CN204436714U - 一种压电惯性驱动液压泵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种压电惯性驱动液压泵,属于机电液一体化领域。该装置采用矩形压电双晶片作为驱动源,压电双晶片与连杆、摩擦块、套筒共同构成惯性驱动系统,在非对称性交变电信号作用下,套筒单向运动。改变非对称驱动电信号波形可实现套筒往复运动,套筒通过活塞杆带动活塞往复运动,与单向阀配合实现液体的定向输送。本实用新型的优点在于:结构新颖,结合压电惯性驱动与压电流体驱动技术实现高频、低压电信号输入转化为低频、高输出压力液体输出,有利于驱动电源集成化设计。
Description
技术领域
本实用新型属于机电液一体化领域,具体涉及一种压电惯性驱动液压泵。
背景技术
压电泵具有结构紧凑,响应特性好,便于精确控制等特点,在医疗/制药、生物工程、化学分析、电子器件冷却以及燃料供给等方面具有广阔的应用前景。目前,以压电陶瓷为驱动元件实现液体传输的压电泵有多种形式,根据是否有阀,压电泵可分为有阀压电泵(如主动阀压电泵、被动阀压电泵)和无阀压电泵(如锥形管压电泵、Tesla异形管压电泵、Y形管压电泵、蠕动式压电泵以及新型仿鱼鳍式压电泵等)。
无阀压电泵因为没有阀的限制可使泵在很高频率下工作,其结构简单制造工艺要求不高,具有独特的发展前景。但是因为没有单向阀,泵工作时液体回流现象严重,泵的工作压力和截止性下降。故无阀压电泵的缺点就是自吸能力差,输出流量和压力较小。
有阀压电泵体积小、耗能低、无噪声、无电磁干扰、适于微小型化、可根据施加电压或频率精确控制输出流量等特点在医疗/制药、生物工程及化学分析等方面具有广阔的应用前景。不足之处是输出压力有限。因为现有提高压电泵驱动能力采取的方法主要是施加高频、高压信号,高输入电压不利于电源集成化且压电陶瓷易损坏,高频驱动阀的响应跟不上并造成额外的压力损失。
压电泵的发展趋势为微小化、流量大及输出压力高,来满足电子器件冷却、药物输送、燃料电池燃料供给等领域的要求,目前的压电泵在输出流量、压力等方面还不能完全满足各种领域的需求。
本实用新型提出以压电晶片或压电叠堆为驱动源,利用惯性驱动原理,通过套筒带动活塞往复运动,实现液体定向输送。
发明内容
本实用新型提供一种压电惯性驱动液压泵,以解决压电泵输出流量和压力小、不能满足实际需要的问题。本实用新型采取的技术方案是:采用压电惯性驱动系统作为驱动单元,套筒的往复运动通过活塞杆传递给活塞,配合单向阀实现液体定向输送。
本实用新型一种实施方式是:液压泵采用矩形压电双晶片作为驱动源,压电双晶片与连杆、摩擦块、套筒构成惯性驱动系统,活塞、泵体、出口、入口及单向阀共同构成泵腔。
本实用新型一种实施方式是:液压泵采用压电叠堆作为驱动源,压电叠堆与摩擦块、套筒构成惯性驱动系统,活塞、泵体、出口、入口及单向阀共同构成泵腔。
本实用新型利用压电惯性驱动机构直线往复运动,通过液体介质实现运动转换和动力传递,进而将压电晶片或压电叠堆的高频微幅振动转换为液体大流量、高压力输出。
本实用新型的一个实施方式中,包含至少一个压电双晶片、连杆、摩擦块、套筒、活塞及泵体等部分。所述压电双晶片在非对称性电信号作用下共振,由于变形速度不同,在粘滑原理作用下,套筒直线运动,带动活塞直线运动,改变泵腔的容积;当活塞向左运动时,泵腔容积变大,压力降低,致使进口单向阀开启,出口单向阀关闭,液体进入泵腔;当活塞向右运动时,泵腔容积变小,压力增大,致使进口单向阀关闭,出口单向阀开启,液体从泵腔流出,至此完成一个工作循环。当压电双晶片在交变电压作用下连续工作时,可实现液体的持续输出。
本实用新型的另一个实施方式中,包含至少一个压电叠堆、摩擦块、套筒、活塞及泵体等部分。所述压电叠堆在非对称性电信号作用下共振,套筒带动活塞直线运动,改变泵腔的容积,配合单向阀,实现液体的持续输出。
