CN203670126U - 一种磁致伸缩型微泵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种磁致伸缩型微泵，属于微量流体输送领域。本实用新型由磁致伸缩驱动器，位移放大装置，泵体三部分组成。磁致伸缩驱动器中布置有带有线圈的线圈架，线圈架中心通孔内布置磁致伸缩棒，线圈架上端和下端分别布置了用于提供静态偏置磁场永磁铁，利用磁致伸缩效应，通电线圈通入控制电流引起的磁场改变，使磁致伸缩棒长度方向伸缩并作用在与之紧贴的位移放大机构上，经位移放大机构将伸缩量放大后作用于泵体，通过驱动活塞往复伸缩改变泵体的容积，实现液体的微量流入与流出。本实用新型能够被低电压驱动，适用于低频时输出压力较大、流量较大的微流量流体的输送。
Description
技术领域
本实用新型属于微量流体输送领域，涉及一种利用超磁致伸缩材料伸缩性能驱动的微型泵。
背景技术
近些年来，微电子系统、高性能材料（超磁致伸缩、形状记忆合金）的研究不断的促进着微泵的研究与发展，在医药（如液体检测、药物输送）、生化（如基因筛选）、计算机（如CPU冷却）、环境监测等方面已显示出广阔的应用前景。
微泵是主要有机械式和非机械式两种。非机械式没有任何传动部件，包括电液力、磁液力、电渗等驱动方式，这些微泵输出压力小、流量小并且工作性能也往往受到流体性质的影响。机械式微泵主要是通过改变腔体压力的改变输送液体，包括记忆合金驱动、压电陶瓷片驱动、电磁驱动、静电驱动热驱动等多种驱动方式。其中，超磁致伸缩材料具有磁致伸缩率大，响应快速的特点，在微泵、微阀等方面前景可观。目前国内外以磁致伸缩材料驱动微泵主要以薄膜驱动，专利CN 1570381A已提供了一种稀土超磁致伸缩材料直接驱动的液压泵，但流量较小；专利CN 102797667 A已提供了一种基于薄膜状超磁致伸缩材料的微型泵，但膜式泵普遍存在输出压力较小的问题。
发明内容
针对现有膜式微泵缺陷，本实用新型提供一种棒状磁致伸缩材料驱动的型微泵，利用磁致伸缩原理实现磁致伸缩棒长度方向的伸缩，经过位移放大机构放大后，带动杆活塞往复运动改变密闭腔体容积，在实现微量液体输送的同时，期望得到较大的输出流量与输出压力。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：由磁致伸缩驱动器、位移放大机构和泵体部分组成；磁致伸缩驱动器包括螺钉、端盖、筒状外壳、上永磁铁、线圈架、线圈、柔性套、磁致伸缩棒和下永磁铁；所述筒状壳体为圆筒状，沿筒状壳体的内壁由下到上依次布置下圆筒状的永磁铁、带有线圈的线圈架、上永磁铁；所述圆筒状的线圈架的内壁设有柔性套，所述柔性套内设有磁致伸缩棒，端盖和筒状外壳通过螺钉连接，连接后磁致伸缩棒上表面与端盖贴合压紧产生预紧力；泵体部分包括筒状连接体、碟形弹簧、杆活塞、泵壳、进口阀、出口阀和螺栓；所述泵壳为两个圆筒组成台阶状圆筒，直径小的圆筒设于下端，杆活塞设于直径小的圆筒内，杆活塞的活塞上端与碟形弹簧的中心固定连接，碟形弹簧的外圆下部紧贴台阶状圆筒的台阶内壁，所述筒状连接体上、下端分别与筒状外壳下端、泵壳上端连接，筒状外壳与泵壳之间通过螺栓连接；所述泵壳底部安装有进口阀和出口阀；所述位移放大机构由两个截面为矩形的杆组成，一根矩形杆的上表面紧贴磁致伸缩棒的的下端，一端设于筒状连接体的内槽中，另一端与一根矩形杆的上表面的连接；一根矩形杆的一端通过销钉与筒状连接体连接，另一端的下部设有突起物，突起物紧贴碟形弹簧的中心。