一種基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵的製作方法
2023-05-07 09:12:26
一種基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵，包括泵體、將該泵體分成上、下泵體的基片，上泵體的上表面設有上平面螺旋線圈，該上平面螺旋線圈與外部電源電連接，基片的上表面設有正磁致伸縮效應薄膜，下表面設有逆磁致伸縮效應薄膜；泵體上設有進液口、出液口，泵體內設有閥腔體，基片與所述上泵體形成上液體腔，基片與下泵體形成下液體腔；進液口、閥腔體均與所述上、下液體腔連通，閥腔體與所述出液口連通；上、下液體腔與所述進液口的連接處均設有單向進液膜，上、下液體腔與所述閥腔體的連接處均設有單向出液膜。本發明，採用雙液體腔，在相同體積下，具有更大的泵腔，流量比現有膜式微泵大。
【專利說明】
—種基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵
【技術領域】
[0001]本發明涉及微型泵【技術領域】，具體涉及一種基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵。
【背景技術】
[0002]微型機械系統(MEMS)在近年來發展迅速，微型泵作為微流體器件中的一個重要動力元件，是微流量控制系統的核心部件。由於能精確檢測和控制流量，在藥物微量輸送、燃料微量噴射、DNA的合成、集成電子元件冷卻、微量化學分析以及微小型衛星的推進等領域有著巨大的應用前景。目前已被廣泛應用於微型泵的驅動方式包括靜電驅動、電磁驅動、壓電驅動、熱驅動、雙金屬效應驅動、狀記憶合金驅動和薄膜型超磁致伸縮材料驅動等。壓電驅動式和靜電驅動式對驅動電壓要求都比較高，而熱驅動、雙金屬效應和形狀效應記憶驅動的驅動頻率過低，同時輸出的流量也比較小，熱驅動式浪費能源，且受應用的限制。
[0003]在中國專利申請號:201210536492，
【公開日】2013.4.3中公開了一種基於合成射流的壓電微泵，包括泵進口、泵出口、上泵體、上腔體、噴口、下泵體、下腔體、振動膜片和壓電致動器，泵進口和泵出口位於泵的最上端，上泵體下部是上腔體，泵進口和泵出口通過上腔體與噴口相連通，下泵體位於上腔體的下方，噴口將上、下腔體連通，振動膜片粘結於下泵體下表面，壓電致動器通過粘結劑(導電環氧樹脂)粘結在振動膜片下表面中央。該技術方案驅動電壓偏高，難與IC電路兼容且壓電泵的噪音比較大、且體積較大。
[0004]在中國專利申請號:201310597265，
【公開日】2014.2.12中公開了一種尺寸較小、可與可攜式晶片集成的磁流體力學微泵。該磁流體力學微泵，包括基底，所述基底的下表面設置有平面型電磁鐵，所述基底的上表面設置有基體，所述基體上刻蝕有微通道以及與微通道連通的儲液池，在微通道的兩側設置有電極，所述電極濺射在基體的上表面，還包括用於將微通道密封的封裝層，所述封裝層上設置有注液口和電極接入孔。該技術方案電磁鐵與基底直接接觸，工作時有衝擊，產生噪音、且體積較大。
[0005]在中國專利申請號:201420156261.8中公開了一種基於超磁致伸縮薄膜驅動器的微泵，包括泵體、將該泵體分成上、下泵體的基片，下泵體上設有進液口、出液口，下泵體內設有閥腔體，上泵體的上表面設有平面螺旋線圈，該平面螺旋線圈與外部電源電連接；基片和下泵體形成液體腔，該液體腔與進液口、閥腔體連通，閥腔體與出液口連通，液體腔與進液口的連接處設有單向進液膜，液體腔與閥腔體連接處設有單向出液膜；基片的上表面設有正磁致伸縮效應薄膜，下表面設有逆磁致伸縮效應薄膜。該技術方案中只有一個液體腔，吸液、排液分開進行，效率低；且只用一個平面螺旋線圈，產生的磁場力度不夠，微泵的工作性能低。
【發明內容】
[0006]針對上述問題，本發明提供了一種基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵，體積小、易於微型化、響應速度快、輸出力大、帶載能力強。
