CN102099640A - 线性驱动低温冷冻机 - Google Patents

Abstract

一低温冷冻机具有一个冷冻汽缸以及至少两个置换器。每一置换器在冷冻汽缸中往复运动以及移动冷冻气体通过该冷冻汽缸。一蓄热器冷却该冷冻气体，以及气体控制阀准许高压气体进入该冷冻汽缸以及从该冷冻汽缸排出气体。该冷冻机也具有线性马达被可操作地连接至置换器，以及该线性马达驱动该置换器于往复运动中。提供一位置传感器以决定该置换器在往复运动期间的一参数。一控制器被可操作地连接至该线性马达以控制该线性马达。在往复运动期间，该控制器控制该两置换器的一参数。该参数可为冲程长度，冲程速度，冲程相位或是该置换器用于该低温冷冻机温度控制的另一参数。该低温冷冻机也可包含一装置以移除振动。

Description

线性驱动低温冷冻机

相关专利申请案的交叉参考

本申请案主张2008年5月21日申请的第61/128,380号美国临时申请案的利益。上述申请案的全部教示以引用的方式并入本文中。

技术领域

(无)

背景技术

在现有类型的低温冷冻机中，一工作流体，诸如氦气，是被导入于一汽缸中，以及该流体是在一活塞或是置换器的一端部膨胀以冷却一冷冻汽缸。在Gifford-McMahon类型冷冻机中，一高压工作流体是经阀进入该冷冻机的一温暖端部，以及接着通过一置换器的运动通过一蓄热器。该流体，在该蓄热器被冷却，接着在该置换器的冷端部被膨胀。该置换器的运动是通过一旋转马达被驱动。

一级低温冷冻机以及两级低温冷冻机也为现有。典型地，该第一级包含一第一置换器。该第一置换器往复运动该工作流体于膨胀以及压缩之间。该第二级包含一第二置换器。该第二置换器也往复运动该工作流体于膨胀以及压缩之间。典型地，该第一以及第二置换器是互相联接以及是通过一习知旋转马达被驱动。

发明内容

据信一低温冷冻机的第一以及第二级实际中在不同的负载下操作，或也即该第一置换器的冲程长度，冲程速度，冲程位移轮廓，以及冲程相位应不同于该第二置换器的冲程长度，速度，位移轮廓，以及相位操作。这常在该低温冷冻机已设计完成以及放入实际运用后被发现。通常，此类的冷冻机包含一机械的旋转驱动操作该第一以及该第二级两者。该机械的旋转驱动将以相同冲程长度，速度，位移轮廓，以及相位操作该低温冷冻机的该等级。通常通过改变该旋转机械驱动的操作参数以增加该低温冷冻机的效率是困难的。许多时候，在稍微改变该旋转驱动的操作参数之后增加效率是不成功的，增加该低温冷冻机的一整体效率的方法是设计一具有不同的冲程参数的第二新低温冷冻机。

一般地，冲程的速率，该汽缸体积以及该工作流体的温度是决定该低温冷冻机级的效率的参数。这必须以阀的适当时点所完成，该阀以一压力波动确保该阀于适当时间开启。一般地，在该技艺中的一项问题是该第二级完全地取决于该第一级，以及一第二级置换器冲程是不幸地连结至该第一级的效能。

本发明的低温冷冻机是较该先前技艺冷冻机有效率的，由于该第二级的操作非通过该第一级所限制。不同的操作参数(诸如冲程长度及该置换器的位移轮廓，置换器相位，以及其它置换器往复运动参数)对于每一级可为独立且在该等级之间改变。此级的独立操作说明该第一以及该第二级不同的负载而没有从事该冷冻机一完整的重新设计。该低温冷冻机具有一第一级，其相对该第二级独立地操作用于改良该低温冷冻机的温度控制。

根据本发明内容的某些具体实施例，在此提供一低温冷冻机，其具有一第一级，一第二级，以及用于每一级的一线性马达。该用于每一级的线性马达允许该两级的独立控制。该线性马达是可操作地被连接至一置换器。在该冷冻机的另一级，一第二线性马达是可操作地被连接至一第二置换器。该置换器是一活塞式(piston-like)组件，其用于每一级在一冷冻汽缸内往复运动。该线性马达控制每一置换器的一冲程。

