CN111980886A - 一种压电微泵支承结构及气体控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体输送设备技术领域，具体涉及一种压电微泵支承结构及气体控制装置。一种压电微泵支承结构，包括压电微泵，包括共振板、压电振子和电极组件，共振板和压电振子依次层叠设置，压电振子的远离共振板的一侧连接有电极组件；底板，与压电微泵的远离共振板的一端连接且两者之间间隙形成进气腔，底板对压电微泵进行支撑和约束。一种气体控制装置，包括压电微泵支承结构；外壳罩设在压电微泵外部，并与电极组件密封连接以形成出气腔，外壳上形成有与出气腔连通的出气通孔。解决了现有技术中的压电微泵需通过周向延伸的连接部连接至外围的支承部上，支承部被层压固定，大大加大了压电泵的体积的技术问题。

Description

一种压电微泵支承结构及气体控制装置

技术领域

本发明属于流体输送设备技术领域，具体涉及一种压电微泵支承结构及气体控制装置。

背景技术

微型流体泵在医药生物、精细化工、航空航天、微机电系统等领域有着广泛的应用需求。现今随着应用目标的电子产品通常都具有小型化的趋势，这也要求微型流体泵在保证其输出能力(输出压力和输出流量)的同时更加小型化或是在不大型化的前提下提高其输出能力。

目前的气体微泵主要有利用电机凸轮机构驱动的电磁隔膜泵、利用压电振子驱动的压电隔膜泵以及利用挤压膜效应的微泵。压电隔膜泵是向压电元件施加交变电压使隔膜弯曲变形的隔膜泵，其具有结构简单、轻薄、且耗电量低等优点。

如公开号为CN101490419B的专利文件公开了一种压电泵，并具体公开了：膜片上形成多个圆弧状狭缝，膜片圆形区域中央粘接圆形压电元件，相邻的狭缝之间形成悬臂梁，悬臂梁将压电元件粘接区和外框连接在一起，压电元件粘接区产生弯曲形变。公开号为CN102597520B的专利文件公开了一种流体泵，并具体公开了：振动板和振动支撑框之间为环状梁，环状梁通过两个连接部分别连接到振动板和振动支撑框上，振动板粘接压电陶瓷，振动板产生弯曲形变。上述两种技术方案中的压电振子和/或与之相对的振动部件使用的是径向支撑的，存在外框或者支撑框分布在产生弯曲形变区域的外围，近似同平面分布，增大了外围尺寸，直接增大了压电泵体积。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的压电微泵需通过周向延伸的连接部连接至外围的支承部上，支承部被层压固定，大大加大了压电泵的体积的技术问题，本发明提供了一种压电微泵支承结构及气体控制装置。本发明的技术方案如下：

一种压电微泵支承结构，包括：压电微泵，所述压电微泵包括共振板、压电振子和电极组件，所述共振板和压电振子依次层叠设置，所述压电振子的远离所述共振板的一侧连接有电极组件；底板，所述底板与所述压电微泵的远离所述共振板的一端连接且两者之间间隙形成进气腔，所述底板对所述压电微泵进行支撑和约束。

本发明的压电微泵支承结构，通过设置压电微泵的底部与底板连接，相较于现有技术中的压电微泵具有周向延伸的连接部及被层压固定的支承部，本发明的压电微泵支承结构，大大减少或省掉了连接部和支承部的结构，缩小了整体结构的周向尺寸，有利于压电泵的微型化。

根据本发明的一个实施例，所述底板通过与所述电极组件连接以支承所述压电微泵。

根据本发明的一个实施例，所述电极组件上形成有两个电极，两个电极分别与两个所述压电元件的两个导电电极固定连接，两个电极之间彼此绝缘。

根据本发明的一个实施例，所述压电振子包括层叠设置的振动板和压电元件，所述压电元件被配置为翻边式，所述压电元件包括基体，所述压电元件的两个导电电极延伸至位于所述基体的同一面上，以与所述电极组件的两个电极固定连接。

根据本发明的一个实施例，所述基体的中部形成有通孔，一个所述导电电极极从基体的第一面自所述通孔或所述基体的外边缘翻边至所述基体的第二面，另一个所述导电电极被配置在所述基体的第二面，两个所述导电电极之间绝缘配合。

根据本发明的一个实施例，两个所述导电电极在所述基体的第二面上呈同轴圆环配合，所述电极组件上的两个电极也呈同轴圆环设置在电极板上；或者，翻边设置的所述导电电极的中心点偏离轴心，所述电极组件包括绝缘层和两个电极，绝缘层层叠在压电元件和两个电极之间，所述绝缘层上开有两个避让孔，两个所述电极的连接端分别穿过两个避让孔与两个导电电极电连接。

根据本发明的一个实施例，所述底板通过支撑件与所述压电微泵连接以支承所述压电微泵，所述压电微泵、支撑件和底板之间形成进气腔。

根据本发明的一个实施例，所述支撑件位于所述电极组件的内周，所述支撑件的第一面与所述压电振子之间形成有第一凸起，所述支撑件的第二面与所述底板之间形成有第二凸起，所述第一凸起和所述第二凸起的尺寸不同。

