JP2009536514A - Vibration control of a free piston machine via frequency adjustment - Google Patents
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Abstract
本発明は機械装置の機械的振動の振幅を最小化するための方法および装置であり、この機械装置は駆動される機械の往復運動する質量に結合されて駆動振動数で往復運動に駆動する自由に直線往復運動する原動機を含む。結合された原動機および駆動される機械は、主な系の往復運動の共振振動数を有する主な共振系を形成するように往復運動する質量に力を加えるバネを有する。駆動される機械が許容可能な作動効率で作動する駆動振動数の範囲が決定され保存される。振動の振幅または作動温度等の機械装置の作動のパラメータが感知され、原動機は感知したパラメータに応じて、駆動振動数で駆動されるが、この駆動振動数は、主な系の往復運動の共振振動数からずれており、作動効率が許容可能な駆動振動数の範囲内であり、既存の作動条件下で機械装置の機械的振動の振幅を減少または最小化させる振動数である。 The present invention is a method and apparatus for minimizing the amplitude of mechanical vibrations of a mechanical device, which is coupled to the reciprocating mass of the driven machine and is free to drive reciprocating at a driving frequency. Including a prime mover that reciprocates linearly The combined prime mover and driven machine have a spring that applies a force to the reciprocating mass to form a main resonant system having a resonant frequency of the main system's reciprocating motion. The range of drive frequencies at which the driven machine operates at an acceptable operating efficiency is determined and stored. The machine operating parameters such as vibration amplitude or operating temperature are sensed and the prime mover is driven at the driving frequency according to the sensed parameter, which is the resonance of the reciprocating motion of the main system. This is a frequency that deviates from the frequency and whose operating efficiency is within the allowable drive frequency range and that reduces or minimizes the amplitude of the mechanical vibration of the mechanical device under existing operating conditions.
Description
本発明は、一般に機械装置の機械的振動を最小化することに関し、この機械装置は、自由に直線往復運動する原動機によって往復運動に駆動される1つまたは複数の質量を含み、この原動機を制御する電子制御装置を使用する。 The present invention relates generally to minimizing mechanical vibrations of a mechanical device, the mechanical device including one or more masses driven in reciprocating motion by a freely reciprocating prime mover and controlling the prime mover. Use an electronic control unit.
自由に直線往復運動する機械は、耐久性が良く、摩耗が少なく、制御性および効率がよいため、頻繁に使用される。自由に往復運動する機械には、リニアコンプレッサ、自由ピストンスターリングエンジン、スターリング冷却器、極低温冷却器およびヒートポンプ、リニアモータ、およびリニア交流発電機を含む。自由に直線往復運動する機械は、制御可能なストロークで往復運動するが、従来のクランクシャフトおよびコネクティングロッドに限定されない。しかし、自由に直線往復運動する機械は、共通のハウジング内で直線的に往復運動する1つまたは複数の質量を有し、かつ/または共通の支持フレームに取り付けられているために、著しい振動を引き起こす。 Freely linear reciprocating machines are frequently used because of their good durability, low wear, good controllability and efficiency. Free reciprocating machines include linear compressors, free piston Stirling engines, Stirling coolers, cryogenic coolers and heat pumps, linear motors, and linear alternators. Free linear reciprocating machines reciprocate with a controllable stroke, but are not limited to conventional crankshafts and connecting rods. However, freely linear reciprocating machines have significant vibrations because they have one or more masses that reciprocate linearly in a common housing and / or are attached to a common support frame. cause.
一般に、主な機械またはシステムは、互いに接続された複数の自由に往復運動する機械よりなる。往復運動する機械の1つは、スターリングリニアモータとも呼ぶことができる自由ピストンスターリングエンジンまたは電動リニアモータ等の、自由に直線往復運動する原動機である。他の往復運動する機械には、機械的な連結を通して原動機によって駆動される自由に直線往復運動する負荷があり、例えば、自由ピストンコンプレッサ、スターリングヒートポンプまたは冷却器、または電気交流発電機があり得る。原動機およびそれが駆動する負荷の両方の往復運動する合成質量が振動に寄与する。この振動は通常望ましくないものであり、このような振動の振幅を最小化するために、さまざまなシステムが開発されてきた。 In general, the main machine or system consists of a plurality of freely reciprocating machines connected to each other. One reciprocating machine is a prime mover that freely reciprocates linearly, such as a free piston Stirling engine or an electric linear motor, which can also be referred to as a Stirling linear motor. Other reciprocating machines have a free linear reciprocating load driven by a prime mover through a mechanical connection, such as a free piston compressor, a Stirling heat pump or cooler, or an electric alternator. The reciprocating composite mass of both the prime mover and the load it drives contributes to the vibration. This vibration is usually undesirable and various systems have been developed to minimize the amplitude of such vibration.
一般に、自由ピストンおよび他の自由に直線往復運動する機械は、往復運動する質量にバネ力を加える1つまたは複数のバネを伴って構築される。原動機およびそれが駆動する機械の両方ともバネを含み得る。バネは、ガスバネ、磁気バネおよび機械的バネの1つまたは組み合わせたものを含み得る。ガスバネおよび磁気バネはバネ力を与えるために設計された装置であり、すなわち、さらに一般的には、これらは、機械の部品に作用するガス、および/または電気リニアモータおよび交流発電機等の機械の中に使用される電磁石装置または永久磁石システムからの磁力の結果である。自由に直線往復運動する原動機の質量およびバネ、および駆動される自由に直線往復運動する機械は、合わさって共振系である主な機械を形成する。 In general, free pistons and other freely linear reciprocating machines are built with one or more springs that apply a spring force to the reciprocating mass. Both the prime mover and the machine it drives may include a spring. The spring may include one or a combination of a gas spring, a magnetic spring, and a mechanical spring. Gas springs and magnetic springs are devices designed to provide a spring force, that is, more generally, they are gases acting on machine parts and / or machines such as electric linear motors and alternators Is the result of the magnetic force from the electromagnet device or permanent magnet system used in the. The mass and springs of the prime mover that moves freely in linear reciprocation, and the driven free linear reciprocating machine together form the main machine that is a resonant system.
一般に、主な機械は、共振振動数またはその近辺で作動するように設計されるが、共振が機械の効率を最大化させるためである。そのような系の固有振動数は次式によって表される。 In general, the main machine is designed to operate at or near the resonant frequency, since resonance maximizes the efficiency of the machine. The natural frequency of such a system is expressed by the following equation.
