CN110206717B - 双向压电泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向压电泵，其包括泵体、电控***、调节机构、第一柔性扰流组件、第二柔性扰流组件和用于改变泵体的容积的压电振子，泵体设有泵腔和连通泵腔与外界的第一流道和第二流道，泵体的顶部设有沉孔，沉孔的底部与泵腔连通，压电振子连接于沉孔的底部，电控***的输出端与压电振子电连接，第一柔性扰流组件具有两个第一柔性扰流件，各第一柔性扰流件的第一端部均与第一流道的内壁固定连接，第二柔性扰流组件具有两个第二柔性扰流件，各第二柔性扰流件的第二端部均与第二流道的内壁固定连接，调节机构的输出端分别与各第一柔性扰流件和各第二柔性扰流件连接。本发明提供的双向压电泵结构简单，能实现双向泵送，而且还可调节泵送流量。

Description

双向压电泵

技术领域

本发明涉及流体机械技术领域，特别是一种双向压电泵。

背景技术

压电泵是种新型流体驱动器，它不需要附加驱动电机，而是利用压电陶瓷材料的逆压电效应，使得压电振子产生变形，令泵腔的容积产生变化，实现流体输出，或者利用压电振子的波动来传输液体。相比于其他传统的泵体，压电泵具有结构简单，体积小、耗能低和无电磁干扰等特点。

压电泵可分为有阀压电泵和无阀压电泵。其中，有阀压电泵的泵送流量更大，且输出压力大，但其结构非常复杂，而且阀片容易疲劳损坏。无阀压电泵利用流体在不同泵送方向上的流阻系数差异，在泵腔的容积发生变化时，让流体形成宏观上的单向流动。无阀压电泵的结构简单，利于微型化设计，但泵送流量小、流动脉动大，而且只能单向输送流体。

发明内容

本发明的目的是提供一种双向压电泵，其结构简单，能实现双向泵送，而且还可调节泵送流量。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种双向压电泵，包括泵体、电控***、调节机构、第一柔性扰流组件、第二柔性扰流组件和用于改变所述泵体的容积的压电振子。

所述泵体设有泵腔和连通所述泵腔与外界的第一流道和第二流道，所述泵体的顶部设有沉孔，所述沉孔的底部与所述泵腔连通，所述压电振子连接于所述沉孔的底部，所述电控***的输出端与所述压电振子电连接。

所述第一柔性扰流组件具有两个沿所述第一流道的中心线对称设置的第一柔性扰流件，所述第一柔性扰流件包括靠近所述泵腔的第一端部和远离所述泵腔的第二端部，各所述第一柔性扰流件的第一端部均与所述第一流道的内壁固定连接。

所述第二柔性扰流组件具有两个沿所述第二流道的中心线对称设置的第二柔性扰流件，所述第二柔性扰流件包括靠近所述泵腔的第一端部和远离所述泵腔的第二端部，各所述第二柔性扰流件的第二端部均与所述第二流道的内壁固定连接。

所述调节机构的输出端分别与各所述第一柔性扰流件和各所述第二柔性扰流件连接，以调节两个所述第一柔性扰流件的第二端部之间的距离和两个所述第二柔性扰流件的第一端部之间的距离。

作为优选方案，所述第一流道的两侧内壁上对称设有第一槽体，所述第一柔性扰流件的第一端部通过连接在所述第一槽体上，以实现与所述第一流道的内壁的连接。

所述第二流道的两侧内壁上对称设有第二槽体，所述第二柔性扰流件的第二端部通过连接在所述第二槽体中，以实现与所述第二流道的内壁的连接。

作为优选方案，所述第一柔性扰流件的材料和所述第二柔性扰流件的材料均为黄铜、不锈钢或塑料。

作为优选方案，所述调节机构包括第一控制装置、两个第一驱动装置、两个第二驱动装置、两个第一传动装置、两个第二传动装置、两个对称设置的第一凸轮装置和两个对称设置的第二凸轮装置。

所述第一控制装置的输出端分别与各所述第一驱动装置的输入端和各所述第二驱动装置的输入端电连接，所述第一驱动装置的输出端与所述第一传动装置的输入端连接，所述第二驱动装置的输出端与所述第二传动装置的输入端连接，所述第一传动装置的输出端穿过所述泵体与所述第一凸轮装置连接，所述第二传动装置的输出端穿过所述泵体与所述第二凸轮装置连接，所述第一凸轮装置分别与所述第一流道的内壁和所述第一柔性扰流件靠近所述第一流道内壁的一侧抵接，所述第二凸轮装置分别与所述第二流道的内壁和所述第二柔性扰流件靠近所述第二流道内壁的一侧抵接。

在工作状态下，所述第一控制装置控制各所述第一驱动装置驱动各所述第一传动装置转动，带动各所述第一凸轮装置转动，使得各所述第一柔性扰流件摆动，以改变两个所述第一柔性扰流件的第二端部之间的距离；所述第一控制装置控制各所述第二驱动装置驱动各所述第二传动装置转动，带动各所述第二凸轮装置转动，使得各所述第二柔性扰流件摆动，以改变两个所述第二柔性扰流件的第一端部之间的距离。

作为优选方案，所述第一流道的弹性模量和所述第二流道的弹性模量均为2MPa～7MPa。

作为优选方案，所述调节机构包括第二控制装置、两个第三驱动装置、两个第四驱动装置、两个第三传动装置、两个第四传动装置、两个对称分布在所述第一流道两侧的第三凸轮装置和两个对称分布在所述第二流道两侧的第四凸轮装置。

所述第二控制装置的输出端分别与各所述第三驱动装置的输入端和各所述第四驱动装置的输入端电连接，所述第三驱动装置的输出端与所述第三传动装置的输入端连接，所述第四驱动装置的输出端与所述第四传动装置的输入端连接，所述第三传动装置的输出端穿过所述泵体与所述第三凸轮装置连接，所述第四传动装置的输出端穿过所述泵体与所述第四凸轮装置连接，所述第三凸轮装置与所述第一流道的外壁抵接，所述第四凸轮装置与所述第二流道的外壁抵接。

