JP7307288B1 - フリーピストンマシンのピストン振幅の復元方法及びフリーピストンマシンのピストン振幅の復元を有する制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
スターリングエンジンなど、原動機でリニアオルタネータを駆動するものを指すために使用される。本発明は、先行技術で知られている様々な結合された機械に適用可能であるが、例えば、スターリングクーラを駆動するリニアモータとして説明される。
αはモータ定数(ボルト秒/メートルまたはニュートン/アンペア)である。
ωは機械動作角周波数(ラジアン/秒)である。
Xは電機子及びその構成要素の変位振幅である。
Rsは巻線が開回路状態でギャップ内を往復する磁石の運動による渦電流とヒステリシスによる損失を表す。
Rdcはコイルの抵抗損失を表す。
ΔRexternalはモータの周辺構造における誘導損失を表す。
Racは、RsとRdcの損失をまとめて、磁気運動による誘導損失を表す。
Lは主にコイルの巻線によるモータのインダクタンスである。
Vindは磁石運動によって誘起される開回路電圧(即ち、コイルの誘導電圧)である。
(Vind)IはI方向におけるVindの位相成分である。
(Vind)LはL方向におけるVindの位相成分である。
Vapplは印加される端子電圧である。
IとImはそれぞれ端子電流とモータ電流である。
jωLはLのインピーダンスである。
10 リニアモータコイル
11 往復電機子
12 鉄コイル
13 コイル端子
14 鉄コアエアギャップ
15 コイルに印加された電圧
16 支持構造リング
18 永久磁石(横並びセグメントまたは連続リング)
20 コアの外側
22 コアの内側
24 実測変位振幅
26 復元された変位振幅[図4、式(3)-(7)]
28 復元された変位振幅[図5、式(4)、式(8)、式(9)、式(7)]
30 フリーピストンスターリングクーラ
32 ターゲット(例えば、冷凍装置)
34 リニアモータ(図8)
36 スターリングクーラピストン
37 スターリングクーラシリンダ
38 スターリングクーラディスプレーサ
40 スターリングクーラ再生器
42 スターリングクーラ熱交換器
43 温度センサ
44 ドライバ回路
46 コントローラ
48 ピストン振幅Xの復元
50 変位振幅のサミングジャンクション
52 図4の等価回路の復元された振幅の相関
54 図5の等価回路の復元された振幅の相関
56 スターリングクーラピストンが衝突し得るメカニカルストップ
58 スターリングクーラピストンが衝突し得るメカニカルストップ
60 設定温度
62 温度制御のためのサミングジャンクション
Claims (6)
- 交流の往復電機子、前記電機子の往復を制御するリニアモータまたはリニアオルタネータの変位振幅Xを検出する方法であって、
前記モータまたは前記オルタネータは、コイルを含むステータを有し、
前記コイルは、一対のコイル端子を有し、エアギャップとともに強磁性コアの周りに巻かれて、
前記モータまたは前記オルタネータは、前記電機子に固定され、前記ギャップを通じて往復するように配置された磁石を有し、
前記モータまたは前記オルタネータは、モータ定数αと、前記コイルにおける抵抗損失を表す等価抵抗Rdcと、前記モータまたは前記オルタネータの周辺構造における誘導損失を表す等価抵抗ΔRexternalと、前記コイルの開回路状態における前記磁石の運動によって誘導された渦電流とヒステリシスによる損失を表す等価抵抗Rsとを有し、
前記方法は、
(a)前記コイル端子における交流電圧Vapplの振幅を感知することと、
(b)前記コイル端子を通じて交流電流Iの振幅を感知することと、
(c)前記電圧と前記電流との間の位相角度φpfを感知することと、
(d)Imを、数式
によって計算することと、
(e)(Vind)Iを、数式
によって計算することと、
(f)(Vind)Lを、数式
によって計算することと、
(g)変位振幅Xを、数式
によって計算することと、を含み、
ωは、Vapplのラジアン周波数である、方法。 - (a)前記電機子または前記電機子に固定された構造が静止構造と衝突する前記モータまたは前記オルタネータの前記電機子の変位振幅Xcを特定することと、
(b)Xcより小さい前記モータまたは前記オルタネータの前記電機子の変位振幅Xmaxを選択し、記憶することと、
(b)変位振幅Xの計算を繰り返し実行することと、
(c)変位振幅X≦Xmaxを維持するように前記モータまたは前記オルタネータの変位振幅を制限することと、をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 交流の往復電機子、前記電機子の往復を制御するリニアモータまたはリニアオルタネータの変位振幅Xを検出する方法であって、
前記モータまたは前記オルタネータは、コイルを含むステータを有し、
前記コイルは、一対のコイル端子を有し、エアギャップとともに強磁性コアの周りに巻かれて、
