具有方波驱动器的流体圆盘泵的制作方法
【专利摘要】在此披露了一种泵，这种泵具有一个基本上圆柱形的形状并且限定了一个由侧壁形成的空腔，该侧壁在两端处被端壁封闭，其中该空腔包含一种流体。这种泵进一步包括一个致动器，该致动器运作性地与这些端壁中的至少一个相关联，以便造成受驱动的端壁的一种振荡运动从而产生这个受驱动的端壁在该空腔内的位移振荡。这种泵进一步包括一个阀门用于控制穿过该阀门的流体的流动。
【专利说明】具有方波驱动器的流体圆盘栗
【技术领域】
[0001]本发明的说明性实施方案总体上涉及一种用于泵送流体的泵，更确切地说，涉及一种泵，这种泵具有一个基本上圆盘形的空腔，该空腔具有多个基本上圆形的端壁以及一个侧壁；这种泵还具有一个阀门，该阀门用于与电子电路联合地控制穿过该泵的流体的流动，该电子电路用于对减少该泵的谐波激发的方波信号进行驱动。
【背景技术】
[0002]在封闭的空腔中产生高幅值压力振荡已在热声以及泵型压缩机领域中倍受关注。在非线性声学方面的最新进展已允许生成具有高于之前认为可能的幅值的压力波。
[0003]人们已知使用声共振来实现从限定的入口和出口进行流体泵送。这可以使用在一端带有声学驱动器的圆柱形空腔来实现，该声学驱动器对声驻波进行驱动。在这种圆柱形空腔中，声压波具有受限的幅值。人们已使用不同截面的空腔，例如，锥形、喇叭锥形、球形空腔，来实现高幅值压力振荡，从而显著地增加泵送效果。在这些高幅值波中，带有能量耗散的非线性机制受到抑制。然而，直到最近，高幅值声共振一直未被用于径向压力振荡受到激发的圆盘形空腔内。公开为WO 2006/111775 (‘487申请案)的第PCT/GB2006/001487号国际专利申请披露了一种具有基本上圆盘形的空腔的泵，该空腔具有高纵横比，即，该空腔的半径与该空腔的高度的比率。
[0004]这种泵具有一个基本上圆柱形的空腔，该空腔包括被多个端壁封闭在每端处的一个侧壁。该泵还包括一个致动器，该致动器驱动这两个端壁中的任一端壁沿基本上垂直于受驱动的端壁的表面的方向进行振荡。该受驱动的端壁的运动的空间分布被描述为与空腔内的流体压力振荡的空间分布相匹配，即，一种在这里被描述为模态匹配的状态。当泵处于模态匹配状态时，在受驱动的端壁表面上，致动器对空腔中的流体所做的功显著增加，从而增强该空腔中的压力振荡的幅值并且提供高泵送效率。模态匹配的泵的效率取决于受驱动的端壁与侧壁之间的接合面。希望的是通过构造该接合面来保持此类泵的效率，这样使得它不会减少或阻止受驱动的端壁的运动，从而缓解空腔内的流体压力振荡的幅值的任何减小。
[0005]上述泵的致动器使得受驱动的端壁沿基本上垂直于端壁或基本上平行于圆柱形空腔的纵向轴线的方向进行振荡运动(“位移振荡”)，在下文中称作受驱动的端壁在空腔内的“轴向振荡”。受驱动的端壁的轴向振荡在空腔内产生了流体的基本上成比例的“压力振荡”，从而形成近似于第一类贝塞尔函数的分布的径向压力分布(如通过引用结合在此的‘487申请案中所述)，此类振荡在下文中称作流体压力在空腔内的“径向振荡”。位于致动器和侧壁之间的受驱动的端壁的一部分提供了与泵的侧壁的一个接合面，该接合面用来减小位移振荡的阻尼，以缓解空腔内的压力振荡的任何减小，该部分在下文中称作“隔离件”。多个说明性实施方案的隔离件运作性地与受驱动的端壁的外围部分相关联，以便减小位移振荡的阻尼。
