本发明涉及一种gm制冷机的技术领域，尤其涉及一种主动气体驱动的gm制冷机的技术领域。
背景技术：
通常，超低温制冷机已知有吉福德-麦克马洪（gm）循环制冷机、斯特林循环制冷机等具有推移活塞的的制冷机。gm制冷机中，推移活塞在气缸内能够往复移动，并且在缸体内的低温端形成往复膨胀空间。另外，在推移活塞内填装有大量换热材料，气体经过换热材料降温在低温端膨胀制冷，该气体流将膨胀空间与推移活塞室温空间连通。推移活塞往复运动依靠室温端的曲柄连杆机构将圆周运动转化成轴向直线运动。传统的gm制冷机结构中，连杆连接着活塞，由驱动组件带动连杆活塞上下往复运动。连杆顶部与罩体内壁通常形成一个死腔，当连杆带动活塞往上运动时，死腔体积变小，内部压力增大，挤压连杆，阻碍连杆向上移动；当连杆带动活塞往下运动时，死腔体积变大，内部压力减小，将吸附连杆，也阻碍连杆向下移动，死腔内的气体形成一个气体弹簧，阻碍连杆、活塞的运动，增大了驱动组件的负载，驱动组件不得不采用功耗、体积较大的设备，无法将制冷机小型化、轻量化。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种带气体驱动的gm制冷机，通过增加气体通道，将传统gm制冷机连杆上部的死腔变成气动腔，引入气动辅助，与驱动组件一起驱动连杆、活塞运动，可有效减小对电机扭矩的需求，使制冷机进一步小型化、轻量化。
为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下。
一种主动气体驱动的gm制冷机，包括压缩机、罩体、气缸、驱动组件，所述气缸与罩体相连接，活塞设置在气缸内，活塞内部中空，填充有换热材料，活塞上部设置上部气体通道与气缸的热腔相连通，活塞下部设置下部气体通道与气缸的冷腔相连通；所述罩体内部为中空的腔体，驱动组件、连杆设置在腔体内，所述驱动组件与连杆相连接，连杆通过上导向套、下导向套与罩体内侧相连接，连杆下端与活塞相连接；所述压缩机通过第一气体通道回路与连杆上部的气动腔相连接，通过第二气体通道回路与热腔相连接；所述第一气体通道回路上设置第三气动阀门、第四气动阀门，所述第二气体通道回路上设置第一气动阀门、第二气动阀门。
进一步的，所述驱动组件包括曲柄、凸轮、电机，所述电机与凸轮相连接，所述曲柄一端与凸轮相连接，另一端与连杆相连接。
进一步的，所述活塞与气缸同轴设置，且活塞外壁与气缸内壁间隙配合，活塞可在气缸内沿轴向往复运动。
进一步的，所述上导向套、下导向套与连杆同轴设置，连杆穿过上导向套、下导向套与活塞相连接，且连杆外壁与上导向套、下导向套内壁间隙配合，连杆可带动活塞沿轴向往复运动。
进一步的，所述连杆与活塞同轴连接。
进一步的，所述第一气动阀门、第四气动阀门与压缩机的低压端相连通，所述第二气动阀门、第三气动阀门与压缩机的高压端相连通。
本发明通过增加气体通道，将连杆上部的死腔变成气动腔，通过顺序控制气动阀门的闭合，使得活塞所受的轴向气动压力的作用方向始终与活塞运动方向保持一致，辅助驱动组件一起驱动活塞运动，降低了驱动组件所需要的扭矩，可有效降低设备功耗，使制冷机进一步小型化、轻量化。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中：1.压缩机；1a.高压通道；1b.低压通道；2.罩体；3.驱动组件；3a.曲柄；3b.凸轮；3c.电机；4.连杆；5a.上导向套；5b.下导向套；6.第一气体通道回路；7.第二气体通道回路；8.热腔；9.气缸；10.活塞；10a.上部气体通道；10b.下部气体通道；10c.换热材料；11.冷腔；12a.第一气动阀门；12b.第二气动阀门；12c.第三气动阀门；12d.第四气动阀门；13.密封环；21.气动腔；22.腔体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步详细的说明。
