CN107191657B - 基于mems的电磁阀 - Google Patents

基于mems的电磁阀 Download PDF

Info

Publication number
CN107191657B
CN107191657B CN201710153462.0A CN201710153462A CN107191657B CN 107191657 B CN107191657 B CN 107191657B CN 201710153462 A CN201710153462 A CN 201710153462A CN 107191657 B CN107191657 B CN 107191657B
Authority
CN
China
Prior art keywords
soft magnetic
armature
end wall
mems valve
mems
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710153462.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107191657A (zh
Inventor
E.N.富勒
P.阿鲁纳萨拉姆
老乔.A.奥杰达
C.杨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dunan Microstaq Inc
Original Assignee
Dunan Microstaq Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dunan Microstaq Inc filed Critical Dunan Microstaq Inc
Publication of CN107191657A publication Critical patent/CN107191657A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107191657B publication Critical patent/CN107191657B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0655—Lift valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F16K99/0034—Operating means specially adapted for microvalves
    • F16K99/0042—Electric operating means therefor
    • F16K99/0046—Electric operating means therefor using magnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0675—Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F16K99/0003—Constructional types of microvalves; Details of the cutting-off member
    • F16K99/0005—Lift valves
    • F16K99/0009—Lift valves the valve element held by multiple arms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/08—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/08—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet
    • F16K31/082—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet using a electromagnet and a permanent magnet

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)

Abstract

可电子切换MEMS阀包括由软磁材料形成并且限定穿过其的流体流动路径的壳体。磁场产生构件安装在壳体内并且连接到电源。MEMS阀部分安装在磁场产生构件以内，具有可移动地安装在其中的阀关闭构件并且限定穿过其的流体流动路径的一部分。阀关闭构件在流体流动路径被阻塞的关闭位置和流体流动位置不被堵塞的打开位置之间可移动。当从磁场产生构件移除电流时，阀关闭构件被配置为移动到并保持在所述关闭位置和所述打开位置中的、在移除电流时所述阀关闭构件最靠近的一个位置中。

