專利名稱：多腔壓電薄膜驅(qū)動(dòng)泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微小流體傳輸與控制、微電子機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用的泵，具體涉及一種多腔壓電薄膜驅(qū)動(dòng)泵。
背景技術(shù)：
壓電薄膜泵是繼壓電超聲馬達(dá)之后又一種振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換裝置，它將壓電薄膜激發(fā)的振動(dòng)直接作用于流體形成壓力或流量輸出，具有完全不同于各類傳統(tǒng)泵的工作原理和特征結(jié)構(gòu)。作為壓電驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)重要分支，壓電薄膜泵以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、反應(yīng)快、無電磁干擾、易于操作等諸多優(yōu)點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用前景在制藥、醫(yī)療、微量試劑配比或壓力、流量精確控制領(lǐng)域都可應(yīng)用，其研制開發(fā)備受世界各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。
目前已經(jīng)出現(xiàn)了幾種不同結(jié)構(gòu)的壓電薄膜泵，根據(jù)閥的形式有單向截止閥(球閥、浮動(dòng)錐型閥)壓電薄膜泵、收縮管、擴(kuò)張管式無閥壓電薄膜泵、熱制動(dòng)閥壓電薄膜泵及異型管無閥壓電薄膜泵等等。由于閥的結(jié)構(gòu)不同，每一種形式的壓電薄泵都有其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作特性。目前壓電薄膜泵的研制尚處在理論研究和實(shí)驗(yàn)探索階段，阻礙其適用化進(jìn)程的主要因素是輸出能力(壓力、流量)較低(同傳統(tǒng)泵相比)、性能不夠穩(wěn)定，只能滿足對(duì)流量、壓力要求較低的場(chǎng)合，為獲得較高的壓力和流量，必須以提高工作電壓為代價(jià)，大大降低其工作的可靠性；另一方面是壓電泵的最佳工作頻率還較低，輸出脈動(dòng)大，不利于實(shí)現(xiàn)流量和壓力的精確控制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決目前壓電薄膜泵存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了多腔、多閥的多腔壓電薄膜驅(qū)動(dòng)泵，以提高其輸出流量或壓力、減小輸出脈動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)壓力和流量的精確控制。
本發(fā)明由設(shè)有流體進(jìn)、出口通道的泵體和泵體內(nèi)腔的壓電振子、進(jìn)出口閥組成，其特點(diǎn)是至少含有按如下方式構(gòu)成的二個(gè)串聯(lián)工作腔體或并聯(lián)工作腔體A型二個(gè)壓電振子分別將泵體內(nèi)腔隔成封閉的二個(gè)腔體，其中一個(gè)腔體的流體進(jìn)口通過進(jìn)口閥與進(jìn)口通道相連通，其另一個(gè)腔體的流體出口通過出口閥與出口通道相連通，與其一腔體相連通的通道通過閥與另一腔體相連通，該閥既為其一腔體的出口閥，亦為另一腔體的進(jìn)口閥；B型二個(gè)壓電振子分別將泵體內(nèi)腔隔成封閉的二個(gè)腔體，二腔體的流體進(jìn)口分別通過進(jìn)口閥與進(jìn)口通道相連通，流體出口分別通過出口閥與出口通道相連通。
所述的壓電振子是由壓電陶瓷薄膜和金屬薄膜粘接復(fù)合而成；所述的閥均由具有彈性的金屬或有機(jī)聚合物薄膜制成。
所述的泵體采用多層分體粘接組合而成。
本發(fā)明還可在一個(gè)泵體內(nèi)將上述A型串聯(lián)腔體、B型并聯(lián)腔體作為基本單元再進(jìn)行并、串聯(lián)組合而成。
本發(fā)明還可以按以下結(jié)構(gòu)方式制成又一種串聯(lián)式多腔壓電薄膜驅(qū)動(dòng)泵，在泵體內(nèi)腔上下平行設(shè)置三個(gè)壓電振子，居中的壓電振子與其上、下相鄰的壓電振子間構(gòu)成二個(gè)封閉的工作腔體，其上、下壓電振子與泵體上、下腔壁間分別構(gòu)成流體出、入通道，在三個(gè)壓電振子上均開有通流口并設(shè)置按同一流向啟閉的閥。
由于本發(fā)明具有多壓電振子、多工作腔的串、并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，因此，使其輸出流體壓力、流量大幅度提高，并大大減小了輸出脈動(dòng)。


