声驱动微型泵制造技术

本发明专利技术公开了一种声驱动微型泵。包括泵体下片、驱动环、转子底座、转子、转子上片、泵体上片和驱动底座，泵体下片安装在驱动环的底部，泵体下片和驱动环一起安装在驱动底座内，转子底座安装在泵体下片中心，转子底座顶部的转子腔内安装有转子并通过转子上片加盖密封，泵体上片安装驱动环上作为泵的顶盖。本发明专利技术采用高阶贝塞尔信号驱动压电片，利用合成声场带动转子腔里面的转子旋转，实现微流体流量与流速的精确控制以及微流体的双向流动控制。

【技术实现步骤摘要】
声驱动微型泵
本专利技术涉及一种微型泵，具体涉及一种声驱动微型泵，用超声作为驱动源。
技术介绍
随着科学技术的不断深入发展，人类的研究领域逐渐从宏观领域转向了微观世界。尤其是在生物、化学、医疗等学科领域，人们更倾向于从微观上来探究宏观现象的机理。在整个研究过程中，往往是以微尺度下液体的流动作为一种有效的技术手段，因此对能够有效控制微量液体流速与流量的设备有着强烈的需求。微型泵作为微量液体的驱动源，有着精确控制液体流速与流量的特点，已然成为这些领域中不可或缺的实验设备。例如，在化工领域可用微型泵驱动微量液体来实现液体化学成分的分析以及贵重药物的精确配置；在生命科学领域可用微型泵驱动微量液体来实现细胞的分离与融合；在生物制药领域可用微型泵驱动微量液体来实现活性药物的输送与药物的筛选。不仅如此，在其它领域，微型泵同样也具备着极高的应用价值：在微电子领域，可用微型泵来实现微电子冷却系统中的冷却液输送；在航天领域，可用微型泵来实现对微型探测器的燃料输送。此外，微型泵还具有集成度高、体积小、操作简单、可批量生产等优势，在各行各业都具有极大的应用价值。针对微型泵，目前已授权的专利有：申请号为200610164016.1的专利技术专利提出了一种基于微型马达驱动的机械式微型泵；申请号为200610111204.8以及200810203962.1的专利技术专利分别提出了一种基于压电式驱动的单向流道微型泵，利用压电片的高频振动引起腔室内压强变化来驱动微流体；申请号为200980158664.8的专利技术专利提出了一种可以处理小流体体积的磁驱动式微型泵；申请号为200980100646.4及201010609684.7的专利技术专利分别提出了气体驱动以及毛细力驱动的微型泵。由此可见，目前微型泵的驱动方式主要是微型马达驱动、压电式驱动、电磁驱动、气体驱动、毛细力驱动等。常规的机械式微型泵是一种缩小版的宏观泵，不可避免地继承了机械式泵固有的缺陷；新型的压电式微型泵往往会使大部分的机械功转变成了热量，驱动效率不是很高；毛细力驱动型微型泵对输送液体的性质有着特殊的要求，通常只能输送可湿润型液体。此外，在目前现有的微型泵中，它的驱动源与执行件往往是直接接触，不利于微型泵的设计制造，且通常会影响整个流道中微流体的自身环境，同时此类微型泵往往也只能用来实现微流体的单向流动。
技术实现思路
为了解决现有微型泵效率低、普适性差、易影响输送液体自身环境以及无法实现微流体双向流动的不足，本专利技术的目的是提出一种声驱动微型泵，是一种非接触型声驱动微型泵，采样高阶贝塞尔信号驱动环形分布的压电片，使转子腔内形成特定声场，带动转子运动，实现对微流体流量、流速及流向的精确控制。本专利技术的技术方案如下：本专利技术包括泵体下片、驱动环、转子底座、转子、转子上片、泵体上片和驱动底座，泵体下片安装在驱动环的底部，泵体下片和驱动环一起安装在驱动底座内，转子底座安装在泵体下片中心，转子底座顶部的转子腔内安装有转子并通过转子上片加盖密封，泵体上片安装驱动环上作为泵的顶盖。