专利名称：压缩机驱动的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体流动控制系统，特别是一种用于电磁泵的流体流动控制系统，该泵能提供任意所需的可变流量。
通常电磁泵由电网电力驱动工作，电磁泵内的压缩机由提供电力驱动输入电压和频率的单相电源直接驱动工作。因而这些压缩机在恒定的流量下工作，任何对流体流动的控制仅靠开/关控制或流体压力条件。所需要的流量通过对流体通路系统的控制和设计而获得。
这种压缩机带有直线或弧形运动的往复式致动器，该往复式致动器由电磁驱动装置驱动，电磁驱动装置以电源电压和频率供给能量。电磁驱动装置驱动致动器进行往复式机械运动，这种运动通过隔膜和阀使流体从一个或多个压缩机的入口流向一个或多个出口。
这种方法存在一连串的问题，包括压缩机的设计随供电电压和频率而不得不改变，制造过程复杂，费用增加。而且流量的控制只能靠空气管路的设置，减少了压缩机的运行寿命，压缩机不得不在最大负荷条件下工作，导致最大的噪声和振动。
此外，压缩机的性能很大程度上取决于其零部件的机械特性，如隔膜的刚度，移动部件，以及泵内压缩空气的压强。
任何由于制造过程产生的机器之间的差异，或运行环境条件的不同以及用途的变化，都将导致压缩机性能的额外变化。
本发明的目的是为电磁泵提供一种流体控制系统，使它不依赖于供电电压和频率并在泵的最优性能条件下提供所需要的流体流量。
因此，本发明提供了一种电磁泵的流体流动控制系统，包括压缩机内的电磁驱动装置，该控制系统向电磁驱动装置供给按脉冲宽度调制的驱动信号，以提供一个预先设定的泵流量，该驱动信号由一个直流电压源产生。
最好是，按脉冲宽度调制的驱动信号包含一串可变化的标记间隔比(mark space ratio)脉冲，该脉冲具有确定的重复率和振幅。通过随时间改变标记间隔比和规定它的重复率及振幅，一个与所要求流量对应的驱动信号便可得到。
最好是，电磁驱动装置包括磁性材料的定子、用于对定子进行磁激励的励磁绕组、以及一个与压缩机的致动器相连的可移动磁性部件。致动器的偏转引起所附隔膜的相应偏转，并引起与隔膜相接触的任何流体的流动。
最好是，与隔膜组合的电磁驱动装置提供一种由电能到流体流动的转换。
最好是，按脉冲宽度调制的驱动信号控制励磁绕组的瞬时电流。该电流通过控制致动器偏转振幅和重复率来控制压缩机内的流体流动。
最好是，驱动信号的标记间隔比随时间定义为约半个正弦波的波形。
最好是，按脉冲宽度调制的驱动信号大体上为恒定振幅。来自直流电源的脉冲宽度调制控制保证压缩机在任何应用场合总是在最佳效率下工作，压缩机性能与供电电源类型或变化无关，并可以使用电池来使泵运行。因此，由现有的固定频率电源电压驱动引起的压缩机和泵的相关问题得以避免。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于电磁泵的流体流动控制系统，包括压缩机内的电磁驱动装置，该控制系统向电磁驱动装置供给大体上恒定振幅的脉冲宽度调制的低压驱动信号，以控制电磁驱动装置线圈电流的振幅及重复率，为了在压缩机内产生一个所需流量输出而驱动致动器。
下面将参照附图详细描述本发明的优选实施例