本发明的优点在于:结构新颖,结合压电惯性驱动与压电液体驱动技术实现高频、低压电信号输入转化为低频、高输出压力和流量的液体输出。高频共振状态下压电陶瓷能量转化效率高,驱动能力强,有利于提高泵的输出压力;低压电信号有利于驱动电源集成化设计制作;低频、高输出压力液体输出可满足药物输送、燃料供给等领域的使用要求。
附图说明
图1是本实用新型压电双晶片惯性驱动液压泵的结构示意图;
图2是本实用新型压电叠堆惯性驱动液压泵的结构示意图;
图3是本实用新型压电惯性驱动液压泵的驱动电信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明具体实施方式:
如图1所示,导线孔1、导线2、夹紧块3、压电双晶片4、右壳体5,连杆6、套筒7、摩擦块8、左壳体14、夹紧块15、圆形垫圈16,基板17构成压电惯性驱动系统;活塞杆9、泵体10、活塞11、入口12、入口单向阀13、出口18及出口单向阀19构成液体泵送单元。当给压电双晶片4施加与其一阶固有频率相等的非对称性电信号时(详见附图3),压电双晶片4工作在共振状态,当驱动信号处于整周期(T2)的前半周期时,电压缓慢上升快速下降,致使压电双晶片4通过连杆6带动摩擦块8向右缓慢伸长、向左快速缩短,缓慢伸长时在摩 擦力作用下套筒7随摩擦块8向右运动、快速缩短时在惯性作用下套筒7保持原地不动,在连续电信号作用下,套筒持续向右运动;当驱动信号处于整周期(T2)的后半周期时,电压快速上升缓慢下降,套筒7持续向左运动。从整个周期来看,套筒7实现直线往复运动,带动活塞11往复运动;当活塞11向左运动时,泵腔容积变大,压力降低,致使进口单向阀13开启、出口单向阀19关闭,液体进入泵腔;当活塞11向右运动时,泵腔容积变小,压力增大,致使进口单向阀13关闭、出口单向阀19开启,液体从泵腔流出,至此完成一个工作循环。在连续交变电压作用下,可实现液体的持续输出。
如图2所示,左壳体1、固定板2、压电叠堆3、套筒4、摩擦块5、右壳体6构成压电惯性驱动系统;活塞杆7、泵体8、活塞9、入口10、入口单向阀11、出口12、出口单向阀13共同构成液体泵送单元。当驱动信号处于整周期(T2)的前半周期时,电压缓慢上升快速下降,致使压电叠堆3带动摩擦块5向右缓慢伸长,向左快速缩短,缓慢伸长时在摩擦力作用下套筒4随摩擦块5向右运动,快速缩短时在惯性作用下套筒4保持原地不动,在连续电信号作用下,套筒4持续向右运动;当驱动信号处于整周期(T2)的后半周期时,电压快速上升缓慢下降,套筒4持续向左运动。从整个周期来看,套筒实现直线往复运动,带动活塞9往复运动,与单向阀11、13配合,实现液体连续输出。
如图3所示,激励电信号采用特殊波形,一个整周期T2可以由若干个周期为T1的非对称波形组成;实际应用时,根据压电双晶片或压电叠堆的固有频率选定T1,使压电元件工作在共振状态,此时驱动能力最强,能量转换率高;而周期T2为套筒往复运动的周期,也是液压泵工作的周期,由于一般单向阀响应频率不高,可根据泵的最佳工作频率范围来确定T2,从而实现高频(对应周期T1)、低压电信号输入转化为低频(对应周期T2)、高输出压力和流量的液体输出。
Claims (2)
1.一种压电惯性驱动液压泵,其特征在于,采用压电元件作为驱动源,并与连杆、套筒及摩擦块共同构成惯性驱动系统,在非对称性交变电信号作用下,套筒的往复运动通过活塞杆和活塞作用于被驱动液体上,从而实现液体的定向输送。
2.根据权利要求1所述的压电惯性驱动液压泵,其特征在于,所述液压泵驱动电信号频率等于压电元件的一阶固有频率,压电元件工作在共振状态。
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