[发明专利]一种压电叠堆式气泵

说明书

本发明属于微流体传输领域，具体涉及一种压电叠堆式气泵。泵体上设有出入孔、至少两个储气室及由体腔构成的体腔组，从入孔到出孔的体腔组所含体腔数依次减少；体腔组中靠近入孔和出孔的体腔上分别设有进出口腔，出入孔分别与其相邻体腔组的出口腔和进口腔连通；相邻体腔组的进出口腔相连通；进出口腔与其内所装阀片构成进出口阀；压盖将隔膜压在泵体上，压盖的导向孔和泵体的体腔对称配置在隔膜两侧，隔膜与体腔构成泵腔，同一体腔组内的泵腔并联成泵腔组；导向孔中带驱动及传感单元的压电叠堆将活塞压接在隔膜上；各泵腔组中的压电叠堆经不同的导线组与驱动电源相连；驱动电源输出直流电压信号并根据传感单元感应电压的变化情况换向。

技术领域

本发明属于微量气体传输与控制领域，具体涉及一种压电叠堆式气泵。

背景技术

微型气体压缩与输送装置也称为微型空压机、气泵、气体压缩装置等，主要用于气体采样、气体循环与供给、喷气冷却、负压保持、充气增压、加氧等诸多方面。根据工作原理，常用气体压缩装置可分为隔膜式、电磁式、叶轮式、活塞式等，其共性特点是都包含机械传动部分，故结构复杂，体积、重量及功耗都较大，且存在较大的噪音和电磁干扰，不便于结构的微小化与集成化，在微机电领域的应用受到了一定的制约。近年来，人们相继提出了多种类型的压电式微型气体压缩与输送装置，如中国专利 201410104036.4、201410577904.0、201510649212.7、201710697409.7等。尽管上述气体压缩与输送装置结构原理及性能差异较大，但都是利用晶片型压电振子在电场作用下产生的弯曲变形实现气体驱动的，因压电振子弯曲变形所引起的泵腔容积变化量相对较小，现有压电式气体压缩装置可实现的输出流量及压力还很低，尤其是不能同时获得较大的输出流量和较高的输出压力，推广应用受到了一定的制约。

发明内容

为提高供气压力，本发明提出一种压电叠堆式气泵，本发明的实施方案是：由泵体、压盖、压电叠堆、活塞、阀片、隔膜及密封圈构成；泵体上设有出入孔、至少两个由体腔构成的体腔组及与体腔组数量相等的储气室，入孔与各体腔组及出孔依次串联，从入孔到出孔的各体腔组所含体腔数量依次减少；各体腔组中靠近入孔一侧的体腔上设有进口腔、靠近出孔一侧的体腔上设有与储气室连通的出口腔，入孔与其相邻体腔组的进口腔连通，出孔与其相邻的体腔组的出口腔连通；同一体腔组内的各体腔经内通孔连通，两相邻体腔组的进出口腔经外通孔连通；进出口腔与其内所安装的阀片分别构成进出口阀，阀片为悬臂梁或碟形结构；压盖经螺钉安装在泵体上并将隔膜压接在泵体上，压盖的导向孔的直径与泵体的体腔的直径相等，导向孔和体腔对称配置在隔膜两侧，隔膜将密封圈压接在体腔内形成泵腔；同一体腔组内的泵腔并联成泵腔组，各泵腔组串联；导向孔中装有压电叠堆和活塞，压盖经压电叠堆将活塞压接在隔膜上，活塞为T型且其小端与隔膜接触、大端侧壁与导向孔内壁接触；压电叠堆包括驱动单元和传感单元；为获得最大压缩比，隔膜为0.1、0.2和0.3mm厚的铍青铜时最佳的活塞的小端半径与体腔的半径比分别为0.79、 0.65和0.55，泵腔的高度为驱动单元受电压作用的伸长量；压缩比是指压电叠堆伸缩变形所引起的泵腔的容积变化量与泵腔的静容积之比；不同泵腔组中的压电叠堆的驱动单元和传感单元经不同的导线组与驱动电源相连，即各泵腔组中的驱动单元和传感单元都采用两组独立的导线组与驱动电源相连；工作中，同一泵腔组中隔膜的变形方向相同，即同一泵腔组内压电叠堆驱动单元受驱动电压作用均伸长或缩短。

本发明中，驱动电源输出给各泵腔组中驱动单元的是直流电压信号或不同频率的交流电压信号，驱动电源输出直流信号时根据传感单元感应电压的变化情况使驱动电压换向、实现自激驱动，即当传感单元的感应电压到达极值时直流电压在0和最大正电压之间变换、驱动单元交替地伸缩变形，从而解决不同负载时压电叠堆谐振频率的跟踪问题。