[發明專利]一種復合靜電和壓電驅動的微型振膜壓縮機

有效

• 申請號: 201711421031.4
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108167167B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 張興磊;胡院林;王文
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F04B45/047
• 分類號: F04B45/047;F04B39/10;F04B39/12
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

1.一種復合壓電和靜電驅動的微型振膜壓縮機，其特征在于，包括：復合驅動振膜、質心塊、壓縮機基體、壓縮機腔體、彈性止回閥片和壓縮機端蓋，其中，

所述壓縮機腔體為回轉曲面型腔體，所述壓縮機腔體包括腔體表面介電層；

所述復合驅動振膜包括：柔性薄膜、彈性金屬片、壓電陶瓷片、電極層和鍵合膠層，所述壓電陶瓷片與所述彈性金屬片之間設置所述鍵合膠層，所述彈性金屬片與所述柔性薄膜之間設置所述鍵合膠層，所述復合驅動振膜通過同步驅動電壓信號驅動；

壓電驅動器包括所述彈性金屬片、所述壓電陶瓷片和所述電極層，靜電驅動器包括所述柔性薄膜和所述壓縮機腔體；

所述同步驅動電壓信號同時對所述復合驅動振膜中的所述壓電驅動器和所述靜電驅動器進行驅動，配合所述壓縮機腔體實現對氣體的壓縮和排氣；所述壓電驅動器的驅動范圍作用于振膜外環區，所述靜電驅動器作用于振膜內圓區域，在所述微型振膜壓縮機處于排氣行程時，靜電力驅動所述復合驅動振膜貼向所述壓縮機腔體壁面；

所述微型振膜壓縮機排氣行程結束時，在低壓比工況下，所述復合驅動振膜與所述壓縮機腔體壁面貼合；在高壓比工況下，所述復合驅動振膜與所述壓縮機腔體壁面部分貼合；

所述壓電陶瓷片采用Z向極化，緊貼于所述彈性金屬片中；

所述質心塊采用高密度材料，密度＞10g/cm³。

2.根據權利要求1所述的一種復合壓電和靜電驅動的微型振膜壓縮機，其特征在于，分別在所述壓電陶瓷片表面的所述電極層和所述彈性金屬片中引出導線，用以接收所述同步驅動電壓信號。

3.根據權利要求1所述的一種復合壓電和靜電驅動的微型振膜壓縮機，其特征在于，所述柔性薄膜表面的所述電極層為復合金屬電極層，所述柔性薄膜表面的所述電極層以及引線通過濺射、電鍍和刻蝕獲得，所述壓縮機腔體采用導電材料加工而成，在所述柔性薄膜和所述壓縮機腔體之間施加同步的交變電壓驅動信號，形成靜電驅動。

4.根據權利要求1所述的一種復合壓電和靜電驅動的微型振膜壓縮機，其特征在于，所述壓縮機基體和所述壓縮機端蓋采用硬質絕緣材料，所述硬質絕緣材料包括聚酰亞胺、聚醚醚酮和有機玻璃，所述壓縮機腔體采用導電材料，所述導電材料包括硅或金屬材料。

5.根據權利要求1所述的一種復合壓電和靜電驅動的微型振膜壓縮機，其特征在于，所述壓縮機腔體表面介電層厚度＜1μm，所述壓縮機腔體表面介電層的制備材料包括SiO₂和Al₂O₃。

6.根據權利要求1所述的一種復合壓電和靜電驅動的微型振膜壓縮機，其特征在于，所述柔性薄膜彈性模量＜3GPa，厚度＜0.1mm，所述柔性薄膜包括聚酰亞胺薄膜、PDMS薄膜和金屬薄膜。

7.根據權利要求1所述的一種復合壓電和靜電驅動的微型振膜壓縮機，其特征在于，所述壓縮機腔體通過車削成型和機械拋光加工而成。

8.根據權利要求1所述的一種復合壓電和靜電驅動的微型振膜壓縮機，其特征在于，采用所述彈性止回閥片控制進氣和排氣，所述彈性止回閥片采用具有彈性的金屬薄片或者有機材料，所述金屬薄片包括鈹青銅和不銹鋼，所述有機材料包括聚酰亞胺和PDMS。

9.根據權利要求1所述的一種復合壓電和靜電驅動的微型振膜壓縮機，其特征在于，所述微型振膜壓縮機的腔體結構為單腔或雙腔結構。

10.根據權利要求1所述的一種復合壓電和靜電驅動的微型振膜壓縮機，其特征在于，所述微型振膜壓縮機腔體各部分通過螺釘緊固連接，并通過定位銷釘裝配。