双电动机间歇驱动的斯特林制冷的制造方法
【专利摘要】本发明属于斯特林制冷技术和机电一体化【技术领域】。斯特林循环要求两个活塞作直线间歇运动，目前实际应用的曲柄－连杆机构、菱形驱动等机构都是近似地实现斯特林制冷循环。本发明提出的双电动机间歇驱动的斯特林制冷机可以实现理想的斯特林循环运动，其技术方案为：采用2个步进电动机或伺服电动机为动力，每个电动机配丝杠传动机构把电机的旋转运动变为直线运动，每个丝杠的直线运动滑块带动一个活塞。编写控制程序，使两个电动机按照一定的时序关系正反转以及停顿，丝杠带动滑块以及活塞就可实现直线间歇运动。通过编程可以精确改变两个活塞的运动时序关系，便于进行制冷参数优化，可用于斯特林制冷机的分析研究和教学演示。
【专利说明】双电动机间歇驱动的斯特林制冷机
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于斯特林制冷技术和机电一体化【技术领域】。
【背景技术】
[0002]斯特林制冷机的原理是由两个等温过程和两个等容回热过程组成的闭式热力学循环，称为斯特林循环，也称为定容回热循环。理想斯特林循环要求两个活塞作直线间歇运动，比较难实现。目前实际应用最多的曲柄一连杆机构、菱形驱动等驱动方式都是近似地实现连续斯特林制冷循环。国家实用新型专利《带直线滑轨轴承支撑的斯特林制冷机》(专利号200420003982)、《无油润滑直线轴承支撑斯特林制冷机》(专利号201020599221)以及《一种应用于曲柄连杆斯特林制冷机的浮动式大气缸》(专利号201220533107)都是基于曲柄连杆机构的研究方案。
【发明内容】
[0003]本发明提出一种双电动机间歇驱动的斯特林制冷机。
[0004]本发明的主要技术方案为:采用2个可以通过程序精确控制转角的电动机为动力(比如步进电动机或伺服电动机)，每个电动机配丝杠传动机构把电动机的旋转运动变为直线运动，每个丝杠的直线运动滑块带动一个活塞。在两个电动机的转轴上分别设置测量转轴起始角度的测速盘和传感器，用于2个电动机起始位置的测量和行程的测量。编写控制程序，其中初始化程序能够根据传感器信息控制两个电动机使得两个活塞分别位于各自的正确起始位置，然后工作程序控制2个电动机按照一定的时序关系正反转以及停顿，丝杠带动滑块以及活塞就可以按照理想的斯特林循环运动。
[0005]本发明的有益效果:运动规律可以达到理想斯特林循环的要求，通过编程可以精确改变两个活塞的运动时序关系，便于进行制冷参数优化，可用于斯特林制冷机的分析研究和教学演示。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是双电动机从气缸两端分别驱动两个活塞的斯特林制冷机。
[0007]图2是双电动机从气缸一端驱动活塞和回热器的斯特林制冷机。
[0008]图3是双电动机驱动气缸和回热器的斯特林制冷机。
[0009]图中，电动机1，测速盘2，传感器3，螺杆4，螺杆滑块5，活塞杆6，活塞7，回热器8，气缸9，活塞10，活塞杆11，螺杆12，螺杆滑块13，测速盘14，传感器15，电动机16，电动机控制线17，传感器信号线18，控制电路19，传感器先号线20，电动机控制线21，回热器杆22，回热器杆导孔23。
【具体实施方式】
图1显示了双电动机从气缸两端分别驱动两个活塞的斯特林制冷机，这是表达斯特林制冷循环原理的典型结构。这种结构的特点是回热器固定不动，两个活塞一个为膨胀活塞，一个为压缩活塞，活塞推动气体反复穿过回热器。假定电动机I驱动的活塞7为膨胀活塞，电动机16驱动的活塞10为压缩活塞。系统加电以后，初始化程序首先根据传感器3和传感器15的信号控制电动机I和电动机16动作，把活塞7和活塞10移动到图1所示的初始位置，然后进入工作状态。工作程序控制的电动机工作状态分为四个步骤:
第一步，电动机I停止，活塞7不动，电动机16正转，驱动活塞10左移，压缩气缸内的气体，这是等温压缩过程。
[0010]第二步，活塞10左移到总行程的中途，电动机I开始反转，驱动活塞7与活塞10等速左移，这是等容放热过程。电动机I的启动时刻就是影响制冷效果的参数，可以通过程序进行变化。
[0011]第三步，活塞10左移到极限位置，电动机16停止，电动机I继续反转，活塞7继续左移，这是等温膨胀过程。
[0012]第四步，活塞7左移到极限位置，电动机I正转，电动机16反转，活塞7和活塞10等速右移，这是等容吸热过程。活塞7移动到右极限位置，电动机I停止，重复第一步。
[0013]图2显示了双电动机从气缸一端驱动活塞和回热器的斯特林制冷机，这是斯特林制冷机的常见应用形式，气缸的封闭端为冷端，把冷端安插到需要制冷的气体或液体中即可实现制冷。这种结构的特点是只有一个活塞10，压缩膨胀都是利用活塞10，而回热器8要配合活塞10做往复运动，所以在图2中电动机1、测速盘2，传感器3，螺杆4和螺杆滑块5用于驱动回热器8。回热器杆22从活塞10的回热器导孔23穿过。系统加电以后，初始化程序首先根据传感器3和传感器15的信号控制电动机I和电动机16动作，把回热器8和活塞10移动到图2所示的位置，然后进入工作状态。
[0014]工作状态分为四个步骤:
第一步，电动机I停止，回热器8不动，电动机16正转，驱动活塞10左移，压缩气缸内的气体，这是等温压缩过程。
[0015]第二步，活塞10左移到极限位置，电动机16停止，电动机I反转，驱动回热器8右移，这是等容放热过程。
[0016]第三步，回热器8右移到接近活塞10的左极限位置时，电动机16带动活塞10与回热器8同步右移，这是等温膨胀过程。
[0017]第四步，活塞10右移到极限位置，电动机16停止，电动机I正转，驱动回热器8左移，这是等容吸热过程。回热器8移动到左极限位置，电动机I停止，重复第一步。
[0018]图3显示了双电动机驱动气缸和回热器的斯特林制冷机。这种机构的特点是活塞不动，气缸和回热器按特定时序关系间歇往复运动。
【权利要求】
1.一种双电动机间歇驱动的斯特林制冷机，包括电动机、测速盘、传感器、螺杆、螺杆滑块、活塞杆、活塞、回热器、电动机控制线、传感器信号线、控制电路以及控制程序，其特征在于:采用2个步进电动机或伺服电动机为动力，每个电机配丝杠传动机构把电机的旋转运动变为直线运动，每个丝杠的直线运动滑块带动一个活塞；程序控制两个电动机按照一定的时序关系正反转以及停顿，丝杠带动滑块以及活塞就可以按照理想的斯特林循环运动。
2.根据权利要求1所述的双电动机间歇驱动的斯特林制冷机，其特征在于:在两个电动机的转轴上分别设置测量转轴起始角度的测速盘和传感器，用于两个电动机起始位置的测量和行程的测量。
3.根据权利要求1所述的双电动机间歇驱动的斯特林制冷机，其特征在于:两个电动机可以驱动两个活塞， 也可 以驱动活塞和回热器，还可以驱动活塞和气缸。
【文档编号】F25B9/14GK103604240SQ201310609003
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】史智兴, 孙剑锋, 尹辉娟 申请人:河北农业大学