CN111727319B - 泵装置 - Google Patents

Abstract

泵装置具备：第1压电泵；第2压电泵，其与第1压电泵的上游侧串联连接；驱动部，其对第1压电泵和第2压电泵供给交流的输入电力；以及分配设定部，其对分别供给于第1压电泵和第2压电泵的来自驱动部的输入电力的分配比例进行设定，分配设定部将向第2压电泵输入的输入电力相对于向第1压电泵输入的输入电力之比例设定为大于1且1.57以下。

Description

泵装置

技术领域

本发明涉及泵装置。

背景技术

以往，公开有用于输送空气等流体的泵装置(例如，参照专利文献1)。

专利文献1的泵装置是串联连接多个压电泵而成的泵装置。该泵装置对多个压电泵中邻接的压电泵彼此的输入电力上赋予相位差地驱动各压电泵。由此，缓和串联连接多个压电泵的情况下的压力的脉动。

专利文献1的泵装置所使用的压电泵具有使压电元件与金属板贴合的构造，并通过对它们供给交流电力而产生单层晶片模式的屈曲变形，进行空气的输送。

专利文献1:日本特开2004-169706号公报

压电泵是使压电元件和金属板以高速屈曲变形的装置，与其他种类的泵相比，泵的温度上升率高。存在若泵的温度变高而超过泵的耐热温度则泵产生故障的可能性，作为其结果，存在泵装置的可靠性降低的担忧。

特别是在串联连接了压电泵的情况下，由上游侧的压电泵加热的高温的空气向下游侧的压电泵供给，因此下游侧的压电泵温度容易变高。因此，在串联连接了压电泵的情况下，下游侧的泵的温度变高而超过泵的耐热温度，泵产生故障的可能性高，作为其结果，存在泵装置的可靠性降低的担忧。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述问题，且在于提供提高可靠性的泵装置。

为了实现上述目的，本发明的泵装置具备：第1压电泵；第2压电泵，其与上述第1压电泵的上游侧串联连接；驱动部，其对上述第1压电泵和上述第2压电泵供给交流的输入电力；以及分配设定部，其对分别供给于上述第1压电泵和上述第2压电泵的来自上述驱动部的上述输入电力的分配比例进行设定，上述分配设定部将向上述第2压电泵输入的输入电力相对于向上述第1压电泵输入的输入电力之比例设定为大于1且1.57以下。

另外，本发明的泵装置具备：第1压电泵；第2压电泵，其与上述第1压电泵的上游侧串联连接；驱动部，其对上述第1压电泵和上述第2压电泵供给交流的输入电力；以及分配设定部，其对分别供给于上述第1压电泵和上述第2压电泵的来自上述驱动部的输入电流值的分配比例进行设定，上述分配设定部将向上述第2压电泵输入的输入电流值相对于向上述第1压电泵输入的输入电流值之比例设定为大于1且1.25以下。

根据本发明的泵装置，防止串联连接的压电泵过度变成高温，提高可靠性。

附图说明

图1是表示泵装置的概略结构的图。

图2是表示使用图1的泵装置进行的实施例1的条件和结果的图。

图3是表示实施例1的电力比和泵的温度间的关系的图。

图4A是表示实施例1的压电泵的压力和流量间的关系的图(现有例)。

图4B是表示实施例1的压电泵的压力和流量间的关系的图(比较例)。

图5A是表示实施例1的压电泵的压力和流量间的关系的图(实施例)。

图5B是表示实施例1的压电泵的压力和流量间的关系的图(实施例)。

图5C是表示实施例1的压电泵的压力和流量间的关系的图(实施例)。

图5D是表示实施例1的压电泵的压力和流量间的关系的图(实施例)。

图6是表示实施例1的压电泵的压力和流量间的关系的图(比较例)。

具体实施方式

根据本发明的第1方式，提供泵装置，具备：第1压电泵；第2压电泵，其与上述第1压电泵的上游侧串联连接；驱动部，其对上述第1压电泵和上述第2压电泵供给交流的输入电力；以及分配设定部，其对分别供给于上述第1压电泵和上述第2压电泵的来自上述驱动部的上述输入电力的分配比例进行设定，上述分配设定部将向上述第2压电泵输入的输入电力相对于向上述第1压电泵输入的输入电力之比例设定为大于1且1.57以下。

根据这样的结构，能够抑制相对于第2压电泵的温度上升而言的第1压电泵的温度上升，而使第1压电泵和第2压电泵均衡地发热。由此，能够抑制任一个压电泵成为耐热温度以上高温的风险，能够抑制压电泵的故障，能够提高泵装置的可靠性。

