[发明专利]一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵

说明书

本发明公开了一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵，包括单向出口阀、单向入口阀、阀盖、泵腔、缓冲腔道、弹性球、密封圈、振动薄膜、上平板、放大机构、压电叠堆、压电叠堆电极、支架和下平板；本发明将振动薄膜正下方的上平板加工出缓冲腔道，并在缓冲腔道内置若干橡胶质地的弹性球，使得振动薄膜振动使泵腔容积压缩时可承受更大压力进一步扩大容积，增大时具备更大的缓冲驱动力，减少泵腔体容积大变化量时所需的较大驱动电压的负担；又由于微位移放大机构采用二级对称式柔性铰链机构，因此具有放大机构功率较高，消除纵向耦合误差的优点。

技术领域

本发明涉及微型压电泵技术领域，具体是一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵。

背景技术

近年来，利用压电叠堆制作压电泵成为人们研究的热点之一。压电叠堆泵，可以大范围的提高输出压力，精确控制输出流量。它将广泛应用于工业自动化的输液、供油、加工设备中的清洗，科研、实验室、化工制剂等方面的精密计量，仪器、仪表的排热、冷却系统，笔记本电脑和计算机CPU的冷却系统，以及家用电器等产品。

经对现有技术文献的检索发现，在来自吉林大学刘维帅所撰写的《集成压电振子压电泵的设计与实验研究》（于2016年5月发表的硕士论文）。论文中提到采用的是双压电振子作为驱动源的微泵。此泵的缺点是由于压电效应产生的位移较小，泵腔的压力不够大对粘稠性的血液输送驱动力不够，影响微泵的性能。申请公开号为CN104832404A，名称为“一种基于PDMS的压电微泵”的专利申请，公开了一种基于PDMS的压电微泵，其结构包括压电振子1、PDMS泵体2、PMMA垫圈3、阀片4、垫圈上的凹槽5、阀片定位边6、出水口7和进水口8，对压电振子1输入驱动激励信号，压电振子会周期性地上下弯曲振动，从而引起腔体容积和压力的周期性变化，进而在单向阀4周期性开启关闭的配合作用下，实现排水和吸水。虽然这种结构能够泵送某些特殊性质的液体，但存在问题是在实现泵腔体容积大变化量时所需驱动电压较大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中泵腔体容积大变化量时所需驱动电压较大、压电叠堆的变形量相对较小的问题，提出一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵，通过压电叠堆驱动元件的输出位移和输出应力作用于放大机构上后，放大机构一端输出的位移使得振动薄膜运动，使得泵腔的体积发生周期性的变化，从而实现液体的泵送，使得微位移放大机构对薄膜的上下震动位移进行有效的放大。

本发明所述的一种基于二级对称式柔性铰链放大机构的压电叠堆微泵，包括单向出口阀、单向入口阀、阀盖、泵腔、密封圈、振动薄膜、上平板、放大机构、压电叠堆、压电叠堆电极、支架和下平板；所述压电叠堆嵌于所述下平板的中心部分，所述压电叠堆上端与所述放大机构下端接触，所述压电叠堆电极通入外接电源；所述支架分别与所述上平板和所述下平板连接，所述支架与所述上平板和所述下平板的中心线在同一轴线上；所述放大机构位于所述支架内部中心处对称分布，并通过底端两角与所述支架销钉连接，所述放大机构与所述压电叠堆的中心线在同一轴线上，所述放大机构顶端与所述振动薄膜相接触；所述振动薄膜位于所述阀盖和所述上平板的衔接处，固定于所述阀盖的卡槽内，所述振动薄膜上端与所述阀盖之间形成所述泵腔；所述振动薄膜正下方的所述上平板加工出缓冲腔道，并在所述缓冲腔道内置若干橡胶质地的弹性球；所述阀盖下端内部嵌有所述密封圈，确保所述阀盖与所述上平板连接紧密；所述上平板上的所述阀盖四周均匀分布设有四个螺丝钉，用于将所述阀盖固定于所述上平板上，所述阀盖上面设有所述单向出口阀和所述单向入口阀，所述单向出口阀和所述单向入口阀对称分布在所述阀盖的中心轴线两侧，采用轮式阀结构，所述单向出口阀和所述单向入口阀可以连接塑料管。

进一步，所述弹性球在所述缓冲腔道内的填充高度大于所述缓冲腔道的高度1-2mm。

进一步，所述单向出口阀和所述单向入口阀均采用轮式阀作为截止阀，所述振动薄膜采用纳米硅无机聚合物覆膜。

更进一步，所述纳米硅无机聚合物覆膜的厚度为7-9μm，在所述纳米硅无机聚合物覆膜上振动钻削加工出φ0.1mm小孔。