一種基于磁致伸縮棒驅(qū)動的微泵的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于磁致伸縮棒組驅(qū)動的微泵，屬于微流體控制領(lǐng)域。本實用新型主要包括磁致伸縮驅(qū)動器和泵體兩部分，磁致伸縮驅(qū)動器中布置帶有線圈的線圈架，線圈架上端和下端布置提供靜態(tài)偏置磁場的永磁鐵，線圈架中心通孔內(nèi)的套筒內(nèi)布置有磁致伸縮棒組，磁致伸縮棒組由上級棒和下級棒組成；根據(jù)磁致伸縮原理，線圈通入控制電流引起的空間磁場變化會導(dǎo)致磁致伸縮棒在長度方向伸縮，由于下級棒與碟形彈簧緊貼并存在預(yù)緊力，上級棒和下級棒的變形疊加后將通過碟形彈簧作用于桿活塞上，實現(xiàn)泵體密閉腔體容積的改變，達(dá)到微量液體吸入與排出的效果。本實用新型機械結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，流量較大，穩(wěn)定性好。
【專利說明】一種基于磁致伸縮棒驅(qū)動的微泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及微泵，特別涉及一種磁致伸縮棒驅(qū)動的微泵。
【背景技術(shù)】
[0002]微泵是一種微量流體輸送機構(gòu)，隨著生物、醫(yī)療、化學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測等行業(yè)的不斷發(fā)展，微泵漸漸顯示出廣闊的應(yīng)用前景。微泵從結(jié)構(gòu)上可分為機械式和非機械兩種類型。非機械式微泵包括電液力、超聲波、電滲、磁液力、氣泡等驅(qū)動方式，由于泵體無任何活動部件，非機械式微泵往往流量小、輸出壓力小，并且工作性能也受到流體性能的影響。目前常用的機械式主要是膜式泵，膜式泵有壓電驅(qū)動、靜電驅(qū)動、熱驅(qū)動等多種驅(qū)動方式，都是通過膜片受力變形改變密閉腔體容積來實現(xiàn)液體的輸送，因而普遍存在功率小、輸出壓力較小的問題。
[0003]專利CN 1908431A提供的一種超磁致伸縮棒驅(qū)動的膜式微泵，該微泵將磁致伸縮棒產(chǎn)生的微量變形經(jīng)位移放大機構(gòu)放大后，作用于膜片上，使得膜片有較大的變形，從而實現(xiàn)較大的排量，但是由于引入了位移放大機構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的略顯復(fù)雜，減弱了微泵在高頻振動中的穩(wěn)定性，同時也使得泵的尺寸較大。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足在于:1、非機械式微泵流量小且受到流體性質(zhì)的限制。2、膜式微泵流量小，引入放大機構(gòu)增大流量會削弱微泵工作的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型提供一種微泵，將兩極磁致伸縮棒伸縮效果疊加后直接作用于桿活塞，利用桿活塞往復(fù)運動帶動泵體內(nèi)密閉腔體容積的變化，結(jié)構(gòu)簡單，在增大微泵排量的同時期望得到較好的穩(wěn)定性。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種基于磁致伸縮棒組驅(qū)動的微泵，由磁致伸縮驅(qū)動器和泵體部分組成；磁致伸縮驅(qū)動器包括螺釘、端蓋、筒狀外殼、上永磁鐵、線圈架、線圈、套筒、左磁致伸縮棒、中磁致伸縮棒、右磁致伸縮棒、下永磁鐵和插孔；所述筒狀殼體為圓筒狀，沿筒狀殼體的內(nèi)壁由下到上依次布置下圓筒狀的永磁鐵、帶有線圈的線圈架、上永磁鐵；所述圓筒狀的線圈架的內(nèi)壁設(shè)有套筒，所述套筒沿筒狀外殼的軸向平行設(shè)有三個圓柱狀非通腔體，三個圓柱狀非通腔體由左到右分別是上端開口下端封閉、下端開口上端封閉、上端開口下端封閉；三個圓柱狀非通腔體內(nèi)布置有磁致伸縮棒組，由左到右分別是左磁致伸縮棒、中磁致伸縮棒、右磁致伸縮棒，左磁致伸縮棒和右磁致伸縮棒為上級棒，中磁致伸縮棒為下級棒；端蓋和筒狀外殼通過螺釘連接,連接后左磁致伸縮棒和右磁致伸縮棒上表面與端蓋2貼合壓緊產(chǎn)生預(yù)緊力；泵體部分包括碟形彈簧、桿活塞、泵殼、進(jìn)口閥、出口閥和螺栓；所述泵殼為兩個圓筒組成臺階狀圓筒，直徑小的圓筒設(shè)于下端，桿活塞設(shè)于直徑小的圓筒內(nèi)，桿活塞的活塞上端與碟形彈簧的中心下部固定連接，所述中磁致伸縮棒的下端緊貼碟形彈簧的中心上部，碟形彈簧的外圓下部緊貼臺階狀圓筒的臺階內(nèi)壁，筒狀外殼與泵殼之間通過螺栓連接；所述泵殼底部安裝有進(jìn)口閥和出口閥。