TWM507977U - 壓電泵 - Google Patents

Description

壓電泵

本新型創作是有關於一種壓電泵，且特別是有關於一種具有單向閥的壓電泵。

壓電泵是一種新型的流體驅動器，其無需附加驅動電機，僅透過電陶瓷的逆壓電效應便能使壓電振子產生變形，再依據前述變形產生泵腔的容積變化以實現流體輸出，或者透過壓電振子產生波動來傳輸流體，因此壓電泵已逐漸取代傳統泵而廣泛地應用於電子、生醫、航太、汽車以及石化等產業。

一般來說，壓電泵是由壓電振子以及泵體所組成，其中當通電至壓電振子時，壓電振子會在電場作用下徑向壓縮，並於其內部產生拉應力而彎曲變形。當壓電振子正向彎曲時，泵體的腔室(以下稱泵腔)的容積便會增大，使得泵腔內的壓力減小，以令流體自入口流入泵腔。另一方面，當壓電振子向反向彎曲時，泵腔的容積減小，使得泵腔內的壓力增大，以令泵腔內的流體被擠壓而自出口排出。因此，如何在壓電振子的作動下使流體保持自入口流入泵腔，再從泵腔自出口排出的流動，而不會發生逆流的 狀況，便成為當前亟待解決的問題之一。

本新型創作提供一種壓電泵，其可防止流體逆流以提高 流體輸出的壓力。

本新型創作提出一種壓電泵，其包括壓電模組、第一膜 片、支撐體、第二膜片以及蓋體。壓電模組具有至少一入氣口以及非密閉且體積可變的第一腔室。第一膜片設置於壓電模組上，且具有覆蓋前述至少一入氣口的至少一第一單向閥部及連通於第一腔室的第一通孔。支撐體設置於第一膜片上，且具有連通於第一通孔的第二通孔，其中前述至少一入氣口透過前述至少一第一單向閥部可選擇地密閉或連通於第二通孔。第二膜片設置於支撐體上，且具有覆蓋第二通孔的第二單向閥部。蓋體設置於第二膜片上且具有出氣口，其中第二通孔透過前述至少一第二單向閥部可選擇地密閉或連通於出氣口。當第一腔室的體積增加時，流體自前述至少一入氣口流入，經第一單向閥部以流入第二通孔與第一腔室，且第二通孔密閉於出氣口。當第一腔室的體積縮減時，入氣口密閉於第二通孔，位於第一腔室與第二通孔的流體經第二單向閥部而流出於出氣口。

在本新型創作的一實施例中，上述的支撐體與第一膜片共同定義出第二腔室。第二腔室連通於第一通孔與第二通孔。

在本新型創作的一實施例中，上述的壓電模組包括座 體、振動片、壓電元件以及隔板。座體具有穿槽。振動片設置於座體上，且覆蓋穿槽。壓電元件連接振動片，且位於穿槽內。隔板設置於振動片上，且位於振動片與第一膜片之間。隔板具有連通於第一通孔的第三通孔以及連通於第三通孔的第一凹槽。第一凹槽凹陷於隔板的朝向壓電元件的表面。

在本新型創作的一實施例中，上述的壓電模組更包括密 封板，設置於振動片與隔板之間。密封板具有開口，其中開口連通於第一凹槽。第一凹槽與開口由振動片所覆蓋以共同定義出第一腔室。入氣口穿過座體、振動片、密封板以及隔板。

在本新型創作的一實施例中，上述的支撐體還具有第二 凹槽，第二凹槽凹陷於支撐體的朝向壓電元件的表面，以與第一膜片共同定義出第二腔室。

在本新型創作的一實施例中，上述的第二凹槽具有第一 凹部以及連通於第一凹部的至少一第二凹部。第一凹部、第一通孔與第二通孔共軸，且前述至少一第一單向閥部在支撐體上的正投影位於前述至少一第二凹部內。

