[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

本發明公開了一種復合靜電和壓電驅動的微型振膜壓縮機，包括：復合驅動振膜、質心塊、壓縮機基體、壓縮機腔體、彈性止回式閥片和壓縮機端蓋等組成，壓縮機腔體采用回轉曲面型腔體，行腔函數依據振膜形變而定，保證振膜在排氣結束時與腔體貼合，微型振膜壓縮機工作時，先利用壓電振子的快速響應，驅動振膜壓縮流體并引導柔性薄膜與腔體壁面貼合，進入靜電驅動效率較高的間距范圍內，通過靜電驅動進一步對流體進行壓縮和排氣，使得壓縮機具有較高的容積效率。同時微型隔膜壓縮機的實際結構可以是單腔體或雙腔體結構。本發明微型壓縮機體積小、響應速度快，復合了靜電和壓電驅動，因此具有較高的排氣壓升。

技術領域

本發明涉及本發明屬于微流體控制技術領域，尤其涉及一種復合靜電和壓電驅動的微型振膜壓縮機。

背景技術

微型壓縮機或微泵是微流體系統中的動力源，是系統的核心部件。由于微型壓縮機的微型化，使系統更加緊湊，并且具有較高的控制精度，目前已廣泛應用于醫藥、化工、航天以及電子冷卻等領域。

目前微型壓縮機主要結構為容積式，一般通過驅動薄膜形變實現腔體的體積變化，產生對流體的壓縮和運輸。微泵的驅動方式主要包括壓電驅動、靜電驅動、電磁驅動、熱氣動驅動以及記憶合金等。從可靠性和響應速度來看，壓電和靜電驅動具有較好的優勢。壓電驅動器利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在交變驅動電場下，壓電陶瓷在垂直場強方向產生伸縮，通過復合彈性基層，將壓電陶瓷形變量放大并轉化至縱向，產生一定的驅動力或位移。靜電驅動器利用腔體與薄膜電極層之間的靜電力，使得薄膜產生形變，利用交替的電壓驅動信號，可實現連續的吸氣、壓縮和排氣過程。相比傳統電機驅動微型壓縮機，壓電和靜電的驅動方式具有結構簡單、體積小以及效率高等特點。

目前隨著冷卻制冷系統的微型化發展，電子散熱領域內的主動式微型制冷系統的擴大應用過程中，微型壓縮機作為核心部件決定著微系統的可行性和可靠性。然而目前微型壓縮機的壓升能力不足，只能達到對流體進行泵送的壓力水平，限制了微型壓縮機在制冷或散熱領域內的應用。根據目前現有微型壓縮機的結構和設計思路，導致其壓升水平較低主要存在兩方面原因：一方面由于驅動器的驅動力不足，如薄膜壓電驅動器的形變較小，克服的壓力載荷也較低，對于靜電驅動器，驅動薄膜壓縮流體時易失穩。另一方面，壓縮機容積效率較低，主要存在于薄膜壓電驅動微型壓縮機中，由于薄膜壓電驅動器在電壓信號驅動下，產生的形變函數較為復雜，明顯含有高階函數項，因此難以設計出回轉曲面型腔體與壓電振子相匹配，使得驅動器在排氣結束時完全與腔體壁面貼合，導致微型壓縮機的容積效率較低。因此，提升微型壓縮機的驅動力和容積效率是提升微型壓縮機壓升的主要方向。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種復合靜電和壓電驅動的微型振膜壓縮機。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是微型壓縮機驅動器的驅動力不足以及壓縮機容積效率較低。

為實現上述目的，本發明提供了一種復合靜電和壓電驅動的微型振膜壓縮機，以獲得更高的排氣壓升，并提高靜電驅動穩定性，主要包括：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。

進一步地，壓縮機腔體依據振膜形變，采用回轉曲面型腔體，保證振膜在排氣結束時完全與腔體壁面貼合，從而具有較高的容積效率，壓縮機腔體包括腔體表面介電層。

進一步地，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，復合驅動振膜通過同步驅動電壓信號驅動。