前記モータまたは前記オルタネータは、前記電機子に固定され、前記ギャップを通じて往復するように配置された磁石を有し、
前記モータまたは前記オルタネータは、モータ定数αと、前記コイルにおける抵抗損失及び前記コイルの開回路状態における前記磁石の運動によって誘導された渦電流とヒステリシスによる損失を表す等価抵抗Racと、前記モータまたは前記オルタネータの周辺構造における誘導損失を表す等価抵抗ΔRexternalとを有し、
前記方法は、
(a)前記コイル端子における交流電圧Vapplの振幅を感知することと、
(b)前記コイル端子を通じて交流電流Iの振幅を感知することと、
(c)前記電圧と前記電流との間の位相角度φpfを感知することと、
(d)(Vind)Iを、数式
によって計算することと、
(e)(Vind)Lを、数式
によって計算することと、
(f)変位振幅Xを、数式
によって計算することと、を含み、
ωは、Vapplのラジアン周波数である、方法。 - (a)前記電機子または前記電機子に固定された構造が静止構造と衝突する前記モータまたは前記オルタネータの前記電機子の変位振幅Xcを特定することと、
(b)Xcより小さい前記モータまたは前記オルタネータの前記電機子の変位振幅Xmaxを選択し、記憶することと、
(b)変位振幅Xの計算を繰り返し実行することと、
(c)変位振幅X≦Xmaxを維持するように前記モータまたは前記オルタネータの変位振幅を制限することと、をさらに含む、請求項3に記載の方法。 - フリーピストンスターリングクーラを備える冷凍装置であって、
前記フリーピストンスターリングクーラは、交流の往復電機子とリニアモータとに機械的に接続され、駆動され、
前記リニアモータは、コイルを含むステータを有し、
前記コイルは、一対のコイル端子を有し、エアギャップとともに強磁性コアの周りに巻かれて、
前記モータは、前記電機子に固定され、前記ギャップを通じて往復するように配置された磁石を有し、
前記モータは、モータ定数αと、前記コイルにおける抵抗損失を表す等価抵抗Rdcと、前記モータの周辺構造における誘導損失を表す等価抵抗ΔRexternalと、前記コイルの開回路状態における前記磁石の運動によって誘導された渦電流とヒステリシスによる損失を表す等価抵抗Rsとを有し、
前記冷凍装置は、モータコントローラを備え、
前記モータコントローラは、
(a)前記コイル端子に接続され、前記コイル端子における交流電圧Vapplの振幅を感知するように構成された電圧センサと、
(b)一方のコイル端子と直列に接続され、前記コイル端子を通じて交流電流Iの振幅を感知するように構成された電流センサと、
(c)前記コイル端子に接続され、前記電圧と前記電流との間の位相角度φpfを感知するように構成された位相検知回路と、
(d)マイクロコンピュータ回路と、を有し、
前記マイクロコンピュータ回路は、
(i)Imを、数式
によって計算し、
(ii)(Vind)Iを、数式
によって計算し、
(iii)(Vind)Lを、数式
によって計算し、
(iv)変位振幅Xを、数式
によって計算し、
(v)選択され、記憶された最大変位振幅より小さくなるように前記モータの変位振幅Xを制限するように構成され、
ωは、Vapplのラジアン周波数である、冷凍装置。 - フリーピストンスターリングクーラを備える冷凍装置であって、
前記フリーピストンスターリングクーラは、交流の往復電機子とリニアモータとに機械的に接続され、駆動され、
前記リニアモータは、コイルを含むステータを有し、
前記コイルは、一対のコイル端子を有し、エアギャップとともに強磁性コアの周りに巻かれて、
前記モータは、前記電機子に固定され、前記ギャップを通じて往復するように配置された磁石を有し、
前記モータは、モータ定数αと、前記コイルにおける抵抗損失及び前記コイルの開回路状態における前記磁石の運動によって誘導された渦電流とヒステリシスによる損失を表す等価抵抗Racと、前記モータまたはオルタネータの周辺構造における誘導損失を表す等価抵抗ΔRexternalとを有し、
前記冷凍装置は、モータコントローラを備え、
前記モータコントローラは、
(a)前記コイル端子に接続され、前記コイル端子における交流電圧Vapplの振幅を感知するように構成された電圧センサと、
(b)一方のコイル端子と直列に接続され、前記コイル端子を通じて交流電流Iの振幅を感知するように構成された電流センサと、
(c)前記コイル端子に接続され、前記電圧と前記電流との間の位相角度φpfを感知するように構成された位相検知回路と、
(d)マイクロコンピュータ回路と、を有し、
前記マイクロコンピュータ回路は、
(i)(Vind)Iを、数式
によって計算し、
(ii)(Vind)Lを、数式
によって計算し、
(ii)変位振幅Xを、数式
によって計算し、
(iv)選択され、記憶された最大変位振幅より小さくなるように前記モータの変位振幅Xを制限するように構成され、
ωは、Vapplのラジアン周波数である、冷凍装置。
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