由聚合物换能器提供动力的泵制造技术

本发明专利技术提供一种泵，该泵带换能器，该换能器包括层压件，该层压件具有在第一导电材料层与第二导电材料层之间布置的电介质聚合物材料膜，使得该膜可响应于在层之间施加的电场而偏转，其中该层压件被布置成在膜偏转时产生泵送作用。本发明专利技术还提供泵的控制系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种流体泵，其用于将流体介质从泵的入口转移到泵的出口，该泵包 括外壳和换能器，外壳在入口与出口之间形成路径，该换能器被布置成产生泵送作用以使 流体移动通过该路径。
技术介绍
排量泵用于多种医学和非医学器具中用于泵送和选择性地压缩流体介质。举例而 言，泵已用于传递所有类型的流体、盐水等到治疗区等，泵已用于从透析机器等输送血液， 且除了医学领域，泵在多种机械设施中起到重要作用，用于输送流体，混合流体，特别是压 缩流体，例如与制冷系统的结合。在传统正排量泵中，活塞在缸体中往复运动，且通过交替地打开和关闭入口阀和 出口阀，由活塞泵送流体且选择性地压缩流体。活塞和缸体由相对非柔性金属材料制成，提 供活塞泵良好的效率和长寿命，活塞和缸体必须以精密公差制成。通常，这种泵的制造成 本的大部分是花在活塞、缸体与其它移动部件之间的机械相互作用上。传统活塞泵的一个 问题在于它们可产生过量噪声，特别是在由旋转驱动轴上的偏心元件产生往复运动的情况 下。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种正排量泵(positive displacement pump)，其中以交 替方式提供泵送活动，且因此提供潜在地更牢靠且更具成本效率的泵。另一目的在于提供 一种潜在地更静音的泵。因此，本专利技术提供一种泵，其中换能器包括层压件，该层压件具有 在第一导电材料层与第二导电材料层之间布置的电介质聚合物材料膜，使得该膜可响应于 在层之间施加的电场而偏转，其中该层压件被布置成在膜偏转时产生泵送作用。由于聚合物材料的偏转造成泵送作用，因此可显著地降低噪声和对精密公差的需 要。泵送作用的意思是流体由于该作用从入口移动到出口。通常，该作用涉及循环地 改变腔室的体积的过程，该腔室具备截止阀或类似阀，这些阀确保了流体从入口通过腔室 到出口的单向流动。在本文中换能器的意思是能将电能转换成机械能和相反地将机械能转换成电能 的元件。这使得能使用换能器作为致动器，当在第一导电材料层与第二导电材料层之间施 加电场时，致动器工作以移动流体通过路径，和/或使用该换能器作为传感器，其根据路径 中的流动条件的变化提供电特征(例如，在导电材料层之间的电容)的变化。因此，换能器 可提供与控制系统的双向通信，由此控制系统操作该换能器以用作致动器使流体移动通过 该路径，且换能器向控制系统提供信息以能够(例如)基于流动阻力或通过换能器的膜偏 转可测量的其它特征来进行闭环控制。外壳可以任何类型的材料提供，例如以硬聚合材料，以金属(诸如黄铜或铝)或甚至以软聚合材料(诸如硅酮)等提供，泵也可包括微通道且可(例如)包括硅晶片等。在本文中偏转的意思是在压力影响下弯曲或变形。在膜的情况下，由在导电层之 间施加的电场所致的引力或斥力下来自导电层的压力触发偏转。在本文中层压件的意思是由两个或两个以上材料层制成的产品。作为实例，层压 件可包括具有电介质性质的材料，在下文中简称做电介质材料。电介质材料可为非导电聚 合物或弹性体材料。导电材料可在聚合物或弹性体的每一侧上形成电极图案。该至少两种 材料通过烧结而结合在一起(例如粘合地)，或者简单地布置成彼此接触。电介质材料可为任何材料，其能够维持电场而不会传导电流，诸如相对介电常数 ε大于或等于2的材料。电介质材料可为聚合物，例如，弹性体，诸如硅酮弹性体，诸如弱 粘性硅酮或大体上在弹性变形方面具有类似弹性体特征的材料。举例而言，Elastosil RT 625,Elastosil RT 622,Elastosil RT 601 (这三个都是购自 Wacker-Chemie)可用作电介 质材料。在本文中，术语‘电介质材料’应特别地理解但非排它性地表示相对介电常数ε r 大于或等于2的材料。