ここで、fはサイクル/秒、またはヘルツで表した共振振動数で、Kはニュートン/メートルで表した合成バネ定数、mはKgで表した合成質量である。用語「合成」は、主な機械の個々の質量およびバネの総和を指すように使用され、用語「質量」および「バネ」は、これらの効果が互いに合計される場合に、合成質量または合成バネを含むように使用される。 Here, f is a resonance frequency expressed in cycles / second or hertz, K is a combined spring constant expressed in Newton / meter, and m is a combined mass expressed in Kg. The term “synthetic” is used to refer to the sum of the individual masses and springs of the main machine, and the terms “mass” and “spring” are used when the effects are summed with each other. Used to include
振動問題は、機械装置が主な機械またはシステムからなり、それが駆動される機械を駆動する原動機を含み、さらに、1つまたは複数の二次的な振動系を含む他の装置にも結合される場合に、一層複雑になり得る。機械的に主なシステムに接続されるように二次的な振動系を装着することによって、そのような二次的なシステムが主な機械に結合される場合があるが、これは、例えば、両方のシステムが同じ支持フレームに装着されているからである。二次的な振動系は、質量およびバネを伴い作動中に揺動するように設計される装置の場合があるし、または、通常の機能の一部としては揺動することを意図しないが、それにもかかわらず、バネとして作用する構造に接続された質量を有する装置の場合がある。通常の作動中に振動することを意図しない場合には、主なシステムに結合される二次的な振動系は寄生共振系である。寄生共振系の共振振動数が主な機械の駆動振動数に十分に近い場合、寄生振動系は過度の振幅で振動し得る。寄生振動系が駆動振動数で振動し、主なシステムに対して位相のずれが90°より少ない場合には、機械装置の全体の振動が増加し得る。 The vibration problem includes the prime mover that drives the machine from which the mechanical device is the main machine or system, and is also coupled to other devices that include one or more secondary vibration systems. Can be more complicated. By attaching a secondary vibration system to be mechanically connected to the main system, such a secondary system may be coupled to the main machine, for example, This is because both systems are mounted on the same support frame. Secondary vibration systems may be devices that are designed to swing during operation with mass and springs, or are not intended to swing as part of their normal function, Nevertheless, it may be a device having a mass connected to a structure that acts as a spring. If not intended to vibrate during normal operation, the secondary vibration system coupled to the main system is a parasitic resonance system. If the resonance frequency of the parasitic resonance system is sufficiently close to the drive frequency of the main machine, the parasitic vibration system can vibrate with excessive amplitude. If the parasitic vibration system vibrates at the driving frequency and the phase shift with respect to the main system is less than 90 °, the overall vibration of the mechanical device may increase.
先行技術では、主な機械の振動を減少させるために、さまざまな装置が開発されてきた。これらは、「振動吸収器」を含み、さまざまな名称で知られるが、それらは振動を「吸収」するのではないので、もっと正確には振動バランサと呼ばれる。振動バランサは、主なシステムに通常は直接接続によって、主なシステムに機械的に結合される二次的な振動系である。振動バランサの目的は、主な機械の往復運動に起因する振動を減少させることであるが、振動バランサは、主な機械またはシステムの一部ではないため、望ましくは、二次的な振動系の形態として見なされる。1つの一般的な振動を釣り合わせるシステムは、主な機械の振動する質量によって発生する力と等しく、しかし反対向きの力を、振動する主な機械に加えるように、往復運動する対抗の釣り合わせ質量を駆動するようにする。振動バランサの駆動される質量は、自身の原動機によって駆動可能であるが、または、別法としては、振動する主な機械の振動によって駆動され、その結果、同じ駆動振動数で共振するが、振動する主な機械の振動に対して位相のずれが180°で往復運動するように設計可能である。前者の性質のシステムの実施例が米国特許第5,620,068号公報に示される。 In the prior art, various devices have been developed to reduce main machine vibration. These include "vibration absorbers" and are known by various names, but they are more accurately called vibration balancers because they do not "absorb" vibrations. A vibration balancer is a secondary vibration system that is mechanically coupled to the main system, usually by direct connection to the main system. The purpose of the vibration balancer is to reduce the vibrations caused by the reciprocating motion of the main machine, but since the vibration balancer is not part of the main machine or system, it is desirable to Considered as a form. A system that balances one general vibration is a counterbalance that reciprocates so that a force equal to the force generated by the oscillating mass of the main machine, but the opposite force is applied to the oscillating main machine. Drive the mass. The driven mass of the vibration balancer can be driven by its own prime mover, or alternatively it is driven by the vibration of the main machine that vibrates, and as a result resonates at the same drive frequency, It can be designed to reciprocate with a phase shift of 180 ° relative to the main machine vibration. An example of a system of the former nature is shown in US Pat. No. 5,620,068.
振動を減少させるための他のシステムが米国特許第6,040,672号公報に例示されている。電気モータ駆動信号中に誘起された波形が感知され、制御波形に変換され、振動を減少させるためにモータ駆動電流に加えられる。 Another system for reducing vibration is illustrated in US Pat. No. 6,040,672. The induced waveform in the electric motor drive signal is sensed and converted to a control waveform and added to the motor drive current to reduce vibration.
これらのシステムは比較的に安定な作動条件では満足に機能するが、作動条件が極端に変動する場合には、困難に直面する。例えば、スターリングサイクル冷却器は極端な周囲温度変動に曝される場合がある。−40℃から+60℃までの範囲のいずれかで作動する場合がある。スターリング冷却器に振動バランサが取り付けられている場合、温度のこのような変動は冷却器のバネの剛性を変化させ、それによってバネ定数を変化させ、従って、振動バランサの固有振動数を変化させる。冷却器内のバネ力の有効バネ剛性もまた幾分変化し得るが、振動バランサは一般にQが高い(すなわち、共振ピークが急峻)一方、スターリング冷却器は一般に比較的にQが低いため、これの変動は通常あまり影響しない。従って、駆動振動数が変わらなければ、振動バランサの固有振動数の比較的小さな変動は、揺動の有効振幅に大きな変動をもたらす。その結果、振動する主な機械の振動を打ち消す振動バランサの能力は、著しく減少する。同様に、温度の変化も、電気的なパラメータの変化をもたらし、その結果、磁気バネ効果の有効バネ定数を変化させ得る。温度は、また、スターリングエンジンの動的な挙動も変化させ、作動振動数を変化させてしまう。機械的バネまたは変化するストロークに反応する構造部品の非線形な挙動も、同様に、固有振動数を変化させ得る。 These systems work satisfactorily at relatively stable operating conditions, but face difficulties when the operating conditions vary extremely. For example, Stirling cycle coolers may be exposed to extreme ambient temperature fluctuations. May operate in the range of -40 ° C to + 60 ° C. When a vibration balancer is attached to a Stirling cooler, such fluctuations in temperature change the stiffness of the cooler spring, thereby changing the spring constant and thus changing the natural frequency of the vibration balancer. The effective spring stiffness of the spring force in the cooler can also vary somewhat, but vibration balancers generally have a high Q (ie, sharp resonance peaks), while Stirling coolers generally have a relatively low Q, Variations in are usually not significantly affected. Therefore, if the driving frequency does not change, a relatively small variation in the natural frequency of the vibration balancer causes a large variation in the effective amplitude of the oscillation. As a result, the ability of the vibration balancer to counteract the vibration of the main machine that vibrates is significantly reduced. Similarly, changes in temperature can also result in changes in electrical parameters, which can change the effective spring constant of the magnetic spring effect. Temperature also changes the dynamic behavior of the Stirling engine and changes the operating frequency. Non-linear behavior of structural parts in response to mechanical springs or changing strokes can similarly change the natural frequency.
