專利名稱：利用頻率調(diào)節(jié)的自由活塞機(jī)械的振動(dòng)控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及將包含了由線性、自由往復(fù)的原動(dòng)機(jī)在往復(fù)運(yùn)
動(dòng)中驅(qū)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量(mass )的機(jī)械裝置的機(jī)械振動(dòng)最小化， 以及涉及對(duì)控制該原動(dòng)機(jī)的電子控制器的使用。
背景技術(shù)：
經(jīng)常使用線性、自由往復(fù)機(jī)械是因?yàn)樗鼈兲峁┝烁倪M(jìn)的耐久 度、更低的磨耗、可控性和高效性。自由往復(fù)的機(jī)械包括線性壓縮 機(jī)、自由活塞斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、斯特林制冷機(jī)、制冷器和熱泵、線性 發(fā)動(dòng)機(jī)以及線性交流發(fā)電機(jī)。線性、自由往復(fù)的機(jī)械按照可控的沖 程進(jìn)4于往復(fù)運(yùn)動(dòng)且不受傳統(tǒng)曲軸和連一干的限制。然而，線性、自由 往復(fù)的機(jī)械由于具有在7>共殼體中線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)和/或連接至普通 支撐才幾架的 一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量而引起相當(dāng)大的>^展動(dòng)。
典型地，主才幾或系統(tǒng)由連4妻在一起的多個(gè)自由往復(fù)的才幾械組 成。第一個(gè)往復(fù)才幾械是線性、自由往復(fù)的原動(dòng)才幾，諸如線性電動(dòng)機(jī) (electric, linear motor )或自由活塞斯特才木發(fā)動(dòng)才幾(還可以稱為斯 特一木線性電動(dòng)才幾)。第二個(gè)往復(fù)枳4成是由原動(dòng)才幾通過(guò)4幾如戈連4妄驅(qū)動(dòng) 的線性、自由往復(fù)的負(fù)載，并且可以是，例如，自由活塞壓縮才幾、 斯特^^木熱泵或制冷才幾或者交流發(fā)電才幾。原動(dòng)4幾和它驅(qū)動(dòng)的負(fù)載兩者 的復(fù)合(composite) 4主復(fù)質(zhì)量(reciprocating mass) "f足成了戶斤述的 振動(dòng)。該振動(dòng)通常是不希望有的，且已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種系統(tǒng)來(lái)將這種 振動(dòng)的幅度最小化。典型地，使用將彈簧彈力施加至往復(fù)質(zhì)量的一個(gè)或多個(gè)彈簧來(lái) 構(gòu)造自由活塞和其他線性、自由往復(fù)的枳4成。原動(dòng)4幾及其驅(qū)動(dòng)的枳^ 才成均可以包4舌彈簧。所述的彈簧可以包4舌一個(gè)或一纟且才幾;喊彈簧以及
氣彈簧(gas spring )和磁彈簧(magnetic spring )。氣彈簧和磁彈簧
可以是設(shè)計(jì)用來(lái)提供彈簧彈力的裝置，或者，更一般地，它們是作
用于機(jī)械部件上的氣體和/或在機(jī)械中使用的電磁裝置或永磁體系
統(tǒng)的》茲力的結(jié)果，諸如線性電動(dòng)沖幾和交流發(fā)電4幾。線性、自由往復(fù)
的原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)、線性、自由往復(fù)的機(jī)械的質(zhì)量和彈簧共同形成了 ^f乍為共沖展系纟克的主才幾。
通常，主枳^皮設(shè)計(jì)為在共振頻率(或附近)下工作，因?yàn)檫@樣 可以將其效率最大化。根據(jù)下面的等式來(lái)描述該系統(tǒng)的固有頻率
其中，f:共振頻率，單位是周每秒或赫茲，K是復(fù)合彈簧常 數(shù)，單位是牛/米，以及m是復(fù)合質(zhì)量，單位是Kg。詞語(yǔ)"復(fù)合" 用于表示主機(jī)的相應(yīng)質(zhì)量與彈簧的和，而術(shù)語(yǔ)"質(zhì)量"和"彈簧" 在相加在一起時(shí)用于包括復(fù)合的質(zhì)量或彈簧。
當(dāng)機(jī)械裝置由主機(jī)或系統(tǒng)組成(其包括驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)的原動(dòng)機(jī)， 所述傳動(dòng)才幾(driven machine )還連4妄至包括了 一個(gè)或多個(gè)次紐j展動(dòng) 系統(tǒng)的其他設(shè)備)時(shí)，該振動(dòng)問(wèn)題還會(huì)更加復(fù)雜。這種次級(jí)系統(tǒng)可 以通過(guò)安裝次級(jí)l展動(dòng)系統(tǒng)而連4妄至主才幾，故其枳4成地連4妄至主系 統(tǒng)，例如，由于兩個(gè)系統(tǒng)均,皮安裝至相同的支撐4幾架。次級(jí)才展動(dòng)系 統(tǒng)可以是設(shè)計(jì)有質(zhì)量和彈簧以在其工作期間振蕩的裝置，或者可以 是設(shè)計(jì)為不會(huì)作為其正常功能的一部分而振蕩但仍然具有連接至 充當(dāng)彈簧結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。當(dāng)在其正常工作期間不振動(dòng)時(shí)，連接至主系 統(tǒng)的次級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)是附加(parasitic)共振系統(tǒng)。當(dāng)附加共振系統(tǒng)的共才展頻率足夠纟妄近主4幾的驅(qū)動(dòng)頻率時(shí)，附加共4展系統(tǒng)會(huì)以纟及大的幅 度振動(dòng)。當(dāng)附加共振系統(tǒng)以驅(qū)動(dòng)頻率且以與主系統(tǒng)小于90°異相而 振動(dòng)時(shí)，就會(huì)增加該機(jī)械裝置的總振動(dòng)。
