專利名稱：一種無閥壓電泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種懸臂壓電振子無閥壓電泵，屬于流體機(jī)械領(lǐng)域。
技術(shù)背景泵的分類大致可以分為容積式泵與回轉(zhuǎn)式泵。目前，壓電泵大多屬于容 積式泵，根據(jù)泵閥的有無將壓電泵分為有閥壓電泵和無閥壓電泵，圖1為有閥 壓電泵。無閥壓電泵因省去了復(fù)雜的動作閥體，使得壓電泵結(jié)構(gòu)更加簡單，加工制 作容易，并且易于向壓電泵的小型化方向發(fā)展；無閥壓電泵自身又無化學(xué)及電磁 污染，故在醫(yī)療、衛(wèi)生、保健等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。無閥壓電泵的壓電振子支撐大多是采用金屬基板被周邊固定的模式，其中 典型的一種是錐形流管無閥壓電泵，圖2為錐形流管無閥壓電泵。但周邊固定的 支撐方式限制了壓電振子的變形能力；并且這種泵外露的兩錐形管增大了泵的整 體尺寸，不利于泵的進(jìn)一步微小化和集成化；同時，兩錐形流管的加工困難、安 裝定位不好，另外，錐形流管無閥壓電泵的流量也較小，這些缺陷都嚴(yán)重影響了 壓電泵在實際領(lǐng)域的應(yīng)用。而且，現(xiàn)有的無閥壓電泵也都是利用壓電陶瓷的逆壓 電效應(yīng)來實現(xiàn)驅(qū)動的動力源功能，錐形流管來實現(xiàn)無閥的單向流動功能。也就是 說現(xiàn)有的無閥壓電泵式屬于驅(qū)動與流向的單獨部件實現(xiàn)泵。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述無閥壓電泵的所述缺陷，提供一種能夠進(jìn)一步 減小體積及結(jié)構(gòu)尺寸、增大泵的流量，且具有較好流動特性的懸臂壓電振子式驅(qū) 動與流向共同部件實現(xiàn)泵，這種泵不屬于容積式分類泵也不屬于回轉(zhuǎn)式分類泵。實現(xiàn)上述目的無閥壓電泵有兩種結(jié)構(gòu)形式1. 一種無閥壓電泵，包括泵體、壓電振子，其特征在于，還包括圓環(huán)彈性 墊片，所述泵體由圓柱形上蓋和圓柱形下蓋相互連接構(gòu)成；所述壓電振子是帶有 支架的懸臂壓電振子，它粘貼在圓柱形下蓋內(nèi)圓臺階上，帶有支架的懸臂壓電振 子包括支架和雙側(cè)型壓電振子，雙側(cè)型壓電振子固定在支架上，構(gòu)成懸臂式支撐 結(jié)構(gòu)，雙側(cè)型壓電振子由壓電陶瓷片和金屬片所組成，兩片壓電陶瓷片分別粘貼 在金屬片兩側(cè)外表面；所述圓環(huán)彈性墊片置于圓柱形上蓋與圓柱形下蓋之間，通 過圓柱形上蓋螺栓孔、圓環(huán)彈性墊片螺栓孔和圓柱形下蓋螺栓孔，用螺栓將圓柱 形上蓋，圓環(huán)彈性墊片和圓柱形下蓋聯(lián)接在一起；所述的圓柱形上蓋中央開有泵 入口；所述的圓柱形下蓋中央開有泵出口。2. —種無閥壓電泵，包括泵體、壓電振子，其特征在于，還包括圓環(huán)彈性 墊片，所述泵體由圓柱形上蓋和圓柱形下蓋相互連接構(gòu)成；所述壓電振子是帶有圓環(huán)支架的壓電振子，它粘貼在圓柱形下蓋內(nèi)圓臺階上，帶有圓環(huán)支架的壓電振 子包括圓環(huán)支架和3 10個雙側(cè)型壓電振子，3 10個雙側(cè)型壓電振子利用立柱 等分均勻地安裝在圓環(huán)支架的圓周上，構(gòu)成三維懸臂式支撐結(jié)構(gòu)，每個雙側(cè)型壓 電振子由壓電陶瓷片和金屬片所組成，壓電陶瓷片粘貼在金屬片兩側(cè)外表面；所述圓環(huán)彈性墊片置于圓柱形上蓋與圓柱形下蓋之間，通過圓柱形上蓋螺栓孔、圓 環(huán)彈性墊片螺栓孔和圓柱形下蓋螺栓孔，用螺栓將圓柱形上蓋、圓環(huán)彈性墊片和圓柱形下蓋聯(lián)接在一起；所述的圓柱形上蓋中央開有泵入口；所述的圓柱形下蓋 中央開有泵出口。