Description

基于MEMS的电磁阀
技术领域
本发明总体上涉及用于控制流体流动的MEMS阀。具体地，本发明涉及可电子切换的MEMS阀的改进结构，其被构造为在低压、高流体流量应用中控制流体流动。
背景技术
MEMS(微机电系统)为物理上小型的、具有尺寸在微米范围(即，约10μm或更小)的特征的一类系统。这些系统具有电学部件和机械部件两者。术语“微加工”通常被理解为意指三维结构的制造和移动MEMS装置的部件。MEMS最初使用改进的集成电路(计算机芯片)制造技术(例如化学刻蚀)和材料(例如硅半导体材料)微加工这些非常小的机械装置。今天，存在更多可用的微加工技术和材料。在本申请中使用的术语“微机械装置”意指具有尺寸为约10μm或更小的一些特征的装置，因此通过限定至少部分地通过微加工形成。微机械装置还可以包括微机械部件和标准尺寸(更大)部件二者。
已经提出了各种用于在流体回路内控制流体流动的MEMS装置。例如，美国专利NO.5,475,353描述了一种使用三个磁体(包括一个永磁铁和两个软磁体)的微机械电磁开关，通过引用将该专利公开内容并入本文。永磁体安装到第一导电构件，并且第一导电构件通过气隙与第二导电构件分离。平面致动器线圈嵌入在介电、绝缘层中并且通过绝缘构件与第二导电构件分离。在第一方向上施加电流使永磁体朝软磁体中的第一软磁体移动并且到打开位置。当电流从线圈移除时，永磁体保持吸引到第一软磁体并且处在打开位置。在第二方向上施加电流使永磁体朝软磁体中的第二软磁体移动并且到关闭位置。当电流从处于此位置的线圈移除时，永磁体保持吸引到第二软磁体并且处在关闭位置。然而，平面致动器线圈不具有足够的磁场强度以产生高流体流量阀所需的永磁体行程。
因此，期望提供一种用于可电子切换的MEMS阀的改进结构，其允许在低压、高流体流量应用中控制流体流量。
发明内容
本发明涉及一种用于可电子切换的MEMS阀的改进结构，该可电子切换的MEMS阀允许在低压、高流体流量的应用中控制流体流动。可电子切换MEMS阀包括由软磁材料形成并且限定穿过其的流体流动路径的壳体。磁场产生构件安装在壳体内并且连接到电源。MEMS阀部分安装在磁场产生构件内，具有可移动地安装在其中的阀关闭构件，并且限定穿过其的所述流体流动路径的部分。阀关闭构件可在流体流动路径被阻塞的关闭位置和流体流动位置不被阻塞的打开位置之间移动。当从磁场产生构件移除电流时，阀关闭构件被配置为移动到和保持在关闭位置和打开位置中所述阀关闭构件在移除电流时最靠近的一个位置。
在第二实施例中，可电子切换MEMS阀包括由软磁材料形成并且限定穿过其的流体流动路径的壳体。磁场产生构件安装在壳体内并且连接到电源。MEMS阀部分被安装在所述磁场产生构件内，并包括覆盖层、基底层、中间层，所述覆盖层具有穿过其形成的入口端口，所述基底层具有穿过其形成的出口端口，所述中间层附接在所述覆盖层和所述基底层之间。入口端口和出口端口限定穿过其的流体流动路径，阀关闭构件可移动地安装到所述中间层，并且被配置成可在基底层的出口端口被阻塞的关闭位置和基底层的出口端口不被阻塞的打开位置之间移动。当从磁场产生构件移除电流时，阀关闭构件被配置为移动到和保持在关闭位置和打开位置中所述阀关闭构件在移除电流时最靠近的一个位置。
在第三实施例中，可电子切换MEMS阀包括由软磁材料形成并且限定穿过其的流体流动路径的壳体。壳体包括周壁、第一端壁、第二端壁部分，所述第一端壁附接到周壁的第一端并且具有穿过其形成的流体出口开口，所述第二端壁部分附接到周壁的第二端，所述第二端壁部分在周壁的相对的角之间延伸并且限定第一和第二入口开口。绕线线圈安装在所述壳体内并且连接到电源。MEMS阀部分被安装在磁场产生构件内，并包括覆盖层、基底层、中间层，所述覆盖层具有穿过其形成的入口端口，所述基底层具有穿过其形成的出口端口，所述中间层附接在所述覆盖层和所述基底层之间。入口端口和出口端口限定穿过其的流体流动路径，阀关闭构件可移动地安装到中间层并且通过多个弹簧附接到中间层的壁。阀关闭构件可在基底层的出口端口被阻塞的关闭位置和基底层的出口端口不被堵塞的打开位置之间移动。永磁体限定附接到阀关闭构件的衔铁。当从磁场产生构件移除电流时，阀关闭构件被配置为移动到和保持在关闭位置和打开位置中所述阀关闭构件在移除电流时最靠近的一个位置中。当在打开位置时，MEMS阀部分将抵抗约.75bar到约2bar范围内的压差而保持在打开位置。
