CN101608611B - 高流量压电泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高流量压电泵。一种用于以高流速泵送流体的压电泵，包括壳体和位于所述壳体内的致动器。施加到所述致动器的电压促使致动器对靠近致动器的第一膜片施加作用力。活塞组件位于所述壳体内，并且在至少一个第一位置和一个第二位置之间是可移动的。第一流体腔由所述壳体、第一膜片和活塞组件限定。联接流体位于所述第一流体腔内，用于将第一膜片联接到活塞组件。第二流体腔由所述壳体和活塞组件限定。进口阀与所述第二流体腔连通，并且出口阀与所述第二流体腔连通。

Description

高流量压电泵

技术领域

本申请涉及一种压电泵，并且特别涉及在压电致动器和活塞之间具有液力偶合器(液力联轴器)的压电泵，其能够提供高流量的液压流体。

背景技术

本部分中的叙述仅仅是提供与本申请相关的背景资料，并且可能构成或不构成现有技术。

通常的压电泵包括位于泵壳体内的压电致动器叠层。所述压电叠层由压电材料组成，当电压作用于其上时，所述压电材料与没有施加电压时的正常状态相比在外形和/或尺寸上膨胀和收缩。所述致动器叠层可用于同位于流体腔内的膜片接合。所述流体腔与一个单向进口阀和一个单向出口阀连通。当电压施加于所述致动器叠层时，致动器叠层内的所述材料膨胀和收缩。该位移作用于在流体腔内的膜片上。因此，膜片的所述位移改变了流体腔的容积，其通过所述进口阀吸入液压流体并通过所述出口阀排出液压流体。

这些常规的压电泵能够产生强大的位移作用力，从而在所述流体腔内提供高的液压。然而，致动器叠层内压电材料的实际位移量是有限的。因此，这些通常的压电泵不能提供高的液压流体流量，这就限制了压电泵的适用范围。例如，为了在发动机关闭时提供加压的液压流体，期望能将压电泵用在变速器液压控制系统内。该应用尤其期望在混合动力系统中。然而，常规的压电泵并不能提供变速器液压控制系统所需的高流体流量。因此，在本技术领域中需要这样一种压电泵，其适于提供高流量的液压流体。

发明内容

本发明提供了一种用于以高流速泵送流体的压电泵。所述压电泵包括壳体和位于壳体内的致动器。施加到所述致动器的电压促使致动器施加作用力到靠近致动器的第一膜片上。活塞组件位于壳体内，并且在至少一个第一位置和一个第二位置之间可移动。第一流体腔由所述壳体、第一膜片和活塞组件限定。联接流体(coupling fluid)位于所述第一流体腔内，用于将第一膜片联接到活塞组件。第二流体腔由所述壳体和活塞组件限定。进口阀与第二流体腔连通，并且出口阀与第二流体腔连通。由所述致动器施加的作用力使第一膜片移动，迫使联接流体将活塞组件从第一位置移动到第二位置，并且活塞组件在第一位置和第二位置之间的移动改变了第二流体腔的容积，从而通过进口阀使流体进入第二流体腔和通过出口阀使流体从第二流体腔中排出。

在本发明的一方面，所述活塞组件包括第二膜片，并且第一密封部分至少部分地由活塞组件的第二膜片限定。

在本发明的另一方面，所述活塞组件包括第三膜片，并且第二密封部分至少部分地由活塞组件的第三膜片限定。

在本发明的又一个方面，所述第一膜片的表面积大于第二膜片的表面积，并且第三膜片的表面积大于第一膜片的表面积。

在本发明的又一个方面，所述第一、第二和第三膜片安装到壳体上并且是可弯曲的。

在本发明的又一个方面，所述活塞组件沿着直线轴线在第一位置和第二位置之间移动。

在本发明又一个方面，所述第一流体腔是密封的。

在本发明的又一个方面，所述第一流体腔具有沿着直线轴线的颈口部分，所述颈口部分具有缩小的截面积，使得第一流体腔内的联接流体通过第一膜片的移动而被迫进入颈口部分，从而放大了活塞组件沿着直线轴线的位移。

