CN108870793A - 一种声能自由活塞式制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声能自由活塞式制冷机，包括设有压缩活塞、压缩弹簧和直线电机的压缩机构、设有膨胀活塞、活塞杆和膨胀弹簧的膨胀机构和外壳支撑机构；所述压缩活塞分别与所述压缩弹簧、所述直线电机连接并驱动；所述活塞杆穿过所述压缩活塞和连接组件分别与所述膨胀活塞和所述膨胀弹簧连接；所述连接组件包括轴向厚度或/和径向厚度可调的配重构件，所述配重构件采用密度大于金属铝和金属铜的高密度材质制得；本发明所述声能自由活塞式制冷机通过调整压缩机动子的质量控制固有频率，实现制冷机长期高效稳定的运行，具有工艺难度低，易于维护，制冷机运行平稳的优点。

Description

一种声能自由活塞式制冷机

技术领域

本发明是涉及一种声能自由活塞式制冷机，属于制冷设备技术领域。

背景技术

声能制冷装置是一种回热式气体制冷装置，其结构上有一重要特点是：在压缩机构和膨胀机构之间不再使用配气阀门，压缩机构和膨胀机构以相同的高频率运转，制冷机系统内压力的变化规律是由内部各种参数的相互作用共同决定。

密封结构根据其工作状态和运动特征的不同，分为静密封和动密封，其中，动密封是声能制冷机的压缩区和膨胀区中经常用的，动态密封主要分成接触式密封、非接触式密封两种，接触式密封由于需要克服磨损花费较高额外功耗以及气缸与活塞间磨损产生污染较重，不适合体型小巧、结构较为精密的声能制冷机的应用，因此，间隙密封更适于声能制冷机的应用。

间隙密封在声能制冷机的实际应用中，一方面，由于声能制冷机工况特殊性，存在压力和温度等工作环境要素的实时变化，另一方面，由于动子一端采用柔性弹簧支撑以及存在不可避免的装配误差，从而引起间隙密封的孔轴存在偏心，使得间隙密封的技术效果，并不能达到理论研究中理想值，导致效率降低、容易磨损、使用寿命缩短，由于偏心导致的摩擦，增加功耗、磨损零部件，而且孔轴间还因磨损而产生污染，另外，声能制冷机的压缩机动子质量不同致使固有频率变化，可以通过调整对应支撑弹簧的刚度与之匹配，自由活塞式制冷机应用的柔性支撑弹簧多为板弹簧，为获得所需刚度其形状设计与计算复杂，加工难度高；随着使用时间的推移，支撑弹簧的弹性性能随之下降，更换成本高，而提前淘汰会造成成本浪费，因此，本领域渴望设计一种通过调整压缩机动子的质量控制固有频率的声能自由活塞式制冷机，降低了工艺难度，易于维护，实现制冷机长期高效稳定的运行。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种声能自由活塞式制冷机，通过调整压缩机动子的质量控制固有频率，降低了工艺难度，易于维护，实现制冷机长期高效稳定的运行。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种声能自由活塞式制冷机，其特征在于：包括压缩机构、膨胀机构和外壳支撑机构；所述外壳支撑机构用于支撑固定所述压缩机构和所述膨胀机构，并形成用于所述压缩机构和所述膨胀机构运行的密封空腔，所述压缩机构包括压缩活塞、压缩弹簧和直线电机，所述压缩活塞分别通过设有的连接组件与所述压缩弹簧、所述直线电机连接并通过所述直线电机驱动，所述直线电机的永磁体固定在与所述压缩活塞连接的永磁体支架上；所述膨胀机构包括膨胀活塞、活塞杆和膨胀弹簧，所述活塞杆穿过所述压缩活塞的轴向中心通孔和所述连接组件的轴向中心孔并通过两端分别与所述膨胀活塞和所述膨胀弹簧连接；所述连接组件包括轴向厚度或/和径向厚度可调的配重构件，所述配重构件采用密度大于金属铝和金属铜的高密度材质制得，所述高密度材质包括铜、钨或其合金；通过调整配重构件的轴向厚度或径向厚度进而改变其重量用来有效调节压缩侧动子质量。

