KR20010108015A - Ferroelectric pump - Google Patents

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KR20010108015A
KR20010108015A KR1020017007298A KR20017007298A KR20010108015A KR 20010108015 A KR20010108015 A KR 20010108015A KR 1020017007298 A KR1020017007298 A KR 1020017007298A KR 20017007298 A KR20017007298 A KR 20017007298A KR 20010108015 A KR20010108015 A KR 20010108015A
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KR1020017007298A
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앤토니 주니어 자링크
리차드 프레드 헬바움
웨인 윌리암 로어바크
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미합중국정부대표국립항공우주국
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Abstract

강유전성 펌프는 하우징 내부에 하나 이상의 변화가능한 용적 펌프 챔버들을 가진다. 각 챔버는 적어도 하나의 벽에서 액츄에이터의 내부면과 외부면 사이에 인가되는 전압에 따라 높이가 변하는 돔을 가지고 내부에 초기 응력이 가해진 돔 형상의 강유전성 액츄에이터를 포함한다. 펌핑된 매질은 강유전성 액츄에이터의 변위에 반응하여 각각의 펌프 챔버로 유입 및 유출된다. 강유전성 액츄에이터는 각 벽의 내부에서 상기 펌핑된 매질로 부터 각 강유전성 액츄에이터를 분리하고, 각 강유전성 액츄에이터에 인가되는 전압을 위한 경로제공과, 인가된 전압에 반응하여 각 강유전성 액츄에이터의 전체의 허용 변위까지 능동적 억제를 제공한다.The ferroelectric pump has one or more variable volume pump chambers inside the housing. Each chamber includes a dome-shaped ferroelectric actuator in which at least one wall has a dome that varies in height depending on the voltage applied between the inner and outer surfaces of the actuator. The pumped medium enters and exits each pump chamber in response to the displacement of the ferroelectric actuator. The ferroelectric actuator separates each ferroelectric actuator from the pumped medium inside each wall, providing a path for the voltage applied to each ferroelectric actuator, and actively up to the total permissible displacement of each ferroelectric actuator in response to the applied voltage. Provide suppression.

Description

강유전성 펌프{FERROELECTRIC PUMP}Ferroelectric pumps {FERROELECTRIC PUMP}

종래의 펌프는 일반적으로 용적식과 압력식의 2가지 종류로 나누어 진다. 압력식 펌프는 기계적인 가동부품을 통해 물질에 힘을 가하면 그 힘에 의해서 물질에 압력이 생성된다.Conventional pumps are generally divided into two types, volumetric and pressure. In a pressure pump, when a force is applied to a material through a mechanical movable part, the pressure is generated by the force.

용적식 펌프는 물질의 압축원리로 동작한다. 예를 들면 왕복 펌프와 벨로우즈(bellows) 펌프가 해당된다. 왕복 펌프는 통상 실린더의 피스톤을 사용하고, 피스톤의 기계적인 운동에 필요한 외부힘을 공급해서 사용된다. 벨로우즈 펌프는 통상 단부판 사이에 변형가능한 멤브레인이 형성되고 외부의 힘으로 구동하는 두개의 비변형 단부판을 가진 펌핑 용기로 구성된다.Volumetric pumps operate on the principle of compression of materials. Examples include reciprocating pumps and bellows pumps. The reciprocating pump is usually used by using a piston of a cylinder and supplying an external force necessary for mechanical movement of the piston. The bellows pump typically consists of a pumping vessel having two non-deformable end plates which are formed with a deformable membrane between the end plates and driven by external forces.

구리 권선에 관련된 열손실과 와전류로 인한 자기력 손실은 기계적 가동 부품을 사용하는 종래 펌프의 효율을 감소시키는 원인이 된다. 펌프의 유속과 종래 펌프의 가압 능력을 조화시킨다 할 지라도 열 손실을 적게 할 수 없다. 또한, 크기와 구조의 복잡성을 감소시키는 것이 바람직하고 이에 따라 제조비용이 줄어들 수 있다. 뿐만 아니라, 기계적 가동부품 수의 감소는 마모와 오염을 줄이고 신뢰성을 증진시킬 수 있다.Heat losses associated with copper windings and magnetic force losses due to eddy currents cause a reduction in the efficiency of conventional pumps using mechanically movable components. Even if the flow rate of the pump is matched with the pressurizing capacity of the conventional pump, the heat loss cannot be reduced. In addition, it is desirable to reduce the size and complexity of the structure and thus reduce manufacturing costs. In addition, the reduction in the number of mechanical moving parts can reduce wear and contamination and increase reliability.

현재 있는 많은 펌프들이 종래의 피스톤, 벨로우즈 등 보다도 압전 장치를 이용하고 있다. 2개 압전 물질의 반대되는 작용에 대해서는 미합중국 특허 3,963,380호 및 4,842,493호에서 설명하고 있다. 미합중국 특허 3,963,380호는 장착 링에 고정된 하나 또는 2개의 상업적으로 구득가능한 디스크 밴더(bender)들로 구성된 가변 용적 챔버를 가진 마이크로 펌프를 개시하고 있다. 디스크 밴더들은 에폭시 접합제로 약간 큰 황동판 디스크에 접착된 압전 물질의 박막 웨이퍼로 구성된다. 전압이 인가될 때, 상기 압전 웨이퍼는 동일 평면내에서 지름이 팽창하거나 수축한다. 웨이퍼의 둘레가 상기 황동 디스크에 접합되어 있기 때문에 지름은 변할 수 없기 때문이다. 이 동작의 결과 웨이퍼의 중심부 표면이 구면 형상으로 부풀어 오른다.Many current pumps use piezoelectric devices rather than conventional pistons, bellows and the like. The opposite behavior of two piezoelectric materials is described in US Pat. Nos. 3,963,380 and 4,842,493. U. S. Patent No. 3,963, 380 discloses a micropump with a variable volume chamber consisting of one or two commercially available disk benders fixed to a mounting ring. Disc benders consist of a thin film wafer of piezoelectric material bonded to a slightly larger brass plate disc with an epoxy binder. When a voltage is applied, the piezoelectric wafer expands or contracts in diameter in the same plane. This is because the diameter cannot change because the circumference of the wafer is bonded to the brass disk. As a result of this operation, the central surface of the wafer swells into a spherical shape.

미합중국 특허 제 4,842,493호는 압전 펌프를 개시하고 있으며, 여기서 압전부품은 필요한 펌프의 용적 변위를 만들어 내기 위해 그 길이, 폭, 및 높이를 동시에 모두 변화시키는 방식으로 배치된다. 종래에 작은 변위의 압전 소자들이 사용되기 때문에 비교적 길다란 펌핑 채널을 사용하여 알맞는 펌핑용적을 제공하고 이는 구성부품의 복잡한 조립을 요구한다.U. S. Patent No. 4,842, 493 discloses a piezoelectric pump, wherein the piezoelectric components are arranged in such a way that they change all of their length, width and height at the same time to produce the required displacement of the pump. Since piezoelectric elements of small displacement are conventionally used, relatively long pumping channels are used to provide a suitable pumping volume, which requires complex assembly of components.

미합중국 특허 제 4,939,405호에 설명된 개념은 작은 유체 압력 헤드, 즉 펌핑되어질 유체가 매우 작은 배압을 가진 유체의 펌핑에 대해서만 유용하다고 생각된다. 상기 개념은 압전 웨이퍼를 탄력있는 막에 걸고, 공진주파수에서 그 웨이퍼를 구동함으로써 압전 웨이퍼의 최적 진폭을 증가시키는 것에 기초하고 있다. 이 특허의 단점은 작은 힘을 갖는다는 것과 따라서 그와 같은 공진 시스템에 연관된 작은 유체-헤드 용량이다. 이 개념은 구성부품의 복잡한 조립을 또한 요구한다.The concept described in US Pat. No. 4,939,405 is believed to be useful only for the pumping of small fluid pressure heads, i.e. fluids with very low back pressure. The concept is based on increasing the optimum amplitude of the piezoelectric wafer by hooking the piezoelectric wafer to the elastic film and driving the wafer at the resonant frequency. The disadvantage of this patent is that it has a small force and therefore a small fluid-head capacity associated with such a resonant system. This concept also requires complex assembly of components.

