專(zhuān)利名稱(chēng)：一種旋轉(zhuǎn)行波無(wú)閥壓電驅(qū)動(dòng)泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓電機(jī)械、流體機(jī)械等技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種旋轉(zhuǎn)行波無(wú)閥壓電驅(qū)動(dòng)泵結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
超聲電機(jī)是一種利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，激發(fā)彈性體在超聲頻段產(chǎn)生微幅振動(dòng)。在線(xiàn)性聲學(xué)中，聲壓是時(shí)間的周期函數(shù)，且在一個(gè)周期中的時(shí)間平均值為零。但在高聲強(qiáng)度條件下，聲波非線(xiàn)性效應(yīng)越來(lái)越顯著，會(huì)在聲壓中產(chǎn)生一個(gè)“直流”項(xiàng)，這一項(xiàng)的時(shí)間平均值具有固定的大小和方向，稱(chēng)之為聲輻射壓力。聲流也對(duì)流體產(chǎn)生一定的推動(dòng)，置于強(qiáng)聲場(chǎng)中的物體表面會(huì)產(chǎn)生一層較薄的邊界層聲流，聲流使邊界層的流體產(chǎn)生流動(dòng)，由于流體具有黏性，沒(méi)有被直接推動(dòng)的流體也被帶動(dòng)流動(dòng)?；谝陨显恚景l(fā)明人利用超聲電機(jī)技術(shù)，并在超聲電機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，研究出本案所提供的體積較小的壓電驅(qū)動(dòng)泵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的，在于提供一種旋轉(zhuǎn)行波無(wú)閥壓電驅(qū)動(dòng)泵，其利用表面質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動(dòng)和高頻率行波產(chǎn)生的聲輻射壓力和聲流推動(dòng)流體流動(dòng)，因此體積可以做得較小，且泵出口流量連續(xù)可調(diào)，并可實(shí)現(xiàn)泵的反向流動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種旋轉(zhuǎn)行波無(wú)閥壓電驅(qū)動(dòng)泵，包括上蓋腔、橡膠盤(pán)、底座腔、壓電陶瓷陣列和兩根導(dǎo)管，其中，底座腔的中心開(kāi)設(shè)有穿孔，且頂面設(shè)有至少兩個(gè)分腔，每個(gè)分腔分別經(jīng)由導(dǎo)槽與穿孔連通，而底座腔的底面則設(shè)有壓電陶瓷陣列；橡膠盤(pán)固定于底座腔的上方，對(duì)應(yīng)底座腔的各個(gè)分腔分別開(kāi)設(shè)透孔；上蓋腔固定于橡膠盤(pán)的上方，所述上蓋腔的中心開(kāi)設(shè)有一通孔， 而底面還開(kāi)設(shè)有至少兩條匯流槽，所述匯流槽的數(shù)目與分腔的數(shù)目一致，且匯流槽的一端與通孔連通，另一端對(duì)應(yīng)橡膠盤(pán)的透孔位置；兩根導(dǎo)管分別連接上蓋腔的通孔和底座腔的穿孔。上述底座腔的頂面在穿孔周?chē)纬森h(huán)狀凹槽，所述的凹槽內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)擋垣， 將凹槽分隔成至少兩個(gè)分腔。上述底座腔的頂面設(shè)有三個(gè)分腔，橡膠盤(pán)上對(duì)應(yīng)各分腔分別開(kāi)設(shè)透孔，而上蓋腔的底面對(duì)應(yīng)各透孔分別開(kāi)設(shè)匯流槽。上述底座腔、橡膠盤(pán)和上蓋腔的對(duì)應(yīng)位置分別開(kāi)設(shè)固定孔，使用螺栓和螺母進(jìn)行固定。