現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種用于減少主機(jī)振動(dòng)的裝置。這些裝置 有4艮多名字為人們所熟知，包括"振動(dòng)吸收器"，雖然可以更精確 地稱之為"振動(dòng)平衡器"，這是因?yàn)檫@些裝置并沒(méi)有"吸收"振動(dòng)。 振動(dòng)平衡器是次級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)，其通常通過(guò)直接連接而才幾械地連接至 主系統(tǒng)。雖然才展動(dòng)平tf器的目的是減少由主才幾往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖展 動(dòng)，但更希望將其視為次級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)的一種形式，這是因?yàn)樗鼈儾?是主機(jī)或系統(tǒng)的 一部分。 一個(gè)普通的振動(dòng)平衡系統(tǒng)會(huì)通過(guò)將力施加 到振動(dòng)的主機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的4氐衡質(zhì)量，所述的力與由主4幾的振 動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的力相等但相反。振動(dòng)平衡器的傳動(dòng)質(zhì)量可以由其自身 的原動(dòng)才幾驅(qū)動(dòng)，或者可選4奪i也，其可以由4展動(dòng)主4幾的一展動(dòng)來(lái)馬區(qū)動(dòng)， 并調(diào)整為以相同驅(qū)動(dòng)頻率共振，但被設(shè)計(jì)為與振動(dòng)主機(jī)的振動(dòng)180° 異相的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 一個(gè)前述特性系統(tǒng)的實(shí)例在美國(guó)專利5,620,068 中示出。
用于減振的另一系統(tǒng)在美國(guó)專利6,040,672中示出。在電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)中產(chǎn)生的波形被感測(cè)到，轉(zhuǎn)化為控制波形并與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電 流才目力。，以減豐圣才展動(dòng)。
雖然這些系統(tǒng)在相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)下表現(xiàn)令人滿意，但在工 作狀態(tài)極大改變時(shí)，這些系統(tǒng)就會(huì)遇到問(wèn)題。例如，斯特林循環(huán)制 冷才幾可以經(jīng)受4及大的周?chē)鷾囟雀淖?。其可以?40° C到+60。 C的范 圍內(nèi)的任何溫度下工作。當(dāng)斯特林制冷機(jī)具有附在其上的振動(dòng)平衡 器時(shí)，這些溫度的變化會(huì)改變系統(tǒng)中彈簧的硬度，從而改變其彈簧 常數(shù)，因而引起了振動(dòng)平衡器固有頻率的改變。制冷機(jī)中的彈力的 有效彈簧石更度也會(huì)略樣i改變，雖然由于斯特林制冷才幾典型地具有相 對(duì)低的Q而振動(dòng)平衡器典型地具有高Q (即，尖銳的共振峰)這些改變通常具有較小的效果。因此，當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率保持不變時(shí)振動(dòng)平衡 器的固有頻率中的相對(duì)小的改變會(huì)引起其振蕩有效幅度的很大改 變。因此，基本上減少了振動(dòng)平衡器削除振動(dòng)主機(jī)的振動(dòng)的能力。 相似地，溫度的變化還可以導(dǎo)致電學(xué)參lt的變化，而電學(xué)參H的變 化又可以改變^茲彈簧作用的有效彈簧常ft。溫度還可以改變斯特4木
發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)(behavior),而引起其工作頻率的移動(dòng)。響 應(yīng)于改變的沖程的才幾 一成彈簧或結(jié)構(gòu)部件的非線性工作狀態(tài)也可以 改變固有頻率。
結(jié)果，具有振動(dòng)平衡器的機(jī)械裝置可以在某些工作狀態(tài)下被很 好地平衡并展現(xiàn)可接受的振動(dòng)幅度，但當(dāng)工作狀態(tài)與預(yù)置的工作狀 態(tài)足夠不一致時(shí)，振動(dòng)平衡器會(huì)變得不是很有效，因?yàn)楣ぷ鳡顟B(tài)的 變化改變了振動(dòng)平衡器的共振頻率或固有頻率，或者改變了與主系 統(tǒng)相關(guān)或與主系統(tǒng)和^振動(dòng)平#f器兩者均相關(guān)的相位。當(dāng)才展動(dòng)平#f器 不是4艮有效時(shí)，振動(dòng)的幅度就會(huì)增大。
相似地，連接至主系統(tǒng)的次級(jí)附加振動(dòng)系統(tǒng)的共振頻率還可以 由于工作狀態(tài)的改變而改變。因此，在某些工作狀態(tài)中不會(huì)加劇枳』
械裝置的振動(dòng)的次級(jí)系統(tǒng)在工作狀態(tài)變化足夠大時(shí)會(huì)成為問(wèn)題。沒(méi) 有振動(dòng)問(wèn)題的才幾械裝置的部件在工作狀態(tài)變化足夠大時(shí)會(huì)成為問(wèn) 題。附加的4展動(dòng)系統(tǒng)也可以在枳4成構(gòu)造完成之后實(shí)現(xiàn)。
雖然可以構(gòu)造出能夠改變其彈簧常數(shù)或改變其振蕩固有頻率
的振動(dòng)平衡器，但這樣的振動(dòng)平衡器甚至?xí)葌鹘y(tǒng)的振動(dòng)平衡器更 昂貴。振動(dòng)平衡器不僅價(jià)格可觀，而且會(huì)占用空間并增加產(chǎn)品的重量。
本發(fā)明的特征和目的是通過(guò)電氣化地補(bǔ)償振動(dòng)平衡器的性能 中的變化來(lái)補(bǔ)充一種4展動(dòng)平4軒器，以削除由工作狀態(tài)的改變產(chǎn)生的振動(dòng)。本發(fā)明的另一目的和特征是為線性、自由往復(fù)的主機(jī)提供可以 補(bǔ)償次級(jí)附加l展動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的和特征是通過(guò)改變線性自由往復(fù)的原動(dòng)初」 的被控制的工作特性而電氣化地減小振動(dòng)，以補(bǔ)償多種原因的與線 性自由往復(fù)的主4幾以及任何與其連接的振動(dòng)平4軒器相關(guān)的共振頻 率改變，其中，由于工作狀態(tài)的變化而產(chǎn)生未補(bǔ)償?shù)淖兓瘯?huì)導(dǎo)致4展 動(dòng)的i曽力口。
本發(fā)明的又一 目的是獨(dú)立于并響應(yīng)于枳4成工作狀態(tài)中的變化 來(lái)補(bǔ)償線性、自由往復(fù)的主才幾的共沖展頻率中的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用于將機(jī)械裝置的機(jī)械振動(dòng)幅度最小化的方法 和裝置，所述機(jī)械裝置包括線性電動(dòng)機(jī)，所述線性電動(dòng)機(jī)連接至傳 動(dòng)才幾并在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中以驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)才幾的往復(fù)質(zhì)量，所連^妻的 電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)具有一個(gè)或多個(gè)彈簧，所述彈簧用于將力施加至復(fù) 合的往復(fù)質(zhì)量，以形成具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)主系統(tǒng)共#展頻率的共沖展主系 統(tǒng)。確定并存4渚傳動(dòng)才幾以可4妄受的工作效率工作的驅(qū)動(dòng)頻率范圍。 感測(cè)機(jī)械裝置的工作參數(shù)并響應(yīng)于所感測(cè)的參數(shù)在驅(qū)動(dòng)頻率下驅(qū) 動(dòng)線性電動(dòng)才幾，所述馬區(qū)動(dòng)頻率乂人^主復(fù)運(yùn)動(dòng)主系鄉(xiāng)充共l展頻率中偏移， 處于可接受的工作效率的驅(qū)動(dòng)頻率范圍中，且在現(xiàn)有的工作狀態(tài)下 減小或最小化機(jī)械裝置的機(jī)械振動(dòng)幅度。


