CN106246514A - 一种具有弹性泵体的仿生泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有弹性泵体的仿生泵，包括入口管、入口单向阀、弹性泵体、泵体侧壁、柔性压电纤维复合材料、基板、出口单向阀和出口管。本发明采用弹性硅胶材料制成入口管，出口管和泵体，出口管和入口管对称布置在弹性泵体两端中心位置，四片对称布置的柔性压电纤维复合材料粘贴在基板上组成柔性压电驱动器，在交变电压的作用下，通过压电驱动器变形，带动与之紧密粘和的弹性泵体运动，利用单向阀的开合，实现了流体的不间断吸入与泵出，具有结构简单，输出流量大等特点。
Description
技术领域
本发明属于压电精密机械驱动领域，具体涉及一种具有弹性泵体的仿生泵。
背景技术
压电泵是利用压电元件作为动力源的一种新型流体输送系统。在结构上，压电泵将传统泵的驱动源、传动系统和泵体三者合为一体，克服了由于运动部件可能导致的压力损失、磨损、疲劳破坏以及可能对某些敏感流体所造成的破坏，大大简化了泵的结构。压电纤维复合材料压电片作为一种新型压电材料，具有柔韧性好、变形量大以及面内各向异性等特点，将其应用到压电泵领域，具有相当广阔的应用前景。
发明内容
本发明提供一种具有弹性泵体的仿生泵，目的在于利用柔性压电纤维复合材料柔韧性好、变形量大的特点，将其与弹性硅胶材料相结合，设计一种体积小，流量大的仿生泵。
根据上述一种具有弹性泵体的仿生泵，包含入口管、入口单向阀、弹性泵体、泵体侧壁、柔性压电纤维复合材料、基板、出口单向阀、出口管。柔性压电纤维复合材料和基板组成柔性压电驱动器，向柔性压电纤维复合材料施加交变电压，柔性压电纤维复合材料在基板的限制下产生弯曲变形，带动与基板紧密粘贴的弹性泵体表面往复运动，弹性泵体的腔体体积随之改变，在单向阀的配合下，实现流体不间断吸入与泵出。
根据上述一种具有弹性泵体的仿生泵，其中入口管，出口管采用弹性硅胶材料制成。
根据上述一种具有弹性泵体的仿生泵，其弹性泵体和泵体侧壁为硅胶材料制成，弹性泵体上下两侧各有一个小孔，采用硅橡胶粘合剂将入口管和出口管分别粘贴于弹性泵体两端开孔的外表面，将入口单向阀粘接于泵腔腔体下侧开孔的内表面，即位于腔体内部，出口单向阀粘接于泵腔腔体上侧开孔的外表面，即位于泵体外部。
一种具有弹性泵体的仿生泵，四片柔性压电纤维复合材料彼此间隔90°，四片基板布置在其下方对应位置。在初始状态，四片基板和近似纺锤形弹性泵体表面具有一致的弯曲弧度，基板下表面和弹性泵体侧壁外表面紧密粘合，柔性压电纤维复合材料具有和基板一致的弯曲弧度并且与基板紧密粘合，位于两块相邻基板间的弹性泵体向内自然凹陷。
附图说明
图1是本发明一种具有弹性泵体的仿生泵静止时的示意图。
图2是本发明一种具有弹性泵体的仿生泵静止时的俯视图。
图3是弹性硅胶泵体体积变大，流体吸入腔体的示意图。
图4是弹性硅胶泵体体积变大，流体吸入腔体的俯视图。
图5是弹性硅胶泵体体积变小，流体泵出腔体的示意图。
图6是弹性硅胶泵体体积变小，流体泵出腔体的俯视图。
具体实施方式
参照图1,本发明一种具有弹性泵体的仿生泵，是由出口管1，出口单向阀2，弹性泵体3，泵体侧壁4，入口管5，入口单向阀6，柔性压电纤维复合材料701，基板702组成,其中:
柔性压电纤维复合材料701，在交变电压的作用下，其运动方式是在材料横向所产生伸缩变形，为达到本装置所需左右平动，在柔性压电纤维复合材料701底部粘贴基板702，二者共同构成柔性压电驱动器7，在交变电压的作用下，整个驱动部分产生往复弯曲变形
四片柔性压电纤维复合材料701彼此间隔90°，四片基板702在其下方对应位置，基板702和近似纺锤形弹性泵体3侧壁外表面具有一致的向外弯曲弧度，基板702下表面和弹性泵体3外表面紧密粘合，压电纤维复合材料压电片701具有和基板702一致的向外弯曲弧度，压电纤维复合材料压电片701和基板702紧密粘合；位于两片柔性压电驱动器7间的泵体侧壁4向内凹陷。
弹性泵体3上下两侧各有一个小孔，采用硅橡胶粘合剂将入口单向阀6粘接于弹性泵体3下开孔的内侧，即位于腔体内部，出口单向阀2粘接于弹性泵体3上侧开孔的外部。出口管1和入口管5分别粘于弹性泵体3上下两侧的相应位置。
