專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙活塞串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的壓電疊堆泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于微流體傳輸與控制領(lǐng)域應(yīng)用的微小型壓電泵，具體涉及一種雙活塞串聯(lián)驅(qū)動(dòng)壓電疊堆泵。
背景技術(shù)：
利用壓電疊堆在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的伸縮變形，人們提出了多種結(jié)構(gòu)的壓電疊堆泵，如中國(guó)專(zhuān)利 200810050240.7、200810064461.X,200910146813.0,201110173933.7 等。同傳統(tǒng)的機(jī)械式液壓泵相比，壓電疊堆泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、無(wú)電磁干擾、流量及壓力可控性好等諸多優(yōu)勢(shì)，因此在醫(yī)療、化學(xué)分析、航空航天、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給、微機(jī)電液系統(tǒng)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。眾所周知，壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器具有較高的驅(qū)動(dòng)力、其抗壓應(yīng)力高達(dá)數(shù)十甚至上百兆帕，但伸縮變形能力極其微小、僅微米級(jí)，因此現(xiàn)有的直推式壓電疊堆泵、即直接利用壓電疊堆驅(qū)動(dòng)活塞實(shí)現(xiàn)流體輸出的壓電泵的輸出流量還十分有限，無(wú)法滿(mǎn)足大流量的應(yīng)用領(lǐng)域的需求，尤其不能滿(mǎn)足中國(guó)專(zhuān)利200810051156.7等所提出的以壓電疊堆泵為動(dòng)力源的微小型液壓系統(tǒng)的應(yīng)用需求。因此，人們又提出了采用兩個(gè)壓電疊堆驅(qū)動(dòng)的壓電疊堆泵以提高流量，如中國(guó)專(zhuān)利201010118038.0，該方法雖可提高泵的流量，但因采用兩個(gè)壓電疊堆而增加了泵的制作成本和體積，成本和體積均接近單個(gè)壓電疊堆泵的兩倍，不利于推廣與應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提出一種雙活塞串聯(lián)驅(qū)動(dòng)壓電疊堆泵，以解決壓電疊堆泵的輸出流量小的問(wèn)題。本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:泵體的上下兩端分別通過(guò)螺釘固定有上殼體和下端蓋，泵體上設(shè)有由隔板分隔而成的上腔和下腔，所述上腔和下腔通過(guò)所述隔板上的活塞孔連通；泵體與上殼體之間壓接有彈性隔膜；壓縮腔活塞置于泵體的上腔內(nèi)、并通過(guò)螺釘與彈性隔膜及頂塊連接，頂塊的上表面頂靠在上殼體的內(nèi)壁上；調(diào)節(jié)螺釘固定在上殼體上，并通過(guò)防扭墊片將置于上殼體內(nèi)腔中的壓電疊堆擠壓在頂塊上；階梯型泵腔活塞的小端和大端分別置于隔板上的活塞孔和泵體的下腔內(nèi)，泵腔活塞的小端上設(shè)有單向閥；泵腔活塞的小端以及置于其上的單向閥與壓縮腔活塞及泵體共同構(gòu)成壓縮腔；下端蓋通過(guò)平衡彈簧將泵腔活塞的大端擠壓在隔板上，泵腔活塞的大端與泵體、下端蓋以及設(shè)置于下端蓋上的進(jìn)口閥和出口閥共同構(gòu)成泵腔，泵腔活塞的大端與泵體及隔板共同構(gòu)成緩沖腔，緩沖腔通過(guò)設(shè)置于泵體上的通孔與外界大氣相通；壓縮腔與泵腔通過(guò)單向閥連通。