壓電柔性隔膜泵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種壓電柔性隔膜泵，由壓電陶瓷、振動基板、儲液腔、驅(qū)動孔、驅(qū)動液、柔性隔膜、泵腔、入口單向閥、出口單向閥、入口和出口組成，其中壓電陶瓷和振動基板粘接構(gòu)成壓電振子，壓電振子設(shè)在儲液腔的上部或下部，儲液腔的上部或下部開設(shè)有與儲液腔相連的驅(qū)動孔，柔性隔膜設(shè)在驅(qū)動孔上并將驅(qū)動液與泵腔隔開，壓電振子、儲液腔和柔性隔膜共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液，入口單向閥和出口單向閥分別安裝在泵腔的入口與出口處。本發(fā)明利用液力間接驅(qū)動柔性隔膜的運(yùn)動，能夠充分利用壓電振子的整體變形，可實(shí)現(xiàn)很高的泵腔壓縮比，具有自吸性好、排氣泡能力強(qiáng)，輸出壓力高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】壓電柔性隔膜泵【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種壓電泵，特別涉及一種壓電柔性隔膜泵。
【背景技術(shù)】
[0002]微型隔膜泵是微流體控制系統(tǒng)中的動力部件。微型隔膜泵的種類很多，按驅(qū)動方式的不同可以分為壓電隔膜泵、熱力隔膜泵、靜電隔膜閥、電磁隔膜閥、形狀記憶合金隔膜閥等。壓電隔膜泵在眾多設(shè)計(jì)方案中都公開過，例如CNl378041A，CN1743670A, CN1743671A, CN 101328879A。利用形狀各異的壓電振子作為隔膜直接驅(qū)動流體工作，可以使壓電泵的結(jié)構(gòu)更加緊湊，易于實(shí)現(xiàn)微型化，但由于壓電陶瓷片變形微小，在工作過程中又僅利用了壓電陶瓷片 的局部變形，導(dǎo)致泵腔死體積較大，壓縮比難以提高，構(gòu)造的壓電隔膜泵自吸性差、容易被氣泡塞住，同時不容易實(shí)現(xiàn)高的輸出壓力。為了使壓電陶瓷片獲得更大的變形而提高泵腔壓縮比，往往需要加大驅(qū)動電壓，從而造成壓電泵的工作壽命降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種壓電柔性隔膜泵，目的是在保證壓電柔性隔膜泵體積微型化的前提下，通過提高泵腔壓縮比使壓電隔膜泵的自吸性、排氣泡能力及輸出壓力得到全面提升。
[0004]本發(fā)明所述的壓電柔性隔膜泵是由壓電陶瓷、振動基板、儲液腔、驅(qū)動孔、驅(qū)動液、柔性隔膜、泵腔、入口單向閥、出口單向閥、入口和出口組成，其中其中壓電陶瓷和振動基板粘接構(gòu)成壓電振子，壓電振子設(shè)在儲液腔的上部或下部，儲液腔的上部或下部開設(shè)有與儲液腔相連的驅(qū)動孔，柔性隔膜設(shè)在驅(qū)動孔上并將驅(qū)動液與泵腔隔開，振動基板、儲液腔和柔性隔膜共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液，入口單向閥和出口單向閥分別安裝在泵腔的入口與出口處。
[0005]壓電振子設(shè)有一個或數(shù)個，由壓電陶瓷片與振動基板粘接而成。
[0006]儲液腔設(shè)有一個或數(shù)個,設(shè)有數(shù)個儲液腔時，數(shù)個儲液腔疊加設(shè)置，各個儲液腔的內(nèi)腔相貫通。
[0007]柔性隔膜為平面、弧面或波紋狀結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為柔度較大的彈性材料。
[0008]本發(fā)明的工作原理:
請參閱圖1、圖2和圖3所示:
圖1為柔性隔膜靜止時的示意圖；
圖2為柔性隔膜向儲液腔內(nèi)收縮，流體進(jìn)入泵腔的示意圖；
圖3為柔性隔膜向泵腔內(nèi)擴(kuò)張，流體排出泵腔的示意圖；
儲液腔內(nèi)充滿驅(qū)動液，封裝時確保儲液腔內(nèi)有一定的初始壓力，使柔性隔膜在不工作時即處于張緊狀態(tài)。當(dāng)外加電壓與壓電陶瓷片的極化方向一致時壓電振子產(chǎn)生變形，儲液腔內(nèi)的驅(qū)動液被拉伸，迫使柔性隔膜向儲液腔內(nèi)收縮，此時壓電陶瓷片通過驅(qū)動液將全部變形的作用都反映在柔性隔膜上，若壓電振子與液體接觸的橫截面積與柔性隔膜的接液橫截面積之比為n，由于驅(qū)動液的不可壓縮性，則柔性隔膜此時的收縮幅度近似為壓電振子所產(chǎn)生的平均位移的η倍，大幅度收縮的柔性隔膜使泵腔壓力降低，泵腔相對外界形成負(fù)壓，此時出口單向閥在泵腔負(fù)壓的作用下關(guān)閉，入口單向閥開啟，流體從入口流入泵腔。當(dāng)外加電壓與壓電陶瓷片的極化方向相反時驅(qū)動液被壓縮，此時柔性隔膜向泵腔內(nèi)大幅度擴(kuò)張，使泵腔相對外界形成正壓，此時入口單向閥在泵腔正壓的作用下關(guān)閉，出口單向閥開啟，流體從出口流出泵腔。當(dāng)壓電陶瓷片在交變電壓作用下往復(fù)振動時，柔性隔膜即可交替動作，從而在泵腔內(nèi)形成連續(xù)出流。
[0009]本發(fā)明利用液力間接驅(qū)動柔性隔膜的運(yùn)動，能夠充分利用壓電振子的整體變形，使柔性隔膜的位移大幅度增加，此時若泵腔的容積不變，則壓縮比將提高，因此壓電柔性隔膜泵的自吸性能力和排氣泡能力會增強(qiáng)。而且，壓縮比提高后，即使單向閥的密封性不理想，所產(chǎn)生的泄漏對壓電柔性隔膜泵的輸出壓力影響也不大，因此壓電柔性隔膜泵更容易獲得大的輸出壓力。
【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為柔性隔膜靜止時的示意圖；
