动圈型直线压缩机原理性样机的优化与设计

【摘要】：论文的目标是在优化原动圈型直线压缩机样机的基础上,设计并完善一种成本低、效率高的冰箱用直线压缩机。与传统的冰箱内使用的压缩机不同,直线压缩机是一种由直线电机直接驱动活塞作往复运动的新型压缩机,省去了将旋转运动转变为活塞往复运动的曲柄连杆机构,而且可以实现无油润滑、迷宫密封。直线压缩机活塞的行程及外止点的位置可以通过输入电压来调整,从而实现压缩机流量的连续调节,使得直线压缩机在整个工作范围内都保持较高的效率。 本文研究的冰箱用动圈型直线压缩机是由永磁体产生磁场,通入交变电流的动子线圈在磁场中受到安培力的作用而往复运动,从而完成压缩介质的工作。为解决原压缩机样机驱动力不足的问题,文中采用有限元法计算和优化压缩机的磁路系统,以增大其比推力,为压缩机提供充足的动力。提出了一种新的辐射充磁模型作为压缩机的驱动源,研究了各结构参数对磁路系统的影响,在直线压缩机小型化的设计要求下,最终确定了压缩机磁路系统的各个参数。 动力学响应最终决定了压缩机的性能。因此本文采用Newmark数值积分法求解直线压缩机系统的数学模型,优化影响活塞动力学响应的因素,如动子线圈的导线直径,活塞的直径和行程等,以提高压缩机的性能。同时针对原压缩机样机在实验中发现的结构上的不足,通过吸取国内外的成功经验和不断的实验验证,对直线压缩机的动子支承、线圈支架和弹簧进行了有效的改进和设计,并在此基础上研制了一台动圈型直线压缩机原理性样机。 实验研究是验证压缩机设计是否合理的重要途径。本文建立了一套科学的测试实验系统,通过对样机特性的研究,测试和分析了位移、频率、电压、功率和背压等参数及其相互之间的关系,结果表明样机性能大大提高,达到了微型空气压缩机的节能标准。最后通过与现有的传统的旋转往复活塞式压缩机性能的比较,分析了现有直线压缩机样机的优势与不足。