专利名称：一种用于驱动导电流体的电磁泵及其制作方法
技术领域：
本发明属于流体泵领域，具体地说，本发明涉及一种电磁泵及其制作方法。
背景技术：
近年来随着各种芯片性能的不断提升，相应功耗快速增长，而在芯片所消耗的功 率中，热耗损占据了绝大部分。热耗损功率的不断攀升将增加芯片失效的可能性。因此，如 果没有有效的热管理手段，必将导致芯片的可靠性降低、寿命縮短，严重者还会引起芯片失 效甚至烧毁。为了应对芯片热耗损功率增长的问题，防止芯片过热，研究人员开发出了大量 的芯片散热技术，包括热管结合风冷、液冷、浸没蒸发冷却、喷射冷却、热电制冷、蒸汽压縮 制冷等，其中中国科学院理化技术研究所的刘静等于2002年提出的液态金属芯片散热技 术(可参见中国专利《一种芯片散热用散热装置》，专利号02257291.0)引起了国内外的广 泛关注，该技术具有功耗低、无噪音、性能优异等优点，已成为芯片散热领域极具发展前景 的先进技术之一。该技术的重点在于是实现对液态金属的驱动。液态金属是一种可导电的 高密度流体，在核电及电解铝工业中均采用大型耐高温直流电磁泵进行驱动，而应用于芯 片散热涉及的是常温下使用的小型电磁泵。刘静提出的液态金属散热系统(可参见中国专 利《采用热电_电磁泵驱动的液态金属芯片散热器》，专利号200420072948. X)中采用的电 磁泵在一定程度上解决了电磁泵小型化的问题。但是，这种电磁泵实际上是由多个部件拼 装粘结在一起的，在电极与磁铁及外壳的绝缘和流道的密封方面均存在不足；此外，上述电 磁泵的流道形状在某些情况下可能造成阻力过大的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、体积小、密封性良好、 低阻力、高效率的电磁泵。 本发明另一个目的是提供一种使用全新工艺制作电磁泵的方法。 为实现上述第一个发明目的，本发明提供的用于驱动导电流体的电磁泵，包括泵
体、引管和电极，所述泵体浇注而成，泵体内具有利用牺牲材料形成的流道，所述流道包括
置于磁场内的扁平状的作用段；所述引管嵌入泵体内与所述流道两端连通；所述电极嵌入
泵体并伸入所述流道作用段的两侧。 上述技术方案中，所述流道还包括位于所述作用段和引管之间的过渡段，所述过 渡段的截面形状由作用段截面形状平滑地过渡到引管的截面形状。 上述技术方案中，所述磁场由磁体和导磁部件提供，所述磁体的两极嵌入所述泵 体内形成扁平状的磁隙；所述流道的作用段置于所述磁隙内。 上述技术方案中，所述电极由电极片和引线组成，所述电极片完全包裹在所述泵 体内部，正负两极的电极片分别伸入所述流道作用段的两侧；所述引线一端与电极片连接， 另一端从泵体内部引出以连接供电电路。 上述技术方案中，所述流道作用段为扁长方体形，长为5毫米-20毫米，宽为5毫米-20毫米，厚度为500纳米-10毫米。 上述技术方案中，所述过渡段纵剖面的外轮廓线为直线或弧线。 上述技术方案中，所述磁隙的厚度为600纳米-20毫米。 上述技术方案中，形成所述泵体的浇注材料为透明材料。 上述技术方案中，形成所述泵体的浇注材料为环氧树脂或工程塑料。 上述技术方案中，所述牺牲材料为石蜡或低熔点金属。所述低熔点金属可以是伍
德合金或锡铅铋合金。 为实现上述另一个发明目的，本发明提供的电磁泵制作方法包括如下步骤
1)将牺牲材料固化定型为流道形状，所述流道至少具有一个扁平状的作用段；
2)将定型后的牺牲材料至于模具内部； 3)将引管接入所述流道状牺牲材料的两端，将电极从两侧嵌入牺牲材料的扁平状 部分； 4)将用于形成泵体的液态浇注材料送入模具内，待模具被填满后置于室温或高温 环境中固化； 5)待浇注材料固化后，拆除模具，清除所述牺牲材料；
6)在流道作用段周围布设磁场。 上述技术方案中，所述步骤1)中，所述流道还包括位于所述作用段和引管之间的
过渡段，所述过渡段的截面形状由作用段截面形状平滑地过渡到引管的截面形状。 上述技术方案中，所述步骤1)和步骤5)中，所述牺牲材料为石蜡或低熔点金属。
所述低熔点金属可以是伍德合金或锡铅铋合金。 上述技术方案中，所述步骤6)中，所述磁场由磁体和导磁部件提供，所述磁体的 两极嵌入所述泵体内形成扁平状的磁隙；所述流道的作用段置于所述磁隙内；所述步骤1) 中，还包括固化定型为磁体形状的牺牲材料，用于在泵体上形成嵌入所述磁体的凹槽。
上述技术方案中，所述步骤3)中，所述引管的一部分伸入模具内部，伸入模具内 部部分的外圈刻有凹槽。 本发明具有如下技术效果本发明的泵体具有优异的密封性能。本发明的流道过 渡段与作用段平行，实现了流道向引管的平滑过渡，使得流道内液体的流动阻力大幅降低。 此外，本发明的制作方法较为简单，较现有电磁泵具有更好的可控制加工精度，在使用相同 磁铁制作时，体积更小，所提供的静压更高。