在工作状态下，所述第二控制装置控制各所述第三驱动装置驱动各所述第三传动装置转动，带动各所述第三凸轮装置转动并挤压所述第一流道的侧壁，以改变两个所述第一柔性扰流件的第二端部之间的距离；所述第二控制装置控制各所述第四驱动装置驱动各所述第四传动装置转动，带动各所述第四凸轮装置转动并挤压所述第二流道的侧壁，以改变两个所述第二柔性扰流件的第一端部之间的距离。

作为优选方案，所述调节机构包括位于所述泵体外的第三控制装置、第五驱动装置、第六驱动装置、第五传动装置、第六传动装置、两个位于所述泵体两侧的第一磁铁、两个位于所述泵体两侧的第二磁铁以及位于所述泵体内的两个第三磁铁和两个第四磁铁。

所述第三控制装置的输出端分别与所述第五驱动装置的输入端和所述第六驱动装置的输入端电连接，所述第五驱动装置的输出端与所述第五传动装置的输入端连接，所述第六驱动装置的输出端与所述第六传动装置的输入端连接，所述第五传动装置的输出端分别与各所述第一磁铁连接，所述第六传动装置的输出端分别与各所述第二磁铁连接，所述第三磁铁固定连接在所述第一柔性扰流件靠近所述第一流道内壁的一侧，所述第四磁铁固定连接在所述第二柔性扰流件靠近所述第二流道内壁的一侧。

在工作状态下，所述第三控制装置同步控制所述第五驱动装置驱动所述第五传动装置转动，使得各所述第一磁铁靠近或远离各所述第三磁铁，从而改变两个所述第一柔性扰流件的第二端部之间的距离；所述第三控制装置控制所述第六驱动装置驱动所述第六传动装置转动，使得各所述第四磁铁靠近或远离各所述第四磁铁，从而改变两个所述第二柔性扰流件的第一端部之间的距离。

作为优选方案，两个所述第三磁铁相对的一面极性相同，两个所述第四磁铁相对的一面极性相同。

作为优选方案，所述第一柔性扰流件和所述第二柔性扰流件均包括基板层、压电陶瓷层、银箔层和绝缘包裹层，所述压电陶瓷层一侧连接在所述基板层上，所述压电陶瓷层的另一侧连接在所述银箔层上，所述基板层、所述压电陶瓷层和所述银箔层均被包裹在所述绝缘包裹层内。

作为优选方案，所述调节机构包括两个第一电控器和两个第二电控器，各所述第一电控器分别与各所述第一柔性扰流件电连接，各所述第二电控器分别与各所述第二柔性扰流件电连接。

综上，本发明所提供的一种双向压电泵，其结构简单，包括泵体、压电振子、电控***、两组相对设置的柔性扰流件和调节机构。根据现有的技术理论，流体的输送方向和施加给压电振子的电信号的频率和电压以及两个相对设置的柔性扰流件的自由端距离有关，泵送量与施加给压电振子的电信号的频率和电压有关。使用者能通过调节机构调节两个相对设置的柔性扰流件的自由端距离以及电控***的输出电压和频率，实现泵体的正反向输送。在正向输送流体的情况下，通过调节机构调整柔性扰流组件的自由端的间距变小，令泵体的正向输送流量加大。因此，调节频率、电压和柔性扰流组件自由端的间距，能让本发明提供的双向压电泵实现双向泵送，还可以满足正向输送流量最大的要求。

附图说明

图1是本发明提供的双向压电泵的俯视图；

图2是本发明提供的双向压电泵的内部结构示意图；

图3是沿图2中A-A线的剖视图；

图4是本发明实施例一提供的第一流道、第二流道、第一柔性扰流组件、第二柔性扰流组件和调节机构的连接示意图；

图5是图4中B处的放大图；

图6是本发明实施例一提供的第一驱动装置和第一传动装置的连接示意图；

图7是本发明实施例二提供的第一流道、第二流道、第一柔性扰流组件、第二柔性扰流组件和调节机构的连接示意图；

图8是本发明实施例三提供的第一流道、第二流道、第一柔性扰流组件、第二柔性扰流组件和调节机构的连接示意图；

图9是本发明实施例三提供的第五传动装置、泵体和第五驱动装置的连接示意图；

图10是本发明实施例四提供的第一柔性扰流件的结构示意图；

图11是本发明实施例四提供的第一流道、第二流道、第一柔性扰流组件、第二柔性扰流组件和调节机构的连接示意图。

附图标记：

1、压电振子，2、第一柔性扰流件，21、基板层，22、压电陶瓷层，23、银箔层，24、绝缘包裹层，3、第二柔性扰流件，4、泵体， 41、泵盖，42、泵座，5、泵腔，6、第一流道，7、第二流道，8、沉孔，9、调节机构，901、第一驱动装置，902、第一传动装置，9021、转轴，9022、齿轮组，903、第一凸轮装置，904、第二凸轮装置，905、第三传动装置，906、第四传动装置，907、第三凸轮装置，908、第四凸轮装置，909、第五传动装置，9091、第一转动件，9092、第二转动件，9093、第一移动件，9094、第二移动件，9095、导向杆，9096、连接件，910、第五驱动装置，911、第一磁铁，912、第二磁铁，913、第三磁铁，914、第四磁铁，915、第一电控器，916、第二电控器，10、第一槽体，11、第二槽体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1至图6所示，本发明提供一种双向压电泵，其包括泵体4、电控***、调节机构9、第一柔性扰流组件、第二柔性扰流组件和用于改变泵体4的容积的压电振子1，泵体4设有泵腔5和连通泵腔5 与外界的第一流道6和第二流道7，泵体4的顶部设有沉孔8，沉孔 8的底部与泵腔5连通，压电振子1连接于沉孔8的底部，电控***的输出端与压电振子1电连接，第一柔性扰流组件具有两个沿第一流道6的中心线对称设置的第一柔性扰流件2，第一柔性扰流件2包括靠近泵腔5的第一端部和远离泵腔5的第二端部，各第一柔性扰流件2的第一端部均与第一流道6的内壁固定连接，第二柔性扰流组件具有两个沿第二流道7的中心线对称设置的第二柔性扰流件3，第二柔性扰流件3包括靠近泵腔5的第一端部和远离泵腔5的第二端部，各第二柔性扰流件3的第二端部均与第二流道7的内壁固定连接，调节机构9的输出端分别与各第一柔性扰流件2和各第二柔性扰流件3连接，以调节两个第一柔性扰流件2的第二端部之间的距离和两个第二柔性扰流件3的第一端部之间的距离。

