CN204200532U - 一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵，包括泵体、将该泵体分成上、下泵体的基片，上泵体的上表面设有上平面螺旋线圈，该上平面螺旋线圈与外部电源电连接，基片的上表面设有正磁致伸缩效应薄膜，下表面设有逆磁致伸缩效应薄膜；泵体上设有进液口、出液口，泵体内设有阀腔体，基片与所述上泵体形成上液体腔，基片与下泵体形成下液体腔；进液口、阀腔体均与所述上、下液体腔连通，阀腔体与所述出液口连通；上、下液体腔与所述进液口的连接处均设有单向进液膜，上、下液体腔与所述阀腔体的连接处均设有单向出液膜。本实用新型采用双液体腔，在相同体积下，具有更大的泵腔，流量比现有膜式微泵大。

Description

一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵

技术领域

本实用新型涉及微型泵技术领域，具体涉及一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵。

背景技术

微型机械系统(MEMS)在近年来发展迅速，微型泵作为微流体器件中的一个重要动力元件，是微流量控制系统的核心部件。由于能精确检测和控制流量，在药物微量输送、燃料微量喷射、DNA的合成、集成电子元件冷却、微量化学分析以及微小型卫星的推进等领域有着巨大的应用前景。目前已被广泛应用于微型泵的驱动方式包括静电驱动、电磁驱动、压电驱动、热驱动、双金属效应驱动、状记忆合金驱动和薄膜型超磁致伸缩材料驱动等。压电驱动式和静电驱动式对驱动电压要求都比较高，而热驱动、双金属效应和形状效应记忆驱动的驱动频率过低，同时输出的流量也比较小，热驱动式浪费能源，且受应用的限制。

在中国专利申请号：201210536492，公开日2013.4.3中公开了一种基于合成射流的压电微泵，包括泵进口、泵出口、上泵体、上腔体、喷口、下泵体、下腔体、振动膜片和压电致动器，泵进口和泵出口位于泵的最上端，上泵体下部是上腔体，泵进口和泵出口通过上腔体与喷口相连通，下泵体位于上腔体的下方，喷口将上、下腔体连通，振动膜片粘结于下泵体下表面，压电致动器通过粘结剂(导电环氧树脂)粘结在振动膜片下表面中央。该技术方案驱动电压偏高，难与IC电路兼容且压电泵的噪音比较大、且体积较大。

在中国专利申请号：201310597265，公开日2014.2.12中公开了一种尺寸较小、可与便携式芯片集成的磁流体力学微泵。该磁流体力学微泵，包括基底，所述基底的下表面设置有平面型电磁铁，所述基底的上表面设置有基体，所述基体上刻蚀有微通道以及与微通道连通的储液池，在微通道的两侧设置有电极，所述电极溅射在基体的上表面，还包括用于将微通道密封的封装层，所述封装层上设置有注液口和电极接入孔。该技术方案电磁铁与基底直接接触，工作时有冲击，产生噪音、且体积较大。

在中国专利申请号：201420156261.8中公开了一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的微泵，包括泵体、将该泵体分成上、下泵体的基片，下泵体上设有进液口、出液口，下泵体内设有阀腔体，上泵体的上表面设有平面螺旋线圈，该平面螺旋线圈与外部电源电连接；基片和下泵体形成液体腔，该液体腔与进液口、阀腔体连通，阀腔体与出液口连通，液体腔与进液口的连接处设有单向进液膜，液体腔与阀腔体连接处设有单向出液膜；基片的上表面设有正磁致伸缩效应薄膜，下表面设有逆磁致伸缩效应薄膜。该技术方案中只有一个液体腔，吸液、排液分开进行，效率低；且只用一个平面螺旋线圈，产生的磁场力度不够，微泵的工作性能低。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵，体积小、易于微型化、响应速度快、输出力大、带载能力强。

