一種壓電泵的擺動(dòng)振子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于流體機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種仿生型無(wú)閥壓電泵泵用振子，特別涉及一種仿魚擺動(dòng)振子。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)泵閥的有無(wú)將壓電泵分為有閥壓電泵和無(wú)閥壓電泵。有閥壓電泵的工作原理可簡(jiǎn)要敘述為，壓電振子的往復(fù)振動(dòng)引起泵腔容積的周期性變化，而容積的變化又引起泵腔內(nèi)壓力的變化，控制著泵閥的開啟和關(guān)閉。由于傳統(tǒng)有閥壓電泵壓電振子的振幅很小，限制了泵的流量和所能承受的背壓。中國(guó)專利申請(qǐng)CN101608611A提出了一種利用壓電疊堆驅(qū)動(dòng)的大流量有閥壓電泵，但這種壓電泵仍然存在著泵閥響應(yīng)慢、泵閥頻繁開關(guān)存在摩擦磨損、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壽命低等問(wèn)題。中國(guó)專利CN201010175866.8利用壓電疊堆的伸縮變形對(duì)擺動(dòng)振子進(jìn)行激勵(lì)，通過(guò)二階杠桿對(duì)擺動(dòng)振子的振幅進(jìn)行放大，在振子的端部粘貼柔性尾鰭形成流體驅(qū)動(dòng)功能。美國(guó)專利20070090726A1將壓電材料和基體材料做成一體，通過(guò)壓電材料的伸縮效應(yīng)引起壓電材料的彎曲擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)流體(空氣)流動(dòng)，形成風(fēng)扇效應(yīng)。美國(guó)專利US20090026881A1將傳感器集成于振子中，以便控制振動(dòng)的幅度，獲得合適的風(fēng)量。美國(guó)專利US20150023819A1將三個(gè)壓電雙晶片并排放置，中間的壓電雙晶片和兩邊的擺動(dòng)相位相反，以提尚其驅(qū)動(dòng)空氣的能力
[0003]中國(guó)專利CN201010175866.8利用壓電疊堆的伸縮變形驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)振子振動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于結(jié)構(gòu)的微小型化；美國(guó)專利20070090726A1、US20090026881A1、US20150023819A1利用壓電材料的伸縮變形轉(zhuǎn)換為彎曲變形而產(chǎn)生擺動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于微小型化，但存在如下問(wèn)題:(一)振子都是采用一端固支的方式(如圖1所示)，工作頻率較高，產(chǎn)生的噪音較大；(二)壓電材料的變形轉(zhuǎn)換為擺動(dòng)振子擺動(dòng)要經(jīng)過(guò)伸縮到彎曲變形的轉(zhuǎn)換(如圖2所示)，轉(zhuǎn)換過(guò)程中有能量的損耗，降低了機(jī)電轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種工作頻率低，端部擺動(dòng)幅度大，泵送流體能力強(qiáng)的壓電泵的擺動(dòng)振子
[0005]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型之目的，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種壓電泵的擺動(dòng)振子，包括有彈性的基體以及固定連接在基體上下表面的兩個(gè)壓電陶瓷片，所述基體垂直于連接壓電陶瓷片表面的方向上連接有固支件，且擺動(dòng)振子的質(zhì)心位于固支件的軸線上；所述壓電陶瓷片的極化方向和電場(chǎng)方向相互垂直，且壓電陶瓷片的極化方向和電場(chǎng)方向均與固支件的軸線相垂直。
[0006]作為優(yōu)選方案:兩個(gè)所述壓電陶瓷片的極化方向與壓電陶瓷片的厚度方向垂直，且兩個(gè)壓電陶瓷片的極化方向相反；兩個(gè)壓電陶瓷片垂直于厚度方向的兩個(gè)相對(duì)表面為電場(chǎng)連接面，兩個(gè)壓電陶瓷片朝向基體的電場(chǎng)連接面與基體電連接。
[0007]作為優(yōu)選方案:所述的固支件為彈性的支撐桿。
[0008]作為另一種優(yōu)選方案:兩個(gè)所述壓電陶瓷片的極化方向與壓電陶瓷片的厚度方向相同，且兩個(gè)壓電陶瓷片的極化方向相同；兩個(gè)壓電陶瓷片平行于厚度方向的兩個(gè)相對(duì)表面為電場(chǎng)連接面。
[0009]作為優(yōu)選方案:所述的固支件為扭簧。
[0010]作為優(yōu)選方案:所述基體垂直于固支件的端部連接有柔性的尾鰭。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的有益效果是:通過(guò)觀察魚的游動(dòng)行為可以發(fā)現(xiàn)，擺動(dòng)幅度最小的部位是在其質(zhì)心處，因此本發(fā)明運(yùn)用用仿生學(xué)原理，將固支件設(shè)置在擺動(dòng)振子的質(zhì)心附近，在外部電場(chǎng)激勵(lì)的作用下，能夠獲得更大的端部擺幅，這樣可相應(yīng)地降低工作頻率，減小高頻振動(dòng)噪聲；將外加電場(chǎng)方向和極化方向垂直配置，使壓電陶瓷片直接產(chǎn)生彎曲，替代現(xiàn)有技術(shù)中電場(chǎng)方向與極化方向相同時(shí)壓電陶瓷片經(jīng)過(guò)伸縮到彎曲變形的轉(zhuǎn)換，故相比現(xiàn)有技術(shù)的方案提高了能量轉(zhuǎn)換效率，提高了泵送流體的能力。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的擺動(dòng)振子的固支方式示意圖。
