CN117189554B - 声压泵、工作方法及应用设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种声压泵、工作方法及应用设备，声压泵包括泵壳、致动器、连通通道、第一单向阀及第二单向阀，泵壳具有泵腔；致动器安装在泵壳内，将泵腔分隔为第一腔体和第二腔体；连通通道连通第一腔体和第二腔体；第一单向阀和第二单向阀分别安装在第一腔体和第二腔体的远离致动器侧；致动器被配置为在20KHz以上的周期性电压信号的驱动下周期性振动，并形成超声驻波；第一单向阀和第二单向阀均正对超声驻波的波腹，并被配置为在致动器朝向第一腔体侧运动时均关闭；及在致动器朝向第二腔体侧运动时均打开。本发明可以同时实现较高的压力和流量，且工作在超声频段，人耳无法听到噪音。

Description

声压泵、工作方法及应用设备

技术领域

本发明涉及流体泵领域，具体涉及一种声压泵、工作方法及应用设备。

背景技术

传统流体泵无论是电磁式隔膜泵和压电泵，实现流体传输的原理都是通过做往复式运动，压缩、拉伸泵腔内的空间形成负压，将流体吸入泵腔，再从排出口排出，从而实现流体的单向传输，这种工作原理的泵有以下不足：

1、电磁式隔膜泵的隔膜在往复运动时会产生大的的噪音，且流量压力波动大，泵体积大无法应用到便携式产品上。

2、压电泵的压电振子往复运动时，腔内体积变化微小，无法满足压力和流量的同时提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种声压泵，它可以同时实现较高的压力和流量，且工作在超声频段，人耳无法听到噪音。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种声压泵，包括：

泵壳，具有泵腔；

致动器，安装在所述泵壳内，将所述泵腔分隔为第一腔体和第二腔体；

连通通道，连通所述第一腔体和所述第二腔体；

第一单向阀，安装在所述第一腔体的远离所述致动器侧；

第二单向阀，安装在所述第二腔体的远离所述致动器侧；其中，

所述致动器被配置为在20KHz以上的周期性电压信号的驱动下周期性振动，并形成超声驻波；

所述第一单向阀和所述第二单向阀均正对所述超声驻波的波腹，并被配置为在所述致动器朝向所述第一腔体侧运动时关闭；及在所述致动器朝向所述所述第二腔体侧运动时均打开。

进一步，所述致动器在工作时，在所述泵腔内产生至少一个波腹和至少一个波节。

进一步为了减少连通通道进口和出口处的波动，并防止倒流，所述连通通道的进口和出口位于或靠近所述超声驻波的波节位置处。

进一步为了增加第一单向阀和第二单向阀处的声压，并减少其它波腹对正对第一单向阀和第二单向阀的波腹的扰动影响，所述致动器具有压电陶瓷，在所述致动器不工作时，所述压电陶瓷与所述泵腔的远离所述致动器侧的内壁之间的距离由内而外逐渐增大。

进一步提供了一种方便引出正负极端子的致动器的结构，所述致动器包括：

压电陶瓷，两面分别连接正极和负极，所述正极和所述负极中的一个为翻边电极，使所述正极的接线端子和所述负极的接线端子位于所述压电陶瓷的同一面；

柔性线路板，粘贴在所述压电陶瓷的具有接线端子的面上，并分别与所述正极的接线端子及所述负极的接线端子电性连接；

金属片，粘贴在所述柔性线路板的远离所述压电陶瓷侧。

进一步为了使胶水可以透过过胶孔将金属片和压电陶瓷粘贴牢固，所述柔性线路板的被夹在所述压电陶瓷和所述金属片之间的部位设置有多个过胶孔。

进一步提供了一种第一单向阀和第二单向阀的具体结构，所述第一单向阀和所述第二单向阀分别包括沿厚度方向依次连接的第一板、阀瓣、环形体和第二板，所述第一板、所述环形体和所述第二板共同围成给所述阀瓣提供变形空间的阀腔；其中，

所述第一板的正对所述阀腔的位置设置有多个第一板孔，所述第二板的正对所述阀腔的位置设置有多个第二板孔一和多个第二板孔二，所述阀瓣的位于所述阀腔内的部分设置有多个阀瓣孔，所述阀瓣孔错开所述第一板孔，并对齐所述第二板孔一，所述第二板孔二对齐所述第一板孔。