采用上述方案后，本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)上蓋腔和底座腔相疊合的結(jié)構(gòu)，并在二者之間增加橡膠盤(pán)，當(dāng)對(duì)底座腔底部的壓電陶瓷陣列施加激勵(lì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的行波，驅(qū)動(dòng)分腔內(nèi)表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng)，接觸流體靠質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動(dòng)直接流動(dòng)，非接觸流體靠行波產(chǎn)生的切向聲輻射壓力、聲流和聲黏性力流動(dòng)，而非體積變化，因此可以將體積做得較小，另外，可在一定范圍內(nèi)通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率的大小，以改變泵出口流量的大小，實(shí)現(xiàn)泵出口流量的連續(xù)可調(diào)；另外，還可以通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)頻率的相位差，改變行波的旋轉(zhuǎn)方向，從而實(shí)現(xiàn)泵的反向流動(dòng)，可以應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域和醫(yī)療器械方面。


圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)分解圖； 圖2是本發(fā)明的組合剖視圖3是本發(fā)明中上蓋腔的底側(cè)示意圖； 圖4是本發(fā)明中橡膠盤(pán)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明中底座腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)行波無(wú)閥壓電驅(qū)動(dòng)泵，包括上蓋腔3、橡膠盤(pán)4、 底座腔5、壓電陶瓷陣列7和兩根導(dǎo)管1、9，以下將分別介紹。如圖3所示，上蓋腔3的中心開(kāi)設(shè)有一通孔31，且上蓋腔3的底面還開(kāi)設(shè)有三條匯流槽32，所述三條匯流槽32的一端均與通孔31連通，并呈放射狀均勻排布，使流體可以從周邊向中心匯流；此外，所述上蓋腔3上還開(kāi)設(shè)有兩個(gè)貫通頂面與底面的固定孔33。橡膠盤(pán)4位于上蓋腔3的下方，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，所述的橡膠盤(pán)4上開(kāi)設(shè)有三個(gè)透孔41，分別對(duì)應(yīng)前述上蓋腔3上三條匯流槽32的另一端；此外，橡膠盤(pán)4上還開(kāi)設(shè)有兩個(gè)貫通頂面和底面的固定孔42，分別與上蓋腔3上的兩個(gè)固定孔33位置對(duì)應(yīng)。配合圖5所示，底座腔5位于橡膠盤(pán)4的下方，其中心開(kāi)設(shè)有穿孔51，而頂面則在穿孔51周?chē)纬森h(huán)狀凹槽，所述的凹槽內(nèi)設(shè)有三個(gè)擋垣52，從而將凹槽均勻分隔成三個(gè)分腔53，并使得每個(gè)分腔53分別對(duì)應(yīng)橡膠盤(pán)4上的一個(gè)透孔41，且每個(gè)分腔53分別經(jīng)由導(dǎo)槽討與穿孔51連通；此外，所述底座腔5上還對(duì)應(yīng)兩個(gè)固定孔42分別開(kāi)設(shè)固定孔55。壓電陶瓷陣列7由若干壓電陶瓷片排列而成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并固定于底座腔5的底面。所述兩根導(dǎo)管1、9分別連接上蓋腔3的通孔31和底座腔5的穿孔51。組裝時(shí)，配合圖1和圖2所示，將上蓋腔3、橡膠盤(pán)4和底座腔5依次疊合，然后使用螺栓6依次穿過(guò)固定孔55、42、33，并在另一端使用墊片10和螺母11加以固定，本實(shí)施例中將橡膠盤(pán)4設(shè)于上蓋腔3和底座腔5之間，一方面可起到密封和吸振的作用，另一方面， 橡膠盤(pán)4上開(kāi)設(shè)的透孔41還可起到配流的作用；并利用螺母2將導(dǎo)管1固定于上蓋腔3的通孔31中，利用螺母8將導(dǎo)管9固定于底座腔5的穿孔51中。