当参考附图阅读时，从以下关于优选实施例的详细描述中，本发明的各个方面对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明改进的可电子切换MEMS阀的部分分解透视图。
图2是图1所示的可电子切换MEMS阀的平面视图。
图3是沿图2的线3-3截取的横截面视图，其示出改进的可电子切换MEMS阀的处于关闭位置。
图4是图1-3示出的改进的可电子切换MEMS阀的MEMS部分的分解透视图。
图5是图1-4所示的MEMS部分的平面视图。
图6是沿图5的线6-6截取的横截面视图。
图7是沿图3的线7-7截取的横截面视图。
图8是图3所示的改进的可电子切换MEMS阀的另一横截面视图，其示出改进的可电子切换MEMS阀处于完全打开位置。
具体实施方式
现在参考附图，在图1中示出了改进的可电子切换MEMS阀10。可电子切换MEMS阀10包括MEMS阀部分12和被构造为在壳体16内的绕线线圈14的磁场产生构件。
如图1到3所示，壳体16包括周壁部分18(当观察图1和3时的上部分)和第一端壁20(当观察图1和3时的壳体的下部分)。周壁部分18具有第一端18b和第二端18a，并且包括周壁22，该周壁22具有大体上长方形的横截面形状。可替代地，周壁22可以具有任意其它所需的横截面形状，例如大体上为圆柱形。第一端壁20可以通过合适的方式附接到周壁部分18的第二端18a，例如焊接、压接、铆接和/或粘合。
周壁22限定腔体24，绕线线圈14和MEMS阀部分12安装在该腔体24内。周壁部分18的第一端18b包括第二端壁部分26，该第二端壁部分26在周壁22的相对的角之间延伸并且分别限定第一和第二流体入口开口28和30。电连接器32可以附接到周壁22。电连接器32可以包括电线34，该电线34将绕线线圈14电连接到电源(未示出)。
壳体16的第一端壁20大体上为平面的，并且具有穿过其形成的流体出口开口36。第一和第二流体入口开口28和30以及流体出口开口36限定通过壳体16的流体流动路径。可替代地，可电子切换MEMS阀10可以被配置以使得流体流动路径中的流体流动的方向反向。在这样的配置中，开口36将用作流体入口开口，并且流体入口开口28和30将用作流体出口开口。
壳体16的周壁部分18、第一端壁20和第二端壁部分26可以由软磁材料形成，例如退火铁、低碳钢或硅铁。如本文中所使用的，软磁材料被限定为这样一种材料：该材料仅在外部磁场(例如来自载流导线的磁场)存在的情况下被磁化，并且当移除外部磁场时不趋于保持磁化。还如本文所使用的，永磁体被限定为由硬磁材料或铁磁性材料形成的磁体，其在不存在外部磁场的情况下呈现强磁化。一旦被磁化，永磁体趋于保持磁化。
绕线线圈14在本领域中可以是常规的，并且包括线圈绕线轴38。线圈绕线轴38可以具有任意期望的形状，并且被构造成装配在周壁部分18的腔体24内。线圈绕线轴38包括周向地延伸的线圈凹槽40，和在中心形成的、纵向地延伸的通道44，线圈42在所述线圈凹槽40内缠绕。所示线圈凹槽40和缠绕在其中的线圈42具有宽度W，该宽度W在约0.5mm到1.0mm的范围内。可替代地，线圈凹槽40可以具有任意期望的宽度W，例如小于约0.5mm和大于约1.0mm。
如图3和4中最佳地示出，MEMS阀部分12包括第一层或覆盖层46，第二层或基底层48，以及第三层或中间层50。覆盖层46具有外表面52、内表面54以及穿过其形成的第一和第二入口端口56和58。腔体60在内表面54中形成。中间层50具有第一表面62和第二表面64，并且限定可移动部分66和非可移动部分68。基底层48具有内表面70、外表面72以及穿过其形成的出口端口74。腔体76在内表面70中形成。在所示的实施例中，出口端口74大体上为正方形并且限定约3mm2的开口。可替代地，出口端口74可以具有任意期望的开口尺寸，例如在约0.5mm2到约3.0mm2的范围内。