專利名稱：基于電磁驅(qū)動(dòng)的無(wú)脈動(dòng)式輸出的微泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微流體控制、微機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種微流量液體的輸送裝置。
(二)、背景技術(shù)微流量系統(tǒng)能夠精確檢測(cè)和控制每分鐘微升量級(jí)的流量，在藥物微量輸送、釋放、微量液體采樣、油料微量噴射、細(xì)胞分離、集成電子元件冷卻以及微量化學(xué)分析、航天等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。作為該系統(tǒng)核心部分的微型泵，已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。微泵因能輸注定量液體，控制輸注速度，用來(lái)輸注要求用量準(zhǔn)確、輸入速度穩(wěn)定的特殊藥物，如強(qiáng)心劑、血管活性藥物等，因而在生物醫(yī)學(xué)中廣泛使用。例如，糖尿病人以往都是一次注射較大劑量的胰島素，這不僅造成浪費(fèi)。而且藥效作用時(shí)間也較短，因此極需要一種流量能微量控制的持續(xù)的滴液裝置。在這類流量精細(xì)控制和檢測(cè)系統(tǒng)中，微小型泵是一個(gè)基本元件。
微泵的研究始于20世紀(jì)80年代初，自從美國(guó)學(xué)者Jan Smits率先研發(fā)出用于胰島素注射用蠕動(dòng)式微泵以來(lái)，數(shù)以百計(jì)的關(guān)于新型微泵研發(fā)的論文在國(guó)際學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表。通常按照微泵腔內(nèi)有無(wú)運(yùn)動(dòng)部件分，泵可以分為機(jī)械泵和非機(jī)械泵(泵內(nèi)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件)兩種，機(jī)械式微泵靠活動(dòng)部件來(lái)傳輸控制流體，而非機(jī)械式微泵則沒(méi)有任何活動(dòng)部件。機(jī)械泵內(nèi)的運(yùn)動(dòng)部件主要是指振動(dòng)膜。振動(dòng)膜微泵是依靠驅(qū)動(dòng)器使膜片變形，引起泵腔內(nèi)壓力變化，從而將流體定向輸送的。振動(dòng)膜微泵，按其驅(qū)動(dòng)原理可分為壓電驅(qū)動(dòng)式、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)式、熱驅(qū)動(dòng)式、靜電驅(qū)動(dòng)式、電磁驅(qū)動(dòng)式。非機(jī)械式微泵可分為電液力驅(qū)動(dòng)式、超聲波驅(qū)動(dòng)式、電滲驅(qū)動(dòng)式、連續(xù)電浸潤(rùn)式、磁液力驅(qū)動(dòng)式、氣泡驅(qū)動(dòng)式。目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)微泵都是脈動(dòng)式的，并且利用傳感器信號(hào)控制微泵輸出的研究成果并不多，這種新型的無(wú)脈動(dòng)式自適應(yīng)微泵有著廣泛的應(yīng)用的前景。
(三)、發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種由電磁控制，雙模雙腔結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變控制信號(hào)使兩個(gè)腔體的交替工作，達(dá)到流體的無(wú)脈動(dòng)式輸出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流量控制精確的基于電磁驅(qū)動(dòng)的無(wú)脈動(dòng)式輸出的微泵。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括驅(qū)動(dòng)器和微泵，驅(qū)動(dòng)器由驅(qū)動(dòng)線圈和驅(qū)動(dòng)磁鐵組成，微泵分為上泵體、中泵體、下泵體三部分，在上泵體開(kāi)有上泵腔、左側(cè)錐形閥、右側(cè)錐形閥、進(jìn)水孔、出水孔，上泵腔通過(guò)左、右兩個(gè)錐形閥與進(jìn)、出水孔相連，中泵體中間開(kāi)有驅(qū)動(dòng)腔，驅(qū)動(dòng)磁鐵置于驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)，驅(qū)動(dòng)腔腔體上下固定有薄膜，驅(qū)動(dòng)腔腔體兩側(cè)分別有進(jìn)出水孔，下泵體開(kāi)有下泵腔、左側(cè)錐形閥、右側(cè)錐形閥、進(jìn)水孔、出水孔，下泵腔通過(guò)兩個(gè)錐形閥與進(jìn)、出水孔相連。
本發(fā)明還有這樣一些技術(shù)特征1、所述的驅(qū)動(dòng)線圈位于上泵體的上方，并且與中泵體中間的驅(qū)動(dòng)腔垂直；2、所述的錐形閥的角度為20°-30°，每個(gè)錐形閥的錐形角度均相等；3、所述的上中下三個(gè)泵體由塑料螺絲、螺母固定，泵體四周通過(guò)密封膠密封。
