CN107843022A - 一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机，包括分置式布置的压缩机与膨胀机、连接压缩机出气口与膨胀机进气口的连接管以及驱动控制器。压缩机包括压缩机外壳以及安装在压缩机外壳中的压缩机驱动伺服电机、压缩机曲轴、压缩机曲轴连杆、压缩活塞和压缩气缸。膨胀机包括膨胀机外壳以及安装在膨胀机外壳中的膨胀机驱动伺服电机、膨胀机曲轴、膨胀机曲轴连杆、排出器和膨胀气缸。本发明不仅有效解决了直线分置式斯特林制冷因非刚性受迫振动系统结构而导致的在高机动、高加速度环境下不能稳定工作甚至丧失性能的问题，还有效解决了旋转整体式斯特林制冷机冷头因压缩机影响而振动大及整体式结构安装使用不灵活的不足。
Description
技术领域
本发明涉及小型低温斯特林制冷机技术领域，具体涉及一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机。
背景技术
斯特林制冷机是一种采用逆向斯特林循环的回热式低温制冷机。由于其效率高、结构紧凑，小型斯特林制冷机广泛应用于红外探测等领域。斯特林制冷机主体由压缩单机和膨胀机两部分组成，压缩机由驱动电机、气缸、活塞等组成，产生压力波，膨胀机由排出器、膨胀气缸等组成，在气体膨胀时吸收热量产生制冷。工作过程中斯特林制冷机的排出器需要与压缩机产生的压力波形成一定的相位才能实现制冷。小型斯特林制冷机按结构可分为整体式和分置式两类，按电机驱动方式可以分为旋转电机驱动式和直线电机驱动式。
由旋转电机驱动的大多为整体式，称为旋转整体式制冷机，旋转整体式的排出器和压缩机由同一个电机通过曲柄连杆机构驱动，曲柄连杆机构可以保证排出器与压力波形成恒定的相位。
由直线电机驱动的大多为分置式，称为直线分置式制冷机，直线分置式的膨胀机与压缩机分置布置，中间只用一根压力波可以通过的管道连接。直线电机驱动压缩机时，电机动子与活塞为一体结构，活塞动子部分与弹簧形成一个受迫振动系统，电机电磁力驱动动子形成往复震荡运动，运动过程中活塞在气缸中产生压力波。直线分置式的排出器驱动方式有两种，一种是由压缩机产生的压力波驱动的气动式，一种是由直线电机驱动的双驱动式，即压缩机和膨胀机均由直线电机驱动。气动式工作过程中排出器与弹簧组成一个受迫振动系统，压力波驱动时通过阻尼力产生相位差使排出器与压力波形成所需的相位。双驱动工作过程中是通过位置传感器确定压缩活塞与排出的运行位置，由控制器控制两个电机运行位置形成所需相位。
也有压缩机由旋转电机驱动，膨胀机分置布置的旋转分置式制冷机，旋转分置的膨胀机一般是气动式。
旋转整体式制冷机采用一体式结构，结构非常紧凑，曲柄连杆使得相位恒定，整机效率高。同时由于曲柄连杆机构在驱动过程中驱动力的传递都是刚性连接，在高加速环境下，相位和运动受影响较小，所以在弹载等高机动、高加速度环境时适应性好。但是由于一体式结构，其缺点主要是膨胀机冷头受到压缩机的影响振动较大，应用安装时也因为一体式结构使用不够灵活。
直线分置式制冷机采用压缩机与膨胀机分离结构，应用过程中冷头部分安装灵活，膨胀机冷头也不受压缩机影响，振动小。气动式由于相位靠阻尼实现，要达到高的效率设计难度和调试难度均比较大。双驱动式由于压缩机和膨胀机中都需要布置直线式位置传感器，结构复杂，控制难度大。直线分置式的压缩机和排出器运动都是往复受迫振动系统，运动非刚性连接，在高机动、高加速的环境下，受迫振动系统会因为高加速的惯性力导致相互之间的相位发生偏移或错乱，导致冷头温度输出不稳定甚至不能正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双驱动分置式斯特林制冷机，该制冷机一方面能够解决旋转整体式制冷机存在的冷头布置不灵活和振动大的不足，另一方面能够解决直线分置式制冷机对高加速度环境条件难以适应的不足。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机，包括分置式布置的压缩机与膨胀机、连接压缩机出气口与膨胀机进气口的连接管以及驱动控制器。
具体地说，所述压缩机包括压缩机外壳以及安装在压缩机外壳中的压缩机驱动伺服电机、压缩机曲轴、压缩机曲轴连杆、压缩活塞和压缩气缸；所述压缩机驱动伺服电机的转子与压缩机曲轴相连；所述压缩机曲轴连杆的一端与压缩机曲轴相连，另一端与压缩活塞相连；所述压缩活塞嵌入安装在压缩气缸内；压缩机驱动伺服电机驱动压缩机曲轴和压缩机曲轴连杆运动，进而驱动压缩活塞沿压缩气缸轴向作直线往复运动。
