CN104100542B - 一种压电驱动式微型风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压电驱动式微型风机，包括：压电振子、前端腔体和后端腔体，所述压电振子、后端腔体件与前端腔体件形成主腔体，主腔体的容积随着压电振子的振动发生往复变化，从而带动气体从压电振子上的振子中心孔流入或流出，与前端腔体的流道结构及辅助腔体结构作用，形成气体从出流孔输出的定向流体驱动能力，压电振子与前端腔体形成辅助腔体，辅助腔体的容积也随压电振子的振动而往复变化，其体积的变化可以增加最终气体的输出量，充分利用压电振子的变形。

Description

一种压电驱动式微型风机

技术领域

本发明属于流体输送领域，具体涉及一种压电驱动式微型风机。

背景技术

压电风机是一种由压电振子作为动力原件的流体驱动装置，其功能为在轴向的出口处提供一定流量的气体，可用于仪器仪表、检测设备及机械电子领域中的主动冷却、气体输送、气动驱动等方面。具有结构简单便于大批量生产、体积小便于微型化、便于数字化控制且寿命长等优点。以往的压电风机主要由动力原件压电振子和结构件组成，通过压电振子与结构件形成一个密封的腔体，压电振子变形引起的腔体体积变化为风机提供动力，这类方案利用了压电振子的一侧变形，振子变形在未形成腔体一侧所引起的气体流动并未得到利用，限制了压电风机的输出效果。

发明内容

为了解决目前压电风机结构未能充分利用压电振子变形所形成气体流动的问题，提出了一种压电驱动式微型风机，由压电振子、前端腔体件和后端腔体件组成，压电振子、后端腔体件与前端腔体件形成主腔体，主腔体的容积随着压电振子的振动发生往复变化，从而带动气体从压电振子上的振子中心孔流入或流出，压电振子与前端腔体形成辅助腔体，辅助腔体的容积也随压电振子的振动而往复变化，其体积的变化可以增加最终在出流孔处气体的输出量，充分利用压电振子的变形所产生的气体流动。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种压电驱动式微型风机，包括压电振子、前端腔体和后端腔体，其中：

压电振子是压电材料薄片与弹性基板粘接形成的，其中心位置布置有一通孔称为振子中心孔，在交变电压的作用下，压电振子中心会发生沿着其轴线方向的往复运动；

前端腔体是一厚度较小的矩形块，在前端腔体的底面上布置有一振子安装槽，所述振子安装槽的深度大于压电振子变形峰值与弹性基板厚度之和且小于10mm，以保证压电振子发生往复运动时不发生干涉且气体的可压缩性不会明显影响风机的性能；前端腔体的两个侧面上各布置有一个侧面扁孔，两侧面扁孔相互贯通，所述扁孔贯通后的下表面距离振子安装槽底面的最小距离小于10mm，所述扁孔贯通后形成的上表面距离振子安装槽底面的最小距离要大于压电振子中压电材料薄片厚度与压电振子峰值位移之和；所述振子安装槽底部中心布置有一辅助腔体槽，所述辅助腔体槽的直径小于振子安装槽直径且两直径差值小于压电振子直径尺寸的30%，所述辅助腔体槽与所述侧面扁孔贯通；所述前端腔体的顶面与振子中心孔对应位置布置有一出流孔，所述出流孔直径与振子中心孔直径相同；所述压电振子安装在前端腔体的振子安装槽内，压电振子可以采用单晶片结构，也可以采用双晶片结构；

后端腔体为一薄片结构，安装在前端腔体的底面上，与压电振子共同构成主腔体，所述主腔体通过振子中心孔与外部连通，压电振子发生往复振动时，气体主要通过振子中心孔从出流孔流入和流出；所述压电振子与所述前端腔体构成了辅助腔体，辅助腔体通过振子中心孔与主腔体连通，通过前端腔体上与振子中心孔对应的出流孔及侧面扁孔与外部连通。

