用于微型阀的磁性双稳态系统作用力研究

杨博淙，王伯雄，张 金，罗秀芝

（清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084）

0 引言

微型阀是微流体器件的重要组成部分，也是微流体通断和流向控制的重要元器件［1，2］。经过二十几年的发展，其应用范围不断扩大，从打印喷头到生物化学分析系统，从工业气动控制到微型致动系统，很多领域都可以见到微型阀的身影［3～5］。微型阀可分为常开阀、常闭阀和双稳态阀，其中，双稳态阀能够在不需要外来致动力的情况下维持开阀状态或者闭阀状态，仅仅在改变微型阀开闭状态时需要外加致动力，因此，对于降低微型阀功耗具有特殊意义。本文提出一种基于两块环形永磁体和一片软磁片的磁性双稳态系统，对其能够提供的流体密封力通过有限元方法进行研究，并完成了实验验证。

1 结构设计

如图1所示，在两块同轴布置的相同大小的环形永磁体之间布置一软磁片。将永磁体和密封膜固定在壳体中。当软磁片处于下方稳态位置时，它在磁场力作用下紧压在导力钉上，导力钉进一步压迫在密封膜上使其变形从而密封住流体通道。而此时，上部的流体通道是连通的。以一定的致动方式推动软磁片向上方移动。软磁片在经过两环形永磁体的中间平面位置后，会在磁力系统作用下自动进入到上方稳态位置，从而密封住上方流道。此时，下方流道被打开。软磁片在环形永磁体的吸引下能够获得磁场力的大小将决定磁性系统能够提供多大的力作用于密封流体通道。……