(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続される複数のモータスタックを備えるモータシステムであって、各モータスタックは第１モータおよび第２モータを備え、前記モータシステムは（ｉ）複数のスタック電圧を示すように構成され、各スタック電圧が前記複数のモータスタック内のそれぞれのモータスタックと対応し、（ｉｉ）複数の差分電力を示すように構成され、各差分電力は前記複数のモータスタック内のそれぞれのモータスタックと対応し、各差分電力は前記それぞれのモータスタック内の前記第１モータおよび前記第２モータ間の電力差の二分の一により与えられる、モータシステムと、
制御システムであって、
（ｉ）平均スタック電圧を生成するように前記スタック電圧を平均化するように構成されるアベレージャと、
（ｉｉ）前記平均スタック電圧の少なくとも一部に基づき、各スタック電圧に対応する公称スタック電力を生成するように構成される第１回路と、
（ｉｉｉ）各モータスタックに関して、（ａ）前記モータスタック内の前記第１モータに対応する第１モータ力、および（ｂ）前記モータスタック内の前記第２モータに対応する第２モータ力、の両方を生成するように前記対応する差分電力および前記対応する公称スタック電力を組み合わせるように構成される第２回路と、を備える制御システムと
を備え、
各モータスタックに関して、前記制御システムは、前記モータスタックのための前記第１および前記第２モータ力に基づいて、前記モータスタック内の前記第１および前記第２モータを制御するように構成される、システム。
【請求項２】
前記第１回路は、
各スタック電圧に関して、誤差項を生成するように前記スタック電圧から前記平均スタック電圧を減算するように構成される減算器と、
各スタック電圧に関して、前記誤差項に基づき正項を決定するように構成される補償ネットワークと、
各スタック電圧に関して、前記モータが前記公称スタック電力を生成するように前記正項と公称電力を加算するように構成される加算器と
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
各スタック電圧に関して、前記補償ネットワークは前記誤差項を入力ととらえるゲイン関数により前記正項を決定するように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２回路は、
各差分電力に関して、前記差分電力から正の差分電力および負の差分電力の両方を生成するように構成される差分電力回路と、
各差分電力に関して、
前記第１モータ力を生成するように、前記正の差分電力と前記それぞれのモータスタックに対して生成された前記公称スタック電力とを加算するように構成され、
前記第２モータ力を生成するように、前記負の差分電力と前記それぞれのモータスタックに対して生成された前記公称スタック電力とを加算するように構成される、加算器とを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムは、風力から電気エネルギーを生成するように構成される空中風力タービンシステムを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
地上局と、
航空機と、
前記地上局に前記航空機を接続するテザーと
をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記航空機は、前記テザーを介して前記地上局に電気エネルギーを送電するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記地上局は、前記テザーを介して前記航空機に電気エネルギーを送電するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記モータシステムは、前記地上局に含まれる、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記モータシステムは、前記航空機に含まれる、請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
直列に接続された複数のモータスタックを備えるモータシステムからスタック電圧のセットを受信することであって、各モータスタックは第１モータおよび第２モータを備え、各スタック電圧は前記複数のモータスタック内のそれぞれのモータスタックと対応する、スタック電圧のセットを受信することと、
平均スタック電圧を生成するように前記スタック電圧を平均化することと、
各スタック電圧に対応する公称スタック電力を生成することであって、各公称スタック電力は少なくとも前記平均スタック電圧に基づく、公称スタック電力を生成することと、
差分電力のセットを受信することであって、各差分電力は前記複数のモータスタック内のそれぞれのモータスタックと対応し、各差分電力は前記それぞれのモータスタック内の前記第１モータおよび前記第２モータ間の電力差の二分の一により与えられる、差分電力のセットを受信することと、
各モータスタックに関して、前記モータスタック内の前記第１モータに対応する第１モータ力と前記モータスタック内の前記第２モータに対応する第２モータ力の両方を生成するように、前記対応する差分電力と前記対応する公称スタック電力を組み合わせることと、
各モータスタックに関して、（ｉ）前記モータスタックに対応する前記第１モータ力に基づき前記第１モータを制御することおよび（ｉｉ）前記モータスタックに対応する前記第２モータ力に基づき前記第２モータを制御することと
を含む方法。
【請求項１２】
各スタック電圧に対応する前記公称スタック電力を生成することは、各スタック電圧に関して、
誤差項を生成するように前記スタック電圧から前記平均スタック電圧を減算することと、
前記誤差項に基づき正項を決定することと、
前記公称スタック電力を生成するように前記正項と前記モータに対する公称電力を加算することと
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記誤差項に基づき前記正項を決定することは、前記誤差項を入力とする補償関数に基づき前記正項を決定することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記補償関数はゲイン関数を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１モータ力と前記第２モータ力の両方を生成することは、各差分電力に関して、
前記差分電力から正の差分電力と負の差分電力の両方を生成することと、
