CN106655703A - 导电液体微量驱动装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电液体微量驱动装置及其应用，将数个矩形线圈组成线圈阵列，构成顺序排列的数个电磁极，矩形线圈的导线之间设置绝缘层，导磁层填充在被绝缘层包覆的矩形线圈导线空隙处和外部，封盖实现三防和力学等功能，逆变器连接矩形线圈阵列，时变电场产生同向的行波磁场和电磁力，电磁力驱动导电液体流动，柔性基板能与选定安装部位相连接，能匹配不同形状的管道内壁或外壁相。本发明可以实现导电液体不同成分、流量、流向、流速的精确控制，具有整体结构紧凑、柔性可变形、无被压驱动、无推杆机构、管道自清理、拆装方便、空间利用率高、应用范围广、使用简单、便携式、噪音小、使用寿命长等优点。

Description

导电液体微量驱动装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种液体输送装置及应用，特别是涉及一种液体驱动电机及应用，还涉及一种液体微量注射及分配装置及应用，应用于生物医药、化学化工、材料合成、流体输运、食品加工等液体微量驱动控制技术领域。

背景技术

直线电机是一种将电能直接转变成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。通常可以认为直线电机是从普通旋转电机演变而来，将旋转电机的圆筒型定、转子沿轴向剖开拉直，就形成了平板型机构的直线电机，再将扁平的初级、次级卷绕在一根与磁场运动方向平行的轴上，即可得到扁平型、圆筒型、圆盘型和圆弧型直线电机。

传统型直线电机的结构有限、应用受限，无法满足现在结构形状更加多样的次级。传统圆筒型直线感应电动机初级铁心圆筒齿槽数量庞大，结构复杂，加工困难。而且绕组线圈连接复杂，绕组因数低，使得电机输出推力低。

圆筒型直线感应电动机的初级结构有三种主要结构形式：纵向叠片式、横向叠片式、窗叠片式。叠片式结构一般是由4到6组独立的铁心装配而成，初级的涡流损耗减少，但其结构复杂、装配较困难。横向叠片式和硅钢片式结构简单，易于制造，也是应用较多的形式，其主要缺点是铁芯涡流损耗较大，大大降低电机的效率。窗叠片式结构涡流损耗较小，但是加工成本高。

传统的直线感应式电机不仅具有上述电流损耗严重等问题，而且装置臃肿，结构形式有限，不能用于微型或者结构复杂的设备里。鉴于以上技术问题，提供一种可以克服上述装置臃肿、结构形式有限缺陷的一种新型导电液体微量驱动的方法成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种导电液体微量驱动装置，基于初级线圈产生的行波磁场、在次级导电液体中产生电磁力、并直接推动导电液体运动，开发一种柔性装置，利用多相逆变器给一系列矩形线圈供电，在装置内部产生平行移动的行波磁场，作用于导电液体，产生轴向的电磁力，推动导电液体流动，实现导电液体的流量可控、流向可控、流速可控。本发明具有无被压驱动、无推杆结构、整体结构紧凑、使用简单、方便携带、噪音小、使用寿命长等优点。

为达到上述发明创造目的，本发明的构思如下：

本发明的工作原理在于，柔性装置卷成与管壁相符合的形状，多相逆变器给柔性装置的矩形线圈通电后，装置内部产生沿着管道径向分布的、轴对称的行波磁场，行波磁场的运动方向是管道的轴向，管道内部的导电液体在磁场切割下产生周向的感应电流，在径向磁场和周向电流的共同作用产生轴向电磁力、驱动导电液体定向流动。改变多相逆变器提供的交流电相位、电流、频率等参数，实现对导电液体启停、流量、流向、流速的高精度控制。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种导电液体微量驱动装置，包括柔性基板、矩形线圈、绝缘层、导磁层、封盖和逆变器，柔性基板采用绝缘柔性材料制成，柔性基板的背面形成安装结合部，安装结合部能与选定安装部位进行固定结合，在柔性基板的正面，由底部到上部依次设置导磁层和封盖，采用k×j个矩形线圈构成线圈阵列，其中行数k≥2，列数j≥2，任意相邻的矩形线圈之间设置绝缘层，每个矩形线圈的环形导线之间也设置绝缘层，将矩形线圈设置在导磁层内，在导磁层上部设置封盖，驱动柔性基板在弯曲后能围成环形封闭空间，逆变器连接对应的矩形线圈阵列，在柔性基板围成的封闭空间内形成轴对称分布的径向感应磁场，逆变器提供的时变电场在矩形线圈阵列中形成轴向运动的行波磁场，行波磁场产生同向的电磁力，驱动环形封闭空间中管道内的导电液体流动。

作为本发明优选的技术方案，矩形线圈的导线由低电阻材料采用图案蚀刻印刷法制成，每个矩形线圈的导线在多层印刷平面内螺旋绕制，增加了每个矩形线圈的导线匝数，减少了单根导线的横截面积和电流密度，提高了感应磁场的磁通密度，在柔性基板的展开平面上数个矩形线圈组成k×j的线圈阵列中，k为导线绕制方向相同的矩形线圈个数，由k个图案、尺寸和间隔一致的矩形线圈同向串联形成电磁极的S极或N级，即1列，以360°/k的夹角、轴对称分布在柔性基板弯曲后形成的环形封闭空间的周向外围平面上，k的数量越多、径向感应磁场的轴对称性和轴向电磁力的均匀性越高，j列矩形线圈均有相同的有效匝数，相邻两列矩形线圈的绕制方向相反，形成1对电磁极，即S级和N级，行波磁场需要j＝a×b列矩形线圈，其中a≥2为相电流的数量，其中b≥2为电磁极对的数量，构成至少4对环形的电磁极：在k×j的线圈阵列中的任意相邻的两列的k×2矩形线圈8子阵列，其中k×2矩形线圈子阵列的内部接线方式为：

k个同向绕制的矩形线圈串联形成1个电磁极，组成S极的k个矩形线圈反向连接组成N极的k个矩形线圈形成1对电磁极，当采用两相交流电、2对电磁极、1个电磁极包含4个矩形线圈的方案时，构成4对环形的电磁极，即依次为第一S电磁极、第二S电磁极、第一N电磁极、第二N电磁极，第一S电磁极的输出端连接第一N电磁极的输入端，第二S电磁极的输出端连接第二N电磁极的输入端，两相以上的k×j矩形线圈阵列的内部接线方式以此类推；