作为优选方案，所述连接组件还包括设有轴向中心孔并同轴设置的连接件一、连接件二、固定螺钉以及圆周均布的数个螺钉四，所述连接件一设有的台阶轴结构上依次通过所述连接件二和所述永磁体支架通过的轴向中心孔并卡紧，所述连接件二、永磁体支架、压缩活塞依次同轴设置并通过数个所述螺钉四固定连接，所述固定螺钉依次穿过所述压缩弹簧的轴向中心孔、所述连接件一的轴向中心孔与所述压缩活塞的轴向中心通孔内壁通过螺纹连接，所述连接件一、连接件二构成所述配重构件，所述连接件一、连接件二采用金属铜制得，铜的密度(8.9g/cm3)比铝(2.7g/cm3)和钢(7.85g/cm3)的密度大，因此通过连接件一径向厚度或连接件二轴向厚度的调整进而改变其重量用来有效调节压缩侧动子质量的同时，不影响压缩活塞和压缩弹簧的运行空间。

作为优选方案，所述活塞杆为台阶轴结构，所述活塞杆的大径端与所述膨胀活塞连接，所述活塞杆的小径端穿过所述压缩活塞轴向中心通孔和所述固定螺钉的轴向中心孔与所述膨胀弹簧连接，所述压缩活塞轴向中心通孔的孔径与所述活塞杆的大径端相适配，所述固定螺钉的轴向中心孔的孔径与所述活塞杆的小径端相适配，通过设置所述活塞杆的小径段的长度或/所述固定螺钉的长度用于限定所述膨胀活塞的下止点。

作为进一步优选方案，所述压缩活塞的轴向中心通孔与所述活塞杆大径段为间隙密封，所述压缩活塞的轴向中心通孔内径与所述活塞杆大径段的外径差值为16～40μm。

作为优选方案，所述压缩弹簧与所述膨胀弹簧的外边缘通过设有的定位圆柱间隔设置，所述压缩活塞的振幅定义为X1，所述膨胀活塞的振幅定义为X2，则定位圆柱的轴向长度为a·(X1+X2)，其中a＝0.7～0.9。

作为进一步优选方案，所述压缩活塞的振幅X1为8mm，所述膨胀活塞的振幅X2为5mm，所述定位圆柱的轴向长度为11.7mm。

作为进一步优选方案，所述压缩弹簧与膨胀弹簧的外边缘和所述定位圆柱通过螺钉一与设有的筒状电机支架一端固定连接，所述电机支架的另一端通过穿过外轭铁的螺钉三固定在所述外壳支撑机构上；所述电机支架的轴向长度决定了压缩机构的压缩腔大小，轴向长度越长，则压缩腔越大。

作为优选方案，所述活塞杆的横截面积是压缩活塞横截面积的0.125～0.25倍，所述活塞杆横截面积越大，所述膨胀活塞受到的气动力越大。

作为优选方案，所述外壳支撑机构包括下支架，所述下支架与所述膨胀机构设有的膨胀气缸相配合形成分别与所述压缩活塞和所述膨胀活塞相适配的气缸部；所述压缩活塞的顶面上开有的轴向进气通道，所述压缩活塞的侧壁外环面上开有与所述轴向进气通道连通的活塞径向小孔，在所述下支架上设有与所述活塞径向小孔对应的气缸径向小孔，所述活塞径向小孔与所述气缸径向小孔在平衡位置时对齐。

作为优选方案，在所述下支架上对应所述气缸径向小孔处设有凹槽，并在与直线电机装配后形成连通所述直线电机上端与外壳支撑机构间压缩腔的气流通道，所述活塞径向小孔的外圆周设有方形槽，所述活塞径向小孔与所述气缸径向小孔的孔径φ范围为0.1mm～0.5mm，所述轴向进气通道的内径为1mm～1.5mm，所述方形槽的宽度W比所述活塞径向小孔的孔径φ大0.5mm～1.5mm，所述方形槽的长度L为6mm～10mm，所述方形槽的深度H为0.5mm～1mm。