在本新型創作的一實施例中，上述的支撐體還具有第三 凹槽以及位於第三凹槽內的凸出部。第三凹槽凹陷於支撐體的朝向蓋體的一表面。凸出部朝向蓋體延伸。

在本新型創作的一實施例中，上述的第二單向閥部覆蓋 第三凹槽與凸出部，且第二膜片還具有位於第二單向閥部上的開孔，以暴露出局部的凸出部。

在本新型創作的一實施例中，上述的蓋體還具有第四凹 槽。第四凹槽凹陷於蓋體朝向支撐體的表面。第四凹槽與第二膜片共同定義出第三腔室。第三腔室連通於出氣口。

在本新型創作的一實施例中，上述的第二單向閥部在蓋 體上的正投影位於第四凹槽內。

基於上述，本新型創作的壓電泵可在壓電模組的第一腔 室的體積增加時，使流體自壓電模組的入氣口經第一膜片的第一單向閥部，以流入支撐體的第二通孔以及連通於第二通孔的第一腔室。此時，由於第二膜片的第二單向閥部密閉於蓋體的出氣口，流體並無法由出氣口通過第二單向閥部流入第二通孔與第一腔室。又，在第一腔室的體積縮減時，第一單向閥部會使入氣口密閉於第二通孔與第一腔室，以防止流體自入氣口逆流而出。同時，位於第一腔室與第二通孔的流體經第二單向閥部而流出於出氣口。因此，在壓電模組的第一腔室的體積增加與縮減的反覆循環的過程中，流體會依循「入氣口→第二通孔與第一腔室→出氣口」的流動方向流動，故不會因流體逆流而在壓電泵的內部空間發生流體的流向混亂的狀況，藉此提高流體自出氣口輸出的壓力。

為讓本新型創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧壓電泵

110‧‧‧壓電模組

110a‧‧‧入氣口

110b‧‧‧第一腔室

111‧‧‧座體

111a‧‧‧穿槽

112‧‧‧振動片

113‧‧‧壓電元件

114‧‧‧隔板

114a‧‧‧第三通孔

114b‧‧‧第一凹槽

115‧‧‧密封板

115a‧‧‧開口

120‧‧‧第一膜片

121‧‧‧第一單向閥部

122‧‧‧第一通孔

130‧‧‧支撐體

130a‧‧‧第二腔室

131‧‧‧第二通孔

132‧‧‧第二凹槽

132a‧‧‧第一凹部

132b‧‧‧第二凹部

132c‧‧‧流道

133‧‧‧第三凹槽

134‧‧‧凸出部

140‧‧‧第二膜片

141‧‧‧第二單向閥部

142‧‧‧開孔

150‧‧‧蓋體

150a‧‧‧第三腔室

151‧‧‧出氣口

152‧‧‧第四凹槽

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

F‧‧‧流體

圖1是本新型創作一實施例的壓電泵的截面示意圖。

圖2是圖1的壓電泵的爆炸示意圖。

圖3是圖2的壓電泵於另一視角的爆炸示意圖。

圖4與圖5是圖1的壓電泵的作動時的截面示意圖。

圖1是本新型創作一實施例的壓電泵的截面示意圖。圖2 是圖1的壓電泵的爆炸示意圖。圖3是圖2的壓電泵於另一視角的爆炸示意圖。請參考圖1至圖3，在本實施例中，壓電泵100包括壓電模組110、第一膜片120、支撐體130、第二膜片140以及蓋體150，其中壓電模組110具有至少一入氣口110a(圖1繪示出兩個)以及非密閉且體積可變的第一腔室110b。在本實施例中，入氣口110a的數量為四個，在圖1的截面上可見其中兩個入氣口110a。當然，入氣口110a的數量並不以此為限制。第一膜片120設置於壓電模組110上，其具有至少一第一單向閥部121(圖1繪示出兩個)及連通於第一腔室110b的第一通孔122。詳細而言，各個第一單向閥部121例如是可掀離地覆蓋於對應的入氣口110a，因此第一單向閥部121會對應設置於入氣口110a。此處，第一膜片120的材質可包括橡膠，較佳地是，橡膠以乙烯-丙烯-二烯烴共聚物(EPDM)為主成分，具有可撓曲的特性，但本新型創作不限於此。

另一方面，支撐體130設置於第一膜片120上，且具有 連通於第一通孔122的第二通孔131，因此第二通孔131例如是透過第一通孔122連通於第一腔室110b。由於各個第一單向閥部121例如是可掀離地覆蓋於對應的入氣口110a，因此各個入氣口110a係透過對應的第一單向閥部121可選擇地密閉或連通於第二通孔131。在此，支撐體130可與第一膜片120共同定義出第二腔室130a，其中第二腔室130a連通於第一通孔122與第二通孔131，因此第二腔室130a例如是透過第一通孔122連通於第一腔室110b。一般來說，支撐體130的材質可包括塑膠、不鏽鋼或其他適當的材質。