此外，出口端口74可以具有任意其它期望的形状，例如长方形或大体上圆形。类似地，第一和第二入口端口56和58大体上为正方形并且具有等于或大于出口端口74的开口尺寸的组合的开口尺寸，即约3mm2或更大。如出口端口74，第一和第二入口端口56和58可以具有其它期望的形状，例如长方形或大体上圆形。第一和第二流体入口端口56和58以及流体出口端口74限定通过壳体16的流体流动路径的部分。如上所述，可电子切换MEMS阀10可以被配置以使得流体流动路径中的流体流动的方向反向。在这样的配置中，通过MEMS阀部分12的流体流动也将反向。在此配置中，端口74将用作流体入口端口，并且端口56和58将用作流体出口端口。
覆盖层46、基底层48和中间层50可以由任意期望的材料或材料的组合形成，例如硅、单晶硅和/或类似的材料。有利地，壳体16可以形成具有相对较小的占用面积。例如，所示壳体16具有尺寸大约为10mm×10mm的大体上方形的占用面积。可替代地，壳体16可以具有任意期望的尺寸，例如在约8mm到约15mm×约8mm到约15mm的范围内。此外，壳体16不需要限定为大体正方形的占用面积，而可以具有其它期望的形状，例如大体上长方形或大体上圆形。
类似地，MEMS阀部分12可以形成具有较小占用面积。例如，所示的MEMS阀部分12具有尺寸为约6mm×6mm的大体上方形的占用面积。可替代地，壳体12可以具有任意期望的尺寸，例如在约4.0mm到约8.0mm×4.0mm到约8.0mm的范围内。另外，壳体12不需要限定大体正方形的占用面积，而是可具有其它期望的形状，例如大体上长方形或大体上圆形。
中间层50的可移动部分66包括阀关闭构件77，该阀关闭构件77具有大体上长方形的横截面形状，并且还具有在其中形成的磁体腔体78。可移动部分66还包括多个大体上平面的盘绕弹簧80，其将阀关闭构件77连接到非可移动部分68。流体流动开口82限定在邻近的盘绕弹簧80和中间层50的非可移动部分68之间。在所示的实施例中，示出了四个盘绕弹簧80，该四个盘绕弹簧80被布置以使得一个盘绕弹簧80在非可移动部分68和阀关闭构件77的四个侧面的每一个之间延伸。可替代地，阀关闭构件77可以具有其它期望的横截面形状，例如大体上圆形的横截面形状。此外，可以设置多于或少于四个的盘绕弹簧80。
永磁体限定衔铁(armature)84并且安装在磁体腔体78中。衔铁84具有对应于磁体腔体78的形状的长方形横截面形状。可替代地，衔铁84可以具有对应于磁体腔体78的形状的任意形状。
第一软磁构件86限定软磁层，并且包括穿过其形成的出口端口88，并且安装在基底层的内表面70中的腔体76内。密封层90包括穿过其形成的出口端口92，并且也安装在基底层的内表面70中的腔体76内，使得第一软磁构件86在壳体16的第一端壁20和密封层90之间。密封层可以由任何合适的弹性体材料形成，例如EPDM橡胶、天然橡胶和/或其它期望的弹性体。
当MEMS阀部分12如图4和6所示被组装时，衔铁84被安装在阀关闭构件77以内，并且软磁构件86和密封层90被安装在基底层的内表面70中的腔体76内。覆盖层46的内表面54接合中间层50的第一表面62，并且基底层48的内表面54接合中间层50的第二表面64。覆盖层46、中间层50和基底层48可以通过任何合适的方法结合在一起，例如硅熔融结合(SFB)、共晶结合、粘接结合和玻璃熔浆结合。如图3所示，中间层50的阀关闭构件77被促动围绕出口端口92抵靠密封层90，从而防止流体流过流体出口开口36并且限定关闭位置。
当如图1、3和7所示组装可电子切换MEMS阀10时，线圈组件被安装在壳体16的周壁部分18的腔体24内。第一端壁20可以通过合适的方式附接到周壁部分18的第二端18a，例如焊接、铆接、压接或粘结。MEMS阀部分12被安装在线圈绕线轴38的通道44内，从而在线圈42以内。显著地，线圈42大体上垂直MEMS阀部分12的中间层50的纵向轴线A延伸。第二软磁构件94可以附接在覆盖层46的外表面52和第二端壁部分26之间。在关闭位置，衔铁84远离第二软磁构件94间隔距离D1，并且距第一软磁构件86距离D2。在所示的实施例中，距离D1为约250μm，并且距离D2为约250μm。可替代地，距离D1可以在约100μm到约300μm的范围内，并且距离D2可以在约100μm到约300μm的范围内。
