專利名稱：雙壓電梁驅(qū)動(dòng)的膜片氣泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密機(jī)械中微型流體泵技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙壓電梁驅(qū)動(dòng)的膜片氣泵。
背景技術(shù)：
30多年來，芯片性能的快速提高導(dǎo)致以信息技術(shù)為主導(dǎo)的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展。然而，隨著晶體管集成度的提高，芯片耗能和散熱問題漸漸凸顯出來。因此，微電子器件的冷卻已成為國(guó)際微電子界的研究熱點(diǎn)。但隨著計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的日益小型化，其內(nèi)部芯片的冷卻裝置應(yīng)具有低功耗、低噪音，小的側(cè)面尺寸和體積，高效率、高可靠性等特點(diǎn)。因此，傳統(tǒng)的安裝風(fēng)扇和外置散熱片等散熱方法難以滿足芯片對(duì)散熱的要求。并且近年來，用于手機(jī)、掌上電腦等便攜式電子設(shè)備的微型燃料電池也迫切需要這種微型膜片氣泵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出流量大、功耗低、側(cè)面尺寸小、無電磁噪音、可動(dòng)部件少、可靠性高的一種雙壓電梁驅(qū)動(dòng)的膜片氣泵，主要由一個(gè)腔體、兩個(gè)雙壓電梁、一個(gè)帶有單向閥的膜片組成；其特征在于所述膜片7將泵腔分為上腔10、下腔9兩部分，雙壓電梁1一端與膜片7的側(cè)邊相連，另一端卡入下腔9側(cè)壁上的槽8內(nèi)，并在上腔頂板2上設(shè)有單向閥3，膜片7上設(shè)有單向閥6，下腔9側(cè)壁上有孔4；當(dāng)通入交變電壓時(shí)，雙壓電梁上下振動(dòng)，并且當(dāng)交變電壓的頻率與運(yùn)動(dòng)部件的固有頻率相等時(shí)，雙壓電梁的振幅最大；當(dāng)雙壓電梁1向下彎曲時(shí)，其端部推動(dòng)膜片7向下運(yùn)動(dòng)，膜片7上的單向閥6關(guān)閉，下腔9內(nèi)的氣體流過芯片等需要冷卻或換氣的表面5后，從側(cè)壁上孔4或在上腔10的側(cè)邊上的單向閥11流出腔外，此時(shí)上腔板2上的單向閥3開啟，外部的空氣流入上腔10；當(dāng)雙壓電梁1向上彎曲時(shí)，其端部帶動(dòng)膜片7向上運(yùn)動(dòng)，膜片7上的單向閥6開啟，上腔板2的單向閥3關(guān)閉，上腔10內(nèi)的空氣通過膜片7上的閥孔流入泵的下腔9內(nèi)。如此循環(huán)，滿足芯片冷卻或微型燃料電池?fù)Q氣的要求。
所述側(cè)壁上孔4和在上腔10的側(cè)邊上的單向閥11還可為梯形孔/梯形閥。
本發(fā)明的有益效果是1.將兩根雙壓電梁的端部與膜片的側(cè)邊相連，從而使膜片在腔中懸起，大大增加了容積變化率，同時(shí)也減小了氣泵的厚度。2.泵腔內(nèi)的雙壓電梁通入交變電壓驅(qū)動(dòng)膜片在諧振點(diǎn)處振動(dòng)，通過膜片上單向閥的作用，使空氣沿一個(gè)方向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)空氣的交換。氣泵的流量可通過改變驅(qū)動(dòng)電壓的頻率和振幅進(jìn)行方便的調(diào)節(jié)，滿足芯片對(duì)散熱的要求。3.這種氣泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出流量大、功耗低、側(cè)面尺寸小、無電磁噪音、可動(dòng)部件少、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為雙壓電梁驅(qū)動(dòng)的膜片氣泵結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為雙壓電梁驅(qū)動(dòng)的膜片氣泵結(jié)構(gòu)的立體分解圖。
圖3為圖1中上腔側(cè)壁有閥的氣泵結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖1中下腔側(cè)壁上孔和在上腔側(cè)邊上的單向閥閥孔還可為梯形孔/梯形閥的氣泵結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明公開了屬于精密機(jī)械中微型流體泵技術(shù)領(lǐng)域的一種雙壓電梁驅(qū)動(dòng)的膜片氣泵。圖1所示為該膜片氣泵結(jié)構(gòu)示意圖。其膜片7將泵腔分為上腔10、下腔9兩部分，雙壓電梁1一端與膜片7的側(cè)邊相連，另一端卡入下腔9側(cè)壁上的槽8內(nèi)(如圖2所示)，并在上腔頂板2上設(shè)有單向閥3，膜片7上設(shè)有單向閥6，下腔9側(cè)壁上有孔4；側(cè)壁上孔4和在上腔10的側(cè)邊上的單向閥11還可為梯形孔/梯形閥。當(dāng)通入交變電壓時(shí)，雙壓電梁上下振動(dòng)，并且當(dāng)交變電壓的頻率與運(yùn)動(dòng)部件的固有頻率相等時(shí)，雙壓電梁的振幅最大。當(dāng)雙壓電梁1向下彎曲時(shí)，其端部推動(dòng)膜片7向下運(yùn)動(dòng)，膜片7上的單向閥6關(guān)閉，下腔9內(nèi)的氣體流過芯片等需要冷卻或換氣的表面5后，從側(cè)壁上孔4流出腔外，此時(shí)上腔板2上的單向閥3開啟，外部的空氣流入上腔10；當(dāng)雙壓電梁1向上彎曲時(shí)，其端部帶動(dòng)膜片7向上運(yùn)動(dòng)，膜片7上的單向閥6開啟，上腔板2的單向閥3關(guān)閉，上腔10內(nèi)的空氣通過膜片7上的閥孔流入泵的下腔9內(nèi)或通過在上腔10的側(cè)邊上的單向閥11流出腔外。如此循環(huán)，滿足芯片冷卻或微型燃料電池?fù)Q氣的要求。