根据本发明的第2方式，提供如下那样第1方式所述的泵装置，上述第1压电泵和上述第2压电泵额定输出相同。根据这样的结构，通过进行前述那样的输入电力的设定而使第1压电泵和第2压电泵均衡地发热，由此能够进一步抑制任一个压电泵成为耐热温度以上高温的风险，能够进一步提高泵装置的可靠性。

根据本发明的第3方式，提供如下那样第1方式或者第2方式所述的泵装置，上述分配设定部将向上述第2压电泵输入的输入电力相对于向上述第1压电泵输入的输入电力之比例设定为1.1以上且1.38以下。根据这样的结构，通过使第1压电泵和第2压电泵均衡地发热，从而能够进一步抑制任一个压电泵成为耐热温度以上高温的风险，能够进一步提高泵装置的可靠性。

根据本发明的第4方式，提供泵装置，具备：第1压电泵；第2压电泵，其与上述第1压电泵的上游侧串联连接；驱动部，其对上述第1压电泵和上述第2压电泵供给交流的输入电力；以及分配设定部，其对分别供给于上述第1压电泵和上述第2压电泵的来自上述驱动部的输入电流值的分配比例进行设定，上述分配设定部将向上述第2压电泵输入的输入电流值相对于向上述第1压电泵输入的输入电流值之比例设定为大于1且1.25以下。根据这样的结构，能够抑制相对于第2压电泵的温度上升而言的第1压电泵的温度上升，使第1压电泵和第2压电泵均衡地发热。由此，进一步抑制任一个压电泵成为耐热温度以上高温的风险，能够抑制压电泵的故障，能够提高泵装置的可靠性。

根据本发明的第5方式，提供如下那种第4方式所述的泵装置，上述分配设定部将向上述第2压电泵输入的输入电流值相对于向上述第1压电泵输入的输入电力之比例设定为1.05以上且1.17以下。根据这样的结构，通过使第1压电泵和第2压电泵更均衡地发热，从而进一步抑制任一个压电泵成为耐热温度以上高温的风险，能够进一步提高泵装置的可靠性。

(实施方式)

以下，基于附图对本发明所涉及的实施方式详细地进行说明。

＜整体结构＞

图1是表示实施方式的泵装置2的概略结构的图。

图1所示的泵装置2具备第1压电泵4、第2压电泵6、驱动部8、控制装置9、分配设定部10。在第2压电泵6上连接有抽吸对象物12。

第1压电泵4和第2压电泵6是相互串联连接的泵。第1压电泵4配置于下游侧，第2压电泵6配置于上游侧。在第1压电泵4与第2压电泵6之间没有设置其他泵，相互直接连接。

本实施方式的第1压电泵4和第2压电泵6均为使用了压电元件的压电泵(也可以称为“微型鼓风机”、“微型泵”等)。具体而言，具有使压电元件(未图示)贴合于金属板(未图示)而成的构造，通过对压电元件和金属板供给交流电力，从而产生单层晶片模式的屈曲变形而进行空气的输送。在这样的压电泵内置有将空气的流动限制为一个方向的阀功能的隔膜(未图示)。

在本实施方式中，作为第1压电泵4和第2压电泵6，还使用相同规格的压电泵。第1压电泵4和第2压电泵6由相同的制造者制造，产品编号相同，额定输出(即每单位时间的流量)和尺寸等参数也相同。也可以是，在确认产品编号、额定输出等时，基于压电泵的制造者或者销售者公布的商品目录、或者压电泵的制造者或者销售者与顾客之间签署的产品规格书等来确认。第1压电泵4和第2压电泵6是相同规格，由此在输入电力相同的情况下成为相同程度的发热性(即每单位时间的温度上升率为相同程度)。

驱动部8是对第1压电泵4和第2压电泵6供给输入电力的电池。在本实施方式中，驱动部8具备：第1驱动部8A和第2驱动部8B。第1驱动部8A对第1压电泵4供给输入电力，第2驱动部8B对第2压电泵6供给输入电力。

本实施方式的驱动部8对于第1压电泵4和第2压电泵6供给交流的输入电力。通过由交流的输入电力驱动，从而第1压电泵4和第2压电泵6的压电元件进行单层晶片模式的屈曲变形。

在驱动部8连接有控制装置9。控制装置9是分别控制第1驱动部8A和第2驱动部8B的构件。具体而言，控制装置9控制从驱动部8分别向第1压电泵4和第2压电泵6输入的电力、电压、电流等。控制装置9例如由MCU(Micro Controller Unit)构成。

