CN102345587A

CN102345587A - 共振驱动型压电泵

Info

Publication number: CN102345587A
Application number: CN2011103304861A
Authority: CN
Inventors: 杨志刚; 刘勇; 吴越; 王龙; 田丰君
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-02-08

Abstract

一种新型压电泵，采用压电振子3作为驱动力源，并与谐振放大机构4、传振机构5、流体驱动机构7、被驱动流体等共同构成谐振系统，在外部交变电压下，压电振子3的变形通过系统谐振放大后作用于被驱动流体上，从而实现流体的单向输送。压电振子3可以采用一般的双晶片弯曲振子结构或单晶片弯曲振子结构(图2)，也可以采用单晶片振子、双晶片振子并接或串接的组合结构。

Description

共振驱动型压电泵

技术领域

本发明属于流体输送领域，具体涉及一种共振驱动型压电流体输送装置。

背景技术

压电泵是以压电振子作为驱动力源的流体输送装置，一般具有体积小、功耗低、成本低、无电磁干扰、流量可精确控制等优点，在生物医学、精量化学、微机电工程等领等有着广泛应用。

现有的压电泵在输送气体时，由于压电振子处于封闭的空间之内，其自身振动所产生的热量难以释放，因而发热严重，进而造成输出效率降低，输送性能变差等，因而并不适于输送气体；在输送粘度较大的流体时，由于流体流动阻尼较大，在压电振子的振动时，流体的响应严重滞后，同时阀片在粘度较大的液体中运动缓慢，其响应频率也跟不上驱动频率，难以得到良好的输出能力，故也不适于输送比水粘度大得多的液体的输送。

本发明提出一种以压电振子(PZT、PLZT或PMN)作为驱动力源，利用谐振放大原理构造的、可适于驱动气体及粘度较大流体的新型压电泵。

发明内容

本发明的共振驱动型压电泵，其特征在于采用压电振子作为驱动力源，同时设置有谐振放大机构4、传振机构5、流体驱动机构7等，处于工作状态时，它们与被驱动流体等共同构成谐振系统，由此当有外部交变的激励电压作用于压电振子3上时，压电振子3的变形通过系统谐振放大后作用于被驱动流体上，从而实现流体的定向输送。

压电振子3依靠自身具有的逆压电效应将交变电压转化为交变变形(或交变载荷)，进而对系统提供振动激励，但其本身的交变变形(或交变载荷)并不直接作用于流体之上。压电振子3可以采用一般的单晶片或双晶片弯曲振子结构，也可以采用多个单晶片振子、双晶片振子等并接或串接的组合结构。

谐振放大机构4是为了对压电振子的交变变形进行放大而设置，其主要部件包括惯性调整块405、弹簧片406、弹性调整片402、基座401、传振杆403、连接环404等。

传振机构5是为了将谐振放大机构4输出的交变变形传递到流体驱动机构7所设置，其主要包括连接柱501、锁紧螺钉502、卡环503、驱动座504等。

流体驱动机构7是为了将传振机构5传递的交变变形(或交变载荷)直接作用于被输送流体上、形成对流体的定向输送所设置，主要由工作膜片701、密封圈702、单向截止阀704(2个)、出入口707(2个)、上壳体705、中壳体703、下壳体708等所构成。

本发明的优点在于：通过谐振放大机构可大幅度放大压电振子的交变变形，因而可实现较高的输出流量及输出压力性能；同时由于压电振子处于开放空间内，散热好，不发热，因而适于驱动不易散热的流体，如气体、大粘度液体等。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例；

图2是本发明的环形压电振子结构示意图；其中图2a为双晶片振子结构，图2b是单晶片振子结构；

图3是本发明的谐振放大机构示意图；

图4是本发明的传振机构示意图；

图5是本发明的流体驱动机构示意图。

1-减震块，2-减震块紧固螺钉，3-压电振子(环形)，401-基座，402-弹性调整片，403-传振杆，404-连接环，405-惯性调整块，406-弹簧片，501-连接柱，502-卡环锁紧螺钉，503-卡环，504-驱动座，6-下壳体连接螺钉，701-工作膜片，702-密封圈，703-中壳体，704-单向阀，705-上壳体，706-壳体连接螺钉，707-出入口，708-下壳体，8-连接柱连接螺钉

