TW201309896A - 用於偵測應用於壓縮機活塞參數之系統 - Google Patents

Abstract

本申請案係關於一種用於偵測應用於壓縮機活塞之參數之系統，其包括同時偵測該壓縮機活塞之某些參數，諸如：活塞速度、活塞位置及該活塞與閥板之間產生碰撞之事件。用於偵測應用於壓縮機活塞之參數之系統包括由一電動引擎(9)驅動之至少一個可軸向移動配置：包括至少一個可移位部分(51)及至少一個固定部分(52)之至少一感測器(5)；包括至少一個處理核心(10)之至少一個電子電路，且該系統不同於習知系統之處在於，該電子電路進一步包括至少一個濾波模組(11)；將該感測器(5)之輸出信號(SS)發送至該濾波模組(11)；且將該濾波模組(11)之經濾波信號(SF)發送至該處理核心(10)。

Description

用於偵測應用於壓縮機活塞參數之系統

本申請案係關於一種用於偵測應用於一壓縮機系統(屬於一汽缸/活塞總成)之參數之系統。更明確而言，本發明之系統(其較佳應用於由一線性引擎驅動之一活塞)能夠偵測活塞速度或(在該壓縮機汽缸內之)活塞位置等諸參數中之至少一者。較佳的是，現在所述之系統達成對所述參數之同時偵測。

熟悉此項技術者已知，汽缸/活塞總成(明確而言，當與線性壓縮機關聯時)可有利地應用於冷卻系統等等。

在該等應用中，將一汽缸/活塞總成實體地緊固至一板(或結構)，該板(或結構)處設置有待壓縮液體之入口閥及排放閥。同時，此板(或結構)實際上界定一活塞之移位道程。

因此，一線性引擎(其迫使該活塞移動)應使該活塞移位，以防止其碰撞(衝擊)該「閥板」。為此，理想的做法是一線性引擎僅使該活塞在相對於總移位道程經減少之道程中移位。

同時，除其他態樣以外，一冷卻系統之效率特別係等比於一活塞在一汽缸內行進之實際道程，也就是說，活塞移位道程減少程度越大，則該冷卻系統(及該壓縮機自身)之效率越低。

因此，理想的是，該線性引擎可在不造成該活塞與該 「閥板」之間產生任何形式之碰撞之情形下使該活塞移位程度儘可能大。為此，需要引入意在執行此控制之系統及/或裝置(無論安裝於該線性引擎中或者安裝於該活塞/閥總成中)。

當前技術發展水準包括用於達成上述目的之不同系統及/或裝置，也就是說，意在控制/管理一線性引擎，以使得該線性引擎使一活塞以安全且有效之形式移位。一般而言，此等解決方案中之各者涉及到一回饋系統，其基於某些參數來控制對該線性引擎之供電，且因此控制活塞移位。

大多數已知之解決方案中之一者包括監測該線性引擎自身之參數中之至少一者。在此解決方案中，一線性引擎之電流值及電壓值扮演該線性引擎之回饋參數的角色。即使一方面，此等解決方案簡單且成本不高(畢竟，未使用閒置之感測器及/或轉換器)，而另一方面，其表現出低精確性及低效(畢竟，由於現有之精確性缺失，需要減小活塞之致動道程)。

亦已知採用與一活塞/汽缸總成關聯之獨立感測器來偵測關於該總成之某些參數之解決方案。

文獻BR PI 0704947-1中描述此種解決方案之一第一實例，其教示一種基於一電磁流量變化感測器(SVF)之活塞位置識別系統。此系統尤其適用於透過磁場發生移動傳送(引擎與活塞之間)，或該活塞移動係連結於至少一個磁體等等之線性引擎驅動活塞/汽缸總成。在此系統中，該活 塞移動(且因此而造成之連結至該活塞之磁體之移動)按比例產生一磁振盪，其可由附接至該活塞之該SVF測量。由於磁振盪可關於由一活塞佔據之即時位置，因此可在該活塞與該「閥板」發生最終碰撞之前使該活塞之行進停止及往復。儘管此系統之概念係功能性，應觀察到，該系統具有適於改良之一些態樣。可待改良之一態樣係關於涉及到測量實際汽缸尺寸及該「閥板」之位置之複雜性，因為當決定透過該磁場振盪而產生之活塞移位道程時，必須預先考量此資訊及該SVF位置。

