CN1139725C - 一种手指式泵及其驱动方式 - Google Patents

Abstract

一种手指式泵及其驱动方式涉及流体机械学科，包括有滑动头1与缸体2构成的液压柱塞机构，并由固定体3同连接管4连接，连接管4的另一开口连接泵体6的出口，泵体6内用常规连接固定着压电陶瓷振子7，这样由1、2、3、4、6、7组成内封装入不可压缩性流体封闭腔体，n个上述机构并列放置在软管9上，9下垫10。当依次对这n个封闭腔体中的压电陶瓷振子7施加不同相位角的交变电压时，n个压电陶瓷振子7将沿轴向往复凸凹变形，就对腔内流体施以往复力，滑动头1发生往复活塞运动，9中的流体受到来自n个滑动头1的依次按动，便产生流动。该手指式泵结构简单。在医疗等领域应用时，可省略防磁***，同时这种泵使控制既直接又方便。

Description

一种手指式泵及其驱动方式

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及对流体机械学科中一种手指式泵及其驱动方式的改进。

背景技术

手指式泵比传统的转轮式泵，具有输出流体冲击小、无滑动摩擦等优点。目前国际上已有的手指式泵普遍采用电机11、曲轴12、滑块16构成传统形式的手指泵，见图4。其构成为：电机11带动等角分布曲轴12转动，轴13的转动在滑动定向16作用下通过连接柄及球绞的球头14，带动手指柄与球绞的球窝15的上下移动，就发生周期性往复运动，数个轴13、连接柄及球绞的球头14、手指柄与球绞的球窝15及滑动定向16所组成的这种机构连接在曲轴12的各个点划线处，构成手指泵。其工作原理为：电机带动等角分布曲轴12转动，使滑块16产生类似手指弹琴键式的依次下按动作，来按动软管中的流体，流体受到来自滑块的依次按动，便产生流动。

但是这种形式的手指式泵机构精度高、结构复杂、调控困难，并且产生磁力线。这对医疗、保健、卫生等领域血管给药、定时定量输液以及户外急救等方面已被广泛应用的手指式泵产生了极大的限制和不利影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构简单、调控容易、不产生磁力线的手指式压电陶瓷泵。

本发明的技术方案见图1-3所示。它包括有滑动头1与缸体2构成的液压柱塞机构，本发明的特征在于：由滑动头1与缸体2构成的液压柱塞机构，通过固定体3采用常规机械的方法、如：螺栓固定或焊接方法连接连接管4的一端，连接管4的另一端从泵体6的出口***连接泵体6，采用固定用平垫8将泵体6与压电陶瓷振子7连接，这样由滑动头1、缸体2、连接管4、泵体6及压电陶瓷振子7组成了内封装入不可压缩性流体封闭腔体，这种封闭腔体放置在软管9上，软管9下放置垫平硬物10；并采用了n个这样的封闭腔体并列放置在9上，其中10＞n＞2。

本发明中至少采用1套连接泵体6与压电陶瓷振子7的固定用平垫8；至少采用1套垫平硬物10放置在软管9下。

这种手指式中采用的压电陶瓷振子7是压电陶瓷片与金属振动放大片的粘贴复合体，7-1为压电陶瓷片，7-2为金属片，7-3为粘接剂。用压电陶瓷片7-1与金属振动放大片7-2粘贴后的复合体制成压电陶瓷振子7。

本发明中手指式泵驱动方式特征在于：①对n个由1、2、3、4、6、7组成的封闭腔体中的压电陶瓷振子7施加不同相位角的交变电压，其施加方法采用公式为：

V_n[V_n＝ ASin(ωt+φ_nN)]，φ_nN＝(2π/n)(N-1)，N＝1，2Λn，

φ_nN为相位角，n为封闭腔体的总数，N为具体第几个封闭腔体的顺序数，ω为角频率，t为时间，A为最大幅值；②当依次对这n个封闭腔体中的压电陶瓷振子7施加不同相位角的交变电压时，n个压电陶瓷振子7将沿轴向往复凸凹变形，压电陶瓷振子7就对腔内流体施以往复力，滑动头1发生往复活塞运动，9中的流体受到来自n个滑动头1的依次按动，便产生流动。构成的手指式压电陶瓷泵的工作原理图2所示如下：对第一个如图1所示机构施加交变电压V₁[V₁＝ASin(ωt+φ_1N)]，对第二个如图1所示机构施加交变电压V₂[V₂＝ASin(ωt+φ_2N)]……对第n个如图1所示机构施加交变电压V_n[V_n＝ASin(ωt+φ_nN)]，φ_nN＝(2π/n)(N-1)，N＝1，2Λn，在这里，φ_nN为相位角，n为图1所示机构的总数，N为具体第几个如图1所示机构的顺序数，ω为角频率，t为时间，A为最大幅值。

