分置式斯特林制冷器动压压缩机研究.pdfVIP

第四届全国低温工程 低温工程 1999年第4期 学术会议论文集 CRYOGENICS 总第110期 分置式斯特林制冷嚣对动压压缩机研究 张永清 何世安 郭良珠 李元 刘根 孙中章 (合肥低温电子研宽所合肥市230043) 1．75 摘要论述7 W／80K分置式斯特林制冷器对动压缩机的I作原理及其 结构特点，并给出j有关的实验结果。 主题词对动压缩机斯特林制冷器直线电机 1前言 近年来．红外技术的迅速发展极大地促进r低温制冷技术的进步，尤其是各种类型的斯 特林制冷器已成为各国低温领域的研究热点。自199zi年以来，为适应我国军用红外技术的不 W／80 断发展和应用急需，我所重点开展了1．75 K斯特林制冷器的研究工作．已完成的对动 直线电机双活塞驱动的制冷器具有体积小、重戢轻、振动小、效率高等特点，使用效果良好， 加快了我国斯特林制冷器实用化的步伐。 压缩机是制冷器的动力源，是影响整机性能和实用化水平的关键部件。本文将重点对压 缩机部分的工作原理及其结构进行探讨。 2压缩机结构及其特点 mm×200mm，质量为1．3 压缩机外形尺寸为十47 kg，由两个完全相同的单缸压缩机对 称布置．每个压缩机内都包括一个定子组件和一个动子 组件。定子组件由两组R。Co，，永磁材料磁钢和Co。。V。 内外磁极构成，其中内磁极又兼作压缩气缸，形成了闭 合电机静磁路(见图1)，气隙长宽比为1：4，气隙的磁 场强度是0．38Tl动子组件主要是由压缩活塞和直接与 之相连的双音圈线圈构成，线圈则由固定在外壳上的机 械弹簧支撑并控制，当给线圈通入交流电时，气隙内的 线圈将带动活塞一起作往复运动，完成工质的压缩。 由于压缩机采用了对称结构，使两个动子运动时动 囝l电机静磁路示意图 量相互平衡，因而压缩机运行平稳．振动和噪声减小。 1．外磁极，2内破极；3．气隙，4．融铜 内磁极与汽缸、活塞与双音圈一体化设计，有效地利用了空间。结构紧凑，体积缩小 张永清，女，31岁，工程师。 100 低温工程 !竺!兰苎!塑 重量减轻。 磁路设计采用磁钢径向充磁的双气隙闭合静磁路。这种充磁方式比常用的轴向充磁漏磁 小，磁路利用率高，且内外磁极均采用高导磁材料，提供了辐射屏蔽，进一步减小了漏磁。 活塞选用优质耐磨材料，采用细长结构，与汽缸之间形成间隙迷宫密封，这种密封同时 在工作时会产生气体支承作用，使摩擦减小，从而减轻磨损，提高了压缩机的寿命。通过多 种间隙的冷量对比性能实验发现，闯隙过大，会造成内泄漏，压比减小，制冷效率降低}间 隙过小，阻力增大，输入功率和发热量增加，甚至发生卡死现象。因此，多次实验结果表明， 活塞在细长结构下单边间隙为lopm～12／am时密封效果最佳。 电磁干扰现象是影响红外器件成像的重要因素，来源于压缩机的电磁干扰主要是由交变 电流所产生的动态电磁场造成的。为此，我们在分置管上加一隔磁接头，有效地解决了困扰 用户的一大难题。 3压缩机设计原理 传统的曲柄连杆结构压缩机通常存在侧向力大、振动太等缺点，为此本压缩机采用了对 置双活塞动圈式直线电机驱动形式。该压缩机将电机和压缩机进行一体化设计，直接由直线 电机产生往复运动，带动压缩机活塞在汽缸内压缩作功。 根据电磁学原理，将线圈置于闭合磁路的环行间隙中，当给线圈通入交变电流I=Iosin。ot 时，在磁场的作用下，线圈受到了与电流同频同相的交变洛沦磁力F—Fosinrot的作用，从而 带动与之相连的压缩活塞作往复运动，完成气体压缩。 我们可将压缩机的动子弹簧系统简化为单质量单自由度的受迫阻尼振动，其振动方程为： 研主+ct+kx—Fosintot。 则可解得：z—Aosi