一種磁致伸縮型微泵的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種磁致伸縮型微泵，屬于微量流體輸送領(lǐng)域。本實(shí)用新型由磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器，位移放大裝置，泵體三部分組成。磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器中布置有帶有線圈的線圈架，線圈架中心通孔內(nèi)布置磁致伸縮棒，線圈架上端和下端分別布置了用于提供靜態(tài)偏置磁場(chǎng)永磁鐵，利用磁致伸縮效應(yīng)，通電線圈通入控制電流引起的磁場(chǎng)改變，使磁致伸縮棒長度方向伸縮并作用在與之緊貼的位移放大機(jī)構(gòu)上，經(jīng)位移放大機(jī)構(gòu)將伸縮量放大后作用于泵體，通過驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)伸縮改變泵體的容積，實(shí)現(xiàn)液體的微量流入與流出。本實(shí)用新型能夠被低電壓驅(qū)動(dòng)，適用于低頻時(shí)輸出壓力較大、流量較大的微流量流體的輸送。
【專利說明】一種磁致伸縮型微泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微量流體輸送領(lǐng)域，涉及一種利用超磁致伸縮材料伸縮性能驅(qū)動(dòng)的微型泵。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，微電子系統(tǒng)、高性能材料(超磁致伸縮、形狀記憶合金)的研究不斷的促進(jìn)著微泵的研究與發(fā)展，在醫(yī)藥(如液體檢測(cè)、藥物輸送)、生化(如基因篩選)、計(jì)算機(jī)(如CPU冷卻)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面已顯示出廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]微泵是主要有機(jī)械式和非機(jī)械式兩種。非機(jī)械式?jīng)]有任何傳動(dòng)部件，包括電液力、磁液力、電滲等驅(qū)動(dòng)方式，這些微泵輸出壓力小、流量小并且工作性能也往往受到流體性質(zhì)的影響。機(jī)械式微泵主要是通過改變腔體壓力的改變輸送液體，包括記憶合金驅(qū)動(dòng)、壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)、靜電驅(qū)動(dòng)熱驅(qū)動(dòng)等多種驅(qū)動(dòng)方式。其中，超磁致伸縮材料具有磁致伸縮率大，響應(yīng)快速的特點(diǎn)，在微泵、微閥等方面前景可觀。目前國內(nèi)外以磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)微泵主要以薄膜驅(qū)動(dòng)，專利CN 1570381A已提供了一種稀土超磁致伸縮材料直接驅(qū)動(dòng)的液壓泵，但流量較??；專利CN 102797667 A已提供了一種基于薄膜狀超磁致伸縮材料的微型泵，但膜式泵普遍存在輸出壓力較小的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有膜式微泵缺陷，本實(shí)用新型提供一種棒狀磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)的型微泵，利用磁致伸縮原理實(shí)現(xiàn)磁致伸縮棒長度方向的伸縮，經(jīng)過位移放大機(jī)構(gòu)放大后，帶動(dòng)桿活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)改變密閉腔體容積，在實(shí)現(xiàn)微量液體輸送的同時(shí)，期望得到較大的輸出流量與輸出壓力。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:由磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器、位移放大機(jī)構(gòu)和泵體部分組成；磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器包括螺釘、端蓋、筒狀外殼、上永磁鐵、線圈架、線圈、柔性套、磁致伸縮棒和下永磁鐵；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)有柔性套，所述柔性套內(nèi)設(shè)有磁致伸縮棒，端蓋和筒狀外殼通過螺釘連接，連接后磁致伸縮棒上表面與端蓋貼合壓緊產(chǎn)生預(yù)緊力；泵體部分包括筒狀連接體、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(gè)圓筒組成臺(tái)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固定連接，碟形彈簧的外圓下部緊貼臺(tái)階狀圓筒的臺(tái)階內(nèi)壁，所述筒狀連接體上、下端分別與筒狀外殼下端、泵殼上端連接，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；所述位移放大機(jī)構(gòu)由兩個(gè)截面為矩形的桿組成，一根矩形桿的上表面緊貼磁致伸縮棒的的下端，一端設(shè)于筒狀連接體的內(nèi)槽中，另一端與一根矩形桿的上表面的連接；一根矩形桿的一端通過銷釘與筒狀連接體連接，另一端的下部設(shè)有突起物，突起物緊貼碟形彈簧的中心。