[0006]更确切地说，这种泵包括一个具有基本上圆柱形形状的泵本体，该泵本体限定了由一个侧壁形成的空腔，该侧壁在两端处被多个基本上圆形的端壁封闭，这些端壁中的至少一个端壁是受驱动的端壁，该受驱动的端壁具有一个中央部分以及邻近该侧壁的一个外围部分，其中该空腔在使用时包含一种流体。这种泵进一步包括一个致动器，该致动器运作性地与受驱动的端壁的中央部分相关联，以使得受驱动的端壁沿基本上垂直于该端壁的方向进行振荡运动，其中在该受驱动的端壁的中心附近处具有最大幅值；从而在使用时产生受驱动的端壁的位移振荡。这种泵进一步包括一个隔离件，该隔离件运作性地与受驱动的端壁的外围部分关联，以减小因端壁到空腔的侧壁的这种连接而造成的位移振荡的阻尼，如第12/477，594号美国专利申请中具体所述，该申请案通过引用结合在此。这种泵进一步包括:一个第一孔，该第一孔设置在这些端壁中的一个端壁的中心附近；以及一个第二孔，该第二孔设置在所述泵本体中的任何其他位置处，由此位移振荡在该泵本体的空腔内产生流体压力的径向振荡，从而使得流体流过所述这些孔。
[0007]此类泵还需要一个或多个阀门，用于控制穿过泵的流体的流动，并且更确切地说，这些阀门能够以高频率运行。对于多种应用而言，传统阀门通常以低于500Hz的较低频率运行。例如，许多传统压缩机通常以50或60Hz运行。现有技术中已知的线性共振压缩机在150与350Hz之间运行。然而，包括医疗装置在内的许多便携式电子装置需要多个泵来产生一个正压力或者提供大小相对较小的真空，并且有利的是，此类泵在运行期间的声音是听不见的，从而实现独立运行。要实现这些目标，此类泵必须以非常高的频率运行，因此，要求阀门能够以约20kHz或更高频率运行。要以这些高频率运行，阀门必须对一个高频率的振荡压力作出响应，该振荡压力能够经过修正以产生穿过泵的流体的净流。
[0008]这种阀门在第PCT/GB2009/050614号国际专利申请中进行了更为具体的描述，该申请通过引用结合在此。多个阀门可设置在第一孔或第二孔中，也可同时设置在两个孔中，用于控制穿过泵的流体的流动。每个阀门包括:一个第一板，该第一板具有基本上垂直地延伸穿过该第一板的多个孔；以及一个第二板，该第二板也具有基本上垂直地延伸穿过该第二板的多个孔，其中该第二板的这些孔基本上偏离该第一板的这些孔。该阀门进一步包括一个侧壁，该侧壁设置在该第一与第二板之间，其中该侧壁围绕该第一和第二板的圆周闭合以形成位于该第一与第二板之间的一个空腔，该空腔与该第一与第二板的这些孔流体联通。该阀门进一步包括一个阀瓣，该阀瓣设置在该第一和第二板之间并且在这两者之间是可移动的，其中该阀瓣具有多个孔，这些孔基本上偏离该第一板的这些孔并且基本上与该第二板的这些孔对齐。响应于横跨阀门的流体压差的方向变化，在该第一与该第二板之间推动该阀瓣。
[0009]该致动器可为压电致动器，该压电致动器在除了基本频率(即，致动器预期被驱动的频率)之外还在多个频率下进行共振。压电驱动电路通常针对这些致动器采用方波驱动信号，因为，驱动电路电子设备可能成本较低并且更为紧凑。这些因素在(例如)可以用于产生一个减压以治疗创伤的医疗装置中，以及需要一个紧凑的泵和驱动电子设备的其他应用中非常重要。在使用方波作为这些致动器的驱动信号时面临的一个问题是，方波包含是基本频率(f)的倍数的额外频率，即，谐波频率，该频率能够与致动器的较高频率的共振频率相符或者足够接近该共振频率，该制动器的较高频率的共振频率与其他振荡模态(例如，致动器的较高次“弯曲”模态或径向“呼吸”膜态)相关联，这些振荡膜态与致动器的基本膜态一起被激发。对这些模态的激发可以基本上降低致动器的性能，并且因此降低泵的性能。例如，激发这些较高频率的模态可导致功率消耗增加，从而导致泵效率降低。
发明的披露
[0010]根据本发明的原理，该泵进一步包括具有一个输出端的一个驱动电路，该驱动电路主要以基本频率对致动器的压电部件进行驱动。驱动信号是一种方波信号，并且该驱动电路消除或衰减该方波信号的某些谐波频率，这些谐波频率会以其他方式激发该致动器的较高频率共振模态并且从而降低泵效率。该驱动电路可以包括一个低通滤波器或者一个陷波滤波器，以便抑制方波中的不希望的谐波信号。替代地，这个处理电路可以改变该方波信号的占空比，以便实现同一效果。