筒状连接体嵌在用螺栓连接的筒状外壳和泵壳之间，用螺栓连接端盖和筒状连接体后，形成一个封闭的工作腔；所述工作腔由上而下设有上永磁铁、线圈架、线圈、下永磁铁、位移放大装置、碟形弹簧、杆活塞；上、下永磁铁产生偏置磁场，以利于提高磁致伸缩棒的工作效率，减小工作死区；线圈架内装有柔性套包裹的磁致伸缩棒，磁致伸缩棒上端与端盖下底面接触，下端与位移放大机构接触，位移放大机构紧压下方的碟形弹簧；碟形弹簧与杆活塞之间以焊接或其他方式连接形成整体，装配时使碟形弹簧受压，通过位移放大机构压迫磁致伸缩棒，为磁致伸缩棒提供预紧压力。泵壳设有进口阀和出口阀连通泵壳腔体和外部进出水管，连接处用密封胶密封保证密封性能。磁致伸缩棒与线圈架内层之间设有柔性套，填充空隙同时具有隔热的效果。
本使用新型的特点在于：位移放大机构通过销钉和筒状连接体内槽与筒状连接体连接，组成位移放大装置。销钉截面为圆形，位移放大机构与销钉配合的孔为长方形截面，且长方形宽度等于圆直径。
本使用新型的特点还在于：磁致伸缩棒采用Tb-Dy-Fe合金材料，即铽镝铁合金棒；线圈架采用隔热性能良好的聚四氟乙烯；位移放大机构用超硬铝合金7075-T6板；碟形弹簧结构特殊如图5所示，选用弹簧钢材料；泵体采用铝合金材料，杆活塞为金属体，杆活塞头涂一层陶瓷，陶瓷层外涂有一层密封橡胶层。
本实用新型的有益效果是：1、相比于膜式泵，在磁致伸缩棒长度方向变形量相同的情况下，杆活往复运动较薄膜形变产生腔体变形大，产生的流量较大。2、相比于膜式泵，杆活塞较薄膜刚度大，容易实现输大的压力输出。3、体积小，噪音小，低压驱动，能耗少。
附图说明
图1为本实用新型的内部结构示意图。
图2为本实用新型的外部结构示意图。
图3为本实用新型筒状连接体的外形图。
图3为本实用新型位移放大机构的外形图。
图5为本实用新型碟形弹簧外形图。
图中：1 螺钉, 2端盖, 3筒状外壳, 4上永磁铁, 5线圈架, 6线圈, 7柔性套, 8磁致伸缩棒, 9下永磁铁, 10销钉, 11位移放大机构,12筒状连接体, 13碟形弹簧, 14杆活塞, 15泵壳, 16进口阀, 17出口阀, 18插孔, 19螺栓 。
具体实施方式
参见附图1和附图2，本实用新型一种磁致伸缩型微泵的实施例，所述微泵外形整体尺寸为Φ30×65mm，端盖2与筒状外壳3以螺栓1联接；筒状外壳3内底部上表面与下永磁铁9下表面接触，下永磁铁9上表面设有带有线圈6的线圈架5，线圈架5与端盖2之间放置有上永磁铁4；所述线圈架5内壁接触包裹磁致伸缩棒8的柔性套7；所述磁致伸缩棒8上表面与端盖2下端接触，磁致伸缩棒8与位移放大机构11上杆上表面接触，位移放大机构11下杆触头部分压紧碟形弹簧13，装配过程中碟形弹簧13受压变形。所述位移放大机构11通过销钉10与筒状连接体12连接形成位移放大装置。所述筒状连接体12上、下端分别与筒状外壳3下端、泵壳15上端配合，筒状外壳3与泵壳15之间通过螺栓19连接。所述泵壳15安装有进口阀16和出口阀17，并用涂有密封胶密封。
具体实施时，杆活塞14为金属体，杆活塞14头部涂一层陶瓷，陶瓷层外涂有一层密封橡胶层，尺寸为Φ10mm。碟形弹簧13与杆活塞14通过焊接或其他方式连接成整体。磁致伸缩棒8尺寸为Φ7×35 mm，采用Tb-Dy-Fe合金材料（市售），柔性套7包裹磁致伸缩棒8，采用具有足够柔韧性的塑料或橡胶材料，用于消除磁致伸缩棒8与线圈架5孔的间隙。位移放大机构11宽度为20mm，厚度为3mm，柔性铰链处最薄处为1mm，设计其放大倍数为2.5；位移放大机构11中各个传动杆通过销钉10与筒状连接器12连接。整体后装配后，磁致伸缩棒8受轴向压力，须保证碟形弹簧13受压有轻微变形。插孔18处引入低频控制电流，以调节电流大小与变化频率的方式控制流量。本实施例：额定电压为10v，外部无输出压力下输出最大流量为560mL/min，最大输出压力400Kpa。