在另一具体实施例，该线性马达允许在该第一级中在一第一冲程长度操作一第一置换器，以及在该第二级中在一第二冲程长度操作一第二置换器。该第一冲程长度以及该第二冲程长度可为不同，或是可为相同。

该冷冻机可被制造如一Gifford McMahon冷冻机，以及可包含一气体控制阀。该阀允许高压氦工作气体进入冷冻汽缸，以及一第二阀从冷冻汽缸排出该工作气体。该阀可为电子阀，机械阀，以及可为短管阀(spool valve)。阀操作可通过该控制器被控制以及非通过该置换器的运动预先定义。

该低温冷冻机较佳地具有两线性马达，每一个可操作地被连接至一置换器用于该第一以及该第二级的每一个。该线性马达可被控制以及允许在该第一级中在一第一冲程速度，冲程长度，位移轮廓，循环速度，或是相位操作一第一置换器，以及在该第二级中在一第二可能地不同的冲程速度，长度，位移轮廓，循环速度或是相位操作一第二置换器。该冲程速度，长度，相位，轮廓或是循环速度，如果需要，也可为相同。

该低温冷冻机也可包含一振动阻尼装置与该冷冻机相联系。该振动阻尼装置移除通过该线性马达造成的不想要的振动，或是移除与该置换器往复运动相联系的振动。该阻尼装置本质上可为主动式或是被动式。一位置传感器可被放置在该置换器之上，或是在该低温冷冻机的另一位置，以量测一第一或是一第二置换器的位置，以及提供一回馈信号。该回馈信号可被接收，以及该第一以及第二级的独立控制是根据该回馈信号完成。在一进一步具体实施例，该系统可为开路(open-loop)操作。在本发明内容的更进一步具体实施例，一工作流体可被导入至该第一级，以及该工作流体可与该第二级的该工作流体热力学上的隔离。一不同的工作流体可被使用在每一级用于增加效率。

在一压力对体积曲线图上所指出的面积界定在该冷冻机的一循环中所产生的总冷却。这对于该冷冻机的每一级是正确的。

冷却速率，或是每单位时间所产生的冷却，是此PV面积除以一循环所需的时间。因此，对于每一级：

根据该理想气体定律，

$\frac{\mathrm{PV}}{t}=\stackrel{\·}{M}\mathrm{RT}$

因此在每一级所产生的总冷却Q是正比于该在每一级的膨胀体积处理该气体的速率，或是

依序，通过该压缩机所提供的功，因此该输入动力是正比于其所供应的质量流率

被传递至该应用设施的实际(或是净)冷却是该总冷却减去通过在该冷冻机其内部各种损失机构。一些在该冷冻机的损失机构的冷头损(cold head)是冲程及/或循环速度的函数。不管减少该冲程或是速度任一皆减少该总冷却以及一些损失机构两者。低温冷冻机的每一使用者具有其本身的特定低温冷却需求。用于该低温冷冻机的每一级，此可被作为在一特定温度的一特定负载[例如，瓦特(watts)]。在现有两级低温冷冻机，两级均被运动学上地结合，因此分担相同冲程以及循环速度。

符合多数使用者的冷却需求以及变化第一以及第二级头损负载的广泛范围传统上意指使用按尺寸制作的低温冷冻机以超出使用者的要求。此超出能力意指让温度较所需要的冷或是该超出是通过使用加热器消耗以维持该所需温度任一；两者均是无效率的。一过大的冷冻机也意指其处理比所需更多的气体，其转换比必须压缩机还要大的需求。用于一或是更多的冷冻级，一增加冷冻容量有时可暂时地被需求。此可通过增加该冲程或是该循环速度任一而达成。因此，能够独立地控制该冷冻机级的该冲程参数以及该速度，一特定冷却需求的广泛范围可被满足以及具有一改良系统效率。控制也允许一系统满足短期间增加冷冻需求。