その結果、振動バランサを備える機械装置は、ある作動条件下では良く釣り合い、許容可能な振動の振幅を示すが、作動条件が所定の作動条件から大きく逸脱すると、作動条件の変化が振動バランサの共振振動数すなわち固有振動数を変化させる、または、主なシステムに対する位相関係を変化させる、またはその両方のために、振動バランサは効果が少なくなる。振動バランサの効果が少なくなると、振動の振幅が増加する。 As a result, a mechanical device with a vibration balancer balances well under certain operating conditions and exhibits an acceptable vibration amplitude, but if the operating condition deviates significantly from the predetermined operating condition, the change in the operating condition causes the resonance of the vibration balancer. Vibration balancers are less effective because they change the frequency or natural frequency, or the phase relationship to the main system, or both. As the effect of the vibration balancer decreases, the amplitude of vibration increases.
同様に、主なシステムに結合した二次的な寄生振動系の共振振動数も、作動条件の変化の結果変わり得る。その結果、その作動条件が大きく変化すると、ある作動条件下で機械装置の振動を悪化させない二次系が問題になり得る。作動条件が大きく変化すると、振動問題のない機械装置の部品が問題になり得る。寄生振動システムもまた、機械が構築させた後に発見させる場合がある。 Similarly, the resonant frequency of a secondary parasitic vibration system coupled to the main system can also change as a result of changes in operating conditions. As a result, when the operating condition changes greatly, a secondary system that does not deteriorate the vibration of the mechanical device under a certain operating condition may become a problem. When operating conditions change significantly, parts of mechanical devices that are free of vibration problems can become a problem. Parasitic vibration systems may also be discovered after the machine has been built.
バネ定数または、それ以外であれば揺動の固有振動数を変化させることが可能な振動バランサを構築することが可能であろうが、そのような振動バランサは従来の振動バランサよりもさらに高価であろう。振動バランサはかなりの費用になるだけでなく、製品に対して場所を取り、かつ重量を加える。 It would be possible to build a vibration balancer that could change the spring constant or otherwise the natural frequency of the swing, but such a vibration balancer would be more expensive than a conventional vibration balancer. I will. Vibrating balancers are not only costly, but also take up space and add weight to the product.
本発明の特徴と目的は、作動条件の変動の結果としての変動に対して、振動バランサが振動を打ち消す能力を電気的に補償することによって、振動バランサを補うことである。 A feature and object of the present invention is to supplement a vibration balancer by electrically compensating for the ability of the vibration balancer to cancel the vibrations as a result of variations in operating conditions.
本発明の他の目的および特徴は、自由に直線往復運動する主な機械のための、二次的な寄生振動系を補償可能な制御システムを提供することである。 Another object and feature of the present invention is to provide a control system capable of compensating for secondary parasitic vibration systems for a main machine that is freely linearly reciprocating.
本発明の他の目的および特徴は、自由に直線往復運動する原動機の制御される作動特性を変化させて、自由に直線往復運動する主な機械に関連する共振振動数の変化のさまざまな原因のどのようなものも補償し、かつ、これがなければ、作動条件の変化に起因する非補償の変化が振動の増加をもたらし得る、主な機械に接続された振動バランサのどのようなものも補償することによって、振動を電気的に減少させることである。 Another object and feature of the present invention is to change the controlled operating characteristics of a prime mover that is freely linearly reciprocating, to account for various causes of resonant frequency changes associated with the main machine that is freely linearly reciprocated. Compensates for anything, and without this, compensates for any vibration balancer connected to the main machine, where uncompensated changes due to changes in operating conditions can lead to increased vibration This is to reduce vibrations electrically.
さらに本発明の他の目的は、機械の作動条件の変化に、独立して、かつ応じて、自由に直線往復運動する主な機械の共振振動数の変化を補償することである。 Yet another object of the present invention is to compensate for changes in the resonance frequency of the main machine that freely and linearly reciprocates independently and in response to changes in the operating conditions of the machine.
本発明は機械装置の機械的振動の振幅を最小化するための方法および装置であり、この機械装置は駆動される機械の往復運動する質量に結合されて駆動振動数で往復運動に駆動するリニアモータを含む。結合されたモータおよび駆動される機械は、主な系の往復運動の共振振動数を有する主な共振系を形成するように往復運動する合成質量に力を加える、1つまたは複数のバネを有する。駆動される機械が許容可能な作動効率で作動する駆動振動数の範囲が決定され保存される。機械装置の作動のパラメータが感知され、リニアモータは感知したパラメータに応じて、駆動振動数で駆動されるが、この駆動振動数は、主な系の往復運動の共振振動数からずれており、作動効率が許容可能な駆動振動数の範囲内であり、既存の作動条件下で機械装置の機械的振動の振幅を減少または最小化させる振動数である。 The present invention is a method and apparatus for minimizing the amplitude of mechanical vibrations of a mechanical device, which is coupled to a reciprocating mass of a driven machine and is driven in a reciprocating motion at a driving frequency. Includes motor. The coupled motor and driven machine have one or more springs that apply a force to the reciprocating composite mass to form a main resonant system having a resonant frequency of the main system's reciprocating motion. . The range of drive frequencies at which the driven machine operates at an acceptable operating efficiency is determined and stored. The operation parameter of the mechanical device is sensed, and the linear motor is driven at the drive frequency according to the sensed parameter, but this drive frequency is deviated from the resonance frequency of the reciprocating motion of the main system, A frequency whose operating efficiency is within an acceptable drive frequency range and which reduces or minimizes the amplitude of mechanical vibrations of the mechanical device under existing operating conditions.
図面に例示される本発明の好適な実施形態を説明するにおいて、明示化の目的のために特定の技術を利用する。しかし、本発明はこのように選択された特定の表現に限定されることを意図したものではなく、かつ、各特定の表現は、同様の目的を達する同様な方法で作動する全ての技術的な等価物を含むと理解すべきである。 In describing the preferred embodiments of the invention illustrated in the drawings, specific techniques are utilized for the purpose of clarity. However, the present invention is not intended to be limited to the specific representations thus selected, and each specific representation is intended to be a technical all that operates in a similar manner to achieve a similar purpose. It should be understood to include equivalents.
本発明は、振動バランサを含み得る二次的な振動系に結合されて振動または往復運動する主な機械を含む機械装置において、3つの振動数が重要であるとの観察を利用する。これらは、振動する主な機械の共振(固有)振動数、二次的な振動系の共振(固有)振動数、および主な装置の作動振動数である。主な機械の作動振動数は、振動バランサ、および主な機械に結合された他の任意の二次的な振動系の作動振動数でもある。 The present invention takes advantage of the observation that three frequencies are important in a mechanical device that includes a main machine that vibrates or reciprocates coupled to a secondary vibration system that may include a vibration balancer. These are the resonant (natural) frequency of the main machine that vibrates, the resonant (natural) frequency of the secondary vibration system, and the operating frequency of the main device. The operating frequency of the main machine is also the operating frequency of the vibration balancer and any other secondary vibration system coupled to the main machine.
