專利名稱：由線性馬達(dá)驅(qū)動且具有氣缸與活塞之間的沖擊的檢測器的氣體壓縮機(jī)、檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種能夠檢測氣體壓縮機(jī)中由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸與活塞之間的 沖擊或碰撞的發(fā)生的方法。本發(fā)明還公開了一種能夠檢測氣體壓縮機(jī)中由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸與活塞之間 的沖擊或碰撞的發(fā)生的電子裝置。本發(fā)明還公開了 一種包括上述裝置的氣體壓縮機(jī)。本發(fā)明還公開了一種用于由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸和活塞組的包括上述裝置的控 制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，由線性馬達(dá)驅(qū)動的活塞和氣缸組的使用是常見的。這種類型的組特別適用 于例如制冷系統(tǒng)(例如冰箱和空調(diào)設(shè)備)中的線性壓縮機(jī)。線性壓縮機(jī)表現(xiàn)出低能耗，因 此對所討論的應(yīng)用而言是高效的。線性壓縮機(jī)通常包括在氣缸內(nèi)移動的活塞。該氣缸的頭部通常容納吸氣閥和排氣 閥。所述吸氣閥和排氣閥調(diào)節(jié)低壓氣體的進(jìn)入和高壓氣體從氣缸內(nèi)的排出。活塞在線性壓 縮機(jī)的氣缸內(nèi)的軸向運(yùn)動將吸氣閥引入的氣體壓縮，從而升高其壓力，然后通過排氣閥將 其排放到高壓區(qū)域。可替代地，存在這樣的線性壓縮機(jī)構(gòu)造，其中吸氣閥位于活塞上，或者 可以沒有閥板(在這種情況下，排放閥覆蓋氣缸的整個頂部)。線性壓縮機(jī)必須能夠控制活塞在氣缸內(nèi)的位移，以防止活塞與氣缸頭部碰撞，或 者與布置在活塞路徑的另一端的其他部件碰撞，除了設(shè)備的磨損和破損之外，這還引起令 人不悅的大的噪聲。然而，為了使線性壓縮機(jī)的效率和性能達(dá)到最優(yōu)并使壓縮機(jī)的功率消 耗達(dá)到最小，理想的是，活塞應(yīng)當(dāng)在氣缸內(nèi)盡可能大地移位，從而盡可能近地靠近氣缸頭部 而不與其發(fā)生碰撞。通常，活塞的所述位移控制是由能夠識別活塞位置的傳感器來執(zhí)行的。在這種情 況下，當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行時的氣缸位移幅度必須是精確知道的，并且該幅度的估計(jì)誤差越大，安 全距離越大，該安全距離將必須在活塞的最大位移點(diǎn)和氣缸頭部之間，以避免其發(fā)生碰撞。 該安全距離導(dǎo)致壓縮機(jī)的效率損失。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)已知控制活塞在線性壓縮機(jī)的氣缸內(nèi)的軸向位移的一些機(jī)構(gòu) 和系統(tǒng)。這些現(xiàn)有技術(shù)包括文獻(xiàn)JP 11336661，其公開了一種活塞位置控制單元，該活塞位 置控制單元使用位置傳感器測量的離散的位置信號并在隨后對這些位置信號進(jìn)行插值，以 確定活塞的最大前進(jìn)位置。利用該方案，可能達(dá)到高精度的活塞位移幅度。然而，測量活塞 的位移幅度并不是在測量活塞與氣缸頭部之間的距離的目的地點(diǎn)進(jìn)行的。這是為什么該文 獻(xiàn)中公開的系統(tǒng)在位置傳感器的組裝位置具有公差的原因。文獻(xiàn)BR 0001404-4描述了特別適于檢測能夠軸向移位的壓縮機(jī)的位置的位置傳 感器。該壓縮機(jī)包括放置在頭部和活塞在其中移動的中空體之間的閥片。該傳感器包括與控制電路電連接的探針，該探針能夠捕捉到活塞通過中空體上的點(diǎn)并對控制電路發(fā)送信 號。因此，該系統(tǒng)能夠測量活塞與氣缸頭部之間的距離，但是由于電接觸故障(其產(chǎn)生不準(zhǔn) 確的讀取)，用作氣缸位置轉(zhuǎn)換器的電路的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不理想的電噪聲。文獻(xiàn)BR 0203724-6提出了另一種檢測線性壓縮機(jī)中的活塞位置以防止壓縮機(jī)運(yùn) 行狀態(tài)或者甚至電壓發(fā)生變化時與流體輸送板發(fā)生碰撞的方式。該文獻(xiàn)中提出的方案測量 活塞與位于活塞正上方的流體板之間的距離，因此是高度精確的方案。然而，該結(jié)構(gòu)需要用 于安裝閥板傳感器的空間，因此成本更高。