安裝調(diào)試時(shí)，首選向泵腔內(nèi)注入高壓流體并使單向閥開(kāi)啟，流體由泵腔進(jìn)入壓縮腔，并確保壓縮腔內(nèi)流體壓力大于壓電泵工作時(shí)的最高輸出壓力，以確保單向閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)；壓縮腔填充流體后，壓縮腔活塞在流體壓力作用下處于最上端、并將頂塊擠壓在上殼體的內(nèi)壁上，同時(shí)，泵腔活塞在壓縮腔流體及平衡彈簧的作用下也處于最上端，即泵腔活塞的大端頂靠在隔板上；最后，通過(guò)調(diào)整螺釘使壓電疊堆頂靠在頂塊上，并確保壓電疊堆不受預(yù)緊力或預(yù)緊力較小，從而確保壓電疊堆在工作時(shí)具有較大的驅(qū)動(dòng)和形變能力。壓電泵非工作時(shí)，壓電疊堆不通電，壓縮腔活塞及泵腔活塞均處于最上端，壓縮腔及泵腔容積最大；壓電疊堆通電且電壓不斷升高時(shí)，壓電疊堆開(kāi)始伸長(zhǎng)并推動(dòng)頂塊、泵腔隔膜及活塞向下運(yùn)動(dòng)，從而使壓縮腔內(nèi)流體壓力增加并推動(dòng)泵腔活塞向下運(yùn)動(dòng)，致使泵腔內(nèi)流體壓力增加、出口閥開(kāi)啟、進(jìn)口閥關(guān)閉，泵腔內(nèi)流體經(jīng)出口閥排出；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓換向且電壓不斷降低時(shí)，壓電疊堆在泵腔隔膜及壓縮腔內(nèi)流體壓力的共同作用下開(kāi)始收縮，并帶動(dòng)壓縮腔活塞向上運(yùn)動(dòng)，致使壓縮腔容積增加、流體壓力降低；同時(shí)，泵腔活塞在平衡彈簧及壓縮腔流體作用下向上運(yùn)動(dòng)，并使泵腔容積增加、出口閥關(guān)閉，流體由進(jìn)口閥進(jìn)入；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓降至O時(shí)，壓電疊堆、壓縮腔活塞及泵腔活塞的位置均恢復(fù)至初始狀態(tài)，至此完成一個(gè)工作循環(huán)。令壓電疊堆在電壓作用下的伸長(zhǎng)量即壓縮腔活塞的移動(dòng)量為1，則泵腔活塞的移動(dòng)量為L(zhǎng)=(RS/RXX)21，壓縮腔活塞及泵腔活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的腔體容積變化量分別為Vs= Rs2I和又IR^RxdZRiw)2 = Vs(RxilZRws)2，故采用雙活塞構(gòu)造壓電泵的流量為直推式
壓電泵流量的n=Vx/Vs=(Rxd/Rxx)2倍，式中Rs為壓縮腔活塞半徑，Rxx和Rxd分別為泵腔活塞小端和大端半徑；如泵腔活塞的大小端半徑比為4，則泵的流量可提高16倍。本實(shí)用新型特色與優(yōu)勢(shì)在于:①以一個(gè)壓電疊堆為動(dòng)力源，通過(guò)兩個(gè)由可自行填充的流體壓縮腔串聯(lián)的活塞驅(qū)動(dòng)流體，在不增加制作成本及總體體積的前提下可大幅度提高泵的輸出流量，流量提高幅度為泵腔活塞大小端半徑之比的平方；②壓電疊堆非工作時(shí)不受流體壓力作用，通電后其伸長(zhǎng)量及機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率高。

圖1是本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例壓電泵非工作時(shí)的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2是本實(shí)用新 型一個(gè)較佳實(shí)施例壓電泵排出流體時(shí)的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖3是本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例泵體的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