本發(fā)明由驅(qū)動(dòng)線圈和驅(qū)動(dòng)磁鐵組成驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)改變外加磁場(chǎng)的方向進(jìn)而改變內(nèi)部磁鐵的振動(dòng)方向，帶動(dòng)薄膜改變泵腔的體積，來(lái)實(shí)現(xiàn)液體輸送的。由于是兩個(gè)泵腔交替工作，所以它能夠完成流體的無(wú)脈動(dòng)式輸出，并且通過(guò)改變外加磁場(chǎng)的頻率可以調(diào)節(jié)微泵的輸出流量。微泵的整體尺寸為45mm×16mm×23mm，總重量為32g。該泵可以在較低的電壓下工作，具有響應(yīng)速度快，使用安全等特點(diǎn)。另外，該微泵的輸出方式是無(wú)脈動(dòng)式輸出非常適用于醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出，在驅(qū)動(dòng)頻率在40Hz的時(shí)候可以得到最大的輸出流量，約為0.6ml/min，并且該流量可以隨著電壓的增大而繼續(xù)增加。
本發(fā)明的有益效果有1.本發(fā)明由驅(qū)動(dòng)線圈和驅(qū)動(dòng)磁鐵構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器，利用驅(qū)動(dòng)線圈通電所產(chǎn)生的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)磁鐵運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器為外置，且可以不接觸泵體進(jìn)行控制。制作工藝簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)。
2.本發(fā)明采用了雙模雙腔體結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變控制信號(hào)使驅(qū)動(dòng)磁鐵振動(dòng)，從而帶動(dòng)兩個(gè)薄膜振動(dòng)，使兩個(gè)腔體的體積交替發(fā)生變化，以達(dá)到液體的無(wú)脈動(dòng)式輸出。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低電壓驅(qū)動(dòng)，能耗低等特點(diǎn)。
3.本發(fā)明具有體積小、成本低、所使用材料對(duì)人體無(wú)害等特點(diǎn)，適用于醫(yī)學(xué)上藥物配給、藥物輸送等方面本發(fā)明可以在較低的電壓下工作，具有響應(yīng)速度快，使用安全等特點(diǎn)。另外，該微泵的輸出方式是無(wú)脈動(dòng)式輸出非常適用于醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出，在驅(qū)動(dòng)頻率在40Hz的時(shí)候可以得到最大的輸出流量，約為0.6ml/min，并且該流量可以隨著電壓的增大而繼續(xù)增加。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖2為圖1中A-A剖面圖；圖3為圖1中B-B剖面圖；圖4為本發(fā)明的工作原理示意圖(1)；圖5為本發(fā)明的工作原理示意圖(2)；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述如圖1、圖2、圖3所示，泵體分為上中下三個(gè)部分。在上泵體1開(kāi)有上泵腔6，其通過(guò)左右兩個(gè)錐形閥4，9與進(jìn)出水孔2，10相連。在中泵體5中間開(kāi)有驅(qū)動(dòng)腔17，兩側(cè)分別有進(jìn)出水孔3，11，且都與上泵腔垂直對(duì)應(yīng)，驅(qū)動(dòng)磁鐵8置于其中，將兩個(gè)薄膜7，16分別固定于驅(qū)動(dòng)腔體17上下方。在下泵體開(kāi)有下泵腔15，與上泵體對(duì)應(yīng)，下泵腔也是通過(guò)兩個(gè)錐形閥14，18與進(jìn)出水孔13，19相連，每個(gè)錐形閥的錐形角度均相等。
工作原理如圖4、圖5所示，在工作狀態(tài)下，通過(guò)對(duì)外置驅(qū)動(dòng)線圈20施加交變的控制信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)磁鐵8上下振動(dòng)，從而帶動(dòng)兩個(gè)薄膜7，16發(fā)生變形，使上下兩個(gè)腔體6，15的容積發(fā)生周期性的增加和減少。液體從上泵體的進(jìn)水孔2進(jìn)入泵腔內(nèi)，當(dāng)上層薄膜7在磁鐵的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生形變，上泵腔6的容積減少時(shí)，設(shè)上泵腔左側(cè)錐形閥4的輸出流量為Q1，上泵腔右側(cè)的錐形閥9的輸出流量為Q2，根據(jù)錐形閥內(nèi)流體的流動(dòng)特性，此時(shí)的流量Q1＜Q2，產(chǎn)生了凈流量ΔQ，即上泵腔6此時(shí)處于泵出狀態(tài)。與此同時(shí)，下層薄膜16沒(méi)有受到磁鐵作用而保持原狀，下泵腔15的容積增加，設(shè)下泵腔左側(cè)錐形閥14的輸入流量為Q3，下泵腔右側(cè)的錐形閥18的輸入流量為Q4，根據(jù)錐形閥內(nèi)流體的流動(dòng)特性，此時(shí)的流量Q3＞Q4，產(chǎn)生了凈流量ΔQ，即下泵腔15此時(shí)處于吸入狀態(tài)。