CN111692069A - 一种驱动与阀控融合式流体驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种驱动与阀控融合式流体驱动装置，包括第一压电振子、活塞、活塞套、第二压电振子和第三压电振子，第一压电振子、第二压电振子和第三压电振子在外界交变电压的驱动下协同振动，各自形成的泵腔容积变化量叠加累积，进而在完整的交变信号驱动周期中获得较大的泵腔容积变化量。活塞自身具有质量，是整个振动系统的质量调整机构。在交流电信号驱动下，第一压电振子、第二压电振子和第三压电振子协同振动，实现压缩腔容积的增大和缩小。

Description

一种驱动与阀控融合式流体驱动装置
技术领域
本发明涉及流体输送设备及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种驱动与阀控融合式流体驱动装置。
背景技术
容积式压电泵是一种由压电致动器驱动的流体驱动装置，其输送流体精度高且响应速度快，自身结构紧凑易实现微型化，具有广阔的市场应用前景。传统的容积式压电泵利用与泵体周边密封安装的压电振子直接驱动流体工作，并在流体的入口和出口安装有被动阀，控制流体的流动方向，这类压电泵的结构紧凑且易于实现微型化，而由于单个压电振子的形变能力有限，使上述压电泵很难获得较大的泵腔容积变化量，泵腔中流体压缩比难以提高。同时，被动阀自身响应频率固定而不能主动适应压电振子的驱动频率的变化，如若两者频率不匹配会使得压电泵的性能显著下降。采用主动阀结构可以有效解决这类问题，但是现有的主动阀压电泵需要单独的主动阀驱动装置，结构复杂且成本高。为了提升容积式压电泵的流体驱动性能，使其适应于大流量/高压力的应用场合，研究人员尝试通过增大驱动电压来提高压电致动器的输出位移，进而获得较大的泵腔容积变化量，而过高的驱动电压会降低压电致动器的工作寿命。
因此，如何改变现有技术中，容积式压电泵的流体驱动能力较低从而对其应用造成了限制的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种驱动与阀控融合式流体驱动装置，以解决上述现有技术存在的问题，使容积式压电泵能够获得较大的泵腔容积变化量，提高容积式压电泵的适用性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种驱动与阀控融合式流体驱动装置，包括第一压电振子、活塞、活塞套、第二压电振子和第三压电振子，所述第一压电振子与所述活塞的一端相连，所述活塞的另一端可滑动地伸入所述活塞套内，所述活塞伸入所述活塞套的一端与所述第二压电振子相连，所述第三压电振子设置于所述第二压电振子远离所述活塞的一端，所述第二压电振子和所述第三压电振子相对设置且二者之间具有间隙，所述活塞套、所述活塞、所述第二压电振子和所述第三压电振子围成的空腔为压缩腔，所述活塞套设置有进流通道，所述第三压电振子设置中心通过孔，所述中心通过孔处设置阀孔密封凸台，所述阀孔密封凸台能够封堵所述中心通过孔，所述进流通道、所述中心通过孔分别与所述压缩腔相连通。
优选地，所述驱动与阀控融合式流体驱动装置还包括顺次相连的上泵体、中间泵体和下泵体，所述第一压电振子与所述上泵体相抵接，所述中间泵体套设于所述活塞套的外部，所述下泵体与所述活塞套的端面相连，所述第三压电振子与所述下泵体相连，所述阀孔密封凸台设置于所述第三压电振子与所述下泵体之间。
优选地，所述活塞套与所述中间泵体之间、所述活塞套与所述下泵体之间均设置密封元件。
优选地，所述中间泵体设置相连通的入口和连通通道，所述入口设置于所述中间泵体远离所述活塞套的一侧，所述连通通道与所述进流通道相连通，所述入口能够与外部流体相连通。
优选地，所述连通通道的横截面与所述进流通道的横截面相一致，所述入口的横截面面积较所述连通通道的横截面面积大；所述进流通道的数量为四个，四个所述进流通道周状均布，所述连通通道的数量与所述进流通道的数量相一致且一一对应。
优选地，所述下泵体设置有出流通道，所述出流通道与所述中心通过孔相连通。
优选地，所述出流通道的数量为四个，四个所述出流通道绕所述中心通过孔的轴线周状均布。
优选地，所述下泵体连接有出口整流管，所述出口整流管与所述出流通道相连通。
优选地，所述出口整流管包括相连通的连通段和出口段，所述连通段与所述出流通道相连通，所述出口段的直径较所述连通段的直径小。