泵體7的上下兩端分別通過(guò)螺釘固定有上殼體4和下端蓋9，泵體7上設(shè)有由隔板71分隔而成的上腔Cl和下腔C2，所述上腔Cl和下腔C2通過(guò)所述隔板71上的活塞孔72連通；泵體7與上殼體4之間壓接有彈性隔膜6 ;壓縮腔活塞8置于泵體7的上腔Cl內(nèi)、并通過(guò)螺釘與彈性隔膜6及頂塊5連接，頂塊5的上表面頂靠在上殼體4的內(nèi)壁42上；調(diào)節(jié)螺釘I固定在上殼體4上，并通過(guò)防扭墊片2將置于上殼體4的內(nèi)腔41中的壓電疊堆3擠壓在頂塊5上；階梯型泵腔活塞13的小端131和大端132分別置于隔板71上的活塞孔72和泵體7的下腔C2內(nèi)，泵腔活塞13的小端131上設(shè)有單向閥14 ;泵腔活塞13的小端131以及置于其上的單向閥14與壓縮腔活塞8及泵體7共同構(gòu)成壓縮腔Cll ;下端蓋9通過(guò)平衡彈簧12將泵腔活塞13的大端132擠壓在隔板71上，泵腔活塞13的大端132與泵體7、下端蓋9以及設(shè)置于下端蓋9上的進(jìn)口閥11和出口閥10共同構(gòu)成泵腔C21，泵腔活塞13的大端132與泵體7及隔板71共同構(gòu)成緩沖腔C22，緩沖腔C22通過(guò)設(shè)置于泵體7上的通孔73與外界大氣相通；壓縮腔Cll與泵腔C21通過(guò)單向閥14連通。安裝調(diào)試時(shí)，首選堵住出口閥12、并從進(jìn)口閥11向泵腔C21內(nèi)注入高壓流體，泵腔C21內(nèi)流體壓力的升高使單向閥14開(kāi)啟，流體進(jìn)入壓縮腔CU、并使其內(nèi)的流體壓力為Pl ；然后開(kāi)啟出口閥12，使泵腔C21內(nèi)流體壓力降低、單向閥14關(guān)閉；為確保壓電泵工作過(guò)程中單向閥14始終處于關(guān)閉狀態(tài)，壓縮腔Cll內(nèi)的流體壓力Pl應(yīng)大于壓電泵工作時(shí)的最大輸出壓力PO ;當(dāng)壓縮腔Cll填充流體結(jié)束后，壓縮腔活塞8在流體壓力及彈性隔膜作用下處于最上端、并將頂塊5擠壓在上殼體4的內(nèi)壁42上，同時(shí)，泵腔活塞13在壓縮腔流體及平衡彈簧12的作用下也處于最上端，即泵腔活塞13的大端132頂靠在隔板71上；最后，通過(guò)調(diào)整螺釘I使壓電疊堆3頂靠在頂塊5上，并確保壓電疊堆3不受預(yù)緊力或預(yù)緊力較小，從而確保壓電疊堆3在工作時(shí)具有較大的驅(qū)動(dòng)和形變能力。[0014]壓電泵非工作時(shí)，壓電疊堆3不通電，壓縮腔活塞8及泵腔活塞13均處于最上端，壓縮腔Cll及泵腔C21的容積最大；壓電疊堆3通電、且在電壓不斷升高的半個(gè)工作周期內(nèi)，壓電疊堆開(kāi)始伸長(zhǎng)并推動(dòng)頂塊5、泵腔隔膜6及活塞8向下運(yùn)動(dòng)，從而使壓縮腔Cll內(nèi)流體壓力增加；壓縮腔Cll內(nèi)不斷增加的流體壓力使泵腔活塞13向下運(yùn)動(dòng)，故泵腔C21容積減小、其內(nèi)流體壓力增加，從而使出口閥10開(kāi)啟、進(jìn)口閥11關(guān)閉，泵腔C21內(nèi)的流體經(jīng)出口閥10排出；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓換向，即驅(qū)動(dòng)電壓由高到低的半個(gè)工作周期內(nèi)，壓電疊堆3在泵腔隔膜7及壓縮腔Cll內(nèi)流體壓力的共同作用下開(kāi)始收縮，并帶動(dòng)壓縮腔活塞8向上運(yùn)動(dòng)，致使壓縮腔Cll的容積增加、流體壓力降低；同時(shí)，泵腔活塞13在平衡彈簧12及不斷減小的壓縮腔Cll內(nèi)流體壓力的作用下向上運(yùn)動(dòng)，并使泵腔C21容積增加、出口閥10關(guān)閉，流體由進(jìn)口閥11進(jìn)入；當(dāng)壓電疊堆3的驅(qū)動(dòng)電壓降至O時(shí)，壓電疊堆3、壓縮腔活塞8及泵腔活塞13的位置均恢復(fù)至初始狀態(tài)，至此完成一個(gè)工作循環(huán)。