CN116591926A - 一种抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗设备领域，公开了一种抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵，包括环形密闭的泵壳204、泵壳204内的多个活塞磁流体和泵壳204外用于驱动多个活塞磁流体旋转的驱动组件，活塞磁流体至少为三个，驱动组件驱动多个活塞磁流体分离旋转；泵壳204内多个活塞磁流体之间的空腔形成泵腔207；泵壳204上设有供流体进入的进口205和供流体流出的出口206，进口205和出口206之间形成两条通道，其中任一条通道中在任意时刻至少有一个活塞磁流体。本发明采用多个活塞磁流体相继担任阀门作用，使整个泵送周期内不存在微泵进、出口的联通现象，从而实现密封及抑制回流的效果，同时相比于现有技术，没有磁流体的融合和分离过程，提高了磁流体驱动过程的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵。
背景技术
随着生命科学、生物医学、航空航天等学科的高速发展，其与微流控系统的联系日益紧密，如微量流体化学分析系统、用于治疗心肌梗塞的人工血泵、微量药物注射系统及航空飞船的微量燃料供给等领域都要求微流控技术朝向高精度、泵送高稳定性及可高度集成化方向发展。
微泵是微流控系统的执行元件，担任着微量流体精准传输、快速控制的作用，被誉为微流控系统的“心脏”。现阶段微泵的传动方式主要有压电式、静电式、电磁式、气动式等机械方式和电渗式、热气泡式和磁流体式等非机械方式，在这些机械式、非机械式微泵驱动方式中，磁流体驱动具有结构简单、泵送可靠性高和可高度集成化等优点，已经逐渐成为微泵发展的主流方向。
研究人员设计并研制了出了多种类型的磁流体驱动泵，现有的磁流体驱动泵目前依然存在以下弊端：经泵送循环后，存在部分液体的回流，降低了泵送稳定性和效率。一些从事该领域的科研人员提出增加主动阀或者被动阀从而消除或减弱回流现象，研究表明，增加阀门结构后对可以有效抑制回流，但是却增加了加工难度和微泵的结构复杂性，不利于微泵的集成化。且活塞磁流体与阀门磁流体的分离、融合过程如果控制不当，将发生自密封失效、阀门磁流体体积损失、部分磁流体脱落等问题，因此，如何兼顾集成化并抑制磁流体微泵回流和精准控制活塞磁流体与阀门磁流体分离、融合过程成为了限制其发展的关键技术难题。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明目的是提供一种抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵，在环形的泵壳内，多个磁流体之间相互分离，对多个磁流体之间的流体进行分离式输送，使整个泵送周期内不存在微泵进、出口的联通现象，实现密封及抑制回流的效果，同时磁流体之间相对位置不变，没有磁流体之间的融合和分离过程，提高了磁流体驱动的可靠性。
本发明提供了如下的技术方案：
一种抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵，其包括环形密闭的泵壳(204)、所述泵壳(204)内的多个活塞磁流体和所述泵壳(204)外的用于驱动多个所述活塞磁流体旋转的驱动组件，所述活塞磁流体至少为三个，所述驱动组件驱动多个所述活塞磁流体分离旋转；所述泵壳(204)内多个所述活塞磁流体之间的空腔形成泵腔(207)；所述泵壳(204)上设有供流体进入的进口(205)和供流体流出的出口(206)，所述进口(205)和所述出口(206)之间形成两条通道，其中任一条通道中在任意时刻至少有一个所述活塞磁流体。
上述实施方式中，多个活塞磁流体相继担任阀门作用，将流体在进口和出口之间进行分离输送，其中任一条通道中在任意时刻至少有一个活塞磁流体，使整个泵送周期内不存在微泵进、出口的联通现象，从而实现密封及抑制回流的效果，同时省略了磁流体的融合和分离过程，提高了磁流体驱动的可靠性。
根据一些实施方式，所述泵壳(204)为圆形。
根据一些实施方式，多个所述活塞磁流体在所述泵壳(204)内均匀分布，以所述泵壳(204)的圆心为顶点，所述进口(205)和所述出口(206)之间短弧的夹角为θ；相邻的两个活塞磁流体之间所述泵腔(207)的夹角为φ，θ>φ。
在上述实施方式中，进口和出口之间扇形的夹角为θ，θ小于180°，θ>φ，使得进口和出口之间，任一时刻，两个通道分别都有至少一个活塞磁流体，起到抑制回流的作用。
