WO2013029407A1

WO2013029407A1 - 压电陶瓷驱动式超微型气泵

Info

Publication number: WO2013029407A1
Application number: PCT/CN2012/076663
Authority: WO
Inventors: 杨竹君; 胡军
Original assignee: Yang Zhujun; Hu Jun
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2013-03-07
Also published as: CN102338072B; CN102338072A

Abstract

一种压电陶瓷驱动式超微型气泵，泵体是由泵下盖（1）泵座（5）与泵壳组件固定连接组成，泵芯是压电陶瓷换能片（2）。泵体中还装配单向进气阀（7）和单向排气阀（8）；单向进气阀（7）进气入口处空腔是进气腔（26）。进气腔（26）与泵体装配间隙连通，单向排气阀（8）排气出口处空腔是排气腔（27）。泵体中的单向进气阀（7）与压电陶瓷换能片（2）振动幅度最大处中心相对应。该压电陶瓷驱动式超微型气泵结构简单，噪音低且便于安装维护。

Description

压电陶瓷驱动式超微型气泵

【技术领域】

本发明涉及一种微型气泵，尤其是指一种压电陶瓷驱动式超微型气泵（筒称压电泵）。

【背景技术】

现有技术中的微型气泵，工作介质为气态，主要用于气体采样、气体循环、真空吸附、真空保压、抽气、打气、增压、加氧等多种用途的气体输送装置。

微型气泵按用途分为：微型负压泵，微型真空泵，微型气体循环泵，微型气泵，微型加氧泵，微型气体采样泵，微型打气泵，微型抽气泵，微型抽气打气两用泵，微型气水混合泵等。

微型气泵其工作原理分为，隔膜式、电磁式、叶轮式、活塞式等。其工作原理决定了泵的体积较大，（约 100*60*20 mm)重量大 (130g -350 g), 噪音大，功耗大（5W-20W ), 有电磁干扰。其结构由工作泵腔及机械传动两大部分组成泵体，结构复杂，维护不便，不能实现机电一体化和泵体超微型化。

隔膜泵筒介：隔膜泵一般由执行机构和阀门组成。按其所配执行机构使用的动力，可以分为气动、电动和液动三种，其功能和特性分类^艮多，结构也多种多样，一般来说泵阀是通用的，既可以与气动执行机构匹配，也可以与电动执行机构或其他执行机构匹配。隔膜泵是由变频电机驱动,工作原理近似于柱塞泵，其特点是：在泵的两个对称工作腔中各装有一块隔膜，由中心联杆将其连结成一体。压缩空气从泵的进气口进入配气阀，一旦到达行程终点，配气机构自动将压缩空气引入另一工作腔，推动隔膜朝相反方向运动，从而使两个隔膜连续同步地往复运动，介质被挤压排出。

电磁泵筒介：电磁泵是利用磁场和导电流体中电流的相互作用，使流体（气体）受电磁力作用而产生压力梯度，从而推动流体（气体）运动的一种装置。电磁泵按电源形式可分为交流泵和直流泵。按液态金属中电流馈给的方式可分为传导式（电导式）电磁泵和感应式电磁泵。电导式电磁泵用直流或交流电。它有一根非磁性难熔金属制的管，管周围是磁铁，磁力线与管垂直。当通入与管和磁力线均垂直的电流时，根据左手定则，产生机械力把导电流体压送出管。传导式电磁泵中，电流由外部电源经泵沟两侧的电极直接传导给液态金属。感应泵中，感应式使用多相交流电。电流则由交变磁场感应产生。电磁泵类似普通电磁阀，它以交流电为工作动力，电流通过电磁绕组形成交变固定磁场 ,与可运动的泵体形成交互作用,带动泵体振动，推动液体（气体）输出。

活塞泵筒介：活塞泵又叫电动往复泵，从结构分为单缸和多缸，活塞泵靠活塞往复运动，使得泵腔工作容积周期变化，实现吸入和排出液体（气体）。由泵腔、活塞、进出气阀、连杆和传动装置组成。靠动力带动活塞在泵腔内作往复运动。当活塞向上运动时，液体（气体）阀开启，液体（气体）进入泵腔，同时活塞上的液体（气体）阀关闭，活塞上部的液体（气体）随活塞向上提升; 当活塞向下运动时，液体（气体）阀关闭，活塞上的阀门开启，同时泵腔的液体（气体）压入泵腔，如此反复进液（气体 )和提升，使液体 (气体 ) 不断排出。

