CN207960900U - 一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵，包括单向出口阀、单向入口阀、阀盖、泵腔、缓冲腔道、弹性球、密封圈、振动薄膜、上平板、放大机构、压电叠堆、压电叠堆电极、支架和下平板；本实用新型将振动薄膜正下方的上平板加工出缓冲腔道，并在缓冲腔道内置若干橡胶质地的弹性球，使得振动薄膜振动使泵腔容积压缩时可承受更大压力进一步扩大容积，增大时具备更大的缓冲驱动力，减少泵腔体容积大变化量时所需的较大驱动电压的负担；又由于微位移放大机构采用二级对称式柔性铰链机构，因此具有放大机构功率较高，消除纵向耦合误差的优点。

Description

一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵

技术领域

本实用新型涉及微型压电泵技术领域，具体是一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵。

背景技术

近年来，利用压电叠堆制作压电泵成为人们研究的热点之一。压电叠堆泵，可以大范围的提高输出压力，精确控制输出流量。它将广泛应用于工业自动化的输液、供油、加工设备中的清洗，科研、实验室、化工制剂等方面的精密计量，仪器、仪表的排热、冷却系统，笔记本电脑和计算机CPU的冷却系统，以及家用电器等产品。

经对现有技术文献的检索发现，在来自吉林大学刘维帅所撰写的《集成压电振子压电泵的设计与实验研究》（于2016年5月发表的硕士论文）。论文中提到采用的是双压电振子作为驱动源的微泵。此泵的缺点是由于压电效应产生的位移较小，泵腔的压力不够大对粘稠性的血液输送驱动力不够，影响微泵的性能。申请公开号为CN104832404A，名称为“一种基于PDMS的压电微泵”的专利申请，公开了一种基于PDMS的压电微泵，其结构包括压电振子1、PDMS泵体2、PMMA垫圈3、阀片4、垫圈上的凹槽5、阀片定位边6、出水口7和进水口8，对压电振子1输入驱动激励信号，压电振子会周期性地上下弯曲振动，从而引起腔体容积和压力的周期性变化，进而在单向阀4周期性开启关闭的配合作用下，实现排水和吸水。虽然这种结构能够泵送某些特殊性质的液体，但存在问题是在实现泵腔体容积大变化量时所需驱动电压较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中泵腔体容积大变化量时所需驱动电压较大、压电叠堆的变形量相对较小的问题，提出一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵，通过压电叠堆驱动元件的输出位移和输出应力作用于放大机构上后，放大机构一端输出的位移使得振动薄膜运动，使得泵腔的体积发生周期性的变化，从而实现液体的泵送，使得微位移放大机构对薄膜的上下震动位移进行有效的放大。

本实用新型所述的一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵，包括单向出口阀、单向入口阀、阀盖、泵腔、密封圈、振动薄膜、上平板、放大机构、压电叠堆、压电叠堆电极、支架和下平板；所述压电叠堆嵌于所述下平板的中心部分，所述压电叠堆上端与所述放大机构下端接触，所述压电叠堆电极通入外接电源；所述支架分别与所述上平板和所述下平板连接，所述支架与所述上平板和所述下平板的中心线在同一轴线上；所述放大机构位于所述支架内部中心处对称分布，并通过底端两角与所述支架销钉连接，所述放大机构与所述压电叠堆的中心线在同一轴线上，所述放大机构顶端与所述振动薄膜相接触；所述振动薄膜位于所述阀盖和所述上平板的衔接处，固定于所述阀盖的卡槽内，所述振动薄膜上端与所述阀盖之间形成所述泵腔；所述振动薄膜正下方的所述上平板加工出缓冲腔道，并在所述缓冲腔道内置若干橡胶质地的弹性球；所述阀盖下端内部嵌有所述密封圈，确保所述阀盖与所述上平板连接紧密；所述上平板上的所述阀盖四周均匀分布设有四个螺丝钉，用于将所述阀盖固定于所述上平板上，所述阀盖上面设有所述单向出口阀和所述单向入口阀，所述单向出口阀和所述单向入口阀对称分布在所述阀盖的中心轴线两侧，采用U形悬臂梁结构，所述单向出口阀和所述单向入口阀可以连接塑料管。