图1为本发明的流体流动控制系统的示意方框图；图2a表示双极电压驱动信号；图2b表示由标记间隔/重复率发生器产生的单极性驱动信号；图2c表示致动器电流；图3为示意方框图，表示图1所示控制系统的一个实施例，它向一囊状物(bladder)输送流体；图4为示意方框图，表示图1所示控制系统的另一个实施例，它向一囊状物输送流体；图5为示意方框图，表示图1所示控制系统的又一个实施例，它向一囊状物输送流体；图6为示意方框图，表示图1所示控制系统的更进一步的实施例，它向一囊状物输送流体；参照图1所示的方框图，该方框图表示一个被控制的流体流动系统，它包括一个控制系统，流体通路，一个囊状物系统(7)和一个压缩机，其中，压缩机中有与一个电磁致动器(11)相连的一个或多个隔膜(12)。
这种控制系统随时在压缩机(6)的线圈(10)上产生所需要的电流。线圈电流控制致动器(11)的位置，致动器使隔膜(12)作相应的偏转，从而使与隔膜(12)相接触的流体流动。通过控制线圈(10)的电流来控制流体在压缩机(6)内的流动。
一个与所需流量对应的指令信号由指令发生器(1)产生并与其它反馈信号(13)一起提供给指令处理器(2)，这些反馈信号产生于线圈电流传感器、致动器位置传感器、囊状物流量传感器和囊状物压力传感器。它们提供反映瞬时线圈电流、致动器位移、囊状物系统(7)的进出流量及囊状物系统(7)压力的信号。
指令发生器(1)的输出信号和反馈信号(13)由指令处理器(2)处理，处理过程使用一种代表被驱动压缩机的气动、机械和电气特性的控制算法。根据这一控制算法，一个合适的驱动信号由标记间隔比、重复率和振幅参数确定并被计算出来。
驱动信号的振幅通过振幅控制器(5)适当改变功率放大器(4)内的电源接口，从而改变‘H’电桥驱动器(15)的直流供电电压而得到。驱动信号标记间隔比和重复率从工作在适当参数值下的标记间隔和重复率发生器获得。这个发生器提供单极驱动信号给‘H’电桥驱动器(15)，由这一驱动器再提供双极电压驱动信号给压缩机线圈(10)。
这一作用于压缩机线圈的双极电压驱动信号(图2a)可由重复率1/A，标记间隔比B/A及在+V和-V之间切换的振幅来表示。V为电压，非常接近于‘H’电桥驱动器(15)的供给电压。典型的V值在12伏左右，同时重复率为几千赫兹，标记间隔比在低于百分之一至高于百分之九十九之间变化。
如果为了要得到适当的压缩机流量，要求有一个在X时段内的致动器电流(图2c)，则在整个X时间段，发生器(3)将提供近似于两个半正弦波(图2b)的标记间隔比值，每一个跨越X/2时间段，并且有均匀的重复率。这个驱动信号与‘H’电桥驱动(图2a)的切换动作相结合将在要求的X时间段内将产生一个完整的双极接近正弦波的致动器线圈电流。通常，X值比A值要大十至一百倍，它要使一个驱动信号重复率比1/X大得多。
压缩机线圈的双极电流使致动器相对其非贮能位置可以有正反两个方向的位移。致动器的位移使隔膜(12)产生所规定量的偏转，从而提供所设定流量的流体。功率放大器(4)是由主电源通过稳压或非稳压直流电源供电或由直流电池供电。
对于本领域熟练的专业技术人员而言，有一点是明显的，即本发明除所指出的地方以外，其它的如指令发生器、标记间隔和重复率发生器、指令处理器、直流电源、功率放大器和振幅控制器可由模拟电路的组合、数字电路或包含微处理器系统的主机来实现。
对专业技术人员而言，有一点同样很明显，即如不用隔膜，还可以用其它排气装置如活塞、导流叶片、螺杆使进出囊状物系统的流体流动得到控制。
