专利名称：流体工作机器以及运行流体工作机器的方法
技术领域：
本发明涉及一种运行流体工作机器的方法、一种流体工作机器、计算机程序代码以及一种动力吸收结构。本发明可以更具体地涉及一种具有对于多个单独的工作室的控制的液压泵或马达。
背景技术：
在多数常见的正排量式液压机器中，这些流体室按照一个大致正弦函数在容积上经历周期性变化。从EP0361927已知，通过将位于工作室与低压力源之间的一个电磁致动的阀门保持在打开的情况下可以使一个室空转。因此通过对每个工作室先填充液体，然后决定是否将液体排移返回至低压力源或者在压力下将其泵送至该输出歧管的动作而改变这类合成换向机器的输出。将液体泵送返回至低压力源意味着在工作室处于空转时期的过程中，需要消耗非常少量的功率，同时仍允许这些工作室以最小的等待期变为有产出。EP0494236介绍了一种额外的运行模式，这种运行模式允许在向旋转轴上施加力矩一个马达运行周期中使用该液压机器，从而允许一种可控制的双向能量流动。W0/2008/012587介绍了一种调整此类机器的工作室周期的方法以便通过从机器的轴(或多个出口)添加或者减去力矩(或流量)非常快速地对事件做出反应。与原始的以及基础性的所要求的力矩(或流量)相比，这种调节引起额外的或更少的力矩(或流量)O希望使用上述种类(例如，由于它们的非常卓越的有效性和可控制性)的机器的设计者面临着新挑战，这些新的挑战在使用机器(在这些机器中每个工作室的每次旋转都是有效的并且彼此之间的程度大致上相同)时是没有见过的。这些挑战包括差速器磨损、轴负载平衡、以及共振。所有这些挑战是由有些时候不规则的流体排量以及向旋转轴上施加力矩引起的并且将在以下段落中予以更详细的说明。差速器磨损随着时间的迁移，合成换向机器与其他机器相比在统计上可能更加经常地使用某些缸。当某些缸有时被连接到不同的工作功能上时这特别地是一个问题，例如，像在W0/2008/009950中所描述的那样。这导致机器寿命的降低，因为偏重使用的工作室可能比不经常使用的工作室疲劳或者磨损得更快。轴负载平衡许多常规的流体工作机器被设计成使得通过这些许多同时有效的工作室施加到旋转轴上的径向力是平衡的或者是彼此对抗偏置的。然而，在某些工作室被禁用的情况下(像在合成换向机器中的情况)，这有可能使非常高的不平衡的力增加磨损或者甚至损坏保持轴的这些轴承、或者甚至使轴本身弯曲。共振在将力矩不规则地施加到一个轴上是不可取的多种应用中包括多种传动系，如车辆和风力涡轮机的传动系，而在流体不规则的排量是不可取的多种应用中包括具有多种工作功能的那些，如可移动的和固定的液压驱动的物料搬运设备(叉车、挖掘机以及类似的设备)。在这些应用中，不规则性可以引起或加剧受到流体工作机器驱动的或者驱动流体工作机器的这些结构和部件中固有的机械共振。例如，一个车轮的不规则驱动可能引发在一个车桥的固有频率下的不当的扭转振动、或者来自一个如此驱动的车轮反抗地面的不规则力可能引发在车辆底盘的多个部件的固有频率下的不当的结构振动。在物料搬运设备中，进入液压致动器中的流体排量的不规则性可能引发(例如)在叉车的塔架或者挖掘机的可伸展臂的固有频率下的不当的振动。从上文中应该认识到，存在着众多应用，其中谨慎地控制来自一个合成换向的流体工作机器的输出力矩或者流体排量是非常重要的。本发明目的在于着手解决上述这些不同的问题。
发明内容
在第一方面中，本发明提供了根据权利要求1的一种运行流体工作机器的方法，在从属权利要求中列出了本发明的优选或最佳特征。选择工作流体的体积可以依据从一个控制单元接收的一个控制信号通过运行一个致动器来实现。然而，本发明涉及根据一个辅助性需要(也就是说，除了满足由所接收的需求信号表示的需求之外的一种需要)改变在工作室容积的多个单独的周期过程中被排移的流体量，同时继续提供满足由所接收的需求信号表示的需求的一个时间平均的流量。因此，本方法可以包括从通过多个单独的工作室的流体排量的多个组合(这些组合将提供相同的总排量)中选择通过多个单独的工作室的流体排量的一种组合(该组合满足一个辅助性需要)，并且因此是更适合或最适合的。在选择有待由一个工作室排移的工作流体的体积时，将多个工作室的适合性考虑在内使得该流体工作机器能够响应于一个接收的需求信号排移一个适当量的流体来满足一个工作功能，但还使一个或多个额外的考虑因素保持均衡，而如果不考虑工作室的适合性则这种均衡将是不可能的。典型地，当选择有待由一个工作室排移的工作流体的体积时，在将适合性考虑在内的情况下由该流体工作机器产生的峰到峰的流量以及轴力矩的波动增加。这通常被认为是一种不利的属性，但出人意料地我们已经发现存在着某些情况，其中如果根据该需求以及该辅助性需要二者来选择这些工作室则这个增加的波动是有益的。一个工作室(例如，该第一工作室)将流体排移以便执行该工作功能的适合性典型地涉及一种机械性考虑因素(不是时间平均的流体流量)。一种机械性考虑因素典型地是在一个可移动的机械部件上施加的一个力的作用，这个力是由该流体工作机器排移的工作流体施加到该部件上的。