由于上泵腔右側(cè)錐形閥9的輸出流量Q2要大于下泵腔右側(cè)錐形閥18的輸入流量Q4，因此在整個(gè)泵的出水孔處于泵出狀態(tài)；由于上泵腔左側(cè)錐形閥4的輸出流量Q1要小于下泵腔左側(cè)錐形閥14的輸入流量Q3，因此整個(gè)泵的進(jìn)水孔處于吸入狀態(tài)。我們改變控制信號(hào)的方向，因?yàn)樯舷卤们?，15對(duì)應(yīng)布置，根據(jù)以上分析過(guò)程同理可知，整個(gè)泵的進(jìn)水孔仍處于吸入狀態(tài)，出水孔仍處于泵出狀態(tài)。因此，在一個(gè)工作周期內(nèi)，通過(guò)改變控制信號(hào)方向，可以使微泵實(shí)現(xiàn)流體的連續(xù)輸入和輸出。通過(guò)改變控制信號(hào)的振幅可以改變上下泵腔容積的變化量，來(lái)控制微泵的輸出流量，通過(guò)改變控制信號(hào)的頻率可以改變薄膜的振動(dòng)速度，從而也可以改變微泵的輸出流量。
本發(fā)明的技術(shù)指標(biāo)為微泵外形的整體尺寸為45mm×16mm×23mm(長(zhǎng)×寬×高)，總重量為32g，微泵采用Acryl有機(jī)玻璃作為泵體材料，采用硅橡膠作為驅(qū)動(dòng)薄膜。上下泵腔的尺寸為12mm×6mm×2mm(長(zhǎng)×寬×高)，驅(qū)動(dòng)腔的尺寸為6mm×8mm×5mm(長(zhǎng)×寬×高)，磁鐵的外形尺寸為5mm×5mm×5mm(長(zhǎng)×寬×高)，重量為1g，輸出流量在50μl/min.-900μl/min范圍內(nèi)可調(diào)，且為無(wú)脈動(dòng)式連續(xù)輸出。輸出泵壓在0.6Pa-18Pa之間。
本發(fā)明的上中下三個(gè)泵體由塑料螺絲、螺母固定，泵體四周用密封膠做密封處理。
權(quán)利要求
1.一種基于電磁驅(qū)動(dòng)的無(wú)脈動(dòng)式輸出的微泵，它包括驅(qū)動(dòng)器和微泵，其特征在于驅(qū)動(dòng)器由驅(qū)動(dòng)線圈和驅(qū)動(dòng)磁鐵組成，微泵分為上泵體、中泵體、下泵體三部分，在上泵體開(kāi)有上泵腔、左側(cè)錐形閥、右側(cè)錐形閥、進(jìn)水孔、出水孔，上泵腔通過(guò)左、右兩個(gè)錐形閥與進(jìn)、出水孔相連，中泵體中間開(kāi)有驅(qū)動(dòng)腔，驅(qū)動(dòng)磁鐵置于驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)，驅(qū)動(dòng)腔腔體上下固定有薄膜，驅(qū)動(dòng)腔腔體兩側(cè)分別有進(jìn)出水孔，下泵體開(kāi)有下泵腔、左側(cè)錐形閥、右側(cè)錐形閥、進(jìn)水孔、出水孔，下泵腔通過(guò)兩個(gè)錐形閥與進(jìn)、出水孔相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁驅(qū)動(dòng)的無(wú)脈動(dòng)式輸出的微泵，其特征是所述的驅(qū)動(dòng)線圈位于上泵體的上方，并且與中泵體中間的驅(qū)動(dòng)腔垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于電磁驅(qū)動(dòng)的無(wú)脈動(dòng)式輸出的微泵，其特征是所述的錐形閥的角度為20°-30°，每個(gè)錐形閥的錐形角度均相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于電磁驅(qū)動(dòng)的無(wú)脈動(dòng)式輸出的微泵，其特征在于所述的上中下三個(gè)泵體由塑料螺絲、螺母固定，泵體四周通過(guò)密封膠密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于電磁驅(qū)動(dòng)的無(wú)脈動(dòng)式輸出的微泵，其特征在于所述的上中下三個(gè)泵體由塑料螺絲、螺母固定，泵體四周通過(guò)密封膠密封。
全文摘要
本發(fā)明是一種由電磁驅(qū)動(dòng)的無(wú)脈動(dòng)式輸出的微泵，它包括驅(qū)動(dòng)器和微泵，驅(qū)動(dòng)器由驅(qū)動(dòng)線圈和驅(qū)動(dòng)磁鐵組成，微泵分為上泵體、中泵體、下泵體三部分，在上泵體開(kāi)有上泵腔、左側(cè)錐形閥、右側(cè)錐形閥、進(jìn)水孔、出水孔，上泵腔通過(guò)左、右兩個(gè)錐形閥與進(jìn)、出水孔相連，中泵體中間開(kāi)有驅(qū)動(dòng)腔，驅(qū)動(dòng)磁鐵置于驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)，驅(qū)動(dòng)腔腔體上下固定有薄膜，驅(qū)動(dòng)腔腔體兩側(cè)分別有進(jìn)出水孔，下泵體開(kāi)有下泵腔、左側(cè)錐形閥、右側(cè)錐形閥、進(jìn)水孔、出水孔，下泵腔通過(guò)兩個(gè)錐形閥與進(jìn)、出水孔相連。本發(fā)明可以在較低的電壓下工作，具有響應(yīng)速度快，使用安全等特點(diǎn)。另外，該微泵的輸出方式是無(wú)脈動(dòng)式輸出非常適用于醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F04B43/02GK101042130SQ20071007216
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月30日
發(fā)明者郭書祥, 葉秀芬, 裴志, 王天 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)