本发明专利技术提出了一种阀泵一体的主动阀型微泵及调控流体的方法和制作方法，自下而上包括基底层、泵体层、薄膜层、支撑件、微型电机及轴体，轴体上集成有三个大小完全相同的径向环形永磁体组成的阵列，其中三个环形永磁体周向极性相位具备一定的相位差，泵体层上刻蚀有三个大小相同的腔体，薄膜层由三个磁极方向相同的柱形磁铁组成的磁铁阵列和薄膜构成。当微型电机及轴体带动环形永磁体阵列旋转时，会在三个位置产生变化磁场，使得柱形磁铁阵列上下运动，柱形磁铁阵列带动薄膜上下往复运动，从而使得泵体层腔体的容积发生变化。本发明专利技术结构简单，具有制造成本低廉、驱动电压小、功耗低、流量大的优点。量大的优点。量大的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种阀泵一体的主动阀型微泵及调控流体的方法和制作方法
[0001]本专利技术属于微流体
，涉及基于磁力驱动的主动阀型微泵及其制作方法，具体涉及一种基于旋转永磁体阵列驱动的阀泵一体的主动阀型微泵及其制作方法，主要应用于农业工程、航空航天、生物工程及微电子行业中微流体的驱动与精确控制。
技术介绍
[0002]现如今微流体系统在流体学领域有着巨大的应用前景，而微流体系统则是MEMS(微机电系统)的一个重要分支。微流体系统一般由微泵、微型阀、微通道和微传感器等器件集成得到。其中，微泵作为微流体系统中的动力机构，是微系统的核心部件，也是微系统设计和制造的难点，其性能的好坏直接影响系统的性能。
[0003]国内外学者利用不同的驱动原理开发出多种微泵，来实现微量流体的供给和精确控制。如根据有无机械部件，微泵可被分为机械式微泵和非机械式微泵。根据驱动力的不同，机械式微泵又可分为压电式、静电式、气动式、热驱动式、磁力驱动等，非机械式微泵又可分为电渗透式、重力式和电化学式等。但是由于尺寸的限制，大部分微泵要么驱动电压高、功耗大，要么结构复杂，体积大、难以加工制造，无法满足农业工程和航空航天工程中一些设备对于微泵体积小、易于集成、功耗小、驱动电压低和成本低廉的要求。
[0004]磁力驱动微泵作为机械式微泵的一种，一般由电磁线圈来提供磁力，具有工作电压低、能耗小、输出功率大、可靠性高等优点，能适用于很多微流控领域。例如，专利一种电磁驱动的MEMS微泵装置(申请号：202110425677.X)，包括电磁线圈、永磁体、膜片、单向阀组和泵体组成。微泵工作时，通过给电磁线圈交流电来产生交变磁场，永磁体因为磁场的变化产生机械往复运动从而使得膜片位移反复变化，从而引起泵体内部容积和压力变化实现泵送，并利用单向阀组控制流体的运动方向。这种微泵存在以下问题：1)匝数较多的线圈体积较大，结构较复杂，加工制造困难；2)利用线圈产生的磁场较小，使得膜片变形较小，输出流量较小，响应较慢，驱动效率低。
[0005]阀门是宏观流动中控制流体流量的大小、流动的启闭和流动的方向的主要设备，微流体中通常需要微阀来控制微泵腔体内液体的流动。按照微阀的启闭方式，微泵可以分为无阀型和有阀型，有阀型包括主动阀型和被动阀型。
[0006]无阀型微泵是近几年的研究热点，其采用具有静态几何形状的喷嘴/扩散管，利用喷嘴/扩散管的流体力学原理来达到整流的目的，其优点是结构比较简单。例如，专利一种无阀电磁微泵及制作方法(申请号：201810155894.X)，由硅片、PDMS等材料完成微流控芯片的制作，整个结构由泵腔层、薄膜层以及线圈层组成，通过电磁线圈供电产生变化的磁场，利用变化磁场与磁铁之间的相互作用，使磁铁带动薄膜往复振动，从而驱动泵腔层的流体泵送。该微泵采用喷嘴/扩散管的方式来控制流体的方向，存在以下问题：1)由于该微泵无阀门控制，利用喷嘴/扩散管的整流作用来控制流体的方向，其只能单向地控制流体的流向，且无法控制流体通断；2)相较于主动阀型和被动阀型微泵，其输出流量小，输出效率较低。
[0007]被动阀型微泵采用止回阀、球阀等具有动态特性阀门的微泵，利用泵腔内部流体压力来控制阀门的启闭。例如，专利一种采用永磁单向阀的管状结构柱塞式电磁微泵(申请号：201711128040.4)，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，从而为微泵提供驱动力。该微泵通过球阀的定向整流作用来实现液体的单向泵送，存在以下问题：1)球阀的体积较大，使得微泵微型化时比较困难；2)球阀的启闭需要利用泵腔内部流体的压力，当微泵运行频率较高时，阀门有可能因为灵敏度较低而失效。
[0008]主动阀型微泵则采用外加驱动力的方式来控制阀门的启闭，相较于被动阀型和无阀型微泵，具有灵敏度高、阀门开度大、能控制流体的通断、输出流量大等优点。但是主动阀型微泵需要额外增加驱动方式来控制阀门的启闭，使得微泵的结构更加复杂。而且对于微流控平台来说，现大部分主动阀型微泵是将微泵与主动阀门分离开，利用泵腔为微流体提供动力，利用阀门控制流体的方向和通断，需要泵腔和微阀配合使用。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的在于针对已有磁力驱动微泵技术存在驱动磁场较小，响应速度慢、输出流量较小，已有无阀型微泵微泵输出效率较低，已有被动阀型微泵阀门灵敏度低、加工困难，已有主动阀型微泵结构较为复杂等不足，提供一种基于旋转永磁体阵列驱动的阀泵一体的主动阀型微泵。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0011]一种基于旋转永磁体阵列驱动的阀泵一体的主动阀型微泵，自下而上包括基底层(1)、泵体层(2)、薄膜层(3)、支撑件(4)、微型电机(5)及轴体(6)；其中基底层(1)、泵体层(2)和薄膜层(3)作为微泵的主体，基底层(1)位于整个微泵的最底层，泵体层(2)位于中间层，薄膜层(3)位于最上层，三者通过MEMS工艺键合在一起；微型电机(5)及轴体(6)位于薄膜层(3)上方，通过两侧设置的支撑件(4)将微型电机(5)及其轴体(6)和基底层(1)连接在一起，并组成微泵整体。
