一种制冷机组磁悬浮减震装置、系统及系统控制方法与流程

1.本发明涉及制冷机组减震技术，具体而言，尤其涉及一种制冷机组磁悬浮减震装置、系统及系统控制方法。


背景技术：

2.医用超低温保存箱在生命科学实验室、药物研发等领域具有广泛的应用。超低温保存箱需要稳定的温度和湿度来保持样品的稳定，而制冷机组的震动和噪声会影响箱内环境的稳定性。因此，需要一种新型结构和控制系统来降低制冷机组的震动和噪声。目前常用的减震方案包括：
3.1、弹簧减震技术：在制冷机组下部设置弹簧减震装置，通过弹簧的缓冲作用来减少震动和噪声。这种技术简单、成本较低，但是减震效果有限，容易产生共振，降低了箱内环境的稳定性。
4.2、气垫减震技术：在制冷机组下部设置气垫减震装置，通过气垫的缓冲作用来减少震动和噪声。这种技术比弹簧减震技术效果更好，但是需要增加气源和控制系统，成本较高。
5.3、机械减震技术：在制冷机组下部设置机械减震装置，通过机械结构的缓冲作用来减少震动和噪声。这种技术效果较好，但是需要增加机械结构，体积较大，不利于箱体设计。
6.以上几种技术都存在一定的局限性，难以满足医用超低温保存箱对环境稳定性和噪声要求的高标准。


技术实现要素：

7.鉴于现有技术的不足，本发明提供一种制冷机组磁悬浮减震装置、系统及系统控制方法。基于电磁装置生成能够抑制制冷机组振动的悬浮力，利用电磁原理减少压缩机部件与制冷机组其他机械结构之间的相互作用，从而起到了减小摩擦、降低噪声的效果。
8.本发明采用的技术手段如下：
9.一种制冷机组磁悬浮减震装置，设置于制冷机组框架以及制冷机组底板之间，包括依次纵向设置的浮体、缓震弹性磁缸和基座，浮体与基座通过缓震弹性磁缸连接，其中浮体固定连接于制冷机组底板的底部边缘，基座固定连接于制冷机组框架上；
10.所述浮体包括浮体外壳以及设置在浮体外壳内部的电磁装置，所述电磁装置用于响应电流激励产生第一磁场；
11.所述基座包括基座外壳以及设置在基座外壳内部的永磁体，所述永磁体用于产生能够与所述电磁装置所产生的磁场相互作用的第二磁场；
12.所述缓震弹性磁缸内与浮体接合的位置设置有第一基板，与基座接合的位置设置有第二基板，所述第一基板和第二基板初始位置正对。
13.进一步地，所述缓震弹性磁缸内设置有振动传感器和位移传感器，所述振动传感
器用于获取浮体运动产生的瞬时冲击力，所述位移传感器用于获取第一基板与第二基板之间产生的相对位移信号。
14.本发明还公开了一种制冷机组磁悬浮减震系统，供电单元、信号采集单元、控制单元以及电流输出单元，还包括上述的制冷机组磁悬浮减震装置；
15.所述供电单元用于为系统的其他单元供电；
16.所述信号采集单元一方面用于通过振动传感器获取浮体运动的冲击力信号，一方面用于通过位移传感器获取第一基板与第二基板之间产生的相对位移信号，另一方面用于将所述振动信号和相对位移信号传输至控制单元；
17.所述控制单元根据接收的振动信号和相对位移信号生成用于激励浮体内电磁装置产生磁场的电流大小，并控制电流输出单元向所述电磁装置输出响应大小的电流。
18.进一步地，所述控制单元根据接收的振动信号和相对位移信号生成用于激励浮体内电磁装置产生磁场的电流大小包括：
19.根据以下方程构建冲击力与电流之间的关系：
20.f＝1/2*k*(z-z0)*i221.其中，f表示振动传感器获取的冲击力信号，k表示预设的刚度系数，z0表示第一基板与第二基板之间的初始相对位移，z表示第一基板与第二基板之间的实时相对位移，i表示电磁装置接收的激励电流。
22.进一步地，系统还包括诊断和保护单元，所述诊断和保护单元用于对系统运行状态进行故障诊断和故障保护；
23.所述故障诊断包括制冷机组状态自检；
24.所述故障保护包括触发故障保护电路。