因为线圈42在MEMS阀部分12的外部，该MEMS阀部分12基本上垂直于MEMS阀部分12的中间层50的纵向轴线A定向，所以绕线线圈14可以被配置为产生期望的磁场，例如具有约100到约200安培-匝。
在绕线线圈14中不存在电流的情况下，衔铁84附接到衔铁84最靠近的软磁构件(即第一软磁构件86或第二软磁构件94)。如下文所述，衔铁84与第一软磁构件86或第二软磁构件94之间的磁吸引力将衔铁84保持在固定位置，直到有电流通过绕线线圈14。
在操作中，可电子切换MEMS阀10可以在如图3所示的关闭位置和如图8所示的打开位置之间切换或移动。在关闭位置，阀关闭构件77被促动围绕出口端口92与密封层90接触，以使得防止流体通过出口端口92流动、以及因此防止流体通过流体出口开口36流动。在打开位置，衔铁84被促动抵靠覆盖层46的腔体60的内表面，并且阀关闭构件77远离出口端口92移动，从而允许流体流动通过出口端口92并通过流体出口开口36。
当在关闭位置、并且当电流沿第一方向流过绕线线圈14时，第二软磁构件94的软磁材料和壳体16的第二端壁部分26的软磁材料被磁化，并且在衔铁84与第二软磁构件94和第二端壁部分26之间的磁力的强度相对于在衔铁84与第一软磁构件86和第一端壁20之间的磁力的强度更大。然后，衔铁84朝第二软磁构件94(即在箭头96的方向上)移动，直到衔铁84接合腔体60的内表面，并且盘绕弹簧处于图8中80’处示出的位置。在如图8所示的位置处，可电子切换MEMS阀10是完全打开的，并且流体可以在第一和第二入口端口56和58与流体出口开口36之间流动。随后，可以从绕线线圈14移除电流，并且在衔铁84与第二软磁构件94和第二端壁部分26之间的磁力导致可电子切换MEMS阀10保持在打开位置。
当处于打开位置、并且当电流沿与第一方向相反的第二方向流过绕线线圈14时，第一软磁构件86的软磁材料和壳体16的第一端壁20的软磁材料被磁化。在衔铁84与第一软磁构件86和第一端壁20之间的磁力的强度相对于在衔铁84与第二软磁构件94和第二端壁部分26之间的磁力的强度更大。因此，衔铁84朝第一软磁构件86(即在箭头98的方向上)移动，直到衔铁84促动中间层50的阀关闭构件77到关闭位置中，其中，阀关闭构件77被促动围绕出口端口92抵靠密封层90，因此阻止流体流动通过流体出口开口36。在如图3所示的位置处，可电子切换MEMS阀10处于关闭位置，并且在第一和第二入口端口56和58与流体出口开口36之间的流体流动被阻止。随后，可以从绕线线圈14移除电流，并且在衔铁84与第一软磁构件86和第一端壁20之间的磁力导致可电子切换MEMS阀10保持在关闭位置。
有利地，可电子切换MEMS阀10已经被示出为允许衔铁84从关闭位置到打开位置的充足的行程，并且允许空气或其它期望的气体或流体(例如氮气)的流量在约10升/分钟到约15升/分钟的范围内。然后，可电子切换MEMS阀10将抵抗约.75bar到约2bar的范围内的压差而保持在打开位置，直到在第二方向上施加电流以将可电子切换MEMS阀10移动到关闭位置。
例如，当可电子切换MEMS阀10开始在约一个bar的压力施加到入口端口56和58的情况下处于关闭位置时，可电子切换MEMS阀10可以在将沿第一方向的电流瞬时(例如在约100ms到约1秒的范围内)施加到绕线线圈14的情况下切换到打开位置。这允许空气以约15升/分的流量流动通过可电子切换MEMS阀10。在电流被移除之后，可电子切换MEMS阀10将保持在打开位置，直到将沿第二方向的电流瞬时(例如在约100ms到约1秒的范围内)施加到绕线线圈14以再次将可电子切换MEMS阀10移动到关闭位置。然后，此循环可以根据需要频繁重复。
本发明的操作的原理和模式已在其优选实施例中被解释和说明。然而，必须理解，在不脱离其精神或范围的情况下，本发明可以以不同于具体解释和说明的方式实施。