根据本发明的一个实施例，所述共振板的远离所述压电振子的端面外周部上形成有凸起，所述凸起内周的形成凹陷部。

根据本发明的一个实施例，所述共振板或其上的凸起通过连接部与压电振子连接，所述连接部为弹性连接部，所述连接部与所述压电振子的任意位置连接；或者，所述连接部为刚性连接部，所述连接部与所述压电振子的波节或波节附近无振动或振动很小的位置连接。

根据本发明的一个实施例，所述连接部上分布有出气孔，所述压电振子上设置有进气孔，所述进气孔对应所述凹陷部。

根据本发明的一个实施例，所述进气孔与所述共振板同轴设置，所述振动板的靠近所述共振板的面上围绕所述进气孔设置有凹槽。

一种气体控制装置，包括：压电微泵支承结构，所述底板上形成有进气通孔，所述进气通孔与所述进气腔连通；外壳，所述外壳罩设在所述压电微泵外部，并与所述电极组件密封连接以形成出气腔，所述外壳上形成有与所述出气腔连通的出气通孔。

一种气体控制装置，包括：压电微泵支承结构，所述底板上形成有进气通孔，所述进气通孔与所述进气腔连通；外壳，所述外壳罩设在所述压电微泵外部，并与所述电极组件密封连接以形成出气腔，所述外壳上形成有与所述出气腔连通的出气通孔，所述凸起被所述外壳支承。

根据本发明的一个实施例，所述凸起的顶面与所述外壳的内顶面连接。

根据本发明的一个实施例，所述凸起通过连接板被所述外壳支承，所述连接板被所述外壳的侧壁支承或者所述连接板通过第三凸起与所述外壳的内顶面连接以使所述连接板与所述外壳的内顶面之间存有间隙，所述凸起与所述连接板连接。

基于上述技术方案，本发明具有如下技术效果：

1.本发明的压电微泵支承结构，通过设置压电微泵的底部与底板连接，相较于现有技术中的压电微泵具有径向延伸的连接部及被层压固定的支承部，本发明的压电微泵支承结构，大大减少或省掉了连接部和支承部的结构，缩小了整体结构的周向尺寸，有利于压电泵的微型化；

2.本发明的压电微泵支承结构，压电元件与振动板连接为一体形成压电振子，振动板与共振板或其上的凸起连接以约束共振板，压电微泵的各个部件之间均具有连接关系，在工作过程中，振动板随压电元件一起弯曲变形，共振板在振动板的带动下也产生形变，以实现压电微泵的进气和排气，在进气和排气的过程中，各部件之间不会产生偏移和脱离；

3.本发明的压电微泵支承结构，通过将电极组件与底板连接以支承压电元件、振动板和共振板，电极组件起到电连接及支撑的作用。电极组件上的两个电极与压电元件的两个导电电极之间固定连接，为了保证电极组件起到支承作用，设置电极组件为板状，设置压电元件为翻边式，压电元件的两个导电电极延伸至位于基体的同一面上，电极组件上的两个电极方便与两个导电电极固定连接，且电极组件可支承压电元件。进一步地，设置一个导电电极自基体中部的通孔或基体的外周面翻边至与另一个导电电极位于同一面上，可保证电极组件具有足够的承载面以承载其上的压电元件、振动板和共振板；电极组件上的两个导电电极对应两个电极设置，可方便对应固定连接形成电连接；导电电极和电极之间的固定连接，还可起到防止两者之间发生偏移或脱离；此外，还可设置压电微泵通过支撑件与底板连接，电极组件可无需起到支撑作用，具体地，电极组件中部具有通孔，支撑件位于电极组件的内周分别与压电振子和底板连接，支撑件与压电振子之间、支撑件与底板之间分别形成有凸起，则压电振子与支撑件之间存有间隙，无论支撑件为弹性支撑件还是刚性支撑件，压电振子振动时压电元件与支撑件的非连接面不会发生碰撞，不影响压电振子的振动变形；

