[发明专利]一种高性能微型压电泵

说明书

本发明属于流体输送技术领域，涉及一种高性能微型压电泵，包括：压电振子，压电振子包括振动基板和设于振动基板上的一个或多个压电元件，振动基板包括中心部和设置在中心部外周的框部，中心部和框部之间通过弹性支撑连接；挠性板，挠性板设于压电振子一侧，挠性板靠近振动基板的一侧设有流道，挠性板与中心部相对的区域内至少设有一个贯穿挠性板的通气孔；通过对压电元件施加驱动电压，振动基板发生弯曲变形，使挠性板产生谐振并随着振动基板朝着相反方向弯曲变形，从所述通气孔吸入流体，从通气孔的周向方向排出。本发明能够在恒定电压驱动下，提升微型压电泵输出压力和输出流量的同时解决泵体发热问题，具有较高的市场价值。

技术领域

本发明属于流体输送设备技术领域，具体涉及一种高性能微型压电泵。

背景技术

近年来，随着微型压电泵的快速发展，微型压电泵已经广泛应用到精细化工、微机电系统、医疗器械和消费电子等行业。其中医疗器械和消费电子市场潜力最大，产品对便携式的要求越来越高，这便对压电泵提出了更高的要求，即同时具备低电压、微型化、高输出性能。但是，越是要求微型化，越是要求低电压，则越是使得压电泵输出能力(输出压力和输出流量)降低，输出能力存在极限，无法逾越。恒定电压驱动的微型压电泵，输出流量越大，输出压力越小，反之亦然。因此，在低电压且微型化的前提下，同时提高压电泵的输出流量和输出压力具有重大意义。

已经公布的中国专利暂未考虑到上述问题，在恒定电压驱动下，只能单一地提高流量(压力下降)或压力(流量下降)，无法同时提高微型压电泵的输出性能(输出压力、输出流量)；若提高微泵的驱动电压，压电元件的变形增大，压电元件疲劳强度很低，导致微泵寿命大大缩减，并且驱动电压存在上限，带来的性能提升并不明显。例如，中国专利CN102597520B，致动器被载置在平面部上(发生接触)，致动器与平面部相对的面为平面，平面部与致动器相对的面也为平面，致动器朝向平面部方向发生凸起的弯曲变形后，二者之间的距离变得极小，流阻急剧增大，使得微型压电泵输出压力极大减弱；公布的结构容积变化率低，较低的容积变化率导致输出流量不足，同时大流阻导致能量转换为热量的部分增大，泵体发热严重。中国专利CN103140674A、中国专利CN208380823U也有同样的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的微型压电泵在恒定电压驱动下，输出压力、输出流量不足且泵体发热严重的问题，提供了一种高性能微型压电泵，能够在恒定电压驱动下，通过简单的结构同时提升微型压电泵的输出压力和输出流量，并巧妙解决泵体发热问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

由于流体流过流道的比摩阻hr为：

其中，α为摩擦阻力系数，S为过流断面面积，U为过流断面湿周，Q为流过过流断面的流量。

本发明提供一种高性能微型压电泵过流断面为柱面，若将过流断面高度增加一倍以上，即在挠性板上设置流道，则过流断面湿周不变，且过流断面面积变为原来的两倍以上，由上式可知，流量不变的前提下，流道的比摩阻变为原来的八分之一以下，甚至更小，使流体沿程阻力损失很小；

层流流动中粗糙元对流动阻力的影响比较大，本发明所述一种高性能微型压电泵挠性板上流道壁面粗糙度不高于Ra0.8(参照GB/T1031-2009)，使得α降低，进一步降低流体沿程阻力损失；

并且，本发明所述一种高性能微型压电泵挠性板上流道壁面相交处均做圆角处理，用于减小流体局部阻力损失。

流阻的大幅减小可以明显的提升微型压电泵输出压力。

将微型泵等效为一个单自由度振动系统，设m为系统等效质量，k为系统等效刚度，c为系统阻尼，F₀coswt为压电振子在正弦激励下的驱动力，x(t)为挠性板悬空部中心位移，则系统运动方程为：