[0011]多个说明性实施方案的其他目的、特征以及优势在这里进行了说明，并且参见附图和以下详细说明将是显而易见的。附图简要说明
[0012]图1A示出了根据本发明的一个说明性实施方案的一个第一泵的截面示意图。
[0013]图1B示出了图1A所示第一泵的俯视示意图。
[0014]图2A示出了图1A所示第一泵的一个致动器的基本弯曲模态的轴向位移振荡图。
[0015]图2B示出了响应于图2A所示的弯曲模态的在图1所示第一泵的空腔内流体的压力振荡图。
[0016]图2C示出了针对图1A所示第一泵的一个致动器的一种可能的径向位移振荡(或“呼吸模态”)。
[0017]图3A是阻抗谱图，示出了图1A和IB所示泵的致动器的共振模态。
[0018]图3B是两个方波(分别具有50%和43%的占空比)的傅立叶分量图，示出了这些驱动信号的随频率而变的谐波含量。
[0019]图4A示出了某些谐波频率分量的幅值,并且图4B示出了在图1A到图1B所示泵的谐波频率下功率被致动器耗散的一个实例，这些谐波频率随施加到该致动器的方波信号的占空比而变。
[0020]图5示出了根据一个说明性实施方案的一个驱动电路的方框示意图，该驱动电路用于驱动图1A到图1B所示的泵。
[0021]图6A到图6C示出了针对分别具有50%、45%以及43%占空比的方波驱动信号的、穿过图1A到图1B所示泵的致动器的电压以及电流。
[0022]图7A示出了根据本发明的一个说明性实施方案的一个第二泵的截面示意图，在该实施方案中，阀门被倒转，这样使得该泵提供的压差与图1A所示实施方案中的压差相反。
[0023]图7B不出了用于图7A所不泵中的一个阀门的一个说明性实施方案的截面不意图。
[0024]图8示出了在图7A所示第二泵的空腔内流体的压力振荡图，如图2B所示。
[0025]图9A示出了处于关闭位置的一个阀门的一个说明性实施方案的截面示意图。
[0026]图9B示出了沿图9D中的线9B-9B截得的图9A所示阀门的分解剖视图。
[0027]图9C示出了图9B所示阀门的透视示意图。
[0028]图9D示出了图9B所示阀门的俯视示意图。
[0029]图1OA示出了当流体流过图9B所示阀门时，处于打开位置的该阀门的截面示意图。[0030]图1OB示出了在关闭之前在打开位置与关闭位置之间过渡的图9B所示阀门的截面示意图。
[0031]图1OC示出了当流体流被图9B所示阀门所阻塞时，处于关闭位置的该阀门的截面
示意图。
[0032]图1lA示出了根据一个说明性实施方案的施加在图9B所示阀门上的振荡压差。
[0033]图1lB示出了处于打开位置与关闭位置之间的图9B所示阀门的运作循环图。
发明【具体实施方式】
[0034]在以下对若干说明性实施方案的详细说明中，将对多个附图进行参考，这些附图构成详细说明的一部分，且以说明方式示出了能够实践本发明的多个具体的优选实施方案。这些实施方案的说明足够详细以便使得本领域技术人员能够实践本发明，并且应理解的是可以利用其他实施方案并且可以做出合乎逻辑的、结构的、机械的、电力的、和化学的改变而不背离本发明的精神或范围。为了避免本领域技术人员实施此处描述的这些实施方案不必要的细节，描述可能忽略本领域的熟练人员已知的某些信息。因此下面的详细描述没有限制的意思，并且这些说明性的实施方案的范围仅仅通过所附的权利要求进行确定。
