專利名稱：基于多振子串聯驅動的柱塞式壓電泵的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于流體傳輸與控制領域應用的壓電泵，具體涉及ー種基于多振子串聯驅動的柱塞式壓電泵，用于燃料電池等需要大流量、高壓力、性能穩定和可靠性高的場
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背景技術：
作為壓電驅動器的ー個重要分支，壓電晶片泵以其結構簡單、體積小、反應快、無電磁干擾、易于操作、流量/壓カ可控性好等諸多優勢，在醫療、化學分析、航空航天、汽車發動機及燃料電池的燃料供給、微機電液系統等方面都有廣泛的應用前景，其研制開發備受世界各國學者的廣泛關注。為滿足不同領域的應用需求，人們提出了多種結構形式的壓 電晶片泵。盡管所提出的壓電晶片泵結構形式及性能差異較大，但都是利用薄片型壓電振子在電場作用下產生的彎曲變形實現流體驅動的。因壓電晶片的每個工作循環輸出的流體即為薄片型壓電振子變形所引起的泵腔的容積變化量，故可實現流量及壓カ的精確控制，尤其適用于藥品控釋(如中國專利200610016573. 9、200610030183. 7)、化學試劑配比(如中國專利200810050550. 9)，燃料電池燃料供給(如中國專利201120194934. 5)等方面。由于現有壓電晶片泵的單個泵腔都是由單一的壓電晶片驅動的，其輸出流量及壓カ較低，僅能用于低壓カ和微流量的場合；為獲得較高的壓カ和流量，通常以提高工作電壓為代價，其弊端是過高的電壓會使壓電晶片破碎或擊穿，從而降低可靠性，同時高電壓也會帶來安全隱患，不適于醫療及藥品控釋等領域；此外，現有壓電晶片泵直接利用薄片型壓電振子驅動流體，因其變形后的形狀為球冠，而泵腔為圓柱形，泵腔的實際壓縮比(泵腔容積變化量與泵腔原始容積之比)較小(最大為1/3)，從而降低了壓電泵的輸出流量、壓カ以及輸出穩定性，且當泵腔內殘存氣體較多或液體氣化嚴重時壓電泵無法工作。
發明內容本實用新型提供一種基于多振子串聯驅動的柱塞式壓電泵，用以提高壓電晶片泵的輸出流量、壓力、以及輸出性能的穩定性及可靠性。本實用新型采取的技術方案是驅動器殼體通過螺釘固定在底板上，泵腔殼體通過螺釘固定在所述的驅動器殼體上；所述泵腔殼體上設有進ロ閥和出ロ閥，所述泵腔殼體的內部安裝有活塞，所述泵腔殼體、進ロ閥、出口閥及活塞共同圍成泵腔，泵腔的高度為H ;銷釘通過螺母緊固在活塞上，銷釘通過驅動器殼體上端的通孔進入驅動器殼體內；2-50個壓電驅動器通過空心鉚釘串聯、井置于驅動器殼體內，所述壓電驅動器由ー對缽型壓電振子通過鉚釘鉚接而成，缽型壓電振子由缽型殼與環形壓電晶片粘接而成；串聯后的上端的第一個壓電振子與銷釘鉚接，下端最后ー個壓電振子與底座鉚接，所述底座通過螺釘固定在底板上；所述同一個壓電驅動器上的兩個壓電晶片通過導線ー連接，不同壓電驅動器上的壓電晶片通過導線ニ連接；所述下端最后ー個壓電振子上的缽型殼及壓電晶片再經導線組與驅動電源連接。[0006]在本實用新型中，驅動電源輸出的是交流電在電壓的正半周，壓電換能器伸長，泵腔的容積減小；在電壓的負半周，壓電換能器縮短，泵腔的容積増加，ー個周期內泵腔的容積變化量及単位時間內壓電泵的輸出流量分別為
ΔΓ = .機^5和2 = 減2 5/，其中n、J分別為壓電振子數量及單個壓電振子的變形量，R
為泵腔C的半徑,/為工作頻率，因此壓電泵的輸出流量與壓電振子數量η成正比。在本實用新型中壓電泵非工作狀態時，泵腔高度為丑=^5 ,所對應的泵腔壓縮比(泵腔容積變化量與泵腔原始容積之比)高達1，因此可有效地提高壓電泵的輸出壓力、抗氣泡干擾能力及輸出的穩定性；特別地，本實用新型的壓電泵可用于氣體輸送。由于壓電振子的變形量與驅動電壓成正比，故本實用新型的壓電泵可通過增加壓 電振子數量的方法降低驅動電壓，從而避免因驅動電壓過高而使壓電晶片擊穿或破裂；此夕卜，采用低電壓驅動還提高了使用中的安全性，可用于便攜式藥品輸送及醫療等領域。本實用新型的特點及優勢在于①采用多壓電振子串聯驅動，在較低驅動電壓下即可獲得較大的流量和壓力，壓電振子不致因驅動電壓過高而擊穿或破裂"采用活塞驅動流體，泵腔容積的壓縮比可達1，可用于液體及氣體輸送，且工作性能穩定。

圖I是本實用新型一個較佳實施例中壓電泵的結構剖面示意圖；圖2是本實用新型一個較佳實施例中壓電振子的結構剖面示意圖；圖3是圖2的俯視圖；圖4本實用新型一個較佳實施例中壓電驅動器的安裝過程示意圖。