前記第１モータ力を生成するように、前記正の差分電力と前記それぞれのモータスタッ
クに対して生成された前記公称スタック電力を加算することと、
前記第２モータ力を生成するように、前記負の差分電力と前記それぞれのモータスタックに対して生成された前記公称スタック電力を加算することと
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
関数をコンピュータデバイスに実施させる、前記コンピュータデバイスにより実行可能な命令を記憶する、非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
直列に接続された複数のモータスタックを備えるモータシステムからスタック電圧のセットを受信することであって、各モータスタックは第１モータおよび第２モータを備え、各スタック電圧は前記複数のモータスタック内のそれぞれのモータスタックと対応する、スタック電圧のセットを受信することと、
平均スタック電圧を生成するように前記スタック電圧を平均化することと、
各スタック電圧に対応する公称スタック電力を生成することであって、各公称スタック電力は少なくとも前記平均スタック電圧に基づく、公称スタック電力を生成することと、
差分電力のセットを受信することであって、各差分電力は前記複数のモータスタック内のそれぞれのモータスタックと対応し、各差分電力は前記それぞれのモータスタック内の前記第１モータおよび前記第２モータ間の電力差の二分の一により与えられる、差分電力のセットを受信することと、
各差分電力に関して、第１モータ力と第２モータ力の両方を生成するように、前記差分電力と前記それぞれのモータスタックに対して生成された前記公称スタック電力を組み合わせることと、
各モータスタックに関して、前記モータスタック内の前記第１モータに対応する第１モータ力と前記モータスタック内の前記第２モータに対応する第２モータ力の両方を生成するように、前記対応する差分電力と前記対応する公称スタック電力を組み合わせることと、
各モータスタックに関して、（ｉ）前記第１モータ力に基づき前記第１モータを制御することと、（ｉｉ）前記第２モータ力に基づき前記第２モータを制御することと
を含む非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
各スタック電圧に対応する前記公称スタック電力を生成することは、各スタック電圧に関して、
誤差項を生成するように前記スタック電圧から前記平均スタック電圧を減算することと、
前記誤差項に基づき正項を決定することと、
前記公称スタック電力を生成するように前記正項と前記モータに対する公称電力を加算することと
を含む、請求項１６に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記誤差項に基づき前記正項を決定することは、前記誤差項を入力とする補償関数に基づき前記正項を決定することを含む、請求項１７に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記補償関数はゲイン関数を含む、請求項１８に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記第１モータ力と前記第２モータ力の両方を生成することは、各差分電力に関して、
前記差分電力から正の差分電力と負の差分電力の両方を生成することと、
前記第１モータ力を生成するように、前記正の差分電力と前記それぞれのモータスタックに対して生成された前記公称スタック電力を加算することと、
前記第２モータ力を生成するように、前記負の差分電力と前記それぞれのモータスタッ
クに対して生成された前記公称スタック電力を加算することと
を含む、請求項１６に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２１】
各モータスタックに関して、前記モータシステムが複数の電流を示すように、前記制御システムは、前記モータスタックのための前記第１および前記第２モータ力に基づいて、前記モータスタック内の前記第１および前記第２モータを制御するように構成され、各電流は、前記複数のモータスタックの各モータスタックに対応し、かつ、前記モータシステムを安定化させるために前記複数の電流のうち他の電流と同等である、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
各モータスタックに関して、（ｉ）前記モータスタックに対応する前記第１モータ力に基づき前記第１モータを制御することおよび（ｉｉ）前記モータスタックに対応する前記第２モータ力に基づき前記第２モータを制御することは、前記モータシステムが複数の電流を示すように、（ｉ）前記モータスタックに対応する前記第１モータ力に基づき前記第１モータを制御することおよび（ｉｉ）前記モータスタックに対応する前記第２モータ力に基づき前記第２モータを制御することを含み、各電流は、前記複数のモータスタックの各モータスタックに対応し、かつ、前記モータシステムを安定化させるために前記複数の電流のうち他の電流と同等である、請求項１１に記載の方法。
【請求項２３】
各モータスタックに関して、（ｉ）前記第１モータ力に基づき前記第１モータを制御することと、（ｉｉ）前記第２モータ力に基づき前記第２モータを制御することは、前記モータシステムが複数の電流を示すように、（ｉ）前記モータスタックに対応する前記第１モータ力に基づき前記第１モータを制御することおよび（ｉｉ）前記モータスタックに対応する前記第２モータ力に基づき前記第２モータを制御することを含み、各電流は、前記複数のモータスタックの各モータスタックに対応し、かつ、前記モータシステムを安定化させるために前記複数の電流のうち他の電流と同等である、請求項１６に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[背景]
[0001]  本明細書で別段の記載がない限り、本節に記載の内容は、本出願における特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、本節に含まれることによって先行技術であることを認めているわけではない。
【０００２】
[0002]  発電システムは、種々の用途（例えば、ユーティリティシステム）のために化学および／または力学的エネルギー（例えば、運動エネルギー）を電気エネルギーに変換し得る。一例として、風力エネルギーシステムは運動風力エネルギーを電気エネルギーに変換し得る。
【発明の概要】
【０００３】