叶轮式（离心泵）筒介：叶轮式（离心）泵的工作原理是，由高速旋转的电机驱动叶轮（叶片）带动水转动，将水甩出,从而达到输送的目的。

离心气泵的工作原理是，借助离心水泵的工作原理，不同的是在泵腔中分别设置两个或多个单项截止阀，由电机带动偏心凸轮高速旋转，挤压泵腔膜片的凹凸变化，在单项阀的配合作用下，截止气体流动，使进入泵腔的气体定向挤压排出，从而达到输送的目的。

综上所述，传统的微气泵（包括隔膜式、电磁式、叶轮式、活塞式等）其工作原理决定了泵体由多部分组成，其核心趋动器件必须使用矽钢片叠压，电磁铁、铜线绕组组成，且泵腔和机械传动器件均为独立、分散设置，不易集成，因而结构复杂，体积较大，不能实现泵体微型化和机电一体化。

在现有技术中，本专利申请人在 2005年申请了名称为 "一种用于制造微型泵的压电陶瓷片和微型气泵" 的专利，申请号：200510012575.6, 授权公告号: CN100365278C, 该泵存在着流量小、结构松散，泵阀设计欠缺，泵的负载压力小，工作效率低问题，其造成的主要原因是：

1、压电陶瓷片的主要技术指标中， KP较小，介电常数低， d33低等因素所致。其中 KP是压电陶瓷换能片径向振动的机电耦合系数，反映材料的机电转换率。 KP 大小决定陶瓷片的工作性能， KP大则机电转换率高。介电常数是在交流情况下测试的电阻容抗。交流电阻容抗体现在电容量上，容抗大，介电常数就高，介电常数与电容成正比关系。 d33是指压电换能系数，代表径向振动的大小。陶瓷片有极化方向，分正压电效应和负压电效应。 d33是指垂直的负压电效应，压电泵中， d33 大有助于提高泵腔的容积量，泵腔容积量变化直接影响液体或气体的吞吐量。在这三个重要指标中，原专利技术指标为 KP > 0.60, 介电常数 K25 °C > 5000, d33=520 ± 30。

2、阀座圓盘面积和泵阀（进气阀、排气阀）的进、排气阀口面积之间的结构设计及其相互合理配比都影响着泵阀的流量，由于压电陶瓷片（也称压电陶瓷换能片）在高频振荡过程中，泵阀缺乏良好的跟从性，且滞后于压电陶瓷片的工作频率，使压电泵的整体工作性能大大降低，影响流体（气体）运动速度和传速效率。

3、还有其他不太合理的结构，如有专门的进气道、压电陶瓷片结构和材料复杂等。

【发明内容】

本发明的目的是克服以上现有技术存在的不足，申请人在原来专利 "一种用于制造微型泵的压电陶瓷片和微型气泵" 的基础上，利用压电驱动方式研制一种机电一体化的压电陶瓷驱动式超微型气泵。彻底改变传统微型隔膜式气泵、微型电磁式气泵、微型叶轮式气泵、微型活塞式气泵的工作原理。达到结构筒单、体积微型化、降低能耗，噪音低于 30 ~ 40dB、节能环保、便于安装维护、降低生产成本的目的；实现机电一体化和泵体超微型化的效果。

本发明目的还有通过修改压电陶瓷换能片的电器参数，改进泵阀、优化泵腔、增加电子元件、提高了压电陶瓷换能片的机电转换率和背景技术的工作性能及泵的负载压力。使其结构紧凑，便于安装维护，降低生产成本，适宜工业化生产。本发明具有结构筒单、响应速度快、体积小、重量轻、无噪音、压力大、不泻压、无污染、止逆效果好、安装使用方便等特点。适用于科研、气体采样、仪器仪表、化工分析、医疗器械、医药卫生、生物医学、生物工程、自动控制、环保、水处理、精密计量、实验检测、微流量配给、微全分析系统、芯片实验室和 PCR芯片等多种领域和场合。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：为了更好地说明和理解技术内容，下面所述零部件后带上标号，故烦同时参看附图和标号说明。

压电陶瓷驱动式超微型气泵，由泵体内装配泵芯组成，其特征是：泵体是由泵下盖 1和泵座 5与泵壳组件固定连接组成，泵芯就是压电陶瓷换能片 2, 该压电陶瓷换能片 2周边密封弹性固定在泵体内，泵体中还装配单向进气阀 7和单向排气阀 8; 进气阀 7进气入口处空腔就是进气腔 26, 该进气腔 26与泵体装配间隙连通，排气阀 8排气出口处空腔就是排气腔 27, 该排气腔 27连通泵嘴排气口；位于泵体中的进气阀 7与压电陶瓷换能片 2振动幅度最大处中心相对应。

