CN102220960A

CN102220960A - 轮毂型压电蠕动泵

Info

Publication number: CN102220960A
Application number: CN2011101627257A
Authority: CN
Inventors: 张铁民; 梁莉; 马旭
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2031-06-16
Also published as: CN102220960B

Abstract

本发明公开了一种轮毂型压电蠕动泵，该泵包括上盖和下盖，以及设置在上盖和下盖之间的压电陶瓷片、金属弹性体圆环、硅管、轮条、滚珠、滚珠固定装置、固定螺栓和固定螺帽。金属弹性体圆环包括金属弹性体内圆环和金属弹性体外圆环，二者通过轮条连接，压电陶瓷片与金属弹性体外圆环内侧面粘接。金属弹性体圆环、压电陶瓷片及轮条构成轮毂型振子。金属弹性体外圆环周向外侧面设有滚珠。下盖侧壁上开有进管口、出管口，硅管从进管口引入，从出管口引出，置于滚珠与下盖硅管槽之间。固定螺栓的螺栓头紧贴在下盖底部，用固定螺母对轮毂型振子进行固定。本发明具有结构简单、体积小、重量轻、薄型、耗能低、无噪声、无电磁干扰、工作可靠等优点。

Description

轮毂型压电蠕动泵

技术领域

本发明属于蠕动泵设计领域，特别涉及一种轮毂型压电蠕动泵。

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的提高及推广应用。

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，提供一种轮毂型压电蠕动泵，其具有结构简单、体积小、重量轻、薄型、耗能低、无噪声、无电磁干扰、工作可靠等优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：轮毂型压电蠕动泵，包括上盖和下盖，以及设置在上盖和下盖之间的压电陶瓷片、金属弹性体圆环、硅管、轮条、滚珠、滚珠固定装置、固定螺栓和固定螺帽；所述金属弹性体圆环包括金属弹性体内圆环和金属弹性体外圆环，二者通过轮条连接，所述压电陶瓷片与金属弹性体外圆环内侧面粘接，所述金属弹性体圆环、压电陶瓷片及轮条构成轮毂型振子；金属弹性体外圆环周向外侧面设有滚珠固定装置，其内放置滚珠；所述下盖侧壁上开有进管口、出管口，硅管从进管口引入，从出管口引出，置于滚珠与下盖硅管槽之间；所述固定螺栓的螺栓头紧贴在下盖底部，固定螺栓穿过金属弹性体内圆环，用固定螺母对轮毂型振子进行固定；所述上盖、滚珠固定装置和下盖三者固定连接。

所述金属弹性体内圆环和金属弹性体外圆环二者沿周向方向对应均布有若干个轮条螺纹孔，轮条通过轮条螺纹孔将金属弹性体内圆环和金属弹性体外圆环进行固定连接。

所述压电陶瓷片均布于金属弹性体外圆环内侧面上，一共为2*N个，N为正整数且大于2。作为优选方案，选择6片压电陶瓷片时效果最佳。

为更好的实现本发明的目的，每个压电陶瓷片与它两边相邻的陶瓷片之间所通的电压相位差为90度，它两边相邻的陶瓷片所通的电压相位差为0。

所述压电陶瓷片与金属弹性体外圆环内侧面粘接所用的粘接材料为环氧树脂或特种金属焊接胶。

为更好的实现本专利，所述金属弹性体内圆环距离下盖近的那一面的底部刻有四个凹槽，固定螺栓上刻有四个凸起部分，凹槽与凸起部分相配合，用于卡住轮毂型振子。

为尽可能增大硅管受力表面，并达到固定硅管的作用，所述下盖内侧面刻有圆弧形硅管槽，硅管置于滚珠和硅管槽之间。

为更好的达到固定的目的，所述下盖底部设置有凹槽，固定螺栓的螺栓头嵌入到凹槽内，使固定螺栓不会在下盖底部所在平面上发生移动。

所述上盖、滚珠固定装置、下盖对应有螺纹孔，三者通过螺栓固定连接。

本发明的工作过程：轮毂型压电蠕动泵工作时，硅管内充满流体，给两组压电陶瓷片通以相差为90°度的交流电压，由于压电陶瓷材料的逆压电效应，压电陶瓷片产生交替形变，激励金属弹性体外圆环产生周向旋转行波，该周向旋转行波通过滚珠不断挤压硅管，从而实现硅管内不断有流体流出，改变交变电压的频率可以控制硅管内流体的流量和压力，改变交变电压的相位差顺序可以改变流体流动的方向。