逆变器提供两相及更多相的交流电，k×2矩形线圈子阵列的外部接线方式为：

当构成4对环形的电磁极时，第一S电磁极的输入端连接逆变器的第一相输出端，第二N电磁极的输出端连接逆变器的第二相输入端，第二S电磁极的输入端连接逆变器的第二相输出端，第一N电磁极的输出端连接逆变器的第一相输入端，两相以上的k×j矩形线圈阵列与逆变器的外部接线方式以此类推；

电逆变器根据外部指令调节相电流的时间、相位、频率、大小中的任意几种参数。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，当采用三相交流电、2对电磁极、1个电磁极包含4个矩形线圈的方案时，即k＝4、j＝3×2，矩形线圈阵列沿着管道轴向构成6个环形的电磁极，即依次为第一S电磁极、第三N电磁极、第二S电磁极、第一N电磁极、第三S电磁极、第二N电磁极，内部接线方式为：

4个同向绕制的矩形线圈串联形成1个电磁极，S极的4个矩形线圈反向连接N极的4个矩形线圈形成1对电磁极，第一S电磁极的输出端连接第一N电磁极的输入端，第二S电磁极的输出端连接第二N电磁极的输入端，第三S电磁极的输出端连接第三N电磁极的输入端；

外部接线方式为：

逆变器提供三相交流电，采用星形接线法连接矩形线圈阵列，形成3对电磁极，逆变器的第一输出端连接第一S电磁极的输入端，逆变器的第二输出端连接第二S电磁极的输入端，逆变器的第三输出端连接第三S电磁极的输入端，逆变器的第一输入端连接第一N电磁极的输出端，逆变器的第二输入端连接第二N电磁极的输出端，逆变器的第三输入端连接第三N电磁极的输出端；

即矩形线圈阵列的三相交流电的电流路径为：逆变器的第一输出端→第一S电磁极→第一N电磁极→逆变器的第一输入端，逆变器的第二输出端→第二S电磁极→第二N电磁极→逆变器的第二输入端，逆变器的第三输出端→第三S电磁极→第三N电磁极→逆变器的第三输入端。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，矩形线圈的导线外部包覆柔性的有机材料绝缘层，绝缘层的外部设置导磁层，导磁层采用软磁复合材料制成，软磁复合材料的矫顽力<100A/m，磁导率>6000H/m，导磁层填充在被绝缘层包覆的矩形线圈导线空隙处和外部，通电后矩形线圈阵列磁化导磁层，强化感应磁场。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，封盖采用耐腐蚀、耐冲击、绝缘导磁、防水、防尘的柔性高分子材料制成，封盖能保护柔性基板上电路的正常工作。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在柔性基板背面设有粘胶或具有机械结构的安装结合部，使柔性基板与选定安装部位相连接，柔性基板背面的安装结合部能与不同形状的管道内壁或外壁相匹配，易于安装和拆卸。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，矩形线圈的导线由铜和银中的任意一种低电阻材料或者两种金属的合金低电阻材料采用图案蚀刻印刷法制成，矩形线圈的导线外部包覆柔性的有机材料绝缘层材料选用聚酰胺。

一种本发明导电液体微量驱动装置的应用，将平面展开的柔性基板背面的安装部与管道内壁或外壁结合，将柔性基板弯曲成管道的筒形结构，即柔性基板进行卷绕时，以柔性基板的起始对接端线和末尾对接端线对接并重合在一起，并以起始对接端线和末尾对接端线为母线进行弯曲，形成环形封闭空间；每列的k个矩形线圈沿着管道的径向轴对称分布，任意相邻的两个矩形线圈的中轴线的夹角为360°/k，加载多相电流后，k个轴对称的感应磁场产生沿着管道的轴向运动，即k个行波磁场，行波磁场与交流电场共同作用形成轴向的电磁力、推动管道内导电液体的流动，通过外部指令改变逆变器交流电的相位、频率、时间和大小参数，调节行波磁场的磁感应强度和运动方向，控制轴向电磁力的大小和方向，实现对管道内导电液体的流量、流速或流向的精确控制。

作为本发明上述应用方案的一种优选的技术方案，将导电液体微量驱动装置安装于液滴喷射器的喷嘴连接管的外壁上，构成导电液体的电磁驱动泵，通过控制导电液体微量驱动装置，驱动喷嘴连接管内装载的导电液体进行喷射。

作为本发明上述应用方案的另一种优选的技术方案，将柔性的导电液体微量驱动装置包覆在生物导电液体的管道外部，构成生物导电液的电磁驱动泵，通过控制导电液体微量驱动装置，驱动生物导电液的管道内的导电液体进行流动，从而降低生物导电液体在生物导电液体管壁的附着力，并对生物导电液的管道内壁上沉积物或附着物进行加速溶解处理，通过改变导电液体微量驱动装置施加的多相电流的大小、相位或频率，来控制电磁力大小，冲刷生物导电液体沉积在生物导电液体的管道的内壁上的大分子颗粒，从而清理管道内表面。