任意の共振系について振動数と振動の振幅をグラフ表示すると、プロットされた振幅は共振振動数を中心とした共振ピークを形成する。これらのピークは、広範囲な緩やかな形態から急峻で急勾配の形態まで延びる拡がりで、立ち上がり立ち下がる。当業者には既知なように、ピークが急峻であればある程、共振系のQ因子「Q」が高い。 When the vibration frequency and vibration amplitude are displayed in a graph for an arbitrary resonance system, the plotted amplitude forms a resonance peak centered on the resonance frequency. These peaks broaden from a wide and gentle form to a steep and steep form, and rise and fall. As known to those skilled in the art, the sharper the peak, the higher the Q factor “Q” of the resonance system.
本発明は、自由に直線往復運動する駆動される機械を駆動する自由に直線往復運動する原動機を有し、これらの合成共振振動数またはその近辺で効率的に作動するこれらの主な機械は、それでもなお、通常は、許容可能な効率で作動可能な駆動振動数の帯域を有するとの観察を利用する。これらは、自身の共振振動数で正確に作動することに制限されない。これは、部分的に、スターリング冷却器を駆動するリニアモータ等の典型的な主な機械が、通常、低いQの共振ピークを示すためである。これは有益ではあるが、駆動される機械が許容可能な作動効率で作動する駆動振動数の範囲は、主な機械の機械的に共振し往復運動する部品のQによって決まるだけでなく、主な機械の他の設計および作動特性にも依存する。しかし、任意の特定の機械の設計者は、通常の技術的な原理を特定の主な機械とその用途に適用して、許容可能な駆動振動数の範囲を決定することができる。 The present invention has free linear reciprocating prime movers that drive driven machines that are freely linearly reciprocating, and these main machines that operate efficiently at or near their combined resonant frequencies are: Nevertheless, the observation that there is usually a drive frequency band that can be operated with acceptable efficiency is utilized. They are not limited to operating accurately at their resonant frequencies. This is partly because typical main machines, such as linear motors that drive Stirling coolers, typically exhibit low Q resonance peaks. While this is beneficial, the range of drive frequencies at which the driven machine operates with acceptable operating efficiency is not only determined by the mechanical resonance and reciprocating part quality of the main machine, It also depends on other design and operating characteristics of the machine. However, the designer of any particular machine can apply normal technical principles to the particular main machine and its application to determine the range of acceptable drive frequencies.
図1は機械装置10を図式的に例示し、これは、スターリング冷却器16を往復運動に駆動する電磁気リニアモータ14と、データ保存部20を有するモータ制御回路18と、リニアモータ14の作動の制御部からなる主な機械12とを有する。主な機械10は、振動バランサ26および寄生共振系28等の二次的な振動系24を含んでよい。例示された部品の全ては機械的に互いに結合し、機械装置10を形成する。例えば、これらは、同じハウジング内または同じフレーム上に物理的に互いに接続されてよく、または、振動を伝達可能な中間的な物理構造によって互いに連結されてもよい。
FIG. 1 schematically illustrates a
制御システムは、また、振動系24の温度を感知し、これは外装部で検知可能だが、温度データをモータ制御部18に入力する温度センサ22を有する。振動バランサのバネは、その温度が最も変化し振動バランサの共振振動数に直接影響する主な部品であるため、温度センサでこの温度を感知してもよい。別法では、周囲環境温度、またはバネに熱的に接続される部品の温度を感知してバネ温度を近似させることも可能である。
The control system also senses the temperature of the
モータ制御部18は従来型でよく、典型的にはマイクロプロセッサベースの計算システム、またはマイクロコントローラ、またはデジタル信号プロセッサであり、追加のセンサを含んでよい。好ましい制御回路はマイクロプロセッサの制御装置であるが、制御回路の機能を提供する多くの代替え手段が存在する。当業者には既知なように、さまざまな市販の非マイクロプロセッサベースの制御装置があり、これらは制御装置の機能を提供可能で、従って、等価であり、マイクロプロセッサ制御装置を置換可能である。感知機能は別の回路構成によって実行可能であるし、また、制御装置に搭載して提供可能である。適する制御装置は市販の等価なデジタルおよびアナログ回路を含み得る。本発明の制御回路に使用可能な制御装置の例には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブル・ゲートアレー、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブル・アナログアレー、およびロジックゲートアレーを含む。このような回路は、初歩的なデジタル論理回路でもよく、ダイオードおよびトランジスタ等の個別部品で構築してもよい。従って、用語「制御装置」は、総称的に、入手可能な、または既知のデジタル論理およびアナログ信号処理回路の任意の組み合わせを指すために使用され、上述のように制御回路の論理機能を実行するために、構築、プログラム、または、それ以外で形成可能である。
The
先行技術に広く示されているように、リニアモータは、固定電気子巻線内で往復運動するように配置された往復運動する一式の磁石を有する。磁石は、電気子巻線に印可された交流電流によって発生した交流磁界によって往復運動に駆動される。磁石の支持部は、スターリング冷却器16のピストンに接続されており、これを往復運動に駆動する。この往復運動はスターリング冷却器に熱エネルギを冷却器の1つの場所から他の場所に汲み上げさせ、そこで熱が排除される。当分野で既知のように、これらの上述した熱の汲み上げ能力のために、このようなスターリング装置はヒートポンプとしてより一般に知られている。スターリングヒートポンプは、排除した熱で物体を熱する、または装置の冷却場所で熱を受容し周囲環境中に排除することによって物体を冷却する、いずれかのために使用可能である。つまり、後者は冷却器と呼ばれることが多く、これには極低温度に冷却する冷却器を含む。スターリングヒートポンプ、コンプレッサ、または流体ポンプ等、リニアモータおよび駆動される機械の詳細は例示されていないが、これらは本発明ではなく、先行技術に多数の実施例が示されているためである。この回路の原理は、他の自由に直線往復運動する原動機、および、振動バランサを使用するリニアコンプレッサおよび自由ピストンスターリングエンジン等の駆動負荷にも適用可能である。
As is widely shown in the prior art, linear motors have a reciprocating set of magnets arranged to reciprocate within a stationary armature winding. The magnet is driven in a reciprocating motion by an alternating magnetic field generated by an alternating current applied to the armature winding. The support portion of the magnet is connected to the piston of the
図2は本発明の他の実施形態の例を示す。機械装置30は、スターリング冷却器36を往復運動に駆動するリニアモータ34と、自身の駆動振動数の制御部を含むリニアモータ34を制御するためのモータ制御部38とを含む主な機械32を有する。モータ制御部は加速度計等の振動の振幅センサ40を有し、機械装置30の振動の振幅を表す信号を感知しモータ制御部38に入力する。これらの装置の全ては、図1に関連して説明したように、物理的に互いに結合される。図2の実施形態は、振動バランサ46および寄生振動系48等の1つまたは複数の二次的な振動系に結合してもよい。
FIG. 2 shows an example of another embodiment of the present invention. The
図3は、本発明が作動する原理を例示する。これは、代表的で典型的な振動値と曲線を表しているが、本発明はこれらの値や曲線に限定されない。例えば、往復運動する主な機械は、60Hzで共振し作動するように設計されることが一般的である。しかし、50Hz、120Hzまたは400Hz等の、他の多くの作動振動数も実用的である。説明した型の主な機械は、一般的に、上の式1中のfに対応する振動の固有振動数すなわち共振振動数f0で共振するように設計される。共振ピークMは、60Hzの共振振動数を有する主な機械の機械的振動の典型的な共振ピークを例示している。その共振ピークは、自身の共振振動数の周りに比較的幅が広く、従って、比較的低いQ特性を示す。共振ピークS1およびS2は、二次的な振動系の典型的な共振ピークを例示している。これらは、比較的急峻かつ急勾配であり、従って比較的高いQ特性を示す。 FIG. 3 illustrates the principle by which the present invention operates. This represents typical and typical vibration values and curves, but the invention is not limited to these values and curves. For example, a reciprocating main machine is typically designed to resonate and operate at 60 Hz. However, many other operating frequencies are also practical, such as 50 Hz, 120 Hz or 400 Hz. Main machine of the described type are generally designed to resonate at the natural frequency i.e. the resonance frequency f 0 of the vibration corresponding to f in the above equation in 1. The resonance peak M illustrates a typical resonance peak of the mechanical vibration of the main machine having a resonance frequency of 60 Hz. The resonance peak is relatively wide around its resonance frequency and thus exhibits a relatively low Q characteristic. The resonance peaks S1 and S2 exemplify typical resonance peaks of the secondary vibration system. These are relatively steep and steep and thus exhibit a relatively high Q characteristic.