本發(fā)明中使用的壓電振子懸臂支撐結(jié)構(gòu)，拋棄了傳統(tǒng)的壓電振子周邊固支 結(jié)構(gòu)，不但可以使壓電振子實現(xiàn)較大限度的變形，還可以靈活地增加壓電振子的 數(shù)目、調(diào)整壓電振子的尺寸，以及充分利用有限的空間，在不同角度上配置壓電 振子，來實現(xiàn)對泵內(nèi)液體的流向和流量大小控制與調(diào)節(jié)；更為重要的是驅(qū)動與 流向控制是由共同部件實現(xiàn)，節(jié)省了大量的部件與空間，這種泵不屬于容積式分 類泵也不屬于回轉(zhuǎn)式分類泵。從而使該泵擁有更加廣闊的實際應(yīng)用前景。


圖l有閥壓電泵示意圖。圖2錐形流管無閥壓電泵示意圖。圖3壓電振子平面布置方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主視圖。圖4壓電平面布置方式的整體結(jié)構(gòu)A-A局部剖視圖。圖5帶有支架的懸臂壓電振子的俯視圖。圖6圓柱形上蓋主視圖。圖7圓柱形上蓋B-B剖視圖。圖8圓環(huán)彈性墊片主視圖。圖9圓環(huán)彈性墊片c-c剖視圖。圖10圓柱形下蓋主視圖。圖11圓柱形下蓋D-D剖視圖。圖12雙側(cè)型壓電振子示意圖。圖13懸臂壓電振子無閥壓電泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)主視圖。圖14懸臂壓電振子無閥壓電泵整體結(jié)構(gòu)A-A局部剖視圖。圖15帶有圓環(huán)支架的壓電振子三維視圖。圖16圓環(huán)支架主視圖。圖17圓環(huán)支架左視圖。圖中1、泵體，2、壓電振子，3、吸入闊，4、吐出閥，5、錐形流管，6、螺栓孔，7、帶有支架的懸臂壓電振子，8、圓柱形上蓋，9、圓環(huán)彈性墊片，10、圓柱形下蓋，11、泵出入口， 12、壓電陶瓷片，13、金屬片，14、帶有圓環(huán)支架的壓電振子。
具體實施方式
如圖5，本發(fā)明的壓電振子支撐采用懸臂方式，這種方式可使壓電振子前端 產(chǎn)生較大的撓曲變形，同時具有較低的諧振頻率。壓電振子是指壓電陶瓷片與之 粘接在一起的金屬片的組合體。針對壓電振子的具體形態(tài)，有兩種布置方式可供 采用 一種是平面布置(如圖4、 5所示)， 一種是空間布置(如圖14， 15所示)。 平面布置是將懸臂壓電振子豎直放置于泵腔內(nèi)?？臻g布置則是多個壓電振子分別 被固定于一個圓環(huán)支架的各個立柱上。圓環(huán)支架的結(jié)構(gòu)如圖16、 17所示，圓環(huán) 外緣伸出的三個平板用于固定支架的位置，圓環(huán)支架的各個立柱用于固定各個壓 電振子。采用圓環(huán)支架的這種結(jié)構(gòu)，不僅能夠增多壓電振子的數(shù)目，而且能夠充 分利用空間，使壓電振子在不同角度上作用于流體，從而提高了無閥泵的工作效 率。另外，通過改變圓環(huán)支架的位置，可以靈活控制壓電振子的工作區(qū)間。