电冰箱用线性压缩机的研究与开发

　　1 前言

　　我国是制冷设备生产和应用大国，相关统计数据显示，目前我国冰箱的产量已居世界首位，冰箱保有量已达2亿多台。在我国城乡居民的家庭用电量中，30%～40%左右为电冰箱用电，其中压缩机消耗80%以上电量，是电冰箱中最主要的耗能部件。因此提高电冰箱用制冷压缩机的节能水平日益成为当前国内外的研究重点。线性压缩机的研究正是在这一背景下开展起来的。

　　与传统的往复式压缩机不同，线性压缩机采用直线电机驱动(见图1-b)。由于省去了传统往复式压缩机由旋转运动转换为直线往复运动的传动机构，直线电机的电磁驱动力方向始终与活塞的运动方向在同一直线上，活塞将不存在径向力或径向力非常小，极大地减少了活塞的摩擦功耗和磨损，易于实现无油润滑[1]。因此线性压缩机具有效率高、结构简单、体积小等特点[2]，且自由活塞也给压缩机的变容量调节提供了更大的自由度。

　　线性压缩机的研究开发已有几十年的历史，早期主要是应用于航天或军事领域的小型低温制冷循环系统，作为斯特林制冷机和脉冲管低温制冷机的压力波发生器。随着人们对线性压缩机认识的不断加深，相关研究逐步转向民用领域。目前在民用领域线性压缩机已经得到了一些应用，主要有：日本的泽藤(SAWAFUJI)公司生产的小型冷藏箱，采用的是小型动圈式线性压缩机;日东工器(NITTO KOHKI)公司生产的空压机、真空泵及小型冷藏箱均采用的是线性压缩机;韩国LGE公司生产的DIOS双开门豪华冰箱搭载的是动磁式线性压缩机(图2)。继韩国LGE的线性压缩机冰箱在全世界家电市场推广后，很多海外白色家电和压缩机生产企业，如日本松下、神钢、瑞典Electrolux，巴西Embraco等也在积极开发小型制冷装置用线性压缩机[3]。2010年，巴西Embraco发布了已完成冰箱用线性压缩机开发的报告。Embraco的线性压缩机是与新西兰Fisher &Paykel公司联合开发的，据称可实现无油润滑，在结构上与LGE的线性压缩机有很大的不同(图3)。

　　国内关于冰箱用线性压缩机的研究起步相对较晚，主要是高校和科研院所从事的探索性研究。中国科学院理化技术研究所在原来脉冲管制冷用线性压缩机研究的基础上，从2005年开始电冰箱用线性压缩机的研制工作[4]，并在2010年完成了国家863计划课题 “电冰箱用线性压缩机研究与开发”的研究，开发出电冰箱用线性压缩机样机，并开始着手实施产业化工作。

　　2 直线电机的开发

　　直线电机驱动器是线性压缩机最重要部件。理论上讲，任何一种直线电机都可以成为线性压缩机的驱动器。根据电冰箱用线性压缩机的工作特点，目前为止，国内外绝大多数的研究都采用了动磁式直线振荡电机作为线性压缩机的驱动器，其基本原理是通过在静止不动的线圈中通以交变电流，产生变化磁场，并与永磁体构成的动子所产生的磁场相互作用，使动子直接往复运动，如图4所示[5]。