仕事率が半分の点(70.7%の振幅)は、よく知られた共振ピークの幅の測定法の1つであるが、この測定法は系の機械的な共振面についてのみ適用可能である。その冷却効率または性能の係数等、主な機械の他の作動特性が、駆動される機械の作動効率を決定する。従って、許容可能な効率で駆動される機械が作動する駆動振動数の範囲は、機械的に揺動する系の共振ピークの幅と異なり得るし、また通常は異なる。しかし、この許容可能な駆動振動数の範囲は、設計者によって決定可能であり、通常、決定される。図3では、許容可能な駆動振動数の範囲Rの例が、58Hzと62Hzの間にあるように例示されて
いるが、異なった主な機械に対しては異なるだろう。
The half-power point (70.7% amplitude) is one of the well-known methods for measuring the width of the resonance peak, but this measure is only applicable to the mechanical resonance surface of the system. is there. Other operating characteristics of the main machine, such as its cooling efficiency or performance factor, determine the operating efficiency of the driven machine. Thus, the range of drive frequencies at which a machine driven with acceptable efficiency operates may differ from the width of the resonance peak of a mechanically oscillating system, and is usually different. However, this acceptable range of drive frequencies can be determined by the designer and is usually determined. In FIG. 3, an example of an acceptable drive frequency range R is illustrated as being between 58 Hz and 62 Hz, but will be different for different main machines.
共振ピークS1およびS2は、本発明の作動を説明する際に使用し、振動バランサである二次的な振動系、または寄生振動系である二次的な振動系のいずれかを表してよい。それぞれを順に説明する。 The resonance peaks S1 and S2 are used when explaining the operation of the present invention, and may represent either a secondary vibration system that is a vibration balancer or a secondary vibration system that is a parasitic vibration system. Each will be described in turn.
二次的な振動系が振動バランサであり、主な機械が公称すなわち設計条件下で作動している場合、主な機械を表すピークMおよび、振動バランサを表すピークS1で作動している。この条件下では、この振動数は振動バランサの共振振動数と一致するため、駆動される機械は主な機械の公称共振振動数、例では60Hzで駆動可能である。しかし、温度等の作動条件が大きく変化し、主な機械または二次的な振動系の物理的なパラメータが共振振動数の1つまたは両方を変化させると、この変化は互いに対して水平に変位した1つまたは両方のピークとして図3のグラフ上で現れるだろう。例えば、ピークS1はピークS2の位置に移動するかも知れないし、他の方向に異なった間隔だけ移動するかも知れない。 If the secondary vibration system is a vibration balancer and the main machine is operating under nominal or design conditions, it is operating at peak M representing the main machine and peak S1 representing the vibration balancer. Under this condition, this frequency matches the resonant frequency of the vibration balancer, so that the driven machine can be driven at the nominal resonant frequency of the main machine, in the example 60 Hz. However, if operating conditions such as temperature change significantly and the physical parameters of the main machine or secondary vibration system change one or both of the resonant frequencies, this change is displaced horizontally relative to each other. Will appear on the graph of FIG. 3 as one or both peaks. For example, peak S1 may move to the position of peak S2, or may move by a different interval in the other direction.
主な機械が主な機械の共振振動数で継続して駆動される場合、ピークS1がS2の位置に変位すると振動バランサは大きく効率が低下する。しかし、主な機械の駆動振動数がピークS2の中心近くに変化すると、変化した作動条件が同じである限り、振動バランサはこの振動数、例では62Hzで一層有効になるだろう。振動バランサのピークが61Hzまたは62Hzの中心に変位する場合、駆動振動数は、それぞれ61Hzまたは62Hzに移動させられるだろう。従って、本発明では、モータ制御システム18または38はリニアモータを主な機械または系の共振振動数からずれた駆動振動数で駆動し、この振動数は、振動バランサの変位した共振振動数の付近または、この振動数であるが、しかし、主な機械の作動効率が許容可能な駆動振動数の範囲内である。
When the main machine is continuously driven at the resonance frequency of the main machine, the efficiency of the vibration balancer is greatly reduced when the peak S1 is displaced to the position of S2. However, if the drive frequency of the main machine changes near the center of peak S2, the vibration balancer will be more effective at this frequency, in the example 62Hz, as long as the changed operating conditions are the same. If the peak of the vibration balancer is displaced to the center of 61 Hz or 62 Hz, the drive frequency will be moved to 61 Hz or 62 Hz, respectively. Therefore, in the present invention, the
従って、本発明の1つの態様では、主な機械および振動バランサの共振ピークの中心振動数の逸脱を引き起こす作動条件の変化に応じて、リニアモータの駆動振動数が、振動バランサの変化した中心振動数近くに移動させる。駆動振動数は、変位したピークS2の共振振動数近くになるように変化可能であるが、許容可能な駆動振動数の範囲Rの制限を越えて移動し得ないが、もしそうした場合に、主な機械の作動が許容不可な劣化を引き起こす可能性があるためである。 Accordingly, in one aspect of the present invention, the drive frequency of the linear motor changes the center vibration of the vibration balancer in response to changes in operating conditions that cause deviations in the center frequency of the resonance peak of the main machine and vibration balancer. Move close to a few. The drive frequency can be changed to be close to the resonant frequency of the displaced peak S2, but cannot move beyond the limit of the allowable drive frequency range R. This is because the operation of such a machine can cause unacceptable degradation.