미합중국 특허 4,944,659호 및 5,094,594호는 각각 펌프의 변형가능한 챔버 벽에 결합된 변형 수단으로서의 압전 디스크를 사용하고 있다. 미합중국 특허 4,944,659호는 비교적 작은 양의 유체를 작은 유체 압력 헤드로 배출하게 만드는 원격으로 명령 가능한 제어 로직을 구비한 펌프에 관한 것이다. 펌핑 작용은 압전 디스크를 만곡시키기 위해 멤브레인에 부착된 압전 디스크에 의해 제공된다. 미합중국 특허 제5,094,594호는 정밀하고 매우 반복적인 미세량(피코 리터)의 유체를 공급하기 위해 전기이동(electrophoresis) 장치와 결합하여 사용하기 위한 펌프에 관한 것으로 생각된다. 가변 용적 챔버는 보다 큰 심대 디스크에 부착된 압전 물질의 박막 웨이퍼를 포함한다. 웨이퍼의 둘레에서는 지름을 변화시킬 수 없다. 왜냐하면 지름은 디스크에 고정되어 있기 때문에 전압이 인가되었을 때 결과적으로 웨이퍼 중심부가 솟아오른다.US Pat. Nos. 4,944,659 and 5,094,594 each use piezoelectric disks as deformation means coupled to the deformable chamber walls of the pump. U.S. Patent 4,944,659 relates to a pump with remotely commandable control logic that causes a relatively small amount of fluid to be discharged to a small fluid pressure head. The pumping action is provided by piezoelectric disks attached to the membrane to bend the piezoelectric disks. US Pat. No. 5,094,594 is considered to be a pump for use in combination with an electrophoresis device for supplying precise and highly repetitive fine amounts (pico liters) of fluid. The variable volume chamber includes a thin film wafer of piezoelectric material attached to a larger core disk. The diameter cannot be changed around the wafer. Because the diameter is fixed on the disk, the center of the wafer rises as a result of the voltage applied.

현존하는 압전 펌프의 단점은 작은 유속과 작은 가압 능력이다. 더욱이, 대개 접합된 구성부품의 조립이 필요하다. 따라서, 현재의 압전 펌프장치 보다 높은 유속과 높은 압력을 가지며 신뢰성을 유지하고 동작의 효율성과 소형 및 저비용의 새로운 압전 펌프의 설계가 필요하다. 또한 접합된 구성부품의 조립을 필요로 하지 않는 압전 펌프가 필요하다. 이런 펌프로 인해서 많은 시장에서 이익을 얻을 수 있다. 새로운 압전 펌프는 군사적인 응용 및 생체의학 분야 뿐만 아니라 잉크젯 프린터 및 화학적 적정 공정에서 응용될 수 있다. 또한 새로운 압전 펌프는 연료펌프 및 소형 급수펌프에도 유용하다.The disadvantages of existing piezoelectric pumps are small flow rates and small pressurization capacity. Moreover, assembly of the joined components is usually necessary. Therefore, there is a need for a new piezoelectric pump having a higher flow rate and pressure than the current piezoelectric pump apparatus, maintaining reliability, operating efficiency, and small size and low cost. There is also a need for piezoelectric pumps that do not require assembly of the joined components. These pumps can benefit many markets. The new piezoelectric pumps can be used in military applications and biomedical applications, as well as in inkjet printers and chemical titration processes. The new piezo pumps are also useful for fuel pumps and small feed pumps.

본 발명은 본 출원인 명의의 공동 계류중인 "강유전성 유량 제어 밸브(Ferroelectric Fluid Flow Control Valve)"라는 제하의 PCT 출원 98/26380호에 관련된다.The present invention relates to PCT Application 98/26380, entitled “Ferroelectric Fluid Flow Control Valve” co-pending in the name of the applicant.

이하에 기술된 본 발명은 미합중국 정부의 종업원에 의해 창안된 것이며 본 발명에 대한 특허권 사용료의 지불없이 미합중국 정부에 의해 제조 및 사용될 수 있음을 밝혀둔다.The invention described below is invented by an employee of the United States Government and it is understood that it can be manufactured and used by the United States Government without paying a royalty.

본 발명은 액체 및 기체 모두를 위한 펌프에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 곡률을 가지며 액츄에이터(actuator)의 내부면과 외부면 사이에 인가되는 전압에 따라 변하는 돔(dome)의 높이를 가진 하나 이상의 돔 형상의 내부적으로 초기응력이 가해진 강유전성 액츄에이터를 이용하는 강유전성 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a pump for both liquid and gas, and more particularly to one or more domes having a curvature and a height of a dome that varies with the voltage applied between the inner and outer surfaces of the actuator. It relates to a ferroelectric pump using a ferroelectric actuator with an internally initial stress of the shape.

도 1은 3개의 펌프 챔버를 가진 펌프의 실시예를 나타낸 도면.1 shows an embodiment of a pump with three pump chambers.

도 2는 밸브를 가진 단일 챔버 펌프를 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view of a single chamber pump with a valve.

도 3은 유체 밸브를 가진 단일 챔버 펌프를 나타내는 단면도.3 is a cross-sectional view of a single chamber pump with a fluid valve.

도 4는 사인파형으로 변화하는 전압을 제공하기 위한 전자회로를 나타낸 도면.4 illustrates an electronic circuit for providing a voltage that varies sinusoidally.

도 5는 고정주파수에서 사인파형으로 변화하는 전압을 제공하기에 적합한 전자회로를 나타내는 도면.5 shows an electronic circuit suitable for providing a voltage that changes from a fixed frequency into a sinusoidal waveform.

도 6은 강유전성 액츄에이터 장착구조의 분해도6 is an exploded view of the ferroelectric actuator mounting structure

도 7은 전기 접촉링을 나타내는 평면도.7 is a plan view of the electrical contact ring;

따라서, 본 발명의 목적은 현재의 압전 펌프보다 크기에서 더 작고 현재의 압전 펌프 크기에서 동등 이상의 유속과 가압 능력을 유지할 수 있는 펌프를 제공하는 데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a pump that is smaller in size than current piezoelectric pumps and can maintain a flow rate and pressurization capacity equal to or greater in the current piezoelectric pump size.

본 발명의 다른 목적은 기계적인 동작 부품이 없는 펌프를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a pump without mechanical moving parts.

본 발명의 다른 목적은 접합된 구성부품의 복잡한 조립이 필요없는 펌프를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a pump which does not require complicated assembly of joined components.

본 발명의 또 다른 목적은 1개 이상의 돔 형상으로 내부에 초기응력이 가해진 강유전성 액츄에이터를 이용하는 펌프를 제공하기 위한 것이며, 여기서 각 액츄에이터는 곡률을 가지며 액츄에이터의 내부면과 외부면 사이에 인가된 전압에 따라 변화하는 돔의 높이를 가진다.Another object of the present invention is to provide a pump using a ferroelectric actuator having an initial stress applied therein in one or more dome shapes, wherein each actuator has a curvature and is applied to a voltage applied between the inner and outer surfaces of the actuator. The height of the dome changes accordingly.

본 발명의 또 다른 목적은 1개 이상의 돔 형상으로 내부에 초기응력이 가해진 강유전성 액츄에이터를 이용하는 펌프를 제공하기 위한 것이며, 여기서 각 액츄에이터는 곡률을 가지며 액츄에이터의 내부면과 외부면 사이에 인가된 전압에 따라 변화하는 돔의 높이를 가지고, 각 액츄에이터의 장착 수단은 액츄에이터를 펌핑된 유체로부터 분리하고, 액츄에이터에 전압이 인가될 수 있는 통로를 제공하고, 인가된 전압에 반응하여 액츄에이터 전체가 변위되게 하면서 액츄에이터를 능동적으로 속박하는 방식으로 이루어진다.Another object of the present invention is to provide a pump using a ferroelectric actuator having an initial stress applied therein in one or more dome shapes, wherein each actuator has a curvature and is applied to a voltage applied between the inner and outer surfaces of the actuator. With the height of the dome varying, the mounting means of each actuator separates the actuator from the pumped fluid, provides a passage through which the voltage can be applied to the actuator, and causes the entire actuator to be displaced in response to the applied voltage. It is done in a way that actively restrains.

본 발명의 다른 목적은 액체 및 기체 모두를 한방향으로 연속해서 펌핑하는 펌프를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a pump for continuously pumping both liquid and gas in one direction.

본 발명의 다른 목적은 개스의 주기적인 압축이 가능한 펌프를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a pump capable of periodically compressing the gas.

본 발명의 부가적인 목적과 장점들은 이하 첨부 도면과 명세서에서 상세하게 설명한다.Additional objects and advantages of the invention will be described in detail in the accompanying drawings and the specification below.

본 발명에 따르면, 상기 목적과 장점들은 각기 곡률을 가지며 그 내부면과 외부면 사이에 인가된 전압에 따라 변화하는 돔의 높이를 가지는 돔 형상의 내부적으로 초기응력이 가해진 하나 이상의 강유전성 액츄에이터를 이용하는 강유전성 펌프를 제공함에 의해 달성된다.According to the present invention, the above objects and advantages are ferroelectrics using one or more ferroelectrically internally applied dome-shaped ferroelectric actuators each having a curvature and having a height of a dome varying with a voltage applied between the inner and outer surfaces thereof. By providing a pump.