工作時(shí)，對(duì)壓電陶瓷陣列7施加sin (cot)、cos (cot)激勵(lì)，通過(guò)兩個(gè)在空間上具有 3Γ/2相位差的同形振動(dòng)模態(tài)，以時(shí)間上具有一定相位差伊(0<ψ<π)的振動(dòng)相疊加，可以獲得軸對(duì)稱(chēng)體上沿周向的行波。在行波的行進(jìn)過(guò)程中，軸對(duì)稱(chēng)體表面質(zhì)點(diǎn)形成橢圓運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)在空間上具有1/4 (2為彎曲駐波的波長(zhǎng))相位差(即空間上ΛΓ/2的相位差)，且在時(shí)間上也具有相位差-的彎曲駐波相疊加，可合成沿周向的行波，其是底座腔5在激勵(lì)下的振型圖，其中，箭頭方向表示行波的旋轉(zhuǎn)方向，F(xiàn)表示法向聲輻射壓力，θ為法向聲輻射壓力與行波所在平面的夾角，F(xiàn)1和F2分別是F的兩個(gè)垂直方向分量。當(dāng)行波在結(jié)構(gòu)中行進(jìn)時(shí)，結(jié)構(gòu)表面上的質(zhì)點(diǎn)將產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng)，可以推動(dòng)接觸的流體的直接流動(dòng)；而不接觸的流體，靠周向運(yùn)動(dòng)的行波推動(dòng)。由于驅(qū)動(dòng)頻率很高(一般超過(guò)10kHz)，在高頻率下，聲波的非線(xiàn)性效應(yīng)會(huì)越來(lái)越顯著，會(huì)在聲壓中產(chǎn)生一個(gè)“直流”項(xiàng)，這一項(xiàng)的時(shí)間平均值具有固定的方向和大小，產(chǎn)生聲輻射壓力，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的行波，在波峰和波谷上升沿一側(cè)某個(gè)質(zhì)點(diǎn)處產(chǎn)生法向聲輻射壓力F，波峰處和下降沿一側(cè)質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，不壓縮流體，所以不產(chǎn)生聲輻射壓力。力F 與行波所在平面的夾角為Θ，角度θ隨質(zhì)點(diǎn)的位置不同而改變，在波谷處θ為90度。推動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)的切向聲輻射壓力F1=F cos(e)，&隨θ (0<θ<π/2 )的改變而改變，非接
觸流體在切向聲輻射壓力的作用下向前流動(dòng)，而遠(yuǎn)離聲輻射壓力作用的流體靠聲流和聲黏性力向前流動(dòng)。假如激勵(lì)使底座腔5上的分腔53產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的行波，流體在此行波的推動(dòng)下，經(jīng)導(dǎo)管9和底座腔5上的三條導(dǎo)槽M流入分腔53，流體在分腔53內(nèi)由于行波的推動(dòng)向前流動(dòng)。因此，流體前進(jìn)的方向流體增多，壓力增大，把高壓流體經(jīng)橡膠盤(pán)4上的三個(gè)透孔41壓入上蓋腔3，流來(lái)的流體經(jīng)上蓋腔3上的三條匯流槽32匯流，之后流體經(jīng)與上蓋腔3相連的導(dǎo)管1流入工作腔。而后部壓力減小，使更多的流體不斷進(jìn)入泵腔里，依次循環(huán)工作。在一定范圍內(nèi)，調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率的大小可以改變泵出口流量的大小，實(shí)現(xiàn)泵出口流量的連續(xù)可調(diào)；改變驅(qū)動(dòng)頻率的相位差，可以實(shí)現(xiàn)行波的旋轉(zhuǎn)方向，實(shí)現(xiàn)泵的反向流動(dòng)。