在本发明的又一个方面，所述致动器包括至少一种压电材料，当电压作用于其上时所述压电材料产生变形。

根据这里提供的描述，更多的适用范围将是显而易见的。应该理解，所述描述和具体的实例仅仅是用于举例说明之目的，而不是用于限制本申请的范围。

附图说明

这里描述的附图仅用于举例说明之目的，而不是用于以任何方式限制本申请的范围。

图1A是根据本发明原理的压电泵处于第一位置时的横断面视图；并且

图1B是根据本发明原理的压电泵处于第二位置时的横断面视图。

具体实施方式

以下描述实际上仅仅是示例性的，并且不是用于限制本申请、应用或者用途。

参考图1，根据本发明原理的压电泵总体上用附图标记10来表示。所述泵10大体上包括泵壳体12、致动器组件14、活塞组件16、进口阀18和出口阀20。如下面将详细描述的，泵10可操作用于将例如液压流体21的物质通过位于壳体12中的入口22泵送到位于壳体12中的出口24。

致动器组件14位于壳体12内，并且包括与第一膜片28至少部分接触的致动器叠层26。致动器叠层26由多个堆叠的压电材料层30组成。压电材料层30由压电材料构成，当适合的电压作用于致动器叠层26时，压电材料可操作地膨胀和收缩(即产生应变输出或者变形)。在所述优选实施例中，压电材料层30在至少部分地沿着直线轴线32的方向上膨胀和收缩。压电材料例如包括但是不局限于石英晶体、铌酸铅钛酸钡及其他钛酸盐(titante)化合物，例如钛酸锆酸铅。然而，应该理解致动器叠层26可以在没有背离本发明范围的情况下采取各种形式，例如，致动器叠层26可以包括单层压电材料、或者其它不同于叠层压电材料或除叠层压电材料之外的结构。

第一膜片28优选为圆盘形，并且沿着第一膜片28的外缘32固定地安装到壳体12上。更具体地说，外缘32被密封在形成于壳体12的内表面36中的凹槽34内。然而，在没有背离本发明范围的情况下，可以使用各种其它方法将第一膜片28安装到壳体12上。另外，应该理解第一膜片28可以在没有背离本发明范围的情况下采取各种其它形状。第一膜片28由可变形但是能复原的材料构成。如下面将详细描述的，第一膜片28可通过致动器叠层26的移动而产生变形或者弯曲。

活塞组件16包括活塞40、第二膜片42和第三膜片44。活塞40可滑动地布置在壳体12的第一室45内。第一室45包括用于允许空气进入和离开室45的通风孔47。活塞40包括从活塞头48延伸的活塞杆46。活塞杆46延伸到由壳体12和第二膜片42限定的第二室49内。第二室49经由通风孔51与第一室45连通。活塞40在如图1A所示的第一位置和如图1B所示的第二位置之间沿着直线轴线32可滑动地移动。。

第二膜片42优选为圆盘形，并且沿着第二膜片42的外缘50固定地安装壳体12上。更具体地说，外缘50被密封在形成于壳体12的内表面36中的凹槽52内。然而，在没有背离本发明范围的情况下，可以使用各种其它方法将第二膜片42安装到壳体12上。另外，应该理解第二膜片42可以在没有背离本发明范围的情况下采取各种的其它形状。第二膜片42由可变形但是能复原的材料构成。如下面将详细描述的，第二膜片42可通过致动器叠层26的移动而产生变形或者弯曲。第二膜片42的表面积小于第一膜片28的表面积。