[0007]為了解決上述問題，本發明提供的技術方案為:
[0008]一種基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵，包括泵體、將該泵體分成上、下泵體的基片，所述上泵體的上表面設有上平面螺旋線圈，該上平面螺旋線圈與外部電源電連接，所述基片的上表面設有正磁致伸縮效應薄膜，下表面設有逆磁致伸縮效應薄膜；所述泵體上設有進液口、出液口，所述泵體內設有閥腔體，所述基片與所述上泵體形成上液體腔，所述基片與所述下泵體形成下液體腔；所述進液口、閥腔體均與所述上、下液體腔連通，所述閥腔體與所述出液口連通；所述上、下液體腔與所述進液口的連接處均設有單向進液膜，所述上、下液體腔與所述閥腔體的連接處均設有單向出液膜。
[0009]優選的，所述下泵體的下表面設有下平面螺旋線圈，該下平面螺旋線圈與外部電源電連接。
[0010]優選的，所述上平面螺旋線圈與外部交流電源電連接，所述下平面螺旋線圈與外部直流電源電連接。
[0011]優選的，所述正、逆磁致伸縮效應薄膜與所述上、下平面螺旋線圈之間均留有間隙，可減小上、下平面線圈產生的磁場在正、逆磁致伸縮效應薄膜軸向上的磁場影響。
[0012]優選的，所述單向進液膜的一端粘接在所述上、下液體腔內壁上形成懸臂梁結構，所述單向出液膜的一端粘接在所述閥腔體內壁上形成懸臂梁結構。
[0013]優選的，所述進液口、出液口分別位於所述下泵體的兩側。
[0014]優選的，所述正、逆磁致伸縮效應薄膜均設有2片，分布於所述基片兩端。
[0015]上、下平面螺旋線圈上覆蓋有絕緣保護層；對上、下平面螺旋線圈進行保護。
[0016]正磁致伸縮效應薄膜的材料為TbDyFe合金，逆磁致伸縮效應薄膜的材料為SmFe
入全
I=1-Wl O
[0017]基片由矽薄片製成；矽薄片有較大的張力。
[0018]單向進、出液膜由橡膠、塑膠或矽薄膜製成；具有足夠彈性、韌性、耐腐蝕。
[0019]工作原理:
[0020]在上平面螺旋線圈通入方波形式的交變電壓，上平面螺旋線圈在其作用下產生相應的交變磁場；在下平面螺旋線圈通入一定大小的直流電，產生偏置磁場。超磁致伸縮材料在外加磁場的作用下發生變形，當交變電壓正向時，線圈在其作用下產生一定的磁場，逆磁致伸縮效應薄膜在外加磁場作用下縮短，正磁致伸縮效應薄膜在外加磁場作用下伸長，從而帶動基片向下彎曲，壓縮下液體腔，使下液體腔的壓力增大，推動下液體腔的單向出液膜一端打開，產生一定的間隙，下液體腔中的液體流入閥腔體，再經過出液口對系統提供微量流體，下液體腔中的單向進液膜在自身材料的彈性作用力和液體壓力作用下緊貼進液管道，阻止液體從進流管道流出，實現微泵的排液過程；同時，上液體腔的體積增大，壓力減小，外界壓力推動上液體腔中的單向進液膜一端打開，產生一定的間隙，液體流入上液體腔，上液體腔中的單向出液膜在自身材料的彈性作用力和空氣壓力作用下緊貼閥腔體，阻止空氣從出流管道流入，實現微泵的吸液過程。
[0021]當通入上平面螺旋線圈的電壓反向時，磁場隨著電壓的變化而變化，逆磁致伸縮效應薄膜逐漸伸長，正磁致伸縮效應薄膜逐漸縮短，基片逐漸恢復原長並開始向上彎曲，下液體腔的體積增大，壓力減小，外界壓力推動下液體腔中的單向進液膜一端打開，產生一定的間隙，液體流入下液體腔，下液體腔中的單向出液膜在自身材料的彈性作用力和空氣壓力作用下緊貼閥腔體，阻止空氣從出流管道流入，實現微泵的吸液過程；同時，壓縮上液體腔壓力增大，推動上液體腔中的單向出液膜一端打開，產生一定的間隙，液體流入閥腔體，再經過出液口對系統提供微量流體，上液體腔中的單向進液膜在自身材料的彈性作用力和液體壓力作用下緊貼進液管道，阻止液體從進流管道流出，實現微泵的排液過程。整個過程吸液與排液同時進行，大大提高了微泵的工作效率。微泵流量的大小還可由通入上、下平面螺旋線圈電流的大小和頻率控制，基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵適用於流量精確檢測與控制、低壓、高頻驅動的弱磁場驅動場合。
