一种纵波整流式流体驱动方法和使用该法的驱动装置

摘要

本发明提供了一种纵波整流式流体驱动方法，属于流体驱动技术领域，对流体施加周期性机械振动，在流体中形成纵波；在流体的纵波通道上设置至少一级差阻结构，使纵波运动的流体在差阻结构的两侧形成压力差；在压力差驱动下，流体沿纵波运动方向形成与差阻结构之间的单向相对移动；所述差阻结构安装在纵波的传输通道上，且沿纵波的传输方向上，其对流体提供的双向阻力不一。本发明实施例提供的纵波整流式流体驱动方法可满足小流量以及小功率的应用场合中，具有结构简单以及成本低廉的优点。

说明书

技术领域

本发明属于流体驱动技术领域，具体是一种纵波整流式流体驱动方法和使用该法的驱动装置。

背景技术

驱动流体流动，在各行各业有着非常重要的意义，例如风机、风扇和气泵推动空气形成风，或形成气流；水泵、油泵推动水和油，用于抽水或形成液压，等等。这些行为在各行各业发挥着重要的作用。

传统的流体驱动，多为泵类、扇类结构，除人工操作的方式之外，多需要由旋转式发动机推动泵类、扇类工作，结构复杂，成本高，噪声较大，不利于小型化。

特别在小流量、小功率、低噪声、柔性传动的应用中，传统的流体驱动方式限制了小型化、低成本化、低噪声、柔性传动的应用。

发明内容

本发明针对传统流体驱动方式的缺陷，和小型化、低成本化、低噪声、柔性传动的应用需求，公开一种纵波整流式流体驱动方法，和使用该法的驱动装置，具有明显的实用价值。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种纵波整流式流体驱动方法，包括如下步骤：

对流体施加周期性机械振动，在流体中形成纵波；

在流体的纵波通道上设置至少一级差阻结构，使纵波运动的流体在差阻结构的两侧形成压力差；

在压力差驱动下，流体沿纵波运动方向形成与差阻结构之间的单向相对移动；

所述差阻结构安装在纵波的传输通道上，且沿纵波的传输方向上，其对流体提供的双向阻力不一。

作为本发明进一步的改进方案：所述差阻结构，其沿纵波传输方式上的投影通径不一，或设有与纵波同步的单向阀结构。

一种使用上述方法的纵波整流式流体驱动装置，包括通道、振动器、差阻结构、接驳口、流体输送口以及驱动电路，

所述驱动电路为振动器提供电能，驱使振动器产生机械振动，向流体输送振动动能，

所述振动器固定安装于所述通道一端，振动器与通道内壁之间设有供流体流入或流出通道的通路，振动器用于对流体施加周期性机械振动，在流体中形成纵波，

所述接驳口设置在通道远离振动器的一端，所述流体输送口为设置于接驳口内的流体通路，

所述差阻结构固定安装于通道内并位于振动器与接驳口之间，用于使纵波运动的流体在其两侧形成压力差。

作为本发明再进一步的改进方案：所述差阻结构的截面为棘形，差阻结构面向振动器的方向上，其通径大于背对振动器方向上的通径。

作为本发明再进一步的改进方案：所述差阻结构在所述通道内部设有一个或多个。

作为本发明再进一步的改进方案：所述差阻结构，由接驳口和流体通道组合而成，所述接驳口和流体通道二者的通孔与纵波传输通道的重合度和或平行度有明显差异。

一种使用上述方法的纵波整流旋转式发动机，包括外壳、转子、振动器以及驱动电路，

所述外壳用于将转子、振动器以及所驱动的流体密封于内，外壳上设有与所述转子装配的轴承，

所述转子，包括转子体和与转子体紧密配合的输出轴，所述转轴的两端分别与外壳上的轴承转动配合，所述转子体外侧设置有周向均匀分布的若干棘形齿，所述棘形齿用于对所述纵波进行整流，

所述振动器，其至少一个工作面固定安装于外壳内部，振动器用于对流体施加周期性机械振动，在流体中形成纵波，所述纵波的中心轴在空间上与转子的输出轴垂直，使振动器输出的纵波传输方向与转子相切，

