阅读说明：本技术 一种单阀双腔压电泵及其工作方法 (single-valve double-cavity piezoelectric pump and working method thereof ) 是由 不公告发明人 于 2018-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种新型双腔压电泵,包括,液压循环装置和压电驱动装置,所述液压循环装置包含单向阀与腔体,所述腔体内设置有入流腔与出流腔,所述单向阀设置在所述入流腔与所述出流腔之间,所述单向阀实现流体从所述入流腔向所述出流腔进行单向流通,所述压电驱动装置外接交流电,所述压电驱动装置可调节所述液压循环装置内的压力。本发明的压电泵结构采取单阀设计,相比于目前的双阀设计以及其他结构的设计具有更高的可靠性,装配方便；腔内流体流动更加规律,有效的防止或者减少了流体回流,最终提高压电泵系统的压力和流量输出；在减小体积和重量的情况下,可有效提高泵送流体的输出性能,且具有较高的实用性。(The invention discloses a novel double-cavity piezoelectric pump which comprises a hydraulic circulating device and a piezoelectric driving device, wherein the hydraulic circulating device comprises a one-way valve and a cavity, an inflow cavity and an outflow cavity are arranged in the cavity, the one-way valve is arranged between the inflow cavity and the outflow cavity, the one-way valve realizes that fluid flows from the inflow cavity to the outflow cavity in a one-way mode, the piezoelectric driving device is externally connected with alternating current, and the piezoelectric driving device can adjust the pressure in the hydraulic circulating device. The piezoelectric pump structure adopts a single-valve design, and has higher reliability and convenient assembly compared with the current double-valve design and other structural designs; the fluid in the cavity flows more regularly, the backflow of the fluid is effectively prevented or reduced, and the pressure and flow output of the piezoelectric pump system are finally improved; under the condition of reducing the volume and the weight, the output performance of the pumped fluid can be effectively improved, and the pump has higher practicability.)

一种单阀双腔压电泵及其工作方法

技术领域

本发明涉及压电泵技术领域，具体涉及一种单阀双腔压电泵及其工作方法。

背景技术

智能材料的快速发展对设计和研发具有优异性能的小型驱动器提供了新途径，其中，基于压电陶瓷驱动的压电泵，由于其具有体积小、能量大以及可靠性高等特点，在航空航天、机械建筑、精准医疗等领域具有广阔的应用前景。

压电泵根据其结构是否有阀，可将其分为两类：有阀压电泵和无阀压电泵。现有技术有不少采取有阀结构设计，如专利CN107476964A，发明名称为《一种阀腔一体化压电泵》，公开了一种阀腔一体化设计的压电泵，其特征在于结构的设计包括上下盖板、泵腔、压电振子、瓣膜阀、单向阀等部件，由此增大腔体的有效空间、减小泵体结构、提高泵流量，可以作为输送特殊介质的微型泵。这类有阀压电泵在工作过程中，主要是泵腔内流体和泵腔外流体，通过主动阀或者从动阀来控制其循环流动，达到一定的流量和压力输出。现有技术仍然有部分设计采取无阀结构，如专利CN106246516A，发明名称为《漏斗形无阀压电泵》，公开了一种包括泵体、压电振子、阻流体等形成“Y”行剖面的漏斗形压电泵，减小了流体回流量，并且具有单向泵送能力和较好的泵送流体效果。这类泵腔内没有实体阀的无阀压电泵，泵内流体的吸入和排出都是借助管道或者泵腔的非对称结构形成的压力，迫使流体沿同一流道流入、流出，最终达到流体输送的目的。

无阀压电泵和同尺度的有阀压电泵相比，存在流量低、背压小、效率低和反向止流性能差等缺点，而有阀压电泵相比而言则存在结构复杂、装配困难、可靠性较低等缺陷。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种单阀双腔压电泵，包括，液压循环装置和压电驱动装置，所述液压循环装置包含单向阀与腔体，所述腔体内设置有入流腔与出流腔，所述单向阀设置在所述入流腔与所述出流腔之间，所述单向阀实现流体从所述入流腔向所述出流腔进行单向流通，所述压电驱动装置外接交流电，所述压电驱动装置可调节所述液压循环装置内的压力。