[0003]  風力エネルギーシステムは、空中風力タービン（ＡＷＴ）システムの形態を取ってよい。ＡＷＴシステムは、例えば、発電、物体または車両の持ち上げまたはけん引等の種々の目的のために風から有用な力を抽出し得る。
【０００４】
[0004]  ＡＷＴシステムでは、例えばＡＷＴシステムにおける抵抗損を減少させるために、高作動電圧を達成することが望ましい可能性がある。そのような用途における単一のモータまたは発電機の作動電圧は実用電子機器により制限され得るが、モータまたは発電機を直列に積層することにより高い作動電圧が達成され得る。
【０００５】
[0005]  しかしながら、直列に積層されたモータまたは発電機は、不安定な性質を示し得る。特に、直列に積層されたモータ（または発電機）が概ね等価の電力を有するように制御される場合には、各モータ（または発電機）に走る電流が概ね等しくはないとすると、モータ（または発電機）の電圧は分岐し得、それによりモータ（または発電機）は電圧不安定性を示し得る。開示されているのは、ＡＷＴにおいて直列に積層されたモータまたは発電機を制御するための方法およびシステムである。有益なことに、本明細書に記載されるいくつかの例は、不安定性のリスクもなく高い作動電圧を可能にし得る。
【０００６】
[0006]  一態様では、モータシステムおよび制御システムを含むシステムが開示される。モータシステムは、直列に接続される多数のモータスタックを含むことができ、各モータスタックは第１モータおよび第２モータを含む。モータシステムは、多数のスタック電圧を示すことができ、各スタック電圧はそれぞれのモータスタックと対応する。さらには、モータシステムは多数の差分電力を示すことができ、各差分電力はそれぞれのモータスタックと対応する。各差分電力はそれぞれのモータスタック内の第１モータおよび第２モータ間の電力差の二分の一により与えられる。制御システムは、アベレージャ、第１回路および第２回路を含み得る。アベレージャは、スタック電圧を受信し、平均スタック電圧を生成するように前記スタック電圧を平均化するように構成され得る。第１回路は、平均スタック電圧を受信し、平均スタック電圧に基づき各スタック電圧に対応する公称スタック電力を生成するように構成可能である。第２回路は、差分電圧を受信し、各差分電圧に関して、第1モータ力および第２モータ力の両方を生成するように、差分電力とそれぞれのモータスタックに対して生成された公称スタック電力とを組み合わせるように構成され得る。各モータスタックに関して、制御システムは第１モータ力に基づき第１モータを制御し、第２モータ力に基づき第２モータを制御するように構成され得る。
【０００７】
[0007]  別の態様では、方法が提供される。方法は、直列に接続された多数のモータスタックを含むモータシステムからスタック電圧のセットを受信することを含み得る。各モータスタックは、第１モータおよび第２モータを備えることができ、各スタック電圧はそれぞれのモータスタックと対応する。方法は、平均スタック電圧を生成するようにスタック電圧を平均化することと、各スタック電圧に対応する公称スタック電力を生成することであって、各公称スタック電力は少なくとも平均スタック電圧に基づく生成することとをさらに含み得る。方法は、差分電力のセットを受信することをさらに含むことができ、各差分電力は多数のモータスタック内のそれぞれのモータスタックに対応する。各差分電力はそれぞれのモータスタック内の第１モータおよび第２モータ間の電力差の二分の一により与えられることができる。方法は、各差分電力に関して、第１モータ力および第２モータ力の両方を生成するように、差分電力とそれぞれのモータスタックに対して生成された公称スタック電力を組み合わせることおよび各モータスタックに関して第１モータ力に基づき第１モータを制御し、第２モータ力に基づき第２モータを制御することをさらに含み得る。
【０００８】
[0008]  さらなる態様では、コンピュータデバイスに直列に接続された多数のモータスタックを備えるモータシステムからスタック電圧のセットを受信することを含む関数を実施させるために、コンピュータデバイスにより実行可能な命令を記憶する、非一時的なコンピュータ可読媒体が提供される。各モータスタックは第１モータおよび第２モータを含み、各スタック電圧はそれぞれのモータスタックと対応し得る。関数は、平均スタック電圧を生成するようにスタック電圧を平均化することと、各スタック電圧に対応する公称スタック電力を生成することであって、各公称スタック電力は少なくとも平均スタック電圧に基づく、生成することをさらに含むことができる。関数は、差分電力のセットを受信することであって、各差分電力は多数のモータスタック内のそれぞれのモータスタックと対応する受信することをさらに含むことができる。各差分電力はそれぞれのモータスタック内の第１モータおよび第２モータ間の電力差により与えられることができる。さらに関数は、各差分電力に関して、第１モータ力と第１モータ力の両方を生成するように、差分電力とそれぞれのモータスタックに対して生成された公称スタック電力を組み合わせることと、各モータスタックに関して、第１モータ力に基づき第１モータを制御することと、第２モータ力に基づき第２モータを制御することとをさらに含むことができる。
【０００９】
[0009]  さらに別の態様では、直列に接続された多数のモータスタックを含むモータシステムからスタック電圧のセットを受信するための手段を含むシステムが開示される。各モータスタックは第１モータおよび第２モータを備えることができ、各スタック電圧はそれぞれのモータスタックと対応する。システムは、平均スタック電圧を生成するようにスタック電圧を平均化する手段と、各スタック電圧に対応する公称スタック電力を生成することであって、各公称スタック電力は少なくとも平均スタック電圧に基づく生成する手段とをさらに含むことができる。システムは、差分電力のセットを受信することであって、各差分電力は多数のモータスタック内のそれぞれのモータスタックと対応する受信することをさらに含むことができる。各差分電力は、それぞれのモータスタック内の第１モータおよび第２モータ間の電力差により与えられ得る。またシステムは、各モータスタックに関して、第１モータ力および第２モータ力の両方を生成するように、各差分電圧とそれぞれのモータスタックに対して生成された公称スタック電力とを組み合わせるための手段と、第１モータ力に基づき第１モータを制御し、第２モータ力に基づき第２モータを制御するための手段をさらに含むことができる。
【００１０】
