專利名稱：共振驅(qū)動(dòng)型壓電泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體輸送領(lǐng)域，具體涉及一種共振驅(qū)動(dòng)型壓電流體輸送裝置。
背景技術(shù)：
壓電泵是以壓電振子作為驅(qū)動(dòng)力源的流體輸送裝置，一般具有體積小、功耗低、成本低、無電磁干擾、流量可精確控制等優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)、精量化學(xué)、微機(jī)電工程等領(lǐng)等有著廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有的壓電泵在輸送氣體時(shí)，由于壓電振子處于封閉的空間之內(nèi)，其自身振動(dòng)所產(chǎn)生的熱量難以釋放，因而發(fā)熱嚴(yán)重，進(jìn)而造成輸出效率降低，輸送性能變差等，因而并不適于輸送氣體；在輸送粘度較大的流體時(shí)，由于流體流動(dòng)阻尼較大，在壓電振子的振動(dòng)時(shí)， 流體的響應(yīng)嚴(yán)重滯后，同時(shí)閥片在粘度較大的液體中運(yùn)動(dòng)緩慢，其響應(yīng)頻率也跟不上驅(qū)動(dòng)頻率，難以得到良好的輸出能力，故也不適于輸送比水粘度大得多的液體的輸送。本發(fā)明提出一種以壓電振子(PZT、PLZT或PMN)作為驅(qū)動(dòng)力源，利用諧振放大原理構(gòu)造的、可適于驅(qū)動(dòng)氣體及粘度較大流體的新型壓電泵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的共振驅(qū)動(dòng)型壓電泵，其特征在于采用壓電振子作為驅(qū)動(dòng)力源，同時(shí)設(shè)置有諧振放大機(jī)構(gòu)4、傳振機(jī)構(gòu)5、流體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7等，處于工作狀態(tài)時(shí)，它們與被驅(qū)動(dòng)流體等共同構(gòu)成諧振系統(tǒng)，由此當(dāng)有外部交變的激勵(lì)電壓作用于壓電振子3上時(shí)，壓電振子3的變形通過系統(tǒng)諧振放大后作用于被驅(qū)動(dòng)流體上，從而實(shí)現(xiàn)流體的定向輸送。壓電振子3依靠自身具有的逆壓電效應(yīng)將交變電壓轉(zhuǎn)化為交變變形(或交變載荷)，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)提供振動(dòng)激勵(lì)，但其本身的交變變形(或交變載荷)并不直接作用于流體之上。壓電振子3可以采用一般的單晶片或雙晶片彎曲振子結(jié)構(gòu)，也可以采用多個(gè)單晶片振子、雙晶片振子等并接或串接的組合結(jié)構(gòu)。諧振放大機(jī)構(gòu)4是為了對(duì)壓電振子的交變變形進(jìn)行放大而設(shè)置，其主要部件包括慣性調(diào)整塊405、彈簧片406、彈性調(diào)整片402、基座401、傳振桿403、連接環(huán)404等。傳振機(jī)構(gòu)5是為了將諧振放大機(jī)構(gòu)4輸出的交變變形傳遞到流體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7所設(shè)置，其主要包括連接柱501、鎖緊螺釘502、卡環(huán)503、驅(qū)動(dòng)座504等。流體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7是為了將傳振機(jī)構(gòu)5傳遞的交變變形(或交變載荷)直接作用于被輸送流體上、形成對(duì)流體的定向輸送所設(shè)置，主要由工作膜片701、密封圈702、單向截止閥704 個(gè))、出入口 707 個(gè))、上殼體705、中殼體703、下殼體708等所構(gòu)成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過諧振放大機(jī)構(gòu)可大幅度放大壓電振子的交變變形，因而可實(shí)現(xiàn)較高的輸出流量及輸出壓力性能；同時(shí)由于壓電振子處于開放空間內(nèi)，散熱好，不發(fā)熱，因而適于驅(qū)動(dòng)不易散熱的流體，如氣體、大粘度液體等。