CN105508208A - 压电泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压电泵，泵体上表面设有中心沉腔，下表面设有入流沉腔和出流沉腔，中心沉腔底部与入流沉腔相对的位置设有进液阀片安装沉槽，入流沉腔和进液阀片安装沉槽通过进液孔连通，中心沉腔和出流沉腔之间通过排液孔连通。进液阀片安装在进液阀片安装沉槽内并将进液孔封盖，排液阀片安装在出流沉腔底部并将排液孔封盖。压电振子安装在泵体上表面并将中心沉腔封盖；所述进液阀片和排液阀片均为由金属薄层和聚合物薄膜层构成的双层结构，其中聚合物薄膜层朝向进液孔/排液孔。本发明压电泵结构简单、响应速度快、阀片关闭性能好，工作效率高。

Description

压电泵
技术领域
本发明涉及一种泵结构，具体涉及一种压电泵，属于流体机械技术领域。
背景技术
如今，压电泵已广泛应用于流体传输领域，它依靠压电振子往复振动为流体提供驱动力，通过单向阀控制流体的流向。相比于传统机械泵，压电泵具有结构简单，体积小，成本低，加工难度低等优点。
压电泵中的阀片是单向阀的核心部件，现有带阀压电泵主要采用金属阀片和橡胶阀片两种。金属阀片虽然有优良的机械性能，能够适应高频的工作环境，但是由于金属阀片是刚性的，在关闭状态下难以与阀孔紧密贴合，通常会引起流体渗漏而导致压电泵的效率降低。而橡胶阀片是柔性的，能够更好地实现对流体的关闭功能。不过，橡胶阀片存在明显的迟滞现象，不适合于高频工作。此外，橡胶阀片的形变位移较大，长期工作后容易出现疲劳、老化等问题。因此，上述带金属阀片或橡胶阀片的压电泵都存在着不同程度的不足。
另外，现有的各种压电泵泵体多为几部分构成的分体结构，再通过螺钉等连接件组合连接在一起，这样的结构既增加了前期各部分的加工量，又增加了后期的组合工作，影响生产效率并降低结构的紧凑性。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种压电泵，该压电泵结构简单、响应速度快、阀片关闭性能好，工作效率高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
压电泵，包括泵体、进液阀片、排液阀片、压电振子、出口管和入口管；所述泵体上表面设有中心沉腔，下表面设有入流沉腔和出流沉腔，中心沉腔底部与入流沉腔相对的位置设有进液阀片安装沉槽，入流沉腔和进液阀片安装沉槽通过进液孔连通，中心沉腔和出流沉腔之间通过排液孔连通；进液阀片安装在进液阀片安装沉槽内并将进液孔封盖，排液阀片安装在出流沉腔底部并将排液孔封盖；压电振子安装在泵体上表面并将中心沉腔封盖；在泵体下表面分别安装有入流沉腔端盖和出流沉腔端盖，以各自将入流沉腔和出流沉腔封盖；
在泵体侧面设有进液通道和排液通道，进液通道与入流沉腔连通，排液通道和出流沉腔连通，所述入口管安装在进液通道进口端，出口管安装在排液通道出口端；
所述进液阀片和排液阀片均为由金属薄层和聚合物薄膜层构成的双层结构，其中聚合物薄膜层朝向进液孔/排液孔。
所述进液阀片和排液阀片的金属薄层和聚合物薄膜层均为环片带悬臂梁结构，悬臂梁一端与对应环片一体成型，悬臂梁另一端作为自由端将进液孔/排液孔封盖。
所述泵体采用金属材质加工而成。所述压电振子从下往上依次由金属基片、压电陶瓷片、金属电极层和电极引线构成；所述电极引线布设于金属电极层上，用于连接外部交流电源输出电压信号，所述外部交流电源输出地与所述金属材质泵体相连接；所述金属基片与泵体的上表面通过粘接或焊接固定以封闭住所述中心沉腔。
所述进液阀片安装沉槽的下沉深度大于或等于进液阀片厚度。
所述进液阀片和排液阀片的聚合物薄膜层采用橡胶或硅胶材料。
所述泵体下表面在安装入流沉腔端盖和出流沉腔端盖的位置分别设有沉台，入流沉腔端盖和出流沉腔端盖分别安装在沉台内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）该压电泵结构简单，所涉及的部件均可通过成熟的传统机加工艺加工完成。
