新型节能制冷机用直线电机及驱动控制
王真1,2，鲁华2，罗东辉2，张东宁2
(上海交通大学，上海200030；2.中国电子科技集团公司第二十一研究所，上海200233)
摘要：直线电机直接驱动制冷机的压缩机，省去了一般旋转电机驱动压缩机时需将旋转运动变成直线运动的曲柄联杆机构，所以电机与压缩机一体化设计后具有振动小、寿命氏的优点：双直线电机与制冷机压缩机一体化设计的结构方案能够有效地利用空间，大大地减小制冷机的整机结构尺寸。
关键词：制冷机；直线电机；驱动控制；PID调节
中图分类号：TM359．4 文献标识码：A 文章编号：1004—7018(2008)01—0043—03
0引 言
目前，制冷机主要使用旋转式电动机驱动活塞作往复振动，需要一套将电动机的旋转运动转变为活塞直线往复运动的转换机构。而转换机构的存在，会导致机器总体体积庞大、传动效率低、噪声大、磨损利害、寿命短。
本文介绍的是分置式双直线电机驱动压缩机。双直线电动机与压缩机一体化结构设计，有效利用空间，可以减小制冷机的体积。双直线电动机驱动压缩机，受力对称，振动小。为进一步减小振动和电磁干扰，直线电机采用正弦脉宽调制驱动方式，温度调节采用数字增量式PID，整个驱动控制器在单片机协调下工作。
1基本结构原理
制冷机用直线电机的基本原理是在通以交变电流的动子线圈在恒定磁场中受力，动子线圈带动负载作往复运动。
为充分利用空间、减小体积，制冷机用的直线电机现在都与制冷机的压缩机采用一体化的结构设计方案。具体的结构原理如图1所示。
图1是双直线电机驱动压缩机的典型结构，压缩机与双直线电机融为一体，压缩机的汽缸和活塞置于直线电机的内部，汽缸体就是直线电机的内磁体，活塞又作为直线电机往复运动的支承件。弹簧既是动子线圈的支承件，又是一个储能元件，在弹簧、直线电机和压缩机参数匹配条件下，系统谐振驱动，效率****。
制冷机用直线电机驱动控制主要是调节直线电机运动振幅实现温度控制。驱动控制器的原理框图如图2所示。
系统的工作原理是当直线电机驱动控制器接到系统的起动指令后，即以一定频率的正弦波驱动直线电机作****振幅的往复运动。同时监测温度的变化。当温度接近要求的温度时，通过调节直线电机驱动电压的幅值逐渐减小往复运动的幅值，直至达到要求的温度，然后不断调整直线电机的运动幅值使温度保持在要求的温度下。
接口的主要功能是完成与上位机的通讯，接收整机系统的起、停指令，并将温度传感器信号经过处理传给整机系统。
幅度调制和正弦波发生器是在单片机的协调控制下，通过一定的算法产生sPwM波形。
温度传感信号处理的主要功能是将温度传感二极管的输出信号进行放大。
功率驱动器用以对sPwM波形进行功率放大，驱动直线电机。
单片机是防调处理与整机系统的通信、驱动控制器的sPwM波形产生、数字增量式PID调节算法计算等。
2直线电机及驱动控制设计
2．1直线电机电磁设计和加工工艺设计
直线电机的电磁设汁方案主要有两种：一种为动圈式，即线圈运动，优点是动子重量轻，动态性能好，缺点是励磁电流要设法导人动圈；另一种是动铁式，即磁钢运动，缺点是动子重量较重，优点是天然无刷形式，散热条件好，可靠性高。
制冷机用直线电机为提高动态性能和便于压缩机与直线电机一体化设计普遍采用动固式设计方案。动圈式设计方案也有两种选择：一种是动圈在外、磁钢在内的外动子方案，优点是散热性能较好，缺点是动子相对较重；另一种是动圈在内、磁钢在外的内动子方案，其优点是动子重量轻，而缺点是散热性能较差。
动圈在磁钢外和磁钢内各有优、缺点。这与整个制冷机系统参数、驱动控制等有关，目前国外主要公司的产品两种结构设计方案都有。
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