[发明专利]泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于流体的泵，特别是一种其中泵浦腔为近似盘形圆柱形腔、具有近似圆形的端壁的泵。这种泵的设计被公开在WO2006/111775中。

背景技术

在这种泵中，一个或两个端壁被致动器驱动沿大致垂直于该端壁的平面的方向振荡位移。其中，端壁被这样驱动：端壁表面可以但不必自身形成为例如单压电晶片或双压电晶片的复合振动致动器(composite vibration actuator)的元件。可替换地，端壁可形成为通过与其具有力传递关系(例如，机械接触、磁或静电)的分立的致动器来驱动振荡的无源材料层。

优选将从动端壁的运动的空间轮廓(spatial profile)与腔中的压力振荡的空间轮廓相匹配，即本文描述为模匹配(mode-matching)的条件。模匹配确保由致动器对腔中的流体所做的功有利地添加在从动端壁表面上，从而提高腔中的压力振荡的幅度并输出较高的泵效率。在未被模匹配的泵中可能存在这样的端壁表面的区域，其中由端壁对流体所做的功减少，而不是提高腔内流体中的压力振荡的幅度：致动器对流体所做的有用功减少且泵的效率变低。

该问题在现有技术中由WO2006/111775的图3证实。WO2006/111775的图3A示出一种泵，其中一个端壁12由盘17的下表面形成，且被由盘17和压电盘20形成的压电致动器激励而振荡运动。盘17和压电盘20共同形成复合弯曲模致动器，其振动在腔11内的流体中激励径向对称的压力波。端壁12的运动幅度在腔的中心处最大，在其边缘处最小。包含这种复合致动器的泵构造起来相对简单，这是因为致动器可围绕腔的周界被刚性夹持到腔上，在腔的周界处致动器的运动幅度接近于零。然而，在使用常规固体材料构造腔的曲形侧壁的许多实际设计中，这些侧壁的声阻抗大于工作流体的声阻抗，因而腔内流体的压力振荡将在端壁处具有波腹。由于在该位置，如WO2006/111775的图3所示的侧壁具有波节，因此这种设置无法输出在端壁的整个表面区域上有效的模匹配。确实，模匹配的失效主要发生在端壁的外半径处，因此端壁的大量区域部分与工作流体容积无法振动模匹配。

WO2006/111775的图3B示出优选设置，其中致动器以及端壁12的运动幅度近似于贝塞尔函数且在腔周界处具有波腹。在该情况下，从动端壁和腔内流体的压力振荡是模匹配的，且泵的效率得到改善。然而，由于致动器必须在其通常被安装所在的侧壁处具有振动波腹，这种泵可被如何构造并不明显。

现有技术的两个另外的问题由WO2006/111775的图1例示，其示出由简单单压电晶片致动器驱动的泵。致动器包括附接到第二盘的压电盘。如果这种致动器被夹持在腔周界处，则其最低阶模态将如图3A示意性示出。

该设计存在两个局限。首先，压电盘的厚度和直径通过在致动器中实现所需的振动频率和模态振型的需求来确定，从而实际上固定可被使用的压电材料的量。由于压电材料每单位量可有效输出的功率存在限制，该对压电盘量的局限对致动器的有效功率输出造成限制。其次，压电盘在其中心受到高应变，在其中心处致动器的运动幅度及其曲率半径最高。已知高应变可导致压电材料通过其去极化而退化，由此减小致动器的运动幅度并因而限制致动器寿命。如果压电盘与第二盘通过胶合结合，则在致动器中心的这种高应变还可能导致压电盘与第二盘之间的胶层疲劳，从而再次导致致动器寿命减少。

发明内容

本发明致力于解决一个或多个以上提出的问题。

根据本发明，提供一种流体泵，包括：

室，在使用时包含待被泵浦的流体，该室包括主腔和次腔，所述主腔具有由第一和第二端壁以及侧壁限界的大致圆柱形形状，所述次腔从所述主腔径向向外延伸；

一个或多个致动器，在使用时引起所述第一端壁沿大致垂直于所述第一端壁的平面的方向振荡运动；并且

由此在使用时，所述端壁的轴向振荡驱动所述主腔中的流体压力的径向振荡；并且

其中所述次腔将所述侧壁与所述第一端壁分隔开，使得当所述致动器被启动时，所述第一端壁能够相对于所述侧壁运动。

所述次腔可将所述侧壁与所述第一端壁分隔开，使得当所述致动器被启动时，所述第一端壁能够独立于所述侧壁移动。

本发明通过将机械致动器安装(actuator mount)与所述侧壁物理上分离解决将致动器振动的波腹定位在主腔边缘处的任务。