CN102817817A

CN102817817A - 一种压电叠堆泵

Info

Publication number: CN102817817A
Application number: CN2012101630038A
Authority: CN
Inventors: 裘进浩; 黄成志; 季宏丽
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2012-12-12

Abstract

本发明公开了一种压电叠堆泵，包括设有流体入口和流体出口的泵基座、泵体、泵上盖和容纳于泵体内的压电叠堆，压电叠堆的一端与泵基座之间设有一振动活塞，压电叠堆另一端与泵上盖之间设有一预紧活塞；所述的振动活塞粘贴在振动薄膜上，所述的振动薄膜与泵基座间形成工作液腔。本发明的压电叠堆泵中所有部件都集中到泵体中，节省了空间，各个部件装配方便，易于加工，工作液腔严格封闭，有效防止泄漏，提高了输出功率。可广泛应用在汽车发动机燃料供给及机器人领域。

Description

一种压电叠堆泵

技术领域

本发明涉及一种压电泵，尤其涉及一种有阀式压电叠堆泵。

背景技术

压电泵的研究始于20世纪80年代，它是基于压电驱动原理设计制造的流体泵。压电泵不需要附加驱动电机，而是利用压电材料的逆压电效应，给压电叠堆施加交流电信号，使压电叠堆产生伸缩，再由伸缩变形产生泵腔容积的变化，配合进出口单向阀控制流体方向，从而实现流体输送。由于传统的压电泵多为压电双晶片形式，此类形式的压电泵的优点是结构简单，体积小，重量轻，耗能低，无电磁干扰且成本低，而被广泛应用到制药，医疗，微量试剂配比和化学分析等领域。但是，压电片式或压电双晶片式的压电泵输出压力小，承载能力弱，不能适应于现阶段对压电泵的更高要求。

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、输出性能好的有阀式压电叠堆泵。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的压电叠堆泵包括设有流体入口和流体出口的泵基座、泵体、泵上盖和容纳于泵体内的压电叠堆，所述的压电叠堆的一端与泵基座之间设有一振动活塞，压电叠堆另一端与泵上盖之间设有一预紧活塞；所述的振动活塞粘贴在振动薄膜上，所述的振动薄膜与泵基座间形成工作液腔。所述的泵基座、泵体和泵上盖形成一个封闭的空间，压电叠堆容纳于该空间内；所述的泵基座上加工有一个圆形凹腔，振动薄膜将该圆形凹腔密封形成工作液腔。

所述的振动薄膜设置于压电叠堆和泵基座之间，为了保证振动薄膜与所述圆形凹腔之间的密封性，通过一固定在另一圆形凹腔内的压环将振动薄膜压紧。

更进一步地，所述的泵上盖上设置有一对预紧活塞施加预紧力的预紧螺钉，由于预紧活塞同时又与压电叠堆接触，所以当预紧螺钉对预紧活塞施加预紧力时，也即对压电叠堆施加预紧力，通过预紧螺钉的微调可实现对压电叠堆预紧程度的微调。所述的泵上盖亦可加工具有一个圆形凹腔，预紧活塞位于该圆形凹腔内。一般地，本技术方案的压电叠堆泵中，泵体为具有圆柱形空腔的中空结构，并且预紧活塞的直径略小于泵体的内腔直径和泵上盖圆形凹腔的直径，以保证预紧活塞周向固定但可以上下移动。

泵体与泵基座和泵上盖之间都通过螺钉连接，相互之间的间隙用密封材料进行填充以保证压电泵整体的密封性。

为了有利于流体在压电泵内的流动，所述的流体入口设置有入口单向阀，所述的流体出口设置有出口单向阀。

本技术方案的压电叠堆泵中，振动薄膜与振动活塞粘贴在一起，在外加交流电信号的作用下，压电叠堆带动振动活塞，振动活塞再带动振动薄膜运动，振动薄膜的形变实现泵腔即工作液腔内部容积的变化，从而泵腔内外产生压力差，由进液口单向阀和出液口单向阀控制着液体的进出。当工作液腔容积减小时，工作液腔内压强大于外界压强，则出液口被动阀打开，流体流出；当工作液腔容积增大时，工作液腔内压强小于外界压强，则进液口被动阀打开，流体流入，如此循环以实现液体的连续的单向流动。

有益效果

本发明的压电叠堆中，所有的部件都能够集中到泵体中，节省了设计所需的空间，非常紧凑，且各个部件装配方便，易于加工，工作液腔严格封闭，有效防止泄漏，提高了输出功率，克服了双晶片式压电泵输出压力小，承载能力相对较弱的问题，输出压力可达5bar，最大输出流量可达350ml/min。综合本发明的输出压力大，体积小，承载能力大的优点，本发明的压电叠堆泵可广泛应用在汽车发动机燃料供给及机器人领域，尤其是航空航天领域，当其连接上液压缸之类的作动器，便能将压力流体输出转化为力输出，推动飞行器舵面运动。

