[發明專利]一種雙驅動旋轉分置式斯特林制冷機

在審

• 申請號: 201711010047.6
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107843022A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）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）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: 合肥天明專利事務所(普通合伙)34115
• 代理人: 奚華保

技術領域

本發明涉及小型低溫斯特林制冷機技術領域，具體涉及一種雙驅動旋轉分置式斯特林制冷機。

背景技術

斯特林制冷機是一種采用逆向斯特林循環的回熱式低溫制冷機。由于其效率高、結構緊湊，小型斯特林制冷機廣泛應用于紅外探測等領域。斯特林制冷機主體由壓縮單機和膨脹機兩部分組成，壓縮機由驅動電機、氣缸、活塞等組成，產生壓力波，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生的壓力波形成一定的相位才能實現制冷。小型斯特林制冷機按結構可分為整體式和分置式兩類，按電機驅動方式可以分為旋轉電機驅動式和直線電機驅動式。

由旋轉電機驅動的大多為整體式，稱為旋轉整體式制冷機，旋轉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驅動，曲柄連桿機構可以保證排出器與壓力波形成恒定的相位。

由直線電機驅動的大多為分置式，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。直線電機驅動壓縮機時，電機動子與活塞為一體結構，活塞動子部分與彈簧形成一個受迫振動系統，電機電磁力驅動動子形成往復震蕩運動，運動過程中活塞在氣缸中產生壓力波。直線分置式的排出器驅動方式有兩種，一種是由壓縮機產生的壓力波驅動的氣動式，一種是由直線電機驅動的雙驅動式，即壓縮機和膨脹機均由直線電機驅動。氣動式工作過程中排出器與彈簧組成一個受迫振動系統，壓力波驅動時通過阻尼力產生相位差使排出器與壓力波形成所需的相位。雙驅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。

也有壓縮機由旋轉電機驅動，膨脹機分置布置的旋轉分置式制冷機，旋轉分置的膨脹機一般是氣動式。

旋轉整體式制冷機采用一體式結構，結構非常緊湊，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在驅動過程中驅動力的傳遞都是剛性連接，在高加速環境下，相位和運動受影響較小，所以在彈載等高機動、高加速度環境時適應性好。但是由于一體式結構，其缺點主要是膨脹機冷頭受到壓縮機的影響振動較大，應用安裝時也因為一體式結構使用不夠靈活。

直線分置式制冷機采用壓縮機與膨脹機分離結構，應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，要達到高的效率設計難度和調試難度均比較大。雙驅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，結構復雜，控制難度大。直線分置式的壓縮機和排出器運動都是往復受迫振動系統，運動非剛性連接，在高機動、高加速的環境下，受迫振動系統會因為高加速的慣性力導致相互之間的相位發生偏移或錯亂，導致冷頭溫度輸出不穩定甚至不能正常工作。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雙驅動分置式斯特林制冷機，該制冷機一方面能夠解決旋轉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境條件難以適應的不足。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種雙驅動旋轉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；所述壓縮機驅動伺服電機的轉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；壓縮機驅動伺服電機驅動壓縮機曲軸和壓縮機曲軸連桿運動，進而驅動壓縮活塞沿壓縮氣缸軸向作直線往復運動。

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；所述膨脹機驅動伺服電機的轉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；膨脹機驅動伺服電機驅動膨脹機曲軸和膨脹機曲軸連桿運動，進而驅動排出器沿膨脹氣缸軸向作直線往復運動。

進一步的，所述連接管為金屬軟管。

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

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。

和現有技術相比，本發明的有益效果為：