CN106014940A - 一种晶片型压电振子驱动的隔膜泵 - Google Patents
一种晶片型压电振子驱动的隔膜泵 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106014940A CN106014940A CN201610459202.1A CN201610459202A CN106014940A CN 106014940 A CN106014940 A CN 106014940A CN 201610459202 A CN201610459202 A CN 201610459202A CN 106014940 A CN106014940 A CN 106014940A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric
- piezoelectric vibrator
- pump
- chip
- driver element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004904 shortening Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
- F04B43/04—Pumps having electric drive
- F04B43/043—Micropumps
- F04B43/046—Micropumps with piezoelectric drive
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
本发明涉及一种晶片型压电振子驱动的隔膜泵，属流体驱动控制领域。腔体端部安装的隔膜和泵盖构成泵腔，施力件圆盘和挡板压接在隔膜两侧，施力件导杆端部装有连接块，连接块上装有压电振子，压电振子两端固定在左右壁板上；压电振子安装前为平直结构且长度大于左右壁板间距，安装后变成弯曲结构且压电晶片半径小于基板半径，晶片承受压应力；连接块左侧驱动单元I和右侧驱动单元II间的电压相位相反，两个驱动单元中压电振子的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，具体涉及一种晶片型压电振子驱动的隔膜泵。
背景技术
压电泵以其结构简单、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泵。尽管现有压电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。现有压电泵大都由圆形压电振子驱动的，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和驱动电压提高输出流量和压力。
发明内容
针对现有压电泵输出能力和可靠性方面的不足，本发明提出一种压电晶片振子驱动的隔膜泵。本发明采用的实施方案是：泵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隔膜和泵盖，泵盖上设有进口阀和出口阀，隔膜和泵盖构成泵腔；施力件的圆盘和挡板经螺母和施力件的导杆上的螺纹压接在隔膜的两侧；为获得较大的输出流量，隔膜为0.2mm和0.1mm厚时，施力件圆盘直径分别为D1＝(0.55～0.75)D2和D1＝(0.7～0.9)D2，式中D2为泵腔直径；导杆经导向孔伸出，导杆端部经螺母固定有连接块，连接块上经压块和螺钉安装有两组压电振子，压电振子两端经压块和螺钉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，导杆向右运动，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，导杆向左运动，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导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增加提供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泵体的结构图；
图4是本发明一个较佳实施例中施力件的结构图；
图5是本发明两个驱动单元的电压相位关系图。
具体实施方式
泵体h上设有左壁板h1和右壁板h2，左壁板h1上设有相互连通的导向孔h4和腔体C，腔体C的侧壁h3的端部经螺钉安装有隔膜c和泵盖a，泵盖a上设有进口阀a2和出口阀a1，隔膜c和泵盖a构成泵腔C1；施力件b的圆盘b1和挡板d经螺母e和施力件b的导杆b2上的螺纹压接在隔膜c的两侧；为获得较大的输出流量，隔膜c为0.2mm厚时施力件b的圆盘b1的直径D1＝(0.55～0.75)D2，隔膜c为0.1mm厚时施力件b的圆盘b1的直径D1＝(0.7～0.9)D2，式中D2为泵腔C1的直径；导杆b2经导向孔h4伸出，导杆b2的端部经螺母固定有连接块i，连接块i上经压块f和螺钉安装有两组压电振子g，压电振子g的两端经压块f和螺钉分别固定在左壁板h1和右壁板h2上，压电振子g由金属基板g1和压电晶片g2粘接而成；压电振子g安装前的自由状态下为平直结构、且其长度L1大于左壁板h1和右壁板h2间的距离L2，压电振子g安装后变成弯曲结构、且压电晶片g2曲率半径小于金属基板g1的曲率半径，压电晶片g2承受压应力、金属基板g1承受拉应力；压电振子g上处于连接块i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，导杆b2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，导杆b2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导杆b2的左右往复运动及流体的连续输出。压电振子g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g的数量和长度可分别提高输出压力和流量。
Claims (1)
1.一种晶片型压电振子驱动的隔膜泵，其特征在于：泵体上设有左右壁板，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隔膜和泵盖，泵盖上设有进出口阀，隔膜和泵盖构成泵腔；施力件圆盘和挡板经螺母和施力件导杆上的螺纹压接在隔膜两侧；隔膜为0.2mm和0.1mm厚时，施力件圆盘直径分别为D1＝(0.55～0.75)D2和D1＝(0.7～0.9)D2，式中D2为泵腔直径；导杆经导向孔伸出，导杆端部经螺母固定有连接块，连接块上经压块和螺钉安装有两组压电振子，压电振子两端经压块和螺钉分别固定在左右壁板上，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、且其长度大于左右壁板间的距离，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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610459202.1A CN106014940B (zh) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | 一种晶片型压电振子驱动的隔膜泵 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610459202.1A CN106014940B (zh) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | 一种晶片型压电振子驱动的隔膜泵 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106014940A true CN106014940A (zh) | 2016-10-12 |
| CN106014940B CN106014940B (zh) | 2017-11-21 |
Family
