CN103925199B - 一种新型叠层式压电隔膜泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型叠层式压电隔膜泵，包括泵体、阀片、中间件、腔体件、压电振子和上盖，其中上盖与泵体连接，阀片、中间件、腔体件和压电振子由下到上依次布置于泵体的圆柱形凹槽中，由弹性橡胶材料制成的阀片和腔体件被压缩形成密封，构成连接有入口阀和出口阀的泵腔，所述泵腔通过入口阀与入口管连接，通过出口阀与出口管连接，工作时所述压电振子在交变电压作用下产生往复振动，泵腔体积随之增大或减小，与入口阀和出口阀结合后，流体从入口管流入，从出口管流出，该压电隔膜泵具有构成简单，零件加工精度要求低，便于大规模生产的优点。

Description

一种新型叠层式压电隔膜泵

技术领域

本发明属于流体输送领域，具体涉及一种新型叠层式压电隔膜泵装置。

背景技术

压电隔膜泵是一种由压电振子驱动的容积泵，具有结构简单便于大批量生产、体积小便于微型化和数字化控制且寿命长等优点，在仪器仪表、检测设备及机械电子领域有广泛的应用前景。压电隔膜泵根据阀构成的不同一般分为两类，即有阀压电隔膜泵和无阀压电隔膜泵，有阀压电隔膜泵的性能远高于无阀压电隔膜泵，因此在传统应用领域中更具优势，而无阀压电隔膜泵由于其构成简单便于微型化的特点主要用于微流控领域。目前的有阀压电隔膜泵包括球阀压电隔膜泵、伞形阀压电隔膜泵、轮式阀压电隔膜泵、鱼嘴阀压电隔膜泵和悬臂梁阀压电隔膜泵等等类型，其中悬臂梁阀压电隔膜泵具有相对简单的结构，被广泛采用，在悬臂梁阀安装中一般采用粘接或密封圈固定的方式，导致泵的装配过程复杂，不便于大规模自动化生产。

发明内容

为了解决目前悬臂梁阀压电隔膜泵中悬臂梁装配复杂不便于大规模自动化生产的问题，提出了一种新型叠层式压电隔膜泵，该压电隔膜泵的阀片、中间件、腔体件、压电振子依次布置在泵体与上盖之间，形成泵体、入口阀和出口阀三个功能区，这种布置方式定位位置少，对各元件的加工精度要求低，装配过程工艺简单且各部件易于更换，便于大规模的自动化生产。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种新型叠层式压隔膜电泵，包括泵体、阀片、中间件、腔体件、压电振子、和上盖，其中：

阀片为一橡胶材料薄片上布置有进口阀片和出口阀片，同时在入口阀片与阀片连接处与入口阀座安装孔接触一侧布置有入口阀片槽，在出口阀片与阀片连接处与出口阀座安装孔接触一侧布置有出口阀片槽，所述入口阀片槽和出口阀片槽能够有效的减小安装后由于橡胶件被压缩所产生的局部应力，可以避免安装后阀片翘曲；

所述阀片上侧布置有中间件，安装后中间件和腔体件将阀片压紧在入口阀片处形成入口阀，在出口阀片处形成出口阀，其它位置压紧后形成密封区；与入口阀片对应的中间件上布置有入口阀开启孔，对应的泵体上布置有入口阀座孔，二者与入口阀片共同构成入口阀，工作时入口阀片悬臂发生向入口阀开启孔方向的弯曲变形，入口阀开启，流体可以通过泵体上的入口阀座孔流入入口阀开启孔，经过中间件流入腔体件；与出口阀片对应的中间件上布置有出口阀座孔，对应的泵体上布置有出口阀开启孔，与出口阀片共同构成出口阀，工作时出口阀悬臂发生向出口阀开启孔方向的弯曲变形，出口阀开启，流体可通过中间件上的出口阀座孔流入出口阀开启孔从腔体件流出；所述入口阀座孔与入口阀片对应位置布置有一深度与阀片压缩尺寸相同的入口阀座凹槽，所述出口阀座孔与出口阀片对应位置布置一深度与阀片压缩尺寸相同的出口阀座凹槽；