根据一些实施方式，所述驱动组件包括多个旋转永磁体、电机(105)和连接架(104)，多个旋转永磁体通过所述连接架(104)与所述电机(105)相连，所述电机(105)驱动多个旋转永磁体沿所述泵腔(207)转动，多个所述旋转永磁体对应驱动所述活塞磁流体在所述泵壳(204)内分离旋转，带动所述泵腔(207)内流体自进口(205)向所述出口(206)流动。
根据一些实施方式，所述连接架(104)为由中心向四周放射的放射型，其中心与所述电机(105)的转轴固定。
根据一些实施方式，制作所述连接架(104)的材料选自刚性材质。
根据一些实施方式，所述活塞磁流体为三个，所述旋转永磁体为对应的三个。
根据一些实施方式，制作所述泵壳(204)的材料选自聚甲基丙烯酸甲酯。
在上述实施方式中，聚甲基丙烯酸甲酯具有透明度高、耐热性好、耐化学性能强、加工性好、物理性能优良的特性。
相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：
本发明提供的抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵，该驱动泵根据几何结构和泵送原理设计了多活塞磁流体结构，在环形的泵壳内，进口和出口之间形成两条流体的通道，其中任一条通道中在任意时刻至少有一个活塞磁流体，多个活塞磁流体轮流担任阀门作用，使整个泵送周期内不存在微泵进、出口的联通现象，从而实现密封及抑制回流的效果；且该驱动泵无需固定永磁体、且没有磁流体的分离、融合过程，因此在保证微泵结构简易性和可集成化特点的同时增加了泵送稳定性。
附图说明
图1为本发明提供的实施例一的整体示意图。
图2为本发明提供的实施例一的磁流体位置示意图。
图3为本发明提供的实施例一的永磁体位置示意图。
图4为本发明提供的现有技术中包含固定磁流体和活塞磁流体的流动过程示意图。
图5为本发明提供的抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵的流动过程示意图。
图6为本发明提供的实施例二中两个活塞磁流体驱动泵的流动过程示意图。
附图中标号为：
101、第一旋转永磁体；102、第二旋转永磁体；103、第三旋转永磁体；104、连接架；105、电机；201、第一活塞磁流体；202、第二活塞磁流体；203、第三活塞磁流体；204、泵壳；205、进口；206、出口；207、泵腔。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”，“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供的抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵通过多个活塞磁流体在推送泵送流体的同时，分别交替担任泵腔内部的阀门结构，实现磁流体在泵送全周期过程中无回流发生，且避免了磁流体的分离、融合这种高精度控制问题，简化了加工、制造过程。
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
实施例一
如图2，本发明提供的驱动泵包括圆环形的泵壳204，泵壳204内设有均匀分布的分离的三个可旋转的活塞磁流体，分别为第一活塞磁流体201、第二活塞磁流体202和第三活塞磁流体203，泵壳204内的多个活塞磁流体之间的空腔构成泵腔207，流体容纳在泵腔207中；第三活塞磁流体203两侧的泵壳204上，朝外设有供流体流入的进口205和供流体流出的出口206，以泵壳204的圆心为顶点，进口205和出口206的夹角为θ，θ小于180°，因此，泵腔207被分为上部的短弧流道和下部的长弧流道；第一和第二活塞磁流体之间泵腔207的夹角为φ。
如图1，在本实施例中，对应位于活塞磁流体下方的旋转永磁体为三个，连接架104为“Y”字型，连接架104的中心与电机105的转轴相连，将第一、二和三旋转永磁体分别固定在连接架104的三个尾端上，如图3，通过电机105带动第一、二和三旋转永磁体进行等速圆周运动，第一、二、三活塞磁流体在磁响应特性下分别对应与第一、二、三旋转永磁体之间形成磁极化力，并在磁极化力作用下跟随其进行圆周运动。
如图4，为本发明提供的现有技术中包含固定磁流体和活塞磁流体的流动过程示意图。图中可见只有一个活塞磁流体，当活塞磁流体与固定磁流体融合时，泵腔出口与进口出现联通，当出口处的压力大于进口压力时，泵腔内部出现回流。如图5，三个活塞磁流体分别交替担任进口205和出口206之间的短弧流道阀门和长弧流道阀门，实现整个泵送过程的泵腔密封，因此泵腔内部在全周期内无回流现象发生。因三个活塞磁流体做等速运动，所以不存在磁流体之间的融合、分离过程，因此无需再对磁流体融合、分离进行精准控制，极大改进了磁流体驱动泵的设计、加工难度。且不需要额外增设固定永磁体，因此在体积结构上也有一定的优化效果。