第三膜片44与第二膜片42相似，并且优选为圆盘形并沿着它的外缘54固定地安装在壳体12上。更具体地说，外缘54被密封在形成于壳体12的内表面36中的凹槽56内。然而，在没有背离本发明范围的情况下，可以使用各种其它方法将第三膜片44安装到壳体12上。另外，应该理解第三膜片44可以在没有背离本发明范围的情况下采取各种其它形状。第三膜片44由可变形但是能复原的材料构成。如下面将详细描述的，第三膜片44可通过活塞40的移动而产生变形。第三膜片44的表面积大于第二膜片42的表面积和第一膜片28的表面积。

泵10还包括位于致动器组件14和活塞组件16之间的封闭流体腔60。封闭流体腔60由第一膜片28、壳体12的内表面36和第二膜片42所限定。封闭流体腔60包括具有缩小截面积的颈口部分62。颈口部分62位于第二膜片42附近，并且沿着纵轴线32延伸。联接流体64位于封闭流体腔60内部。联接流体64优选为油，当然也可以使用各种的其它流体。在所述优选方案中，联接流体64完全充满封闭流体腔60。

泵10还包括由壳体12的内表面36和第三膜片44限定的流体腔66。流体腔66经由进口阀18与入口22连通，并且经由出口阀20与出口24连通。

进口阀18可操作用于允许流体从入口22流入流体腔66，并且可操作用于防止流体从流体腔66流到入口22。因此，进口阀18是一个单向流量阀。在提供的所述实例中，进口阀18示意性地图示为单向簧片阀，然而，应该理解进口阀18可以采取各种形式，包括但是并不仅限于止回阀、舌簧阀或者电磁驱动阀。

出口阀20可操作用于允许流体从流体腔66流到出口24，并且可操作用于防止液流从出口24流入流体腔66。因此，出口阀20是一个单向流量阀。在提供的所述实例中，出口阀20示意性地图示为单向簧片阀，然而，应该理解出口阀20可以采取各种的形式，包括但是并不仅限于止回阀、舌簧阀或者电磁驱动阀。

共同参考图1A和1B，现在将详细地描述泵10的操作。在适合的电压作用到致动器叠层26之后，致动器叠层26至少部分地沿纵轴线32方向变形或者膨胀。致动器叠层26接触到第一膜片28，并且使第一膜片28弯曲进入到封闭流体腔60内。第一膜片28的进入到封闭流体腔60内的移动迫使相对不可压缩的流体64移动到颈口部分62内，并且作用在第二膜片42上。因此，颈口部分62通过沿着纵轴线32对更多流体64施压，有利于增加第二膜片42的位移量。当流体64接合第二膜片42时，第二膜片42沿着纵轴线32向外弯曲并且接触活塞40的活塞杆46。第二膜片42使活塞40从如图1A所示的第一位置移动到图1B所示的第二位置。当活塞40移动到第二位置时，活塞头48接触第三膜片44并且使第三膜片44沿着纵轴线32向外弯曲。第三膜片44的向外弯曲减小了流体腔66的容积，因此液压流体被迫通过出口阀20从流体腔66中流出，然后通过出口24流出。

当作用于致动器叠层26的电压改变时(通过去除该电压或者变换电压以引起收缩)，致动器叠层26收缩到原有的状态或缩短的状态。这又允许第一、第二和第三膜片28、42、44回到它们未弯曲的正常位置，如图1A所示。当第三膜片44恢复到它的正常状态时，流体腔66的容积增加，于是液压流体通过进口阀18和入口22被吸入到真空中。通过交替地周期性改变施加到致动器叠层26上的电压，流体可以反复地被吸入流体腔66并从中排出。通过借助于联接流体64将致动器叠层26的移动联接到活塞组件16，获得了沿着纵轴线32的放大的位移距离。这又允许增大流体腔66内的容积变化，因此增加了被吸入流体腔66和从流体腔66排出的流体流量。

在本发明的可选实施例中，第二膜片42和第三膜片44被去除，于是活塞头48和活塞杆46被直接密封到壳体12的内表面36上。在该实施例中，联接流体64直接作用在活塞杆46上，并且使活塞杆46在第一和第二位置之间移动。同样地，活塞头48直接与流体腔66接触并且改变其容积。