[0010]  これらのおよびその他の態様、利点または代替案は、必要に応じて添付の図面を参照し、以下の詳細な説明を読むことにより当業者にとって明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】[0011]  一例示的実施形態による空中風力タービン（ＡＷＴ）を示す。
【図２】[0012]  一例示的実施形態によるＡＷＴの構成要素を示す簡略ブロック図を示す。
【図３】[0013]  一例示的実施形態によるモータシステムを図示する。
【図４】[0014]  一例示的実施形態による制御システムを図示する。
【図５】[0015]  一例示的実施形態による方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[0016]  本明細書では、例示的な方法およびシステムが記載される。本明細書で使用される「例示的」という用語は、「例、実例または説明としての役割を果たす」ことを意味することを理解されたい。本明細書に「例示」または「説明」として記載されるいかなる実施形態または特徴は、他の実施形態または特徴よりも好ましいまたは利点を有するとして理解される必要性はない。一般的に、本明細書に記載される実施形態は限定を意図するものではない。開示される方法およびシステムの特定の態様は、その全てが本明細書において考慮される、幅広い種類の異なる構成において配置および組み合わせ可能であることが容易に理解される。
【００１３】
[Ｉ. 概要]
[0017]  例示的実施形態は、空中風力タービン（ＡＷＴ）システムなどの風力エネルギーシステムにおいて使用され得るモータシステムおよび制御システムに関連する。特に例示的実施形態は、ＡＷＴシステム内で直列に積層されたモータまたは発電機を制御するための方法およびシステムに関連し得る、またはそのような方法およびシステムの形態をとり得る。
【００１４】
[0018]  背景として、ＡＷＴは運動風力エネルギーを電気エネルギーに変換するように、実質的に円形路などの経路で飛行する航空機を含み得る。一例示的実施形態では、無人航空機は、テザーを介して地上局に接続され得る。繋がれている間、航空機は（i）ある範囲の高度で実質的に経路に沿って飛行し、その後地上に戻り、（ii）テザーを介して地上局に電気エネルギーを送電する。（いくつかの実施形態では、地上局は離陸および／または着陸のために航空機に電気を送電してよい）。
【００１５】
[0019]  ＡＷＴシステムにおいては、テザーにおける抵抗損を最小化するように高い作動電圧を達成することが望ましい。所望の作動電圧は、モータまたは発電機における電気の実際的制限により、単一のモータまたは発電機では実行不可能である可能性がある。しかしながら、所望の作動電圧はモータまたは発電機を直列に積層することにより達成され得る。特に、多数のモータスタック（または発電機スタック）が直列に積層され得る。各モータスタック（または発電機スタック）は、１つ以上のモータ（または発電機）を含み得る。
【００１６】
[0020]  積層されたモータおよび発電機が所望の作動電圧を達成し得る一方で、積層されたモータおよび発電機は不安定である可能性がある。直列に積層されたモータおよび発電機を安定化させるために、各モータスタック（または発電機スタック）を通る平均電圧は、各モータまたは発電機内で概ね同等となるように制御可能である。開示される方法およびシステムは、各モータを通る電圧が実質的に同等となるように積層されたモータまたは発電機を制御することを支援することができ、それにより危険な不安定性を回避することも支援しながらＡＷＴシステムの作動電圧の増加を支援する。
【００１７】
[ＩＩ.例示的システム]
[Ａ.例示的空中風力タービン（ＡＷＴ）]
[0021]  図１は、一例示的実施形態によるＡＷＴ１００を示す。特に、ＡＷＴ１００は地上局１１０、テザー１２０、航空機１３０を含む。図１に示されるように、航空機１３０はテザー１３０に接続可能であり、テザー１２０は地上局１１０に接続され得る。この例では、テザー１２０は地上局１１０の１つの位置において地上局１１０に取り付けられることができ、航空機１３０上の２つの位置において航空機１３０に取り付けられることができる。しかしながら、別の例では、テザー１２０は地上局１１０および／または航空機１３０の任意の部分に関して複数の位置において取り付け可能である。
【００１８】
[0022]  地上局１１０は、航空機１３０ユニットが作動モードに入るまで航空機１３０ユニットを保持および／または支持するように使用することができる。地上局１１０は、装置の配備が可能となるように、航空機１３０の再配置が可能なように構成され得る。さらには、地上局１１０は着地中に航空機１３０を受けるようにさらに構成され得る。地上局１１０は、ホバリング飛行、前方飛行、または横風飛行中の航空機１３０が地上に取り付けおよび／または固定されることを適切に維持することができる任意の材料から形成することができる。
【００１９】
[0023]  さらに地上局１１０は、テザー１２０の長さを変動させ得るウィンチなどの１つ以上の構成要素（図示されず）を含み得る。そのような構成要素は、本開示において以下により詳細に説明される。例えば、航空機１３０が配備されると、１つ以上の構成要素はテザー１２０から繰り出されるおよび／または巻き出されるように構成され得る。いくつかの実施形態では、１つ以上の構成要素は、所定の長さまでテザー１２０から繰り出されるおよび／または巻き出されるように構成され得る。例として、所定の長さはテザー１２０の最大長さと同等または最大長さ未満であり得る。さらには、航空機１３０が地上局１１０に着地した場合には、１つ以上の構成要素はテザー１２０内に巻き込まれるように構成され得る。
【００２０】
[0024]  テザー１２０は、航空機１３０により生成された電気エネルギーを地上局１１０に送電し得る。加えて、テザー１２０は離陸、着陸、ホバリング飛行および／または前方飛行のために航空機１３０に電力を供給するように航空機１３０に電気を送電することができる。テザー１２０は、任意の形態に構築されることおよび任意の材料を用いることができ、任意の形態に構築されることおよび任意の材料を用いることは、航空機１３０により生成された電気エネルギーの送電、送達および／または利用ならびに／あるいは航空機１３０への電気の送電を可能にし得るものである。テザー１２０はまた、航空機１３０が作動モードにある場合において、航空機１３０の１つ以上の力に耐えるように構成され得る。例えば、テザー１２０は、航空機１３０がホバリング飛行、前方飛行および／または横風飛行中である場合に、航空機１３０の１つ以上の力に耐えるように構成され得るコアを含み得る。コアは、任意の高強度ファイバにより構築されると解釈されてよい。いくつかの実施形態では、テザー１２０は固定の長さおよび／または変動可能な長さを有し得る。例えば、そのような実施例の少なくとも１つでは、テザー１２０は１４０メートルの長さを有し得る。