例如，一种机械性考虑因素包括该流体工作机器的一个或多个部件的磨损、由于通过这些工作室的流体的排量而作用在该机器上的净力、或者被该流体工作机器驱动或者驱动该流体工作机器的一个机械部件中的共振。一个工作室的适合性可能涉及一种机械性考虑因素，这种机械性考虑因素涉及流体工作机器或其一个或多个部件的期望寿命或维护要求之间的期望时间。例如，一个工作室的适合性可以包括至少一个适合性测量值，该测量值预测对于选择工作室的一个有效周期的辅助性参数的影响。例如，该需求信号可以是一个关于时间平均的流体传送需求，并且该辅助性参数可能是关于这些单独传送定时的一个要求，这些单独的传送组成了时间平均的流体传送。该辅助性参数可以是一个机械参数，该参数涉及一种机械性考虑因素，例如，关于该流体工作机器的一个或多个部件的磨损的参数、该流体工作机器中的这些净力、或者在被该流体工作机器驱动或者驱动该流体工作机器的一个机械部件中的机械共振的测量值。本方法优选地包括接收与该机械性考虑因素有关的一个或多个机械参数的当前值。一个机械参数的当前值可以是一个测量的机械参数或者一个计算出的机械参数。工作室的适合性典型地是通过参考该一个或多个机械参数的当前值来确定的。一个工作室的适合性典型地是通过参考该一个或多个机械参数中的一个、一些或全部预测的未来值来确定的，例如，这个预测的未来值将该一个或多个机械参数的当前值以及例如对于选择该工作室的一个有效周期的机械性考虑因素的影响考虑在内。典型地，本方法包括通过参考该一个或多个机械参数的预测的未来值来选择一个工作室的适合性，例如，这个预测的未来值将该一个或多个机械参数的当前值以及对于一个有效周期选择该工作室的机械性考虑因素的影响考虑在内。典型地，一个第一工作室的适合性是高于一个第二工作室的适合性，例如，如果选择该第一工作室用于一个有效周期(与例如选择该第二工作室用于一个有效周期相比)对于使这个或这些机械参数的预测的未来值达到它的一个期望值而言将具有更大的作用。该一个或多个机械参数的预测的未来值的一个希望值典型地是以下的一个值，其中多个机械参数的未来值是均衡的。多个机械参数(例如)包括由多个单独的工作室及其阀门执行的有效周期数；工作室或阀门磨损的一个测量值，该测量值典型地是由有效周期数以及当前磨损条件(例如，在有效周期的过程中工作室中的压力)的基值加权计算的；在使用中由多个工作室施加到驱动它们的轴上的力的矢量；以及由这些工作功能驱动或者驱动这些工作功能的机械结构的相对位置、速度或加速度(包括角位置、速度或加速度)。可能的情况是存在着多个机械参数并且本方法包括通过参考对于多个机械参数的这些未来值的作用来确定一个工作室的适合性。具体而言，本方法可以包括确定一个工作室的适合性，这样使得在均衡多个机械参数的未来值时确定出一个更高的适合性。本方法优选地包括选择那个工作室或那些工作室，例如用于恢复或者增加这些机械参数的当前值或未来值的均衡性的多个有效周期。因此，本方法优选地包括选择那个工作室或那些工作室，例如，用于抵消(或补偿)在这些机械参数的当前值或未来值之间的不均衡性的多个有效周期。对于多个机械参数而言，得到均衡典型地意味着这些参数通过一种希望的方式彼此相关联。它们因此是彼此相似的、或者它们的矢量和总计为零、或者它们按照希望的比率彼此相关，这取决于应用。典型地对于每个工作室而言，在工作室容积的每个周期至少确定一次执行该工作功能的适合性。该控制器可以与工作室容积的多个周期成定相关系来主动地控制所述电子可控制的阀门(例如，通过输出多个控制信号)，以便响应于这个接收的需求信号来调节这些工作室的时间平均的排量。这种流体工作机器可以仅作为一台马达、或者仅作为一个泵来起作用。可替代地，该流体工作机器可以在多种替代运行模式中作为一个马达亦或一个泵来起作用。优选的是，每个工作室在工作室容积的每个周期上是可运行的以便执行一个有效周期或一个空转周期，在该有效周期中该室产生工作流体一个净排量并且在该空转周期中该室实质性不产生工作流体的净排量。可能的情况是每个工作室是可运行的以便在一个有效周期中排移工作流体的多个体积(例如，工作流体的体积的一个范围)之一。这个所述的体积范围可能是不连续的，例如，工作流体的这个体积可以包括一个范围，该范围从实质性地没有流体净排量的一个第一最小值延伸至工作室的最大流体净排量的至多25%或40%的一个第一最大值、并且然后从工作室的最大流体净排量的至少60%或75%的一个第二最小值延伸至工作室的最大流体净排量的100%的区域中的一个第二最大值。这可能在以下情况下发生，例如，这种运行工作流体压力是充分高而不可能在工作室容积的膨胀或收缩冲程的中间打开或关闭阀门、或者流体流量是充分高而通过一个连续的体积范围运行将使该工作室、该工作室的这些阀门、或者流体工作机器的其他部分损坏。优选的是，本方法包括还将至少一个第二工作室或多个室排移流体的相对适合性考虑在内来执行该工作功能。该至少一个第二工作室的适合性可以是在该第一工作室的工作室容积的周期之后不久、之前不久、与其同步、与其保持同相位，或者与其同时期的一个工作室容积周期的过程中该第二工作室的适合性。“之后不久”优选地意味着该第二工作室的工作室容积的周期在该第一工作室的工作室容积的周期结束之前开始。