CN1892028A - 双压电梁驱动的膜片气泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于精密机械中微型流体泵技术领域的一种双压电梁驱动的膜片气泵。它包含一个腔体、两个双压电梁、一个带有单向阀的膜片以及引出电极。其中双压电梁一端固支，另一端与膜片的侧边相连。泵腔内的双压电梁通入交变电压驱动膜片在谐振点振动，通过膜片上单向阀的作用，使空气沿一个方向流动，实现与外界的气体交换。这种气泵具有结构简单、输出流量大、功耗低、侧面尺寸小、无电磁噪音、可动部件少、可靠性高等诸多优点，易于推广应用。

Description

双压电梁驱动的膜片气泵
技术领域
本发明属于精密机械中微型流体泵技术领域，特别涉及一种双压电梁驱动的膜片气泵。
背景技术
30多年来，芯片性能的快速提高导致以信息技术为主导的新经济蓬勃发展。然而，随着晶体管集成度的提高，芯片耗能和散热问题渐渐凸显出来。因此，微电子器件的冷却已成为国际微电子界的研究热点。但随着计算机等电子设备的日益小型化，其内部芯片的冷却装置应具有低功耗、低噪音，小的侧面尺寸和体积，高效率、高可靠性等特点。因此，传统的安装风扇和外置散热片等散热方法难以满足芯片对散热的要求。并且近年来，用于手机、掌上电脑等便携式电子设备的微型燃料电池也迫切需要这种微型膜片气泵。
发明内容
本发明的目的是提供具有结构简单、输出流量大、功耗低、侧面尺寸小、无电磁噪音、可动部件少、可靠性高的一种双压电梁驱动的膜片气泵，主要由一个腔体、两个双压电梁、一个带有单向阀的膜片组成；其特征在于：所述膜片7将泵腔分为上腔10、下腔9两部分，双压电梁1一端与膜片7的侧边相连，另一端卡入下腔9侧壁上的槽8内，并在上腔顶板2上设有单向阀3，膜片7上设有单向阀6，下腔9侧壁上有孔4；当通入交变电压时，双压电梁上下振动，并且当交变电压的频率与运动部件的固有频率相等时，双压电梁的振幅最大；当双压电梁1向下弯曲时，其端部推动膜片7向下运动，膜片7上的单向阀6关闭，下腔9内的气体流过芯片等需要冷却或换气的表面5后，从侧壁上孔4或在上腔10的侧边上的单向阀11流出腔外，此时上腔板2上的单向阀3开启，外部的空气流入上腔10；当双压电梁1向上弯曲时，其端部带动膜片7向上运动，膜片7上的单向阀6开启，上腔板2的单向阀3关闭，上腔10内的空气通过膜片7上的阀孔流入泵的下腔9内。如此循环，满足芯片冷却或微型燃料电池换气的要求。
所述侧壁上孔4和在上腔10的侧边上的单向阀11还可为梯形孔/梯形阀。
本发明的有益效果是1.将两根双压电梁的端部与膜片的侧边相连，从而使膜片在腔中悬起，大大增加了容积变化率，同时也减小了气泵的厚度。2.泵腔内的双压电梁通入交变电压驱动膜片在谐振点处振动，通过膜片上单向阀的作用，使空气沿一个方向流动，实现空气的交换。气泵的流量可通过改变驱动电压的频率和振幅进行方便的调节，满足芯片对散热的要求。3.这种气泵具有结构简单、输出流量大、功耗低、侧面尺寸小、无电磁噪音、可动部件少、可靠性高等优点。
附图说明
图1为双压电梁驱动的膜片气泵结构示意图。
图2为双压电梁驱动的膜片气泵结构的立体分解图。
图3为图1中上腔侧壁有阀的气泵结构示意图。
图4为图1中下腔侧壁上孔和在上腔侧边上的单向阀阀孔还可为梯形孔/梯形阀的气泵结构示意图。
本发明公开了属于精密机械中微型流体泵技术领域的一种双压电梁驱动的膜片气泵。图1所示为该膜片气泵结构示意图。其膜片7将泵腔分为上腔10、下腔9两部分，双压电梁1一端与膜片7的侧边相连，另一端卡入下腔9侧壁上的槽8内(如图2所示)，并在上腔顶板2上设有单向阀3，膜片7上设有单向阀6，下腔9侧壁上有孔4；侧壁上孔4和在上腔10的侧边上的单向阀11还可为梯形孔/梯形阀。当通入交变电压时，双压电梁上下振动，并且当交变电压的频率与运动部件的固有频率相等时，双压电梁的振幅最大。当双压电梁1向下弯曲时，其端部推动膜片7向下运动，膜片7上的单向阀6关闭，下腔9内的气体流过芯片等需要冷却或换气的表面5后，从侧壁上孔4流出腔外，此时上腔板2上的单向阀3开启，外部的空气流入上腔10；当双压电梁1向上弯曲时，其端部带动膜片7向上运动，膜片7上的单向阀6开启，上腔板2的单向阀3关闭，上腔10内的空气通过膜片7上的阀孔流入泵的下腔9内或通过在上腔10的侧边上的单向阀11流出腔外。如此循环，满足芯片冷却或微型燃料电池换气的要求。
下面参考图1和图2说明本发明的实施形式是可以实现的。
首先，利用精密加工制造出膜片泵的下腔体，材料可以是金属也可以是非金属(例如，有机玻璃)，泵腔的厚度为0.5-20mm。
带有单向阀的膜片采用微细加工工艺制造：双压电梁的制作采用陶瓷烧结工艺在黄铜片的上、下表面分别制作一层50-500μm厚的PZT压电陶瓷，使它们的极化方向相同。在外表面镀一层银做为电极，并将上、下两部分的正极与负极接到一起。将双压电梁一端用胶粘接到膜片上，另一端做为电极的输出端，用螺钉或胶粘接到泵腔的槽中。将两根双压电梁的电极输出端并联在一起。气泵上腔体的阀片的厚度为5-50μm，材料为Ni，上腔体和上面的阀片同样可以采用精密加工和微细加工工艺制作。将上、下腔体粘接为一体，完成双压电梁驱动的膜片气泵的装配。
实施例2
本实施例与前一个实施例的区别在于在上腔10的侧边增加了单向阀11(如图3)。这样做的好处是，一方面可以增加膜片气泵上腔的流量，另一方面当上腔顶部的单向阀孔被阻挡的情况下，仍然可以通过侧面的单向阀11实现上腔的换气。本实施例其它部分的结构、制作和装配方法与实施例1完全相同，但在制做过程中应使膜片的运动不会干涉到单向阀11的工作。
实施例3
本实施例与第一个实施例的区别在于上腔10和下腔9侧壁上孔4和在上腔10的侧边上的单向阀11还可为梯形孔/梯形阀。这种阀是利用梯形孔/梯形阀两个方向的流阻不同，来实现气流的单向流动，其制造工艺比带有阀片的单向阀简单，从而大大增加了膜片气泵工作的可靠性。