본 발명의 펌프는 강유전성 장치가 과거에는 단지 전기적 힘을 기계적인 운동으로 변환시키는 변환기로 간주되었으나, 유체 펌프 기계장치의 필수 및 주요 부품으로 사용할 수 있다는 인식을 기초로 한다. 본 발명은 강유전성 액츄에이터 자체가 피스톤과 실린더의 기능을 모두 수행한다는 점에서 왕복펌프와는 다르다. 더욱이, 피스톤에 가해지는 원동력이 외부적으로 공급되기 보다는 압전 장치 내부에서 복합적으로 생성된다. 본 발명의 펌프는 단부판 뿐만 아니라 변형가능한 멤브레인 및 기계적 가동부 모두가 단일 부품, 즉 강유전성 액츄에이터 내에 존재한다는 점에서 벨로우즈 타입 펌프들과도 다르다.The pump of the present invention is based on the recognition that ferroelectric devices can only be used as essential and major parts of a fluid pump mechanism, although in the past they were considered merely transducers that convert electrical forces into mechanical motion. The present invention differs from a reciprocating pump in that the ferroelectric actuator itself performs both the functions of a piston and a cylinder. Moreover, the motive force applied to the piston is produced complex inside the piezoelectric device rather than externally supplied. The pump of the present invention differs from the bellows type pumps in that both the end plate as well as the deformable membrane and the mechanical movable part are in a single part, ie ferroelectric actuator.

본 발명의 펌프는 하우징 내부에 하나 이상의 가변 용적 펌핑 챔버를 가진다. 각 챔버는 곡률을 갖고 액츄에이터의 내부면과 외부면 사이에 인가되는 전압에 따라 변화되는 돔의 높이를 가지는 돔 형상의 내부적으로 초기응력이 가해진 강유전성 액츄에이터로 이루어지는 적어도 하나의 벽을 가진다. 강유전성 액츄에이터의 변위에 반응해서 각 펌핑 챔버로 펌핑된 매질이 유입 및 유출된다. 이 강유전성 액츄에이터는 각 벽 내부에 장착되어 펌핑된 매질과 강유전성 액츄에이터를 분리하고, 각 강유전성 액츄에이터에 인가되는 전압에 대한 경로를 제공하며, 인가된 전압에 반응하여 액츄에이터 전체가 변위되게 하면서 액츄에이터를 능동적으로 속박한다.The pump of the present invention has one or more variable volume pumping chambers inside the housing. Each chamber has at least one wall consisting of an internally prestressed ferroelectric actuator of a dome shape having a curvature and a height of the dome that varies with the voltage applied between the inner and outer surfaces of the actuator. In response to the displacement of the ferroelectric actuator, the pumped medium enters and exits each pumping chamber. The ferroelectric actuator is mounted inside each wall to separate the pumped medium and the ferroelectric actuator, to provide a path to the voltage applied to each ferroelectric actuator, and to actively displace the actuator in response to the applied voltage. Bondage

본 발명에 따른 제 1의 실시예가 도 1 에 도시되어 있다. 도 1 은 3개의 펌프 챔버를 도시한 도면이다. 펌프 하우징(30)은 3개의 펌핑 챔버(32), (34), 및 (36)을 둘러싸고 있다. 상기 펌프 하우징은 펌핑 챔버와 같은 수가 요구되며 펌핑 챔버 보다 적은 수도 사용도 가능하다. 각 펌핑 챔버는 돔 형상의 내부적으로 초기응력이 가해진 강유전성 액츄에이터(40)를 포함하는 적어도 하나의 벽(38)을 가지고, 상기 강유전성 액츄에이터(40)는 곡률을 가지며 액츄에이터의 내부면과 외부면 사이에 인가되는 전압에 따라 변화하는 돔의 높이를 가진다. 이와 같은 액츄에이터의 예는 오라 세라믹스(Aura Ceramics)로부터 구입할 수 있고 본 명세서에 참고로 결합되어 있는 "단일 프리스트레스 세라믹 장치를 제조하는 방법"이라는 제하의 미합중국 특허 제 5,471,721호와, 역시 본 명세서에 참고로 결합되어 있는 "박막 복합 단일형태의 강유전성 드라이버 및 센서"라는 제하의 미합중국 특허 제 5,632,841호에서 찾아 볼 수 있다.A first embodiment according to the invention is shown in FIG. 1. 1 shows three pump chambers. The pump housing 30 surrounds three pumping chambers 32, 34, and 36. The pump housing may require the same number as the pumping chamber and may be used with fewer pumping chambers. Each pumping chamber has at least one wall 38 including a dome-shaped internally stressed ferroelectric actuator 40, the ferroelectric actuator 40 having a curvature and between the inner and outer surfaces of the actuator. It has a height of a dome that varies with the voltage applied. Examples of such actuators are U.S. Patent No. 5,471,721, entitled "Method for Manufacturing Single Prestressed Ceramic Device," which is available from Aura Ceramics and incorporated herein by reference, and is also incorporated herein by reference. It is found in US Pat. No. 5,632,841, entitled "Thin Film Composite Monotype Ferroelectric Driver and Sensor."

강유전성 액츄에이터에 전압을 가하면 액츄에이터의 표면 사이에서 전장이 발생되고 이에 반응하여 액츄에이터의 모양이 변화한다. 액츄에이터는 인가된 전압의 극성에 따라 평평하게 되거나 솟아오르게 된다. 이러한 형태의 강유전성 액츄에이터는 본질적으로 기계적 운동 범위와 출력되는 힘 범위 사이에서 양호한 균형을 나타낸다. 강유전성 액츄에이터의 크기 및 인가되는 전압 및 주파수의 선택은 고유의 운동량과 생성되는 힘의 크기를 결정한다. 이 강유전성 액츄에이터는 수백 퍼센트 까지의 변형을 가질 수 있으며 적어도 10 파운드의 부하를 떠받칠 수 있다. 펌프의 일 용량은 공통 다기관 상에 장착된 복합 강유전성 액츄에이터를 사용함에 의해 증가될 수 있다.Applying a voltage to the ferroelectric actuator generates an electric field between the surfaces of the actuator and in response, changes the shape of the actuator. The actuator may be flattened or raised depending on the polarity of the applied voltage. This type of ferroelectric actuator essentially shows a good balance between the range of mechanical motion and the range of force output. The size of the ferroelectric actuator and the choice of voltage and frequency applied determine the inherent momentum and the magnitude of the force generated. This ferroelectric actuator can have up to several hundred percent strain and can hold a load of at least 10 pounds. One capacity of the pump can be increased by using a composite ferroelectric actuator mounted on a common manifold.

테두리와 테두리를 대향시켜 조가비 형상으로 적층한 한 쌍의 액츄에이터에 의해 2배나 큰 편위운동 진폭을 얻을 수 있다. 더 큰 편위 운동이 필요할 경우는 수 개의 위와 같은 액츄에이터를 직렬접속하여 사용할 수 있다. 이와 같은 배치 구조는 "단일 프리스트레스 세라믹 장치를 제조하는 방법"이라는 제하의 미합중국 특허 제 5,471,721호와, 역시 본 명세서에 참고로 결합되어 있는 "박막 복합 단일형태의 강유전성 드라이버 및 센서"라는 제하의 미합중국 특허 제 5,632,841호에 기재되어 있다.A pair of actuators stacked in a clamshell shape with their edges facing each other can obtain a double excitation amplitude. If larger excursions are required, several such actuators can be connected in series. Such arrangements are described in US Pat. No. 5,471,721, entitled "Method for Producing Single Prestressed Ceramic Devices," and US Pat. No. 5,491, "Thin Film Composite Monotype Ferroelectric Drivers and Sensors," which is also incorporated herein by reference. 5,632,841.

