一种无传感器式直线压缩机行程检测装置及检测方法制造方法及图纸

一种无传感器式直线压缩机行程检测装置及检测方法，包括：驱动系统，用于生成驱动信号，并对驱动信号进行放大处理，包括信号发生器与功率放大器；执行系统，用于接收所述驱动系统的驱动信号，驱动压缩机活塞进行往复运动，并输出工作电流与感应电压信号，包括直线压缩机、电流传感器以及电压传感器；位移检测系统，用于接收所述执行系统输出的所述直线压缩机主线圈工作电流信号与所述直线压缩机感应线圈感应电压信号，并对信号进行计算处理，输出位移信号，包括位移检测器与位移显示器。本发明专利技术提高直线压缩机的行程检测精度，降低直线压缩机制造成本，推动直线压缩机在热泵空调系统中的应用。系统中的应用。系统中的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种无传感器式直线压缩机行程检测装置及检测方法


[0001]本专利技术属于机械自动化控制
，特别涉及一种无传感器式直线压缩机行程检测装置及检测方法。

技术介绍

[0002]压缩机是空调系统主要的耗能机构，因而提高压缩机的效能即可以相应的降低空调系统的能耗，从而增加电动汽车的行驶里程。
[0003]大量案例证明压缩空气系统具有很大的节能空间，且我国电机系统的效率较发达国家相比低20％左右，节能潜力可达20％-40％，有很大的提升空间。目前，我国汽车空调用压缩机主要以传统往复式压缩机为主，机械摩擦损失较高，效率低，与往复式压缩机相比，直线压缩机取消了曲柄连杆机构，由电机直接驱动自由活塞，减少摩擦损失，从而提高机械效率。
[0004]直线压缩机可以通过调节压缩机冲程以显着提高能效，可以实现无开/关循环损耗的容量调节，其冲程由最大排量和最小排量之间的距离定义。因此，直线压缩机的关键问题之一就是活塞位置检测。目前，直线压缩机的冲程控制普遍基于位置传感器测量的活塞位置，由于位置传感器通常价格昂贵，大大增加了直线压缩机的制造成本；且安装位置传感器需要额外的空间，尤其是在用于电子冷却应用的小型线性压缩机时，这将带来很大的技术挑战。因此，急需开发一种无传感器式直线压缩机行程检测装置及检测方法，以提高直线压缩机的行程检测精度，降低直线压缩机制造成本，推动直线压缩机在热泵空调系统中的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种无传感器式直线压缩机行程检测装置及检测方法，提高直线压缩机的行程检测精度，降低直线压缩机制造成本，推动直线压缩机在热泵空调系统中的应用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种无传感器式直线压缩机行程检测装置，包括：
[0008]驱动系统，用于生成驱动信号，并对驱动信号进行放大处理，包括信号发生器与功率放大器；
[0009]执行系统，用于接收所述驱动系统的驱动信号，驱动压缩机活塞进行往复运动，并输出工作电流与感应电压信号，包括直线压缩机、电流传感器以及电压传感器；
[0010]位移检测系统，用于接收所述执行系统输出的所述直线压缩机主线圈工作电流信号与所述直线压缩机感应线圈感应电压信号，并对信号进行计算处理，输出位移信号，包括位移检测器与位移显示器。
[0011]进一步地，所述信号发生器用于根据初始设定位移信号X发出驱动频率信号f和驱动电压信号V1，所述驱动频率信号f以正弦波的形式输出，保证活塞具有适当的谐振运动以提高系统运行效率，所述驱动电压信号V1为交流电压，保证活塞能够进行往复运动。
[0012]进一步地，所述功率放大器用于接收所述信号发生器输出的驱动电压信号V1与驱动频率信号f，并将接收到的驱动电压信号V1增强放大至工作电压V2。
[0013]进一步地，所述直线压缩机采用移动磁铁式直线压缩机，包括压缩机壳体、主线圈、感应线圈、铁芯、移动磁铁、连接轴、支撑盘、活塞以及气缸，同时分别在主线圈与感应线圈上分别设有所述电流传感器与电压传感器。
[0014]进一步地，所述压缩机壳体用于固定所述主线圈、所述铁芯、所述支撑盘以及所述气缸；所述主线圈缠绕在所述铁芯上，所述感应线圈缠绕在所述主线圈上，用于感应所述主线圈两端的电压；所述铁芯中部开槽，相邻铁芯交替布置，防止所述主线圈相互阻碍；所述移动磁铁排列成一排，布置在铁芯开槽中心；所述连接轴一端与所述移动磁铁通过螺栓相连，另一端与活塞刚性相连；所述支撑盘用于固定所述连接轴，防止所述活塞发生径向偏移；保持所述主线圈、所述铁芯、所述移动磁铁、所述连接轴、所述支撑盘、所述活塞以及所述气缸中心对齐。
[0015]进一步地，所述电流传感器与电压传感器以及位移传感器用于分别测量所述感应线圈电压V3与所述主线圈工作电流I1。
[0016]进一步地，所述位移检测器用于接收所述执行系统输出的所述主线圈工作电流信号I1和所述感应线圈感应电压V3，并对其进行算法求解，输出活塞位移信号S至所述位移显示器。
[0017]进一步地，所述算法满足以下关系：
[0018]所述主线圈电流为零时，所述主线圈和所述移动磁铁之间的磁链Φ随所述移动磁铁的轴向位置(x)变化可以表示为：
[0019]Φ＝f(x)
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(1)
[0020]因此，如果可以确定磁链，则也可以确定活塞位置。
[0021]感应线圈中通过磁链的变化而产生的电动势E
g
由下式给出：
[0022][0023]因此，感应线圈两端的电压V
g
可以表示为：