ID=57086037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610459202.1A Expired - Fee Related CN106014940B (zh) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | 一种晶片型压电振子驱动的隔膜泵 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106014940B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108705864A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-10-26 | 南京沃航智能科技有限公司 | 高效低压驱动压电喷头 |
| CN109821093A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-05-31 | 浙江师范大学 | 一种压电堆驱动的输液装置 |
| CN110005596A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-12 | 燕山大学 | 一种驱动式压电隔膜泵 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02298679A (ja) * | 1988-08-11 | 1990-12-11 | Nippon Keiki Seisakusho:Kk | 圧電ポンプ |
| US5816780A (en) * | 1997-04-15 | 1998-10-06 | Face International Corp. | Piezoelectrically actuated fluid pumps |
| US6071088A (en) * | 1997-04-15 | 2000-06-06 | Face International Corp. | Piezoelectrically actuated piston pump |
| KR20110121139A (ko) * | 2010-04-30 | 2011-11-07 | 한국기계연구원 | 변위 증폭형 압전펌프 |
| CN204663827U (zh) * | 2015-05-12 | 2015-09-23 | 浙江师范大学 | 一种基于圆形压电双晶片驱动的共振隔膜泵 |
-
2016
- 2016-06-15 CN CN201610459202.1A patent/CN106014940B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02298679A (ja) * | 1988-08-11 | 1990-12-11 | Nippon Keiki Seisakusho:Kk | 圧電ポンプ |
| US5816780A (en) * | 1997-04-15 | 1998-10-06 | Face International Corp. | Piezoelectrically actuated fluid pumps |
| US6071088A (en) * | 1997-04-15 | 2000-06-06 | Face International Corp. | Piezoelectrically actuated piston pump |
| KR20110121139A (ko) * | 2010-04-30 | 2011-11-07 | 한국기계연구원 | 변위 증폭형 압전펌프 |
| CN204663827U (zh) * | 2015-05-12 | 2015-09-23 | 浙江师范大学 | 一种基于圆形压电双晶片驱动的共振隔膜泵 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108705864A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-10-26 | 南京沃航智能科技有限公司 | 高效低压驱动压电喷头 |
| CN108705864B (zh) * | 2018-07-26 | 2024-04-05 | 南京沃航智能科技有限公司 | 高效低压驱动压电喷头 |
| CN109821093A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-05-31 | 浙江师范大学 | 一种压电堆驱动的输液装置 |
| CN109821093B (zh) * | 2019-03-01 | 2021-03-12 | 浙江师范大学 | 一种压电堆驱动的输液装置 |
| CN110005596A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-12 | 燕山大学 | 一种驱动式压电隔膜泵 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106014940B (zh) | 2017-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106014907A (zh) | 一种压电晶片振子驱动的柱塞泵 | |
| CN106014940A (zh) | 一种晶片型压电振子驱动的隔膜泵 | |
| CN103899518B (zh) | 基于压电陶瓷驱动的数字液压泵 | |
| CN102536755A (zh) | 一种闭环压电薄膜泵及流量控制方法 | |
| CN108233764B (zh) | 采用异形铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置 | |
| CN102213210A (zh) | 驱动-传感一体化压电晶片泵 | |
| CN102374158A (zh) | 自感知压电隔膜泵 | |
| CN102661269B (zh) | 基于多振子串联驱动的柱塞式压电泵 | |
| CN104518703A (zh) | 一种宏微驱动钹型直线压电电机及其驱动方法 | |
| CN202149012U (zh) | 自感知压电隔膜泵 | |
| CN107461515B (zh) | 一种小型直驱式金属密封压电比例阀 | |
| CN101216027B (zh) | 压电叠堆泵 | |
| CN103557143A (zh) | 闭环压电薄膜泵及其流量控制方法 | |
| CN101225881A (zh) | 超磁致伸缩致动器直接驱动的高速电液开关阀 | |
| Zhang et al. | Effects of driving mode on the performance of multiple-chamber piezoelectric pumps with multiple actuators | |
| CN101922442A (zh) | 双腔双驱动压电叠堆泵 | |
| CN103671033A (zh) | 感压控制阀 | |
| CN205677807U (zh) | 一种晶片型压电振子驱动的隔膜泵 | |
| CN104088778A (zh) | 基于Terfenol-D驱动的数字液压泵 | |
| CN101701643A (zh) | 超磁致伸缩高速喷射阀 | |
| CN205677780U (zh) | 一种压电晶片振子驱动的柱塞泵 | |
| CN104564622A (zh) | 一种带有新型半主动阀的压电泵 | |
| CN100547240C (zh) | 压电液压泵 | |
| CN1081294C (zh) | 采用形状记忆合金/硅双层驱动膜结构的微泵 | |
| CN106026762A (zh) | 一种压电晶片驱动器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chen Song Inventor after: Fei Xiang Inventor after: Han Junwu Inventor after: Yin Xiaohong Inventor after: Wang Shuyun Inventor before: Han Junwu Inventor before: Fu Jiawei Inventor before: Chen Song Inventor before: Yin Xiaohong Inventor before: Wang Shuyun |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171121 Termination date: 20180615 |