圖1是示出本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)例的框圖。
圖2是示出本發(fā)明實(shí)施例的第二實(shí)例的框圖。圖3是共振峰的頻域的示圖，且示出了本發(fā)明的工作。
圖4是示出實(shí)施本發(fā)明并使用溫度傳感器的控制電路的實(shí)例的框圖。
圖5是示出實(shí)施本發(fā)明并使用振動(dòng)幅度傳感器的控制電路的實(shí) 例的框圖。
圖6是示出實(shí)施本發(fā)明并使用可變頻率發(fā)生器的控制電路的實(shí) 例的框圖。
圖7是示出實(shí)施本發(fā)明并使用溫度傳感器的控制電路的實(shí)例的框圖。
在描述圖中示出的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的過(guò)程中，為了清楚地 表達(dá)，將會(huì)采用特定的術(shù)語(yǔ)。然而，本發(fā)明并不限制于所選的特定 術(shù)i吾，且應(yīng)理解為每個(gè)4爭(zhēng)定術(shù)i吾均包4舌所有以相似形式工作以完成 相似目的的一支術(shù)等〗介物。
具體實(shí)施例方式
對(duì)于包括了振動(dòng)或往復(fù)的主機(jī)(其連接至可以包括振動(dòng)平衡器 的次級(jí)振動(dòng)系統(tǒng))的機(jī)械裝置來(lái)說(shuō)，本發(fā)明利用了具有三個(gè)重要頻 率的經(jīng)—驗(yàn)。這三個(gè)頻率是纟展動(dòng)主才/L的共一展(固有)頻率，次級(jí)^展動(dòng) 系統(tǒng)的共4展(固有)頻率以及主才幾的工作頻率。主才幾的工作頻率還
可以是#展動(dòng)平#i器和連接至主才幾的其他次級(jí)4展動(dòng)系統(tǒng)的工作頻率。
當(dāng)曲線圖由頻率相對(duì)于任意共振系統(tǒng)的振動(dòng)幅度組成時(shí)，繪制 的幅度形成了以共4展頻率為中心的共振峰。這些峰可以在從寬的漸 進(jìn)形式延伸到尖的陡峭形式的范圍內(nèi)上升和下降。如本領(lǐng)域普通技
術(shù)人員可知，峰越尖，共振系統(tǒng)的質(zhì)量因數(shù)"Q，，越高。本發(fā)明還利用了這樣的經(jīng)-險(xiǎn)，所述主4幾通常具有可以在可4妄受 的頻率上工作的驅(qū)動(dòng)頻率帶，所述主才幾具有驅(qū)動(dòng)線性、自由往復(fù)的 傳動(dòng)機(jī)的線性、自由往復(fù)的原動(dòng)機(jī)，且在其復(fù)合的共振頻率上(或 附近)高效地工作。它們不限于精確地在其共4展頻率上工作。部分 地因?yàn)榈湫偷闹鞑艓?諸如驅(qū)動(dòng)斯特林制冷機(jī)的線性電動(dòng)機(jī))通常表
現(xiàn)為低Q共振峰。雖然這是有幫助的，但是傳動(dòng)機(jī)在可接受的工作
頻率上工作的驅(qū)動(dòng)頻率范圍不4又耳又決于主才幾的枳4成共纟展往復(fù)運(yùn)動(dòng)
部件的Q，還耳又決于主才幾的其他i殳計(jì)和工作特性。然而，任4可特定 才幾才成的i殳計(jì)者均會(huì)通過(guò)將一^:的工程原理應(yīng)用于特定主才幾的:沒(méi)計(jì) 及其應(yīng)用中來(lái)確定驅(qū)動(dòng)頻率的可4妄受范圍。
圖1圖示性;也示出了具有主才幾12的枳4戒裝置10，所述主才幾包 括電》茲線性電動(dòng)才幾14,在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中驅(qū)動(dòng)斯特一木制冷4幾16;電 動(dòng)機(jī)控制電路18,具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器20并控制線性電動(dòng)機(jī)14工作。 主一幾10還可以包括次級(jí)才展動(dòng)系統(tǒng)24,諸如振動(dòng)平衡器26和附加共 振系統(tǒng)28。示出的全部部件均機(jī)械性地連接在一起，以形成機(jī)械裝 置10。例如，它們可以在同一殼體中或在同一才幾架上物理地連接在 一起，或者它們可以由可以傳遞振動(dòng)的中間物理結(jié)構(gòu)連接在 一起。
控制系統(tǒng)還具有感測(cè)4展動(dòng)系統(tǒng)24的溫度(可以在殼體上感測(cè) 到)并將溫度lt據(jù)輸入至電動(dòng)才幾控制器18的溫度傳感器22。該溫 度傳感器可以感測(cè)振動(dòng)平衡器的彈簧的溫度，這是因?yàn)閺椈墒菧囟?變化最直接影響振動(dòng)平衡器的共振頻率的主要部件。作為選擇地， 可以感測(cè)與彈簧熱4妄觸的周?chē)h(huán)境或部件的溫度，以估計(jì)彈簧溫 度。
電動(dòng)機(jī)控制器18可以是傳統(tǒng)類型，典型地是基于微處理器的 計(jì)算系統(tǒng)或微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器，并可以包括附加的傳感 器。雖然優(yōu)選的控制電路是微處理器控制器，但是存在很多可選的 裝置可以用于提供控制電路功能。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，存在很多種也能提供控制器功能的、市場(chǎng)上可以買(mǎi)到的、不基于^f敖處 理器的控制器，因而是等效的并可以替換樣吏處理器控制器?？梢杂?單獨(dú)電路執(zhí)行感測(cè)功能或可以配置在單板控制器上。合適的控制器 可以包括在市場(chǎng)上可以買(mǎi)到的等效的數(shù)字和模擬電^各。可以用于本 發(fā)明控制電路的控制器的實(shí)例包括微處理器、微控制器、可編程門(mén) 陣列、數(shù)字信號(hào)處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程模擬陣列和邏輯門(mén)陣列。這種 電路可以是基本的數(shù)字邏輯電路，且可以由諸如二極管和晶體管的 單個(gè)部件組成。因此，術(shù)語(yǔ)"控制器"一^l殳用于表示可得或已知且 可以構(gòu)造、編程或用于執(zhí)行上述控制電路邏輯功能的數(shù)字邏輯和模 擬信號(hào)處理電路的任意組合。
現(xiàn)有4支術(shù)中普遍示出，線性電動(dòng)才幾具有一組往復(fù)運(yùn)動(dòng)的石茲體， 配置該》茲體以在固定的電樞繞組中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)由施加于電樞繞 組的交流電流產(chǎn)生的交流》茲場(chǎng)在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中驅(qū)動(dòng)該；茲體。》茲體的支
