一種基于磁致伸縮棒驅(qū)動(dòng)的微泵的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于磁致伸縮棒組驅(qū)動(dòng)的微泵，屬于微流體控制領(lǐng)域。本實(shí)用新型主要包括磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器和泵體兩部分，磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器中布置帶有線(xiàn)圈的線(xiàn)圈架，線(xiàn)圈架上端和下端布置提供靜態(tài)偏置磁場(chǎng)的永磁鐵，線(xiàn)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(jí)棒和下級(jí)棒組成；根據(jù)磁致伸縮原理，線(xiàn)圈通入控制電流引起的空間磁場(chǎng)變化會(huì)導(dǎo)致磁致伸縮棒在長(zhǎng)度方向伸縮，由于下級(jí)棒與碟形彈簧緊貼并存在預(yù)緊力，上級(jí)棒和下級(jí)棒的變形疊加后將通過(guò)碟形彈簧作用于桿活塞上，實(shí)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(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，流量較大，穩(wěn)定性好。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于磁致伸縮棒驅(qū)動(dòng)的微泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微泵，特別涉及一種磁致伸縮棒驅(qū)動(dòng)的微泵。
【背景技術(shù)】
[0002]微泵是一種微量流體輸送機(jī)構(gòu)，隨著生物、醫(yī)療、化學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)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(jī)械式和非機(jī)械兩種類(lèi)型。非機(jī)械式微泵包括電液力、超聲波、電滲、磁液力、氣泡等驅(qū)動(dòng)方式，由于泵體無(wú)任何活動(dòng)部件，非機(jī)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(jī)械式主要是膜式泵，膜式泵有壓電驅(qū)動(dòng)、靜電驅(qū)動(dòng)、熱驅(qū)動(dòng)等多種驅(qū)動(dòng)方式，都是通過(guò)膜片受力變形改變密閉腔體容積來(lái)實(shí)現(xiàn)液體的輸送，因而普遍存在功率小、輸出壓力較小的問(wèn)題。
[0003]專(zhuān)利CN 1908431A提供的一種超磁致伸縮棒驅(qū)動(dòng)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(jī)構(gòu)放大后，作用于膜片上，使得膜片有較大的變形，從而實(shí)現(xiàn)較大的排量，但是由于引入了位移放大機(jī)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的略顯復(fù)雜，減弱了微泵在高頻振動(dòng)中的穩(wěn)定性，同時(shí)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(jī)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(jī)構(gòu)增大流量會(huì)削弱微泵工作的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)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(yùn)動(dòng)帶動(dòng)泵體內(nèi)密閉腔體容積的變化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在增大微泵排量的同時(shí)期望得到較好的穩(wěn)定性。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)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(dòng)的微泵，由磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器和泵體部分組成；磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器包括螺釘、端蓋、筒狀外殼、上永磁鐵、線(xiàn)圈架、線(xiàn)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(xiàn)圈的線(xiàn)圈架、上永磁鐵；所述圓筒狀的線(xiàn)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(gè)圓柱狀非通腔體，三個(gè)圓柱狀非通腔體由左到右分別是上端開(kāi)口下端封閉、下端開(kāi)口上端封閉、上端開(kāi)口下端封閉；三個(gè)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(jí)棒，中磁致伸縮棒為下級(jí)棒；端蓋和筒狀外殼通過(guò)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(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(tái)階狀圓筒的臺(tái)階內(nèi)壁，筒狀外殼與泵殼之間通過(guò)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(chǎng)，用于提高磁致伸縮性能；線(xiàn)圈用于通入控制電流，改變空間磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)磁致伸縮棒長(zhǎng)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(jí)棒和下級(jí)棒，作用于泵體的伸縮量為上級(jí)棒與下級(jí)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(dòng)器與泵體通過(guò)筒狀外殼與泵殼連接，形成一個(gè)封閉的工作腔，所述工作腔中磁致伸縮棒組的下級(jí)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(jí)棒和下級(jí)棒伸縮量疊加后直接通過(guò)碟形彈簧作用在桿活塞上，桿活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)泵體密閉腔體容積的變化，從而實(shí)現(xiàn)微量液體的輸入與排出。
