[发明专利]对置式动圈型线性压缩机局部缩放方法

权利要求书

1.一种对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法，其特征在于：

所述的局部缩放方法基于对置式动圈型线性压缩机的结构方程和性能方程提出，仅选取部分必要的结构尺寸进行缩放调整，在保证压缩机效率不变的前提下，实现对压缩机性能的缩放；

定义一个用于计算所选结构参数缩放系数的缩放因子K，所选结构初始设计对应K＝1，尺寸放大对应K>1，尺寸缩小对应K<1；

在使用时，需遵循如下前提：压缩机系统内的电流密度、磁感应强度、板弹簧弹性模量、工质气体的压强振幅、工质气体的粘性系数、充气压力、导线(12)的电阻率在缩放过程中不发生改变；满足上述前提之后，即可进行尺寸参数的选取及尺寸参数的缩放系数的确定；然后再通过设计方程确定下列性能参数的缩放系数：板弹簧轴向刚度、气体弹簧刚度、压缩机的共振频率、压缩机的运行频率、扫气体积、电机推力、惯性力、气体弹簧作用力、板弹簧作用力、活塞运行速度、电机输入功、电机热损、PV功、间隙密封功损。

2.根据权利要1所述的一种对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法，其特征在于：所述的尺寸参数的选取及其缩放系数的确定方法如下：

从活塞直径(16)、活塞长度(15)、板弹簧直径(13)、板弹簧厚度(14)、上板弹簧(2)的数量、下板弹簧(7)的数量、汽缸(10)的尺寸、轭铁(5)的尺寸、磁体内径(17)、磁体外径(18)、磁体宽度(19)、线圈支架(3)的尺寸、导线直径(20)、导线(12)的长度、压缩机外壳(1)的尺寸中选取部分必要的结构尺寸进行缩放，剩余的结构尺寸不做改变。

3.根据权利要1所述的一种对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法，其特征在于：所述的性能参数的缩放系数的具体确定过程如下：

步骤一：压缩机的运行频率设计；

压缩机在其共振频率下运行时能获得最高的效率，故一般都会将压缩机的运行频率设计成压缩机的共振频率：

f=fn=12πkm+kgm---(1)]]>

式中：f为压缩机的运行频率；f_n为压缩机的共振频率；k_m为板弹簧轴向刚度；k_g为气体弹簧刚度；m为动子质量；

缩放时，板弹簧型线(11)不做改变，已知板弹簧轴向刚度满足：

km∝Nsts3Ds2---(2)]]>

式中：k_m为板弹簧轴向刚度；D_s为板弹簧直径(13)；t_s为板弹簧厚度(14)；上板弹簧(2)和下板弹簧(7)的数量均为N_s；

气体弹簧刚度k_g往往要比板弹簧轴向刚度大上数倍：

kg=apΔPs=πD2ΔP4s---(3)]]>

式中：a_p为活塞(8)的截面积；s为活塞行程；D为活塞直径(16)；ΔP为工质气体的压强振幅；

缩放时，可选取其中任意一个或多个参数进行缩放，实现对板弹簧轴向刚度k_m和气体弹簧刚度k_g的缩放；

基于(1)式、(2)式和(3)式，通过缩放板弹簧轴向刚度k_m、气体弹簧刚度k_g和动子质量m可实现对压缩机的运行频率的缩放；

步骤二：活塞受力分析；

活塞(8)主要受四个力的作用，分别为电机推力F、惯性力F_i、气体弹簧作用力F_g以及板弹簧作用力F_m：

F=BIL=π4BiDc2L---(4)]]>

F_i＝2π²f²sm            (5)

F_g＝ΔP□a_p(6)

Fm=12kms---(7)]]>

式中：B为磁体(6)的磁感应强度；I为电流强度；L为导线(12)的长度；i为电流密度；D_c为导线直径(20)；

通过调整部分结构尺寸，可以实现对电机推力、惯性力、气体弹簧作用力和板弹簧作用力的缩放；

步骤三：压缩机功率变化；

压缩机的电机输入功由电机推力和活塞运行速度决定：

<W·motor>=Fv‾---(8)]]>

v‾=2sf---(9)]]>

因此，结合(8)式和(9)式，可以得到：

<W·motor>=2fsF---(10)]]>

电机的主要损失为电机热损Q_c：

Q_c＝I²R_c         (11)

I＝ia_c         (12)

R_c＝ρ_cL/a_c         (13)

式中：a_c为导线(12)的截面积；ρ_c为导线(12)的电阻率；

将(12)式和(13)式代入到(11)中去：

Q_c＝i²ρ_ca_cL          (14)

压缩机的PV功满足：

<W·PV>∝fΔPΔV=fsapΔP---(15)]]>

式中：为PV功；ΔV为压缩机扫气容积；

电机输入功、电机热损和PV功的缩放系数由步骤一和步骤二中所选结构参数的缩放系数所决定；

确保电机输入功、电机热损和PV功的缩放系数相同，可在保证压缩机效率不变的前提下，实现对置式动圈型线性压缩机性能的缩放。