25.本发明还公开了一种用于上述制冷机组磁悬浮减震系统的控制方法，包括以下步骤：
26.制冷系统上电并进行自检，自检完毕后启动制冷机组；
27.制冷剂组开始工作，系统进入制冷模式，实时进行保存箱间室温度监测；
28.当保存箱间室温度达到设定值启动制冷机组磁悬浮减震系统，并采集浮体冲击力信号和相对位移信号；
29.控制单元根据浮体冲击力信号和相对位移信号计算抑制振动所需的磁悬浮力大小，并根据磁悬浮力大小计算电磁装置需要的激励电流大小；
30.控制单元控制电流输出单元向电磁装置输出相应电流，电磁装置产生第一磁场，与永磁体产生的第二磁场相互作用，实现减震。
31.进一步地，还包括：
32.减震处理后，系统进行故障检测，一旦检测到故障信息则触发故障保护电路，并发出报警提示。
33.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
34.1、本发明能够提高设备运行的安全性和舒适性：磁悬浮减震结构可以有效地减少医用超低温保存箱振动和噪音的传递，从而降低设备运行时对周围环境和设备本身造成的影响，提高设备运行的安全性和舒适性。
35.2、本发明能够提高设备的能效比：与传统机械减震结构相比，磁悬浮减震结构无
需机械传动装置，减少了机械部件的磨损和维护成本，同时具有更高的精度和稳定性。采用磁悬浮减震结构的医用超低温保存箱可以有效地减少能耗，提高设备的能效比，节约了能源资源。
36.3、本发明能够提高设备的性能和可靠性：本发明的磁悬浮减震结构可以有效地降低设备的振动和噪音，从而减少了设备的损耗和维护成本，提高了设备的性能和可靠性。
37.综上所述，本发明所提供的医用超低温保存箱制冷机组磁悬浮减震结构及控制系统，具有降低噪音和振动、提高能效比、提高设备性能和可靠性等多种有益效果，能够为医用超低温保存箱行业带来巨大的社会和经济效益。该技术也可以应用于其他需要超低温保存的领域，例如食品工业、化学工业、军事等领域。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本发明一种制冷机组磁悬浮减震装置结构示意图。
40.图2为使用本发明一种制冷机组磁悬浮减震装置的制冷系统结构示意图。
41.图3为本发明制冷机组磁悬浮减震系统的控制方法流程图。
42.图中：1、浮体；101、电磁装置；2、基座；201、永磁体；3、缓震弹性磁缸；301、第一基板；302、第二基板；001、低温保存箱体；002、制冷机组框架；003、制冷机组底板；004、制冷机组。
具体实施方式
43.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
44.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
45.如图1-2所示，本发明一种制冷机组磁悬浮减震装置，设置于制冷机组框架002以及制冷机组底板003之间，包括依次纵向设置的浮体1、缓震弹性磁缸3和基座2，浮体1与基座2通过缓震弹性磁缸3连接，其中浮体1固定连接于制冷机组底板003的底部边缘，基座2固定连接于制冷机组框架002上。
46.浮体1包括浮体外壳以及设置在浮体外壳内部的电磁装置101，电磁装置101用于响应电流激励产生第一磁场。优选地，电磁装置为电磁铁或者电磁线圈。
47.基座2包括基座外壳以及设置在基座外壳内部的永磁体201，所述永磁体201用于产生能够与所述电磁装置101所产生的磁场相互作用的第二磁场。优选地，永磁体为磁铁或者电磁铁。
48.缓震弹性磁缸3内与浮体1接合的位置设置有第一基板301，与基座2接合的位置设置有第二基板302，第一基板301和第二基板302初始位置正对。