优选地，所述活塞设置通气导线孔，所述通气导线孔与外界环境相连通，所述下泵体设置导线通过孔，所述导线通过孔处设置密封塞。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置，包括第一压电振子、活塞、活塞套、第二压电振子和第三压电振子，第一压电振子与活塞的一端相连，活塞的另一端可滑动地伸入活塞套内，活塞伸入活塞套的一端与第二压电振子相连，第三压电振子设置于第二压电振子远离活塞的一端，第二压电振子和第三压电振子相对设置且二者之间具有间隙，活塞套、活塞、第二压电振子和第三压电振子围成的空腔为压缩腔，活塞套设置有进流通道，第三压电振子设置中心通过孔，中心通过孔处设置阀孔密封凸台，阀孔密封凸台能够封堵中心通过孔，进流通道、中心通过孔分别与压缩腔相连通。使用本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置时，第一压电振子、第二压电振子和第三压电振子在外界交变电压的驱动下协同振动，各自形成的泵腔容积变化量叠加累积，进而在完整的交变信号驱动周期中获得较大的泵腔容积变化量。活塞自身具有质量，是整个振动系统的质量调整机构。本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置，在交流电信号驱动下，第一压电振子、第二压电振子和第三压电振子协同振动，实现压缩腔容积的增大和缩小。具体地，在第一压电振子带动活塞向上运动、第三压电振子向下运动且压缩腔容积增大的过程中，活塞与进流通道形成的入口阀开度增大，使得流体进入压缩腔，第三压电振子的中心通过孔与阀孔密封凸台形成的出口阀开度减小并关闭；在第一压电振子带动活塞向下运动、第三压电振子向上运动且压缩腔容积减小的过程中，活塞与进流通道形成的入口阀开度减小并关闭，第三压电振子的中心通过孔与阀孔密封凸台形成的出口阀开度增大而使压缩腔中的流体排出，上述工作过程循环往复，实现装置对流体的连续驱动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的整体结构示意图；
图2为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的剖切结构示意图；
图3为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的第二压电振子的结构示意图；
图4为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的第三压电振子的结构示意图；
图5为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的活塞的结构示意图；
图6为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的活塞套的结构示意图；
图7为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的中间泵体的结构示意图；
图8为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的下泵体的结构示意图；
其中，1为第一压电振子，2为第二压电振子，3为第三压电振子，3.1为中心通过孔，4为活塞，4.1为通气导线孔，5为活塞套，5.1为进流通道，6为上泵体，7为中间泵体，7.1为入口，7.2为连通通道，8为下泵体，8.1为出流通道，8.2为导线通过孔，9为阀孔密封凸台，10为压缩腔，11为密封元件，12为出口整流管，12.1为连通段，12.2为出口段，13为密封塞。
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。
本发明的目的是提供一种驱动与阀控融合式流体驱动装置，以解决上述现有技术存在的问题，使容积式压电泵能够获得较大的泵腔容积变化量，提高容积式压电泵的适用性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-8，其中，图1为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的整体结构示意图，图2为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的剖切结构示意图，图3为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的第二压电振子的结构示意图，图4为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的第三压电振子的结构示意图，图5为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的活塞的结构示意图，图6为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的活塞套的结构示意图，图7为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的中间泵体的结构示意图，图8为本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置的下泵体的结构示意图。
