[发明专利]一种复合静电和压电驱动的微型振膜压缩机

说明书

本发明公开了一种复合静电和压电驱动的微型振膜压缩机，包括：复合驱动振膜、质心块、压缩机基体、压缩机腔体、弹性止回式阀片和压缩机端盖等组成，压缩机腔体采用回转曲面型腔体，行腔函数依据振膜形变而定，保证振膜在排气结束时与腔体贴合，微型振膜压缩机工作时，先利用压电振子的快速响应，驱动振膜压缩流体并引导柔性薄膜与腔体壁面贴合，进入静电驱动效率较高的间距范围内，通过静电驱动进一步对流体进行压缩和排气，使得压缩机具有较高的容积效率。同时微型隔膜压缩机的实际结构可以是单腔体或双腔体结构。本发明微型压缩机体积小、响应速度快，复合了静电和压电驱动，因此具有较高的排气压升。

技术领域

本发明涉及本发明属于微流体控制技术领域，尤其涉及一种复合静电和压电驱动的微型振膜压缩机。

背景技术

微型压缩机或微泵是微流体系统中的动力源，是系统的核心部件。由于微型压缩机的微型化，使系统更加紧凑，并且具有较高的控制精度，目前已广泛应用于医药、化工、航天以及电子冷却等领域。

目前微型压缩机主要结构为容积式，一般通过驱动薄膜形变实现腔体的体积变化，产生对流体的压缩和运输。微泵的驱动方式主要包括压电驱动、静电驱动、电磁驱动、热气动驱动以及记忆合金等。从可靠性和响应速度来看，压电和静电驱动具有较好的优势。压电驱动器利用压电陶瓷的逆压电效应，在交变驱动电场下，压电陶瓷在垂直场强方向产生伸缩，通过复合弹性基层，将压电陶瓷形变量放大并转化至纵向，产生一定的驱动力或位移。静电驱动器利用腔体与薄膜电极层之间的静电力，使得薄膜产生形变，利用交替的电压驱动信号，可实现连续的吸气、压缩和排气过程。相比传统电机驱动微型压缩机，压电和静电的驱动方式具有结构简单、体积小以及效率高等特点。

目前随着冷却制冷系统的微型化发展，电子散热领域内的主动式微型制冷系统的扩大应用过程中，微型压缩机作为核心部件决定着微系统的可行性和可靠性。然而目前微型压缩机的压升能力不足，只能达到对流体进行泵送的压力水平，限制了微型压缩机在制冷或散热领域内的应用。根据目前现有微型压缩机的结构和设计思路，导致其压升水平较低主要存在两方面原因：一方面由于驱动器的驱动力不足，如薄膜压电驱动器的形变较小，克服的压力载荷也较低，对于静电驱动器，驱动薄膜压缩流体时易失稳。另一方面，压缩机容积效率较低，主要存在于薄膜压电驱动微型压缩机中，由于薄膜压电驱动器在电压信号驱动下，产生的形变函数较为复杂，明显含有高阶函数项，因此难以设计出回转曲面型腔体与压电振子相匹配，使得驱动器在排气结束时完全与腔体壁面贴合，导致微型压缩机的容积效率较低。因此，提升微型压缩机的驱动力和容积效率是提升微型压缩机压升的主要方向。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种复合静电和压电驱动的微型振膜压缩机。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是微型压缩机驱动器的驱动力不足以及压缩机容积效率较低。

为实现上述目的，本发明提供了一种复合静电和压电驱动的微型振膜压缩机，以获得更高的排气压升，并提高静电驱动稳定性，主要包括：复合驱动振膜、质心块、压缩机基体、压缩机腔体、弹性止回阀片和压缩机端盖。

进一步地，压缩机腔体依据振膜形变，采用回转曲面型腔体，保证振膜在排气结束时完全与腔体壁面贴合，从而具有较高的容积效率，压缩机腔体包括腔体表面介电层。

进一步地，复合驱动振膜包括：柔性薄膜、弹性金属片、压电陶瓷片、电极层和键合胶层，复合驱动振膜通过同步驱动电压信号驱动。