49.进一步地，缓震弹性磁缸内还设置有振动传感器和位移传感器，所述振动传感器用于获取浮体1运动产生的瞬时冲击力，所述位移传感器用于获取第一基板301与第二基板302之间产生的相对位移信号。可以选择pcb piezotronics 603c01型传感器作为振动传感器进行冲击力提取。
50.本发明还公开了一种制冷机组磁悬浮减震系统，供电单元、信号采集单元、控制单元以及电流输出单元，还包括上述的制冷机组磁悬浮减震装置。
51.供电单元负责为磁场调节器和控制单元提供电源。该部分主要由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。变压器将交流电转换成所需的直流电，整流电路将交流电转换为直流电，滤波电路将直流电进行滤波，去除杂波和干扰，稳压电路将电压进行稳压，以保证磁场调节器和控制单元正常工作。
52.信号采集单元一方面用于通过振动传感器获取浮体运动的冲击力信号，一方面用于通过位移传感器获取第一基板与第二基板之间产生的相对位移信号，另一方面用于将所述振动信号和相对位移信号传输至控制单元。具体来说，信号采集单元负责采集浮体的位置和振动情况，并将采集到的信号传输给控制单元。该部分主要由磁悬浮减震装置、信号调理电路和放大电路组成。磁悬浮减震装置来感知浮体的位置和振动情况控制磁场变化，信号调理电路将采集到的信号进行滤波和放大，放大电路将放大后的信号输出给控制单元。
53.控制单元根据接收的振动信号和相对位移信号生成用于激励浮体内电磁装置产生磁场的电流大小，并控制电流输出单元向所述电磁装置输出响应大小的电流。具体来说，控制单元负责根据采集到的信号，磁悬浮减震装置对磁场进行调节，实现对转子的悬浮和减震作用。
54.电流输出单元主要由pid控制器、pwm调节器和人机交互界面组成。控制单元接收信号采集部分传输过来的信号，并根据设定的控制策略，控制pid控制器对磁场进行调节，具体通过pwm调节器改变电磁铁的电流，来实现对磁场的调节，人机交互界面负责对系统进行参数设置和调节。
55.进一步地，所述控制单元根据接收的振动信号和相对位移信号生成用于激励浮体内电磁装置产生磁场的电流大小包括：
56.根据以下方程构建冲击力与电流之间的关系：
57.f＝1/2*k*(z-z0)*i258.其中，f表示振动传感器获取的冲击力信号，k表示预设的刚度系数，z0表示第一基板与第二基板之间的初始相对位移，z表示第一基板与第二基板之间的实时相对位移，i表示电磁装置接收的激励电流。
59.进一步地，系统还包括诊断和保护单元，所述诊断和保护单元用于对系统运行状
态进行故障诊断和故障保护。具体来说，诊断和保护单元负责对系统进行自诊断和故障保护，保证系统的安全稳定运行。该部分主要由故障检测电路、故障保护电路和报警装置组成。故障检测电路负责检测系统中的故障信息，故障保护电路根据检测到的故障信息，对系统进行保护，避免系统出现损坏或事故。报警装置会在系统出现故障时进行报警，提醒操作人员及时进行处理。
60.故障诊断包括：1.传感器自检：系统会检测和验证磁悬浮减震系统中使用的各种传感器的正常工作。2.通信链路自检：如果磁悬浮减震系统中存在多个模块或设备之间需要进行通信，系统会进行通信链路的自检。3.控制回路自检：系统会对控制回路进行自检，确保控制回路中的电路和元件正常工作。4.软件自检：如果系统采用了软件控制，系统会进行软件的自检。
