专利名称：用于降低自由活塞的过度振动幅度的控制器的制作方法
背景技术：
本发明总的涉及自由活塞式机械，更具体说，涉及一种用于降低自由活塞式机械中活塞过度的振动幅度的装置。
背景技术：
多种机器都通过具有一定重量的部件沿着一路径往复运动而工作，以造成振动。例如，一传统的内燃发动机就具有一个或多个圆柱形活塞，这些活塞可滑动地安装在一密封的圆筒形腔体内。当一种易燃气体从腔体的一端注入，并加以点火时，所形成的燃烧反应就迫使活塞沿着一往复路径向着相对端运动。
传统的内燃发动机的活塞是与一曲轴相连的，且当到达它的行程的末端(极限)时，活塞就停止，并开始向相反方向移动。这种情况连续成一个循环。传统内燃发动机中活塞作周期循环运动的停止和启动就产生振动，此振动从发动机向着安装发动机的结构传递过去。
其它的机器，例如，自由活塞斯特林循环发动机，当它们把热能转换成机械能时，也产生振动。自由活塞斯特林循环发动机具有一工作气体，该工作气体由一往复运动的压气活塞使之在一较热的空间和一较冷的空间之间移动以驱动一往复运动的活塞。
众所周知，人们都希望降低由自由活塞斯特林循环机，例如发动机所产生的振动。一种为实现此目的的装置揭示在授予Ross等人的美国专利5,895,033号中，此专利援引在次供参考。
Ross等人描述了一种装置，该装置安装于自由活塞斯特林循环机的壳体上。该装置包括结合在一起的一弹簧和一重块。此弹簧/重块组合被调谐或调整到一自然频率，该频率使弹簧/重块与机器的自由活塞及压气活塞以一定的位相关系作往复运动，以显著降低壳体的往复运动。例如，重块通常沿着与机器内部移动部件的总的惯性相反的方向移动。因此Ross等人的发明的效果是减少从机器的壳体到周围结构的振动的传递。
在一自由活塞斯特林循环机与一传统的内燃机之间的一个区别在于上述传统发动机的活塞有一个不能超过的预定的振动幅度，除非发动机的一个部分，例如曲轴断裂。相反，自由活塞斯特林循环机中的活塞的结构并不限于在它往复路径中它通常运行的距离。在通常情况下，一自由活塞将在一预定的幅度范围内往复运行。但是，在有些情况下，此幅度可以超过这个范围，从而造成通常称为“过头行程”的往复幅度。“过头行程”是活塞超过预定幅度范围的情况，如果此过头行程不能在大量过头之前被制止，发动机将受到损害。
虽然动态振动吸收器，例如，Ross等人所描述的动态振动吸收器，有助于减少传送到周围结构的振动，但是还需要有一种措施来防止或阻止自由活塞机中的“过头行程”。
发明概要在传统的动态振动吸收器中的重块的振动幅度与自由活塞的震动幅度是相联系的。本发明是这样一种装置，它通过对动态振动吸收器的重块的振动幅度的检测来检测和制止可滑动地安装在一壳体内的自由活塞的过度的振动幅度。一振动吸收体通过一弹簧安装于壳体上以使振动吸收体相对于壳体沿着一与活塞具有一相位关系的路径使振动吸收体相对于壳体作往复运动。本发明包括一安装在振动吸收体附近的探测器(传感器)，用以检测振动吸收体的振动幅度。一控制器连接于该探测器以当振动吸收体的振动达到一预定的最大值时减小活塞的振幅。
在一个较佳实施例中，该探测器安装在活动吸收体的路径中，如果该振动吸收体振动超过一预定最大值，该探测器就与振动吸收体相接触。较佳实施例中的该控制器包括一计算机，该计算机连接于燃料阀促动器，或者连接于一电负荷或者某些其他装置以降低活塞的幅度。在检测到探测器来的一信号表示该振动吸收体的振动幅度超出它的预定最大值时，计算机就发出信号给驱动器以降低供应给自由活塞机器的燃料。在此较佳实施例中，自由活塞机器是一自由活塞斯特林循环发动机，后者由一气体火焰加热。燃料阀可以被驱动以减少发送给火焰的燃料量，从而减少给予斯特林循环发动机的热能量，此举就相应地降低了活塞的振动幅度。
附图的简单说明
图1是一示意性截面侧视图，图中示出了本发明用于一传统自由活塞斯特林循环发动机的情况。
图2是一侧视图，图中示出了本发明的另一个实施例。