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中 图1是本发明的等轴测结构示意图(泵体为透明材料制作)； 图2是本发明的俯视示意图(未安装永磁铁及导磁部件)； 图3是本发明的A-A剖面结构示意图。 其中l为泵体 2为引管 3为电极 4为磁体 5为导磁部件
6为作用段 7为过渡段 8为电极片 9为引线
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步的详细说明。 本实施例是一种用于驱动导电流体的无运动部件的电磁泵，该电磁泵能够驱动低
熔点液态金属或其它导电流体，可以用于电子芯片或其他功率器件的散热。 本实施例的工作原理为在两磁铁N极和S极的磁隙间设置导电流体的流道，当向
流道左右两侧的电极通以直流电时，在垂直于磁场方向将产生电流，从而产生能够推动流
体流动的电磁力，电磁力的方向由磁场和电流方向决定。 结合参考图1、2和3，本实施例的电磁泵结构如下电磁泵的泵体1呈长方体形， 由透明环氧树脂或工程塑料浇注而成，泵体1内部具有中空流道，流道作用段6截面呈扁平 的长方体状，以使上下两块磁铁的磁隙尽量小，场强尽量大，流道过渡段7的纵剖面外轮廓 呈直线形或弧形，亦可取消过渡段以减小泵体尺寸。作用段6的长为5毫米-20毫米，宽为 5毫米-20毫米，厚度(高度)为500纳米-10毫米。考虑到加工难度和流道过渡阻力等因 素，作用段6的厚度优选范围是0. 5毫米-3毫米。流道进出口分别与两根引管2相连，引 管2部分嵌入泵体内。泵体1上下表面各有一个凹槽以放置磁体4，凹槽与流道之间填充有 一薄层浇注材料，使磁铁与导电流体绝缘，该浇注材料薄层合适的厚度为0. 5毫米-1毫米。 两根电极3的电极片8从左右两侧伸入流道内，电极片8完全嵌入泵体，与其他导电结构完 全绝缘。导磁部件5装于磁体4外围以使磁场封闭。 所述磁体4可以是磁铁，磁铁尺寸可根据所需泵的压头大小进行调整。流道作用 段6与过渡段7的尺寸和形状均可根据系统阻力大小进行调整，当泵足以提供系统运行所 需压头时，可取消过渡段以縮短泵体1的长度。以上调整均由改变牺牲材料的尺寸和外形 来实现。此外，泵体外形还可根据美观的需要进行改变，修改浇注模具即可制成棱柱形、圆 柱形、椭球形等多种样式。 本实施例的电磁泵制作方法包括如下步骤 1)将牺牲材料固化定型为流道形状，所述流道至少具有一个扁平状的作用段。所 述的牺牲材料为石蜡或低熔点金属等，可采用手工切削或机械加工方法成型，当需要批量 生产时，还可采用模具浇注或压铸的方法成型。所述的牺牲材料与浇注体不会发生反应，溶 化后易于清除。 2)将定型后的牺牲材料至于模具内部。所述的模具由聚四氟材料制成，与浇注材
料不发生反应且不粘黏。电极、引管及牺牲材料均采用704硅橡胶固定于模具上。 3)将引管接入所述流道状牺牲材料的两端，将电极从两侧嵌入牺牲材料的扁平状
部分。本实施例中，所述的浇注材料为环氧树脂或工程塑料等，可通过添加玻璃、陶瓷等材
料的纤维或粉末以提高其强度和韧性。所述的引管嵌入泵体部分的外圈刻有凹槽以防止引
管从浇注体中松脱。所述的电极由低电阻率材料制作，并确保不会被所输送的导电流体所腐蚀。 4)将用于形成泵体的液态浇注材料送入模具内，待模具被填满后置于室温或高温 环境中固化。 5)待浇注材料固化后，拆除模具，用化学或物力方法清除所述牺牲材料。 6)在流道作用段周围布设磁场。所述的磁体可以是永磁铁也可以是电磁铁。所述
的导磁部件由高导磁材料制作，如电工纯铁、低碳钢等，厚度为2-10毫米。
本实施例在泵体成型后除中空流道外，无任何气隙与外界相通，电极中段亦被完 全包裹在泵体中，使得流体无泄漏的可能。而现有的组装电磁泵的流道是由多个组件拼凑 粘接而成，电极亦由流道两侧所打孔隙伸入并粘接，如粘胶涂抹不均匀或过少可能导致流 体因缝隙密封不严而泄漏，过多则可能导致电极被粘胶包住而使电路断路。本发明所制作 出的流道过渡段与作用段平行，而现有的电磁泵限于机械加工的难度，其过渡段与作用段 成一定角度，使得其局部阻力较大且加工成本高，经测试，当流体流速超过0. 15米每秒时， 本发明电磁泵的流动阻力低于传统电磁泵的二分之一。此外，本发明的制作方法较为简单， 较早期电磁泵可更好的控制加工精度，在使用相同磁铁制作时，体积更小，所提供的静压更 高(经测试可达传统电磁泵的1. 3倍)。 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