상기 액츄에이터 구동 전압은 모든 파형의 전압이 가능하지만, 바람직하게는 정현파이다. 정현파 구동전압의 양의 반주기 동안에 상기 액츄에이터들은 상호 인력방향으로 이동한다. 밸브(44) 및 (46)은 개방되고, 밸브(42) 및 (48)은 폐쇄된다. 액체가 섹션(32) 및 (36)으로 유입되고 섹션(34)에서 유출된다. 정현파 구동전압이 음의 반주기 동안에 상기 액츄에이터들은 상호 척력 방향으로 이동한다. 밸브(44) 및 (46)은 즉시 폐쇄되고 밸브(42) 및 (48)은 개방된다. 섹션(34)에 액체가 유입되고, 섹션(32) 및 (36)에서 액체가 유출된다. 펌핑 매질은 유입 라인(50)을 통해 매질 소스(54)로부터 각 챔버로 유입된다. 하나의 매질 공급 입구(52)는 매질 소스(54)에 연결되어 있다. 각 챔버 입구에 위치된 공급 입구(50)는 챔버 입구(52)와 접속된다. 펌핑된 매질은 유출 라인(56)을 통해 챔버에서 유출된다. 일방향 흐름밸브(42) 및 (44)는 공급 입구(52)와 챔버 입구(50) 사이에 위치되고, 상기 액츄에이터에 반응하여 각 펌핑 챔버에 펌핑된 매질이 들어가는 것을 허용하고, 펌핑된 매질의 역류를 방지한다. 배출구는 챔버 배출구(56), 매질 방출 배출구(58)와 일방향 흐름 밸브(46) 및 (48)로 구성되어 공급 입구와 유사하게 배열된다. 도 1에 그 구성이 상세히 나타나 있고, 챔버(32) 및 (36)의 용적이 감소되고 있는 상태를 도시하고, 상기 펌핑된 매질을 강제로 배출한다. 밸브(44)는 챔버(32) 및 (36)의 용적이 감소되고, 챔버 용적이 배출로 인해 감소되면 밸브(48)가 흐름을 허용하고 이때 매질의 역류를 방지한다. 상기 챔버에 유입이 생겨 상기 챔버의 용적(34)이 증가되고 있는것을 보여주고 있다. 밸브(42)는 펌핑된 매질이 챔버(34)에 유입되는것을 허용하기 위해 개방되고, 밸브(46)은 펌핑된 매질의 역류를 막기 위해 폐쇄된다. 다양한 펌프 챔버, 밸브, 파이프 배열의 구성이 가능하다. 도 1은 상기 펌프 구성의 하나의 예에 불과하다. 단일 챔버로 사용할 수 있고 3개보다 더 많은 다중 챔버를 사용할 수 있다. 종래의 밸브 또는 강유전성 밸브와 같은 것은 공동 계류중인 "강유전성 유량 제어 밸브"에 자세히 설명되어 있고 본 특허 출원에 참고로 인용되며 그와 같은 것을 사용할 수 있다. 또한 상기 밸브는 모든 알맞은 구성을 할 수 있고, 유입 및 유출 밸브는 챔버의 반대쪽 끝이나 챔버의 한쪽 끝에 위치될 수 있다. 간단한 단일 챔버 펌프가 도 2에 도시되어있고, 상기 3개의 챔버 설명의 일반적인 동작을 수행한다. 상기 펌핑된 매질은 공급 입구(60)에 있는 밸브(62)를 통해 들어가고 배출구(70)에 있는 밸브(72)를 통해 유출한다. 펌핑 챔버(64)는 두개의 강유전성 액츄에이터(66), 밀페막(68), 밸브(62), (72) 및 모든 적합한 구성이 가능할 수 있게 형성되어 있다. 개구부(74)는 액츄에이터(66)의 동작시 배압을 방지하기 위해 제공할 수 있다. 도 3 또한 단일 챔버의 실시예를 도시하고 있다. 한편, 본 실시예는 유체 밸브형태(76)를 사용하고, 그것으로 인한 어떤 작동부를 사용하지 않는다. 상기 포트(77)의 지름은 배출밸브(78)의 지름보다 작다. 용적(79)은 원통 형상이다. 상기 펌핑된 매질이 공급 입구(75)을 통해 들어가고, 그때 포트(77)를 통해 펌프챔버(54)로 유입된다. 상기 펌핑된 매질의 흐름은 속도 벡터를 가지고 있기 때문에 상기 흐름을 포트(77)에서 배출구(78)로 배출한다. 이와같은 속도벡터와 배출은 유입부(75)에는 없다.The actuator drive voltage may be any waveform voltage, but is preferably a sine wave. During the positive half period of the sinusoidal drive voltage, the actuators move in the direction of attraction to each other. Valves 44 and 46 are open, and valves 42 and 48 are closed. Liquid enters sections 32 and 36 and exits section 34. The actuators move in the direction of mutual repulsion while the sinusoidal drive voltage is a negative half cycle. Valves 44 and 46 are immediately closed and valves 42 and 48 are open. Liquid enters section 34 and liquid flows out of sections 32 and 36. Pumping medium enters each chamber from medium source 54 via inlet line 50. One medium feed inlet 52 is connected to a medium source 54. A feed inlet 50 located at each chamber inlet is connected to the chamber inlet 52. The pumped medium exits the chamber via outlet line 56. One-way flow valves 42 and 44 are located between feed inlet 52 and chamber inlet 50, allowing pumped media to enter each pumping chamber in response to the actuator, and backflow of the pumped media. To prevent. The outlet consists of a chamber outlet 56, a medium outlet outlet 58 and one-way flow valves 46 and 48, arranged similarly to the feed inlet. The configuration is shown in detail in FIG. 1, showing a state in which the volumes of the chambers 32 and 36 are decreasing and forcibly discharging the pumped medium. The valve 44 reduces the volume of the chambers 32 and 36, and if the chamber volume is reduced due to discharge, the valve 48 allows flow and prevents backflow of the medium. Inflows into the chamber have been shown to increase the volume 34 of the chamber. The valve 42 is opened to allow the pumped medium to enter the chamber 34 and the valve 46 is closed to prevent backflow of the pumped medium. Various pump chambers, valves and pipe arrangements are possible. 1 is only one example of such a pump configuration. It can be used as a single chamber and more than three multiple chambers can be used. Such as conventional valves or ferroelectric valves are described in detail in co-pending "ferroelectric flow control valves" and are incorporated by reference in the present patent application and the like can be used. The valve may also be of any suitable configuration and the inlet and outlet valves may be located at opposite ends of the chamber or at one end of the chamber. A simple single chamber pump is shown in FIG. 2 and performs the general operation of the three chamber descriptions. The pumped medium enters through valve 62 at feed inlet 60 and exits through valve 72 at outlet 70. The pumping chamber 64 is formed such that two ferroelectric actuators 66, a hermetic membrane 68, valves 62, 72 and all suitable configurations are possible. The opening 74 may be provided to prevent back pressure during operation of the actuator 66. 3 also shows an embodiment of a single chamber. On the other hand, the present embodiment uses the fluid valve form 76 and does not use any of the operating portions thereby. The diameter of the port 77 is smaller than the diameter of the discharge valve 78. Volume 79 is cylindrical in shape. The pumped medium enters through feed inlet 75 and then enters pump chamber 54 through port 77. Since the flow of the pumped medium has a velocity vector, it flows from port 77 to outlet 78. Such velocity vectors and emissions are not present at the inlet 75.