进一步为了减小压降，并提高流速，所述第一板孔和所述第二板孔二均为锥形孔，且小口端相对设置。

进一步，所述致动器为压电装置或电磁装置。

本发明还提供了一种声压泵的工作方法，方法包括：

向致动器施加20KHz以上的周期性电压信号，驱动所述致动器周期性振动，并形成超声驻波，所述超声驻波的波腹通过其声压协同第一腔体和第二腔体空间变化产生的压力使第一单向阀和第二单向阀开启或关闭；其中，

当所述致动器朝向第一腔体侧运动时，第一单向阀和第二单向阀关闭，第一腔体内的流体经连通通道进入第二腔体；

当所述致动器朝向第二腔体侧运动时，第一单向阀和第二单向阀打开，外部流体从第一单向阀进入第一腔体，第二腔体内的流体从第二单向阀流出。

本发明还提供了一种应用设备，包括声压泵。

进一步，应用设备为按摩器或血压计或智能手表或移液器。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

1、本发明结合超声驻波的波腹产生的声压及第一腔体和第二腔体空间变化产生的压力，通过高频单向阀实现流体的单向传输，不依赖于泵腔体积的变化从而可以同时实现较高的压力和流量，且工作在超声频段，人耳无法听到噪音，具有静音、体积小及节能的优点；

2、鉴于本发明不依赖于泵腔体积的变化，主要是利用声压产生局部正压或负压来实现第一单向阀和第二单向阀的启闭，因此本发明对密封性要求不高，降低了生产难度，可应用于流体传输领域；

3、本发明的压电陶瓷与所述泵腔的远离所述致动器侧的内壁之间的距离由内而外逐渐增大，由此可以增大第一单向阀和第二单向阀处的声压，并减少超声驻波的其它波腹对正对第一单向阀及第二单向阀的波腹的扰动影响，进而减少能量损耗；

4、本发明的压电陶瓷的正极和负极中的一个采用翻边电极，使正极的接线端子和负极的接线端子位于压电陶瓷的同一面，一次粘贴可以实现正负极接线端子的引出，连接可靠；

5、本发明的第一板孔和第二板孔二采用锥形孔，流体流经第一板的两个表面以及第二板的两个表面时压降更小流速更快，有助于阀瓣的快速开启和关闭。

附图说明

图1为本发明的声压泵的结构示意图；

图2为图1的一个剖视图；

图3为本发明的第一单向阀和第二单向阀的结构示意图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为图4的A部放大图；

图6为恒定压差下锥形孔尺寸与流速关系示意图；

图7为恒定流速下锥形孔尺寸与压降关系示意图；

图中，1、泵壳；11、第一壳体；111、流体进入通道；12、第二壳体；121、流体流出通道；2、泵腔；21、第一腔体；22、第二腔体；3、致动器；31、压电陶瓷；32、柔性线路板；33、金属片；4、连通通道；5a、第一单向阀；5b、第二单向阀；51、第一板；511、第一板孔；52、阀瓣；521、阀瓣孔；53、环形体；54、第二板；541、第二板孔一；542、第二板孔二。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1、2、3、4、5所示，一种声压泵，包括：

泵壳1，具有泵腔2；

致动器3，安装在泵壳1内，将泵腔2分隔为第一腔体21和第二腔体22；

连通通道4，连通第一腔体21和第二腔体22；

第一单向阀5a，安装在第一腔体21的远离致动器3侧；

第二单向阀5b，安装在第二腔体22的远离致动器3侧；其中，

致动器3被配置为在20KHz以上的周期性电压信号的驱动下周期性振动，并形成超声驻波；

第一单向阀5a和第二单向阀5b均正对超声驻波的波腹，并被配置为在致动器3朝向第一腔体21侧运动时关闭；及在致动器3朝向第二腔体22侧运动时均打开。

具体地，本实施例结合超声驻波的波腹产生的声压及第一腔体21和第二腔体22空间变化产生的压力，通过高频单向阀实现流体的单向传输，不依赖于泵腔2体积的变化从而可以同时实现较高的压力和流量，且工作在超声频段，人耳无法听到噪音，具有静音、体积小及节能的优点；鉴于本发明不依赖于泵腔2体积的变化，主要是利用声压产生局部正压或负压来实现第一单向阀5a和第二单向阀5b的启闭，因此本实施例中的声压泵对密封性要求不高，降低了生产难度，可应用于流体传输领域。

