CN107575365A - 压电泵及电子产品 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压电泵及电子产品，涉及压电器件的技术领域，包括第一盖板、压电元件和第二盖板；第一盖板上设置有进气孔，第二盖板上设置有出气孔；压电元件的边缘位于第一盖板和第二盖板之间并由第一盖板和第二盖板固定；压电元件包括压电振子以及环形止回片；压电振子包括振膜和环形压电体，振膜和环形压电体的边缘贴合；振膜上设置有通气孔；环形压电体位于振膜朝向第一盖板一侧并且避让通气孔；环形压电体用于被触发后产生振动量并将振动量传递至振膜；环形止回片设置于振膜的靠近第二盖板的一侧，并且可开合地盖合于振膜的通气孔上方。本发明结构简单，体积小，功耗低，无阀体开合滞后现象，并且泵流量大。

Description

压电泵及电子产品

技术领域

本发明涉及压电器件技术领域，尤其是涉及一种压电泵及电子产品。

背景技术

压电泵利用压电陶瓷的逆压电效应使压电振子(压电陶瓷片)产生变形，再由变形产生泵腔的容积变化实现流体输出或者利用压电振子产生波动来传输流体，并可根据施加电压或频率控制输出流量，可广泛应用于小型移动设备、CPU及显示卡、游戏机控制板、笔记本电脑等配套产品。

由于目前消费电子类产品越来越超薄化和小型化，但需要处理信息量却在增大，这样散热就成为亟待解决的问题，压电泵喷射气流散热，因其体积小，出风量大，抗电磁干扰，相较于传统的电磁式风扇，在解决此类问题上更具有优势。

目前已实用化的压电泵，其驱动振子为在金属振膜或有机振膜一侧贴合实体圆形，或方形压电陶瓷片构成，同时通过在进气或出气口设置被动开合的单向阀，或利用进气和出气口的流阻差来达到泵气的效果。但是这几种方法均存在一些问题：驱动振子上实体圆形，或方形压电陶瓷片电极面较大，因此其电容量相对较大，不利于减低功耗；在进气或出气口设置被动开合的单向阀，由于被动开合的单向阀需要泵室内的真空度或压强达到一定阈值才能开合，是阀体开合具有滞后性，阻碍气流的运动；利用进气和出气口的流阻差，一般为无阀泵，输出的压强小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压电泵及电子产品，结构简单，体积小，功耗低，采用主动阀无阀体开合滞后现象，并且泵流量大，有一定压强。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种压电泵，包括：沿流体运动方向依次设置的第一盖板、压电元件和第二盖板；

所述第一盖板上设置有进气孔，所述第二盖板上设置有出气孔；

所述压电元件的边缘位于所述第一盖板和第二盖板之间并由所述第一盖板和所述第二盖板固定；

所述压电元件包括压电振子以及环形止回片；

所述压电振子包括振膜和环形压电体，所述振膜和所述环形压电体的边缘贴合；所述振膜上设置有通气孔；所述环形压电体位于所述振膜朝向所述第一盖板一侧并且避让所述通气孔；所述环形压电体用于被触发后产生振动量并将所述振动量传递至所述振膜；