所述膨胀机包括膨胀机外壳以及安装在膨胀机外壳中的膨胀机驱动伺服电机、膨胀机曲轴、膨胀机曲轴连杆、排出器和膨胀气缸；所述膨胀机驱动伺服电机的转子与膨胀机曲轴相连；所述膨胀机曲轴连杆的一端与膨胀机曲轴相连，另一端与排出器相连；所述排出器嵌入安装在膨胀气缸内；膨胀机驱动伺服电机驱动膨胀机曲轴和膨胀机曲轴连杆运动，进而驱动排出器沿膨胀气缸轴向作直线往复运动。
进一步的，所述连接管为金属软管。
进一步的，所述压缩机驱动伺服电机和膨胀机驱动伺服电机采用同一驱动控制器驱动。
进一步的，所述压缩机和膨胀机之间的相位是控制器根据两者伺服电机的位置编码器进行控制。所述相位指得是压缩机和膨胀机两者之间的相对相位。
和现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明中的压缩机和膨胀机均采用伺服旋转电机驱动，并采用由曲轴和曲轴连杆组成的曲柄连杆机构来带动压缩活塞和排出器运动，和非刚性的受迫振动系统形式相比，这种方式在高加速度环境下的适应性好。
（2）本发明中的压缩机和膨胀机采用分置式布置方式，不仅能够实现冷头应用时的灵活性，还能够避免压缩机振动的影响。
（3）本发明中的伺服电机结构紧凑，内部集成有位置编码器，转距分辨率高，压缩机和膨胀机之间的相位由伺服电机自身有源反馈的电控调相方式实现，相比直线式的位置传感器和直线往复运动的相位控制方便简单并能够有效保证整机运行效率高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中：
1、压缩机外壳，2、压缩机驱动伺服电机，3、压缩气缸，4、压缩活塞，5、连接管，6、膨胀机外壳，7、膨胀机曲轴连杆，8、膨胀机曲轴，9、膨胀机驱动伺服电机，10、膨胀气缸，11、排出器，12、压缩机曲轴，13、压缩机曲轴连杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示的一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机，包括分置式布置的压缩机与膨胀机。
具体地说，所述压缩机包括压缩机外壳1以及安装在压缩机外壳1中的压缩机驱动伺服电机2、压缩机曲轴12、压缩机曲轴连杆13、压缩活塞4和压缩气缸3。所述压缩机驱动伺服电机2的转子与压缩机曲轴12相连。所述压缩机曲轴连杆13的一端与压缩机曲轴12相对转动连接，另一端与压缩活塞4通过销轴相对转动连接。所述压缩活塞4嵌入安装在压缩气缸3内。压缩机驱动伺服电机2驱动压缩机曲轴12和压缩机曲轴连杆13运动，进而驱动压缩活塞4在压缩气缸3内沿压缩气缸3轴向作直线往复运动。
所述膨胀机包括膨胀机外壳6以及安装在膨胀机外壳6中的膨胀机驱动伺服电机9、膨胀机曲轴8、膨胀机曲轴连杆7、排出器11和膨胀气缸10。所述膨胀机驱动伺服电机9的转子与膨胀机曲轴8相连。所述膨胀机曲轴连杆7的一端与膨胀机曲轴8相对转动连接，另一端与排出器11通过销轴相对转动连接。所述排出器11嵌入安装在膨胀气缸10内。膨胀机驱动伺服电机9驱动膨胀机曲轴8和膨胀机曲轴连杆7运动，进而驱动排出器11在膨胀气缸10内沿膨胀气缸10轴向作直线往复运动。
进一步的，所述压缩气缸3的出气口通过连接管5与膨胀气缸10的进气口相连。优选的，所述连接管5为金属软管。
进一步的，所述压缩机驱动伺服电机2和膨胀机驱动伺服电机9采用同一驱动控制器驱动。
进一步的，所述压缩机通过压缩机驱动伺服电机3的位置编码器调整其相位。所述膨胀机通过膨胀机驱动伺服电机9的位置编码器调整其相位。通过两个伺服电机转子的旋转编码器有源反馈确定压缩活塞和排出器之间的相位，保证两者在启动时和运行过程中的相位差恒定。在本发明的性能调整过程中，也可通过相位控制来达到最佳效率。
本发明所述的双驱动旋转分置式斯特林制冷机的工作过程如下：
制冷机整体系统封闭，内部充有高纯氦气为工质。工作时驱动控制器驱动压缩机驱动伺服电机2和膨胀驱动伺服电机9分别运转，运转过程中驱动控制器根据两个伺服电机各自的位置编码器分别控制压缩机和膨胀机保持所需的相位，一般膨胀机的相位超前压缩机90°，具体相位角也会因为连接管5的长短稍有偏差。压缩机驱动伺服电机2运转时通过压缩机曲轴12、压缩机曲轴连杆13带动压缩活塞4在压缩气缸3中沿压缩气缸3的轴向作直线往复运动，就会在压缩腔中产生压力波。压力波通过连接管5传递至膨胀机中的排出器11，压缩过程产生的热量通过压缩机外壳散到环境中。压力波通过排出器11内部的回热器进一步冷却后到达膨胀腔，在压力波的负压过程时气体膨胀吸收热量，产生制冷，一部分冷量通过膨胀气缸10输出，一部分冷量储存在工质中，在排出器运行过程中，工质被排出器11推出，通过回热器到达膨胀机热端，工质经过回热器时将冷量储存在回热器中。此过程则为斯特林制冷循环，如此往复循环，即可持续产生制冷效果。