本发明的技术解决方案还包括：

所述的压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：泵体是由泵下盖 1 和泵上盖 6分别与泵座 5密封固定连接组成，作为泵芯的压电陶瓷换能片 2的周边在泵座 5安装糟内的密封圏与泵下盖 1共同夹持下弹性固定，其之间形成一个密封的独立工作的泵腔 25 , 泵座 5上连接单向进气阀 7和单向排气阀 8, 其中进气阀 7与压电陶瓷换能片 2振动幅度最大处中心相对应；进气阀 7进气入口处空腔就是泵上盖 6中的进气腔 26, 该进气腔 26与泵体装配间隙连通，排气阀 8 排气出口处空腔就是泵上盖 6中的排气腔 27,该排气腔 27连通泵上盖 6中的泵嘴排气口；电源线 12 固定在泵体上；上述整体组成具有一个独立工作泵腔 25 的压电陶瓷驱动式超微型气泵。

所述的任意一个压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：泵体是由泵下盖 1 和泵上盖 6分别与泵座 5密封固定连接组成，作为泵芯的压电陶瓷换能片 2的周边在泵座 5安装糟内的密封圏与泵下盖 1共同夹持下弹性固定，其之间形成一个密封的独立工作的泵腔 25 , 泵座 5上连接单向进气阀 7和单向排气阀 8 , 其中进气阀 7与压电陶瓷换能片 2振动幅度最大处中心相对应；进气阀 7进气入口处空腔就是泵上盖 6中的进气腔 26, 该进气腔 26与泵体装配间隙连通，排气阀 8排气出口处空腔就是泵上盖 6中的排气腔 27, 该排气腔 27连通泵上盖 6 中的泵嘴排气口；市电部分的电源线 12改成电源插头 14, 电源插头 14固定在泵体上；上述整体组成具有可直接插电源的一个独立工作泵腔 25的压电陶瓷驱动式超微型气泵。

所述的压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：泵体是由泵下盖 1和泵座 5 与泵壳组件固定连接组成，此处泵壳组件指排气连接件 18、 A泵壳 15和 B泵壳 16以及泵嘴 20; 在泵座 5和泵下盖 1以及排气连接件 18之间形成的密封空腔中，两侧泵座 5和泵下盖 1之间弹性固定一个压电陶瓷换能片 2, 构成该压电陶瓷换能片 2的两侧空腔均为两个独立工作的双气泵腔 25; 在泵下盖 1和泵座 5 上分别安装有两个独立的单向进气阀 7,该两个进气阀 7与压电陶瓷换能片 2振动幅度最大处中心均相互对应；泵下盖 1和泵座 5上的出气口处连接排气连接件 18, 该排气连接件 18上安装有两个独立的单向排气阀 8, 泵嘴 20密封连接在泵座 5上，两个进气阀 7进气入口处空腔就是泵座 5和泵下盖 1中的进气腔 26, 该两个进气腔 26与泵体装配间隙连通，两个排气阀 8排气出口处空腔就是排气连接件 18上的排气腔 27 , 该排气腔 27连通泵嘴 20排气口；电源线 12卡接在 A泵壳 15上，并由 B泵壳 16与 A泵壳 15压紧连接固定一体化；上述整体组成具有一个压电陶瓷换能片 2、两个独立工作的双气泵腔 25的压电陶瓷驱动式超微型气泵。

所述的压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：卡接在 A泵壳 15上电源线 12通过橡胶密封块 17固定穿过，橡胶密封块 17压入泵下盖 1上的孔中密封固定。

所述的任意一个压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：进气阀 7和排气阀 8作为阀门结构是不等臂长的双悬臂梁阀片结构，或者是等臂长的双悬臂梁阀片结构，或者采用伞形阀结构；其阀片材质为硅橡胶，阀体比重 0.95 - 1. 4 g/m³, 厚度 0.30— 0.8毫米之间，肖氏硬度在 48-56度之间。

所述的任意一个压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：在泵体中固定相串联的电容 9、电阻 10和保险丝 11 , 其电容 9一端连接电源线 12电源，保险丝 11一端连接压电陶瓷换能片 2中银层 24,电源线 12的或者电源插头 14的电源一端连接压电陶瓷换能片 2中的金属基片 21上。

所述的任意一个压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：压电陶瓷换能片 2 是由金属基片 21粘接带有正反两面银层 24的陶瓷片 22构成，整体呈圓盘状或者近似圓盘状；其中的粘接层即胶层 23 , 金属基片 21专指用铜或者用不锈钢制作的金属基片 21。

所述的任意一个压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：所述的泵腔 25在静态下是一个规则的腔体或者是一个不规则的腔体；所说的规则的腔体形状是圓盘状；所说的不规则的腔体是一边大一边小的盘状，且都是在排气阀 8处的腔体空间大于进气阀 7处的腔体空间。