4.本发明的压电微泵支承结构，设置共振板通过连接部与压电振子连接，当连接部为弹性连接部时，连接部可随压电振子振动变形，其与压电振子的连接位置可不作要求，但连接位置优选为压电振子的波节或波节附近无振动或振动很小的位置；当连接部为刚性连接部时，连接部无法随压电振子振动变形，其与压电振子的连接位置需在压电振子的波节或波节附近无振动或振动很小的位置，如此不影响压电振子和共振板的振动变形。共振板上形成有凸起，则凸起的内周形成凹陷部，连接部和凹陷部区域刚度小，共振板在压电元件的作用下，可等效为二自由度振动系统。当压电振子朝向远离共振板的方向弯曲变形时，共振板的刚度较大的外周向靠近振子弯曲变形方向变形，共振板上的凹陷部向远离振子弯曲变形方向变形，压电微泵进气。进气过程中，共振板的刚度较大的外周向靠近压电振子弯曲变形的方向变形，共振板的外周与压电振子贴合更紧密，吸入气体时反向泄露更少；当压电振子朝向靠近共振板的方向弯曲变形时，共振板的刚度较大的外周向远离振子弯曲变形方向变形，共振板上的凹陷部向靠近振子弯曲变形方向变形，压电微泵排气。在排气过程中，凹陷部向靠近压电振子弯曲变形方向变形，压电振子中心与共振板的凹陷部贴合更紧密，进气孔被完全封闭，排出气体时反向泄露少，如此压电微泵输出压力可实现剧增。此外，连接部和凹陷部刚度小，可实现振幅的增大，振幅的增大可提高吸入和排出的气体量，进而提高压电微泵的输出流量。即可弥补压电微泵小型化而带来的能量转换效率低的缺陷，使压电微泵在小型化的同时提高压电微泵的输出流量和输出压力即能量转换效率；

5.本发明的气体控制装置，包括压电微泵支承结构和外壳，外壳罩在压电微泵的外部并与电极组件密封连接，则压电微泵无需与外壳之间周向连接，外壳和底板形成的腔体即可被分成进气腔和出气腔，气体控制装置的体积小，且气体输送效果好；

6.本发明的气体控制装置，压电振子被底板支承，共振板上的凸起被外壳支承，即压电微泵的两端均被支承，进一步提高了压电微泵在外壳内的稳定性；此外，凸起可与外壳的内顶面直接连接，或通过连接板与外壳的侧壁或内顶面连接，均可实现凸起被外壳支承；进一步设置连接板为弹性连接板，连接板与外壳的内顶面之间存有间隙，则连接板在起到对压电微泵支承的作用的同时，不会影响到压电微泵的振动变形。

附图说明

图1为本发明实施例一的压电微泵支承结构的剖面图；

图2为共振板及其上连接部的结构示意图；

图3-7为共振板及其上连接部的替换方案的结构示意图；

图8为共振板上的凸起的剖面图；

图9-11为共振板上的凸起的替换方案的结构示意图；

图12为压电振子的结构示意图；

图13为振动板的结构示意图；

图14为振动板的替换方案的结构示意图；

图15为压电元件的结构示意图；

图16为图15的A-A剖面图；

图17为压电微泵进气时的状态图；

图18为压电微泵排气时的状态图；

图19为气体控制装置的剖面图；

图20为气体控制装置的爆炸图；

图21为气体控制装置的反向爆炸图；

图22为本发明实施例二的压电元件的结构示意图；

图23为图22的B-B剖面图；

图24为实施例二的电极组件的结构示意图；

图25为电极组件的电极板的结构示意图；

图26为电极组件的两个电极的结构示意图；

图27为本发明实施例三的压电元件的结构示意图；

图28为图27的C-C剖面图；

图29为本发明实施例四的气体控制装置的剖面图；

图30为第一板件的结构示意图；

图31为第二板件的结构示意图；

图32为第三板件的结构示意图；

图33为本发明的实施例五的气体控制装置的剖面图；

图34为共振板上的凸起被钢性连接部时，压电微泵进气时的状态图；

图35为共振板上的凸起被钢性连接部时，压电微泵排气时的状态图；

图36为本发明的实施例六的气体控制装置的剖面图；

图37-41为连接板的替换方案的结构示意图；

图42为本发明的实施例七的气体控制装置的剖面图；

图43为本发明的实施例八的气体控制装置的剖面图；

其中：1-共振板；11-连接部；111-第一连接部；1111-第一连接臂；1112-出气孔；112-第二连接部；12-凸起；121-第一过流槽；13-凹陷部；2-压电振子；21-振动板；211-第一通孔；212-凹槽；213-第二过流槽；22-压电元件；221-基体；2211-通孔；222-第一导电电极；223-第二导电电极；224-绝缘区；3-电极组件；31-电极板；311-第二通孔；32-第一电极；33-第二电极；34-绝缘层；341-第三通孔；342-避让孔；35-第一板件；351-第一板件本体；352-第一外接端子；353-第一供电端子；36-第二板件；361-第二板件本体；362-第二外接端子；363-第二供电端子；37-第三板件；4-底板；41-进气通孔；42-进气腔；43-第二凸起；5-外壳；51-上盖；511-出气通孔；52-支撑侧板；53-出气腔；6-支撑件；7-第一凸起；8-连接板；81-外板体；82-内板体；83-第二连接臂；84-过流孔；9-第三凸起。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例一

如图1-21所示，本实施例提供了一种压电微泵支承结构，包括压电微泵和底板4，压电微泵的底部与底板4连接，压电微泵与底板4之间间隙形成进气腔42，底板4从压电微泵的下方对压电微泵进行支撑和约束。避免了现有技术中的压电微泵通过周向设置的连接部连接至外围的支承部上，支承部被层压固定，增加了压电微泵的周向体积的弊端。