“之前不久”优选地意味着该第二工作室的工作室容积的周期在该第一工作室的工作室容积的周期开始之前结束。“与其同时期”优选地意味着适合性是对于在时间上重叠的该第一和第二工作室的工作室容积的周期来确定的。优选的是，该流体工作机器是可运行的，这样使得在至少某些情况下，与至少一个第二工作室相比，该第一工作室由于其相对的适合性而执行一个有效周期而不是一个空转周期。因此，本方法可以包括确定至少一个第二工作室是否是不适合的并且响应于此使得该第一工作室执行一个有效周期而不是一个空转周期。优选的是，将由所述第一工作室排移的工作流体的所选体积考虑在内来选择由至少一个第二工作室排移的工作流体的体积从而响应所接收的需求信号来执行该工作功能。可能的情况是将由所述第一工作室排移的工作流体的所选体积考虑在内来选择由多个第二工作室排移的工作流体的体积，从而响应于所接收的需求信号来执行该工作功能。可能的情况是响应于这个接收的需求信号来选择由该至少一个第二工作室排移的工作流体的体积以便准确地执行该工作功能。该控制器可以计算或者以其他方式处理一种算法，该算法将包括适合性数据的多种输入数据考虑在内，其中，对于包括了表示该第二工作室比该第一工作室更加适合于执行该工作功能的适合性数据的至少某些输入数据而言，该算法是可运行的以便确定该第一工作室不应执行一个有效周期；而对于除了表示该第二工作室与该第一工作室相比不太适合于执行该工作功能的适合性数据的同一个输入数据而言，该算法是可运行的以便确定该第一工作室应执行一个有效周期。例如，该控制器可以执行一个存储的程序(该存储的程序对该算法进行编码)并且由此处理该算法。换言之，该控制器可以接收多个输入数据，并且处理这些输入数据以便确定该第一工作室是否应执行一个有效周期，所述处理进一步包括处理与该第一工作室以及一个第二工作室相关联的适合性数据来确定该第一工作室相对于该第二工作室的相对适合性。该控制器可以包括一个相位输入，用于接收一个相位信号，该相位信号表不该流体工作机器的多个工作室的多个容积周期的相位。这个相位信号可以是从一个相位传感器中接收的，例如，一个光学的、磁性的或感应相位传感器。该相位传感器可以感测一个曲轴(该曲轴可以是一个偏心的曲轴)的相位并且该控制器可以从所感测的偏心曲轴相位来推断该工作室的相位。优选的是，在由一个接收的需求信号所表示的需求是充分低时，在工作室容积的一个或多个周期中，一个或多个可运行以便排移流体来执行该工作功能的工作室是多余的，也就是说，如果该工作室不存在或者未在运行，该流体工作机器无论如何都能够使充分的流体排移从而满足这个需求而不需要改变工作室容积的多个有效周期的总频率。优选的是，在由这个接收的需求信号所表示的需求是充分低时，通过这些可供用于执行该工作功能的工作室中的至少一个排移的所选择的流体体积对于工作室容积的至少某些周期实质上为零。在一些实施方案中，当由接收的需求信号所表示的需求充分低时，可供用于执行工作功能的这些工作室中的至少一个在工作室容积的至少某些周期上执行一个空转周期。在一些实施方案中，其中这些工作室是可运行的以便排移工作流体的多个体积之一，当由接收的需求信号所指示的需求充分低时，通过这些可供用于执行这个工作功能的工作室中的至少一个排移的所选择的流体体积小于这些工作室中的所述至少一个可运行而排移的工作流体的最大体积。所接收的需求信号可以表示为了实现一个工作功能而被排移的(例如，接收的或者输出的)工作流体的希望体积。例如，所接收的需求信号可以表示一个期望的输出或输入压力。所接收的需求信号可以表示排移流体从而实现一个工作功能的一个希望的速率。可以提供一个流体响应传感器以便监控接收的或输出的流体的特性(例如，接收的或输出的流体的压力、或者接收的或输出的流体的排移速率)、并且用来提供一个流体响应信号。该控制器可以将这个流体响应信号与这个接收的需求信号进行比较，以便在工作室容积的每个周期上选择由一个或多个所述工作室排移的工作流体的体积，例如，用来执行闭环控制。该第一和第二工作室的容积周期可以是同步的(同相位)、或者该第一工作室可以在该第二工作室之前、或者该第二工作室可以在该第一工作室之前。在多个实施方案中，其中的适合性是通过一个工作室的历史使用量来确定的，一个使用的测量值或预测值优选地包括一个加权因数，该因数是由使用时的一个或多个运行参数确定的。所述运行参数可以包括打开或者关闭该至少一个阀门的定时、压力、温度和/或流体条件(包括水含量、空气含量、使用年限)。在多个实施方案中，这种适合性是通过测量或预测由流体加压的工作室、施加到所述流体工作机器的一个旋转轴上的净力来确定的，本方法优选地包括使用来自与多个工作室中的工作流体处于流体连通的一个或多个压力传感器的测量值来计算该净力。优选的是，在每一个工作室容积周期中对净力不止一次地进行预测或测量。优选的是，本方法包括预测落入下一个工作室容积周期内的一个点处的净力。优选的是，本方法包括，在该第一工作室的工作室容积的一个即将到来的周期开始之前，对这个即将到来的周期中的一个稍后点处的净力做出预测。该净力优选地是一个径向净力。