專利名稱：壓縮機驅(qū)動的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體流動控制系統(tǒng)，特別是一種用于電磁泵的流體流動控制系統(tǒng)，該泵能提供任意所需的可變流量。
通常電磁泵由電網(wǎng)電力驅(qū)動工作，電磁泵內(nèi)的壓縮機由提供電力驅(qū)動輸入電壓和頻率的單相電源直接驅(qū)動工作。因而這些壓縮機在恒定的流量下工作，任何對流體流動的控制僅靠開/關(guān)控制或流體壓力條件。所需要的流量通過對流體通路系統(tǒng)的控制和設(shè)計而獲得。
這種壓縮機帶有直線或弧形運動的往復(fù)式致動器，該往復(fù)式致動器由電磁驅(qū)動裝置驅(qū)動，電磁驅(qū)動裝置以電源電壓和頻率供給能量。電磁驅(qū)動裝置驅(qū)動致動器進(jìn)行往復(fù)式機械運動，這種運動通過隔膜和閥使流體從一個或多個壓縮機的入口流向一個或多個出口。
這種方法存在一連串的問題，包括壓縮機的設(shè)計隨供電電壓和頻率而不得不改變，制造過程復(fù)雜，費用增加。而且流量的控制只能靠空氣管路的設(shè)置，減少了壓縮機的運行壽命，壓縮機不得不在最大負(fù)荷條件下工作，導(dǎo)致最大的噪聲和振動。
此外，壓縮機的性能很大程度上取決于其零部件的機械特性，如隔膜的剛度，移動部件，以及泵內(nèi)壓縮空氣的壓強。
任何由于制造過程產(chǎn)生的機器之間的差異，或運行環(huán)境條件的不同以及用途的變化，都將導(dǎo)致壓縮機性能的額外變化。
本發(fā)明的目的是為電磁泵提供一種流體控制系統(tǒng)，使它不依賴于供電電壓和頻率并在泵的最優(yōu)性能條件下提供所需要的流體流量。
因此，本發(fā)明提供了一種電磁泵的流體流動控制系統(tǒng)，包括壓縮機內(nèi)的電磁驅(qū)動裝置，該控制系統(tǒng)向電磁驅(qū)動裝置供給按脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動信號，以提供一個預(yù)先設(shè)定的泵流量，該驅(qū)動信號由一個直流電壓源產(chǎn)生。
最好是，按脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動信號包含一串可變化的標(biāo)記間隔比(mark space ratio)脈沖，該脈沖具有確定的重復(fù)率和振幅。通過隨時間改變標(biāo)記間隔比和規(guī)定它的重復(fù)率及振幅，一個與所要求流量對應(yīng)的驅(qū)動信號便可得到。
最好是，電磁驅(qū)動裝置包括磁性材料的定子、用于對定子進(jìn)行磁激勵的勵磁繞組、以及一個與壓縮機的致動器相連的可移動磁性部件。致動器的偏轉(zhuǎn)引起所附隔膜的相應(yīng)偏轉(zhuǎn)，并引起與隔膜相接觸的任何流體的流動。
最好是，與隔膜組合的電磁驅(qū)動裝置提供一種由電能到流體流動的轉(zhuǎn)換。
最好是，按脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動信號控制勵磁繞組的瞬時電流。該電流通過控制致動器偏轉(zhuǎn)振幅和重復(fù)率來控制壓縮機內(nèi)的流體流動。
最好是，驅(qū)動信號的標(biāo)記間隔比隨時間定義為約半個正弦波的波形。