上述生物导电液体的管道优选为血管，上述生物导电液优选为血液。

作为上述应用方案的进一步优选的技术方案，将单个导电液体微量驱动装置固定于管道的内壁或外壁上，构成单通道的导电液体流通管道，或者将多个导电液体微量驱动装置分别固定于交汇型管道的多个分支管内壁或外壁上，分别控制分支管中导电液体的启停、流速、流量和流向，在总管中得到所需成分、不同流体参数、不同流向、不同流动顺序的汇流，构成多通道的微流体驱动控制器，其中在总管中得到的汇流的所需成分为单一成分或至少两种成分的多种混合成分。

作为上述应用方案的进一步优选的技术方案，采用3个柔性驱动装置，将3个柔性驱动装置的柔性基板背面的安装部分别包覆于3条分支管的外侧或内侧，3条分支管分别输入3种成分的导电液体，控制3个逆变器输入电流的时间、相位、大小、方向、频率参数，产生符合需求的行波磁场，得到不同大小和方向的电磁力，推动3个分支管中导电液体分别以速度v1、v2和v3进行同向或反向流动，在总管中得到v1+v2+0、v1+v2+v3、0+v2+v3、-v1+v2+v3、v1+0+v3、v1-v2+v3、v1+0-v3、v1+v2-v3、v1-v2+0、v1-v2-v3、0+v2-v3或v1+v2-v3的不同成分、不同流速、不同流量或不同流向的微量导电液体汇流，构成多通道汇流的微流体驱动控制器。将单个导电液体微量驱动装置固定于管道的内壁或外壁上、构成单通道的液滴喷射器，或者将多个导电液体微量驱动装置分别固定于交汇型管道的多个分支管内壁或外壁上，控制3个逆变器输入电流的时间、相位、大小、方向、频率等参数，产生符合需求的行波磁场，得到不同大小和方向的电磁力，构成多通道汇流的微流体喷射控制器。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.相对于传统液体驱动装置采用液压泵、气泵或压缩弹簧作为能量输出机构，采用推杆或活塞作为能量传递机构，本发明采用无能量输出机构、无能量传递机构的电磁力驱动方式，在结构上节省了安装空间，降低了对使用环境的要求，增加了便携性；

2.本发明采用图案蚀刻工艺制造的导电液体微量驱动的方法及柔性装置，具有整体结构紧凑、小巧、轻盈、使用简单、方便携带的优势；

3.本发明采用的柔性基板能弯曲，可以根据管壁的实际形状做出相应的改变，粘附于管壁内侧或外侧，应用范围广、适应性强、拆装方便；

4.本发明导电液体微量驱动装置通入多相电流时，柔性基板围成的环形封闭空间内部形成行波磁场、进而产生电磁力，驱动导电液体流动；多相电流的大小、相位、频率可以控制行波磁场和电磁力的强度和方向，从而实现导电液体的微量体积、微小速度、变换运动方向的改变，解决流体运动的控制难题；

5.本发明采用柔性驱动装置包覆在管道外部，在管道横截面上得到与传统流速分布完全不同的导电液体流速分布规律，即管道中心层的流速低、管壁附近层的流速高，降低生物导电液与管壁的附着力，加速溶解管道内壁上的大分子附着物/沉淀物，形成管道的自洁清理；

6.本发明采用的绕组方式能有效增强磁场强度、降低输入电流的大小、改善焦耳热效应，采用的k个矩形线圈串联能够形成k个轴对称的感应磁场，增强了磁场的对称性和电磁力的均匀性；

7.本发明采用的绝缘层置于S极线圈组与N极线圈组、每个矩形线圈之间，起到更好的绝缘作用；

8.本发明采用高磁通材料的导磁层，可形成封闭的磁场，降低漏磁情况；

9.本发明采用的封盖是是耐腐蚀、耐冲击、绝缘导磁的高分子材料，具有良好的柔韧性能、防水、防尘、防电磁作用，保证电路的工作安全；

10.本发明采用电磁力驱动方式，内部无机械传动元件，具有噪音小、无污染、使用寿命长的优点，无污染特性可用于生物制药、化学配剂、材料合成、流体输运等导电液体微量注射领域。

附图说明

图1为本发明实施例一导电液体微量驱动装置卷绕为圆筒形的示意图。

图2为本发明实施例一导电液体微量驱动装置的平面展开图，电流路径：A→S1→N1→X、B→S2→N2→Y和C→S3→N3→Z。

图3为本发明实施例一导电液体微量驱动装置和管道的纵截面示意图。

图4为本发明实施例一导电液体微量驱动装置应用于眼药水水平喷射原理图。

图5为本发明实施例二导电液体微量驱动装置应用于血管血栓自清理原理图。

图6为本发明实施例三导电液体微量驱动装置应用于多通道微流体喷射控制器原理图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1～4，一种导电液体微量驱动装置，包括柔性基板7、矩形线圈8、绝缘层9、导磁层11、封盖12和逆变器13，柔性基板7采用绝缘柔性材料制成，具有良好的柔性，能够满足复杂变形的需要，柔性基板7的背面形成安装结合部，以管外壁作为安装部位，将柔性基板7的背面与管外壁进行固定结合，在柔性基板7的正面，由底部到上部依次设置导磁层11和封盖12，采用k×j个矩形线圈8构成线圈阵列，其中行数k＝4，列数j＝6，任意相邻的矩形线圈8之间设置绝缘层9，每个矩形线圈8的环形导线之间也设置绝缘层9，将矩形线圈8设置在导磁层11内，在导磁层11上部设置封盖12，驱动柔性基板7在弯曲后能围成环形封闭空间，逆变器13连接对应的矩形线圈8阵列，在柔性基板7围成的封闭空间内形成轴对称分布的径向感应磁场，逆变器13提供的时变电场在矩形线圈8阵列中形成轴向运动的行波磁场，行波磁场产生同向的电磁力，驱动环形封闭空间中管道内的导电液体流动。在本实施例中，参见图1～3，在柔性基板7的正面设置矩形线圈8，绝缘层9设置于矩形线圈8的导线之间和相邻的矩形线圈8之间，导磁层11设置于矩形线圈8之上，封盖12将矩形线圈8和导磁层11封装于柔性基板7的正面，柔性基板7卷曲后背面包覆在管道外壁，轴对称分布在管道径向的数个矩形线圈8形成数个轴对称的感应磁场，在交流电的作用下，产生沿着管道轴向运动行波磁场和电磁力，驱动管道内的导电液体流动。