该冷冻可，例如，冷却低温排气(cryopumping)表面，超导体，基板，检测器，医疗装置或是任何其它的项目。任何被冷却的项目可透过一中间流体被冷却。

附图说明

从本发明以下示范具体实施例的更详细描述，上述内容将是明显的，如说明在随附图式中，在该等图式中，遍及在不同的图式中的相同部件参照相同组件符号。该等图式是不必需按比例的，重点在于本发明具体实施例的描述。

图1A至1D显示根据一Gifford-McMahon循环，操作两个置换器以及阀。

图1E显示根据本发明内容的具体实施例的低温冷冻机的另一概要图式，具有一第一线性马达控制一第一置换器以及一第二线性马达独立地控制一第二置换器。

图1F显示该冷冻机具有一被动式动态平衡器。

图2-3显示根据本发明内容的另一具体实施例的低温冷冻机的另一概要图式。

具体实施方式

本发明示范具体实施例的描述如下。

见图1A至1D，在此显示一低温冷冻机的数级。低温冷冻机具有一高压阀10，以及一具有一第一置换器30的低压阀20，以及在一冷冻汽缸50中的一第二置换器40。较佳地，在图1A中，该高压阀10是被开启，以及该置换器30，40包含一再生材料(未显示)，在此该等置换器是在相位1的一最下方位置，该相位1是在下死点的最小冷体积。高压工作流体充满该汽缸50。在图1B，该工作流体是通过通过在该置换器30，40中的蓄热器(未显示)被冷却，以及该等置换器30，40从下死点移动至上死点。在图1C，该高压阀10是被关闭，以及该低压阀20是被开启。该工作流体经过膨胀，其导致冷却效果。现在见图1D，该低压工作流体移动通过在该等置换器30，40的该蓄热器，以及该等置换器30，40移动回到下死点，以及该工作流体是从该汽缸50通过该低压阀20被排出。应了解的是该高压以及低压阀的开启以及关闭可能未完美的对齐上死点以及下死点，因为置换器位移以及阀位置的关系的变动是被需要以最佳化该压力-体积曲线图以及用于每一特定冷冻机的冷却。

现在见图1E，在此是显示根据本发明内容该低温冷冻机100的一具体实施例。在此具体实施例中，该低温冷冻机100包含一第一马达140a，以及一第二马达140b，该等分别地独立控制该第一置换器150以及该第二置换器155。此允许该第一置换器150的冲程长度为独立的以及相对于该第二置换器155的冲程长度是不同的。此外，该控制器195可独立地控制每一置换器150，155的冲程速度，每一置换器150，155的冲程轮廓或是每一置换器150，155的冲程相位以独立地控制依附于特定系统的第一以及第二级130，135的温度。

虽然可使用任何形式的马达，该马达140a，140b是具有永久磁铁138a，138b以及线圈199a以及199b的动磁式(moving magnet type)线性马达。在一替代地具体实施例，该线性马达140a，140b可为一包含气动阀以及一压缩机(未显示)的系统，用于供应气体至该第一置换器150以及该第二置换器155。第一置换器150以及该第二置换器155的冲程参数可通过该气动阀开启以及关闭的时点被控制。线性马达的独立操作有利地可及时被改变而对于独立级温度控制无需重新设计低温冷冻机100。此是有利地使该低温冷冻机100适应不同的负载以及条件。此外，热是不被加至第一级以在操作期间建立该第一级的最冷部位所需操作温度以及由于使用线性马达140a，140b，该冷冻机控制器可选择性地控制不同负载，对该第一以及第二级该不同的负载容量比例是可调整的。

应了解的是此配置是非限制性地，以及该配置可为颠倒的，额外同轴向的轴可驱动于额外级中的额外的置换器或是该马达140a，140b可一起被定位，或是在另一构形以允许驱动至少两个置换器150，155。该第一马达140a包含一输出轴145a。该输出轴145a是被耦接至该第一置换器150，以致当马达往复运动该第一置换器150从该下死点位置至该上死点位置时，该第一马达140a可控制该第一置换器150的冲程。(在此，用于该冲程长度的下死点以及上死点是通过该控制器建立以及非最大可能的冲程。)