座連接至斯特林制冷機(jī)16的活塞并在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中驅(qū)動(dòng)之。這種往
復(fù)運(yùn)動(dòng)使斯特林制冷機(jī)將熱能從制冷機(jī)的 一個(gè)區(qū)域抽至拒絕熱能 的另一區(qū)域。由如現(xiàn)有^支術(shù)可知，這種斯特林裝置由于其上述抽耳又 熱量的能力還更普遍地尋皮稱為熱泵。斯特林熱泵可以用于乂人拒絕的
熱量中加熱物體或者通過(guò)在其;令卻區(qū)i或處^妾^c熱量并拒絕熱量進(jìn) 入周?chē)h(huán)境來(lái)冷卻物體。因此，后者通常稱作制冷才幾，并包括制冷 至低溫的制冷機(jī)。由于線性電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)(諸如斯特林熱泵、壓 縮機(jī)或流體泵)不是本發(fā)明且在現(xiàn)有技術(shù)的多個(gè)實(shí)例中作了敘述， 所以其細(xì)節(jié)將不再敘述。該電路的原理還可以應(yīng)用于其他線性、自 由往復(fù)的原動(dòng)機(jī)和使用振動(dòng)平衡器的傳動(dòng)負(fù)載，諸如線性壓縮機(jī)和 自由活塞塞特4木發(fā)動(dòng)才幾。
圖2示出了本發(fā)明可選實(shí)施例的實(shí)例。機(jī)械裝置30具有主機(jī) 32,所述主才幾包括線性電動(dòng)才幾34，用于在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中驅(qū)動(dòng)斯特林 制冷機(jī)36;以及電動(dòng)機(jī)控制器38，用于控制線性電動(dòng)機(jī)34，包括其驅(qū)動(dòng)頻率控制器。電動(dòng)機(jī)控制器具有振動(dòng)幅度傳感器40，諸如加
速計(jì)，用于感測(cè)代表機(jī)械裝置30振動(dòng)幅度的信號(hào)并將其輸入至電 動(dòng)才幾控制器38。所有這些裝置如圖1所示^皮物理地連接在一起。圖 2的實(shí)施例還可以連接至一個(gè)或多個(gè)次級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)，諸如振動(dòng)平衡 器46和附加的4展動(dòng)系統(tǒng)48。
圖3示出了本發(fā)明工作的原理。其涉及有4戈表性和典型性的頻 率值和曲線，Y旦本發(fā)明不限于這些值和曲線。例如，對(duì)于往復(fù)的主 才幾來(lái)說(shuō)通常會(huì)凈皮i殳計(jì)為在60 Hz共振和工作。然而，很多其他的工 4乍頻率，i者i口50Hz、 120 Hz、或400 Hz,也是可以實(shí)王見(jiàn)的。戶斤述 類型的主枳4皮典型地/沒(méi)計(jì)為以才展動(dòng)的固有頻率或?qū)?yīng)于上面等式1 中f的共振頻率fo共振。共振峰M表示具有共振頻率60Hz的主機(jī) 機(jī)械振動(dòng)的典型共振峰。其共振峰相對(duì)于共4展頻率來(lái)說(shuō)是相對(duì)寬 的，因此顯示了相對(duì)低的Q特性。共振峰Sl和S2示出了次級(jí)共振 系統(tǒng)的典型共振峰。它們相對(duì)尖銳而陡峭，因此顯示了相對(duì)高的Q 特性。
雖然半功率點(diǎn)(幅度的70.7%)是一個(gè)公知的共振峰寬度的量 度，但該量度僅適用于本系統(tǒng)的機(jī)械共振方面。主機(jī)的其他工作特 性，諸如其制冷機(jī)效率或性能系數(shù)，確定了傳動(dòng)機(jī)的工作效率。因 此，傳動(dòng)才幾以可4妻受的效率工作的驅(qū)動(dòng)頻率范圍可以且通常是與才幾 械振蕩系統(tǒng)的共振峰寬度不相同的。然而，這種可接受的驅(qū)動(dòng)頻率 范圍可以是也通常是由i殳計(jì)者確定的。圖3中，示出了可4妾受的驅(qū) 動(dòng)頻率范圍R的實(shí)例，即58 Hz到62 Hz之間，雖然這會(huì)是隨著主 才幾的不同而不同的。
共4展峰S1和S2可以在i兌明本發(fā)明工作時(shí)用于表示作為4展動(dòng)平 衡器的次級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)或作為附加振動(dòng)系統(tǒng)的次級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)。每個(gè)峰 均4安次序取址(addressed )。當(dāng)次級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)是振動(dòng)平#f器且主機(jī)在其指定或i殳計(jì)的習(xí)犬態(tài)
下工作時(shí)，其將按照表示主機(jī)的峰M和表示振動(dòng)平衡器的峰S1來(lái) 工作。在這種狀態(tài)下，可以以指定的主機(jī)共振頻率(實(shí)例中60Hz) 來(lái)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)，這是因?yàn)樵擃l率與振動(dòng)平衡器的共振頻率一致。然 而，當(dāng)諸如溫度的工作狀態(tài)的改變足夠大，4吏主機(jī)或次級(jí)振動(dòng)系統(tǒng) 的物理參數(shù)引起主才幾和次級(jí)才展動(dòng)系統(tǒng)中的 一個(gè)或兩個(gè)的共振頻率 的改變，該改變會(huì)作為4皮此水平i文置的一個(gè)或兩個(gè)峰而在圖3的圖 中顯示。例如，峰S1可以移至峰S2的位置，雖然它也可以向另一 方向移動(dòng)并移動(dòng)不同3巨離。
當(dāng)繼續(xù)以主機(jī)的共振頻率驅(qū)動(dòng)主機(jī)時(shí)，峰Sl到峰S2位置的位 移使振動(dòng)平衡器變得更加沒(méi)有效果。然而，當(dāng)主機(jī)的驅(qū)動(dòng)頻率凈皮改 變?yōu)榕c峰S2的中心更為4姿近時(shí)，只要保持所改變的工作狀態(tài)，振 動(dòng)平衡器就會(huì)在該頻率(實(shí)例中為62 Hz)處變得更為有效。當(dāng)振 動(dòng)平tf器的峰移至61 Hz或62 Hz中心時(shí)，驅(qū)動(dòng)頻率會(huì)分別移至61 Hz或62 Hz。因此，在本發(fā)明中，電動(dòng)才幾4空制系統(tǒng)18或38以馬區(qū)動(dòng) 頻率驅(qū)動(dòng)線性電動(dòng)才幾，所述驅(qū)動(dòng)頻率/人主才幾或系統(tǒng)的共才展頻率中偏
移，接近或處于振動(dòng)平衡器的移位的共振頻率，但處于主系統(tǒng)工作 的可接受效率的驅(qū)動(dòng)頻率范圍中。
