[发明专利]一种用于自由活塞式线性压缩机的仿真设计方法

摘要

本发明公开了一种用于自由活塞式线性压缩机的仿真设计方法，该方法的设计输入参数包括电压源和外部负载；外部负载包括弹性力和阻尼力，其通过自由活塞式线性压缩机的工作频率、活塞面积、压力振幅、压力位移相位角、活塞位移和活塞速度这些参数共同运算得到；该方法的设计输出参数包括活塞位移和活塞速度，其通过影响外部负载运算而成为下一步迭代计算中的输入参数。本发明优点在于能够根据压缩机的驱动负载特性，采用动态迭代的计算方法，将自由活塞式线性压缩机中的电机设计与驱动负载特性有效的联系在一起，使电机本体设计针对性更强，提高了压缩机的精准设计能力。

主权项

一种用于自由活塞式线性压缩机的仿真设计方法，仿真设计参数为活塞位移和活塞速度，其特征在于：仿真设计方法包括以下步骤：(1)、气体阻尼力Fc计算表达式为：Fc=Δp·Ap·sinφω·Xc·v]]>其中Ap为活塞面积，Δp为压力振幅，sinφ为压力位移相位角的正弦值，Xc为活塞位移s的最大值，v为活塞速度瞬态值；(2)、机械阻尼力Fr计算表达式为Fr＝cr·v其中cr为机械阻尼系数，v为活塞速度瞬态值；机械阻尼系数主要由压缩机的装配工艺决定，取值范围为3N·s/m～20N·s/m；(3)、阻尼力Fd＝Fc+Fr；(4)、气体弹簧力Fg计算表达式为：Fg=Δp·Ap·cosφXc·x]]>其中Ap为活塞面积，Δp为压力振幅，cosφ为压力位移相位角的余弦值，Xc为活塞位移s能达到的最大值，x为活塞位移的瞬态值；(5)、机械弹簧力Fm计算表达式为Fm＝km·x其中km为机械弹簧刚度，x为活塞位移的瞬态值；弹簧刚度范围为5000N/m～20000N/m；(6)、弹性力Fs＝Fg+Fm；(7)、外部负载代入电机设计模块；所述的电机设计模块采用ANSYS Maxwell商业电磁软件，其中的激励电压源u为正弦规律变化的理想动态电压源，表达式为：u＝U0sin(ωt+ψ)其中U0为电压幅值，取值范围0～300V，ω为角频率，取值范围0～200π，ψ为初始相位角，取值范围0～180°；所述电机设计模块在激励电压源和外部负载输入下，根据有限元数值仿真方法对电机模型进行动态迭代仿真；电机设计模块完成一次仿真计算后，输出活塞位移s与活塞速度v，当前后两次计算结果得出的活塞位移s相对偏差在1％范围内时，即判定仿真结果已经收敛，获得仿真结果：活塞位移和活塞速度；否则将活塞位移s与活塞速度v分别代入运算A和运算B中，进行下一次迭代计算。