该第二马达140b包含一第二输出轴145b。该第二输出轴145b是通过一销接头145c被连接至该第二置换器155。该第二输出轴145b有利地同轴地通过该轴145a，以及该第一置换器150在一密封形式。据此，该第二马达140b可控制该第二置换器155的冲程。该第二输出轴145b往复运动该第二置换器155从该下死点位置至该上死点位置同轴地通过该第一置换器150。

根据图1E，该低温冷冻机100较佳地操作于一Gifford McMahon循环下以及包含一工作流体，该工作流体通过一高压阀110进入一冷冻汽缸105以及通过一低压阀115离开该冷冻汽缸105。然而，此具体实施例是不为限制性，以及该冷冻机100可操作于其它现有的循环下，以及该Gifford McMahon循环是仅只显示为于本发明内容下的一具体实施例。该低温冷冻机100也包含一压缩机120，该压缩机通过线路160以及162与该低温冷冻机100连通。线路160是被连接至高压阀110，以及线路162是被连接至低压阀115。低压气体通过线路162从阀115返回至该压缩机120，低压气体是被压缩及是通过线路160被传递至阀110。虽然显示为一单一压缩机单元，该压缩机也可，例如，包含平行管道压缩机单元或是允许用于一被压缩气体的可变供应。

该冷冻汽缸105具有部位105a以及105b。部位105a界定第一级的一上方温暖室165以及一下方冷膨胀空间170。该上方温暖室165以及该下方冷膨胀空间170是通过一再生矩阵(regenerative matrix)175流体连通，该再生矩阵是在该置换器150中，或是替代地该矩阵175可为固定式以及可被安置于置换器150的外侧。

一冷膨胀空间185也是被安置在第二冷冻机汽缸部位105b中在该第二置换器155下方，其是冷冻机100最冷的部位，以及可达到约绝对温度4度的低温。在该第二冷冻汽缸部位105b中在该第二置换器155下方的体积，界定冷膨胀空间185。关于该第二置换器155，室170以及下方冷膨胀空间185是通过一再生矩阵190流体连通，该再生矩阵是被安置在第二置换器155，或是可被安置在在一固定位置，该固定位置是该置换器155的外侧，以及远离该置换器。图1E现将详述该低温冷冻机100的操作。

于操作中，该第一线性马达140a是沿着导线140c可操作地耦接至一控制器195。该控制器可与该冷冻汽缸结合或是远离该冷冻汽缸。该控制器195控制该第一线性马达140a，以及其控制该第一置换器150的冲程的往复运动。该控制器195也控制该高压阀110以及该低压阀115的开启以及关闭以在正确的间隔导入该工作流体。该阀110，115可为电子阀，或是可为短管阀。此外，机械阀110，115可以取代电子阀110，115。该控制器195也透过导线140d可操作地耦接至该第二马达140b，如此该控制器195控制该第二马达140b以及该第二置换器155的冲程。

在操作下，该高压阀110是被开启。该第一置换器150以及该第二置换器155两者是在最下方位置，下死点，以及氦或是另一合适的工作流体是从该压缩机120通过一高压阀110被导入，以及进入该上方温暖室165。该高压工作流体充满该上方温暖室165以及通过进入该再生矩阵175。该气体在第二级连续加压该气体空间，包含该第二置换器155上方空间，该第二蓄热器矩阵190以及该第二膨胀空间185。接下来，该控制器195控制该第一马达140a以往复运动该轴145a。此移动该第一级轴145a以及该第一马达140a驱动该第一置换器150从该下死点朝向该上死点位置。该置换器运动将导致该工作流体从通过该上方室165至该下方室或通过该再生矩阵175至汽缸部位105a的膨胀空间170，连同该工作流体相对于相对冷却矩阵175供给热。当该流体是被冷却，该高压是被维持遍及该流体线路160。