文獻BR PI 0301969-1中描述此種解決方案之一第二實例，其係關於一種基於一加速度計類型感測器之活塞位置識別系統。在無需考量磁性參數之此情形下，實施透過施加於該加速度計之壓力刺激來測量活塞位置，其中該等刺激係由接觸該活塞或使該活塞振動而產生。此加速度計係壓電類型且其終端部連同一信號放大器電路係與該線性引擎之電源供應器關聯，因此造成與該線性引擎發生直接「干擾」(回饋)。此概念亦包含可加以改良之一些態樣，其中本文強調加速度計在碰撞之後能展現一最佳化功能；因此，此等系統限於應用於能夠進行實體接觸及/或活塞振動之此等構造。

上述此等兩個實例尤其適用於基於該活塞定位及該活塞之碰撞狀態此兩個參數而控制一線性引擎(與一活塞/汽缸總成關聯)。顯而易見，文獻BR PI 0704947-1中例示之第一概念可更好地應用於一確定範圍之操作，而文獻BR PI 0301969-1中例示之第二概念可更好地應用於另一確定範圍之操作。無論如何，該等文獻中所揭示之細節僅闡釋構造變化，其中一SVF偵測該活塞/汽缸總成之一單一參數，以驅動與此總成(閉路回饋系統)關聯之線性引擎。

然而，所設計及裝配之此等實例中無一能夠同時偵測移位速度及瞬態活塞位置。

因此，熟悉此項技術者已知，需要增添一些特定之感測器，諸如，已知之「霍爾單元」(Hall's cells)。

簡而言之且根據特定文獻，「霍爾單元」包括意在測量一主體之速度及角度移位之感測器。但是，亦可在一活塞/汽缸總成中使用「霍爾單元」(亦允許偵測極低之速度)。據觀察，此類型之應用並不可行，因為除了實施此應用及其維護之成本極其高昂此一事實之外，此類型之應用亦需要極其複雜之調節電路。

鑑於上述，顯而易見，需要發展一種能夠精確、可靠且同時地偵測存在於一汽缸/活塞總成中之一個以上之參數之系統。

因此，本發明之一目的在於提供一種用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之系統，其基本上包括一單一感測器。

此外，本發明之另一目的在於提供一種能夠同時偵測關於一壓縮機活塞之至少兩個參數之系統。

明確而言，本發明之進一步一目的在於偵測活塞速度、活塞位置及該活塞與該壓縮機之「閥板」(或類似結構)之 間最終發生之碰撞事件。關於此，本發明之一額外目的在於提供一種應用於一壓縮機活塞之參數偵測系統，其允許達成對活塞道程(在其各別之汽缸內)之快速初始計量。

透過當前提出之用於偵測應用於一壓縮機活塞之系統完成此等及其他目的，該系統包括能夠由一電動引擎驅動而進行軸向移動之至少一個配置；至少一個感測器，其包括至少一個可移位部分及至少一個固定部分；至少一個電子電路，其包括至少一個處理核心。該可移動配置基本上包括至少一個活塞、至少一個連桿及至少一個引導體。該感測器之該可移位部分係緊固至該可移動配置。該感測器輸出信號被發送至該處理核心。

用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之該系統不同於類似系統之處在於，該電子電路進一步包括至少一個濾波模組；該感測器輸出信號被發送至一濾波模組；且來自該濾波模組之一經濾波信號被發送至該處理核心。

根據本發明之概念，該處理核心同時接收一感測器輸出信號及來自該濾波模組之該經濾波信號。

較佳的是，透過該感測器輸出信號頻率測量該活塞速度參數，且透過該輸出信號強度測量該活塞定位參數。至於該活塞與該閥板之間發生碰撞事件之參數，該參數係藉由分析存在於該感測器輸出信號中之雜訊而測量且展示於來自該濾波模組之該經濾波信號中。

較佳的是，來自該濾波模組之該經濾波信號中展示之雜訊分析包括對存在於該經濾波信號中之較高位級之諧波進 行分析。進一步較佳的是，在該處理核心中進行對來自該濾波模組之該經濾波信號中所示之雜訊之分析。

視需要且根據本發明之概念，可將該感測器耦合至一電磁屏蔽體。

現將基於下文之圖更詳細地描述本發明。

本發明之基本概念包括實施一電磁流量變化感測器(包括適於移位之一部分及一固定部分)及分析該感測器之輸出信號。此分析較佳在一電子電路中發生，該電子電路能夠在正常條件下且於最佳化條件下(在該感測器之該輸出信號通過一濾波器之後，其中僅使關於對一活塞與該「閥板」發生碰撞之位置之分析關聯之信號譜分離)解譯該感測器之輸出信號。

因此，根據本發明之基本概念，用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之系統能夠測量該活塞之軸向移位速度、估計該活塞之相對位置(在該汽缸內)且偵測該活塞與閥板之間發生碰撞之事件。