在叙述示于附图中的本发明的较佳实施例时，为了清晰起见，使用了一些专门的术语，但是本发明并不限于所使用的专用术语。应予以理解的是，每一个专用的术语都包括以类似的方式工作以完成类似目的的所有技术上的等效物。例如，连接一词或与其类似的术语在这里是频繁使用的，但它们并不限于直接连接，而是也包括通过其他部件的连接，而这种连接被专业技术人士认为是等效的。
本发明的详细叙述本发明的较佳实施例示于图1，其中，传统的斯特林循环发动机10在一壳体16中有一活塞12及一压气活塞14。活塞12是以传统的方式由加热器18加以驱动的，该加热器18加热壳体16内的气体，并推动压气活塞14以把气体驱动通过换热器20达到一冷却器22。此热力循环的结果是驱动活塞12使之进行振荡移动。在图1发动机10的例子中，发动机就会发电。加热器18，例如，可以是一个部件，如燃气加热器的热交换器，例如，使用天然气燃料的火焰类型的热交换器。
为了降低传送到发动机10的周围结构的振动，重块30安装在壳体16上。该重块30最好是一环状的重块。该壳体16具有一对板状体31及32。此两板状体31及32从壳体环绕整个圆周径向地延伸以在板状体31及32之间形成一间隙。该重块30通过夹在弹簧33，34，43及44的两端而悬置在板状体31及32之间。
重块30及装在上面的弹簧形成一振荡或振动吸收器。该振动吸收器以传统的方式调整到发动机10的自然频率来减少或消去壳体16的振动。在发动机运行期间，重块30与活塞12以一定的相位关系振动，其振动幅度是活塞12的振幅的函数。因此，此重块30在板状体31及32之间的路径中具有一正常的振荡幅度。
一探测器50安装在板状体31上，处在重块30的路径之中，但正好在正常往复运动范围的纵端之外。该探测器50可以是一压敏开关，它通过接触图1所示的方向它的下端而被驱动。因此，如果重块30超过了它的振动的正常幅度，它会进入超过正常往复运动的范围的纵端，并撞击探测器50的下端。
该探测器50连接于一控制器，例如一计算机60，在一较佳实施例中，控制器连接到一阀上，该阀控制供应给加热器18的燃料量。所以当探测器50探测到重块30的振幅超过它的振动的设定的最大值，例如当重块30碰撞到探测器50时，探测器50就发信号给计算机60，计算机就减少加热器18供应给发动机10的热量，例如，减少可流过燃料阀的燃料流量。
探测器50可以是如上所述的一压敏开关，它置于重块30的路径中，刚刚超过正常往复运动范围之外一点点。当然，该探测器也可以是任何一种能探测出振动体(重块)位置，以及当重块超过一预定边界时能发出信号的器件。此外，如果当探测器能够在与重块离开一段距离时也能探测出重块的位置，则探测器就不一定要置于重块的移动的路径中。
同样，该控制器可以是一计算机，但也可以是任何别的器件，只要它能接受从探测器来的信号并减少活塞的振动幅度就可以。例如，控制器可以是一逻辑电路，后者接受探测器来的信号，并当振动体超过它的边界时，就驱动一气阀。
可以降低活塞振动幅度的机构是很多很多的。在较佳实施例中，用的机构是降低供应给发动机的热能的通常的机构或方法，使热量受到控制。然而，也可以用改变气体的流出或在机器上加上一负荷或负载的办法，例如在发电的发动机中加上一个电阻。还有其他许多机构对本技术领域的人士来说将是显而易见的。
在图2的另一个实施例中，该自由活塞斯特林循环机110具有一壳体112，壳体上刚性地装有一杆120，一对平面弹簧夹着一环状重块以形成一振动吸收器122，该吸收器122的功能基本上与图1所示的发动机10的振动吸收器相同。
该循环机器110具有一探测器150，安装在位于振动吸收器122一侧的壳体112上。该探测器150可以是一光学或其他探测器，它探测振动吸收器122是否超过一预定最大振幅。如果探测器探测到振动吸收器超过了预定的最大振幅，探测器就发信号给一连接着的控制器(未图示)。该控制器接着就降低活塞(未图示)的振动幅度以防止或缓解任何行程过头的发生。