因此，本發(fā)明的一方面在于，響應(yīng)于引起主機(jī)和振動(dòng)平衡器的 共4展峰中心頻率分散的工作狀態(tài)的改變，線性電動(dòng)4幾的驅(qū)動(dòng)頻率4皮 移至4妾近改變的4展動(dòng)平tf器中心頻率。雖然可以將該驅(qū)動(dòng)頻率改變 為使其接近已移位的峰S2的共振頻率，但其不能被移至可接受的 驅(qū)動(dòng)頻率范圍R的界限之外，因?yàn)檫@樣做會(huì)引起主機(jī)工作的不可接 受的惡化。
當(dāng)次級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)是附加振動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，希望其共振峰位于或保持 距離主機(jī)的中心頻率fo足夠遠(yuǎn)，而不會(huì)成為影響振動(dòng)的因數(shù)。然而， 安裝在才幾械裝置10或30上的其他i殳備可以引入一個(gè)或多個(gè)附加振動(dòng)系統(tǒng)，所述附加振動(dòng)系統(tǒng)具有意想不到地接近中心頻率fo的共振
峰，或者由于工作狀態(tài)的變化而移動(dòng)接近中心頻率。峰S1和S2可 以表示這種附加次級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)的共振峰。當(dāng)峰Sl是附加振動(dòng)系統(tǒng) 的峰時(shí)，圖3示出可以通過(guò)爿尋驅(qū)動(dòng)頻率改變至峰Sl的中心頻率的 任一側(cè)但J呆持其在R范圍內(nèi)來(lái)充分減小次級(jí)附加系統(tǒng)的4展動(dòng)。因 此，驅(qū)動(dòng)頻率最優(yōu)為58Hz或62Hz。當(dāng)峰S2是附加振動(dòng)系統(tǒng)等峰 時(shí)，可以通過(guò)將驅(qū)動(dòng)頻率移動(dòng)至實(shí)例中的58 Hz (盡可能的遠(yuǎn)離峰 S2的中心頻率，但不會(huì)超出范圍R)來(lái)將附加系統(tǒng)的振動(dòng)最小化。
存在i殳計(jì)和構(gòu)造控制系統(tǒng)的多種方法，以才艮據(jù)上述原理來(lái)改變 線性、自由往復(fù)的原動(dòng)才幾的驅(qū)動(dòng)頻率，而下面爿尋描述六個(gè)實(shí)例。所 有實(shí)例均包括感測(cè)4幾械裝置的工作參l丈，諸如才幾械裝置的振動(dòng)幅度 或者機(jī)械裝置的部件溫度。感測(cè)的參數(shù)可以由配置用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明 的傳感器來(lái)感測(cè)，或者可以是作為另 一 控制系統(tǒng)的 一 部分的傳感器 來(lái)感觀寸。
圖2是六個(gè)實(shí)例中的第一個(gè)。振動(dòng)幅度傳感器40感測(cè)機(jī)才成裝 置的振動(dòng)幅度。 一般地，其可以配置在被機(jī)械地連接在一起的機(jī)械 裝置的任一部件上，這是因?yàn)槿我徊考恼駝?dòng)通常均傳輸至另 一部 件。電動(dòng)才幾控制器38以可接受的工作效率的驅(qū)動(dòng)頻率范圍中分配 的若干個(gè)有代表性的頻率的每一個(gè)，來(lái)驅(qū)動(dòng)線性電動(dòng)機(jī)34。存儲(chǔ)與 感測(cè)的作為結(jié)果的振動(dòng)相關(guān)的每個(gè)頻率。這是在起動(dòng)、周期性的起 動(dòng)之后，響應(yīng)于所選的級(jí)別以上感測(cè)的振動(dòng)幅度和/或響應(yīng)于其他狀 態(tài)或算法來(lái)完成的。然后，電動(dòng)機(jī)控制器38的軟件或邏輯電路選 擇最小的振動(dòng)幅度并以與最小振動(dòng)幅度相關(guān)的頻率來(lái)驅(qū)動(dòng)線性電 動(dòng)機(jī)。因此在執(zhí)行該程序時(shí)，可以為現(xiàn)有的工作狀態(tài)減小振動(dòng)或?qū)?其最小化。程序的重復(fù)使控制系統(tǒng)可以響應(yīng)于變化的工作狀態(tài)。
更具體i也，通過(guò)這里^皮稱作在頻率范圍R內(nèi)4斗(dither)頻或 掃頻的很多技術(shù)中的任一個(gè)來(lái)以可接受的范圍R中的多個(gè)頻率驅(qū)動(dòng)線性電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)控制器38找到了最小振動(dòng)的頻率。掃頻的 最普通的形式是連續(xù)或按步遞增(incremental step)地/人范圍R的 一側(cè)到另一側(cè)來(lái)逐沐斤改變?cè)擃l率。然而，可選i也，可以以不連續(xù)或 隨才幾的形式扭^亍掃頻，并可以以選定的間隔來(lái)完成43頻。
圖1示出了本發(fā)明的第二實(shí)例。溫度傳感器22感測(cè)振動(dòng)平4軒 器26或其周?chē)h(huán)境的溫度，并將溫度凄t據(jù)輸入至電動(dòng)才幾控制器18。 如本發(fā)明的所有實(shí)施例，響應(yīng)于至少 一個(gè)枳4成裝置的測(cè)試來(lái)確定和 存儲(chǔ)可4妄受的工作效率的驅(qū)動(dòng)頻率范圍。測(cè)試通常在試-驗(yàn)i殳備中寺丸 行但也可以基于工程設(shè)計(jì)規(guī)范。然后將這個(gè)試-瞼確定的可接受工作 效率的工作頻率范圍存儲(chǔ)在機(jī)械裝置的產(chǎn)品復(fù)制品(production replication ) 中。
通常還會(huì)在試一驗(yàn)環(huán)境中通過(guò)以多個(gè)不同的工作溫度運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)測(cè) 試至少一個(gè)熱泵枳4成裝置。對(duì)于每個(gè)工作溫度，均在可一妾受的驅(qū)動(dòng) 頻率范圍內(nèi)掃描驅(qū)動(dòng)頻率。存儲(chǔ)與每個(gè)工作溫度相關(guān)的產(chǎn)生機(jī)械裝 置的最小振動(dòng)幅度的驅(qū)動(dòng)頻率。因此，對(duì)于每個(gè)感測(cè)到的工作溫度， 均存在提供最小振動(dòng)的存儲(chǔ)的驅(qū)動(dòng)頻率。這些工作溫度及其相關(guān)的 驅(qū)動(dòng)頻率作為查找表被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置20中，所述存儲(chǔ)裝置連接 至測(cè)試的機(jī)械裝置的產(chǎn)品復(fù)制的頻率控制系統(tǒng)中?？蛇x地，查找表 可以存儲(chǔ)與每個(gè)測(cè)量的溫度相關(guān)的振動(dòng)平衡器的彈簧的彈簧常數(shù) 以及用于將彈簧常數(shù)轉(zhuǎn)換為工作頻率的算法。作為另一個(gè)選擇，可 以使用公知的數(shù)學(xué)技術(shù)(諸如多項(xiàng)式級(jí)數(shù))來(lái)開(kāi)發(fā)等式，用于估計(jì) 查找表的曲線圖，從而利用由電動(dòng)機(jī)控制器微處理器計(jì)算的結(jié)果將
振動(dòng)吸收器彈簧常凄t或工作頻率與測(cè);彈的溫度相關(guān)寫(xiě)關(guān)。
在產(chǎn)品復(fù)制操作期間，感測(cè)對(duì)應(yīng)的復(fù)制品工作溫度并從數(shù)據(jù)存