在本实施例中，参见图1～4，矩形线圈8的导线由低电阻材料采用图案蚀刻印刷法制成，每个矩形线圈的导线在多层印刷平面内螺旋绕制，在柔性基板7的展开平面MNQP上数个矩形线圈8组成4×6的线圈阵列中，在每列线圈阵列中的导线绕制方向相同的矩形线圈8数为4个，由每列4个图案、尺寸和间隔一致的矩形线圈8同向串联形成电磁极的S极或N级，即1列，4个矩形线圈8以同列任意相邻的两个矩形线圈8的中轴线的夹角为90°且轴对称分布在柔性基板7弯曲后形成的环形封闭空间周向上，行数k的数量越多、径向感应磁场的轴对称性和轴向电磁力的均匀性越高，j列矩形线圈8均有相同的有效匝数，相邻两列矩形线圈8的绕制方向相反，形成1对电磁极，即S级和N级，行波磁场要求j＝a×b列矩形线圈8，其中a＝3为相电流的数量，b＝2为电磁极为N-S两极，构成6对环形的电磁极：S1、N3、S2、N1、S3、N2，采用三相交流电、2对电磁极、1个电磁极包含4个矩形线圈8的方案时，即j＝3×2、k＝4，矩形线圈8阵列沿着管道轴向构成6个环形的电磁极S1、N3、S2、N1、S3、N2，即依次为第一S电磁极S1、第三N电磁极N3、第二S电磁极S2、第一N电磁极N1、第三S电磁极S3、第二N电磁极N2。

在本实施例中，参见图1～4，在4×6的线圈阵列中的任意相邻的两列的4×2矩形线圈8子阵列，其中4×2矩形线圈8子阵列的内部接线方式为：4个同向绕制的矩形线圈8串联形成1个电磁极，组成S极的4个矩形线圈8反向连接组成N极的4个矩形线圈8形成1对电磁极，第一S电磁极S1的输出端连接第一N电磁极N1的输入端，第二S电磁极S2的输出端连接第二N电磁极N2的输入端，三相的4×6矩形线圈8阵列的内部接线方式以此类推。逆变器提供三相的交流电，4×2矩形线圈子阵列的外部接线方式为：第一S电磁极S1的输入端连接逆变器的第一相输出端，第二N电磁极N2的输出端连接逆变器的第二相输入端，第二S电磁极S2的输入端连接逆变器的第二相输出端，第一N电磁极N1的输出端连接逆变器的第一相输入端，三相的4×6矩形线圈阵列与逆变器的外部接线方式以此类推，电逆变器根据外部指令调节相电流的时间、相位、频率、大小中的任意几种参数。

在本实施例中，参见图1～4，矩形线圈的导线外部包覆柔性的有机材料绝缘层，绝缘层的外部设置导磁层，导磁层采用软磁复合材料制成，软磁复合材料的矫顽力<100A/m，磁导率>6000H/m，导磁层填充在被绝缘层包覆的矩形线圈导线空隙处和外部，通电后矩形线圈阵列磁化导磁层，强化感应磁场。

在本实施例中，参见图1～4，封盖12采用耐腐蚀、耐冲击、易弯曲、防电磁、防水、防尘的高分子材料制成，封盖12能保护柔性基板7上电路的安全工作。在柔性基板7背面设有粘胶或具有机械结构的安装结合部，使柔性基板7与选定安装部位相连接，能匹配不同形状的管道内壁或外壁。矩形线圈8的导线由铜低电阻材料并采用图案蚀刻印刷法制成，矩形线圈8的导线外部包覆柔性的有机材料绝缘层9材料选用聚酰胺。导磁层11填充在被绝缘层9包覆的矩形线圈8导线空隙处和外部，通电后矩形线圈8阵列磁化导磁层，形成感应磁场的强化。

在本实施例中，参见图1～4，将平面展开的柔性基板7背面的安装部与管道内壁或外壁结合，将柔性基板7弯曲成管道的筒形结构，即柔性基板7进行卷绕时，以柔性基板7的起始对接端线MN和末尾对接端线PQ对接并重合在一起，并以起始对接端线MN和末尾对接端线PQ为母线进行弯曲，形成环形封闭空间；每列的k个矩形线圈8沿着管道的径向轴对称分布，任意相邻的两个矩形线圈8的中轴线的夹角为90°，加载多相电流后，k个轴对称的感应磁场产生沿着管道的轴向运动，即k个行波磁场，行波磁场与交流电场共同作用形成轴向的电磁力、推动管道内导电液体的流动，通过外部指令改变逆变器13交流电的相位、频率、时间和大小参数，调节行波磁场的磁感应强度和运动方向，控制轴向电磁力的大小和方向，实现对管道内导电液体的流量、流速或流向的精确控制。