一个径向净力是垂直作用在该旋转轴的旋转轴线上的一个力。该净力可以是一个最大净力、或者可以是一个平均净力、或者可以是净力的某个相对估算值。净力的计算优选地包括使用这些工作室的实体安排的知识。净力的计算优选地包括保持对哪些工作室进行了流体加压的一个记录，这种净力的计算可以包括保持哪些工作室正在经历有效周期的一个记录。净カ的计算优选地包括将该旋转轴上的非流体力考虑在内。非流体力优选地包括弹簧力、惯性カ以及重力。净カ可以按照任何标度(包括ー个非线性标度)或者按照单位来计算。在多个实施方案中，其中这种适合性是通过測量或预测ー个机械部件的运动来确定的，每个工作室的适合性是从该机械部件的未来运动的ー个预测值来确定的。典型地，エ作室具有较高的预测的未来运动的适合性，它是最平滑的，也就是说，具有最低加速度或者最低急冲或者它们的某种组合。本方法可以包括确定ー组工作室的适合性、并且參照所述组的适合性来确定ー个单个工作室的适合性。一个单个工作室的适合性是可以通过參照该单个工作室所属的ー个或多个组的工作室的适合性并且參见仅涉及该单个工作室本身的适合性的多个测量值来确定。本发明在第二方面扩展到ー种流体工作机器，该流体工作机器包括ー个控制器以及多个具有周期性可变容积的工作室，每个所述工作室是可运行的以便排移工作流体的一个体积，该体积在工作室容积的每个周期上通过该控制器是可选择的，该控制器是可运行的以便选择由ー个或多个所述工作室在工作室容积的每个周期上排移的工作流体的体积从而响应ー个接收的需求信号来执行ー个工作功能，该控制器是根据參照该第一方面所描述的这些方法中的任何一个来运行的。本发明在第三方面中扩展到计算机程序代码，当其在ー个流体工作机器控制器上执行时致使该流体工作机器根据參见第一方面中任何ー个所描述的ー种方法来运行该流体工作机器。本发明在第四方面扩展到一种运行动カ吸收结构的方法，该动カ吸收结构包括至少ー个机械部件并且进一歩包括ー个流体工作机器，该流体工作机器本身包括多个具有周期性变化容积的工作室，每个所述工作室是可运行的以便排移工作流体的一个体积，该体积对于工作室容积的每个周期而言是可选择的，该方法包括选择由一个或多个所述工作室在工作室容积的每个周期过程中排移的工作流体的体积以便响应于一个接收的命令信号来执行ー个工作功能，该方法进ー步包括測量或预测该机械部件的运动并且将机械部件在该流体工作机器的影响下所測量或预测的运动考虑在内来选择由ー个第一工作室在工作室容积的ー个周期中排移的工作流体的体积。用“在其影响下”的说法是表示该流体工作机器可以驱动该机械部件或者该机械部件可以驱动该流体工作机器、或者在不同的时间二者并举。该动カ吸收结构优选地从周围环境中吸收动力。这个动カ吸收装置可以从该流体工作机器中吸收动力。这个动カ吸收结构优选地是ー个可再生能量装置并且可以ー种风カ或潮汐涡轮机。该动カ吸收结构可以是车辆或者是车辆的车轮或轨道。该流体工作机器可以驱动不止ー个所述机械部件或者被其驱动。多个机械部件可以包括该流体工作机器的旋转轴或者该流体工作机器的旋转体，或者可以包括或者直接地或者间接地附接到所述多个旋转部分上的部件。所述运动可以是ー种振荡运动、ー种加速和/或ー个速率。所述运动可以是ー种旋转运动、一种线性运动、或者一种或多种旋转和线性运动的组合。这种运动可以是ー种绝对运动，这种说法的意思是与ー个实质上固定的基座相比是该机械部件的ー种运动。这种运动可以是ー种相对运动，这种说法的意思是与ー个參考的机械部件(它自身可能是正在移动可者是可移动的)相比是该机械部件的一种运动。本方法可以包括从该机械部件作为运动的结果的一些机械条件来确定ー个工作室的适合性。机械条件可以包括应力、应变或形状，并且可以包括动态应力、应变或形状。本方法可以包括计算该机械部件的未来运动。本方法可以包括从该机械部件的未来运动来确定ー个工作室的适合性。本发明在第五方面中扩展到一种动カ吸收结构，该动力吸收结构包括至少ー个机械部件并且进一歩包括ー种流体工作机器，该流体工作机器根据本方法的第四方面的方法是可运行的。优选的是，该动カ吸收结构包括用来确定该机械部件的运动的多个传感器。优选的是，该机械部件在该流体工作机器影响下的运动是可预测的或者是可测量的。优选的是，该动力吸收结构包括一台计算机，该计算机用于预测在流体工作机器的影响下该机械部件的运动。本发明在第六方面扩展到一种动カ吸收结构的一种计算机模型，该动カ吸收结构包括至少ー个机械部件并且进一歩包括ー个流体工作机器，该流体工作机器本身包括多个具有周期性变化容积的工作室，每个所述工作室是可运行的以便排移工作流体的ー个体积，该体积对于工作室容积的每个周期而言是可选择的，以便响应于ー个接收的需求信号来执行ー个工作功能，所述计算机模型是可运行的以便预测在该流体工作机器的影响下所述至少一个机械部件的运动。该计算机模型可以包括该流体工作机器的ー个部分模型，即，能够仅模拟该流体工作机器的某些性质ー个模型。优选的是，该计算机模型可以模拟由该流体工作机器的这些所选择的工作室产生的カ矩。该计算机模型可以包括该机械部件的一个部分模型，即能够仅模拟该机械部件的某些性质的ー个模型。