[0035]图1A是根据本发明的一个说明性实施方案的泵10的截面示意图。还参见图1B，泵10包括一个基本上圆柱形的泵本体，该泵本体包括一个圆柱形壁19，该圆柱形壁的一端被一个基座18封闭并且另一端被一个端板17封闭，该泵本体还包括环形隔离件30，该环形隔离件设于端板17与泵本体的圆柱形壁19的另一端之间。圆柱形壁19和基座18可以是一个包括该泵本体的单个部件，并且可安装到多个其他部件或系统上。圆柱形壁19的、基座18的、端板17的以及环形隔离件30的内表面形成泵10内的一个空腔11，其中空腔11包括一个侧壁14，它的两端被多个端壁12和13封闭。端壁13是基座18的内表面，而侧壁14是圆柱形壁19的内表面。端壁12包括对应于端板17的内表面的一个中央部分、以及对应于环形隔离件30的内表面的一个外围部分。尽管空腔11基本上为圆形，但空腔11也可为椭圆形或其他形状。泵本体的基座18和圆柱形壁19可由任意合适的刚性材料形成,该刚性材料包括但不限于金属、陶瓷、玻璃或塑料，该塑料包括但不限于注塑成型的塑料。
[0036]泵10还包括一个压电圆盘20，该压电圆盘运作性地连接到端板17上，以形成一个致动器40，该致动器通过端板17与端壁12的中央部分运作性地相关联。压电圆盘20不要求由压电材料形成，而是可由使(例如)电致伸缩或磁致伸缩材料等振动的任意电活性材料形成。端板17优选地具有类似于压电圆盘20的弯曲刚度，且可由一种非电活性材料(如金属或陶瓷)形成。当压电圆盘20被电流激发后，致动器40相对于空腔11的纵向轴线沿径向扩展并收缩，使得端板17弯曲，从而诱发端壁12沿基本上垂直于端壁12的方向进行轴向挠曲。替代地，端板17还可由一种电活性材料(例如像压电材料、磁致伸缩材料或电致伸缩材料)形成。在另一个实施方案中，压电圆盘20可被与端壁12具有传力关系的装置(例如像机械装置、磁性装置或静电装置)所替代，其中端壁12可形成为非电活性或电被动材料层，该材料层被此类装置(未示出)以与上述方式相同的方式驱动进入振荡状态。
[0037]泵10还包括从空腔11延伸到泵10外部的至少两个孔，其中这些孔中的至少第一个孔可包含一个阀门来控制穿过该孔的流体的流动。尽管这个含有阀门的孔可位于空腔11中的任何位置处，如下文更为详细地说明的，在该位置上，致动器40产生压差；泵10的一个优选实施方案包括位于这两个端壁12、13中的一个端壁的中心附近的带有阀门的一个孔。图1A和图1B所示的泵10包括一个主孔16，该主孔从空腔11延伸，在端壁13的中心附近穿过泵本体的基座18，并且该主孔包含一个阀门46。阀门46被安装在主孔16内，且允许流体沿箭头所示的一个方向流动，以便使得该阀门用作泵10的一个出口。一个第二孔15可位于空腔11的除带有阀门46的主孔16所在位置之外的任何位置处。在泵10的一个优选实施方案中，第二孔15设于这两个端壁12、13中的一个端壁的中心与侧壁14之间。图1A和图1B所示的泵10的实施方案包括两个第二孔15，这些第二孔从空腔11延伸穿过设置于端壁12的中心与侧壁14之间的致动器40。尽管在泵10的这个实施方案中，这些第二孔15未配备阀门，但它们也可在必要时配备阀门，以提高性能。在泵10的这个实施方案中，主孔16配有阀门，以使流体穿过这些第二孔15被抽吸到泵10的空腔11中，并穿过主孔16被泵送出空腔11，如箭头所示，以在主孔16处提供一个正压。
[0038]图2A示出了对空腔11的受驱动的端壁12的轴向振荡进行说明的一种可能的位移分布。实线曲线和箭头表示在一个时间点上，受驱动的端壁12的位移，且虚线曲线表示在半个循环之后，受驱动的端壁12的位移。该图和其他各图中所示的位移均已被夸大。由于致动器40并未被刚性地安装在自己的圆周上，而是通过环形隔离件30悬挂，因此致动器40能够自由地以基本模态围绕自己的质心振荡。在这个基本模态中，致动器40的位移振荡幅值在一个环形位移波节22处基本为零，该环形位移波节位于端壁12的中心与侧壁14之间。在端壁12上的其他各点处的位移振荡幅值具有一个大于零的幅值，如竖直箭头所示。一个中央位移波腹21存在于致动器40的中心附近，而一个外围位移波腹21’存在于致动器40的圆周附近。
