雙電動機間歇驅(qū)動的斯特林制冷的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于斯特林制冷技術(shù)和機電一體化【技術(shù)領(lǐng)域】。斯特林循環(huán)要求兩個活塞作直線間歇運動，目前實際應(yīng)用的曲柄－連桿機構(gòu)、菱形驅(qū)動等機構(gòu)都是近似地實現(xiàn)斯特林制冷循環(huán)。本發(fā)明提出的雙電動機間歇驅(qū)動的斯特林制冷機可以實現(xiàn)理想的斯特林循環(huán)運動，其技術(shù)方案為：采用2個步進電動機或伺服電動機為動力，每個電動機配絲杠傳動機構(gòu)把電機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，每個絲杠的直線運動滑塊帶動一個活塞。編寫控制程序，使兩個電動機按照一定的時序關(guān)系正反轉(zhuǎn)以及停頓，絲杠帶動滑塊以及活塞就可實現(xiàn)直線間歇運動。通過編程可以精確改變兩個活塞的運動時序關(guān)系，便于進行制冷參數(shù)優(yōu)化，可用于斯特林制冷機的分析研究和教學(xué)演示。
【專利說明】雙電動機間歇驅(qū)動的斯特林制冷機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于斯特林制冷技術(shù)和機電一體化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]斯特林制冷機的原理是由兩個等溫過程和兩個等容回?zé)徇^程組成的閉式熱力學(xué)循環(huán)，稱為斯特林循環(huán)，也稱為定容回?zé)嵫h(huán)。理想斯特林循環(huán)要求兩個活塞作直線間歇運動，比較難實現(xiàn)。目前實際應(yīng)用最多的曲柄一連桿機構(gòu)、菱形驅(qū)動等驅(qū)動方式都是近似地實現(xiàn)連續(xù)斯特林制冷循環(huán)。國家實用新型專利《帶直線滑軌軸承支撐的斯特林制冷機》(專利號200420003982)、《無油潤滑直線軸承支撐斯特林制冷機》(專利號201020599221)以及《一種應(yīng)用于曲柄連桿斯特林制冷機的浮動式大氣缸》(專利號201220533107)都是基于曲柄連桿機構(gòu)的研究方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出一種雙電動機間歇驅(qū)動的斯特林制冷機。
[0004]本發(fā)明的主要技術(shù)方案為:采用2個可以通過程序精確控制轉(zhuǎn)角的電動機為動力(比如步進電動機或伺服電動機)，每個電動機配絲杠傳動機構(gòu)把電動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，每個絲杠的直線運動滑塊帶動一個活塞。在兩個電動機的轉(zhuǎn)軸上分別設(shè)置測量轉(zhuǎn)軸起始角度的測速盤和傳感器，用于2個電動機起始位置的測量和行程的測量。編寫控制程序，其中初始化程序能夠根據(jù)傳感器信息控制兩個電動機使得兩個活塞分別位于各自的正確起始位置，然后工作程序控制2個電動機按照一定的時序關(guān)系正反轉(zhuǎn)以及停頓，絲杠帶動滑塊以及活塞就可以按照理想的斯特林循環(huán)運動。
[0005]本發(fā)明的有益效果:運動規(guī)律可以達到理想斯特林循環(huán)的要求，通過編程可以精確改變兩個活塞的運動時序關(guān)系，便于進行制冷參數(shù)優(yōu)化，可用于斯特林制冷機的分析研究和教學(xué)演示。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是雙電動機從氣缸兩端分別驅(qū)動兩個活塞的斯特林制冷機。
[0007]圖2是雙電動機從氣缸一端驅(qū)動活塞和回?zé)崞鞯乃固亓种评錂C。
[0008]圖3是雙電動機驅(qū)動氣缸和回?zé)崞鞯乃固亓种评錂C。
[0009]圖中，電動機1，測速盤2，傳感器3，螺桿4，螺桿滑塊5，活塞桿6，活塞7，回?zé)崞?，氣缸9，活塞10，活塞桿11，螺桿12，螺桿滑塊13，測速盤14，傳感器15，電動機16，電動機控制線17，傳感器信號線18，控制電路19，傳感器先號線20，電動機控制線21，回?zé)崞鳁U22，回?zé)崞鳁U導(dǎo)孔23。
【具體實施方式】