需要指出的是，在本實(shí)施例中，底座腔5上設(shè)置了 3個(gè)分腔53，位于底座腔5上方的橡膠盤(pán)4上則對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)三個(gè)透孔41，而上蓋腔3的底面對(duì)應(yīng)三個(gè)透孔41開(kāi)設(shè)三條匯流槽 32 ；而在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，底座腔5上還可設(shè)置兩個(gè)分腔，或多于三個(gè)分腔，而橡膠盤(pán)4上透孔的數(shù)目和上蓋腔3上匯流槽的數(shù)目與分腔的數(shù)目相一致，不以本實(shí)施例為限，只要使得透孔與分腔分別對(duì)應(yīng)，而匯流槽與透孔分別對(duì)應(yīng)即可。以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)行波無(wú)閥壓電驅(qū)動(dòng)泵，其特征在于包括上蓋腔、橡膠盤(pán)、底座腔、壓電陶瓷陣列和兩根導(dǎo)管，其中，底座腔的中心開(kāi)設(shè)有穿孔，且頂面設(shè)有至少兩個(gè)分腔，每個(gè)分腔分別經(jīng)由導(dǎo)槽與穿孔連通，而底座腔的底面則設(shè)有壓電陶瓷陣列；橡膠盤(pán)固定于底座腔的上方，對(duì)應(yīng)底座腔的各個(gè)分腔分別開(kāi)設(shè)透孔；上蓋腔固定于橡膠盤(pán)的上方，所述上蓋腔的中心開(kāi)設(shè)有一通孔，而底面還開(kāi)設(shè)有至少兩條匯流槽，所述匯流槽的數(shù)目與分腔的數(shù)目一致， 且匯流槽的一端與通孔連通，另一端對(duì)應(yīng)橡膠盤(pán)的透孔位置；兩根導(dǎo)管分別連接上蓋腔的通孔和底座腔的穿孔。
2.如權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)行波無(wú)閥壓電驅(qū)動(dòng)泵，其特征在于所述底座腔的頂面在穿孔周?chē)纬森h(huán)狀凹槽，所述的凹槽內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)擋垣，將凹槽分隔成至少兩個(gè)分腔。
3.如權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)行波無(wú)閥壓電驅(qū)動(dòng)泵，其特征在于所述底座腔的頂面設(shè)有三個(gè)分腔，橡膠盤(pán)上對(duì)應(yīng)各分腔分別開(kāi)設(shè)透孔，而上蓋腔的底面對(duì)應(yīng)各透孔分別開(kāi)設(shè)匯流槽。
4.如權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)行波無(wú)閥壓電驅(qū)動(dòng)泵，其特征在于所述底座腔、橡膠盤(pán)和上蓋腔的對(duì)應(yīng)位置分別開(kāi)設(shè)固定孔，使用螺栓和螺母進(jìn)行固定。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種旋轉(zhuǎn)行波無(wú)閥壓電驅(qū)動(dòng)泵，包括上蓋腔、橡膠盤(pán)、底座腔、壓電陶瓷陣列和兩根導(dǎo)管，其中，底座腔的中心開(kāi)設(shè)有穿孔，且頂面設(shè)有至少兩個(gè)分腔，每個(gè)分腔分別經(jīng)由導(dǎo)槽與穿孔連通，而底座腔的底面則設(shè)有壓電陶瓷陣列；橡膠盤(pán)固定于底座腔的上方，對(duì)應(yīng)底座腔的各個(gè)分腔分別開(kāi)設(shè)透孔；上蓋腔固定于橡膠盤(pán)的上方，所述上蓋腔的中心開(kāi)設(shè)有一通孔，而底面還開(kāi)設(shè)有至少兩條匯流槽，所述匯流槽的數(shù)目與分腔的數(shù)目一致，且匯流槽的一端與通孔連通，另一端對(duì)應(yīng)橡膠盤(pán)的透孔位置；兩根導(dǎo)管分別連接上蓋腔的通孔和底座腔的穿孔。此種驅(qū)動(dòng)泵的體積可以做得較小，且泵出口流量連續(xù)可調(diào)，并可實(shí)現(xiàn)泵的反向流動(dòng)。
文檔編號(hào)F04B43/04GK102312822SQ20111007218
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者吳飛, 金家楣, 陳小建 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)