Claims (5)

1.一种可电子切换MEMS阀，其特征在于，所述可电子切换MEMS阀包括：
壳体，其由软磁材料形成并且限定穿过其的流体流动路径，所述壳体包括周壁、第一端壁和第二端壁部分，所述第一端壁附接到所述周壁的第一端并且具有穿过其形成的流体出口开口，所述第二端壁部分附接到所述周壁的第二端，所述第二端壁部分在所述周壁的相对的角之间延伸并且限定第一和第二流体入口开口；
限定了磁场产生构件的绕线线圈，该磁场产生构件安装在所述壳体内并且连接到电源；以及
MEMS阀部分，其安装在所述磁场产生构件以内，所述MEMS阀部分具有可移动地安装在其中的阀关闭构件，并且限定穿过其的所述流体流动路径的部分，所述阀关闭构件在流体流动路径被阻塞的关闭位置和流体流动路径不被阻塞的打开位置之间可移动，MEMS阀部分包括永磁体，该永磁体限定附接到所述阀关闭构件的衔铁，所述MEMS阀部分还包括覆盖层、基底层和中间层，所述覆盖层具有穿过其形成的入口端口，所述基底层具有穿过其形成的出口端口，所述中间层附接在所述覆盖层和所述基底层之间，其中，所述入口端口和所述出口端口限定穿过其的流体流动路径，其中所述MEMS阀部分安装在所述第一端壁和所述第二端壁部分之间，所述MEMS阀部分还包括密封层和第一软磁构件，所述密封层安装在形成于所述基底层的内表面中的腔体以内，所述第一软磁构件安装在所述密封层和所述基底层之间，MEMS阀还包括第二软磁构件，其附接在所述MEMS阀部分的覆盖层的外表面和所述第二端壁部分之间；
其中，当从所述磁场产生构件移除电流时，所述阀关闭构件被配置为移动到、并保持在所述关闭位置和所述打开位置中的、在移除电流时所述阀关闭构件最靠近的一个位置；以及其中，当在关闭位置、并且电流沿第一方向流过所述绕线线圈时，所述第二软磁构件的软磁材料和所述第二端壁部分的软磁材料被磁化，使得在所述衔铁与所述第二软磁构件和所述第二端壁部分之间的磁力的强度相对于在所述衔铁与所述第一软磁构件和所述第一端壁之间的磁力的强度更大，其中，所述衔铁朝向所述第二软磁构件移动，直到所述衔铁接合所述覆盖层的内表面并且所述MEMS阀部分处于打开位置，以及其中，当在打开位置、并且从绕线线圈移除电流时，在所述衔铁与所述第二软磁构件和所述第二端壁部分之间的磁力足以致使所述MEMS阀部分抵抗约0.75bar到约2bar范围内的压差而保持在所述打开位置。
2.根据权利要求1所述的可电子切换MEMS阀，其特征在于，当在打开位置、并且电流沿与第一方向相反的第二方向流过绕线线圈时，所述第一软磁构件的软磁材料和所述壳体的第一端壁的软磁材料被磁化，使得在所述衔铁与所述第一软磁构件和所述第一端壁之间的磁力的强度相对于在所述衔铁与所述第二软磁构件和所述第二端壁部分之间的磁力的强度更大，其中，因此所述衔铁朝向所述第一软磁构件移动，直到所述衔铁促动所述中间层的所述阀关闭构件到所述关闭位置中，以及其中，当在关闭位置、并且从绕线线圈移除电流时，在所述衔铁与所述第一软磁构件和所述第一端壁之间的磁力足以致使所述MEMS阀部分保持在所述关闭位置。
3.一种可电子切换MEMS阀，其特征在于，所述可电子切换MEMS阀包括：
壳体，其由软磁材料形成并且限定穿过其的流体流动路径，所述壳体包括周壁、第一端壁和第二端壁部分；
限定了磁场产生构件的绕线线圈，其安装在所述壳体以内并且连接到电源；以及
MEMS阀部分，其安装在所述磁场产生构件以内，所述MEMS阀部分包括覆盖层、基底层、中间层和阀关闭构件，所述覆盖层具有穿过其形成的入口端口，所述基底层具有穿过其形成的出口端口，所述中间层附接在所述覆盖层和所述基底层之间，其中，所述入口端口和所述出口端口限定穿过其的流体流动路径，所述阀关闭构件可移动地安装到所述中间层，所述阀关闭构件在所述基底层的所述出口端口被阻塞的关闭位置和所述基底层的所述出口端口不被阻塞的打开位置之间可移动，MEMS阀部分还包括永磁体，所述永磁体限定附接到所述阀关闭构件的衔铁，所述MEMS阀部分还包括密封层和第一软磁构件，所述密封层安装在形成于所述基底层的内表面中的腔体内，所述第一软磁构件安装在所述基底层和所述密封层之间，以及包括第二软磁构件，其附接在所述MEMS阀部分的覆盖层的外表面和所述壳体之间；
其中，当从所述磁场产生构件移除电流时，所述阀关闭构件被构造为移动到、并保持在所述关闭位置和所述打开位置中的、在移除电流时所述阀关闭构件最靠近的一个位置；
其中，当在关闭位置、并且电流沿第一方向流过所述绕线线圈时，所述第二软磁构件的软磁材料和所述第二端壁部分的软磁材料被磁化，使得在所述衔铁与所述第二软磁构件和所述第二端壁部分之间的磁力的强度相对于在所述衔铁与所述第一软磁构件和所述第一端壁之间的磁力的强度更大；
其中，因此所述衔铁朝向所述第二软磁构件移动，直到所述衔铁接合所述覆盖层的内表面并且所述MEMS阀部分处于打开位置；以及
其中，当在打开位置、并且从绕线线圈移除电流时，在所述衔铁与所述第二软磁构件和所述第二端壁部分之间的磁力足以致使所述MEMS阀部分抵抗0.75bar到2bar范围内的压差而保持在打开位置。
4.根据权利要求3所述的可电子切换MEMS阀，其特征在于，当在打开位置、并且电流沿与第一方向相反的第二方向流过所述绕线线圈时，所述第一软磁构件的软磁材料和所述壳体的第一端壁的软磁材料被磁化，使得在所述衔铁与所述第一软磁构件和所述第一端壁之间的磁力的强度相对于在所述衔铁与所述第二软磁构件和所述第二端壁部分之间的磁力的强度更大，其中，因此所述衔铁朝向所述第一软磁构件移动，直到所述衔铁促动所述中间层的所述阀关闭构件到关闭位置中，以及其中，当在关闭位置、并且从所述绕线线圈移除电流时，在所述衔铁与所述第一软磁构件和所述第一端壁之间的磁力足以致使所述MEMS阀部分保持在关闭位置。
5.根据权利要求4所述的可电子切换MEMS阀，其特征在于，所述阀关闭构件通过多个弹簧附接到所述中间层的壁。
CN201710153462.0A 2016-03-15 2017-03-15 基于mems的电磁阀 Active CN107191657B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662308526P 2016-03-15 2016-03-15
US62/308,526 2016-03-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107191657A CN107191657A (zh) 2017-09-22
CN107191657B true CN107191657B (zh) 2020-04-14