[0012]进一步，所述泵体层(2)为矩形构件，所述泵体层上刻蚀有泵腔(8)、阀腔I(9)和阀腔II(10)、微流道(11)、流体入口(12)和流体出口(13)；泵腔(8)、阀腔I(9)和阀腔II(10)大小相同，为圆形通透孔，通过微流道(11)连通，微流道(11)为矩形通透孔；流体入口(12)和流体出口(13)为矩形凹陷。
[0013]进一步，所述基底层(1)为矩形构件，所述基底层上粘结有锁死块(7)，所述基底层长度方向上刻蚀有两个矩形通透孔，作为装配孔来连接支撑件(4)。
[0014]进一步，所述薄膜层(3)由PDMS薄膜和三个柱形永磁体组成的阵列构成；三个柱形永磁体大小、磁极方向完全相同，在厚度方向进行充磁；三个柱形磁铁对应的位于泵腔(8)、阀腔I(9)和阀腔II(10)中心垂直方向上，位于泵腔(8)上的磁铁为驱动磁铁(14)，作用是为泵腔内的流体提供压力，位于阀腔I(9)和阀腔II(10)中心上的磁铁为阀磁I(15)和阀磁II(16)，与阀腔共同作用，控制流体的通断和流动方向，三个柱形磁铁的N极通过PDMS粘结剂与薄膜粘结在一起。
[0015]进一步，所述轴体(6)上面集成有三个周向磁极方向不同的径向充磁环形永磁体组成的旋转永磁体阵列(17)；所述三个环形永磁体大小完全相同，所述环形永磁体阵列中
左右两个永磁体周向磁极相位差为180
°
，中间永磁体与左右两个永磁体周向磁极相位差均为90
°
。
[0016]所述一种基于旋转永磁体阵列驱动的阀泵一体的主动阀型微泵调控流体的具体方法为：
[0017]当微型电机轴旋转时，带动环形永磁体阵列旋转，并在三个位置产生变化磁场，利用磁铁间同性相吸、异性相斥的作用，使得所述柱形磁铁受到正弦变化的磁力作用，从而上下运本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于旋转永磁体阵列驱动的阀泵一体的主动阀型微泵，其特征在于，自下而上包括基底层(1)、泵体层(2)、薄膜层(3)、支撑件(4)、微型电机(5)及轴体(6)；其中基底层(1)、泵体层(2)和薄膜层(3)作为微泵的主体，基底层(1)位于整个微泵的最底层，泵体层(2)位于中间层，薄膜层(3)位于最上层，三者通过MEMS工艺键合在一起；微型电机(5)及轴体(6)位于薄膜层(3)上方，通过两侧设置的支撑件(4)将微型电机(5)及其轴体(6)和基底层(1)连接在一起，并组成微泵整体。2.根据权利要求1所述的一种基于旋转永磁体阵列驱动的阀泵一体的主动阀型微泵，其特征在于，所述泵体层(2)为矩形构件，所述泵体层上刻蚀有泵腔(8)、阀腔I(9)和阀腔II(10)、微流道(11)、流体入口(12)和流体出口(13)；泵腔(8)、阀腔I(9)和阀腔II(10)大小相同，为圆形通透孔，通过微流道(11)连通，微流道(11)为矩形通透孔；流体入口(12)和流体出口(13)为矩形凹陷。3.根据权利要求1所述的一种基于旋转永磁体阵列驱动的阀泵一体的主动阀型微泵，其特征在于，所述基底层(1)为矩形构件，所述基底层上粘结有锁死块(7)，所述基底层长度方向上刻蚀有两个矩形通透孔，作为装配孔来连接支撑件(4)。4.根据权利要求1所述的一种基于旋转永磁体阵列驱动的阀泵一体的主动阀型微泵，其特征在于，所述薄膜层(3)由PDMS薄膜和三个柱形永磁体组成的阵列构成；三个柱形永磁体大小、磁极方向完全相同，在厚度方向进行充磁；三个柱形磁铁对应的位于泵腔(8)、阀腔I(9)和阀腔II(10)中心垂直方向上，位于泵腔(8)上的磁铁为驱动磁铁(14)，作用是为泵腔内的流体提供压力，位于阀腔I(9)和阀腔II(10)中心上的磁铁为阀磁I(15)和阀磁II(16)，与阀腔共同作用，控制流体的通断和流动方向，三个柱形磁铁的N极通过PDMS粘结剂与薄膜粘结在一起。5.根据权利要求1所述的一种基于旋转永磁体阵列驱动的阀泵一体的主动阀型微泵，其特征在于，所述轴体(6)上面集成有三个周向磁极方向不同的径向充磁环形永磁体组成的旋转永磁体阵列(17)；所述三个环形永磁体大小完全相同，所述环形永磁体阵...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁俊，郝秀春，张西良，陈成，张亚磊，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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