最好是，按脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動信號大體上為恒定振幅。來自直流電源的脈沖寬度調(diào)制控制保證壓縮機在任何應(yīng)用場合總是在最佳效率下工作，壓縮機性能與供電電源類型或變化無關(guān)，并可以使用電池來使泵運行。因此，由現(xiàn)有的固定頻率電源電壓驅(qū)動引起的壓縮機和泵的相關(guān)問題得以避免。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于電磁泵的流體流動控制系統(tǒng)，包括壓縮機內(nèi)的電磁驅(qū)動裝置，該控制系統(tǒng)向電磁驅(qū)動裝置供給大體上恒定振幅的脈沖寬度調(diào)制的低壓驅(qū)動信號，以控制電磁驅(qū)動裝置線圈電流的振幅及重復(fù)率，為了在壓縮機內(nèi)產(chǎn)生一個所需流量輸出而驅(qū)動致動器。
下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例

圖1為本發(fā)明的流體流動控制系統(tǒng)的示意方框圖；圖2a表示雙極電壓驅(qū)動信號；圖2b表示由標(biāo)記間隔/重復(fù)率發(fā)生器產(chǎn)生的單極性驅(qū)動信號；圖2c表示致動器電流；圖3為示意方框圖，表示圖1所示控制系統(tǒng)的一個實施例，它向一囊狀物(bladder)輸送流體；圖4為示意方框圖，表示圖1所示控制系統(tǒng)的另一個實施例，它向一囊狀物輸送流體；圖5為示意方框圖，表示圖1所示控制系統(tǒng)的又一個實施例，它向一囊狀物輸送流體；圖6為示意方框圖，表示圖1所示控制系統(tǒng)的更進(jìn)一步的實施例，它向一囊狀物輸送流體；參照圖1所示的方框圖，該方框圖表示一個被控制的流體流動系統(tǒng)，它包括一個控制系統(tǒng)，流體通路，一個囊狀物系統(tǒng)(7)和一個壓縮機，其中，壓縮機中有與一個電磁致動器(11)相連的一個或多個隔膜(12)。
這種控制系統(tǒng)隨時在壓縮機(6)的線圈(10)上產(chǎn)生所需要的電流。線圈電流控制致動器(11)的位置，致動器使隔膜(12)作相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)，從而使與隔膜(12)相接觸的流體流動。通過控制線圈(10)的電流來控制流體在壓縮機(6)內(nèi)的流動。
一個與所需流量對應(yīng)的指令信號由指令發(fā)生器(1)產(chǎn)生并與其它反饋信號(13)一起提供給指令處理器(2)，這些反饋信號產(chǎn)生于線圈電流傳感器、致動器位置傳感器、囊狀物流量傳感器和囊狀物壓力傳感器。它們提供反映瞬時線圈電流、致動器位移、囊狀物系統(tǒng)(7)的進(jìn)出流量及囊狀物系統(tǒng)(7)壓力的信號。
指令發(fā)生器(1)的輸出信號和反饋信號(13)由指令處理器(2)處理，處理過程使用一種代表被驅(qū)動壓縮機的氣動、機械和電氣特性的控制算法。根據(jù)這一控制算法，一個合適的驅(qū)動信號由標(biāo)記間隔比、重復(fù)率和振幅參數(shù)確定并被計算出來。
驅(qū)動信號的振幅通過振幅控制器(5)適當(dāng)改變功率放大器(4)內(nèi)的電源接口，從而改變‘H’電橋驅(qū)動器(15)的直流供電電壓而得到。驅(qū)動信號標(biāo)記間隔比和重復(fù)率從工作在適當(dāng)參數(shù)值下的標(biāo)記間隔和重復(fù)率發(fā)生器獲得。這個發(fā)生器提供單極驅(qū)動信號給‘H’電橋驅(qū)動器(15)，由這一驅(qū)動器再提供雙極電壓驅(qū)動信號給壓縮機線圈(10)。
這一作用于壓縮機線圈的雙極電壓驅(qū)動信號(圖2a)可由重復(fù)率1/A，標(biāo)記間隔比B/A及在+V和-V之間切換的振幅來表示。V為電壓，非常接近于‘H’電橋驅(qū)動器(15)的供給電壓。典型的V值在12伏左右，同時重復(fù)率為幾千赫茲，標(biāo)記間隔比在低于百分之一至高于百分之九十九之間變化。