二次的な振動系が寄生振動系である場合には、その共振ピークは主な機械の中心振動数f0から十分に離れており、そこから変化しないと予想されるので、これは決して本発明の要素にはならない。しかし、機械装置10または30に装着された他の装置が、1つまたは複数の寄生振動系を導入し、そのいずれかが予期せずに中心振動数f0に近い共振ピークを有する、または、作動条件の変化の結果、共振ピークが中心振動数f0に近くに移動する場合がある。ピークS1およびS2は、そのような寄生の二次的な振動系の共振ピークを代表できる。ピークS1が寄生振動系のピークの場合、二次的な寄生系の振動は、範囲R内に留めつつもピークS1の中心振動数のいずれかの側に駆動振動数を変化させることによって、大きく減少可能であることを図3では例示している。その結果、駆動振動数は58Hzまたは62Hzに最適化されるだろう。ピークS2が寄生振動系のピークの場合、この例では、寄生系の振動は、駆動振動数を58Hzに移動させることによって最小化されるが、この振動数はピークS2の中心振動数からできるだけ離れるが、範囲Rの範囲は超えない。
If the secondary vibration system is a parasitic vibration system, its resonance peak is far away from the main machine center frequency f 0 and is not expected to change from this, so this is never the case. It is not an element of the invention. However, other devices mounted on the
上の原理に従って、自由に直線往復運動する原動機の駆動振動数を変化させる制御システムを設計および構築する方法は多数あるが、6つの実施例を説明する。この全てにおいて、機械装置の振動の振幅または機械装置の構成部品の温度等、機械装置の作動のパラメータを感知することを含む。感知されるパラメータは、本発明を実施するために備えられるセンサによって感知してもよいし、または、他の制御システムの一部であるセンサでもよい。 Although there are many ways to design and construct a control system that varies the drive frequency of a prime mover that is freely linearly reciprocating according to the above principles, six embodiments will be described. All of this involves sensing parameters of the operation of the machine, such as the amplitude of vibration of the machine or the temperature of a component of the machine. The sensed parameter may be sensed by a sensor provided to implement the present invention or may be a sensor that is part of another control system.
図2は6つの実施例の第1番目である。振動振幅センサ40は機械装置の振動の振幅を感知する。任意の一部品の振動は通常他の構成部品に伝達されるため、一般に、振幅センサは、互いに機械的に結合した、機械装置の任意の構成部品上に配置可能である。モータ制御部38は、作動効率が許容可能な駆動振動数の範囲内に分布した、いくつかの代表的な振動数の各振動数でリニアモータ34を駆動する。各振動数は、感知した結果の振動の振幅と関連付けて保存される。これは、開始時に、開始後定期的に、選択されたレベルより上の感知した振動の振幅に応じて、および/または、他の条件またはアルゴリズムに応じて、実施される。モータ制御部38のソフトウェアまたは論理回路構成は、次に、最小の振動振幅を選択し、この最小の振動振幅に関連付けられた振動数でリニアモータを駆動する。従って、振動は、この処理を実行する時の既存の作動条件において、減少または最小化する。この処理の繰り返しによって、制御システムが変化した作動条件に対応することが可能となる。
FIG. 2 is the first of six embodiments. The
さらに具体的には、振動数の範囲Rに渡る振動数の掃引またはディザリングと本明細書で呼ぶいくつかの任意の技術によって、リニアモータを許容可能な範囲R内の複数の振動数で駆動することによって、モータ制御回路38は振動が最小となる振動数を発見する。振動数を掃引する最も一般的な形態は、範囲Rの一方の側から他方に、連続的または段階状漸進的に、振動数を徐々に変化させることである。しかし、別法として、この掃引は不連続またはランダム方式で実行してもよく、また、選択された離間間隔で実施してもよい。
More specifically, a linear motor is driven at multiple frequencies within an acceptable range R by some arbitrary technique referred to herein as frequency sweep or dithering over a range of frequencies R. As a result, the
図1は本発明の第2の実施例を示す。温度センサ22は振動バランサ26または周囲環境の温度を感知し、温度データをモータ制御部18に入力する。本発明の全ての実施形態と同様、作動効率が許容可能な駆動振動数の範囲は、少なくとも1つの機械装置での試験に応じて決定され保存される。この試験は、通常、実験室の装置設定で実行されるが、技術設計仕様に基づくことも可能である。この実験的に決定される、作動効率が許容可能な作動振動数の範囲は、次に、この機械装置の製造複製品の中に保存される。
FIG. 1 shows a second embodiment of the present invention. The
少なくとも1つのヒートポンプ機械装置もまた、通常、実験室環境中で、複数のさまざまな作動温度で作動させることによって試験され、各作動温度に対して、駆動振動数は許容可能な駆動振動数の範囲内で掃引される。機械装置の最小の振動の振幅をもたらす駆動振動数は、各作動温度に関連付けて保存される。その結果、感知される各作動温度に対して、最小振動を与える駆動振動数が保存される。これらの作動温度およびこれに関連付けられた駆動振動数は、試験された機械装置の製造複製品の振動数制御システム中に接続された記憶装置20内の照合表として保存される。別法として、各測定された温度と関連付けて振動バランサのバネ用のバネ定数を照合表に保存し、なんらかのアルゴリズムを用いてバネ定数を駆動振動数に変換してもよい。さらに別法として、照合表の代わりに、多項式級数等の既知の数学的な技術を使用して式に展開して照合表のプロットを近似し、それによって、モータ制御マイクロプロセッサによって計算された結果で振動吸収バネ定数または作動振動数を感知した温度に関連させることも可能である。
At least one heat pump machine is also typically tested in a laboratory environment by operating at a plurality of different operating temperatures, for each operating temperature the drive frequency is in the range of acceptable drive frequencies. Swept within. The drive frequency that results in the minimum vibration amplitude of the mechanical device is stored in association with each operating temperature. As a result, for each sensed operating temperature, the drive frequency that gives the minimum vibration is stored. These operating temperatures and the associated drive frequencies are stored as a look-up table in the
製造複製品の作動中に、複製品の対応する作動温度が感知され、関連付けられた駆動振動数またはバネ定数がデータ保存部20から取り込まれる、または別法として、前の式によって計算される。次に、リニアモータが、感知した温度に関連付けられ保存または計算された駆動振動数で駆動される。この過程が製造機械の作動中に繰り返され、機械装置は、常に、最も最近感知した温度に対する最小振動振幅を与える駆動振動数で駆動されるようになる。
During operation of the production replica, the corresponding operating temperature of the replica is sensed and the associated drive frequency or spring constant is taken from the
寄生の二次的な振動系および振動バランサの両方を有する機械装置については、さらなる共振ピークが図3と同様なグラフ上に現れるだろう。しかし、本発明の方法と処理は変わりはなく同じである。 For mechanical devices that have both a parasitic secondary vibration system and a vibration balancer, additional resonance peaks will appear on a graph similar to FIG. However, the method and process of the present invention remain the same.
図4は本発明の実施形態の第3の実施例を示す。これには、先行技術の機械装置および制御システムが示されているが、本発明を実施するために部品が追加されている。 FIG. 4 shows a third example of the embodiment of the present invention. This shows a prior art mechanical device and control system, but parts have been added to implement the present invention.
