CN104408282A - 对置式动圈型线性压缩机局部缩放方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法，该方法基于线性压缩机的结构方程和性能方程提出。通过本发明，一旦知晓了某一性能优良的动圈型压缩机结构设计的具体尺寸，以本发明给出的局部缩放方法为指导，在保证压缩机的能量转换效率基本不变的前提下，通过选取尽量少的部分结构尺寸进行缩放调整，就能在较短的时间周期内设计出较大或者较小输出功率能力以及尺寸比例的新款对置式动圈型线性压缩机。本发明中被缩放的参数为仅包括活塞、线圈、磁体、轭铁、板弹簧和间隙密封等关键零部件的一部分。局部缩放方法对于大幅缩短对置式动圈型线性压缩机的研发周期和成本具有非常积极的意义。

Description

对置式动圈型线性压缩机局部缩放方法

技术领域

本发明涉及制冷与低温工程领域，特别涉及一种对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法。该局部缩放方法适用于对置式动圈型线性压缩机的所有四种典型形式，即：采用长线圈轴向充磁的对置式动圈型线性压缩机、采用短线圈轴向充磁的对置式动圈型线性压缩机、采用长线圈径向充磁的对置式动圈型线性压缩机、采用短线圈径向充磁的对置式动圈型线性压缩机。

背景技术

线性压缩机(或称直线压缩机)是往复式活塞压缩机的一种，也是具有革新意义的一种往复式活塞压缩机。传统的往复式活塞压缩机大多属于旋转压缩机，即采用旋转电机驱动、通过曲柄连杆机构等的机械传动来实现往复运动。旋转压缩机的缺点非常明显，其主要表现在能量传递环节多、振动和噪声大、整机控制复杂、能量转化效率低，特别是因结构特点而对活塞施加的径向作用力，是产生无用功、机械磨损、系统污染等的主要来源之一，因而严重限制了其工作寿命。例如，设计优秀的旋转压缩机的连续工作寿命也往往低于1万小时，因此，对于一些要求长寿命工作的特殊领域，旋转压缩机已远远不能满足要求。线性压缩机则利用直线电机驱动活塞在气缸中作往复直线运动，根据电磁场相关理论，直线电机对活塞施加的是一个与活塞轴向绝对平行的线性力，因而在理论上，正确设计的线性压缩机完全消除了对活塞的径向作用力，因而消除了活塞和气缸壁之间的机械磨损以及由此产生的无用功，也杜绝了为减轻磨损而使用的润滑油带来的系统污染，因而工作寿命、稳定性和能量转化效率都得到了显著提高，从而在需要长寿命、高可靠和高效率工作的航天及军事等特殊领域有着非常重要的应用。

线性压缩机的核心部件是直线电机，直线电机根据工作中进行运动的关键部件大体可分为三类：动铁型、动圈型和动磁型。动铁型线性压缩机不使用永磁体，因而价格较低廉，但是性能相对不稳定，控制较困难，随着永磁体技术的进步和成本的降低，动铁型直线电机的应用逐渐减少；动圈型和动磁型线性压缩机的电机都包括三个核心部件：永磁体、轭铁和载流线圈，根据运动时是载流线圈还是永磁体运动而区分为动圈型和动磁型。其中，动圈型线性压缩机因其结构上的特点实现了径向力的完全消除，而且在开路时在载流线圈上不产生轴向力和扭矩，因而具有高效率、低噪声和高可靠的突出优点，因而成为近30年来国际范围内空间回热式低温制冷机(以脉冲管制冷机和斯特林制冷机为代表)的首选动力源。以美国为代表的西方发达国家为例，在近20年间发射升空的具有5年以上长寿命要求的航天脉冲管制冷机中，绝大多数都采用了动圈型线性压缩机。

此外，研究者在实践当中发现，单台线性压缩机由于运动及结构上的不平衡，往往会产生较大的振动输出，在航天及军事等特殊应用场合，这一振动量级往往不可接受。为了最大限度地降低这一振动量，实用的线性压缩机往往设计成将两台完全对等的压缩机对置布置，其目的是使二者的振动在运动中彼此抵消，该技术对于发展低振动线性压缩机的重要意义已为实践所充分证实。