在本實施例中，壓電模組110包括座體111、振動片112、 壓電元件113以及隔板114，其中座體111具有穿槽111a，且座體111的材質可包括塑膠、不鏽鋼或其他適當的材質。振動片112設置於座體上111，且覆蓋穿槽111a。通常而言，振動片112的材質可包括銅、不鏽鋼或其他適當的金屬或合金，具有可撓曲的特性。 壓電元件113連接振動片112，且位於穿槽111a內。如圖2與圖3所示，穿槽111a與壓電元件113實質上呈圓形或橢圓形，其中壓電元件113例如是與穿槽111a共軸。換言之，壓電元件113的周緣與穿槽111a的內壁面會保有固定的間距，如圖1所示，但本新型創作並不以此為限。

隔板114設置於振動片112上，其材質可包括塑膠、不 鏽鋼或其他適當的材質。如圖1所示，第一膜片120與隔板114相抵接而設置於壓電模組110上，因此隔板114例如是位於振動 片112與第一膜片120之間。此處，隔板114具有連通於第一通孔122的第三通孔114a以及連通於第三通孔114a的第一凹槽114b，其中第一凹槽114b凹陷於隔板114的朝向壓電元件113的表面。另一方面，壓電模組100更包括設置於振動片112與隔板114之間的密封板115，其材質例如是橡膠。因此，隔板114與振動片112可透過密封板115而緊密地接合在一起，以提高第一腔室110b的氣密性。

在本實施例中，密封板115具有開口115a，其中開口115a 與第一凹槽114b共軸，開口115a的輪廓與第一凹槽114b的輪廓相符且相互連通。具體而言，相互連通的開口115a與第一凹槽114b會由振動片112所覆蓋，以共同定義出第一腔室110b。如圖2與圖3所示，座體111、振動片112、密封板115以及隔板114各別具有多個通孔(示意地繪示出四個)，在膜片112、密封板115以及隔板114依序堆疊於座體111上後，上述各個構件的其中一個通孔會與相鄰的另一個構件的對應的通孔相互連通，以構成穿過座體111、膜片112、密封板115以及隔板114的其中一個入氣口110a，如圖1所示。另一方面，第一凹槽114b實質上與穿槽111a共軸，第一凹槽114b的輪廓與穿槽111a的輪廓相符，因此壓電元件113在隔板114的正投影會落在第一凹槽114b內。

支撐體130還具有第二凹槽132，其中第二凹槽132凹陷 於支撐體130的朝向壓電元件113的表面，以與第一膜片120共同定義出第二腔室130a。第二凹槽132具有第一凹部132a以及連 通於第一凹部132a的至少一第二凹部132b。在本實施例中，第二凹部132b的數量對應於第一單向閥部121以及入氣口110a的數量，也就是說，第二凹部132b的數量為四個(如圖2與圖3所示)。 由圖1的此剖面可見到其中兩個第二凹部132b。各個第二凹部132b例如是透過對應的流道132c連通於第一凹部132a，且第一凹部132a、第一通孔122與第二通孔131共軸，如圖1與圖3所示。另一方面，各個第一單向閥部121在支撐體130上的正投影位於對應的第二凹部132b內。當然，在其他實施例中，第二凹部132b的數量、第一單向閥部121的數量以及入氣口110a的數量也可為不同。例如，第二凹部132b的數量可為一整圈凹溝的形式。

如圖1以及圖3所示，支撐體130還具有第三凹槽133以及位於第三凹槽133內的凸出部134，其中第三凹槽133凹陷於支撐體130的朝向蓋體150的一表面，凸出部134朝向蓋體150延伸，且凸出部134的高度實質上大於第三凹槽133的深度。在本實施例中，第二膜片140設置於支撐體130上，且具有覆蓋第二通孔131的第二單向閥部141。一般來說，第二膜片140的材質可包括橡膠，較佳地是，橡膠以乙烯-丙烯-二烯烴共聚物(EPDM為主成分，具有可撓曲的特性，但本新型創作不限於此。

蓋體150設置於第二膜片140上，且具有出氣口151。由於第二單向閥部141例如是可掀離地覆蓋於第二通孔131，因此第二通孔131係透過第二單向閥部141可選擇地密閉或連通於出氣口151。如圖1所示，第二單向閥部141可覆蓋第三凹槽133與凸 出部134，且第二膜片140還具有位於第二單向閥部141上的開孔142，以暴露出局部凸出部134。一般來說，蓋體150的材質可包括塑膠、不鏽鋼或其他適當的材質。