本实用新型的工作原理是：线圈通电后产生外加磁场，磁致伸缩棒8在外加磁场作用下长度方向发生机械变形：当外加磁场减弱时，磁致伸缩棒8缩短，碟形弹簧13压力减弱向上恢复，推动位移放大机构11向上变形，同时拉动杆活塞14向上运动，内部液体压力减小，进口阀16打开出口阀17关闭，有微量液体流入，完成吸液过程；当外加磁场增强时，磁致伸缩棒8伸长推动位移放大机构向下微量变形，作用在碟形弹簧13压力增大，碟形弹簧13压缩向下变形，作用在杆活塞14上的压力增大，推动液体向下运动，内部液体压力增加，进口阀16关闭出口阀17打开，有微量液体排出，完成排液过程。电流交替变化引起磁场交替变化，完成微型泵的吸排液功能。
Claims (8)
1.一种磁致伸缩型微泵，其特征在于：由磁致伸缩驱动器、位移放大机构（11）和泵体部分组成；磁致伸缩驱动器包括螺钉(1)、端盖(2)、筒状外壳(3)、上永磁铁(4)、线圈架(5)、线圈(6)、柔性套(7)、磁致伸缩棒(8)和下永磁铁(9)；所述筒状外壳(3)为圆筒状，沿筒状壳体(3)的内壁由下到上依次布置下圆筒状的永磁铁(9)、带有线圈(6)的线圈架(5)、上永磁铁(4)；所述圆筒状的线圈架(5)的内壁设有柔性套(7)，所述柔性套(7)内设有磁致伸缩棒(8)，端盖(2)和筒状外壳(3)通过螺钉(1)连接，连接后磁致伸缩棒(8)上表面与端盖(2)贴合压紧产生预紧力；
泵体部分包括筒状连接体(12)、碟形弹簧(13)、杆活塞(14)、泵壳(15)、进口阀(16)、出口阀(17)和螺栓(19)；所述泵壳(15)为两个圆筒组成台阶状圆筒，直径小的圆筒设于下端，杆活塞(14)设于直径小的圆筒内，杆活塞(14)的活塞上端与碟形弹簧(13)的中心固定连接，碟形弹簧(13)的外圆下部紧贴台阶状圆筒的台阶内壁，所述筒状连接体(12)上、下端分别与筒状外壳(3)下端、泵壳(15)上端连接，筒状外壳(3)与泵壳(15)之间通过螺栓(19)连接；所述泵壳(15)底部安装有进口阀(16)和出口阀(17)；
所述位移放大机构(11)由两个截面为矩形的杆组成，一根矩形杆的上表面紧贴磁致伸缩棒(8)的的下端，一端设于筒状连接体（12）的内槽中，另一端与一根矩形杆的上表面的连接；一根矩形杆的一端通过销钉(10)与筒状连接体（12）连接，另一端的下部设有突起物，突起物紧贴碟形弹簧(13)的中心。
2.根据权利要求书1所述的一种磁致伸缩型微泵，其特征在于：所述销钉（10）截面为圆形，位移放大机构（11）与销钉（10）配合的孔为长方形截面，且长方形宽度等于圆直径。
3.根据权利要求书1或2所述的一种磁致伸缩型微泵，其特征在于：所述杆活塞（14）为金属体，头部杆活塞头涂一层陶瓷，陶瓷层外涂有一层密封橡胶层。
4.根据权利要求书1或2所述的一种磁致伸缩型微泵，其特征在于：磁致伸缩棒采用Tb-Dy-Fe合金材料。
5.根据权利要求书1所述的一种磁致伸缩型微泵，其特征在于：线圈架采用隔热性能良好的聚四氟乙烯。
6.根据权利要求书1或5所述的一种磁致伸缩型微泵，其特征在于：位移放大机构的材料为超硬铝合金7075-T6板。
7.根据权利要求书1或5所述的一种磁致伸缩型微泵，其特征在于：碟形弹簧为弹簧钢材料。
8.根据权利要求书1或5所述的一种磁致伸缩型微泵，其特征在于：泵体采用铝合金材料。
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