一种多个入口为特斯拉阀流道的微型压电泵 |
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| 申请号 | CN202311458182.2 | 申请日 | 2023-11-05 | 公开(公告)号 | CN117627900B | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 吉林大学; | 发明人 | 刘国君; 王猛; 刘润宇; 冯宇轩; 刘增浩; 王聪慧; 李新波; 曹帅启; 傅镪; 王哲; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种多个入口特斯拉 阀 流道中心出流的微型压电 泵 ，它包括：上泵体、下泵体、出口导流组件、出口 单向阀 和压电振子，其中压电振子是由压电陶瓷和柔性 基板 通过环 氧 树脂 胶粘接组成。且特斯拉阀流道与出口相切，微型压电泵通过四条树枝形特斯拉阀分叉流道来泵入 流体 ，通过施加 电场 使压电材料振动，进而驱动流体在分叉流道中流动。这种微型压电泵不仅能够实现高效的流体泵送，还能够实现较高的泵送压 力 和流量调节能力。整体零件数量少，厚度小且装配简单。各个零件分体制作，易于加工成型，装配时可以采用贴合封装，有利于过程管控；同时可以减少批量化生产中过程中工序步骤，有利于微型压电泵的微小型化和轻薄化。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种N个入口为特斯拉阀流道的微型压电泵，从上到下依次包括：压电振子、上泵体（3）、下泵体（4）、出口单向阀（5）和出口导流组件（6）； |
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| 说明书全文 | 一种多个入口为特斯拉阀流道的微型压电泵技术领域[0001] 本发明属于微型压电泵技术领域，具体涉及一种多个入口特斯拉阀流道中心出流的微型压电泵。 背景技术[0002] 微型压电泵是利用压电材料特有的压电效应来工作的。当给压电振子上的压电陶瓷施加交变的激励，由于压电效应使压电陶瓷内部产生变形并表现为宏观的振动并迫使泵腔体积发生变化，进而引起腔内压强变化，从而实现流体的传输。 [0003] 目前微型压电泵欠缺多个泵体组装工艺。多出入口的微型压电泵结构复杂，制造及组装过程中的工序繁琐，生产成本较高，难以进一步降低废品率造成资源浪费； [0004] 微型压电泵具有体积小、静音、寿命长等优点，现有的微型压电泵通常单单只在出口流道设置有出口阀片，但是在入口流道通常没有设置相关的单向整流设置，在气泵的排气阶段时，部分流体会从入口处溢散，使最终的能量转化率较低。目前微型压电泵对内部腔体的构造不利于流体的运动。 [0005] 当前微型压电泵的输出流量、压力相对较小，使其的应用范围大大受到限制。因此，提高微型压电泵流量、压力是及其重要的研究方向。 发明内容[0006] 本发明的目的是为了解决上述问题，而提出一种多个入口特斯拉阀流道中心出流的微型压电泵，在入口流道设置有无阀结构的单向整流装置，阻止了排气阶段时流体自入口流道溢散，从而提高了装置的输出压力和流量。 [0007] 一种多个入口为特斯拉阀流道的微型压电泵，从上到下依次包括：压电振子、上泵体（3）、下泵体（4）、出口单向阀（5）和出口导流组件（6）； [0008] 微型压电泵入口为特斯拉阀流道结构，出口为中心位置出流式结构； [0009] 压电振子与上泵体上表面无间隙，微型压电泵为零腔体结构； [0010] 上泵体（3）由N（N＞1）条上泵体特斯拉阀入口流道、上泵体出口流道（302）、N个上泵体进气口和圆形凸台（301）组成； [0011] 下泵体（4）由N条下泵体特斯拉阀入口流道、下泵体出口流道（405）、N个下泵体进气口构成，其中下泵体特斯拉阀入口流道与上泵体特斯拉阀入口流道相互对称，组装后形成一个完整的入口特斯拉阀流道结构。 [0012] 压电振子由压电陶瓷（1）和柔性基板（2）粘接组成。 [0013] 出口单向阀（5）包含：出口单向阀第一象限进气口（501），出口单向阀第二象限进气口（504），出口单向阀第三象限进气口（503），出口单向阀第四象限进气口（502），弹性铰链（506），圆形阀芯（505）。 [0014] 出口导流组件（6）由出口流道（605）、阀片变形腔（606）和N个底部进气口组成。 [0015] 完整的入口特斯拉阀流道结构从入口到出口的截面尺寸为渐进扩张趋势。 [0016] 压电振子的支承方式为圆周尖端支承的优化简支结构。 [0017] 特斯拉阀入口流道为棱锥结构，特斯拉阀流道均设置在棱锥的斜面上，上、下泵体对应的斜面上的特斯拉阀流道一一对称，叠合后构成四条完整的特斯拉阀流道。 [0019] 微型压电泵可以设置多个入口为特斯拉阀流道结构，可以增加为六条、八条的特斯拉阀流道结构，也可以减少为两条、三条特斯拉阀流道结构。 [0020] 上泵体由四条上泵体特斯拉阀入口流道、出口流道、四个上泵体进气口、圆形凸台构成。 [0021] 下泵体由四条下泵体特斯拉阀入口流道、出口流道、四个下泵体进气口构成，其中特斯拉阀入口流道与上泵体特斯拉阀流道相互对称，组装后成为一个完整的入口流道。 [0022] 出口导流组件由出口流道、阀片变形腔、四个底部进气口构成。 [0023] 组装后，各部件位置相对应的象限孔相通，并形成流体通路。 [0024] 特别是一种具备零腔体高度的微型压电泵，且特斯拉阀流道与出口相切，微型压电泵通过四条树枝形特斯拉阀分叉流道来泵入流体，通过施加电场使压电材料振动，进而驱动流体在分叉流道中流动。这种微型压电泵不仅能够实现高效的流体泵送，还能够实现较高的泵送压力和流量调节能力。 [0025] 采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果： [0026] 1、微型压电泵的上下泵体入口流道均设有特斯拉阀流道，构造出无阀单向结构，使其正向导通、反向截止，可以增强微型压电泵的流量和压力表现。 [0027] 2、微型压电泵在入口流道设置特斯拉阀流道，可以引导流体在进入压电微泵时产生绕流效应，从而增加进口风速，提高了进口压力。同时，设计特斯拉阀流道还可以减少翼音爆发或气动噪声，从而提高压电微泵的工作效率和稳定性。 [0028] 3、特斯拉阀流道的设计还能提高流体或流体的传输效率，减少能源损失。 [0029] 4、整体零件数量少，厚度小且装配简单。各个零件分体制作，易于加工成型，装配时可以采用贴合封装，有利于过程管控；同时可以减少批量化生产中过程中工序步骤，有利于微型压电泵的微小型化和轻薄化。附图说明 [0030] 图1为单个泵体分解示意图； [0031] 图2为上泵体的斜视图； [0032] 图3为上泵体的仰视图； [0033] 图4为下泵体的斜视图； [0034] 图5为下泵体的仰视图； [0035] 图6为出口导流组件的斜视图； [0036] 图7为出口导流组件的仰视图； [0037] 图8为出口单向阀的俯视图； [0038] 图9为实施例1上、下泵体分解示意图； [0039] 图10为实施例1上泵体的仰视图； [0040] 图11为实施例1 下泵体的仰视图； [0041] 图12为实施例2单个泵体分解示意图； [0042] 图13为实施例2上泵体的斜视图； [0043] 图14为实施例3上、下泵体分解示意图。 具体实施方式[0044] 请参见图1，入口特斯拉阀流道的微型压电泵：压电陶瓷1，柔性基板2，上泵体3，下泵体4，出口单向阀5，出口导流组件6； [0045] 压电陶瓷1与柔性基板2通过环氧树脂胶粘接组成压电振子，压电振子作为压电微泵的驱动元件。压电振子采用简支的黏胶形式，具有更大的变形量从而使微型压电泵具有更好的输出性能。 [0046] 微型压电泵为零腔体结构，即压电振子与上泵体上表面无间隙。 [0047] 上泵体3包含：圆形凸台301，上泵体出口流道302，上泵体第一象限进气口303，上泵体第二象限进气口306，上泵体第三象限进气口305，上泵体第四象限进气口304，上泵体第一象限特斯拉阀入口流道307，上泵体第二象限特斯拉阀入口流道310，上泵体第三象限特斯拉阀入口流道305，上泵体第四象限特斯拉阀入口流道308。 [0048] 下泵体4包含：下泵体第一象限进气口401，下泵体第二象限进气口404，下泵体第三象限进气口403，下泵体第四象限进气口402，下泵体第一象限特斯拉阀入口流道406，下泵体第二象限特斯拉阀入口流道409，下泵体第三象限特斯拉阀入口流道408，下泵体第四象限特斯拉阀入口流道407，下泵体出口流道405。 [0049] 其中上、下泵体特斯拉阀入口流道相互对称，叠合后构成四条完整的特斯拉阀流道，通过构造正反方向流速差，起到正向流通，反向截止的作用。 [0050] 可以增强微型压电泵的流量和压力表现，同时特斯拉阀流道还可以减少翼音爆发或气动噪声，从而提高微型压电泵的工作效率和稳定性还能提高流体或流体的传输效率，减少能源损失。 [0051] 出口单向阀5包含：出口单向阀第一象限进气口501，出口单向阀第二象限进气口504，出口单向阀第三象限进气口503，出口单向阀第四象限进气口502，弹性铰链506，圆形阀芯505。 [0052] 出口导流组件6包含：出口导流组件第一象限进气口601，出口导流组件第二象限进气口604，出口导流组件第三象限进气口603，出口导流组件第四象限进气口602，出口导流组件阀片变形腔606，出口导流组件出口流道605。 [0053] 实施例1一种多个入口特斯拉阀流道中心出流的微型压电泵（变径特斯拉阀流道）[0054] 请参见图9，上、下泵体中入口特斯拉阀流道均加入了变径设计，在入口处流道较窄，出口处流道宽。上、下泵体变径特斯拉阀流道上下互相对称，叠合后形成四条完整的特斯拉阀流道。上、下泵体特斯拉阀流道请参见图10，图11。 [0055] 在原有特斯拉阀流道的基础上增加了这一设计，可以进一步增强反向逆止的效果。利用正反方向流速差可以达到正向导通和反向逆止的效果。这种变径特斯拉阀流道结构可以充分利用流体动力学原理，通过流体在管道中的流动产生的压力差，实现流体在正向方向上的畅通和在反向方向上的阻碍。还能提高流体或流体的传输效率，减少能源损失。 [0056] 这种设计简单、可靠且高效，可以有效提高微型压电泵工作压力。 [0057] 实施例2 [0058] 请参见图12，上泵体出口流道可以贯穿的通孔。将微型压电泵工作分为两个阶段：压电振子向上振动时为进气阶段；反之为排气阶段。在进气阶段时，可以有更多流体进入出口流道，在压电振子向下振动时，柔性基板将贯穿的通孔密闭，防止有流体直贯穿的通孔溢出。这项实施例可以增加压电微泵进气阶段时候可以获得更多的流量输入，从而增加微型压电泵整体的流量输出。 [0059] 实施例3 [0060] 请参见图14，特斯拉阀入口流道并不拘泥于平面结构，可以更改为棱锥结构，上、下泵体通过四个相互对称的特斯拉阀流道构成，特斯拉阀流道均设置在棱锥的斜面上，上、下泵体对应的斜面上的特斯拉阀流道一一对称，叠合后构成四条完整的特斯拉阀流道。 [0061] 在原有的泵体基础上增加了棱锥形式的特斯拉阀流道设计，是为了保证整个泵体具有更好的稳定性，能够适配更多的应用场合，例如在转的场景中，这种上下泵体的黏结形式由于具有更多的接触面，黏结效果更好，并且由于接触面与泵体是倾斜设置，在旋转过程中粘结剂剪切力均匀。 [0062] 这种设计简单、可靠，可以有效提高微型压电泵的应用范围。 |
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