压电微泵包括共振板1、压电振子2和电极组件3，压电振子2包括振动板21和压电元件22，共振板1、振动板21和压电元件22依次层叠设置，压电元件22的远离振动板21的一侧连接有电极组件3，压电元件22和振动板21连接为一体，共振板1通过连接部11与振动板21连接以约束共振板1。

共振板1整体呈板状，可以是圆形、方形或其它多边形等形状，本实施例中，共振板1的外轮廓为圆形，共振板1采用弹性材料，共振板1通过连接部11与振动板21连接。连接部11呈环状，其一端与共振板1连接，另一端与振动板21连接。如图2所示，连接部11包括第一连接部111和第二连接部112，第一连接部111位于第二连接部112的内周并与第二连接部112固定连接或一体成型，第一连接部111用于与共振板1连接，第二连接部112用于与压电振子2连接。具体地，第一连接部111包括至少两个第一连接臂1111，至少两个第一连接臂1111在周向上均匀分布，相邻两个第一连接臂1111之间形成出气孔1112，第二连接部112呈圆环状。连接部11可为弹性连接部或刚性连接部，当连接部11为弹性连接部时，第一连接臂1111可与共振板1的任意位置连接，连接部11的外端可与振动板21的任意位置连接，优选为与振动板21的波节或波节附近无振动或振动很小的位置连接；当连接部11为刚性连接部时，第一连接臂1111优选为与共振板1的外周壁连接，连接部11的外端与振动板21的波节或波节附近无振动或振动很小的位置连接。

作为连接部11的替换技术方案，连接部11的第一连接臂1111除了可以呈图2中的径向延伸的结构外，还可呈S型、双S型、T型等其他形式，如图3-5所示。除此之外，连接部11可不为封闭的环形，呈离散状，连接部11设置为至少两个，至少两个第一连接臂1111均匀排布，第二连接部112也至少为两个，至少两个第二连接部112与第一连接臂1111一一对应成一体，如图6所示。除此之外，还可设置连接部11仅包括第一连接部111，即包括至少两个第一连接臂1111，如图7所示，至少两个第一连接臂1111的两端分别与共振板1和振动板21连接，相邻两个第一连接臂1111之间的周向间隙即可形成出气孔1112。

为了增大压电微泵的能量转换效率，共振板1的远离压电振子2的面上设置凸起12，凸起12可与共振板1一体成型，也可分体设置后固定连接。凸起12可呈圆形、方形或其它多边形等形状，本实施例中，凸起12呈圆环状，靠近共振板1的周向边缘设置，凸起12的内周形成凹陷部13，凹陷部13可为圆形、方形或其它多边形等形状，本实施例中，凹陷部为圆形。由于连接部12和凹陷部13两处的刚度较小，压电微泵可形成一个二自由度振动系统；此外，二自由度振动系统可以在小刚度和小质量下，具有更高的固有频率，使振动产生的声音离人耳可听的范围更远，从而有效消除人耳可听的噪声；其次，连接部刚度较小，具有隔振作用，共振板共振时，高频振动对压电微泵其他部件影响很小，避免了压电微泵与外界接触时发生撞击，不会产生其他噪音。优选地，凸起12、共振板1和连接部11同轴设置。可替代地，连接部11的第一连接臂1111还可与凸起12连接。

作为凸起12的可替换技术方案，如图9所示，凸起12可呈中部形成有凹槽的圆形状，凸起12的凹槽开口一侧与共振板1连接。如此，凸起12的凹槽对应的共振板1的刚度较小，压电微泵仍可形成二自由度振动系统。

作为凸起12的可替换技术方案，如图10-11所示，凸起12呈中部形成有凹槽的圆形状，凸起12的凹槽开口一侧与共振板1连接。凸起12的凹槽开口的外周延伸有第一过流槽121，第一过流槽121自凹槽开口径向延伸至凸起12的外周面。当第一过流槽121为两个以上时，两个以上的第一过流槽121沿周向均匀分布。此外，凸起12为圆环状时，凸起12与共振板1连接的连接面上也可分布有过流槽。

压电振子2包括振动板21和压电元件22，振动板21靠近共振板1设置，压电元件22层叠设置在振动板21的远离共振板1的一面，压电元件22和振动板21可为圆形、方形或其他多边形等板状结构，本实施例中，振动板21和压电元件22均为圆形板状结构。压电振子2的中心或中心附近设置有1个或多个进气孔，本实施例中设置1个进气孔，进气孔具体包括相互连通的通孔2211和第一通孔211，通孔2211设置在压电元件22上，第一通孔211设置在振动板21上，通孔2211和第一通孔211相通形成压电振子2的进气孔。优选地，振动板21的外周和共振板1的外周连接，压电元件22的外径小于振动板21的外径，通孔2211的孔径小于第一通孔211的孔径，通孔2211和第一通孔211同轴连通。优选地，通孔2211设置在压电元件22的中部，第一通孔211设置在振动板21的中部。