具体实施方式

以下结合附图给出的实施例对本发明结构及原理作进一步描述。

参照图1，本发明的压电泵由一个将电能转换成机械能的压电振子3作为驱动力源，与谐振放大机构4、传振机构5、流体驱动机构7、被驱动流体等共同构成谐振系统。基座401由4个减震块1支撑于地面。压电振子3与谐振放大机构4相连接，具体连接方式为：在下部，压电振子通过传振杆403、弹性调整片402与基座401相连；在上部，压电振子通过连接环404、惯性调整块405、弹簧片406与基座401相连。当有外部交变的激励电压作用于压电振子3时，压电振子3的变形通过谐振放大机构4放大后，通过传振机构5传递到工作膜片701，工作膜片701直接作用于被驱动流体，在单向阀704的协同作用下形成对流体的定向输送。

谐振放大机构4能够放大压电振子3的变形是基于共振原理。即：当由弹性调整片402、惯性调整块405、弹簧片406等所构成的谐振放大机构4的固有频率与压电振子3所提供的激振频率相一致或相接近时，谐振放大机构4处于共振状态，惯性调整块405上的变形获得了放大。而压电振子3所提供的激振频率是由外部施加的交变电压频率所决定的。所以实际使用中，只要调整外部交变电压的频率使之与谐振放大机构4的固有频率一致或接近即可。

参照图2，本发明的环形压电振子结构示意图。压电振子3可以采用上下两面均贴置压电陶瓷的双晶片弯曲振子结构(图2a)，也可以采用单面贴置压电陶瓷的单晶片弯曲振子结构(图2b)，为了增加驱动力，也可以采用多个单晶片振子或双晶片振子等并接或串接的组合结构。

参照图3，本发明的谐振放大机构示意图。其中惯性调整块405通过弹簧片406与基座401弹性连接，同时惯性调整块405通过连接环404连接于压电振子3的外边缘，压电振子3的中部与传振杆403的上端相连接，传振杆403的下端与弹性调整片402的中部相连，弹性调整片402的外边缘与基座401固定连接。当压电振子工作时，谐振放大机构4将与压电振子3构成谐振系统，在谐振状态下压电振子的交变变形将被大幅放大。谐振放大机构4的弹性可通过改变弹簧片406和弹性调整片402的材料、厚度、直径与固定方式等进行调整，惯性量可由惯性调整块405的质量、材料和结构方式进行调整。谐振放大机构4是本发明压电泵系统谐振状态的主要调整机构，最终作用于被驱动流体上的交变变形和交变载荷均是由谐振放大机构4的弹性力与惯性力决定的。

参照图4，本发明的传振机构示意图。其中连接柱501通过螺钉8与惯性调整块405相连接，驱动座504与工作膜片701相连接，驱动座504下端插入到连接柱501中，用于调整惯性调整块405与工作膜片701之间的距离。拧紧螺钉502，可通过卡环503将驱动座504与连接柱504固定连接。

参照图5，本发明的流体驱动机构7示意图。其中下壳体708通过螺钉6与基座401相连接，上壳体705与中壳体703通过螺钉706与下壳体708相连接，出入口707与上壳体705相连接，单向阀704通过阀座与中壳体703相连接，工作膜片701通过密封圈702分别与中壳体703下部和下壳体708上部密封连接。工作膜片701接收到传振机构5传递的交变变形和交变载荷后，直接作用于被驱动流体上，在单向阀704的协同作用下，实现对流体的定向输送。

Claims

1.一种压电泵，其特征在于采用压电振子3作为驱动力源，与谐振放大机构4、传振机构5、流体驱动机构7、被驱动流体等共同构成谐振系统，在外部交变电压下，压电振子3的变形通过系统谐振放大后作用于被驱动流体上，从而实现流体的定向输送。

2.根据权力要求1所述的压电泵，其特征在于：压电振子3可以采用一般的双晶片弯曲振子结构(图2a)或单晶片弯曲振子结构(图2b)，也可以采用单晶片振子、双晶片振子并接或串接的组合结构；

3.根据权力要求1所述的压电泵，其特征在于：谐振放大机构4是为了对压电振子的交变变形进行放大处理而设置的；其主要结构包惯性调整块、弹性机构和它们之间的连接机构等；其中惯性调整块405通过外挂重块或更换不同质量的惯性块来调整，弹性机构的弹性可以通过改变弹簧片406和弹性调整片402的厚度和材料等来调整；

4.根据权力要求1所述的压电泵，其特征在于：传振机构5是为了将谐振放大机构4输出的交变变形传递到流体驱动机构7所设置，其主要结构包括连接柱501、锁紧螺钉502、卡环503、驱动座504等。

5.根据权力要求1所述的压电泵，其特征在于：流体驱动机构7是为了将交变变形(或交变载荷)直接作用于被输送流体上，以形成流体的定向输送所设置，其主要包括流体驱动部分和支撑连接部分。