上述現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)描述了基于通過特定的傳感器來直接測量活塞的位置和位 移的方案，顯然，這些傳感器不能夠以低成本獲得良好的控制精度。另外，所述方案實(shí)施起 來具有一定的復(fù)雜程度，這阻礙了制造過程，因?yàn)樾枰叩慕M裝精度。另外，位置或位移傳 感器的使用需要在壓縮機(jī)中分配另外的空間，這是不理想的，因?yàn)檫@阻礙了占據(jù)最優(yōu)空間 的緊湊產(chǎn)品的發(fā)展。文獻(xiàn)US 5342176提出了一種通過監(jiān)視馬達(dá)變量(諸如施加于永磁線性馬達(dá)的電 流和電壓)來預(yù)測活塞運(yùn)行的幅度的方法。換句話說，線性馬達(dá)自身就是活塞位置轉(zhuǎn)換器。 該方案表現(xiàn)出省略了壓縮機(jī)內(nèi)附加的轉(zhuǎn)換器(例如傳感器)的使用的優(yōu)點(diǎn)。然而，所提出 的該方法具有精度非常低的主要缺點(diǎn)，這導(dǎo)致壓縮機(jī)性能的顯著損失，因?yàn)檫@需要活塞和 氣缸頭部之間的大的安全距離以避免碰撞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種用于檢測由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸與活塞之間的沖 擊并通過使用傳感器進(jìn)行分配的方法。本發(fā)明的第二目的是提供一種由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸與活塞之間、具有低成本并 省略了傳感器的使用的沖擊檢測器。本發(fā)明的第三目的是提供一種能夠檢測由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸與活塞之間的沖 擊、具有低成本并省略了傳感器的使用的氣體壓縮機(jī)。本發(fā)明的第四目的是提供一種能夠防止活塞與氣缸的沖擊的控制系統(tǒng)，其表現(xiàn)出 良好的精度。本發(fā)明的第一目的是通過一種用于檢測由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸與活塞之間的沖 擊的方法而實(shí)現(xiàn)的，所述方法包括如下步驟i)在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前獲得與線性馬達(dá)的電輸出相關(guān)聯(lián)的參考信號；ii)在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之后獲得與線性馬達(dá)的所述電輸出相關(guān)聯(lián)的檢測信號；iii)在所述參考信號與所述檢測信號之間作比較；以及iv)當(dāng)步驟iii中的比較結(jié)果表明，在考慮了預(yù)先設(shè)立的公差的情況下，檢測信號 具有源于氣缸和活塞之間的沖擊的變化時，記錄沖擊的發(fā)生。本發(fā)明的第二目的是通過提供一種由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸和活塞之間的沖擊的 檢測器而實(shí)現(xiàn)的，該檢測器包括至少一個與線性馬達(dá)電連接的調(diào)節(jié)電路，其中該調(diào)節(jié)電路 包括至少一個濾波器，其構(gòu)造成選擇來自馬達(dá)的電信號的高頻范圍；至少一個比較裝置， 其電連接于所述濾波器并能夠?qū)碜运鰹V波器的參考信號與檢測信號作比較，并且所述 比較裝置構(gòu)造成在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前獲得參考信號并在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之后獲得檢測信號；以及至少一個監(jiān)視裝置，其監(jiān)視與比較裝置輸出相關(guān)聯(lián)的電信號，所述監(jiān)視裝置構(gòu)造 成在比較裝置表明在考慮了預(yù)先設(shè)立的公差的情況下，檢測信號表現(xiàn)出關(guān)于參考信號的變 化時，檢測沖擊。本發(fā)明的第三目的是通過提供一種氣體壓縮機(jī)而實(shí)現(xiàn)的，氣體壓縮機(jī)包括由線性 馬達(dá)驅(qū)動的至少一個氣缸和活塞；以及氣缸和活塞之間的至少一個沖擊檢測器，所述檢測 器電連接于馬達(dá)并與上述一個相一致。本發(fā)明的第四目的是通過提供一種控制系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)的，控制系統(tǒng)用于由線性馬達(dá) 驅(qū)動的氣缸和活塞組，所述控制系統(tǒng)包括與馬達(dá)操作性連接的至少一個控制器；以及氣 缸和活塞之間的至少一個沖擊檢測器，所述檢測器電連接于所述控制器并與上述一個相一致。


