CN106246515A - 一种基于柔性压电驱动器的仿生泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于柔性压电驱动器的仿生泵，包括入口管、入口单向阀、泵体、泵体侧壁、柔性压电纤维复合材料、基板、出口单向阀和出口管。本发明采用弹性硅胶材料制成入口管，出口管和泵体，两片对称布置的柔性压电纤维复合材料粘在基板上共同组成柔性压电驱动器，基板与泵体紧密粘合，泵体两侧面在初始状态向内凹陷。入口管，入口孔，入口单向阀，出口孔，出口单向阀，出口管从下到上依次排列。本发明充分利用柔性压电纤维复合材料在交变电压的驱动下产生变形，带动与之紧密粘和的弹性泵体运动，通过单向阀的开合实现泵腔内流体的单向运动，具有机械结构简单，泵腔压缩比高，易于控制的特点。
Description
技术领域
本发明属于微机械电子工程领域，具体涉及一种基于柔性压电驱动器的仿生泵。
背景技术
微泵可以输送微量的气体和液体，或者气液混合物，被认为是微流体***中的重要部件因而,受到了人们的普遍关注。由于微泵能精确控制流量,它在微量化学分析与检测、微量药品注射、打印机喷墨阵列、集成电子元件的冷却、燃料微量注射等领域有着广泛的应用。压电纤维复合材料压电片作为一种新型压电材料，将其应用到微泵领域，是一种全面的创新和大胆的尝试。该类型的压电微泵具有结构简单、重量轻、耗能低、可控性强、无电磁干扰等优点，而且可以通过改变电压或频率来控制输出流量，因此，其具有相当广阔的应用前景。
发明内容
本发明提供一种基于柔性压电驱动器的仿生泵，目的在于利用柔性压电纤维复合材料轻薄且是柔性的特点，将其与弹性硅胶材料相结合，设计一种新型，结构简单，可精确控制流量的仿生泵。
上述目的主要通过以下技术方案来实现：一种基于柔性压电驱动器的仿生泵包括入口管，入口单向阀，弹性泵体，泵体侧壁，柔性压电纤维复合材料，基板，出口单向阀和出口管。其中入口管，出口管泵体，弹性泵体和泵体侧壁采用硅胶材料制成。由于柔性压电纤维复合材料加载交变电压后运动方式是沿着材料长度方向产生伸缩变形，而本装置需要左右平动，于是在柔性压电纤维复合材料底部增加基板使得整个驱动部分能够产生弯曲变形。柔性压电纤维复合材料与其下侧对应位置布置的基板紧密粘贴共同组成柔性压电驱动器。在交变电压作用，柔性压电驱动器产生往复弯曲变形，带动与之紧密粘和的弹性泵体表面往复运动，使得腔体体积交替变大和变小，利用单向阀的开合实现流体的单向运动。
弹性泵体上下两侧中心位置各有一小孔，基板的对应位置也有开孔，且基板上孔的直径略大于入口管和出口管的直径。采用硅橡胶粘合剂将入口单向阀粘接于泵腔腔体下侧开孔的内表面，即位于腔体内部，出口单向阀粘接于泵腔腔体上侧开孔的外表面，即位于泵体外部。入口管和出口管分别穿过基板上开孔粘贴于弹性泵体两端中心位置开孔的外表面。
在初始状态下，未粘贴柔性压电驱动器的弹性泵体对称的两个侧面向内自然凹陷。
附图说明
图1是本发明一种基于柔性压电驱动器的仿生泵静止时的示意图。
图2是本发明一种基于柔性压电驱动器的仿生泵的基板示意图。
图3是本发明一种基于柔性压电驱动器的仿生泵的剖面示意图。
图4是弹性硅胶泵体体积变大，流体吸入腔体的示意图。
图5是弹性硅胶泵体体积变大，流体吸入腔体的剖面示意图。
图6是弹性硅胶泵体体积变小，流体排出腔体的示意图。
图7是弹性硅胶泵体体积变小，流体排出腔体的剖面示意图。
具体实施方式
参照图1,本发明一种基于柔性压电驱动器的仿生泵，是由出口管1，出口单向阀2，弹性泵体3，泵体侧壁4，入口管5，入口单向阀6，柔性压电纤维复合材料701，基板702组成,其中:
两片对称布置的柔性压电纤维复合材料701粘在材料的基板702上组成柔性压电驱动器7，使在交变电压的作用下整个驱动部分能够产生弯曲变形，基板702内轮廓与弹性泵体3外表面紧密地粘在一起。
弹性泵体3上下两侧各有一个小孔，基板702的对应位置也开有孔，且基板702上孔的直径略大于出口管1和入口管5的直径，采用硅橡胶粘和剂将入口单向阀6粘贴于弹性泵体3下孔的上侧，即位于泵腔内部，出口单向阀2粘贴于弹性泵体3上孔上侧，即位于泵腔外部。出口管1通过基板702上开孔粘接于弹性泵体3上侧，入口管5通过基板702下开孔粘接于弹性泵体3下侧。