在这种驱动方式中对诸机构施加的交变电压，只是等间隔地改变了相位角，实际上对n个封闭腔体中的压电陶瓷振子7所施加力的间隔，可采用通用的改变相位角的方法，如加电感或电容的方法实施。

本发明巧妙地利用了压电陶瓷的逆压电效应，使原本结构复杂手指式泵变得简单。由于压电陶瓷的动力源不产生磁场，所以这种泵在医疗等领域应用时，可以省略防磁***，同时这种泵可以用改变电压的方式来调控流量与压力，使控制直接而且方便。

附图说明：

图1：本发明结构示意图，5、螺栓；

图2：本发明的工作原理图；

图3：压电陶瓷振子结构示意图；

图4：现有技术结构示意图。

具体实施方式

本发明制配参见图1-3。滑动头1、缸体2、固定体3、泵体6、固定用平垫8的材料为有色金属，如：铜等。连接管4、压电陶瓷片为标准产品。压电陶瓷振子7采用直径为50mm，厚度为0.1mm的圆铜片，经粘接而成，滑动头1、缸体2、固定体3、泵体6、固定用平垫8为机加品。腔体内封装流体为液压油。

具体连接为：由滑动头1与缸体2构成的液压柱塞机构，通过固定体3采用常规机械的方法连接连接管4的一端，连接管4的另一端从泵体6的出口***连接泵体6，采用1套固定用平垫8将泵体6与压电陶瓷振子7连接，这样由滑动头1、缸体2、连接管4、泵体6及压电陶瓷振子7组成了内封装入不可压缩性流体封闭腔体，这种封闭腔体放置在软管9上，软管9下放置1套垫平硬物10；并采用了n个这样的封闭腔体并列放置在9上，根据n需要其中可分别选择5、9或3。

实现相位角改变有众多的方法，这里只举施加电容为例。这样诸如图1所示机构的滑动头1将产生类似手指弹琴键式的依次下按动作，来按动软管中的流体，流体受到来自滑块的依次按动，便产生流动。

如果把滑动头1的面积设为S₁，移动量设为L₁，电陶瓷振子7的面积设为S₂，平均移动量设为L₂，那么， $L_1=\frac{S_2}{S_1}{L}_2,---S_2>S_1---\left(1\right)$

本发明利用了流体力学中的帕斯卡定理，使压电陶瓷振子7的微小振动所产生的位移量，在滑动头1得以放大。滑动头1的运动方程为：

x_n＝L_1nSin(ωt+φ_nN)    (2)

Claims (5)

1、一种手指式泵，包括有滑动头(1)与缸体(2)构成的液压柱塞机构，本发明的特征在于：由滑动头(1)与缸体(2)构成的液压柱塞机构，通过固定体(3)采用常规机械的方法连接连接管(4)的一端，连接管(4)的另一端从泵体(6)的出口***连接泵体(6)，采用固定用平垫(8)将泵体(6)与压电陶瓷振子(7)连接，这样由滑动头(1)、缸体(2)、连接管(4)、泵体(6)及压电陶瓷振子(7)组成了内封装入不可压缩性流体封闭腔体，这种封闭腔体放置在软管(9)上，软管(9)下放置垫平硬物(10)；并采用了n个这样的封闭腔体并列放置在软管(9)上，其中10＞n＞2。

2、根据权利要求1所述的一种手指式泵，其特征在于，至少采用1套连接泵体(6)与压电陶瓷振子(7)的固定用平垫(8)；至少采用1套垫平硬物(10)放置在软管(9)下。

3、根据权利要求1所述的一种手指式泵，其特征在于是采用压电陶瓷片(7-1)与金属振动放大片(7-2)粘贴后的复合体制成压电陶瓷振子(7)。

4、一种手指式泵驱动方式，其特征在于：①对n个由滑动头(1)、缸体(2)、固定体(3)、连接管(4)、泵体(6)、压电陶瓷振子(7)组成的封闭腔体中的压电陶瓷振子(7)施加不同相位角的交变电压，其施加方法采用公式为：

V_n[V_n＝ASin(ωt+φ_nN)]，φ_nN＝(2π/n)(N-1)，N＝1，2Λn，

φ_nN为相位角，n为封闭腔体的总数，N为具体第几个封闭腔体的顺序数，ω为角频率，t为时间，A为最大幅值；②当依次对这n个封闭腔体中的压电陶瓷振子(7)施加不同相位角的交变电压时，n个压电陶瓷振子(7)将沿轴向往复凸凹变形，压电陶瓷振子(7)就对腔内流体施以往复力，滑动头(1)发生往复活塞支动，软管(9)中的流体受到来自n个滑动头(1)的依次按动，便产生流动。

5、根据权利要求4所述的一种手指式泵驱动方式，其特征在于，对n个封闭腔体中的压电陶瓷振子(7)所施加力的间隔，是等间隔地改变了相位角，可采用通用的改变相位角的方法，如加电感或电容的方法实施。

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