接下來將參照所附附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，在附圖中圖1是應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的檢測氣缸和活塞之間的沖擊的方法的壓縮機(jī)的橫截 面圖；圖2表示圖解在氣缸和活塞之間不發(fā)生沖擊的情形下線性馬達(dá)的曲線的圖表；圖3表示圖解在氣缸和活塞之間發(fā)生沖擊的第一情形下線性馬達(dá)的曲線的圖表；圖4表示圖解在氣缸和活塞之間發(fā)生沖擊的第二情形下線性馬達(dá)的曲線的圖表；
圖5表示圖4所示的圖表中著重表示的區(qū)域的放大圖，顯示圖解氣缸與活塞之間 的沖擊的區(qū)域；圖6表示示出了根據(jù)本發(fā)明的標(biāo)的，氣缸與活塞之間的沖擊的檢測器的元件的框 圖；以及圖7表示示出了根據(jù)本發(fā)明的標(biāo)的，氣缸與活塞組的控制系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式由線性馬達(dá)驅(qū)動的活塞和氣缸組圖1示出了具有線性馬達(dá)的壓縮機(jī)，其應(yīng)用了由線性馬達(dá)驅(qū)動的活塞和氣缸組， 所述線性馬達(dá)具有根據(jù)本發(fā)明的氣缸2和活塞1之間的沖擊的檢測器。圖1的優(yōu)選實(shí)施例中所示的活塞和氣缸組包括氣缸2，氣缸2具有位于其上端的閥 板(也稱作閥頭)。閥板包括允許低壓空氣進(jìn)入氣缸2中的吸氣閥3a和將高壓空氣排出氣 缸2之外的排氣閥3b (如果將活塞和氣缸組應(yīng)用于空氣壓縮機(jī)的話)。在活塞和氣缸組的其他應(yīng)用中，與氣缸2的內(nèi)部連通的吸氣閥3a和排氣閥3b可 對其他類型的流體進(jìn)行操作。例如，如果活塞和氣缸組應(yīng)用于泵，則閥3a和3b可允許其他 類型的流體(例如水)進(jìn)入和排出?；钊蜌飧捉M還包括在氣缸2內(nèi)移動(dislodge)的活塞1，從而共同構(gòu)成共振組。 在氣缸2內(nèi)，活塞1進(jìn)行交替的線性運(yùn)動，施加對通過吸氣閥3a進(jìn)入氣缸2內(nèi)的氣體進(jìn)行 壓縮的作用，直至該氣體能夠通過排氣閥3b排出到高壓側(cè)的時間點(diǎn)為止。活塞1聯(lián)接于至少一個磁鐵5，使得活塞1的移位導(dǎo)致磁鐵5的相應(yīng)移位，反之亦 然。從圖1中能夠看到，磁鐵5優(yōu)選布置在活塞1的外表面周圍。在本發(fā)明的替代性實(shí)施例中，磁鐵可以不同的方式連接于活塞1，例如固定在連接于活塞1的柄上?；钊蜌飧捉M還具有能夠用作活塞1的支撐件和/或用作活塞1和/或磁鐵5的 移位的引導(dǎo)件的支撐結(jié)構(gòu)4。沿著支撐結(jié)構(gòu)4的至少一部分，形成有空氣間隙12，磁鐵在該 空氣間隙12中移動。在圖1所示的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，兩個螺旋彈簧7a和7b在活塞1的任一側(cè)上 靠著活塞1安裝，所述彈簧優(yōu)選是始終壓縮的?；钊?與致動器的移動部分和螺旋彈簧一 起共同地用于壓縮機(jī)的共振組?；钊蜌飧捉M的致動器包括至少一個馬達(dá)線圈6，該馬達(dá)線圈6被電驅(qū)動，以產(chǎn)生 磁場。馬達(dá)線圈6必須布置成使得由此產(chǎn)生的磁場施加在活塞1的磁鐵5的移動路徑上。因此，當(dāng)馬達(dá)線圈被電驅(qū)動時，其產(chǎn)生至少沿著空氣間隙12的一部分的磁流量， 該磁流量是能夠根據(jù)施加在馬達(dá)線圈6上的電壓而變化和控制的。結(jié)果，馬達(dá)線圈6由于 施加在其上的電壓而產(chǎn)生的磁場變化導(dǎo)致磁鐵5沿著空氣間隙12往復(fù)地移動，從而使活塞 1遠(yuǎn)離和靠近氣缸2的閥板3a和3b移動，因而壓縮允許被進(jìn)入氣缸2內(nèi)的氣體?；钊?的 幅度操作對應(yīng)于活塞1在氣缸2內(nèi)的總位移幅度。活塞1運(yùn)行幅度通過致動器產(chǎn)生的功率與氣體壓縮中機(jī)構(gòu)所消耗的功率和其他 損失之間的平衡來調(diào)節(jié)。為了獲得活塞和氣缸組的最大泵送容量，必須以活塞1盡可能地 靠近閥板3a、3b移動而不發(fā)生沖擊或碰撞的幅度來運(yùn)行。這種沖擊是不理想的，因?yàn)闀?起大的噪聲，并且更加嚴(yán)重的是，在設(shè)備使用期間連續(xù)發(fā)生的接連沖擊可能導(dǎo)致對設(shè)備的 損壞。