较佳的，所述单向阀的数量为1个。

较佳的，所述出流腔与所述单向阀之间设有出流通道，所述入流腔与所述单向阀之间设有入流通道，所述出流通道的横截面积总和小于所述入流通道的横截面积。

较佳的，所述液压循环装置还设有蓄能器，所述蓄能器设有入流口，所述入流口与所述入流腔连通。

较佳的，所述蓄能器内设有蓄能器隔板，所述蓄能器隔板的内侧设有弹簧/泡沫/丁腈橡胶。

较佳的，所述蓄能器与所述腔体密封连接，所述腔体设有出流口，所述出流口与所述出流腔连通。

较佳的，所述压电驱动装置包含活塞、泵外壳、压电陶瓷，所述压电陶瓷内置于所述泵外壳，所述活塞一端连接所述压电陶瓷，所述活塞的另一端连接所述单向阀。

较佳的，所述压电陶瓷为高压封装压电陶瓷，所述压电陶瓷外接交流电，所述压电陶瓷通电后进行伸缩运动进而驱动所述活塞发生形变。

较佳的，所述压电驱动装置还包括固定件，所述固定件分别固定连接所述压电陶瓷与所述泵外壳，所述固定件起固定作用。

较佳的，所述单阀双腔压电泵的工作方法为：

S1、接通所述压电驱动装置的外接电源，所述压电驱动装置使得所述出流腔内压力增大，此时所述单向阀关闭，所述出流腔内的流体流出所述出流腔；

S2、所述出流腔内压力增大到第一预设值时，所述压力驱动装置使得所述出流腔内压力减小，当所述出流腔内压力减小到第二预设值时，所述单向阀打开，流体从所述入流腔流入到所述出流腔中，当所述出流腔的压力值达到第三预设值时，重复步骤S1中压力增大的过程实现依次循环。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

1、本发明的压电泵结构采取单阀设计，相比于目前的双阀设计以及其他结构的设计具有更高的可靠性，装配方便；

2、本发明使用双腔设计，使得腔内流体流动更加规律，有效的防止或者减少了流体回流，最终提高压电泵系统的压力和流量输出；

3、本发明将蓄能器与入流腔连通，结构更加紧凑简洁，利于流体流通腔内压力的控制和提高的性能；

4、本发明的结构设计，在减小体积和重量的情况下，可有效提高泵送流体的输出性能，且具有较高的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的压电泵示意图；

图2是本发明的液压循环装置A侧视角***图；

图3是本发明的液压循环装置B侧视角***图；

图4是本发明的蓄能器示意图；

图5是本发明的腔体示意图；

图6是本发明的腔体与单向阀示意图；

图7是本发明的压电驱动装置A侧视角***图；

图8是本发明的活塞A侧视角***图；

图9是本发明的活塞B侧视角***图；

图10是本发明的活塞体示意图；

图11是本发明的泵外壳示意图；

图12是本发明的压电驱动装置B侧视角***图；

图13是本发明的固定件示意图。

图中数字表示：

1-液压循环装置，11-蓄能器，111-入流口，112-第一螺纹孔，113-第一台阶面，114-第一间隔面，115-第一凹槽，12-蓄能器隔板，121-第一入流孔，13-隔板，131-凸嘴，132-第二入流孔，14-隔片，141-第一中心孔，15-腔体，151-腔连接端，1511-第二螺纹孔，1512-第二台阶面，1513-第二间隔面，1514-第三间隔面，1515-出流通道，1516-第四间隔面，1517-第三台阶面，1518-出流腔，1519-第三入流孔，152-阀连接端，1521-第四台阶面，1522-第五台阶面，1523-第三螺纹孔，16-单向阀，161-阀片，1611-第四螺纹孔，1612-单向阀片，162-阀门，1621-第五螺纹孔，1622-流通孔，2-压电驱动装置，21-活塞，211-活塞头，2111-第六台阶面，2112-第六螺纹孔，212-密封片，2121-第二中心孔，2122-第七螺纹孔，213-活塞体，2131-第五间隔面，2132-第六间隔面，2133-第七台阶面，2134-第八螺纹孔，2135-活塞孔，22-泵外壳，221-第八台阶面，222-第九台阶面，223-第一内螺纹，224-密封面，225-侧孔，226-定位槽，227-第三中心孔，228-驱动空腔，229-第二内螺纹，23-压电陶瓷，231-凸块，232-定位缺口，24-固定件，241-定位扣，242-定位台阶，25-后盖，251-第二外螺纹