所述的任意一个压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：其主要技术指标特点为：

①机电转换率高， KP > 0.65;

②介电常数高 K25 °C > 6000；

③ D33高， d33 > 560 ± 30;

④机械品质好，弯曲强度大，不易龟裂，脱胶；

⑤陶瓷表面居里温度 > 70°C；

⑥耐压高》 180V; ⑦频率： > 3.20KHz;

⑧电容：>90nF;

⑨电阻： > 61欧姆；

扫频范围： l~6KHz;

频长： 10Hz ；

金属基片 21直径 Φ41ιηιη, 厚度为 0.20 ~ 0.40mm;

陶瓷片 22直径 Φ 35mm, 厚度为 0.20 ~ 0.40mm;

气泵体积：长 62 ±10 mm x宽 50 ± 5 mm 16 ± 2mm ；重量： 12~18g; 噪音：低于 30~40dB; 功耗： 1~1.5W。

本发明的技术解决方案与申请人前一个专利（ 200510012575.6,授权公告号: CN100365278C, "一种用于制造微型泵的压电陶瓷片和微型气泵"）相比，其主要改进的是：

1、设计制作一种压电陶瓷换能片，该压电陶瓷换能片经由压电特性良好的 PZT复合材料配制成陶瓷片 22, 与铜或者不锈钢制作的金属基片 21粘接、窑烧而成，其主要技术特点见后面所述。

上述本发明经过材料配方改进提高了本发明及陶瓷片 22 三个重要技术指标，比原专利技术指标为 KP> 0.60, 介电常数 K25°C >5000, d33=520 ±30, 现分别提升为： KP>0.65, 介电常数 K25°C >6000, d33=560±30。

可在不改变尺寸的情况下，以此件压电陶瓷换能片 2 为基准作为动力件，用在（制作）上述不同型号的各种各样的微型气泵中，压电陶瓷气泵包括：压电式超微型负压泵，压电式超微型真空泵，压电式超微型气体循环泵，压电式超微型气泵，压电式超微型气体采样泵，压电式超微型打气泵，压电式超微型抽气泵，压电式超微型抽气打气两用泵等。

2、设计一种特殊的单向导气阀，该单向阀主要技术特点为：泵阀是不等臂长的双悬臂梁阀片结构（参见图 11a),或等臂长双悬臂梁阀片结构（参见图 lib), 也可以是伞形阀结构（参见图 11c )。阀片材质为硅橡胶，阀体比重 0.95 -1.4 g/m³, 厚度 0.30— 0.8毫米之间，肖氏硬度在 48-56度之间，根据负载工作压力的需要，调整泵阀材质的比重、软硬度和厚度，而适应泵阀与压电陶瓷换能片（谐振频率一致 ) 的跟从和配合，提高压电气泵的泵阀密封效果和工作性能。

3、本发明在泵座 5和泵上盖 6之间装有电容 9、电阻 10和保险丝 11 , 用于改变施加在压电陶瓷换能片 2上的交流电压，通过调整元器件的参数，可适用 100V/50Hz、 60Hz; 115V-120V/60Hz; 220V-230V/50Hz的通用电网工作，扩大工作使用范围，保险丝 11用于产品的安全保护，防止短路时电流过大引起失火等危险。

4、本发明包括采用另一种插头结构的机电一体化泵体,益处是可以节约原材料的使用，节省使用空间，使整个泵看起来更为筒单、实用、紧凑、明了。

本发明的结构包括但不限于上述结构。

本发明彻底改变了传统微型隔膜式气泵、微型电磁式气泵、微型叶轮式气泵、微型活塞式气泵的工作原理，由于本发明压电泵是采用了一种新型流体驱动器。它不需要附加驱动电机，而是利用压电陶瓷换能片的逆压电效应使压电陶瓷换能片产生变形，再由变形产生泵腔的容积变化实现流体输出，或者说利用压电陶瓷换能片产生波动来传输流体 (包含气体和液体）。传统的微气泵其核心趋动器件必须使用矽钢片叠压，电磁铁、铜线绕组组成，且泵腔零部件多达 60多个，而压电泵结构筒单到则由 2个单向阀和泵体组成，零部件只有 5-6个。且泵的腔体既是趋动部件，又是工作泵腔，因而可称为机电一体化。与上述的微型气泵相比较，体积是微型气泵的五分之一到十分之一，重量是微型泵的十分之一到二十分之一，具有明显的超微形特征和机电一体化特征。缩小体积到 045*12mm, 与传统的电磁泵相比，缩小体积 5-10倍，减少重量到 12g, 可减少重为 10-29倍、降低能耗，仅需要工作功率 1.3W、噪音低于 30 ~ 40dB、节能环保、便于安装维护、降低生产成本。与上述传统原理、同等用途的国内微型泵相比，降低生产成本 5倍以上；实现机电一体化和泵体超微型化的效果。