本发明提供一种驱动与阀控融合式流体驱动装置，包括第一压电振子1、活塞4、活塞套5、第二压电振子2和第三压电振子3，第一压电振子1与活塞4的一端相连，活塞4的另一端可滑动地伸入活塞套5内，活塞4伸入活塞套5的一端与第二压电振子2相连，第三压电振子3设置于第二压电振子2远离活塞4的一端，第二压电振子2和第三压电振子3相对设置且二者之间具有间隙，活塞套5、活塞4、第二压电振子2和第三压电振子3围成的空腔为压缩腔10，活塞套5设置有进流通道5.1，第三压电振子3设置中心通过孔3.1，中心通过孔3.1处设置阀孔密封凸台9，阀孔密封凸台9能够封堵中心通过孔3.1，进流通道5.1、中心通过孔3.1分别与压缩腔10相连通。此处需要说明的是，第一压电振子1、第二压电振子2、第三压电振子3均包括基板和压电陶瓷，在本具体实施方式中，第一压电振子1位于活塞4的顶部，第一压电振子1的压电陶瓷向上，第二压电振子2设置于活塞4的底部，第二压电振子2的压电陶瓷向上，第三压电振子3的压电陶瓷向下，第一压电振子1的基板为镂空结构。
使用本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置时，第一压电振子1、第二压电振子2和第三压电振子3在外界交变电压的驱动下协同振动，各自形成的泵腔容积变化量叠加累积，进而在完整的交变信号驱动周期中获得较大的泵腔容积变化量。活塞4自身具有质量，是整个振动系统的质量调整机构，活塞4与活塞套5之间采用动密封配合。本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置，在交流电信号驱动下，第一压电振子1、第二压电振子2和第三压电振子3协同振动，实现压缩腔10容积的增大和缩小。具体地，在第一压电振子1带动活塞4向上运动、第三压电振子3向下运动且压缩腔10容积增大的过程中，活塞4与进流通道5.1形成的入口阀开度增大，使得流体进入压缩腔10，第三压电振子3的中心通过孔3.1与阀孔密封凸台9形成的出口阀开度减小并关闭；在第一压电振子1带动活塞4向下运动、第三压电振子3向上运动且压缩腔10容积减小的过程中，活塞4与进流通道5.1形成的入口阀开度减小并关闭，第三压电振子3的中心通过孔3.1与阀孔密封凸台9形成的出口阀开度增大而使压缩腔10中的流体排出，上述工作过程循环往复，实现装置对流体的连续驱动。
其中，驱动与阀控融合式流体驱动装置还包括顺次相连的上泵体6、中间泵体7和下泵体8，第一压电振子1与上泵体6相抵接，中间泵体7套设于活塞套5的外部，下泵体8与活塞套5的端面相连，第三压电振子3与下泵体8相连，阀孔密封凸台9设置于第三压电振子3与下泵体8之间。上泵体6、中间泵体7和下泵体8的外侧面相平齐，提高了装置的一体性和美观性。
为了避免流体泄漏，活塞套5与中间泵体7之间、活塞套5与下泵体8之间均设置密封元件11，提高装置密封性能。
具体地，中间泵体7设置相连通的入口7.1和连通通道7.2，入口7.1设置于中间泵体7远离活塞套5的一侧，连通通道7.2与进流通道5.1相连通，入口7.1能够与外部流体相连通，外部流体经由入口7.1、连通通道7.2和进流通道5.1进入压缩腔10中。
在本具体实施方式中，连通通道7.2的横截面与进流通道5.1的横截面相一致，入口7.1的横截面面积较连通通道7.2的横截面面积大，确保外部流体能够顺利进入；进流通道5.1的数量为四个，四个进流通道5.1周状均布，连通通道7.2的数量与进流通道5.1的数量相一致且一一对应，提高流体进入压缩腔10的均匀性，且在某一连通通道7.2发生故障或堵塞时，其它进流通道5.1能够顺利工作，提高装置可靠性。
更具体地，下泵体8设置有出流通道8.1，出流通道8.1与中心通过孔3.1相连通，流体经由中心通过孔3.1和出流通道8.1流出。
相应地，出流通道8.1的数量为四个，四个出流通道8.1绕中心通过孔3.1的轴线周状均布，提高流体流出均匀性和装置可靠性。
进一步地，下泵体8连接有出口整流管12，出口整流管12与出流通道8.1相连通，流体经由出流通道8.1进入出口整流管12整流后排出。
在本发明的其他具体实施方式中，出口整流管12包括相连通的连通段12.1和出口段12.2，连通段12.1与出流通道8.1相连通，出口段12.2的直径较连通段12.1的直径小，连通段12.1直径较大，确保四个出流通道8.1中流出的流体被整流，后经由出口段12.2流出。