檢測由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸和活塞之間的沖擊的方法本發(fā)明的方法由如下一種方法構(gòu)成該方法能夠檢測至少活塞1與氣缸2之間的 沖擊，使得適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)能夠基于該方法所提供的信息而減少發(fā)生率(incidence)并且 甚至避免將來的沖擊。所述檢測由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸2與活塞1之間的沖擊的方法包括第一步驟i) 在參考時間間隔Atr期間獲得與線性馬達(dá)的電輸出相關(guān)聯(lián)的參考信號Sr。優(yōu)選地，使用線 性馬達(dá)電壓信號的電輸出，但是其他的量值例如電流也可以使用。該電輸出被濾波器進(jìn)行 處理，該濾波器僅僅允許高頻范圍通過。對于本發(fā)明，高頻范圍包括能夠由氣缸和活塞之間 的沖擊的響應(yīng)所表現(xiàn)的頻率。所述頻率比壓縮機(jī)的正常工作頻率相對較高。因此，濾波器 被調(diào)頻，以將壓縮機(jī)的工作頻率與源自氣缸和活塞之間的沖擊的信號的頻率分開。因此，參 考信號S r是從線性馬達(dá)的電輸出中過濾出的信號。在圖2至5中，過濾出的電信號由曲 線“B”表示，而原始信號由曲線“A”表示。參考時間間隔Atr對應(yīng)于第一時刻t 1和第二時刻t 2之間經(jīng)過的“時間窗口”， 其中第二時刻t2出現(xiàn)在第一時刻tl之后(t2 > tl)。第二時刻t2對應(yīng)于活塞1達(dá)到上止 點(diǎn)或最大點(diǎn)時的時刻。從圖2至5的圖表中能夠看到，在第二時刻t2時，電壓信號達(dá)到零 值(電壓曲線與橫軸或時間軸的交叉點(diǎn))。因此，在本發(fā)明中，該交叉能夠用來確定活塞1 在與氣缸2碰撞時達(dá)到其最大點(diǎn)時的時刻。第一時刻tl能夠從第二時刻t2確定，使得從第二時刻t2中減去時間值，其中所 述值對應(yīng)于參考時間間隔Atr的模數(shù)值。優(yōu)選地，參考時間間隔Atr的值是預(yù)先設(shè)立的。 還能夠使用其他的方式來確定該間隔，例如基于學(xué)習(xí)系統(tǒng)的智能技術(shù)。
在理想的情況下，活塞1和氣缸2之間應(yīng)當(dāng)沒有沖擊，也就是說，在活塞1在第二 時刻t2到達(dá)上止點(diǎn)之后，活塞1應(yīng)當(dāng)不與氣缸2碰撞。然而，該情形并不總是主要通過簡 單的低成本方案而成為可能的，這是因?yàn)轳R達(dá)_氣缸-活塞組經(jīng)常受到難以在設(shè)計(jì)階段就 量化的干擾和外部作用。因此，沖擊常常難以避免，所以本發(fā)明的該方法提供了一種解決方 案用于檢測該沖擊，使得控制系統(tǒng)能夠運(yùn)行以致于防止/避免將來的沖擊或至少減少其沖 擊的發(fā)生。該方法還能夠用于對用來確定活塞位置的位置傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如現(xiàn)有技術(shù)中 描述的那些傳感器。該方法的第二步驟ii)在于在第二時刻t2和第三時刻t3之間經(jīng)過的檢測時間間 隔Atd期間獲得與線性馬達(dá)的所述電輸出相關(guān)聯(lián)的檢測信號Sd，其中第三時刻t3出現(xiàn)在 第二時刻t2之后。正如在確定參考時間間隔Atr時一樣，檢測時間間隔Atd同樣優(yōu)選但 不是必須是預(yù)先設(shè)立的。本發(fā)明方法的接下來的步驟iii)在于將參考信號Sr與檢測信號Sd作比較。所 述比較能夠利用多種技術(shù)來進(jìn)行，例如識別信號、光譜分析以及其他數(shù)學(xué)技術(shù)。優(yōu)選使用檢 測檢測信號Sd的最大值(峰值)的技術(shù)，將提前對該技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。第四(最后)步驟iv)在于，當(dāng)步驟iii中的比較結(jié)果表明檢測信號Sd表現(xiàn)出源 于氣缸2和活塞1之間的沖擊的變化時，記錄沖擊的發(fā)生。該表明(沖擊發(fā)生確定)是通 過在參考信號Sr與檢測信號Sd之間的容許變化上考慮預(yù)先設(shè)立的公差而實(shí)現(xiàn)的。顯然， 所述公差直接取決于用于步驟iii的比較技術(shù)。盡管該方法優(yōu)選基于在時域上檢測氣缸2與活塞1之間的沖擊的發(fā)生，但是可選 地，也可以基于其他樣本空間域，例如相域。檢測最大倌的技術(shù)如前所述，優(yōu)選使用檢測檢測信號Sd的最大值(峰值)的技術(shù)，這是因?yàn)閷?shí)施(開 發(fā)和制造)起來容易，并且不需要復(fù)雜或高成本的硬件平臺。