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1所示，一种单阀双腔压电泵，包括液压循环装置1和压电驱动装置2，液压循环装置1与压电驱动装置2通过螺纹固定连接，液压循环装置1的B侧端面上设有密封圈，液压循环装置1通过螺纹与压电驱动装置2固定连接后，密封圈可保证液压驱动装置1与压电驱动装置2之间密封接触。

如图2与图3所示，液压循环装置1包括蓄能器11、蓄能器隔板12、隔板13、隔片14、腔体15和单向阀16，蓄能器11为A侧端封闭B侧端开口的圆柱形容器，蓄能器11由7075铝合金材料制成，蓄能器11内有空腔，蓄能器11的侧壁上开有入流口111，流体可通过入流口111流入到蓄能器11的空腔内；蓄能器11的B侧端面与腔体15的A侧端面相匹配，蓄能器11上设有第一螺纹孔112，第一螺纹孔112在AB方向贯穿蓄能器11，第一螺纹孔112共有四个；蓄能器11与腔体15的连接面设有密封圈，使得蓄能器11与腔体15形成腔体，且上述腔体内的流体不会在蓄能器11与腔体15的连接处发生泄漏，保证蓄能器11与腔体15形成的腔体内液压稳定在工作范围内；蓄能器隔板12位于蓄能器11的空腔内，蓄能器隔板12由7075铝合金材料制成，蓄能器隔板12上设有第一入流孔121，蓄能器隔板12的直径小于蓄能器11空腔的直径，保证蓄能器隔板12与蓄能器11的内壁之间留有环形缝隙，流体可穿过第一入流孔121与上述环形缝隙，即压电泵工作时流体分布于蓄能器隔板12的两侧；蓄能器隔板12放置在蓄能器11内时，蓄能器隔板12的A侧为蓄能器隔板12的内侧，蓄能器隔板12的内侧端放置有丁腈橡胶，可保证蓄能器11内压力的稳定性。

如图3与图4所示，蓄能器11的B侧端设有第一台阶面113与第一间隔面114，第一台阶面113与第一间隔面114位于同一平面内，第一台阶面113与第一间隔面114之间设有第一凹槽115，第一凹槽115为一环形凹槽；隔板13为与第一台阶面113直径相同的圆形板，隔板13的B侧面设有凸嘴131，凸嘴131为圆柱状，凸嘴131的轴线位置设有第二入流孔132，第二入流孔132在AB方向贯穿隔板13，隔板13的A侧端面与第一台阶面113、第一间隔面114无缝隙的贴合，第一凹槽115内设有密封圈，使得隔板13与蓄能器11保持密封，蓄能器11与隔板13之间密封连接。

如图3所示，隔片14为圆片，隔片14的中心处设有第一中心孔141，第一中心孔141与凸嘴131相匹配，凸嘴131可穿过隔片14的第一中心孔141，隔片14与隔板13紧密贴合。

如图2与图5所示，腔体15包括腔连接端151与阀连接端152，腔体15由7075铝合金材料制成，腔连接端151的A端一侧设有第二螺纹孔1511、第二台阶面1512、第二间隔面1513、第三间隔面1514、第四间隔面1516，第二台阶面1512、第二间隔面1513、第三间隔面1514与第四间隔面1516均位于同一平面，第二台阶面1512与第二间隔面1513之间设有密封圈，第二间隔面1513与第三间隔面1514之间设有出流腔1518，出流腔1518在AB向上出流腔1518内设有8个出流通道1515，第三间隔面1514与第四间隔面1516之间设有密封圈，第四间隔面1516内设有第三台阶面1517，第三台阶面1517内设有第三入流孔1519，凸嘴131与第四间隔面1516的内侧壁公差配合，第三台阶面1517与凸嘴1311的B侧面相贴合，第二台阶面1512、第二间隔面1513、第三间隔面1514与第四间隔面1516均与隔板13的B侧面相贴合，且第三间隔面1514与第四间隔面1516之间设置的密封圈将出流腔1518与第三入流孔1519相隔开。腔体15的外侧设有出流口153，出流口153连通出流腔1518。