如果為了要得到適當(dāng)?shù)膲嚎s機流量，要求有一個在X時段內(nèi)的致動器電流(圖2c)，則在整個X時間段，發(fā)生器(3)將提供近似于兩個半正弦波(圖2b)的標(biāo)記間隔比值，每一個跨越X/2時間段，并且有均勻的重復(fù)率。這個驅(qū)動信號與‘H’電橋驅(qū)動(圖2a)的切換動作相結(jié)合將在要求的X時間段內(nèi)將產(chǎn)生一個完整的雙極接近正弦波的致動器線圈電流。通常，X值比A值要大十至一百倍，它要使一個驅(qū)動信號重復(fù)率比1/X大得多。
壓縮機線圈的雙極電流使致動器相對其非貯能位置可以有正反兩個方向的位移。致動器的位移使隔膜(12)產(chǎn)生所規(guī)定量的偏轉(zhuǎn)，從而提供所設(shè)定流量的流體。功率放大器(4)是由主電源通過穩(wěn)壓或非穩(wěn)壓直流電源供電或由直流電池供電。
對于本領(lǐng)域熟練的專業(yè)技術(shù)人員而言，有一點是明顯的，即本發(fā)明除所指出的地方以外，其它的如指令發(fā)生器、標(biāo)記間隔和重復(fù)率發(fā)生器、指令處理器、直流電源、功率放大器和振幅控制器可由模擬電路的組合、數(shù)字電路或包含微處理器系統(tǒng)的主機來實現(xiàn)。
對專業(yè)技術(shù)人員而言，有一點同樣很明顯，即如不用隔膜，還可以用其它排氣裝置如活塞、導(dǎo)流葉片、螺桿使進(jìn)出囊狀物系統(tǒng)的流體流動得到控制。
圖3表示本發(fā)明的一個最佳實施例，其中，壓縮機出口流動特性變化著的流量、溫度和壓力是知道的。在這一實例中，對應(yīng)所需流量的指令信號由指令發(fā)生器(1)產(chǎn)生并送至指令處理器(2)。指令處理器(2)確定重復(fù)率和標(biāo)記間隔比，并提供給標(biāo)記間隔和重復(fù)率發(fā)生器(3)。這樣就產(chǎn)生一個可變的重復(fù)率和隨時變化的標(biāo)記間隔比波形，該波形代表壓縮機(6)的線圈中所需的電流。這個波形被送至功率放大器(4)，其中，它由振幅控制器(5)通過振幅進(jìn)行控制，振幅由指令處理器(2)來確定。功率放大器(4)的輸出提供了一個電壓，其振幅重復(fù)率和標(biāo)記間隔比由指令處理器控制。這一電壓作用于壓縮機(6)的線圈，產(chǎn)生一個已知的電流，使壓縮機膜盒(bellows)產(chǎn)生一個已知的偏轉(zhuǎn)，因此通過流體通路系統(tǒng)(8)產(chǎn)生一個已知的流向囊狀物系統(tǒng)(7)的流量。直流電源(9)被采用。
圖4表示對圖3所示的流體流動系統(tǒng)進(jìn)行控制的示意方框圖，與圖3所示的控制系統(tǒng)不同的是，它通過致動器位置的信號反饋，對壓縮機內(nèi)致動器的位置進(jìn)行控制。這一控制方法消除了由電磁驅(qū)動裝置產(chǎn)生的在驅(qū)動信號與實際致動器偏轉(zhuǎn)之間的未知偏差帶來的影響。
一個代表所需流量的指令信號由指令發(fā)生器(1)產(chǎn)生并附加到指令處理器(2)內(nèi)的致動器位置傳感器(10)信號上，這樣就會提供一個誤差信號，由此來保證驅(qū)動器的準(zhǔn)確定位。來自于指令處理器(2)的誤差信號確定重復(fù)率和標(biāo)記間隔比，并送至標(biāo)記間隔和重復(fù)率發(fā)生器(3)。這樣就產(chǎn)生了一個可變的重復(fù)率和隨時間變化的標(biāo)記間隔比波形，來代表壓縮機(6)的線圈所需的電流。這個波形被送至功率放大器(4)，其中，它由振幅控制器(5)通過振幅進(jìn)行控制，振幅由指令處理器(2)確定。功率放大器(4)的輸出提供了一個電壓，其振幅重復(fù)率和標(biāo)記間隔比由指令處理器(2)和致動器位置傳感器(10)控制。這一電壓作用于壓縮機(6)的線圈，使壓縮機膜盒產(chǎn)生一個已知的偏轉(zhuǎn)，因而通過流體通路系統(tǒng)(8)產(chǎn)生一個已知的流向囊狀物系統(tǒng)(7)的流量。本實施例中也采用直流電源(9)。
