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一種壓電泵.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510897408.8

申請日:

2015.12.08

公開號:

CN105317665A

公開日:

2016.02.10

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F04B 43/04申請日:20151208|||公開
IPC分類號: F04B43/04; F04B53/00 主分類號: F04B43/04
申請人: 河北大學
發明人: 郭輝; 郝紫陽; 張軍偉; 李小亭
地址: 071002河北省保定市北市區五四東路180號河北大學
優先權:
專利代理機構: 石家莊國域專利商標事務所有限公司13112 代理人: 胡素梅; 胡澎
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510897408.8

授權公告號:

105317665B||||||

法律狀態公告日:

2017.05.10|||2016.03.09|||2016.02.10

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了一種壓電泵。該壓電泵包括板狀的泵體、貼附在所述泵體上下端的壓電陶瓷片以及封蓋在所述泵體上下端的端蓋;在所述泵體的側面分別開有通往泵體內腔的注液通道和出液通道,在所述注液通道的外側端和所述出液通道的外側端分別設置有單向閥。本發明一方面可使壓電泵直接利用壓電陶瓷片的伸縮振動所產生的變形改變泵腔的容積,以提高泵的工作效率;另一方面使壓電泵具備更為合理的振動模態,此模態不僅能保證一定的泵腔容積變化,同時能提高泵腔容積變化的速度,以減小脈動效應。

權利要求書

1.一種壓電泵,其特征是,包括有:板狀的泵體,貼附在所述泵體上下端的壓電陶瓷片,以及封蓋在所述泵體上下端的端蓋;在所述泵體的側面分別開有通往泵體內腔的注液通道和出液通道,在所述注液通道的外側端和所述出液通道的外側端分別設置有單向閥;所述泵體包括外置本體、內置本體和連接所述外置本體與所述內置本體的四個輻板;所述外置本體為正方形板狀體,在其板面中心開有居中的圓形內腔;所述內置本體為中空的圓柱體,同心設置在所述外置本體的圓形內腔中;所述輻板均布在所述外置本體的內圓面與所述內置本體的外圓面之間,并與所述外置本體和所述內置本體一體相接;所述壓電陶瓷片為正方形,居中貼附在所述內置本體上下兩端的端面上,其四個頂角各自指向一個所述輻板的中心線;所述注液通道和所述出液通道分別穿過所述外置本體、所述輻板和所述內置本體,與所述內置本體的中空內腔相連通。2.根據權利要求1所述的壓電泵,其特征是,所述內置本體的高度與所述外置本體的厚度相同。3.根據權利要求1所述的壓電泵,其特征是,所述輻板位于所述外置本體側平面的中心對稱線上。4.根據權利要求3所述的壓電泵,其特征是,所述注液通道和所述出液通道開在所述外置本體的兩個相背的側平面上,且所述注液通道和所述出液通道在一條直線上。

說明書

一種壓電泵

技術領域

本發明涉及一種壓電器件,具體地說是一種壓電泵。

背景技術

壓電泵是一種不需要另外附加驅動電機的流體驅動器,其基本工作原理是利用壓電陶瓷的逆壓電效應使壓電振子產生振動變形,利用此振動變形,帶動泵腔的容積發生周期性變化,從而實現流體的定向傳輸。由于壓電泵具有響應快速、控制精度高、無電磁干擾等優點,因此在醫療儀器、精細化工、微型機械等領域有很好的應用前景。世界上許多國家都很重視這方面的研究工作,為滿足不同領域的具體需求,多種結構形式的壓電泵得以問世。

雖然目前壓電泵的結構形式及性能各有不同,但均利用壓電振子在電場作用下產生的振動變形實現流體傳輸,壓電泵在工作時,壓電振子產生周期性變形,帶動壓電泵的腔體體積及壓力產生周期性變化,從而完成流體的定向輸送。因此壓電振子的變形所產生的作用力通過何種方式作用于壓電泵的腔體,使腔體產生容積與壓力的變化,對泵的工作效率有重要影響。通常的壓電泵多利用薄板的彎曲振動變形使壓電泵腔體體積發生周期變化。具體而言是將壓電陶瓷片粘接于一個薄板,當陶瓷片產生伸縮變形時,與之粘接的薄板阻礙這種變形,其結果是使陶瓷片與薄板產生彎曲,用此薄板構成的泵腔會發生體積的改變。但是,現有的壓電泵的工作效率相對較低。

