[发明专利]间接测量线性压缩机电机比推力和机械阻尼系数的方法

说明书

技术领域

本发明属于线性压缩机领域，具体涉及一种线性压缩机电机比推力和机械阻尼系数的间接测量方法。

背景技术

线性压缩机由于结合了直线电机、柔性板弹簧以及间隙密封等关键技术，具有寿命长、无摩擦、振动低、噪声小以及可靠性高等一系列优势，已广泛应用于低温制冷机和冰箱等领域。线性压缩机可以理解为由三大部分组成：电路部分、机械部分以及声负载部分。其中电机比推力为电路部分的核心关键参数，其值的大小决定了直线电机将电功转化为机械功的能力。而机械阻尼系数为机械部分的关键参数，其值的大小直接影响着机械功的耗散，从而影响机械功向声功的转换。因此电机比推力和机械阻尼系数的测量对于线性压缩机而言至关重要。

图1所示为线性压缩机结构示意图，图2所示为其等效物理模型，其可看做由三部分组成，从左至右分别为：电路部分，机械部分，声学部分。其中U为输入电压，I为输入电流，R_e代表电机的线圈电阻，X_e代表电抗，α为电机比推力，R_m为线性压缩机的机械阻尼系数，M为动子质量，k_s为线性压缩机的板弹簧轴向刚度，p_c代表压缩机出口压力波动，V_c代表线性压缩机出口气体体积流率，R_a为声阻抗实部，X_a为声阻抗虚部。

目前电机比推力α的测量方法为：在压缩机装配之前，对直线电机进行单独测量，向线圈通入1安培电流，用测力计测得电机推力，从而得到电机比推力α。机械阻尼系数R_m的测量方法为：在压缩机装配之前，单独测试机械系统，给动子施加一个初始的位移激励，通过示波器监测动子位移的衰减波形，结合振动力学方程可以得到机械阻尼系数R_m。上述测量过程均发生在压缩机装配之前，需要对参数进行逐一单独测量。线性压缩机在长时间运行过后，由于一些原因，如电机材料性质的改变，动子行程的偏移等，导致电机比推力和机械阻尼系数发生变化，影响压缩机输出特性。此时如需测量这两个参数，需拆开压缩机，较为不便。此外，由于线性压缩机的密封依靠的是活塞与气缸之间微米级的间隙，这也使得其装配极其困难。且在一些场合，缺少上述测量装置，使得参数难以获得。因此，无需拆解压缩机的测试方法显得既简单方便、又高效可靠。

发明内容

本发明提供了一种间接测量线性压缩机电机比推力和机械阻尼系数的方法，该方法在无需拆解压缩机的情况下可实现对压缩机参数的间接无损测量，操作简单，避免了现有技术的复杂检测过程，检测效率高，实施方便。

本发明根据线性压缩机谐振工况下电声转化效率最高的原理，通过合理的测量流程，由所测得负载声阻抗以及压缩机效率来反电机比推力和机械阻尼系数。

本发明在待测压缩机出口连接间接测量装置，通过合理设计的测量流程，计算反推得到电机比推力和机械阻尼系数。

一种间接测量线性压缩机电机比推力和机械阻尼系数的方法，包括：在压缩机出口连接声学负载，通过调节声阻抗负载实部和虚部，检测找到压缩机最高电声转换效率以及此时对应的声阻抗实部，计算得到电机比推力和机械阻尼系数，具体为：在压缩机出口连接声学负载，对整个系统充压，通过调节线性压缩机的运行频率，找到此时最高电声转换效率时对应的线性压缩机的运行频率，在该运行频率条件下，调节声阻抗实部，检测找到当前压缩机最高电声转换效率以及此时对应的声阻抗实部，计算得到电机比推力和机械阻尼系数。

所述压缩机最高电声转换效率为η_max，最高效率对应的声阻抗实部为R_{a_η}，将这两个数据分别带入如下两个计算式，得到所述的电机比推力和机械阻尼系数：