基于上述技术方案，将第一柔性扰流件2固定连接在第一流道6 上的一端记为第一柔性扰流件2的固定端，柔性扰流件的另一端为第一柔性扰流件2的自由端。同样的，第二柔性扰流件3连接在第二流道7上的一端记为固定端，则第二柔性扰流件3的另一端为自由端。将靠近第一柔性扰流组件的泵体4端口记为第一开口，将泵体4的另一端口记为第二开口。将流体从第二开口流入，从第一开口流出定义为正向输送，将流体从第一开口流入，从第二开口流出定义为反向输送。

在本实施例中，第一柔性扰流件2和第二柔性扰流件3的形状均为弧形片状，第一柔性扰流件2和第二柔性扰流件3均为柔顺结构，其具有很好的回弹性，可自由摆动。第一柔性扰流件2和第二柔性扰流件3的一端被固定在泵体4内，因此两个第一柔性扰流件2呈八字型沿第一流道6的轴线对称分布，两个第二柔性扰流件3呈八字型沿第二流道7的轴线对称分布。在本实施例中，第一流道6的形状和第二流道7的形状均为笔直的长条形，第一流道6和第二流道7沿泵腔 5的中心线对称设置，第一柔性扰流组件的朝向和第二柔性扰流组件的朝向一致。电控***可以为实验室用的电源盒或其他能提供交流电并可以调节电压和频率的电源装置。压电振子1紧贴在沉孔8底部，压电振子1包括金属片和粘在金属片上的压电陶瓷片，具体的，金属片为黄铜薄片。泵体4包括泵盖41和与泵盖41密封连接的泵座42，沉孔8位于泵盖41的中心处，泵腔5位于沉孔的正下方。

本发明提供的双向压电泵实现泵送功能的原理与现有的压电锥形流管无阀泵的工作原理相似，具体如下：电控***提供周期性变化的交流电，电控***与压电振子1电连接，当电控***在压电振子1 的两端施加电压时，压电振子1在逆压电效应的作用下在泵腔5内产生弯曲变形。当压电振子1向上凸起时，泵腔5的容积变大，腔内压力减小。由于第一柔性扰流组件和第二柔性扰流组件均呈八字型分布，在腔内压力的变化下，两个第一柔性扰流件2的自由端相互靠近，第一柔性扰流组件呈接近闭合或闭合状态，两个第二柔性扰流件3的自由端相互远离，第二柔性扰流组件呈扩张状态，流体被吸入泵腔5中。可以认为，本发明中的双向压电泵在往泵腔5中吸入流体时，从第二开口吸入的流量大于从第一开口中吸入的流量。相反的，当压电振子 1向下凹陷时，泵腔5的容积变小，腔内压力增大，两个第一柔性扰流件2的自由端相互远离，第一柔性扰流组件呈扩张状态，两个第二柔性扰流件3的自由端相互靠近，第二柔性扰流组件呈接近闭合或闭合状态，流体从泵腔5内排出。在排出流体时，第一开口的排出量会大于第二开口的排出量。也就是说，电控***向压电振子1施加交流激励信号，使泵腔5产生周期性容积变化，从宏观上泵体4能不断地将流体从第二流道7运输到第一流道6，即实现流体正向泵送的功能。

本发明提供的双向压电泵实现双向泵送功能的原理可参见《Chinese Journal ofMechanical Engineering》(《中国机械工程学报》) 在2017年的第30卷04期(766页至781页)刊登的《Advances in Valveless Piezoelectric Pump with Cone-shaped Tubes》(《锥管无阀压电泵的研究进展》)。该文献论述了流体的流向与锥形管的锥角大小相关。关于此结论，该文献中相关的叙述有但不限于：

1、“According to the fact that the cone angle dominates the flowdirection,it can be found that,the size of the cone angle of diffuser/nozzlemay determine the flow resistance coefficient along tube wall,and what’smore,the sign of the difference value of flow resistance coefficient betweenthe diffuser and the nozzles determines the macroscopic flow direction of avalveless piezoelectric pump with cone-shaped tubes.”(根据锥角控制流动方向的事实，可以发现，扩散器/喷嘴锥角的大小可以决定沿管壁的流动阻力系数，而且扩散器和喷嘴之间流动阻力系数差值的符号决定了锥形管无阀压电泵的宏观流动方向)；

2、“Comparison results confirm the conclusion of Ref.[37],i.e., whenthe cone angleis small,the flow direction is clockwise；On the other hand,theflow direction is coun

terclockwise,although no plane structure of valvelesspiezoelectric pumps with cone-shaped tubes had been proposed before the Ref.[37]was written.”(对比结果证实了参考文献 [37]的结论，即当锥角较小时，流动方向为顺时针方向；另一方面，流动方向为逆时针方向，尽管在参考文献[37]撰写之前没有提出带锥形管的无阀压电泵的平面结构)；

