CN112302790A - 一种自由活塞发动机位置及速度识别装置与方法 - Google Patents

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程勇
唐娟
吕宏
马翠英
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Abstract

本发明属于自由活塞发动机位置及速度识别领域，提供了一种自由活塞发动机位置及速度识别装置与方法。其中，自由活塞发动机位置及速度识别装置包括触点，固定在自由活塞发动机的电机轴两端，作为电机运动左右极限位置；传感元件，固定在自由活塞发动机的机壳上，布设在第一位置、第二位置和第三位置处；第一位置为电机运动中间位置，第二位置位于电机运动中间位置与左极限位置之间，第三位置位于电机运动中间位置与右极限位置之间；处理器，被配置为接收传感元件传送来的信号，确定出自由活塞发动机位置及速度。

Description

一种自由活塞发动机位置及速度识别装置与方法
技术领域
本发明属于自由活塞发动机位置及速度识别领域，尤其涉及一种自由活塞发动机位置及速度识别装置与方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前，常见的自由活塞直线发电机(FPLG，free-piston linear generator)结构主要分为单活塞式、对置双活塞式(简称对置式)和背置双活塞式(简称背置式)三种。单活塞式结构简单，容易控制，但存在不平衡问题，且需要回位装置；对置式平衡性好，但需要同步机构和返回装置；背置式具有较高的能量密度和较高的热效率。和传统内燃机相比，FPLG减少了曲柄连杆机构，因此结构简单，摩擦力小，热效率提高，具有较好的应用前景，但FPLG存在活塞运动难以控制的难点。PFLG主要包括发动机和电机两个主要部件。一般情况下，FPLG中的电机在启动过程中提供动力，作为电机拖动活塞运动，达到指定位置后，该电机从电动机模式转换为发电机模式，输出电能。
发明人发现，现有的自由活塞发动机位置及速度识别的过程中，一般将相应传感器安装在左右极限位置，然而当活塞无法达到左右极限位置时，则无法能够准确识别出自由活塞发动机位置及速度；另外，一般采用光栅尺作为相对位置确定，霍尔传感器进行绝对位置确定，一般价格较高。
发明内容
为了解决上述至少一个问题，本发明的第一个方面提供一种自由活塞发动机位置及速度识别装置，其结构简单且能够准确识别出自由活塞发动机位置及速度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
在一个或多个实施例中，一种自由活塞发动机位置及速度识别装置，包括：
触点，固定在自由活塞发动机的电机轴两端，作为电机运动左右极限位置；
传感元件，固定在自由活塞发动机的机壳上，布设在第一位置、第二位置和第三位置处；第一位置为电机运动中间位置，第二位置位于电机运动中间位置与左极限位置之间，第三位置位于电机运动中间位置与右极限位置之间；
处理器，被配置为接收传感元件传送来的信号，确定出自由活塞发动机位置及速度。
本发明的第二个方面提供一种自由活塞发动机位置及速度识别装置的识别方法，其能够准确识别出自由活塞发动机位置及速度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
在一个或多个实施例中，一种自由活塞发动机位置及速度识别装置的识别方法，包括：
接收第一位置、第二位置和第三位置处传感元件传送来的信号，确定出自由活塞发动机位置及速度：
若接收到第二位置处传感元件的输出信号，则判定电机处于左侧；
若接收到第三位置处传感元件的输出信号，则判定电机处于右侧；
获取处于第一位置处传感器的至少两个上升沿及对应的时间，任意两个上升沿之间的距离为第一位置与第二位置/第三位置之间的距离，根据距离与时间的比值计算出自由活塞的速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的自由活塞发动机位置及速度识别装置包括触点、传感元件和处理器；传感元件固定在自由活塞发动机的机壳的第一位置、第二位置和第三位置处；第一位置为电机运动中间位置，第二位置位于电机运动中间位置与左极限位置之间，第三位置位于电机运动中间位置与右极限位置之间，利用传感元件与触点之间的配合，进而输出相应信号，由处理器确定出自由活塞发动机位置及速度，结构简单。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例的自由活塞发动机位置及速度识别装置原理图；
图2是本发明实施例的触点与传感元件接触时产生的信号；
图3是本发明实施例的自由活塞直线发电机结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
图3给出了本实施例的自由活塞直线发电机结构示意图，其中，自由活塞直线发电机包括机体和直线电机2，机体和直线电机2内部设置动子组件7，机体和直线电机2两侧分别设置有左侧气缸1和右侧气缸3；动子组件7在左侧气缸1和右侧气缸3中左右移动。其中，动子组件7可采用活塞结构来实现。
自由活塞直线发电机设置在试验台6上，自由活塞直线发电机底部设置有约束支架5，约束支架5安装在试验台6上，约束支架5通过连接法兰4与自由活塞直线发电机连接。
