CN102141031A - 面内模态周向行波薄型压电蠕动泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面内模态周向行波薄型压电蠕动泵，包括压电陶瓷环、金属弹性体圆环、硅管、半圆环形硅管装置、绝缘垫圈、固定螺栓、固定螺帽、调整用螺栓和调整用螺帽，压电陶瓷环与金属弹性体圆环粘接，两者组成圆盘型压电复合振子；半圆环形硅管装置两端开有进管孔和出管孔，硅管从进管孔引入，从出管孔引出，设置于圆盘型压电复合振子与半圆环形硅管装置之间；半圆环形硅管装置通过调整用螺栓和调整用螺帽固定于圆盘型压电复合振子外圆周，圆盘型压电复合振子通过固定螺栓和固定螺帽进行固定，且在固定螺帽处设置绝缘垫圈。本发明结构简单、体积小、易于拆装、工作可靠、成本低、易实现低电压驱动，可广泛用于高散热需求的电子元器件的冷却系统中。

Description

面内模态周向行波薄型压电蠕动泵
技术领域
本发明属于蠕动泵设计领域，特别涉及一种面内模态周向行波薄型压电蠕动泵。
背景技术
目前电子产品日益轻薄短小，元件密度愈来愈高、工作速度愈来愈快，“散热”问题已成为电子产品可靠性与使用寿命最难克服的技术瓶颈。微型泵作为微流量系统的核心，在药物微量输送、燃料微量喷射、细胞分离、集成电子元件冷却、微量化学分析以及微小型卫星的推进等多个领域得到广泛应用。
压电蠕动泵为微型泵的一种，属于新型流体驱动装置，它是通过复合振子在交流电压的作用下发生面内交替变形，从而交替挤压硅管，使得在不需要单向阀或特殊进出流口结构的条件下就可以实现液体的单向流动。在应用中它利用压电陶瓷的逆压电效应，以复合振子的交替变形直接挤压硅管，无需电机驱动，省去了电机、定子及转子部分，具有结构简单、体积小、薄型、重量轻、耗能低、无噪声、无电磁干扰、工作可靠、单位体积能够产生较大的输出功率等优点。目前已有的压电蠕动泵中，通常采用压电堆或朗之万振子结构作为驱动元件，结构复杂，体积增加，不利于此类泵的小型或微型化，限制了压电蠕动泵性能提高及推广应用。
因此，需要提供一种体积小且结构简单的压电蠕动泵。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种面内模态周向行波薄型压电蠕动泵，其具有结构简单、体积小、薄型、重量轻、耗能低、无噪声、无电磁干扰、工作可靠等优点，能够应用于多种微测量系统。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：面内模态周向行波薄型压电蠕动泵，包括压电陶瓷环、金属弹性体圆环、硅管、半圆环形硅管装置、绝缘垫圈、固定螺栓、固定螺帽、调整用螺栓和调整用螺帽；所述金属弹性体圆环包括内孔金属弹性体圆环和外圆周金属弹性体圆环；所述压电陶瓷环内侧与内孔金属弹性体圆环连接，外侧与外圆周金属弹性体圆环连接，三者组成圆盘型压电复合振子；所述半圆环形硅管装置两端开有进管孔和出管孔，硅管从进管孔引入，从出管孔引出，设置于圆盘型压电复合振子与半圆环形硅管装置之间；半圆环形硅管装置通过调整用螺栓和调整用螺帽固定于圆盘型压电复合振子外圆周，所述圆盘型压电复合振子通过固定螺栓和固定螺帽进行固定，且在固定螺帽处设置绝缘垫圈。
作为优选，所述压电陶瓷环的内孔和外圆周与金属弹性体圆环粘接。
所述压电陶瓷环与金属弹性体圆环粘接所采用的粘接材料为环氧树脂，也可用特种金属焊接胶。
为更好的实现本发明，所述内孔金属弹性体圆环内侧刻有四个槽，固定螺栓上刻有四个凸起部分，槽与凸起部分相配合，用于卡住圆盘型压电复合振子。