当该第一置换器150是被带往朝向该下死点位置，该控制器195接着控制该第二置换器155，相对于该第一置换器150预期地具有一不同的冲程长度，冲程速度，位移轮廓，以及/或是往复运动相位。此允许用于一个别的温度控制，该温度控制对于该第二级135是理想的/被需要的。该控制器195将控制该第二马达140b通过轴145b移动该第二置换器155。该气体连续从该第一级130移动以及是通过该第二置换器155的运动，通过该第二再生矩阵190被转换至该第二级膨胀空间185。

应了解的是，每一置换器的循环速率可为预期地相同，但在该循环期间每一置换器150，155能移动多快可为预期地不同的。在至少该置换器部分朝向温暖端部运送期间，高压阀110保持开启以确保有足够的气体膨胀。

该第一置换器150以及第二置换器155将接着靠近或是到达该下死点位置以及高压阀110是被关闭。当该低压阀115是被开启，在膨胀空件170，185的气体经历膨胀，导致冷却效果。

现在以该低压阀115被开启，该控制器195控制该第一线性马达140a以及该第二线性马达140b以独立地移动，该第一以及该第二置换器150，155从上死点位置往下地至该下死点位置，借此移动该工作流体从该膨胀空间170，以及185往上地通过该低压阀115至线路162以排出该工作流体。之后，重复上方所叙述的循环。再者，应了解的是，由于需最佳化该压力-体积曲线以及用于该特定冷冻机的冷却，该阀的开启以及关闭可非精确地发生在位移的末端。

应了解的是，该第一以及该第二置换器150，155的独立操作可达到该第一以及该第二级130，135的独立温度控制。在操作期间，该第一以及该第二马达140a，140b的独立往复运动(以及该同轴地放置的输出轴145a，145b在不同的时点往复运动)可能造成一不想要的振动的问题，该振动是被传送至该汽缸105，以及其它附近的结构。因此，本低温冷冻机100较佳地包含一动态平衡装置105c以移除一不想要的振动或是除此的外抑制部分通过该置换器150或是155往复运动以及/或是通过该第一以及该第二马达140a，140b的操作所造成的振动。

该阻尼装置105c较佳地是可操作地被连接至该冷冻汽缸105，或是在另一合适的位置。该阻尼装置105c可为一主动式阻尼装置或是一被动式阻尼装置105c。该主动式阻尼装置105c较佳地可引起另一第二矫正的振动以消除该不想要的振动。此主动地消除该不想要的振动导致小的或是没有总振动至该安装凸缘148。该被动式阻尼装置105c较佳地包含一经量测的重量，其在一理想的位置是被扣紧至该冷冻汽缸105，以便移除该不想要的振动。较佳地，该阻尼装置105c是一围绕该汽缸105的重物，或是该汽缸的一部分，以一同轴方式。

一位置传感器147a，147b可进一步监控该第一以及该第二置换器150，155之一或是两者的位置，以及连通个别的回馈信号至该控制器195。位置感测转换器可被放置在每一轴之上，每一置换器，或是往上地或是往下地移动的任一构件之上或是感测该等运动。位置传感器也可在该线性马达内。位置感测也可从该马达获得，例如，监控马达动力或是反电动势(back EMF)。该控制器195，当接收这些回馈信号，可接着根据该所接收的回馈信号，进一步独立地控制该第一以及该第二级130，135，用于温度控制或是该第一以及该第二级130，135的校正。在一具体实施例，该传感器可包含一霍尔效应(Hall effect)位置转换器组件。

见图1F，在此显示一冷冻机100，具有该被动式阻尼装置105c，以及也显示为在图2的205C，以及在图3的305C，具有数个重量105d通过一可挠接头105e被连接以消除一通过在反相(anti-phase)振动至该线性马达的振动。此外，管是105f以及105g是被显示以导入一冷冻剂(氦)进入以及从该汽缸105通过阀110以及115。图1F的冷冻机也是显示在一低温真空泵(cryopump)的冷却低温排气表面。该第一级冷却一辐射遮蔽187以及该第二级冷却一低温凝结以及吸收低温嵌板189。任一现有低温嵌板构形可通过该冷冻机被冷却。该冷冻机可替代地被使用在任一现有低温设施，包含超导体的冷却。现在见图2，在此是显示本揭示内容的另一具体实施例。在此具体实施例，该低温冷冻机200是再次被显示为一具有一高压阀210以及一低压阀215的GiffordMcMahon冷冻机。该高压阀210与一线路260连通，该线路与一压缩机220连通。压缩机220提供一工作流体，诸如氦，通过该阀210至该低温冷冻机200。然而，应了解的是，此Gifford McMahon循环是不为限制性，以及本发明可包含其它在该技艺现有的循环。

