CN1423052A - 一种磁能驱动的微型泵 - Google Patents
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Abstract
一种磁能驱动的微型泵,它有一个基板(1),一个顶板(3)和一个中间板(2),后者夹在另两个板(1)、(3)之间,形成四个泵腔(4)、(5)、(6)、(7),泵腔(6)、(7)有入口和出口；泵腔包括二个在所述中间板(2)中加工形成的自由表面(8)、(9)；顶板(3)上设置有连接外界的孔；中间板(2)的自由表面(8)、(9)内固定有磁能驱动装置(10)、(11),用来驱动所述自由表面(8)、(9),在通过一定频率的电流时所产生的磁场与外界磁场相互作用,带动自由表面(8)、(9)发生变形以使所述泵腔(6)、(7)容积发生周期性变化。这种微型泵具有流量大、性能稳定、可靠性高、安全性高,广泛适用于安全性及可靠性高的场合,例如人体内的药物释放、体液采样等。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁能驱动的薄膜结构的微型泵，尤其涉及一种采用电磁绕组驱动膜结构的微型泵。
背景技术
微型泵作为一种重要的微型执行器及微流量控制系统能精确检测和控制每分钟微升量级的流量，可广泛应用于人体体内药物微量释放、体液微量采样、燃料微量喷射、细胞分离、集成电路冷却以及微量化学分析等方面有着重要的应用前景，因此引起研究者的极大兴趣和深入细致的研究。目前，已研制出的微型泵结构、加工工艺形式多样，其驱动原理主要有静电驱动、压电驱动、电磁驱动、热驱动、气动、电液驱动、光驱动、超声波驱动、以及形状记忆合金膜片驱动、气泡驱动等等。
美国专利(US2002114715)公布了一种电极驱动的微泵(MICROPUMP DRIVEN BYMOVEMENT OF LIQUID DROP INDUCED BY CONTINUOUS ELECTROWETTING)，其中液体金属在电极电压作用下，左右运动引起膜运动，达到泵的作用。但是液体金属——汞属于巨毒物质，当用于人体内时，对人体有潜在的危险，如果在人体内一旦破裂，后果将十分严重。在要求相对苛刻的环境下，例如人体内，这种微泵就无法应用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有技术不足而提出一种微型泵，它基于电磁驱动原理利用自由表面内嵌入的绕组线圈，当通过与外界磁场相互作用，以达到反复运动的目的。
图1是磁能驱动的微型泵结构图。
其中：(1)基板、(2)中间板、(3)顶板、(4)泵腔、(5)泵腔、(6)泵腔、(7)泵腔、(8)自由表面、(9)自由表面、(10)驱动装置、(11)驱动装置、(12)支撑板、(13)单向阀、(14)单向阀、(15)单向阀。
结合附图对本发明的技术方案描述如下：
如图1所示，本发明所涉及的适用于人体的微型泵，它有一个基板(1)，一个顶板(3)和一个中间板(2)，后者夹在另两个板(1)、(3)之间，形成四个泵腔(4)、(5)、(6)、(7)，泵腔(6)、(7)有入口和出口；所述泵腔包括二个在所述中间板(2)中加工形成的自由表面(8)、(9)；所述顶板(3)上设置有连接外界的孔；在所述中间板(2)的自由表面(8)、(9)内固定有磁能驱动装置(10)、(11)，用来驱动所述自由表面(8)、(9)，在通过一定频率的电流时所产生的磁场与外界磁场相互作用，带动自由表面(8)、(9)发生变形以使所述泵腔(6)、(7)容积发生周期性变化。
基板(1)、中间板(2)、顶板(3)的表面结构是通过微机械表面加工的方法刻蚀出来的。支撑膜(12)由自由表面(8、9)、驱动装置(10、11)组成。支撑膜(12)是在对中间板(2)刻蚀前沉淀到中间板(2)上的。微型泵具有金属铜片悬臂梁阀片(13)、(14)、(15)的单向阀结构，金属铜片单向阀(13)、(14)、(15)是先在顶板(3)的光刻胶牺牲层上沉淀一层金属铜膜，然后溶解掉牺牲层得到的。单向阀(13)、(14)和中间板(2)、顶板(3)及自由表面(8)组成密闭空腔称为泵腔(7)。单向阀(14)、(15)与中间板(2)、顶板(3)及自由表面(9)组成密闭空腔称为泵腔(6)。单向阀(13)、(15)将泵腔(6)、(7)与外界连通起来。(为观察方便，图中响应部分进行了放大)
该微泵的工作原理为：当电流通过驱动装置(10)、(11)的2个线圈时，产生磁场，其磁场方向由电流方向及绕线方式决定，在外界永久磁体的磁场作用下，产生吸引及排斥使自由表面(8)、(9)产生变形，使得泵腔(6)、(7)的体积发生变化。当电流以一定频率通过线圈时，泵腔的体积便发生周期性变化，液体便不断地被吸入和排除。
本发明具有以下特点：
(1)微型泵工作周期内，每时每刻都有液体的吸入排出，提高了膜片通电电能的能量的转换效率，微型泵的流量大，性能稳定。
(2)所需材料和制作工艺与IC工艺兼容。
(3)利用磁场能作为微型泵的动作机理，可使其达到高可靠性、高安全性，能满足对安全性及可靠性高的场合，例如人体内的药物释放、体液采样等。
与其它应用于微型泵的驱动原理相比，基于磁场相互作用的膜驱动方式具有优越的力学特性，可靠性安全性很高，响应速度适中，并能提供足够大的动力和位移，因此得到了普遍的关注。其中采用金属线圈和硅材料制作的驱动膜片，由于材料及工艺与IC(集成电路)工艺兼容，结构和工艺复杂度低，所以在微泵研制中得到采用。
