CN108302016A - 一种连续流体被动阀压电泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连续流体被动阀压电泵，包括压电泵泵体和电控系统，所述压电泵泵体设置有进液流道、出液流道、单向阀片组、第一泵腔和第二泵腔，第一泵腔和第二泵腔并联设置于进液流道和出液流道之间；第一泵腔的两侧设置有第一进液支流和第一出液支流，第二泵腔的两侧设置有第二进液支流和第二出液支流，第一进液支流、第一出液支流、第二进液支流和第二出液支流均设置有单向阀片组；第一泵腔设置有用于调节其容积的第一压电振子，第二泵腔设置有用于调节其容积的第二压电振子，第一压电振子和第二压电振子分别与电控系统电连接。采用本发明技术方案的连续流体被动阀压电泵，该压电泵的泵送流量大、输出压力高且能够实现流体连续性泵送。

Description

一种连续流体被动阀压电泵

技术领域

本发明涉及压电泵技术领域，具体涉及一种连续流体被动阀压电泵。

背景技术

压电泵相比于其它传统泵，它结构简单、体积小、质量轻、能耗低、无噪声、无电磁干扰且可以精确控制微流体等优点，得到了国内外广大研究人员的关注，目前已广泛用在航空航天、生物医疗、机械、小家电、微化学混合，微电子冷却等领域上。

压电泵的泵送原动力来源于压电振子的逆压电效应产生的变形。从有无阀片可划分压电泵为有阀压电泵和无阀压电泵。无阀压电泵结构简单，利用进出流管的流阻系数不同，在泵腔的容积变化下形成宏观上流体的单向流动。无阀泵存在着流量小、流动脉动大、有回流现象等问题，然而无阀压电泵能更容易实现微型化设计。有阀压电泵较无阀压电泵有更大的流量泵送能力，且输出压力更大，进一步地，根据阀的主动及被动性来，可将有阀压电泵分为主动阀压电泵和被动阀压电泵。主动阀压电泵一般不设置泵腔，凭靠阀片上的压电片的逆压电效应使流体运动。被动阀压电泵设置有泵腔，压电振子上的压电片的逆压电效应造成泵腔容积变化而促使阀片两端构成压差，压差造成阀片的开与闭。

在现有技术中，被动阀压电泵设置有单独的泵腔，而泵腔的泵送周期具有两个过程，过程一为泵腔容积变大从而使得进液流道内的流体进入泵腔，过程二为通过控制压电片使得泵腔容积变小，进而使泵腔内的流体从泵腔泵送至出液流道，上述流体进入泵腔及流体从泵腔输出的两个过程分开进行，使得压电泵的泵送流量断断续续，从而大大影响了泵送的连续性。此外，由于流体断续泵送，也导致压电泵的输出流量与输出压力过小。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种连续流体被动阀压电泵，该压电泵的泵送流量大、输出压力高且能够实现流体连续性泵送。

基于此，本发明提出了一种连续流体被动阀压电泵，包括压电泵泵体和电控系统，所述压电泵泵体设置有进液流道、出液流道、单向阀片组、第一泵腔和第二泵腔，所述第一泵腔和所述第二泵腔并联设置于所述进液流道和所述出液流道之间；所述第一泵腔两侧设置有第一进液支流和第一出液支流，所述第二泵腔设置有第二进液支流和第二出液支流，所述第一进液支流、第一出液支流、所述第二进液支流和所述第二出液支流均设置有所述单向阀片组；所述第一泵腔设置有用于调节其容积的第一压电振子，所述第二泵腔设置有用于调节其容积的第二压电振子，所述第一压电振子和所述第二压电振子分别与所述电控系统电连接。

作为优选方案，所述压电泵泵体包括可拆卸连接的压电泵上座和压电泵下座，所述压电泵下座设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的槽腔构成所述第一泵腔，所述第二凹槽的槽腔构成所述第二泵腔。

作为优选方案，所述压电泵上座依次设置有与所述第一凹槽和所述第二凹槽相对应的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔设置有第一台阶，所述第一压电振子位于所述第一通孔内且扣接于所述第一台阶，所述第二通孔设置有第二台阶，所述第二压电振子位于所述第二通孔内且扣接于所述第二台阶。

作为优选方案，所述第一压电振子和第二压电振子均包括金属片和粘贴于所述金属片两侧的压电片，各所述金属片分别扣接于所述第一台阶和所述第二台阶，各所述压电片分别与所述电控系统电连接。