【００２１】
[0025]  航空機１３０は、電気エネルギーを生成するために、経路１５０に実質的に沿って飛行するように構成され得る。本開示で使用される「実質的に沿って」という用語は、正確に沿う事ならびに／あるいは本明細書に記載されるような電気エネルギーの生成および／または本明細書に記載されるような特定の飛行モード間の航空機の移行に著しい影響を与えることがないこと正確に沿うことからの１つ以上のずれを意味する。
【００２２】
[0026]  航空機１３０は、その他の可能性の中から、凧、ヘリコプター、翼および／または飛行機などの種々の種類のデバイスを含む、またはこれらの種々の種類のデバイスの形態をとり得る。航空機１３０は、金属、プラスチックおよび／またはその他のポリマーの固体構造から形成されてよい。航空機１３０は、高い推力重量比およびユーティリティアプリケーションにおいて使用可能な電気エネルギーの生成を可能にする任意の材料から形成可能である。さらには、材料は雷強化（lightning hardened）、余剰および／または耐障害性の設計を可能にするように選択されてよく、そのような設計は風速および風向における大きなかつ／または急な変化に対処可能であってよい。航空機の形成にはその他の材料も使用可能である。
【００２３】
[0027]  経路１５０は、種々の異なる実施形態における種々の異なる形状であってよい。例えば、経路１５０は実質的に円形であってよく、少なくとも１つのそのような実施例では、経路１５０は２６５メートルまでの半径を有し得る。本開示で使用される「実質的に円形」という用語は、厳密な円形および／または本明細書に開示されるような電気エネルギーの生成に著しく影響しない厳密な円形からの１つ以上のずれのことを言う。経路１５０のその他の形状は、楕円、ゼリービーンの形状、8の字型などの長円形であってよい。
【００２４】
[0028]  図１に示されるように、航空機１３０は主翼１３１、前部１３２、回転翼接続部１３３Ａ〜Ｂ、回転翼１３２Ａ〜Ｄ、尾部支材１３５、尾翼１３６および垂直安定板１３７を含み得る。これらの構成要素のいずれもが、重力に抵抗するための揚力成分の使用および／または航空機１３０を前進させることを可能にするように、いかなる形態に形作られることができる。
【００２５】
[0029]  主翼１３１は、航空機１３０に対して主要な揚力を提供することができる。主翼１３１は、１つ以上の硬質または可撓性の板翼であってよく、ウィングレット、下げ翼、舵、昇降舵などの種々の操縦翼面を含んでよい。操縦翼面は、航空機１３０の安定化ならびに／あるいはホバリング飛行、前方飛行および／または横風飛行中に航空機１３０にかかる抗力を減少させるために使用され得る。
【００２６】
[0030]  主翼１３１は、航空機１３０がホバリング飛行、前方飛行および／または横風飛行中に使用するに適した任意の材料であってよい。例えば、主翼１３１は炭素繊維および／またはＥガラスを含み得る。さらには、主翼１３１は様々な寸法を有してよい。例えば、主翼１３１は従来の風力タービンブレードに対応する１つ以上の寸法を有し得る。別の実施例としては、主翼１３１は全長８メートル、４メートル平方の面積および１５のアスペクト比を有してよい。前部１３２は、飛行中の航空機１３０への抗力を減少させるために、機首などの１つ以上の構成要素を含み得る。
【００２７】
[0031]  回転翼接続部１３３Ａ〜Ｂは、主翼１３１に回転翼１３４Ａ〜Ｄを接続し得る。いくつかの実施形態では、回転翼接続部１３３Ａ〜Ｂは１つ以上のパイロンの形態をとるか、1つ以上のパイロンの形態と似てよい。本実施例では、回転翼接続部１３３Ａ〜Ｂは回転翼１３２Ａ〜Ｄが主翼１３１間に設けられるように配置される。いくつかの実施形態では、対応する回転翼（例えば、回転翼１３４Ａおよび回転翼１３４Ｂまたは回転翼１３４Ｃおよび回転翼１３４Ｄ）間の縦方向の間隔は０．９メートルであってよい。
【００２８】
[0032]  回転翼１３４Ａ〜Ｄは、電気エネルギーを生成する目的で１つ以上の発電機を駆動するように構成され得る。本実施例では、回転翼１３４Ａ〜Ｄのそれぞれは３つのブレードなどの１つ以上のブレードを含んでよい。１つ以上の回転翼ブレードは、風との相互作用を介して回転し得、その回転は１つ以上の発電機を駆動するために使用され得る。さらには、回転翼１３４Ａ〜Ｄもまた飛行中に航空機１３０に推進力を提供するように構成され得る。この配置をもって、回転翼１３４Ａ〜Ｄは、プロペラなどの１つ以上の推進ユニットとして機能し得る。本実施例では、回転翼１３４Ａ〜Ｄは４つの回転翼として図示されているが、他の実施例では航空機１３０は任意の数の回転翼、例えば４つ未満の回転翼または４つより多い回転翼を含んでよい。
【００２９】
[0033]  尾部支材１３５は、尾翼１３６に主翼１３１を接続し得る。尾部支材１３５は、種々の寸法を有し得る。例えば、尾部支材１３５は２メートルの長さを有し得る。さらには、いくつかの実施形態では、尾部支材１３５は航空機１３０の本体および／または胴体の形状をとってよく、そのような実施形態では尾部支材１３５は本体加重を担持し得る。
【００３０】
[0034]  尾翼１３６および／または垂直安定板１３７は、航空機の安定化および／またはホバリング飛行、前方飛行および／または横風飛行中に航空機１３０にかかる抗力を減少させるために使用され得る。例えば、尾翼１３６および／または垂直安定板１３７は、ホバリング飛行、前方飛行および／または横風飛行中に航空機１３０のピッチを維持するために使用され得る。本実施例では、垂直安定板１３７は尾部支材１３５に取り付け得られ、尾翼１３６は垂直安定板１３７上に位置決めされる。尾翼１３６は、種々の寸法を有し得る。例えば、尾翼１３６は２メートルの長さを有し得る。さらには、いくつかの実施形態では、尾翼１３６は０．４５メートル平方の表面積を有し得る。さらに、いくつかの実施形態では、尾翼１３６は航空機１３０の重心の１メートル上に位置決めされてよい。
【００３１】
[0035]  航空機１３０は上記されているが、本明細書に記載される方法およびシステムはテザー１２０などのテザーに接続された任意の適切な航空機を含み得ることを理解されたい。
【００３２】
[Ｂ. ＡＷＴの例示的な構成要素]