进一步，所述弹性球在所述缓冲腔道内的填充高度大于所述缓冲腔道的高度1-2mm。

进一步，所述单向出口阀和所述单向入口阀均采用轮式阀作为截止阀，所述振动薄膜采用PET膜。

进一步，所述压电叠堆由若干偏铌酸盐系压电陶瓷片电学并联或者串联连接制成。

与现有技术相比，本实用新型的优点和产生积极效果是：

本实用新型采用压电叠堆结构，压电叠堆通入交流电后，周期性的变化促使放大机构使得泵腔出现周期性的变化，泵送液体。

本实用新型选用轮式阀作为微泵的截止阀，选用PET膜作为振动薄膜，开启时阀片的运动为平动，并且具有开度大、过流面积大、反向截止性能好等优点。

本实用新型因采用放大机构故能够使得泵腔的体积产生较大的伸缩，液体流动的压力大时，泵体上各有出入口，可以同时泵送液体，提高效率。

本实用新型以压电叠堆为驱动源，压电叠堆使基于杠杆原理的柔性铰链放大机构顶端产生较大位移，引起泵腔的变化促使单向截止阀的开启和关闭。

本实用新型将振动薄膜正下方的上平板加工出缓冲腔道，并在缓冲腔道内置若干橡胶质地的弹性球，使得振动薄膜振动使泵腔容积压缩时可承受更大压力进一步扩大容积，增大时具备更大的缓冲驱动力，减少泵腔体容积大变化量时所需的较大驱动电压的负担。

本实用新型的微位移放大机构采用二级对称式柔性铰链机构，工作时，下端产生位移首先由第一级柔性放大机构产生两倍位移，再由第二级放大机构将第一级位移放大两倍后传递到振动薄膜，具有放大机构功率较高，放大倍数为4倍，消除纵向耦合误差的优点。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构剖视图；

图2为本实用新型单向出口阀和单向入口阀的俯视图；

图1-2中标记含义如下：1-单向出口阀，2-单向入口阀，3-阀盖，4-泵腔，5-密封圈，6-振动薄膜，7-上平板，8-放大机构，9-压电叠堆，10-压电叠堆电极，11-支架，12-下平板，13-缓冲腔道，14-弹性球。

具体实施方式

下面结合附图通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地知道本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵，如图1-2所示，包括单向出口阀1、单向入口阀2、阀盖3、泵腔4、密封圈5、振动薄膜6、上平板7、放大机构8、压电叠堆9、压电叠堆电极10、支架11和下平板12；所述压电叠堆9嵌于所述下平板12的中心部分，所述压电叠堆9上端与所述放大机构8下端接触，所述压电叠堆电极10通入外接电源；所述支架11分别与所述上平板7和所述下平板12连接，所述支架11与所述上平板7和所述下平板12的中心线在同一轴线上；所述放大机构8位于所述支架11内部中心处对称分布，并通过底端两角与所述支架11销钉连接，所述放大机构8与所述压电叠堆9的中心线在同一轴线上，所述放大机构8顶端与所述振动薄膜6相接触；所述振动薄膜6位于所述阀盖3和所述上平板7的衔接处，固定于所述阀盖3的卡槽内，所述振动薄膜6上端与所述阀盖3之间形成所述泵腔4；所述振动薄膜6正下方的所述上平板7加工出缓冲腔道13，并在所述缓冲腔道13内置若干橡胶质地的弹性球14，进一步，所述弹性球14在所述缓冲腔道13内的填充高度大于所述缓冲腔道13的高度1-2mm，使得所述振动薄膜6振动使所述泵腔13容积压缩时可承受更大压力进一步扩大容积，增大时具备更大的缓冲驱动力，减少所述泵腔13体容积大变化量时所需的较大驱动电压的负担；所述阀盖3下端内部嵌有所述密封圈5，确保所述阀盖3与所述上平板7连接紧密；所述上平板7上的所述阀盖3四周均匀分布设有四个螺丝钉，用于将所述阀盖3固定于所述上平板7上，所述阀盖3上面设有所述单向出口阀1和所述单向入口阀2，所述单向出口阀1和所述单向入口阀2对称分布在所述阀盖3的中心轴线两侧，采用U形悬臂梁结构，所述单向出口阀1和所述单向入口阀2可以连接塑料管；所述单向出口阀1和所述单向入口阀2均采用轮式阀作为截止阀，所述振动薄膜6采用PET膜。