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，蠕动泵工作时由电机带动转子上的滚柱挤压硅管流出液体，电磁电机使得蠕动泵结构相对复杂，体积大，重量大。本发明轮毂型压电蠕动泵是利用轮毂型振子的交替变形通过滚珠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，实现了薄型结构的特点。

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工作，而本发明轮毂型压电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、本发明轮毂型压电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。

4、本发明中压电陶瓷片粘接在金属弹性体外圆环内侧面，金属弹性体内圆环通过轮条与金属弹性体外圆环相固接，这种结构既克服压电陶瓷易脆裂的缺点，又增加了轮毂型振子的机械强度和刚度。

5、本发明中，在金属弹性体外圆环周向外侧面装有滚珠固定装置，滚珠放置在这一装置内，采用这个装置即可以固定滚珠又可以减少轮毂型振子周边与硅管摩擦，从而延长蠕动泵的使用寿命。

附图说明

图1是本发明装置的主剖结构示意图；

图2是本发明装置俯视结构示意图；

图3(a)是本发明中轮毂型振子的俯视图；

图3(b)是本发明中轮毂型振子的结构示意图；

图4是本发明中金属弹性体内圆环结构示意图；

图5是本发明中金属弹性体外圆环结构示意图；

图6是本发明中固定螺栓和螺母的结构示意图；

图7是本发明中上盖的结构示意图；

图8(a)是本发明中下盖的结构示意图；

图8(b)是本发明中下盖的截面示意图；

图9是本发明中滚珠固定装置的结构示意图。

图10是本发明中轮毂型振子的一种振动模态示意图；

图11是本发明中轮毂型振子的另一种振动模态示意图。

图1-9中：1-轮条、2-压电陶瓷片、3-金属弹性体外圆环、4-滚珠固定装置、5-滚珠、6-下盖、7-硅管、8-固定螺栓、9-固定螺帽、10-固定螺栓凸起部分、11-金属弹性体内圆环、12-进管口、13-出管口、14-六角凹槽、15-硅管槽、16-上盖、17-金属弹性体内圆环凹槽、18-轮条螺纹孔、19-固定螺纹孔。

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

轮毂型压电蠕动泵，包括上盖16和下盖6，以及设置在上盖16和下盖6之间的压电陶瓷片2、金属弹性体圆环、硅管7、轮条1、滚珠5、滚珠固定装置4、固定螺栓8和固定螺帽9，具体如图1和2所示。

其中如图3(a)和图3(b)所示，金属弹性体圆环包括金属弹性体内圆环11和金属弹性体外圆环3，二者通过轮条1连接，压电陶瓷片2与金属弹性体外圆环3内侧面粘接。所述金属弹性体圆环、压电陶瓷片及轮条构成轮毂型振子。

如图4和图5所示，所述金属弹性体内圆环11周向均布有若干个轮条螺纹孔18，金属弹性体外圆环3周向也均布有若干个轮条螺纹孔18，这些螺纹孔一一对应，轮条1的两端也设置有螺纹，从而轮条1通过螺纹配合将金属弹性体内圆环11和金属弹性体外圆环3进行固定连接。

在本实施例中，所述压电陶瓷片2均布于金属弹性体外圆环3内侧面上，一共采用6片。每个压电陶瓷片2与它两边相邻的陶瓷片之间所通的电压相位差为90度，它两边相邻的陶瓷片所通的电压相位差为0。

在本实施例中，压电陶瓷片2与金属弹性体外圆环3内侧面粘接所用的粘接材料为环氧树脂。

如图4所示，所述金属弹性体内圆环11距离下盖6近的那一面的底部刻有四个凹槽17，如图6所示，固定螺栓8上刻有四个凸起部分10，凹槽与凸起部分相配合，用于卡住轮毂型振子。

如图7所示，为本发明装置的上盖示意图，对应下盖6的进管口12和出管口13，上盖16也开有两个孔，以防止对导入的硅管7造成挤压。

如图8(a)所示，下盖6侧壁上开有进管口12、出管口13，硅管7从进管口12引入，从出管口13引出，置于滚珠5与下盖6侧壁之间。本实施例中，固定螺栓8采用六角螺栓，所以在下盖6底部开有一个六角凹槽14，固定螺栓8的螺栓头嵌入到凹槽内，使固定螺栓8不会在下盖6底部所在平面上发生移动。