为了解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵，包括泵体、将该泵体分成上、下泵体的基片，所述上泵体的上表面设有上平面螺旋线圈，该上平面螺旋线圈与外部电源电连接，所述基片的上表面设有正磁致伸缩效应薄膜，下表面设有逆磁致伸缩效应薄膜；所述泵体上设有进液口、出液口，所述泵体内设有阀腔体，所述基片与所述上泵体形成上液体腔，所述基片与所述下泵体形成下液体腔；所述进液口、阀腔体均与所述上、下液体腔连通，所述阀腔体与所述出液口连通；所述上、下液体腔与所述进液口的连接处均设有单向进液膜，所述上、下液体腔与所述阀腔体的连接处均设有单向出液膜。

优选的，所述下泵体的下表面设有下平面螺旋线圈，该下平面螺旋线圈与外部电源电连接。

优选的，所述上平面螺旋线圈与外部交流电源电连接，所述下平面螺旋线圈与外部直流电源电连接。

优选的，所述正、逆磁致伸缩效应薄膜与所述上、下平面螺旋线圈之间均留有间隙，可减小上、下平面线圈产生的磁场在正、逆磁致伸缩效应薄膜轴向上的磁场影响。

优选的，所述单向进液膜的一端粘接在所述上、下液体腔内壁上形成悬臂梁结构，所述单向出液膜的一端粘接在所述阀腔体内壁上形成悬臂梁结构。

优选的，所述进液口、出液口分别位于所述下泵体的两侧。

优选的，所述正、逆磁致伸缩效应薄膜均设有2片，分布于所述基片两端。

上、下平面螺旋线圈上覆盖有绝缘保护层；对上、下平面螺旋线圈进行保护。

正磁致伸缩效应薄膜的材料为TbDyFe合金，逆磁致伸缩效应薄膜的材料为SmFe合金。

基片由硅薄片制成；硅薄片有较大的张力。

单向进、出液膜由橡胶、塑胶或硅薄膜制成；具有足够弹性、韧性、耐腐蚀。

工作原理：

在上平面螺旋线圈通入方波形式的交变电压，上平面螺旋线圈在其作用下产生相应的交变磁场；在下平面螺旋线圈通入一定大小的直流电，产生偏置磁场。超磁致伸缩材料在外加磁场的作用下发生变形，当交变电压正向时，线圈在其作用下产生一定的磁场，逆磁致伸缩效应薄膜在外加磁场作用下缩短，正磁致伸缩效应薄膜在外加磁场作用下伸长，从而带动基片向下弯曲，压缩下液体腔，使下液体腔的压力增大，推动下液体腔的单向出液膜一端打开，产生一定的间隙，下液体腔中的液体流入阀腔体，再经过出液口对系统提供微量流体，下液体腔中的单向进液膜在自身材料的弹性作用力和液体压力作用下紧贴进液管道，阻止液体从进流管道流出，实现微泵的排液过程；同时，上液体腔的体积增大，压力减小，外界压力推动上液体腔中的单向进液膜一端打开，产生一定的间隙，液体流入上液体腔，上液体腔中的单向出液膜在自身材料的弹性作用力和空气压力作用下紧贴阀腔体，阻止空气从出流管道流入，实现微泵的吸液过程。

当通入上平面螺旋线圈的电压反向时，磁场随着电压的变化而变化，逆磁致伸缩效应薄膜逐渐伸长，正磁致伸缩效应薄膜逐渐缩短，基片逐渐恢复原长并开始向上弯曲，下液体腔的体积增大，压力减小，外界压力推动下液体腔中的单向进液膜一端打开，产生一定的间隙，液体流入下液体腔，下液体腔中的单向出液膜在自身材料的弹性作用力和空气压力作用下紧贴阀腔体，阻止空气从出流管道流入，实现微泵的吸液过程；同时，压缩上液体腔压力增大，推动上液体腔中的单向出液膜一端打开，产生一定的间隙，液体流入阀腔体，再经过出液口对系统提供微量流体，上液体腔中的单向进液膜在自身材料的弹性作用力和液体压力作用下紧贴进液管道，阻止液体从进流管道流出，实现微泵的排液过程。整个过程吸液与排液同时进行，大大提高了微泵的工作效率。微泵流量的大小还可由通入上、下平面螺旋线圈电流的大小和频率控制，基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵适用于流量精确检测与控制、低压、高频驱动的弱磁场驱动场合。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型采用上、下液体腔，在相同体积下，具有更大的泵腔，流量比现有膜式微泵大。