本实用新型的工作原理如下：压电叠堆9由若干偏铌酸盐系压电陶瓷片电学并联或者串联连接制成，不含有毒的铅，对环境保护有利；压电陶瓷具有逆压电效应，通入电场后，压电叠堆会周期性的伸长缩短，推动放大机构的伸长缩短，与之相连接的振动薄膜也随之上下振动，引起泵腔的变化，进而使泵腔内外产生压力差，流体则不断地流入流出。

本实用新型为单腔体压电泵，将振动薄膜6振动使泵腔4容积压缩至最小时作为起点，它的工作过程可以分为以下两个阶段：

① 输入阶段：振动薄膜6振动使泵腔4容积压缩至最小时作为起点，当泵腔4容积逐步增大后，泵腔4内压强减小，由于外界大气压大于泵腔4内的气压，单向入口阀2打开，单向出口阀1处于关闭状态，液体则流入泵腔4。

② 输出阶段：振动薄膜6振动使泵腔4容积进一步增大时，泵腔4内容积增大到最大为起点，振动薄膜6开始向上运动，泵腔4容积则逐渐减小，泵腔4内的压强增大，迫使单向出口阀1打开，单向入口阀2关闭，液体则逐渐流出泵腔4。

以上两个阶段的工作过程构成本实用新型压电叠堆微泵的一个工作周期，实现了一定量的流体的输入与输出，如此周而复始就形成了本实用新型压电叠堆微泵连续泵液体的工作。

上述实施例仅是本实用新型的较优实施方式，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵，其特征在于：包括单向出口阀（1）、单向入口阀（2）、阀盖（3）、泵腔（4）、密封圈（5）、振动薄膜（6）、上平板（7）、放大机构（8）、压电叠堆（9）、压电叠堆电极（10）、支架（11）和下平板（12）；所述压电叠堆（9）嵌于所述下平板（12）的中心部分，所述压电叠堆（9）上端与所述放大机构（8）下端接触，所述压电叠堆电极（10）通入外接电源；所述支架（11）分别与所述上平板（7）和所述下平板（12）连接，所述支架（11）与所述上平板（7）和所述下平板（12）的中心线在同一轴线上；所述放大机构（8）位于所述支架（11）内部中心处对称分布，并通过底端两角与所述支架（11）销钉连接，所述放大机构（8）与所述压电叠堆（9）的中心线在同一轴线上，所述放大机构（8）顶端与所述振动薄膜（6）相接触；所述振动薄膜（6）位于所述阀盖（3）和所述上平板（7）的衔接处，固定于所述阀盖（3）的卡槽内，所述振动薄膜（6）上端与所述阀盖（3）之间形成所述泵腔（4）；所述振动薄膜（6）正下方的所述上平板（7）加工出缓冲腔道（13），并在所述缓冲腔道（13）内置若干橡胶质地的弹性球（14）；所述阀盖（3）下端内部嵌有所述密封圈（5），所述上平板（7）上的所述阀盖（3）四周均匀分布设有四个螺丝钉，所述阀盖（3）上面设有所述单向出口阀（1）和所述单向入口阀（2），所述单向出口阀（1）和所述单向入口阀（2）对称分布在所述阀盖（3）的中心轴线两侧，采用U形悬臂梁结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵，其特征在于：所述弹性球（14）在所述缓冲腔道（13）内的填充高度大于所述缓冲腔道（13）的高度1-2mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵，其特征在于：所述单向出口阀（1）和所述单向入口阀（2）均采用轮式阀作为截止阀，所述振动薄膜（6）采用PET膜。

4.根据权利要求1所述的一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵，其特征在于：所述压电叠堆（9）由若干偏铌酸盐系压电陶瓷片电学并联或者串联连接制成。