圖1是本發(fā)明腔體串聯(lián)式結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明腔體并聯(lián)式結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明以圖1，圖2結(jié)構(gòu)作為基本單元再進(jìn)行并、串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明又一種串聯(lián)式結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
參照?qǐng)D1，壓電振子4、5分別將泵體3內(nèi)腔隔成封閉的腔體6、7，腔體6的流體進(jìn)口通過進(jìn)口閥9與進(jìn)口通道1相連通，腔體7的流體的出口通過出口閥11與出口通道2相連通，與腔體6相連通的通道8通過閥10與腔體7相連通，閥10既為腔體6的出口閥，亦為腔體7的進(jìn)口閥。此為前述的A型泵。
其工作原理是兩個(gè)壓電振子兩端分別施加相位差為180°的交流電壓信號(hào)，這樣能保證流體的壓力遞增。當(dāng)壓電振子4向上振動(dòng)時(shí)，腔體6的進(jìn)口閥9開啟、閥10關(guān)閉，有流體由進(jìn)口1流入到腔體6；同時(shí)壓電振子5也向上振動(dòng)，閥10關(guān)閉、出口閥11開啟，有流體由腔體7經(jīng)出口2流出。同理，當(dāng)兩壓電片均向下振動(dòng)時(shí)，流體經(jīng)通道8由腔體6流入腔體7。兩個(gè)壓電振子反復(fù)振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了流體在從入口到出口的單向流動(dòng)。
參照?qǐng)D2，壓電振子24、25分別將泵體23內(nèi)腔隔成封閉的腔體26、27，腔體26、27的流體進(jìn)口分別通過進(jìn)口閥28、29與進(jìn)口通道21相連通，腔體26、27的流體出口分別通過出口閥30、31與出口通道22相連通。此為前述的B型泵。
其工作原理是兩個(gè)壓電振子兩端也分別施加相位差為180°的交流電壓信號(hào)，這樣使得在整個(gè)工作周期中均有液體的流入與流出。當(dāng)壓電振子24向上振動(dòng)時(shí)，腔體26的進(jìn)口閥28開啟、出口閥30關(guān)閉，有流體由進(jìn)口通道21流入到腔體26；同時(shí)，壓電振子25也向上振動(dòng)，腔體27的進(jìn)口閥29關(guān)閉、出口閥31開啟，有流體由腔體27經(jīng)出口22流出。同理，當(dāng)兩壓電片均向下振動(dòng)時(shí)，有流體經(jīng)進(jìn)口通道21流入腔體27。腔體26中的流體經(jīng)出口22流出。兩個(gè)腔體交替增加和減小，實(shí)現(xiàn)了在整個(gè)循環(huán)周期中均有流體從入口到出口的連續(xù)流動(dòng)。
參照?qǐng)D3，是以圖1所示的串聯(lián)腔體和圖2所示的并聯(lián)腔體作為基本單元，再進(jìn)行并、串聯(lián)組合而成。該實(shí)施例是將兩組圖1式基本單元并聯(lián)后，再與一組圖2式基本單元串聯(lián)。
其工作原理是為提高其工作能力，壓電振子39、42、43兩端施加相同相位的交流電壓信號(hào)，而壓電振子40、41、44兩端施加相位與之相差180°的交流電壓信號(hào)，這樣各個(gè)驅(qū)動(dòng)單元取得最佳工作效果。其工作過程如下在某一狀態(tài)下，壓電振子39、40、43同時(shí)向上振動(dòng)，此時(shí)有流體從入口通道61流入腔體53，并有流體從腔體54流出并流入腔體57；同時(shí)，壓電振子41、42同時(shí)向下振動(dòng)，壓電振子44向上振動(dòng)，有流體從腔體55流入腔體56，并有流體從腔體58經(jīng)出口62流出。同理，在另一狀態(tài)下，壓電振子39、40、43向下振動(dòng)，有流體從腔體53流入腔體54，并有流體從腔體57經(jīng)出口流出；同時(shí)壓電振子41、42向上振動(dòng)，壓電振子44向下振動(dòng)，有流體從入口通道61流入腔體55，并有流體從腔體56流出并流入腔體58。因此在整個(gè)工作過程中，流體連續(xù)流動(dòng)并總有流體的流入和流出。
參照?qǐng)D4，是本發(fā)明又一種串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，在泵體81內(nèi)上下平行設(shè)置三個(gè)壓電振子78、79、80，壓電振子79與其上、下相鄰的壓電振子78、80間構(gòu)成二個(gè)封閉的工作腔體76、77，壓電振子78、80與泵體上、下腔壁間分別構(gòu)成流體出、入口通道72、71，壓電振子78、79、80上均開有通流口并設(shè)置按同一流向啟閉的閥75、74、73。