詳細而言，蓋體150還具有第四凹槽152，其中第四凹槽 152凹陷於蓋體150朝向支撐體130的表面，且第四凹槽152與第三凹槽133是由第二膜片140分隔開來。在此，第四凹槽152與第二膜片140共同定義出第三腔室150a，其中第三腔室150a連通於出氣口151。另一方面，第二單向閥部141在蓋體150上的正投影位於第四凹槽152內。

圖4與圖5是圖1的壓電泵的作動時的截面示意圖。請 先參考圖1與圖4，在本實施例中，壓電元件113例如是壓電陶瓷所構成，其相對的兩表面上分別設置有電極(圖未示)，因此在透過前述電極(圖未示)通電至壓電元件113時，壓電元件113例如會先朝第一方向D1彎曲變形。由於壓電元件113連接振動片112，因此壓電元件113會同時帶動振動片112朝第一方向D1彎曲變形，使得第一腔室110b的體積增加。在第一腔室110b的體積增加時，第一腔室110b內的壓力會隨之減小。據此，在外界的壓力大於第一腔室110b內的壓力的情況下，外界的流體F(如，空氣)便會流入各個第一通孔110a，並推開可掀離地覆蓋於各個第一通孔110a上的第一單向閥部121，以流入第二腔室130a、第二通孔131以及第一腔室110b。此時，由於第二通孔122可透過第二單向閥部141密閉於出氣口151，因此外界的流體F並無法由出氣口151通 過第二單向閥部141流入第二腔室130a、第二通孔131以及第一腔室110b。

接著，請參考圖5，在壓電元件113帶動振動片112朝反 向於第一方向D1的第二方向D2彎曲變形而使第一腔室110b的體積縮減時，第一單向閥部121覆蓋於入氣口110a，以使入氣口110a密閉於第二腔室130a、第二通孔131以及第一腔室110b，防止流體自入氣口110a逆流而出。同時，位於第二腔室130a、第二通孔131以及第一腔室110b的流體F在受到擠壓下會推開可掀離地覆蓋於第二通孔131的第二單向閥部141，使得流體F通過開孔142流入第三腔室150a，並自第三腔室150a流出於出氣口151。

詳細而言，在持續通電至壓電元件113的情況下，壓電元件113會帶動振動片112往復彎曲變形，使得第一腔室110b的體積在增加與縮減之間反覆循環，而在此反覆循環過程中，透過上述第一單向閥部121與第二單向閥部141的作動原理，流體會依循「入氣口110a→第二腔室130a、第二通孔131與第一腔室110b→開孔142→第三腔室150a→出氣口151」的流動方向流動，故不會因流體F逆流而在壓電泵100的內部空間發生流體F的流向混亂的狀況，藉此提高流體F自出氣口151輸出的壓力。

綜上所述，本新型創作的壓電泵可在壓電模組的第一腔室的體積增加時，使流體自壓電模組的入氣口經第一膜片的第一單向閥部，以流入相互連通的第二腔室、第二通孔以及第一腔室。此時，由於第二膜片的第二單向閥部密閉於蓋體的出氣口，因此 流體並無法由出氣口通過第二單向閥部流入第二腔室、第二通孔以及第一腔室。又，在第一腔室的體積縮減時，第一單向閥部會使入氣口密閉於第二腔室、第二通孔以及第一腔室，以防止流體自入氣口逆流而出。同時，位於第二腔室、第二通孔以及第一腔室的流體在受到擠壓下會推開可掀離地覆蓋於第二通孔的第二單向閥部，使得流體通過開孔流入第三腔室，並自第三腔室流出於出氣口。因此，在壓電模組的第一腔室的體積增加與縮減的反覆循環的過程中，流體會依循「入氣口→第二腔室、第二通孔與第一腔室→開孔→第三腔室→出氣口」的流動方向流動，故不會因流體逆流而在壓電泵的內部空間發生流體的流向混亂的狀況，藉此提高流體自出氣口輸出的壓力。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧壓電泵