상기 각 액츄에이터의 변위는 전압이 액츄에이터에 공급되었을때 발생한다. 증폭기 및 주파수의 변화는 전압에 의해 제어되고, 펌핑동작과 그것에 의해서 펌프유속이 제어된다. 유속은 매우 정밀한 최대 흐름에 최대 흐름의 100퍼센트보다 조금 넘는 범위까지 허용된다. 도 4는 전압 파형이 변하는 정현파 제공을 위한 전기로직 블럭도이다. 상기 전기 로직은 펌프 작동을 위한 정현파 파형을 생성하는 파형 제너레이터(80), 상기 액츄에이터에 의해 요구되는 레벨까지 전압 및 전류를 증폭하는 전압 증폭기(82), 파형 제너레이터(80) 및 전압 증폭기(82)에 DC전압을 제공하는 DC전원 공급기(84)로 구성된다. 본 회로는 1Hz 에서 20KHz 주파수 범위에서 1000볼트의 피크-투-피크 까지 증폭해서 사인파 출력과 수백 마이크로암페어의 전류를 제공할 수 있다. 상기 파형 제너레이터(80)를 위해서, 함수 발생기 IC칩이 사용되었다. 예를 들어 XR2206은 약간의 저항들과 캐패시터들, 분압계들을 더해서 원하는 정현파 파형을 제공할 것이고, 상기 정현파 파형은 0 내지 6볼트 피크-투-피크와 1Hz 에서 20KHz까지의 주파수를 증폭하고 변화할 수 있다. 이 로우 레벨 사인파 신호는 고정된 입력 이득 전압 증폭기(82)에 연결되어 있고 상기 전압증폭기는 전압 증폭을 200배까지 제공한다. 실제 증폭기 설계는 두개의 고전압의 사용가능한 증폭기를 사용하고, 푸시-풀 구성으로 접속되고, 상기 증폭기는 단일 OP 앰프의 두배 출력을 제공할 것이다. 고전압 OP앰프의 폭넓은 선택은 알맞은 레벨의 출력 전류에서 상기 회로를 고전압 출력 용량에 맞춰서 사용하거나, 더 높은 출력 전류 용량에서 알맞은 레벨의 출력 전압을 제공하기 위해서다. 상기 각각의 액츄에이터의 실제 요구는 상기 고전압 OP앰프의 선택 결정일 것이다. 푸시-풀 회로의 적절한 구성은 에이펙스 마이크로테크놀러지회사에서 제조된 두개의 에이펙스(apex) PA89 OP앰프, 상기 액츄에이터을 구동하기 위해서 상기에서 요구되는 전압과 전류를 제공하기 위해 필수적으로 구성된 약간의 외부부품을 사용한다. 상기 DC전원 공급기는 파형 제너레이터(80) 및 증폭기 회로(82)에 DC전압을 제공한다. 상기 전원공급부는 상기 파형 제너레이너 및 증폭기 회로에 12볼트의 DC전압을 제공한다. 두개의 dc-to-dc 컨버터부는 12 Vdc에서 +500에서 -500볼트까지 증폭기 회로의 고전압 OP앰프에 의해 요구된다.The displacement of each actuator occurs when a voltage is supplied to the actuator. The change in amplifier and frequency is controlled by voltage, the pumping operation and thereby the pump flow rate. The flow rate allows for very precise maximum flows in the range of just over 100 percent of maximum flows. 4 is an electrical logic block diagram for providing a sinusoidal wave whose voltage waveform changes. The electrical logic includes a waveform generator 80 that generates a sinusoidal waveform for pump operation, a voltage amplifier 82 that amplifies the voltage and current to the level required by the actuator, the waveform generator 80 and the voltage amplifier 82. DC power supply 84 for providing a DC voltage to the. The circuit can amplify up to 1000 volts peak-to-peak in the 1Hz to 20KHz frequency range to provide sine wave output and hundreds of microamps of current. For the waveform generator 80, a function generator IC chip was used. For example, the XR2206 will add some resistors, capacitors, and potentiometers to provide the desired sinusoidal waveform, which will amplify and vary from 0 to 6 volt peak-to-peak and frequencies from 1 Hz to 20 KHz. Can be. This low level sine wave signal is coupled to a fixed input gain voltage amplifier 82 which provides up to 200 times the voltage amplification. The actual amplifier design uses two high voltage usable amplifiers, connected in a push-pull configuration, which will provide twice the output of a single OP amplifier. A wide choice of high voltage op amps is to use the circuit for high voltage output capacity at a moderate level of output current, or to provide an appropriate level of output voltage at higher output current capacities. The actual requirement of each actuator will be a decision to select the high voltage op amp. The proper configuration of the push-pull circuit uses two apex PA89 op amps manufactured by Apex Micro Technology Co., Ltd., and some external components that are essentially configured to provide the required voltage and current to drive the actuator. do. The DC power supply provides a DC voltage to the waveform generator 80 and the amplifier circuit 82. The power supply provides a 12 volt DC voltage to the waveform generator and amplifier circuits. Two dc-to-dc converter sections are required by the high voltage op amp in the amplifier circuit from +500 to -500 volts at 12 Vdc.

도 5의 다른 전기회로는 60Hz의 고정된 주파수에서 전압이 변하는 정현파를 제공하기 위해 도시되었다. 변화가능한 변압기(90)의 입력은 표준 117볼트(Vac)배출구 벽에 연결되어 있다. 상기 변화 가능한 변압기(90)의 출력은 오퍼레이터의 안전을 위해 분리한 변압기 (92)에 1:1 비율로 연결되어 있다. 상기 변압기(92)의 출력은 전원공급기의 두개의 섹션에 연결되어 있다. 하나의 섹션은 전파 브릿지 정류기(94)에 연결되어 있고, 상기 전파 브릿지 정류기는 전기회로의 출력에서 양의 DC바이어스를 제공하는 필터 캐패시터(96)를 포함한다. 또 다른 섹션은 상기 액츄에이터에서 요구되는 고전압을 제공하기 위한 승압기(98)에 연결되어 있다. 상기 승압기(98)의 출력은 양의 DC바이어스 전압에 직렬로 연결되어 있다. 상기 승압기(98)와 상기 변화가능한 변압기90의 조절을 통한 제어는 본 회로의 상기 출력전압을 0-1000볼트 피크-투-피크까지의 증폭을 제공할 수 있다. 양의 DC바이어스에 따른, 상기 전형적인 전압의 최대 출력은 +600볼트(피크값)와 -400볼트(피크값) 이다. 상기 액츄에이터의 고유한 특성은 음전압 보다 양의 높은 전압에서 반응된다.이렇게 해서 상기 액츄에이터의 최대변위를 발생시키기 위해서 상기 양의 DC바이어스가 유용하다.Another electrical circuit of FIG. 5 is shown to provide a sinusoidal wave whose voltage changes at a fixed frequency of 60 Hz. The input of the variable transformer 90 is connected to a standard 117 volt outlet wall. The output of the variable transformer 90 is connected in a 1: 1 ratio to the separated transformer 92 for the safety of the operator. The output of the transformer 92 is connected to two sections of the power supply. One section is connected to a full-wave bridge rectifier 94, which includes a filter capacitor 96 that provides a positive DC bias at the output of the electrical circuit. Another section is connected to a booster 98 to provide the high voltage required by the actuator. The output of the booster 98 is connected in series with a positive DC bias voltage. Control of the booster 98 and the variable transformer 90 may provide amplification of the output voltage of the circuit up to 0-1000 volt peak-to-peak. Depending on the positive DC bias, the maximum output of the typical voltage is +600 volts (peak value) and -400 volts (peak value). The inherent characteristic of the actuator reacts at a voltage higher than the negative voltage. In this way, the positive DC bias is useful to generate the maximum displacement of the actuator.

상기 액츄에이터의 설치형태는 펌핑된 매질로 부터 각 액츄에이터를 분리하고, 각 액츄에이터에 인간된 전압을 위한 경로를 제공하고, 인가된 전압에 반응하는 각 액츄에이터의 전체 허용범위까지 능동적인 억제를 위해 설치되어 있다.The type of installation of the actuator separates each actuator from the pumped medium, provides a path for the human voltage to each actuator, and is installed for active suppression up to the full tolerance of each actuator in response to the applied voltage. have.

상기 액츄에이터는 펌핑된 매질로 부터 각 액츄에이터를 분리하는 형상의 설치와, 각 액츄에이터에 인가된 전압을 위한 경로를 제공하고, 인가된 전압에 반응하는 액츄에이터의 전체 허용변위까지 각 액츄에이터의 능동적인 억제가 제공되게 설치된다. 도 6은 상기 하우징의 하나의 실시예 및 펌프 챔버의 분해도이다. 비도전성 펌프 하우징(100)은 3개의 펌프챔버(102), (104), (106)를 둘러싸고 있다. 벽은 각 챔버 사이에 분할 형상으로 조립한다. 각 벽은 두개의 비도전성 밀봉 개스킷(108), 두개의 전기 절연체(110), 두개의 전기 접촉링(112), 액츄에이터 스페이서(114) 및 상기 액츄에이터(116)로 형성된다. 스페이서(114)는 상기 액츄에이터(116)와 같은 두께를 가지는 것이 좋다. 상기 액츄에이터(116)는 스페이서(114) 내부에 위치되고, 상기 액츄에이터(116)의 원주는 스페이서(114)의 내경에 인접한다. 전기 접촉링(112)는 상기 스페이서의 각 측면(112)에 인접해서 위치되고, 상기 액츄에이터(116)에 전기적 접촉을 허용한다. 전기 절연체(110)는 각 접촉링(112)의 외부면과 상기 액츄에이터(116)의 동심원에 인접해서 위치된다. 상기 절연체(110)는 상기 펌핑된 매질과 약간의 탄성을 가지고 있는 라텍스(latex)를 조화할 수 있다. 실리콘 유체와 같은 비도전성 유체는 상기 절연체(110)과 상기 액츄에이터(116)사이에 사용된다. 상기 유체는 다른 성분과 절연되어 화학적으로 안정하고, 상기 절연체(110)와 액츄에이터(116) 모두를 유지하기 위해 적합한 점성을 가진다. 공기 주머니의 제거는 효율과 능력을 증가 시킨다. 밀봉 개스킷(108)은 상기 접촉링(112)의 개구부와 중심을 공유하는 개구부를 가지고 각 절연체(110)에 인접해서 위치된다. 상기 밀봉 개스킷(108)은 고무와 같은 비도전성 물질로 부터 만들어진다. 상기 벽의 조립은 나사 셋과 같은 수단으로 고정시키고 상기 하우징의 섹션사이에 포함된다. 상기 고정시키는데 필요한 힘은 상기 조립을 유지하는데 알맞은 가장 최소한의 힘만 필요하다. 초기 응력은 필요하지 않다.The actuator is shaped to separate each actuator from the pumped medium, provides a path for the voltage applied to each actuator, and actively suppresses each actuator up to the total permissible displacement of the actuator in response to the applied voltage. Installed to be provided. 6 is an exploded view of one embodiment of the housing and the pump chamber. The non-conductive pump housing 100 surrounds three pump chambers 102, 104, 106. The walls are assembled in a split shape between each chamber. Each wall is formed of two non-conductive sealing gaskets 108, two electrical insulators 110, two electrical contact rings 112, actuator spacers 114, and the actuators 116. The spacer 114 may have the same thickness as the actuator 116. The actuator 116 is located inside the spacer 114, and the circumference of the actuator 116 is adjacent to the inner diameter of the spacer 114. An electrical contact ring 112 is located adjacent each side 112 of the spacer and permits electrical contact with the actuator 116. The electrical insulator 110 is located adjacent to the outer surface of each contact ring 112 and the concentric circles of the actuator 116. The insulator 110 may match the pumped medium with latex having some elasticity. Non-conductive fluid, such as silicone fluid, is used between the insulator 110 and the actuator 116. The fluid is chemically stable, insulated from other components, and has a suitable viscosity to hold both the insulator 110 and the actuator 116. Elimination of air pockets increases efficiency and capacity. Sealing gasket 108 has an opening that shares a center with the opening of contact ring 112 and is positioned adjacent to each insulator 110. The sealing gasket 108 is made from a nonconductive material such as rubber. The assembly of the wall is secured by means such as a set of screws and contained between sections of the housing. The force required to fix it requires only the minimum force that is suitable to maintain the assembly. Initial stress is not necessary.

