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回热式制冷系统用直线压缩机的研究

何明顺  
【摘要】: 电磁谐振式直线压缩机是一种新型的往复活塞压缩机,主要由导电线圈、永磁体、导磁机构、支撑回复机构,以及压缩机活塞和壳体组成,由于其机电一体化的特性,有时也将此类直线压缩机直接称为直线电机。本文设计的是用于回热式制冷系统的无阀直线压缩机,具有结构紧凑、效率高、驱动功率大、调相方便等优点,适用于需要直线驱动的场合。 本文通过直线压缩机的运行特性和磁路结构的分析,研制出斯特林等回热式制冷系统使用的直线压缩机样机,获得直线压缩机工程设计程序,同时进行了测试系统和实验方案的设计,以进一步完善直线压缩机结构和性能。 本文给出了直线压缩机的机械振动系统和电磁系统的数学模型,对模型方程进行了简化求解,获得了直线压缩机的工作特性,并分析了弹簧刚度、动子质量、气体力、阻尼等谐振系统参数对直线压缩机性能的影响,在共振时,活塞达到最大振幅,系统效率最高。 同时,运用磁路法和有限元法对电机磁场进行了研究,运用Ansoft分析电机参数和电源参数的变化对电机磁场分布和磁感应强度的影响,以此优化了电机结构和性能,获得了较好的电磁推力和活塞位移的时间变化关系,在一定范围内活塞位移随着电压的增大而变大。 在对直线压缩机的谐振特性和磁场进行理论分析的基础上,开发了一台斯特林制冷系统用动圈式直线压缩机样机,并对其进行了仿真,总结了直线压缩机的一般设计方法。最后结合斯特林制冷机的应用,为进一步的研究提供了实验系统和实验方案设计。


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