振动板21的靠近共振板1的端面上绕第一通孔211开有凹槽212，凹槽212可为环形、多边形、其它异形结构等形状，优选地，凹槽212为环形，凹槽212与第一通孔221同轴线设置。为了保证压电微泵在工作过程中不会出现漏气情况，保证气体的稳定传输，优选地，凹槽212的内径不大于共振板1的外径，凹槽212的外径不小于共振板1的外径。

作为本实施例的优选技术方案，凹槽212的开口所在侧还延伸有第二过流槽213，第二过流槽213自凹槽212的开口外边沿延伸至振动板21的外周面。通过设置与凹槽212连通的第二过流槽213，则共振板1的连接部11上可不设置出气孔1112，压电微泵中的气流可自第二过流槽213排出。

压电振子2的远离共振板1的一端设置有电极组件3，电极组件3一方面可为压电元件22供电，另一方面，电极组件3可与底板4连接以支承其上的共振板1和压电振子2。本实施例中，为了保证电极组件3同时起到支承和供电的作用，电极组件3和压电元件22的结构进行了相应设置。具体地，压电元件22被配置为翻边式，以使压电元件22的两个导电电极位于压电元件22的同一面上，以与电极组件3连接。压电元件22包括基体221，基体221上开有通孔2211，第一导电电极222被配置在基体221的第二面，第二导电电极223从基体221的第一面自通孔2211翻边至基体221的第二面，第一导电电极222和第二导电电极223彼此绝缘。优选地，第一导电电极222呈圆环状，第二导电电极223翻边至基体221的第二面的翻边部分也呈圆环状，且第二导电电极223的翻边部分位于第一导电电极222的内周，第二导电电极223与第一导电电极222之间形成环形的绝缘区224。本实施例中，绝缘区224为圆环形的径向间隙，除此之外，还可在两个导电电极之间填充绝缘材料，以起到两个导电电极互不连通的作用。

对应地，电极组件3包括电极板31，电极板31的靠近压电元件22的一面上形成有两个电极，分别为第一电极32和第二电极33，两个电极对应两个导电电极设置。本实施例中，电极板31的中部设置有第二通孔311，第二通孔311与第一进气孔同轴设置，第一电极32和第二电极33均呈圆环状，第一电极32位于第二电极33的外周，第一电极32和第二电极33之间径向间隙配合以使两个电极之间绝缘配合。优选地，第一电极32的轴线、第二电极33的轴线及第二通孔311的轴线同轴设置，第二通孔311和通孔2211的孔径相同，第二电极33的内径等于第二通孔311的内径。电极板31为柔性支承时，其与压电振子2的连接位置可以设置在任意位置，不会影响到压电振子2的振动；电极板31为刚性支承时，其与压电振子2的连接位置需设置在压电振子2的波节或波节附近无振动或振动很小的位置。

第一电极32与第一导电电极222固定连接，第二电极33与第二导电电极223的翻边部固定连接，对应的电极和导电电极之间可采用粘接或焊接的方式进行固定连接，两者之间固定连接一方面可形成电连接，另一方面可将压电元件22及其上的振动板21、共振板1约束在电极组件3上。

电极板31的远离压电元件22的一面与底板4固定连接。具体地，底板4朝向电极板31的一面中部呈内凹状，电极板31呈平板状，电极板31的板面与底板4的外周固定连接，电极板31与底板4之间形成进气腔42，底板4上开有与进气腔42连通的进气通孔41。通过设置底板4朝向电极板31的一面中部内凹，一方面，可形成进气腔42；另一方面可为电极板31随压电元件22弯曲变形预留空间。

本实施例的压电微泵在工作过程中，共振板1上连接部11与凹陷部13对应的区域刚度小，容易发生形变，将共振板1等效为二自由度振动系统，系统固有频率为ω₁、ω₂：

其中：k₁为连接部的等效刚度，m₁为连接部与共振板除凹陷部对应部分外的等效质量，k₂为凹陷部对应共振板的等效刚度，m₂为凹陷部对应共振板的等效质量。

当外界驱动频率为ω₂时，共振板1发生共振，振型为较高频率的主振型，如图17-18所示。此时，凸起12和凹陷部13处的弯曲方向相反，凸起12向上运动时，凹陷部13向下弯曲；凸起12向下运动，凹陷部13向上弯曲。

当外界驱动频率为ω₂时，压电振子2向远离共振板1方向弯曲变形时，凸起12向靠近压电振子2弯曲变形方向变形，凹陷部13向远离压电振子2弯曲变形方向变形，压电微泵吸入气体；压电振子2向靠近共振板1方向弯曲变形时，凸起13向远离压电振子2弯曲变形方向变形，凹陷部13向靠近压电振子2弯曲变形方向变形，压电微泵排出气体；两个过程交替往复形成连续出流。