在使用非弹性体的电介质材料的情况下，应当指出的是电介质材料应例如在弹性 方面应当具有类似弹性体的性质。因此，电介质材料应是可变形的，变形程度使得该复合层 能够偏转从而由于电介质材料的变形而进行推和/或拉。膜和导电层可具有相对均勻的厚度，例如，最大厚度小于膜的平均厚度的110%， 最小厚度为膜的平均厚度的至少90%。相对应地，第一导电层的最大厚度可小于第一导电 层的平均厚度110%，最小厚度可为第一导电层的平均厚度的至少90%。按绝对值计算， 导电层的厚度可在0. ΟΙμ 至0. Ιμ 范围内，诸如在0. 02 μ m至0. 09 μ m范围内，诸如在 0. 05 μ m至0. 07 μ m范围内。因此，导电层优选地以很薄的层涂覆到膜上。这便于良好的性 能且便于该导电层能够根据偏转遵循膜表面的波纹图案。膜的厚度可在ΙΟμ 与200μπι之间，诸如在20μπι与150 μ m之间，诸如在30 μ m 与100 μ m之间，诸如在40 μ m与80 μ m之间。在本文中，膜的厚度被定义为从膜的一个表 面上的一点到位于膜的波纹表面上的波峰和波谷之间半途的中间点的最短距离。导电层的电阻率可小于10_2Ω μπι，诸如10_4Ω .cm.通过提供具有很低电阻率的 导电层，导电层的总电阻将不会变得过大，即使是在使用很长导电层的情况下。由此，机械 能与电能之间的转换的响应时间能够维持在可接受的水平同时允许复合层大的表面积，从 而在泵中获得大的致动力。在现有技术中，尚不能提供具有充分低电阻的波纹导电层，主要 是因为需要适当考虑材料的其它性质来选择现有技术导电层的材料以提供顺从性。利用本 专利技术，因此能由很低电阻率的材料提供顺从性的导电层。这允许获得大的致动力同时维持 换能器的可接受的响应时间。导电层可优选地由金属或导电合金制成，例如，由选自银、金和镍组成的组中的金 属制成。或者，可选择其它合适的金属或导电合金。由于金属和导电合金通常具有很低的 电阻率，上文所提到的优点通过利用金属或任何类型的导电材料制作导电层而获得，该金 属或任何类型的导电材料的例如弹性模量高于电介质材料的弹性模量，即，导电层在弹性 范围内可具有比电介质材料更高的刚度。电介质材料的电阻率可大于IOkiQ · cm。优选地，电介质材料的电阻率远高于导电层的电阻率，优选地高至少IO14-IO18倍。为了便于在一个方向中增加换能器的顺从性，为了便于泵改进的反应时间和因此 改进的性能和可控制性，或者为了潜在地提供换能器延长的寿命，表面图案可包括波纹，其 使得导电层在长度方向的长度大于这种复合层在长度方向的长度。导电层的波纹形状因此 便于该复合层在长度方向中拉伸而不会在该方向中拉伸该导电层，而只是使导电层的波纹 形状变平。根据本专利技术，导电层的波纹形状可为膜的表面图案的复制形式。波纹图案可包括波，波形成在一个共同方向中延伸的波峰和波谷，这些波限定各 向异性特征，便于在垂直于该共同方向的方向中移动。根据此实施例，波峰和波谷类似于具 有基本上平行波阵面的驻波。但这些波未必是正弦波，而是可具有任何合适形状，只要限定 波峰和波谷。根据此实施例，波峰(或波谷)将限定基本上线性的等高线，即，相对于整个 复合层沿着具有相等高度的波纹部分的线。这至少基本线性的线将至少基本平行于由其它 波峰和波谷所形成的类似等高线，且该至少基本线性的线的方向限定共同方向。以此方式 限定的共同方向具有发生各向异性的结果，且便于该复合层在垂直于该共同方向的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从入口向出口转移流体介质的流体泵，所述泵包括：外壳，其在所述入口与出口之间形成路径；以及，换能器，其包括层压件，层压件具有布置在第一导电材料层与第二导电材料层之间的电介质聚合物材料膜，使得所述膜可响应于施加在所述层之间的电场而偏转，其中所述层压件被布置成在所述膜偏转时产生泵送作用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·K·汉森，
申请(专利权)人：丹佛斯强力聚合公司，
类型：发明
国别省市：DK