在所述技術(shù)中，在步驟iii中計(jì)算參考信號Vr的峰值Vp與參考信號Sr的參考值 Vr之間的模數(shù)(絕對值)的差值。因此，在步驟iv中，當(dāng)步驟iii中的計(jì)算結(jié)果大于預(yù)先 設(shè)立的公差值S時，記錄沖擊的發(fā)生，該公差值S則反過來可以通過試驗(yàn)來確定或者考慮 噪聲或信號干擾來計(jì)算。參考信號Sr的參考值Vr在步驟i中獲得，也就是說，在參考時間間隔Atr期間 獲得。馬達(dá)的所述參考值Vr優(yōu)選在第一時刻tl或第二時刻t2獲得。然而，參考值Vr能 夠在包括在參考時間間隔Atr中的任何時刻獲得，并且公差值δ根據(jù)參考值Vr的變化而變化。檢測信號Sd的峰值Vp在步驟ii中獲得，也就是說，在檢測時間間隔Atd期間獲 得。所述值應(yīng)當(dāng)在模數(shù)上來考慮，也就是說，峰值Vp關(guān)于圖表的橫軸而確定。在圖2中，能夠觀察到，峰值Vp是第二時刻t2的電壓值，因?yàn)樵跈z測時間間隔 Atd期間，第二時刻t2的電壓值對應(yīng)于檢測信號Sd的最大值(峰值)。由于在第一時刻 tl獲得的參考值Vr與公差值δ之間(對模數(shù))求和的結(jié)果大于峰值Vp，所以能夠得出氣 缸2與活塞1之間未發(fā)生沖擊的結(jié)論。在圖3中，能夠觀察到檢測時間間隔Atd期間出現(xiàn)的峰值Vp。由于在第一時刻tl獲得的參考值Vr與公差值δ之間(對模數(shù))求和的結(jié)果小于峰值Vp，所以能夠得出氣 缸2與活塞1之間發(fā)生沖擊的結(jié)論。圖5示出了相似的情形，然而，沖擊發(fā)生在電壓信號的 正側(cè)。注意到，在圖2至5中，峰值僅僅在已過濾的電信號(曲線B)中是明顯的。存在多種實(shí)施本發(fā)明方法的方式，其中一個可能的實(shí)施例包括歸結(jié)于參考值Vr， 參考信號Sr的最大值(出現(xiàn)在參考時間間隔口 tr期間)，并且當(dāng)檢測信號Sd (出現(xiàn)在檢測 時間間隔Dtd期間)的水平達(dá)到參考值Vr與公差值δ之和時檢測沖擊?？商娲兀赡芡ㄟ^以下的子步驟來確定峰值Vp a)對參考信號Sr的有限數(shù)目個比較值Vc進(jìn)行取樣；b)計(jì)算每個比較值Vc與檢測信號值Sd之間的差值的模數(shù)；c)在子步驟b中計(jì)算出的所有值中進(jìn)行比較；d)選擇子步驟c中獲得的最高值；以及e)將子步驟d中獲得的值歸結(jié)作為峰值Vp。確定和獲得與發(fā)生沖擊的時刻相對應(yīng)的電信號的值(峰值Vp)允許對能夠與用于 特定壓縮機(jī)模型的氣缸和活塞組相關(guān)聯(lián)的位置傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)。如上所述，該電信號值是 在活塞1在氣缸2內(nèi)到達(dá)其最大位置(即，上止點(diǎn))的情形下獲得的。結(jié)果，在調(diào)節(jié)位置傳 感器的過程中，峰值Vp能夠用作如下值，即在該值下，位置傳感器應(yīng)當(dāng)理解為與活塞在氣 缸內(nèi)達(dá)到的最大位置相對應(yīng)的值?？蛇x地，通過應(yīng)用本發(fā)明的方法，可以使用其他傳感器調(diào)節(jié)技術(shù)來測量活塞1在 氣缸2內(nèi)的位置。類似地，該方法還能夠用來調(diào)節(jié)能夠估測活塞1在氣缸2內(nèi)的位置的裝 置，而非位置傳感器本身。氣缸與活塞之間的沖擊的檢測器本發(fā)明的方法能夠通過包括硬件平臺的檢測器裝置來實(shí)施，所述硬件平臺諸如具 有能夠執(zhí)行該方法的步驟的部件和/或微型處理器的電子板。因此，該方法能夠通過完全 由形成電子電路的模擬和/或數(shù)字部件構(gòu)成的電子板來實(shí)施，從而省略了軟件(在微型控 制器或微型處理器中進(jìn)行處理)的使用。此處不對所述實(shí)施進(jìn)行詳細(xì)描述，因?yàn)檫@對本領(lǐng) 域技術(shù)人員是公知的知識。檢測器的優(yōu)選實(shí)施例示意性地示出在圖6中。因此，該硬件平臺是包括至少一個濾波器201的調(diào)節(jié)電路(處理)200，所述濾波器 201構(gòu)造成選擇來自馬達(dá)的電信號的高頻范圍，從而阻擋中頻和低頻信號。調(diào)節(jié)電路200還包括至少一個比較裝置202，該比較裝置202與濾波器201電連 接，并且比較裝置202構(gòu)造成將來自濾波器201的參考信號Sr與同樣來自濾波器201的檢 測信號Sd作比較。參考信號Sr是在第一時刻tl和第二時刻t2之間經(jīng)過的參考時間間隔Δ tr期間 獲得的，其中出現(xiàn)在第一時刻tl之后的第二時刻t2對應(yīng)于活塞1到達(dá)上止點(diǎn)的時刻。檢測信號Sd是在第二時刻t2和第三時刻t3之間經(jīng)過的檢測時間間隔Δ td期間 獲得的，其中第三時刻t3出現(xiàn)在第二時刻t2之后。調(diào)節(jié)電路200還至少包括與比較裝置202的輸出相關(guān)聯(lián)的電信號監(jiān)視裝置203，監(jiān) 視裝置203構(gòu)造成接收沖擊發(fā)生的信息。可選地，監(jiān)視裝置203和比較裝置202可以包括 在單個部件或裝置中。