由上述背景知识可知，对置式动圈型线性压缩机已成为长寿命星载线性压缩机的主流和骨干品种，其独特优势已为近20来回热式低温制冷机(特别是以脉冲管制冷机为代表的新一代回热式低温制冷机)的航天实践所充分验证。

根据载流线圈的长短和永磁体的充磁方向，还可以将动圈型线性压缩机分为四种形式，即：采用长线圈轴向充磁的动圈型线性压缩机、采用短线圈轴向充磁的动圈型线性压缩机、采用长线圈径向充磁的动圈型线性压缩机、采用短线圈径向充磁的动圈型线性压缩机。图1给出了一种采用短线圈径向充磁的对置式动圈型线性压缩机的示意图，其主要组成结构为：压缩机外壳1、板弹簧2、板弹簧7、线圈支架3、轭铁5、磁体6、活塞8、间隙密封结构9、汽缸10。

根据制冷机的冷却对象、工作温区、制冷量、工作环境的不同，对线性压缩机的尺寸也有着相应的不同要求，因而就对线性压缩机的柔性设计提出了日益迫切的要求。传统上，在线性压缩机的设计过程中，各个部件的精确尺寸可以借助有限元分析求得，此种方法精度较高，但是设计过程中必须进行大量的误差分析，尤其是，假如每台线性压缩机都使用上述方法从零开始设计，将是十分耗时费力的工作。

因而在对置式动圈型线性压缩机的研发和实践中，人们迫切需要一种方便、快捷而有实用的快速高效的压缩机设计方法，遗憾的是，因为该类压缩机在国内的发展才刚刚起步，该类快速高效设计方法还很少见。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提出一种对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法。

本发明的目的在于，基于对置式动圈型线性压缩机的结构方程和性能方程提出一种局部缩放方法，通过本发明，一旦知晓了某一性能优良的对置式动圈型线性压缩机结构设计的具体尺寸，以本发明给出的局部缩放方法为指导，在保证压缩机的能量转换效率基本不变的前提下，通过选取尽量少的部分结构尺寸进行缩放调整，就能在较短的时间周期内设计出较大或者较小输出功率能力以及尺寸比例的新款对置式动圈型线性压缩机，从而大幅度缩短研发周期和研发成本。

所发明的对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法基于对置式动圈型线性压缩机的结构方程和性能方程提出，仅选取部分必要的结构尺寸进行缩放调整，在保证压缩机效率不变的前提下，实现对压缩机性能的缩放。

本发明定义一个用于计算所选结构参数缩放系数的缩放因子K，所选结构初始设计对应K＝1，尺寸放大对应K>1，尺寸缩小对应K<1。

在使用时，需遵循如下前提：压缩机系统内的电流密度、磁感应强度、板弹簧弹性模量、工质气体的压强振幅、工质气体的粘性系数、充气压力、导线12的电阻率在缩放过程中不发生改变；满足上述前提之后，即可进行尺寸参数的选取及尺寸参数的缩放系数的确定；然后再通过设计方程确定下列性能参数的缩放系数：板弹簧轴向刚度、气体弹簧刚度、压缩机的共振频率、压缩机的运行频率、扫气体积、电机推力、惯性力、气体弹簧作用力、板弹簧作用力、活塞运行速度、电机输入功、电机热损、PV功、间隙密封功损。

局部缩放方法从活塞直径16、活塞长度15、板弹簧直径13、板弹簧厚度14、上板弹簧2的数量、下板弹簧7的数量、汽缸10的尺寸、轭铁5的尺寸、磁体内径17、磁体外径18、磁体宽度19、线圈支架3的尺寸、导线直径20、导线12的长度、压缩机外壳1的尺寸中选取部分必要结构尺寸进行缩放，剩余结构尺寸不做改变。

压缩机性能参数的缩放系数的具体确定过程：

步骤一：压缩机的运行频率设计；

压缩机在其共振频率下运行时能获得最高的效率，故一般都会将压缩机的运行频率f设计成压缩机的共振频率f_n。压缩机的共振频率由运动质量m、板弹簧轴向刚度k_m和气体弹簧刚度k_g所决定：

$f=f_n=\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}}\sqrt{\frac{k_m+k_g}{m}}---\left(1\right)$

图2为上板弹簧2和下板弹簧7的结构示意图，板弹簧主要参数有板弹簧直径13、板弹簧厚度14以及上板弹簧2和下板弹簧7的数量。缩放时，板弹簧型线11不做改变。已知上板弹簧轴向刚度k_m满足：