权利要求
一种用于驱动导电流体的电磁泵，包括泵体、引管和电极，其特征在于，所述泵体具有通孔，该通孔作为导电液体的流道，所述流道包括置于磁场内的作用段；所述泵体一次成型并在成型时与所述引管形成一体，所述引管与所述流道两端连通。
2. 根据权利要求1所述的用于驱动导电流体的电磁泵，其特征在于，所述流道作用段 为扁平状，所述流道还包括位于所述作用段和引管之间的过渡段，所述过渡段的截面形状 由作用段截面形状平滑地过渡到引管的截面形状。
3. 根据权利要求1所述的用于驱动导电流体的电磁泵，其特征在于，所述磁场由磁体 和导磁部件提供，所述磁体的两极嵌入所述泵体内形成扁平状的磁隙；所述流道的作用段 置于所述磁隙内。
4. 根据权利要求2所述的用于驱动导电流体的电磁泵，其特征在于，所述电极由电极 片和引线组成，所述电极片完全包裹在所述泵体内部，正负两极的电极片分别伸入所述流 道作用段的两侧；所述引线一端与电极片连接，另一端从泵体内部引出以连接供电电路。
5. 根据权利要求1所述的用于驱动导电流体的电磁泵，其特征在于，所述流道作用段 为扁长方体形，长为5毫米-20毫米，宽为5毫米-20毫米，厚度为500纳米-10毫米。
6. 根据权利要求2所述的用于驱动导电流体的电磁泵，其特征在于，所述过渡段纵剖 面的外轮廓线为直线或弧线。
7. 根据权利要求3所述的用于驱动导电流体的电磁泵，其特征在于，所述磁隙的厚度 为600纳米-20毫米。
8. 根据权利要求1所述的用于驱动导电流体的电磁泵，其特征在于，形成所述泵体的 浇注材料为透明材料。
9. 根据权利要求1所述的用于驱动导电流体的电磁泵，其特征在于，形成所述泵体的 浇注材料为环氧树脂或工程塑料。
10. 根据权利要求1所述的用于驱动导电流体的电磁泵，其特征在于，所述牺牲材料为 石蜡、伍德合金或锡铅铋合金。
11. 根据权利要求1所述的用于驱动导电流体的电磁泵，其特征在于，所述磁体为永磁 铁或电磁铁。
12. —种电磁泵的制作方法，其特征在于，包括如下步骤1) 将牺牲材料固化定型为流道形状，所述流道至少具有一个作用段；2) 将定型后的牺牲材料至于模具内部；3) 将引管接入所述流道状牺牲材料的两端，将电极从两侧嵌入牺牲材料；4) 将用于形成泵体的液态浇注材料送入模具内，待模具被填满后置于室温或高温环境 中固化；5) 待浇注材料固化后，拆除模具，清除所述牺牲材料；6) 在流道作用段周围布设磁场。
13. 根据权利要求12所述的制作电磁泵的方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述流道 的作用段为扁平状，所述流道还包括位于所述作用段和引管之间的过渡段，所述过渡段的 截面形状由作用段截面形状平滑地过渡到引管的截面形状。
14. 根据权利要求12所述的制作电磁泵的方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤5) 中，所述牺牲材料为石蜡、伍德合金或锡铅铋合金。
15. 根据权利要求12所述的制作电磁泵的方法，其特征在于，所述步骤6)中，所述磁场 由磁体和导磁部件提供，所述磁体的两极嵌入所述泵体内形成扁平状的磁隙；所述流道的 作用段置于所述磁隙内；所述步骤l)中，还包括固化定型为磁体形状的牺牲材料，用于在 泵体上形成嵌入所述磁体的凹槽。
16. 根据权利要求12所述的制作电磁泵的方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述引管 的一部分伸入模具内部，伸入模具内部部分的外圈刻有凹槽。
全文摘要
本发明提供一种用于驱动导电流体的电磁泵，包括泵体、引管和电极，其特征在于，所述泵体具有通孔，该通孔作为导电液体的流道，所述流道包括置于磁场内的作用段；所述泵体一次成型并在成型时与所述引管形成一体，所述引管与所述流道两端连通。同时，本发明还提供了该电磁泵的制作方法。本发明具有如下技术效果本发明的泵体具有优异的密封性能。本发明的流道过渡段与作用段平行，实现了流道向引管的平滑过渡，使得流道内液体的流动阻力大幅降低。此外，本发明的制作方法较为简单，较现有电磁泵具有更好的可控制加工精度，在使用相同磁铁制作时，体积更小，所提供的静压更高。
文档编号H02K44/00GK101741218SQ20081022704
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者刘明, 刘静, 周一欣 申请人:中国科学院理化技术研究所