[0039]图2B示出了 一种可能的压力振荡分布，展示了因空腔11内的图2A所示轴向位移振荡而造成的压力振荡。实线曲线和箭头表示在一个时间点上的压力，虚线曲线表示在半个循环之后的压力。在该模态和更高次模态中，压力振荡的幅值在空腔11的中心附近具有一个中央压力波腹23，并且在空腔11的侧壁14附近具有一个外围压力波腹24。在中央压力波腹23与外围压力波腹24之间的环形压力波节25处，压力振荡的幅值基本上为零。对于圆柱形空腔，空腔11中的压力振荡幅值的径向依赖可近似于第一类贝塞尔函数。上述压力振荡起因于空腔11中的流体的径向移动，因此将被称为空腔11内的流体的“径向压力振荡”，以区别于致动器40的轴向位移振荡。
[0040]进一步参见图2A和图2B可以看出，致动器40的轴向位移振荡幅值的径向依赖(致动器40的“模态形状”)应近似于第一类贝塞尔函数，从而更准确地与空腔11内的所需压力振荡幅值的径向依赖(压力振荡的“模态形状”)匹配。通过不将致动器40刚性地安装在自己的圆周处并且允许该致动器更自由地围绕自己的质心振动，位移振荡的模态形状大体与空腔11中的压力振荡的模态形状匹配，从而实现模态形状匹配或者，更简单地说，模态匹配。尽管就这方面而言，模态匹配可能并非总是理想的，但致动器40的轴向位移振荡以及空腔11内相应的压力振荡横跨致动器40的整个表面具有基本上相同的相对相位，其中空腔11内的压力振荡的环形压力波节25的径向位置以及致动器40的轴向位移振荡的环形位移波节22的径向位置基本上相符。
[0041]图2A所示的致动器40的模态形状是致动器40的最低频率共振“弯曲”模态(“基本弯曲模态”)。箭头表示致动器40的在实线与虚线之间移动的轴向位移。位移的波腹，即位移波腹21和21’分别位于致动器40的中心和边缘。所属领域的技术人员将了解，多个较高次弯曲模态存在于多个较高频率下。在运作中，压电圆盘20进行平面内扩展和收缩，即，在平行于压电圆盘20的平面的方向上扩展和收缩。除了产生上述弯曲模态之外，该运动还使得端板17进行平面内扩展和收缩，如图2C中的扩展的压电圆盘20’和扩展的端板17’所示。复合型致动器40的对应的平面内扩展和收缩形成了致动器40的一个振动模态，称作致动器40的“呼吸”模态(与轴向位移或弯曲模态相反)。典型地，最低次呼吸模态(“基本呼吸模态”)具有显著高于基本弯曲模态的频率的共振频率。本领域技术人员将了解，多个较高次呼吸模态存在于多个较高频率下。与致动器40的基本弯曲模态不同，致动器40的这种呼吸模态在泵10的空腔11内不产生有用的压力振荡，如图2B针对基本弯曲模态所示。[0042]随着致动器40围绕自己的质心振动，当致动器40以图2A所示的基本弯曲模态振动时，环形位移波节22的径向位置将不可避免地位于致动器40的半径内。因此，为了确保环形位移波节22与环形压力波节25相符，致动器的半径(rac;t)应优选地大于环形压力波节25的半径，从而对模态匹配进行优化。再次假定空腔11中的压力振荡近似于第一类贝塞尔函数，则环形压力波节25的半径为从端壁13的中心到侧壁14的半径(即，图1A所示的空腔11的半径(r))的大致0.63倍。因此，致动器40的半径(raet)应优选地满足以下不等式:ract ≥ 0.63r0