在图2所显示的具体实施例，该第二线性马达240b相对于图1E的具体实施例是被不同地定位。在此，该第二线性马达240b是安置邻近于该第一线性马达240a。该输出轴245b与该第二线性马达240b相联系是不同轴地安置通过该第一置换器250以连接至该第二置换器255。在此具体实施例，该第二轴245b(与该第二线性马达240b相联系)是放置邻近于该第一置换器250。

在此具体实施例，较佳地，一低温冷冻机200包含一第一线性马达240a被连接至一第一置换器250，该第一置换器是覆盖在一第一冷冻汽缸205a内。该第一冷冻汽缸205a包含一温暖上方室265以及一冷膨胀空间270。该第一置换器250也包含一再生材料275，如先前所叙述。较佳地，该膨胀空间270与一流径288在一第一级加热站290a连通，该第一级加热站与该第二级冷冻汽缸205b以及第二置换器255连通。

该低温冷冻机200也包含该第二线性马达240b。第二线性马达240b是通过第二轴245b被连接至该第二置换器255，该第二置换器是覆盖在该第二冷冻汽缸205b内。第二冷冻汽缸205b是被连接至该第一级加热站290a。该第二冷冻汽缸205b界定一空间280以及一冷膨胀空间285。该冷膨胀空间285是安置在该第二置换器255下方。该第二置换器255是包含一再生材料290在该第二置换器255内侧。

在操作中，该高压阀210是被开启。该第一250以及第二255置换器是在最下方位置，下死点，以及氦或是另一合适的工作流体是被导入通过一高压阀210。工作流体从该压缩机220横越进入该第一冷冻汽缸205a的上方温暖室265。

该高压工作流体充满该上方温暖室265以及该第一置换器250的再生矩阵275，加热站路径288，空间280，第二置换器255的蓄热器矩阵290以及膨胀空间285以及该工作流体相对该冷却再生矩阵275以及290发散热。当该流体被冷却，该高压是被维持遍及该流体线路260。接着，该控制器295控制该第一马达240a以往复运动第一轴245a，该第一轴是被连接至该第一置换器255。该第一马达240a驱动该第一置换器250从该下死点往上地朝向该上死点。该加压气体移动通过两蓄热器矩阵以及是通过与该蓄热器矩阵热交换被冷却。

现在见第二级，该第二置换器255是通过输出轴245b被连接至该第二线性马达240b，第二级是安置邻近于该第一冷冻汽缸205a。该第二线性马达240b移动该第二置换器255从下死点朝向上死点在一预期地不同的速度，冲程长度，冲程轮廓或是相对该第一置换器250冲程的往复运动相位。

当第一置换器250以及第二置换器255两者接近下死点位置，高压阀210是被关闭以及当低压阀215是被开启，该气体经历膨胀。当该第一置换器250是带往上死点位置，该控制器295同时地控制该第二级以预期地一不同的冲程长度，冲程速度，冲程轮廓或是相对该第一级的冲程相位，以及依附用于该第二级的理想温度。该控制器295控制该第二马达240b，第二马达是放置邻近于该第一级线性马达240a，以移动该第二置换器255。

该工作流体是在冷膨胀空间285以及270，一但该低压阀215是被开启该工作流体是被膨胀，以及导致达成该冷却效果。接着，该冷冻汽缸205a，205b是被排出。该控制器295控制该第一线性马达240a以及该第二线性马达240b以移动该第一以及该第二置换器250，255从该上死点位置往下地至该下死点位置。此运动驱动该工作流体从该膨胀空间270以及285通过该置换器至该线路262以返回该工作流体至该压缩机220。应了解的是，第一以及第二置换器250，255的独立操作可达成第一以及第二级的独立温度控制。