[0024][0025][0026]其中，是移动磁铁的运动在感应线圈中产生的磁链变化，是主线圈中工作电流的变化使感应线圈中所产生的感应电压，M是主线圈和感应线圈之间的互感；V
g
为感应线圈的感应电压V3，可以通过电压传感器测得，I为主线圈的工作电流I1，可以通过电流传感器测得。
[0027]磁通量Φ的值可以通过E
g
的积分计算获得：
[0028]Φ＝∫E
g
dt+C
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(5)
[0029]其中，C是常数。
[0030]公式(1)说明了Φ是关于位移x的函数，因此，可以使用E
g
的积分来估计活塞行程S：
[0031][0032][0033]其中，k是位移系数。
[0034]进一步地，所述位移信号显示器用于接收所述位移信号检测器输出的活塞行程信号S，并将其显示在屏幕上与初始输入位移信号X进行对比。
[0035]上述一种无传感器式直线压缩机行程检测装置的检测方法，其特征是，包括以下步骤：
[0036]1)启动无传感器式直线压缩机行程检测装置，向驱动系统中输入初始位移信号X，驱动系统中的信号发生器根据初始位移信号X自动生成驱动指令，包括驱动频率信号f与驱动电压信号V1，驱动频率信号f以正弦波形式输出，保证活塞具有适当谐振运动以提高系统运行效率，驱动电压信号V1为交流电压，保证活塞能够进行往复运动；功率放大器将接收到的驱动电压信号V1放大至工作电压V2，驱动执行系统工作；
[0037]2)执行系统根据接收到的驱动信号，驱动直线压缩机、电流传感器以及电压传感器工作；工作电压V2使得主线圈两端存在电势差，从而产生工作电流I1，形成轴向推动力，驱动移动磁铁轴向运动，移动磁铁的轴向运动改变通过铁芯的磁通量，在主线圈中产生感应电压，而相邻铁芯的极性相反，且主线圈两端的工作电压为交流电压，因此，主线圈中的工作电流I1为交流电流，从而产生正反交替的轴向力，实现活塞的往复运动；
[0038]3)由于主线圈中的工作电流不断进行正反变化，因此，在感应线圈中产生感应电压V3，当直线压缩机稳定工作后，电流传感器与电压传感器分别记录主线圈中工作电流I1与感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无传感器式直线压缩机行程检测装置，其特征是，包括：驱动系统，用于生成驱动信号，并对驱动信号进行放大处理，包括信号发生器与功率放大器；执行系统，用于接收所述驱动系统的驱动信号，驱动压缩机活塞进行往复运动，并输出工作电流与感应电压信号，包括直线压缩机、电流传感器以及电压传感器；位移检测系统，用于接收所述执行系统输出的所述直线压缩机主线圈工作电流信号与所述直线压缩机感应线圈感应电压信号，并对信号进行计算处理，输出位移信号，包括位移检测器与位移显示器。2.根据权利要求1所述的一种无传感器式直线压缩机行程检测装置，其特征是，所述信号发生器用于根据初始设定位移信号X发出驱动频率信号f和驱动电压信号V1，所述驱动频率信号f以正弦波的形式输出，保证活塞具有适当的谐振运动以提高系统运行效率，所述驱动电压信号V1为交流电压，保证活塞能够进行往复运动。3.根据权利要求2所述的一种无传感器式直线压缩机行程检测装置，其特征是，所述功率放大器用于接收所述信号发生器输出的驱动电压信号V1与驱动频率信号f，并将接收到的驱动电压信号V1增强放大至工作电压V2。4.根据权利要求3所述的一种无传感器式直线压缩机行程检测装置，其特征是，所述直线压缩机采用移动磁铁式直线压缩机，包括压缩机壳体、主线圈、感应线圈、铁芯、移动磁铁、连接轴、支撑盘、活塞以及气缸，同时分别在主线圈与感应线圈上分别设有所述电流传感器与电压传感器。5.根据权利要求4所述的一种无传感器式直线压缩机行程检测装置，其特征是，所述压缩机壳体用于固定所述主线圈、所述铁芯、所述支撑盘以及所述气缸；所述主线圈缠绕在所述铁芯上，所述感应线圈缠绕在所述主线圈上，用于感应所述主线圈两端的电压；所述铁芯中部开槽，相邻铁芯交替布置，防止所述主线圈相互阻碍；所述移动磁铁排列成一排，布置在铁芯开槽中心；所述连接轴一端与所述移动磁铁通过螺栓相连，另一端与活塞刚性相连；所述支撑盘用于固定所述连接轴，防止所述活塞发生径向偏移；保持所述主线圈、所述铁芯、所述移动磁铁、所述连接轴、所述支撑盘、所述活塞以及所述气缸中心对齐。6.根据权利要求5所述的一种无传感器式直线压缩机行程检测装置，其特征是，所述电流传感器与电压传感器以及位移传感器用于分别测量所述感应线圈电压V3与所述主线圈工作电流I1。7.根据权利要求6所述的一种无传感器式直线压缩机行程检测装置，其特征是，所述位移检测器用于接收所述执行系统输出的所述主线圈工作电流信号I1和所述感应线圈感应电压V3，并对其进行算法求解，输出活塞位移信号S至所述位移显示器。8.根据权利要求7所述的一种无传感器式直线压缩机行程检测装置，其特征是，所述算法满足以下关系：所述主线圈电流为零时，所述主线圈和所述移动磁铁之间的磁链Φ随所述移动磁铁的轴向位置(x)变化可以表示为：Φ＝f(x)
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(1)因此，如果可以确定磁链，则也可以确定活塞位置；感应线圈中通过磁链的变化而产生的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁昆，陈新文，李兆华，徐晶，张纯，鲍鑫，沈浩，骆祯弘，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：