專利名稱：無閥壓電疊堆泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電疊堆激勵(lì)的擺動(dòng)振子無閥壓電疊堆泵，尤其涉及一種采用變 截面振子的壓電疊堆泵。
背景技術(shù)：
根據(jù)泵閥的有無將壓電泵分為有閥壓電泵和無閥壓電泵。有閥壓電泵的工作原理 可簡要敘述為，壓電振子的往復(fù)振動(dòng)引起泵腔容積的周期性變化，而容積的變化又引起泵 腔內(nèi)壓力的變化，控制著泵閥的開啟和關(guān)閉。由于傳統(tǒng)有閥壓電泵壓電振子的振幅很小，限 制了泵的流量和所能承受的背壓。中國專利申請CN101608611A提出了一種利用壓電疊堆 驅(qū)動(dòng)的大流量有閥壓電泵，但這種壓電泵仍然存在著泵閥響應(yīng)慢、泵閥頻繁開關(guān)存在摩擦 磨損、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壽命低等問題。為了克服有閥壓電泵的上述缺點(diǎn)，人們提出了無閥壓電泵的概念，通過設(shè)計(jì)進(jìn)水 口和出水口的形狀差異，使得流體流進(jìn)泵腔和流出泵腔的流阻不同，從而引起流體的單向 流動(dòng)。但是傳統(tǒng)的錐形流管無閥壓電泵仍存在以下幾個(gè)問題(一)周邊固定的支撐方式 限制了壓電振子的變形能力，從而限制了泵的流量；(二)錐形流管無閥壓電泵是利用泵腔 由于體積的變化，在一個(gè)周期的吸程和排程兩個(gè)階段通過進(jìn)口(或出口)的流體的量的不 同而形成宏觀單向流動(dòng)的，因而它的流量小、背壓小、效率低，并且流動(dòng)脈動(dòng)較大；(三)兩 錐形流管的加工困難、安裝定位不好。申請?zhí)枮?00810050240. 7、名稱為“壓電疊堆泵”的 中國發(fā)明專利申請公開了一種這種結(jié)構(gòu)的壓電疊堆泵。為解決錐形流管無閥壓電泵錐形流管加工困難、泵的流動(dòng)脈動(dòng)大的問題，巴西學(xué) 者提出了利用魚的游動(dòng)原理(如圖1、圖3所示)而使振子泵水的雙晶片壓電泵，為了提高 振子的端部振幅，雙晶壓電片被粘貼在振子的擺動(dòng)端，這和魚的變截面結(jié)構(gòu)、柔性尾鰭大相 徑庭，泵的流量為lOOml/min。因此，本技術(shù)領(lǐng)域需要一種集有閥、無閥優(yōu)點(diǎn)于一身的壓電 泵，即大流量、能夠承受背壓、結(jié)構(gòu)簡單，而又無接觸磨損、壽命長。

發(fā)明內(nèi)容
1、技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服上述現(xiàn)有壓電泵的缺陷，提供一種新型的壓 電疊堆驅(qū)動(dòng)的無閥壓電泵，該壓電泵運(yùn)用仿生學(xué)原理，模仿魚類水下生物的游動(dòng)模式，采用 變截面的振子結(jié)構(gòu)，有效的提高了泵的流量和背壓，并且減小了泵的流動(dòng)脈動(dòng)。2、技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的無閥壓電疊堆泵包括密封的泵腔、 置于泵腔內(nèi)的振子和壓電疊堆，其中，泵腔由泵上蓋和底座組成，泵腔的泵上蓋一端設(shè)有進(jìn) 流口，另一端設(shè)有出流口，振子的固定部通過調(diào)整墊片固定在泵腔的底座上；振子的自由部 與固定端通過接觸部連接；振子的自由部的截面呈漸變形狀，即自由部非與固定部連接的 一端的截面積小于與固定部連接的一端的截面積；壓電疊堆置于底座上的通槽內(nèi)，通槽的 位置與振子的自由部位置對應(yīng)；振子的自由部下端與壓電疊堆的頂端接觸。