现在见显示在图3的另一具体实施例，较佳地取代图2的第一级加热站290a，该加热站作用为一气体信道至该第二级冷冻汽缸305b，该第一级加热站390a可从该第二冷冻汽缸305b被流体隔离，以及反而一热传导区块390c可被导入该汽缸305a，305b之间以热地连接该两级，而从该第二级工作流体隔离该第一级工作流体。在此，该低温冷冻机300可包含一第二高压阀310b以及一第二低压阀315b以从该第二冷冻汽缸305b导入以及排出该工作流体，以致于该第一级流体是隔离以及独立相对于该第二级的工作流体。这是有利地以高效率达成两级的温度控制，现在当每一汽缸可具有独立阀激活以及预期地独立循环速度。

当本发明已参考其示范具体实施例被特别地显示以及叙述，应了解的是通过那些熟知该项技术者，在此所作在形式以及细节上的多种变化是不悖离通过所附申请专利范围所包含的本发明的范畴。

Claims (41)

1.一种低温冷冻机包含：

一第一级；

一第二级；

气体控制阀，其用于准许高压气体进入第一及第二级以及用于从该第一及第二级排出该气体；以及

一第一线性马达，其被连接至用于该第一级的一第一置换器，以及一第二线性马达，其被连接至用于该第二级的一第二置换器，允许该两级的独立控制。

2.如权利要求1所述的低温冷冻机，其中该线性马达允许(i)在该第一级中在一第一冲程操作该第一置换器，以及(ii)在该第二级中在一第二冲程操作该第二置换器。

3.如权利要求1所述的低温冷冻机，进一步包含一气体控制阀，其用于准许高压气体进入该第一以及第二级，以及一第二气体控制阀，其用于从该第一以及第二级排出气体。

4.如权利要求1所述的低温冷冻机，其中该线性马达允许在该第一级中在一第一冲程长度操作该第一置换器，以及在该第二级中在一第二冲程长度操作该第二置换器。

5.如权利要求1所述的低温冷冻机，其中该线性马达允许在该第一级中在一第一冲程位移轮廓操作该第一置换器，以及在该第二级中在一第二冲程位移轮廓操作该第二置换器。

6.如权利要求1所述的低温冷冻机，其中该线性马达允许在该第一级中在一第一冲程速度操作该第一置换器，以及在该第二级中在一第二冲程速度操作该第二置换器。

7.如权利要求1所述的低温冷冻机，进一步包含一阻尼装置与该冷冻机相联系以移除一振动。

8.如权利要求7所述的低温冷冻机，其中该阻尼装置是主动式。

9.如权利要求1所述的低温冷冻机，进一步包含一位置传感器，以量测至少该第一或是该第二置换器的位置。

10.如权利要求1所述的低温冷冻机，进一步包含一工作流体被导入至该第一级，以及其中该第一级的工作流体是从该第二级的工作流体区隔。

11.如权利要求1所述的低温冷冻机，其中该第一以及第二线性马达是电磁马达。

12.如权利要求1所述的低温冷冻机，其中该低温冷冻机是一GiffordMcMahon两级冷冻机。

13.一种低温冷冻机包含：

一第一级冷冻汽缸；

一第一置换器，在该第一级冷冻汽缸中往复运动，其位移冷冻气体于该第一级冷冻汽缸的相反端部之间；

一第一蓄热器，其冷却该被位移的冷冻气体；

一第一线性马达，其是可操作地被连接至该第一置换器，以及第一线性马达驱动该第一置换器于往复运动中；

一第二级冷冻汽缸；

一第二置换器，其用于在该第二级冷冻汽缸的相反端部之间位移冷冻气体；

一第二蓄热器，其冷却该冷冻气体；

一第二线性马达被可操作地被连接至该第二置换器，第二置换器驱动该第二置换器在往复运动中；

至少一位置传感器以决定该第一或是该第二置换器的位置；

气体控制阀，用于准许高压气体进入第一以及第二级冷冻汽缸以及用于从该第一以及第二级冷冻汽缸排出该气体；以及