圖5為一流量控制系統(tǒng)的示意方框圖，其原理是基于通過監(jiān)測實際流入囊狀物的流量來控制所需要的流量。
一個代表所需流量的指令信號由指令發(fā)生器(1)產(chǎn)生并附加到指令處理器(2)中的來自流量傳感器(10)的信息(information)上，這樣就會提供一個誤差信號，以便修正所需流量的任何誤差。來自于指令處理器(2)的誤差信號確定重復(fù)率和標(biāo)記間隔比，并送至標(biāo)記間隔和重復(fù)率發(fā)生器(3)。這就產(chǎn)生了一個可變的重復(fù)率和隨時間變化的標(biāo)記間隔比波形，來代表壓縮機(6)的線圈所需的電流。這個波形被送至功率放大器(4)，其中，其振幅由振幅控制器(5)來控制，振幅由指令處理器(2)確定。功率放大器(4)的輸出提供了一個電壓，其振幅重復(fù)率和標(biāo)記間隔比由指令處理器(2)和流量傳感器(10)控制。這一電壓作用于壓縮機(6)的線圈，使壓縮機膜盒產(chǎn)生一個已知的偏轉(zhuǎn)，因而通過流體通路系統(tǒng)(8)產(chǎn)生流向囊狀物系統(tǒng)(7)的流量。由流量傳感器(10)檢測到的任何流量誤差，被當(dāng)作修正信號送入指令處理器(2)。本實施例中采用直流電源(9)。
或者，不監(jiān)測流量，而可以監(jiān)測囊狀物內(nèi)的實際壓力。圖6為這一控制系統(tǒng)的示意方框圖。
如圖6所示，一個代表所需流量的指令信號由指令發(fā)生器(1)產(chǎn)生并附加到指令處理器(2)中來自壓力傳感器(10)的信息上，這樣就會提供一個誤差信號，以便修正所需囊狀物系統(tǒng)(7)壓力的任何誤差。來自于指令處理器(2)的誤差信號確定重復(fù)率和標(biāo)記間隔比，并送至標(biāo)記間隔和重復(fù)率發(fā)生器(3)。這就產(chǎn)生了一個可變的重復(fù)率和隨時間變化的標(biāo)記間隔比波形，來代表壓縮機(6)的線圈所需的電流。這個波形被送至功率放大器(4)，其中它由振幅控制器(5)通過振幅進(jìn)行控制，振幅由指令處理器(2)確定。功率放大器(4)的輸出提供了一個電壓，其中振幅重復(fù)率和標(biāo)記間隔比由指令處理器(2)和壓力傳感器(10)控制。這一電壓作用于壓縮機(6)的線圈，使壓縮機膜盒產(chǎn)生一個已知的偏轉(zhuǎn)，因而通過流體通路系統(tǒng)(8)產(chǎn)生流向囊狀物系統(tǒng)(7)的流量。由壓力傳感器(10)檢測到的任何壓力誤差，被當(dāng)作修正信號送入指令處理器(2)。本實施例中采用直流電源(9)。
權(quán)利要求
1．一種用于電磁泵的流體流動控制系統(tǒng)，包括在壓縮機內(nèi)的電磁驅(qū)動裝置，該控制系統(tǒng)提供一個按脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動信號給電磁驅(qū)動裝置，以提供一個預(yù)先確定的泵流量，驅(qū)動信號由一直流電源產(chǎn)生。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流動控制系統(tǒng)，其中，按脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動信號包含一串可變化的標(biāo)記間隔比脈沖，該脈沖具有規(guī)定的重復(fù)率和振幅。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流體流動控制系統(tǒng)，其中，電磁驅(qū)動裝置包括磁性材料的定子、用于對定子進(jìn)行磁激勵的勵磁繞組、以及與壓縮機致動器相連的可移動磁性部件。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體流動控制系統(tǒng)，其中，與隔膜組合的電磁驅(qū)動裝置提供了一種由電能到流體流動的轉(zhuǎn)換。