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例；圖2是本發(fā)明的環(huán)形壓電振子結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖加為雙晶片振子結(jié)構(gòu)，圖2b是單晶片振子結(jié)構(gòu)；圖3是本發(fā)明的諧振放大機(jī)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的傳振機(jī)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的流體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。1-減震塊，2-減震塊緊固螺釘，3-壓電振子(環(huán)形)，401-基座，402-彈性調(diào)整片，403-傳振桿，404-連接環(huán)，405-慣性調(diào)整塊，406-彈簧片，501-連接柱，502-卡環(huán)鎖緊螺釘，503-卡環(huán)，504-驅(qū)動(dòng)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(shí)施例方式以下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)及原理作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的壓電泵由一個(gè)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的壓電振子3作為驅(qū)動(dòng)力源，與諧振放大機(jī)構(gòu)4、傳振機(jī)構(gòu)5、流體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7、被驅(qū)動(dòng)流體等共同構(gòu)成諧振系統(tǒng)?；?401由4個(gè)減震塊1支撐于地面。壓電振子3與諧振放大機(jī)構(gòu)4相連接，具體連接方式為 在下部，壓電振子通過傳振桿403、彈性調(diào)整片402與基座401相連；在上部，壓電振子通過連接環(huán)404、慣性調(diào)整塊405、彈簧片406與基座401相連。當(dāng)有外部交變的激勵(lì)電壓作用于壓電振子3時(shí)，壓電振子3的變形通過諧振放大機(jī)構(gòu)4放大后，通過傳振機(jī)構(gòu)5傳遞到工作膜片701，工作膜片701直接作用于被驅(qū)動(dòng)流體，在單向閥704的協(xié)同作用下形成對(duì)流體的定向輸送。諧振放大機(jī)構(gòu)4能夠放大壓電振子3的變形是基于共振原理。即當(dāng)由彈性調(diào)整片402、慣性調(diào)整塊405、彈簧片406等所構(gòu)成的諧振放大機(jī)構(gòu)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(shí)，諧振放大機(jī)構(gòu)4處于共振狀態(tài)，慣性調(diào)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(shí)際使用中，只要調(diào)整外部交變電壓的頻率使之與諧振放大機(jī)構(gòu)4的固有頻率一致或接近即可。參照?qǐng)D2，本發(fā)明的環(huán)形壓電振子結(jié)構(gòu)示意圖。壓電振子3可以采用上下兩面均貼置壓電陶瓷的雙晶片彎曲振子結(jié)構(gòu)(圖加)，也可以采用單面貼置壓電陶瓷的單晶片彎曲振子結(jié)構(gòu)(圖2b)，為了增加驅(qū)動(dòng)力，也可以采用多個(gè)單晶片振子或雙晶片振子等并接或串接的組合結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D3，本發(fā)明的諧振放大機(jī)構(gòu)示意圖。其中慣性調(diào)整塊405通過彈簧片406與基座401彈性連接，同時(shí)慣性調(diào)整塊405通過連接環(huán)404連接于壓電振子3的外邊緣，壓電振子3的中部與傳振桿403的上端相連接，傳振桿403的下端與彈性調(diào)整片402的中部相連，彈性調(diào)整片402的外邊緣與基座401固定連接。當(dāng)壓電振子工作時(shí)，諧振放大機(jī)構(gòu)4將與壓電振子3構(gòu)成諧振系統(tǒng)，在諧振狀態(tài)下壓電振子的交變變形將被大幅放大。諧振放大機(jī)構(gòu)4的彈性可通過改變彈簧片406和彈性調(diào)整片402的材料、厚度、直徑與固定方式等進(jìn)行調(diào)整，慣性量可由慣性調(diào)整塊405的質(zhì)量、材料和結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行調(diào)整。