如图3与图5所示，隔片14放入到腔连接端151内，隔片14为弹簧钢，隔片14紧贴第二台阶面1512、第二间隔面1513、第三间隔面1514与第四间隔面1516，隔板13的凸嘴132***到隔片14的第一中心孔141中，并将隔板13的B侧面与隔片14的A侧面相贴合，蓄能器隔板12内置于蓄能器11的空腔中，蓄能器11的B侧面贴合腔体15的A侧面，并通过在第一螺纹孔112与第二螺纹孔1511拧上螺丝，实现蓄能器11与腔体15的固定连接，蓄能器11与腔体15连接后，隔板13与隔片14固定在蓄能器11与腔体15之内，入流口111、蓄能器11内的空腔、第一入流孔121、第二入流孔132与第三入流孔1519连通形成了入流通道，入流通道的横截面积大于8个出流通道1518的横截面积之和。

如图6所示，腔体15的侧壁上设置有第二凹槽154，第二凹槽154有2个，第二凹槽154为环绕腔体15侧壁的环槽，第二凹槽154内设置有密封圈；腔体15的侧壁上设有第一外螺纹155。

如图2与图6所示，阀连接端152的端面上设有第四台阶面1521、第五台阶面1522，第四台阶面1521内陷于阀连接端152的B侧面，第四台阶面1521上设有8个出流通道1515，出流通道1515在AB方向上贯穿腔体15；第五台阶面1522内陷于第四台阶面1521，第五台阶面1522上设有4个第三螺纹孔1523，第五台阶面1522的中心处设有第三入流孔1519，第三入流孔1519在AB方向上贯穿腔体15。

如图2与图6所示，单向阀16包括阀片161和阀门162，单向阀16由7075铝合金材料制成，阀片161为形状和第五台阶面1522的形状相匹配的圆形片，阀片161为弹簧钢，阀片161上设有4个第四螺纹孔1611，第四螺纹孔1611与第三螺纹孔1523相匹配，阀片161的中心处设有一单向阀片1612，单向阀片1612保证第三入流孔1519的流体只能单向流通。

如图2与图6所示，阀门162的形状和第五台阶面1522的形状相匹配，阀门162上设有第五螺纹孔1621与流通孔1622，第五螺纹孔1621与第三螺纹孔1523、第四螺纹孔1611相匹配，流通孔1622处于阀门162的中心处，流通孔1622与第三入流孔1519相连通。

如图2与图6所示，将阀片161装入到第五台阶面1522形成的圆孔中，再将阀门162装入到第五台阶面1522形成的圆孔中，在第五螺纹孔1621、第四螺纹孔1611与第三螺纹孔1523处拧紧螺丝，实现阀门162与阀连接端152之间的密封连接，且此处通过阀片161与阀门162的共同作用实现流体单向流通的功能。

如图7所示，压电驱动装置2包括活塞21、泵外壳22、压电陶瓷23、固定件24以及后盖25；后盖25与泵外壳22固定连接，压电陶瓷23与固定件24均内置于泵外壳22的B侧空腔内，活塞21内置于泵外壳22的A侧空腔内。

如图8与图9所示，活塞21包括活塞头211、密封片212与活塞体213，活塞头211与活塞体213均由7075铝合金材料制备，活塞头211的A侧面为无凹陷的平面，活塞头211的B侧面的中间带有第六台阶面2111，第六台阶面2111具有一定的弹性，当第六台阶面2111的A侧与B侧产生压力差时，第六台阶面2111会发生向A侧/B侧鼓起的状态；活塞头211的B侧面上设有4个第六螺纹孔2112，活塞头211的直径大于阀门162的直径；密封片212为一圆形薄片，密封片212为弹簧钢，密封片212的中心设有第二中心孔2121，第二中心孔2121的大小与第六台阶面2111的大小相同，第二中心孔2121的***设有4个第七螺纹孔2122，第七螺纹孔2122与第六螺纹孔2112相匹配。

如图8和图10所示，活塞体213包括第五间隔面2131、第六间隔面2132、第七台阶面2133，第五间隔面2131与第六间隔面2132位于同一平面，第五间隔面2131外侧设有密封圈，第五间隔面2131与第六间隔面2132之间设有密封圈，第六间隔面2132内侧设有第七台阶面2133，第七台阶面2133中间设有活塞孔2135；在第五间隔面2131上设有第八螺纹孔2134，第八螺纹孔2134与第七螺纹孔2122、第六螺纹孔2112相匹配，活塞体213的直径与活塞头211的直径相同，通过在第六螺纹孔2112、第七螺纹孔2122与第八螺纹孔2134处拧紧螺丝将活塞头211、密封片212与活塞体213固定连接在一起，形成活塞21。