令壓電疊堆3在電壓作用下的伸長(zhǎng)量即壓縮腔活塞8的移動(dòng)量為1，則泵腔活塞13的移動(dòng)量為L(zhǎng)=(RS/RXX)21，壓縮腔活塞8及泵腔活塞13向下運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的腔體容積變
化量分別為Vs= π Rs2I和Vx=^(RxdZRxx)2 = V5(RxdZRw)2，故采用雙活塞構(gòu)造壓電泵的流
量為直推式壓電泵流量的n=Vx/Vs=(Rxd/Rxx)2倍，式中Rs為壓縮腔活塞8的半徑、Rxx為泵腔活塞13的小端131的半徑、Rxd為泵腔活塞13的大端132的半徑；如泵腔活塞13的大小端半徑比為4，則泵的流量可提高16倍。
權(quán)利要求1.一種雙活塞串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的壓電疊堆泵，其特征在于:泵體上下兩端分別通過(guò)螺釘固定有上殼體和下端蓋，泵體上設(shè)有由隔板分隔而成的上腔和下腔，所述上腔和下腔通過(guò)隔板上的活塞孔連通；泵體與上殼體之間壓接有彈性隔膜；壓縮腔活塞置于泵體的上腔內(nèi)、并通過(guò)螺釘與彈性隔膜及頂塊連接，頂塊的上表面頂靠在上殼體的內(nèi)壁上；調(diào)節(jié)螺釘固定在上殼體上，并通過(guò)防扭墊片將置于上殼體內(nèi)腔中的壓電疊堆擠壓在頂塊上；階梯型泵腔活塞的小端和大端分別置于隔板上的活塞孔和泵體的下腔內(nèi)，泵腔活塞的小端上設(shè)有單向閥；泵腔活塞的小端以及置于其上的單向閥與壓縮腔活塞及泵體共同構(gòu)成壓縮腔；下端蓋通過(guò)平衡彈簧將泵腔活塞的大端擠壓在隔板上，泵腔活塞的大端與泵體、下端蓋以及設(shè)置于下端蓋上的進(jìn)口閥和出口閥共同構(gòu)成泵腔，泵腔活塞的大端與泵體及隔板共同構(gòu)成緩沖腔，緩沖腔通過(guò)設(shè)置于泵體上的通孔與外界大氣相通；壓縮腔與泵腔通過(guò)單向閥連通。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種雙活塞串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的壓電疊堆泵，屬于微流體傳輸與控制領(lǐng)域。泵體上固定有上殼體和下端蓋；泵體與上殼體之間壓接有彈性隔膜，壓縮腔活塞通過(guò)螺釘與彈性隔膜及頂塊連接，調(diào)節(jié)螺釘通過(guò)防扭墊片將置于上殼體內(nèi)腔中的壓電疊堆擠壓在頂塊上；泵腔活塞小端以及置于其上的單向閥與壓縮腔活塞及泵體構(gòu)成壓縮腔；下端蓋通過(guò)平衡彈簧將泵腔活塞大端擠壓在隔板上，壓縮腔與泵腔通過(guò)單向閥連通。優(yōu)點(diǎn)是利用一個(gè)壓電疊堆驅(qū)動(dòng)兩個(gè)由可自行填充的流體壓縮腔串聯(lián)的活塞輸出流體、且壓電疊堆非工作時(shí)不受流體作用，故泵的流量大、體積小、成本低、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率高。
文檔編號(hào)F04B43/04GK203067242SQ201220691019
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者闞君武, 李洋, 王淑云, 陳一峰, 劉殿龍, 程光明 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)