如图1所示，一种主动气体驱动的gm制冷机，包括压缩机1、罩体2、气缸9、驱动组件3，所述气缸9与罩体2相连接，活塞10设置在气缸9内，活塞10与气缸9同轴设置，且活塞10外壁与气缸9内壁间隙配合，活塞10可在气缸9内沿轴向往复运动，活塞10外侧装有密封环13，可防止气体通过活塞10与气缸9之间的间隙进入到冷腔11，活塞10内部中空，填充有换热材料10c，活塞10上部设置上部气体通道10a与气缸9的热腔8相连通，活塞10下部设置下部气体通道10b与气缸9的冷腔11相连通。
所述罩体2内部为中空的腔体22，驱动组件3设置在腔体22内，所述驱动组件3包括曲柄3a、凸轮3b、电机3c，所述电机3c与凸轮3b相连接，所述曲柄3a一端与凸轮3b相连接，另一端与连杆4相连接。
所述连杆4通过上导向套5a、下导向套5b与罩体2内侧相连接，上导向套5a、下导向套5b与连杆4同轴设置，连杆4穿过上导向套5a、下导向套5b与活塞10相连接，且连杆4外壁与上导向套5a、下导向套5b内壁间隙配合，连杆4下端与活塞10相连接，所述连杆4与活塞10同轴连接，连杆4可带动活塞10沿轴向往复运动。
所述压缩机1的高压通道1a、低压通道1b经过第一气体通道回路6与连杆4上部的气动腔21相连接，通过第二气体通道回路7与热腔8相连接；所述第一气体通道回路6上设置第三气动阀门12c、第四气动阀门12d，所述第二气体通道回路7上设置第一气动阀门12a、第二气动阀门12b，所述第一气动阀门12a、第四气动阀门12d与压缩机1的低压端相连通，所述第二气动阀门12b、第三气动阀门12c与压缩机1的高压端相连通。
本发明工作时，压缩机1通过压缩制冷剂气体（氦气）形成的高/低压气体，经第二气体通道回路7进入到热腔8，然后经过上部气体通道10a进入活塞10内部，与换热材料10c进行热交换，再经过下部气体通道10b进入冷腔11，气流经过换热材料10c时，流动产生的压降一般为0.005～0.01mpa，气缸内部热腔8和冷腔11内的压力近似相等。
电机3c转动，带动凸轮3b、曲柄3a运动，与曲柄3a相连接的连杆4带动活塞10运动，当活塞10从上限点向下限点运行时，冷腔11容积由最大向最小变化，活塞10沿z轴“正向”运动，此时第二气动阀门12b关闭，第一气动阀门12a打开，气缸9的热腔8通过第二气体通道回路7、第一气动阀门12a与压缩机1的低压端相连通，气缸9内的气体变成低压气体，同时第三气动阀门12c打开，第四气动阀门12d关闭，气动腔21通过第一气体通道回路6、第三气动阀门12c与压缩机1的高压端相连通，高压气体进入气动腔21，此时，活塞10受到的轴向气动压力fg可通过公式计算如下：
fg＝ph×s4＋pl×(s10－s4)－pl×s10
其中：s4位连杆4的横截面积；s10为活塞10的横截面积；ph为压缩机1的高压气体压强；pl为压缩机1的低压气体压强。
经过化简，fg＝（ph－pl）×s4
此时气动压力为正，方向向下，与活塞10运动方向一致。
当活塞10从下限点向上限点运动时，冷腔11的容积由最小向最大体积变化，活塞10沿z向反向运动，此时第一气动阀门12a关闭，第二气动阀门12b打开，气缸9的热腔8通过第二气体通道回路7、第二气动阀门12b与压缩机1的高压端相连通，气缸9内的气体压力变成高压气体，同时第四气动气动阀门12d打开，第三气动阀门12c关闭，气动腔21通过第一气体通道回路6、第四气动阀门12d与压缩机1的低压端相连通，低压气体进入气动腔21，此时，活塞10受到的轴向气动压力fg可通过公式计算如下：
fg＝pl×s4＋ph×(s10－s4)－ph×s10
其中：s4位连杆4的横截面积；s10为活塞10的横截面积；ph为压缩机1的高压气体的压强；pl为压缩机1的低压气体的压强。
经过化简，fg=－（ph－pl）×s4
此时气动压力方向为z轴的反方向，与活塞10运动方向一致。
本发明通过增加气体通道，将连杆上部的死腔变成气动腔，通过顺序控制气动阀门的闭合，使得活塞所受的轴向气动压力fg的作用方向始终与活塞运动方向一致，辅助驱动组件一起驱动活塞运动，降低了驱动组件所需要的扭矩，可有效降低设备功耗，使制冷机进一步小型化、轻量化。
以上，对本发明的优选实施方式进行了详述，但是本发明并不限于上述特定实施方式，可在技术方案中所记载的本发明的宗旨范围内进行各种变形及变更。