在本实施例中，参见图1～4，矩形线圈8的导线由低电阻材料铜采用图案蚀刻印刷法制成，每个矩形线圈8的导线在多层印刷平面内螺旋绕制，增加导线匝数可以减少导线的横截面积和电流密度、提高感应磁场的磁通密度，在柔性基板的展开平面MNQP上数个矩形线圈组成4×6的线圈阵列，每列由4个同向绕制的矩形线圈串联组成，同一列的数个矩形线圈绕制方向相同，相邻两列的矩形线圈组绕制方向相反，6列矩形线圈8形成3对电磁极，依次是S1、N3、S2、N1、S3、N2，通交流电后，轴对称的感应磁场形成轴向运动的行波磁场，产生轴向的电磁力，驱动导电液体流动。

在本实施例中，参见图1～3，柔性基板卷曲后，展开平面的起始对接端线MN与末尾对接端线PQ重合形成圆筒形，每列中4个同向绕制的矩形线圈8呈90°轴对称分布在径向的周面上，产生4个径向的感应磁场，4×6线圈阵列的具体接线方式为：

第一S电磁极S1由4个顺时针绕制的矩形线圈串联组成，每个矩形线圈的输出端连接下一个矩形线圈的输入端，第1个矩形线圈的输入端1连接三相逆变器相电流的第一输出端A，第4个矩形线圈的输出端1′连接第一N电磁极N1的第1个矩形线圈的输入端4；

第一N电磁极N1由4个逆时针绕制的矩形线圈串联组成，每个矩形线圈的输出端连接下一个矩形线圈的输入端，第1个矩形线圈的输入端4连接第一S电磁极S1的第4个矩形线圈的输出端1′，第4个矩形线圈的导线输出端4′连接三相逆变器相电流的第一输入端X；

第二S电磁极S2由4个顺时针绕制的矩形线圈串联组成，每个矩形线圈的输出端连接下一个矩形线圈的输入端，第1个矩形线圈的输入端3连接三相逆变器相电流的第二输出端B，第4个矩形线圈的输出端3′连接第二N电磁极N2的第1个矩形线圈的输入端6；

第二N电磁极N2由4个逆时针绕制的矩形线圈串联组成，每个矩形线圈的输出端连接下一个矩形线圈的输入端，第1个矩形线圈的输入端6连接第二S电磁极S2第4个矩形线圈的输出端3′，第4个矩形线圈的导线输出端6′连接三相逆变器相电流的第二输入端Y；

第三S电磁极S3由4个顺时针绕制的矩形线圈串联组成，每个矩形线圈的输出端连接下一个矩形线圈的输入端，第1个矩形线圈的输入端5连接三相逆变器相电流的第三输出端C，第4个矩形线圈的输出端5′连接第三N电磁极N3第1个矩形线圈的输入端2；

第三N电磁极N3由4个逆时针绕制的矩形线圈串联组成，每个矩形线圈的输出端连接下一个矩形线圈的输入端，第1个矩形线圈的输入端2连接第三S电磁极S3的第4个矩形线圈的输出端5′，第4个矩形线圈的导线输出端5′连接三相逆变器相电流的第三输入端Z；

即矩形线圈8阵列的三相交流电的电流路径为：逆变器13的第一输出端A→第一S电磁极S1→第一N电磁极N1→逆变器13的第一输入端X，逆变器13的第二输出端B→第二S电磁极S2→第二N电磁极N2→逆变器13的第二输入端Y，逆变器13的第三输出端C→第三S电磁极S3→第三N电磁极N3→逆变器13的第三输入端Z。

在本实施例中，参见图1、图2和图4，通过控制三相逆变器13，改变交流电的相位、频率、电压或电流，轴向的行波磁场产生电磁力，实现导电液体的流速、流量、流向精确控制。封盖采用耐腐蚀、耐冲击、绝缘导磁、防水、防尘的柔性高分子材料制成，能保护柔性基板上电路的安全工作。

在本实施例中，参见图1和图3，在柔性基板7背面设有粘胶或具有机械结构的安装结合部，使柔性基板7与选定安装部位相连接，能匹配不同形状的管道内壁或外壁相，易于安装和拆卸。

参见图3和图4，本实施例导电液体微量驱动装置的应用，将平面展开的柔性基板7背面的安装部与管道内壁或外壁结合，将柔性基板7弯曲成管道的筒形结构，即柔性基板7进行卷绕时，以柔性基板7的起始对接端线MN和末尾对接端线PQ对接并重合在一起，并以起始对接端线MN和末尾对接端线PQ为母线进行弯曲，形成环形封闭空间；每列的k个矩形线圈8沿着管道的径向轴对称分布，任意相邻的两个矩形线圈8的中轴线的夹角为360°/k，加载多相电流后，k个轴对称的感应磁场产生沿着管道的轴向运动，即k个行波磁场，行波磁场与交流电场共同作用形成轴向的电磁力、推动管道内导电液体的流动，通过外部指令改变逆变器13交流电的相位、频率、时间和大小参数，调节行波磁场的磁感应强度和运动方向，控制轴向电磁力的大小和方向，实现对管道内导电液体的流量、流速或流向的精确控制。将导电液体微量驱动装置安装于液滴喷射器的喷嘴连接管的外壁上，构成导电液体的电磁驱动泵，通过控制导电液体微量驱动装置，驱动喷嘴连接管内装载的导电液体进行喷射。