需要注意的是，空间变化不直接产生压力，向下振动时把气体抽进第一腔体21，向上振动时，把第一腔体21的气体挤入第二腔体22。

如图1、2所示，泵壳1包括装配在一起的第一壳体11和第二壳体12，第一壳体11和第二壳体12共同夹紧致动器3；其中，第一单向阀5a安装在第一壳体11上，与第一壳体11及致动器3共同围成第一腔体21，第一壳体11设置有连通位于第一单向阀5a的远离第一腔体21侧的空间的流体进入通道111；第二单向阀5b安装在第二壳体12上，与第二壳体及致动器3共同围成第二腔体22，第二壳体12设置有连通第二单向阀5b的远离第二腔体22侧的空间的流体流出通道121。

另外，致动器3可以为压电装置，也可以是电磁装置，还可以是其它能够周期性振动并产生超声驻波的装置。周期性电压信号可以为周期性方波电压信号。本实施例中的连通通道4采用外置结构，从而在不对致动器3穿孔的情况下实现流体自第一腔体21进入第二腔体22，采用外置结构，也方便生产。当然，连通通道4也可以内置。

实施例二

在实施例一的基础上，致动器3在工作时，在泵腔2内产生至少一个波腹和至少一个波节。连通通道4的进口和出口位于或靠近超声驻波的波节位置处。如此设置，可以减少连通通道4进口和出口处的流体波动，并防止倒流。

实施例三

在实施例一或实施例二的基础上，如图2所示，致动器3包括：

压电陶瓷31，两面分别连接正极和负极，正极和负极中的一个为翻边电极，使正极的接线端子和负极的接线端子位于压电陶瓷31的同一面；

柔性线路板32，粘贴在压电陶瓷31的具有接线端子的面上，并分别与正极的接线端子及负极的接线端子电性连接；

金属片33，粘贴在柔性线路板32的远离压电陶瓷31侧。

其中，金属片33能够调节谐振频率到达20K以上的超声频率，还能防止陶瓷片碎裂。

传统的压电陶瓷31的正极和负极位于其两面，为了引出正极的接线端子及负极的接线端子，需要在压电陶瓷31的两面各粘一片导电金属，这种方式结构复杂且导线连接点容易断裂。而在本实施例中，通过翻边电极，使正极的接线端子和负极的接线端子位于压电陶瓷31的同一面，一次粘贴可以实现正负极接线端子的引出，连接可靠。

需要注意的是，本实施例中，在两个阳极和阴极之间配置有绝缘圈，以保证阳极和阴极之间电绝缘。

实施例四

在实施例三的基础上，如图2所示，在致动器3不工作时，压电陶瓷31与泵腔2的远离致动器3侧的内壁之间的距离由内而外逐渐增大。在本实施例中，采用的是线性增大的方式。当然，也可以采用非线性增大的方式。

如此设置，使内侧距离小，外侧距离大，因此，可以增大第一单向阀和第二单向阀处的声压，减少超声驻波的其它波腹对正对第一单向阀及第二单向阀的波腹的扰动影响，进而减少能量损失。

如图2所述，泵壳1上设置有台阶，第一单向阀5a和第二单向阀5b分别粘贴或焊接在相应的台阶上，一般情况下，完成粘贴或焊接后，第一单向阀5a与第一腔体21的远离致动器3侧的内壁的内圈相齐平，第二单向阀5b与第二腔体22的远离致动器侧的内壁的内圈相齐平，其中，图2只是示意，所以图示中并未齐平。在采用焊接的情况下，为了方便进行焊接操作，可以在第一单向阀5a及第二单向阀5b的外周设置若干半圆形缺口，作为焊接点。

优选地，假设压电陶瓷到第二腔体22的远离致动器3侧的内壁的内圈之间的距离为d1，压电陶瓷的外圈到第二腔体22的远离致动器3侧的内壁之前的距离为d2。

实施例五

在实施例三的基础上，柔性线路板32的被夹在压电陶瓷31和金属片33之间的部位设置有多个过胶孔。胶水可以透过过胶孔将压电陶瓷31和金属片33牢固地粘贴在一起，由此实现柔性线路板32、压电陶瓷31及金属片33之间的两两粘接，整体结构牢固可靠，可长期稳定工作。

实施例六

在实施例一-实施例五任一实施例的基础上，如图2、4、5所示，第一单向阀5a和第二单向阀5b分别包括沿厚度方向依次连接的第一板51、阀瓣52、环形体53和第二板54，第一板51、环形体53和第二板54共同围成给阀瓣52提供变形空间的阀腔；其中，