说明书附图

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的泵基座结构示意图；

图3是本发明的一个实施例的泵上盖结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例的压电叠堆泵包括设有流体入口13和流体出口12的泵基座11、泵体6、泵上盖3和容纳于泵体6内的压电叠堆5，流体入口13设有入口单向阀13，流体出口12处设有出口单向阀12；泵体6具有圆柱形空腔，压电叠堆5容纳在该圆柱形空腔内，相应地，压电叠堆5也呈圆柱形。压电叠堆5的一端与泵基座11之间设有一振动活塞8，压电叠堆5另一端与泵上盖3之间设有一预紧活塞4；所述的振动活塞8粘贴在振动薄膜10上，所述的振动薄膜10与泵基座11间形成工作液腔14。

具体地，所述的振动薄膜10设置于振动活塞8与泵基座11之间，并且通过一压环9压紧固定。本实施例中，泵基座11上加工有两个圆形凹腔，其中一个圆形凹腔直径为35mm，高度为0.5mm，振动薄膜10覆盖该圆形凹腔的开口处从而将这个腔体密封形成工作液腔，即工作液腔14为由振动薄膜10和泵基座11上的圆形凹腔封密组成，并且与流体出入口相连通，工作液腔的高度即为圆形凹腔的高度。另一个圆形凹腔直径为43 mm，高度为5mm，压环9与这个圆形凹腔配合而将振动薄膜10压紧，所述工作液腔与这个圆形凹腔之间填充密封材料如生料带。如图1所示，泵体6下端与泵基座11通过四个M6X25内六角圆柱头螺钉7相连。

如图1、图3所示，所述的泵上盖3上设置有一个对预紧活塞4施加预紧力的M10X20内六角圆柱头螺钉，即预紧螺钉1，通过预紧螺钉1的微调可实现对压电叠堆5预紧程度的微调，从而得到不同的泵工作参数。相应地，如图2所示，泵上盖3设有供预紧螺钉1贯穿的开孔31，泵上盖3朝向泵体6的一侧为一圆形凹腔32，用于容纳预紧活塞4，预紧活塞4直径略小于泵体的直径，即预紧活塞4的整***置通过预紧螺钉1和压电叠堆5的配合而相对固定，但又可以因振动活塞8的作用而轴向运动。泵上盖3通过两个M6X30内六角圆柱头螺钉2与泵体连接。

本实施例中，压电叠堆5直径为10mm，长度为90mm，工作时电源可调电压为0-150V，频率范围40-200Hz交流电。以水为实验工作介质，泵的输出压力最大可达500Kpa。

本实施例中的泵体6、泵基座11和泵上盖3使用铝或有机玻璃加工而成，各部件之间的间隙均进行密封；振动薄膜10为厚度0.2mm、直径43mm铜片，亦可以采用其它类型的弹性材料制成。

本实施例的压电叠堆泵工作时，在外加交流电信号的作用下，压电叠堆5的叠堆带动振动活塞8，振动活塞8带动振动薄膜10上下运动使振动薄膜10产生形变，实现工作液腔内部容积的变化，从而泵体6内外产生压力差，由进液口单向阀和出液口单向阀控制着液体的进出。当工作液腔容积减小时，工作液腔内压强大于外界压强，则流体出口12的被动阀打开，流体流出；当工作液腔容积增大时，工作液腔内压强小于外界压强，则流体进口13的被动阀打开，流体流入，如此循环以实现液体的连续的单向流动。

Claims

1.一种压电叠堆泵，包括设有流体入口（13）和流体出口（12）的泵基座（11）、泵体（6）、泵上盖（3）和容纳于泵体（6）内的压电叠堆（5），其特征在于，压电叠堆（5）的一端与泵基座（11）之间设有一振动活塞（8），压电叠堆（5）另一端与泵上盖（3）之间设有一预紧活塞（4）；所述的振动活塞（8）粘贴在振动薄膜（10）上，所述的振动薄膜（10）与泵基座（11）间形成工作液腔（14）。

2.如权利要求1所述的压电叠堆泵，其特征在于，所述的振动薄膜（10）设置于振动活塞（8）与泵基座（11）之间，并且通过一压环（9）压紧固定。

3.如权利要求1所述的压电叠堆泵，其特征在于，所述的泵上盖（3）上设置有一对预紧活塞（4）施加预紧力的预紧螺钉（1）。

4.如权利要求1或2或3所述的压电叠堆泵，其特征在于，所述的泵体（6）为具有圆柱形空腔的泵体。

5.如权利要求4所述的压电叠堆泵，其特征在于，所述的预紧活塞（4）直径小于泵体（6）内腔直径。

6.如权利要求1所述的压电叠堆泵，其特征在于，所述的泵体（6）与泵基座（11）和泵上盖（3）之间通过螺钉连接。

7.如权利要求1所述的压电叠堆泵，其特征在于，所述的流体入口（13）设置有入口单向阀，所述的流体出口（12）设置有出口单向阀。