儲(chǔ)器20中取出(可選地，由等式計(jì)算)相關(guān)的驅(qū)動(dòng)頻率或彈簧常
數(shù)。然后，以與感測(cè)溫度相關(guān)的存儲(chǔ)或計(jì)算的驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)線性電動(dòng)機(jī)。在該產(chǎn)品機(jī)械工作期間重復(fù)此過(guò)程，從而可以經(jīng)常以提供最 近感測(cè)到的溫度的最小振動(dòng)幅度的驅(qū)動(dòng)頻率來(lái)馬區(qū)動(dòng)該枳4戒裝置。
對(duì)于具有附加次級(jí)振動(dòng)系統(tǒng)和振動(dòng)平衡器的機(jī)4成裝置，將會(huì)有 更多的共振峰在與圖3相似的圖上表示。然而，本發(fā)明的方法和步 艱《仍然一致。
圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例的第三實(shí)例。其示出了現(xiàn)有技術(shù)的才幾 才成裝置以及為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的而添加了部件的控制系統(tǒng)。
示出的現(xiàn)有4支術(shù)系統(tǒng)具有由線性電動(dòng)才幾50組成的主才幾，線性 電動(dòng)機(jī)被機(jī)械地連接以驅(qū)動(dòng)其自身的內(nèi)部移動(dòng)質(zhì)量52和傳動(dòng)負(fù)載 并才幾才成:t也連4妄至次紹j展動(dòng)系統(tǒng)54。 4專感器56感測(cè)主才幾工作的參凄t, 諸如上死點(diǎn)(TDC)或移動(dòng)質(zhì)量52中的一個(gè)的活塞位置，而電動(dòng) 才幾電流和電壓也會(huì)纟皮一企測(cè)到。這些信號(hào)一皮施加至信號(hào)調(diào)節(jié)器58并 作為反饋信號(hào)施加至反饋控制系統(tǒng)的求和結(jié)點(diǎn)(junction) 60,所述 求和是在微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器62的軟件中實(shí)現(xiàn)的。參考值 也—皮施加至求和結(jié)點(diǎn)60以纟是供一皮施加至傳遞函^:的誤差信號(hào)并才艮 據(jù)公知的反饋控制系統(tǒng)原理產(chǎn)生控制信號(hào)。為控制線性電動(dòng)機(jī)50， 控制信號(hào)一皮施加至產(chǎn)生方波的可變頻率逆變器占空比(duty cycle ) 發(fā)生器電i 各64，其中方波的占空比和頻率均可以可控地改變。由控 制信號(hào)以現(xiàn)有技術(shù)的方法控制占空比。發(fā)生器電路64的輸出被施 加至逆變器輸出級(jí)66，其將方波轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)線性電動(dòng)才幾50的 反向dc脈沖，該脈沖具有對(duì)應(yīng)于方波占空比的脈沖寬度。很多這 樣的電i 各都在現(xiàn)有沖支術(shù)中為/>眾所知，而本發(fā)明不限于具有這些一 4殳特征的任何特定的驅(qū)動(dòng)電^各。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，溫度傳感器68被安裝在振動(dòng)平衡器54A附近 并將其輸出信號(hào)施加至微控制器62，所述微控制器用于如圖1所示應(yīng)等式。當(dāng)查找表或等式提供了對(duì)應(yīng)于每個(gè)感測(cè)溫度的振動(dòng)平# 器
彈簧常數(shù)的值時(shí)，由頻率調(diào)節(jié)算法72轉(zhuǎn)換該輸出以確定工作頻率。 當(dāng)查找表或等式直接提供頻率時(shí)，算法72可以省略。
圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例的第四實(shí)例。其示出了如圖4所示的 相同現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械裝置以及如圖4所示為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的而加入部 件的控制電路。對(duì)于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，振動(dòng)傳感器80被連接以將振動(dòng) 幅度輸入提供至微處理器82。在軟件模塊84的控制下，微控制器 82在如上所述的可沖妻受的工作頻率范圍的界限內(nèi)掃描、4牛動(dòng)或改變 工作驅(qū)動(dòng)頻率，并在該范圍中實(shí)現(xiàn)最小振動(dòng)幅度的存儲(chǔ)。然后，微 控制器82選擇并以與最小振動(dòng)幅度相關(guān)的存^t的工作頻率開(kāi)動(dòng)線
性電動(dòng)4幾86。還以選4奪的間隔或在選^r的狀態(tài)下如上所述重復(fù)該過(guò)
詳呈，乂人而由于工作狀態(tài)可以改變，ii:總是以最小纟展動(dòng)幅度的頻率驅(qū) 動(dòng)線性電動(dòng)才幾86。
圖6和圖7是示出了本發(fā)明實(shí)施例的第五和第六實(shí)例的示圖。 二者均包括相同現(xiàn)有技術(shù)的裝置，其中添加了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的電路。 因此，下面將首先描述兩圖中共有的現(xiàn)有才支術(shù)部分。圖6和圖7示 出了用于從熱源輸入產(chǎn)生電能的主機(jī)，所述主才幾是驅(qū)動(dòng)線性交流發(fā) 電才幾102的自由活塞斯特林發(fā)動(dòng)才幾100。它們可以是現(xiàn)有才支術(shù)中為 公眾所知的設(shè)計(jì)而典型地安裝在同一殼體中。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的往復(fù) 能量活塞被機(jī)械地連接至交流發(fā)電機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件，通常一系列 的永磁體被支撐在支架上，該支架在安裝于共有殼體中的電樞繞組 或線圏中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這些往復(fù)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合質(zhì)量104通過(guò)斯特林 發(fā)動(dòng)才幾詳口交;;危發(fā)電才幾的氣釭(cylinder )和夕卜殼的反力而一皮才幾才成;l也連 接至振動(dòng)平衡器106和任意附加振動(dòng)系統(tǒng)108。這些反作用力通過(guò) 一4殳的才幾械彈簧、斯特林發(fā)動(dòng)才幾中的工作氣體以及/人石茲體連接至電 樞線圏的電》茲體而一皮傳遞至氣缸和外殼。通過(guò)傳統(tǒng)的用于能量因泰:修正的調(diào)節(jié)電容器109連接交流發(fā)電機(jī)102的輸出，以將能量提供 至有歲文載荷110。