筒狀連接體嵌在用螺栓連接的筒狀外殼和泵殼之間，用螺栓連接端蓋和筒狀連接體后，形成一個(gè)封閉的工作腔；所述工作腔由上而下設(shè)有上永磁鐵、線圈架、線圈、下永磁鐵、位移放大裝置、碟形彈簧、桿活塞；上、下永磁鐵產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)，以利于提高磁致伸縮棒的工作效率，減小工作死區(qū)；線圈架內(nèi)裝有柔性套包裹的磁致伸縮棒，磁致伸縮棒上端與端蓋下底面接觸，下端與位移放大機(jī)構(gòu)接觸，位移放大機(jī)構(gòu)緊壓下方的碟形彈簧；碟形彈簧與桿活塞之間以焊接或其他方式連接形成整體，裝配時(shí)使碟形彈簧受壓，通過位移放大機(jī)構(gòu)壓迫磁致伸縮棒，為磁致伸縮棒提供預(yù)緊壓力。泵殼設(shè)有進(jìn)口閥和出口閥連通泵殼腔體和外部進(jìn)出水管，連接處用密封膠密封保證密封性能。磁致伸縮棒與線圈架內(nèi)層之間設(shè)有柔性套，填充空隙同時(shí)具有隔熱的效果。
[0006]本使用新型的特點(diǎn)在于:位移放大機(jī)構(gòu)通過銷釘和筒狀連接體內(nèi)槽與筒狀連接體連接，組成位移放大裝置。銷釘截面為圓形，位移放大機(jī)構(gòu)與銷釘配合的孔為長方形截面，且長方形寬度等于圓直徑。
[0007]本使用新型的特點(diǎn)還在于:磁致伸縮棒采用Tb-Dy-Fe合金材料，即鋪鏑鐵合金棒；線圈架采用隔熱性能良好的聚四氟乙烯；位移放大機(jī)構(gòu)用超硬鋁合金7075-T6板；碟形彈簧結(jié)構(gòu)特殊如圖5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。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:1、相比于膜式泵，在磁致伸縮棒長度方向變形量相同的情況下，桿活往復(fù)運(yùn)動(dòng)較薄膜形變產(chǎn)生腔體變形大，產(chǎn)生的流量較大。2、相比于膜式泵，桿活塞較薄膜剛度大，容易實(shí)現(xiàn)輸大的壓力輸出。3、體積小，噪音小，低壓驅(qū)動(dòng)，能耗少。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為本實(shí)用新型的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3為本實(shí)用新型筒狀連接體的外形圖。
[0012]圖3為本實(shí)用新型位移放大機(jī)構(gòu)的外形圖。
[0013]圖5為本實(shí)用新型碟形彈簧外形圖。
[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柔性套，8磁致伸縮棒，9下永磁鐵，10銷釘，11位移放大機(jī)構(gòu)，12筒狀連接體，13碟形彈簧，14桿活塞，15泵殼，16進(jìn)口閥，17出口閥，18插孔，19螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0015]參見附圖1和附圖2，本實(shí)用新型一種磁致伸縮型微泵的實(shí)施例，所述微泵外形整體尺寸為Φ30X65mm，端蓋2與筒狀外殼3以螺栓I聯(lián)接；筒狀外殼3內(nèi)底部上表面與下永磁鐵9下表面接觸，下永磁鐵9上表面設(shè)有帶有線圈6的線圈架5，線圈架5與端蓋2之間放置有上永磁鐵4 ;所述線圈架5內(nèi)壁接觸包裹磁致伸縮棒8的柔性套7 ;所述磁致伸縮棒8上表面與端蓋2下端接觸，磁致伸縮棒8與位移放大機(jī)構(gòu)11上桿上表面接觸，位移放大機(jī)構(gòu)11下桿觸頭部分壓緊碟形彈簧13，裝配過程中碟形彈簧13受壓變形。所述位移放大機(jī)構(gòu)11通過銷釘10與筒狀連接體12連接形成位移放大裝置。所述筒狀連接體12上、下端分別與筒狀外殼3下端、泵殼15上端配合，筒狀外殼3與泵殼15之間通過螺栓19連接。所述泵殼15安裝有進(jìn)口閥16和出口閥17，并用涂有密封膠密封。[0016]具體實(shí)施時(shí)，桿活塞14為金屬體，桿活塞14頭部涂一層陶瓷，陶瓷層外涂有一層密封橡膠層，尺寸為φ 10_。碟形彈簧13與桿活塞14通過焊接或其他方式連接成整體。磁致伸縮棒8尺寸為Φ7Χ35 mm，采用Tb-Dy-Fe合金材料(市售)，柔性套7包裹磁致伸縮棒8，采用具有足夠柔韌性的塑料或橡膠材料，用于消除磁致伸縮棒8與線圈架5孔的間隙。位移放大機(jī)構(gòu)11寬度為20mm,厚度為3mm,柔性鉸鏈處最薄處為Imm,設(shè)計(jì)其放大倍數(shù)為2.5 ；位移放大機(jī)構(gòu)11中各個(gè)傳動(dòng)桿通過銷釘10與筒狀連接器12連接。整體后裝配后，磁致伸縮棒8受軸向壓力，須保證碟形彈簧13受壓有輕微變形。插孔18處引入低頻控制電流，以調(diào)節(jié)電流大小與變化頻率的方式控制流量。本實(shí)施例:額定電壓為ΙΟν，外部無輸出壓力下輸出最大流量為560mL/min，最大輸出壓力400Kpa。