$k_m\&Proportional;\frac{N_s{t}_s^3}{D_s^2}---\left(2\right)$

式中：D_s为板弹簧直径13；t_s为板弹簧厚度14；上板弹簧2和下板弹簧7的数量均为N_s；

缩放时，可选取其中任意一个或多个参数进行缩放实现对板弹簧轴向刚度k_m的缩放；

气体弹簧刚度k_g往往要比板弹簧轴向刚度大上数倍：

$k_g=\frac{a_p\mathrm{\&Delta;P}}{s}=\frac{\mathrm{\&pi;}{D}^2\mathrm{\&Delta;P}}{4s}---\left(3\right)$

式中：a_p为活塞8的截面积；s为活塞行程；D为活塞直径16；ΔP为工质气体的压强振幅；

缩放时，可选取其中任意一个或多个参数进行缩放实现对气体弹簧刚度k_g的缩放；

基于(1)式、(2)式和(3)式，通过缩放板弹簧轴向刚度km、气体弹簧刚度k_g和动子质量m可实现对压缩机的运行频率的缩放。

步骤:二：活塞受力分析；

图6为活塞运行时的受力情况，X为实轴，Y为虚轴，活塞主要受四个力作用，分别为电机推力F、惯性力F_i、气体弹簧作用力F_g以及板弹簧作用力F_m。这四个力构成受力平衡并影响压缩机输出功率和效率。图中θ为电机推力与Y轴的夹角，Φ为活塞位移和压力波之间的相位差。θ和Φ表示四个力之间的相位关系。

电机推力、惯性力、气体弹簧作用力和板弹簧作用力的表达式如下：

$F=\mathrm{BIL}=\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}\mathrm{Bi}{D}_c^{2}L---\left(4\right)$

F_i＝2π²f²sm          (5)

$F_m=\frac{1}{2}{k}_{m}s---\left(7\right)$

式中：B为磁体6的磁感应强度；I为电流强度；L为导线12的长度；i为电流密度；D_c为导线直径20。

通过调整部分结构尺寸，可以实现对电机推力、惯性力、气体弹簧作用力和板弹簧作用力的缩放。

步骤三：压缩机功率变化；

压缩机的电机输入功由电机推力和活塞运行速度决定：

$\&lang;{\stackrel{\&CenterDot;}{W}}_{\mathrm{motor}}\&rang;=F\stackrel{\&OverBar;}{v}---\left(8\right)$

$\stackrel{\&OverBar;}{v}=2\mathrm{sf}---\left(9\right)$

因此，结合(8)式和(9)式，可以得到：

$\&lang;{\stackrel{\&CenterDot;}{W}}_{\mathrm{motor}}\&rang;=2\mathrm{fsF}---\left(10\right)$

电机的主要损失为电机热损Q_c：

Q_c＝I²R_c          (11)

I＝ia_c          (12)

R_c＝ρ_cL/a_c          (13)

式中：a_c为导线12的截面积；ρ_c为导线12的电阻率；

将(13)式和(14)式代入到(11)中去：

Q_c＝i²ρ_ca_cL          (14)

压缩机的PV功满足：

$\&lang;{\stackrel{\&CenterDot;}{W}}_{\mathrm{PV}}\&rang;=\&Proportional;\mathrm{f\&Delta;P\&Delta;V}=\mathrm{fs}{a}_p\mathrm{\&Delta;P}---\left(15\right)$

式中：为PV功；ΔV为压缩机扫气容积；

电机输入功、电机热损和PV功的缩放系数由步骤一和步骤二中所选结构参数的缩放系数所决定；为保证缩放后压缩机效率保持不变，电机输入功、电机热损和PV功的缩放系数必须相同；因此要调整好所选参数的缩放系数。

通过上述步骤，局部缩放法则选取部分结构参数进行缩放，在保证压缩机效率不变的前提下，实现压缩机性能的缩放。对上述步骤进行归纳总结，局部缩放法则的应用流程如图7所示，具体流程包括：