自由部的截面呈漸變形狀是指自由部的橫截面的面積在長度方向是變化的，一般 地，與固定部連接的部分的截面積大于另一端的截面積，這樣就使得振子具有仿生的結(jié)構(gòu)， 類似于魚的尾鰭形狀。本發(fā)明具體可采取不同結(jié)構(gòu)形式的自由部，例如，自由部可由具有不 同截面面積的第一、第二自由部組成，其中，第二自由部的截面面積小于第一自由部的截面 面積；也可以根據(jù)泵腔的容量延長自由部的長度，從而將自由部劃分為三個(gè)以上不同截面 的部分。類似地，振子的自由部也可采用截面漸變的錐形結(jié)構(gòu)，即自由部的剖面呈等腰三角 形。為了使振子獲得與魚類更接近的巡游模式，振子還包括一個(gè)柔性尾鰭，該柔性尾 鰭的一端與自由部的末端連接，其整體為細(xì)長的金屬針狀或呈金屬薄片狀。所述的調(diào)整墊片由一組銅片疊置組成，所述的銅片厚度為0.01-0. 1毫米。調(diào)整墊 片這樣設(shè)置是為了通過增加或減少銅皮的片數(shù)調(diào)整振子的柔性鉸鏈的變形量，使壓電疊堆 獲得合適的預(yù)壓力。壓電堆正常工作所需要的預(yù)緊力由柔性鉸鏈的靜變形提供。更進(jìn)一步地，自由部上設(shè)有錐形槽，該錐形槽通過一鋼球與隔離塊接觸，所述的隔 離塊與壓電疊堆粘接在一起，隔離塊的面積一般要稍稍大于壓電堆的受力面的面積。這樣 的結(jié)構(gòu)使壓電疊堆的受力面受力均勻，壓電疊堆產(chǎn)生的振動(dòng)通過隔離塊和鋼球傳遞給振 子，振子上的錐形槽具有定位鋼球的作用，隔離塊與壓電疊堆粘接在一起，隔離塊不僅使壓 電疊堆受力均勻，避免壓電疊堆因受力不均而遭到破壞，還可以將壓電疊堆與泵腔內(nèi)的液 體分開，實(shí)現(xiàn)干濕分離，避免壓電疊堆接觸到水而損壞。類似地，還可以采用振子的自由部 通過一鋼球與一端設(shè)有錐形槽的隔離塊接觸、隔離塊另一端與壓電疊堆粘接在一起的方 式，即容納鋼球的錐形槽開設(shè)在隔離塊上，與前述的方式類似。為了保證無閥壓電疊堆泵的密封效果，隔離塊密封地安裝在底座上，隔離塊上端 處于泵腔內(nèi)，與振子的自由部或者與鋼球接觸，下端與設(shè)置在通槽內(nèi)的壓電疊堆接觸，其與 泵體之間通過密封膠密封。本發(fā)明技術(shù)方案的無閥壓電疊堆泵模仿了魚類尤其是金槍魚在游動(dòng)時(shí)身體的前 半部分基本不動(dòng)而后半部分特別是尾部大幅擺動(dòng)的特點(diǎn)，振子在壓電疊堆的激勵(lì)下，產(chǎn)生 魚尾式擺動(dòng)，推動(dòng)水向出水口流動(dòng)。在工作情況下，給壓電疊堆激勵(lì)以正向偏置的簡諧信號(hào) 或方波信號(hào)，壓電疊堆里面的壓電陶瓷層在交變電壓的激勵(lì)下產(chǎn)生伸縮，通過鋼球和隔離 塊傳遞給振子；驅(qū)動(dòng)頻率為系統(tǒng)的高階彎振共振頻率時(shí)泵的流量和所能承受的背壓達(dá)到峰 值，可通過調(diào)節(jié)電壓和頻率來控制泵的流量。3、有益效果本發(fā)明的無閥壓電疊堆泵中使用的變截面振子，巧妙的模仿了魚類生物的游動(dòng)模 式，在80V電壓的激勵(lì)下，流量可達(dá)600ml/分鐘，比傳統(tǒng)的無閥壓電泵提高了 500%。本發(fā) 明集驅(qū)動(dòng)部件和流向控制部件于一體，既有有閥壓電泵流量大、能承受背壓的優(yōu)點(diǎn)，還有無 閥壓電泵無接觸磨損、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，另外，還具有流動(dòng)脈動(dòng)小這一傳統(tǒng)有閥壓 電泵和無閥壓電泵都不具備的特點(diǎn)。
四