本实施例还提供了一种气体控制装置，包括上述的压电微泵支承结构，还包括外壳5，外壳5罩设在压电微泵的外部，并与电极组件3密封连接。

外壳5包括上盖51和支撑侧板52，上盖51和支撑侧板52可分体设置也可一体成型。支撑侧板52的下端与电极组件3的电极板31的上表面密封连接，第一支撑侧板52的上端与上盖51之间密封连接，外壳5和电极板31之间形成出气腔53，外壳5上设置有出气通孔511。优选地，出气通孔511设置在上盖51上。

基于上述结构，本实施例的气体控制装置的工作过程为：外部气体自底板4上的进气通孔41进入到进气腔42中，压电振子2朝向底板4弯曲变形时，凸起12向靠近压电振子2弯曲变形方向变形，共振板1的凹陷部13向远离压电振子2弯曲变形方向变形，压电微泵自进气腔42中吸入气体；压电振子2向靠近共振板1方向弯曲变形时，凸起12向远离压电振子2弯曲变形方向变形，凹陷部13向靠近压电振子2弯曲变形方向变形，压电微泵中的气体排出至出气腔53，再通过出气通孔511排出。压电微泵持续工作可以形成出气通孔511连续出流。

本实施例的压电微泵支承结构和气体控制装置，通过将压电微泵的周向连接部和层压固定部大大减少或省去，可大大缩小压电微泵的体积；压电微泵的二自由度振动系统，弥补了压电微泵小型化而带来的能量转换效率低的缺陷，使压电微泵在小型化的同时提高压电微泵的输出流量和输出压力即能量转换效率。

实施例二

如图22-26所示，本实施例与实施例一基本相同，区别在于，压电元件22和电极组件3的结构不同。

本实施例中，压电元件22的第一导电电极222被配置在基体221的第二面，第二导电电极223从基体221的第一面自通孔2211翻边至基体221的第二面，第二导电电极223在基体221的第二面上的翻边部偏离轴线设置，第二导电电极223的翻边部与第一导电电极222之间形成绝缘区224。如图22所示，第二导电电极223的翻边部呈马蹄状。

电极组件3呈层叠结构，电极组件3包括绝缘层34，绝缘层34的中部设置有第三通孔341，第三通孔341的两侧开有避让孔342，第一电极32和第二电极33固定装配在绝缘层34的远离压电元件22的一面上，第一电极32和第二电极33的连接端分别穿过两个避让孔342与两个导电电极电连接。除了电极之间的连接外，压电元件22还可与绝缘层34之间固定连接，以增加连接的稳定性。

实施例三

如图27-28所示，本实施例与实施例二基本相同，区别在于，压电元件22上的两个导电电极的设置不同。

本实施例中，压电元件22的第一导电电极222被配置在基体221的第二面，第二导电电极223从基体221的第一面自基体221的外周面翻边至基体221的第二面，第二导电电极223在基体221的第二面上的翻边部偏离轴线设置，第二导电电极223的翻边部与第一导电电极222之间形成绝缘区224。

实施例四

如图29-32所示，本实施例与实施例一基本相同，区别在于，电极组件3不起到支承其上的共振板1和压电振子2的作用，本实施例中增设支撑件6来支承压电微泵。

具体地，电极组件3为层叠的板状结构，电极组件3包括依次层叠的第一板件35、第三板件37和第二板件36，第一板件35包括第一板件本体351，第一板件本体351的中部形成较大的通孔，第一板件本体351的外边缘延伸有第一外接端子352，内边缘延伸有第一供电端子353。第二板件36包括第二板件本体361，第二板件本体361的中部形成较大的通孔，第二板件本体361的外边缘延伸有第二外接端子362，内边缘延伸有第二供电端子363。第三板件37的中部形成较大的通孔，当三个板件层叠时，三个通孔对应连通且孔径大于压电振子2的外径，三个板件的外形相同，本实施例中，三个板件均为方形，层叠后，两个外接端子相互错开，两个供电端子相互错开。

压电微泵通过支撑件6被支撑在底板4上。支撑件6位于电极组件3的内周，分别与底板4和压电振子2连接。本实施例中，支撑件6呈圆环状，支撑件6的第一面通过第一凸起7与压电振子2的压电元件22连接，支撑件6的第二面通过第二凸起43与底板4连接。优选地，第一凸起7和第二凸起43均为圆环状，第一凸起7靠近支撑件6的内端设置，第二凸起43靠近支撑件6的外端设置。第一凸起7可与压电元件22一体成型，再与支撑件6连接；或者，第一凸起7与支撑件6一体成型，再与压电元件22连接；或者第一凸起7单独设置，其两个面分别与压电元件22和支撑件6连接。同理地，第二凸起43可与支撑件7或底板4一体成型，也可单独设置。通过设置支撑件6，则支撑件6、底板4、压电元件22和两个凸起围设形成进气腔42。