参照图1，本实施例的自由活塞发动机位置及速度识别装置，包括触点、传感元件和处理器。
其中，触点，固定在自由活塞发动机的电机轴两端，作为电机运动左右极限位置。在本实施例中，触点为齿轮式触点或者三角形。
例如：触点1和触点2分别位于电机的两端。
在具体实施中，传感元件，固定在自由活塞发动机的机壳上，布设在第一位置、第二位置和第三位置处；第一位置为电机运动中间位置，第二位置位于电机运动中间位置与左极限位置之间，第三位置位于电机运动中间位置与右极限位置之间。
在本实施例中，第二位置和第三位置均与第一位置的距离不等，也可设置为相等。
优选地，第二位置和第三位置均与第一位置的距离，例如：第二位置和第三位置均距离第一位置的3/4极限位置处。
此处需要说明的是，第二位置和第三位置均距离第一位置也可为其他距离，比如4/5极限位置处。
本实施例的传感元件为磁电传感器、光电传感器或霍尔传感器。这样降低了自由活塞发动机位置及速度识别装置的成本。
在图1中，传感器1的位置为左极限位置的3/4处，传感器2的位置为右极限位置的3/4处，传感器3处于电机运动的中间位置。当传感器及触点随电机运动时，触点与传感器接触时会产生类正弦信号或者矩形波信号，类正弦信号处理后也可以变为矩形波信号，如图2所示。
本实施例的处理器被配置为接收传感元件传送来的信号，确定出自由活塞发动机位置及速度。
具体地，确定电机所处位置及运动方向的方法：
根据传感器1和传感器2来确定电机所处位置，当传感器1有信号输出时，说明电机处于左侧，当传感器2有信号输出时，说明电机处于右侧。停机后电机处于中间位置附近，当电机向左侧运动时，传感器1会输出信号，表明电机向左运动；当电机向右侧运动时，传感器2会输出信号，表明电机向右运动。
确定上止点位置的方法：
传感器1和传感器2距上止点距离一定，传感器3输出的每一个信号对应一定的位移量，当活塞经过传感器1和传感器2后，通过计算传感器3输出的信号数量就可以得到上止点。
其中，上止点：在直线发电机中活塞处于左右两侧最大距离时的位置称为上止点。
当直线电机向右运动时，上止点计算方法：
Figure BDA0002667422810000061
u＝∫adt
S＝∫udt
其中，F左为左侧气缸的工作压力，N；F右为右侧气缸的工作压力，N；Ff为直线电机运动过程中的摩擦阻力，N；F电磁为直线电机的电磁阻力，N；a为直线电机的加速度，m/s2；u为直线电机的速度，m/s；S为直线电机由左侧运动到右侧的距离，m。
确定速度方法：
获取传感器3输出的至少两个上升沿及对应的时间，由于上升沿之间的距离是一定的，此时可得到对应的速度，所述速度的计算公式为：
Figure BDA0002667422810000062
式中，S分别表示传感器3输出的两个上升沿对应的距离，t1、t2分别表示测得的两个上升沿对应的时间。
所述最大加速度的计算具体为：
获取至少三个上升沿及对应的时间，计算加速度，所述最大加速度的计算公式为：
Figure BDA0002667422810000063
式中，S分别表示两个上升沿对应的距离，t1、t2、t3分别表示测得的两个上升沿对应的时间。
本实施例的上述自由活塞发动机位置及速度识别装置的识别方法，包括：
接收第一位置、第二位置和第三位置处传感元件传送来的信号，确定出自由活塞发动机位置及速度：
若接收到第二位置处传感元件的输出信号，则判定电机处于左侧；
若接收到第三位置处传感元件的输出信号，则判定电机处于右侧。
获取处于第一位置处传感器的至少两个上升沿及对应的时间，任意两个上升沿之间的距离为第一位置与第二位置/第三位置之间的距离，根据距离与时间的比值计算出自由活塞的速度。
在另一实施例中，本实施例所述的识别方法，还包括：
获取处于第一位置处传感器的至少三个上升沿及对应的时间，任意两个上升沿之间的距离为第一位置与第二位置/第三位置之间的距离，得到自由活塞的最大加速度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自由活塞发动机位置及速度识别装置，其特征在于，包括：
触点，固定在自由活塞发动机的电机轴两端，作为电机运动左右极限位置；
传感元件，固定在自由活塞发动机的机壳上，布设在第一位置、第二位置和第三位置处；第一位置为电机运动中间位置，第二位置位于电机运动中间位置与左极限位置之间，第三位置位于电机运动中间位置与右极限位置之间；
处理器，被配置为接收传感元件传送来的信号，确定出自由活塞发动机位置及速度。
2.如权利要求1所述的自由活塞发动机位置及速度识别装置，其特征在于，第二位置和第三位置均与第一位置的距离相等。
3.如权利要求1所述的自由活塞发动机位置及速度识别装置，其特征在于，在所述处理器中，若接收到第二位置处传感元件的输出信号，则判定电机处于左侧；若接收到第三位置处传感元件的输出信号，则判定电机处于右侧。
4.如权利要求1所述的自由活塞发动机位置及速度识别装置，其特征在于，在所述处理器中，确定上止点的过程为：
第二位置处传感元件和第三位置处传感元件均与上止点距离已知；
第一位置处传感元件输出的每一个信号对应一定的位移量，当活塞经过第二位置处传感元件和第三位置处传感元件后，通过计算第一位置处传感元件输出的信号数量，得到上止点。