优选的是，该计算机模型可以模拟该机械部件在该流体工作机器的影响下的运动。该计算机模型可以包括存储在ー个计算机可读载体上的程序代码和数据。该计算机模型可以包括存储在存储器中的程序代码和数据，该存储器与一个处理器处于电子联通。在本发明的另ー个方面中提供了ー种在工作室容积的多个周期中运行流体工作机器的方法，该流体工作机器包括多个具有周期性可变容积的工作室，每个所述工作室是可运行的以便在每个周期(例如，对应于ー个‘有效’周期的ー个第一容积以及对应于ー个‘空转’周期的非净容积)过程中排移工作流体的ー个可选择的体积，并且该方法包括累积性地控制这些工作室以便致使在每个周期过程中排移的工作流体的总容积与一个整体需求功能相符合(例如，就压力、容积、或其他适当的測量值而言符合一个时间平均的需求信号，以及/或者符合一个需求信号该需求信号在多个周期的过程上可能改变或可能不改变)；并且根据ー个适合性函数単独地控制这些工作室，该适合性函数确定每个工作室的适合性(例如，确定用于如ー个绝对值或相对值的ー个适合性值，该适合性值可以例如作为ー个阈值来使用或者用来修改一个现有的阈值以便确定是否启动每个工作室，这种启动例如确定了在一个给定的周期的过程中要排移的工作流体的体积的ー种选择)。像这样的ー种方法可以例如涉及ー种安排，其中提供给ー个负载的时间平均的カ矩(或其他适合的测量值)是可以根据ー个(整体)需求来改变的，但提供瞬时カ矩的多个单独工作室的选择可以根据ー个辅助性考虑因素及时予以改变。应当认识到，本方面的多个具体特征和条件可以不同上述其他方面的特征；关于以下的说明，本领域的技术人员将认识到这类特征和条件总体上是可互換的并且在某些情况下可以被忽略(除非它们被清楚地表示为是本发明的实质性特征)或者被添加。以上提及的做出预测可以例如包括以下步骤或装置，该步骤或装置用于根据ー个适当的公式来处理ー组代表与该预测相关的多个测量值的数据并且输出ー个代表该相关预测的预测值。第二至第六方面的优选的以及任选的特征对应于该第一方面描述的那些特征。在本发明的范围之内可以做进一步的变化和修改，对于本领域的普通技术人员这将是不言自明的。
现在将參考以下
本发明的一个实例实施方案，在附图中图1示出了 一种适合与本发明一起使用的流体工作机器；图2展示了一种实施本发明的算法的进程；图3示出了使用本发明来减小在ー个环形凸轮流体工作机器中的不平衡的カ；图4示出了使用本发明来消除风カ涡轮发电机中的结构性振动；并且图5示出了使用本发明在一个分段的环形凸轮马达中避免由被启动的多个滚轮在多个区段的边界上造成的损坏。
具体实施例方式图1展示了一个处于合成换向的液压泵/马达I形式的流体工作机器，该流体エ作机器包括多个工作室2 (分别由字母A至H表示)，这些工作室具有由多个缸4的内部表面以及多个活塞6限定的多个容积，这些活塞通过ー个偏心凸轮9从ー个可旋转的曲轴8进行驱动，并且这些活塞在缸中往复运动以便周期性地改变这些工作室的容积。一个轴位置和速度传感器10确定该轴的瞬时角位置和旋转速度，并且经过信号线11将轴位置和速度信号传送到一个控制器12上，这能够使该控制器确定每个工作室的多个周期的瞬时相位。该控制器典型地是在使用中执行存储程序的一个微处理器或微控制器。这些工作室各自与处于电子致动的面密封提升阀14形式的多个低压阀(LPV)相关联，这些提升阀面向内朝向其相关联的工作室并且是可运行的以便选择性地将ー个从该工作室延伸至ー个低压歧管16的通道密封，该通道在使用中总体上作为流体的一个净来源点或净汇收点起作用并且可以通过一个低压端ロ 17将ー个或几个工作室、或者甚至全部(如在此示出的)连接到一个储存器(未示出)上。这些LPV是常开的螺线管关闭的阀门，这些阀门在工作室中的压カ小于低压歧管内的压カ时被动地打开(即在ー个进气冲程过程中)，以便使该工作室与该低压歧管发生流体连通，但这些阀门在该控制器的主动控制下经由多条LPV控制管线18是选择性地可关闭的以便使该工作室与该低压歧管脱离流体连通。可以使用替代性的电子可控制的阀门，如常闭的螺线管打开的阀门。这些工作室各自进ー步与处于压力致动的输送阀形式的多个高压阀(HPV) 20相关联。这些HPV从这些工作室面向外并且是可运行的以便将一个从该工作室延伸至ー个初级高压歧管22的通道密封，该通道在使用中作为作为流体的一个净来源点或净汇收点起作用并且该通道可以将ー个或几个工作室、或者甚至全部(如在此示出的)连接到ー个初级高压端ロ 24上。这些HPV作为ー个常闭的压力打开的止回阀起作用，这些高压阀在该エ作室中的压カ超过该初级高压歧管中的压カ时被动地打开。一旦这些HPV被相关联的工作室中的压カ打开，这些HPV还可以作为由该控制器可以通过多条HPV控制管线26选择地保持开放的常闭的螺线管打开的止回阀起作用。当该高压歧管(而不是工作室)中存在压カ时，该HPV能够另外在控制器的控制下是可打开的、或者是可以部分地可打开的。一个压カ释放阀28可以保护流体工作机器免于损坏。除了按照现有技术的方式来确定是否在逐周期的基础上使这些LPV或HPV闭合或保持打开之外，该控制器还是可运行的以便相对于改变的工作室容积来改变这些LPV和HPV的闭合的精确定相。