所述驱动电路为振动器提供电能，驱使振动器产生机械振动，向流体输送振动动能。

作为本发明再进一步的改进方案：所述振动器设置多组，多组所述振动器在所述外壳内部沿输出轴的轴向方向并排安装，和/或多组所述振动器在所述外壳内部呈环向分布。

作为本发明再进一步的改进方案：在多组所述振动器在所述外壳内部呈环向分布时，对多组所述振动器分别施加非同步的激励，细分转子所受的推力，提供转子转动的稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实施例提供的纵波整流式流体驱动方法可满足小流量以及小功率的应用场合中，具有结构简单以及成本低廉的优点。

附图说明

图1为一种纵波整流式流体驱动方法的工作流程图；

图2为一种纵波整流式流体驱动装置的结构示意图一；

图3为一种纵波整流式流体驱动装置的结构示意图二；

图4为一种纵波整流式流体驱动装置的结构示意图三；

图5为一种纵波整流式流体驱动装置的结构示意图四。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

实施例1

请参阅图1，本实施例提供了一种纵波整流式流体驱动方法，包括如下步骤：

对流体施加周期性机械振动，在流体中形成纵波；

在流体的纵波通道上设置至少一级差阻结构，使纵波运动的流体在差阻结构的两侧形成压力差；

在压力差驱动下，流体沿纵波运动方向单向流动。

在压力差驱动下，流体沿纵波运动方向形成与差阻结构之间的单向相对移动。

上述方法中，驱动流体周期性机械振动的动力来源为振动器，振动器以周期往复的方式输出机械振动并传输到与其接触的流体，故在此过程中，流体中形成纵波。

所谓纵波，即，沿机械波的传输方向上，流体呈周期性压缩-疏松，在空间上形成周期性的区间压差。

在本申请的方法中，所述差阻结构安装在纵波的传输通道上，且沿纵波的传输方向上，其对流体提供的双向阻力不一。使得纵波下的流体在差阻结构的前后两侧存在阻力差，即，在纵波作用下，流体相对差阻结构呈单向流动，即被整流。

所述差阻结构安装在纵波的传输通道上，且沿纵波的传输方向上，其对流体提供的双向阻力不一。

为实现双向阻力的差异，所述差阻结构，其沿纵波传输方式上的投影通径不一，或设有与纵波同步的单向阀结构。

所述沿纵波传输方式上的投影通径，为，流体通路在沿纵波传输方式上的投影尺寸。在流体力学中，即使通径不变，流体通路发生转向时，流体在转向处所受的阻力变大。故在本发明中，流体通路发生变向，也是差阻结构的设计思路之一，其根本原因为：流体通路发生变向，使得沿纵波传输方式上，流体通路的投影通径发生变化。故，流体通路发生变向，也作为差阻结构的设计方式之一，在本发明的保护范围之内。

实施例2

请参阅图2，一种使用实施例1中方法的纵波整流式流体驱动装置，包括通道20、振动器21、差阻结构22、接驳口23、流体输送口25以及驱动电路。

所述驱动电路（未画出），为振动器21提供电能，驱使振动器21产生机械振动，向流体输送振动动能。

所述振动器21固定安装于所述通道20一端，振动器21与通道20内壁之间设有供流体流入或流出通道的通路24，振动器21用于对流体施加周期性机械振动，在流体中形成纵波。

所述接驳口23设置在通道20远离振动器21的一端，是本流体驱动装置与其它装置的连接口，使本流体驱动装置驱使的流体流能为其它装置使用，流体输送口25为接驳口23内部的流体通孔，供流体流出，流体在振动器21和差阻结构22的驱动下，单向地从接驳口23的内部通孔——流体输送口25流出。

所述差阻结构22用于使纵波运动的流体两侧形成压力差，差阻结构22固定安装于通道20内，或为通道20的一部分，差阻结构22位于振动器21与接驳口23之间。如图2所示，差阻结构22的截面为棘形，面向振动器21的方向上，其通径大于背对振动器21方向上的通径。在纵波驱动下，流体由大口径流向小口径时遇到的阻力，小于反向流动时所遇阻力，致使流体由大口径向小口径方向（相对）单向流动。

