[发明专利]一种间接测量线性压缩机弹簧刚度和动子质量的方法

说明书

技术领域

本发明属于线性压缩机领域，具体涉及一种线性压缩机弹簧刚度和动子质量的间接测量方法。

背景技术

线性压缩机由于结合了直线电机、柔性板弹簧以及间隙密封等关键技术，具有寿命长、无摩擦、振动低、噪声小以及可靠性高等一系列优势，已广泛应用于低温制冷机和冰箱等领域。线性压缩机可以理解为由三大部分组成：电路部分、机械部分以及声负载部分。其中机械部分连接电路与声负载，发挥着将电功有效转换为声功的作用。机械部分中的动子质量和弹簧刚度两个关键参数直接影响着压缩机针对特定负载的声功输出特性，因此对于线性压缩机而言至关重要。

图1所示为线性压缩机结构示意图，图2所示为其等效物理模型，其可看做由三部分组成，从左至右分别为：电路部分，机械部分，声学部分。其中U为输入电压，I为输入电流，R_e代表电阻，X_e代表电抗，α为电机比推力，R_m为线性压缩机的机械阻尼系数，M为动子质量，k_s为线性压缩机的板弹簧刚度，p_c代表压缩机出口压力波动，V_c代表线性压缩机出口气体体积流率，R_a为声阻抗实部，X_a为声阻抗虚部。

目前弹簧刚度k_s的测量方法为：在压缩机装配之前，通过特殊测量装置(如万能材料试验机)测量其在不同位移下的弹性力，从而通过胡克定律得到弹簧刚度k_s；动子质量M的测量方法为：在压缩机装配之前，直接测量活塞头、活塞杆等运动部件的质量，再加上弹簧部件质量的1/3，即为总的动子质量M。上述测量过程均发生在压缩机装配之前，需要对参数进行逐一单独测量。线性压缩机在长时间运行过后，由于一些原因，如板弹簧材料性质的改变，动圈绕组绝缘层的放气等，导致弹簧刚度和动子质量发生变化，影响压缩机输出特性。此时如需测量这两个参数，需拆开压缩机，较为不便。此外，由于线性压缩机的密封依靠的是活塞与气缸之间微米级的间隙，这也使得其装配极其困难。且在一些场合，缺少上述测量装置，使得参数难以获得。

发明内容

本发明提供了一种间接测量线性压缩机弹簧刚度和动子质量的方法，该方法在无需拆解压缩机的情况下可实现对压缩机参数的间接无损测量，操作简单，避免了现有技术的复杂检测过程，检测效率高，实施方便。

本发明根据线性压缩机谐振工况下电声转化效率最高的原理，通过合理的测量流程，由所测得负载声阻抗以及压缩机效率来反推弹簧刚度和动子质量。

本发明在待测压缩机出口连接间接测量装置，通过合理设计的测量流程，计算反推得到弹簧刚度及动子质量。

一种间接测量线性压缩机弹簧刚度和动子质量的方法，包括：在压缩机出口连接声学负载，对整个系统充压，在保证声学负载的声阻抗实部不变的条件下，检测至少两组不完全相同的声阻抗虚部和角频率数据，结合压缩机谐振条件，计算得到弹簧刚度及动子质量；所述角频率数据为压缩机的电声转换效率最高时对应的角频率。

作为优选，所述两组不完全相同的声阻抗虚部和角频率数据分别为第一个声阻抗虚部X_a1、第一个角频率ω₁以及第二个声阻抗虚部X_a2、第二个角频率ω₂；将两组数据分别带入如下两个计算式，得到所述的弹簧刚度及动子质量：