[0017]本實(shí)用新型的工作原理是:線圈通電后產(chǎn)生外加磁場(chǎng),磁致伸縮棒8在外加磁場(chǎng)作用下長度方向發(fā)生機(jī)械變形:當(dāng)外加磁場(chǎng)減弱時(shí)，磁致伸縮棒8縮短，碟形彈簧13壓力減弱向上恢復(fù)，推動(dòng)位移放大機(jī)構(gòu)11向上變形，同時(shí)拉動(dòng)桿活塞14向上運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部液體壓力減小，進(jìn)口閥16打開出口閥17關(guān)閉，有微量液體流入，完成吸液過程；當(dāng)外加磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，磁致伸縮棒8伸長推動(dòng)位移放大機(jī)構(gòu)向下微量變形，作用在碟形彈簧13壓力增大，碟形彈簧13壓縮向下變形，作用在桿活塞14上的壓力增大，推動(dòng)液體向下運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部液體壓力增力口，進(jìn)口閥16關(guān)閉出口閥17打開，有微量液體排出，完成排液過程。電流交替變化引起磁場(chǎng)交替變化，完成微型泵的吸排液功能。
【權(quán)利要求】
1.一種磁致伸縮型微泵，其特征在于:由磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器、位移放大機(jī)構(gòu)(11)和泵體部分組成；磁致伸縮驅(qū)動(dòng)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)、柔性套(7)、磁致伸縮棒(8)和下永磁鐵(9);所述筒狀外殼(3)為圓筒狀，沿筒狀殼體(3)的內(nèi)壁由下到上依次布置下圓筒狀的永磁鐵(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)有柔性套(7)，所述柔性套(7)內(nèi)設(shè)有磁致伸縮棒(8)，端蓋(2)和筒狀外殼(3)通過螺釘(I)連接，連接后磁致伸縮棒(8)上表面與端蓋(2)貼合壓緊產(chǎn)生預(yù)緊力； 泵體部分包括筒狀連接體(12)、碟形彈簧(13)、桿活塞(14)、泵殼(15)、進(jìn)口閥(16)、出口閥(17)和螺栓(19);所述泵殼(15)為兩個(gè)圓筒組成臺(tái)階狀圓筒，直徑小的圓筒設(shè)于下端，桿活塞(14)設(shè)于直徑小的圓筒內(nèi)，桿活塞(14)的活塞上端與碟形彈簧(13)的中心固定連接，碟形彈簧(13)的外圓下部緊貼臺(tái)階狀圓筒的臺(tái)階內(nèi)壁，所述筒狀連接體(12)上、下端分別與筒狀外殼⑶下端、泵殼(15)上端連接，筒狀外殼(3)與泵殼(15)之間通過螺栓(19)連接；所述泵殼(15)底部安裝有進(jìn)口閥(16)和出口閥(17)； 所述位移放大機(jī)構(gòu)(11)由兩個(gè)截面為矩形的桿組成，一根矩形桿的上表面緊貼磁致伸縮棒(8)的的下端，一端設(shè)于筒狀連接體(12)的內(nèi)槽中，另一端與一根矩形桿的上表面的連接；一根矩形桿的一端通過銷釘(10)與筒狀連接體(12)連接，另一端的下部設(shè)有突起物，突起物緊貼碟形彈簧(13)的中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種磁致伸縮型微泵，其特征在于:所述銷釘(10)截面為圓形，位移放大機(jī)構(gòu)(11)與銷釘(10)配合的孔為長方形截面，且長方形寬度等于圓直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I或2所述的一種磁致伸縮型微泵，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。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I或2所述的一種磁致伸縮型微泵，其特征在于:磁致伸縮棒采用Tb-Dy-Fe合金材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種磁致伸縮型微泵，其特征在于:線圈架采用隔熱性能良好的聚四氟乙烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I或5所述的一種磁致伸縮型微泵，其特征在于:位移放大機(jī)構(gòu)的材料為超硬鋁合金7075-T6板。
7.根據(jù)權(quán)利要求書I或5所述的一種磁致伸縮型微泵，其特征在于:碟形彈簧為彈簧鋼材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求書I或5所述的一種磁致伸縮型微泵，其特征在于:泵體采用鋁合金材料。
【文檔編號(hào)】F04B17/04GK203670126SQ201320722948
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)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(qǐng)人:江蘇大學(xué)