發明內容

本發明的目的就是提供一種壓電泵,該壓電泵能夠直接利用壓電陶瓷片產生沿其表面的伸縮變形來改變壓電泵腔體體積,從而可提高壓電泵的工作效率。

本發明是這樣實現的:一種壓電泵,包括有:板狀的泵體,貼附在所述泵體上下端的壓電陶瓷片,以及封蓋在所述泵體上下端的端蓋;在所述泵體的側面分別開有通往泵體內腔的注液通道和出液通道,在所述注液通道的外側端和所述出液通道的外側端分別設置有單向閥;

所述泵體包括外置本體、內置本體和連接所述外置本體與所述內置本體的四個輻板;所述外置本體為正方形板狀體,在其板面中心開有居中的圓形內腔;所述內置本體為中空的圓柱體,同心設置在所述外置本體的圓形內腔中;所述輻板均布在所述外置本體的內圓面與所述內置本體的外圓面之間,并與所述外置本體和所述內置本體一體相接;

所述壓電陶瓷片為正方形,居中貼附在所述內置本體上下兩端的端面上,其四個頂角各自指向一個所述輻板的中心線;

所述注液通道和所述出液通道分別穿過所述外置本體、所述輻板和所述內置本體,與所述內置本體的中空內腔相連通。

所述內置本體的高度與所述外置本體的厚度相同。

所述輻板位于所述外置本體側平面的中心對稱線上。

所述注液通道和所述出液通道開在所述外置本體的兩個相背的側平面上,且所述注液通道和所述出液通道在一條直線上。

本發明中壓電泵的泵體包括外置本體、內置本體以及連接外置本體和內置本體的四個輻板;外置本體為正方形板狀體,在其板面中心開有居中的圓形內腔;內置本體為中空的圓柱體,內置本體的中空內腔即為泵體的內腔,內置本體同心設置在外置本體的圓形內腔中;四個輻板均勻設置;壓電陶瓷片貼附在內置本體上下兩端的端面上;注液通道和出液通道分別穿過外置本體、輻板和內置本體,并與內置本體的中空內腔相連通;在注液通道和出液通道的外側端分別接有單向閥。壓電泵工作時,給貼附在內置本體上下兩端面的壓電陶瓷片接通特定頻率的交變電壓,激發泵體的特定振動模態,該模態下泵體的變形主要集中于內置本體的徑向,表現為內置本體橫截面面積的改變。當驅動電壓處于正半周時,內置本體的橫截面面積增大,從而使泵腔體積增大,液體通過注液通道外側端的單向閥流入注液通道,在注液通道內部依次流過外置本體、輻板后流入內置本體的中空內腔;當驅動電壓處于負半周時,內置本體的橫截面面積減小,即:泵腔體積減小,液體由內置本體的中空內腔流入出液通道,在出液通道內經輻板、外置本體后由出液通道外側端的單向閥流出。液體流動過程中泵腔的變形直接利用了貼附在內置本體上下端面的壓電陶瓷片的伸縮變形,因此可提高壓電泵的工作效率。

壓電泵依靠泵腔體積及壓力的周期性變化推動流體,這種推動必然會引起流體流量的脈動。而本發明中直接利用壓電陶瓷片產生沿其表面的伸縮變形來改變泵腔體積,壓電泵工作時泵腔為徑向振動模態,徑向振動模態的振動頻率明顯高于內置本體上下端面沿內置本體軸向向上或向下彎曲振動模態的振動頻率,也就是說本發明可提高泵腔容積變化的速度,從而顯著減小流體流動的脈動性,進一步提高壓電泵的工作性能。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是沿圖1中A-A向的剖視圖。

圖3是本發明中壓電陶瓷片的設置方式示意圖。

圖4是本發明中泵體的有限元結構模型圖;圖4(a)為立體圖,圖4(b)為正視圖。

圖5是本發明中泵體的內置本體橫截面面積增大時的振動模態振型圖;圖5(a)為立體圖,圖5(b)為正視圖。

圖6是本發明中泵體的內置本體橫截面面積減小時的振動模態振型圖;圖6(a)為立體圖,圖6(b)為正視圖。

具體實施方式

如圖1~圖3所示,本發明中的壓電泵包括板狀結構的泵體7、貼附在泵體7上端的上壓電陶瓷片4、貼附在泵體7下端的下壓電陶瓷片8、封蓋在泵體7上端的上端蓋3和封蓋在泵體7下端的下端蓋9。在泵體7的相對的兩個側面分別開有通往泵體7內腔的注液通道14和出液通道15,在注液通道14的外側端設置有注液單向閥1,在出液通道15的外側端設置有出液單向閥6。

