JP4580268B2 - フリーピストンの位置計測装置およびフリーピストンの制御装置 - Google Patents
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Description
X=Asin(ωt) (1)
ここで、 ω=2π・フリーピストン振動数 [Hz]
t=時間 [s]
A=フィリーピストンストローク量 [M]
式(1)を微分すれば、ピストン速度Vは次式(2)で表される。
V=ωAcos(ωt) [M/s] (2)
Vmax=ωA [M/s] (3)
フリーピストン3は、その平均位置を通過するときに最大速度に達する。この位置は、マグネット12とホール効果型センサ11とが往復運動に直交する線上で整列したときに対応する。
T=2Z/ωA [s] (4)
従ってこのパルス時間幅Tは、次式(5)のように、ストロークAに反比例する。
T∝1/A [s] (5)
以上により、パルス時間幅Tを計測すれば、Aに対する式(5)を解くことによってストロークAが計算できる。なお式(5)の比例定数は、具体的な装置の特性値であって、距離Zおよび振動数ωから決定できる。図3にパルス時間幅TとピストンストロークAとの反比例関係を図式的に示す。
B=Asin(ωT1) (6)
ここで、
A =計算したストローク量
ω =2π・振動数
T1=フリーピストンが平均ピストン位置と設計上の中心位置 との間を移動するのに必要とした時間。
またT1は、パルスの短間隔時間TSから、または長間隔時間TLから次のように導くことができる。
TS=T2−T1−T [s] (7)
TL=T3−T2−T [s] (8)
ここで、
T2=(π/ω)−T1 [s] (9)
T3=(2π/ω)+T1 [s] (10)
T =2Z/ωA(式(4)より。)
B=Asin((π―ωTS)/2) (11)
B=Asin(−(π−ωTL)/2) (12)
11 ホール効果型センサ(磁気センサ)
12 マグネット
2 ディスプレサ
3 フリーピストン
4 ケース
6 交流発電機
100 フリーピストンの位置計算手段
200 往復運動制御手段
211 ストローク誤差計算手段
212 ストロ−クの記憶媒体
213 ストローク誤差信号処理手段
214 ストローク調整手段
221 オフセット誤差計算手段
222 オフセット量の記憶媒体
223 オフセット誤差信号処理手段
224 オフセット調整手段
Claims (4)
- フリーピストン装置のフリーピストンのストロークと往復運動の平均位置とを計測する装置であって、パルス列発生手段と、このフリーピストンの位置計算手段とを備え、
上記フリーピストン装置は、このフリーピストンを収納するケースと、このフリーピストンを駆動する駆動手段とを備え、
上記フリーピストンは、上記駆動手段とは機械的に連結されず、
上記パルス列発生手段は、上記フリーピストンに設けたマグネットと、上記ケースに設けた磁気センサとを有し、
上記磁気センサとマグネットとは、上記フリーピストンが設計上の往復運動の中心位置にあるときに、このフリーピストンの往復運動方向と直交する線上に整列する位置に設けてあり、
上記磁気センサは、上記マグネットがこの磁気センサから所定の上記往復運動方向の距離以内に有るときにパルスを発生するものであって、
上記位置計算手段は、上記パルスの継続時間と、このパルスと次のパルスとの間隔時間と、上記フリーピストンの往復運動速度とを検出する手段を含み、
上記位置計算手段は、上記パルスの継続時間とフリーピストンの往復運動速度とから上記フリーピストンのストロークを計算し、
上記位置計算手段は、上記各パルスの間隔時間と、上記フリーピストンのストロークの計算値と、上記フリーピストンの往復運動速度とから、このフリーピストンの往復運動の平均位置と設計上の平均位置とのオフセット量を計算する
ことを特徴とするフリーピストンの位置計測装置。 - 請求項1において、上記磁気センサは、ホール効果型センサであることを特徴とするフリーピストンの位置計測装置。
- 請求項1または2のいずれかにおいて、上記フリーピストン装置は、スターリング機関であることを特徴とするフリーピストンの位置計測装置。
- フリーピストン装置のフリーピストンのストロークと往復運動の平均位置とを制御する装置であって、請求項1〜3のいずれかの1に記載したフリーピストンの位置計測装置と、このフリーピストンの往復運動制御手段とを備え、
上記往復運動制御手段は、ストローク誤差計算手段と、ストローク誤差信号処理手段と、ストローク調整手段と、オフセット誤差計算手段と、オフセット誤差信号処理手段と、オフセット調整手段とを備え、
上記ストローク誤差計算手段は、上記フリーピストンのストロークの計算値と設計上のストロークとの差を計算してこの差をストローク誤差信号として出力し、
上記ストローク誤差信号処理手段は、上記ストローク誤差信号に基づいてストロークコマンド信号を発生し、
上記ストローク調整手段は、上記ストロークコマンド信号に基づいて上記フリーピストンのストロークを制御し、
上記オフセット誤差計算手段は、上記オフセット量と設計上のオフセット量との差を計算してこの差をオフセット誤差信号として出力し、
上記オフセット誤差信号処理手段は、上記オフセット誤差信号に基づいてオフセットコマンド信号を発生し、
上記オフセット調整手段は、上記オフセットコマンド信号に基づいて上記フリーピストンの往復運動の平均位置を制御する
ことを特徴とするフリーピストンの制御装置。
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