[0043]环形隔离件30可以是柔性膜，该柔性膜使致动器40的边缘能够通过响应于致动器40的振动而弯曲并且伸展以便如上所述更自由地移动，如图2Α中的外围位移波腹21’处的位移所示。该柔性膜克服了侧壁14对致动器40的潜在阻尼效果，方法是在致动器40与泵10的圆柱形壁19之间提供低机械阻抗支撑，从而减小对致动器40的外围位移波腹21’处的轴向振荡的阻尼。实质上，该柔性膜使从致动器40传递到基本上保持静止得侧壁14的能量最小化。因此，环形位移波节22将保持基本上与环形压力波节25对齐，从而保持泵10的模态匹配状态。因此，受驱动的端壁12的轴向位移振荡继续在空腔11内有效地产生从中央压力波腹23到侧壁14处的外围压力波腹24的压力振荡，如图2Β所示。
[0044]参见图3Α，一个说明性致动器40的阻抗谱图300被示为包括随频率而变的阻抗300的幅值分量302和相位分量304。致动器40的阻抗谱图300具有多个峰值，这些峰值对应于各具体频率下的致动器40的机电共振模态，包括约21kHz下的一个基本共振模态311以及多个较高频率共振模态。此类较高频率共振模态包括约83kHz下的第二共振模态312、约147kHz下的第三共振模态313、约174kHz下的第四共振模态314、以及约282kHz下的第五共振模态315。
[0045]约21kHz下的基本共振模态311是基本弯曲模态，该基本弯曲模态在空腔11中产生压力振荡，以便结合图2A和图2B根据上文所述对泵10进行驱动。83kHz下的第二共振模态312是第二弯曲模态，该第二弯曲模态除了基本模态311的单个环形位移波节22之外还具有一个第二环形位移波节(未示出)。分别在约174kHz和282kHz下的第四共振模态314和第五共振模态315也是较高次弯曲模态，这两个弯曲模态是轴对称的，除了基本弯曲模态311的单个环形位移波节22之外，这两个弯曲模态分别具有两个和三个额外的环形位移波节(未示出)。从图3A可见，这些弯曲模态的强度通常随频率的增大而减小。
[0046]致动器40的第三共振模态313是基本呼吸模态(图2C)，该基本呼吸模态导致上述的致动器40的径向位移，而不在泵10的空腔11内产生有用的压力振荡。实质上，在这个频率下致动器40的平面内共振运动占主导，因而产生可从图3A可见的极低阻抗。该基本呼吸模态的低阻抗意味着，当受到处于该频率的驱动信号的激发时，该基本呼吸模态将获取高的功率。
[0047]可使用经过脉冲宽度调制(PWM)的方波信号来对上述致动器40进行驱动，该经过脉冲宽度调制的方波信号包括一个基本频率和该基本频率的多个谐波频率。参见图3B，示出了用于对致动器40进行驱动的傅立叶分量370 (η)的柱形图，其中“η”是谐波级次，这些傅立叶分量表示用图例370表示的PWM方波信号的谐波。每个谐波的傅立叶分量列在表I中，PWM方波信号的每个具有不同占空比的谐波分量有一个单独的参考号。PWM方波信号370具有50%的占空比(“DC”)。我们所说的占空比是指信号处于两种状态中的一种状态时的方波周期的百分数，例如，在50%的方波周期中为正的信号具有50%的占空比。占空比为50%的PWM方波信号的每个奇次谐波分量的幅值与谐波级次成反比地减小。占空比为50%的PWM方波信号的每个偶次谐波的幅值为零。
[0048]
【权利要求】
1.一种泵，包括: 一个泵本体，该泵本体具有一个基本上圆柱形的空腔，该空腔具有被两个端表面封闭、用于包含一种流体的一个侧壁，该空腔具有一个高度(h)以及一个半径(r)，其中该半径Cr)与该高度(h)之比是大于约1.2 ； 一个致动器，该致动器运作性地与一个端表面的中央部分相关联，并且被适配成以便造成该端表面的在一个频率(f)下的一种振荡运动，由此响应于施加到所述致动器上的一个驱动信号而在该空腔内产生该流体的径向压力振荡，这些径向压力振荡包括至少一个环形压力波节； 一个驱动电路，该驱动电路具有电连接到所述致动器上的一个输出端，用于在该频率Cf)下将该驱动信号提供给所述致动器； 一个第一孔，该第一孔设置在该空腔中除该环形压力波节的位置以外的任何位置处并且延伸穿过该泵本体； 一个第二孔，该第二孔设置在该泵本体中除所述第一孔的位置以外的任何位置处并且延伸穿过该泵本体；以及 一个阀门，该阀门设置在所述第一孔和第二孔中的至少一个之中，以便在使用时使该流体能够穿过该空腔而流动。
