[发明专利]一种采用永磁单向阀的管状结构柱塞式电磁微泵

说明书

一种采用永磁单向阀的管状结构柱塞式电磁微泵属于微流控系统领域。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。本发明可以实现对微量液体泵送的功能。微泵是微流体系统的重要组成部分，在疾病诊断、药物输送、燃料供给和环境检测等多种领域有广泛的应用前景。

技术领域：

本发明是一种采用永磁单向阀的管状结构柱塞式电磁微泵，具体为一种利用电磁力驱动使管状泵腔内的永磁铁柱塞往复运动的单向阀微泵，可以实现对微量液体泵送的功能。微泵是微流体系统的重要组成部分，在疾病诊断、药物输送、燃料供给和环境检测等多种领域有广泛的应用前景，属于微流控系统领域。

背景技术：

目前电磁驱动微泵大多采用平面薄膜式结构，这种微泵在泵送液体时，依靠电磁力使薄膜发生形变并周期性地改变泵腔的容积，从而将泵腔内的液体从进液口向出液口进行单方向泵送。在泵送液体的过程中，除泵送液体消耗的能量外，薄膜的形变也会消耗较多的能量，并且其结构存在一定的死体积，微泵工作效率较低。此外，平面薄膜式结构需要较复杂的工艺，制作耗时较长，且具有较大的体积，电磁线圈与永磁铁的磁间隙总是较大，因此，需要较大的驱动电流和较多的电磁线圈，而且，微泵工作时易产生较高的热量，影响微泵泵送的可靠性。

发明内容：

本发明的目的在于克服平面薄膜式电磁微泵的泵送效率低、工艺复杂、制作成本高、体积大等缺点。本发明提出一种采用永磁单向阀的管状结构柱塞式电磁微泵，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。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用绝缘非磁性圆管作为微泵的主要泵体，圆管的内径为1mm～2mm，外径为1.4mm～2.4mm。用漆包导线在泵体外侧的轴向中间位置绕制两个螺线管形电磁线圈，两个电磁线圈的间距为2mm～4mm，两个线圈的匝数为40匝～100匝，漆包导线的线径为40μm～100μm。采用钕铁硼圆柱形永磁铁作为泵体内的工作永磁铁柱塞。采用两套锥形管、磁性不锈钢球和环形永磁铁作为两个永磁单向阀，一个为进液永磁单向阀，另一个为出液永磁单向阀。两个永磁单向阀安装于绝缘非磁性圆管内部，且位于圆管的两端，并且使两个锥形管的轴线与绝缘非磁性圆管的轴线重合，两锥形管的小口朝向一致。进液永磁单向阀锥形管大端口与其相邻电磁线圈端面的距离为4mm～8mm，出液永磁单向阀锥形管小端口与其相邻电磁线圈端面的距离为4mm～8mm。锥形管由玻璃管加热拉伸裁剪制成或由其他塑性材料注塑制成，小端口直径为0.5～1.5mm，大端口直径1mm～2mm，长度为3mm～4mm。环形永磁铁内径为1.4mm～2.4mm，环形永磁铁外径为3mm～5mm，厚度为1mm～2mm。

所述微泵采用直流电源，该电源提供直流电通过继电器接入微泵的电磁线圈Ⅰ和电磁线圈Ⅱ，由控制器控制继电器的工作，进而控制电磁线圈Ⅰ和电磁线圈Ⅱ通断状态，并控制直流电源供给电磁线圈Ⅰ的导通时间T1和间断时间T2，电磁线圈Ⅱ的导通时间t1和间断时间t2，从而控制电磁线圈Ⅰ和电磁线圈Ⅱ的工作时间和间歇时间。T1与t2时间大小相同，T2与t1时间大小相同。T1比T2小0.01s～0.1s

所述的电磁线圈Ⅰ导通的时间是T1，间断的时间是T2，T1设为0.1s～1s，T2设为0.1s～1s，电流I为0.2A～0.6A。

所述的电磁线圈Ⅱ导通的时间是t1，间断的时间是t2，t1设为0.1s～1s，t2设为0.1s～1s，电流I′设计为0.2A～0.6A。

本发明的主要特点是：1)微泵泵送效率更高，无死体积。2)磁路利用效率高，体积更小，管状结构节省体积。3)工作更可靠，磁力驱动柱塞推动液体，没有机械变形。4)易于制作且成本低，结构简单。5)柱状永磁体沿泵体运动时，永磁体悬浮于泵体中，摩擦力小。