3、“The historical theory,provided by the literature,highlighted thatfor a valveless piezoelectric pump with cone-shaped tubes,cone angledetermines the flow resistance and the flow resistance determines the flowdirection.”(文献提供的历史理论强调，对于具有锥形管的无阀压电泵，锥角决定了流动阻力，流动阻力决定了流动方向)。

本发明中，第一柔性扰流组件和第二柔性扰流组件均呈八字型分布，可看成是锥形结构，相当于文献中的扩散器和喷嘴。一组柔性扰流件的自由端之间的夹角记为θ，当两个相对的柔性扰流件的自由端间距变大时，θ值越小，可记为柔性扰流组件的扩张，反之，可以记为柔性扰流组件的收缩。在电控***输出低频低压的电信号情况下，柔性扰流组件的变形受压电振子1的作用较小，但腔内容积还是有变化的，形成压差，流体流动不明显。改变扩散器和喷嘴的锥度能改变流阻系数的大小，改变流阻大小能使流体正向流动减弱甚至是反向流动，因此在低频低压下，改变两个相对的柔性扰流件的自由端距离能从宏观上可实现反向输送。在电控***输出高频高压的电信号情况下，腔内容积变化较快，此时，两柔性扰流组件相当于阀门的功能，柔性扰流组件受压电振子1的影响产生的变形比较明显，其扩张和收缩动作明显，流体正向流动。从雷诺数效应方面解释，在两组柔性扰流件的自由端的间距处于一定距离的情况下，也就是说，当θ值在一定范围内时，低频低压下，流体的正向脉动雷诺数低于反向脉动雷诺数，造成反向脉动较正向脉动产生净流速，从而产生反向净流量，在高频高压下容积泵呈现出相反的过程，产生正向净流量。因此，在高频高压下，压电泵可实现流体的正向输送，而在低频低压的条件下可实现流体的反向输送。结合现有的对无阀压电泵的研究，使用者可以通过调节电控***的输出频率和电压，调节两组柔性扰流组件的自由端的间距，令该双向压电泵实现正向输送和反向输送的功能。

本发明实施例提供的双向压电泵的相关尺寸设计如下：泵腔5的横截面形状为圆形，内径为12mm，高度为1.1mm。第一流道6和第二流道7的高度均为1.5mm，宽度均为2mm。第一柔性扰流件2和第二柔性扰流件3充分伸展后的长度为5mm，宽度为1.3mm，厚度为0.05mm。压电陶瓷片的最大直径为15mm。

在本发明实施例中，当两个第一柔性扰流件2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离均大于0.2mm，且θ大于等于8°时，在高频高压(即电压高于180Vpp，频率高于120Hz)的条件下泵体4实现流体的正向输送，在低频低压(电压低于120Vpp，频率低于80Hz)的条件下可实现流体反向输送。例如，在上述条件下，当任意一个柔性扰流组件的柔性扰流件的自由端距离大于或等于 0.5mm时，调节电控***，使之输出电压低于120Vpp，频率低于80Hz 的交流电，此时压电振子1处于低频低压的状态下，泵体4反向输送流体。当电压高于180Vpp，频率高于120Hz的交流电，此时压电振子1处于高频高压的状态下，泵体4正向输送流体。当任意一个柔性扰流组件的柔性扰流件的自由端距离等于0.2mm时，双向压电泵的泵送方向为正向。压电振子1的变形幅度与电压值呈线性正相关关系，与频率呈非线性负相关关系。在相同的电压下，双向压电泵的最大泵送量集中在电控***输出的频率为90Hz时。当频率为90Hz时，泵送量随电压的升高而升高，泵送量的上限取决于压电振子1的额定电压。当任一柔性扰流组件的自由端临界接触，锥角θ小于等于29°时，泵体4正向输送流体。当任一柔性扰流组件的柔性扰流件的自由端距离等于0mm时，在相同的电压下，泵体4正向输送流体。电控***输出的频率在80Hz时，泵送流量最大。同样的，此时，泵送流量的上限取决于压电振子1的额定电压，压电振子1的变形幅度与电压值呈线性正相关关系，与频率呈非线性负相关关系。综上，只有当两个第一柔性扰流件2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离均大于0.2mm，θ大于等于8°时，通过调节电控***的输出频率和电压，能令泵体4实现正反双向输送。在其他情况下，泵体4 只能实现正向输送功能。

根据《西安交通大学学报》2014年的第48卷第5期刊登的《无阀压电泵用平面锥管的非稳态特性研究》的理论可知，在正向输送流体的情况下，两个相对的柔性扰流件的自由端的间距越小，输送流量越大。因此可以通过调节调节机构9，控制柔性扰流组件的自由端距离减少，可令双向压电泵实现不同流量的正向输送。

在使用本发明实施例提供的双向压电泵时，使用者可以通过调节机构9调节第一柔性扰流组件的两个自由端的间距大于0.2mm，第二柔性扰流组件的两个自由端的间距大于0.2mm，通过调节电控***的输出电压和频率，实现泵体4的正反双向输送。通过调节第一柔性扰流组件的自由端的间距和第二柔性扰流组件的自由端的间距，改变电控***的输出电压和频率，可以使得双向压电泵的泵送量处于最大值。因此，本发明提供双向压电泵，能实现双向泵送，还能根据实际需要自由地调节泵送流量，使用方便，结构简单。

具体的，第一流道6的两侧内壁上对称设有第一槽体10，第一柔性扰流件2的第一端部通过连接在第一槽体10上，以实现与第一流道6的内壁的连接，第二流道7的两侧内壁上对称设有第二槽体 11，第二柔性扰流件3的第二端部通过连接在第二槽体11中，以实现与第二流道7的内壁的连接。在本实施例中，第一槽体10和第二槽体11的形状均为“7”字型，第一柔性扰流件2和第二柔性扰流件3均通过粘胶连接第一槽体10与第二槽体11内。在流道内壁上设置槽体，便于固定柔性扰流件的位置，避免流体流量过大，而冲走柔性扰流件。