其中，上永磁鐵和下永磁鐵提供偏置磁場，用于提高磁致伸縮性能；線圈用于通入控制電流，改變空間磁場，實現(xiàn)磁致伸縮棒長度方向的微量伸縮；磁致伸縮棒組合理布置在套筒中，包括上級棒和下級棒，作用于泵體的伸縮量為上級棒與下級棒伸縮量的總和。所述泵體包括碟形彈簧、桿活塞、泵殼、進(jìn)口閥、出口閥、插孔、螺栓，其中，碟形彈簧與桿活塞以焊接或其他方式連接形成整體，泵殼底部連接有進(jìn)口閥和出口閥并涂抹密封膠保證密封性能。
[0007]所述磁致伸縮驅(qū)動器與泵體通過筒狀外殼與泵殼連接，形成一個封閉的工作腔，所述工作腔中磁致伸縮棒組的下級棒，即中磁致伸縮棒，下端與碟形彈簧上表面接觸，通入控制電流后上級棒和下級棒伸縮量疊加后直接通過碟形彈簧作用在桿活塞上，桿活塞往復(fù)運動帶動泵體密閉腔體容積的變化，從而實現(xiàn)微量液體的輸入與排出。
[0008]本實用新型特點在于:本實用新型中碟形彈簧與桿活塞之間以焊接或其他方式連接形成整體，為消除碟形彈簧與磁致伸縮棒間隙和提供磁致伸縮棒需要的預(yù)壓緊力，裝配時須保證碟形彈簧適度受壓。此外，磁致伸縮棒組采用3個磁致伸縮棒構(gòu)成，分為上級棒和下級棒兩組，均采用Tb-Dy-Fe合金材料；碟形彈簧結(jié)構(gòu)特殊如圖3所示，選用彈簧鋼材料；泵體采用鋁合金材料，桿活塞為金屬體，桿活塞頭涂一層陶瓷，陶瓷層外涂有一層密封橡膠層。
[0009]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是:1、直接驅(qū)動，無間接的轉(zhuǎn)換裝置，結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)迅速，穩(wěn)定性好；2、相比于同規(guī)格的膜式微泵，活塞往復(fù)作用較薄膜形變產(chǎn)生的體積變化大，流量較大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本實用新型的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為本實用新型碟形彈簧結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖4為本實用新型A-A截面圖。
[0014]圖中:1螺釘，2端蓋，3筒狀外殼，4上永磁鐵，5線圈架，6線圈，7套筒，8磁致伸縮棒，9下永磁鐵，10碟形彈簧，11桿活塞，12泵殼，13進(jìn)口閥，14出口閥，15插孔，16螺栓。
【具體實施方式】
[0015]參見附圖1和附圖2，本實用新型的一個實施例，該微泵外形整體尺寸為Φ45Χ65mm,所述微泵包括磁致伸縮驅(qū)動器和泵體兩部分。
[0016]磁致伸縮驅(qū)動器部分包括螺釘1，端蓋2，筒狀外殼3，上永磁鐵4，線圈架5，線圈6，套筒7，左磁致伸縮棒8a，中磁致伸縮棒8b，右磁致伸縮棒8c，下永磁鐵9，插孔15。筒狀殼體3內(nèi)部由下到上依次布置下永磁鐵9、帶有線圈6的線圈架5、上永磁鐵4 ;線圈架5中間通孔內(nèi)設(shè)有套筒7，套筒7三個非通腔體內(nèi)布置有磁致伸縮棒組8，由左到右分別是左磁致伸縮棒8a，中磁致伸縮棒8b，右磁致伸縮棒8c，3個磁致伸縮棒尺寸均為Φ 5 X 35 mm，均采用Tb-Dy-Fe合金材料。上永磁鐵4和下永磁鐵9提供偏執(zhí)磁場，提高磁致伸縮系能。套筒7采用隔熱性能好的聚乙烯材料，減小線圈6發(fā)熱對磁致伸縮棒8性能的影響。端蓋2和筒狀外殼3通過螺釘I連接，連接后左磁致伸縮棒Sb和右磁致伸縮棒8c上表面與端蓋2貼合壓緊產(chǎn)生預(yù)緊力。
[0017]泵體部分包括碟形彈簧10，桿活塞11，泵殼12，進(jìn)口閥13，出口閥14。進(jìn)口閥13和出口閥14分別與泵殼12腔體連通，并在連接位置涂抹密封膠保證其密封性；桿活塞為金屬體，桿活塞頭涂一層陶瓷，陶瓷層外涂有一層密封橡膠層，桿活塞活塞部分尺寸為20mm ;碟形彈簧10與桿活塞11通過焊接或其他方式連接成整體。
[0018]磁致伸縮驅(qū)動器和泵體之間的連接通過螺釘10連接的筒狀殼體3和泵殼12實現(xiàn)，為保證裝配后磁致伸縮棒組8受軸向壓力，安裝時須保證碟形彈簧10受壓有輕微變形。插孔15處引入低頻控制電流，調(diào)節(jié)電流大小與變化頻率的方式控制流量。
