便於在有電磁場作用的地方工作，而本發明輪轂型壓電蠕動泵無需電磁電機驅動，因此不受電磁幹擾，可在有電磁場作用的地方使用。3、本發明輪轂型壓電蠕動泵易實現低電壓驅動，可廣泛用於在藥物微量輸送、微量化學分析、高散熱需求的可攜式電子產品及集成電子元件冷卻等多個領域得到廣泛應用。4、本發明中壓電陶瓷片粘接在金屬彈性體外圓環內側面，金屬彈性體內圓環通過輪條與金屬彈性體外圓環相固接，這種結構既克服壓電陶瓷易脆裂的缺點，又增加了輪轂型振子的機械強度和剛度。5、本發明中，在金屬彈性體外圓環周向外側面裝有滾珠固定裝置，滾珠放置在這一裝置內，採用這個裝置即可以固定滾珠又可以減少輪轂型振子周邊與矽管摩擦，從而延長蠕動泵的使用壽命。


圖1是本發明裝置的主剖結構示意圖；圖2是本發明裝置俯視結構示意圖；圖3(a)是本發明中輪轂型振子的俯視圖；圖3(b)是本發明中輪轂型振子的結構示意圖；圖4是本發明中金屬彈性體內圓環結構示意圖5是本發明中金屬彈性體外圓環結構示意圖；圖6是本發明中固定螺栓和螺母的結構示意圖；圖7是本發明中上蓋的結構示意圖；圖8(a)是本發明中下蓋的結構示意圖；圖8(b)是本發明中下蓋的截面示意圖；圖9是本發明中滾珠固定裝置的結構示意圖。圖10是本發明中輪轂型振子的一種振動模態示意圖；圖11是本發明中輪轂型振子的另一種振動模態示意圖。圖1-9中1_輪條、2-壓電陶瓷片、3-金屬彈性體外圓環、4-滾珠固定裝置、5-滾珠、6-下蓋、7-矽管、8-固定螺栓、9-固定螺帽、10-固定螺栓凸起部分、11-金屬彈性體內圓環、12-進管口、13-出管口、14-六角凹槽、15-矽管槽、16-上蓋、17-金屬彈性體內圓環凹槽、18-輪條螺紋孔、19-固定螺紋孔。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。實施例1輪轂型壓電蠕動泵，包括上蓋16和下蓋6，以及設置在上蓋16和下蓋6之間的壓電陶瓷片2、金屬彈性體圓環、矽管7、輪條1、滾珠5、滾珠固定裝置4、固定螺栓8和固定螺帽9，具體如圖1和2所示。其中如圖3(a)和圖3(b)所示，金屬彈性體圓環包括金屬彈性體內圓環11和金屬彈性體外圓環3，二者通過輪條1連接，壓電陶瓷片2與金屬彈性體外圓環3內側面粘接。 所述金屬彈性體圓環、壓電陶瓷片及輪條構成輪轂型振子。如圖4和圖5所示，所述金屬彈性體內圓環11周向均布有若干個輪條螺紋孔18， 金屬彈性體外圓環3周向也均布有若干個輪條螺紋孔18，這些螺紋孔一一對應，輪條1的兩端也設置有螺紋，從而輪條1通過螺紋配合將金屬彈性體內圓環11和金屬彈性體外圓環3 進行固定連接。在本實施例中，所述壓電陶瓷片2均布於金屬彈性體外圓環3內側面上，一共採用 6片。每個壓電陶瓷片2與它兩邊相鄰的陶瓷片之間所通的電壓相位差為90度，它兩邊相鄰的陶瓷片所通的電壓相位差為0。在本實施例中，壓電陶瓷片2與金屬彈性體外圓環3內側面粘接所用的粘接材料為環氧樹脂。如圖4所示，所述金屬彈性體內圓環11距離下蓋6近的那一面的底部刻有四個凹槽17，如圖6所示，固定螺栓8上刻有四個凸起部分10，凹槽與凸起部分相配合，用於卡住輪轂型振子。如圖7所示，為本發明裝置的上蓋示意圖，對應下蓋6的進管口 12和出管口 13，上蓋16也開有兩個孔，以防止對導入的矽管7造成擠壓。如圖8 (a)所示，下蓋6側壁上開有進管口 12、出管口 13，矽管7從進管口 12引入， 從出管口 13引出，置於滾珠5與下蓋6側壁之間。本實施例中，固定螺栓8採用六角螺栓，所以在下蓋6底部開有一個六角凹槽14，固定螺栓8的螺栓頭嵌入到凹槽內，使固定螺栓8 不會在下蓋6底部所在平面上發生移動。為儘可能增大矽管7受力表面，並達到固定矽管的作用，如圖8(a)和圖8(b)所示，所述下蓋6內側面刻有圓弧形矽管槽15，矽管7置於滾珠5和矽管槽15之間。如圖9所示，為本實施例中所採用的設置在金屬彈性體外圓環3周向外側面的滾珠固定裝置4，滾珠5放置在其鐵環內，採用這個裝置即可以固定滾珠又可以減少輪轂型振子周邊與矽管摩擦。