参见图3和图4，本实施例将导电液体微量驱动装置安装于液滴喷射器的喷嘴连接管的外壁上，通过控制导电液体微量驱动装置，驱动喷嘴连接管内装载的液体进行喷射。本实施例将单个导电液体微量驱动装置固定于管道的外壁上，构成单通道的液滴喷射器。当矩形线圈8阵列加载三相交流电，管道内产生轴向运动的行波磁场，电磁力的方向与行波磁场的方向相同，可以驱动眼药水喷射出管道喷口。通过改变三相交流电的大小、相位、频率来控制产生的行波磁场强度和方向，得到大小和方向可控的电磁力，实现高速、微量的导电液滴喷射，本实施例采用水平喷法就能完成眼药水的滴入，如图4所示。相关研究证明，当眼药水的体积量非常微小时，高速运动的液滴动能较低，不会造成人眼的伤害。本实施例改变了传统滴眼药水的姿势，由仰头滴入变成水平滴入，改善了患者的操作舒适性，并且节约了眼药水，使得眼药水喷射更为简单快捷，具有整体结构紧凑、无能量输出机构、无能量传递机构、使用简单、方便携带、噪音小、使用寿命长等优点。

本实施例导电液体微量驱动装置采用数个矩形线圈8组成线圈阵列，构成顺序排列的数个电磁极，矩形线圈8的导线之间设置绝缘层9，导磁层11填充在被绝缘层9包覆的矩形线圈8导线空隙处和外部，封盖12实现三防和力学等功能，逆变器13连接矩形线圈阵列，提供交流电形成行波磁场，产生与行波磁场同向的电磁力，电磁力驱动微量体积的导电液体流动，在柔性基板7背面设有粘胶或具有机械结构的安装结合部，使柔性基板7与选定安装部位相连接，能匹配不同形状的管道内壁或外壁相。本实施例将单个导电液体微量驱动装置固定于管道的内壁或外壁上，构成单通道的导电液体流通管道，分别控制分支管中导电液体的启停、流速、流量和流向。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图5，一种导电液体微量驱动装置的应用，将柔性的导电液体微量驱动装置包覆在生物导电液体的管道外部，构成生物导电液的电磁驱动泵，生物导电液体的管道为血管，生物导电液为血液，通过控制导电液体微量驱动装置，驱动生物导电液的管道内的导电液体进行流动，从而降低生物导电液体在生物导电液体管壁的附着力，并对生物导电液的管道内壁上沉积物或附着物进行加速溶解处理，通过改变导电液体微量驱动装置施加的多相电流的大小、相位或频率，来控制电磁力大小，冲刷生物导电液体沉积在生物导电液体的管道的内壁上的大分子颗粒，从而清理管道内表面。

在集肤效应的作用下，与靠近管道中心的液体层相比，靠近管壁的液体层中感应磁场的强度更大，因而电磁力更大，管壁层的导电液体流速更快，如图5所示。在管道的横截面上，电磁力直接驱动液体的流速分布由管壁向中心逐渐减小，而常规驱动液体的流速分布由管壁向中心逐渐增加，二者的速度分布完全相反。电磁力驱动导致的管壁层液体流速更大的特性降低了导电液体与管壁的附着力，加快了管壁层液体的流动，加速了导电液体在管壁上沉淀的溶解。

在本实施例中，参见图5，柔性驱动装置包覆在血管外部，构成血液电磁驱动泵。心脏提供压力让血液中血管中流动，管道中心的血液流速快，管壁附近的血液流速慢，血管中血液中心层的生物导电液流速很小，管壁层生物导电液的较高流速降低了生物导电液与血管壁的附着力，加速了生物导电液在血管管壁上沉积物血栓的溶解，因此血液中的脂肪颗粒这些大分子颗粒容易沉淀在血管的内壁、形成血栓，阻碍血液的流动。本实施例的柔性驱动装置提供的电磁力如上，加速了管壁附近的血液流动，减缓大分子颗粒在管壁的沉积，改变电流的大小、相位、频率来控制电磁力大小，冲刷沉积在管壁上的大分子颗粒，清理血管上的血栓，形成血管的自洁清理。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

参见图6，本实施例采用3个柔性驱动装置，将3个柔性驱动装置的柔性基板7背面的安装部分别包覆于3条分支管(10、20、30)的外侧或内侧，3条分支管(10、20、30)分别输入3种成分的导电液体，控制3个逆变器13输入电流的时间、相位、大小、方向、频率参数，产生符合需求的行波磁场，得到不同大小和方向的电磁力，推动3个分支管(10、20、30)中导电液体分别以速度v1、v2和v3进行同向或反向流动，在总管40中得到v1+v2+0、v1+v2+v3、0+v2+v3、-v1+v2+v3、v1+0+v3、v1-v2+v3、v1+0-v3、v1+v2-v3、v1-v2+0、v1-v2-v3、0+v2-v3或v1+v2-v3的不同成分、不同流速、不同流量或不同流向的微量导电液体汇流，构成多通道汇流的微流体喷射控制器。

参见图6，本实施例将多个导电液体微量驱动装置分别固定于交汇型管道的多个分支管外壁上，形成3条液流驱动分支管路汇入总管路的结构，构成多通道的微流体喷射控制器，分别控制分支管中导电液体的启停、流速、流量和流向，在总管中得到所需成分、不同流体参数、不同流向、不同流动顺序的汇流，构成多通道的微流体喷射控制器，其中在总管中得到的汇流的所需成分为单一成分或至少两种成分的多种混合成分，并获得不同流体参数、不同流向的汇流。本实施例导电液体微量驱动装置能广泛应用于生物药物、材料合成、化学化工等领域。

本实施例根据上述导电液体的电磁力驱动原理，汇流后管道内得到不同混合成分的液体，省去了常规流体驱动方案的流体背压机构和流体推进机构，节省了空间，电磁推力直接作用于管壁处的液体、减小了液体与管壁的摩擦阻力，有助于液体的流动，并且通过电流方向的改变来切换驱动力的正反向，解决流体运动惯性的控制难题。

综合上述实施例，本发明导电液体微量驱动装置能根据管壁的实际形状做出相应的改变，该装置不仅限外置于管壁还可以内置于管壁内侧直接接触导电液体，内部无机械传动元件、无污染、不会发生化学反应，能够精确地控制参加化学反应的流体成分、流量、流速、反应顺序等，使得反应过程更充分、更定量。通过以上实施例可知，本发明能用于生物制药、医疗器械、化学配剂、材料合成、流体输运、食品加工等导电液体微量注射及分配领域。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明导电液体微量驱动装置及其应用的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种导电液体微量驱动装置，其特征在于：包括柔性基板(7)、矩形线圈(8)、绝缘层(9)、导磁层(11)、封盖(12)和逆变器(13)，柔性基板(7)采用绝缘柔性材料制成，柔性基板(7)的背面形成安装结合部，安装结合部能与选定安装部位进行固定结合，在柔性基板(7)的正面，由底部到上部依次设置导磁层(11)和封盖(12)，采用k×j个矩形线圈(8)构成线圈阵列，其中行数k≥2，列数j≥2，任意相邻的矩形线圈(8)之间设置绝缘层(9)，每个矩形线圈(8)的环形导线之间也设置绝缘层(9)，将矩形线圈(8)设置在导磁层(11)内，在导磁层(11)上部设置封盖(12)，驱动柔性基板(7)在弯曲后能围成环形封闭空间，逆变器(13)连接对应的矩形线圈(8)阵列，在柔性基板(7)围成的封闭空间内形成轴对称分布的径向感应磁场，逆变器(13)提供的时变电场在矩形线圈(8)阵列中形成轴向运动的行波磁场，行波磁场产生同向的电磁力，驱动环形封闭空间中管道内的导电液体流动。

2.根据权利要求1所述导电液体微量驱动装置，其特征在于：矩形线圈(8)的导线由低电阻材料采用图案蚀刻印刷法制成，每个矩形线圈的导线在多层印刷平面内螺旋绕制，在柔性基板(7)的展开平面(MNQP)上数个矩形线圈(8)组成k×j的线圈阵列中，k为导线绕制方向相同的矩形线圈(8)个数，由k个图案、尺寸和间隔一致的矩形线圈(8)同向串联形成电磁极的S极或N级，即1列，以360°/k的夹角、轴对称分布在柔性基板(7)弯曲后形成的环形封闭空间的周向外围平面上，j列矩形线圈(8)均有相同的有效匝数，相邻两列矩形线圈(8)的绕制方向相反，形成1对电磁极，即S级和N级，行波磁场要求j＝a×b列矩形线圈(8)，其中a≥2为相电流的数量，b≥2为电磁极对的数量，构成至少4对环形的电磁极：在k×j的线圈阵列中的任意相邻的两列的k×2矩形线圈(8)子阵列，其中k×2矩形线圈(8)子阵列的内部接线方式为：

k个同向绕制的矩形线圈(8)串联形成1个电磁极，组成S极的k个矩形线圈(8)反向连接组成N极的k个矩形线圈(8)形成1对电磁极，当采用两相交流电、2对电磁极、1个电磁极包含4个矩形线圈(8)的方案时，构成4对环形的电磁极(S1、N2、S2、N1)，即为第一S电磁极(S1)、第二S电磁极(S2)、第一N电磁极(N1)、第二N电磁极(N2)，第一S电磁极(S1)的输出端连接第一N电磁极(N1)的输入端，第二S电磁极(S2)的输出端连接第二N电磁极(N2)的输入端，两相以上的k×j矩形线圈(8)阵列的内部接线方式以此类推；

逆变器(13)提供两相及更多相的交流电，k×2矩形线圈(8)子阵列的外部接线方式为：

当构成4对环形的电磁极(S1、N2、S2、N1)时，第一S电磁极(S1)的输入端连接逆变器(13)的第一相输出端，第二N电磁极(N2)的输出端连接逆变器(13)的第二相输入端，第二S电磁极(S2)的输入端连接逆变器(13)的第二相输出端，第一N电磁极(N1)的输出端连接逆变器(13)的第一相输入端，两相以上的k×j矩形线圈(8)阵列与逆变器(13)的外部接线方式以此类推；

电逆变器(13)根据外部指令调节相电流的时间、相位、频率、大小中的任意几种参数。

3.根据权利要求2所述导电液体微量驱动装置，其特征在于：当采用三相交流电、2对电磁极、1个电磁极包含4个矩形线圈(8)的方案时，即k＝4、j＝3×2，矩形线圈(8)阵列沿着管道轴向构成6个环形的电磁极(S1、N3、S2、N1、S3、N2)，即依次为第一S电磁极(S1)、第三N电磁极(N3)、第二S电磁极(S2)、第一N电磁极(N1)、第三S电磁极(S3)、第二N电磁极(N2)，内部接线方式为：

4个同向绕制的矩形线圈(8)串联形成1个电磁极，S极的4个矩形线圈(8)反向连接N极的4个矩形线圈(8)形成1对电磁极，第一S电磁极(S1)的输出端(1′)连接第一N电磁极(N1)的输入端(4)，第二S电磁极(S2)的输出端(3′)连接第二N电磁极(N2)的输入端(6)，第三S电磁极(S3)的输出端(5′)连接第三N电磁极(N3)的输入端(2)；

外部接线方式为：

逆变器(13)提供三相交流电，采用星形接线法连接矩形线圈(8)阵列，形成3对电磁极，逆变器(13)的第一输出端(A)连接第一S电磁极(S1)的输入端(1)，逆变器(13)的第二输出端(B)连接第二S电磁极(S2)的输入端(3)，逆变器(13)的第三输出端(C)连接第三S电磁极(S3)的输入端(5)，逆变器(13)的第一输入端(X)连接第一N电磁极(N1)的输出端(4′)，逆变器(13)的第二输入端(Y)连接第二N电磁极(N2)的输出端(6′)，逆变器(13)的第三输入端(Z)连接第三N电磁极(N3)的输出端(2′)；

即矩形线圈(8)阵列的三相交流电的电流路径为：逆变器(13)的第一输出端(A)→第一S电磁极(S1)→第一N电磁极(N1)→逆变器(13)的第一输入端(X)，逆变器(13)的第二输出端(B)→第二S电磁极(S2)→第二N电磁极(N2)→逆变器(13)的第二输入端(Y)，逆变器(13)的第三输出端(C)→第三S电磁极(S3)→第三N电磁极(N3)→逆变器(13)的第三输入端(Z)。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述导电液体微量驱动装置，其特征在于：矩形线圈(8)的导线外部包覆柔性的有机材料绝缘层(9)，绝缘层(9)的外部设置导磁层(11)，导磁层(11)采用软磁复合材料制成，软磁复合材料的矫顽力<100A/m，磁导率>6000H/m，导磁层(11)填充在被绝缘层(9)包覆的矩形线圈(8)导线空隙处和外部，通电后矩形线圈(8)阵列磁化导磁层(11)，强化感应磁场。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述导电液体微量驱动装置，其特征在于：封盖(12)采用耐腐蚀、耐冲击、易弯曲、防电磁、防水、防尘的高分子材料制成，封盖(12)能保护柔性基板(7)上电路的安全工作。

6.根据权利要求1～3中任意一项所述导电液体微量驱动装置，其特征在于：在柔性基板(7)背面设有粘胶或具有机械结构的安装结合部，使柔性基板(7)与选定安装部位相连接，能匹配不同形状的管道内壁或外壁。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述导电液体微量驱动装置，其特征在于：矩形线圈(8)的导线由铜和银中的任意一种低电阻材料或者两种金属的合金低电阻材料采用图案蚀刻印刷法制成，矩形线圈(8)的导线外部包覆柔性的有机材料绝缘层(9)材料选用聚酰胺。

8.一种权利要求1所述导电液体微量驱动装置的应用，其特征在于：将平面展开的柔性基板(7)背面的安装部与管道内壁或外壁结合，将柔性基板(7)弯曲成管道的筒形结构，即柔性基板(7)进行卷绕时，以柔性基板(7)的起始对接端线(MN)和末尾对接端线(PQ)对接并重合在一起，并以起始对接端线(MN)和末尾对接端线(PQ)为母线进行弯曲，形成环形封闭空间；每列的k个矩形线圈(8)沿着管道的径向轴对称分布，任意相邻的两个矩形线圈(8)的中轴线的夹角为360°/k，加载多相电流后，k个轴对称的感应磁场产生沿着管道的轴向运动，即k个行波磁场，行波磁场与交流电场共同作用形成轴向的电磁力、推动管道内导电液体的流动，通过外部指令改变逆变器(13)交流电的相位、频率、时间和大小参数，调节行波磁场的磁感应强度和运动方向，控制轴向电磁力的大小和方向，实现对管道内导电液体的流量、流速或流向的精确控制。

9.根据权利要求8所述导电液体微量驱动装置的应用，其特征在于：将导电液体微量驱动装置安装于液滴喷射器的喷嘴连接管的外壁上，构成导电液体的电磁驱动泵，通过控制导电液体微量驱动装置，驱动喷嘴连接管内装载的导电液体进行喷射。

10.根据权利要求8所述导电液体微量驱动装置的应用，其特征在于：将柔性的导电液体微量驱动装置包覆在生物导电液体的管道外部，构成生物导电液的电磁驱动泵，通过控制导电液体微量驱动装置，驱动生物导电液的管道内的导电液体进行流动，从而降低生物导电液体在生物导电液体管壁的附着力，并对生物导电液的管道内壁上沉积物或附着物进行加速溶解处理，通过改变导电液体微量驱动装置施加的多相电流的大小、相位或频率，来控制电磁力大小，冲刷生物导电液体沉积在生物导电液体的管道的内壁上的大分子颗粒，从而清理管道内表面。

11.根据权利要求10所述导电液体微量驱动装置的应用，其特征在于：所述生物导电液体的管道为血管，生物导电液为血液。

12.根据权利要求8～11中任意一项所述导电液体微量驱动装置的应用，其特征在于：将单个导电液体微量驱动装置固定于管道的内壁或外壁上，构成单通道的导电液体流通管道，或者将多个导电液体微量驱动装置分别固定于交汇型管道的多个分支管内壁或外壁上，分别控制分支管中导电液体的启停、流速、流量和流向，在总管中得到所需成分、不同流体参数、不同流向、不同流动顺序的汇流，构成多通道的微流体驱动控制器，其中在总管中得到的汇流的所需成分为单一成分或至少两种成分的多种混合成分。

13.根据权利要求12所述导电液体微量驱动装置的应用，其特征在于：采用3个柔性驱动装置，将3个柔性驱动装置的柔性基板(7)背面的安装部分别包覆于3条分支管(10、20、30)的外侧或内侧，3条分支管(10、20、30)分别输入3种成分的导电液体，控制3个逆变器(13)输入电流的时间、相位、大小、方向、频率参数，产生符合需求的行波磁场，得到不同大小和方向的电磁力，推动3个分支管(10、20、30)中导电液体分别以速度v1、v2和v3进行同向或反向流动，在总管(40)中得到v1+v2+0、v1+v2+v3、0+v2+v3、-v1+v2+v3、v1+0+v3、v1-v2+v3、v1+0-v3、v1+v2-v3、v1-v2+0、v1-v2-v3、0+v2-v3或v1+v2-v3的不同成分、不同流速、不同流量或不同流向的微量导电液体汇流，构成多通道汇流的微流体驱动控制器。