综上所述，本发明不仅有效解决了直线分置式斯特林制冷因非刚性受迫振动系统结构而导致的在高机动、高加速度环境下不能稳定工作甚至丧失性能的问题，还有效解决了旋转整体式斯特林制冷机冷头因压缩机影响而振动大及整体式结构安装使用不灵活的不足。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机，其特征在于：包括分置式布置的压缩机与膨胀机；
所述压缩机包括压缩机外壳以及安装在压缩机外壳中的压缩机驱动伺服电机、压缩机曲轴、压缩机曲轴连杆、压缩活塞和压缩气缸；所述压缩机驱动伺服电机的转子与压缩机曲轴相连；所述压缩机曲轴连杆的一端与压缩机曲轴相连，另一端与压缩活塞相连；所述压缩活塞嵌入安装在压缩气缸内；压缩机驱动伺服电机驱动压缩机曲轴和压缩机曲轴连杆运动，进而驱动压缩活塞沿压缩气缸轴向作直线往复运动；
所述膨胀机包括膨胀机外壳以及安装在膨胀机外壳中的膨胀机驱动伺服电机、膨胀机曲轴、膨胀机曲轴连杆、排出器和膨胀气缸；所述膨胀机驱动伺服电机的转子与膨胀机曲轴相连；所述膨胀机曲轴连杆的一端与膨胀机曲轴相连，另一端与排出器相连；所述排出器嵌入安装在膨胀气缸内；膨胀机驱动伺服电机驱动膨胀机曲轴和膨胀机曲轴连杆运动，进而驱动排出器沿膨胀气缸轴向作直线往复运动。
2.根据权利要求1所述的一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机，其特征在于：所述压缩气缸的出气口通过连接管与膨胀气缸的进气口相连。
3.根据权利要求1所述的一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机，其特征在于：所述压缩机驱动伺服电机和膨胀机驱动伺服电机采用同一驱动控制器驱动。
4.根据权利要求1所述的一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机，其特征在于：所述压缩机通过压缩机驱动伺服电机的位置编码器调整其相位。
5.根据权利要求1所述的一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机，其特征在于：所述膨胀机通过膨胀机驱动伺服电机的位置编码器调整其相位。
6.根据权利要求2所述的一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机，其特征在于：所述连接管为金属软管。
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|---|---|
| CN (1) | CN107843022A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115289712A (zh) * | 2021-09-14 | 2022-11-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种板弹簧支撑的低振动集成一体式双驱动斯特林制冷机 |
| CN116907162A (zh) * | 2023-09-12 | 2023-10-20 | 苏州华冷科技有限公司 | 一种带有斯特林制冷机的便携式移动冷链箱 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2143752Y (zh) * | 1992-12-24 | 1993-10-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种微型低温制冷机 |
| JPH08178444A (ja) * | 1994-12-21 | 1996-07-12 | Sanyo Electric Co Ltd | スターリング冷凍機 |
| JPH08313091A (ja) * | 1995-05-19 | 1996-11-29 | Sanyo Electric Co Ltd | ガス圧縮／膨張機のオイルシール装置 |
| JPH09152210A (ja) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Sanyo Electric Co Ltd | ヒートポンプ装置の運転制御方法及び制御装置 |