通過監(jiān)視裝置203來檢測沖擊發(fā)生在比較裝置202表明在考慮了預(yù)先設(shè)立的公差 情況下，檢測信號Sd表現(xiàn)出關(guān)于參考信號Sr的變化時。優(yōu)選地，比較裝置202通過從檢測信號Sd中減去參考值Vr來進(jìn)行比較，其中參考 值Vr對應(yīng)于參考信號Sr的預(yù)先設(shè)立值。通過監(jiān)視裝置203來檢測沖擊發(fā)生在檢測信號Sd 的水平超過參考值Vr與預(yù)先設(shè)立的公差值δ之和時。結(jié)果，檢測器作為傳感器的等同裝置而工作，并且其主要目的是識別活塞1與氣 缸2的沖擊是否發(fā)生在最大點(diǎn)或上止點(diǎn)。如圖1所示，由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸2和活塞1以及與馬達(dá)電連接的調(diào)節(jié)電路200 形成完整的氣體壓縮機(jī)設(shè)備100，該氣體壓縮機(jī)設(shè)備100也是本發(fā)明的標(biāo)的?？刂葡到y(tǒng)仍然參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的活塞和氣缸組的活塞1連接于磁鐵5，該磁鐵5在包 括形成于支撐部分4和聯(lián)接于定子10的馬達(dá)線圈6之間的空氣間隙12的位移路徑中移動。 磁鐵的該運(yùn)動導(dǎo)致活塞1在氣缸2內(nèi)交替地運(yùn)動，從而對通過吸氣閥3a引入到氣缸2內(nèi)的 氣體進(jìn)行壓縮，并通過排氣閥3b將高壓氣體排出。線性壓縮機(jī)安裝在底盤11內(nèi)。形成在壓縮機(jī)和底盤之間的空間構(gòu)成低壓室13， 低壓氣體容納在該低壓室13中。氣缸2的吸氣閥3a與低壓室13連通并允許氣體進(jìn)入氣 缸2內(nèi)。氣缸2的排氣閥3b將通過活塞1的壓縮運(yùn)動而在氣缸2內(nèi)被壓縮的高壓氣體排 出到低壓室的氣密隔離的高壓區(qū)域。活塞1在氣缸2內(nèi)的位移幅度能夠由適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)來控制。就此而言，沖擊檢測器能夠由與傳感器類似地工作的控制系統(tǒng)所包括，如圖7的 框圖所示。如上所述，所述系統(tǒng)控制由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸2和活塞1組。所述系統(tǒng)包括 至少一個可操作性地連接于馬達(dá)的控制器，并且沖擊檢測器電連接于所述控制器?？梢允冀K以防止和/或減少活塞1和氣缸2之間沖擊的發(fā)生的出發(fā)點(diǎn)來使用多種 已知的控制技術(shù)，例如PID控制。優(yōu)選地，控制變量是馬達(dá)的電壓，然而，可以使用其他的參數(shù)來控制活塞1的位置 (如果這些參數(shù)適于該應(yīng)用的話)。該控制系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的精度，因?yàn)樵撓到y(tǒng)間接基于根據(jù)壓縮機(jī)的個體行為的學(xué) 習(xí)系統(tǒng)，并且從發(fā)生的碰撞獲得的信息被存儲并用來防止/減少將來的碰撞。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的壓縮設(shè)備能夠運(yùn)行以使其壓縮容量達(dá)到最優(yōu)，這是因?yàn)槠渚?有顯著減小的抗碰撞安全距離，結(jié)果還使設(shè)備的功耗達(dá)到最優(yōu)。因此，如從前面的描述能夠清楚理解的那樣，本發(fā)明能夠免除測量活塞1在氣缸2 內(nèi)的位移幅度的需要，從而表現(xiàn)出高精度。另外，用于檢測活塞1在氣缸2內(nèi)的位移幅度的設(shè)備是完全簡單的，因?yàn)樗旧?由定位在任何適當(dāng)位置的電子板構(gòu)成，并且該板產(chǎn)生的信號或該信號經(jīng)歷的特定變化足以 表明活塞1已經(jīng)與氣缸2碰撞。因此，所述設(shè)備省略了傳感器的使用，由此降低成本。已經(jīng)描述了優(yōu)選實(shí)施例的示例，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的范圍包括其他的潛在變 型，并且僅由附加在此的權(quán)利要求的內(nèi)容限制，其他可能的等同設(shè)置也包括在其中。