为了提高本发明压电气泵工作性能，对压电气泵泵阀（悬臂梁阀片）结构等参数进行测试，通过有限元仿真推导其理论流量及过流面积公式，同时结合实验数据对压电泵腔结构设计、性能对比、过流特性、泄漏、耐压等特性进行测试，优化泵腔结构，提高了压电泵整体工作效率。解决阀座圓盘面积和泵阀

(进气阀、排气阀）的进、排气阀口面积之间的结构设计及其相互合理配比，解决由于压电陶瓷换能片在高频振荡过程中，泵阀缺乏良好的跟从性；且滞后于压电陶瓷换能片的工作频率，使压电泵的整体工作性能大大降低，影响流体运动速度和传速效率的问题。

通过推导其理论流量及过流面积公式，得出了阀座圓盘面积和泵阀（进气阀、排气阀）的进、排气阀口面积之间的结构设计及其相互合理配比是影响泵阀流量因素的结论，且利用如 ANSYS软件进行有限元仿真分析，同时结合实验制作泵阀，优化泵腔，提高了压电泵整体工作效率。该压电陶瓷换能片具有良好的机械性能，韧性好，弹性模量大，工作时不出现龟裂现象，性能稳定，安全可靠。

扩大了用途范围，使用该压电陶瓷换能片的微型气泵，具有结构筒单，体积小，效率高，噪音小，成本底，寿命长，特别适用于适用于科研、气体采样、仪器仪表、化工分析、医疗器械、医药卫生、生物医学、生物工程、自动控制、环保、水处理、精密计量、实验检测、微流量配给、微全分析系统、芯片实验室和 PCR芯片等多种设备配置和微小气量供给的场合。

为了本发明的工作噪音大大降低，采用了悬臂梁阀片或散状阀片结构；另外还采用了没有专门的进气孔、进气道，而采用泵体之间的间隙作为进气通道结构，其结构使其工作噪音大大降低，尤其是使阀在运动过程中可以防止其偏移，使阀的密封进一步提高，噪音进一步降低。

压电泵的特点是：泵腔由一片压电振子或者称作压电陶瓷换能片或者压电陶瓷片组成，压电陶瓷换能片既是泵腔腔体组成的重要一部分，又是动力器件，与上述的微型气泵相比较，体积是微型气泵的五分之一到十分之一，重量是微型泵的十分之一到二十分之一，具有明显的超微形特征，且泵的腔体既是趋动部件，又是工作泵腔，因而可称为机电一体化。

【附图说明】

图 1是本发明的实施例 1的外形结构立体示意图。图 2是图 1结构的分解示意图。图 3是图 1的剖视示意图。图 4是本发明的实施例 2的外形结构立体示意图。图 5是图 4结构的分解示意图。图 6是图 4的剖视示意图。图 7是本发明的实施例 3的外形结构立体示意图。图 8是图 7结构的分解示意图。图 9 是图 7的剖视示意图。图 10(a)是压电陶瓷换能片 2的剖视示意图，图 10(b)是图 10(a)的局部放大示意图。图 11(a)是进气阀 7和排气阀 8不等臂长双悬臂梁阀片结构的主视示意图。图 11(b)是等臂长双悬臂梁阀片结构示意图。图 11(c)是伞形阀及其装配的结构示意图。图 12是上述实施例中的电路接线图。

上述图中标号说明： 1.泵下盖， 2.压电陶瓷换能片， 3.0型密封圏 A , 4.0 型密封圏 B , 5.泵座， 6.泵上盖， 7.进气阀， 8.排气阀， 9.电容， 10.电阻， 11. 保险丝， 12.电源线， 13.螺釘， 14.电源插头， 15.A泵壳， 16.B泵壳， 17. 橡胶密封块， 18.排气连接件， 19.0型密封圏 C, 20.泵嘴， 21.金属基片， 22. 陶瓷片， 23.胶层 24.银层 25.泵腔， 26.进气腔， 27.排气腔。