端ロ 17、24上的箭头表示在泵送模式中的流体流动；在马达运行模式中这种流动是反向的。图2示出了实施本发明的ー种算法的运算，并进行的方式如下。在每个时间步h至t13 (落在连续的工作室A至H的最大容积的多个点处)一个寄存器递增了表示泵I的瞬时排量需求的一个值，该排量需求按照常规方式与所要求的カ矩、压カ或流量相关。该寄存器值如轨迹50所示。在现有技术的机器中，当寄存器达到基础阈值52时(典型地相当于ー个工作室容积的100% )，控制器12将启动对应的工作室的这些阀14、20以便泵送(或马达推动)大量流体。此时，从该寄存器中减去被泵送(进行马达推动的)的流体的体积并且在下ー个时间步以ー个更低的电平开始累积。以此方式，从ー系列的工作室启动可以产生任何要求的流量。本发明的方法提供了一个变化的辅助性參数来修改基础阈值52从而产生ー个如轨迹54所示的调整阈值，并且代表ー个工作室相对于其他工作室的适用性。因此，与这些将在时间t4(ー个较不适合时间)启动工作室D的先前已知的机器相比，根据本发明和实例的机器将在ー个特别适合的时间t3(由标记56表示)启动工作室C。该寄存器然后被递减到ー个新电平58。中立时间セ5是反映在这些基础阈值与调整阈值在此时是非常相似的。在t7处，由于寄存器值50超过了基础阈值52，这些先前已知的机器将已启动工作室G，而这是ー个特别不适合的工作室并且因此该辅助性參数将该调整的阈值提高。工作室H改为在延迟的时间t8处启动。以此方式，本发明可以有利于或者趋于根据任何适合的辅助性參数(该辅助性參数表示它们的适用性)来避免某些工作室，以便在維持流体的相同平均通过量的同时改变排量的定时。在该流体工作机器具有在任何给定的时间都可供使用的多个工作室(例如，ー种具有多偏心件的机器具有两个或更多个沿曲轴的长度轴向地间隔开的汽缸平面、或者ー种机器具有一个多凸出部的凸轮)的情况下，该算法在每个时间步可以对正在做出決定的那些工作室中的每ー个使用ー个不同的调整阈值，例如偏重ー个胜过另ー个。可以使用本发明将磨损或疲劳均匀地分配到泵/马达I的这些工作室A至H上。所调整的阈值可以通过控制器从工作室上发生的历史性磨损的ー个估算值来进行计算。这种历史性磨损预测值可能只是工作室先前已经被使用的历史性次数。可替代地，该算法可以通过估算或测量在工作室使用的时间上在这种具体的运行条件下所发生的磨损量来预测磨损，例如，对于在高轴速或低轴速、高压カ或低压力、高温或低温或者任何其他因素或者涉及磨损的多个因素的组合下使用的缸更多地进行加权计算或者仅将其计算在内。这种算法可以分别地算入与ー个工作室相关联的不同部件中的磨损，例如，对于这些阀、活塞或缸中的每ー个使用不同预计测量值。由于历史性磨损，所调整的阈值可以对ー组工作室一起进行调整。在具有两个或更多个沿曲轴的长度轴向分隔开的汽缸平面的多偏心件的机器中，该控制器可以解决这些偏心件的磨损，并且改变与每个偏心件相关联的所有工作室的调整阈值。在具有一个多凸出部凸轮的机器中，该控制器可以解决每个凸出部的磨损，并且改变与其临时相关联的每个工作室的调整阈值。虽然本发明到目前为止已经假设该基础阈值被调节成反映多个过去的事件，但有可能并且有利的是在某些情况下，在ー个特定工作室实际上被启动或者未被启动的情景下，有可能用调整阈值来表示以后的情形或者建立以后的情形的模型。图3 (a)示出了ー个凸轮环70，该凸轮环用于ー种液压风カ涡轮机传动系的泵，该传动系包括ー个高カ矩的滚轮活塞泵以及ー个快速旋转的液动马达。在这种滚轮活塞泵中，这些滚轮(未示出)在凸轮环70上滚动并且被连接到多个活塞(也未示出)上,这些活塞随后在缸内部循环滑动从而一起形成类似于图1的流体工作机器中的多个工作室。当该凸轮环在方向72上旋转时，控制器按照先前描述的方式(即，參照ー个轴位置传感器来启动低压阀和高压阀)对这些工作室的压カ进行控制，并且因此通过作用在凸轮上的这些滚轮来控制施加的力74。一个轴承76被要求用来对抗净力78将该凸轮环保持在位。根据现有技术的这些方法控制的机器可能容易产生如图3(a)中所示的构形，其中在该凸轮的ー侧上的许多工作室已经被启动，但是在相反侧上极少的工作室已被启动。这产生了ー个大的净カ78，该净カ可能使轴承76不必要地磨损、变形或者甚至毁坏。图3(b)示出了ー种具有本发明的益处的机器的行为，其中如果ー个工作室被启动，预测该轴承上的净カ的強度的一个辅助性參数调节该基础阈值。根据本发明的一个泵，在决定启动哪些工作室之时，对于为了满足当前需求而有可能被启动的每个工作室或者它们的组合而言，计算出将在下ー个工作室容积周期上产生的净カ的波峰幅值，并且因此选择启动产生最小净カ的工作室或者那些组合的室或者启动被发现产生了落在某一阈值之下的一个净カ的第一工作室。该净カ可能是从该工作室的孔的尺寸和该高压歧管的压力、以及每个工作室的几何形状的位置来计算的。除了净カ的波峰幅值外，还可以使用平均值或某些其他測量值。除了ー个工作室周期的范围，还可以使用一个更长或更短的范围。本发明的方法因此能够致使该流体工作机器启动图3(b)中所示的这些工作室，以便在轴承76上产生ー个比图3(a)中更小的净カ80。图4示出了一台风カ涡轮发电机(WTG，100，用作动カ吸收结构)，该风カ涡轮发电机包括一个被可转动地安装到一个塔架104上的吊舱102，并且在其上安装有一个轮毂106，用来支撑三个叶片108。该轮毂经由轴110 (示意性地示出)被连接到一个液压风カ涡轮机传动系上，该传动系包括一个高カ矩滚轮活塞环形凸轮泵112以及ー个快速旋转的马达114，它们通过高压管线116以及低压管线118彼此流体性地相连接。该泵和马达优选地是属于參照图1所说明的类型。术语“泵”和“马达”表示在它们在WTG中最常见运行并且不是必然地表示仅在那些模式中运行的ー种限制。高压カ管线116和低压カ管线118对应地连接到高压カ端ロ 24和低压カ端ロ 17上。马达114被连接到一个同步的或其他的发电机或电动机120上，例如向一个电网中提供动カ或者从中接收动力。一个控制器12通过使用来自轴速度传感器10以及来自多个传感器122的输入来控制至少该泵的这些阀门。这些传感器是加速计、应变计以及相对位置传感器，并且这些传感器被用于将WTG的当前结构性条件(例如塔架或多个叶片中的不希望的振动、或者共振条件)传达给该控制器。在使用中，WTG通过使用以上參照图2说明的算法可以从本发明受益。在每个时间步上，该控制器(作为第六方面的计算机模型起作用)通过将ー个建议的工作室与该WTG泵、液压系统、塔架以及多个叶片的已知特征响应做卷积计算来预测该WTG的以后运动(结构性响应)。这种预测还使用了来自多个传感器122的当前运动(结构性条件)。该运动的某些參数，例如是否超过多个测量值、或者多个测量值的相对比例被用于从该基础阈值计算出一个辅助性參数以便产生用于每个潜在工作室的调整阈值，并且因此基于同其他エ作室相比所调整的阈值的适合性来选择由ー个工作室排移的体积。通过这种方式，该WTG与根据现有技术控制的驱动泵的WTG相比，已经減少了结构性振动，从而允许它维持得更长久、承受更加艰难的条件、或者比先前制造得更轻并且更加成本有效。借助于本发明，该WTG的两个部分的运动可以被恢复为ー个令人希望的平衡条件。图5示出了ー种滚轮活塞流体工作机器112的一部分，其中示出了包括两个或更多区段130、132的凸轮环70、该凸轮环的ー个波形表面134驱动多个滚轮136以便周期性地驱动缸4中的一个活塞6。控制器12通过控制管线18、26主动地控制多个低压阀14，并且任选地控制多个高压阀20，以便对应地使该工作室与低压歧管16和高压歧管22流体性地相连接或相隔离。该控制器具有ー个轴位置传感器10，用于当轴在方向138上旋转时测量该轴的位置，并且因此获悉这些区段边界140。这些区段边界典型地被安排为使得这些エ作室在一个优选的运行模式或方向中当这些滚轮滚过它们时不被加压，即这些滚轮在它们越过这些区段边界时一直处于空载。例如，在图5所示的机器中，该机器在方向138上旋转并且优选地作为ー个泵来运行，这些滚轮在相关联的工作室的膨胀冲程上越过这些区段边界。在使用中，该流体工作机器在至少某些时间可能被要求作为马达来运行，例如，为了维护的目的，或者作为ー个泵在相反的方向上运行。在这种情况下，现有技术的机器将启动多个工作室以便使得这些滚轮在负载下越过区段边界，从而引起损坏和磨损。然而，一种采用本发明的方法的机器将使用从轴位置传感器推导出的一个辅助性參数并且预测一个启动的工作室是否将会致使一个加载的滚轮越过ー个区段边界，以便选择启动哪个工作室，并且由此在时间上维持希望的输出的同时避免了损坏和磨损。存在许多其他应用，它们将从本发明中获益，其中包括在前言中列出的那些应用。
权利要求
1.一种运行流体工作机器的方法，该流体工作机器包括多个具有周期性变化容积的工作室，每个所述工作室是可运行的以便排移工作流体的一个体积，该体积对于工作室容积的每个周期而言是可选择的，该方法包括响应于一个接收的需求信号选择由一个或多个所述工作室在工作室容积的每个周期的过程中排移的工作流体的体积以便执行一个工作功能，其特征为，将一个第一工作室将流体排移的适合性考虑在内来选择由所述第一工作室在一个工作室容积的周期的过程中排移的工作流体的体积从而执行该工作功能。
2.根据权利要求1所述的运行流体工作机器的方法，该流体工作机器包括一个控制器，以及与每个工作室相关联的至少一个阀门，该阀门是可运行的以便调节该对应的工作室到一个低压歧管以及一个高压歧管的连接，与每个工作室相关联的至少一个阀门在该控制器的主动控制下是电子可控制的以便选择在工作室容积的一个周期的过程中排移的工作流体的体积；其中该控制器接收该需求信号并且与工作室容积的多个周期成定相关系来主动地控制所述电子可控制的阀门以便响应于所接收的需求信号来选择在工作室容积的每个周期上通过这些工作室中的一个或多个的流体排量。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的运行流体工作机器的方法，其中在工作室容积的一个单独周期的过程中由该第一工作室排移的流体量在它适合之时是大于在它不适合之时。
4.根据以上任何一项权利要求所述的运行流体工作机器的方法，还包括将至少一个第二工作室将流体排移的相对适合性考虑在内来执行该工作功能。
5.根据权利要求4所述的运行流体工作机器的方法，其中与假如一个第二所述工作室比该第一工作室是相对地更加适合的情况相比，由该第一工作室在工作室容积的一个单独的周期过程中排移的流体量是更大的。
6.根据权利要求4或5所述的运行流体工作机器的方法，其中每个工作室在工作室容积的每个周期上都是可运行的以便执行一个有效周期或者一个空转周期，在这个有效周期中该室产生工作流体的一个净排量而在这个空转周期中该室实质上不产生工作流体的净排量，其中，至少在某些时候，由于该第二工作室的不适合性，该第一工作室执行一个有效周期而不是一个空转周期。
7.根据权利要求4至6中任何一项所述的运行流体工作机器的方法，其中，每个工作室在工作室容积的每个周期上是可运行的以便执行一个有效周期或者一个空转周期，在这个有效周期中该室产生工作流体的一个净排量而在这个空转周期中该室实质上不产生工作流体的净排量，其中，至少在某些时候，由于该第一工作室比该第二工作室具有更大的适合性，该第一工作室执行一个有效周期而不是一个空转周期。
8.根据权利要求4至7中任何一项所述的运行流体工作机器的方法，其中，由所述至少一个第二工作室排移的工作流体的体积是将由所述第一工作室排移的工作流体的所选择的体积考虑在内来进行选择的，以此响应于所接收的需求信号来执行该工作功能。
9.根据权利要求4至8中任何一项所述的运行流体工作机器的方法，其中，该第一工作室的多个容积周期被定相为早于或者迟于该第二工作室的多个容积周期。
10.根据以上任何一项权利要求所述的运行流体工作机器的方法，其中，适合性是通过该一个或多个工作室的历史使用量来确定的。
11.根据任何一项以上权利要求所述的运行流体工作机器的方法，其中，适合性是通过测量或预测由多个流体加压的工作室施加在所述流体工作机器的一个旋转轴上的净力来确定的。
12.根据以上任何一项权利要求所述的运行流体工作机器的方法，该方法包括测量或预测一个机械部件的运动，所述运动受到所述流体工作机器的影响，并且响应于此来确定每个工作室的适合性。
13.根据以上任何一项权利要求所述的运行流体工作机器的方法，其中，在由所接收的需求信号表示的需求是充分低时，通过可供用于执行该工作功能的这些工作室中的至少一个排移的流体的所选体积对于工作室容积的至少某些周期而言实质上为零。
14.一种在多个周期上运行流体工作机器的方法，该流体工作机器包括多个具有周期性变化容积的工作室，每个所述工作室是可运行的以便在每个周期的过程中排移工作流体的一个可选择的体积，并且该方法包括累积性地控制该多个工作室以便致使在每个周期的过程中排移的工作流体的总体积与一个整体需求功能相符合；并且根据确定每个工作室的适合性的一个适合性函数单独地对该多个工作室进行控制。
15.一种流体工作机器，包括一个控制器以及多个具有周期性变化容积的工作室，每个所述工作室是可运行的以便排移工作流体的一个体积，该体积在工作室容积的每个周期上通过该控制器是可选择的，该控制器是可运行的以便响应于一个接收的需求信号选择由一个或多个所述工作室在工作室容积的每个周期上排移的工作流体的体积从而执行一个工作功能，其特征为，该控制器是可运行的以便将一个第一工作室排移流体的适合性考虑在内来选择由所述第一工作室在工作室容积的一个周期上排移的工作流体的体积，以此执行该工作功能。
16.计算机程序代码，该计算机程序代码当其在一个流体工作机器控制器上执行时根据权利要求1至14中的任一项来运行该流体工作机器。
17.一种动力吸收结构，包括至少一个机械部件并且进一步包括一个流体工作机器，该流体工作机器本身包括多个具有周期性改变容积的工作室，每个所述工作室是可运行的以便排移工作流体的一个体积，该体积对于工作室容积的每个周期而言是可选择的，该方法包括响应于一个接收的需求信号选择由一个或多个所述工作室在工作室容积的每个周期的过程中排移的工作流体的体积以便执行一个工作功能，该方法进一步包括测量或预测该机械部件的运动并且将在该工作功能的影响下该机械部件的所测量的或预测的运动考虑在内来选择由一个第一工作室在工作室容积的一个周期的过程中排移的工作流体的体积。
全文摘要
本发明涉及一种运行流体工作机器的方法，其中每个周期排移的工作流体的体积是可选择的并且其中由一个第一工作室排移的工作流体的体积将这个工作室排移流体的适合性考虑在内。本发明在另外的方面扩展到多种动力吸收结构，如包括这类流体工作机器的可再生能量装置。本发明允许更加长久的流体工作机器以及动力吸收结构的运行。
文档编号F04B1/06GK103038506SQ201180001501
公开日2013年4月10日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年2月23日
发明者S·H·索尔特, W·H·S·瑞普恩, M·R·费尔丁, N·J·卡尔德维尔, S·M·莱尔德, P·R·乔利 申请人:阿尔特弥斯智能动力有限公司