（2）泵体是一体化结构，可以采用金属材质加工而成，此时可直接将泵体作为接地端接入外部交流电源输出地，可靠性强，使用方便安全。
（3）压电泵的阀片由金属薄层和聚合物薄膜层复合而成。阀片中的金属薄层具有高的机械性能，可以保证阀片在高频工作时具有良好的响应能力，并且工作寿命更长；同时，阀片中的聚合物薄膜层在阀片关闭时具有优良的密封性能，可以有效防止回流从而提升压电泵的工作效率。
附图说明
图1是本发明压电泵外形结构图。
图2是本发明压电泵结构分解示意图。
图3是本发明压电泵泵体剖面图。
图4是图1中A-A向的剖视图。
图5是本发明压电泵阀片结构示意图。
图6是图1的底视图。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1和图2所示，本发明压电泵包括泵体1、进液阀片2、排液阀片3、压电振子4、入口管5、出口管6、入流沉腔端盖7和出流沉腔端盖8。
如图3和图4所示，所述泵体1为一体化结构，包括中心沉腔9、入流沉腔10、出流沉腔11以及四个通道（孔）。其中，泵体1加工材料采用304不锈钢或5A06防锈铝，泵体1外形为圆柱体，直径约为15mm~50mm，高度约为3mm~10mm。
所述中心沉腔9布设于所述泵体1的上表面，开口朝上，其中中心沉腔9横截面为圆形，圆形直径约为38mm，腔深约为0.2mm。
所述入流沉腔10和出流沉腔11均布设于泵体1的下表面，且开口均朝下，其中，入流沉腔10的横截面为圆形，直径约为13mm，腔深约为3.3mm；出流沉腔11的横截面为圆形，直径约为13mm，腔深约为3.5mm。
所述中心沉腔9底部与入流沉腔10相对的位置设有进液阀片安装沉槽13，入流沉腔10和进液阀片安装沉槽13通过进液孔14连通，中心沉腔9和出流沉腔11之间通过排液孔12连通。进液阀片2安装在进液阀片安装沉槽13内并将进液孔14封盖，排液阀片3安装在出流沉腔11底部并将排液孔12封盖。压电振子4安装在泵体1上表面并将中心沉腔9封盖。参见图6，在泵体1下表面分别安装有入流沉腔端盖7和出流沉腔端盖8，以各自将入流沉腔10和出流沉腔11封盖。
所述进液阀片安装沉槽13的下沉深度大于或等于进液阀片厚度，实施例中进液阀片安装沉槽13的下沉深度约为0.2mm，进液孔14和排液孔12的孔径约为1.5mm。
在泵体1侧面设有进液通道15和排液通道16，进液通道15与入流沉腔10连通，排液通道16和出流沉腔11连通。所述入口管5安装在进液通道15进口端并通过进液通道15与入流沉腔10连通，出口管6安装在排液通道16出口端并通过排液通道16与出流沉腔11连通。其中，进液通道15和排液通道16的孔径均约为2.6mm。入口管5和出口管6的外径均约为2.4mm，内径均约为1.8mm，长度均约为10mm。
如图5所示，所述进液阀片2和排液阀片3均为由金属薄层21和聚合物薄膜层22复合在一起的双层结构，聚合物薄膜层22采用橡胶或硅胶材料，其中聚合物薄膜层22朝向进液孔14/排液孔12以提高对孔的密封性。并且进液阀片和排液阀片的金属薄层21和聚合物薄膜层22均为环片带悬臂梁23结构，悬臂梁一端与对应环片一体成型，悬臂梁另一端作为自由端将进液孔/排液孔封盖。实施例中，悬臂梁23长约9mm，宽约3mm，金属薄层21厚度可以为0.1mm，聚合物薄膜层22厚度可以为0.1mm。
所述进液阀片2固定在所进液阀片安装沉槽13的底面上，进液阀片2带有聚合物薄膜层22的一面与所述进液阀片安装沉槽13底面紧密接触，进液阀片2的悬臂梁自由端布设于进液孔14的正上方。
所述排液阀片3固定在所述出流沉腔11的底部上，所述排液阀片3带有聚合物薄膜层22的一面与所述出流沉腔11底面紧密接触，所述排液阀片3悬臂梁自由端布设于排液孔12的正下方。
所述压电振子4包括金属基片17、压电陶瓷片18、金属电极层19和电极引线20。所述压电陶瓷片18上表面为金属电极层19，所述电极引线20布设于金属电极层19上，所述压电陶瓷片18下表面与所述金属基片17压合在一起。所述电极引线20用于连接外部交流电源输出电压信号，所述外部交流电源输出地与金属基片17或金属泵体1相连接。其中，压电振子4外形为圆柱形，直径约为41mm，高约为0.6mm。压电陶瓷片18采用PZT陶瓷材料，厚约为0.3mm，金属基片17采用316不锈钢，厚约为0.2mm，金属电极层19材料为银，厚约为20-100μm。
