间接测量线性压缩机电机比推力和机械阻尼系数的方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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，&代表电机的线圈电阻，Xe代表电抗，α为电机比推力，Rm为线性压缩机的机械阻尼系 数，M为动子质量，ks为线性压缩机的板弹簧轴向刚度，p。代表压缩机出口压力波动，V。代 表线性压缩机出口气体体积流率，艮为声阻抗实部，X 3为声阻抗虚部。
[0004] 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Rm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Rm。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】
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] -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。
[0009] 所述压缩机最高电声转换效率为η_，最高效率对应的声阻抗实部为Ra n，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：
[0010]
[0011]
[0012] 式⑴和式⑵中，A为活塞面积，&为电机的线圈电阻；α为线性压缩机的电机 比推力，Rm为线性压缩机的机械阻尼系数。
[0013] 通过调节线性压缩机的运行频率f，找到现行工况下最高电声转换效率η时对应 的线性压缩机的运行的运行频率，此时线性压缩机达到谐振，固定该运行频率，调节声 阻抗实部Ra，检测找到压缩机最高电声转换效率η_以及此时对应的声阻抗实部Ra n，从 而满足：：
[0014]
[0015]
[0016] 由式（3)和式⑷得到所述式⑴和式（2)。
[0017] 作为优选，所述声学负载包括通过管路与所述压缩机出口连通的气库，以及设置 在所述管路上的阀门；通过改变阀门开度来实现对声学负载声阻抗实部的调节；通过改变 运行频率、充气压力或气库体积实现对声阻抗虚部的调节，从而得到压缩机最高电声转换 效率以及此时对应的声阻抗实部。
[0018] 其中声阻抗实部Ra和声阻抗虚部X 3由下式计算得到：
[0019]
[0020]
[0021] 式（5)和式（6)中，γ为工质气体绝热指数；Pm为系统充气压力；11表示交变量幅 值，We是线性压缩机的输入电功；p。代表压缩机出口压力波动；pd戈表阀门和气库之间管路 的压力波动；为P。和Pr之间的相位差；f为线性压缩机的运行频率；V为气库体积。
[0022] 所述压缩机的电声转换效率由下式计算得到：
[0023]
[0024] 本发明中，Α、γ、PM、V、f均可采用现有方法检测得到、计算得到或者现有资料中查 到；
[0025] 本发明的阀门与线性压缩机之间的管路上设有用于检测压缩机出口压力波动p。 的检测点，所述阀门与气库之间的管路上设有用于检测阀门和气库之间管路的压力波动 的检测点。
[0026] 本发明的具体检测步骤包括：
[0027] (1)固定阀门开度，即固定声阻抗实部Ral，对于给定气库与充气压力，得到声阻抗 虚部Xfil;
[0028] (2)调节线性压缩机的运行频率f，使线性压缩机获得该声阻抗下的最高效率；
[0029] (3)固定该运行频率f，调节阀门开度，即调节声阻抗实部Ra，得到线性压缩机的最 高效率，以及此时对应的声阻抗实部Ra n，即得到式⑶和式（4)，联立式（3)和式（4) 得到α和Rni，如式⑴和式（2)。
[0030] 采用上述方法，可以简单的检测出线性压缩机的电机比推力α和机械阻尼系数 Rm。与现有测试方法相比，本发明的有益效果体现在：可在无需拆解线性压缩机的前提下， 对压缩机进行间接测试，测试方法简单易于操作，且避免了由于拆解压缩机带来对其内部 结构部件的损坏。
【附图说明】
[0031] 图1为线性压缩机结构示意图；
[0032] 图2为线性压缩的等效物理模型图；
[0033] 图3为线性压缩机驱动RC声学负载结构示意图。
【具体实施方式】
[0034] 图3所示为实现本发明间接测量线性压缩机电机比推力和机械阻尼系数的方法 的装置结构示意图。即在压缩机出口连接管路，在该管路上设置一组阀门R和气库C，其中 阀门靠近压缩机出口设置。其中阀门的作用在于提供等效阻抗实部，而气库的作用在于提 供等效阻抗虚部。通过一些合理的实验测量，可以反推得到压缩机的电机比推力α、机械阻 尼系数Rm这两个重要且不易实际测量的参数。实验中需要在阀门前后各安装一个压力传 感器，用于测量该处的压力波动Ρ。和P P Ρ。代表压缩机出口的压力波动，P 表阀门和气库 之间管路的压力波动，从而计算阀门R、气库C负载的声阻抗、压缩机