Family

ID=59855404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710153462.0A Active CN107191657B (zh) 2016-03-15 2017-03-15 基于mems的电磁阀

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10190702B2 (zh)
CN (1) CN107191657B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10760702B2 (en) 2018-02-19 2020-09-01 Dunan Microstaq, Inc. Bi-stable two-port valve
US10948102B2 (en) 2018-05-02 2021-03-16 Dunan Microstaq, Inc. Two-stage fluid control valve having a first stage bi-stable two-port valve and a second stage microvalve
US11353140B2 (en) * 2019-01-29 2022-06-07 Dunan Microstaq, Inc. Two port mems silicon flow control valve
CN112178214B (zh) * 2020-09-30 2022-04-08 唐山市古冶区盛唐热力有限公司 耐高温高压零泄漏电磁阀
US11698143B2 (en) * 2021-03-11 2023-07-11 Marotta Controls, Inc. Solenoid valve with permanent magnets

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4674180A (en) * 1984-05-01 1987-06-23 The Foxboro Company Method of making a micromechanical electric shunt
DE3621332A1 (de) * 1986-06-26 1988-01-14 Fraunhofer Ges Forschung Mikroventil
US4826131A (en) * 1988-08-22 1989-05-02 Ford Motor Company Electrically controllable valve etched from silicon substrates
CN1540192A (zh) * 2003-04-21 2004-10-27 Lg 控制质量流的阀装置及其制造方法和采用该装置的热交换器
CN1542277A (zh) * 2003-06-04 2004-11-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研 气压式微流体输运方法及其器件