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，主腔体的体积随着压电振子的运动而增加和减小，气体经过振子中心孔从出流孔流入和流出。在振子中心孔与出流孔间流动的气体，在侧面扁孔、振子中心孔与出流孔所形成的流道交汇区域内气体的高流速形成了局部低压，气体从侧面扁孔吸入；主腔体体积增加时，主腔体内压力降低，气体从出流孔经过振子中心孔流入泵腔，在所述流道交汇区形成低压，气体从侧面扁孔进入辅助腔体，此时辅助腔体体积减小，从侧面孔流入的气体和辅助腔内原有的气体有一部分会随着入流孔与振子中心孔间流动的气体进入主泵腔；主腔体体积减小时，主腔体内压力升高，气体从主腔体经过振子中心孔向出流孔流出，在所述流道交汇区形成低压，气体从侧面扁孔进入辅助腔体，同时辅助腔体体积减小，有利于侧面扁孔气体的流入，辅助腔体内的气体与侧面扁孔流入的气体一部分随着高速气流，从振子中心孔流向出流孔并从出流孔流出；形成了气体从侧面扁孔吸入，从出流孔输出的定向流体驱动能力。

附图说明

图1 是本发明一种压电驱动式微型风机结构示意图。

图2 是本发明中各部件第一个角度的结构及装配关系示意图。

图3 是本发明中各部件第二个角度的结构及装配关系示意图。

具体实施方式

参照图1、图2和图3，本发明的压电驱动式微型风机由压电振子1、前端腔体2和后端腔体3构成，其中：

压电振子1是压电材料薄片11与弹性基板12粘接形成的，其中心位置布置有一通孔称为振子中心孔13；

前端腔体2是一厚度较小的矩形块，在前端腔体2的底面上布置有一振子安装槽21，所述振子安装槽21的深度大于压电振子1变形峰值与弹性基板12厚度之和且小于10mm；前端腔体2的两个侧面上布置有第一侧面扁孔22和第二侧面扁孔23，两侧面扁孔相互贯通，所述扁孔贯通后的下表面距离振子安装槽21底面的最小距离小于10mm，所述扁孔贯通后的上表面距离振子安装槽21底面的最小距离要大于压电振子1中压电材料薄片11厚度与压电振子1峰值位移之和且小于10mm；所述振子安装槽21底部中心布置有一辅助腔体槽24，所述辅助腔体槽24的直径小于振子安装槽21直径且两直径差值小于压电振子1直径尺寸的30%，且所述辅助腔体槽24与所述第一侧面扁孔22和第二侧面扁孔23贯通；所述前端腔体2的顶面与振子中心孔13对应位置布置有一出流孔25，所述出流孔25直径与振子中心孔13直径相同；所述压电振子1安装在前端腔体2上的振子安装槽21内，压电振子1可以采用单晶片结构，也可以采用双晶片结构；

后端腔体3为一薄片结构，安装在前端腔体2的底面上，与压电振子1共同构成主腔体4，所述主腔体4通过振子中心孔13与外部连通，压电振子1发生往复振动时，气体主要通过振子中心孔13从出流孔25流入和流出主腔体4；所述压电振子1与所述前端腔体2构成了辅助腔体5，辅助腔体5通过振子中心孔13与主腔体3连通，通过前端腔体2上的出流孔25、第一侧面扁孔22和第二侧面扁孔23与外部连通。

Claims (2)

1.一种压电驱动式微型风机，包括：压电振子、前端腔体和后端腔体，其中：压电振子中心位置布置有一振子中心孔；前端腔体是一厚度较小的矩形块，在前端腔体的底面上布置有一振子安装槽，所述前端腔体的两个侧面上各布置有一个侧面扁孔，两侧面扁孔相互贯通，所述振子安装槽底部中心布置有一辅助腔体槽，所述辅助腔体槽与所述侧面扁孔贯通；所述前端腔体的顶面与振子中心孔对应位置布置有一出流孔；所述压电振子安装在前端腔体的振子安装槽内；后端腔体为一薄片结构，安装在前端腔体的底面上，与压电振子共同构成主腔体，所述主腔体通过振子中心孔与外部连通；所述压电振子与所述前端腔体构成了辅助腔体，辅助腔体通过振子中心孔与主腔体连通，通过前端腔体上与振子中心孔对应的出流孔与外部连通，且通过侧面扁孔与外部连通。

2.根据权利要求1所述的压电驱动式微型风机，其特征在于：所述压电振子可以采用由一片压电材料薄片粘贴在弹性基板上形成的单晶片压电振子，也可以采用由两片压电材料薄片粘贴在弹性基板两侧形成的双晶片压电振子。