| JPH09264623A (ja) * | 1996-03-28 | 1997-10-07 | Aisin Seiki Co Ltd | フリーディスプレーサ型スターリング冷凍機 |
| CN1174291A (zh) * | 1996-02-29 | 1998-02-25 | 三洋电机株式会社 | 气体压缩机或膨胀机 |
| CN103292509A (zh) * | 2012-02-27 | 2013-09-11 | 住友重机械工业株式会社 | 超低温制冷机 |
| CN105020049A (zh) * | 2007-04-23 | 2015-11-04 | 新动力概念有限公司 | 斯特林循环机器和用于机器的驱动机构 |
| CN107101409A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-08-29 | 宁利平 | 双作用α型斯特林制冷机 |
| CN207501481U (zh) * | 2017-10-25 | 2018-06-15 | 中国电子科技集团公司第十六研究所 | 一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机 |
-
2017
- 2017-10-25 CN CN201711010047.6A patent/CN107843022A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2143752Y (zh) * | 1992-12-24 | 1993-10-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种微型低温制冷机 |
| JPH08178444A (ja) * | 1994-12-21 | 1996-07-12 | Sanyo Electric Co Ltd | スターリング冷凍機 |
| JPH08313091A (ja) * | 1995-05-19 | 1996-11-29 | Sanyo Electric Co Ltd | ガス圧縮／膨張機のオイルシール装置 |
| JPH09152210A (ja) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Sanyo Electric Co Ltd | ヒートポンプ装置の運転制御方法及び制御装置 |
| CN1174291A (zh) * | 1996-02-29 | 1998-02-25 | 三洋电机株式会社 | 气体压缩机或膨胀机 |
| JPH09264623A (ja) * | 1996-03-28 | 1997-10-07 | Aisin Seiki Co Ltd | フリーディスプレーサ型スターリング冷凍機 |
| CN105020049A (zh) * | 2007-04-23 | 2015-11-04 | 新动力概念有限公司 | 斯特林循环机器和用于机器的驱动机构 |
| CN103292509A (zh) * | 2012-02-27 | 2013-09-11 | 住友重机械工业株式会社 | 超低温制冷机 |
| CN107101409A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-08-29 | 宁利平 | 双作用α型斯特林制冷机 |
| CN207501481U (zh) * | 2017-10-25 | 2018-06-15 | 中国电子科技集团公司第十六研究所 | 一种双驱动旋转分置式斯特林制冷机 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115289712A (zh) * | 2021-09-14 | 2022-11-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种板弹簧支撑的低振动集成一体式双驱动斯特林制冷机 |
| CN116907162A (zh) * | 2023-09-12 | 2023-10-20 | 苏州华冷科技有限公司 | 一种带有斯特林制冷机的便携式移动冷链箱 |
| CN116907162B (zh) * | 2023-09-12 | 2023-12-26 | 苏州华冷科技有限公司 | 一种带有斯特林制冷机的便携式移动冷链箱 |
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