支撑件6是弹性件时，支撑件6可与压电元件22的任意位置连接；支撑件6是刚性件时，支撑件6需与压电元件22的波节或波节附近无振动或振动很小的位置连接。

实施例五

如图33-35所示，本实施例的气体控制装置与实施例一的结构基本相同，区别在于，压电微泵的上端的凸起12也被支承。

本实施例中，凸起12的远离共振板1的面与外壳5的上盖51的内顶面直接连接，起到对压电微泵的稳定支承。出气通孔511的设置位置改变，由于凸起12与上盖51连接，出气通孔511可设置在支撑侧板52上，或者，出气通孔511可设置在上盖51上并位于凸起12的外周的位置，以方便出气腔53内的气体自出气通孔511排出。

如图34-35所示，当凸起12被上盖51刚性支撑时，共振板1对应凹陷部13的区域的刚度较小，在压电振子2的激励下产生弯曲变形，当共振板1对应凹陷部13的区域的振动与压电振子2的振动相位相差90度时，容积变化率最大，其工作原理为：当压电振子2向远离共振板1方向弯曲变形时，共振板1对应凹陷部13的区域向远离压电振子2弯曲变形方向变形，压电微泵吸入气体；当压电振子2向靠近共振板1方向弯曲变形时，共振板1对应凹陷部13的区域向靠近压电振子2弯曲方向变形，压电微泵排出气体，两个过程交替往复形成连续出流。

除了实施例一，上述区别结构也可适用于其它实施例中的气体控制装置，以增强压电微泵的的稳定支撑。

实施例六

如图36-41所示，本实施例与实施例五中的结构基本相同，区别在于，凸起12通过连接板8与外壳5连接。连接板8被外壳5支撑，凸起12与连接板8连接。

具体地，连接板8的外周层叠固定在上盖51和支撑侧板52之间，上盖51中部开有较大的槽，以使连接板8与槽底之间存有间距，连接板8为弹性连接板，如此，连接板8不会影响到压电微泵的振动变形。

作为本实施例的优选技术方案，连接板8包括径向间隙配合的外板体81和内板体82，外板体81和内板体82之间通过第二连接臂83连接成一体。第二连接臂83至少为两个，至少两个第二连接臂83周向均匀分布，相邻两个第二连接臂83之间形成过流孔84。经出气孔1112排出的气流可经过流孔84流通至连接板8和上盖51之间，再经上盖51上的出气通孔511排出。优选地，外板体81为与外壳5形状相同的方形，内板体82可为方形、圆形或其它多边形等形状板体。

作为连接板8的可替换技术方案，连接板8中的第二连接臂83除了可以呈图37中的径向延伸的结构外，还可呈S型、双S型、T型等其他形式，如图38-41所示。

除此之外，连接板8还可设置为整体的板状，无需设置过流孔84，通过将出气通孔511设置在支撑侧板52上，也可实现气体的排出。

实施例七

如图42所示，本实施例与实施例六基本相同，区别在于连接板8与外壳5之间的连接结构不同。本实施例中，连接板8可容纳于外壳5内。连接板8通过第三凸起9与外壳5中的上盖51连接。

具体地，连接板8可为方形、圆形或其它多边形等形状，连接板8的尺寸大于凸起12的尺寸，第三凸起9位于连接板8的远离凸起12的一侧，第三凸起9的第一面与连接板8连接，第三凸起9的第二面与上盖51连接。优选地，第三凸起9呈圆环状，第三凸起9的内径不小于凸起12的外径。通过第三凸起9，可使连接板8与上盖51之间存有间隙，为连接板8随压电微泵变形留有空间。

本实施例中，连接板8的位于凸起12和第三凸起9的径向之间的位置形成有过流孔，上盖51上可形成有多个出气通孔511，可设置至少一个出气通孔511位于上盖51的中心线上，设置至少一个出气通孔511靠近支撑侧板52，以保证气流的排出。

实施例八

如图43所示，本实施例与实施例四基本相同，区别在于压电微泵直接支撑在底板4上。

本实施例中，压电振子2通过凸起43与底板4相接，连接位置为压电振子的波节或波节附近无振动或振动较小的位置。凸起43可与压电元件22或底板4一体成型，也可单独设置。

另外，上述实施例中的压电元件和电极组件的结构以及电极的数量都可根据实际需求具体的设计形状和数量。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (16)

1.一种压电微泵支承结构，其特征在于，包括：

压电微泵，所述压电微泵包括共振板(1)、压电振子(2)和电极组件(3)，所述共振板(1)和压电振子(2)依次层叠设置，所述压电振子(2)的远离所述共振板(1)的一侧连接有电极组件(3)；

底板(4)，所述底板(4)与所述压电微泵的远离所述共振板(1)的一侧连接且两者之间间隙形成进气腔(42)，所述底板(4)对所述压电微泵进行支撑和约束。

2.根据权利要求1所述的一种压电微泵支承结构，其特征在于，所述底板(4)通过与所述电极组件(3)连接以支承所述压电微泵。

3.根据权利要求2所述的一种压电微泵支承结构，其特征在于，所述电极组件(3)上形成有两个电极(32，33)，两个电极(32，33)分别与所述压电振子(2)的两个导电电极(222，223)固定连接，两个电极(32，33)之间彼此绝缘。

