一种自由活塞内燃发电机的活塞位置检测处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种自由活塞内燃发电机的活塞位置检测处理方法，该方法在自由活塞内燃发电机沿动子轴向布置两个静态磁头；保证所述两个静态磁头输出两路信号正交。在检测时，两个静态磁头输出的信号经转换输入单片机，单片机据此计算活塞位移，进而还可以确定运动方向。本发明无需额外安装位移传感器，采用静态磁头测定动子运动过程中磁通变化，间接获得活塞位移，从而解决了位置检测的问题，避免了冗余安装，节省了系统空间。
【专利说明】一种自由活塞内燃发电机的活塞位置检测处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自由活塞内燃发电机技术，尤其涉及一种自由活塞内燃发电机的活塞位置检测处理方法。
【背景技术】
[0002]自由活塞式内燃机20世纪30年代发展起来的一种新型动力装置，它取消了曲柄连杆机构，活塞仅做往复直线运动，且行程不受机械约束，结合了发动机和线性感应电动机彼此的技术特点，作为一种新型发电机理念而备受关注。该装置的结构如图1所示，利用直线电机固定连接2个发动机。当左缸内进行燃烧做膨胀冲程时，活塞右行，对右气缸进行压缩冲程；当活塞达到本循环的上止点时，右气缸开始进行点火燃烧做膨胀冲程；如是，活塞在直线电机中进行往复运动，切割发电机中的磁力线产生感应电动势，对外输出电能。
[0003]对于整个系统而言，无论在启动还是未定运转过程中，每个循环的点火正时、供油量都将直接影响系统的运行频率、效率、输出功率、带载能力等。而自由活塞式内燃发电机不同于传统内燃机可通过曲柄端的旋转运动来标定活塞的位移，故对其设计一种新式的活塞位置检测系统并实现对活塞位置的精确判断尤为必要。只有精准获得了活塞位置，才能进一步实现对系统输入参量的控制。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明结合直线电机含永磁栅式动子的实际情况，提供了一种自由活塞内燃发电机的活塞位置检测处理方法，无需额外安装位移传感器，利用安装在自由活塞内燃发电机上的静态磁头，测定动子运动过程中的磁通变化，继而获得活塞位移。
[0005]该检测处理方法包括如下步骤:`[0006]步骤一、在自由活塞内燃发电机沿动子轴向布置两个静态磁头，保证所述两个静态磁头输出两路信号正交；
[0007]步骤二、静态磁头的模拟Sin/Cos编码器输出两路Sin信号和两路Cos信号，分别记为Sin+、Sin-、Cos+、Cos-，将Sin+、Sin-信号和Cos+、Cos-信号分别进彳丁差分放大，获得-1.5V~+1.5V的Sin、Cos信号，然后采用同相加法电路将Sin、Cos信号变换为单片机可识别的IV~4V的Sin、Cos信号，输入单片机；
[0008]步骤三、单片机将接收到的Sin、Cos信号归一化到(_1，I)区间内，令归一化后的
180
Sin信号=a，Cos信号=b，当a>0时，采用公式P = arccos(b).—求解出当前位移对应的电
π
IQA
气角度Θ，否则，采用公式6> = 360-aixc;os(b)--求解出当前位移对应的电气角度Θ ；
π
[0009]采用如下公式计算活塞位移S:
β
[0010]S =——xU
360[0011]其中，U为自由活塞内燃发电机中直线电机同轴磁栅的磁极距。
[0012]在上述步骤三中，可以进一步根据归一化后的Sin信号、Cos信号确定活塞运动方向:
[0013]当a>0时，判断是否满足当前时刻与上一时刻相比b值增大的条件，如果是，则确定活塞运动方向为下行，否则为上行；
[0014]当a≤O时，判断是否满足当前时刻与上一时刻相比b值增减小的条件，如果是，则确定活塞运动方向为下行，否则为上行。
[0015]有益效果:无需额外安装位移传感器，采用静态磁头测定动子运动过程中磁通变化，间接获得活塞位移，从而解决了位置检测的问题，避免了冗余安装，节省了系统空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为自由活塞内燃发电机的结构图。
[0017]图2为静态磁头结构简图。
[0018]图3为信号处理方法简图。
[0019]图4为静态磁头输出信号示意图。
[0020]图5为位移处理方法流程图。
[0021]图6为移动方向处理流程图。
【具体实施方式】
[0022]原理上讲，自由活塞内燃发电机中的活塞动子做直线运动，可以通过安装位移传感器，实现活塞位置的检测。但是这需要额外安装传感器。实际上，自由活塞内燃发电机中的直线电机内含磁体运动件(如本例所含磁棒)即可视为永磁栅式动子，通过配备静态磁头(静态磁头结构如图2所示)，与永磁栅式动子构成磁通传感器，可以测定动子运动过程中的磁通变化，磁通量反馈信号经变换处理，继而获得活塞位置。
[0023]基于此，本发明沿自由活塞内燃发电机动子轴向布置两个静态磁头，保证两个静态磁头输出两路信号正交(磁头的间距与磁极距相关，当磁头的间距为磁极距的1/4时即可保证两个静态磁头输出两路信号正交)。而且，配置时采用两个静态磁头，使得在没有相对运动的情况下，静态磁头也有信号输出。采用两个静态磁头，可以同时判断活塞的位移和运动方向，从而解决位置检测问题，避免了冗余安装，节省了系统空间。
[0024]其中，根据磁通变化判断活塞的位移具体原理为:
[0025]静态磁头读出信号的原理是磁栅利用它的漏磁通的变化来产生感应电势的。磁栅与磁头间的漏磁通Otl经磁头分成两部分，一部分02通过磁头的铁心；另一部分Φ3通过气隙，则有
【权利要求】
1.一种自由活塞内燃发电机的活塞位置检测处理方法，其特征在于，包括: 步骤一、在自由活塞内燃发电机沿动子轴向布置两个静态磁头，保证所述两个静态磁头输出两路信号正交； 步骤二、静态磁头的模拟Sin/Cos编码器输出两路Sin信号和两路Cos信号，分别记为 Sin+、Sin-、Cos+、Cos-,将 Sin+、Sin- fg 号和 Cos+、Cos- fg 号分别进彳丁差分放大，获得-1.5V~+1.5V的Sin、Cos信号，然后采用同相加法电路将Sin、Cos信号变换为单片机可识别的IV~4V的Sin、Cos信号，输入单片机； 步骤三、单片机将接收到的Sin、Cos信号归一化到(-1，I)区间内，令归一化后的Sin
I 80信号=a，Cos信号=b，当a>0时，采用公式沒=areeos(b)_ —求解出当前位移对应的电气角
π
180度Θ，否则，采用公式0 =求解出当前位移对应的电气角度Θ ；
π 采用如下公式计算活塞位 移S: S = — xU 360 其中，U为自由活塞内燃发电机中直线电机同轴磁栅的磁极距。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三进一步根据归一化后的Sin信号、Cos信号确定活塞运动方向: 当a>0时，判断是否满足当前时刻与上一时刻相比b值增大的条件，如果是，则确定活塞运动方向为下行，否则为上行； 当a < O时，判断是否满足当前时刻与上一时刻相比b值增减小的条件，如果是，则确定活塞运动方向为下行，否则为上行。
【文档编号】G01B7/02GK103499270SQ201310456259
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】刘福水, 姜一通, 王道静 申请人:北京理工大学