圖1、2、3及4圖解本發明之一較佳實施例。根據此較佳實施例，可注意到，一活塞(屬於一壓縮機)較佳用以但不限於應用於液體壓縮，其適於應用於習知之冷卻系統，且功能性地與使該活塞與該驅動引擎(亦屬於一壓縮機)互連之一群組之組件關聯。

關於此，圖1圖解一可移動配置，其大體上包括一活塞1、一連桿2及一引導體3。在此配置中，該連桿2係設置於 該活塞1與該引導體3之間。

同時根據本發明之較佳實施例，提供一感測器5，其負責讀取關於該可移動配置移動相關之參數(明確而言，與活塞1在一汽缸(圖中未展示)內之軸向移動相關之參數)。該感測器5較佳包括一電磁流量變化感測器且係由至少一個可移位部分51及一固定部分52組成。感測器5之該可移位部分51可視為「可移位」之原因在於，該可移位部分51與該可移動配置(直接或間接地)關聯，該可移動配置包括活塞1、連桿2及引導體3。至於感測器5之該固定部分52，可將該固定部分52緊固至一壓縮機之任何固定部分。

較佳的是，感測器5之該可移位部分51包括一永久磁體，其較佳具有軸向磁化且係藉由一第一支撐件4而附接至該引導體3。

較佳的是，感測器5之該固定部分52包括一線圈(設置於一環形線圈處之電導體)較佳藉由一第二支撐件6而由一結構支撐。進一步較佳的是，感測器5之該固定部分52係設置於一屏蔽體7內(用於減少來自該壓縮機引擎之電磁場之干擾)且係藉由一結構8緊固至該壓縮機之固定部分(圖中未展示)。

根據本發明之一較佳實施例，該可移動配置之軸向移位較佳以循環之方式使感測器5之該可移位部分51與感測器5之該固定部分52互相逼近然後遠離。感測器5之該可移位部分51之此一循環移動誘發感測器5之該固定部分52中產生一電壓，且該電壓可被視為感測器5之輸出信號。

圖3示意性圖解感測器5之該可移位部分51之一磁流量「描線圖」。自此圖可注意到，感測器5之該可移位部分51相對於感測器5之該固定部分52之速度及定位可基於在感測器5之該固定部分52內誘發之電壓強度而估算，也就是說，該可移動配置之速度(因此，活塞1之速度)與感測器5之該輸出信號之強度成正比。

如先前所述，本發明之主要實施例允許對感測器5之輸出信號進行分析。較佳的是，透過不同之理念實施該分析。

因此，感測器5之該輸出信號(下文將稱為SS信號)被發送至一電子電路，該電子電路基本上包括至少一個處理核心10且包括至少一個濾波模組11。

較佳的是，該處理核心10包括一(習知的)電子微處理器或一(習知的)電子微控制器。

進一步較佳的是，該濾波模組11包括一簡單的RC電路(低通濾波器)或一RLC電路(高通濾波器)。視需要，在具有執行信號濾波功能之充分處理能力之情形下，該濾波模組11可併入該處理核心10自身中。

進一步較佳的是，該處理核心10可直接負責對壓縮機(圖中未展示)的引擎9供電。

自圖4可注意到，SS信號被直接發送至該處理核心10且至該濾波模組11。亦可觀察到，來自該濾波模組11之經濾波信號SF亦被發送至該處理核心10。

因此，可斷定，該處理核心10接收且分析兩個主要不同 信號。SS信號允許估算活塞1之位置(信號振幅)及速度(信號頻率)。該SF(經濾波信號)允許核查該活塞1與(圖中未展示)之閥板之間發生碰撞之事件。

關於此，在不發生碰撞之情形(圖6.1)與發生碰撞之情形(圖6.2)下，該SF經濾波信號(其包括經歷「帶通濾波器帶」類型或低通類型之(類比或數位)電子濾波器之該SS信號，其中主要頻率被減弱)具有一明顯不同之波形。即時地以數學方式分解此等波形且分解結果(主要是較高位級之諧波(圖7.2))由該處理核心(10)分析，以決定避免碰撞(主要在該處理核心10控制用於引擎9之功率饋送之情形下)之最佳策略。

在圖7.1及圖7.2中，清晰地展示在碰撞不發生之情形與發生碰撞之情形下較高位級之諧波之間之差異。

此外，應認識到，在碰撞不發生之情形(圖6.1及圖7.1)與發生碰撞(圖6.2及圖7.2)之情形下之間之一信號差異主要是由於在碰撞發生期間該可移動配置之振動(因此，感測器5之該可移位部分51之振動)引起，因為此振動可產生具有雜訊之一磁場(因此，一SS輸出信號)，該雜訊可由該濾波模組11證實，且由該處理核心10分析。