[0008]本實(shí)用新型特點(diǎn)在于:本實(shí)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(shí)須保證碟形彈簧適度受壓。此外，磁致伸縮棒組采用3個(gè)磁致伸縮棒構(gòu)成，分為上級(jí)棒和下級(jí)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(shí)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(dòng)，無(wú)間接的轉(zhuǎn)換裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本實(shí)用新型的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為本實(shí)用新型碟形彈簧結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖4為本實(shí)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(xiàn)圈架，6線(xiàn)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(shí)施方式】
[0015]參見(jiàn)附圖1和附圖2，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)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(dòng)器和泵體兩部分。
[0016]磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器部分包括螺釘1，端蓋2，筒狀外殼3，上永磁鐵4，線(xiàn)圈架5，線(xiàn)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(xiàn)圈6的線(xiàn)圈架5、上永磁鐵4 ;線(xiàn)圈架5中間通孔內(nèi)設(shè)有套筒7，套筒7三個(gè)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(gè)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(chǎng)，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(xiàn)圈6發(fā)熱對(duì)磁致伸縮棒8性能的影響。端蓋2和筒狀外殼3通過(guò)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(guò)焊接或其他方式連接成整體。
[0018]磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器和泵體之間的連接通過(guò)螺釘10連接的筒狀殼體3和泵殼12實(shí)現(xiàn)，為保證裝配后磁致伸縮棒組8受軸向壓力，安裝時(shí)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(shí)用新型的工作原理是:插孔15處引入低頻控制電流，通電線(xiàn)圈后產(chǎn)生外加磁場(chǎng)，磁致伸縮棒在外加磁場(chǎng)作用下長(zhǎng)度方向發(fā)生伸縮變形:當(dāng)外加磁場(chǎng)減弱時(shí)，磁致伸縮棒縮短，磁致伸縮棒組中上級(jí)棒與下級(jí)棒長(zhǎng)度均縮短，隨著下級(jí)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(dòng)桿活塞11向上運(yùn)動(dòng)，泵體密閉腔體內(nèi)部液體壓力減小，進(jìn)口閥13打開(kāi)出口閥14關(guān)閉，有微量液體流入，完成吸液過(guò)程；當(dāng)外加磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，磁致伸縮棒伸長(zhǎng)，磁致伸縮棒組中上級(jí)棒與下級(jí)棒長(zhǎng)度均伸長(zhǎng)，隨著下級(jí)棒作用在碟形彈簧10壓力增大，碟形彈簧10向下變形，推動(dòng)桿活塞11向下運(yùn)動(dòng)，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(kāi)，有微量液體排出，完成排液過(guò)程?？刂齐娏鹘惶孀兓鸫艌?chǎng)交替變化，完成微泵的吸排液功能。
[0020]本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例，微泵的流量大小由輸入線(xiàn)圈電流的大小和頻率控制，適用于低頻、輸出壓力較大的場(chǎng)合。
【權(quán)利要求】
1.一種基于磁致伸縮棒組驅(qū)動(dòng)的微泵，其特征在于:由磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器和泵體部分組成；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(xiàn)圈架(5)、線(xiàn)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(xiàn)圈(6)的線(xiàn)圈架(5)、上永磁鐵(4);所述圓筒狀的線(xiàn)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(gè)圓柱狀非通腔體，三個(gè)圓柱狀非通腔體由左到右分別是上端開(kāi)口下端封閉、下端開(kāi)口上端封閉、上端開(kāi)口下端封閉；三個(gè)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(jí)棒，中中磁致伸縮棒(8b)為下級(jí)棒；端蓋(2)和筒狀外殼(3)通過(guò)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(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(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(tái)階狀圓筒的臺(tái)階內(nèi)壁，筒狀外殼(3)與泵殼(12)之間通過(guò)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(shū)I所述的一種基于磁致伸縮棒組驅(qū)動(dòng)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(dòng)的微泵，其特征在于:套筒(7)采用聚乙烯材料，減小線(xiàn)圈(6)發(fā)熱對(duì)磁致伸縮棒(8)性能的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I或2所述的一種基于磁致伸縮棒組驅(qū)動(dòng)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(shū)I或2所述的一種基于磁致伸縮棒組驅(qū)動(dòng)的微泵，其特征在于:碟形彈簧為彈簧鋼材料。
【文檔編號(hào)】F04B17/04GK203742925SQ201320722811
【公開(kāi)日】2014年7月30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)