5．根據(jù)以上任何一項權(quán)利要求所述的流體流動控制系統(tǒng)，其中，按脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動信號控制勵磁繞組內(nèi)的瞬時電流。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的流體流動控制系統(tǒng)，其中，驅(qū)動信號的標(biāo)記間隔比隨時間定義為約半個正弦波電流波形。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的流體流動控制系統(tǒng)，其中，按脈沖寬度調(diào)制的驅(qū)動信號基本上為恒定振幅。
8．一種用于電磁泵的流體流動控制系統(tǒng)，包括在壓縮機內(nèi)的電磁驅(qū)動裝置，該控制系統(tǒng)提供一個按脈沖寬度調(diào)制的基本上為恒定振幅的低壓驅(qū)動信號給電磁驅(qū)動裝置，以控制電磁驅(qū)動裝置線圈電流的振幅和重復(fù)率，驅(qū)動致動器，從而使壓縮機產(chǎn)生所期望的流量輸出。
9．一種用于電磁泵的流體流動控制系統(tǒng)，包括在壓縮機內(nèi)的電磁驅(qū)動裝置，該控制系統(tǒng)包括一個指令發(fā)生器，產(chǎn)生與預(yù)先確定的期望流量相關(guān)的指令信號；傳感器，檢測系統(tǒng)的狀態(tài)，并提供反饋信號、指令信號、以及由指令處理器處理的反饋信號；指令處理器，提供驅(qū)動信號輸出，并控制作用于壓縮機繞組上的電壓；所述的驅(qū)動信號由標(biāo)記間隔比、重復(fù)率和振幅確定。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的流體流動控制系統(tǒng)，其中，傳感器提供瞬時線圈電流的反饋。
11．根據(jù)權(quán)利要求9所述的流體流動控制系統(tǒng)，其中，傳感器提供致動器位移的反饋。
12．根據(jù)權(quán)利要求9所述的流體流動控制系統(tǒng)，其中，傳感器提供囊狀物系統(tǒng)壓力的反饋。
13．根據(jù)權(quán)利要求9所述的流體流動控制系統(tǒng)，其中，傳感器提供進(jìn)/出囊狀物系統(tǒng)流體流量的反饋。
14．根據(jù)以上說明并參照附圖1至6的流體流動控制系統(tǒng)。
全文摘要
一種用于電磁泵的流體流動控制系統(tǒng),該電磁泵含電磁驅(qū)動器(11)和壓縮機(6)。該控制系統(tǒng)能夠在壓縮機線圈(10)上產(chǎn)生所需要的電流,來控制致動器(11)的位置和移動,致動器可使泵內(nèi)的隔膜偏轉(zhuǎn),以便提供所要求的流量。該控制系統(tǒng)包括一個指令信號發(fā)生器(1),以產(chǎn)生與所需流量對應(yīng)的信號,該信號與任意反饋信號(13),比如線圈電流、致動器位移,一起提供給指令處理器(2)。指令處理器(2)計算由標(biāo)記間隔比、重復(fù)率和振幅確定的相應(yīng)驅(qū)動信號。該驅(qū)動信號控制供給壓縮機線圈(11)的電壓,產(chǎn)生所要求的線圈電流,以提供所需的流體流量。采用直流電源以避免與電網(wǎng)及供電頻率有關(guān)的問題。
文檔編號F04D33/00GK1321262SQ0080185
公開日2001年11月7日 申請日期2000年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月31日
發(fā)明者艾倫·比爾, 斯蒂芬·約翰·庫克, 邁克爾·戴維·牛頓 申請人:亨特萊佛技術(shù)公司