作为优选方案，所述压缩弹簧与所述膨胀弹簧在外环面上分别对应设有切口所述切口与所述外壳支撑机构上的设有的电源接口相配合，为电源接插件留出充足的空间，方便走线和接线，并且在所述压缩弹簧与所述膨胀弹簧的外环面上开切口，不破坏型线的完整性，不会影响整个弹簧的机械性能。

作为优选方案，所述外壳支撑机构还包括上机座与下支架，所述上机座与所述下支架之间设有两道密封圈，目的在于将背压腔与压缩腔密封起来，避免串气。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明所述声能自由活塞式制冷机通过调整压缩机动子的质量控制固有频率，实现制冷机长期高效稳定的运行；压缩机通过设有的平衡孔槽，使得压缩活塞减少摩擦；通过精准设计定位圆柱，来控制调整压缩弹簧与膨胀弹簧之间的轴向间距，尽可能减少制冷机体积的同时，也提高了运行可靠性，通过设有的设置不同质量配置的连接组件有效地调节压缩侧动子质量，具有工艺难度低，易于维护，制冷机运行平稳的优点，具有显著的进步性和良好的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种声能自由活塞式制冷机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的压缩机构均压平衡原理示意图；

图3为本发明实施例提供的压缩活塞的结构示意图；

图4为图1中A的放大图；

图5为本发明实施例提供的下支架的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的位于下机壳内的压缩弹簧的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的间隙密封结构示意图；

图8为本发明实施例提供的外壳支撑机构的结构示意图。

图中标号示意如下：1、外壳支撑机构；11、铜冷头；111、螺纹孔；112、焊接口一；12、薄壁不锈钢套；121、焊接口二；13、热端导热套；131、焊接口三；14、上机座；15、下壳体；151、电源接口；152、焊接口四；2、膨胀机构；21、上膨胀活塞；22、下膨胀活塞；23、冷端换热器；24、回热器；25、热端换热器；26、膨胀气缸；27、活塞杆；28、膨胀弹簧；3、压缩活塞；31、轴向进气通道；32、活塞径向小孔；33、方形槽；34、背压腔；35、压缩腔；36、膨胀腔；37、轴向中心通孔；4、下支架；41、凹槽；42、气缸径向小孔；43、凸台；44、挡环；45、密封圈；46、气缸部；5、压缩弹簧；51、切口；6、连接组件；61、连接件一；62、连接件二；63、固定螺钉；7、定位圆柱；81、螺钉一；82、螺钉二；83、螺钉三；84、螺钉四；85、螺钉五；86、螺钉六；9、直线电机；91、外轭铁；92、内轭铁；93、永磁体支架；94、永磁体；95、线圈；96、电机支架。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。

实施例

结合图1至图8所示，本实施例提供一种声能自由活塞式制冷机，包括压缩机构、膨胀机构2和外壳支撑机构1；所述外壳支撑机构1用于支撑固定所述压缩机构和所述膨胀机构2，并形成用于所述压缩机构和所述膨胀机构2运行的密封空腔，所述压缩机构包括压缩活塞3、压缩弹簧5和直线电机9，所述压缩活塞的底面分别通过设有的连接组件6与所述压缩弹簧5、所述直线电机9连接并通过所述直线电机9驱动；所述膨胀机构2包括膨胀活塞、活塞杆27和膨胀弹簧28，所述活塞杆27穿过所述压缩活塞3的轴向中心通孔37和所述连接组件6的轴向中心孔并通过两端分别与所述膨胀活塞和所述膨胀弹簧28连接；所述连接组件6包括轴向厚度或/和径向厚度可调的配重构件，所述配重构件采用密度大于金属铝和金属铜的高密度材质制得，所述高密度材质包括铜、钨或其合金；通过调整配重构件的轴向厚度或径向厚度进而改变其重量用来有效调节压缩侧动子质量。