在本实施方式中，通过驱动部8和控制装置9，构成分配设定部10。分配设定部10具有：对从驱动部8分别供给于第1压电泵4和第2压电泵6的输入电力的分配比例进行设定的功能。分配设定部10不局限于具有控制装置9，也可以通过电阻设定输入电压，或者也可以设定升压比。只要具有设定输入电力的分配比例的功能，则也可以使用任意形式的分配设定部10。

本实施方式的分配设定部10也可以具有设定“输入电流值”的分配比例的功能。输入电流值是与压电泵的压电元件的变形速度大体成正比的参数。通过调整输入电流值，从而能够调整压电元件的变形速度，防止泵的故障。

抽吸对象物12是通过泵装置2的第2压电泵6抽吸空气的对象物。抽吸对象物12例如为吸奶器、吸鼻涕器等，但也可以是其他任意抽吸对象物。抽吸对象的流体是空气，但也可以是除空气以外的任意流体。

通过利用泵装置2从抽吸对象物12中抽吸空气，从而在抽吸对象物12的内部产生负压。具有这样的结构的泵装置2作为所谓的“负压泵”发挥功能。

根据上述的泵装置2的结构，从第1驱动部8A和第2驱动部8B分别对于第1压电泵4和第2压电泵6供给输入电力。通过输入电力的供给驱动第1压电泵4和第2压电泵6，压电元件以高速产生屈曲变形，输送空气。

第2压电泵6从抽吸对象物12抽吸空气，并且在内部对所抽吸的空气进行加压并向第1压电泵4供给。被第1压电泵4抽吸的空气在第1压电泵4的内部被进一步加压，经由排出口4a向外部排气。

在上述动作中，第1压电泵4和第2压电泵6在内部对空气进行加压的过程中温度上升。例如在第1压电泵4和第2压电泵6均由1.9W的输入电压驱动了的情况下，若第2压电泵6从抽吸对象物12吸入例如50℃的空气，则所吸入的空气被加热至例如约60℃。该空气被第1压电泵4吸入，在第1压电泵4的内部被加热至例如约70度后，从排出口4a排出。

这样，在从上游侧的第2压电泵6对下游侧的第1压电泵4供给空气时，对第1压电泵4供给由第2压电泵6加热后的空气。因此，第1压电泵4容易比第2压电泵6温度变高。

相对于此，在本实施方式中，通过分配设定部10设定分配比例，以使得向第2压电泵6输入的输入电力相比于向第1压电泵4输入的输入电力变大。通过像这样将输入电力向第1压电泵4的分配比例设定得较低，从而抑制相对于第2压电泵6的温度上升而言的第1压电泵4的温度上升，能够使第1压电泵4和第2压电泵6均衡地发热。均衡地发热，是指使两个泵的最高温度相互均衡地决定各个泵的发热量。特别是通过抑制第1压电泵4的温度过度上升，从而能够抑制泵的内部粘合金属彼此的粘合剂剥离或者压电元件破裂等故障。这样，能够提高泵装置2的可靠性。

在压电泵的情况下，与其他种类的泵相比，发热性高，容易产生因热损伤引起的故障。因此，能够更有效地发挥进行前述那样的输入电力的设定而抑制第1压电泵4的发热进而抑制故障的效果。

而且，在本实施方式中，第1压电泵4和第2压电泵6额定输出相同。因此，第1压电泵4和第2压电泵6的针对输入电力的发热性成为相同程度。在这样的情况下，能够更有效地发挥进行前述那样的输入电力的设定而使第1压电泵4和第2压电泵6均衡地发热的效果。

在本实施方式中，分配设定部10设定为，向第2压电泵6输入的输入电流值大于向第1压电泵4输入的输入电流值。在压电泵的情况下，压电元件的变形速度大体与输入电力的电流值成正比，因此，通过设定前述那样的输入电流值的分配比例，能够抑制第1压电泵4的压电元件的变形。因此，即便在第1压电泵4的耐热温度上升、第1压电泵4的温度上升的情况下，也能够有效地防止因压电元件的变形引起的故障。

此外，即便在如本实施方式那样第1压电泵4和第2压电泵6为相同规格且额定输出相同的情况下，也存在由于制造上的误差而使实际的输出性能产生差异这种情况。在这样的情况下，也可以第2压电泵6采用输出性能低的结构，第1压电泵4采用输出性能高的结构。由此，即便向第2压电泵6输入较大的电力，也能够抑制第2压电泵6的故障。

