冰箱用動磁鐵式直線壓縮機動態(tài)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵問題研究.pdf

1、出于節(jié)能與環(huán)保的要求，利用直線振蕩電機驅(qū)動的直線壓縮機成為下一代家用冰箱壓縮機替代機型的研究熱點。針對直線壓縮機的設(shè)計要求和難點，本文利用多種現(xiàn)代設(shè)計理論和方法，展開了關(guān)于動磁鐵式直線壓縮機設(shè)計及優(yōu)化的研究。
　　首先為了便于制造、減小氣隙磁阻，對Redlich型直線振蕩電機進行了結(jié)構(gòu)改進，由典型的動磁式變?yōu)閯哟盆F式?；跈C電耦合系統(tǒng)動力學(xué)分析理論，確立了直線壓縮機的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計方案，并根據(jù)研究需要，進行數(shù)學(xué)建模。為了對直線振蕩電

2、機進行靜態(tài)分析，建立了Redlich型動磁鐵式直線振蕩電機的磁路模型和三維電磁場有限元模型;為了對壓縮機進行動態(tài)分析，針對直線壓縮機的安置方式，將壓縮機的機械系統(tǒng)簡化為一個雙質(zhì)量、雙自由度的受迫阻尼振動模型，并與電路系統(tǒng)相耦合，建立了直線壓縮機的機電耦合模型;為了對壓縮機進行優(yōu)化設(shè)計，建立了兩種分別以電機總成本和零件體積為優(yōu)化目標(biāo)的直線振蕩電機整體優(yōu)化模型。
　　利用磁路分析和有限元仿真計算的方法對動磁鐵式直線振蕩電機的靜態(tài)特性進

3、行定性和定量的研究。通過求解壓縮機的磁路模型方程組，給出了磁鏈、電磁力、電感等電機參數(shù)的數(shù)學(xué)表達式，定性地分析了電機結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料性能參數(shù)以及電流和動子位移對靜態(tài)特性的影響;通過求解壓縮機的有限元模型，對電機內(nèi)的電磁場進行了分析，精確計算了磁鏈和電磁力，并對磁路分析結(jié)果進行了對比和修正。
　　為保障直線壓縮機的安全運行，針對Redlich型直線振蕩電機中釹鐵硼材料在高溫和交變磁場作用下的防失磁設(shè)計進行了研究。對永磁體在工作溫度下的

4、最大去磁工作點進行了計算，推導(dǎo)了利用常溫下永磁材料性能間接計算工作溫度下的拐點位置的計算方法，并給出了永磁體失磁的判定公式，為電機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供了一個必要的安全約束條件。
　　采用狀態(tài)方程法和電磁場有限元分析相結(jié)合的仿真方法，對動磁鐵式直線壓縮機的動態(tài)特性展開了理論與仿真實驗研究。對直線壓縮機在空載、負載和撞缸等不同工作狀態(tài)下的運行進行了仿真模擬，建立了電壓特性曲線和頻率特性曲線，從而能夠?qū)χ本€壓縮機的工作性能和動力學(xué)特性進行

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

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)分析對彈簧支架的力學(xué)性能進行了分析，并根據(jù)分析結(jié)果進行了優(yōu)化。
　　最后，成功制造了一臺壓縮機樣機，建立直線壓縮機的性能測試系統(tǒng)，以空氣為壓縮工質(zhì)，對樣機在空載、負載、串聯(lián)電容等不同狀況下的性能進行測試，并與仿真結(jié)果進行對比分析。實驗測試結(jié)果表明，在排氣壓力為6bar的負載狀況下，測量得到樣機的比功率為7～9kW/(m3/min)，說明樣機具有很好的節(jié)能性能;對壓縮機系統(tǒng)進行動態(tài)