CN113187700A - 一种电磁驱动的mems微泵装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁驱动的MEMS微泵装置，属于微流控制***技术领域，包括固定环、永磁体、泵腔盖、泵体、膜片Ⅰ、基座、电磁线圈和膜片Ⅱ；其中泵腔盖中间开有安装孔；泵体中间有一圆形凹陷作为泵腔，泵腔内开设有进液大孔和出液小孔，膜片Ⅰ靠近中间部分为悬臂梁Ⅰ和悬臂梁Ⅱ；基座正面两端分别设有对称的连接柱，靠近中间部分开设有出液大孔，进液小孔，底面中央开有一沉头孔，沉头孔中嵌有与电源连接的电磁线圈；泵腔盖、泵体和膜片Ⅰ的两端均开有对称且位置与连接柱对应的连接孔；永磁体为圆柱体，一端穿过安装孔与固定环连接固定，另一端与膜片Ⅱ连接后伸入泵腔，膜片Ⅱ为大小与泵腔一致的圆片。本发明结构简单，便于集成化。
Description
技术领域
本发明属于微流控制***技术领域，具体涉及一种电磁驱动的MEMS微泵装置。
背景技术
微泵是微机电***中的重要组成部分，属于微执行器，其主要作用是传输液流和分配液流。在微型传感器、微生物化学分析以及各种涉及微流体运输的场合中均有广泛应用。近些年，随着生物芯片技术的快速发展，对实现微泵的自动、精确的驱动要求更加迫切，同时微泵的发展也影响着微流体器件的进一步集成和性能的提升，是MEMS研究中的一个热点。
电磁驱动微泵是将电能转换成磁能,通过线圈通电产生磁场,导磁体由于磁场力的作用而产生运动。中国专利CN107975463A公开了一种采用永磁单向阀的管状结构柱塞式电磁微泵，该微泵主要包括绝缘非磁性圆管、环形永磁铁I、电磁线圈I、电磁线圈Ⅱ、环形永磁铁Ⅱ、磁性不锈钢球I、锥形管I、柱塞永磁铁、磁性不锈钢球Ⅱ、锥形管Ⅱ。具体为利用给电磁线圈通入电流产生电磁场,进而由电磁线圈产生的电磁场对永磁铁柱塞产生电磁力,由该电磁力驱动永磁铁柱塞往复运动,永磁铁柱塞的往复运动带动微泵内液体运动,液体通过单向阀的定向整流作用实现液体的单向泵送。但此类电磁微泵存在结构复杂、尺寸较大、效率低、制造加工困难、成本高和难以集成化，存在液体回流和部分液体泄漏现象等缺点，应用范围有限、应用价值较小、实用性不佳。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供了一种结构简单，制造加工方便，适用于小剂量药物注射的MEMS微泵装置。
技术方案如下：
一种电磁驱动的MEMS微泵装置，包括固定环、永磁体、泵腔盖、泵体、膜片Ⅰ、基座、电磁线圈和膜片Ⅱ；其中泵腔盖为矩形盖状构件，中间开有安装孔；泵体为矩形块状构件中间有一圆形凹陷作为泵腔，泵腔内开设有进液大孔和出液小孔，膜片Ⅰ为矩形片状构件，靠近中间部分刻有两个U型槽，以U型缺口处舌状部分作为悬臂梁Ⅰ和悬臂梁Ⅱ；基座为矩形块状构件，正面两端分别设有对称的连接柱，靠近中间部分开设有出液大孔，进液小孔，底面中央开有一沉头孔，沉头孔中嵌有与电源连接的电磁线圈；泵腔盖、泵体和膜片Ⅰ的两端均开有对称且位置与连接柱对应的连接孔，连接柱与连接孔配合使泵腔盖、泵体、膜片Ⅰ和基座依次叠放后合成一体；永磁体为圆柱体一端穿过安装孔与固定环连接固定，另一端与膜片Ⅱ连接后伸入泵腔，膜片Ⅱ为大小与泵腔一致的圆片。
如上所述的一种电磁驱动的MEMS微泵装置，所述进液小孔、悬臂梁Ⅰ及进液大孔的圆心位于同一垂直面，共同构成单向进液阀；出液大孔、悬臂梁Ⅱ及出液小孔的圆心位于同一垂直面，共同构成单向出液阀。本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求，对单向进液阀中进液小孔、悬臂梁Ⅰ和进液大孔的相对位置，以及单向出液阀中出液大孔、悬臂梁Ⅱ和出液小孔的相对位置进行调整，只要保证单向进液阀可以单向进液，单向出液阀可以单向出液即可。
如上所述的一种电磁驱动的MEMS微泵装置，所述悬臂梁Ⅰ和悬臂梁Ⅱ为舌状，且构成悬臂梁Ⅰ和悬臂梁Ⅱ的舌状部分相对设置。本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求对悬臂梁Ⅰ和悬臂梁Ⅱ的形状进行选择，也可以对悬臂梁Ⅰ和悬臂梁Ⅱ的相对位置进行调整。