所述环形止回片设置于所述振膜的靠近所述第二盖板的一侧，并且可开合地盖合于所述振膜的通气孔上方。

进一步地，所述振膜上设置有多个所述通气孔，所述通气孔环形分布。

进一步地，所述环形压电体的内径大于所述振膜上环形分布的所述通气孔的环外侧直径，以使所述环形压电体避让所述通气孔。

进一步地，所述环形止回片的内径小于等于所述振膜上环形分布的所述通气孔的环内侧直径，当所述振膜朝向所述出气孔弯曲喷出流体时，所述环形止回片用于封闭所述通气孔。

进一步地，所述压电元件还包括位于所述第一盖板与所述压电振子之间的第一环形垫片以及位于所述压电振子与所述环形止回片之间的第二环形垫片；

所述压电振子的边缘位于所述第一环形垫片和所述第二环形垫片之间并由所述第一环形垫片和所述第二环形垫片固定。

进一步地，所述第一环形垫片为柔性件；

和/或，所述第二环形垫片为柔性件。

进一步地，所述环形止回片的边缘伸入所述第二环形垫片与所述第二盖板之间并由所述第二环形垫片和所述第二盖板固定，且所述环形止回片与所述振膜之间具有间隙。

进一步地，在所述环形压电体未被触发的状态下，所述振膜与所述环形止回片之间的距离H满足关系式：0＜H≤(S×(R-r))/R，其中S为振膜向出气孔方向弯曲的单边振幅，R为振膜半径，r为通气孔到振膜中心的距离。

进一步地，所述振膜上所述通气孔的截面积之和大于等于所述进气孔截面积的两倍。

第二方面，本发明还提供一种电子产品，包括第一方面中任一项所述的压电泵。

结合以上技术方案，本发明提供的压电泵及电子产品具有以下有益效果：

本发明第一方面提供一种压电泵，包括：沿流体运动方向依次设置的第一盖板、压电元件和第二盖板；第一盖板上设置有进气孔，第二盖板上设置有出气孔；压电元件的边缘位于第一盖板和第二盖板之间并由第一盖板和第二盖板固定；压电元件包括压电振子以及环形止回片；压电振子包括振膜和环形压电体，振膜和环形压电体的边缘贴合；振膜上设置有通气孔；环形压电体位于振膜朝向第一盖板一侧并且避让通气孔；环形压电体用于被触发后产生振动量并将振动量传递至振膜；环形止回片设置于振膜的靠近第二盖板的一侧，并且可开合地盖合于振膜的通气孔上方。振膜将压电泵隔成靠近第一盖板的第一泵室和靠近第二盖板的第二泵室，当压电振子处于第一工作状态时，环形止回片封堵通气孔，流体沿进气孔进入第一泵室，同时第二泵室内的流体自出气孔排出压电泵；当压电振子处于第二工作状态时，通气孔连通第一泵室和第二泵室，第一泵室内的流体自通气孔进入第二泵室。

采用本发明第一方面提供的压电泵，对环形压电体施以正弦的交变电压信号或连续的正向和反向方波脉冲信号可进入工作状态，即连续的从外部吸入气流，并将吸入的气流向外部喷出；理想的工作过程如下：

对环形压电体施以与其极化方向相同电压信号，环形压电体在径向产生收缩，由于环形压电体边缘与振膜边缘硬性贴合，使振膜产生背向环形压电体方向的弯曲，此时环形止回片封闭通气孔，第二泵室容积减小，第二泵室内气流被压缩经出气孔喷出；第一泵室的容积增大，形成一定真空度，外部气流经进气孔被吸入第一泵室；而后电压信号转到与环形压电体极化方向相反的方向，此时环形压电体在径向伸展，振膜向环形压电体一边弯曲，压缩第一泵室，通气孔连通第一泵室和第二泵室，第一泵室内气流大部经通气孔进入第二泵室；重复上述过程；如此往复，通过电压信号方向的转换，不断吸入喷出气流，达到泵的效果。

本发明第一方面提供的压电泵采用环形压电体，相比于现有技术中的实体圆形或方形压电陶瓷片，功耗小，且振膜振幅大，第一泵室和第二泵室的容积变化大，泵流量大；采用振膜与环形止回片组合成的主动阀相比现有技术中的被动单向阀阀体开合无滞后性，并且本发明第一方面提供的压电泵结构简单，体积小，泵流量大，相比现有技术中的无阀泵有一定的压强差。

本发明第二方面提供的电子产品设置有本发明第一方面提供的压电泵，从而具有本发明第一方面提供的压电泵所具有的一切有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的压电泵的分解示意图；