圖1金槍魚的巡游模式示意圖；圖2變截面振子及驅(qū)動(dòng)方式示意圖3振子的工作振型示意圖；圖4本發(fā)明的一種實(shí)施例的壓電疊堆泵主視圖；圖5本發(fā)明的一種實(shí)施例的壓電疊堆泵俯視圖；圖6本發(fā)明的一種實(shí)施例的壓電疊堆泵B——B剖視圖；圖7本發(fā)明的一種實(shí)施例的振子示意圖；圖8本發(fā)明的一種實(shí)施例的壓電疊堆泵的隔離塊干濕分離部分示意圖；圖9本發(fā)明的另一種實(shí)施例的壓電疊堆泵主視圖；圖10本發(fā)明的另一種實(shí)施例的壓電疊堆泵俯視圖；圖11本發(fā)明的另一種實(shí)施例的壓電疊堆泵B——B剖視圖；圖12本發(fā)明的另一種實(shí)施例的振子示意圖；圖13本發(fā)明的另一種實(shí)施例的壓電疊堆泵的隔離塊干濕分離部分示意圖。
五具體實(shí)施例方式實(shí)施例一如圖2、圖4、圖5、圖6所示，本實(shí)施例的無閥壓電疊堆泵，包括密封的泵腔14、置 于泵腔內(nèi)的振子9和壓電疊堆16，其中，泵腔14由泵上蓋6和底座18組成，通過螺釘8將 泵上蓋6和底座18緊固，泵上蓋6和底座18之間通過密封墊13密封，泵腔14的泵上蓋6 一端設(shè)有進(jìn)流口 5，另一端設(shè)有出流口 12，振子9的固定部91通過調(diào)整墊片17固定在泵腔 14的底座18上；振子9的自由部92與固定端91通過接觸部93連接；振子9的自由部92 的截面呈漸變形狀，即自由部92非與固定部91連接的一端的截面積小于與固定部91連接 的一端的截面積；壓電疊堆16置于底座18上的通槽182內(nèi)，通槽182的位置與振子9的自 由部92位置對應(yīng)；振子9的自由部92下端與壓電疊堆16的頂端接觸。所述的調(diào)整墊片17由一組銅片疊置組成，本實(shí)施例采用10片厚度為0. 01毫米的 銅片。如圖4、圖7所示，自由部92由具有不同截面面積的第一、第二自由部921、922組 成，其中，第二自由部922的截面面積小于第一自由部921的截面面積。振子9還包括一個(gè) 柔性尾鰭11，該柔性尾鰭11的一端與第二自由部922的末端連接。本實(shí)施例中柔性尾鰭 11呈薄片狀。如圖4、圖8所示，自由部92上設(shè)有錐形槽，該錐形槽通過一鋼球10與隔離塊19 接觸，所述的隔離塊19與壓電疊堆16粘接在一起，隔離塊19安裝在底座18上，周圍使用 玻璃膠15進(jìn)行密封；底座18上設(shè)有固定螺釘8的螺孔181。為使壓電疊堆受力均勻，壓電 疊堆16的受力面的面積要稍小于隔離塊19的截面積。實(shí)施例二 如圖2、圖9、圖10、圖11、圖12所示，本實(shí)施例的無閥壓電疊堆泵，包括密封的泵腔14、置于泵腔內(nèi)的振子9和壓電疊堆16，其中，泵腔14由泵上蓋6和底座18組成，通過 螺釘8將泵上蓋6和底座18緊固，泵上蓋6和底座18之間通過密封墊13密封，泵腔14的 泵上蓋6 —端設(shè)有進(jìn)流口 5，另一端設(shè)有出流口 12，振子9的固定部91通過調(diào)整墊片17固 定在泵腔14的底座18上；振子9的自由部92與固定端91通過接觸部93連接；振子9的 自由部92的截面呈漸變形狀，即自由部92非與固定部91連接的一端的截面積小于與固定部91連接的一端的截面積，本實(shí)施例中，自由部92的截面呈細(xì)長的等腰三角形的形狀；壓 電疊堆16置于底座18上的通槽182內(nèi)，通槽182的位置與振子9的自由部92位置對應(yīng)； 振子9的自由部92下端與通過鋼球10與壓電疊堆16的頂端接觸。振子9還包括一個(gè)柔 性尾鰭11，該柔性尾鰭11的一端與自由部92的末端連接，本實(shí)施例的柔性尾鰭11呈細(xì)長 的金屬針狀。所述的調(diào)整墊片17由15片厚度為0. 01-0. 1毫米的銅片疊置組成。如圖9、圖13所示，振子9的自由部92通過一鋼球10與一端設(shè)有錐形槽的隔離 塊19接觸，隔離塊19另一端與壓電疊堆16粘接在一起。隔離塊19密封地安裝在底座18 上，周圍使用玻璃膠15進(jìn)行密封； 底座18上設(shè)有固定螺釘8的螺孔181。為使壓電疊堆受 力均勻，壓電疊堆16的受力面的面積要稍小于隔離塊19的截面積。
權(quán)利要求