如上所述的一种电磁驱动的MEMS微泵装置，所述电磁线圈采用漆包导线，绕铁芯80-100匝制成，永磁体的主要组成成分为钕铁硼。本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求对电磁线圈的材质和匝数，以及永磁体的材质进行选择。
如上所述的一种电磁驱动的MEMS微泵装置，所述膜片Ⅱ与永磁体通过胶水粘结连接。本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求采用其他连接方式。
如上所述的一种电磁驱动的MEMS微泵装置，所述膜片Ⅰ和膜片Ⅱ采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)材质制成，泵腔盖、泵体和基座采用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)材质制成。本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求选择膜片Ⅰ和膜片Ⅱ以及泵腔盖、泵体和基座的材质，只要保证膜片Ⅰ和膜片Ⅱ以及泵腔盖、泵体和基座在液体中耐腐蚀即可。
如上所述的一种电磁驱动的MEMS微泵装置，所述与电磁线圈连接的电源为直流电源，提供双向脉冲电流，一个周期内，正向脉冲和反向脉冲时间均为t，电流大小均为I(A)。
有益效果：
1)本发明结构简单，制造加工方便，成本低，尺寸较小，便于集成化。
2)单向进液阀和单向出液阀中采用悬臂梁结构能够有效防止液体回流、泄漏。
3)电磁线圈与永磁体的位置设计既避免了腐蚀又加强了微泵的工作效率。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为泵体、膜片Ⅰ和基座的组合示意图；
图3为泵体、膜片Ⅰ和基座的组合后的剖面图；
图4为泵腔盖的结构示意图；
图5为总体结构剖面图；
图6为总体结构俯视图；
图7为电磁线圈的电流波形示意图；
其中1为固定环，2为永磁体，3为泵腔盖，4为泵体，5为膜片Ⅰ，6为基座，7为单向出液阀，8为电磁线圈，9为单向进液阀，10为膜片Ⅱ，11为连接孔，12为进液大孔，13为泵腔，14为出液小孔，15为悬臂梁Ⅱ，16.为连接柱，17为沉头孔，18为安装孔，19为出液大孔，20为进液小孔，21为悬臂梁Ⅰ。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制：
如图1至图6所示一种电磁驱动的MEMS微泵装置，包括固定环1、永磁体2、泵腔盖3、泵体4、膜片Ⅰ5、基座6、电磁线圈8和膜片Ⅱ10；其中泵腔盖3为矩形盖状构件，中间开有安装孔18；泵体4为矩形块状构件中间有一圆形凹陷作为泵腔13，泵腔13内开设有进液大孔12和出液小孔14，膜片Ⅰ5为矩形片状构件，靠近中间部分刻有两个U型槽，以U型缺口处舌状部分作为悬臂梁Ⅰ21和悬臂梁Ⅱ15；基座6为矩形块状构件，正面两端分别设有对称的连接柱16，靠近中间部分开设有出液大孔19，进液小孔20，底面中央开有一沉头孔17，沉头孔16中嵌有与电源连接的电磁线圈8；泵腔盖3、泵体4和膜片Ⅰ5的两端均开有对称且位置与连接柱16对应的连接孔11，连接柱16与连接孔11配合使泵腔盖3、泵体4、膜片Ⅰ5和基座6依次叠放后合成一体；永磁体2为圆柱体，一端穿过安装孔18与固定环1连接固定，另一端与膜片Ⅱ10连接后伸入泵腔13，膜片Ⅱ10为大小与泵腔13一致的圆片。
进液小孔20、悬臂梁Ⅰ21及进液大孔12的圆心位于同一垂直面，共同构成单向进液阀9；出液大孔19的圆心、悬臂梁Ⅱ15及出液小孔14的圆心位于同一垂直面，共同构成单向出液阀7。
构成悬臂梁Ⅰ21和悬臂梁Ⅱ15的舌状部分相对设置。
电磁线圈8采用漆包导线，绕铁芯80-100匝制成，永磁体2的主要组成成分为钕铁硼。
膜片Ⅱ10与永磁体2通过胶水粘结连接，膜片Ⅱ10也能采用氧离子气体进行表面处理后，再将膜片Ⅱ10和永磁体2两者压合在一起的方式连接。
膜片Ⅰ5和膜片Ⅱ10采用聚二甲基硅氧烷材质制成，泵腔盖3、泵体4和基座6采用聚甲基丙烯酸甲酯材质制成。
