CN114382682A - 双谐振柱塞泵 - Google Patents

Abstract

一种双谐振柱塞泵，包括泵体、隔膜、传动件、压电激励元件、进液管、泵芯、第一弹性构件和第二弹性构件。本实施例中压电激励元件以特定的频率振动，从而通过弹性构件往复推拉传动件，使传动件和泵芯作为振子，并引发振子的二阶谐振，泵芯的第一工作部和第二工作部交替开闭液体出口和液体进口，传动件则带动隔膜移动以改变第一腔体的容积，从而实现液体的吸入和泵出，泵腔容积的规律变化与阀门结构的开闭通过机械结构二阶纵振的固有运动规律，实现相互协同且运行步调一致，无法出现液体出口和液体进口同时封闭的情况，动作一致性较强，泵送平稳，第一工作部和第二工作部与液体出口和液体进口的接触柔和且不易产生磨损，隔膜通过容积变化进行液体的吸入和泵送，使压电泵整体泵送能力较强。

Description

双谐振柱塞泵

技术领域

本发明属于水力输送设备技术领域，尤其涉及一种双谐振柱塞泵。

背景技术

泵是流动系统的关键部件，根据驱动机理的不同泵可分为压电驱动、静电驱动、电磁驱动、热驱动和形状记忆合金驱动等。不同驱动方式泵都有其自身特点和应用领域，压电泵由于其具有结构紧凑，响应特性好，无电磁污染、易于微型化、流量控制精密等优点在航空航天、精密仪器、生物化学、医学医疗及微机电领域得到广泛的应用。

中国专利200710055683.0、200710193504.X压电材料的电致伸缩性形成泵腔容积的规律性变化，配合以阀片的主动或者被动开合，形成单向流动；由于泵和阀相对独立的个体，在流体作用下泵和阀片动作的一致性难以得到保障，且阀片和阀口的接触磨损污染是其固有的问题。E.Stemme于1993年提出了无阀压电泵的概念(Stemme E,Stemme G.Avalveless diffuser/nozzle-based fluid pump[J].Sensors and Actuators A:Physical.1993,39(2): 159-167)，即利用结构的不对称性形成单向流动，中国专利200520128066.5、200510114209.1、 200610114526.8、201310555240.3是这一学术思想的延伸，较好的实现了微泵的结构简单化，解决了有阀泵的泵阀跟随性和磨损污染问题，但由于泵的进出口是开敞的，其泵送能力承受被压的能力较差。针对压电泵上述尚未解决的问题提出本发明。

发明内容

针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种双谐振柱塞泵，以解决当前压电泵存在泵阀动作一致性较差、接触磨损污染，泵送能力较差的问题。

本发明提供一种双谐振柱塞泵，包括：

泵体，具有一泵腔，泵体顶端开设液体出口；

隔膜，装设在泵腔中，并将泵腔分隔为第一腔室和第二腔室；

传动件，装设在隔膜上，并具有进液通道；

压电激励元件，装设在所述第二腔室中；

进液管，装设在泵体上，并连接进液通道；

泵芯，位于第一腔室，且其顶端和底端分别具有第一工作部和第二工作部，用以轴向移动分别封闭液体出口和进液通道；

第一弹性构件，其两端分别连接泵芯以及传动件，第一弹性构件具有活动空间，用以使第二工作部穿过；

第二弹性构件，其两端分别连接所述传动件和所述压电激励元件；

其中，所述泵芯、所述第一弹性构件、所述传动件、所述第二弹性构件以及所述压电激励元件同轴设置在所述泵腔的轴线上。

本技术方案的压电激励元件对传动件的推拉，使传动件和泵芯作为振子，产生振子的二阶谐振，使泵芯的第一工作部和第二工作部交替封闭液体出口和进液通道，使传动件拉扯隔膜形变将液体泵出，泵送平稳，接触磨损小，泵送能力强。

在其中一些实施例中，第一工作部的端面为锥面，液体出口的内端为锥形孔。本技术方案通过锥面配合保证了泵体对液体出口的密封性能。

在其中一些实施例中，第二工作部的端面为锥面，进液通道设有锥形台阶。本技术方案通过锥面配合保证了泵体对进液通道的密封性能。

在其中一些实施例中，进液通道轴向贯穿传动件，进液管穿入第二腔室，并连接进液通道的底端。本技术方案在第二腔室进行管路连接，避免对第一腔室的密封产生影响。

在其中一些实施例中，第一弹性构件包括多个第一弹性元件，第一弹性元件间隔排列在同一圆周上。本技术方案通过将第一弹性元件圆周排列使第一弹性构件中心形成活动空间，并保证其轴向形变平稳。