5.如权利要求1所述的自由活塞发动机位置及速度识别装置，其特征在于，在所述处理器中，获取处于第一位置处传感器的至少两个上升沿及对应的时间，任意两个上升沿之间的距离为第一位置与第二位置/第三位置之间的距离，根据距离与时间的比值计算出自由活塞的速度。
6.如权利要求1所述的自由活塞发动机位置及速度识别装置，其特征在于，在所述处理器中，获取处于第一位置处传感器的至少三个上升沿及对应的时间，任意两个上升沿之间的距离为第一位置与第二位置/第三位置之间的距离，得到自由活塞的最大加速度。
7.如权利要求1所述的自由活塞发动机位置及速度识别装置，其特征在于，所述触点为齿轮式触点。
8.如权利要求1所述的自由活塞发动机位置及速度识别装置，其特征在于，所述传感元件为磁电传感器、光电传感器或霍尔传感器。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的自由活塞发动机位置及速度识别装置的识别方法，其特征在于，包括：
接收第一位置、第二位置和第三位置处传感元件传送来的信号，确定出自由活塞发动机位置及速度：
若接收到第二位置处传感元件的输出信号，则判定电机处于左侧；
若接收到第三位置处传感元件的输出信号，则判定电机处于右侧；
获取处于第一位置处传感器的至少两个上升沿及对应的时间，任意两个上升沿之间的距离为第一位置与第二位置/第三位置之间的距离，根据距离与时间的比值计算出自由活塞的速度。
10.如权利要求9所述的识别方法，其特征在于，还包括：
获取处于第一位置处传感器的至少三个上升沿及对应的时间，任意两个上升沿之间的距离为第一位置与第二位置/第三位置之间的距离，得到自由活塞的最大加速度。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03263558A (ja) * 1990-03-14 1991-11-25 Shonan Gijutsu Center Kk フリーピストン式膨脹エンジン
US5287827A (en) * 1991-09-17 1994-02-22 Tectonics Companies, Inc. Free piston engine control system
CN101328856A (zh) * 2008-07-24 2008-12-24 上海交通大学 自由活塞式内燃机点火保护模块、系统及方法
WO2011162734A1 (en) * 2010-06-24 2011-12-29 U.S. Environmental Protection Agency Quasi free piston engine
CN102536445A (zh) * 2011-01-01 2012-07-04 李汉玉 一种活塞式动力机产生和/或传输功率的机构与其装置
CN106089541A (zh) * 2016-06-14 2016-11-09 吉林大学 基于极值搜索的自由活塞发动机控制系统点火位置优化方法
CN107084036A (zh) * 2008-04-16 2017-08-22 米提亚·维克托·辛德克斯 新型往复式机器和其它装置
CN110594014A (zh) * 2019-09-20 2019-12-20 山东休普动力科技股份有限公司 一种二冲程背置双活塞式自由活塞直线发电机
CN110779639A (zh) * 2019-11-19 2020-02-11 重庆交通大学 一种基于光纤光栅的机械手触滑觉传感器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03263558A (ja) * 1990-03-14 1991-11-25 Shonan Gijutsu Center Kk フリーピストン式膨脹エンジン
US5287827A (en) * 1991-09-17 1994-02-22 Tectonics Companies, Inc. Free piston engine control system
CN107084036A (zh) * 2008-04-16 2017-08-22 米提亚·维克托·辛德克斯 新型往复式机器和其它装置
CN101328856A (zh) * 2008-07-24 2008-12-24 上海交通大学 自由活塞式内燃机点火保护模块、系统及方法
WO2011162734A1 (en) * 2010-06-24 2011-12-29 U.S. Environmental Protection Agency Quasi free piston engine
CN102536445A (zh) * 2011-01-01 2012-07-04 李汉玉 一种活塞式动力机产生和/或传输功率的机构与其装置
CN106089541A (zh) * 2016-06-14 2016-11-09 吉林大学 基于极值搜索的自由活塞发动机控制系统点火位置优化方法
CN110594014A (zh) * 2019-09-20 2019-12-20 山东休普动力科技股份有限公司 一种二冲程背置双活塞式自由活塞直线发电机
CN110779639A (zh) * 2019-11-19 2020-02-11 重庆交通大学 一种基于光纤光栅的机械手触滑觉传感器

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