作为优选方案，还包括顶盖，所述顶盖扣接于所述压电泵上座，各所述金属片的上下两侧均放置有一片环形垫片。

作为优选方案，所述顶盖底部设置有两个环形凸起，两个所述环形凸起依次与所述第一台阶和所述第二台阶对应，且所述顶盖设置有依次与所述第一通孔和所述第二通孔相对应的第三通孔和第四通孔。

作为优选方案，所述单向阀片组包括两片对称设置的弧形弹性阀片，各所述弧形弹性阀片设置于所述压电泵泵体内，各所述弧形弹性阀片沿流体流向布置，且各所述弧形弹性阀片的弧形开口均朝向所述出液流道设置，两片所述弧形弹性阀片的末端相抵接。

作为优选方案，各所述弧形弹性阀片的一端设置有卡接件，所述压电泵泵体设置有与所述连接件相对应的卡槽，各所述弧形弹性阀片通过是卡接件而与所述卡槽相卡接。

作为优选方案，所述压电泵泵体在所述第一出液支流和所述第二出液支流的交汇处设置有弧形凸起，所述弧形凸起的末端所在水平延长线与所述出液流道相互平行。

作为优选方案，所述弧形凸起的末端延长线与所述出液流道的中心线平齐。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、该压电泵在工作时，通过电控系统周期性地分别在第一压电振子和第二压电振子施加相反方向的电压，当第一压电振子正向弯曲时，第一泵腔的容积增大，进液流道内的流体进入第一泵腔储存，此时第二压电振子反向弯曲，第二泵腔的容积减小，第二泵腔内的流体被挤压从出液流道输出，此后控制第一压电振子反向弯曲，第二压电振子正向弯曲，使得第一泵腔内的流体被挤压从出液流道输出，而进液流道内流体进入第二泵腔储存，上述过程重复进行，进而保证流体连续地从出液流道输出，使得该压电泵的流体实现连续性泵送，而压电泵在工作状态下流体在第一泵腔和第二泵腔均有一个周期性的储存过程，进而保证压电泵的流量大、输出压力高。

2、压电泵泵体包括可拆卸连接的压电泵上座和压电泵下座，压电泵下座设置有第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽的槽腔构成第一泵腔，第二凹槽的槽腔构成第二泵腔，上述结构的压电泵泵体设置合理，也使得该压电泵的拆装维护更加方便。

3、压电泵上座依次设置有与第一凹槽和第二凹槽相对应的第一通孔和第二通孔，第一通孔设置有第一台阶，第一压电振子位于第一通孔内且扣接于第一台阶，第二通孔设置有第二台阶，第二压电振子位于第二通孔内且扣接于第二台阶，基于上述结构，第一压电振子和第二压电振子依次位于第一通孔和第二通孔内，且第一通孔和第二通孔为第一压电振子和第二压电振子提高形变空间，保证第一压电振子和第二压电振子正常运行，而第一台阶和第二台阶保证第一压电振子和第二压电振子安装稳定。

4、该压电泵还包括顶盖，顶盖扣接于所述压电泵上座，各金属片两侧均设置有环形垫片，环形垫片使得第一压电振子和第二压电振子稳定紧密安装，同时也保护了第一压电振子和第二压电振子。

5、单向阀片组包括两片对称设置的弧形弹性阀片，各弧形弹性阀片设置于压电泵泵体内，各弧形弹性阀片沿流体流向布置，且各弧形弹性阀片的弧形开口均朝向出液流道设置，由此流体从进液流道流至出液流道的过程中，单向阀片组两侧的压力差能够使得两片弧形弹性阀片的末端被挤压打开，而流体反向流动时，两片弧形弹性阀片末端抵接更加紧密，流体无法反向回流，实现流体单向流通，此外，弧形弹性阀片使得流体的压力损失最小化，而对称设置的弧形弹性阀片使得流体从两弧形弹性阀片之间输出，相对于现有技术中的压电泵的泵阀，该单向阀片组结构稳定且成本低廉。

6、弧形弹性阀片的一端设置有卡接件，压电泵泵体设置有与连接件相对应的卡槽，各弧形弹性阀片通过卡接件而与卡槽相卡接，由此使得弧形弹性阀片安装更加稳定。

7、压电泵泵体在所述第一出液支流和所述第二出液支流的交汇处设置有弧形凸起，弧形凸起的末端水平延长线与出液流道相互平行，由此第一出液支流或第二出液支流输出的流体不会发生回流，避免不必要的流体冲击造成流体动能损失，进而使得该压电泵的流体的泵送压力高。