在其中一些实施例中，第一弹性元件为弧形或V形的弹性片。本技术方案实现第一弹性构件的径向形变，并保证第一弹性构件呈中空结构。

在其中一些实施例中，进一步包括：

固定件，装设在第二腔室中，并压持固定压电激励元件，第二弹性构件连接固定件。

本技术方案通过固定件实现压电激励元件中压电叠堆的固定，传递振动和力，并为第二弹性构件提供更大的连接面。

在其中一些实施例中，第二弹性构件包括多个第二弹性元件，第二弹性元件间隔排列在同一圆周上。本技术方案通过多个第二弹性元件组成第二弹性构件，减轻其重量，增加其振动幅度。

在其中一些实施例中，第二弹性元件为弧形或V形的弹性片。本技术方案使第一弹性构件与第二弹性构件的结构相同，减少安装零件种类，便于加工制造。

在其中一些实施例中，泵体包括：

上壳体；

下壳体，其顶端装设在上壳体的底端。

本技术方案通过将泵体分成上下两部分，便于拆卸以及将部件装入到泵腔中。

在其中一些实施例中，上壳体和下壳体夹持固定隔膜。本技术方案使隔膜安装方便，并且便于将泵腔分隔。

基于上述技术方案，本发明实施例中压电激励元件以特定的频率振动，从而通过弹性构件往复推拉传动件，使传动件和泵芯作为振子，并引发振子的二阶谐振，泵芯的第一工作部和第二工作部交替开闭液体出口和液体进口，传动件则带动隔膜移动以改变第一腔体的容积，从而实现液体的吸入和泵出，泵腔容积的规律变化与阀门结构的开闭通过机械结构二阶纵振的固有运动规律，实现相互协同且运行步调一致，无法出现液体出口和液体进口同时封闭的情况，动作一致性较强，泵送平稳，第一工作部和第二工作部与液体出口和液体进口的接触柔和且不易产生磨损，隔膜通过容积变化进行液体的吸入和泵送，使压电泵整体泵送能力较强，解决了当前压电泵存在泵阀动作一致性较差、接触磨损污染，泵送能力较差的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明双谐振柱塞泵隐藏进液管且处于静止状态时的剖视结构图；

图2为本发明双谐振柱塞泵隐藏进液管且处于工作状态时的剖视结构图1；

图3为本发明双谐振柱塞泵隐藏进液管且处于工作状态时的剖视结构图2；

图4为本发明双谐振柱塞泵的泵体部分隐藏后的结构示意图；

图中：

1、泵体；11、第一腔室；12、第二腔室；13、液体出口；14、上壳体；15、下壳体；

2、隔膜；

3、传动件；31、进液通道；32、锥形台阶；

4、压电激励元件；5、进液管；

6、泵芯；61、第一工作部；62、第二工作部；

7、第一弹性构件；71、第一弹性元件；

8、第二弹性构件；81、第二弹性元件；

9、固定件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，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，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

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。

如图1至4所示，在本发明双谐振柱塞泵的一个示意性实施例中，该双谐振柱塞泵包括泵体1、隔膜2、传动件3、压电激励元件4、进液管5、泵芯6、第一弹性构件7和第二弹性构件8。

泵体1具有一泵腔，隔膜2装设在泵腔中，并将泵腔上下分隔为泵体第一腔室11和第二腔室12。传动件3装设在隔膜2上，压电激励元件4装设在第二腔室12中。传动件3具有进液通道31，进液管5装设在泵体1上，并连接进液通道31。泵芯6位于第一腔室11中，泵体1的顶端开设液体出口13，泵芯6的顶端和底端分别具有第一工作部61和第二工作部 62，第一工作部61用于封闭液体出口13，第二工作部62用于封闭进液通道31。第一弹性构件7为能够在径向和轴向都能够产生弹性形变的弹性部件，其两端分别连接泵芯6和传动件 3。第一弹性构件具有活动空间，从而使第二工作部62能够向下穿过第一弹性构件，塞入到进液通道31中。第二弹性构件8的两端分别连接传动件3和压电激励元件4，从而将压电激励元件4产生的振动通过第二弹性构件8传递至传动件9，使传动件3轴向往复移动。泵芯6、第一弹性构件7、传动件3、第二弹性构件8以及压电激励元件4同轴设置在泵腔的轴线上。