特别的，第一柔性扰流件2和第二柔性扰流件3具有柔性的特点，具有较好的回弹性，第一柔性扰流件2的材料和第二柔性扰流件3的材料均为黄铜、不锈钢或塑料。优选地，第一柔性扰流件2的材料和第二柔性扰流件3的材料均为黄铜。

其中，调节机构9包括第一控制装置、两个第一驱动装置901、两个第二驱动装置、两个第一传动装置902、两个第二传动装置、两个对称设置的第一凸轮装置903和两个对称设置的第二凸轮装置904，第一控制装置的输出端分别与各第一驱动装置901的输入端和各第二驱动装置的输入端电连接，第一驱动装置901的输出端与第一传动装置902的输入端连接，第二驱动装置的输出端与第二传动装置的输入端连接，第一传动装置902的输出端穿过泵体4与第一凸轮装置 903连接，第二传动装置的输出端穿过泵体4与第二凸轮装置904连接，第一凸轮装置903分别与第一流道6的内壁和第一柔性扰流件2 靠近第一流道6内壁的一侧抵接，第二凸轮装置904分别与第二流道 7的内壁和第二柔性扰流件3靠近第二流道7内壁的一侧抵接，在工作状态下，第一控制装置控制各第一驱动装置901驱动各第一传动装置902转动，带动各第一凸轮装置903转动，使得各第一柔性扰流件 2摆动，以改变两个第一柔性扰流件2的第二端部之间的距离；第一控制装置控制各第二驱动装置驱动各第二传动装置转动，带动各第二凸轮装置904转动，使得各第二柔性扰流件3摆动，以改变两个第二柔性扰流件3的第一端部之间的距离。

第一凸轮装置903和第二凸轮装置904均位于柔性扰流件和流道形成的锐角区域内，通过凸轮装置与柔性扰流件的机械接触，来改变两个相对的柔性扰流件的自由端距离。在本实施例中，第一控制装置可以是PLC控制***，第一驱动装置901和第二驱动装置可以是驱动电机。第一流道6和第二流道7均由硬质材料制成。第一凸轮装置903和第二凸轮装置904均包括至少一个凸轮。凸轮位于柔性扰流件和流道内壁之间，转动时可挤压柔性扰流件，使之柔性扰流件在流道中摆动。第一传动装置902和第二传动装置均包括转轴9021和齿轮组9022，驱动电机的输出端与齿轮组9022的输入端连接，齿轮组9022 的输出端与转轴9021的输入端。泵体4上设有第一密封孔，转轴9021 的输出端通过第一密封孔穿过泵体4与凸轮连接。该调节机构9结构简单，操作方便。在使用时，使用者可通过第一控制装置同步控制两个第一驱动装置901运作，使得两个第一传动装置902同步运转，令两个第一凸轮装置903同步反向转动，使得两个第一柔性扰流件2发生摆动，两个第一柔性扰流件2的自由端相互靠近或远离。同样的，第一控制装置同步控制两个第二驱动装置运作，从而达到调节第二柔性扰流组件中两自由端的间距的效果。

在本实施例中，当需要双向压电泵反向输送流体时，可利用第一控制装置控制凸轮在流道内壁和柔性扰流件之间转动，将两个第一柔性扰流件2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离调整为0.5mm。当需要正向低流量输送流体时，将两个第一柔性扰流件2 的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离调整为0.2mm。当需要正向高流量输送流体时，将两个第一柔性扰流件2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离调整为0mm。在实际应用中，柔性扰流组件的自由端间距和电控***输出的电信号可以根据实际情况调节。

实施例二

参见图7，本实施例与实施例一的区别在于：第一流道6和第二流道7均具有一定的柔软性，具体的，第一流道6的弹性模量和第二流道7的弹性模量均为2MPa～7MPa。第一流道6和第二流道7的材料为聚二甲基硅氧烷或者硅胶。调节机构9可以通过挤压流道外壁使得柔性扰流件在流道内摆动，进而改变两个相对的柔性扰流件的自由端的间距。

优选地，调节机构9包括第二控制装置、两个第三驱动装置、两个第四驱动装置、两个第三传动装置905、两个第四传动装置906、两个对称分布在第一流道6两侧的第三凸轮装置907和两个对称分布在第二流道7两侧的第四凸轮装置908，第二控制装置的输出端分别与各第三驱动装置的输入端和各第四驱动装置的输入端电连接，第三驱动装置的输出端与第三传动装置905的输入端连接，第四驱动装置的输出端与第四传动装置906的输入端连接，第三传动装置905的输出端穿过泵体4与第三凸轮装置907连接，第四传动装置906的输出端穿过泵体4与第四凸轮装置908连接，第三凸轮装置907与第一流道6的外壁抵接，第四凸轮装置908与第二流道7的外壁抵接，在工作状态下，第二控制装置控制各第三驱动装置驱动各第三传动装置 905转动，带动各第三凸轮装置907转动并挤压第一流道6的侧壁，以改变两个第一柔性扰流件2的第二端部之间的距离；第二控制装置控制各第四驱动装置驱动各第四传动装置906转动，带动各第四凸轮装置908转动并挤压第二流道7的侧壁，以改变两个第二柔性扰流件 3的第一端部之间的距离。

凸轮装置位于流道的两侧，通过与柔性流道的机械接触，实现与柔性扰流件的间接接触，以改变两个相对的柔性扰流件的自由端距离。在本实施例中，第二控制装置可以是PLC控制***，第三驱动装置和第四驱动装置可以是驱动电机。第三凸轮装置907和第四凸轮装置 908均包括至少一个凸轮。凸轮位于柔性流道的两侧，转动时可挤压柔性流道，使得柔性扰流件在流道中摆动。第三传动装置905和第四传动装置906均包括转轴9021，转轴9021的输入端与驱动电机的输出端连接，泵体4上设有第二密封孔，转轴9021的输出端通过第二密封孔穿过泵体4与凸轮连接。该调节机构9结构简单，操作方便。在使用时，使用者可通过第二控制装置同步控制两个第三驱动装置运作，使得两个第三传动装置905同步运转，令两个第三凸轮装置907 同步反向转动并挤压第一流道6的两外壁，使得两个第一柔性扰流件 2发生摆动，两个第一柔性扰流件2的自由端相互靠近或远离。同样的，第三控制装置同步控制两个第四驱动装置运作，从而达到调节第二柔性扰流组件中两自由端的间距的效果。

在本实施例中，当需要双向压电泵反向输送流体时，可利用第二控制装置控制凸轮在流道外壁转动，将两个第一柔性扰流件2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离调整为0.5mm。当需要正向低流量输送流体时，将两个第一柔性扰流件2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离调整为0.2mm。当需要正向高流量输送流体时，将两个第一柔性扰流件2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离调整为0mm。在实际应用中，柔性扰流组件的自由端间距和电控***输出的电信号可以根据实际情况调节。

除上述区别外，本实施例的其它结构与实施例一中的一致，相应的效果及原理也一致，此处不再赘述。

实施例三

参见图8和图9，本实施例与实施例一和实施例二的区别在于：调节机构9包括位于泵体4外的第三控制装置、第五驱动装置910、第六驱动装置、第五传动装置909、第六传动装置、两个位于泵体4 两侧的第一磁铁911、两个位于泵体4两侧的第二磁铁912以及位于泵体4内的两个第三磁铁913和两个第四磁铁914，第三控制装置的输出端分别与第五驱动装置910的输入端和第六驱动装置的输入端电连接，第五驱动装置910的输出端与第五传动装置909的输入端连接，第六驱动装置的输出端与第六传动装置的输入端连接，第五传动装置909的输出端分别与各第一磁铁911连接，第六传动装置的输出端分别与各第二磁铁912连接，各第三磁铁913固定连接在各第一柔性扰流件2靠近第一流道6内壁的一侧，各第四磁铁914固定连接在各第二柔性扰流件3靠近第二流道7内壁的一侧，在工作状态下，第三控制装置同步控制第五驱动装置910驱动第五传动装置909转动，使得各第一磁铁911靠近或远离各第三磁铁913，从而改变两个第一柔性扰流件2的第二端部之间的距离；第三控制装置控制第六驱动装置驱动第六传动装置转动，使得各第四磁铁914靠近或远离各第四磁铁914，从而改变两个第二柔性扰流件3的第一端部之间的距离。

本实施例利用两个磁铁之间的距离变化，使得柔性扰流件的自由端摆动，达到调节两个柔性扰流件的自由端间距的目的。两个第一磁铁911和两个第二磁铁912分设于泵体4的两侧，分别与两个第一柔性扰流件2和两个第二柔性扰流件3的位置相对应。两个第三磁铁 913和两个第四磁铁914分别粘附在各第一柔性扰流件2靠近第一流道6内壁的一侧和各第二柔性扰流件3靠近第二流道7内壁的一侧。在需要调节各柔性扰流件的自由度间距时，第三控制装置同步控制第五驱动装置910和第六驱动装置，以保证第五传动装置909和第六传动装置同时运转，令两个相对的柔性扰流件始终沿流道的轴线对称分布。

值得一提的是，在本实施例中，第三磁铁913和第四磁铁914均呈片状，固定连接在柔性扰流件上。第三控制装置可以是PLC控制***，第五驱动装置910和第六驱动装置可以是驱动电机。第五传动装置909和第六传动装置有多种，只要达到传动的效果即可，在本实施例中，传动装置优选为螺旋运动副机构。具体地，第五传动装置 909可以包括第一转动件9091、第二转动件9092、第一移动件9093、第二移动件9094、导向杆9095和连接件9096，第五驱动装置910的输出端与第一转动件9091的输入端连接，第一转动件9091输出端和连接件9096的输入端连接，连接件9096的输出端与第二移动件9094 连接。第一移动件9093活动连接在第一转动件9091上，第二移动件 9094活动连接在第二转动件9092上。第一移动件9093和第二移动件9094的底部均滑动连接在导向杆9095上，第一移动件9093的顶部与其中第一磁铁911连接，第二移动件9094的顶部与另一第一磁铁911连接，导向杆9095位于转动件的正下方。工作时，第三控制装置控制第五驱动装置910驱动第一转动件9091转动，带动第一移动件9093在第一转动件9091上移动，同时带动连接件9096转动，令第二转动件9092转动，同时带动第二移动件9094移动。导向杆 9095具有限位作用，防止两个第一磁铁911随意移动。两个第一磁铁911连接在两个移动件的顶部，随移动件靠近或远离双向压电泵，通过改变第一磁铁911和第三磁铁913之间的距离，影响第一柔性扰流件2的摆动，进而改变两个第一柔性扰流件2的第二端部之间的距离。更具体的，第一转动件9091和第二转动件9092可以均为丝杆，两个移动件的中部设有与丝杆螺纹配合的螺孔，使得移动件可以在丝杆上来回移动。或者，第一转动件9091为右旋的螺杆，第二转动件 9092为左旋的螺杆，连接件9096为螺纹套筒，两端分别与左旋螺杆和右旋螺杆连接。第一移动件9093和第二移动件9094均包括与螺杆螺纹配合的齿轮和可转动地连接在齿轮内圈的固定体，固定体的底部与导向杆9095滑动连接，固定体的顶部与第一磁铁911固定连接。第三控制装置控制驱动电机驱动右旋螺杆转动，使得齿轮在右旋螺杆上转动，令固定体和磁铁产生位移。右旋螺杆带动套筒转动，使得左旋螺杆转动，从而令连接在左旋螺杆上的齿轮移动。螺杆、齿轮、固定体、第一流道6、第二流道7和泵体4的材料可以选用不带磁性的材料制成。同样的，第六传动装置与第五传动装置909的内部结构相同，此处不再赘述。