附图说明

图1为本发明实施例中连续流体被动阀压电泵的爆炸视图。

图2为本发明实施例中连续流体被动阀压电泵整体结构示意图。

图3为本发明实施例中压电泵下座的俯视剖面视图。

图4为本发明实施例中连续流体被动阀压电泵的主视剖面视图。

图5为本发明实施例中单向阀片组的结构示意图。

图中：1－压电泵泵体，2－进液流道，3－出液流道，4－单向阀片组，5－第一泵腔，6－第二泵腔，7－第一压电振子，8－第二压电振子，9－环形垫片，10－弧形凸起；11－压电泵下座，12－压电泵上座，13－顶盖；41－弧形弹性阀片，51－第一进液支流，52－第一出液支流，61－第二进液支流，62－第二出液支流；11a－第一凹槽，11b－第二凹槽，12a－第一通孔，12b－第二通孔，13a－环形凸起，13b－第三通孔，13c－第四通孔，41a－卡接件；12a1－第一台阶，12b1－第二台阶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

如图1至图5所示，本实施例提供一种连续流体被动阀压电泵，包括压电泵泵体1和电控系统，压电泵泵体1设置有进液流道2、出液流道3、单向阀片组4、第一泵腔5和第二泵腔6，所述第一泵腔5和所述第二泵腔6并联设置于所述进液流道2和所述出液流道3之间；所述第一泵腔5的进液口设置有第一进液支流51，第一泵腔5的出液口设置有第一出液支流52，所述第二泵腔6的进液口设置有第二进液支流61，第二泵腔6的出液口设置有第二出液支流62，所述第一进液支流51、第一出液支流52、所述第二进液支流61和所述第二出液支流62均设置有所述单向阀片组4，单向阀片组4使得流体只能沿进液流道2至出液流道3方向输出，避免发生流体回流，且本实施例中的各单向阀片组4通过单向阀片组4两侧的压力差实现开启；所述第一泵腔5设置有用于调节其容积的第一压电振子7，所述第二泵腔6设置有用于调节其容积的第二压电振子8，所述第一压电振子7和所述第二压电振子8分别与所述电控系统电连接。需要指出的是，以第一压电振子7为例说明上述方案的工作原理，通过电控系统在第一压电振子7两端施加电压时，第一压电振子7在压电效应下径向压缩，从而使第一压电振子7弯曲变形。当第一压电振子7正向弯曲时，第一压电振子7伸长，第一泵腔5容积增大，腔内流体压力减小，进液流道2和第一泵腔5之间的压力差使得第一进液支流51处的单向阀片组4打开，而第一出液支流52的单向阀片组4关闭，流体进入第一泵腔5；当第一压电振子7向反向弯曲时，第一压电振子7收缩，第一泵腔5容积减小，腔内流体压力增大，第一泵腔5与出液流道3之间的压力差使得第一出液支流52处的单向阀片组4打开，第一泵腔5内流体被挤压从出液流道3输出。

基于以上技术方案，该压电泵在工作时，通过电控系统周期性地分别在第一压电振子7和第二压电振子8施加相反方向的电压，当第一压电振子7正向弯曲时，第一泵腔5的容积增大，进液流道2内的流体进入第一泵腔5储存，此时第二压电振子8反向弯曲，第二泵腔6的容积减小，第二泵腔6内的流体被挤压从出液流道3输出，此后控制第一压电振子7反向弯曲，第二压电振子8正向弯曲，使得第一泵腔5内的流体被挤压从出液流道3输出，而进液流道2内流体进入第二泵腔6储存，上述过程重复进行，进而保证流体连续地从出液流道3输出，使得该压电泵的流体实现连续性泵送，而压电泵在工作状态下流体在第一泵腔5和第二泵腔6均有一个周期性的储存过程，进而保证压电泵的流量大、输出压力高。

在本实施例中，所述压电泵泵体1包括可拆卸连接的压电泵上座12和压电泵下座11，所述压电泵下座11设置有第一凹槽11a和第二凹槽11b，所述第一凹槽11a的槽腔构成所述第一泵腔5，所述第二凹槽11b的槽腔构成所述第二泵腔6，而本实施例中压电泵上座12和压电泵下座11通过螺钉进行连接，采用上述结构使得该压电泵的拆装维护更加方便。