三个活塞磁流体在泵腔207内进行圆周运动时，若想达到全过程的流道密封效果，进口205和出口206之间的夹角为短弧流道对应的圆心角θ，短弧流道上为第三活塞流体203；长弧流道上为第一活塞磁流体201和第二活塞磁流体202，其之间的泵腔的弧线对应的圆心角φ；θ>φ。
本实施例的具体工作过程为，电机105为驱动泵的驱动动力源，电机105通过刚性的连接架104带动旋转永磁体与电机105的转轴进行同速同心圆周运动，旋转永磁体向四周辐射磁场，活塞磁流体受磁场影响而被磁化，与旋转永磁体之间产生磁极化力，并在磁力驱动下跟随旋转永磁体运动，因磁流体的磁响应速度极快，而驱动泵电机的转速一般在2-8rpm，因此可认为活塞磁流体与旋转永磁体之间的运动无滞后现象。活塞磁流体受磁场力和泵腔207的约束作用，沿着泵腔流道旋转，进而推动泵腔207内部流体运动，以实现泵送效果。且三个活塞磁流体在整个泵送周期分别交替担任进口与出口之间长弧、短弧处的阀门结构，因此泵送过程内均阻断了泵腔进口与出口之间的过流通道，整个泵送过程中无回流现象发生，从而实现了抑制回流作用。
实施例二
如图6，为本发明提供的两个活塞磁流体的流动过程示意图。图中可见具有两个活塞磁流体，当两个活塞磁流体运动到如图所示位置时，泵腔进口、出口出现联通，当出口206的压力大于进口205压力时，泵腔207内部出现回流。因此该结构必须具有三个或三个以上的活塞磁流体，才能保证无回流过程。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵，其包括环形密闭的泵壳(204)、所述泵壳(204)内的多个活塞磁流体和所述泵壳(204)外的用于驱动多个所述活塞磁流体旋转的驱动组件，其特征在于：
所述活塞磁流体至少为三个，所述驱动组件驱动多个所述活塞磁流体分离旋转；所述泵壳(204)内多个所述活塞磁流体之间的空腔形成泵腔(207)；
所述泵壳(204)上设有供流体进入的进口(205)和供流体流出的出口(206)，所述进口(205)和所述出口(206)之间形成两条通道，其中任一条通道中在任意时刻至少有一个所述活塞磁流体。
2.根据权利要求1所述的抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵，其特征在于：所述泵壳(204)为圆形。
3.根据权利要求2所述的抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵，其特征在于：多个所述活塞磁流体在所述泵壳(204)内均匀分布，以所述泵壳(204)的圆心为顶点，所述进口(205)和所述出口(206)之间短弧对应的圆心角为θ，相邻的两个活塞磁流体之间所述泵腔(207)对应的圆心角为φ，θ>φ。
4.根据权利要求3所述的抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵，其特征在于：所述驱动组件包括多个旋转永磁体、连接架(104)和电机(105)，多个旋转永磁体通过所述连接架(104)与所述电机(105)相连，所述电机(105)驱动多个旋转永磁体沿所述泵腔(207)转动，多个所述旋转永磁体对应驱动多个所述活塞磁流体在所述泵壳(204)内分离旋转，带动所述泵腔(207)内流体自进口(205)向所述出口(206)流动。
5.根据权利要求4所述的抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵，其特征在于：所述连接架(104)为由中心向四周放射的放射型，其中心与所述电机(105)的转轴固定。
6.根据权利要求5所述的抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵，其特征在于：制作所述连接架(104)的材料选自刚性材质。
7.根据权利要求5所述的抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵，其特征在于：所述活塞磁流体为三个，所述旋转永磁体为对应的三个。
8.根据权利要求1～7任一所述抑制回流且无磁流体分离的多活塞磁流体驱动泵，其特征在于：制作所述泵壳(204)的材料选自聚甲基丙烯酸甲酯。
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