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5374792A (en) * 1993-01-04 1994-12-20 General Electric Company Micromechanical moving structures including multiple contact switching system
US5536988A (en) * 1993-06-01 1996-07-16 Cornell Research Foundation, Inc. Compound stage MEM actuator suspended for multidimensional motion
US5475353A (en) 1994-09-30 1995-12-12 General Electric Company Micromachined electromagnetic switch with fixed on and off positions using three magnets
US5994816A (en) * 1996-12-16 1999-11-30 Mcnc Thermal arched beam microelectromechanical devices and associated fabrication methods
FR2761518B1 (fr) * 1997-04-01 1999-05-28 Suisse Electronique Microtech Moteur planaire magnetique et micro-actionneur magnetique comportant un tel moteur
US6159385A (en) * 1998-05-08 2000-12-12 Rockwell Technologies, Llc Process for manufacture of micro electromechanical devices having high electrical isolation
ATE363030T1 (de) * 1999-02-23 2007-06-15 Matsushita Electric Works Ltd Mikroaktuator
US7106493B2 (en) * 1999-07-27 2006-09-12 Sanford James E MEMS-based valve device
US6694998B1 (en) * 2000-03-22 2004-02-24 Kelsey-Hayes Company Micromachined structure usable in pressure regulating microvalve and proportional microvalve
US6761829B2 (en) * 2001-04-26 2004-07-13 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method for fabricating an isolated microelectromechanical system (MEMS) device using an internal void
US6815243B2 (en) * 2001-04-26 2004-11-09 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method of fabricating a microelectromechanical system (MEMS) device using a pre-patterned substrate
US6794271B2 (en) * 2001-09-28 2004-09-21 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method for fabricating a microelectromechanical system (MEMS) device using a pre-patterned bridge
US6664786B2 (en) * 2001-07-30 2003-12-16 Rockwell Automation Technologies, Inc. Magnetic field sensor using microelectromechanical system
US6778046B2 (en) * 2001-09-17 2004-08-17 Magfusion Inc. Latching micro magnetic relay packages and methods of packaging
US7474180B2 (en) * 2002-11-01 2009-01-06 Georgia Tech Research Corp. Single substrate electromagnetic actuator
US7280016B2 (en) * 2003-02-27 2007-10-09 University Of Washington Design of membrane actuator based on ferromagnetic shape memory alloy composite for synthetic jet actuator
US8011388B2 (en) * 2003-11-24 2011-09-06 Microstaq, INC Thermally actuated microvalve with multiple fluid ports
US6988706B2 (en) * 2003-12-17 2006-01-24 General Electric Company Piezoelectric microvalve
JP5196422B2 (ja) * 2004-03-05 2013-05-15 ドゥンアン、マイクロスタック、インク マイクロバルブ形成のための選択的ボンディング
US7183622B2 (en) * 2004-06-30 2007-02-27 Intel Corporation Module integrating MEMS and passive components
US8113482B2 (en) * 2008-08-12 2012-02-14 DunAn Microstaq Microvalve device with improved fluid routing
WO2010093383A1 (en) * 2009-02-12 2010-08-19 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Magnetically driven micropump
US8844694B2 (en) * 2010-10-15 2014-09-30 GM Global Technology Operations LLC Micro-electro-mechanical-systems based hydraulic control system for a dry dual clutch transmission
KR20130109166A (ko) * 2010-10-29 2013-10-07 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 자기적으로 작동되는 라미네이트 내 마이크로 전자 기계 커패시터 스위치
US8847715B2 (en) * 2011-09-30 2014-09-30 Telepath Networks, Inc. Multi integrated switching device structures
US9829451B2 (en) * 2011-10-09 2017-11-28 Simon Fraser University Microfluidic reconfiguration device for multi-plexed sample analysis
US9558903B2 (en) * 2012-05-02 2017-01-31 National Instruments Corporation MEMS-based switching system
US9287062B2 (en) * 2012-05-02 2016-03-15 National Instruments Corporation Magnetic switching system
US9558878B1 (en) * 2013-05-28 2017-01-31 The Board Of Trustees Of The University Of Alabama Multi-stage permanent magnet structure and integrated power inductors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4674180A (en) * 1984-05-01 1987-06-23 The Foxboro Company Method of making a micromechanical electric shunt
DE3621332A1 (de) * 1986-06-26 1988-01-14 Fraunhofer Ges Forschung Mikroventil
US4826131A (en) * 1988-08-22 1989-05-02 Ford Motor Company Electrically controllable valve etched from silicon substrates
CN1540192A (zh) * 2003-04-21 2004-10-27 Lg 控制质量流的阀装置及其制造方法和采用该装置的热交换器
CN1542277A (zh) * 2003-06-04 2004-11-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研 气压式微流体输运方法及其器件

Also Published As

Publication number Publication date
US20170268698A1 (en) 2017-09-21
CN107191657A (zh) 2017-09-22
US10190702B2 (en) 2019-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107191657B (zh) 基于mems的电磁阀
US10396646B2 (en) Micro value comprising an electrodynamic actuator having stationary magnet arrangement and a moveable air-core coil
US9046187B2 (en) Electromagnetically operated switching devices and methods of actuation thereof
US4569504A (en) Solenoid
US10760702B2 (en) Bi-stable two-port valve
US9599246B2 (en) Magnetically actuated shut-off valve
CN107407438B (zh) 双稳态电动阀
EP3259510B1 (en) Solenoid apparatus
JP6321371B2 (ja) 電磁弁装置
US9885424B2 (en) Electromagnetic valve
CN110036227B (zh) 阀装置
US5389910A (en) Solenoid encasement with variable reluctance
TW201812199A (zh) 電磁閥
EP3094900B1 (en) Magnetically actuated shut-off valve
CN112236608B (zh) 用于流体的，优选用于气体的阀
CN110440009B (zh) 具有第一级双稳态双通阀和第二级微型阀的两级流体控制阀
US7422191B2 (en) Bistable miniature valve
KR100653363B1 (ko) 솔레노이드밸브용 하우징유니트 및 이 하우징유니트가구비된 솔레노이드밸브
CA2332053A1 (en) Electrically actuated reed valve
JP2020063833A (ja) 電磁弁
JP2006250315A (ja) 電磁弁
JPH02212685A (ja) ２位置電磁弁
JP2020165446A (ja) アクチュエータ及びそれを備えたバルブ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant