[发明专利]对置式动圈型线性压缩机局部缩放方法

说明书

技术领域

本发明涉及制冷与低温工程领域，特别涉及一种对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法。该局部缩放方法适用于对置式动圈型线性压缩机的所有四种典型形式，即：采用长线圈轴向充磁的对置式动圈型线性压缩机、采用短线圈轴向充磁的对置式动圈型线性压缩机、采用长线圈径向充磁的对置式动圈型线性压缩机、采用短线圈径向充磁的对置式动圈型线性压缩机。

背景技术

线性压缩机(或称直线压缩机)是往复式活塞压缩机的一种，也是具有革新意义的一种往复式活塞压缩机。传统的往复式活塞压缩机大多属于旋转压缩机，即采用旋转电机驱动、通过曲柄连杆机构等的机械传动来实现往复运动。旋转压缩机的缺点非常明显，其主要表现在能量传递环节多、振动和噪声大、整机控制复杂、能量转化效率低，特别是因结构特点而对活塞施加的径向作用力，是产生无用功、机械磨损、系统污染等的主要来源之一，因而严重限制了其工作寿命。例如，设计优秀的旋转压缩机的连续工作寿命也往往低于1万小时，因此，对于一些要求长寿命工作的特殊领域，旋转压缩机已远远不能满足要求。线性压缩机则利用直线电机驱动活塞在气缸中作往复直线运动，根据电磁场相关理论，直线电机对活塞施加的是一个与活塞轴向绝对平行的线性力，因而在理论上，正确设计的线性压缩机完全消除了对活塞的径向作用力，因而消除了活塞和气缸壁之间的机械磨损以及由此产生的无用功，也杜绝了为减轻磨损而使用的润滑油带来的系统污染，因而工作寿命、稳定性和能量转化效率都得到了显著提高，从而在需要长寿命、高可靠和高效率工作的航天及军事等特殊领域有着非常重要的应用。

线性压缩机的核心部件是直线电机，直线电机根据工作中进行运动的关键部件大体可分为三类：动铁型、动圈型和动磁型。动铁型线性压缩机不使用永磁体，因而价格较低廉，但是性能相对不稳定，控制较困难，随着永磁体技术的进步和成本的降低，动铁型直线电机的应用逐渐减少；动圈型和动磁型线性压缩机的电机都包括三个核心部件：永磁体、轭铁和载流线圈，根据运动时是载流线圈还是永磁体运动而区分为动圈型和动磁型。其中，动圈型线性压缩机因其结构上的特点实现了径向力的完全消除，而且在开路时在载流线圈上不产生轴向力和扭矩，因而具有高效率、低噪声和高可靠的突出优点，因而成为近30年来国际范围内空间回热式低温制冷机(以脉冲管制冷机和斯特林制冷机为代表)的首选动力源。以美国为代表的西方发达国家为例，在近20年间发射升空的具有5年以上长寿命要求的航天脉冲管制冷机中，绝大多数都采用了动圈型线性压缩机。

此外，研究者在实践当中发现，单台线性压缩机由于运动及结构上的不平衡，往往会产生较大的振动输出，在航天及军事等特殊应用场合，这一振动量级往往不可接受。为了最大限度地降低这一振动量，实用的线性压缩机往往设计成将两台完全对等的压缩机对置布置，其目的是使二者的振动在运动中彼此抵消，该技术对于发展低振动线性压缩机的重要意义已为实践所充分证实。

由上述背景知识可知，对置式动圈型线性压缩机已成为长寿命星载线性压缩机的主流和骨干品种，其独特优势已为近20来回热式低温制冷机(特别是以脉冲管制冷机为代表的新一代回热式低温制冷机)的航天实践所充分验证。

根据载流线圈的长短和永磁体的充磁方向，还可以将动圈型线性压缩机分为四种形式，即：采用长线圈轴向充磁的动圈型线性压缩机、采用短线圈轴向充磁的动圈型线性压缩机、采用长线圈径向充磁的动圈型线性压缩机、采用短线圈径向充磁的动圈型线性压缩机。图1给出了一种采用短线圈径向充磁的对置式动圈型线性压缩机的示意图，其主要组成结构为：压缩机外壳1、板弹簧2、板弹簧7、线圈支架3、轭铁5、磁体6、活塞8、间隙密封结构9、汽缸10。

根据制冷机的冷却对象、工作温区、制冷量、工作环境的不同，对线性压缩机的尺寸也有着相应的不同要求，因而就对线性压缩机的柔性设计提出了日益迫切的要求。传统上，在线性压缩机的设计过程中，各个部件的精确尺寸可以借助有限元分析求得，此种方法精度较高，但是设计过程中必须进行大量的误差分析，尤其是，假如每台线性压缩机都使用上述方法从零开始设计，将是十分耗时费力的工作。

因而在对置式动圈型线性压缩机的研发和实践中，人们迫切需要一种方便、快捷而有实用的快速高效的压缩机设计方法，遗憾的是，因为该类压缩机在国内的发展才刚刚起步，该类快速高效设计方法还很少见。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提出一种对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法。