其工作原理是兩個(gè)相鄰壓電振子的驅(qū)動(dòng)電壓相位差為180°，這樣能保證它們的變形共同使相關(guān)腔體的容積增加或減小，以使兩個(gè)腔體間壓力的遞增。當(dāng)壓電振子80向下振動(dòng)，壓電振子79向上振動(dòng)，腔體77容積增加，閥73開啟、閥74關(guān)閉，流體從入口通道71進(jìn)入腔體77；同時(shí)，壓電振子78向下振動(dòng)，與壓電振子79共同使腔體76的容積減小，閥75開啟，流體從出口通道72流出。同理，壓電振子振動(dòng)使腔體77容積減小時(shí)，腔體76的容積增大，閥73和閥75關(guān)閉，閥74開啟，流體從腔體77進(jìn)入腔體76。兩個(gè)腔體容積反復(fù)地增加和減小，實(shí)現(xiàn)了流體在從入口到出口的單向流動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種多腔壓電薄膜驅(qū)動(dòng)泵，由設(shè)有流體進(jìn)、出口通道(1)、(2)的泵體(3)和設(shè)置在泵體內(nèi)腔的壓電振子，進(jìn)、出口閥組成，其特征在于至少含有按如下方式構(gòu)成的二個(gè)串聯(lián)工作腔體壓電振子(4)、(5)分別將泵體(3)內(nèi)腔隔成封閉的腔體(6)、(7)，腔體(6)的流體進(jìn)口通過進(jìn)口閥(9)與進(jìn)口通道(1)相連通，腔體(7)的流體出口通過出口閥(11)與出口通道(2)相連通，與腔體(6)相連通的通道(8)通過閥(10)與腔體(7)相連通，閥(10)既為腔體(6)的出口閥，亦為腔體(7)的進(jìn)口閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多腔壓電薄膜驅(qū)動(dòng)泵，其特征在于所述的壓電振子是由壓電陶瓷薄膜和金屬薄膜粘接復(fù)合而成；所述的閥均由具有彈性的金屬或有機(jī)聚合物薄膜制成；所述的泵體采用多層分體粘接組合而成。
3.一種多腔壓電薄膜驅(qū)動(dòng)泵，由設(shè)有流體進(jìn)、出口通道(21)、(22)的泵體(23)和設(shè)置在泵體內(nèi)腔的壓電振子，進(jìn)、出口閥組成，其特征在于至少含有按如下方式構(gòu)成的二個(gè)并聯(lián)工作腔體壓電振子(24)、(25)分別將泵體(23)內(nèi)腔隔成封閉的腔體(26)、(27)的流體進(jìn)口分別通過進(jìn)口閥(28)、(29)與進(jìn)口通道(21)相聯(lián)通，腔體(26)、(27)的流體出口分別通過出口閥(30)、(31)與出口通道(22)相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多腔壓電薄膜驅(qū)動(dòng)泵，其特征在于所述的壓電振子是由壓電陶瓷薄膜和金屬薄膜粘接復(fù)合而成；所述的閥均由具有彈性的金屬或有相聚合物薄膜制成；所述的泵體采用多層分體粘接組合而成。
5.一種多腔壓電薄膜驅(qū)動(dòng)泵，其特征在于一個(gè)泵體內(nèi)，以權(quán)利要求1所述的串聯(lián)腔體、權(quán)利要求3所述的并聯(lián)腔體作為基本單元再進(jìn)行并、串聯(lián)組合而成。
6.一種多腔壓電薄膜驅(qū)動(dòng)泵，由泵體(81)和設(shè)置在泵體內(nèi)腔的壓電振子、閥組成，其特征在于在泵體(81)內(nèi)腔上下平行設(shè)置三個(gè)壓電振子(78)、(79)、(80)，壓電振子(79)與其上下相鄰的壓電振子(78)、(80)間構(gòu)成二個(gè)封閉的工作腔體(76)、(77)，壓電振子(78)、(80)與泵體上、下腔壁間分別構(gòu)成流體出、入口通道(72)、(71)，壓電振子(78)、(79)、(80)上均開有溢流通口并設(shè)置按同一流向閉啟的閥(75)、(74)、(73)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多腔壓電薄膜驅(qū)動(dòng)泵，其特征在于所述的壓電振子是由壓電陶交瓷薄膜和金屬薄膜粘接復(fù)合而成；所述的閥均由具有彈性的金屬或有機(jī)聚合物薄膜制成；所述的泵體采用多層分體粘接組合而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多腔壓電薄膜驅(qū)動(dòng)泵，用于微小流體傳輸與控制。它由設(shè)有流體進(jìn)、出口通道的泵體和設(shè)置在泵體內(nèi)腔的壓電振子，進(jìn)出口閥組成，特點(diǎn)是至少含有壓電振子與泵體構(gòu)成的二個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的工作腔體，由于該泵輸出流體性能相當(dāng)于數(shù)個(gè)單腔壓電泵串聯(lián)或并聯(lián)工作，輸出流量和壓力明顯提高，并聯(lián)時(shí)，每一個(gè)工作周期內(nèi)總有流體輸出，輸出脈動(dòng)小。
文檔編號(hào)F04B45/047GK1399070SQ0213285
公開日2003年2月26日 申請(qǐng)日期2002年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月3日
發(fā)明者楊志剛, 闞君武, 程光明 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)