상기 설계에서 어떤 확정된 개수, 두께 또는 액츄에이터의 크기는 제한된 것이 없다. 개별적인 적용은 설계하기 위해 액츄에이터 변위의 양 과 액츄에이터의 힘 능력등 구성요소의 변수를 잘 생각해야 한다.There is no limit to any fixed number, thickness or size of actuator in the design. Individual applications require careful consideration of the parameters of the component, such as the amount of actuator displacement and the force capability of the actuator.

전기도선(118)은 상기 하우징(100)에 천공된 개구부를 거처 상기 하우징(100)에 위치된다. 상기 리드(118)는 세트 스크류 스프링(120)에 접촉하고, 상기 하우징(100)에 위치된다. 상기 세트 스크류 스프링(120)은 상기 링(112)에 인가되는 전압을 제공하기 위해 상기 전기 접촉링(112)에 연결된다. 상기 접촉링(112)은 상기 스페이서와 상기 액츄에이터 모두 부분적으로 일부를 덮고 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 접촉링(112)은 부분적으로(130) 일부를 덮은 상기 액츄에이터를 가지고 있다. 상기 접촉링(112)은 알루미늄 박막과 같은 전기 전도체이다. 상기 링의 배출구 부분(132)은 상기 액츄에이터에 접촉하고 비도전성 물질이다. 비도전성 물질은 전도성 부분(134)을 가지고 세트 스크류 스프링에 접촉한다. 마스킹 테입은 알맞은 비도전성 물질의 하나의 예이다. 비록 원형의 액츄에이터와 구성부분이 원형 형상으로 결합되어 설치하는 것이 좋지만 다른 형상들도 이용할 수 있다. 비도전성 재료의 한가지 예는 마스킹 테이프이다. 원형의 액츄에이터와 이와 결합되는 원형의 장착 부품들이 바람직하지만, 다른 형태의 것들도 이용가능하다.Electrical conductors 118 are located in the housing 100 via openings drilled in the housing 100. The lid 118 contacts the set screw spring 120 and is located in the housing 100. The set screw spring 120 is connected to the electrical contact ring 112 to provide a voltage applied to the ring 112. The contact ring 112 partially covers both the spacer and the actuator. As shown in FIG. 7, the contact ring 112 has the actuator partially covering a portion 130. The contact ring 112 is an electrical conductor such as an aluminum thin film. The outlet portion 132 of the ring is in contact with the actuator and is a non-conductive material. The non-conductive material has a conductive portion 134 in contact with the set screw spring. Masking tape is one example of a suitable nonconductive material. Although circular actuators and components are recommended to be installed in a circular shape, other shapes are available. One example of a nonconductive material is a masking tape. Circular actuators and circular mounting components associated therewith are preferred, but other types are also available.

액츄에이터(26)에 인가되는 정 및 부 전압 레벨은 액츄에이터의 두께에 따라 변화된다. 매우 큰 전압은 액츄에이터를 가로질러 아크를 발생시킨다.The positive and negative voltage levels applied to the actuator 26 change depending on the thickness of the actuator. Very large voltages generate an arc across the actuator.

상기 펌프의 효율과 능력은 고주파에 반응할 수 있는 밸브의 사용으로 향상될 수 있다. 상기 유체 유동력은 PCT출원 "강유전성 유량 제어 밸브"에 개시된 강유전성 밸브를 사용함에 의해 몇배 더 증가할 수 있다.The efficiency and capacity of the pump can be improved by the use of a valve capable of reacting to high frequencies. The fluid flow force can be increased several times by using the ferroelectric valve disclosed in PCT application "ferroelectric flow control valve".

종래의 변위 펌프들과 비교해서, 본 발명에 따른 펌프는 신뢰성이 개선되고 기계적인 동작부가 없기 때문에 저비용을 가진다. 본 발명에 따른 펌프는 또한 종래의 펌프들 보다 개선된 효율을 가진다. 상기 구리 권선에 관련된 열 손실 뿐만 아니라 와전류에 의한 자기 손실을 충분히 제거한다. 본 발명에 따른 펌프는 또한 신뢰성, 저렴한 비용, 낮은 복잡성, 다중 압전 디스크의 조립/접착의 제거로 인해 현재의 압전 펌프와 관련한 작은 크기가 개선되었다. 동일한 힘과 변위를 얻을 수 있고, 단지 압전 디스크의 조립에 의해 즉시 가능하다. 더욱이 장착 수단은 인가된 전압에 반응하는 각 액츄에이터의 전체 변위를 허용한다.Compared with the conventional displacement pumps, the pump according to the present invention has a low cost because the reliability is improved and there is no mechanical operation. The pump according to the invention also has an improved efficiency over conventional pumps. It sufficiently eliminates magnetic losses due to eddy currents as well as heat losses associated with the copper windings. The pump according to the invention has also improved the small size associated with current piezoelectric pumps due to its reliability, low cost, low complexity, and elimination of assembly / gluing of multiple piezoelectric disks. The same force and displacement can be obtained, which is immediately possible only by the assembly of the piezoelectric disk. Furthermore, the mounting means allows full displacement of each actuator in response to the applied voltage.

상술한 바와 같은 개시에 비추어 본 발명에 대한 많은 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위 내에서 상기한 실시예와는 달리 본 발명이 실시될 수 있음을 알 수 있을 것이다.Many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. Accordingly, it will be appreciated that the invention may be practiced otherwise than as described in the appended claims.

Claims (14)

펌프 하우징과;A pump housing; 곡률을 가지며, 테두리와 정점을 가지며 평면으로 부터 상기 테투리를 지나 상기 정점까지 측정될 때 그 내부면과 외부면 사이에 인가된 전압에 따라 변화하는 돔의 높이를 가지는 돔 형상의 내부적으로 초기 응력이 가해진 강유전성 액츄에이터로 이루어지는 적어도 하나의 벽을 가지며, 상기 하우징 내부에 설치되는 하나 이상의 가변 용적 펌프 챔버;Internally stressed in the dome shape having a curvature, a dome with a border and a vertex, and a height of the dome that varies with the voltage applied between its inner and outer surfaces as measured from a plane to the vertex from the plane. At least one variable volume pump chamber having at least one wall of applied ferroelectric actuators and installed inside the housing; 상기 액츄에이터 변위에 반응하여 펌핑된 매질을 상기 각 펌프 챔버에 유입하는 유입수단;Inlet means for introducing a pumped medium into each of said pump chambers in response to said actuator displacement; 상기 액츄에이터 변위에 반응하여 펌핑된 매질을 상기 펌프 챔버에서 유출시키는 배출수단;Discharge means for discharging the pumped medium from the pump chamber in response to the actuator displacement; 펌핑된 매질로 부터 상기 액츄에이터를 분리하고 상기 벽 내부에 상기 액츄에이터에 인가되는 전압을 위한 경로를 제공하고, 상기 전압에 반응하여 상기 액츄에이터 전체의 변위에 대한 능동적인 억제를 제공하기 위해 상기 각 벽에 액츄에이터를 설치하기 위한 장착수단; 및Separating the actuator from a pumped medium and providing a path for the voltage applied to the actuator inside the wall and providing active suppression of displacement of the entire actuator in response to the voltage. Mounting means for installing the actuator; And 상기 액츄에이터의 전압 공급을 위한 전압공급수단을 포함하는 강유전성 펌프.And a voltage supply means for supplying a voltage to the actuator. 제 1 항에 있어서, 상기 유입수단은:The method of claim 1 wherein the inlet means: 펌핑된 매질소스에 연결된 적어도 하나의 펌핑된 매질 공급 입구,At least one pumped media feed inlet connected to a pumped media source, 상기 각 챔버에 설치된 챔버 공급 입구, 및Chamber supply inlets installed in each chamber, and 상기 펌핑된 매질 공급 공급 입구와 상기 챔버 공급 공급 입구 사이에 삽입되는 일방향 밸브를 포함하고, 상기 펌핑된 매질이 상기 액츄에이터의 변위에 반응하는 상기 펌핑 챔버로 들어가고, 상기 펌핑된 매질의 원하지 않는 역류를 방지하는 것을 특징으로 하는 강유전성 펌프.A one-way valve inserted between the pumped medium feed supply inlet and the chamber feed feed inlet, wherein the pumped medium enters the pumping chamber in response to displacement of the actuator and prevents unwanted backflow of the pumped medium. A ferroelectric pump, characterized in that the prevention. 제 1 항에 있어서, 상기 배출 수단은:The method of claim 1 wherein said discharge means: 챔버에 연결된 챔버 방출 배출구,Chamber discharge outlet connected to the chamber, 적어도 하나의 펌핑된 매질 방출 배출구, 및At least one pumped medium discharge outlet, and 상기 챔버 방출 배출구와 상기 펌핑된 매질 방출 배출구 사이에 개재된 일방향 밸브를 포함하고, 상기 펌핑된 매질이 상기 액츄에이터의 변위에 반응하는 상기 펌핑 챔버로 나가고, 상기 펌핑된 매질의 원하지 않는 역류를 방지하는 것을 특징으로 하는 강유전성 펌프.A one-way valve interposed between the chamber discharge outlet and the pumped medium discharge outlet, wherein the pumped medium exits the pumping chamber in response to displacement of the actuator and prevents undesired backflow of the pumped medium. Ferroelectric pump, characterized in that. 제 1 항에 있어서, 상기 장착수단은:The method of claim 1 wherein said mounting means is: 제 1의 스페이서 평면 및 제 2의 스페이서 평면과 중앙 개구를 가지며, 이 개구내에 그 바깥 주위가 상기 개구 주위와 접촉하는 식으로 상기 액츄에이터가 위치하는 스페이서와;A spacer having a first spacer plane and a second spacer plane and a central opening, in which the actuator is positioned such that its outer periphery is in contact with the periphery of the opening; 제 1의 전기 접촉 링은 상기 제 1의 스페이서 평면의 일부와 인접하게 위치하고 제 2의 전기 접촉 링은 상기 제 2의 스페이서 평면의 일부와 인접하게 위치하여 상기 액츄에이터와 전기적 접촉을 이루도록 각각 중앙에 개구를 갖는 2개의 전기 접촉 링과;A first electrical contact ring is adjacent to a portion of the first spacer plane and a second electrical contact ring is positioned adjacent to a portion of the second spacer plane, each opening centrally to make electrical contact with the actuator. Two electrical contact rings having; 제 1의 분리 평면 및 제 2의 분리 평면을 가지며, 상기 제 1의 분리 평면이 동심원상으로 상기 제 1의 접촉 링의 바깥쪽 표면의 일부분에 인접하게 위치하는 동시에 상기 액츄에이터와 동심원상에 위치하고, 상기 제 1의 분리 평면이 동심원상으로 상기 제 2의 접촉 링의 바깥쪽 표면의 일부분에 인접하게 위치하는 동시에 상기 액츄에이터와 동심원상에 위치하는 2개의 분리막과;Having a first separation plane and a second separation plane, the first separation plane being concentrically positioned adjacent to a portion of the outer surface of the first contact ring, and located concentrically with the actuator, Two separation membranes in which the first separation plane is concentrically located adjacent to a portion of the outer surface of the second contact ring and at the same time as the actuator and concentrically; 상기 액츄에이터와 분리막 사이에서 사용되고 상기 분리막과 액츄에이터를 함께 지지할 수 있도록 적절한 점도를 가진 비도전성 유체와;A nonconductive fluid having an appropriate viscosity to be used between the actuator and the separator and to support the separator and the actuator together; 상기 분리막과 동심원상으로 형성된 중앙 개구를 가지며 상기 분리막과 각각 인접하게 위치하며 상기 제 2의 접촉 링과 동심원상으로 인접하게 설치되는 2개의 비도전성 밀봉 개스킷과; 그리고Two non-conductive sealing gaskets having a central opening formed concentrically with said separation membrane and positioned adjacent to said separation membrane and installed concentrically adjacent to said second contact ring; And 상기 스페이서, 상기 전기 접촉 링, 상기 분리막, 및 상기 비도전성 밀봉 개스킷들을 상기 하우징에 고정시키기 위한 고정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전성 펌프.And fixing means for securing the spacer, the electrical contact ring, the separator, and the non-conductive sealing gasket to the housing. 펌프 하우징;Pump housings; 곡률을 가지며, 테두리와 정점을 가지며 평면으로 부터 상기 테투리를 지나 상기 정점까지 측정될 때 그 내부면과 외부면 사이에 인가된 전압에 따라 변화하는돔의 높이를 가지는 돔 형상의 내부적으로 초기 응력이 가해진 강유전성 액츄에이터로 이루어지는 적어도 하나의 벽을 가지며, 상기 하우징 내부에 설치되는 하나 이상의 가변 용적 펌프 챔버;The internal stress of the dome has a curvature, a dome shape that has a border and a vertex, and a height of the dome that changes with the voltage applied between its inner and outer surfaces as measured from a plane to the vertex from the plane. At least one variable volume pump chamber having at least one wall of applied ferroelectric actuators and installed inside the housing; 상기 액츄에이터 변위에 반응하여 상기 각 펌프 챔버로 펌핑된 매질을 유입 및 유출시키는 유체 밸브 수단;Fluid valve means for introducing and discharging the pumped medium into the respective pump chambers in response to the actuator displacement; 펌핑된 매질로 부터 상기 액츄에이터를 분리하고 상기 벽 내부에 상기 액츄에이터에 인가되는 전압을 위한 경로를 제공하고, 상기 전압에 반응하여 상기 액츄에이터 전체의 변위에 대한 능동적인 억제를 제공하기 위해 상기 각 벽에 액츄에이터를 설치하기 위한 장착수단, 및Separating the actuator from a pumped medium and providing a path for the voltage applied to the actuator inside the wall and providing active suppression of displacement of the entire actuator in response to the voltage. Mounting means for installing the actuator, and 상기 액츄에이터에 전압 공급을 위한 전압 공급 수단을 포함하는 강유전성 펌프.A ferroelectric pump comprising voltage supply means for supplying voltage to the actuator. 