所述外壳支撑机构1包括依次焊接连接形成用于所述压缩机构和所述膨胀机构2运行的密封空腔的铜冷头11、薄壁不锈钢套12、热端导热套13、上机座14和下壳体15，在本实施例中，所述铜冷头11与所述薄壁不锈钢套12于焊接口一112处焊接连接，所述薄壁不锈钢套12与所述热端导热套13于焊接口二121处焊接连接，所述热端导热套13与所述上机座14于焊接口三131处焊接连接，所述上机座14与所述下机壳15于焊接口四152处焊接连接；所述铜冷头11沿圆周方向上开有4个均匀分布的螺纹孔111，便于与各个导冷设备紧密连接，使声能自由活塞制冷机适用于各个场合；所述上机座14采用不锈钢制作，所述铜冷头11和热端导热套13采用导热系数较高的紫铜制作，使制冷机热端和冷端的冷量充分导出，减小导热热阻；所述薄壁不锈钢套12的厚度为0.5～1mm，较小的横截面积可以有效减小轴向导热损失。

所述外壳支撑机构1还包括下支架4，所述下支架4与所述膨胀机构2设有的膨胀气缸26相配合并通过螺纹连接形成分别与所述压缩活塞3和所述膨胀活塞相适配的气缸部46；所述上机座14与所述下支架4之间通过螺钉五85和两道密封圈45进行固定密封连接，固定下支架4的同时将背压腔34与压缩腔35密封起来，避免串气；所述下支架4采用铝制作并在外表面涂有一层耐磨材料。

所述直线电机9包括外轭铁91、内轭铁92、永磁体支架93、永磁体94、线圈95和电机支架96，所述永磁体94固定在所述永磁体支架93上并位于所述外轭铁91和所述内轭铁92之间，所述线圈95设于所述外轭铁91内，所述内轭铁92套装在所述下支架4上，其一端抵住所述下支架4上设有的凸台43，另一端由挡环44进行限位固定，所述挡环44与所述下支架4胶粘连接；

所述膨胀机构2还包括套装在所述膨胀气缸26外侧的冷端换热器23、回热器24、热端换热器25，所述膨胀活塞由通过螺纹紧密连接的上膨胀活塞21与下膨胀活塞22构成，所述活塞杆27与所述下膨胀活塞22通过螺钉六86连接；所述膨胀气缸26和所述上膨胀活塞21采用导热系数较低的工程塑料制作，如PPO、MPPO、尼龙6、尼龙66、尼龙1010、PEEK或其他复合材料，目的在于减小膨胀气缸26、膨胀活塞两侧的轴向导热损失，所述下膨胀活塞22采用铝制作且外侧覆有一层耐磨材料。

在本实施例中，所述连接组件6还包括设有轴向中心孔并同轴设置的连接件一61、连接件二62、固定螺钉63以及圆周均布的数个螺钉四84，所述连接件一61设有的台阶轴结构上依次通过所述连接件二62和所述永磁体支架93的轴向中心孔并卡紧，所述连接件二62、永磁体支架93、压缩活塞3依次同轴设置并通过数个所述螺钉四84固定连接，所述固定螺钉63依次穿过所述压缩弹簧5的轴向中心通孔37、所述连接件一61的轴向中心孔与所述压缩活塞3的轴向中心通孔37内壁通过螺纹连接，所述连接件一61、连接件二62构成所述配重构件，所述连接件一61、连接件二62采用金属铜制得，铜的密度(8.9g/cm3)比铝(2.7g/cm3)和钢(7.85g/cm3)的密度大，因此通过连接件一(61)径向厚度或连接件二(62)轴向厚度的调整进而改变其重量用来有效调节压缩侧动子质量，且不影响压缩活塞和压缩弹簧5的运行空间。

在本实施例中，所述活塞杆27为台阶轴结构，所述活塞杆27的大径端与所述膨胀活塞连接，所述活塞杆27的小径端穿过所述压缩活塞轴向中心通孔37和所述固定螺钉的轴向中心孔与所述膨胀弹簧28连接，所述压缩活塞轴向中心通孔37的孔径与所述活塞杆27的大径端相适配，所述固定螺钉63的轴向中心孔的孔径与所述活塞杆27的小径端相适配，通过设置所述活塞杆27的小径段的长度或/所述固定螺钉63的长度用于限定所述膨胀活塞的下止点。