一種無閥壓電疊堆泵，包括密封的泵腔(14)、置于泵腔內(nèi)的振子(9)和壓電疊堆(16)，其中，泵腔(14)由泵上蓋(6)和底座(18)組成，泵腔(14)的泵上蓋(6)一端設(shè)有進(jìn)流口(5)，另一端設(shè)有出流口(12)，其特征在于，振子(9)的固定部(91)通過調(diào)整墊片(17)固定在泵腔(14)的底座(18)上；振子(9)的自由部(92)與固定端(91)通過接觸部(93)連接；振子(9)的自由部(92)的截面呈漸變形狀，即自由部(92)非與固定部(91)連接的一端的截面積小于與固定部(91)連接的一端的截面積；壓電疊堆(16)置于底座(18)上的通槽(182)內(nèi)，通槽(182)的位置與振子(9)的自由部(92)位置對應(yīng)；振子(9)的自由部(92)下端與壓電疊堆(16)的頂端接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的無閥壓電疊堆泵，其特征在于，自由部(92)由具有不同截面面 積的第一、第二自由部(921、922)組成，其中，第二自由部(922)的截面面積小于第一自由 部(921)的截面面積。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無閥壓電疊堆泵，其特征在于，振子(9)還包括一個(gè)柔性尾 鰭(11)，該柔性尾鰭(11)的一端與自由部(92)的末端連接。
4.如權(quán)利要求1所述的無閥壓電疊堆泵，其特征在于，調(diào)整墊片(17)由一組銅片疊置 組成。
5.如權(quán)利要求4所述的無閥壓電疊堆泵，其特征在于，所述的銅片厚度為0.01-0.1毫米。
6.如權(quán)利要求2所述的無閥壓電疊堆泵，其特征在于，自由部(92)上設(shè)有錐形槽，該錐 形槽通過一鋼球(10)與隔離塊(19)接觸，所述的隔離塊(19)與壓電疊堆(16)粘接在一起。
7.如權(quán)利要求1所述的無閥壓電疊堆泵，其特征在于，振子(9)的自由部(92)通過一 鋼球(10)與一端設(shè)有錐形槽的隔離塊(19)接觸，隔離塊(19)另一端與壓電疊堆(16)粘接在一起。
8.如權(quán)利要求6或7所述的無閥壓電疊堆泵，其特征在于，隔離塊(19)密封地安裝在 底座(18)上。
9.如權(quán)利要求6或7所述的無閥壓電疊堆泵，其特征在于，壓電疊堆(16)的受力面的 面積小于隔離塊(19)的截面積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無閥壓電疊堆泵，包括密封的泵腔、置于泵腔內(nèi)的振子和壓電疊堆，振子的固定部通過調(diào)整墊片固定在泵腔的底座上；振子的自由部與固定端通過接觸部連接；振子的自由部的截面呈漸變形狀，即自由部非與固定部連接的一端的截面積小于與固定部連接的一端的截面積。本發(fā)明的無閥壓電疊堆泵中使用的變截面振子，巧妙的模仿了魚類生物的游動(dòng)模式，在80V電壓的激勵(lì)下，流量可達(dá)600ml/分鐘，比傳統(tǒng)的無閥壓電泵提高了500％；集驅(qū)動(dòng)部件和流向控制部件于一體，既有有閥壓電泵流量大、能承受背壓的優(yōu)點(diǎn)，還有無閥壓電泵無接觸磨損、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，另外，還具有流動(dòng)脈動(dòng)小這一傳統(tǒng)有閥壓電泵和無閥壓電泵都不具備的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F04B43/04GK101858331SQ20101017586
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者張建輝, 胡笑奇, 趙淳生, 黃 俊, 黃衛(wèi)清, 黃毅 申請人:南京航空航天大學(xué)