图2为本发明实施例提供的压电泵的截面图；

图3为本发明实施例提供的压电泵第一工作状态示意图；

图4为本发明实施例提供的压电泵第二工作状态示意图；

图5为本发明实施例提供的压电泵第三工作状态示意图。

图标：1-第一盖板；2-压电元件；3-第二盖板；01-第一泵室；02-第二泵室；10-进气孔；21-环形止回片；22-振膜；23-环形压电体；24-第一环形垫片；25-第二环形垫片；30-出气孔；220-通气孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

请参照图1、图2、图3、图4和图5，下面将结合附图对本发明实施例提供的压电泵及电子产品作详细说明。

本发明第一方面的实施例提供了一种压电泵，包括：沿流体运动方向依次设置的第一盖板1、压电元件2和第二盖板3；

第一盖板1上设置有进气孔10，第二盖板3上设置有出气孔30；

压电元件2的边缘位于第一盖板1和第二盖板3之间并由第一盖板1和第二盖板3固定；

压电元件2包括压电振子以及环形止回片21；

压电振子包括振膜22和环形压电体23，振膜22和环形压电体23的边缘贴合；振膜22上设置有通气孔220；环形压电体23位于振膜22朝向第一盖板1一侧并且避让通气孔220；环形压电体23用于被触发后产生振动量并将振动量传递至振膜22；

环形止回片21设置于振膜22的靠近第二盖板3的一侧，并且可开合地盖合于振膜22的通气孔220上方。

本实施例的可选方案中，环形压电体23的材料包括但不限定于：无机压电材料、有机压电材料或复合压电材料。无机压电材料优选为压电陶瓷和压电晶体，压电陶瓷压电性强、介电常数高，可以加工成任意形状。压电晶体，例如石英，介电常数低，但稳定性好。有机压电材料，例如聚偏氟乙烯，材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电常数。复合压电材料是无机压电陶瓷和有机高分子树脂构成的压电复合材料，兼备无机和有机压电材料的性能。上述可选方案中，较为优选地，环形压电体23由陶瓷、PVDF(聚偏氟乙烯)或者电致伸缩材料中的任一种制成。较为优选地，环形压电体23由单层压电陶瓷或多层压电陶瓷制成。

本实施例中具体地说，振膜22上设置有多个通气孔220，通气孔220环形分布。

本实施例中，环形压电体23的内径大于振膜22上环形分布的通气孔220的环外侧直径，以使环形压电体23避让通气孔220。

本实施例中，环形止回片21的内径小于等于振膜22上环形分布的通气孔220的环内侧直径，当振膜22朝向出气孔30弯曲喷出流体时，环形止回片21用于封闭通气孔220或增大流体经通气孔220回流的流阻，防止流体自通气孔220回流。

本实施例中，压电元件2还包括位于第一盖板1与压电振子之间的第一环形垫片24以及位于压电振子与环形止回片21之间的第二环形垫片25；

压电振子的边缘伸入第一环形垫片24和第二环形垫片25之间并由第一环形垫片24和第二环形垫片25固定。

环形压电体23在被触发后产生振动量，由于环形压电体23的边缘与振膜22的边缘相连，因而环形压电体23的产生的振动量能够传递至振膜22，并且压电振子的边缘即振膜22的边缘和环形压电体23的边缘的连接处伸入第一环形垫片24和第二环形垫片25之间并由第一环形垫片24和第二环形垫片25固定，环形压电体23的边缘与振膜22的边缘硬性贴合，因而环形压电体23的边缘和振膜22的边缘无法发生垂直与振膜22所在平面上的振动，传递至振膜22的振动量只能在振膜22的中央位置集中，振膜22能够朝向环形压电体23弯曲或者背向环形压电体23弯曲。

较为优选地，第一环形垫片24和第二环形垫片25均设置为环形垫片，第一环形垫片24位于第一盖板1和环形压电体23之间，第二环形垫片25位于振膜22和环形止回片21之间；压电振子的边缘伸入第一环形垫片24和第二环形垫片25之间并由第一环形垫片24和第二环形垫片25固定。第一环形垫片24和第二环形垫片25形成了对压电振子的垂直于基板的平面方向上的夹紧力。较为优选地，第一环形垫片24和第二环形垫片25均由柔性材料制成，避免了第一环形垫片24和第二环形垫片25对压电振子造成的机械损伤。