所述压电振子4中金属基片17下表面与所述泵体1上表面通过粘接或焊接固定，封闭住所述中心沉腔9的朝上开口。
入流沉腔端盖7和出流沉腔端盖8均为薄圆片，其中入流沉腔端盖7固定在所述泵体1的下表面，封闭住入流沉腔10的朝下开口。出流沉腔端盖8固定在所述泵体1的下表面，封闭住所述出流沉腔11。其中，入流沉腔端盖7和出流沉腔端盖8采用304不锈钢材料，直径均约为16mm，厚度均约为0.2mm。为方便安装，在泵体下表面安装入流沉腔端盖和出流沉腔端盖的位置分别设有沉台，入流沉腔端盖和出流沉腔端盖分别安装在沉台内。安装到位后，泵体下表面和入流沉腔端盖及出流沉腔端盖构成平整的下表面。
本压电泵工作原理：压电振子4在带电振动时，始终保持一个阀片打开另一个阀片关闭的工作状态。具体来讲，当压电振子往上振动时，中心沉腔9产生负压，进液阀片2打开，排液阀片3关闭，此时液体通过入口管5、进液通道15、入流沉腔10和进液孔14进入中心沉腔9，完成一次进液过程；当压电振子往下振动时，中心沉腔9产生正压，排液阀片3打开，进液阀片2关闭，此时中心沉腔9内的液体通过排液孔12、出流沉腔11、排液通道16和出口管6排出，完成一次排液过程。压电振子4在往复振动过程中，液体即不断进入和排出，实现液体的泵送。由于本压电泵中两阀片均由金属薄片和聚合物薄膜层复合而成，故本阀片同时具有金属薄片高机械性能和聚合物薄膜层优良的密封性能，可以保证阀片在高频工作时具有良好的响应能力，并且工作寿命更长；同时可以有效防止回流从而提升压电泵的工作效率。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.压电泵，包括泵体、进液阀片、排液阀片、压电振子、出口管和入口管，其特征在于：所述泵体上表面设有中心沉腔，下表面设有入流沉腔和出流沉腔，中心沉腔底部与入流沉腔相对的位置设有进液阀片安装沉槽，入流沉腔和进液阀片安装沉槽通过进液孔连通，中心沉腔和出流沉腔之间通过排液孔连通；进液阀片安装在进液阀片安装沉槽内并将进液孔封盖，排液阀片安装在出流沉腔底部并将排液孔封盖；压电振子安装在泵体上表面并将中心沉腔封盖；在泵体下表面分别安装有入流沉腔端盖和出流沉腔端盖，以各自将入流沉腔和出流沉腔封盖；
在泵体侧面设有进液通道和排液通道，进液通道与入流沉腔连通，排液通道和出流沉腔连通，所述入口管安装在进液通道进口端，出口管安装在排液通道出口端；
所述进液阀片和排液阀片均为由金属薄层和聚合物薄膜层构成的双层结构，其中聚合物薄膜层朝向进液孔/排液孔。
2.根据权利要求1所述的压电泵，其特征在于：所述进液阀片和排液阀片的金属薄层和聚合物薄膜层均为环片带悬臂梁结构，悬臂梁一端与对应环片一体成型，悬臂梁另一端作为自由端将进液孔/排液孔封盖。
3.根据权利要求1所述的压电泵，其特征在于：所述泵体采用金属材质加工而成。
4.根据权利要求3所述的压电泵，其特征在于：所述压电振子从下往上依次由金属基片、压电陶瓷片、金属电极层和电极引线构成；所述电极引线布设于金属电极层上，用于连接外部交流电源输出电压信号，所述外部交流电源输出地与所述泵体相连接；所述金属基片与泵体的上表面通过粘接或焊接固定以封闭住所述中心沉腔。
5.根据权利要求1所述的压电泵，其特征在于：所述进液阀片安装沉槽的下沉深度大于或等于进液阀片厚度。
6.根据权利要求1所述的压电泵，其特征在于：所述进液阀片和排液阀片的聚合物薄膜层采用橡胶或硅胶材料。
7.根据权利要求1所述的压电泵，其特征在于：所述泵体下表面在安装入流沉腔端盖和出流沉腔端盖的位置分别设有沉台，入流沉腔端盖和出流沉腔端盖分别安装在沉台内。
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