61.故障保护包括触发故障保护电路，用于保护控制系统的安全性和可靠性。过载保护//过压保护//过流保护//短路保护//温度保护。具体地，1.过载保护：故障保护电路可以监测系统的电流或功率，并在超过设定的阈值时触发保护措施，例如切断电源或减小输出功率，以防止系统过载损坏。2.过压保护：故障保护电路可以监测系统的电压，并在超过设定的安全范围时采取措施，例如切断电源或调整电压等，以防止过高的电压损坏系统或附属设备。3.过流保护：故障保护电路可以检测系统中的电流，并在电流超过额定值时采取措施，例如切断电源或限制电流流动，以保护电子元件免受损坏或过热。4.短路保护：故障保护电路可以检测到系统中的短路情况，并在出现短路时采取保护措施，例如切断电源或通过断路器切断电路，以防止过大电流流过导致故障。5.温度保护：故障保护电路可以监测系统或设备的温度，并在温度超过安全范围时采取措施，例如切断电源或降低功率，以防止设备过热或损坏。
62.如图3所示，本发明还公开了一种用于上述制冷机组磁悬浮减震系统的控制方法，包括以下步骤：
63.s1、制冷系统上电并进行自检，自检完毕后启动制冷机组；
64.s2、制冷剂组开始工作，系统进入制冷模式，实时进行保存箱间室温度监测；
65.s3、当保存箱间室温度达到设定值启动制冷机组磁悬浮减震系统，并采集浮体冲击力信号和相对位移信号；
66.s4、控制单元根据浮体冲击力信号和相对位移信号计算抑制振动所需的磁悬浮力大小，并根据磁悬浮力大小计算电磁装置需要的激励电流大小；
67.s5、控制单元控制电流输出单元向电磁装置输出相应电流，电磁装置产生第一磁场，与永磁体产生的第二磁场相互作用，实现减震。
68.在本发明一个较佳的实施例中，可以按照以下控制逻辑进行系统控制：
69.st＝》start:开始
70.op1＝》operation:打开电源
71.sub1＝》subroutine:系统自检
72.cond1＝》condition:系统准备完毕
73.op2＝》operation:启动制冷机组
74.op3＝》operation:制冷机组降温
75.op4＝》operation:监测温度
76.cond2＝》condition:温度达到设定值
77.op5＝》operation:控制器计算悬浮力和减震力
78.op6＝》operation:控制器输出信号控制功率放大器
79.op7＝》operation:功率放大器产生电磁力和减震力
80.op8＝》operation:监测电流和转速
81.cond3＝》condition:检测到故障信息
82.sub2＝》subroutine:故障检测电路检测到故障信息
83.op9＝》operation:触发故障保护电路
84.op10＝》operation:报警装置发出警报提示
85.op11＝》operation:系统保护
86.op12＝》operation:关闭制冷机组
87.op13＝》operation:关闭电源
88.e＝》end:结束
89.st-》op1-》sub1-》cond1
90.cond1(no)-》sub1
91.cond1(yes)-》op2-》op3-》op4-》cond2
92.cond2(no)-》op4
93.cond2(yes)-》op5-》op6-》op7-》op8-》cond3
94.cond3(no)-》op4
95.cond3(yes)-》sub2-》op9-》op10-》op11-》op12-》op13-》e
96.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种制冷机组磁悬浮减震装置，设置于制冷机组框架以及制冷机组底板之间，其特征在于，包括依次纵向设置的浮体、缓震弹性磁缸和基座，浮体与基座通过缓震弹性磁缸连接，其中浮体固定连接于制冷机组底板的底部边缘，基座固定连接于制冷机组框架上；所述浮体包括浮体外壳以及设置在浮体外壳内部的电磁装置，所述电磁装置用于响应电流激励产生第一磁场；所述基座包括基座外壳以及设置在基座外壳内部的永磁体，所述永磁体用于产生能够与所述电磁装置所产生的磁场相互作用的第二磁场；所述缓震弹性磁缸内与浮体接合的位置设置有第一基板，与基座接合的位置设置有第二基板，所述第一基板和第二基板初始位置正对。