Claims (2)

1一种双压电梁驱动的膜片气泵，主要由一个腔体、两个双压电梁、一个带有单向阀的膜片组成；其特征在于：所述膜片(7)将泵腔分为上腔(10)、下腔(9)两部分，双压电梁(1)一端与膜片(7)的侧边相连，另一端卡入下腔(9)侧壁上的槽(8)内，并在上腔顶板(2)上设有单向阀(3)，膜片(7)上设有单向阀(6)，下腔(9)侧壁上有孔(4)；当通入交变电压时，双压电梁上下振动，并且当交变电压的频率与运动部件的固有频率相等时，双压电梁的振幅最大；当双压电梁(1)向下弯曲时，其端部推动膜片(7)向下运动，膜片(7)上的单向阀(6)关闭，下腔(9)内的气体流过芯片的需要冷却或换气的表面(5)后，从侧壁上孔(4)流出腔外，此时上腔板(2)上的单向阀(3)开启，外部的空气流入上腔(10)；当双压电梁(1向上弯曲时，其端部带动膜片(7)向上运动，膜片(7)上的单向阀(6)开启，上腔板(2)的单向阀(3)关闭，上腔(10)内的空气通过膜片(7)上的阀孔流入泵的下腔(9)内或通过在上腔(10)的侧边上的单向阀(11)流出腔外；如此循环，满足芯片冷却或微型燃料电池换气的要求。
2.根据权利要求1所述双压电梁驱动的膜片气泵，其特征在于：所述侧壁上孔(4)和在上腔(10)的侧边上的单向阀(11)还可为梯形孔/梯形阀。
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