權(quán)利要求
一種檢測由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸(2)與活塞(1)之間的沖擊的方法，其特征在于包括如下步驟i)在所述活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前獲得與線性馬達(dá)的電輸出相關(guān)聯(lián)的參考信號(Sr)；ii)在所述活塞到達(dá)所述上止點(diǎn)之后獲得與所述線性馬達(dá)的所述電輸出相關(guān)聯(lián)的檢測信號(Sd)；iii)在所述參考信號(Sr)與所述檢測信號(Sd)之間作比較；以及iv)當(dāng)步驟iii中的比較結(jié)果表明，在考慮了預(yù)先設(shè)立的公差的情況下，所述檢測信號(Sd)表現(xiàn)出源于所述氣缸(2)和活塞(1)之間的沖擊的變化時，記錄沖擊的發(fā)生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于-在步驟i中，所述參考信號(Sr)的獲得發(fā)生在第一時刻(tl)與第二時刻(t2)之間 經(jīng)過的參考時間間隔(Atr)期間，其中所述第二時刻(t2)出現(xiàn)在所述第一時刻(tl)之 后，并且所述第二時刻(t2)對應(yīng)于所述活塞(1)到達(dá)所述上止點(diǎn)的時刻，并且-在步驟ii中，所述檢測信號(Sd)的獲得發(fā)生在第二時刻(t2)與第三時刻(t3)之 間經(jīng)過的檢測時間間隔(Atd)期間，其中所述第三時刻(t3)出現(xiàn)在所述第二時刻(t2)之 后。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于步驟i中的參考信號(Sr)和步驟ii中的檢測信號(Sd)是從所述馬達(dá)的電輸出中過 濾出的信號，并且所述信號包含所述馬達(dá)的電輸出的高頻成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于-在步驟i中，獲得所述參考信號(Sr)的參考值(Vr)； -在步驟ii中，獲得所述檢測信號(Sd)的峰值(Vp)； -在步驟iii中，計(jì)算所述峰值(Vp)與所述參考值(Vr)之間的差值；以及 -在步驟iv中，當(dāng)步驟iii中的計(jì)算結(jié)果高于預(yù)先設(shè)立的公差值δ時，記錄沖擊的發(fā)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于所述第一時刻(tl)與第二時刻(t2)之間經(jīng)過的參考時間(Atr)是預(yù)先設(shè)立的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于所述第二時刻(t2)與第三時刻(t3)之間經(jīng)過的檢測時間(Atd)是預(yù)先設(shè)立的。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于在步驟i中，在所述第一時刻(tl)或第二時刻(t2)獲得所述馬達(dá)的參考值(Vr)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于在步驟i中，所述馬達(dá)的參考值(Vr)對應(yīng)于所述參考信號(Sr)的最大值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于 步驟ii包括以下子步驟iia)對所述參考信號(Sr)的有限數(shù)目個比較值(Vc)進(jìn)行取樣；iib)計(jì)算每個比較值(Vc)與所述檢測信號值(Sd)之間的差值的模數(shù)；iic)將在子步驟iib中計(jì)算出的所有值進(jìn)行比較；iid)選擇子步驟iic中獲得的最高值；以及iie)將子步驟iid中獲得的值歸結(jié)作為峰值(Vp)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟iv中的沖擊檢測允許對用于測量所述活塞(1)在所述氣缸(2)內(nèi)的位置的傳感 器進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，或者允許對能夠估測所述活塞(1)在所述氣缸(2)內(nèi)的位置的裝置進(jìn)行 精密調(diào)節(jié)。