为尽可能增大硅管7受力表面，并达到固定硅管的作用，如图8(a)和图8(b)所示，所述下盖6内侧面刻有圆弧形硅管槽15，硅管7置于滚珠5和硅管槽15之间。

如图9所示，为本实施例中所采用的设置在金属弹性体外圆环3周向外侧面的滚珠固定装置4，滚珠5放置在其铁环内，采用这个装置即可以固定滚珠又可以减少轮毂型振子周边与硅管摩擦。

如图7所示，上盖16上设置有固定螺纹孔19，如图8(a)所示，下盖6上对应上盖固定螺纹孔处也设置有螺纹孔19，如图9所示，滚珠固定装置4中各铁环之间的连接部位处均设置有螺纹孔19，在安装过程中，螺栓通过螺纹孔将上盖16、下盖6和滚珠固定装置4进行固定，从而使内部的轮毂型振子能够固定。

本发明的工作原理是：压电陶瓷片在受到交流电压的作用时，因为压电陶瓷材料的逆压电效应，压电陶瓷片会产生交替形变。图10和图11为本实施例中压电陶瓷片在受到正弦信号的激励下所激发出的两个周向振动模态示意图。当本实施例中的每个压电陶瓷片与它两边相邻的陶瓷片之间所通的电压相位差为90度，它两边相邻的陶瓷片所通的电压相位差为0时，轮毂型振子随着交流电压的频率被同时激发出两种不同的周向振动模态，即在轮毂型振子外表面处形成沿圆周的行波，该行波推动滚珠沿圆周方向蠕动，形成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。

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

1.轮毂型压电蠕动泵，其特征在于，包括上盖和下盖，以及设置在上盖和下盖之间的压电陶瓷片、金属弹性体圆环、硅管、轮条、滚珠、滚珠固定装置、固定螺栓和固定螺帽；所述金属弹性体圆环包括金属弹性体内圆环和金属弹性体外圆环，二者通过轮条连接，所述压电陶瓷片与金属弹性体外圆环内侧面粘接，所述金属弹性体圆环、压电陶瓷片及轮条构成轮毂型振子；金属弹性体外圆环周向外侧面设有滚珠固定装置，其内放置滚珠；所述下盖侧壁上开有进管口、出管口，硅管从进管口引入，从出管口引出，置于滚珠与下盖硅管槽之间；所述固定螺栓的螺栓头紧贴在下盖底部，固定螺栓穿过金属弹性体内圆环，用固定螺母对轮毂型振子进行固定；所述上盖、滚珠固定装置和下盖三者固定连接。

2.根据权利要求1所述的轮毂型压电蠕动泵，其特征在于，所述金属弹性体内圆环和金属弹性体外圆环二者沿周向方向对应均布有若干个轮条螺纹孔，轮条通过轮条螺纹孔将金属弹性体内圆环和金属弹性体外圆环进行固定连接。

3.根据权利要求1所述的轮毂型压电蠕动泵，其特征在于，所述压电陶瓷片均布于金属弹性体外圆环内侧面上，一共为2*N个，N为正整数且大于2。

4.根据权利要求3所述的轮毂型压电蠕动泵，其特征在于，所述每个压电陶瓷片与它两边相邻的陶瓷片之间所通的电压相位差为90度，它两边相邻的陶瓷片所通的电压相位差为0。

5.根据权利要求1所述的轮毂型压电蠕动泵，其特征在于，所述压电陶瓷片与金属弹性体外圆环内侧面粘接所用的粘接材料为环氧树脂或特种金属焊接胶。

6.根据权利要求1所述的轮毂型压电蠕动泵，其特征在于，所述金属弹性体内圆环距离下盖近的那一面的底部刻有四个凹槽，固定螺栓上刻有四个凸起部分，凹槽与凸起部分相配合，用于卡住轮毂型振子。

7.根据权利要求1所述的轮毂型压电蠕动泵，其特征在于，所述下盖内侧面刻有圆弧形硅管槽，硅管置于滚珠和硅管槽之间。

8.根据权利要求1所述的轮毂型压电蠕动泵，其特征在于，所述下盖底部设置有凹槽，固定螺栓的螺栓头嵌入到凹槽内。

9.根据权利要求1所述的轮毂型压电蠕动泵，其特征在于，所述上盖、滚珠固定装置、下盖对应有螺纹孔，三者通过螺栓固定连接。