更佳地，两个第三磁铁913相对的一面极性相同，两个第四磁铁 914相对的一面极性相同，防止因两个磁铁的相对面极性相反，而导致两个柔性扰流件的自由端连接在一起。利用同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引的现象，可改变柔顺结构组自由端的间距，进而可以改变压电泵输送流体的方向和泵送量。在本实施例中，两个第三磁铁 913相对的一面为S极，第三磁铁913靠近流道内壁的一面为N极，第一磁铁911靠近泵体4的一面均为S极。当第一磁铁911的S极靠近泵体4时，第一磁铁911和第三磁铁913的距离拉近，两个第一柔性扰流件2的自由端间距变大。当第一磁铁911的S极远离泵体4时，第一磁铁911和第三磁铁913的距离变大，两个第一柔性扰流件2的自由端间距变小，直至两自由端临界接触。

调节磁铁之间的距离能改变泵送方向和调节泵送量。在本实施例中，当需要双向压电泵反向输送流体时，可通过调节磁铁之间的距离，将两个第一柔性扰流件2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离调整为0.5mm。当需要正向低流量输送流体时，将两个第一柔性扰流件2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离调整为0.2mm。当需要正向高流量输送流体时，将两个第一柔性扰流件 2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离调整为0mm。在实际应用中，柔性扰流组件的自由端间距和电控***输出的电信号可以根据实际情况调节。

除上述区别外，本实施例的其它结构与实施例一中的一致，相应的效果及原理也一致，此处不再赘述。

实施例四

参见图10和图11，本实施例与实施例一、实施例二和实施例三的区别在于第一柔性扰流件2和第二柔性扰流件3的材料不同，本实施例中的第一柔性扰流件2和第二柔性扰流件3均由功能性材料制成。第一柔性扰流件2和第二柔性扰流件3均包括基板层21、压电陶瓷层22、银箔层23和绝缘包裹层24，压电陶瓷层22一侧连接在基板层21上，压电陶瓷层22的另一侧连接在银箔层23上，基板层21、压电陶瓷层22和银箔层23均被包裹在绝缘包裹层内。

进一步的，调节机构9包括两个第一电控器915和两个第二电控器916，各第一电控器915分别与各第一柔性扰流件2电连接，各第二电控器916分别与各第二柔性扰流件3电连接。第一电控器915通过一导线连接银箔层23，其中导线与银箔层23焊接固定，另一导线焊接在基板层21上。第一电控器915和第二电控器916的作用和电控***类似，均为具有逆压电效应的材料提供电信号。第一柔性扰流件2受电信号的控制下，压电陶瓷层22发生形变，进而令两个第一柔性扰流件2的自由端距离产生变化。绝缘包裹层24包裹基板层21、压电陶瓷层22和银箔层23，保证泵体4在使用过程中，不会出现漏电现象。同理，第二电控器916和第二柔性扰流件3的连接和工作原理同第一电控器915和第一柔性扰流件2的连接和工作原理一样，此处不再赘述。

在本实施例中，当需要双向压电泵反向输送流体时，可利用电控器输出电信号，将两个第一柔性扰流件2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离调整为0.5mm。当需要正向低流量输送流体时，将两个第一柔性扰流件2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3 的自由端距离调整为0.2mm。当需要正向高流量输送流体时，将两个第一柔性扰流件2的自由端距离和两个第二柔性扰流件3的自由端距离调整为0mm。在实际应用中，柔性扰流组件的自由端间距和电控***输出的电信号可以根据实际情况调节。

除上述区别外，本实施例的其它结构与实施例一中的一致，相应的效果及原理也一致，此处不再赘述。

综上，本发明所提供的一种双向压电泵，其结构简单，包括泵体、压电振子、电控***、两组相对设置的柔性扰流件和调节机构。根据现有的技术理论，流体的输送方向和施加给压电振子的电信号的频率和电压以及两个相对设置的柔性扰流件的自由端距离有关，泵送量与施加给压电振子的电信号的频率和电压有关。使用者能通过调节机构调节两个相对设置的柔性扰流件的自由端距离以及电控***的输出电压和频率，实现泵体的正反向输送。在正向输送流体的情况下，通过调节机构调整柔性扰流组件的自由端的间距变小，令泵体的正向输送流量加大。因此，调节频率、电压和柔性扰流组件自由端的间距，能让本发明提供的双向压电泵实现双向泵送，还可以满足正向输送流量最大的要求。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”和“第六”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双向压电泵，其特征在于，包括泵体、电控***、调节机构、第一柔性扰流组件、第二柔性扰流组件和用于改变所述泵体的容积的压电振子，

所述泵体设有泵腔和连通所述泵腔与外界的第一流道和第二流道，所述泵体的顶部设有沉孔，所述沉孔的底部与所述泵腔连通，所述压电振子连接于所述沉孔的底部，所述电控***的输出端与所述压电振子电连接，

所述第一柔性扰流组件具有两个沿所述第一流道的中心线对称设置的第一柔性扰流件，所述第一柔性扰流件包括靠近所述泵腔的第一端部和远离所述泵腔的第二端部，各所述第一柔性扰流件的第一端部均与所述第一流道的内壁固定连接，

所述第二柔性扰流组件具有两个沿所述第二流道的中心线对称设置的第二柔性扰流件，所述第二柔性扰流件包括靠近所述泵腔的第一端部和远离所述泵腔的第二端部，各所述第二柔性扰流件的第二端部均与所述第二流道的内壁固定连接，

所述调节机构的输出端分别与各所述第一柔性扰流件和各所述第二柔性扰流件连接，以调节两个所述第一柔性扰流件的第二端部之间的距离和两个所述第二柔性扰流件的第一端部之间的距离。