[0013]圖2是現(xiàn)有技術(shù)擺動(dòng)振子的壓電陶瓷片由伸縮變形向彎曲變形的轉(zhuǎn)換狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是魚類游動(dòng)的狀態(tài)示意圖。
[0015]圖4利用壓電陶瓷D15效應(yīng)的擺動(dòng)振子的接線方式示意圖。
[0016]圖5是實(shí)施例1擺動(dòng)振子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖6是實(shí)施例1擺動(dòng)振子的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖7是圖6的左視圖。
[0019]圖8是實(shí)施例2擺動(dòng)振子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖9是實(shí)施例2擺動(dòng)振子的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖10是圖9的左視圖。
[0022]圖11是實(shí)施例3擺動(dòng)振子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖12是實(shí)施例3擺動(dòng)振子的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖13是圖12的左視圖。
[0025]圖14是實(shí)施例4擺動(dòng)振子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖15是實(shí)施例4擺動(dòng)振子的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖16是圖15的左視圖。
[0028]圖17是實(shí)施例5擺動(dòng)振子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖18是實(shí)施例5擺動(dòng)振子的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖19是圖18的左視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面根據(jù)附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做一個(gè)詳細(xì)的說(shuō)明。
[0032]如圖3所示，通過(guò)觀察魚的游動(dòng)行為可以發(fā)現(xiàn)，擺動(dòng)幅度最小的部位是在其質(zhì)心處，因此本發(fā)明運(yùn)用用仿生學(xué)原理，將固支件設(shè)置在擺動(dòng)振子的質(zhì)心附近，在外部電場(chǎng)激勵(lì)的作用下，能夠獲得更大的端部擺幅。另如圖4所示，將外加電場(chǎng)方向和極化方向垂直配置，使壓電陶瓷片直接產(chǎn)生彎曲，替代現(xiàn)有技術(shù)中電場(chǎng)方向與極化方向相同時(shí)壓電陶瓷片經(jīng)過(guò)伸縮到彎曲變形的轉(zhuǎn)換，故相比現(xiàn)有技術(shù)的方案提高了能量轉(zhuǎn)換效率，提高了泵送流體的能力。
[0033]實(shí)施例1
[0034]根據(jù)圖5至圖7所示，本實(shí)施例為一種壓電泵的擺動(dòng)振子，包括有彈性的基體2以及固定連接在基體上下表面的兩個(gè)壓電陶瓷片1，所述基體垂直于連接壓電陶瓷片表面的方向上連接有固支件，固支件為彈性的支撐桿4 ;且擺動(dòng)振子的質(zhì)心位于固支件的軸線上；所述壓電陶瓷片的極化方向和電場(chǎng)方向相互垂直，且壓電陶瓷片的極化方向和電場(chǎng)方向均與固支件的軸線相垂直。
[0035]兩個(gè)所述壓電陶瓷片的極化方向與壓電陶瓷片的厚度方向垂直，且兩個(gè)壓電陶瓷片的極化方向相反(圖5所示箭頭方向)；兩個(gè)壓電陶瓷片垂直于厚度方向的兩個(gè)相對(duì)表面為電場(chǎng)連接面，兩個(gè)壓電陶瓷片朝向基體的電場(chǎng)連接面與基體電連接。結(jié)合圖5所示，上下兩個(gè)壓電陶瓷片的電場(chǎng)連接面連接交流電源的一極，基體連接交流電源的另一極。
[0036]所述基體垂直于固支件的端部連接有柔性的尾鰭3。
[0037]在交流電源產(chǎn)生的交變電場(chǎng)作用下，擺動(dòng)振子將會(huì)產(chǎn)生以支撐桿4為軸擺動(dòng)振動(dòng)。由于產(chǎn)生剪切變形的壓電陶瓷D15效應(yīng)較常規(guī)的D31效應(yīng)在數(shù)值上大(D31效應(yīng)如圖2所示)，因此在振子同樣結(jié)構(gòu)參數(shù)下，振子將產(chǎn)生更大的擺動(dòng)振幅；由于這種變形效應(yīng)有剪切應(yīng)變直接產(chǎn)生，即壓電陶瓷片在電場(chǎng)作用下直接產(chǎn)生彎曲，避免了由伸縮轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢倪^(guò)程，提高了機(jī)電轉(zhuǎn)換效率；在質(zhì)心處固支，降低了獲得最大機(jī)電轉(zhuǎn)換效率的工作頻率，獲得了較大的端部振幅。
[0038]實(shí)施例2
[0039]根據(jù)圖8至圖10所示，本實(shí)施例為一種壓電泵的擺動(dòng)振子，包括有彈性的基體2以及固定連接在基體上下表面的兩個(gè)壓電陶瓷片1，所述基體垂直于連接壓電陶瓷片表面的方向上連接有固支件，固支件為扭簧5 ;且擺動(dòng)振子的質(zhì)心位于固支件的軸線上；所述壓電陶瓷片的極化方向和電場(chǎng)方向相互