所述的泵体下片包括圆片形的下片基体和凸耳，下片基体对称的两侧均设有两个平行的凸耳，泵体下片的中心开有环形的转子底座槽，转子底座通过防水胶粘接于泵体下片中的转子底座槽上；各个凸耳侧面设有侧通孔，转子底座槽设有四个与凸耳侧通孔对应的侧壁孔，泵体下片各个凸耳侧通孔通过各自的圆柱形流道与转子底座槽侧壁孔之间相通。所述的转子底座包含转子底座基体和弹性薄膜，转子底座基体顶部的转子腔对称的两侧设有弹性薄膜；每个弹性薄膜两侧附近的转子腔内壁均设有转子底座上流口，其中一弹性薄膜两侧的转子底座上流口与另一弹性薄膜两侧的转子底座上流口的呈对称分布；弹性薄膜两侧的转子底座基体底部外侧壁上均设有与所述转子底座槽上各对应侧壁孔相通的转子底座下流口，其中一弹性薄膜两侧的转子底座下流口与另一弹性薄膜两侧的转子底座下流口的呈对称分布；一弹性薄膜其中一侧的转子底座上流口和转子底座下流口与另一弹性薄膜以转子底座基体中心对称一侧的转子底座上流口和转子底座下流口通过转子底座基体内部管道均相通。所述的驱动环包含驱动环基体、压电片、驱动环电极和卡环，驱动环基体的内侧壁沿圆周间隔均布设有压电片，驱动环基体外圆周中间固定有一圈卡环，卡环下部的驱动环基体外圆侧壁间隔均布设有驱动环电极，各个驱动环电极与各自的压电片通过驱动环基体内部的管线对应连接；驱动环底部对称的两侧设有用于凸耳嵌入的凸耳槽；凸耳槽的中间开有与驱动底座定位配合的定位槽。所述的驱动底座包含驱动底座基体、驱动底座电极、定位块、管口和通讯口，驱动底座基体底部对称的两侧壁设有用于泵体下片凸耳嵌入安装的管口，驱动底座基体侧面设有通讯口；驱动底座基体内圆周的中间设有一道环形的卡槽，所述驱动环的卡环嵌入卡槽中实现驱动底座和驱动环基体的轴向定位安装；驱动底座基体内侧壁间隔均布设有与所述驱动环驱动环电极对应连接的驱动底座电极，驱动底座电极数量及位置分布与驱动环电极相同，驱动底座电极均通过驱动底座基体内部管线连接到通讯口；驱动底座基体每侧的两个管口之间的内侧壁上设有嵌入驱动环定位槽中配合定位的定位块。所述的转子由反声刚性有机材料构成，转子主要由两个相等弧长的弧形挡板对称固定连接而成，转子的高度与转子腔高度相等，弧形挡板能覆盖转子底座上任一弹性薄膜两侧的两个转子底座上流口。所述的转子上片由透明且透声的材料制成，其半径与转子底座外圆半径相同。所述的泵体上片由透明且吸声的材料制成，其半径与驱动环基体外圆半径相同，泵体上片上开有一圆孔，圆孔位于驱动环基体内圆与转子底座槽外圆之间。转子底座基体的其外圆半径与泵体下片上转子底座槽外圆半径相同。优选的压电片至少4个以上。优选的弹性薄膜由透声材料构成且粘接在转子底座基体上。优选的驱动环基体由吸声材料制成，驱动底座基体由绝缘刚性材料制成，转子底座基体由透声材料制成。本专利技术的有益效果是：本专利技术是利用合成声场来驱动转子腔里面的转子，属于驱动源与执行件非接触的微型泵，不会改变微流体的自身环境。本专利技术采用至少4个以上的压电片来合成声场，声场稳定性高，可实现转子的高精度可控旋转。本专利技术采用高阶贝塞尔信号同时驱动压电片，相比常规正弦信号驱动，其合成声场能量更为集中，对转子形成的驱动力更大，可实现对更大微流体流量及更高流速的驱动。本专利技术装置可实现微流体的双向流动，对使用环境及微流体性质没有特殊要求，实用性更广。本专利技术具有体积小、重量轻、功耗低、易集成化、可批量生产等优势。附图说明图1是本专利技术的主体结构示意图。图2是本专利技术泵体下片的立体示意图。图3是本专利技术泵体下片俯视图。图4是本专利技术驱动环三维示意图。图5是本专利技术驱动环侧视图。图6是本专利技术转子底座三维示意图之一。图7是本专利技术转子底座三维示意图之二。图8是本专利技术转子底座剖视图。图9是本专利技术转子结构示意图。图10是本专利技术转子上片结构示意图。图11是本专利技术泵体上片结构示意图。图12是本专利技术驱动底座的三维示意图。图13是本专利技术驱动底座的剖视图。