所述内孔金属弹性体圆环的轴向尺寸分别比压电陶瓷环上、下面轴向尺寸高至少1mm，从而避免压电陶瓷环面与固定螺栓、固定螺帽相接触而造成短路。
为尽可能增大硅管受力表面，并达到固定硅管的作用，所述半圆环形硅管装置与硅管的接触部分为带有圆弧面的硅管槽，该硅管槽为半圆形，其弧长小于硅管外径周长的一半，硅管槽长小于圆盘压电复合振子外径周长的一半，以调节硅管受到的圆周方向的预紧力。
作为优选，调整用螺栓和调整用螺帽采用蝶形螺栓和蝶形螺帽。
本发明的工作过程：压电蠕动泵在工作时，硅管内充满流体，给沿径向极化的压电陶瓷环通交流电压时，由于压电陶瓷材料的逆压电效应，圆盘型压电复合振子在圆环的径向和周向被激发出二个面内驻波，其合成的结果是形成圆盘型压电复合振子面内的周向行波，即圆盘型压电复合振子在外表面的微观质点处形成沿圆周的椭圆运动轨迹，同时在周向预紧力作用下，该椭圆运动轨迹转化为复合振子对硅管内流体运动的推力，流体在此推力作用下沿圆周方向运动。改变两交流电压的相位差顺序，流体沿圆周相反方向运动，从而使得整个圆盘型压电复合振子在平面内产生交替形变，不断挤压硅管，实现硅管内不断有流体的流入和流出，通过调节蝶形螺栓调节硅管受到的圆周方向的预紧力，可以控制硅管内流体的流量和压力。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、现有的蠕动泵是用电磁电机驱动转子，由转子挤压硅管流出液体，电磁电机使得蠕动泵结构相对复杂，体积大，重量大。本发明面内模态周向行波薄型蠕动泵是利用复合振子的交替变形来挤压硅管流出液体，无需电机驱动，结构简单，体积小，重量轻，实现薄型结构的特点。
2、现有的蠕动泵由于是电磁电机驱动，会受到电磁干扰，不便于在有电磁场作用的地方应用，而本发明面内模态周向行波薄型蠕动泵无需电磁电机驱动，因此不受电磁干扰，可在有电磁场作用的地方使用。
3、本发明面内模态周向行波薄型蠕动泵易实现低电压驱动，可广泛用于在药物微量输送、微量化学分析、高散热需求的可携式电子产品及集成电子元件冷却等多个领域得到广泛应用。
附图说明
图1是本发明装置的主剖视图；
图2是本发明装置的俯视图；
图3是本发明装置中半圆环形硅管装置的剖视图；
图4是本发明中金属弹性体圆环的外观示意图；
图5是本发明中与金属弹性体圆环相配合的固定螺栓的外观示意图。
其中：1-压电陶瓷环、21-内孔金属弹性体圆环、22-外圆周金属弹性体圆环、3-硅管、4-半圆环形硅管装置、5-绝缘垫圈、6-固定螺栓、7-固定螺帽、8-蝶形螺栓、9-蝶形螺帽、10-进管孔、11-出管孔、12-槽、13-凸起部分。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1和图2所示，面内模态周向行波薄型压电蠕动泵，包括压电陶瓷环1、金属弹性体圆环、硅管3、半圆环形硅管装置4、绝缘垫圈5、固定螺栓6、固定螺帽7、调整用螺栓8和调整用螺帽9，所述金属弹性体圆环包括内孔金属弹性体圆环21和外圆周金属弹性体圆环22；所述压电陶瓷环1内侧与内孔金属弹性体圆环21连接，外侧与外圆周金属弹性体圆环22连接，三者组成圆盘型压电复合振子；所述半圆环形硅管装置4两端开有进管孔10和出管孔11，硅管3从进管孔10引入，从出管孔11引出，设置于圆盘型压电复合振子与半圆环形硅管装置4之间；半圆环形硅管装置4通过调整用螺栓8和调整用螺帽9固定于圆盘型压电复合振子外圆周，所述圆盘型压电复合振子通过固定螺栓6和固定螺帽7进行固定，且在固定螺帽7处设置绝缘垫圈5。
所述压电陶瓷环1的内孔和外圆周与金属弹性体圆环2粘接，本实施例中采用的粘接材料为环氧树脂。
所述内孔金属弹性体圆环2的内侧刻有四个槽12，固定螺栓6上刻有四个凸起部分13，槽12与凸起部分13相配合，用于卡住圆盘型压电复合振子。
内孔金属弹性体圆环21的轴向尺寸分别比压电陶瓷环1上、下面轴向尺寸高1mm。
为尽可能增大硅管受力表面，并达到固定硅管3的作用，所述半圆环形硅管装置4与硅管3的接触部分为带有圆弧面的硅管槽，该硅管槽为半圆形，其弧长小于硅管外径周长的一半，硅管槽长小于圆盘压电复合振子外径周长的一半。
在本实施例中调整用螺栓和调整用螺帽采用蝶形螺栓和蝶形螺帽。
本发明的工作过程：压电蠕动泵在工作时，硅管内充满流体，给沿径向极化的压电陶瓷环通交流电压时，由于压电陶瓷材料的逆压电效应，圆盘型压电复合振子在圆环的径向和周向被激发出二个面内驻波，其合成的结果是形成圆盘型压电复合振子面内的周向行波，即圆盘型压电复合振子在外表面的微观质点处形成沿圆周的椭圆运动轨迹，同时在周向预紧力作用下，该椭圆运动轨迹转化为复合振子对硅管内流体运动的推力，流体在此推力作用下沿圆周方向运动。改变两交流电压的相位差顺序，流体沿圆周相反方向运动，从而使得整个圆盘型压电复合振子在平面内产生交替形变，不断挤压硅管，实现硅管内不断有流体的流入和流出，通过调节蝶形螺栓调节硅管受到的圆周方向的预紧力，可以控制硅管内流体的流量和压力。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.面内模态周向行波薄型压电蠕动泵，其特征在于，包括压电陶瓷环、金属弹性体圆环、硅管、半圆环形硅管装置、绝缘垫圈、固定螺栓、固定螺帽、调整用螺栓和调整用螺帽；所述金属弹性体圆环包括内孔金属弹性体圆环和外圆周金属弹性体圆环；所述压电陶瓷环内侧与内孔金属弹性体圆环连接，外侧与外圆周金属弹性体圆环连接，三者组成圆盘型压电复合振子；所述半圆环形硅管装置两端开有进管孔和出管孔，硅管从进管孔引入，从出管孔引出，设置于圆盘型压电复合振子与半圆环形硅管装置之间；半圆环形硅管装置通过调整用螺栓和调整用螺帽固定于圆盘型压电复合振子外圆周，所述圆盘型压电复合振子通过固定螺栓和固定螺帽进行固定，且在固定螺帽处设置绝缘垫圈。
2.根据权利要求1所述的面内模态周向行波薄型压电蠕动泵，其特征在于，所述压电陶瓷环的内孔和外圆周与金属弹性体圆环粘接。
3.根据权利要求2所述的面内模态周向行波薄型压电蠕动泵，其特征在于，所述压电陶瓷环的内孔和外圆周与金属弹性体圆环粘接所用的粘接材料为环氧树脂或特种金属焊接胶。
4.根据权利要求1所述的面内模态周向行波薄型压电蠕动泵，其特征在于，所述内孔金属弹性体圆环内侧刻有四个槽，固定螺栓上刻有四个凸起部分，槽与凸起部分相配合，用于卡住圆盘型压电复合振子。
5.根据权利要求1所述的面内模态周向行波薄型压电蠕动泵，其特征在于，所述内孔金属弹性体圆环的轴向尺寸分别比压电陶瓷环上、下面轴向尺寸高至少1mm。
6.根据权利要求1所述的面内模态周向行波薄型压电蠕动泵，其特征在于，所述半圆环形硅管装置与硅管的接触部分为带有圆弧面的硅管槽，该硅管槽为半圆形。
7.根据权利要求6所述的面内模态周向行波薄型压电蠕动泵，其特征在于，所述硅管槽的弧长小于硅管外径周长的一半，硅管槽长小于圆盘压电复合振子外径周长的一半。
8.根据权利要求1所述的面内模态周向行波薄型压电蠕动泵，其特征在于，所述调整用螺栓和调整用螺帽采用蝶形螺栓和蝶形螺帽。
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