例示された先行技術のシステムは、駆動負荷および自身の内部可動質量52を駆動するように機械的に連結され、かつ、二次的な振動システム54に機械的に接続される、電気リニアモータ50からなる主な機械を有する。センサ56は、上死点(TDC)または可動質量52の内の1つのピストン位置等、主な機械の作動のパラメータを感知し、モータ電流および電圧もまた検知される。これらの信号は信号調整器58に加えられ、マイクロコントローラまたはデジタル信号プロセッサ62のソフトウェア中で実施される、フィードバック制御システムの加算接合点60にフィードバック信号として加えられる。参照値も加算接合点60に加えられて誤差信号を与え、これが伝達関数に加えられ、既知のフィードバック制御システムの原理に従って制御信号へと展開される。リニアモータ50を制御するために、制御信号は可変周波数インバータデューティサイクル発生器回路64に加えられ、これが矩形波を発生させ、デューティサイクルと矩形波の周波数の両方が可変制御可能である。デューティサイクルは、制御信号によって先行技術の方式で制御される。発生器回路64の出力はインバータ出力段階66に加えられ、これが、この矩形波を矩形波のデューティサイクルに対応するパルス幅を有する対向するDCパルスに変換してリニアモータ50を駆動する。さまざまな、そのような回路が先行技術で既知であり、本発明は、これらの一般的な特性を有する、どのような特定の駆動回路にも限定されるものではない。
The illustrated prior art system includes an electric
本発明を実施するために、温度センサ68が振動バランサ54Aの近くに装着され、この出力信号をマイクロコントローラ62に加え、照合表70の中で、または、図1に関して説明したように作動振動数を決定する際に使用する対応式の中で使用する温度データを保存する。照合表または式が、感知した各温度に対する振動バランサのバネ定数に対応する値を与えると、その出力は振動数調節アルゴリズム72によって変換され作動振動数が決定される。照合表または式が直接振動数を与える場合には、アルゴリズム72は省略可能である。
In order to implement the present invention, a
図5は本発明の実施形態の第4の実施例を示す。これには、図4に例示したものと同じ先行技術の機械装置および制御システムが示されているが、本発明を実施するために部品が追加されている。本発明を実施するために、振動センサ80が接続され、振動振幅をマイクロコントローラ82に入力する。マイクロコントローラ82は、ソフトウェアモジュール84の制御下で、作動駆動振動数を、上述のように作動振動数の許容可能な範囲の制限内で、掃引、ディザリング、または他の方法で変化させ、当該範囲内の最小の振動の振幅を保存する。次に、マイクロコントローラ82は、最小の振動の振幅に関連付けられ保存された作動振動数を選択し、この作動振動数でリニアモータ86を作動させる。また、前述したように、選択された間隔または選択された条件下でこの過程を繰り返し、作動条件が変化しても、電気リニアモータ86は、常に、最小の振動の振幅の振動数で駆動される。
FIG. 5 shows a fourth example of the embodiment of the present invention. This shows the same prior art machinery and control system illustrated in FIG. 4, but with the addition of parts to implement the present invention. To implement the present invention, a
図6および7は、本発明の実施形態の第5および6の実施例を示す線図である。両者とも同一の先行技術の装置を含むが、本発明を実施する回路構成が追加されている。従って、両方の図の共通の先行技術部分を最初に説明する。図6および図7に主な機械を示すが、これは、熱源入力から電力を発生させるための電気リニア交流発電機102を駆動する自由ピストンスターリングエンジン100である。これらは、先行技術で既知の設計でよく、同じハウジング内に一般に装着される。スターリングエンジンの往復運動する出力ピストンは、交流発電機の往復運動する部品に機械的に連結されており、通常は、共通のハウジング内に装着された電機子巻線またはコイル内で往復運動する搬送器上に支持された一連の永久磁石である。これらの往復運動する構造体の合成質量104は、スターリングエンジンおよび交流発電機のケースのシリンダおよび外装部の反動を介して、振動バランサ106および任意の寄生振動系108に機械的に連結されている。これらの反動力は、通常、磁石から電機子コイルへと、機械的なバネ、スターリングエンジン内の作用ガス、および電磁結合を介して、シリンダと外装部に伝達される。交流発電機102の出力は、力率補正用に使用される従来の同調コンデンサ109を介して接続され、実用負荷110に電力を供給する。
6 and 7 are diagrams showing fifth and sixth examples of the embodiment of the present invention. Both include the same prior art devices, but with the addition of circuitry to implement the present invention. Therefore, the common prior art part of both figures will be described first. 6 and 7 show the main machine, which is a free
スターリングエンジン100で駆動される交流発電機を電力網に接続するために、スターリングエンジン100の振動数は先行技術で既知の原理を使用して制御され、電力網に電力を供給する。スターリングエンジンで駆動される交流発電機が電力網の周波数の近くで共振するように設計されている場合、スターリングエンジンの揺動は電力網のAC電力の揺動に同期される。適用される原理は、外部のAC電源に接続された場合、AC電源が交流発電機よりも低い内部インピーダンスを有し、かつ、周波数の変差がほんの少しであれば、スターリングエンジンで駆動される交流発電機の揺動は、そのAC電源の電圧揺動に同期するというものである。本発明に適用可能で上述の周波数変差は、このように小さな変差である。
In order to connect an AC generator driven by
可変周波数、可変振幅の電源111がエンジンの出力振動数制御装置として使用され、このAC出力端子が交流発電機102に接続される。このような電源は市販されており、従って、さらに説明は行わない。マイクロコントローラ114の可変周波数発生器118の出力は、可変AC電源111の制御入力端子112に接続され、可変AC電源111の周波数を制御する入力となる。可変周波数発生器118の出力はAC電源111を制御する。従って、本発明で使用する小さな周波数の変差内では、スターリングエンジンで駆動されるリニア交流発電機102の作動振動数は、可変AC電源111の周波数に追従し、従って、マイクロコントローラ114によって制御される。
A variable frequency, variable
図6に例示された本発明の実施は、図5に例示された実施形態と同様に作動する。制御装置114は、振動の振幅を最小化する、主な機械の作動振動数を計算するための、論理および演算機能を実行するようにプログラムされる。加速度計等の振動センサ116は出力を有し、これは、図6に例示された先行技術の主な機械の感知された振動の振幅を表す信号を与えるため、制御装置114への入力に接続される。しかし、エンジン振動数制御装置への命令入力として公称作動振動数を入力する代わりに、可変周波数発生器118を公称作動振動数命令入力と可変AC電源111への入力との間に挿入する。これによって、制御装置114は、振動を最小化するために、命令された作動振動数を公称作動振動数からずらせることが可能となる。制御装置114は、ソフトウェアの制御下で、作動駆動振動数を、作動振動数の許容可能な範囲の制限内で、掃引、ディザリング、または他の方法で変化させ、当該範囲内の最小の振動の振幅を保存する。次に、制御装置114は、最小の振動の振幅に関連付けられ保存された作動振動数を選択し、この作動振動数でスターリングエンジン100を作動させる。また、前述したように、選択された間隔または選択された条件下でこの過程を繰り返し、作動条件が変化しても、自由ピストンスターリングエンジン100は、作動振動数の許容可能な範囲の制限内で、常に、最小の振動の振幅の振動数で駆動される。
The implementation of the invention illustrated in FIG. 6 operates similarly to the embodiment illustrated in FIG. The
図7に例示された本発明の実施は、図2に例示された実施形態と同様に作動し、図6の実施形態に関連して説明したように、自由ピストンスターリングエンジン100の作動振動数を制御するために、同じ作動原理を適用する。温度センサ120の出力は制御装置1
22の入力に接続され、振動バランサ106の温度を表す信号を与える。次に、制御装置122は、許容可能な作動振動数の範囲に渡りスターリングエンジン100を作動させ、各温度を作動振動数と関連付けて保存し、図2および図4に関連して上で説明した同じ過程によって照合表124を与える。
The implementation of the present invention illustrated in FIG. 7 operates similarly to the embodiment illustrated in FIG. 2 and reduces the operating frequency of the free
22 is connected to provide a signal representative of the temperature of the
本発明の好適な実施形態の一部を詳細に開示したが、本発明の趣旨または添付の特許請求項の範囲から逸脱することなしに、さまざまな改変が採用可能であることを理解すべきである。 While some of the preferred embodiments of the present invention have been disclosed in detail, it should be understood that various modifications can be employed without departing from the spirit of the invention or the scope of the appended claims. is there.
