CN114382683A - 双谐振压电泵 - Google Patents

Abstract

一种双谐振压电泵，包括泵体、隔膜、压电激励元件、传动件、泵芯、固定件、第一弹性构件和第二弹性构件。本发明实施例中压电激励元件通过弹性构件传递振动，使泵芯和阀块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，泵芯和阀块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

双谐振压电泵

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压电泵。

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压电泵，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压电泵，包括：

泵体，具有一泵腔；

隔膜，装设在泵腔中，并将泵腔分隔为第一腔室和第二腔室；

压电激励元件，装设在第二腔室中；

传动件，装设在隔膜上；

泵芯，位于第一腔室，且其顶端具有工作部，用以轴向移动封闭泵体顶端开设的液体出口；

固定件，装设在第二腔室中，并压持固定压电激励元件；

第一弹性构件，其两端分别连接泵芯以及传动件，第一弹性构件具有流动空间，并且其侧壁装设阀块，用以径向移动封闭泵体侧壁开设的液体进口；

第二弹性构件，其两端分别连接传动件和固定件。

本技术方案通过压电激励单元产生的谐振，使泵芯和阀块交替封闭液体出口和液体进口，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，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。本技术方案通过间隔的第一弹性元件形成流动空间，圆周排列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，从而带动阀块封闭液体进口。

在其中一些实施例中，第一弹性元件所处圆周与泵腔同轴，第一弹性元件上均装设阀块，阀块外侧泵体的侧壁上均开设有液体进口。本技术方案通过同轴排列使第一弹性元件能够同时径向形变并贴到泵腔内壁，同时进行多个液体进口的封闭，增加进液速度，提高泵送效率。

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，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。

在其中一些实施例中，上壳体的底端以及下壳体的顶端均具有连接法兰，两个连接法兰夹持固定隔膜，且两者之间通过螺栓固定连接。本技术方案通过法兰对隔膜边缘进行夹持，增加连接面积，提高密封性能。

在其中一些实施例中，泵芯、第一弹性构件、传动件、第二弹性构件、固定件以及压电激励元件同轴设置在泵腔的轴线上。本技术方案使振动产生的力轴向传递，泵芯和传动件在没有结构导向作用下即可平稳的进行轴向移动。

基于上述技术方案，本发明实施例中压电激励元件通过弹性构件传递振动，使泵芯和阀块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，泵芯和阀块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为本发明双谐振压电泵处于静止状态时的剖视结构图；

图2为本发明双谐振压电泵处于工作状态时的剖视结构图一；

图3为本发明双谐振压电泵处于工作状态时的剖视结构图二；

图4为本发明双谐振压电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、液体进口；15、上壳体、16、下壳体；17、连接法兰；

2、隔膜；3、压电激励元件；4、传动件；

5、泵芯；51、工作部；

6、第一弹性构件；61、第一弹性元件；62、流动空间；

7、第二弹性构件；71、第二弹性元件；

8、阀块；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，在本发明双谐振压电泵的一个示意性实施例中，该双谐振压电泵包括泵体1、隔膜2、压电激励元件3、传动件4、泵芯5、第一弹性构件6、第二弹性构件7和固定件9。

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。压电激励元件3装设在第二腔室12中，传动件4装设在隔膜2上。泵芯5位于第一腔室11中，泵体1的顶端开设液体出口13，泵芯5的顶端具有能够封闭液体出口13的工作部51。固定件9装设在第二腔室12中，并压持压电激励元件3，从而将压电激励元件3中的压电叠堆进行固定。第一弹性构件6为能够在径向和轴向都能够产生弹性形变的弹性部件，具有流动空间62，第一弹性构件6的两端分别连接泵芯5和传动件4，泵体1侧壁开设液体进口14，液体进口14连通第一腔室11，第一弹性构件6的侧壁上装设能够封闭液体进口的阀块8。第二弹性构件7为能够在轴向上产生弹性形变的弹性部件，其两端分别连接传动件4和固定件9。

压电激励元件3在特定频率的外电场激励下，产生轴向上的振动，作为振子的泵芯5和传动件4随之轴向振动，并引发振子的二阶纵振。如图2所示，当传动件4向下移动时，泵芯5则向上移动，第一弹性构件6在轴向上和径向上分别变长和变窄，工作部51随着泵芯5向上移动并塞入液体出口13，将液体出口13封闭，阀块8随着第一弹性构件6径向移动并远离液体进口，隔膜2随着传动件4向下变形，第一腔体11的容积增加，产生负压将液体通过液体进口14吸入第一腔体11中；如图3所示，传动件4达到向下移动的极限位置后，向上移动，泵芯5则向下移动，第一弹性构件6在轴向上和径向上分别变短和变宽，工作部51随着泵芯5向下移动并远离液体出口13，从而将液体出口13打开，阀块8随着第一弹性构件6径向移动塞入液体进口14，将液体进口14封闭，隔膜2随着传动件4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。

由于第一弹性构件6采用能够在轴向和径向上都能够产生形变的弹性元件，从而使得与其连接的泵芯5能够轴向移动封闭液体出口13，阀块8能够径向移动封闭液体进口14。并且在液体进口13封闭时，阀块8需要塞入液体进口13，第一弹性构件6会贴到第一腔室11的内壁上。当第一弹性构件6贴靠第一腔室11内壁一周时，则会将第一腔室11分隔成上下两个空间，此时隔膜2向上变形只能压缩第一弹性构件6下方的液体，第一弹性构件6上方的液体也无法被泵出。为此，第一弹性构件6具有流动空间62，从而第一弹性构件6上方和下方的空间始终保持连通，保证隔膜2向上变形时能够将液体泵出第一腔室11。第二弹性构件7可采用与第一弹性构件6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。

在上述示意性实施例中，双谐振压电泵通过压电激励元件3特定频率的振动，使作为振子的阀芯5和传动件4轴向振动，并引发振子的二阶纵振，使泵芯5的工作部51以及第一弹性构件6上的阀块8交替开闭液体出口13和液体进口14，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，泵芯5和阀块8分别与液体出口13和液体进口14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，固定件9为第二弹性构件7提供了更大的连接面积，便于第二弹性构件7的安装，最终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。

在一些实施例中，工作部51的端面为锥面，液体出口13的内端为锥形孔。锥形的端面使工作部51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，使工作部51更加容易塞入到液体出口13中。液体出口13与工作部51通过锥面配合，锥形孔能够引导工作部51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，提高了工作部51对液体出口13封闭的密封性。

在其中一些实施例中，为了提高泵芯5的稳定性，第一弹性构件6包括多个第一弹性元件61。阀块8位于第一弹性元件61的侧壁上，从而在第一弹性元件61径向形变时远离或者塞入液体进口14。第一弹性元件61间隔排列在同一圆周上，从圆周的各个角度位置对泵芯5进行支撑，使泵芯5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5进行导向的机构，节省制造成本。第一弹性元件61间隔设置，从而将相邻第一弹性元件61之间的空间作为流动空间62，保证第一弹性构件6上下空间之间的液体流通。

在其中一些实施例中，第一弹性元件61为弧形或V形的弹性片，从而能够在径向和轴向上都能够有较大幅度的形变，实现泵芯5对液体出口13的封闭以及阀块8对液体进口14的封闭。如图4所示，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。

在其中一些实施例中，第一弹性元件6所处圆周与泵腔同轴，从而使第一弹性构件6的各个第一弹性元件61进行相同幅度的径向形变后，能够同时贴到泵腔的内壁上。第一弹性元件61上均装设阀块8，阀块8外侧对应的泵体1侧壁上均开设液体进口14，从而在各个第一弹性元件61同时贴到泵腔内壁上时，各个阀块8同时将对应液体进口14封闭，液体能够顺利通过液体出口13泵出。通过同轴设置第一弹性元件61，泵体1能够设置多个液体进口14，能够通过多个液体进口14同时将液体吸入第一腔室11，从而加快第一腔室11的进液速度，提高压电泵的泵送能力。

在其中一些实施例中，泵体1包括上壳体15和下壳体16。上壳体15的底端开敞，下壳体16的顶端开敞，上壳体15的顶端装设到下壳体16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15和下壳体16，通过两部分壳体的端口，即可将泵芯5、第一弹性构件6、传动件4、第二弹性构件7、固定件9、压电激励元件3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15和下壳体16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。

在其中一些实施例中，上壳体15的底端以及下壳体16的顶端均具有连接法兰17，两个连接法兰17夹持固定隔膜2，且两者之间通过螺栓固定连接。两部分壳体通过连接法兰17相连，装配方便，并且连接法兰17与隔膜2的接触面积较大，提高隔膜2安装的牢固性以及壳体之间连接部位的密封性。

在其中一些实施例中，为了提高传动件4的稳定性，第二弹性构件7包括多个第二弹性元件71。第二弹性元件71间隔排列在同一圆周上，从圆周的各个角度位置对传动件4进行支撑，使传动件4的移动保持在轴向上，进而保证泵芯5的移动处于轴向，从而能够对准液体出口13对其进行封闭。第二弹性构件7采用与第一弹性构件6相同的结构，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，泵芯5、第一弹性构件6、传动件4、第二弹性构件7、固定件9以及压电激励元件3同轴设置在泵腔1的轴线上，从而保证振动和力在轴线上传递，泵芯5仅在第一弹性构件6的竖向支撑下可保持轴向移动，传动件4在第二弹性构件7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5和传动件4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。

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)

1.一种双谐振压电泵，其特征在于，包括：

泵体，具有一泵腔；

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；

压电激励元件，装设在所述第二腔室中；

传动件，装设在所述隔膜上；

泵芯，位于所述第一腔室，且其顶端具有工作部，用以轴向移动封闭所述泵体顶端开设的液体出口；

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；

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流动空间，并且其侧壁装设阀块，用以径向移动封闭所述泵体侧壁开设的液体进口；

第二弹性构件，其两端分别连接所述传动件和所述固定件。

2.根据权利要求1所述的双谐振压电泵，其特征在于，所述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所述的双谐振压电泵，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。

4.根据权利要求3所述的双谐振压电泵，其特征在于，所述第一弹性元件为弧形或V形的弹性片。

5.根据权利要求4所述的双谐振压电泵，其特征在于，所述第一弹性元件所处圆周与所述泵腔同轴，所述第一弹性元件上均装设阀块，所述阀块外侧所述泵体的侧壁上均开设有所述液体进口。

6.根据权利要求1所述的双谐振压电泵，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。

7.根据权利要求1所述的双谐振压电泵，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。

8.根据权利要求7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。

9.根据权利要求8所述的双谐振压电泵，其特征在于，所述上壳体的底端以及所述下壳体的顶端均具有连接法兰，两个所述连接法兰夹持固定所述隔膜，且两者之间通过螺栓固定连接。

10.根据权利要求1至9任一项所述的双谐振压电泵，其特征在于，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、所述固定件以及所述压电激励元件同轴设置在所述泵腔的轴线上。

Images