所述通道20，为一个容器，将所要驱动的流体约束到其中，并作为安装其它构件的基础装置。

图2中示出的差阻结构22为一级差阻，图3中示出了二级差阻，即一级差阻结构221和二级差阻结构222，通过二级差阻，有利于提高流体驱动装置3输出的相对压力，滤除流体输送口25所输出流体流中的纵波噪声分量。

流体在振动器21和差阻结构22的共同作用下，沿远离振动器21的方向流动，从接驳口23输出，并在接驳口23处形成正压。

图4中示出了差阻结构22的反向安装状态，与图2和图3的核心差别在于：差阻器的通径变化方向相反，图4中，反向安置的差阻结构22使得差阻结构22两侧的压力差与图2反向，由此，通道20中的流体，在振动器21和差阻结构22的共同作用下，由接驳口23流入，向差阻结构22方向移动，从差阻结构22周围的通路24流出，在接驳口23处形成负压。

所述差阻结构，由接驳口23和流体通道20组合而成，所述接驳口23和流体通道20二者的通孔与纵波传输通道的重合度和或平行度有明显差异。重合于纵波传输通路的接驳口23和非重合于纵波传输方向的流体通道20组合构成。即：接驳口23和流体通道20分别作为所述整流式流体驱动装置的流体出口（或入口）和入口（或出口），其中之一其通孔与纵波传输通道重合，另一个其通孔与纵波传输通道非重合；或者，二者通孔中所设有的变向（转弯）角度和或个数有明显差异，使流体在其中流动时所受阻力不同。

实施例3

请参阅图5，一种使用实施例1中方法的纵波整流旋转式发动机，包括外壳51、转子52、振动器53以及驱动电路，

所述驱动电路（未画出），为振动器53提供电能，驱使振动器53产生机械振动，向流体输送振动动能。

所述外壳51用于将转子52、振动器53以及所驱动的流体密封于内，所述外壳51一端由一组端盖扣合密封，外壳51与端盖上均安装有轴承，所述转子52包括转子体54和与转子体54紧密配合的输出轴55，所述转轴的两端分别与两组轴承转动配合，所述转子体55外侧设置有周向均匀分布的若干棘形齿54，所述棘形齿54用于对从转子52切向传来的纵波，具有整流作用，使得纵波的同一个周期内，正反两个半波施加在转子52上的作用力之间存在力差，即，转子52得到单向的推动合力，转子52向某个固定的方向转动。

振动器53固定安装于外壳51内部，振动器51用于对流体施加周期性机械振动，在流体中形成纵波，振动器51输出振动波的中心轴，在空间上与转子52的输出轴55垂直，位于发动腔的非通过轴心的弦线上，即其发送的纵波，传输方向与转子52相切；

输出轴55，为所述转轴的延伸部分，用于向所述外壳51外部输送转动动能，供与所述驱动装置的负载接驳。

工作时，对振动器53施加驱动信号，使之周期性往复振动，其振动机械能传输到与其接触的流体，使流体内呈现纵波运动。纵波运动的流体在转子52的棘形齿54的整流作用下，沿纵波传输方向单向移动。由于转子52在外壳51内部转动，转子52在单向流体的推动下，向某个固定的方向转动，即驱动装置实现转动。

进一步的，所述振动器53在所述外壳51内部沿输出轴55的轴向方向上并排安装多组，以提高驱动装置的功率。

进一步的，所述振动器53在所述外壳51内部环向分布设置多组，以提高驱动装置的功率，为提供转子52转动的稳定性，对环向分布的多个振动器53分别施加非同步的激励，以细分转子所受的周期性推力，置于环向分布多个振动器53的分布角度、倾斜角、其它激励模式等细节上的改进，均属于本发明启发下的改进，也是发动机类设计中常规的思路，均在本发明的保护范围内。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。