[0036]  図２は、ＡＷＴ２００の構成要素を示す簡略ブロック図である。ＡＷＴ２００は、ＡＷＴ１００の形態をとるかまたはＡＷＴ１００と類似の形態であってよい。特に、ＡＷＴ２００は地上局２１０、テザー２２０、および航空機２３０を含む。地上局２１０は、地上局１１０の形態をとるかまたは地上局２１０と類似の形態であってよく、テザー２２０はテザー１２０の形態をとるかまたはテザー１２０と類似の形態であってよく、航空機２３０は航空機１３０の形態をとるかまたは航空機１３０と類似の形態であってよい。
【００３３】
[0037]  図２に示されるように、地上局２１０は１つ以上のプロセッサ２１２、データ記憶装置２１４およびプログラム命令２１６を含み得る。プロセッサ２１２は、汎用プロセッサまたは特殊プロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ、特殊用途向け集積回路など）であってよい。１つ以上のプロセッサ２１２は、データ記憶装置２１４に記憶されたコンピュータ可読プログラム命令２１６を実行するように構成されてよく、また１つ以上のプロセッサ２１２は、本明細書に記載された機能の少なくとも一部を提供するように実行可能である。
【００３４】
[0038]  データ記憶装置２１４は、少なくとも１つのプロセッサ２１２により読み取り可能またはアクセス可能な１つ以上のコンピュータ可読読取媒体を含むまたは１つ以上のコンピュータ可読読取媒体の形態をとってよい。１つ以上のコンピュータ可読読取媒体は、1つ以上のプロセッサ２１２の少なくとも１つに全体としてまたは部分的に結合し得る、光メモリ、磁気メモリ、有機メモリまたはその他のメモリあるいはディスク記憶装置などの揮発性および／または不揮発性記憶装置を含み得る。いくつかの実施形態では、データ記憶装置２１４は単一の物理デバイス（例えば、１つの光、磁気、有機またはその他のメモリあるいはディスク記憶装置）を使用して実行可能である一方で、別の実施形態ではデータ記憶装置２１４は２つ以上の物理デバイスを使用して実行可能である。
【００３５】
[0039]  上述の通り、データ記憶装置２１４はコンピュータ可読プログラム命令２１６およびおそらくは、地上局２１０の診断データなどの付加的データを含み得る。そのため、データ記憶装置２１４は本明細書に記載されるいくつかまたは全ての機能を実施するまたは容易にするためのプログラム命令を含み得る。
【００３６】
[0040]  さらなる態様では、地上局２１０は通信システム２１８を含み得る。通信システム２１８は、地上局２１０が1つ以上のネットワークを介して通信することを可能にする１つ以上の無線インターフェースおよび／または１つ以上の有線インターフェースを含み得る。そのような無線インターフェースは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉｆｉ（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１プロトコル）、ロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ）、ＷｉＭＡＸ（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６スタンダード）、無線自動識別ＩＤ（ＲＦＩＤ）プロトコル、近距離無線通信（ＮＦＣ）および／または無線通信プロトコルなどの、１つ以上の無線通信プロトコル下での通信を提供し得る。そのような有線インターフェースは、ワイヤ、ツイストペア線、同軸ケーブル、光リンク、光ファイバまたは有線ネットワークへのその他の物理的接続を介して通信するためのイーサネットインターフェース、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）インターフェース、または同様のインターフェースを含み得る。地上局２１０は、通信システム２１８を介して航空機２３０、その他の地上局および／またはその他の要素（例えば、指令センター）と通信し得る。
【００３７】
[0041]  一例示的実施形態では、地上局２１０は短距離通信および長距離通信の両方を可能にし得る通信システム２１８を含み得る。例えば、地上局２１０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを用いて短距離通信用に構成可能であり、ＣＤＭＡプロトコル下で長距離通信用に構成可能である。そのような実施形態では、地上局２１０は「ホットスポット」（つまり、遠隔サポートサービス（例えば、テザー２２０、航空機２３０およびその他の地上局）と１つ以上のデータネットワーク（例えば、セルラーネットワークおよび／またはインターネット）間のゲートウェイまたはプロキシ）として機能するように構成され得る。そのように構成され、地上局２１０はさもなければリモートサポートデバイスがそれ自身によっては実行不可能なデータ通信を容易にし得る。
【００３８】
[0042]  例えば、地上局２１０はリモートデバイスに対してＷｉｆｉ接続を提供することができ、例えば地上局２１０がＬＴＥまたは３Ｇプロトコル下で接続し得る、携帯電話サービス提供者のデータネットワークに対するプロキシまたはゲートウェイとして機能し得る。地上局２１０は、さもなければリモートデバイスがアクセスし得ない、その他の地上局または指揮局に対するプロキシまたはゲートウェイとしても機能し得る。
【００３９】
[0043]  さらには、図２に示されるように、テザー２２０は送電部品２２２および通信リンク２２４を含み得る。送電部品２２２は、航空機２３０からの電気エネルギーを地上局２１０に送電することおよび／または地上局２１０からの電気エネルギーを航空機２３０に送電するように構成されてよい。送電部品２２２は、種々の異なる実施形態において種々の異なる形態をとり得る。例えば、送電部品２２２は電気を送電するように構成された１つ以上の導体を含み得、少なくともそのような実施例においては、１つ以上の導体は電流の伝導を可能にし得るアルミニウムおよび／または任意のその他の材料を含み得る。さらには、いくつかの実施形態では、送電部品２２２はテザー２２０の核を取り囲み得る（図示されず）。
【００４０】
[0044]  地上局２１０は、通信リンク２２４を介して航空機２３０と通信し得る。通信リンク２２４は、二方向性であってよく、１つ以上の有線および／または無線インターフェースを含み得る。また、通信リンク２２４の少なくとも一部を作り上げる１つ以上のルータ、スイッチ、および／またはその他のデバイスまたはネットワークがあってよい。
【００４１】
[0045]  さらには、図２に示されるように、航空機２３０は１つ以上のセンサ２３２、電力系統２３４、発電／電力変換部品２３６、通信システム２３８、１つ以上のプロセッサ２４２、データ記憶装置２４４およびプログラム命令２４６および制御システム２４８を含み得る。
【００４２】