1)选择进行缩放的结构参数，给定缩放系数；

2)计算板弹簧轴向刚度、气体弹簧刚度和动子质量三者的缩放系数；

3)检验压缩机的运行频率的缩放系数是否满足设计要求，不满足则调整结构参数的缩放系数；

4)计算电机推力、惯性力、上板弹簧2和下板弹簧7的作用力、气体弹簧力四个力的缩放系数；

5)检验受力平衡是否满足设计要求，不满足则调整结构参数的缩放系数；

6)计算电机输入功、电机热损和PV功的缩放系数；

7)检验压缩机功率的缩放系数是否满足设计要求，不满足则调整结构参数的缩放系数；

8)给定压缩机输入功的具体设计目标，据此计算所选结构参数的缩放系数的具体值。

上述对置式动圈型线性压缩机局部缩放方法，适用于对置式动圈型线性压缩机的所有四种典型形式，即：采用长线圈轴向充磁的对置式动圈型线性压缩机、采用短线圈轴向充磁的对置式动圈型线性压缩机、采用长线圈径向充磁的对置式动圈型线性压缩机、采用短线圈径向充磁的对置式动圈型线性压缩机。

本发明的优点在于：

1)本发明给出的局部缩放方法在保证所设计的对置式动圈型线性压缩机的效率基本保持不变的条件下，仅通过缩放调整对置式动圈型线性压缩机的少数必要的结构参数，就能实现对置式动圈型线性压缩机的性能缩放；

2)本发明特别给出了对置式动圈型线性压缩机局部缩放方法的使用流程，在已知某一性能优良的对置式动圈型线性压缩机的具体结构尺寸的情况下，根据该流程能够快速设计出较大或者较小输出功率能力以及尺寸比例的新款对置式动圈型线性压缩机；

3)本发明大幅缩短了对置式动圈型线性压缩机研发周期和成本。

上述优点可以实现快速而高效地研发对置式动圈型线性压缩机，对于在航空航天和军事等特殊领域的应用具有非常积极的意义。

附图说明

图1为对置式动圈型线性压缩机结构的示意图；

图2为上板弹簧2和下板弹簧7的示意图，其中(a)为正面；(b)为侧面；

图3为活塞8的示意图；

图4为电机结构的示意图；

图5为线圈4的示意图；

图6为活塞8的受力示意图；

图7为局部缩放法则应用流程图。

其中：1为压缩机外壳；1′为右部压缩机外壳；2为上板弹簧；2′为右部上板弹簧；3为线圈支架；3′为右部线圈支架；4为线圈；4′为右部线圈；5为轭铁；5′为右部轭铁；6为磁体；6′为右部磁体；7为下板弹簧；7′为右部下板弹簧；8为活塞；8′为右部活塞；9为间隙密封；9′为右部间隙密封；10为压缩机汽缸；10′为右部压缩机汽缸；11为板弹簧型线；12为导线；13为板弹簧直径；14为板弹簧厚度；15为活塞长度；16为活塞直径；17为磁体内径；18为磁体外径；19为磁体宽度；20为导线直径。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

鉴于现有技术的不足，本发明提出一种对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法。

本发明的目的在于，基于对置式动圈型线性压缩机的结构方程和性能方程提出一种局部缩放方法，通过本发明，一旦知晓了某一性能优良的对置式动圈型线性压缩机结构设计的具体尺寸，以本发明给出的局部缩放方法为指导，在保证压缩机的能量转换效率基本不变的前提下，通过选取尽量少的部分结构尺寸进行缩放调整，就能在较短的时间周期内设计出较大或者较小输出功率能力以及尺寸比例的新款对置式动圈型线性压缩机，从而大幅度缩短研发周期和研发成本。

所发明的对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法基于对置式动圈型线性压缩机的结构方程和性能方程提出，仅选取部分必要的结构尺寸进行缩放调整，在保证压缩机效率不变的前提下，实现对压缩机性能的缩放。

本发明定义一个用于计算所选结构参数缩放系数的缩放因子K，所选结构初始设计对应K＝1，尺寸放大对应K>1，尺寸缩小对应K<1。

在使用时，需遵循如下前提：压缩机系统内的电流密度、磁感应强度、板弹簧弹性模量、工质气体的压强振幅、工质气体的粘性系数、充气压力、导线12的电阻率在缩放过程中不发生改变；满足上述前提之后，即可进行尺寸参数的选取及尺寸参数的缩放系数的确定；然后再通过设计方程确定下列性能参数的缩放系数：板弹簧轴向刚度、气体弹簧刚度、压缩机的共振频率、压缩机的运行频率、扫气体积、电机推力、惯性力、气体弹簧作用力、板弹簧作用力、活塞运行速度、电机输入功、电机热损、PV功、间隙密封功损。