图3表示本发明的一个最佳实施例，其中，压缩机出口流动特性变化着的流量、温度和压力是知道的。在这一实例中，对应所需流量的指令信号由指令发生器(1)产生并送至指令处理器(2)。指令处理器(2)确定重复率和标记间隔比，并提供给标记间隔和重复率发生器(3)。这样就产生一个可变的重复率和随时变化的标记间隔比波形，该波形代表压缩机(6)的线圈中所需的电流。这个波形被送至功率放大器(4)，其中，它由振幅控制器(5)通过振幅进行控制，振幅由指令处理器(2)来确定。功率放大器(4)的输出提供了一个电压，其振幅重复率和标记间隔比由指令处理器控制。这一电压作用于压缩机(6)的线圈，产生一个已知的电流，使压缩机膜盒(bellows)产生一个已知的偏转，因此通过流体通路系统(8)产生一个已知的流向囊状物系统(7)的流量。直流电源(9)被采用。
图4表示对图3所示的流体流动系统进行控制的示意方框图，与图3所示的控制系统不同的是，它通过致动器位置的信号反馈，对压缩机内致动器的位置进行控制。这一控制方法消除了由电磁驱动装置产生的在驱动信号与实际致动器偏转之间的未知偏差带来的影响。
一个代表所需流量的指令信号由指令发生器(1)产生并附加到指令处理器(2)内的致动器位置传感器(10)信号上，这样就会提供一个误差信号，由此来保证驱动器的准确定位。来自于指令处理器(2)的误差信号确定重复率和标记间隔比，并送至标记间隔和重复率发生器(3)。这样就产生了一个可变的重复率和随时间变化的标记间隔比波形，来代表压缩机(6)的线圈所需的电流。这个波形被送至功率放大器(4)，其中，它由振幅控制器(5)通过振幅进行控制，振幅由指令处理器(2)确定。功率放大器(4)的输出提供了一个电压，其振幅重复率和标记间隔比由指令处理器(2)和致动器位置传感器(10)控制。这一电压作用于压缩机(6)的线圈，使压缩机膜盒产生一个已知的偏转，因而通过流体通路系统(8)产生一个已知的流向囊状物系统(7)的流量。本实施例中也采用直流电源(9)。
图5为一流量控制系统的示意方框图，其原理是基于通过监测实际流入囊状物的流量来控制所需要的流量。
一个代表所需流量的指令信号由指令发生器(1)产生并附加到指令处理器(2)中的来自流量传感器(10)的信息(information)上，这样就会提供一个误差信号，以便修正所需流量的任何误差。来自于指令处理器(2)的误差信号确定重复率和标记间隔比，并送至标记间隔和重复率发生器(3)。这就产生了一个可变的重复率和随时间变化的标记间隔比波形，来代表压缩机(6)的线圈所需的电流。这个波形被送至功率放大器(4)，其中，其振幅由振幅控制器(5)来控制，振幅由指令处理器(2)确定。功率放大器(4)的输出提供了一个电压，其振幅重复率和标记间隔比由指令处理器(2)和流量传感器(10)控制。这一电压作用于压缩机(6)的线圈，使压缩机膜盒产生一个已知的偏转，因而通过流体通路系统(8)产生流向囊状物系统(7)的流量。由流量传感器(10)检测到的任何流量误差，被当作修正信号送入指令处理器(2)。本实施例中采用直流电源(9)。
或者，不监测流量，而可以监测囊状物内的实际压力。图6为这一控制系统的示意方框图。
如图6所示，一个代表所需流量的指令信号由指令发生器(1)产生并附加到指令处理器(2)中来自压力传感器(10)的信息上，这样就会提供一个误差信号，以便修正所需囊状物系统(7)压力的任何误差。来自于指令处理器(2)的误差信号确定重复率和标记间隔比，并送至标记间隔和重复率发生器(3)。这就产生了一个可变的重复率和随时间变化的标记间隔比波形，来代表压缩机(6)的线圈所需的电流。这个波形被送至功率放大器(4)，其中它由振幅控制器(5)通过振幅进行控制，振幅由指令处理器(2)确定。功率放大器(4)的输出提供了一个电压，其中振幅重复率和标记间隔比由指令处理器(2)和压力传感器(10)控制。这一电压作用于压缩机(6)的线圈，使压缩机膜盒产生一个已知的偏转，因而通过流体通路系统(8)产生流向囊状物系统(7)的流量。由压力传感器(10)检测到的任何压力误差，被当作修正信号送入指令处理器(2)。本实施例中采用直流电源(9)。