2、本实用新型便于实现与微流体芯片系统集成，采用双平面螺旋线圈，有效的避免倍频效应，可以显著提高微泵的工作性能。

3、本实用新型为磁场驱动为非接触式，无冲击，噪音低。

4、采用超磁致伸缩材料，具有响应速度快、频响高、响应速度快、频响高、输出力大、带载能力强等特点；由平面线圈提供的磁场驱动，体积小、结构简单，因此可以显著提高微泵的工作性能。

附图说明

图1为本实用新型微泵非驱动时结构示意图；

图2为本实用新型微泵立体结构分解示意图。

图中：1、下绝缘保护层，2、下平面螺旋线圈，3、下液体腔，4、下泵体，5、单向进液膜，6、进液口，7、基片，8、上泵体，9、上平面螺旋线圈，10、上绝缘保护层，11、上液体腔，12、正磁致伸缩效应薄膜，13、上线圈电极对引线，14、阀腔体，15、出液口，16、单向出液膜，17、逆磁致伸缩效应薄膜，18、下线圈电极对引线。

具体实施方式

下面对本实用新型做进一步说明：

结合图1、图2：一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵，包括泵体、将该泵体分成上、下泵体的基片7，上泵体8的上表面设有上平面螺旋线圈9，该上平面螺旋线圈9通过上线圈电极对引线13与外部交流电源电连接，基片7的上表面设有正磁致伸缩效应薄膜12，下表面设有逆磁致伸缩效应薄膜17；泵体上设有进液口6、出液口15，泵体内设有阀腔体14，基片7与上泵体8形成上液体腔11，基片7与下泵体4形成下液体腔3；进液口6、阀腔体14均与上、下液体腔连通，阀腔体14与出液口15连通；上、下液体腔与进液口6的连接处均设有单向进液膜5，上、下液体腔与阀腔体14的连接处均设有单向出液膜16。