在本实施例中，所述压缩活塞3的轴向中心通孔37与所述活塞杆27大径段(如图中标注的L1处)为间隙密封，所述压缩活塞3的轴向中心通孔37内径与所述活塞杆27大径段的外径差值为16μm～40μm。

在本实施例中，所述压缩弹簧5与所述膨胀弹簧28的外边缘通过设有的定位圆柱7间隔设置，考虑到压缩活塞3与膨胀活塞的位移相位差为70°～100°，所述压缩活塞3的振幅定义为X1，所述膨胀活塞的振幅定义为X2，则定位圆柱的轴向长度为a·(X1+X2)，其中a＝0.7～0.9，所述定位圆柱7的轴向长度过短会造成压缩弹簧5与膨胀弹簧28干涉，长度过长会过度增大整机的轴向长度，使整机体积增大。

在本实施例中，所述压缩活塞3的振幅X1为8mm，所述膨胀活塞的振幅X2为5mm，所述定位圆柱7的轴向长度L为11.7mm。

在本实施例中，所述压缩弹簧5和膨胀弹簧28的外边缘与设有的所述电机支架96下端面分别开有相匹配的4个螺纹孔，4个螺钉一81分别依次穿过所述压缩弹簧5、所述定位圆柱7、所述膨胀弹簧28与筒状电机支架96一端固定连接，所述电机支架96的另一端将外轭铁91压紧至上机座14，并通过4个螺钉三83固定于所述上机座14上；电机支架96的轴向长度决定了所述压缩机构的压缩腔35大小，轴向长度越长，压缩腔35越大。

在本实施例中，所述活塞杆27的横截面积是压缩活塞3横截面积的0.125～0.25倍，所述活塞杆27横截面积越大，所述膨胀活塞受到的气动力越大。

在本实施例中，如图2-图5所示，所述压缩活塞3的顶面上开有的轴向进气通道31，所述压缩活塞3的侧壁外环面上开有与所述轴向进气通道31连通的活塞径向小孔32，在所述下支架4上设有与所述活塞径向小孔32对应的气缸径向小孔42，所述活塞径向小孔32与所述气缸径向小孔42在平衡位置时对齐，起到平衡压缩活塞3两端压力的作用；当压缩活塞3偏离平衡位置时，活塞径向小孔32与气缸径向小孔42错开，保证压缩机构的压缩腔35与背压腔34不串气。

在本实施例中，在所述下支架4上对应所述气缸径向小孔42处设有凹槽41，并在与直线电机9装配后形成连通所述直线电机9上端与所述上机座14、所述下支架4间压缩腔35的气流通道，所述活塞径向小孔32的外圆周设有方形槽33，所述活塞径向小孔32与所述气缸径向小孔42的孔径φ范围为0.1mm～0.5mm，所述轴向进气通道31的内径为1mm～1.5mm，所述方形槽33的宽度W比所述活塞径向小孔32的孔径φ大0.5mm～1.5mm，所述方形槽33的长度L为6mm～10mm，所述方形槽33的深度H为0.5mm～1mm；当压缩活塞3运动至平衡位置时，活塞径向小孔32与气缸径向小孔42连通，压缩腔35内的气体依次经过轴向进气通道31、活塞径向小孔32、方形槽33，流入内轭铁92与下支架凹槽41所形成的环隙空间，最终流入背压腔34，此时压缩腔35与背压腔34气压相同，压缩活塞3两侧压差平衡。通过方形槽33的设置，即使在活塞径向小孔32与气缸径向小孔42因装配精度等原因在圆周方向上没有完全对齐的情况下，由于方形槽的长与宽均大于活塞径向小孔32外径，所以压缩腔35内仍可与背压腔34相通；另外，气缸径向小孔42与凹槽41配合设置形成的气流通道路径较短，便于加工和装配。

在本实施例中，如图6所示，所述压缩弹簧5与所述膨胀弹簧28在外环面上分别对应设有切口51，所述切口切口51与所述下机壳15上的设有的电源接口151相配合，为电源接插件留出充足的空间，方便走线和接线，并且在所述压缩弹簧5与所述膨胀弹簧28的外环面上开切口，不破坏型线的完整性，不会影响整个弹簧的机械性能。