110‧‧‧壓電模組

110a‧‧‧入氣口

110b‧‧‧第一腔室

111‧‧‧座體

111a‧‧‧穿槽

112‧‧‧振動片

113‧‧‧壓電元件

114‧‧‧隔板

114a‧‧‧第三通孔

114b‧‧‧第一凹槽

115‧‧‧密封板

115a‧‧‧開口

120‧‧‧第一膜片

121‧‧‧第一單向閥部

122‧‧‧第一通孔

130‧‧‧支撐體

130a‧‧‧第二腔室

131‧‧‧第二通孔

132‧‧‧第二凹槽

132a‧‧‧第一凹部

132b‧‧‧第二凹部

132c‧‧‧流道

133‧‧‧第三凹槽

134‧‧‧凸出部

140‧‧‧第二膜片

141‧‧‧第二單向閥部

142‧‧‧開孔

150‧‧‧蓋體

150a‧‧‧第三腔室

151‧‧‧出氣口

152‧‧‧第四凹槽

Claims (10)

1. 一種壓電泵，包括：一壓電模組，具有至少一入氣口以及非密閉且體積可變的一第一腔室；一第一膜片，設置於該壓電模組上，且具有覆蓋該至少一入氣口的至少一第一單向閥部及連通於該第一腔室的一第一通孔；一支撐體，設置於該第一膜片上，且具有連通於該第一通孔的一第二通孔，其中該至少一入氣口透過該至少一第一單向閥部可選擇地密閉或連通於該第二通孔；一第二膜片，設置於該支撐體上，且具有覆蓋該第二通孔的一第二單向閥部；以及一蓋體，設置於該第二膜片上，且具有一出氣口，其中該第二通孔透過該至少一第二單向閥部可選擇地密閉或連通於該出氣口，其中：當該第一腔室的體積增加時，一流體自該至少一入氣口流入，經該第一單向閥部以流入該第二通孔與該第一腔室，該第二通孔密閉於該出氣口，當該第一腔室的體積縮減時，該入氣口密閉於該第二通孔，位於該第一腔室與該第二通孔的該流體經該第二單向閥部而流出於該出氣口。
2. 如申請專利範圍第1項所述的壓電泵，其中該支撐體與該第一膜片共同定義出一第二腔室，該第二腔室連通於該第一通孔 與該第二通孔。
3. 如申請專利範圍第2項所述的壓電泵，其中該壓電模組包括：一座體，具有一穿槽；一振動片，設置於該座體上，且覆蓋該穿槽；一壓電元件，連接該振動片片，且位於該穿槽內；以及一隔板，設置於該振動片上，且位於該振動片與該第一膜片之間，該隔板具有連通於該第一通孔的一第三通孔以及連通於該第三通孔的一第一凹槽，該第一凹槽凹陷於該隔板的朝向該壓電元件的一表面。
4. 如申請專利範圍第3項所述的壓電泵，其中該壓電模組更包括：一密封板，設置於該振動片與該隔板之間，該密封板具有一開口，其中該開口連通於該第一凹槽，該第一凹槽與該開口由該振動片所覆蓋以共同定義出該第一腔室，該入氣口穿過該座體、該振動片、該密封板以及該隔板。
5. 如申請專利範圍第3項所述的壓電泵，其中該支撐體還具有一第二凹槽，該第二凹槽凹陷於該支撐體的朝向該壓電元件的一表面，以與該第一膜片共同定義出該第二腔室。
6. 如申請專利範圍第5項所述的壓電泵，其中該第二凹槽具有一第一凹部以及連通於該第一凹部的至少一第二凹部，該第一凹部、該第一通孔與該第二通孔共軸，且該至少一第一單向閥部 在該支撐體上的正投影位於該至少一第二凹部內。
7. 如申請專利範圍第5項所述的壓電泵，其中該支撐體還具有一第三凹槽以及位於該第三凹槽內的一凸出部，該第三凹槽凹陷於該支撐體的朝向該蓋體的一表面，該凸出部朝向該蓋體延伸。
8. 如申請專利範圍第7項所述的壓電泵，其中該第二單向閥部覆蓋該第三凹槽與該凸出部，且該第二膜片還具有位於該第二單向閥部上的一開孔，以暴露出局部的該凸出部。
9. 如申請專利範圍第2項所述的壓電泵，其中該蓋體還具有一第四凹槽，該第四凹槽凹陷於該蓋體朝向該支撐體的一表面，該第四凹槽與該第二膜片共同定義出一第三腔室，該第三腔室連通於該出氣口。
10. 如申請專利範圍第9項所述的壓電泵，其中該第二單向閥部在該蓋體上的正投影位於該第四凹槽內。