具體實施方式
如圖I、圖2、圖3所示，驅動器殼體2通過螺釘固定在底板I上，泵腔殼體5通過螺釘固定在所述的驅動器殼體2上；所述泵腔殼體5上設有進ロ閥6和出口閥7，所述泵腔殼體5的內部安裝有活塞8，所述泵腔殼體5、進ロ閥6、出口閥7及活塞8共同圍成泵腔C，泵腔C的高度為H ;銷釘10通過螺母9緊固在所述活塞8上，銷釘10通過驅動器殼體2上端的通孔2-1進入驅動器殼體2內；2-50個壓電驅動器3通過空心鉚釘11串聯、井置于驅動器殼體2內，所述壓電驅動器3由ー對缽型壓電振子3-2通過鉚釘3-1鉚接而成，缽型壓電振子3-2由缽型殼3-2-2與環形壓電晶片3-2-1粘接而成；所述上端的第一個壓電振子3-2與銷釘10鉚接，下端最后ー個壓電振子3-2與底座15鉚接，所述底座15通過螺釘固定在底板I上；所述同一個壓電驅動器3-2上的兩個壓電晶片3-2-1通過導線一 4連接，不同壓電驅動器3-2上的壓電晶片3-2-1通過導線ニ 12連接；所述下端最后ー個壓電振子3-2上的缽型殼3-2-2及壓電晶片3-2-1再經導線組13與驅動電源14連接。如圖4所示，本實用新型中各壓電驅動器3的安裝過程是這樣的首先將壓電振子3-2與銷釘10、或空心鉚釘11或底座15分別鉚接；然后，再通過鉚釘3-1將已于鉚釘10、或空心鉚釘11或底座15分別鉚接的兩個相鄰的壓電振子3-2鉚接。在本實用新型中，驅動電源輸出的是交流電在電壓的正半周，壓電換能器3-2伸長，泵腔C的容積減小；在電壓的負半周，壓電換能器3-2縮短，泵腔C的容積增加，ー個周期內泵腔C的容積變化量及単位時間內壓電泵的輸出流量分別為= 和Q = nnP 5j·,其中η、う分別為壓電振子3-2的數量及單個壓電振子的變形量，R為泵腔C的半徑，プ為工作頻率，因此壓電泵的輸出流量與壓電振子數量η成正比。在本實用新型中壓電泵非工作狀態時，泵腔高度為Η = ηδ,所對應的泵腔壓縮比(泵腔容積變化量與泵腔原始容積之比)高達1，因此可有效地提高壓電泵的輸出壓力、抗氣泡干擾能力及輸出的穩定性；特別地，本實用新型的壓電泵可用于氣體輸送。由于壓電振子的變形量與驅動電壓成
正比，故本實用新型的壓電泵可通過增加壓電振子數量的方法降低驅動電壓，從而避免因驅動電壓過高而使壓電晶片擊穿或破裂；此外，采用低電壓驅動還提高了使用中的安全性，可用于便攜式藥品輸送及醫療等領域。
權利要求1.一種基于多振子串聯驅動的柱塞式壓電泵，其特征在于驅動器殼體通過螺釘固定在底板上，泵腔殼體通過螺釘固定在所述的驅動器殼體上；所述泵腔殼體上設有進ロ閥和出口閥，所述泵腔殼體的內部安裝有活塞，所述泵腔殼體、進ロ閥、出口閥及活塞共同圍成泵腔，泵腔的高度為H ;銷釘通過螺母緊固在活塞上，銷釘通過驅動器殼體上端的通孔進入驅動器殼體內；2-50個壓電驅動器通過空心鉚釘串聯、井置于驅動器殼體內，所述壓電驅動器由ー對缽型壓電振子通過鉚釘鉚接而成，缽型壓電振子由缽型殼與環形壓電晶片粘接而成；串聯后的上端的第一個壓電振子與銷釘鉚接，下端最后ー個壓電振子與底座鉚接，所述底座通過螺釘固定在底板上；所述同一個壓電驅動器上的兩個壓電晶片通過導線ー連接，不同壓電驅動器上的壓電晶片通過導線ニ連接；所述下端最后ー個壓電振子上的缽型殼及壓電晶片再經導線組與驅動電源連接。
專利摘要本實用新型涉及一種基于多振子串聯驅動的柱塞式壓電泵，屬于流體傳輸與控制領域。驅動器殼體通過螺釘固定在底板上，泵腔殼體通過螺釘固定在驅動器殼體上，釘通過螺母緊固在活塞上，銷釘通過驅動器殼體上端的通孔進入驅動器殼體內；2-50個壓電驅動器通過空心鉚釘串聯、并置于驅動器殼體內，壓電驅動器由一對缽型壓電振子通過鉚釘鉚接而成，缽型壓電振子由缽型殼與環形壓電晶片粘接而成；串聯的第一個壓電振子與銷釘鉚接、最后一個壓電振子與底座鉚接，底座通過螺釘固定在底板上。本實用新型采用多個缽型壓電振子串聯驅動活塞的方法構造壓電泵，具有大流量、高壓力及性能穩定的特點，可用于輸送液體及氣體。
文檔編號F04B43/04GK202645949SQ201220261298
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月1日 優先權日2012年6月1日
發明者闞君武, 徐海龍, 王淑云, 曾平, 程光明, 傅俊翔 申請人:浙江師范大學