圖2為柔性隔膜向儲液腔內(nèi)收縮，流體進(jìn)入泵腔的示意圖；
圖3為柔性隔膜向泵腔內(nèi)擴(kuò)張，流體排出泵腔的示意圖；
圖4為實(shí)施例二示意圖。
圖5為波紋狀柔性隔膜示意圖。
1、壓電陶瓷2、振動基板3、儲液腔4、驅(qū)動液5、驅(qū)動孔6、柔性隔膜7、泵腔8、入口單向閥9、入口 10、出口單向閥11、出口
【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施例一、請參閱圖1、圖2和圖3所示:
本發(fā)明所述的壓電柔性隔膜泵是由壓電陶瓷1、振動基板2、儲液腔3、驅(qū)動液4、驅(qū)動孔
5、平面柔性隔膜6、泵腔7、入口單向閥8、入口 9、出口單向閥10和出口 11組成，其中壓電陶瓷I和振動基板2粘接構(gòu)成壓電振子，壓電振子設(shè)在儲液腔3的上部，儲液腔3的下部開設(shè)有與儲液腔3相連的驅(qū)動孔5，柔性隔膜6設(shè)在驅(qū)動孔4上并將驅(qū)動液4與泵腔7隔開，振動基本2、儲液腔3和柔性隔膜6共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液4，入口單閥8和出口單向10閥分別安裝在泵腔7的入口 9與出口 11處。
[0011]實(shí)施例二、請參閱圖4所示:
本發(fā)明所述的壓電柔性隔膜泵是由壓電陶瓷1、振動基板2、儲液腔3、驅(qū)動液4、驅(qū)動孔
5、平面柔性隔膜6、泵腔7、入口單向閥8、入口 9、出口單向閥10和出口 11組成，其中壓電陶瓷I和振動基板2粘接構(gòu)成壓電振子，儲液腔3設(shè)有兩個，上下疊加設(shè)置，兩個儲液腔3的內(nèi)腔相貫通，壓電振子設(shè)有兩個，其中一個設(shè)在上面儲液腔3的上部，另一個壓電振子設(shè)在下面儲液腔3的下部，上面儲液腔3的底部開設(shè)有與該儲液腔3內(nèi)腔相連通的驅(qū)動孔5，柔性隔膜6設(shè)在驅(qū)動孔5上并將驅(qū)動液4與泵腔7隔開，振動基板2、儲液腔2和柔性隔膜6共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液4，入口單向閥8和出口單向10閥分別安裝在泵腔7的入口 9與出口 11處。
[0012]在上述所有實(shí)施例中，柔性隔膜的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)是本發(fā)明得以實(shí)施的關(guān)鍵，如果柔性隔膜具有很好的彈性，則隔膜形狀保持時間長、隔膜內(nèi)部損耗小、傳動效率高；而柔性隔膜的柔度越大則本發(fā)明所述的壓電柔性隔膜泵的啟動電壓越低。為了降低隔膜柔度可將柔性隔膜制成不同的形狀。此外柔性隔膜的非平面結(jié)構(gòu)也可以降低泵腔的靜容積，進(jìn)一步增加壓縮比。實(shí)施例一中的柔性隔膜為平面型，實(shí)施例二中的柔性隔膜為弧面，此外柔性隔膜亦可制成圖5所示的截面形狀為波紋狀的結(jié)構(gòu)。在實(shí)施的過程中技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)工況要求，合理選擇柔性隔膜的材質(zhì)，備選材質(zhì)的范圍包括但不限于金屬或高分子聚合物薄膜。
[0013]應(yīng)當(dāng)清楚的是，盡管已經(jīng)特別參考這些優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅局限于此，在不偏離本發(fā)明的精髓的情況下，各種變型和改進(jìn)對于所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員而言是顯而易見的。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電隔膜泵，其特征在于:是由壓電陶瓷、振動基板、儲液腔、驅(qū)動孔、驅(qū)動液、柔性隔膜、泵腔、入口單向閥、出口單向閥、入口和出口組成，其中壓電陶瓷和振動基板粘接構(gòu)成壓電振子，壓電振子設(shè)在儲液腔的上部或下部，儲液腔的上部或下部開設(shè)有與儲液腔相連的驅(qū)動孔，柔性隔膜設(shè)在驅(qū)動孔上并將驅(qū)動液與泵腔隔開，振動基板、儲液腔和柔性隔膜共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液，入口單向閥和出口單向閥分別安裝在泵腔的入口與出口處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電隔膜泵，其特征在于:柔性隔膜與液體接觸的橫截面積小于壓電振子與液體接觸的橫截面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電隔膜泵，其特征在于:所述的儲液腔設(shè)有一個或數(shù)個，設(shè)有數(shù)個儲液腔時，各儲液腔的上部或下部均設(shè)有壓電振子，且各個儲液腔的內(nèi)腔相貫通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電隔膜泵，其特征在于:所述的柔性隔膜為平面、弧面或波紋狀結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為柔度較大的彈性材料。
【文檔編號】F04B43/06GK103573593SQ201310531523
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】劉勇, 楊志剛, 陳松, 沈燕虎, 王建濤 申請人:劉勇