图14是本专利技术除去转子上片与泵体上片后的总装配示意图。图中：泵体下片1、驱动环2、转子底座3、转子4、转子上片5、泵体上片6、驱动底座7、下片基体1-1、转子底座槽1-2、凸耳1-3、圆柱形流道1-4、驱动环基体2-1、压电片2-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声驱动微型泵，其特征在于：包括泵体下片（1）、驱动环（2）、转子底座（3）、转子（4）、转子上片（5）、泵体上片（6）和驱动底座（7），泵体下片（1）安装在驱动环（2）的底部，泵体下片（1）和驱动环（2）一起安装在驱动底座（7）内，转子底座（3）安装在泵体下片（1）中心，转子底座（3）顶部的转子腔（3‑2）内安装有转子（4）并通过转子上片（5）加盖密封，泵体上片（6）安装驱动环（2）上作为泵的顶盖。

【技术特征摘要】
1.一种声驱动微型泵，其特征在于：包括泵体下片（1）、驱动环（2）、转子底座（3）、转子（4）、转子上片（5）、泵体上片（6）和驱动底座（7），泵体下片（1）安装在驱动环（2）的底部，泵体下片（1）和驱动环（2）一起安装在驱动底座（7）内，转子底座（3）安装在泵体下片（1）中心，转子底座（3）顶部的转子腔（3-2）内安装有转子（4）并通过转子上片（5）加盖密封，泵体上片（6）安装驱动环（2）上作为泵的顶盖；所述的驱动环（2）包含驱动环基体（2-1）、压电片（2-2）、驱动环电极（2-3）和卡环（2-6），驱动环基体（2-1）的内侧壁沿圆周间隔均布设有压电片（2-2），驱动环基体（2-1）外圆周中间固定有一圈卡环（2-6），卡环（2-6）下部的驱动环基体（2-1）外圆侧壁间隔均布设有驱动环电极（2-3），各个驱动环电极（2-3）与各自的压电片（2-2）通过驱动环基体（2-1）内部的管线对应连接；驱动环（2）底部对称的两侧设有用于凸耳（1-3）嵌入的凸耳槽（2-5）；凸耳槽（2-5）的中间开有与驱动底座（7）定位配合的定位槽（2-4）；发送信号触发压电片（2-2）产生连续声波并在转子腔内形成矩形声压节点，转子（4）在声压梯度的作用下会保持与矩形声压节点朝向一致，当调整信号时，矩形声压节点朝向会发生变化导致声压梯度朝向也发生变化，声压梯度的变化会促使转子朝向继续保持与矩形声压节点朝向一致，从而实现了转子的旋转，进而带动腔内液体的流动。2.根据权利要求1所述的一种声驱动微型泵，其特征在于：所述的泵体下片（1）包括圆片形的下片基体（1-1）和凸耳（1-3），下片基体（1-1）对称的两侧均设有两个平行的凸耳（1-3），泵体下片（1）的中心开有环形的转子底座槽（1-2），转子底座（3）通过防水胶粘接于泵体下片（1）中的转子底座槽（1-2）上；各个凸耳（1-3）侧面设有侧通孔，转子底座槽（1-2）设有四个与凸耳（1-3）侧通孔对应的侧壁孔，泵体下片（1）各个凸耳（1-3）侧通孔通过各自的圆柱形流道与转子底座槽（1-2）侧壁孔之间相通。3.根据权利要求2所述的一种声驱动微型泵，其特征在于：所述的转子底座（3）包含转子底座基体（3-1）和弹性薄膜（3-3），转子底座基体（3-1）顶部的转子腔（3-2）对称的两侧设有弹性薄膜（3-3）；每个弹性薄膜（3-3）两侧附近的转子腔（3-2）内壁均设有转子底座上流口（3-5），其中一弹性薄膜（3-3）两侧的转子底座上流口（3-5）与另一弹性薄膜（3-3）两侧的转子底座上流口（3-5）呈对称分布；...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓双，杨克己，吴海腾，武二永，范宗尉，孟坚鑫，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33