上面虽然对本发明的几个较佳实施例进行了详细的揭示，但是，它应予以理解的是，在本发明的精神实质或下列权利要求的范围内，完全还可以作出种种变化或变动的。
权利要求
1.一种用于检测和降低可滑动地安装在一壳体内的自由活塞过度振动幅度的装置，该壳体有一安装在弹簧上的振动吸收体，该振动吸收体可驱动地连接在壳体上，以使该吸收体相对于壳体沿着一与活塞有一定相位关系的路径作往复运动，所述装置包括a)一安装在振动吸收体附近的探测器，用于检测振动吸收体的振动幅度；b)一连接于探测器的控制器，用以当振动吸收体的振动幅度达到一预定最大值时，降低活塞的振动幅度。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述探测器安装在振动吸收体的路径内，以便当振动吸收体的振动超过一预定最大值时被该振动吸收体所接触。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括一计算机，该计算机与一燃料阀促动器相连。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括一计算机，后者与一电负荷相连接。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述活塞和壳体是一自由活塞斯特林循环机的一部分。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括一计算机，后者与一气体口促动器相连接的。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括一计算机，后者与所述探测器相连，并且，其中，所述探测器检测振动吸收体的振动幅度，并且把与该振动吸收体的振动幅度有关的数据传送给计算机。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括一燃料供应阀促动器。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括一电负荷。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述活塞和壳体是一自由活塞斯特林循环机的一部分。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括一气体口促动器。
12.一种用于检测和降低可滑动地装在一壳体内的自由活塞的过度振动幅度的装置，该壳体有一安装在一弹簧上的振动吸收体，该振动吸收体可驱动地与该壳体相连，以使该振动吸收体相对于壳体沿着一与活塞有一定位相关系的路径往复运动，该装置包括a)一安装在振动吸收体可被检测范围内的探测器，用于检测振动吸收体的振动幅度；以及b)连接于探测器的机构，用于当振动吸收体的振动达到一预定最大值时，降低活塞的运动幅度。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，该探测器安装在振动吸收体的路径内，以便当振动吸收体的振动超过一预定它最大值时，被该振动吸收体接触。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，该活塞和壳体是一自由活塞斯特林循环机的一部分。
全文摘要
一种用于检测和降低可滑动地安装于壳体中的一自由活塞的过度振动幅度的装置。该壳体具有一振动吸收器，该振动吸收器包括通过一弹簧安装于壳体上的重块。该重块相对于壳体沿着与活塞有一定相位关系的路径作往复运动。一探测器安装在该重块附近以对该重块的振动幅度进行探测。一控制器连接于探测器以当该重块的振动幅度达到一预定最大值时，降低活塞的振动幅度。
文档编号F16F7/116GK1761825SQ200480007333
公开日2006年4月19日 申请日期2004年3月10日 优先权日2003年4月3日
发明者J·G·伍德 申请人:圣波尔股份有限公司