【具体实施方式】

为了使本发明便于理解和更加清晰，下面通过附图和实施例对其作进一步说明。

实施例 1 , 参看图 1-图 3。本实施例的泵体有泵下盖 1、泵座 5和泵上盖 6, 在泵座 5和泵下盖 1装配后构成的空腔中装有压电陶瓷换能片 2;在泵座 5的进气口和排气口处分别装有进气阀 7和排气阀 8,其中进气阀 7与压电陶瓷换能片 2摆动幅度最大处中心相对应，进气阀 7进气入口处空腔就是泵上盖 6中的进气腔 26, 该进气腔 26与泵体装配间隙连通；压电陶瓷换能片 2和泵座 5之间装有 0型密封圏 A3 , 在泵座 5的背面（图 3泵座 5右侧）和泵上盖 6之间装有 0型密封圏 B4。泵上盖 1、泵座 5和泵下盖 6用螺釘 13紧固连接组成整体微型泵的泵体，同时压紧 0型密封圏 A3和 0型密封圏 B4, 这样压电陶瓷换能片 2、泵座 5、进气阀 7和排气阀 8共同形成一个密封不漏气的独立工作的泵腔 25 , 泵腔 25形状是一个不规则的对称的或者不对称的形状，该形状是一边大一边小的盘状或者圓盘状，其空腔靠近排气阀 8处较大，靠近进气阀 7处较小。泵腔 25的形状也可以是规则的对称的或者不对称的形状。

在泵座 5和泵上盖 6之间镶嵌装有彼此相串联的电容 9、电阻 10和保险丝 11 , 其相串联的电容 9一端连接电源线 12电源，保险丝 11一端连接压电陶瓷换能片 2, 接线方式参见图 12, 电容 9和电阻 10用于改变施加在压电陶瓷换能片 2上的交流电压，保险丝 11用于产品的安全保护，防止短路时电流过大引起失火等危险。

电源线 12卡接在泵座 5上，并由泵下盖 1和泵上盖 6压紧，其一个接线端焊接在压电陶瓷换能片 2中的金属基片 21上，另一个接线端穿过泵座 5上的出线孔与电容 9的一个端子焊接。接线方式参见图 12。

压电陶瓷换能片 2通电工作后，同时作径向拉伸运动的和轴向的伸缩运动，径向拉伸运动和轴向伸缩运动同时反复重复进行,从而改变泵腔 25体积的大小，当压电陶瓷换能片 2向外换起时，就是泵腔 25体积增大时，进气阀 7打开，排气阀 8关闭，外面的气体通过泵体连接缝隙进入泵腔 25内，不需要过滤网；当压电陶瓷换能片 2向内换起时，就是泵腔 25体积减小时，气体被压缩，泵腔 25 压力增大，进气阀 7关闭，排气阀 8打开，进入泵腔 25内的气体通过泵上盖 6 中排气腔 27泵嘴排出，进气和排气见箭头所示。通过这样反复有规律的高频率运动，从而实现输出一定压力和流量的气体。

参见图 10(a)和图 10(b) , 压电陶瓷换能片 2的结构由金属基片 21、陶瓷片 22、胶层 23和银层 24构成，由铜或者由不锈钢制作的金属基片 21用胶层 23 粘接带有银层 24的陶瓷片 22, 陶瓷片 22两个面均有银层 24。

参见图 11(a), 本实施例中的进气阀 7和排气阀 8的结构是不等臂长双悬臂梁阀片结构，但也可以采用图 11(b)和图 11(c)的结构；图 11(b)是等臂长双悬臂梁阀片结构，图 11(c)是伞形阀结构。上述图 11(a)和 11(b)中进气阀 7和排气阀 8 的阀片的两端分别热铆固定在泵座 5的柱子上，当采用图 11(c)的伞形阀时，可上下运动的伞形阀的连接结构需要改变泵座 5 的结构，使其伞形阀柄密封套接在泵座 5孔中。本实施例中阀的结构包括但不限于上述结构。

实施例 2, 参见图 4-图 6。本实施例中仅在接通市电部分改成插头结构，取代实施例 1中的电源线 12。电源插头 14模塑固定在泵座 5上。其中一个插片通过引线焊接到电容 9上，另一个插片通过引线焊接到压电陶瓷换能片 2的金属基片 21上。接线方式参考图 12, 除了只是用电源插头 14取代电源线 12 (仅仅这一个具体结构不同）以外，其它结构均同实施例 1中的泵。采用电源插头 14 结构的益处是可以节约原材料的使用，节省使用空间，使整个泵看起来更为筒单明了。工作原理同实施例 1。