泵體7包括外置本體10、內置本體13和連接外置本體10與內置本體13的四個輻板12。外置本體10為正方形板狀體,在外置本體10的板面中心開有居中的圓形內腔11。內置本體13為中空的圓柱體,內置本體13的中空內腔即為泵體7的內腔。內置本體13設置在外置本體10的圓形內腔11中,內置本體13的中心與外置本體10的中心重合,內置本體13的高度與外置本體10的厚度相同。

本實施例中上端蓋3和下端蓋9均為邊緣具有凸起沿的方形板狀結構,上端蓋3和下端蓋9的邊緣凸起沿與泵體7的外置本體10之間通過螺釘2連接,且在凸起沿與泵體7的外置本體10之間設置有彈性膠墊5。

四個輻板12均勻分布在外置本體10的圓形內腔11的內壁與內置本體13的外側壁之間,四個輻板12的橫截面均為矩形,四個輻板12與外置本體10和內置本體13呈一體連接結構。優選的,四個輻板中,其中兩個不相鄰的輻板位于外置本體10的兩個相背的側平面的中心對稱線(中心對稱線即為穿過平面中心且與平面垂直的直線)上;另兩個不相鄰的輻板位于外置本體10另外兩個相背的側平面的中心對稱線上。

上壓電陶瓷片4和下壓電陶瓷片8均為正方形結構。上壓電陶瓷片4居中貼附在內置本體13的上端面,下壓電陶瓷片8居中貼附在內置本體13的下端面。且上壓電陶瓷片4和下壓電陶瓷片8的四個頂角各自指向一個輻板12的中心線(見圖3中上壓電陶瓷片4的設置方式)。通過壓電陶瓷片可以激發泵體的振動模態,使內置本體13的內腔產生容積的變化,以推動流體(或液體)定向運動。

本實施例中注液通道14和出液通道15在一條直線上,且注液通道14和出液通道15的軸心線為外置本體10的兩個相背的側平面的中心對稱線。注液通道14穿過外置本體10、輻板12和內置本體13與內置本體13的內腔相連通;出液通道15同樣穿過外置本體10、輻板12和內置本體13與內置本體13的內腔相連通。優選的,注液通道14和出液通道15的橫截面為圓形。給上、下壓電陶瓷片接通驅動用的交變電壓,若驅動電壓處于正半周,則泵體的內置本體13的容積擴大,注液單向閥1開啟,出液單向閥6關閉,流體經注液通道14流入泵體7的內置本體13的內腔。當驅動電壓處于負半周時,內置本體13容積縮小,注液單向閥1關閉,出液單向閥6開啟,泵體7的內置本體13內的流體經出液通道15流出。

本發明實施例中泵體7的外置本體10的厚度為6mm,外置本體10的邊長尺寸為60mm,圓形內腔11的直徑為Φ40mm,內置本體13的內、外徑分別為Φ28mm及Φ36mm,內置本體13的上下兩端端面的厚度均為1mm。上、下壓電陶瓷片均通過強力膠粘接在內置本體13的上端面和下端面,上、下壓電陶瓷片的邊長為25mm,厚度為0.5mm,壓電陶瓷片采用不分區整體極化的方式設置。連接外置本體10和內置本體13的輻板12的寬度均為4mm,泵體7內注液通道14和出液通道15的內徑均為Φ2mm。

本發明泵體7的有限元結構模型如圖4所示,圖5和圖6為壓電泵工作時泵體的振動模態振型圖,圖5為內置本體橫截面面積增大時的振動模態振型圖,圖6為內置本體橫截面面積減小時的振動模態振型圖,圖5和圖6為通過設置有限元軟件ANSYS的變形系數并計算所成的圖,而實際變形量為10-6m數量級。通過圖4、圖5和圖6的比較可以看出,在此振動模態下,內置本體橫截面面積的增大或減小,使得內置本體的容積得以改變,因此可實現內置本體中流體的定向輸送。且本發明中內置本體橫截面面積的改變直接源自于上壓電陶瓷片與下壓電陶瓷片的伸縮變形,而不是通過間接的彎曲變形。

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一種 壓電
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