使用現(xiàn)有技術(shù)中公知的原理來(lái)控制斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)100的頻率， 以將斯特林發(fā)動(dòng)才幾驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電4幾連4妻至電網(wǎng)系統(tǒng)(power grid ), 以將能量提供至該網(wǎng)。當(dāng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)被設(shè)計(jì)為 在電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率附近共沖展時(shí)，斯特林發(fā)動(dòng)才幾的4展蕩會(huì)與電網(wǎng)系統(tǒng) 的AC能量4^蕩同步。應(yīng)用的原理是，當(dāng)^皮連4妻至外部AC電源時(shí)， 如果AC電源具有低于交流發(fā)電機(jī)的內(nèi)部阻抗且如果僅存在小頻率 變化，則斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)的振蕩會(huì)與AC電源的電 壓"t展蕩同步。可應(yīng)用于本發(fā)明并在上文中描述的頻率變化就是這種 小變化。
可變頻率、可變幅度電源111 :帔用作發(fā)動(dòng)4幾輸出頻率控制器并
且其AC輸出端一皮連沖妻至交流發(fā)電才幾102。這種電源在市場(chǎng)上可以 買(mǎi)到因而不再贅述。孩i控制器114的可變頻率發(fā)生器118的輸出初L 連接至可變AC電源111的控制輸入端112,所述控制輸入端是控 制可變AC電源111的頻率的*敘入?？勺冾l率發(fā)生器118 4空制AC 電源111。因此，在用于本發(fā)明的小頻率變化中，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)的線性交流發(fā)電4幾102的工作頻率^艮隨可變AC電源111的頻率 因而由孩吏控制器114控制。
實(shí)現(xiàn)圖6中示出的本發(fā)明與圖5中示出的實(shí)施例相似?？刂破?114纟皮編程以#1行用于計(jì)算主才幾的工作頻率的邏輯和算術(shù)功能，所 述工作頻率用于將振動(dòng)幅度最小化。振動(dòng)傳感器116 (諸如加速計(jì)) 具有連接至控制器114的輸入的輸出，該輸出用于提供表示所感測(cè) 的圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)的、主機(jī)的振動(dòng)幅度的信號(hào)。然而，可變頻 率發(fā)生器118并沒(méi)有向發(fā)動(dòng)機(jī)頻率控制器輸入作為命令輸入的指定 工作頻率，而是插入至指定工作頻率命令輸入與對(duì)可變AC電源111 的輸入之間。這使得控制器114將所命令的工作頻率從指定的工作頻率中偏移，以將振動(dòng)最小化。在軟件控制下，控制器114在可4妾 受的工作頻率范圍的限制中掃描、抖動(dòng)或改變工作驅(qū)動(dòng)頻率，并實(shí) 現(xiàn)在該范圍內(nèi)最小振動(dòng)幅度的存儲(chǔ)。然后，控制器114選4奪并以與 最小振動(dòng)幅度相關(guān)的存儲(chǔ)的工作頻率來(lái)開(kāi)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)100。還
以選沖奪的間隔或在選4奪的狀態(tài)(諸如上述的狀態(tài))下重復(fù)該過(guò)詳呈， /人而由于工作狀態(tài)會(huì)改變，通常會(huì)以可接受的工作頻率范圍的界限
中的最小振動(dòng)幅度的頻率來(lái)驅(qū)動(dòng)自由活塞斯特;沐發(fā)動(dòng)機(jī)100。
實(shí)現(xiàn)圖7中示出的本發(fā)明與實(shí)現(xiàn)圖2中示出的實(shí)施例相似，且 應(yīng)用了相同的工作原理，以如圖6的實(shí)施例所述來(lái)控制自由活塞斯 特4木發(fā)動(dòng)才幾100的工作頻率。溫度傳感器120的輸出一皮連4妾至控制 器122的輸入以提供表示振動(dòng)平衡器106溫度的信號(hào)。然后，控制 器122在可4妻受的工作頻率范圍上開(kāi)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)才幾100并存^f諸與 工作頻率相關(guān)的每個(gè)溫度，以通過(guò)與圖2和圖4相同的步驟來(lái)提供 查找表124。
雖然已經(jīng)詳細(xì)披露了本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)理解， 在不背離本發(fā)明精神或所附權(quán)利要求的范圍的前提下，可以采用多
種》務(wù)改。
權(quán)利要求
1. 一種用于將機(jī)械裝置的機(jī)械振動(dòng)幅度最小化的方法，所述機(jī)械裝置包括線性、自由往復(fù)的原動(dòng)機(jī)，所述原動(dòng)機(jī)連接至傳動(dòng)機(jī)并在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中以驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)的往復(fù)質(zhì)量，所連接的原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)具有彈簧，所述彈簧將力施加至所述往復(fù)質(zhì)量，以形成具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)主系統(tǒng)共振頻率的共振主系統(tǒng)，所述方法包括(a)確定并存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)頻率范圍，所述傳動(dòng)機(jī)以可接受的工作效率在所述驅(qū)動(dòng)頻率范圍內(nèi)工作；(b)感測(cè)所述機(jī)械裝置的工作參數(shù)；以及(c)響應(yīng)于所感測(cè)的參數(shù)以驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)所述原動(dòng)機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)頻率(i)從所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)主系統(tǒng)共振頻率偏移；(ii)處于可接受的工作效率的驅(qū)動(dòng)頻率范圍中；以及(iii)在現(xiàn)有的工作狀態(tài)下減小或最小化所述機(jī)械裝置的機(jī)械振動(dòng)幅度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述感測(cè)步驟包括感測(cè)所 述機(jī)械裝置的振動(dòng)幅度，而其中，所述方法進(jìn)一步包括-.