11.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于在步驟ii中，在檢測時刻出現(xiàn)的峰值(Vp)被用來對所述氣缸(2)內(nèi)的所述活塞(1) 的所述位置傳感器進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，并且所述峰值(Vp)對應(yīng)于所述活塞(1)在所述氣缸(2) 內(nèi)到達(dá)的最大位置。
12.一種由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸(2)和活塞(1)之間的沖擊檢測器，至少包括與所述線 性馬達(dá)電連接的調(diào)節(jié)電路(200)，其特征在于，所述調(diào)節(jié)電路(200)至少包括_構(gòu)造成選擇來自所述馬達(dá)的電信號的高頻范圍的濾波器(201)；_與所述濾波器(201)電連接的比較裝置(202)，所述比較裝置(202)能夠?qū)碜运?濾波器(201)的參考信號(Sr)與檢測信號(Sd)作比較，并且所述比較裝置構(gòu)造成在所述 活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前獲得所述參考信號(Sr)，以及在所述活塞到達(dá)上止點(diǎn)之后獲得所述檢 測信號(Sd)，以及-與所述比較裝置(202)輸出相關(guān)聯(lián)的電信號的監(jiān)視裝置(203)，其中，所述監(jiān)視裝置(203)構(gòu)造成當(dāng)所述比較裝置(202)表明，在考慮了預(yù)先設(shè)立的公 差的情況下，所述檢測信號(Sd)表現(xiàn)出關(guān)于所述參考信號(Sr)的變化時，檢測沖擊。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的沖擊檢測器，其特征在于所述比較裝置(202)構(gòu)造成從所述檢測信號(Sd)中減去參考值(Vr)，其中所述參考 值(Vr)對應(yīng)于所述參考信號(Sr)的獲得值，并且所述監(jiān)視裝置(203)構(gòu)造成當(dāng)所述檢測 信號(Sd)的水平超過所述參考值(Vr)與預(yù)先設(shè)立的公差值(δ)之和時，檢測沖擊。
14. 一種氣體壓縮機(jī)(100)，其至少包括由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸(2)和活塞(1)，所述氣 體壓縮機(jī)(100)的特征在于至少包括所述氣缸(2)和活塞(1)之間的沖擊檢測器，所述檢 測器與所述馬達(dá)電連接，所述檢測器如權(quán)利要求12和13所限定。
15. 一種用于由線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸(2)和活塞(1)組的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)至少 包括與所述馬達(dá)操作性連接的控制器，所述控制系統(tǒng)的特征在于，其至少包括所述氣缸(2) 與所述活塞(1)之間的沖擊檢測器，所述檢測器與所述控制器電連接，所述檢測器如權(quán)利 要求12和13所限定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠檢測由氣體壓縮機(jī)的線性馬達(dá)驅(qū)動的氣缸(2)和活塞(1)之間的沖擊或碰撞的發(fā)生的方法。所述方法包括步驟i)在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前獲得與線性馬達(dá)的電輸出相關(guān)聯(lián)的參考信號(Sr)；ii)在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之后獲得與線性馬達(dá)的所述電輸出相關(guān)聯(lián)的檢測信號(Sd)；iii)在所述參考信號(Sr)與所述檢測信號(Sd)之間作比較；以及iv)當(dāng)步驟iii中的比較結(jié)果表明，在考慮了預(yù)先設(shè)立的公差的情況下，檢測信號(Sd)表現(xiàn)出源于氣缸(2)和活塞(1)之間的沖擊的變化時，記錄沖擊的發(fā)生。本發(fā)明還公開了一種能夠執(zhí)行上述方法的電子檢測器裝置。本發(fā)明還公開了一種氣體壓縮機(jī)(100)和包括上述檢測器的控制系統(tǒng)。
文檔編號H02P25/06GK101910629SQ200880124055
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者D·E·博恩哈德利列, M·尼斯, N·F·費(fèi)雷拉, P·S·戴尼茲 申請人:惠而浦股份公司