压电激励元件4以特定频率振动，从而通过第二弹性构件8推拉传动件3，使其在轴向上往复移动，泵芯6随之移动，并且传动件3与泵芯6一同作为振子，并引发振子的二阶纵振。如图2所示，当传动件3向下移动时，泵芯6则向上移动，第一工作部61随着泵芯6向上移动并塞入液体出口13，将液体出口13封闭，第二工作部62随着泵芯6上向移动而远离进液通道31，隔膜2随着传动件3向下变形，第一腔体11的容积增加，产生负压将液体通过进液管5以及进液通道31吸入第一腔体11中；如图3所示，传动件3达到向下移动的极限位置后，向上移动，泵芯6则向下移动，第一工作部61随着泵芯6向下移动并远离液体出口13，从而将液体出口13打开，第二工作部62随着泵芯6向下移动并塞入进液通道31，将进液通道31封闭，隔膜2随着传动件3向上变形，第一腔体11的容积减小，将液体通过打开的液体出口13泵出。

泵芯6、第一弹性构件7、传动件3、第二弹性构件8以及压电激励元件4同轴设置在泵腔的轴线上，从而保证振动和力在轴线上传递，泵芯6和传动件3分别仅在第一弹性构件7和第二弹性构件8的竖向支撑下可保持轴向移动，泵腔内无须装设导向结构对泵芯6和传动件的移动进行导向，使压电泵结构简单，加工制造容易，成本低廉。

在上述示意性实施例中，压电激励元件4以特定频率振动，从而推拉传动件3轴向往复移动，将阀芯6和传动件3作为振子，并引发振子的二阶纵振，使泵芯6的第一工作部51和第二工作部52交替开闭液体出口13和进液通道31，同时隔膜2交替改变第一腔体11的容积，实现液体的吸入和泵出，通过机械结构二阶纵振的固有运动规律，泵腔容积的规律变化与阀门结构的开闭实现了，相互协同且运行步调一致，各个部件工作协调一致，泵送平稳，第一工作部51和第二工作部52分别与液体出口13和进液通道31的接触柔和且不易产生磨损，通过隔膜2产生的容积变化进行液体的吸入和泵送，使压电泵整体泵送能力较强，解决了当前压电泵存在泵阀动作一致性较差、接触磨损污染，泵送能力较差的问题。另外，各个运动部件轴对齐，把保证振动和力的轴向传递，无须对活动部件进行导向，结构简单成本低廉。

在其中一些实施例中，第一工作部61的端面为锥面，液体出口13的内端为锥形孔。锥形的端面使第一工作部61顶端宽度较小，更容易进入到液体出口13中。锥形孔的内端增加了液体出口13端口的宽度，使第一工作部52更加容易塞入到液体出口13中。液体出口13与第一工作部61通过锥面配合，锥形孔能够引导第一工作部61与其轴对齐，保证两者之间的表面紧密贴合，并且接触面积较大，提高了第一工作部61对液体出口13封闭的密封性。

在其中一些实施例中，第二工作部62的端面为锥面，进液通道31设有锥形台阶32。锥形的端面使第二工作部62低端宽度较小，更容易进入到进液通道31中。第二工作部62的端面与锥形台阶32的锥面相配合，锥形台阶32引导第二工作部62与进液通道31轴对齐，保证锥面之间紧密贴合，接触面积较大，提高了第二工作部62对进液通道31封闭的密封性。

在其中一些实施例中，进液通道31轴向贯穿传动件3，进液管5穿入第二腔室12，并连接进液通道31的底端。进液管5在第二腔室12中连接进液通道31，不会对第一腔室11的密封性产生影响。

在其中一些实施例中，为了提高泵芯6的稳定性，第一弹性构件7包括多个第一弹性元件71。第一弹性元件71间隔排列在同一圆周上，从圆周的各个角度位置对泵芯6进行支撑，使泵芯6的移动保持在轴向上，从而能够对准液体出口13对其进行封闭，泵腔内无须装设对泵芯6进行导向的机构，节省制造成本。第一弹性构件7由圆周排列的第一弹性元件71构成，从而在中心形成活动空间，供第二工作部62穿过。

在其中一些实施例中，第一弹性元件71为弧形或V形的弹性片，从而能够在轴向上都能够有较大幅度的形变，实现第一工作部61对液体出口13的封闭以及第二工作部62对的封闭。多个弹性片在同一圆周构成第一弹性构件6，使第一弹性构件6呈灯笼状，形成中空结构，减小了第一弹性构件7的重量。