附图说明
图1是适用于人体的微型泵结构图。
其中：(1)基板、(2)中间板、(3)顶板、(4)泵腔、(5)泵腔、(6)泵腔、(7)泵腔、(8)自由表面、(9)自由表面、(10)驱动装置、(11)驱动装置、(12)支撑板、(13)单向阀、(14)单向阀、(15)单向阀。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
本发明的实施例如图1所示，整体外型尺寸为6×6×6毫米。基板(1)、中间板(2)、顶板(3)的表面结构是通过微机械表面加工的体加工、表面加工、LIGA等工艺刻蚀出来的。金属铜片悬臂梁阀片(13)、(14)、(15)是先在顶板(3)的光刻胶牺牲层上沉淀厚度在0.1～100微米的金属铜膜，然后溶解掉牺牲层得到的。支撑膜(12)的总厚度为10～500微米，半径1000～4000微米。
微型泵整体分为三层：上层为出口单向阀(15)和入口单向阀(13)；中层为两主泵腔(6)、(7)及自由表面(8)、(9)：下层为两辅助泵腔(4)、(5)。当电流通过驱动装置(10)、(11)的2个线圈时产生磁场，其磁场方向由电流方向及绕线方式决定，在外界永久磁体的磁场作用下，产生吸引及排斥使自由表面(8)、(9)产生变形，使得泵腔(6)、(7)的体积发生变化。例如，当泵腔(6)体积减少、泵腔(7)体积增加时，液体就通过单向阀(15)进入泵腔(7)中，同时泵腔(6)内的液体通过单向阀(17)排除。当泵腔(7)体积减少、泵腔(6)体积增加时液体通过单向阀(16)流出泵腔(7)，进入泵腔(6)。电流方向再次改变时，液体又进入泵腔(7)而泵腔(6)中的液体则通过单向阀排出腔体，周而复始达到液体的抽排目的。
按照本发明，所述驱动装置由两个驱动板(10)、(11)构成，该驱动板由硅体材料加工形成两个活动区和所述泵腔，从所述基板加工来的三个中间件固定在该驱动板上，以建立与所述活动壁的接触。
Claims (1)
1.一种磁能驱动的微型泵，它有一个基板(1)，一个顶板(3)和一个中间板(2)，后者夹在另两个板(1)、(3)之间，形成四个泵腔(4)、(5)、(6)、(7)，泵腔(6)、(7)有入口和出口；所述泵腔包括二个在所述中间板(2)中加工形成的自由表面(8)、(9)；所述顶板(3)上设置有连接外界的孔；其特征在于：在所述中间板(2)的自由表面(8)、(9)内固定有磁能驱动装置(10)、(11)，用来驱动所述自由表面(8)、(9)，在通过一定频率的电流时所产生的磁场与外界磁场相互作用，带动自由表面(8)、(9)发生变形以使所述泵腔(6)、(7)容积发生周期性变化。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 02128109 CN1204339C (zh) | 2002-12-24 | 2002-12-24 | 一种磁能驱动的微型泵 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN 02128109 CN1204339C (zh) | 2002-12-24 | 2002-12-24 | 一种磁能驱动的微型泵 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1423052A true CN1423052A (zh) | 2003-06-11 |
| CN1204339C CN1204339C (zh) | 2005-06-01 |
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ID=4745928
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 02128109 Expired - Fee Related CN1204339C (zh) | 2002-12-24 | 2002-12-24 | 一种磁能驱动的微型泵 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1204339C (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111969949A (zh) * | 2020-09-01 | 2020-11-20 | 湖州海明机械科技有限公司 | 一种高温下自循环水冷式太阳能光伏装置 |
| CN113187700A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-30 | 上海工程技术大学 | 一种电磁驱动的mems微泵装置 |
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2002
- 2002-12-24 CN CN 02128109 patent/CN1204339C/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN1204339C (zh) | 2005-06-01 |
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