[0046]  センサ２３２は、種々の異なる実施形態における種々の異なるセンサを含んでよい。例えば、センサ２３２は全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を含み得る。ＧＰＳ受信機は、航空機２３０のＧＰＳ座標などの、周知のＧＰＳシステム（全地球的航法衛星システム（ＧＮＮＳ）と称され得る）において典型的なデータを提供するように構成され得る。そのようなＧＰＳデータは、本明細書に記載される種々の機能を提供するようにＡＷＴ２００により使用可能である。
【００４３】
[0047]  別の実施例では、センサ２３２は１つ以上のピトー管などの１つ以上の風力センサを含み得る。１つ以上の風力センサは、見掛けの風および／または相対風を検出するように構成され得る。そのような風のデータは、本明細書に記載される種々の機能を提供するようにＡＷＴ２００により使用可能である。
【００４４】
[0048]  また別の実施例では、センサ２３２は慣性計測装置（ＩＭＵ）を含み得る。ＩＭＵは、航空機２３０の方向性を決定するように共に使用可能な、加速度計およびジャイロスコープの両方を含み得る。特に、加速度計が地球に対する航空機２３０の配向を測定することができる一方で、ジャイロスコープは航空機２３０の中心線などの軸周りの回転速度を測定することができる。ＩＭＵは、廉価で低出力なパッケージで市販されている。例えば、ＩＭＵはミニチュア化された微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ（ＭＥＭＳ））またはナノ電気機械システム（Ｎａｎｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ（ＮＥＭＳ））の形態をとるか、またはこれらを含んでよい。その他の種類のＩＭＵもまた使用可能である。ＩＭＵは、加速度計とジャイロスコープに加えて、位置をよりよく決定する手助けとなり得るその他のセンサを含むことができる。そのようなセンサの２つの例は、磁気計および圧力センサである。その他の例もまた可能である。
【００４５】
[0049]  加速度計とジャイロスコープは、航空機２３０の方向性の決定に有効であり得るが、測定におけるわずかな誤差が時間の経過と共にさらに大きくなり、より顕著な誤差に繋がる可能性がある。しかしながら、例示的な航空機２３０は、方向の測定に磁気計を用いることによりそのような誤差を軽減または減少させる可能性がある。磁気計の一例は、低出力のデジタル３軸磁気計であり、これは正確な機首方位情報のための方向に依存しない電子コンパスを実現するために使用され得る。しかしながら、他の種類の磁気計も使用可能である。
【００４６】
[0050]航空機２３０は、航空機２３０の高度を決定するために使用可能な圧力センサまたは圧力計も含み得る。代替的には、音響高度計またはレーダー高度計などのその他のセンサは、ＩＭＵの正確度の向上および／またはＩＭＵのドリフトを防止することを手助けし得る、高度の表示を提供するように使用可能である。
【００４７】
[0051]  上述のように、航空機２３０は電力系統２３４を含み得る。電力系統２３４は、種々の異なる実施形態において種々の異なる形態をとり得る。例えば、電力系統２３４は航空機２３０に電力を提供するように１つ以上のバッテリーを含み得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のバッテリーは充電可能であり、各バッテリーはバッテリーおよび電源間の有線接続および／または無線充電システムを介して充電可能であり、無線充電システムは内部バッテリーに外部の時間的に変動する磁場を付与する誘導充電システムおよび／または１つ以上のソーラーパネルから収集されたエネルギーを使用する充電システムである。
【００４８】
[0052]  別の実施例としては、電力系統２３４は航空機２３０の電力を提供するための１つ以上のモータまたはエンジンを含み得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のモータまたはエンジンが炭化水素ベースの燃料などの燃料を動力源とし得、そのような実施形態では、燃料は航空機２３０上で保存され、パイプなどの１つ以上の流体管を介して１つ以上のモータまたはエンジンに送られることができる。いくつかの実施形態では、電力系統２３４は地上局２１０上で全体としてまたは部分的に実行され得る。
【００４９】
[0053]  上述のように、航空機２３０は発電／電力変換部品２３６を含み得る。発電／電力変換部品２３６は、種々の異なる実施形態において種々の異なる形態をとり得る。例えば、発電／電力変換部品２３６は、高速直接駆動発電機などの１つ以上の発電機を含み得る。この配置をもって、１つ以上の発電機は回転翼１３４Ａ〜Ｄなどの１つ以上の回転翼により駆動され得、そのような例の少なくとも１つにおいては、１つ以上の発電機は６０パーセントを超え得る設備利用率において１１．５ｍ／秒の最大定格出力風力で作動することができ、１つ以上の発電機は４０キロワットから６００メガワットまでの電力を生成することができる。
【００５０】
[0054]  さらには、上述のように、航空機２３０は通信システム２３８を含み得る。通信システム２３８は、通信システム２１８の形態をとるかまたは通信システム２１８と類似の形態であってよい。航空機２３０は、通信システム２３８を介して地上局２１０、その他の航空機、および／またはその他の要素（例えば、指令センター）と通信し得る。
【００５１】
[0055]  いくつかの実施形態では、航空機２３０は「ホットスポット」（つまり、遠隔サポートサービス（例えば、地上局２１０、テザー２２０、およびその他の航空機）と１つ以上のデータネットワーク（例えば、セルラーネットワークおよび／またはインターネット）間のゲートウェイまたはプロキシ）として機能するように格子され得る。そのように構成され、航空機２３０はさもなければリモートサポートデバイスがそれ自身によっては実行不可能なデータ通信を容易にし得る。
【００５２】
[0056]  例えば、航空機２３０はリモートデバイスに対してＷｉｆｉ接続を提供することができ、例えば、航空機２３０がＬＴＥまたは３Ｇプロトコル下で接続し得る、携帯電話サービス提供者のデータネットワークに対するプロキシまたはゲートウェイとして機能し得る。航空機２３０は、さもなければリモートデバイスがアクセスし得ない、その他の航空機または指揮局に対するプロキシまたはゲートウェイとしても機能し得る。
【００５３】