第一板51的正对阀腔的位置设置有多个第一板孔511，第二板54的正对阀腔的位置设置有多个第二板孔一541和多个第二板孔二542，阀瓣52的位于阀腔内的部分设置有多个阀瓣孔521，阀瓣孔521错开第一板孔511，并对齐第二板孔一541，第二板孔二542对齐第一板孔511。

在本实施例中，通过环形体53控制第一板51和第二板54之间的间隙，从而控制阀瓣52的摆动距离。环形体53与第二板54之间可以通过胶粘、焊接等方式连接在一起，也可以一体成型，在此不做限制。其中，第一板51与阀瓣52之间及阀瓣52与环形体53之间也可以采用胶粘、焊接等连接方式。

在本实施例中，第一单向阀5a的第二板54朝向第一腔体21侧，第二单向阀5b的第一板51朝向第二腔体22侧。当致动器3朝向第一腔体21侧运动时，第一单向阀5a和第二单向阀5b的阀瓣52在超声驻波的波腹的声压及第一腔体21和第二腔体22空间变化产生的压力的共同作用下紧贴第一板51，实现对第一板51上的第一板孔511的密封，使第一单向阀5a和第二单向阀5b关闭。当致动器3朝向第二腔体21侧运动时，第一单向阀5a和第二单向阀5b的阀瓣52在超声驻波的波腹的声压及第一腔体21和第二腔体22空间变化产生的压力的共同作用下朝向第二板54侧发生形变，使第一单向阀5a和第二单向阀5b打开，打开状态下流体的流向为，第一板孔→第一板51和阀瓣52之间的间隙→阀瓣孔521→第二板孔一541。其中，超声驻波的波腹的声压及第一腔体21和第二腔体22空间变化产生的压力经第一单向阀5a的第二板孔二542传递至第一单向阀5a的阀瓣52，经第二单向阀5b的第一板孔511传递至第二单向阀5b的阀瓣52。

需要注意的是，第一板孔511、第二板孔一541、第二板孔二542和阀瓣孔521分别呈圆形阵列或方形阵列等排列，还可以为其它排列方式，在此不做限制。

实施例七

在实施例五的基础上，如图2、4、5所示，第一板孔511和第二板孔二542均为锥形孔，且小口端相对设置。

具体地，第一板孔511和第二板孔二542采用锥形孔，流体流经第一板51的两个表面以及第二板54的两个表面时压降更小流速更快，有助于阀瓣52的快速开启和关闭。

为了保证第一单向阀5a和第二单向阀5b的微型结构，第一板51和第二板54的厚度区间为[0.05mm，0.15mm]，锥形孔大口端的直径区间为[0.1mm，0.4mm]，小口端的直径区间为[0.08mm，0.15mm]。

锥形孔的大口端为入口，小口端为出口，为了验证锥形孔的优势，做如下模拟验证：

1、恒定压差下锥形孔尺寸与流速关系

输入压力恒定值30pa，流体压力参数值设置为0，入口直径调整范围120um-400um，出口直径固定，读取流体流动速度数据，具体结果如图6所示，可见在锥型孔出口处随着入口直径的增加流速增加，且流速增加的幅度越来越小，当入口直径大到一定值，流速将不再增加。

2、恒定流速下锥形孔尺寸与压降关系

输入恒定法向流速0.1m/s，流体压力参数值设置为0，入口直径调整范围120um-400um，出口直径固定，读取流体压力数据，具体结果如图7所示，可见在锥型孔出口处随着入口直径的增加压降减小，且压降减小的幅度越来越小，当入口直径大到一定值压降将不再减小。

实施例八

一种如实施例一-实施例七中任一实施例中的声压泵的工作方法，方法包括：

向致动器3施加20KHz以上的周期性电压信号，驱动致动器3周期性振动，并形成超声驻波，超声驻波的波腹通过其声压协同第一腔体21和第二腔体22空间变化产生的压力使第一单向阀5a和第二单向阀5b开启或关闭；其中，

当致动器3朝向第一腔体21侧运动时，第一单向阀5a和第二单向阀5b关闭，第一腔体21内的流体经连通通道4进入第二腔体22；

当致动器3朝向第二腔体22侧运动时，第一单向阀5a和第二单向阀5b打开，外部流体从第一单向阀5a进入第一腔体21，第二腔体22内的流体从第二单向阀5b流出。

实施例九

一种应用设备，包括实施例一-实施例七中任一实施例所述的声压泵。

应用设备可以为但不限于按摩器、血压计、智能手表、移液器等。按摩器可以为眼部按摩仪，头部按摩仪、飞机杯等。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种声压泵，其特征在于，

包括

泵壳(1)，具有泵腔(2)；

致动器(3)，安装在所述泵壳(1)内，将所述泵腔(2)分隔为第一腔体(21)和第二腔体(22)；

连通通道(4)，连通所述第一腔体(21)和所述第二腔体(22)；

第一单向阀(5a)，安装在所述第一腔体(21)的远离所述致动器(3)侧；

第二单向阀(5b)，安装在所述第二腔体(22)的远离所述致动器(3)侧；其中，

所述致动器(3)被配置为在20KHz以上的周期性电压信号的驱动下周期性振动，并形成超声驻波；

所述第一单向阀(5a)和所述第二单向阀(5b)均正对所述超声驻波的波腹，并被配置为在所述致动器(3)朝向所述第一腔体(21)侧运动时均关闭；及在所述致动器(3)朝向所述所述第二腔体(22)侧运动时均打开；

所述致动器(3)在工作时，在所述泵腔(2)内产生至少一个波腹和至少一个波节；所述连通通道(4)的进口和出口位于所述超声驻波的波节位置处。

2.根据权利要求1所述的声压泵，其特征在于，

所述致动器(3)具有压电陶瓷(31)，在所述致动器(3)不工作时，所述压电陶瓷(31)与所述泵腔(2)的远离所述致动器(3)侧的内壁之间的距离由内而外逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的声压泵，其特征在于，

所述致动器(3)包括：

压电陶瓷(31)，两面分别连接正极和负极，所述正极和所述负极中的一个为翻边电极，使所述正极的接线端子和所述负极的接线端子位于所述压电陶瓷(31)的同一面；

柔性线路板(32)，粘贴在所述压电陶瓷(31)的具有接线端子的面上，并分别与所述正极的接线端子及所述负极的接线端子电性连接；

金属片(33)，粘贴在所述柔性线路板(32)的远离所述压电陶瓷(31)侧。

4.根据权利要求3所述的声压泵，其特征在于，

所述柔性线路板(32)的被夹在所述压电陶瓷(31)和所述金属片(33)之间的部位设置有多个过胶孔。

5.根据权利要求1所述的声压泵，其特征在于，

所述第一单向阀(5a)和所述第二单向阀(5b)分别包括沿厚度方向依次连接的第一板(51)、阀瓣(52)、环形体(53)和第二板(54)，所述第一板(51)、所述环形体(53)和所述第二板(54)共同围成给所述阀瓣(52)提供变形空间的阀腔；其中，

所述第一板(51)的正对所述阀腔的位置设置有多个第一板孔(511)，所述第二板(54)的正对所述阀腔的位置设置有多个第二板孔一(541)和多个第二板孔二(542)，所述阀瓣(52)的位于所述阀腔内的部分设置有多个阀瓣孔(521)，所述阀瓣孔(521)错开所述第一板孔(511)，并对齐所述第二板孔一(541)，所述第二板孔二(542)对齐所述第一板孔(511)。

6.根据权利要求5所述的声压泵，其特征在于，

所述第一板孔(511)和所述第二板孔二(542)均为锥形孔，且小口端相对设置。

7.根据权利要求1所述的声压泵，其特征在于，

所述致动器(3)为压电装置或电磁装置。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的声压泵的工作方法，其特征在于，

方法包括：

向致动器(3)施加20KHz以上的周期性电压信号，驱动所述致动器(3)周期性振动，并形成超声驻波，所述超声驻波的波腹通过其声压协同第一腔体(21)和第二腔体(22)空间变化产生的压力使第一单向阀(5a)和第二单向阀(5b)开启或关闭；其中，

当所述致动器(3)朝向所述第一腔体(21)侧运动时，所述第一单向阀(5a)和所述第二单向阀(5b)关闭，所述第一腔体(21)内的流体经连通通道(4)进入所述第二腔体(22)；

当所述致动器(3)朝向所述第二腔体(22)侧运动时，所述第一单向阀(5a)和所述第二单向阀(5b)打开，外部流体从所述第一单向阀(5a)进入所述第一腔体(21)，所述第二腔体(22)内的流体从所述第二单向阀(5b)流出。

9.一种应用设备，其特征在于，

包括权利要求1-7任一项所述的声压泵。

10.根据权利要求9所述的应用设备，其特征在于，

应用设备为按摩器或血压计或智能手表或移液器。