中间件使用非弹性材料制造，用于压紧阀片实现区域密封，将出口阀与入口阀隔开；腔体件采用橡胶材料制造，腔体件与压电振子结合一侧采用中间凹陷的曲面结构，能够减小初始泵腔体积，有效增加压电隔膜泵的压缩比，同时由于采用了橡胶材料，当振子变形与腔体件的曲面接触后其冲击力可以被橡胶材料吸收，另一侧与中间件结合的面为平面，保证与中间件的紧密贴合，腔体件的边缘一侧与压电振子接触，一侧与中间件接触，安装后实现中间件与压电振子之间的密封，所述腔体件在中间件入口阀开启孔、出口阀座孔及二者之间的对应位置布置有导流槽，以便于流体在泵腔中的流动；压电振子由弹性薄片与压电材料薄片层合制成；所述压电振子、腔体件、中间件密封后形成密封泵腔，通过入口阀与入口管连通，通过出口阀与出口管连通；泵体内部包括一圆柱形凹槽，上盖与泵体安装，将所述阀片、中间件、腔体件及压电振子布置在所述圆柱形凹槽中，并由上盖将其压紧实现各零件间的密封，圆柱形凹槽内布置有至少一个定位销以限制内部各零件沿内部圆柱形凹槽转动的自由度，圆柱形凹槽底部布置的入口阀座孔与入口管连通，出口阀开启孔与出口管连通；所述阀片、中间件、腔体件上布置有与泵体上定位销对应的定位孔。

工作时，压电振子在交变电压的作用下发生往复的弯曲变形，腔体的体积随着压电振子的运动而增加或减小。泵腔体积增加时，入口阀开启，出口阀关闭，流体从入口管流经入口阀、中间件、腔体件进入泵腔；泵腔体积减小时，入口阀关闭，出口阀开启，流体从泵腔流经腔体件、中间件、出口阀，从出口管流出并完成一个工作循环，形成泵送流体的能力。

附图说明

图1是本发明一种新型叠层式压电隔膜泵结构示意图。

图2是本发明中泵体的一种典型结构。

图3是本发明中所使用阀片的一种典型结构。

图4是本发明中所使用中间件的一种典型结构。

图5是本发明中所使用腔体件的一种典型结构。

图6是本发明中所使用压电振子的一种典型结构。

具体实施方式

参照图1，本发明的新型叠层式压电隔膜泵是由泵体1、阀片2、中间件3、腔体件4、压电振子5和上盖6构成，其中：

泵体1(同时参照图2)中心布置一圆柱形的凹槽16，凹槽16底面上布置垂直于凹槽底面161的入口阀座孔11、出口阀开启孔12和定位销13，其中入口阀座孔11与入口管14连通，出口阀开启孔12与出口管15连通，所述入口阀座孔11与入口阀片21对应位置布置有一深度与阀片2压缩尺寸相同的入口阀座凹槽111；

阀片2(同时参照图3)是一个橡胶材料制成的圆形薄片，该圆形薄片上布置有入口阀片21、出口阀片22和阀片定位孔23，所述入口阀片21通过在阀片2上布置第一半圆环形的通孔24形成，所述出口阀片22通过在阀片2上布置第二半圆环形通孔25形成，所述阀片定位孔23位置与泵体上的定位销13对应，所述阀片2一侧与泵体1的底面161接触，另一侧与中间件3的下底面接触，装配后被泵体1和中间件3夹紧，除入口阀片21、出口阀片22和定位孔23以外位置被压紧形成密封，在入口阀片21与阀片2连接处向泵体1一侧布置有入口阀片槽211，在出口阀片22与阀片2连接处向中间件一侧布置有出口阀片槽221；

中间件3(同时参照图4)是由刚性材料构成的圆形薄片，布置有入口阀开启孔31、出口阀座孔32和中间件定位孔33，与阀片2和泵体1形成入口阀7和出口阀8，所述出口阀座孔32与出口阀片22对应位置布置一深度与阀片2压缩尺寸相同的出口阀座凹槽321；

所述入口阀7由泵体1上的入口阀座孔11、阀片2上的入口阀片21和中间件3上的入口阀开启孔31构成，流体只能从入口阀座孔11向入口阀开启孔31方向流动，所述出口阀8由中间件3上的出口阀座孔32、阀片2上的出口阀片22和泵体1上的出口阀开启孔12构成，流体只能从出口阀座孔32向出口阀开启孔12方向流动；

腔体件4(同时参照图5)由弹性橡胶材料制成，与压电振子5结合的一侧表面为中间凹陷的曲面41，另一侧与中间件3结合的面为平面，腔体件4的边缘44与压电振子5接触，支撑压电振子5，于中间件3的入口阀开启孔31和出口阀座孔32对应位置及二者之间布置有导流槽42，所述压电振子5与腔体件4的曲面41经其边缘44密封后形成密封的泵腔9，通过入口阀7与入口管14连通，通过出口阀8与出口管15连通；

压电振子5(同时参照图6)由压电材料薄片51和弹性基板52构成。上盖6与泵体1连接，将依次装入泵体1内的阀片2、中间件3、腔体件4及压电振子5与泵体1压紧，由弹性橡胶材料构成的阀片2、腔体件4压缩后形成密封区域，所述定位销13与阀片定位孔23、中间件定位孔33及腔体件定位孔43配合，完成新型叠层式压电隔膜泵的装配。

Claims (4)

1.一种新型叠层式压电隔膜泵，包括：泵体(1)、阀片(2)、中间件(3)、腔体件(4)、压电振子(5)和上盖(6)，其中：所述泵体(1)上布置有一圆柱型的凹槽(16)，在凹槽(16)的底面(161)上布置有入口阀座孔(11)和出口阀开启孔(12)，上盖(6)与泵体(1)连接，阀片(2)、中间件(3)、腔体件(4)和压电振子(5)由下到上依次布置于泵体(1)的圆柱形凹槽(16)中；所述阀片(2)为一薄片材料，布置有入口阀片(21)和出口阀片(22)，安装在泵体(1)上的圆柱形凹槽(16)的底面(161)上；所述中间件(3)上布置有入口阀开启孔(31)和出口阀座孔(32)，安装在所述圆柱形凹槽(16)内并布置在阀片(2)上方；所述腔体件(4)一侧与中间件(3)接触，另一侧与压电振子(5)接触；特点在于：上盖(6)安装后由弹性橡胶材料制成的阀片(2)和腔体件(4)被压缩形成密封，所述入口阀片(21)与泵体(1)上布置的入口阀座孔(11)和中间件(3)上布置的入口阀开启孔(31)在中间件(3)将阀片(2)压紧密封后构成入口阀(7)，所述出口阀片(22)与中间件(3)上布置的出口阀座孔(32)和泵体(1)上布置的出口阀开启孔(12)形成出口阀(8)；所述腔体件(4)与压电振子(5)连接一侧表面为中间凹陷的曲面(41)，腔体件(4)的边缘(44)与压电振子(5)接触且被压紧后形成由腔体件(4)和压电振子(5)围城的泵腔(9)，所述泵腔(9)通过入口阀(7)与入口管(14)连接，通过出口阀(8)与出口管(15)连接，所述压电振子(5)在交变电压作用下产生往复振动，泵腔(9)体积随之增大或减小，与入口阀(7)和出口阀(8)结合后，流体从入口管(14)流入，从出口管(15)流出。

2.根据权利要求1所述的新型叠层式压电隔膜泵，其特征在于：所述阀片(2)上的入口阀片(21)通过在阀片(2)上布置第一半圆环形的通孔(24)形成，出口阀片(22)通过在阀片(2)上布置第二半圆环形通孔(25)构成，同时在入口阀片(21)与阀片(2)连接处布置有入口阀片槽(211)，在出口阀片(22)与阀片(2)连接处布置有出口阀片槽(221)。

3.根据权利要求1所述的新型叠层式压电隔膜泵，其特征在于：所述入口阀座孔(11)与入口阀片(21)对应位置布置有一深度与阀片(2)压缩尺寸相同的入口阀座凹槽(111)，所述出口阀座孔(32)与出口阀片(22)对应位置布置一深度与阀片(2)压缩尺寸相同的出口阀座凹槽(321)。

4.根据权利要求1所述的新型叠层式压电隔膜泵，其特征在于：所述压电振子(5)可以采用由一片压电薄片材料(51)粘贴在弹性基板(52)上形成的单晶片压电振子，也可以采用由两片压电薄片材料(52)粘贴在弹性基板(52)两侧形成的双晶片压电振子。