同時， 壓電振子的方位、數(shù)量、長短、寬窄都可以成為影響泵內(nèi)液體的流向和流量大小 的控制參數(shù)，從而能夠使該基于圓環(huán)支架的懸臂壓電振子無閥壓電泵擁有更加廣 泛的使用場合。本發(fā)明提出的懸臂壓電振子無閥壓電泵，其壓電振子平面布置方式的整體結(jié) 構(gòu)如圖3、 4所示，主要由圓柱形上蓋8，圓柱形下蓋IO,圓環(huán)彈性墊片9，帶 有支架的懸臂壓電振子7四個部分組成。其中圓柱形上、下蓋上開有圓孔11, 作為泵出入口，下蓋的內(nèi)圓臺階用于粘結(jié)懸臂壓電振子的支架，圓環(huán)彈性墊片9， 它放在圓柱形上、下蓋之間，起到防止泵滲漏的作用，圓柱形上蓋、圓環(huán)彈性墊 片和圓柱形下蓋三者通過周圍的螺栓孔6使用六個螺栓聯(lián)接在一起。其壓電振子 空間布置方式的整體結(jié)構(gòu)如圖13、 14所示，主要由圓柱形上蓋8，圓柱形下蓋 10，圓環(huán)彈性墊片9，帶有圓環(huán)形支架的壓電振子14四個部分組成。下蓋內(nèi)部 的內(nèi)圓臺階通孔用于粘結(jié)圓環(huán)形支架外緣伸出的三個平板，各個壓電振子分別固 定于圓環(huán)支架的各個立柱上，并且振動方向沿著圓環(huán)面的徑向。本發(fā)明提出的懸臂壓電振子無閥壓電泵的工作原理可以敘述為當(dāng)把壓電陶 瓷片12和金屬片13作為兩極，當(dāng)向壓電振子施加電壓時，若電壓方向與壓電陶 瓷的極化方向相同，壓電陶瓷就會收縮，反之，若電壓方向與壓電陶瓷的極化方 向相反，則壓電陶瓷就會延伸。壓電陶瓷的伸縮變形會使與之粘結(jié)在一起酶金屬 片也發(fā)生伸縮變形，但壓電陶瓷片與金屬片的伸縮能力不同，當(dāng)壓電振子齣一壩 被固定時,將會使壓電振子發(fā)生縱向的彎曲變形。所以當(dāng)外加電壓為交變信號時， 壓電振子便會沿縱向形成周期性的彎曲變形振動，將電能轉(zhuǎn)化為變形fLlft鼸，從 而驅(qū)動泵腔內(nèi)流體的流動。再如圖14，任一壓電振子在做縱向振魂時， 一方面，壓縮了振子沿振動方向上的上表面附近的液體，另一方面，又迅速帶動下表面附 近的液體隨之做圓周運(yùn)動，即在壓電振子上下表面附近的液體會被迫地隨著壓電 振子做圓周運(yùn)動。這些被迫做圓周運(yùn)動的液體在運(yùn)動中由于離心力的作用，就會 在圓周徑向上發(fā)生逃逸的現(xiàn)象,并且逃逸的速度沿圓周中心向外逐漸增大。同理, 當(dāng)壓電振子振動方向反向時，壓電振子上下表面附近的液體在隨壓電振子做圓周 運(yùn)動的同時，會沿圓周徑向上發(fā)生逃逸的現(xiàn)象。由此可見，無論壓電振子正向振 動或是反向振動，壓電振子上下表面附近的液體都會在圓周徑向上做離心運(yùn)動， 從宏觀上看，則表現(xiàn)為液體的單向流動。本發(fā)明的具體實施方式
參見圖3~17,主要包括圓柱形上蓋8，圓柱形下蓋 10，圓環(huán)彈性墊片9，帶有支架的懸臂壓電振子7，圓環(huán)形支架如圖16、 17所示 以及雙側(cè)型壓電振子如圖12所示六個部分。其中上、下蓋上分別開有通孔11 作為泵出入口，下蓋的內(nèi)圓臺階用于粘接懸臂振子支架以及圓環(huán)支架的外緣平 板，后者的各個壓電振子分別固定于圓環(huán)支架的各個立柱上，并且振動方向沿圓 環(huán)面的徑向。圓環(huán)彈性墊片9放在圓柱形上、下蓋之間，起到防止泵滲漏的作用， 圓柱形上蓋、圓環(huán)彈性墊片和圓柱形下蓋三者通過周圍的螺栓孔6使用六個螺栓 聯(lián)接在一起。