接下来，对实施方式的实施例1进行说明。

实施例1是本发明人使用图1所示的实施方式的泵装置2进行了与压电泵4、6的温度上升相关的实验。实验的条件和结果如图2所示那样。

图2中，“环境温度”这栏表示配置了泵装置2的周围的温度(单位：℃)。图1所示的抽吸对象物12中所含的空气的温度与环境温度大致相同。“输入电力”这栏是从驱动部8分别供给于第1压电泵4和第2压电泵6的输入电力值(单位：W)。“温度”这栏是经过规定时间后(在本实施方式中5分钟)的第1压电泵4和第2压电泵6各自的表面温度。“电力比”这栏是供给于第2压电泵6的输入电力相对于供给于第1压电泵4的输入电力之比例，即，“(第2压电泵6的输入电力)/(第1压电泵4的输入电力)”。“电流比”这栏是供给于第2压电泵6的输入电流值相对于供给于第1压电泵4的输入电流值之比例，即，“(第2压电泵6的输入电流)/(第1压电泵4的输入电流)”。

此外，电力比、电流比均在使泵装置2运转而通过第1压电泵4和第2压电泵6输送空气之前，通过分配设定部10而预先设定。在实施例1中，一边将输入电力的合计值维持为3.78W一边使电力比变化。

“两泵的更高那者的温度”这栏表示“温度”这栏的值中的相对高那者的温度(单位：℃)。该温度越低，越能够抑制作为泵装置2整体的温度上升而提高可靠性。“流量”这栏表示泵装置2输出的空气的流量，即第1压电泵4排出的空气的流量(单位：L/min)。“压力”这栏表示经过规定时间后的第1压电泵4和第2压电泵6各自的内部压力(单位：kPa)。

如图2所示，可知的是，在电力比和电流比的值与第1压电泵4和第2压电泵6的温度的值上存在相关关系。具体而言，电力比和电流比的值越大，则第1压电泵4的温度越降低，第2压电泵6的温度越变高。

而且可知的是，在电力比和电流比的值与两泵中相对高那者的温度上也存在相关关系。具体而言，与电力比和电流比的值为1的情况比较，在电力比和电流比的值大于1并且为规定的值以下的情况下，两泵中相对高那者的温度变低。该关系如图3所示。

图3中，横轴表示电力比，纵轴表示两泵中相对高那者的温度[℃]。如图3所示，与电力比的值为1的情况相比，在将电力比的值设定为大于1并且1.57以下的情况下，可将两泵中相对高那者的温度抑制得更低。通过这样的电力比的设定，有效地抑制第1压电泵4的温度上升，能够使第1压电泵4和第2压电泵6更均衡地发热。

而且，根据图2所示的结果，关于“电流比”，也设定为大于1并且1.25以下，从而能够起到与将“电力比”设定为大于1并且1.57以下的情况相同的效果。而且，在压电泵的情况下，压电元件的变形速度大体与输入电力的电流值成正比，因此通过设定为前述那样的电流比，能够抑制第1压电泵4的压电元件的变形。因此，即便在第1压电泵4的温度上升的情况下，也能够有效地防止因压电元件的变形引起的故障。

而且在将电力比的值设定为1.1以上并且1.38以下的情况下以及将电流比的值设定为1.05以上并且1.17以下的情况下，可进一步将两泵中相对高那者的温度抑制得较低。据此，能够有效地抑制第1压电泵4的温度上升，能够使第1压电泵4和第2压电泵6更均衡地发热。

如图2所示，即便在使电力比和电流比变化的情况下，也能够将作为泵装置2的输出的流量维持为0.6L/min。而且，泵的内部压力的值随着输入电力的大小而变化。针对图2的结果中的压力和流量间的关系，使用图4A、图4B、图5A～图5D、图6进行说明。

图4A、图4B、图5A～图5D、图6，均为横轴表示各泵的内部压力[kPa]，纵轴表示各泵的流量[L/min]。图4A与电力比1的现有例对应，图4B与电力比0.91的比较例对应。图5A～图5D均与实施例对应，图5A与电力比1.10的实施例对应，图5B与电力比1.21的实施例对应，图5C与电力比1.38的实施例对应，图5D与电力比1.57的实施例对应。图6与电力比1.74的比较例对应。