較佳的是，用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之該系統能夠同時偵測所述之三個參數(速度、位置及碰撞)，其中基於該SS信號獲得活塞1之速度及位置，且藉由分析該SF經濾波信號之諧波獲得該活塞1與閥板之間發生碰撞之事件。

基於概念及執行功能之原理，可觀察到，可即時(在一壓縮機之整個發揮功能期間)及/或在計量且界定活塞1之初始道程時使用用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之該系統。

在描述一較佳示例性實施例之後，應理解，本發明之範疇涵蓋其他變化方案。本發明係僅由申請專利範圍之內容(且包含可行之等效內容)界定。

1‧‧‧活塞

2‧‧‧連桿

3‧‧‧引導體

4‧‧‧第一支撐件

5‧‧‧感測器

6‧‧‧第二支撐件

7‧‧‧屏蔽體

8‧‧‧結構

9‧‧‧引擎

10‧‧‧處理核心

11‧‧‧濾波模組

51‧‧‧可移位部分

52‧‧‧固定部分

SF‧‧‧經濾波信號

SS‧‧‧輸出信號

圖1圖解一活塞(與其連桿及感測器結合)之一放大透視圖；圖2圖解圖1中所繪示之(經裝配)組件之一示意性剖面圖；圖3圖解用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之系統中之一感測器之一截面圖之一磁流量「描線圖」；圖4圖解用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之該系統之一方塊圖；圖5圖解藉由用於偵測應用於一壓縮機活塞之系統中之該感測器測量之一信號；圖6.1及圖6.2分別圖解在該活塞與其「閥板」發生碰撞之前及之後由該感測器測量且由用於偵測參數之該系統濾波之一信號之一實例；及圖7.1及圖7.2分別圖解在該活塞與其「閥板」發生碰撞之前及之後由該感測器測量且由用於偵測參數之該系統濾波之一信號之諧波之位級之一實例。

1‧‧‧活塞

2‧‧‧連桿

3‧‧‧引導體

4‧‧‧第一支撐件

6‧‧‧第二支撐件

7‧‧‧屏蔽體

8‧‧‧結構

51‧‧‧可移位部分

52‧‧‧固定部分

Claims (9)

1. 一種用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之系統，其包括：至少一可軸向移動配置，其係由一電動引擎(9)驅動；至少一感測器(5)，其包括至少一可移位部分(51)及至少一固定部分(52)；至少一電子電路，其包括至少一處理核心(10)；該可移動配置大體上包括至少一活塞(1)、至少一連接桿(2)及至少一引導體(3)，其中該感測器(5)之該可移位部分(51)係附接至該可移動配置；且感測器(5)之輸出信號(SS)被發送至該處理核心(10)；用於偵測應用於一壓縮機系統之參數之該系統之特徵在於，該電子電路進一步包括至少一濾波模組(11)；感測器(5)之該輸出信號(SS)被發送至該濾波模組(11)；該濾波模組(11)之該經濾波信號(SF)被發送至該處理核心(10)。
2. 如請求項1之用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之系統，其中該處理核心(10)同時接收感測器(5)之該輸出信號(SS)及該濾波模組(11)之該經濾波信號(SF)。
3. 如請求項1之用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之系統，其中藉由感測器(5)之該輸出信號(SS)之頻率測量該活塞(1)之一速度參數。
4. 如請求項1之用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之系統，其中藉由感測器(5)之該輸出信號(SS)之強度測量該活塞(1)之一定位參數。
5. 如請求項1之用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之系統，其中藉由該經濾波信號(SF)測量該活塞(1)與閥板之間產生碰撞事件之參數。
6. 如請求項1或5之用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之系統，其中藉由對存在於感測器(5)之該輸出信號(SS)中且在該濾波模組(11)之該經濾波信號(SF)中證明之雜訊之分析來測量該活塞(1)與閥板之間產生碰撞事件之參數。
7. 如請求項6之用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之系統，其中對在該濾波模組(11)之該經濾波信號(SF)中證明之雜訊之分析包括分析存在於該經濾波信號(SF)中之較高位級之諧波。
8. 如請求項1之用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之系統，其中對在該濾波模組(11)之該濾波信號中證明之雜訊之分析發生於該處理核心(10)中。
9. 如請求項1之用於偵測應用於一壓縮機活塞之參數之系統，其中該感測器(5)係應用於一電磁屏蔽體(7)。