[0022]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0023]1、本發明採用上、下液體腔，在相同體積下，具有更大的泵腔，流量比現有膜式微泵大。
[0024]2、本發明便於實現與微流體晶片系統集成，採用雙平面螺旋線圈，有效的避免倍頻效應，可以顯著提高微泵的工作性能。
[0025]3、本發明為磁場驅動為非接觸式，無衝擊，噪音低。
[0026]4、採用超磁致伸縮材料，具有響應速度快、頻響高、響應速度快、頻響高、輸出力大、帶載能力強等特點；由平面線圈提供的磁場驅動，體積小、結構簡單，因此可以顯著提高微泵的工作性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明微泵非驅動時結構示意圖；
[0028]圖2為本發明微泵立體結構分解示意圖。
[0029]圖中:1、下絕緣保護層，2、下平面螺旋線圈，3、下液體腔，4、下泵體，5、單向進液膜，6、進液口，7、基片，8、上泵體，9、上平面螺旋線圈，10、上絕緣保護層，11、上液體腔，12、正磁致伸縮效應薄膜，13、上線圈電極對引線，14、閥腔體，15、出液口，16、單向出液膜，17、逆磁致伸縮效應薄膜，18、下線圈電極對引線。
【具體實施方式】
[0030]下面對本發明做進一步說明:
[0031]結合圖1、圖2: —種基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵，包括泵體、將該泵體分成上、下泵體的基片7，上泵體8的上表面設有上平面螺旋線圈9，該上平面螺旋線圈9通過上線圈電極對引線13與外部交流電源電連接，基片7的上表面設有正磁致伸縮效應薄膜12，下表面設有逆磁致伸縮效應薄膜17 ;泵體上設有進液口 6、出液口 15，泵體內設有閥腔體14，基片7與上泵體8形成上液體腔11，基片7與下泵體4形成下液體腔3 ;進液口 6、閥腔體14均與上、下液體腔連通，閥腔體14與出液口 15連通；上、下液體腔與進液口 6的連接處均設有單向進液膜5，上、下液體腔與閥腔體14的連接處均設有單向出液膜16。
[0032]下泵體4的下表面設有下平面螺旋線圈2，該下平面螺旋線圈2通過下線圈電極對引線18與外部直流電源電連接。
[0033]正、逆磁致伸縮效應薄膜與上、下平面螺旋線圈之間均留有間隙，可減小上、下平面線圈產生的磁場在正、逆磁致伸縮效應薄膜軸向上的磁場影響。
[0034]單向進液膜5的一端粘接在上、下液體腔內壁上形成懸臂梁結構，單向出液膜16的一端粘接在閥腔體14內壁上形成懸臂梁結構。
[0035]進液口 6、出液口 15分別位於下泵體的兩側。
[0036]正、逆磁致伸縮效應薄膜均設有2片，分布於基片7兩端。
[0037]上、下平面螺旋線圈上分別覆蓋有上絕緣保護層1、下絕緣保護層10 ;對上、下平面螺旋線圈進行保護。
[0038]正磁致伸縮效應薄膜12的材料為TbDyFe合金，逆磁致伸縮效應薄膜17的材料為SmFe合金。
[0039]基片7由矽薄片製成；矽薄片有較大的張力。
[0040]單向進、出液膜由橡膠、塑膠或矽薄膜製成；具有足夠彈性、韌性、耐腐蝕。
[0041]工作原理:
[0042]在上平面螺旋線圈9通入方波形式的交變電壓，上平面螺旋線圈9在其作用下產生相應的交變磁場；在下平面螺旋線圈2通入一定大小的直流電，產生偏置磁場。超磁致伸縮材料在外加磁場的作用下發生變形，當交變電壓正向時，線圈在其作用下產生一定的磁場，逆磁致伸縮效應薄膜17在外加磁場作用下縮短，正磁致伸縮效應薄膜12在外加磁場作用下伸長，從而帶動基片7向下彎曲，壓縮下液體腔3，使下液體腔3的壓力增大，推動下液體腔3中的單向出液膜16 —端打開，產生一定的間隙，下液體腔3中的液體流入閥腔體14，再經過出液口 15對系統提供微量流體，下液體腔3中的單向進液膜5在自身材料的彈性作用力和液體壓力作用下緊貼進液管道，阻止液體從進流管道流出，實現微泵的排液過程；同時，上液體腔11的體積增大，壓力減小，外界壓力推動上液體腔中的單向進液膜5—端打開，產生一定的間隙，液體流入上液體腔11，上液體腔11中的單向出液膜16在自身材料的彈性作用力和空氣壓力作用下緊貼閥腔體14，阻止空氣從出流管道流入，實現微泵的吸液過程。