2.根据权利要求1所述的一种制冷机组磁悬浮减震装置，其特征在于，所述缓震弹性磁缸内设置有振动传感器和位移传感器，所述振动传感器用于获取浮体运动产生的瞬时冲击力，所述位移传感器用于获取第一基板与第二基板之间产生的相对位移信号。3.一种制冷机组磁悬浮减震系统，供电单元、信号采集单元、控制单元以及电流输出单元，其特征在于，还包括权利要求1或2所述的制冷机组磁悬浮减震装置；所述供电单元用于为系统的其他单元供电；所述信号采集单元一方面用于通过振动传感器获取浮体运动的冲击力信号，一方面用于通过位移传感器获取第一基板与第二基板之间产生的相对位移信号，另一方面用于将所述振动信号和相对位移信号传输至控制单元；所述控制单元根据接收的振动信号和相对位移信号生成用于激励浮体内电磁装置产生磁场的电流大小，并控制电流输出单元向所述电磁装置输出响应大小的电流。4.根据权利要求3所述的一种制冷机组磁悬浮减震系统，其特征在于，所述控制单元根据接收的振动信号和相对位移信号生成用于激励浮体内电磁装置产生磁场的电流大小包括：根据以下方程构建冲击力与电流之间的关系：f＝1/2*k*(z-z0)*i2其中，f表示振动传感器获取的冲击力信号，k表示预设的刚度系数，z0表示第一基板与第二基板之间的初始相对位移，i表示第一基板与第二基板之间的实时相对位移，i表示电磁装置接收的激励电流。5.根据权利要求3所述的一种制冷机组磁悬浮减震系统，其特征在于，系统还包括诊断和保护单元，所述诊断和保护单元用于对系统运行状态进行故障诊断和故障保护；所述故障诊断包括制冷机组状态自检；所述故障保护包括触发故障保护电路。6.一种用于权利要求3所述制冷机组磁悬浮减震系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：制冷系统上电并进行自检，自检完毕后启动制冷机组；制冷剂组开始工作，系统进入制冷模式，实时进行保存箱间室温度监测；当保存箱间室温度达到设定值启动制冷机组磁悬浮减震系统，并采集浮体冲击力信号和相对位移信号；控制单元根据浮体冲击力信号和相对位移信号计算抑制振动所需的磁悬浮力大小，并
根据磁悬浮力大小计算电磁装置需要的激励电流大小；控制单元控制电流输出单元向电磁装置输出相应电流，电磁装置产生第一磁场，与永磁体产生的第二磁场相互作用，实现减震。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，还包括：减震处理后，系统进行故障检测，一旦检测到故障信息则触发故障保护电路，并发出报警提示。

技术总结
本发明提供一种制冷机组磁悬浮减震装置、系统及系统控制方法。装置包括依次纵向设置的浮体、缓震弹性磁缸和基座，浮体与基座通过缓震弹性磁缸连接，其中浮体固定连接于制冷机组底板的底部边缘，基座固定连接于制冷机组框架上；所述浮体包括浮体外壳以及设置在浮体外壳内部的电磁装置，所述电磁装置用于响应电流激励产生第一磁场；所述基座包括基座外壳以及设置在基座外壳内部的永磁体，所述永磁体用于产生能够与所述电磁装置所产生的磁场相互作用的第二磁场。本发明基于电磁装置生成能够抑制制冷机组振动的悬浮力，利用电磁原理减少压缩机部件与制冷机组其他机械结构之间的相互作用，从而起到了减小摩擦、降低噪声的效果。降低噪声的效果。降低噪声的效果。


技术研发人员：戚骥 刘发柱 王福滋 肖振 崔宏伟 慕吉升 孙晓雪 梁晶晶
受保护的技术使用者：冰山松洋生物科技（大连）有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/16