实施例 3, 参见图 7-图 9。本实施例是单个压电陶瓷换能片 2双腔气泵 25 结构，包括泵下盖 1和泵座 5, 在泵座 5和泵下盖 1以及端部排气连接件 18装配后构成密封的空腔中，在泵座 5和泵下盖 1之间装有压电陶瓷换能片 2, 构成压电陶瓷换能片 2两边密封且独立的工作泵腔 25, 泵下盖 1和泵座 5上分别装有进气阀 7、 0型密封圏八3和0型密封圏 B4; 在泵下盖 1和泵座 5的上端面出气口处装有排气连接件 18, 其作用是将两个泵腔 25的气体汇集到一起；在排气连接件 18上安装有两个排气阀 8和 0型密封圏 C19。泵下盖 1和泵座 5用螺釘紧固连接，同时压紧 0型密封圏 A3和压电陶瓷换能片 2; 泵嘴 20用螺釘紧固连接到泵座 5上（由于不在图中截面上，故看不见），同时压紧排气连接件 18、 0型密封圏 C19和 0型密封圏 B4;上述结构安装好后用螺釘 13把泵座 5固定到 B泵壳 16上，最后把 A泵壳 15用螺釘 13安装固定到 B泵壳 16上。一个压电陶瓷换能片 2、两个进气阀 7、两个排气阀 8分别和泵下盖 1与泵座 5形成 2个对称的或者不对称的密封泵腔 25, 工作原理同实施例 1。

在泵下盖 1和 A泵壳 15之间装有电容 9、电阻 10和保险丝 11 , 其接线方式参见图 12。作用同实施例 1。

电源线 12卡接在 A泵壳 15上，并由 B泵壳 16与 A泵壳 15压紧连接固定一体化。接线方式参见图 12。压电陶瓷换能片 2的金属基片 21和银层 24上分别焊接两根引线，并从橡胶密封块 17的孔中穿出，一根引线与电源线 12其中一个端子焊接，另一根引线与电容 9的一个端子焊接。橡胶密封块 17压入泵下盖 1上的孔中，起密封固定作用。该泵实施例中的泵电路接线方式参考图 12。

需要说明的是：

1、本发明的目的还包括，利用压电驱动结构方式实现机电能量转换为微型真空泵，微型干式真空泵，微型气泵，微型抽气泵，微型打气泵，微型吸气泵，微型气体增压泵，微型气体采样泵，微型气体循环泵，微型充气泵，泵，微型气水混合两用泵送作业提供动力。

2、以上仅为本发明之较佳实施例，但其并不限制本发明的实施范围，即不偏离本发明的权利要求所作之等同变化与修饰，仍应属于本发明之保护范围。如采用两个压电陶瓷换能片 2组成的两个泵腔 25或者四个泵腔 25的型泵，或者还有其他等同结构组成 3个至多个泵腔 25的微型泵。

3、在实施例 3中，图 9中的泵嘴 20、排气连接件 18、 A泵壳 15和 B泵壳 16都是各自独立的零件装配，当然也可制作成：泵嘴 20和排气连接件 18为一体的独立件。

Claims

权利要求

1、压电陶瓷驱动式超微型气泵，由泵体内装配泵芯组成，其特征是：泵体是由泵下盖（1 )和泵座（5) 与泵壳组件固定连接组成，泵芯就是压电陶瓷换能片（2), 该压电陶瓷换能片（2)周边密封弹性固定在泵体内，泵体中还装配单向进气阀（ 7 )和单向排气阀（ 8 ); 进气阀（ 7 )进气入口处空腔就是进气腔（ 26 ), 该进气腔（26)与泵体装配间隙连通，排气阀（8)排气出口处空腔就是排气腔

(27), 该排气腔（27)连通泵嘴排气口；位于泵体中的进气阀（7) 与压电陶瓷换能片（2)振动幅度最大处中心相对应。

2、根据权利要求 1所述的压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：泵体是由泵下盖（1)和泵上盖（6)分别与泵座（5) 密封固定连接组成，作为泵芯的压电陶瓷换能片（2) 的周边在泵座（5)安装糟内的密封圏与泵下盖（1 )共同夹持下弹性固定，其之间形成一个密封的独立工作的泵腔（25), 泵座（5)上连接单向进气阀（7)和单向排气阀（8); 进气阀（7)进气入口处空腔就是泵上盖（6) 中的进气腔（26), 排气阀（8)排气出口处空腔就是泵上盖（6) 中的排气腔（27), 该排气腔（27)连通泵上盖（6)中的泵嘴排气口；电源线（12) 固定在泵体上；上述整体组成具有一个独立工作泵腔（25) 的压电陶瓷驱动式超微型气泵。

3、根据权利要求 1所述的压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：泵体是由泵下盖（1)和泵上盖（6)分别与泵座（5) 密封固定连接组成，作为泵芯的压电陶瓷换能片（2) 的周边在泵座（5)安装糟内的密封圏与泵下盖（1 )共同夹持下弹性固定，其之间形成一个密封的独立工作的泵腔（25), 泵座（5)上连接单向进气阀（7)和单向排气阀（8); 进气阀（7)进气入口处空腔就是泵上盖（6) 中的进气腔（26), 该进气腔（26)与泵体装配间隙连通，排气阀（8) 排气出口处空腔就是泵上盖（6) 中的排气腔（27), 该排气腔（27)连通泵上盖（6) 中的泵嘴排气口；市电部分的电源线（12) 改成电源插头（14), 电源插头（14) 固定在泵体上；上述整体组成具有可直接插电源的一个独立工作泵腔（ 25 ) 的压电陶瓷驱动式超微型气泵。