需要强调的是，活塞4设置通气导线孔4.1，通气导线孔4.1与外界环境相连通，便于布设导线，同时方便第二压电振子2与活塞4之间的空腔与外界环境相连通，同样地，下泵体8设置导线通过孔8.2，导线通过孔8.2处设置密封塞13，避免流体泄漏。此处需要说明的是，第二压电振子2的压电陶瓷与活塞4之间具有间隙形成空腔，方便连接导线以及为第二压电振子2提供形变的空间，同理，第三压电振子3的压电陶瓷与下泵体8之间也具有间隙，确保第三压电振子3能够正常工作。
活塞4和活塞套5之间采用动密封配合，活塞4在第一压电振子1的驱动下可以上下运动并保证两者间的密封关系，第二压电振子2安装在活塞4的下端面，与第一压电振子1配合而形成串联式流体驱动形式，与第三压电振子3配合而形成并联式流体驱动形式。
当本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置工作时，第一压电振子1、第二压电振子2和第三压电振子3在外界交变电压的驱动下协同振动，各自形成的泵腔容积变化量叠加累积，进而在完整的交变信号驱动周期中获得较大的泵腔容积变化量。活塞4自身具有质量，是整个振动系统质量调整机构。本发明的驱动与阀控融合式流体驱动装置在交流电信号驱动下，第一压电振子1、第二压电振子2和第三压电振子3协同振动，实现泵腔容积的增大和缩小。在第一压电振子1带动活塞4向上运动、第三压电振子3向下运动且压缩腔10容积增大的过程中，活塞4与进流通道5.1形成的入口阀开度增大而使得流体进入压缩腔10，第三压电振子3与阀孔密封凸台9形成的出口阀开度减小而使出口关闭；在第一压电振子1带动活塞4向下运动、第三压电振子3向上运动且压缩腔10容积减小的过程中，活塞4与进流通道5.1形成的入口阀开度减小而使得入口阀关闭，第三压电振子3与阀孔密封凸台9形成的出口阀开度增大而使压缩腔10中的流体排出。上述工作过程循环往复，实现对流体的连续驱动。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种驱动与阀控融合式流体驱动装置，其特征在于：包括第一压电振子、活塞、活塞套、第二压电振子和第三压电振子，所述第一压电振子与所述活塞的一端相连，所述活塞的另一端可滑动地伸入所述活塞套内，所述活塞伸入所述活塞套的一端与所述第二压电振子相连，所述第三压电振子设置于所述第二压电振子远离所述活塞的一端，所述第二压电振子和所述第三压电振子相对设置且二者之间具有间隙，所述活塞套、所述活塞、所述第二压电振子和所述第三压电振子围成的空腔为压缩腔，所述活塞套设置有进流通道，所述第三压电振子设置中心通过孔，所述中心通过孔处设置阀孔密封凸台，所述阀孔密封凸台能够封堵所述中心通过孔，所述进流通道、所述中心通过孔分别与所述压缩腔相连通。
2.根据权利要求1所述的驱动与阀控融合式流体驱动装置，其特征在于：还包括顺次相连的上泵体、中间泵体和下泵体，所述第一压电振子与所述上泵体相抵接，所述中间泵体套设于所述活塞套的外部，所述下泵体与所述活塞套的端面相连，所述第三压电振子与所述下泵体相连，所述阀孔密封凸台设置于所述第三压电振子与所述下泵体之间。
3.根据权利要求2所述的驱动与阀控融合式流体驱动装置，其特征在于：所述活塞套与所述中间泵体之间、所述活塞套与所述下泵体之间均设置密封元件。
4.根据权利要求2所述的驱动与阀控融合式流体驱动装置，其特征在于：所述中间泵体设置相连通的入口和连通通道，所述入口设置于所述中间泵体远离所述活塞套的一侧，所述连通通道与所述进流通道相连通，所述入口能够与外部流体相连通。
5.根据权利要求4所述的驱动与阀控融合式流体驱动装置，其特征在于：所述连通通道的横截面与所述进流通道的横截面相一致，所述入口的横截面面积较所述连通通道的横截面面积大；所述进流通道的数量为四个，四个所述进流通道周状均布，所述连通通道的数量与所述进流通道的数量相一致且一一对应。
6.根据权利要求4所述的驱动与阀控融合式流体驱动装置，其特征在于：所述下泵体设置有出流通道，所述出流通道与所述中心通过孔相连通。
7.根据权利要求6所述的驱动与阀控融合式流体驱动装置，其特征在于：所述出流通道的数量为四个，四个所述出流通道绕所述中心通过孔的轴线周状均布。
8.根据权利要求7所述的驱动与阀控融合式流体驱动装置，其特征在于：所述下泵体连接有出口整流管，所述出口整流管与所述出流通道相连通。
9.根据权利要求8所述的驱动与阀控融合式流体驱动装置，其特征在于：所述出口整流管包括相连通的连通段和出口段，所述连通段与所述出流通道相连通，所述出口段的直径较所述连通段的直径小。
10.根据权利要求2所述的驱动与阀控融合式流体驱动装置，其特征在于：所述活塞设置通气导线孔，所述通气导线孔与外界环境相连通，所述下泵体设置导线通过孔，所述导线通过孔处设置密封塞。
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