諧振放大機(jī)構(gòu)4是本發(fā)明壓電泵系統(tǒng)諧振狀態(tài)的主要調(diào)整機(jī)構(gòu)，最終作用于被驅(qū)動(dòng)流體上的交變變形和交變載荷均是由諧振放大機(jī)構(gòu)4的彈性力與慣性力決定的。參照?qǐng)D4，本發(fā)明的傳振機(jī)構(gòu)示意圖。其中連接柱501通過螺釘8與慣性調(diào)整塊 405相連接，驅(qū)動(dòng)座504與工作膜片701相連接，驅(qū)動(dòng)座504下端插入到連接柱501中，用于調(diào)整慣性調(diào)整塊405與工作膜片701之間的距離。擰緊螺釘502，可通過卡環(huán)503將驅(qū)動(dòng)座 504與連接柱504固定連接。參照?qǐng)D5，本發(fā)明的流體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)5傳遞的交變變形和交變載荷后，直接作用于被驅(qū)動(dòng)流體上，在單向閥704的協(xié)同作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的定向輸送。
權(quán)利要求
1.一種壓電泵，其特征在于采用壓電振子3作為驅(qū)動(dòng)力源，與諧振放大機(jī)構(gòu)4、傳振機(jī)構(gòu)5、流體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7、被驅(qū)動(dòng)流體等共同構(gòu)成諧振系統(tǒng)，在外部交變電壓下，壓電振子3的變形通過系統(tǒng)諧振放大后作用于被驅(qū)動(dòng)流體上，從而實(shí)現(xiàn)流體的定向輸送。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的壓電泵，其特征在于壓電振子3可以采用一般的雙晶片彎曲振子結(jié)構(gòu)(圖2a)或單晶片彎曲振子結(jié)構(gòu)(圖2b)，也可以采用單晶片振子、雙晶片振子并接或串接的組合結(jié)構(gòu)；
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的壓電泵，其特征在于諧振放大機(jī)構(gòu)4是為了對(duì)壓電振子的交變變形進(jìn)行放大處理而設(shè)置的；其主要結(jié)構(gòu)包慣性調(diào)整塊、彈性機(jī)構(gòu)和它們之間的連接機(jī)構(gòu)等；其中慣性調(diào)整塊405通過外掛重塊或更換不同質(zhì)量的慣性塊來調(diào)整，彈性機(jī)構(gòu)的彈性可以通過改變彈簧片406和彈性調(diào)整片402的厚度和材料等來調(diào)整；
4.根據(jù)權(quán)力要求1所述的壓電泵，其特征在于傳振機(jī)構(gòu)5是為了將諧振放大機(jī)構(gòu)4輸出的交變變形傳遞到流體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7所設(shè)置，其主要結(jié)構(gòu)包括連接柱501、鎖緊螺釘502、卡環(huán)503、驅(qū)動(dòng)座504等。
5.根據(jù)權(quán)力要求1所述的壓電泵，其特征在于流體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7是為了將交變變形(或交變載荷)直接作用于被輸送流體上，以形成流體的定向輸送所設(shè)置，其主要包括流體驅(qū)動(dòng)部分和支撐連接部分。
全文摘要
一種新型壓電泵，采用壓電振子3作為驅(qū)動(dòng)力源，并與諧振放大機(jī)構(gòu)4、傳振機(jī)構(gòu)5、流體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7、被驅(qū)動(dòng)流體等共同構(gòu)成諧振系統(tǒng)，在外部交變電壓下，壓電振子3的變形通過系統(tǒng)諧振放大后作用于被驅(qū)動(dòng)流體上，從而實(shí)現(xiàn)流體的單向輸送。壓電振子3可以采用一般的雙晶片彎曲振子結(jié)構(gòu)或單晶片彎曲振子結(jié)構(gòu)(圖2)，也可以采用單晶片振子、雙晶片振子并接或串接的組合結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)F04B43/04GK102345587SQ20111033048
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者劉勇, 吳越, 楊志剛, 王龍, 田豐君 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)