4、根据权利要求 1所述的压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：此处泵壳组件指排气连接件（ 18 )、 A泵壳（ 15 )和 B泵壳（ 16 ) 以及泵嘴（ 20 ); 在泵座（5)和泵下盖（1 ) 以及排气连接件（18)之间形成的密封空腔中，两侧泵座（5)和泵下盖（1 )之间弹性固定一个压电陶瓷换能片（2), 构成该压电陶瓷换能片（2)的两侧空腔均为两个独立工作的双气泵腔（25); 在泵下盖（1 ) 和泵座（5) 上分别安装有两个独立的单向进气阀（7), 该两个进气阀（7) 与压电陶瓷换能片（2)振动幅度最大处中心均相互对应；泵下盖（1 )和泵座（5) 上的出气口处连接排气连接件（18), 该排气连接件 ( 18)上安装有两个独立的单向排气阀 (8), 泵嘴（20) 密封连接在泵座（5)上，两个进气阀（7)进气入口处空腔就是泵座（5)和泵下盖（1 ) 中的进气腔（26), 该两个进气腔（26) 与泵体装配间隙连通，两个排气阀（8)排气出口处空腔就是排气连接件 18 上的排气腔（27), 该排气腔（27)连通泵嘴（20)排气口；电源线（12)卡接在 A泵壳（15)上，并由 B泵壳（16) 与 A泵壳（15)压紧连接固定一体化；上述整体组成具有一个压电陶瓷换能片（2)、两个独立工作的双气泵腔（25) 的压电陶瓷驱动式超微型气泵。

5、根据权利要求 4所述的压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：卡接在 A泵壳（ 15 )上电源线（ 12 )通过橡胶密封块（ 17 )固定穿过，橡胶密封块（ 17 ) 压入泵下盖（1 )上的孔中密封固定。

6、根据权利要求 1至 4所述的任意一项压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：进气阀（7) 和排气阀（8)作为阀门结构是不等臂长的双悬臂梁阀片结构，或者是等臂长的双悬臂梁阀片结构，或者采用伞形阀结构；其阀片材质为硅橡胶，阀体比重 0.95- 1.4 g/m³,厚度 0.30— 0.8毫米之间，肖氏硬度在 48-56 度之间。

7、根据权利要求 1至 4所述的任意一项压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：在泵体中固定相串联的电容（9)、电阻（10)和保险丝（11 ), 其电容（9) 一端连接电源线（12) 电源，保险丝（11 )一端连接压电陶瓷换能片 (2) 中银层（24), 电源线（12) 的或者电源插头（14) 的电源一端连接压电陶瓷换能片 (2) 中的金属基片（21 )上。

8、根据权利要求 1至 4所述的任意一项压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：压电陶瓷换能片（2)是由金属基片（21 )粘接带有正反两面银层（24) 的陶瓷片（22)构成，整体呈圓盘状或者近似圓盘状；其中的粘接层即胶层（23), 金属基片（21 ) 专指用铜或者用不锈钢制作的金属基片（21)。

9、根据权利要求 1至 4所述的任意一项压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：所述的泵腔（25)在静态下是一个规则的腔体或者是一个不规则的腔体；所说的规则的腔体形状是圓盘状；所说的不规则的腔体是一边大一边小的盘状，且都是在排气阀（8)处的腔体空间大于进气阀（7)处的腔体空间。

10、根据权利要求 1至 4所述的任意一项压电陶瓷驱动式超微型气泵，其特征是：其主要技术指标特点为：

①机电转换率高， KP>0.65;

②介电常数高 K25°C >6000；

③ D33高， d33>560±30;

④机械品质好，弯曲强度大，不易龟裂，脱胶；

⑤陶瓷表面居里温度 > 70°C；

⑥耐压高 > 180V;

⑦频率： >3.20KHz;

⑧电容：>90nF;

⑨电阻： > 61欧姆；

扫频范围： l ~6KHz;

频长： 10Hz ；

金属基片（21 )直径 Φ41ιηιη, 厚度为 0.20 ~ 0.40mm; 陶瓷片（22)直径 Φ35ιηηι, 厚度为 0.20 ~ 0.40mm;

气泵体积：长 62 ±10 mm χ宽 50 ± 5 mm χ 16 ± 2mm ；重量： 12~18g; 噪音：低于 30~40dB; 功耗： 1~1.5W。