在其中一些实施例中，双谐振柱塞泵进一步包括固定件9。固定件9装设在第二腔室12 中，并压持固定压电激励元件4。第二弹性构件8连接固定件9，从而通过固定件9连接压电激励元件4。固定件9对压电激励元件4中的压电叠堆进行固定，并将其运行产生的振动和力传递给第二弹性构件8，使作为振子的泵芯6和传动件3轴向振动，引发振子的二阶纵振。固定件9为第二弹性构件8提供了更大的连接面积，便于第二弹性构件8的安装。第二弹性构件8可采用与第一弹性构件7相同的结构，也可采用螺旋弹簧、空气弹簧或其他能够在轴向上产生弹性形变的弹性结构，轴向传递振动和力，引发振子的二阶纵振。

在其中一些实施例中，为了提高传动件3的稳定性，第二弹性构件8包括多个第二弹性元件81。第二弹性元件81间隔排列在同一圆周上，从圆周的各个角度位置对传动件3进行支撑，使传动件3的移动保持在轴向上，进而保证泵芯6的移动处于轴向，从而能够对准液体出口13和进液通道31对其进行封闭。第二弹性元件81之间的间隔便于进液管5的穿过，从而连接进液通道31底端。

在一些实施例中，第二弹性元件81为弧形或V形的弹性片。第二弹性构件8采用与第一弹性构件7相同的结构，保证轴向形变幅度的同时，减少了压电泵组装所需部件的种类，便于进行装配。

在其中一些实施例中，泵体1包括上壳体14和下壳体15。上壳体14的底端开敞，下壳体15的顶端开敞，上壳体14的顶端装设到下壳体15的顶端上，从而将端口对接封闭，组合成具有泵腔的泵体1。同样，泵体1可拆开成上壳体14和下壳体15，通过两部分壳体的端口，即可将泵芯6、第一弹性构件7、传动件3、第二弹性构件8、固定件9、压电激励元件1以及隔膜2装配到泵腔中，便于压电泵的组装。

在其中一些实施例中，上壳体14和下壳体15夹持固定隔膜2。隔膜2由两部分壳体所夹持，使隔膜2能够作为壳体之间连接部位的密封部件，保证泵体1的密封性能，同时隔膜能够同时封闭两个壳体，从而使泵腔形成两个腔室。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种双谐振柱塞泵，其特征在于，包括：

泵体，具有一泵腔，所述泵体顶端开设液体出口；

隔膜，装设在所述泵腔中，并将所述泵腔分隔为第一腔室和第二腔室；

传动件，装设在所述隔膜上，并具有进液通道；

压电激励元件，装设在所述第二腔室中；

进液管，装设在所述泵体上，并连接所述进液通道；

泵芯，位于所述第一腔室，且其顶端和底端分别具有第一工作部和第二工作部，用以轴向移动分别封闭所述液体出口和所述进液通道；

第一弹性构件，其两端分别连接所述泵芯以及所述传动件，所述第一弹性构件具有活动空间，用以使所述第二工作部穿过；

第二弹性构件，其两端分别连接所述传动件和所述压电激励元件；

其中，所述泵芯、所述第一弹性构件、所述传动件、所述第二弹性构件以及所述压电激励元件同轴设置在所述泵腔的轴线上。

2.根据权利要求1所述的双谐振柱塞泵，其特征在于，所述第一工作部的端面为锥面，所述液体出口的内端为锥形孔。

3.根据权利要求1所述的双谐振柱塞泵，其特征在于，所述第二工作部的端面为锥面，所述进液通道设有锥形台阶。

4.根据权利要求1所述的双谐振柱塞泵，其特征在于，所述进液通道轴向贯穿所述传动件，所述进液管穿入所述第二腔室，并连接所述进液通道的底端。

5.根据权利要求1所述的双谐振柱塞泵，其特征在于，所述第一弹性构件包括多个第一弹性元件，所述第一弹性元件间隔排列在同一圆周上。

6.根据权利要求5所述的双谐振柱塞泵，其特征在于，所述第一弹性元件为弧形或V形的弹性片。

7.根据权利要求1所述的双谐振柱塞泵，其特征在于，进一步包括：

固定件，装设在所述第二腔室中，并压持固定所述压电激励元件，所述第二弹性构件连接所述固定件。

8.根据权利要求7所述的双谐振柱塞泵，其特征在于，所述第二弹性构件包括多个第二弹性元件，所述第二弹性元件间隔排列在同一圆周上。

9.根据权利要求1所述的双谐振柱塞泵，其特征在于，所述泵体包括：

上壳体；

下壳体，其顶端装设在所述上壳体的底端。

10.根据权利要求9所述的双谐振压电泵，其特征在于，所述上壳体和所述下壳体夹持固定所述隔膜。

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