弹性泵体3，泵体侧壁4，入口单向阀6和出口单向阀2共同组成一个封闭的***，在没有加载交变电压的情况下，两片对称布置的柔性压电纤维复合材料701粘在初始状态下向外侧自然弯曲的基板702外表面，弹性泵体3其的泵体侧壁4向内自然凹陷。在交变电压的作用下，柔性压电纤维复合材料701做伸长，缩短的往复运动。当弹性泵体3两侧对称粘接的柔性压电纤维复合材料701同时伸长时，由于基板702的限制，使得两侧的柔性压电驱动器7同时由平衡位置向外弯曲变形，带动和基板702粘接的弹性泵体3两面同时向外运动，弹性泵体3的泵体侧壁4受基板702向外弯曲的力的作用，弹性泵体3和泵体侧壁4长轴长度缩小，短轴长度增大，泵体侧壁4由向内的自然凹陷变为平面，弹性泵体3的体积增大，位于弹性泵体3上侧外部的出口单向阀2关闭，同时位于弹性泵体3下侧内部的入口单向阀6打开，流体从外部经由入口管5和打开的入口单向阀6流入泵腔中。
当弹性泵体3两侧对称粘接的柔性压电纤维复合材料701由伸长状态到平衡状态时，由于基板702的限制，两侧对称粘接的柔性压电驱动器7弯曲弧度逐渐缩小直至恢复平衡状态，泵体侧壁4由受拉伸变成的平面状态恢复到自然凹陷，在此过程中，入口单向阀6关闭，出口单向阀2打开，弹性泵体3内的流体由泵腔内经出口单向阀2和出口管1流出，直至平衡状态，此时泵腔内外压力平衡，入口单向阀6和出口单向阀2均关闭。
当腔体两侧对称粘接的柔性压电纤维复合材料7同时缩短时，由于基板702的限制，使得两侧的柔性压电驱动器7同时产生由平衡位置向内的弯曲变形，带动和基板702粘贴的弹性泵体3两面同时向内运动，弹性泵体3的泵体侧壁4受基板702向内弯曲的力的作用，弹性泵体3和泵体侧壁4长轴长度增大，短轴长度缩小，泵体侧壁4由向内凹陷程度加剧，弹性泵体3的体积缩小，位于弹性泵体3下侧内部的入口单向阀6关闭，同时位于弹性泵体3上侧外部的出口单向阀2打开，泵腔内部的流体继续经过打开的出口单向阀2和出口管1流出。
当弹性泵体3两侧对称粘接的柔性压电纤维复合材料701由缩短状态恢复平衡状态时，由于基板702的限制，两侧对称粘接的压电驱动器7的弯曲弧度逐渐增加直至恢复平衡状态，泵体侧壁4向内凹陷程度变小，恢复到自然凹陷，在此过程中，由于压力的作用入口单向阀6打开，出口单向阀2关闭，流体由外部经入口管5和入口单向阀6流入泵腔，直至平衡状态，此时，入口单向阀6和出口单向阀2均关闭。如此往复运动实现流体的连续定向输送。
Claims (4)
1.一种基于柔性压电驱动器的仿生泵，包含出口管(1)，出口单向阀(2)，弹性泵体(3)，泵体侧壁(4)，入口管(5)，入口单向阀(6)，柔性压电纤维复合材料(701)，基板(702)；其特征在于：入口管(5)，出口管(1)，弹性泵体(3)和泵体侧壁(4)由硅胶材料制成；弹性泵体(3)上下两端中心位置各有一开孔，基板(702)的对应位置也分别有一开孔，基板(702)内表面与弹性泵体(3)外表面紧密地粘在一起；在初始状态时，弹性泵体(3)，泵体侧壁(4)，入口单向阀(6)和出口单向阀(2)构成一个封闭的***，其中，弹性泵体(3)的两个泵体侧壁(4)向内凹陷。
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性压电驱动器的仿生泵，其特征在于：入口管(5)和出口管(1)粘贴于弹性泵体(3)两端中心位置开孔的外表面；入口单向阀(6)粘贴于弹性泵体(3)入口孔的内表面，即位于弹性泵体(3)内部；出口单向阀粘贴于弹性泵体(3)出口孔的外表面，即位于弹性泵体(3)外部。
3.根据权利要求1所述的一种基于柔性压电驱动器的仿生泵，其特征在于：两片对称布置的柔性压电纤维复合材料(701)粘在基板(702)上共同组成柔性压电驱动器(7)，在交变电压的作用下，柔性压电纤维复合材料(701)沿其纤维方向产生往复伸缩变形，在基板(702)的配合下，柔性压电驱动器(7)正弯矩和负弯矩交替产生，基板(702)带动弹性泵体(3)侧壁一起运动，弹性泵体(3)和泵体侧壁(4)经历轴向长度伸长同时横截面尺寸减小的体积减小和轴向长度缩短同时横截面尺寸增大的体积增大的循环过程。
4.根据权利要求1所述的一种基于柔性压电驱动器的仿生泵，其特征在于：弹性泵体(3)的泵体侧壁(4)在初始状态下向内凹陷，目的在于，避免弹性泵体(3)体积增大时，柔性压电驱动器(7)轴向拉力过大，使弹性泵体(3)其余两侧壁发生撕裂，导致整个装置气密性发生变化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161221 |