如图7所示，与电磁线圈8连接的电源为直流电源，提供双向脉冲电流，一个周期内，正向脉冲和反向脉冲时间均为t，电流大小均为I(A)。
实施例：当电磁线圈通入双向脉冲电流的正向脉冲后，产生与永磁体相同磁性的电磁力，该电磁力排斥永磁体，推动永磁体向上运动。这时泵腔中的空腔体积变大，在负压作用下，单向进液阀中的悬臂梁Ⅰ向上翘起，液体通过单向进液阀中的进液小孔、翘起的悬臂梁Ⅰ和进液大孔流入泵腔。由于单向出液阀中的悬臂梁Ⅱ略大于出液小孔，无法向上翘起，出液小孔被堵死，液体不能从悬臂梁单向出液阀流入泵腔，从而微泵完成一次泵吸液体过程。
当电磁线圈通入双向脉冲电流的负向脉冲后，产生与永磁体相反磁性的电磁力，该电磁力吸引永磁体，吸引永磁体向下运动。这时泵腔中的空腔体积变小，单向出液阀中的悬臂梁Ⅱ向下凸起，泵腔中的液体通过悬臂梁单向出液阀中的出液小孔、凸起的悬臂梁Ⅱ和出液大孔流出。由于悬臂梁单向进液阀中的悬臂梁Ⅰ略大于进液小孔，无法向下凸起，进液小孔被堵死，液体不能从悬臂梁单向进液阀中流出，从而微泵完成一次泵送液体过程。
在电磁线圈持续通入双向脉冲电流时，泵腔中的空腔体积会经历变大和变小循环过程，从而使液体从单向进液阀中流入泵腔，再使泵腔中液体从悬臂梁单向出液阀中流出，实现微泵反复泵吸泵送液体功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则和精神之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电磁驱动的MEMS微泵装置，其特征在于：包括固定环(1)、永磁体(2)、泵腔盖(3)、泵体(4)、膜片Ⅰ(5)、基座(6)、电磁线圈(8)和膜片Ⅱ(10)；其中泵腔盖(3)为矩形盖状构件，中间开有安装孔(18)；泵体(4)为矩形块状构件中间有一圆形凹陷作为泵腔(13)，泵腔(13)内开设有进液大孔(12)和出液小孔(14)，膜片Ⅰ(5)为矩形片状构件，靠近中间部分刻有两个U型槽，以U型缺口处舌状部分作为悬臂梁Ⅰ(21)和悬臂梁Ⅱ(15)；基座(6)为矩形块状构件，正面两端分别设有对称的连接柱(16)，靠近中间部分开设有出液大孔(19)，进液小孔(20)，底面中央开有一沉头孔(17)，沉头孔(16)中嵌有与电源连接的电磁线圈(8)；泵腔盖(3)、泵体(4)和膜片Ⅰ(5)的两端均开有对称且位置与连接柱(16)对应的连接孔(11)，连接柱(16)与连接孔(11)配合使泵腔盖(3)、泵体(4)、膜片Ⅰ(5)和基座(6)依次叠放后合成一体；永磁体(2)为圆柱体，一端穿过安装孔(18)与固定环(1)连接固定，另一端与膜片Ⅱ(10)连接后伸入泵腔(13)，膜片Ⅱ(10)为大小与泵腔(13)一致的圆片。
2.如权利要求1所述的MEMS微泵装置，其特征在于：所述的进液小孔(20)、悬臂梁Ⅰ(21)及进液大孔(12)的圆心位于同一垂直面，共同构成单向进液阀(9)；出液大孔(19)的圆心、悬臂梁Ⅱ(15)及出液小孔(14)的圆心位于同一垂直面，共同构成单向出液阀(7)。
3.如权利要求1所述的MEMS微泵装置，其特征在于：所述的构成悬臂梁Ⅰ(21)和悬臂梁Ⅱ(15)的舌状部分相对设置。
4.如权利要求1所述的MEMS微泵装置，其特征在于：所述的电磁线圈(8)采用漆包导线，绕铁芯80-100匝制成，永磁体(2)的主要组成成分为钕铁硼。
5.如权利要求1所述的MEMS微泵装置，其特征在于：所述的膜片Ⅱ(10)与永磁体(2)通过胶水粘结连接。
6.如权利要求1所述的MEMS微泵装置，其特征在于：所述的膜片Ⅰ(5)和膜片Ⅱ(10)采用聚二甲基硅氧烷材质制成，泵腔盖(3)、泵体(4)和基座(6)采用聚甲基丙烯酸甲酯材质制成。
7.如权利要求1所述的MEMS微泵装置，其特征在于：所述的与电磁线圈(8)连接的电源为直流电源，提供双向脉冲电流，一个周期内，正向脉冲和反向脉冲时间均为t，电流大小均为I(A)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210730 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |