[发明专利]一种基于谐振差分位移放大压电泵有效
申请号: | 202010830333.2 | 申请日: | 2020-08-18 |
公开(公告)号: | CN112081723B | 公开(公告)日: | 2021-12-14 |
发明(设计)人: | 张铁民;杨汶泊 | 申请(专利权)人: | 华南农业大学 |
主分类号: | F04B17/00 | 分类号: | F04B17/00;F04B19/02;F04B13/00;F04B53/10 |
代理公司: | 广州市华学知识产权代理有限公司 44245 | 代理人: | 李君 |
地址: | 510642 广*** | 国省代码: | 广东;44 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 谐振 位移 放大 压电 | ||
本发明公开了一种基于谐振差分位移放大压电泵,包括壳体,壳体两端通过前端盖和后端盖密封,流体从前端盖一侧流入,从后端盖一侧流出;在壳体和两个端盖围成的空间内,第一压电致动器、活塞、弹簧和活塞缸组成第一弹簧质量阻尼系统,在第一压电致动器驱动下,迫使第一弹簧质量阻尼系统产生谐振;第二压电致动器、换能器、活塞缸和活塞组成第二弹簧质量阻尼系统,在第二压电致动器驱动下,迫使换能器产生谐振,换能器带动嵌套其内的活塞缸往复运动;第一压电致动器和第二压电致动器驱动电压频率一致,且驱动电压相位差为零,使活塞和活塞缸振动频率一致,产生谐振差分位移放大。本发明结构紧凑,适用于高频工作场合,输出压力高,流量大,能耗低。
技术领域
本发明属于压电泵技术领域,尤其涉及一种基于谐振差分位移放大压电泵。
背景技术
随着压电智能材料的快速发展,压电泵作为流体输送过程中的关键部件,自20世纪70年代以来就引起了人们越来越多的关注。压电泵是利用压电陶瓷的逆压电效应使压电振子产生变形,再由变形产生泵腔的容积变化实现流体输出的新型流体泵。因为压电泵在工作过程中无电动机,无旋转部件,仅利用压电陶瓷片为其动力驱动源,因此具有体积小、结构简单、效率高、控制方便、无电磁干扰、能耗低等优点,在生物医药工程、喷墨打印机、微机械等领域得到越来越多的应用和发展,多年来其形式和应用场合不断得到突破,性能也在不断提高。但由于单个压电陶瓷片变形小,且普通的止回阀在压电泵高频工作时会产生滞后,不能完全闭合而产生回流,压电驱动的往复泵中应用止回阀配流时遇到的流量瓶颈问题已无法满足对响应速度快、大流量、高精度、高压力要求的场合。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种基于谐振差分位移放大压电泵,该压电泵结构紧凑,可适用于高频工作场合,且输出压力高,流量精准可控,能耗低。
本发明的目的通过以下的技术方案实现:一种基于谐振差分位移放大压电泵,包括壳体,壳体两端通过前端盖和后端盖密封,流体从前端盖一侧流入,从后端盖一侧流出;在壳体和两个端盖围成的空间内,第一压电致动器、活塞、弹簧和活塞缸组成第一弹簧质量阻尼系统,在第一压电致动器驱动下,迫使该第一弹簧质量阻尼系统产生谐振;第二压电致动器、换能器、活塞缸和活塞组成第二弹簧质量阻尼系统,在第二压电致动器驱动下,迫使换能器产生谐振,换能器带动嵌套其内的活塞缸往复运动;第一压电致动器和第二压电致动器驱动电压频率一致,且驱动电压相位差为零,使活塞和活塞缸振动频率一致,产生谐振及差分位移放大。
优选的,后端盖处设有螺栓,螺栓与换能器通过螺纹连接在一起,螺栓把第三垫片和第二压电致动器紧固在换能器一端。
优选的,前端盖、活塞、活塞缸、换能器、螺栓和后端盖均设有中心孔,各个部件中心孔的轴线重合,形成一流道,流体从前端盖一侧流入,从后端盖一侧流出,进出口及流道在一条轴线上;所述活塞与活塞缸之间安装有第一止回阀,活塞缸和换能器之间安装有第二止回阀。中心轴重合可以减少流道方向改变产生的压力损失。设置两个止回阀用于限制泵腔中流体的流向,并使得压电泵每次吸入和排出的液体流量固定,进而便于后续精确计算压电泵排出的流量。
更进一步的,所述活塞缸截面为U形,一端开口,U形底部加工有中心孔,且U形底部两端向外突出。
更进一步的,第一止回阀和第二止回阀结构相同,顶端为球体面,由三个120度均布的设有柔性铰链的弹性薄片支撑,底部为一个短圆柱,短圆柱内部开设锥形孔,其中弹性薄片与底部短圆柱固定连接。
优选的,所述换能器整体为圆筒形状,圆筒上开设有若干条螺旋槽,以降低其谐振频率,换能器内部设有若干个阶梯孔,第二止回阀安装在其中一个阶梯孔内。
优选的,施加到第一压电致动器和第二压电致动器上的驱动电压频率与第一弹簧质量阻尼系统、第二弹簧质量阻尼系统的固有频率相同或相近,第一止回阀和第二止回阀的固有频率高于两个弹簧质量阻尼系统的固有频率。
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