冰箱用動(dòng)磁鐵式直線壓縮機(jī)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、出于節(jié)能與環(huán)保的要求，利用直線振蕩電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直線壓縮機(jī)成為下一代家用冰箱壓縮機(jī)替代機(jī)型的研究熱點(diǎn)。針對(duì)直線壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)要求和難點(diǎn)，本文利用多種現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，展開(kāi)了關(guān)于動(dòng)磁鐵式直線壓縮機(jī)設(shè)計(jì)及優(yōu)化的研究。
　　首先為了便于制造、減小氣隙磁阻，對(duì)Redlich型直線振蕩電機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，由典型的動(dòng)磁式變?yōu)閯?dòng)磁鐵式?；跈C(jī)電耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析理論，確立了直線壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)研究需要，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。為了對(duì)直線振蕩電

2、機(jī)進(jìn)行靜態(tài)分析，建立了Redlich型動(dòng)磁鐵式直線振蕩電機(jī)的磁路模型和三維電磁場(chǎng)有限元模型;為了對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，針對(duì)直線壓縮機(jī)的安置方式，將壓縮機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)雙質(zhì)量、雙自由度的受迫阻尼振動(dòng)模型，并與電路系統(tǒng)相耦合，建立了直線壓縮機(jī)的機(jī)電耦合模型;為了對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了兩種分別以電機(jī)總成本和零件體積為優(yōu)化目標(biāo)的直線振蕩電機(jī)整體優(yōu)化模型。
　　利用磁路分析和有限元仿真計(jì)算的方法對(duì)動(dòng)磁鐵式直線振蕩電機(jī)的靜態(tài)特性進(jìn)

3、行定性和定量的研究。通過(guò)求解壓縮機(jī)的磁路模型方程組，給出了磁鏈、電磁力、電感等電機(jī)參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，定性地分析了電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料性能參數(shù)以及電流和動(dòng)子位移對(duì)靜態(tài)特性的影響;通過(guò)求解壓縮機(jī)的有限元模型，對(duì)電機(jī)內(nèi)的電磁場(chǎng)進(jìn)行了分析，精確計(jì)算了磁鏈和電磁力，并對(duì)磁路分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比和修正。
　　為保障直線壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，針對(duì)Redlich型直線振蕩電機(jī)中釹鐵硼材料在高溫和交變磁場(chǎng)作用下的防失磁設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。對(duì)永磁體在工作溫度下的

4、最大去磁工作點(diǎn)進(jìn)行了計(jì)算，推導(dǎo)了利用常溫下永磁材料性能間接計(jì)算工作溫度下的拐點(diǎn)位置的計(jì)算方法，并給出了永磁體失磁的判定公式，為電機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一個(gè)必要的安全約束條件。
　　采用狀態(tài)方程法和電磁場(chǎng)有限元分析相結(jié)合的仿真方法，對(duì)動(dòng)磁鐵式直線壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)特性展開(kāi)了理論與仿真實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)直線壓縮機(jī)在空載、負(fù)載和撞缸等不同工作狀態(tài)下的運(yùn)行進(jìn)行了仿真模擬，建立了電壓特性曲線和頻率特性曲線，從而能夠?qū)χ本€壓縮機(jī)的工作性能和動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行

5、預(yù)測(cè);根據(jù)對(duì)頻率特性曲線的分析，確定了利用調(diào)節(jié)頻率的方式改進(jìn)壓縮機(jī)性能的基本準(zhǔn)則;并分析了彈簧剛度、動(dòng)子質(zhì)量、汽缸直徑、動(dòng)子平衡位置等參數(shù)對(duì)壓縮機(jī)性能的影響，為壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和性能改進(jìn)提供了參考數(shù)據(jù)。
　　綜合考慮壓縮機(jī)性能和生產(chǎn)成本的要求，利用多種現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法對(duì)直線壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用動(dòng)力學(xué)分析求解了直線振蕩電機(jī)整體優(yōu)化模型，對(duì)電機(jī)的永磁體和線圈進(jìn)行了優(yōu)化;利用電磁場(chǎng)有限元分析，對(duì)電機(jī)磁軛結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)永磁

6、體襯套的材料選擇提出了建議;利用結(jié)構(gòu)有限元分析和模態(tài)分析對(duì)彈簧支架的力學(xué)性能進(jìn)行了分析，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行了優(yōu)化。
　　最后，成功制造了一臺(tái)壓縮機(jī)樣機(jī)，建立直線壓縮機(jī)的性能測(cè)試系統(tǒng)，以空氣為壓縮工質(zhì)，對(duì)樣機(jī)在空載、負(fù)載、串聯(lián)電容等不同狀況下的性能進(jìn)行測(cè)試，并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，在排氣壓力為6bar的負(fù)載狀況下，測(cè)量得到樣機(jī)的比功率為7～9kW/(m3/min)，說(shuō)明樣機(jī)具有很好的節(jié)能性能;對(duì)壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)