下面參考圖1和圖2說明本發(fā)明的實(shí)施形式是可以實(shí)現(xiàn)的。
首先，利用精密加工制造出膜片泵的下腔體，材料可以是金屬也可以是非金屬(例如，有機(jī)玻璃)，泵腔的厚度為0.5-20mm。
帶有單向閥的膜片采用微細(xì)加工工藝制造雙壓電梁的制作采用陶瓷燒結(jié)工藝在黃銅片的上、下表面分別制作一層50-500μm厚的PZT壓電陶瓷，使它們的極化方向相同。在外表面鍍一層銀做為電極，并將上、下兩部分的正極與負(fù)極接到一起。將雙壓電梁一端用膠粘接到膜片上，另一端做為電極的輸出端，用螺釘或膠粘接到泵腔的槽中。將兩根雙壓電梁的電極輸出端并聯(lián)在一起。氣泵上腔體的閥片的厚度為5-50μm，材料為Ni，上腔體和上面的閥片同樣可以采用精密加工和微細(xì)加工工藝制作。將上、下腔體粘接為一體，完成雙壓電梁驅(qū)動(dòng)的膜片氣泵的裝配。
實(shí)施例2本實(shí)施例與前一個(gè)實(shí)施例的區(qū)別在于在上腔10的側(cè)邊增加了單向閥11(如圖3)。這樣做的好處是，一方面可以增加膜片氣泵上腔的流量，另一方面當(dāng)上腔頂部的單向閥孔被阻擋的情況下，仍然可以通過側(cè)面的單向閥11實(shí)現(xiàn)上腔的換氣。本實(shí)施例其它部分的結(jié)構(gòu)、制作和裝配方法與實(shí)施例1完全相同，但在制做過程中應(yīng)使膜片的運(yùn)動(dòng)不會(huì)干涉到單向閥11的工作。
實(shí)施例3本實(shí)施例與第一個(gè)實(shí)施例的區(qū)別在于上腔10和下腔9側(cè)壁上孔4和在上腔10的側(cè)邊上的單向閥11還可為梯形孔/梯形閥。這種閥是利用梯形孔/梯形閥兩個(gè)方向的流阻不同，來實(shí)現(xiàn)氣流的單向流動(dòng)，其制造工藝比帶有閥片的單向閥簡(jiǎn)單，從而大大增加了膜片氣泵工作的可靠性。
權(quán)利要求
1一種雙壓電梁驅(qū)動(dòng)的膜片氣泵，主要由一個(gè)腔體、兩個(gè)雙壓電梁、一個(gè)帶有單向閥的膜片組成；其特征在于所述膜片(7)將泵腔分為上腔(10)、下腔(9)兩部分，雙壓電梁(1)一端與膜片(7)的側(cè)邊相連，另一端卡入下腔(9)側(cè)壁上的槽(8)內(nèi)，并在上腔頂板(2)上設(shè)有單向閥(3)，膜片(7)上設(shè)有單向閥(6)，下腔(9)側(cè)壁上有孔(4)；當(dāng)通入交變電壓時(shí)，雙壓電梁上下振動(dòng)，并且當(dāng)交變電壓的頻率與運(yùn)動(dòng)部件的固有頻率相等時(shí)，雙壓電梁的振幅最大；當(dāng)雙壓電梁(1)向下彎曲時(shí)，其端部推動(dòng)膜片(7)向下運(yùn)動(dòng)，膜片(7)上的單向閥(6)關(guān)閉，下腔(9)內(nèi)的氣體流過芯片的需要冷卻或換氣的表面(5)后，從側(cè)壁上孔(4)流出腔外，此時(shí)上腔板(2)上的單向閥(3)開啟，外部的空氣流入上腔(10)；當(dāng)雙壓電梁(1向上彎曲時(shí)，其端部帶動(dòng)膜片(7)向上運(yùn)動(dòng)，膜片(7)上的單向閥(6)開啟，上腔板(2)的單向閥(3)關(guān)閉，上腔(10)內(nèi)的空氣通過膜片(7)上的閥孔流入泵的下腔(9)內(nèi)或通過在上腔(10)的側(cè)邊上的單向閥(11)流出腔外；如此循環(huán)，滿足芯片冷卻或微型燃料電池?fù)Q氣的要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙壓電梁驅(qū)動(dòng)的膜片氣泵，其特征在于所述側(cè)壁上孔(4)和在上腔(10)的側(cè)邊上的單向閥(11)還可為梯形孔/梯形閥。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于精密機(jī)械中微型流體泵技術(shù)領(lǐng)域的一種雙壓電梁驅(qū)動(dòng)的膜片氣泵。它包含一個(gè)腔體、兩個(gè)雙壓電梁、一個(gè)帶有單向閥的膜片以及引出電極。其中雙壓電梁一端固支，另一端與膜片的側(cè)邊相連。泵腔內(nèi)的雙壓電梁通入交變電壓驅(qū)動(dòng)膜片在諧振點(diǎn)振動(dòng)，通過膜片上單向閥的作用，使空氣沿一個(gè)方向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與外界的氣體交換。這種氣泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出流量大、功耗低、側(cè)面尺寸小、無電磁噪音、可動(dòng)部件少、可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，易于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)F04B43/02GK1892028SQ03157069
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月12日
發(fā)明者周兆英, 楊興, 葉雄英, 趙慧貞, 羅小兵 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 韓國(guó)三星綜合技術(shù)研究院