[发明专利]铁电泵

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请与下述未获授权的相同申请人的PCT专利申请相关，申请号：__，于1998年_月_日提交，名称是“铁电流体流量控制阀”。本发明的由来

在此处描述的发明是美国政府职员研制的并且为实现政府目标可以进行免费的实施和使用。

本发明的背景技术

本发明的技术领域

本发明涉及一种可用于液体和气体的泵，特别是一种利用一个或多个圆顶形的内预应力式铁电致动器的铁电泵，该铁电致动器的曲率和圆顶高度随施加在所述致动器内外表面间的电压而变化。

相关技术的说明

常规的泵通常可以分成两类：正排量泵和压力泵。压力泵沿着一个机械移动部分压迫一种介质，从而在该介质上产生一个压力。正排量泵作用于压缩物质的主体。实例包含一种往复式泵和一种风箱式泵。往复式泵通常使用一个位于活塞缸内的活塞以及一个用来提供活塞的机械运动的外部电源。风箱式泵通常包括一个由两个非变形的外部驱动端板以及在端板之间的一个可变形的膜片构成的泵体。

与铜线圈相关联的热损失和涡流电流的磁损失是降低使用运动机械部分的常规泵的效率的原因之一。如果有一种能够满足传统泵的流动速率和压力但可以减少热损失的泵将会是很有利的。减小尺寸和减低构造复杂性也是所希望的，这样可以降低制造成本。另外，运动机械零件数量的减少将降低磨损和污染并且增加可靠性。

很多现有的泵使用压电器件来替代常规的活塞、隔膜等等。两个压电部件的相互作用在美国专利第3,963,380和4,842,493号中被披露，Thomase等人的美国专利No.3963380号披露了一种微型泵，它有一个可变的容积室，由一个或两个市场上可买到的固定在装配环上的圆盘形弯片式压电换能器(disk bender)构成。该圆盘形弯片式压电换能器由一个用环氧树脂粘结到一个稍大的圆形黄铜垫块上的压电部件的薄片组成。当出现外加电压时，该压电薄片在其平面内沿直径方向膨胀或收缩。由于薄片被粘接到黄铜片上而使得薄片的圆周不能改变直径，因而由此产生了一个在中央膨胀形成球状表面的运动，Nilsson的第4,842493号美国专利披露了一种压电泵，其中压电部件被以这样一种方式安排，以使其长度、宽度和高度的变化协同产生所要求的泵排量。由于常规的小位移压电元件被使用，因此对于一个需要组合零件的复杂部件的泵就需要一个相对较长的泵槽来提供适当的泵容积。

可以确信的是在Okuyamae等人.的美国专利第4,939,405号中披露的概念仅仅适用于泵压一个小流体压头，比方说泵压被泵送的流体的微小背压。该概念还建立在通过将薄片悬挂在一个弹性膜片上并以谐振频率驱动该薄片来提高薄片的有限的振幅。上述概念的缺点是压力输出较小以及与这样的一个共振系统相关的小流体压头容量。该概念也需要一个组合零件的复杂部件。

美国专利第4,944,659和5,094,594号都使用了压电圆盘作为与泵的可变形室壁连接的一种变形装置。Abbe等人的美国专利第4,944,659号有关一种具有遥指命令控制逻辑电路的可植入式泵是可信的，这种泵针对一个小流体压头提供相对小流体量。泵是通过一个被粘贴到用来弯曲该压电盘的膜片上的压电圆盘来进行工作的。Brennan的美国专利第5,094,594号关于一种与电泳部件结合使用以便提供精确的高重复性的流体的微微升量级的泵。该可变容量室包括一个粘贴到一个较大的圆形垫块上的小压电部件薄片。因为被固定在圆盘上，所以薄片的圆周不能改变直径，从而，当外加电压存在时，由此产生的运动就是在中央部分的膨胀。

现有压电泵的缺点在于其较小的流动速率和压力能力。而且，它们通常需要一个组合零件的复杂部件。所以，就需要设计一种新的压电泵，该泵在保持现有压电泵的可靠性、运行效率、较小尺寸、以及较低成本的同时还能提供高于现有压电泵的流动速率和压力。同时也需要一种不用组合零件的复部件的压电泵。许多市场都能从这样的泵当中受益。它们可以被应用于军事和生物医学领域以及在喷墨印刷机和滴定程序当中。它们也可以被用来作燃料泵和小型供给泵。

本发明的综述

因此，本发明的一个目的是提供一种比现有压电泵尺寸小的泵，但在相同大小的情况下与现有压电泵相比可以保持或提高的流动速率和加压能力。

另外一个目的是提供一种没有移动机械零件的泵。

本发明的另外一个目的是提供一种不需要有粘接构件的复杂部件的泵。