Claims (12)
(a)前記駆動される機械が許容可能な作動効率で作動する駆動振動数の範囲を決定し
て保存するステップと、
(b)前記機械装置の作動のパラメータを感知するステップと、
(c)前記感知したパラメータに応じて前記原動機を駆動振動数で駆動するステップで
あって、前記駆動振動数は、
(i)前記主な系の往復運動の共振振動数からずれており、
(ii)前記作動効率が許容可能な駆動振動数の範囲内であり、
(iii)既存の作動条件下で前記機械装置の機械的振動の振幅を減少または最小化
させる振動数である、ステップとを有する、方法。 A method for minimizing the amplitude of mechanical vibrations of a mechanical device, wherein the mechanical device is coupled to a reciprocating mass of a driven machine and is free to drive the mass in a reciprocating motion at a driving frequency. A linear reciprocating prime mover, wherein the combined prime mover and the driven machine exert a force on the reciprocating mass to form a main resonant system having a resonant frequency of the main system reciprocating motion; Having a spring to apply,
(A) determining and storing a range of drive frequencies at which the driven machine operates at an acceptable operating efficiency;
(B) sensing operational parameters of the mechanical device;
(C) driving the prime mover at a drive frequency according to the sensed parameter, wherein the drive frequency is
(I) deviating from the resonance frequency of the reciprocating motion of the main system,
(Ii) the operating efficiency is within an acceptable driving frequency range;
(Iii) reducing or minimizing the amplitude of mechanical vibrations of the mechanical device under existing operating conditions
And a step that is a frequency to cause.
(a)前記主な系の往復運動の共振振動数を含む振動数の範囲に渡り前記駆動振動数を
掃引するステップと、
(b)前記感知した振動の振幅を複数の前記掃引駆動振動数に関連付けて保存するス
テップとを、さらに有し、
前記原動機が、感知保存された最小の振幅に関連付けられ保存された駆動振動数である駆動振動数で駆動される、請求項1項記載の方法。 The sensing step comprises sensing an amplitude of vibration of the mechanical device, the method comprising:
(A) sweeping the drive frequency over a range of frequencies including the resonant frequency of reciprocation of the main system;
(B) further comprising a step of storing the amplitude of the sensed vibration in association with a plurality of the sweep drive frequencies,
The method of claim 1, wherein the prime mover is driven at a drive frequency that is a stored drive frequency associated with a sensed stored minimum amplitude.
(a)前記駆動振動数の範囲が前記機械装置の少なくとも1つの部品の試験に応じて決
定保存され、
(b)前記機械装置の少なくとも1つのヒートポンプ装置が、複数の作動温度で試験中
に作動させられ、前記作動温度のそれぞれに対して前記許容可能な駆動振動数の
範囲内で前記駆動振動数が変化させられ、前記機械装置の最小の振動の振幅をも
たらす前記駆動振動数がそれぞれの作動温度と関連付けて保存され、
(c)前記作動温度および関連付けられた駆動振動数は、前記試験された機械装置の複
製品の振動数制御システム中に接続された記憶装置内の照合表として保存され、
(d)前記感知するステップが、前記試験された機械装置の前記複製品の前記作動温度
を感知するステップを有し、
(e)前記原動機が、前記感知した温度に関連付けられて前記保存された駆動振動数で
駆動される、請求項1記載の方法。 A method for controlling a mechanical device, wherein the driven machine is a free piston Stirling heat pump device,
(A) a range of the driving frequency is determined and stored according to a test of at least one component of the mechanical device;
(B) at least one heat pump device of the mechanical device is operated during testing at a plurality of operating temperatures, and the driving frequency is within the allowable driving frequency range for each of the operating temperatures; The drive frequencies that are varied and result in the minimum vibration amplitude of the mechanical device are stored in association with the respective operating temperatures;
(C) the operating temperature and the associated drive frequency are stored as a collation table in a storage device connected in the multi-product frequency control system of the tested machine;
(D) the sensing step comprises sensing the operating temperature of the replica of the tested mechanical device;
The method of claim 1, wherein (e) the prime mover is driven at the stored drive frequency associated with the sensed temperature.
(a)機械作動のパラメータを感知するためのセンサと、
(b)前記駆動される機械が許容可能な作動効率で作動する駆動振動数の範囲を保存す
るためのデータ保存部と、
(c)前記原動機を制御するために、前記センサおよび前記データ保存部から入力を受
けるように接続され、かつ、前記感知したパラメータに応じて、前記主な機械の
往復運動の共振振動数からずれているが、前記保存された作動効率が許容可能な
駆動振動数の範囲内であり、既存の作動条件下で前記機械装置の機械的振動の振
幅を最小化する駆動振動数で、前記原動機を駆動するためにプログラムされたマ
イクロコントローラとを有する、制御システム。 A control system for a computer or logic circuit for minimizing the amplitude of mechanical vibrations of a mechanical device, said mechanical device comprising a prime mover with free linear reciprocating motion that drives the driven machine in reciprocating motion The main machine includes a mass and the mass so as to form a mechanical resonant oscillator having a resonant frequency in the vicinity of which the main machine is designed to be operatively driven. A control system having a spring for applying a force to
(A) a sensor for sensing machine operating parameters;
(B) a data storage unit for storing a range of drive frequencies at which the driven machine operates at an acceptable operating efficiency;
(C) Connected to receive inputs from the sensor and the data storage unit to control the prime mover, and from the resonance frequency of the reciprocating motion of the main machine according to the sensed parameter The drive frequency that is within the range of acceptable drive frequencies where the stored operating efficiency is acceptable and minimizes the mechanical vibration amplitude of the mechanical device under existing operating conditions, A control system having a microcontroller programmed to drive the prime mover.
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