下面对声能自由活塞式制冷机的工作过程加以描述：

声能自由活塞式制冷机由直线电机9驱动，当给直线电机9的线圈95通单向交变电流时，线圈95内形成轴向交变磁场，永磁体94便受到了轴向交变的驱动力，从而带动压缩活塞3做轴向的往复直线运动，压缩弹簧5给压缩活塞3提供径向支撑和轴向弹性力，保证其具有理想的振幅；背压腔34的压力波动较小，基本为充气压力；忽略热端换热器25、回热器26、冷端换热器23的压降，则可认为压缩腔35与膨胀腔36的压力相同，压缩腔35与膨胀腔36的压力基本为正弦波动；活塞杆27穿过压缩活塞3，由于活塞杆27占据了下膨胀活塞22下端面一定的受力面积，且活塞杆27的下端面置于压力基本不变的背压腔34，所以在膨胀活塞上下两端形成压差，此压差即为膨胀活塞的气动力；工质气体在压缩腔35压缩后，经过热端换热器25将压缩过程产生的热量释放给环境，然后气体流入环形回热器24将热量释放给回热器填料，此时工质气体温度压力均下降，然后进入膨胀腔36膨胀制冷，此时膨胀活塞向下运动，利用冷端换热器23将冷量导出；膨胀完成后的气体流回回热器24吸收填料的热量，此时工质气体的温度压力均上升，最后流回压缩腔35继续被压缩参与制冷循环。

声能自由活塞式制冷机对加工制造的精度要求较高，现对其零件加工制造时所需满足的精度和公差进行描述：

如图7所示，下膨胀活塞22与气缸部46之间为间隙密封(如图7中标注的L3处)，下膨胀活塞22外径与气缸部46内径差值为16～40μm，上膨胀活塞21外径与气缸部46内径差值为200～400μm，此段不是间隙密封所以对加工精度要求较低；压缩活塞3与气缸部46之间为间隙密封(如图中标注的L2处)，压缩活塞3外径与气缸部46内径差值为16～40μm；下膨胀活塞22和压缩活塞3外圆柱表面需保证圆柱度0.01；气缸部46内圆柱面需保证圆柱度0.01；下膨胀活塞22和压缩活塞3与气缸部46要保证同轴度φ0.01；压缩活塞3的轴向中心通孔37与活塞杆27大径段对应的外圆柱面需保证圆柱度0.01，同时也需保证两者同轴度为φ0.01。

综上所述可见：本发明所述声能自由活塞式制冷机通过调整压缩机动子的质量控制固有频率，实现制冷机长期高效稳定的运行；压缩机通过设有的平衡孔槽，使得压缩活塞减少摩擦；通过精准设计定位圆柱7，来控制调整压缩弹簧5与膨胀弹簧28之间的轴向间距，尽可能减少体积的同时，也提高了运行可靠性，通过设有的设置不同质量配置的连接组件有效地调节压缩侧动子质量，具有工艺难度低，易于维护，制冷机运行平稳的优点。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声能自由活塞式制冷机，其特征在于：包括压缩机构、膨胀机构和外壳支撑机构；所述外壳支撑机构用于支撑固定所述压缩机构和所述膨胀机构，并形成用于所述压缩机构和所述膨胀机构运行的密封空腔，所述压缩机构包括压缩活塞、压缩弹簧和直线电机，所述压缩活塞分别通过设有的连接组件与所述压缩弹簧、所述直线电机连接并通过所述直线电机驱动，所述直线电机的永磁体固定在与所述压缩活塞连接的永磁体支架上；所述膨胀机构包括膨胀活塞、活塞杆和膨胀弹簧，所述活塞杆穿过所述压缩活塞的轴向中心通孔和所述连接组件的轴向中心孔并通过两端分别与所述膨胀活塞和所述膨胀弹簧连接；所述连接组件包括轴向厚度或/和径向厚度可调的配重构件，所述配重构件采用密度大于金属铝和金属铜的高密度材质制得。