圖1顯示了雙電動機從氣缸兩端分別驅(qū)動兩個活塞的斯特林制冷機，這是表達斯特林制冷循環(huán)原理的典型結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點是回?zé)崞鞴潭ú粍?，兩個活塞一個為膨脹活塞，一個為壓縮活塞，活塞推動氣體反復(fù)穿過回?zé)崞鳌＜俣妱訖CI驅(qū)動的活塞7為膨脹活塞，電動機16驅(qū)動的活塞10為壓縮活塞。系統(tǒng)加電以后，初始化程序首先根據(jù)傳感器3和傳感器15的信號控制電動機I和電動機16動作，把活塞7和活塞10移動到圖1所示的初始位置，然后進入工作狀態(tài)。工作程序控制的電動機工作狀態(tài)分為四個步驟:
第一步，電動機I停止，活塞7不動，電動機16正轉(zhuǎn)，驅(qū)動活塞10左移，壓縮氣缸內(nèi)的氣體，這是等溫壓縮過程。
[0010]第二步，活塞10左移到總行程的中途，電動機I開始反轉(zhuǎn)，驅(qū)動活塞7與活塞10等速左移，這是等容放熱過程。電動機I的啟動時刻就是影響制冷效果的參數(shù)，可以通過程序進行變化。
[0011]第三步，活塞10左移到極限位置，電動機16停止，電動機I繼續(xù)反轉(zhuǎn)，活塞7繼續(xù)左移，這是等溫膨脹過程。
[0012]第四步，活塞7左移到極限位置，電動機I正轉(zhuǎn)，電動機16反轉(zhuǎn)，活塞7和活塞10等速右移，這是等容吸熱過程。活塞7移動到右極限位置，電動機I停止，重復(fù)第一步。
[0013]圖2顯示了雙電動機從氣缸一端驅(qū)動活塞和回?zé)崞鞯乃固亓种评錂C，這是斯特林制冷機的常見應(yīng)用形式，氣缸的封閉端為冷端，把冷端安插到需要制冷的氣體或液體中即可實現(xiàn)制冷。這種結(jié)構(gòu)的特點是只有一個活塞10，壓縮膨脹都是利用活塞10，而回?zé)崞?要配合活塞10做往復(fù)運動，所以在圖2中電動機1、測速盤2，傳感器3，螺桿4和螺桿滑塊5用于驅(qū)動回?zé)崞??；?zé)崞鳁U22從活塞10的回?zé)崞鲗?dǎo)孔23穿過。系統(tǒng)加電以后，初始化程序首先根據(jù)傳感器3和傳感器15的信號控制電動機I和電動機16動作，把回?zé)崞?和活塞10移動到圖2所示的位置，然后進入工作狀態(tài)。
[0014]工作狀態(tài)分為四個步驟:
第一步，電動機I停止，回?zé)崞?不動，電動機16正轉(zhuǎn)，驅(qū)動活塞10左移，壓縮氣缸內(nèi)的氣體，這是等溫壓縮過程。
[0015]第二步，活塞10左移到極限位置，電動機16停止，電動機I反轉(zhuǎn)，驅(qū)動回?zé)崞?右移，這是等容放熱過程。
[0016]第三步，回?zé)崞?右移到接近活塞10的左極限位置時，電動機16帶動活塞10與回?zé)崞?同步右移，這是等溫膨脹過程。
[0017]第四步，活塞10右移到極限位置，電動機16停止，電動機I正轉(zhuǎn)，驅(qū)動回?zé)崞?左移，這是等容吸熱過程?；?zé)崞?移動到左極限位置，電動機I停止，重復(fù)第一步。
[0018]圖3顯示了雙電動機驅(qū)動氣缸和回?zé)崞鞯乃固亓种评錂C。這種機構(gòu)的特點是活塞不動，氣缸和回?zé)崞靼刺囟〞r序關(guān)系間歇往復(fù)運動。
【權(quán)利要求】
1.一種雙電動機間歇驅(qū)動的斯特林制冷機，包括電動機、測速盤、傳感器、螺桿、螺桿滑塊、活塞桿、活塞、回?zé)崞?、電動機控制線、傳感器信號線、控制電路以及控制程序，其特征在于:采用2個步進電動機或伺服電動機為動力，每個電機配絲杠傳動機構(gòu)把電機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，每個絲杠的直線運動滑塊帶動一個活塞；程序控制兩個電動機按照一定的時序關(guān)系正反轉(zhuǎn)以及停頓，絲杠帶動滑塊以及活塞就可以按照理想的斯特林循環(huán)運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電動機間歇驅(qū)動的斯特林制冷機，其特征在于:在兩個電動機的轉(zhuǎn)軸上分別設(shè)置測量轉(zhuǎn)軸起始角度的測速盤和傳感器，用于兩個電動機起始位置的測量和行程的測量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電動機間歇驅(qū)動的斯特林制冷機，其特征在于:兩個電動機可以驅(qū)動兩個活塞， 也可 以驅(qū)動活塞和回?zé)崞鳎€可以驅(qū)動活塞和氣缸。
【文檔編號】F25B9/14GK103604240SQ201310609003
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】史智興, 孫劍鋒, 尹輝娟 申請人:河北農(nóng)業(yè)大學(xué)