2.如权利要求1所述的泵，其中该频率(f)被设定为一个值，该值大约等于该致动器的基本弯曲模态。
3.如权利要求1所述的泵，其中该空腔的高度(h)以及该空腔的半径(r)是通过以下公式进一步关联的V/rMXIO,米。
4.如权利要求1所述的泵，其中所述致动器的半径是大于或等于0.63 (r)。
5.如权利要求4所述的泵，其中所述致动器的半径小于或等于该空腔的半径(r)。
6.如权利要求1所述的泵，其中所述第二阀门孔是设置在这些端表面之一中距该端表面的中心约0.63 (r) ±0.2 (r)的距离处。
7.如权利要求1所述的泵，其中所述阀门允许该流体在基本上一个方向中流动穿过该空腔。
8.如权利要求1所述的泵，其中当该空腔内使用的流体是一种气体时，该比值是在约10与约50之间的范围内。
9.如权利要求1所述的泵，其中当该空腔内使用的流体是一种气体时，该比值h2/r是在约10-3米与约10-6米之间。
10.如权利要求1所述的泵，其中该空腔的容积是小于约10ml。
11.如权利要求1所述的泵，其中所述致动器包括一个磁致伸缩部件，用于提供该振荡运动。
12.如权利要求1所述的泵，其中所述致动器包括一个压电部件，用于造成具有多个共振的弯曲模态和呼吸模态的振荡运动。
13.如权利要求12所述的泵，其中该驱动信号是一种正弦信号。
14.如权利要求12所述的泵，其中该驱动信号是一种方波信号，并且所述驱动电路包括处理电路，该处理电路用于减弱该方波信号的一个谐波，该谐波与所述致动器的除其基本弯曲模态以外的一个模态的频率相符。
15.如权利要求14所述的泵，其中该处理电路包括一个低通滤波器。
16.如权利要求14所述的泵，其中该处理电路包括一个陷波滤波器。
17.如权利要求14所述的泵，其中该处理电路设定了该方波的一个占空比，以便衰减该方波信号的一个谐波，该谐波与其他占空比相比与所述致动器的一个模态的频率相符。
18.如权利要求17所述的泵，其中该占空比等于一个值，其中该方波的与所述致动器的一个模态的频率相符的这个谐波分量被设定为零。
19.如权利要求18所述的泵，其中该占空比是约42.9%，以便衰减该方波的与所述致动器的一个基本呼吸模态的频率相符的第七谐波分量。
20.如权利要求1所述的泵，进一步包括: 一个第一孔，该第一孔设置在该空腔中除一个环形波节的位置以外的任何位置处并且延伸穿过该泵本体； 一个第二孔，该第二孔设置在该泵本体中除所述第一孔的位置以外的任何位置处并且延伸穿过该泵本体；以及 一个阀门，该阀门设置在所述第一孔和第二孔的至少一个之中，以便在使用时使得该流体能够流动穿过该空腔。
21.一种产生减压用于对组织部位进行治疗的泵，该泵包括: 一个泵本体，该泵本体具有一个基本上圆柱形的空腔，该空腔具有被两个端表面封闭、用于包含一种流体的一个侧壁； 一个致动器，该致动器运作性地与一个端表面的一个中央部分相关联，并且被适配成以便造成该端表面的在一个频率(f)下一种振荡运动； 一个驱动电路，该驱动电路具有与所述致动器联通的一个输出端，用于在该频率(f)下将一个驱动信号提供给该致动器，该驱动电路是可运作的以便使用具有一个占空比的方波来驱动该致动器。
22.如权利要求21所述的泵，其中所述致动器包括一个压电部件，用于造成具有多个共振的弯曲模态和呼吸模态的振荡运动。
23.如权利要求22所述的泵，其中该驱动信号是一种经过脉冲宽度调制的信号。
24.如权利要求22所述的泵，其中所述驱动电路包括用于对该方波信号的一个谐波进行衰减的处理电路，该谐波与所述致动器除其基本弯曲模态以外的一个模态相符。