局部缩放方法从活塞直径16、活塞长度15、板弹簧直径13、板弹簧厚度14、上板弹簧2的数量、下板弹簧7的数量、汽缸10的尺寸、轭铁5的尺寸、磁体内径17、磁体外径18、磁体宽度19、线圈支架3的尺寸、导线直径20、导线12的长度、压缩机外壳1的尺寸中选取部分必要结构尺寸进行缩放，剩余结构尺寸不做改变。

在本实施例中，缩放目标为图1中的线性压缩机，选取活塞直径16、板弹簧厚度14、导线12的长度和动子质量进行缩放。缩放后要求压缩机的运行频率保持不变，图6中的相位关系不变，并实现PV功提升50％。

压缩机性能参数的缩放系数的具体确定过程：

步骤一：压缩机的运行频率设计；

压缩机在其共振频率下运行时能获得最高的效率，故一般都会将压缩机的运行频率f设计成压缩机的共振频率f_n。压缩机的共振频率由运动质量m、板弹簧轴向刚度k_m和气体弹簧刚度k_g所决定：

$f=f_n=\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}}\sqrt{\frac{k_m+k_g}{m}}\&Proportional;1---\left(1\right)$

气体弹簧刚度k_g与活塞8的截面积a_p、工质气体的压强振幅ΔP以及活塞行程s有关：

$k_g=\frac{a_p\mathrm{\&Delta;P}}{s}=\frac{\mathrm{\&pi;}{D}^2\mathrm{\&Delta;P}}{4s}---\left(3\right)$

式中：D为活塞直径16。

此处只对活塞直径16进行缩放，令缩放系数为K，则气体弹簧刚度k_g的缩放系数满足：

$k_g=\frac{\mathrm{\&pi;}{D}^2\mathrm{\&Delta;P}}{4s}{\&Proportional;K}^2---\left(3\right)$

为保证压缩机的运行频率不变，则由(1)式可得板弹簧轴向刚度k_m和动子质量m的缩放系数满足：

k_m∝K²          (4)

m∝K²          (5)

图2为上板弹簧2和下板弹簧7的结构示意图，板弹簧主要参数有板弹簧直径13、板弹簧厚度14以及上板弹簧2和下板弹簧7的数量。缩放时，板弹簧型线11不做改变。已知板弹簧轴向刚度k_m满足：

$k_m\&Proportional;\frac{N_s{t}_s^3}{D_s^2}---\left(6\right)$

式中：D_s为板弹簧直径13；t_s为板弹簧厚度14；上板弹簧2和下板弹簧7的数量均为N_s；

已知只对板弹簧厚度14进行缩放，由(6)式可得缩放系数：

t_s∝K^2/3          (7)

步骤二：活塞受力分析；

图6为活塞8运行时的受力情况，X为实轴，Y为虚轴，活塞主要受四个力作用，分别为电机推力F、惯性力F_i、气体弹簧作用力F_g以及板弹簧作用力F_m。这四个力构成受力平衡并影响压缩机输出功率和效率。图中θ为电机推力与Y轴的夹角，Φ为活塞位移和压力波之间的相位差。θ和Φ表示四个力之间的相位关系。

电机推力、惯性力、气体弹簧作用力和板弹簧作用力的表达式如下：

$F=\mathrm{BIL}=\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}\mathrm{Bi}{D}_c^{2}L---\left(8\right)$

F_i＝2π²f²sm          (9)

$F_m=\frac{1}{2}{k}_{m}s---\left(11\right)$

式中：B为磁体6的磁感应强度；I为电流强度；L为导线12的长度；i为电流密度；D_c为导线直径20。

已知只对活塞直径16、板弹簧厚度14、线圈12的长度L和动子质量m进行缩放，其它参数保持不变，因此由(9)式、(10)式和(11)式可得惯性力F_i、气体弹簧作用力F_g以及板弹簧作用力F_m的缩放系数：

F_i∝K²          (12)

F_gi∝K²          (13)

F_mi∝K²          (14)