本實施采用220V， 50Hz交流電壓，也可使用其它頻率的電壓；使用雙側(cè)型 壓電振子，把交流電加于壓電振子的兩極——壓電子陶瓷片12和金屬片13上面， 使壓電振子產(chǎn)生周期性的縱向彎曲變形，從而驅(qū)動壓電泵的工作。本實施中，圓柱形上蓋8、圓柱形下蓋10和懸臂振子7的支架以及圓環(huán)支 架采用有機(jī)玻璃加工制造。壓電振子采用市售件，長度為50皿，寬度為25mm以 及15ram,壓電陶瓷和金屬片厚均為0.1mm，金屬片13，材料為黃銅。圓環(huán)彈性墊 片9,選用彈性高分子材料，如采用橡膠或硅膠材料。
權(quán)利要求
1.一種無閥壓電泵，包括泵體、壓電振子，其特征在于，還包括圓環(huán)彈性墊片(9)，所述泵體由圓柱形上蓋(8)和圓柱形下蓋(10)相互連接構(gòu)成；所述壓電振子是帶有支架的懸臂壓電振子(7)，它粘貼在圓柱形下蓋(10)內(nèi)圓臺階上，帶有支架的懸臂壓電振子(7)包括支架和雙側(cè)型壓電振子，雙側(cè)型壓電振子固定在支架上，構(gòu)成懸臂式支撐結(jié)構(gòu)，雙側(cè)型壓電振子由壓電陶瓷片(12)和金屬片(13)所組成，兩片壓電陶瓷片(12)分別粘貼在金屬片(13)兩側(cè)外表面；所述圓環(huán)彈性墊片(9)置于圓柱形上蓋(8)與圓柱形下蓋(10)之間，通過圓柱形上蓋(8)螺栓孔、圓環(huán)彈性墊片(9)螺栓孔和圓柱形下蓋(10)螺栓孔，用螺栓將圓柱形上蓋(8)，圓環(huán)彈性墊片(9)和圓柱形下蓋(10)聯(lián)接在一起；所述的圓柱形上蓋(8)中央開有泵入口；所述的圓柱形下蓋(10)中央開有泵出口。
2. —種無閥壓電泵，包括泵體、壓電振子，其特征在于，還包括圓環(huán)彈性墊片(9), 所述泵體由圓柱形上蓋(8)和圓柱形下蓋(10)相互連接構(gòu)成；所述壓電振子 是帶有圓環(huán)支架的壓電振子(14),它粘貼在圓柱形下蓋(10)內(nèi)圓臺階上，帶 有圓環(huán)支架的壓電振子(14)包括圓環(huán)支架和3 10個雙側(cè)型壓電振子，3 10 個雙側(cè)型壓電振子利用立柱等分均勻地安裝在圓環(huán)支架的圓周上，構(gòu)成三維懸臂 式支撐結(jié)構(gòu)，每個雙側(cè)型壓電振子由壓電陶瓷(12)和金屬片(13)所組成，兩 片壓電陶瓷片(12)分別粘貼在金屬片(13)兩側(cè)外表面；所述圓環(huán)彈性墊片(9) 置于圓柱形上蓋(8)與圓柱形下蓋(10)之間，通過圓柱形上蓋(8)螺栓孔、 圓環(huán)彈性墊片(9)螺栓孔和圓柱形下蓋(10)螺栓孔，用螺栓將圓柱形上蓋(8)、 圓環(huán)彈性墊片(9)和圓柱形下蓋(10)聯(lián)接在一起；所述的圓柱形上蓋(8)中 央開有泵入口；所述的圓柱形下蓋(10)中央開有泵出口。
全文摘要
一種無閥壓電泵，屬于壓電泵。它由圓柱形上蓋、圓柱形下蓋、圓環(huán)彈性墊片、帶支架的壓電振子所組成。它采用的是壓電振子懸臂支撐方式，實現(xiàn)了驅(qū)動與流向控制由共同部件來完成的目的，從而節(jié)省了大量的部件與空間，有利于進(jìn)一步使泵微型化。針對壓電振子的具體形態(tài)，采取了兩種布置方式一種是平面布置，另一種是空間布置。
文檔編號H01L41/08GK101240790SQ200810019739
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者芳 葉, 夏齊霄, 張建輝 申請人:南京航空航天大學(xué)