25.如权利要求24所述的泵，其中该处理电路包括一个低通滤波器。
26.如权利要求24所述的泵，其中该处理电路包括一个陷波滤波器。
27.如权利要求24所述的泵，其中该处理电路将该方波的占空比设定为一个值，该值对该方波信号的激发了所述致动器的这个模态的一个谐波进行衰减。
28.如权利要求27所述的泵，其中该占空比等于一个值，其中该方波的与所述致动器的这个模态相符的谐波分量被设定为零。
29.如权利要求28所述的泵，其中该占空比是约42.9%,以便衰减该方波的与所述致动器的呼吸模态相符的第七谐波分量。
30.如权利要求21所述的泵，进一步包括: 一个第一孔，该第一孔设置在该空腔中除一个环形波节的位置以外的任何位置处并且延伸穿过该泵本体；一个第二孔，该第二孔设置在该泵本体中除所述第一孔的位置以外的任何位置处并且延伸穿过该泵本体；以及 一个阀门，该阀门设置在所述第一孔和第二孔的至少一个之中，以便在使用时使得该流体能够流过该空腔。
31.如权利要求21所述的泵，其中该频率对于人类是无法听见的。
32.一种产生压差的泵，包括: 一个壳体； 一个电源； 一个致动器，该致动器设置在所述壳体之内，并且被配置成用于产生一个压差； 与电流传感器联通的一个转换器，该转换器是可以运作的以便将由该电源供应的一个电压转换成在一个驱动信号中使用的一个方波用于使所述致动器运行；以及 与所述转换器联通的一个微控制器，该微控制器被配置成用于产生一个方波驱动信号，该方波驱动信号包括与所述致动器的一种弯曲模态的频率相符的一个基本频率。
33.如权利要求32所述的泵，其中该转换器包括:一个电压转换器，用于对一个驱动信号将该电压增加到一个可运作的电平；以及一个H桥电路，用于在施加到所述致动器时使该驱动信号进行交变。
34.如权利要求32所述的泵，进一步包括一个电流传感器，该电流传感器与所述电源以及所述致动器处于联通、并且被配置成用于感测被所述致动器耗用的电流。
35.如权利要求32所述的`泵，其中所述致动器的弯曲模态的频率超过人类能够听见的频率。
36.如权利要求32所述的泵，其中对该驱动信号的占空比进行如下设定，即:这样造成该驱动信号与所述致动器的除其基本弯曲模态以外的一个模态的频率相符的一个谐波的幅值与该占空比被设定为其他值的情况相比是处于一个最小值。
37.如权利要求36所述的泵，其中该占空比被设定为42.9%。
38.一种用于对泵进行驱动以产生压差的方法，该方法包括: 将由一个电源供应的一个电压转换成一个向上转换的电压信号； 产生一个方波驱动信号，该方波驱动信号包括与该致动器的一种弯曲模态相符的一个频率；并且 使用由该方波驱动信号调制的这个向上转换的电压信号来对该致动器进行驱动。
39.如权利要求38所述的方法，其中产生一个方波驱动信号包括以超出人类能够听见的一个频率来产生一个方波。
40.如权利要求38所述的方法，进一步包括: 确定该致动器正在耗用超过一个电流阈值的电流；并且 响应于确定该致动器正在耗用超过该电流阈值的电流而停止产生该方波驱动信号。
41.如权利要求38所述的方法，进一步包括响应于确定该致动器正在耗用超过该电流阈值的电流而产生一个可听见的警报。
42.如权利要求38所述的方法，进一步包括将该驱动信号的占空比设定为一个值，在该值下，该驱动信号与该致动器的除其基本弯曲模态以外的一个模态的频率相符的一个谐波的幅值是一个最小值。
【文档编号】F04B43/04GK103492717SQ201180007447
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2011年2月3日 优先权日:2010年2月3日
【发明者】乔纳森·贾伊伯, 克里斯多佛·约翰·帕德伯里 申请人:凯希特许有限公司