CN106014907A - 一种压电晶片振子驱动的柱塞泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压电晶片振子驱动的柱塞泵，属流体驱动控制领域。腔体端部安装的泵盖及内部安装的活塞形成泵腔；固定在活塞杆端部的连接块上装有压电振子，压电振子两端固定在左右壁板上；振子安装前为平直结构、安装后变成弯曲结构，压电晶片承受压应力；压电振子上处于连接块左右两侧部分构成驱动单元I和II，其驱动电压相位差为180度；压电振子在一个驱动单元中伸长量达最大时在另一个驱动单元中缩短量达最大、缩短量和伸长量相互制约。特色与优势：通过安装方法构造伸缩式压电驱动器，制作方法及工艺简单、成本低；压电片仅受压应力、且两驱动单元变形量相互制约，可靠性高；易通过增加压电振子数量和长度分别提高泵的流量和压力。
Description
技术领域
本发明属于流体驱动与控制领域，具体涉及一种压电晶片振子驱动的柱塞泵。
背景技术
压电晶片泵以其结构简单、体积小、反应快、无电磁干扰、易于操作、流量及压力可控性好等诸多优势，在医疗、化学分析、航空航天、汽车发动机及燃料电池的燃料供给、微机电液系统等方面都有广泛的应用前景，其研制开发备受世界各国学者的广泛关注。为满足不同领域的应用需求，人们提出了多种结构形式的压电晶片泵。尽管现有压电晶片泵的结构形式及性能差异较大，但都是利用晶片型压电振子在电场作用下产生的弯曲变形实现流体驱动的。因压电晶片泵每个工作循环输出的流体即为压电振子变形所引起的泵腔的容积变化量，故可实现流量及压力的精确控制，尤其适用于药品控释、化学试剂配比，燃料电池燃料供给等方面。现有的压电晶片泵大都由圆形压电振子驱动，其输出流量及压力较低，仅能用于低压力和微流量的场合；最关键的是，工作中压电振子双向弯曲变形、压电晶片承受交变的拉-压应力，故易因变形量过大而破损、可靠性低、无法通过增加压电振子尺度与数量以及驱动电压提高输出流量和压力。
发明内容
针对现有压电晶片泵在输出能力及可靠性方面的不足，本发明提出一种全新结构的压电晶片振子驱动的柱塞泵。本发明采用的实施方案是：主体上设有左壁板和右壁板，左壁板上设有相互连通的导向孔和腔体，腔体侧壁端部经螺钉安装有泵盖，泵盖上设有进口阀和出口阀；腔体内安装有活塞，活塞与腔体侧壁及泵盖形成泵腔；活塞上的活塞杆经导向孔伸出，活塞杆端部经螺帽固定有连接块，连接块上经压块和螺钉安装有两组压电振子，压电振子两端分别固定在左壁板和右壁板上，压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成；压电振子安装前的自由状态下为平直结构、且其长度大于左壁板和右壁板间的距离，压电振子安装后变成弯曲结构、且压电晶片曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电晶片承受压应力、金属基板承受拉应力；压电振子上处于连接块左侧的部分构成驱动单元I、右侧部分构成驱动单元II，驱动单元I和驱动单元II的驱动电压相位差为180度。
工作过程中，驱动单元I受电压作用伸长时驱动单元II受电压作用缩短，活塞杆向右运动，泵腔容积增加、流体压力降低，流体经进口阀进入泵腔；驱动电压换向后，驱动单元I受电压作用缩短时驱动单元II受电压作用伸长，活塞杆向左运动，泵腔容积减小、流体压力增加，泵腔内流体经出口阀流出；驱动电压连续地交替变化时即形成了活塞杆的左右往复运动及流体的连续输出；压电振子在一个驱动单元中受电压作用伸长量达最大时在另一个驱动单元中缩短量达到最大，缩短量和伸长量相互制约，从而确保压电晶片始终工作在合理的压应力范围内；其它条件确定时，增加压电振子数量和长度可分别提高输出压力和流量。
优势与特色：①通过安装的方法将平直压电振子变成弯曲结构，形成伸缩式压电驱动器，制作方法及工艺简单、成本低；②压电晶片仅工作在压应力状态下、且两个驱动单元的变形量相互制约，故可靠性高；③便于通过增加压电振子数量和长度以分别提高泵的输出压力和流量。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中泵的结构原理简图；
图2是本发明一个较佳实施例中压电振子的结构示意图；
图3是本发明一个较佳实施例中主体的结构图；
图4是本发明两个驱动单元的电压相位关系图。
具体实施方式
主体d上设有左壁板d2和右壁板d3，左壁板d2上设有相互连通的导向孔d4和腔体C，腔体C的侧壁d1的端部经螺钉安装有泵盖a，泵盖a上设有进口阀a2和出口阀a1；腔体C内安装有活塞b，活塞b与腔体C侧壁d1及泵盖a形成泵腔C1；活塞b上的活塞杆c经导向孔d4伸出，活塞杆c的端部经螺帽固定有连接块g，连接块g上经压块e和螺钉安装有两组压电振子f，压电振子f的两端经压块e和螺钉分别固定在左壁板d2和右壁板d3上，压电振子f由金属基板f1和压电晶片f2粘接而成；压电振子f安装前的自由状态下为平直结构、且其长度L1大于左壁板d2和右壁板d3间的距离L2，压电振子f安装后变成弯曲结构、且压电晶片f2曲率半径小于金属基板f1的曲率半径，压电晶片f2承受压应力、金属基板f1承受拉应力；压电振子f上处于连接块g左侧的部分构成驱动单元I、右侧部分构成驱动单元II，驱动单元I和驱动单元II的驱动电压相位差为180度。
工作过程中，驱动单元I受电压作用伸长时驱动单元II受电压作用缩短，活塞杆c向右运动，泵腔C1的容积增加、流体压力降低，流体经进口阀a2进入泵腔；驱动电压换向后，驱动单元I受电压作用缩短时驱动单元II受电压作用伸长，活塞杆c向左运动，泵腔C1的容积减小、流体压力增加，泵腔C1内流体经出口阀a1流出；驱动电压连续地交替变化时即形成了活塞杆c的左右往复运动及流体的连续输出。压电振子f在一个驱动单元中受电压作用伸长量达最大、即达到平直状态时，在另一个驱动单元中缩短量达到最大，即压电振子在两个驱动单元中的缩短量和伸长量相互制约，从而确保压电晶片f2始终工作在合理的压应力范围内；其它条件确定时，增加压电振子f的数量和长度可分别提高输出的压力和流量。
Claims (1)
1.一种压电晶片振子驱动的柱塞泵，其特征在于：主体上设有左壁板和右壁板，左壁板上设有相互连通的导向孔和腔体，腔体侧壁端部经螺钉安装有泵盖，泵盖上设有进口阀和出口阀；腔体内装有活塞，活塞与腔体侧壁及泵盖形成泵腔；活塞杆经导向孔伸出，活塞杆端部固定有连接块，连接块上经压块和螺钉安装有两组压电振子，压电振子两端分别固定在左壁板和右壁板上，压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成；压电振子安装前为平直结构、且长度大于左壁板和右壁板间的距离，压电振子安装后变成弯曲结构、且压电晶片曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电晶片承受压应力、金属基板承受拉应力；压电振子上处于连接块左侧的部分构成驱动单元I、右侧部分构成驱动单元II，驱动单元I和II的驱动电压相位差为180度；压电振子在一个驱动单元中伸长量达最大时在另一个驱动单元中缩短量达到最大，缩短量和伸长量相互制约。
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