2.根据权利要求1所述的声能自由活塞式制冷机，其特征在于：所述连接组件还包括设有轴向中心孔并同轴设置的连接件一、连接件二、固定螺钉以及圆周均布的数个螺钉四，所述连接件一设有的台阶轴结构上依次通过所述连接件二和所述永磁体支架通过的轴向中心孔并卡紧，所述连接件二、永磁体支架、压缩活塞依次同轴设置并通过数个所述螺钉四固定连接，所述固定螺钉依次穿过所述压缩弹簧的轴向中心孔、所述连接件一的轴向中心孔与所述压缩活塞的轴向中心通孔内壁通过螺纹连接，所述连接件一、连接件二构成所述配重构件。

3.根据权利要求2所述的声能自由活塞式制冷机，其特征在于：所述活塞杆为台阶轴结构，所述活塞杆的大径端与所述膨胀活塞连接，所述活塞杆的小径端穿过所述压缩活塞轴向中心通孔和所述固定螺钉的轴向中心孔与所述膨胀弹簧连接，所述压缩活塞轴向中心通孔的孔径与所述活塞杆的大径端相适配，所述固定螺钉的轴向中心孔的孔径与所述活塞杆的小径端相适配，通过设置所述活塞杆的小径段的长度或/所述固定螺钉的长度用于限定所述膨胀活塞的下止点。

4.根据权利要求3所述的声能自由活塞式制冷机，其特征在于：所述压缩活塞的轴向中心通孔与所述活塞杆大径段为间隙密封，所述压缩活塞的轴向中心通孔内径与所述活塞杆大径段的外径差值为16～40μm。

5.根据权利要求1所述的声能自由活塞式制冷机，其特征在于：所述压缩弹簧与所述膨胀弹簧的外边缘通过设有的定位圆柱间隔设置，所述压缩活塞的振幅定义为X1，所述膨胀活塞的振幅定义为X2，则定位圆柱的轴向长度为a·(X1+X2)，其中a＝0.7～0.9。

6.根据权利要求5所述的声能自由活塞式制冷机，其特征在于：所述压缩活塞的振幅X1为8mm，所述膨胀活塞的振幅X2为5mm，所述定位圆柱的轴向长度为11.7mm。

7.根据权利要求5所述的声能自由活塞式制冷机，其特征在于：所述压缩弹簧与膨胀弹簧的外边缘和所述定位圆柱通过螺钉一与设有的筒状电机支架一端固定连接，所述电机支架的另一端通过穿过外轭铁的螺钉三固定在所述外壳支撑机构上。

8.根据权利要求1所述的声能自由活塞式制冷机，其特征在于：所述外壳支撑机构包括下支架，所述下支架与所述膨胀机构设有的膨胀气缸相配合形成分别与所述压缩活塞和所述膨胀活塞相适配的气缸部；所述压缩活塞的顶面上开有的轴向进气通道，所述压缩活塞的侧壁外环面上开有与所述轴向进气通道连通的活塞径向小孔，在所述下支架上设有与所述活塞径向小孔对应的气缸径向小孔，所述活塞径向小孔与所述气缸径向小孔在平衡位置时对齐。

9.根据权利要求8所述的声能自由活塞式制冷机，其特征在于：在所述下支架上对应所述气缸径向小孔处设有凹槽，并在与直线电机装配后形成连通所述直线电机上端与外壳支撑机构间压缩腔的气流通道，所述活塞径向小孔的外圆周设有方形槽，所述活塞径向小孔与所述气缸径向小孔的孔径φ范围为0.1mm～0.5mm，所述轴向进气通道的内径为1mm～1.5mm，所述方形槽的宽度比所述活塞径向小孔的孔径φ大0.5mm～1.5mm，所述方形槽的长度为6mm～10mm，所述方形槽的深度为0.5mm～1mm。

10.根据权利要求1所述的声能自由活塞式制冷机，其特征在于：所述压缩弹簧与所述膨胀弹簧在外环面上分别对应设有切口所述切口与所述外壳支撑机构上的设有的电源接口相配合。