权利要求
1．一种用于电磁泵的流体流动控制系统，包括在压缩机内的电磁驱动装置，该控制系统提供一个按脉冲宽度调制的驱动信号给电磁驱动装置，以提供一个预先确定的泵流量，驱动信号由一直流电源产生。
2．根据权利要求1所述的流体流动控制系统，其中，按脉冲宽度调制的驱动信号包含一串可变化的标记间隔比脉冲，该脉冲具有规定的重复率和振幅。
3．根据权利要求1或2所述的流体流动控制系统，其中，电磁驱动装置包括磁性材料的定子、用于对定子进行磁激励的励磁绕组、以及与压缩机致动器相连的可移动磁性部件。
4．根据权利要求3所述的流体流动控制系统，其中，与隔膜组合的电磁驱动装置提供了一种由电能到流体流动的转换。
5．根据以上任何一项权利要求所述的流体流动控制系统，其中，按脉冲宽度调制的驱动信号控制励磁绕组内的瞬时电流。
6．根据权利要求5所述的流体流动控制系统，其中，驱动信号的标记间隔比随时间定义为约半个正弦波电流波形。
7．根据权利要求6所述的流体流动控制系统，其中，按脉冲宽度调制的驱动信号基本上为恒定振幅。
8．一种用于电磁泵的流体流动控制系统，包括在压缩机内的电磁驱动装置，该控制系统提供一个按脉冲宽度调制的基本上为恒定振幅的低压驱动信号给电磁驱动装置，以控制电磁驱动装置线圈电流的振幅和重复率，驱动致动器，从而使压缩机产生所期望的流量输出。
9．一种用于电磁泵的流体流动控制系统，包括在压缩机内的电磁驱动装置，该控制系统包括一个指令发生器，产生与预先确定的期望流量相关的指令信号；传感器，检测系统的状态，并提供反馈信号、指令信号、以及由指令处理器处理的反馈信号；指令处理器，提供驱动信号输出，并控制作用于压缩机绕组上的电压；所述的驱动信号由标记间隔比、重复率和振幅确定。
10．根据权利要求9所述的流体流动控制系统，其中，传感器提供瞬时线圈电流的反馈。
11．根据权利要求9所述的流体流动控制系统，其中，传感器提供致动器位移的反馈。
12．根据权利要求9所述的流体流动控制系统，其中，传感器提供囊状物系统压力的反馈。
13．根据权利要求9所述的流体流动控制系统，其中，传感器提供进/出囊状物系统流体流量的反馈。
14．根据以上说明并参照附图1至6的流体流动控制系统。
全文摘要
一种用于电磁泵的流体流动控制系统,该电磁泵含电磁驱动器(11)和压缩机(6)。该控制系统能够在压缩机线圈(10)上产生所需要的电流,来控制致动器(11)的位置和移动,致动器可使泵内的隔膜偏转,以便提供所要求的流量。该控制系统包括一个指令信号发生器(1),以产生与所需流量对应的信号,该信号与任意反馈信号(13),比如线圈电流、致动器位移,一起提供给指令处理器(2)。指令处理器(2)计算由标记间隔比、重复率和振幅确定的相应驱动信号。该驱动信号控制供给压缩机线圈(11)的电压,产生所要求的线圈电流,以提供所需的流体流量。采用直流电源以避免与电网及供电频率有关的问题。
文档编号F04D33/00GK1321262SQ0080185
公开日2001年11月7日 申请日期2000年7月28日 优先权日1999年7月31日
发明者艾伦·比尔, 斯蒂芬·约翰·库克, 迈克尔·戴维·牛顿 申请人:亨特莱佛技术公司