如图4A～图6所示，在第1压电泵4和第2压电泵6中，都是泵的内部压力和输出的空气的流量大体成为反比的关系。

即便在将流量的值设定为任一个值的情况下，压力的合计值都以20kPa恒定地保持。例如，在将流量的值设定为0.6mL/min时，在图4A的电力比1的情况下，第1压电泵4的内部压力为10kPa，第2压电泵6的内部压力为10kPa。同样，在图4B的电力比0.91的情况下，第1压电泵4的内部压力为10.5kPa，第2压电泵6的内部压力为9.5kPa。针对图5A～图5D、图6的值，如图2所示那样，因此省略说明。

如上述结果那样，即便在一边使电力比的合计值恒定一边改变输入电力的分配比例的情况下，也能够将第1压电泵4和第2压电泵6的内部压力的合计保持为恒定，并且从泵装置2输出恒定流量的空气。这样能够确保泵装置2的性能。

以上，列举上述的实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。例如，在实施方式中，对分配设定部10设定“输入电力”的分配比例的情况进行了说明，但不局限于这样的情况，也可以如前述那样设定“输入电流值”的分配比例。在这样的情况下，也能够通过将图2所示的电流比的值设定为大于1且1.25以下，从而起到与将电力比的值设定为大于1且1.57以下的情况相同的效果。

而且，在实施方式中，对在第2压电泵6上连接抽吸对象物12而将泵装置2用作负压泵的情况进行了说明，但不局限于这样的情况。例如，也可以取代抽吸对象物12，而在第1压电泵4的排出口4a上连接卷边等加压对象物而用作加压泵。

而且，在实施方式中，对设置第1压电泵4和第2压电泵6这两个压电泵的情况进行了说明，但不局限于这样的情况，也可以设置三个以上压电泵。在这种情况下，若将多个压电泵中任意的邻接的压电泵的输入电力设定为下游侧比上游侧小，则能够起到相同的效果。此时不需要这样设定全部的邻接的压电泵彼此的输入电力，若至少两个邻接的压电泵彼此的输入电力成为这样的设定，则能够起到相同的效果。

而且，在实施方式中，对设置两个驱动部8A、8B作为驱动部8的情况进行了说明，但不局限于这样的情况。只要能够驱动两个压电泵4、6则也可以使用任意形式的驱动部。例如，也可以相对于两个压电泵4、6设置共用的一个驱动部。

参照附图与优选的实施方式相关地对本公开进行充分记载，但针对该技术熟练的人明白各种变形、修正。应该理解为这样的变形、修正只要不脱离添附的权利要求书的本公开的范围，则均包含于其中。另外，各实施方式的要素的组合、顺序的变化可不脱离本公开的范围和思想地实现。

工业上的可利用性

本发明可用于泵装置。

附图标记说明

2...泵装置；4...第1压电泵；4a...排出口；6...第2压电泵；8...驱动部；8A...第1驱动部；8B...第2驱动部；9...控制装置；10...分配设定部；12...抽吸对象物。

Claims (5)

1.一种泵装置，其特征在于，具备：

第1压电泵；

第2压电泵，其与所述第1压电泵的上游侧串联连接；

驱动部，其对所述第1压电泵和所述第2压电泵供给交流的输入电力；以及

分配设定部，其对分别供给于所述第1压电泵和所述第2压电泵的来自所述驱动部的所述输入电力的分配比例进行设定，

所述分配设定部将向所述第2压电泵输入的输入电力相对于向所述第1压电泵输入的输入电力之比例设定为大于1且1.57以下。

2.根据权利要求1所述的泵装置，其特征在于，

所述第1压电泵和所述第2压电泵额定输出相同。

3.根据权利要求1或2所述的泵装置，其特征在于，

所述分配设定部将向所述第2压电泵输入的输入电力相对于向所述第1压电泵输入的输入电力之比例设定为1.1以上且1.38以下。

4.一种泵装置，其特征在于，具备：

第1压电泵；

第2压电泵，其与所述第1压电泵的上游侧串联连接；

驱动部，其对所述第1压电泵和所述第2压电泵供给交流的输入电力；以及

分配设定部，其对分别供给于所述第1压电泵和所述第2压电泵的来自所述驱动部的输入电流值的分配比例进行设定，

所述分配设定部将向所述第2压电泵输入的输入电流值相对于向所述第1压电泵输入的输入电流值之比例设定为大于1且1.25以下。

5.根据权利要求4所述的泵装置，其特征在于，

所述分配设定部将向所述第2压电泵输入的输入电流值相对于向所述第1压电泵输入的输入电流值之比例设定为1.05以上且1.17以下。

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