微型轻量化线性压缩机设计及实验研究

曾 勇，苏俊霏，黄太和，潘 奇，曹永刚，王立保，张杨文，黄 立

（武汉高德红外股份有限公司，武汉 430205）

0 引言

随着大面阵、双色等制冷红外探测器技术的快速发展，对制冷量约为1～2 W@80 K的轻量化、高可靠性的微型制冷机需求迫切。线性分置式斯特林制冷机因具有运行稳定、可靠性高、可灵活布置等优势，在此领域获得广泛的应用。目前，国内外相关单位已推出多款成熟的斯特林制冷机产品，如AIM的SX095、Ricro的K570、昆明物理研究所的C374等，如表1所列[1-5]。可以看出，目前该应用场景的制冷机的最小比质量[6]为0.8 kg/W，国内成熟制冷机的比质量为1 kg/W。由于机载、吊舱等应用对制冷机质量及尺寸的要求日益严苛，研制更低比质量的斯特林制冷机势在必行，线性压缩机作为斯特林制冷机的核心部件是研究的重点和难点。为此，武汉高德红外股份有限公司开展了微型轻量化线性压缩机的研制。

表1 不同的线性斯特林制冷机性能对比Tab.1 the performance comparison of different linear Stirling coolers

本文研制了一款微型轻量化线性压缩机，该压缩机采用动磁式直线电机驱动，使用板弹簧支撑动子实现气缸与活塞之间的间隙密封，气缸为对置式布局。通过直线电机优化、动力学分析、结构优化，实现压缩机的轻量化设计。

1 压缩机轻量化设计

动磁式线性压缩机结构如图1所示，主要包括直线电机、压缩腔以及支撑部件。动磁式直线电机主要包括动子和定子两部分。定子部分又包括线圈、内磁轭和外磁轭，动子部分包括磁钢、磁钢支架、板弹簧和压缩活塞。……