下泵体4的下表面设有下平面螺旋线圈2，该下平面螺旋线圈2通过下线圈电极对引线18与外部直流电源电连接。

正、逆磁致伸缩效应薄膜与上、下平面螺旋线圈之间均留有间隙，可减小上、下平面线圈产生的磁场在正、逆磁致伸缩效应薄膜轴向上的磁场影响。

单向进液膜5的一端粘接在上、下液体腔内壁上形成悬臂梁结构，单向出液膜16的一端粘接在阀腔体14内壁上形成悬臂梁结构。

进液口6、出液口15分别位于下泵体的两侧。

正、逆磁致伸缩效应薄膜均设有2片，分布于基片7两端。

上、下平面螺旋线圈上分别覆盖有上绝缘保护层1、下绝缘保护层10；对上、下平面螺旋线圈进行保护。

正磁致伸缩效应薄膜12的材料为TbDyFe合金，逆磁致伸缩效应薄膜17的材料为SmFe合金。

基片7由硅薄片制成；硅薄片有较大的张力。

单向进、出液膜由橡胶、塑胶或硅薄膜制成；具有足够弹性、韧性、耐腐蚀。

工作原理：

在上平面螺旋线圈9通入方波形式的交变电压，上平面螺旋线圈9在其作用下产生相应的交变磁场；在下平面螺旋线圈2通入一定大小的直流电，产生偏置磁场。超磁致伸缩材料在外加磁场的作用下发生变形，当交变电压正向时，线圈在其作用下产生一定的磁场，逆磁致伸缩效应薄膜17在外加磁场作用下缩短，正磁致伸缩效应薄膜12在外加磁场作用下伸长，从而带动基片7向下弯曲，压缩下液体腔3，使下液体腔3的压力增大，推动下液体腔3中的单向出液膜16一端打开，产生一定的间隙，下液体腔3中的液体流入阀腔体14，再经过出液口15对系统提供微量流体，下液体腔3中的单向进液膜5在自身材料的弹性作用力和液体压力作用下紧贴进液管道，阻止液体从进流管道流出，实现微泵的排液过程；同时，上液体腔11的体积增大，压力减小，外界压力推动上液体腔中的单向进液膜5一端打开，产生一定的间隙，液体流入上液体腔11，上液体腔11中的单向出液膜16在自身材料的弹性作用力和空气压力作用下紧贴阀腔体14，阻止空气从出流管道流入，实现微泵的吸液过程。

当通入上平面螺旋线圈9的电压反向时，磁场随着电压的变化而变化，逆磁致伸缩效应薄膜17逐渐伸长，正磁致伸缩效应薄膜12逐渐缩短，基片7逐渐恢复原长并开始向上弯曲，下液体腔3的体积增大，压力减小，外界压力推动下液体腔3中的单向进液膜5一端打开，产生一定的间隙，液体流入下液体腔3，下液体腔3中的单向出液膜16在自身材料的弹性作用力和空气压力作用下紧贴阀腔体14，阻止空气从出流管道流入，实现微泵的吸液过程；同时，压缩上液体腔11压力增大，推动上液体腔11中的单向出液膜16一端打开，产生一定的间隙，液体流入阀腔体14，再经过出液口15对系统提供微量流体，上液体腔11中的单向进液膜5在自身材料的弹性作用力和液体压力作用下紧贴进液管道，阻止液体从进流管道流出，实现微泵的排液过程。整个过程吸液与排液同时进行，大大提高了微泵的工作效率。微泵流量的大小还可由通入上、下平面螺旋线圈电流的大小和频率控制，基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵适用于流量精确检测与控制、低压、高频驱动的弱磁场驱动场合。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵，包括泵体、将该泵体分成上、下泵体的基片，所述上泵体的上表面设有上平面螺旋线圈，该上平面螺旋线圈与外部电源电连接，所述基片的上表面设有正磁致伸缩效应薄膜，下表面设有逆磁致伸缩效应薄膜；其特征在于；所述泵体上设有进液口、出液口，所述泵体内设有阀腔体，所述基片与所述上泵体形成上液体腔，所述基片与所述下泵体形成下液体腔；所述进液口、阀腔体均与所述上、下液体腔连通，所述阀腔体与所述出液口连通；所述上、下液体腔与所述进液口的连接处均设有单向进液膜，所述上、下液体腔与所述阀腔体的连接处均设有单向出液膜。

2.根据权利要求1所述的基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵，其特征在于；所述下泵体的下表面设有下平面螺旋线圈，该下平面螺旋线圈与外部电源电连接。

3.根据权利要求2所述的基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵，其特征在于；所述上平面螺旋线圈与外部交流电源电连接，所述下平面螺旋线圈与外部直流电源电连接。

4.根据权利要求2或3所述的基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵，其特征在于；所述正、逆磁致伸缩效应薄膜与所述上、下平面螺旋线圈之间均留有间隙。

5.根据权利要求1或2所述的基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵，其特征在于；所述单向进液膜的一端粘接在所述上、下液体腔内壁上形成悬臂梁结构，所述单向出液膜的一端粘接在所述阀腔体内壁上形成悬臂梁结构。

6.根据权利要求1所述的基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵，其特征在于；所述进液口、出液口分别位于所述下泵体的两侧。

7.根据权利要求1所述的基于超磁致伸缩薄膜驱动器的双平面线圈驱动式微泵，其特征在于；所述正、逆磁致伸缩效应薄膜均设有2片，分布于所述基片两端。