[0043]當通入上平面螺旋線圈9的電壓反向時，磁場隨著電壓的變化而變化，逆磁致伸縮效應薄膜17逐漸伸長，正磁致伸縮效應薄膜12逐漸縮短，基片7逐漸恢復原長並開始向上彎曲，下液體腔3的體積增大，壓力減小，外界壓力推動下液體腔3中的單向進液膜5 —端打開，產生一定的間隙，液體流入下液體腔3，下液體腔3中的單向出液膜16在自身材料的彈性作用力和空氣壓力作用下緊貼閥腔體14，阻止空氣從出流管道流入，實現微泵的吸液過程；同時，壓縮上液體腔11壓力增大，推動上液體腔11中的單向出液膜16 —端打開，產生一定的間隙，液體流入閥腔體14，再經過出液口 15對系統提供微量流體，上液體腔11中的單向進液膜5在自身材料的彈性作用力和液體壓力作用下緊貼進液管道，阻止液體從進流管道流出，實現微泵的排液過程。整個過程吸液與排液同時進行，大大提高了微泵的工作效率。微泵流量的大小還可由通入上、下平面螺旋線圈電流的大小和頻率控制，基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵適用於流量精確檢測與控制、低壓、高頻驅動的弱磁場驅動場合。
[0044]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵，包括泵體、將該泵體分成上、下泵體的基片，所述上泵體的上表面設有上平面螺旋線圈，該上平面螺旋線圈與外部電源電連接，所述基片的上表面設有正磁致伸縮效應薄膜，下表面設有逆磁致伸縮效應薄膜；其特徵在於；所述泵體上設有進液口、出液口，所述泵體內設有閥腔體，所述基片與所述上泵體形成上液體腔，所述基片與所述下泵體形成下液體腔；所述進液口、閥腔體均與所述上、下液體腔連通，所述閥腔體與所述出液口連通；所述上、下液體腔與所述進液口的連接處均設有單向進液膜，所述上、下液體腔與所述閥腔體的連接處均設有單向出液膜。
2.根據權利要求1所述的基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵，其特徵在於；所述下泵體的下表面設有下平面螺旋線圈，該下平面螺旋線圈與外部電源電連接。
3.根據權利要求2所述的基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵，其特徵在於；所述上平面螺旋線圈與外部交流電源電連接，所述下平面螺旋線圈與外部直流電源電連接。
4.根據權利要求2或3所述的基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵，其特徵在於；所述正、逆磁致伸縮效應薄膜與所述上、下平面螺旋線圈之間均留有間隙。
5.根據權利要求1或2所述的基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵，其特徵在於；所述單向進液膜的一端粘接在所述上、下液體腔內壁上形成懸臂梁結構，所述單向出液膜的一端粘接在所述閥腔體內壁上形成懸臂梁結構。
6.根據權利要求1所述的基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵，其特徵在於；所述進液口、出液口分別位於所述下泵體的兩側。
7.根據權利要求1所述的基於超磁致伸縮薄膜驅動器的雙平面線圈驅動式微泵，其特徵在於；所述正、逆磁致伸縮效應薄膜均設有2片，分布於所述基片兩端。
【文檔編號】F04B43/04GK104358674SQ201410577366
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】王傳禮, 寇旗旗, 鄧海順, 何濤, 張輝 申請人:安徽理工大學