如圖7所示，上蓋16上設置有固定螺紋孔19，如圖8(a)所示，下蓋6上對應上蓋固定螺紋孔處也設置有螺紋孔19，如圖9所示，滾珠固定裝置4中各鐵環之間的連接部位處均設置有螺紋孔19，在安裝過程中，螺栓通過螺紋孔將上蓋16、下蓋6和滾珠固定裝置4進行固定，從而使內部的輪轂型振子能夠固定。本發明的工作原理是壓電陶瓷片在受到交流電壓的作用時，因為壓電陶瓷材料的逆壓電效應，壓電陶瓷片會產生交替形變。圖10和圖11為本實施例中壓電陶瓷片在受到正弦信號的激勵下所激發出的兩個周向振動模態示意圖。當本實施例中的每個壓電陶瓷片與它兩邊相鄰的陶瓷片之間所通的電壓相位差為90度，它兩邊相鄰的陶瓷片所通的電壓相位差為0時，輪轂型振子隨著交流電壓的頻率被同時激發出兩種不同的周向振動模態，即在輪轂型振子外表面處形成沿圓周的行波，該行波推動滾珠沿圓周方向蠕動，形成對矽管內流體運動的推力，流體在此推力作用下沿圓周方向運動。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.輪轂型壓電蠕動泵，其特徵在於，包括上蓋和下蓋，以及設置在上蓋和下蓋之間的壓電陶瓷片、金屬彈性體圓環、矽管、輪條、滾珠、滾珠固定裝置、固定螺栓和固定螺帽；所述金屬彈性體圓環包括金屬彈性體內圓環和金屬彈性體外圓環，二者通過輪條連接，所述壓電陶瓷片與金屬彈性體外圓環內側面粘接，所述金屬彈性體圓環、壓電陶瓷片及輪條構成輪轂型振子；金屬彈性體外圓環周向外側面設有滾珠固定裝置，其內放置滾珠；所述下蓋側壁上開有進管口、出管口，矽管從進管口引入，從出管口引出，置於滾珠與下蓋矽管槽之間； 所述固定螺栓的螺栓頭緊貼在下蓋底部，固定螺栓穿過金屬彈性體內圓環，用固定螺母對輪轂型振子進行固定；所述上蓋、滾珠固定裝置和下蓋三者固定連接。
2.根據權利要求1所述的輪轂型壓電蠕動泵，其特徵在於，所述金屬彈性體內圓環和金屬彈性體外圓環二者沿周向方向對應均布有若干個輪條螺紋孔，輪條通過輪條螺紋孔將金屬彈性體內圓環和金屬彈性體外圓環進行固定連接。
3.根據權利要求1所述的輪轂型壓電蠕動泵，其特徵在於，所述壓電陶瓷片均布於金屬彈性體外圓環內側面上，一共為2*N個，N為正整數且大於2。
4.根據權利要求3所述的輪轂型壓電蠕動泵，其特徵在於，所述每個壓電陶瓷片與它兩邊相鄰的陶瓷片之間所通的電壓相位差為90度，它兩邊相鄰的陶瓷片所通的電壓相位差為0。
5.根據權利要求1所述的輪轂型壓電蠕動泵，其特徵在於，所述壓電陶瓷片與金屬彈性體外圓環內側面粘接所用的粘接材料為環氧樹脂或特種金屬焊接膠。
6.根據權利要求1所述的輪轂型壓電蠕動泵，其特徵在於，所述金屬彈性體內圓環距離下蓋近的那一面的底部刻有四個凹槽，固定螺栓上刻有四個凸起部分，凹槽與凸起部分相配合，用於卡住輪轂型振子。
7.根據權利要求1所述的輪轂型壓電蠕動泵，其特徵在於，所述下蓋內側面刻有圓弧形矽管槽，矽管置於滾珠和矽管槽之間。
8.根據權利要求1所述的輪轂型壓電蠕動泵，其特徵在於，所述下蓋底部設置有凹槽， 固定螺栓的螺栓頭嵌入到凹槽內。
9.根據權利要求1所述的輪轂型壓電蠕動泵，其特徵在於，所述上蓋、滾珠固定裝置、 下蓋對應有螺紋孔，三者通過螺栓固定連接。
全文摘要
本發明公開了一種輪轂型壓電蠕動泵，該泵包括上蓋和下蓋，以及設置在上蓋和下蓋之間的壓電陶瓷片、金屬彈性體圓環、矽管、輪條、滾珠、滾珠固定裝置、固定螺栓和固定螺帽。金屬彈性體圓環包括金屬彈性體內圓環和金屬彈性體外圓環，二者通過輪條連接，壓電陶瓷片與金屬彈性體外圓環內側面粘接。金屬彈性體圓環、壓電陶瓷片及輪條構成輪轂型振子。金屬彈性體外圓環周向外側面設有滾珠。下蓋側壁上開有進管口、出管口，矽管從進管口引入，從出管口引出，置於滾珠與下蓋矽管槽之間。固定螺栓的螺栓頭緊貼在下蓋底部，用固定螺母對輪轂型振子進行固定。本發明具有結構簡單、體積小、重量輕、薄型、耗能低、無噪聲、無電磁幹擾、工作可靠等優點。
文檔編號F04B43/14GK102220960SQ20111016272
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月16日 優先權日2011年6月16日
發明者張鐵民, 梁莉, 馬旭 申請人:華南農業大學