[0019]本實用新型的工作原理是:插孔15處引入低頻控制電流，通電線圈后產(chǎn)生外加磁場，磁致伸縮棒在外加磁場作用下長度方向發(fā)生伸縮變形:當(dāng)外加磁場減弱時，磁致伸縮棒縮短，磁致伸縮棒組中上級棒與下級棒長度均縮短，隨著下級棒作用在碟形彈簧10壓力減小，碟形彈簧10向上恢復(fù)，帶動桿活塞11向上運動，泵體密閉腔體內(nèi)部液體壓力減小，進(jìn)口閥13打開出口閥14關(guān)閉，有微量液體流入，完成吸液過程；當(dāng)外加磁場增強時，磁致伸縮棒伸長，磁致伸縮棒組中上級棒與下級棒長度均伸長，隨著下級棒作用在碟形彈簧10壓力增大，碟形彈簧10向下變形，推動桿活塞11向下運動，泵體密閉腔體內(nèi)部液體壓力增加，進(jìn)口閥13關(guān)閉出口閥14打開，有微量液體排出，完成排液過程。控制電流交替變化引起磁場交替變化，完成微泵的吸排液功能。
[0020]本實用新型不限于以上實施例，微泵的流量大小由輸入線圈電流的大小和頻率控制，適用于低頻、輸出壓力較大的場合。
【權(quán)利要求】
1.一種基于磁致伸縮棒組驅(qū)動的微泵，其特征在于:由磁致伸縮驅(qū)動器和泵體部分組成；磁致伸縮驅(qū)動器包括螺釘(I)、端蓋(2)、筒狀外殼(3)、上永磁鐵(4)、線圈架(5)、線圈(6)、套筒(7)、左磁致伸縮棒(8a)、中磁致伸縮棒(8b)、右磁致伸縮棒(8c)、下永磁鐵(9)和插孔(20);所述筒狀殼體(3)為圓筒狀，沿筒狀殼體(3)的內(nèi)壁由下到上依次布置圓筒狀的下永磁鐵(9)、帶有線圈(6)的線圈架(5)、上永磁鐵(4);所述圓筒狀的線圈架(5)的內(nèi)壁設(shè)有套筒(7)，所述套筒(7)沿筒狀外殼(3)的軸向平行設(shè)有三個圓柱狀非通腔體，三個圓柱狀非通腔體由左到右分別是上端開口下端封閉、下端開口上端封閉、上端開口下端封閉；三個圓柱狀非通腔體內(nèi)布置有磁致伸縮棒組(8)，由左到右分別是左磁致伸縮棒(8a)、中磁致伸縮棒(8b)、右磁致伸縮棒(8c)，左磁致伸縮棒(8a )和右磁致伸縮棒(8c)為上級棒，中中磁致伸縮棒(8b)為下級棒；端蓋(2)和筒狀外殼(3)通過螺釘(I)連接，連接后左磁致伸縮棒(Sb)和右磁致伸縮棒(Sc)上表面與端蓋(2)貼合壓緊產(chǎn)生預(yù)緊力； 泵體部分包括碟形彈簧(10)、桿活塞(11)、泵殼(12)、進(jìn)口閥(13)、出口閥(14)和螺栓(16);所述泵殼(12)為兩個圓筒組成臺階狀圓筒，直徑小的圓筒設(shè)于下端，桿活塞(11)設(shè)于直徑小的圓筒內(nèi)，桿活塞(11)的活塞上端與碟形彈簧(10)的中心下部固定連接，所述中磁致伸縮棒(8b)的下端緊貼碟形彈簧(10)的中心上部，碟形彈簧(10)的外圓下部緊貼臺階狀圓筒的臺階內(nèi)壁，筒狀外殼(3)與泵殼(12)之間通過螺栓(16)連接；所述泵殼(15)底部安裝有進(jìn)口閥(16)和出口閥(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于磁致伸縮棒組驅(qū)動的微泵，其特征在于:所述左磁致伸縮棒(8a)、中磁致伸縮棒(8b)和右磁致伸縮棒(8c)尺寸為Φ5Χ20 mm，采用Tb-Dy-Fe合金材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁致伸縮棒組驅(qū)動的微泵，其特征在于:套筒(7)采用聚乙烯材料，減小線圈(6)發(fā)熱對磁致伸縮棒(8)性能的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I或2所述的一種基于磁致伸縮棒組驅(qū)動的微泵，其特征在于:所述桿活塞(14)為金屬體，頭部桿活塞頭涂一層陶瓷，陶瓷層外涂有一層密封橡膠層。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I或2所述的一種基于磁致伸縮棒組驅(qū)動的微泵，其特征在于:碟形彈簧為彈簧鋼材料。
【文檔編號】F04B17/04GK203742925SQ201320722811
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】姜銀方, 郭華杰, 姜文帆, 嚴(yán)琴, 張偉, 嚴(yán)有琪 申請人:江蘇大學(xué)