本实施例中，压电振子与第一盖板1之间具有间隙，能够避免由于压电振子朝向进气孔10方向的振动导致压电振子与第一盖板1之间的力学干涉，造成的压电振子的振动量减小的技术问题。

本实施例中，环形止回片21的边缘伸入第二环形垫片25与第二盖板3之间并由第二环形垫片25和第二盖板3固定，且环形止回片21与振膜22之间具有间隙，能够保证振膜22朝向出气孔30方向的振动。需要说明的是，环形止回片21比振膜22刚性好，难以弯曲变形，振膜22朝向出气孔30方向振动时，振膜22与环形止回片21接触，并由环形止回片21封堵振膜22上环形分布的通气孔220。

在环形压电体23未被触发的状态下，振膜22与环形止回片21之间的距离H满足关系式：0＜H≤(S×(R-r))/R，其中S为振膜22向出气孔30方向弯曲的单边振幅，R为振膜22半径，r为通气孔220到振膜22中心的距离。需要说明的是，本关系式是基于同位线定理近似得到的，满足该关系式的H可以在环形压电体23被触发的状态下，振膜22背向环形压电体23方向的弯曲即朝向出气孔30弯曲时，环形止回片21可以封闭通气孔220或增大流体自第二泵室02经通气孔220回流至第一泵室01的流阻，防止第二泵室02的流体自通气孔220回流至第一泵室01。

本实施例中，振膜22上通气孔220的截面积之和大于等于进气孔10截面积的两倍，通气孔220相比进气孔10对气流阻力小，当环形止回片21不再封闭通气孔220时，因而压缩第一泵室01时气体会经通气孔220进入第二泵室02。

本实施例提供的压电泵，将图1中所示组件按图2结构组装后对环形压电体23施以正弦的交变电压信号或连续的正向和反向方波脉冲信号可进入工作状态，即连续的从外部吸入气流，并将吸入的气流向外部喷出；理想的工作过程如下：

对环形压电体23施以与其极化方向相同电压信号，如图3所示，环形压电体23在径向产生收缩，由于环形压电体23边缘与振膜22边缘硬性贴合，使振膜22产生背向环形压电体23方向的弯曲即朝向出气孔30弯曲，此时环形止回片21封闭通气孔220，第二泵室02容积减小，第二泵室02内气流被压缩经出气孔30喷出；第一泵室01的容积增大，并形成一定的真空度，外部气流经进气孔10被吸入第一泵室01；

而后电压信号转到与环形压电体23极化方向相反的方向，如图4所示，此时环形压电体23在径向伸展，振膜22向环形压电体23一边弯曲，压缩第一泵室01，同时使振膜22与环形止回片21之间的距离增大，通气孔220连通第一泵室01和第二泵室02，因振膜22上的若干通气孔220的面积总和大于进气孔10的面积，因此通气孔220对气流阻力小，第一泵室01内气流大部经通气孔220进入第二泵室02；电压信号再转到与环形压电体23极化方向同向，使振膜22再次产生背向环形压电体23方向的弯曲，如图5所示，振膜22压缩第二泵室02，同时振膜22与环形止回片21之间的距离减小，使通气孔220流阻增大或使通气孔220被环形止回片21封闭，阻止第二泵室02内气流回流至第一泵室01，第二泵室02内气流被压缩经出气孔30喷出；与此同时外部气流经进气孔10被吸入第一泵室01，重复上述过程；如此往复，通过电压信号方向的转换，不断吸入喷出气流，达到泵的效果。

本发明第一方面的实施例提供的压电泵采用环形压电体23，相比于现有技术中的实体圆形或方形压电陶瓷片，功耗小，采用振膜22与环形止回片21组合成的主动阀相比现有技术中的被动单向阀阀体开合无滞后性，并且本发明第一方面的实施例提供的压电泵结构简单，体积小，泵流量大，且有一定压强。

第二方面，本发明还提供一种电子产品，包括第一方面中任一种压电泵。压电泵用于电子产品散热，尤其是超薄类电子产品，本发明第一方面的实施例提供的压电泵结构简单，体积小，泵流量大，散热效果明显。

本发明第二方面的实施例提供的电子产品设置有本发明第一方面的实施例提供的压电泵，从而具有本发明第一方面的实施例提供的压电泵所具有的一切有益效果。

以上对本发明的压电泵及电子产品进行了说明，但是，本发明不限定于上述具体的实施方式，只要不脱离权利要求的范围，可以进行各种各样的变形或变更。本发明包括在权利要求的范围内的各种变形和变更。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种压电泵，其特征在于，包括：沿流体运动方向依次设置的第一盖板(1)、压电元件(2)和第二盖板(3)；

所述第一盖板(1)上设置有进气孔(10)，所述第二盖板(3)上设置有出气孔(30)；

所述压电元件(2)的边缘位于所述第一盖板(1)和第二盖板(3)之间并由所述第一盖板(1)和所述第二盖板(3)固定；

所述压电元件(2)包括压电振子以及环形止回片(21)；

所述压电振子包括振膜(22)和环形压电体(23)，所述振膜(22)和所述环形压电体(23)的边缘贴合；所述振膜(22)上设置有通气孔(220)；所述环形压电体(23)位于所述振膜(22)朝向所述第一盖板(1)一侧并且避让所述通气孔(220)；所述环形压电体(23)用于被触发后产生振动量并将所述振动量传递至所述振膜(22)；

所述环形止回片(21)设置于所述振膜(22)的靠近所述第二盖板(3)的一侧，并且可开合地盖合于所述振膜(22)的通气孔(220)上方。

2.根据权利要求1所述的压电泵，其特征在于，所述振膜(22)上设置有多个所述通气孔(220)，所述通气孔(220)环形分布。

3.根据权利要求2所述的压电泵，其特征在于，所述环形压电体(23)的内径大于所述振膜(22)上环形分布的所述通气孔(220)的环外侧直径，以使所述环形压电体(23)避让所述通气孔(220)。

4.根据权利要求2所述的压电泵，其特征在于，所述环形止回片(21)的内径小于等于所述振膜(22)上环形分布的所述通气孔(220)的环内侧直径，当所述振膜(22)朝向所述出气孔(30)弯曲喷出流体时，所述环形止回片(21)用于封堵所述通气孔(220)。

5.根据权利要求1所述的压电泵，其特征在于，所述压电元件(2)还包括位于所述第一盖板(1)与所述压电振子之间的第一环形垫片(24)以及位于所述压电振子与所述环形止回片(21)之间的第二环形垫片(25)；

所述压电振子的边缘位于所述第一环形垫片(24)和所述第二环形垫片(25)之间并由所述第一环形垫片(24)和所述第二环形垫片(25)固定。

6.根据权利要求5所述的压电泵，其特征在于，所述第一环形垫片(24)为柔性件；

和/或，所述第二环形垫片(25)为柔性件。

7.根据权利要求5所述的压电泵，其特征在于，所述环形止回片(21)的边缘伸入所述第二环形垫片(25)与所述第二盖板(3)之间并由所述第二环形垫片(25)和所述第二盖板(3)固定，且所述环形止回片(21)与所述振膜(22)之间具有间隙。

8.根据权利要求7所述的压电泵，其特征在于，在所述环形压电体(23)未被触发的状态下，所述振膜(22)与所述环形止回片(21)之间的距离H满足关系式：0＜H≤(S×(R-r))/R，其中S为振膜(22)向出气孔(30)方向弯曲的单边振幅，R为振膜(22)半径，r为通气孔(220)到振膜(22)中心的距离。

9.根据权利要求2所述的压电泵，其特征在于，所述振膜(22)上所述通气孔(220)的截面积之和大于等于所述进气孔(10)截面积的两倍。

10.一种电子产品，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的压电泵。