为保证四个力的相位关系不发变化，则电机推力F满足：

F∝K²          (15)

由于只对导线12的长度L进行缩放，由(8)式和(15)式可得：

L∝K²          (16)

步骤三：压缩机功率变化；

压缩机的电机输入功由电机推力和活塞运行速度决定：

$\&lang;{\stackrel{\&CenterDot;}{W}}_{\mathrm{motor}}\&rang;=F\stackrel{\&OverBar;}{v}---\left(17\right)$

$\stackrel{\&OverBar;}{v}=2\mathrm{sf}---\left(18\right)$

因此，结合((15)式，可以得到：

$\&lang;{\stackrel{\&CenterDot;}{W}}_{\mathrm{motor}}\&rang;=2\mathrm{fsF}---\left(19\right)$

$\&lang;{\stackrel{\&CenterDot;}{W}}_{\mathrm{motor}}\&rang;\&Proportional;K^2---\left(20\right)$

电机的主要损失为电机热损Q_c：

Q_c＝I²R_c          (21)

I＝ia_c          (22)

R_c＝ρ_cL/a_c          (23)

式中：a_c为导线12的截面积；ρ_c为导线12的电阻率。

将(22)式和(23)式代入到(21)中去：

Q_c＝i²ρ_ca_cL          (24)

由于只有由导线12的长度L被缩放，因此：

Q_c∝K²          (25)

压缩机的PV功满足：

$\&lang;{\stackrel{\&CenterDot;}{W}}_{\mathrm{PV}}\&rang;=\&Proportional;\mathrm{f\&Delta;P\&Delta;V}=\mathrm{fs}{a}_p\mathrm{\&Delta;P}---\left(26\right)$

式中：为PV功；ΔV为压缩机扫气容积。

(26)式中只有活塞8的截面积a_p被缩放，因此：

$\&lang;{\stackrel{\&CenterDot;}{W}}_{\mathrm{PV}}\&rang;\&Proportional;K^2---\left(27\right)$

由(20)式、(25)式和(27)式可知电机输入功、电机热损和PV功的缩放系数均为K²，等比缩放。因此压缩机效率保持不变。

由于局部缩放的目标为PV功提升50％，即

$\begin{array}{c}\&lang;{\stackrel{\&CenterDot;}{W}}_{\mathrm{PV}}\&rang;\&Proportional;K^2=1.5\\ K=1.22\end{array}---\left(27\right)$

对上述步骤进行整理总结，可以得所选结构参数的缩放系数和性能参数的缩放系数如表1和表2所示。

表1 压缩机各结构参数缩放系数

活塞直径	D∝1.22	导线长度	L∝1.5
				板弹簧厚度	ts∝1.14	动子质量	m∝1.5

表2 压缩机各性能参数缩放系数

Claims (3)

1.一种对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法，其特征在于：

所述的局部缩放方法基于对置式动圈型线性压缩机的结构方程和性能方程提出，仅选取部分必要的结构尺寸进行缩放调整，在保证压缩机效率不变的前提下，实现对压缩机性能的缩放；

定义一个用于计算所选结构参数缩放系数的缩放因子K，所选结构初始设计对应K＝1，尺寸放大对应K>1，尺寸缩小对应K<1；

在使用时，需遵循如下前提：压缩机系统内的电流密度、磁感应强度、板弹簧弹性模量、工质气体的压强振幅、工质气体的粘性系数、充气压力、导线(12)的电阻率在缩放过程中不发生改变；满足上述前提之后，即可进行尺寸参数的选取及尺寸参数的缩放系数的确定；然后再通过设计方程确定下列性能参数的缩放系数：板弹簧轴向刚度、气体弹簧刚度、压缩机的共振频率、压缩机的运行频率、扫气体积、电机推力、惯性力、气体弹簧作用力、板弹簧作用力、活塞运行速度、电机输入功、电机热损、PV功、间隙密封功损。

2.根据权利要1所述的一种对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法，其特征在于：所述的尺寸参数的选取及其缩放系数的确定方法如下：

从活塞直径(16)、活塞长度(15)、板弹簧直径(13)、板弹簧厚度(14)、上板弹簧(2)的数量、下板弹簧(7)的数量、汽缸(10)的尺寸、轭铁(5)的尺寸、磁体内径(17)、磁体外径(18)、磁体宽度(19)、线圈支架(3)的尺寸、导线直径(20)、导线(12)的长度、压缩机外壳(1)的尺寸中选取部分必要的结构尺寸进行缩放，剩余的结构尺寸不做改变。