进一步地，所述压电泵上座12依次设置有与所述第一凹槽11a和所述第二凹槽11b相对应的第一通孔12a和第二通孔12b，所述第一通孔12a设置有第一台阶12a1，所述第一压电振子7位于所述第一通孔12a内且扣接于所述第一台阶12a1，所述第二通孔12b设置有第二台阶12b1，所述第二压电振子8位于所述第二通孔12b内且扣接于所述第二台阶12b1，基于上述结构，第一压电振子7和第二压电振子8依次位于第一通孔12a和第二通孔12b内，且第一通孔12a和第二通孔12b为第一压电振子7和第二压电振子8提高形变空间，保证第一压电振子7和第二压电振子8正常运行，而第一台阶12a1和第二台阶12b1保证第一压电振子7和第二压电振子8安装稳定。

具体地，所述第一压电振子7和第二压电振子8均包括金属片和粘贴于所述金属片两侧的压电片，各所述金属片分别扣接于所述第一台阶12a1和所述第二台阶12b1，各所述压电片分别与所述电控系统电连接，由此压电片的伸长和压缩时带动金属片上下弯曲，当金属片向上弯曲时，第一泵腔5或第二泵腔6的容积变大，而当金属片向下弯曲时，第一泵腔5或第二泵腔6的容积变小。

优选地，该压电泵还包括顶盖13，所述顶盖13扣接于所述压电泵上座12，各所述金属片的上下两侧均放置有一片环形垫片9，环形垫片9使得第一压电振子7和第二压电振子8稳定紧密安装，同时也保护了第一压电振子7和第二压电振子8。进一步地，所述顶盖13底部设置有两个环形凸起13a，两个所述环形凸起13a依次与所述第一台阶12a1和所述第二台阶12b1对应，两个环形凸起13a分别使得第一压电振子7和第二压电振子8稳定地与第一台阶12a1和第二台阶12b1相抵接，使得第一压电振子7和第二压电振子8固定稳定，且所述顶盖13设置有依次与所述第一通孔12a和所述第二通孔12b相对应的第三通孔13b和第四通孔13c，第三通孔13b和第四通孔13c使得顶盖13的透气性能良好，也可以通过第三通孔13b和第四通孔13c观察到第一压电振子7和第二压电振子8的工作情况，需要指出的是，第三通孔13b和第四通孔13c的孔径均较小，由此提高该压电泵的结构稳定性。

此外，所述单向阀片组4包括两片对称设置的弧形弹性阀片41，各所述弧形弹性阀片41设置于所述压电泵泵体1内，各所述弧形弹性阀片41沿流体流向布置，且各所述弧形弹性阀片41的弧形开口均朝向所述出液流道3设置，两片所述弧形弹性阀片41的末端相抵接，由此流体从进液流道2流至出液流道3的过程中，单向阀片组4两侧的压力差能够使得两片弧形弹性阀片41的末端被挤压打开，而流体反向流动时，两片弧形弹性阀片41末端抵接更加紧密，流体无法反向回流，实现流体单向流通，此外，弧形弹性阀片41使得流体的压力损失最小化，而对称设置的弧形弹性阀片41使得流体从两弧形弹性阀片41之间输出，相对于现有技术中的压电泵的泵阀，该单向阀片组4结构稳定且成本低廉。

其中，所述弧形弹性阀片41的一端设置有卡接件41a，所述压电泵泵体1设置有与所述连接件相对应的卡槽，各所述弧形弹性阀片41通过卡接件41a而与所述卡槽相卡接，由此使得弧形弹性阀片41安装更加稳定，需要指出的是，本实施例中的连接件为直角折弯件，而所述卡槽与之对应并设置于压电泵下座11，由此使得弧形弹性阀片41安装稳定。

优选地，所述压电泵泵体1在所述第一出液支流52和所述第二出液支流62的交汇处设置有弧形凸起10，所述弧形凸起10的的末端所在水平延长线与所述出液流道3相互平行，由此第一出液支流52或第二出液支流62输出的流体不会发生回流，避免不必要的流体冲击造成流体动能损失，进而使得该压电泵的流体的泵送压力高。进一步地，所述弧形凸起10的末端延长线与所述出液流道3的中心线平齐，由此使得从第一出液支流52或第二出液支流62输出的流体冲击弧形凸起10实现导流作用，上述弧形凸起10的设置更加合理，使得导流方向与出液流道3的中心线平齐，由此使得流体输出压力更高。