柔性压电纤维复合材料701在交变电压的作用下同时做缩短或伸长运动。当弹性泵体3侧壁外表面彼此间隔90°粘接的柔性压电纤维复合材料701同时伸长时，在基板702的配合下，四个柔性压电驱动器7同时由平衡位置产生进一步向外弯曲变形，带动和基板702粘接的弹性泵体3向外拉伸，相邻两个柔性压电驱动器7间的泵体侧壁4的凹陷程度变小，整个弹性泵体3径向长度变短而横截面面积变大，弹性泵体3由近似纺锤形变为近似球形，弹性泵体3体积增大，弹性泵体3上侧外部的出口单向阀2闭合，同时位于弹性泵体3下侧内部的入口单向阀6打开，流体从外部经由入口管5和打开的入口单向阀6流入弹性泵体3的泵腔内部。
当弹性泵体3侧壁外表面彼此间隔90°粘接的柔性压电纤维复合材料701由伸长状态恢复到平衡状态时，在基板702的配合下，四个压电驱动器7的弯曲弧度逐渐缩小直至恢复平衡状态，相邻两个压电驱动器7间的泵体侧壁4恢复到初始状态的向内凹陷。在此过程中，入口单向阀6关闭，出口单向阀2打开，弹性泵体3泵腔内部的流体经出口单向阀2和出口管1流出，直至平衡状态。此时弹性泵体3的泵腔内外压力平衡，入口单向阀6和出口单向阀2均关闭。
当弹性泵体3侧壁外表面彼此间隔90°粘接的柔性压电纤维复合材料701同时缩短时，在基板702的配合下，四个柔性压电驱动器7同时由平衡位置产生向内的弯曲变形，带动和基板702粘接的弹性泵体3向内压缩，柔性压电驱动器7的弯曲弧度变小，相邻两个柔性压电驱动器7间泵体侧壁4向内凹陷程度加剧，整个弹性泵体3径向长度变长而横截面面积变小，弹性泵体3体积缩小，弹性泵体3下侧内部的入口单向阀6闭合，同时位于弹性泵体3上侧外部的出口单向阀2打开，流体继续从弹性泵体3的泵腔内部经由打开的出口单向阀2和出口管1流出。
当弹性泵体3侧壁外表面彼此间隔90°粘接的柔性压电纤维复合材料701由缩短状态恢复到平衡状态时，在基板702的配合下，四个柔性压电驱动器7的弯曲弧度逐渐增大直至恢复平衡状态，相邻两个柔性压电驱动器7间的泵体侧壁4恢复到初始状态的向内凹陷。在此过程中，入口单向阀6打开，出口单向阀2关闭，流体由外部经入口管5和入口单向阀6流入弹性泵体3的泵腔内部，直至平衡状态。此时弹性泵体3的泵腔内外压平衡，入口单向阀6和出口单向阀2均关闭。如此往复进行，在单向阀的配合下，实现流体不间断吸入与泵出。
Claims (3)
1.一种具有弹性泵体的仿生泵，包含出口管(1)，出口单向阀(2)，弹性泵体(3)，泵体侧壁(4)，入口管(5)，入口单向阀(6)，柔性压电纤维复合材料(701)，基板(702)；其特征在于：弹性泵体(3)和泵体侧壁(4)由硅胶材料制成，形状近似纺锤形，弹性泵体(3)上下两端中心位置各有一开孔，分别为出口孔和入口孔，柔性压电纤维复合材料(701)和其下对称位置布置的基板(702)粘贴在一起，共同组成柔性压电驱动器(7)，四个柔性压电驱动器(7)彼此间隔90°，均匀粘贴在弹性泵体(3)侧壁外表面，柔性压电驱动器(7)和近似纺锤形弹性泵体(3)的表面具有一致的弯曲弧度，基板(702)下表面和弹性泵体(3)外表面紧密粘合；位于两块相邻基板(702)间的弹性泵体(3)在初始状态下向内自然凹陷。
2.根据权利要求1所述一种具有弹性泵体的仿生泵，其特征在于：入口管(5)和出口管(1)分别粘贴于弹性泵体(3)两端开孔的外表面；出口单向阀(2)和入口单向阀(6)分别粘贴于弹性泵体(3)出口孔的外表面和入口孔的内表面。
3.根据权利要求1或2所述一种具有弹性泵体的仿生泵，其特征在于：在交变电压的作用下，柔性压电驱动器(7)产生往复弯曲变形，在四个柔性压电驱动器(7)的配合下，弹性泵体(3)的横剖面尺寸交替增大和减小，同时弹性泵体(3)的轴向长度交替减小和增大，整个弹性泵体(3)的体积在空间内往复变化，通过出口单向阀(2)和入口单向阀(6)的配合，实现流体的连续定向输送。
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