本发明的所述描述实际上仅仅是示范性的，并且没有背离本发明主旨的变化仍然处于本发明的范围之内。这些变化并不被认为是背离了本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于泵送流体的压电泵，所述泵包括：

壳体；

位于壳体内的致动器，其中施加到致动器的电压促使致动器施加作用力；

靠近所述致动器的第一膜片；

位于壳体内的活塞组件，所述活塞组件在至少一个第一位置和一个第二位置之间可移动，所述活塞组件包括活塞、第二膜片和第三膜片；

由所述壳体、第一膜片和活塞组件的第二膜片限定的密封的第一流体腔；

位于第一流体腔内的用于将第一膜片联接到活塞组件的联接流体；

由所述壳体和活塞组件的第三膜片限定的第二流体腔；

与第二流体腔连通的进口阀；

与第二流体腔连通的出口阀；

其中所述第一膜片的表面积大于第二膜片的表面积，并且第三膜片的表面积大于第一膜片的表面积；

其中，由所述致动器施加的作用力使第一膜片位移，迫使联接流体将活塞组件从所述第一位置移动到所述第二位置，并且活塞组件在第一位置和第二位置之间的移动改变第二流体腔的容积，从而使流体通过进口阀进入第二流体腔和通过出口阀从第二流体腔排出；

其中所述第一流体腔带有沿着直线轴线的颈口部分，所述颈口部分具有缩小的截面积，使得第一流体腔内的联接流体由于第一膜片的位移而被迫进入颈口部分，从而放大活塞组件沿着直线轴线的位移。

2.如权利要求1所述的压电泵，其中所述第一、第二和第三膜片安装在壳体上并且是可变形的。

3.如权利要求1所述的压电泵，其中所述活塞组件沿着直线轴线在所述第一位置和第二位置之间移动。

4.如权利要求1所述的压电泵，其中所述致动器包括至少一种压电材料，当电压作用于所述压电材料上时所述压电材料产生变形。

5.一种用于泵送流体的压电泵，所述泵包括：

壳体；

位于壳体内的致动器，其中施加到致动器的电压促使致动器施加作用力；

靠近所述致动器的第一膜片；

靠近所述第一膜片的第二膜片；

靠近所述第二膜片的第三膜片；

位于所述第二和第三膜片之间的活塞，活塞组件在至少一个第一位置和一个第二位置之间可移动；

由所述壳体、第一膜片和第二膜片限定的密封的第一流体腔；

位于第一流体腔内的用于将第一膜片联接到第二膜片的联接流体；

由所述壳体和第三膜片限定的第二流体腔；

与第二流体腔连通的进口阀；

与第二流体腔连通的出口阀；

其中所述第一膜片的表面积大于第二膜片的表面积，并且第三膜片的表面积大于第一膜片的表面积；

其中，由所述致动器施加的作用力使第一膜片位移，迫使联接流体使第二膜片位移，其中第二膜片的位移使活塞从所述第一位置移动到所述第二位置，并且活塞组件在第一位置和第二位置之间的移动使第三膜片位移，从而改变第二流体腔的容积，并且使流体通过进口阀进入第二流体腔和通过出口阀从第二流体腔排出；

其中第一流体腔带有沿着直线轴线的颈口部分，所述颈口部分具有缩小的截面积，使得第一流体腔内的联接流体由于第一膜片的位移而被迫进入颈口部分，从而放大第二膜片的位移。

6.如权利要求5所述的压电泵，其中所述第一、第二和第三膜片安装到壳体并且是可变形的。

7.如权利要求6所述的压电泵，其中所述活塞组件沿着直线轴线在所述第一位置和第二位置之间移动。

8.如权利要求5所述的压电泵，其中所述致动器包括至少一种压电材料，当电压作用于所述压电材料上时所述压电材料产生变形。

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