本文在国家大型巡天相机研制的项目背景下,针对高温区大冷量脉冲管制冷机的性能指标要求,设计开发了一台采用动磁式直线振荡电动机驱动的大功率线性压缩机。全文介绍了线性压缩机研制中所涉及的关键技术,通过理论与实验研究了压缩机样机与一台同轴型脉冲管制冷机的耦合特性。通过解析模型研究了C字形直线振荡电动机的磁路特性。结合电机结构参数,从能量角度给出了电动机电磁力和线圈电感的表达式。利用电磁有限元软件对电动机的静态特性进行了模拟,确定了永磁体、励磁线圈、磁轭等关键部件的最优几何尺寸,并验证了电动机在特定负载下的动态运行特性。通过实验对电动机损失机理进行了研究。建立了线性压缩机的动力学模型,理论分析了压缩活塞的动力特性。讨论了不同阻尼条件下“质量-弹簧-阻尼”系统的振动特性,实验测量了样机机械阻尼系数,研究了谐振状态和非谐振状态下压缩活塞的运动特性。理论研究了材料、型线以及结构尺寸对板弹簧轴向和径向刚度的影响,并借助结构有限元软件对具有偏心圆渐开线型和阿基米德螺旋线型的两种板弹簧轴向和径向刚度、应力分布以及振动模态进行了模拟,通过实验测量了两种板弹簧的轴向刚度,与模拟值误差在2%以内。通过相位关系理论分析了典型斯特林制冷机与脉冲管制冷机的热力学过程,研究了线性压缩机压缩腔内气体力的非线性特征,并通过傅立叶变换将其进行线性近似处理,等效为气体弹簧力和气体阻尼力。类比变压器原理,将线性压缩机与回热式制冷机的匹配看作是“电磁-机械-声”耦合场,通过各阻抗关系,推导了电动机机械效率和压缩机PV功转化效率的阻抗表达式。得到了线性压缩机最大PV功转化效率随阻抗的变化规律。针对线性压缩机与回热式制冷机的耦合特性,对ANSY Maxwell电磁分析软件进行了自定义脚本开发,并搭建了线性压缩机动态运行的联合数值仿真平台。并通过实验验证了数值仿真的准确性和有效性。理论分析了压缩机功率因数的影响因素,提出了提高压缩机功率因数的方法,并通过实验研究了不同充气压力和板弹簧刚度下压缩机的谐振特性。压缩机重8kg,最大输入功率大于500W。实验测得样机静态比推力为13.9N/A,动态平均电感为17.26mH。空载谐振状态下的最优运行频率为30.5Hz。该样机在驱动一台同轴型脉冲管制冷机时,240W输入功率下,获得30W/170K的制冷性能。驱动两台相同的同轴型脉冲管制冷机,405W输入功率下,获得50W/170K的制冷性能,电动机效率和压缩机PV功转化效率分别为76%和45%。压缩机并联无极性电容后,电动机功率因数提高到0.88,电动机效率达到88%。驱动大冷量脉冲管冷指,175W和320W输入功率下,分别能够获得30W/170K和50W/170K的制冷性能,压缩机效率达到83.5%。