강유전성 액츄에이터 설치방법에 있어서,In the ferroelectric actuator installation method, 스페이서는 제 1 평면과 제 2 평면 및 중심에 개구부를 가지고 액츄에이터의 외부경계는 상기 개구부 경계에 인접하도록 액츄에이터를 스페이서 내부에 위치시키는 단계;Positioning the actuator within the spacer such that the spacer has openings in the first and second planes and the center and the outer boundary of the actuator is adjacent to the opening boundary; 접촉층은 중심에 개구부를 가지고, 이러한 상기 제 1 접촉층은 상기 제 1 평면의 일부에 인접해서 위치되고, 상기 제 2 접촉층은 상기 제 2 평면의 일부에 인접해서 위치되고, 상기 액츄에이터에 접촉 전압을 제공하기 위해 두개의 전기 접촉층을 위치시키는 단계;The contact layer has an opening in the center, the first contact layer is located adjacent a portion of the first plane, the second contact layer is located adjacent a portion of the second plane, and is in contact with the actuator. Positioning two electrical contact layers to provide a voltage; 상기 절연체는 제 1 평면과 제 2 평면을 가지고, 상기 제 1 절연체 평면은 중심이 덮여 있고 상기 제 1 접촉층의 외부면의 일부에 인접해서 위치되고, 상기 액츄에이터의 중심을 덮고, 상기 제 1 절연체 평면은 중심이 덮여 있고 상기 제 2 접촉층의 외부면의 일부에 인접해서 위치되고 상기 액츄에이터의 중심을 덮도록 두개의 전기 절연체를 위치시키는 단계;The insulator has a first plane and a second plane, the first insulator plane being centered and positioned adjacent to a portion of the outer surface of the first contact layer, covering the center of the actuator, the first insulator Positioning two electrical insulators such that the plane is centered and positioned adjacent a portion of the outer surface of the second contact layer and covering the center of the actuator; 상기 액츄에이터와 적절한 점성의 상기 절연체 사이의 비도전성 유체를 상기 절연체들과 상기 액츄에이터를 동시에 유지하는 단계;Simultaneously holding the insulators and the actuator with a non-conductive fluid between the actuator and the insulator of suitable viscosity; 상기 개스킷은 중심에 개구부를 가지고 상기 접촉층 개구부에 일치하게 중심을 덮고, 상기 절연체의 제 2 평면에 일치하기 위해 인접하게 두개의 비도전성 밀봉 개스킷을 위치시키는 단계;Said gasket having an opening at its center and covering the contact layer opening in a center and positioning two nonconductive sealing gaskets adjacent to coincide with a second plane of the insulator; 상기 하우징에 상기 스페이서, 상기 접촉층, 상기절연체 및 상기 개스킷을 고정하기 위한 고정 수단을 제공하는 단계를 포함하는 강유전성 액츄에이터의 장착방법.Providing fixing means for securing the spacer, the contact layer, the insulator and the gasket to the housing. 강유전성 액츄에이터의 장착 구조로서,As the mounting structure of the ferroelectric actuator, 제 1의 스페이서 평면 및 제 2의 스페이서 평면과 중앙 개구를 가지며, 이 개구내에 그 바깥 주위가 상기 개구 주위와 접촉하는 식으로 상기 액츄에이터가 위치하는 스페이서와;A spacer having a first spacer plane and a second spacer plane and a central opening, in which the actuator is positioned such that its outer periphery is in contact with the periphery of the opening; 제 1의 전기 접촉 링은 상기 제 1의 스페이서 평면의 일부와 인접하게 위치하고 제 2의 전기 접촉 링은 상기 제 2의 스페이서 평면의 일부와 인접하게 위치하여 상기 액츄에이터와 전기적 접촉을 이루도록 각각 중앙에 개구를 갖는 2개의 전기 접촉 링과;A first electrical contact ring is adjacent to a portion of the first spacer plane and a second electrical contact ring is positioned adjacent to a portion of the second spacer plane, each opening centrally to make electrical contact with the actuator. Two electrical contact rings having; 제 1의 분리 평면 및 제 2의 분리 평면을 가지며, 상기 제 1의 분리 평면이 동심원상으로 상기 제 1의 접촉 링의 바깥쪽 표면의 일부분에 인접하게 위치하는 동시에 상기 액츄에이터와 동심원상에 위치하고, 상기 제 1의 분리 평면이 동심원상으로 상기 제 2의 접촉 링의 바깥쪽 표면의 일부분에 인접하게 위치하는 동시에 상기 액츄에이터와 동심원상에 위치하는 2개의 분리막과;Having a first separation plane and a second separation plane, the first separation plane being concentrically positioned adjacent to a portion of the outer surface of the first contact ring, and located concentrically with the actuator, Two separation membranes in which the first separation plane is concentrically located adjacent to a portion of the outer surface of the second contact ring and at the same time as the actuator and concentrically; 상기 액츄에이터와 분리막 사이에서 사용되고 상기 분리막과 액츄에이터를 함께 지지할 수 있도록 적절한 점도를 가진 비도전성 유체와;A nonconductive fluid having an appropriate viscosity to be used between the actuator and the separator and to support the separator and the actuator together; 상기 분리막과 동심원상으로 형성된 중앙 개구를 가지며 상기 분리막과 각각 인접하게 위치하며 상기 제 2의 접촉 링과 동심원상으로 인접하게 설치되는 2개의 비도전성 밀봉 개스킷과; 그리고Two non-conductive sealing gaskets having a central opening formed concentrically with said separation membrane and positioned adjacent to said separation membrane and installed concentrically adjacent to said second contact ring; And 상기 스페이서, 상기 전기 접촉 링, 상기 분리막, 및 상기 비도전성 밀봉 개스킷들을 상기 하우징에 고정시키기 위한 고정 수단을 포함하는 강유전성 액츄에이터의 장착 구조.And fixing means for securing the spacer, the electrical contact ring, the separator, and the non-conductive sealing gasket to the housing. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 공급 수단은:The method of claim 1 wherein said voltage supply means is: 상기 펌프 동작을 위한 파형을 생성하는 파형 제너레이터;A waveform generator for generating a waveform for the pump operation; 상기 엑츄레이터에 의해 요구되는 상기 파형 제너레이터의 전압 및 전류의 레벨을 올리는 전압 증폭기;A voltage amplifier for raising the level of the voltage and current of the waveform generator required by the actuator; 상기 파형 제너레이터 및 상기 전압 증폭기에 DC전압을 제공하는 DC 전원공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전성 펌프.And a DC power supply for providing a DC voltage to the waveform generator and the voltage amplifier. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 수단은:The method of claim 1 wherein the voltage means is: 가변 변압기;Variable transformer; 상기 가변 변압기에 연결된 분리 변압기;A separation transformer connected to the variable transformer; 상기 분리변압기에 연결된 전파 브릿지 정류기, 및A full-wave bridge rectifier connected to the separation transformer, and 상기 분리 변압기에 연결된 승압 변압기를 포함하고, 상기 전파 브릿지 정류기 및 상기 승압 변압기가 직렬로 연결된 것을 특징으로하는 강유전성 펌프.And a boost transformer connected to the separation transformer, wherein the full-wave bridge rectifier and the boost transformer are connected in series. 제 1 항에 있어서, 상기 펌핑 매질이 액체인 것을 특징으로 하는 강유전성 펌프.The ferroelectric pump of claim 1, wherein the pumping medium is a liquid. 제 1 항에 있어서, 상기 펌핑 매질이 기체인 것을 특징으로 하는 강유전성 펌프.The ferroelectric pump of claim 1, wherein the pumping medium is a gas. 제 2 항에 있어서, 상기 밸브 수단은 곡률을 가지는 돔 형상의 내부적으로 초기 응력이 가해진 강유전성 액츄에이터을 포함하는 강유전성 제어밸브이며, 상기 돔 형상의 액츄에이터는 테두리와 정점을 가지며 평면으로 부터 상기 테투리를 지나 상기 정점까지 측정될 때 그 내부면과 외부면 사이에 인가된 전압에 따라 변화하는 돔의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 강유전성 펌프.3. The ferroelectric control valve of claim 2, wherein the valve means is a ferroelectric control valve including an internally stressed ferroelectric actuator of a domed shape having a curvature, wherein the dome shaped actuator has an edge and a vertex and passes through the edge from a plane. A ferroelectric pump, characterized in that it has a height of a dome that varies with the voltage applied between its inner and outer surfaces when measured to a peak. 제 3 항에 있어서, 상기 밸브 수단은 곡률을 가지는 돔 형상의 내부적으로 초기 응력이 가해진 강유전성 액츄에이터을 포함하는 강유전성 제어밸브이며, 상기 돔 형상의 액츄에이터는 테두리와 정점을 가지며 평면으로 부터 상기 테투리를 지나 상기 정점까지 측정될 때 그 내부면과 외부면 사이에 인가된 전압에 따라 변화하는 돔의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 강유전성 펌프.4. The ferroelectric control valve of claim 3, wherein the valve means comprises a ferroelectric control valve having an internally stressed ferroelectric actuator of a dome shape having a curvature, wherein the dome shaped actuator has an edge and a vertex and passes through the edge from a plane. A ferroelectric pump, characterized in that it has a height of a dome that varies with the voltage applied between its inner and outer surfaces when measured to a peak. 제 1 항에 있어서, 상기 전압공급수단은:The method of claim 1 wherein the voltage supply means: 상기 하우징에 설치되는 전기 도선, 및An electrical conductor installed in the housing, and 상기 전기 도선과 접촉하는 한편 상기 장착 수단과 접촉하는 세트 스크류 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전성 펌프.And a set screw spring in contact with said electrical conductor and in contact with said mounting means.
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