[发明专利]一种基于对称式同相放大机构的压电堆栈泵

说明书

本发明涉及一种基于对称式同相放大机构的压电堆栈泵，属于压电泵技术领域。包括压电驱动机构和双腔隔膜泵；压电驱动机构包括对称式同相放大杆和夹紧固定在其中的压电堆栈；对称式同相放大杆由直梁、一对驱动臂、柔性铰链、固定平板、质量块和通过螺栓固定连接在质量块底部的附加质量块组成；一对固定平板将压电堆栈夹紧固定在一对驱动臂之间；双腔隔膜泵包括两个独立的泵腔和共用的进出口流道，并通过腰形孔和螺栓固定设于压电驱动机构的一对驱动臂之间。本发明采用的对称式同相放大杆，可以有效解决压电堆栈的位移放大机构设计中存在的支撑底座设计困难、振动能量浪费严重的问题。

技术领域

本发明属于压电泵技术领域，具体涉及一种基于对称式同相放大机构的压电堆栈泵。

背景技术

压电泵是一种以压电振子作为动力元件的新型流体传输装置，它利用压电元件的逆压电效应将电能转化为机械能，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送，或者利用压电振子产生波动来定向传输流体。压电泵将驱动器、泵腔和单向阀等部件集成为一体，不仅克服了传统泵中相对运动部件间的泄漏和摩擦磨损，而且还减少了不同部件之间的能量损失。由于压电泵具有传统泵所不具备的显著优点，如结构简单、体积小、可靠性好、功率密度高、效率高、响应速度快、控制精度高、无电磁干扰等，因此尽管它出现的时间并不长，但在航空航天、机器人系统、汽车、微机电工程、化学分析、生物医疗等领域都显示出广阔的应用前景。

根据所使用的压电驱动器的不同，压电泵可分为压电双晶片驱动式压电泵和压电堆栈驱动式压电泵。在压电双晶片驱动式压电泵中，通常将压电双晶片四周固定安装在泵腔侧壁，虽然结构紧凑，但是难以产生较大的振动变形以获得较大的泵腔体积变化，所以压电双晶片驱动式压电泵的输出性能相对有限。在压电堆栈驱动式压电泵中，由于压电堆栈输出位移小、驱动力大的特点，故需要采用位移放大机构对压电堆栈的输出位移进行放大。目前主要使用的位移放大机构有菱形放大机构和杠杆放大机构。当采用菱形放大机构时，由于结构的对称性，压电堆栈两端产生的位移同时作用在放大机构上，这种压电堆栈采用对称自支撑的固定方式，可以有效减小放大机构的体积；但菱形放大机构有两个输出端，通常一端固定另一端驱动，这会使压电堆栈在位移输出方向产生整体的振动，产生较大的惯性负荷，造成振动能量的浪费，且会降低压电驱动器的谐振频率。当采用杠杆放大机构时，一般需要对压电堆栈的一端做固定支撑，另一端驱动杠杆臂；这种一端固定一端驱动的结构，为了使压电堆栈产生的位移能完全作用在驱动臂上，需要将固定端的支撑质量和刚度设计的尽可能大，但这会造成结构体积的增加。

发明内容

为了解决压电堆栈泵中压电堆栈的位移放大机构设计中存在的支撑底座设计困难、压电堆栈整体在位移输出方向上的振动造成能量浪费等问题，本发明设计出一种基于对称式同相放大机构的压电堆栈泵。

一种基于对称式同相放大机构的压电堆栈泵包括压电驱动机构1和双腔隔膜泵4；

所述压电驱动机构1包括对称式同相放大杆3、压电堆栈2、一对质量块11和一对附加质量块12；

所述对称式同相放大杆3为U型杆，底部为直梁5，两侧为一对驱动臂；一对驱动臂的端部分别连接着质量块11，一对质量块11的外部分别固定连接着附加质量块12；

所述压电堆栈2平行于直梁5设于对称式同相放大杆3内，并通过柔性铰链6分别连接着一对驱动臂；

所述双腔隔膜泵4通过固定连接着一对驱动臂，设于对称式同相放大杆3内部；

当给压电堆栈2施加带偏置电压的交流电时，压电堆栈2沿高度方向产生往复伸缩变形，产生往复摆动，从而驱动双腔隔膜泵4连续泵送流体；

当交流电源的激励频率为所述压电驱动机构1的一阶反相弯曲谐振频率时，所述一对驱动臂在往复摆动的同时，产生大幅度的弯曲变形，从而提高双腔隔膜泵4的输出性能；