[其他]用壓電材料制造的液體泵送、開關(guān)器件

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85104890
• 申請日: 1985-06-21
• 公開（公告）號: CN85104890A
• 公開（公告）日: 1986-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施國梁
• 申請（專利權(quán)）人: 施國梁
• 主分類號: F04B43/04
• 分類號: F04B43/04;F16K31/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明-用壓電材料制造的液體泵送、開關(guān)器件。根據(jù)壓電材料可直接將電能轉(zhuǎn)換為機械能-場致伸縮-的特性設(shè)計出行波式、魚尾式、蜂翅式和心臟式等壓電泵以及雙極型雙向閥、利用重力作用從低汽壓空間向高汽壓空間傳遞液體的緩沖重力閥以及可精確控制閘流量的大功率閥門-H閥門等新型壓電材料器件。

本發(fā)明涉及壓電元件制造、參科學(xué)出版社出版的《壓電陶瓷》〔英〕;三相行波電磁場，參顧繩谷著《電機與拖動基礎(chǔ)》等技術(shù)領(lǐng)域。

本發(fā)明為解決許多場合下存在的液體泵送、開關(guān)器件的體積、成本、效率、可靠性和控制等問題而產(chǎn)生。通常這些場合只需要很小的輸送功率，如1瓦左右。下面結(jié)合圖例來說明本發(fā)明的內(nèi)容。

附圖的圖1中標(biāo)記①、②是壓電陶瓷片在正、反向電壓下的變形，從圖可見壓電片分別變薄或變厚如虛線。這就是場致伸縮效應(yīng)。

圖2是由兩種壓電特性相反的壓電片組成的雙極型壓電片，見標(biāo)記①，虛線分別對應(yīng)外加正、反向電壓時的變形情況。

圖3是對一塊壓電片-未加電場時如虛線③示-分別間隔一定的距離加上極性相反的電壓時情況，如標(biāo)記②實線部分所示。以空心框標(biāo)記①和深色標(biāo)記④分別表示正、反向電壓，如果我們加上交變電壓則壓電片會產(chǎn)生振動，但這種振動并不會移動稱為駐波。

如我們順序?qū)⑷嚯妷杭釉谝粔K各電極適當(dāng)分開的壓電材料上，并將這材料平行對齊放置或制成管形。則在三相電壓作用下這平行板或管中的形如圖4中②所示的空間將會高速向前移動，這種運動與交流直線電機的行波磁場相像如我們利用管壁對液體的摩擦力就可制成行波式壓電泵，管式或平行板式的。圖4為其工作原理圖。圖中標(biāo)記①為振動中的壓電材料。A、B、C為三相電源的電極。

圖5是所謂心臟式壓電泵，其工作原理是用電源使壓電材料制的管子擴張和壓縮并同時使其兩端的雙極型壓電片相應(yīng)地打開和閉合以實現(xiàn)泵水的功能。①、②、③、④分別為壓電片和壓電管的運動范圍，⑤為需泵送的液體，⑥為勢能不同的液體的阻擋層。

圖6是所謂魚尾式壓電泵的工作原理示意圖。標(biāo)記①為外殼，2為運動中的雙極型壓電片，它不僅作簡諧振動而且還在控制相電壓的作用下產(chǎn)生一個將管中水推向前的力-就像魚尾產(chǎn)生的力。

圖8中的①、②、③分別是一種四層壓電材料制成的薄片在零電壓、正向電壓和反向電壓下的狀態(tài)。圖中為容易辯認(rèn)而畫得較厚。中間兩層的功能與圖2的一樣。外面兩層的功能是使其作相對于橫向的扭曲，其在正、反向電壓作用下的情況如④、⑤。（零電位時介于這兩種情況之中，圖未畫）從圖中可見：標(biāo)記⑤的壓電片的橫截面在X軸的投影要比標(biāo)記④的短2倍D長度，如圖中虛線所示。這樣當(dāng)我們對這4片（兩組）壓電片加上如圖7所示的不對稱鋸齒波電壓時由于壓電片在每半個周期的運動-將液體向前、后方推動的作用面和沖量-有一個差值，這就對管子⑦中的液體⑧有個方向不變的軸向力，這個力就是蜂翅型壓電泵的泵送力。標(biāo)記⑥表示四層壓電片在泵中的安裝位置。

下面對附圖9加以說明。這是所謂的緩沖重力閥。其中：①低壓區(qū)。②、⑥，液體。③，閥殼。④，緩沖區(qū)。⑤、8，雙極型壓電片。⑦，高壓蒸汽區(qū)。⑨，表示雙極型壓電片處于開的狀態(tài)，其工作原理是在重力作用下將低壓區(qū)的液體先送入緩沖區(qū)再送入高壓區(qū)。其具體過程為：先將壓電片⑤打開并關(guān)閉壓電片⑧，低壓區(qū)液體流入緩沖區(qū)，再關(guān)上⑤，打開⑧，液體流入高壓區(qū)，平時由于壓力作用閥門能較好地阻止高壓汽體泄漏。

圖10是一個雙極型壓電閥，是一種利用電能來控制的閥門。壓電片③在電場作用下的彎曲作用相當(dāng)于普通閥門的開啟。標(biāo)記④處的閥口與不加電場時的壓電片吻合而使閥門關(guān)閉，①為閥門壁，②為液體。這個器件可兩個反相串聯(lián)以加強作用。

圖11是利用雙極型壓電片彎曲作用來推動齒輪的示意圖，壓電片分成兩段以加強效果、壓電片①可控制以保持與齒輪②接觸或脫離。壓電片在一個交變電壓波形作用下推動齒輪轉(zhuǎn)過一個齒。

圖12是利用圖11壓電片推動齒輪的作用而設(shè)計的可控大功率閥門。標(biāo)記②所示齒輪有上下兩排方向相反的齒，以配合壓電片①和⑤來作正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，這個轉(zhuǎn)動可通過螺母③使螺桿⑥帶動其下的方型閘門⑧上下運動以開啟或關(guān)閉閥門。這樣就可控制管道④中的液體的流量。標(biāo)記⑦為液體，⑨為液流方向。該閥門又稱作H閥門。