[發(fā)明專利]一種雙驅(qū)動旋轉(zhuǎn)分置式斯特林制冷機

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711010047.6
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107843022A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅高喬;繩春晨;葉重;王波;徐海峰;寇翠翠;孔中科;張銀
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第十六研究所
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙)34115
• 代理人: 奚華保

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及小型低溫斯特林制冷機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙驅(qū)動旋轉(zhuǎn)分置式斯特林制冷機。

背景技術(shù)

斯特林制冷機是一種采用逆向斯特林循環(huán)的回熱式低溫制冷機。由于其效率高、結(jié)構(gòu)緊湊，小型斯特林制冷機廣泛應(yīng)用于紅外探測等領(lǐng)域。斯特林制冷機主體由壓縮單機和膨脹機兩部分組成，壓縮機由驅(qū)動電機、氣缸、活塞等組成，產(chǎn)生壓力波，膨脹機由排出器、膨脹氣缸等組成，在氣體膨脹時吸收熱量產(chǎn)生制冷。工作過程中斯特林制冷機的排出器需要與壓縮機產(chǎn)生的壓力波形成一定的相位才能實現(xiàn)制冷。小型斯特林制冷機按結(jié)構(gòu)可分為整體式和分置式兩類，按電機驅(qū)動方式可以分為旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動式和直線電機驅(qū)動式。

由旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動的大多為整體式，稱為旋轉(zhuǎn)整體式制冷機，旋轉(zhuǎn)整體式的排出器和壓縮機由同一個電機通過曲柄連桿機構(gòu)驅(qū)動，曲柄連桿機構(gòu)可以保證排出器與壓力波形成恒定的相位。

由直線電機驅(qū)動的大多為分置式，稱為直線分置式制冷機，直線分置式的膨脹機與壓縮機分置布置，中間只用一根壓力波可以通過的管道連接。直線電機驅(qū)動壓縮機時，電機動子與活塞為一體結(jié)構(gòu)，活塞動子部分與彈簧形成一個受迫振動系統(tǒng)，電機電磁力驅(qū)動動子形成往復(fù)震蕩運動，運動過程中活塞在氣缸中產(chǎn)生壓力波。直線分置式的排出器驅(qū)動方式有兩種，一種是由壓縮機產(chǎn)生的壓力波驅(qū)動的氣動式，一種是由直線電機驅(qū)動的雙驅(qū)動式，即壓縮機和膨脹機均由直線電機驅(qū)動。氣動式工作過程中排出器與彈簧組成一個受迫振動系統(tǒng)，壓力波驅(qū)動時通過阻尼力產(chǎn)生相位差使排出器與壓力波形成所需的相位。雙驅(qū)動工作過程中是通過位置傳感器確定壓縮活塞與排出的運行位置，由控制器控制兩個電機運行位置形成所需相位。

也有壓縮機由旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動，膨脹機分置布置的旋轉(zhuǎn)分置式制冷機，旋轉(zhuǎn)分置的膨脹機一般是氣動式。

旋轉(zhuǎn)整體式制冷機采用一體式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)非常緊湊，曲柄連桿使得相位恒定，整機效率高。同時由于曲柄連桿機構(gòu)在驅(qū)動過程中驅(qū)動力的傳遞都是剛性連接，在高加速環(huán)境下，相位和運動受影響較小，所以在彈載等高機動、高加速度環(huán)境時適應(yīng)性好。但是由于一體式結(jié)構(gòu)，其缺點主要是膨脹機冷頭受到壓縮機的影響振動較大，應(yīng)用安裝時也因為一體式結(jié)構(gòu)使用不夠靈活。

直線分置式制冷機采用壓縮機與膨脹機分離結(jié)構(gòu)，應(yīng)用過程中冷頭部分安裝靈活，膨脹機冷頭也不受壓縮機影響，振動小。氣動式由于相位靠阻尼實現(xiàn)，要達到高的效率設(shè)計難度和調(diào)試難度均比較大。雙驅(qū)動式由于壓縮機和膨脹機中都需要布置直線式位置傳感器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大。直線分置式的壓縮機和排出器運動都是往復(fù)受迫振動系統(tǒng)，運動非剛性連接，在高機動、高加速的環(huán)境下，受迫振動系統(tǒng)會因為高加速的慣性力導(dǎo)致相互之間的相位發(fā)生偏移或錯亂，導(dǎo)致冷頭溫度輸出不穩(wěn)定甚至不能正常工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種雙驅(qū)動分置式斯特林制冷機，該制冷機一方面能夠解決旋轉(zhuǎn)整體式制冷機存在的冷頭布置不靈活和振動大的不足，另一方面能夠解決直線分置式制冷機對高加速度環(huán)境條件難以適應(yīng)的不足。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種雙驅(qū)動旋轉(zhuǎn)分置式斯特林制冷機，包括分置式布置的壓縮機與膨脹機、連接壓縮機出氣口與膨脹機進氣口的連接管以及驅(qū)動控制器。

具體地說，所述壓縮機包括壓縮機外殼以及安裝在壓縮機外殼中的壓縮機驅(qū)動伺服電機、壓縮機曲軸、壓縮機曲軸連桿、壓縮活塞和壓縮氣缸；所述壓縮機驅(qū)動伺服電機的轉(zhuǎn)子與壓縮機曲軸相連；所述壓縮機曲軸連桿的一端與壓縮機曲軸相連，另一端與壓縮活塞相連；所述壓縮活塞嵌入安裝在壓縮氣缸內(nèi)；壓縮機驅(qū)動伺服電機驅(qū)動壓縮機曲軸和壓縮機曲軸連桿運動，進而驅(qū)動壓縮活塞沿壓縮氣缸軸向作直線往復(fù)運動。

所述膨脹機包括膨脹機外殼以及安裝在膨脹機外殼中的膨脹機驅(qū)動伺服電機、膨脹機曲軸、膨脹機曲軸連桿、排出器和膨脹氣缸；所述膨脹機驅(qū)動伺服電機的轉(zhuǎn)子與膨脹機曲軸相連；所述膨脹機曲軸連桿的一端與膨脹機曲軸相連，另一端與排出器相連；所述排出器嵌入安裝在膨脹氣缸內(nèi)；膨脹機驅(qū)動伺服電機驅(qū)動膨脹機曲軸和膨脹機曲軸連桿運動，進而驅(qū)動排出器沿膨脹氣缸軸向作直線往復(fù)運動。

進一步的，所述連接管為金屬軟管。

進一步的，所述壓縮機驅(qū)動伺服電機和膨脹機驅(qū)動伺服電機采用同一驅(qū)動控制器驅(qū)動。

進一步的，所述壓縮機和膨脹機之間的相位是控制器根據(jù)兩者伺服電機的位置編碼器進行控制。所述相位指得是壓縮機和膨脹機兩者之間的相對相位。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：