3.根据权利要1所述的一种对置式动圈型线性压缩机的局部缩放方法，其特征在于：所述的性能参数的缩放系数的具体确定过程如下：

步骤一：压缩机的运行频率设计；

压缩机在其共振频率下运行时能获得最高的效率，故一般都会将压缩机的运行频率设计成压缩机的共振频率：

$f=f_n=\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}}\sqrt{\frac{k_m+k_g}{m}}---\left(1\right)$

式中：f为压缩机的运行频率；f_n为压缩机的共振频率；k_m为板弹簧轴向刚度；k_g为气体弹簧刚度；m为动子质量；

缩放时，板弹簧型线(11)不做改变，已知板弹簧轴向刚度满足：

$k_m\&Proportional;\frac{N_s{t}_s^3}{D_s^2}---\left(2\right)$

式中：k_m为板弹簧轴向刚度；D_s为板弹簧直径(13)；t_s为板弹簧厚度(14)；上板弹簧(2)和下板弹簧(7)的数量均为N_s；

气体弹簧刚度k_g往往要比板弹簧轴向刚度大上数倍：

$k_g=\frac{a_p\mathrm{\&Delta;P}}{s}=\frac{\mathrm{\&pi;}{D}^2\mathrm{\&Delta;P}}{4s}---\left(3\right)$

式中：a_p为活塞(8)的截面积；s为活塞行程；D为活塞直径(16)；ΔP为工质气体的压强振幅；

缩放时，可选取其中任意一个或多个参数进行缩放，实现对板弹簧轴向刚度k_m和气体弹簧刚度k_g的缩放；

基于(1)式、(2)式和(3)式，通过缩放板弹簧轴向刚度k_m、气体弹簧刚度k_g和动子质量m可实现对压缩机的运行频率的缩放；

步骤二：活塞受力分析；

活塞(8)主要受四个力的作用，分别为电机推力F、惯性力F_i、气体弹簧作用力F_g以及板弹簧作用力F_m：

$F=\mathrm{BIL}=\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}{\mathrm{BiD}}_c^{2}L---\left(4\right)$

F_i＝2π²f²sm            (5)

F_g＝ΔP□a_p(6)

$F_m=\frac{1}{2}{k}_{m}s---\left(7\right)$

式中：B为磁体(6)的磁感应强度；I为电流强度；L为导线(12)的长度；i为电流密度；D_c为导线直径(20)；

通过调整部分结构尺寸，可以实现对电机推力、惯性力、气体弹簧作用力和板弹簧作用力的缩放；

步骤三：压缩机功率变化；

压缩机的电机输入功由电机推力和活塞运行速度决定：

$<{\stackrel{\&CenterDot;}{W}}_{\mathrm{motor}}>=F\stackrel{\&OverBar;}{v}---\left(8\right)$

$\stackrel{\&OverBar;}{v}=2\mathrm{sf}---\left(9\right)$

因此，结合(8)式和(9)式，可以得到：

$<{\stackrel{\&CenterDot;}{W}}_{\mathrm{motor}}>=2\mathrm{fsF}---\left(10\right)$

电机的主要损失为电机热损Q_c：

Q_c＝I²R_c         (11)

I＝ia_c         (12)

R_c＝ρ_cL/a_c         (13)

式中：a_c为导线(12)的截面积；ρ_c为导线(12)的电阻率；

将(12)式和(13)式代入到(11)中去：

Q_c＝i²ρ_ca_cL          (14)

压缩机的PV功满足：

$<{\stackrel{\&CenterDot;}{W}}_{\mathrm{PV}}>\&Proportional;\mathrm{f\&Delta;P\&Delta;V}={\mathrm{fsa}}_p\mathrm{\&Delta;P}---\left(15\right)$

式中：为PV功；ΔV为压缩机扫气容积；

电机输入功、电机热损和PV功的缩放系数由步骤一和步骤二中所选结构参数的缩放系数所决定；

确保电机输入功、电机热损和PV功的缩放系数相同，可在保证压缩机效率不变的前提下，实现对置式动圈型线性压缩机性能的缩放。