如图11与图12所示，泵外壳22为一圆柱形套筒，泵外壳22的A侧端设有第八台阶面221、第九台阶面222、第一内螺纹223与密封面224，第一内螺纹223与密封面224均位于泵外壳22的内壁上，第九台阶面222内陷于第八台阶面221，第八台阶面221为一环形面，第八台阶面221的外径大于密封片212的直径，第八台阶面221的内径小于密封片212的直径，第八台阶面221与密封片212可密封贴合，第九台阶面222相对于第八台阶面221内陷的深度与活塞体213在AB方向的长度相同，第八台阶面221的内径大于活塞体213的直径，第九台阶面222为一环形面，第九台阶面222中设有第三中心孔227；泵外壳22的侧壁上设有侧孔225，侧孔225共有4个，第九台阶面222的B向外侧为驱动空腔228，压电陶瓷23放置在驱动空腔228位置处；泵外壳22的B侧端设有定位槽226，定位槽226设置在泵外壳22的内壁上。

如图7和图12所示，压电陶瓷23为圆柱体，压电陶瓷23的A侧端设有一凸块231，凸块231为圆柱体，凸块231与压电陶瓷23的本相互固定，凸块231的直径等于第九台阶面222的内径，凸块231可从B侧***到第三中心孔227中；压电陶瓷23的B侧端设有定位缺口232；压电陶瓷23外接交流电，压电陶瓷23接通交流电后会在AB方向发生伸缩。

如图12和图13所示，定位件24为一圆环，定位件24的外壁上设有4个定位扣241，定位扣241与定位槽226相匹配，定位件24的内壁上设有定位台阶242，定位台阶242与定位缺口232相匹配，定位件24可环套在压电陶瓷23的B侧端，且定位件24与压电陶瓷23之间不会发生转动；定位件24环套在压电陶瓷23的B侧端上，再将压电陶瓷23从B侧***到泵外壳22的驱动空腔228内，定位件24的定位扣241可从B侧***到定位槽226中，此时泵外壳22、压电陶瓷23与定位件24固定连接，且上述三者之间不会发生相互转动。

如图12所示，泵外壳22的B侧端内壁上设有第二内螺纹229，后盖25的A侧端外壁上设有第二外螺纹251，第二内螺纹229与第二外螺纹251相互匹配，后盖25与泵外壳22固定连接，并将压电陶瓷23与固定件24固定在泵外壳22内部；再将活塞21从A方向***到泵外壳22的A端内，形成压电驱动装置2。

如图1所示，液压循环装置1和压电驱动装置2通过第一外螺纹155与第一内螺纹223固定连接，并且通过第二凹槽154的密封圈确保活塞21所处腔体的密封性。

如上所述的单阀双腔压电泵，其工作方法为：

S1、接通压电陶瓷23的外接交流电，在压电陶瓷23达到电压幅值过程中会向A方向发生突起形变，经过活塞21作用输出位移并推动液压循环装置1内流体通过8个出流通道1515流入出流腔1518中，再以流量和压力的形式对外输出；

S2、当出流腔1518的压力值达到第一预设值时，压电陶瓷23向B方向收缩，带动活塞21向B侧发生形变而使得液压循环装置1内压力降低，当压力降低到第二预设值时，单向阀16开启，并在蓄能器11的作用下，流体从入流口111进入到蓄能器11内，通过入流通道流到单向阀16处，并流经单向阀16与出流通道1515进入到出流腔1518中，当出流腔1518的压力值达到第三预设值时，重复步骤S1中压力增大的过程实现依次循环。

实施例二

本实施例与上述实施例的区别在于，蓄能器隔板12的内侧放置有泡沫板或弹簧，使得蓄能器11内对压力的蓄能能力更强，更能稳定蓄能器11内压力的稳定性。

实施例三

本实施例与上述实施例的区别在于，活塞体213、活塞片211、单向阀16、腔体15、蓄能器11、蓄能器隔板12、泵外壳22等部件的材料均由不锈钢制成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。