4.根据权利要求3所述的一种压电微泵支承结构，其特征在于，所述压电振子(2)包括层叠设置的振动板(21)和压电元件(22)，所述压电元件(22)被配置为翻边式，所述压电元件(22)包括基体(221)，所述压电元件(22)的两个导电电极(222，223)延伸至位于所述基体(221)的同一面上，以与所述电极组件(3)的两个电极(32，33)固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种压电微泵支承结构，其特征在于，所述基体(221)的中部形成有通孔(2211)，一个所述导电电极从基体(221)的第一面自所述通孔(2211)或所述基体(221)的外边缘翻边至所述基体(221)的第二面，另一个所述导电电极被配置在所述基体(221)的第二面，两个所述导电电极(222，223)之间绝缘配合。

6.根据权利要求5所述的一种压电微泵支承结构，其特征在于，两个所述导电电极(222，223)在所述基体(221)的第二面上呈同轴圆环配合，所述电极组件(3)上的两个电极(32，33)也呈同轴圆环设置在电极板(31)上；或者，翻边设置的所述导电电极的中心点偏离轴心，所述电极组件(3)包括绝缘层(34)和两个电极(32，33)，绝缘层(34)层叠在压电元件(22)和两个电极(32，33)之间，所述绝缘层(34)上开有两个避让孔(342)，两个所述电极(32，33)的连接端分别穿过两个避让孔(342)与两个导电电极(222，223)电连接。

7.根据权利要求1所述的一种压电微泵支承结构，其特征在于，所述底板(4)通过支撑件(6)与所述压电微泵连接以支承所述压电微泵，所述压电微泵、支撑件(6)和底板(4)之间形成进气腔。

8.根据权利要求7所述的一种压电微泵支承结构，其特征在于，所述支撑件(6)位于所述电极组件(3)的内周，所述支撑件(6)的第一面与所述压电振子(2)之间形成有第一凸起(7)，所述支撑件(6)的第二面与所述底板(4)之间形成有第二凸起(43)，所述第一凸起(7)和所述第二凸起(43)的尺寸不同。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种压电微泵支承结构，其特征在于，所述共振板(1)的远离所述压电振子(2)的端面外周部上形成有凸起(12)，所述凸起(12)内周的形成凹陷部(13)。

10.根据权利要求9所述的一种压电微泵支承结构，其特征在于，所述共振板(1)或其上的凸起(12)通过连接部(11)与压电振子(2)连接，所述连接部(11)为弹性连接部，所述连接部(11)与所述压电振子(2)的任意位置连接；或者，所述连接部(11)为刚性连接部，所述连接部(11)与所述压电振子(2)的波节或波节附近无振动或振动很小的位置连接。

11.根据权利要求10所述的一种压电微泵支承结构，其特征在于，所述连接部(11)上分布有出气孔(1112)，所述压电振子(2)上设置有进气孔，所述进气孔对应所述凹陷部(13)。

12.根据权利要求11所述的一种压电微泵支承结构，其特征在于，所述进气孔与所述共振板(1)同轴设置，所述振动板(21)的靠近所述共振板(1)的面上围绕所述进气孔设置有凹槽(212)。

13.一种气体控制装置，其特征在于，包括：

权利要求1-12任一项所述的压电微泵支承结构，所述底板(4)上形成有进气通孔(41)，所述进气通孔(41)与所述进气腔(42)连通；

外壳(5)，所述外壳(5)罩设在所述压电微泵外部，并与所述电极组件(3)密封连接以形成出气腔(53)，所述外壳(5)上形成有与所述出气腔连通的出气通孔(511)。

14.一种气体控制装置，其特征在于，包括：

权利要求9-12任一项所述的压电微泵支承结构，所述底板上形成有进气通孔(41)，所述进气通孔(41)与所述进气腔(42)连通；

外壳，所述外壳(5)罩设在所述压电微泵外部，并与所述电极组件(3)密封连接以形成出气腔，所述外壳(5)上形成有与所述出气腔连通的出气通孔(511)，所述凸起(12)被所述外壳(5)支承。

15.根据权利要求14所述的一种气体控制装置，其特征在于，所述凸起(12)的顶面与所述外壳(5)的内顶面连接。

16.根据权利要求14所述的一种气体控制装置，其特征在于，所述凸起(12)通过连接板(8)被所述外壳(5)支承，所述连接板(8)被所述外壳(5)的侧壁支承或者所述连接板(8)通过第三凸起(9)与所述外壳(5)的内顶面连接以使所述连接板(8)与所述外壳(5)的内顶面之间存有间隙，所述凸起(12)与所述连接板(8)连接。

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