2.根据权利要求1所述的双向压电泵，其特征在于，所述第一流道的两侧内壁上对称设有第一槽体，所述第一柔性扰流件的第一端部通过连接在所述第一槽体上，以实现与所述第一流道的内壁的连接，

所述第二流道的两侧内壁上对称设有第二槽体，所述第二柔性扰流件的第二端部通过连接在所述第二槽体中，以实现与所述第二流道的内壁的连接。

3.根据权利要求1所述的双向压电泵，其特征在于，所述第一柔性扰流件的材料和所述第二柔性扰流件的材料均为黄铜、不锈钢或塑料。

4.根据权利要求1-3任一项所述的双向压电泵，其特征在于，所述调节机构包括第一控制装置、两个第一驱动装置、两个第二驱动装置、两个第一传动装置、两个第二传动装置、两个对称设置的第一凸轮装置和两个对称设置的第二凸轮装置，

所述第一控制装置的输出端分别与各所述第一驱动装置的输入端和各所述第二驱动装置的输入端电连接，所述第一驱动装置的输出端与所述第一传动装置的输入端连接，所述第二驱动装置的输出端与所述第二传动装置的输入端连接，所述第一传动装置的输出端穿过所述泵体与所述第一凸轮装置连接，所述第二传动装置的输出端穿过所述泵体与所述第二凸轮装置连接，所述第一凸轮装置分别与所述第一流道的内壁和所述第一柔性扰流件靠近所述第一流道内壁的一侧抵接，所述第二凸轮装置分别与所述第二流道的内壁和所述第二柔性扰流件靠近所述第二流道内壁的一侧抵接，

在工作状态下，所述第一控制装置控制各所述第一驱动装置驱动各所述第一传动装置转动，带动各所述第一凸轮装置转动，使得各所述第一柔性扰流件摆动，以改变两个所述第一柔性扰流件的第二端部之间的距离；所述第一控制装置控制各所述第二驱动装置驱动各所述第二传动装置转动，带动各所述第二凸轮装置转动，使得各所述第二柔性扰流件摆动，以改变两个所述第二柔性扰流件的第一端部之间的距离。

5.根据权利要求1-3任一项所述的双向压电泵，其特征在于，所述第一流道的弹性模量和所述第二流道的弹性模量均为2MPa～7MPa。

6.根据权利要求5所述的双向压电泵，其特征在于，所述调节机构包括第二控制装置、两个第三驱动装置、两个第四驱动装置、两个第三传动装置、两个第四传动装置、两个对称分布在所述第一流道两侧的第三凸轮装置和两个对称分布在所述第二流道两侧的第四凸轮装置，

所述第二控制装置的输出端分别与各所述第三驱动装置的输入端和各所述第四驱动装置的输入端电连接，所述第三驱动装置的输出端与所述第三传动装置的输入端连接，所述第四驱动装置的输出端与所述第四传动装置的输入端连接，所述第三传动装置的输出端穿过所述泵体与所述第三凸轮装置连接，所述第四传动装置的输出端穿过所述泵体与所述第四凸轮装置连接，所述第三凸轮装置与所述第一流道的外壁抵接，所述第四凸轮装置与所述第二流道的外壁抵接，

在工作状态下，所述第二控制装置控制各所述第三驱动装置驱动各所述第三传动装置转动，带动各所述第三凸轮装置转动并挤压所述第一流道的侧壁，以改变两个所述第一柔性扰流件的第二端部之间的距离；所述第二控制装置控制各所述第四驱动装置驱动各所述第四传动装置转动，带动各所述第四凸轮装置转动并挤压所述第二流道的侧壁，以改变两个所述第二柔性扰流件的第一端部之间的距离。

7.根据权利要求1-3任一项所述的双向压电泵，其特征在于，所述调节机构包括位于所述泵体外的第三控制装置、第五驱动装置、第六驱动装置、第五传动装置、第六传动装置、两个位于所述泵体两侧的第一磁铁、两个位于所述泵体两侧的第二磁铁以及位于所述泵体内的两个第三磁铁和两个第四磁铁，

所述第三控制装置的输出端分别与所述第五驱动装置的输入端和所述第六驱动装置的输入端电连接，所述第五驱动装置的输出端与所述第五传动装置的输入端连接，所述第六驱动装置的输出端与所述第六传动装置的输入端连接，所述第五传动装置的输出端分别与各所述第一磁铁连接，所述第六传动装置的输出端分别与各所述第二磁铁连接，所述第三磁铁固定连接在所述第一柔性扰流件靠近所述第一流道内壁的一侧，所述第四磁铁固定连接在所述第二柔性扰流件靠近所述第二流道内壁的一侧，

在工作状态下，所述第三控制装置同步控制所述第五驱动装置驱动所述第五传动装置转动，使得各所述第一磁铁靠近或远离各所述第三磁铁，从而改变两个所述第一柔性扰流件的第二端部之间的距离；所述第三控制装置控制所述第六驱动装置驱动所述第六传动装置转动，使得各所述第四磁铁靠近或远离各所述第四磁铁，从而改变两个所述第二柔性扰流件的第一端部之间的距离。

8.根据权利要求7所述的双向压电泵，其特征在于，两个所述第三磁铁相对的一面极性相同，两个所述第四磁铁相对的一面极性相同。

9.根据权利要求1或2所述的双向压电泵，其特征在于，所述第一柔性扰流件和所述第二柔性扰流件均包括基板层、压电陶瓷层、银箔层和绝缘包裹层，所述压电陶瓷层一侧连接在所述基板层上，所述压电陶瓷层的另一侧连接在所述银箔层上，所述基板层、所述压电陶瓷层和所述银箔层均被包裹在所述绝缘包裹层内。

10.根据权利要求9所述的双向压电泵，其特征在于，所述调节机构包括两个第一电控器和两个第二电控器，各所述第一电控器分别与各所述第一柔性扰流件电连接，各所述第二电控器分别与各所述第二柔性扰流件电连接。

Images