(a) 在包括了所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)主系統(tǒng)共才展頻率的頻率范圍內(nèi) 掃描所述驅(qū)動(dòng)頻率；(b) 存儲(chǔ)與多個(gè)所掃描的驅(qū)動(dòng)頻率相關(guān)聯(lián)的所感測(cè)的振動(dòng) 幅度；以及其中，以驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)所述原動(dòng)才幾，所述驅(qū)動(dòng)頻率是所 存儲(chǔ)的與最小的、被感測(cè)、存儲(chǔ)的幅度相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，周期性地重復(fù)所述方法。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法用于控制機(jī)械裝置，其 中，所述傳動(dòng)機(jī)是自由活塞斯特林熱泵裝置，其中(a) 響應(yīng)于對(duì)所述才A4成裝置的至少 一 個(gè)部件的測(cè)試，確定 并存1"諸所述驅(qū)動(dòng)頻率范圍；(b) 在多個(gè)工作溫度的測(cè)試期間開(kāi)動(dòng)所述才幾械裝置的至少 一個(gè)熱泵裝置，對(duì)于每個(gè)所述工作溫度，在所述可4妄受的驅(qū)動(dòng) 頻率范圍內(nèi)改變所述驅(qū)動(dòng)頻率，并與每個(gè)工作溫度相關(guān)聯(lián):i也存 儲(chǔ)產(chǎn)生所述機(jī)械裝置最'J 、振動(dòng)幅度的驅(qū)動(dòng)頻率；(c) 所述工作溫度和相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)頻率作為查找表被存儲(chǔ) 于存儲(chǔ)裝置中，所述存儲(chǔ)裝置連接在所測(cè)試的機(jī)械裝置的復(fù)制 品 的頻率控制系統(tǒng)中；(d) 所述感測(cè)步驟包括感測(cè)所測(cè)試的 一幾械裝置復(fù)制品的工 作溫度；以及述原動(dòng)機(jī)。
5. —種用于將機(jī)械裝置的機(jī)械振動(dòng)幅度最小化的計(jì)算機(jī)或邏輯 電路控制系統(tǒng)，所述機(jī)械裝置包括主機(jī)，所述主4幾具有線性、 自由往復(fù)的原動(dòng)4幾，所述原動(dòng)^幾在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)才幾，所 述主機(jī)包括質(zhì)量和將力施加至所述質(zhì)量的彈簧，以提供具有共 振頻率的共振才幾械振蕩器，其中，將所述主枳J殳計(jì)為在所述共 4展頻率附近凈皮驅(qū)動(dòng)，所述控制系統(tǒng)包括(a) 傳感器，用于感測(cè)機(jī)械工作的參數(shù)；(b) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)頻率范圍，所述傳動(dòng)機(jī)在 所述驅(qū)動(dòng)頻率范圍內(nèi)以可沖姿受的工作步文率工作；以及(C)微控制器，被連接以接收來(lái)自所述傳感器和所述數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器的輸入，用于控制所述原動(dòng)機(jī)，并被編程以響應(yīng)于所感 測(cè)的參凄t乂人而以驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)所述原動(dòng)才幾，所述驅(qū)動(dòng)頻率乂人所 述主機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)共振頻率偏移，處于所存儲(chǔ)的可接受的工作 效率的驅(qū)動(dòng)頻率范圍中，以及在現(xiàn)有的工作狀態(tài)下將所述扭4戒 裝置的機(jī)械振動(dòng)幅度最小化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中，所述傳感器感測(cè)所述 機(jī)械裝置的振動(dòng)幅度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其中，所述傳感器是加速計(jì)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中，所述傳感器是溫度傳感器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其中，所述傳感器被連接以 感測(cè)振動(dòng)平衡器的彈簧的溫度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中，所述原動(dòng)機(jī)是線性電 動(dòng)機(jī)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中，所述原動(dòng)機(jī)是自由活 塞斯特一木發(fā)動(dòng)才幾。
12. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中，所述傳動(dòng)機(jī)是自由活 塞斯特林制冷^L。
全文摘要
一種用于將機(jī)械裝置的機(jī)械振動(dòng)幅度最小化的方法，所述機(jī)械裝置包括線性、自由往復(fù)的原動(dòng)機(jī)，所述原動(dòng)機(jī)連接至傳動(dòng)機(jī)并在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中以驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)的往復(fù)質(zhì)量，所連接的原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)具有彈簧，所述彈簧用于將力施加至往復(fù)質(zhì)量，以形成具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)主系統(tǒng)共振頻率的主共振系統(tǒng)。確定并存儲(chǔ)傳動(dòng)機(jī)以可接受的工作效率工作的驅(qū)動(dòng)頻率范圍。感測(cè)機(jī)械裝置的工作參數(shù)并響應(yīng)于所感測(cè)的參數(shù)在驅(qū)動(dòng)頻率下驅(qū)動(dòng)線性電動(dòng)機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)頻率從往復(fù)運(yùn)動(dòng)主系統(tǒng)共振頻率中偏移，處于可接受的工作效率的驅(qū)動(dòng)頻率范圍中，且在現(xiàn)有的工作狀態(tài)下減小或最小化機(jī)械裝置的機(jī)械振動(dòng)幅度。
文檔編號(hào)F16F7/10GK101438077SQ200780016311
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月5日
發(fā)明者道格拉斯·E·凱特, 魯文·Z-M·昂格爾 申請(qǐng)人:神寶公司