采用本发明实施例的连续流体被动阀压电泵，该压电泵在工作时，通过电控系统周期性地分别在第一压电振子7和第二压电振子8施加相反方向的电压，当第一压电振子7正向弯曲时，第一泵腔5的容积增大，进液流道2内的流体进入第一泵腔5储存，此时第二压电振子8反向弯曲，第二泵腔6的容积减小，第二泵腔6内的流体被挤压从出液流道3输出，此后控制第一压电振子7反向弯曲，第二压电振子8正向弯曲，使得第一泵腔5内的流体被挤压从出液流道3输出，而进液流道2内流体进入第二泵腔6储存，上述过程重复进行，进而保证流体连续地从出液流道3输出，使得该压电泵的流体实现连续性泵送，而压电泵在工作状态下流体在第一泵腔5和第二泵腔6均有一个周期性的储存过程，进而保证压电泵的流量大、输出压力高。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种连续流体被动阀压电泵，其特征在于：包括压电泵泵体和电控系统，所述压电泵泵体设置有进液流道、出液流道、单向阀片组、第一泵腔和第二泵腔，所述第一泵腔和所述第二泵腔并联设置于所述进液流道和所述出液流道之间；所述第一泵腔的进液口连通有第一进液支流，所述第一泵腔的出液口连通有第一出液支流，所述第二泵腔的进液口连通有第二进液支流，所述第二泵腔的出液口连通有第二出液支流，所述第一进液支流、所述第一出液支流、所述第二进液支流和所述第二出液支流均设置有所述单向阀片组；所述第一泵腔设置有用于调节其容积的第一压电振子，所述第二泵腔设置有用于调节其容积的第二压电振子，所述第一压电振子和所述第二压电振子分别与所述电控系统电连接。

2.根据权利要求1所述的连续流体被动阀压电泵，其特征在于：所述压电泵泵体包括可拆卸连接的压电泵上座和压电泵下座，所述压电泵下座设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的槽腔构成所述第一泵腔，所述第二凹槽的槽腔构成所述第二泵腔。

3.根据权利要求2所述的连续流体被动阀压电泵，其特征在于：所述压电泵上座依次设置有与所述第一凹槽和所述第二凹槽相对应的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔设置有第一台阶，所述第一压电振子位于所述第一通孔内且扣接于所述第一台阶，所述第二通孔设置有第二台阶，所述第二压电振子位于所述第二通孔内且扣接于所述第二台阶。

4.根据权利要求3所述的连续流体被动阀压电泵，其特征在于：所述第一压电振子和第二压电振子均包括金属片和粘贴于所述金属片两侧的压电片，各所述金属片分别扣接于所述第一台阶和所述第二台阶，各所述压电片分别与所述电控系统电连接。

5.根据权利要求4所述的连续流体被动阀压电泵，其特征在于：还包括顶盖，所述顶盖扣接于所述压电泵上座，各所述金属片的上下两侧均放置有一片环形垫片。

6.根据权利要求5所述的连续流体被动阀压电泵，其特征在于：所述顶盖底部设置有两个环形凸起，两个所述环形凸起依次与所述第一台阶和所述第二台阶对应，且所述顶盖设置有依次与所述第一通孔和所述第二通孔相对应的第三通孔和第四通孔。

7.根据权利要求1所述的连续流体被动阀压电泵，其特征在于：所述单向阀片组包括两片对称设置的弧形弹性阀片，各所述弧形弹性阀片设置于所述压电泵泵体内，各所述弧形弹性阀片沿流体流向布置，且各所述弧形弹性阀片的弧形开口均朝向所述出液流道设置，两片所述弧形弹性阀片的末端相抵接。

8.根据权利要求7所述的连续流体被动阀压电泵，其特征在于：各所述弧形弹性阀片的一端设置有卡接件，所述压电泵泵体设置有与所述连接件相对应的卡槽，各所述弧形弹性阀片通过是卡接件而与所述卡槽相卡接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的连续流体被动阀压电泵，其特征在于：所述压电泵泵体在所述第一出液支流和所述第二出液支流的交汇处设置有弧形凸起，所述弧形凸起的末端所在水平延长线与所述出液流道相互平行。

10.根据权利要求9所述的连续流体被动阀压电泵，其特征在于：所述弧形凸起的末端延长线与所述出液流道的中心线平齐。