一控制器可操作地被连接至至少该位置传感器上以及至该第一以及该第二线性马达，该控制器以一独立方式控制该第一以及第二线性马达。

14.如权利要求13所述的低温冷冻机，其中该控制器响应于从该位置传感器的输出而在往复运动期间控制该第一以及该第二置换器的冲程参数。

15.如权利要求13所述的低温冷冻机，其中该控制器响应于从该位置传感器的输出而在往复运动期间独立地控制该第一以及该第二置换器的冲程参数。

16.如权利要求13所述的低温冷冻机，其中该第二线性马达是被连接至该第二置换器，该第二置换器同轴地通过该第一置换器。

17.如权利要求13所述的低温冷冻机，其中该第二线性马达是通过一输出轴被连接至该第二置换器，该输出轴被配置邻近于相对于该第一置换器。

18.如权利要求13所述的低温冷冻机，其中该控制器通过控制该第一线性马达而控制第一级的温度。

19.如权利要求13所述的低温冷冻机，其中该控制器通过独立地相对于第一级控制该第二线性马达而控制第二级的温度。

20.如权利要求13所述的低温冷冻机，其中该控制器通过控制独立地变化该第二线性马达相对于第一线性马达的冲程轮廓以及长度而控制第二级的温度。

21.如权利要求13所述的低温冷冻机，进一步包含一阻尼装置以移除一振动。

22.如权利要求21所述的低温冷冻机，其中该阻尼装置是主动式。

23.如权利要求13所述的低温冷冻机，其中该控制器变化该第一或是该第二置换器的冲程长度、冲程速度以及冲程相位的至少其中之一。

24.如权利要求13所述的低温冷冻机，其中该第一以及第二线性马达是电磁马达。

25.如权利要求24所述的低温冷冻机，其中该低温冷冻机是一GiffordMcMahon两级冷冻机。

26.一种操作两级低温冷冻机的方法包含：

在相同或是不同的冷冻汽缸中提供至少两置换器；以活门调节气体进入该至少两置换器以及从该至少两置换器离开；以及

通过独立地控制该至少两置换器而控制温度。

27.如权利要求26所述的方法，进一步包含移除与该两级低温冷冻机相联的振动。

28.如权利要求27所述的方法，进一步包含主动地移除该振动。

29.如权利要求27所述的方法，进一步包含被动地移除该振动。

30.如权利要求26所述的方法，进一步包含独立地控制至少一置换器以相对第二置换器变化置换器冲程参数。

31.如权利要求26所述的方法，进一步包含独立地控制至少一置换器以相对第二置换器变化置换器速度。

32.如权利要求26所述的方法，进一步包含独立地控制至少一置换器以相对第二置换器变化置换器相位。

33.如权利要求26所述的方法，进一步包含通过独立地变化至少一置换器相对于第二置换器往复运动的参数，独立地控制该两级的温度。

34.如权利要求26所述的方法，进一步包含感测两置换器的至少其中之一的位置。

35.如权利要求34所述的方法，进一步包含独立地控制该两级以响应该等置换器至少其中之一的位置。

36.如权利要求26所述的方法，其中该冷冻机冷却低温排气(cryopumping)表面。

37.如权利要求26所述的方法，其中该冷冻机冷却一半导体。

38.如权利要求26所述的方法，其中该置换器是通过电磁马达被控制。

39.如权利要求26所述的方法，其中该低温冷冻机是一Gifford McMahon两级冷冻机。

40.一种低温冷冻机包含：

一第一级；

一第二级；以及

用于独立地控制两级的手段。

41.如权利要求40所述的低温冷冻机，其中该独立控制包含控制可变因素，可变因素包含至少冷冻机的冲程长度，冷冻机的循环速率，置换器的速度，以及当阀相对于一置换器的位置操作的时点的其中之一。

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