[0057]  上述のように、航空機２３０は１つ以上のプロセッサ２４２、プログラム命令２４６およびデータ記憶装置２４４を含み得る。１つ以上のプロセッサ２４２は、データ記憶装置２４４に記憶されたコンピュータ可読プログラム命令２４６を実行するように構成されてよく、また１つ以上のプロセッサ２４２は、本明細書に記載された機能の少なくとも一部を提供するように実行可能である。１つ以上のプロセッサ２４２は、１つ以上のプロセッサ２１２の形態をとるかまたは１つ以上のプロセッサ２１２と類似の形態であってよく、１つ以上のプロセッサ２４２は、１つ以上のプロセッサ２１２の形態をとるかまたは１つ以上のプロセッサ２１２と類似の形態であってよく、データ記憶装置２４４はデータ記憶装置２１４の形態をとるかデータ記憶装置２１４と類似の形態であってよく、またプログラム命令２４６はプログラム命令２１６の形態をとるかプログラム命令２１６と類似の形態であってよい。
【００５４】
[0058]  さらには、上述のように、航空機２３０は制御システム２４８を含み得る。いくつかの実施形態では、制御システム２４８は本明細書に記載される１つ以上の機能を実施するように構成されることができる。制御システム２４８は、機械システムならびに／あるいはハードウェア、ファームウェアおよび／またはソフトウェアで実行され得る。一例として、制御システム２４８は非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラム命令および命令を実行するプロセッサの形態をとってよい。コントロールシステム２４８は、航空機２３０および／または地上局２１０などの航空機２３０から離れて位置決めされた少なくとも１つの要素上で、全体としてまたは一部として実行され得る。一般的に、制御システム２４８が実行される方法は、特定のアプリケーションにより異なり得る。
【００５５】
[0059]  航空機２３０が上述されているが、本明細書に記載される方法およびシステムは、テザー２３０および／またはテザー１１０などのテザーに接続される任意の適切な航空機を含むことができる。
【００５６】
[Ｃ. 例示的なモータシステム]
[0060]  図３は一例示的実施形態によるモータシステム３００を図示する。モータシステム３００は、図１に図示される航空機１３０などのＡＷＴの航空機において使用されるように設計され得る。特に、モータシステム３００は図２に関連して上記されている電力系統２３４などの航空機における電力系統と一体化され得る。代替的にまたは付加的に、モータシステム３００は、図１に図示される地上局１１０などのＡＷＴの地上局において使用されるように設計され得る。特に、モータシステム３００は、地上局における電力系統と一体化され得る。電力系統は、図２と関連して上記されている電力系統２３４と類似のものであってよい。
【００５７】
[0061]  図示されるように、モータシステム３００は直列に積層され、テザー３０２に接続された４つのモータスタック３０４１〜３０４４を備える。各モータスタック３０４１〜３０４４は、２つのモータを含む。例えば、図示されるように、第１モータスタック３０４１は、第1モータＭ１Ａおよび第２モータＭ１Ｂを含む。同様に、図示されるように、第２モータスタック３０４２は、第1モータＭ２Ａおよび第２モータＭ２Ｂなどを含む。モータスタック３０４１〜３０４４に含まれる各モータＭ１Ａ〜Ｍ４Ｂは、例えば、誘導機、永久磁石同期機および永久磁石ブラシレス機などの、例えば軽量高磁束電気モータであってよい。その他のモータも可能である。
【００５８】
[0062]  各モータスタック３０４１〜３０４４は、スタック電圧を示す。特に、示されるように、モータスタック３０４１はスタック電圧Ｖ１を示し、モータスタック３０４２はスタック電圧Ｖ２を示し、モータスタック３０４３はスタック電圧Ｖ３を示し、モータスタック３０４４はスタック電圧Ｖ４を示す。図示されるように、スタック電圧は各モータスタックを横断する電圧である。
【００５９】
[0063]  上述のように、モータシステム３００におけるように直列に積層されたモータは、不安定性を示し得る。モータシステム３００を安定させるための１つの可能性は、各モータスタック３０４１〜３０４４を通る平均電流が概ね等しくなるように制御することである。これを達成するために、スタック電圧Ｖ１〜Ｖ４は概ね等しくなるように制御され得る。一例示的実施形態では、スタック電圧Ｖ１〜Ｖ４はスタック電圧を等しくするために、制御システムにより制御可能である。
【００６０】
[Ｄ. 例示的な制御システム]
[0064]  図４は、一例示的実施形態による制御システム４００を図示する。モータシステムが航空機内に含まれる実施形態においては、制御システム４００は同様に航空機内に含まれ得る。例えば、制御システム４００は図２と関連して上記されている制御システム２４８と類似のものであってよい。代替的または付加的に、モータシステムが地上局内に含まれる実施形態では、制御システム４００は地上局内に含まれ得る。制御システム４００は図２と関連して上記されている制御システム２４８と類似のものであってよい。さらに代替的または付加的に、モータシステムが航空機内に含まれる実施形態では、制御システム４００は地上局内に含まれ得、また逆も同様である。さらに代替的または付加的に、モータシステムが各航空機および各地上局に含まれる実施形態では、制御システム４００は航空機および地上局のいずれにおいても含まれ得る。
【００６１】
[0065]  図示されるように、制御システム４００は、アベレージャ４０２、減算器４０４１〜４０４４のセット、補償ネットワーク４０６１〜４０６４のセット、第１加算器４０８および第２加算器４１０を含む。減算器４０４１〜４０４４、補償ネットワーク４０６１〜４０６４、および第１加算器４０８はまとめて第１回路と称されてよく、第２加算器４０８は第２回路と称されてよい。制御システム４００は概略的に示されているが、制御システム４００は機械システム、ハードウェア、ファームウェアおよび／またはソフトウェアの任意の組み合せを用いて実行可能であることを理解されたい。
【００６２】
[0066]  アベレージャ４０２は、図示されるようにスタック電圧Ｖ１〜Ｖ４を受信するように構成され得る。スタック電圧Ｖ１〜Ｖ４を受ける際には、アベレージャ４０２はスタック電圧Ｖ１〜Ｖ４から平均スタック電圧を生成することができる。特に、スタック電圧Ｖ１〜Ｖ４を平均化するために、アベレージャ４０２は、図４に示されるように、スタック電圧Ｖ１〜Ｖ４の合計を求めてから、合計値を４で割ることができる。アベレージャ４０２は、その後平均スタック電圧を減算器４０４１〜４０４４に提供することができる。
【００６３】
[0067]  各減算器４０４１〜４０４４は、平均スタック電圧を受信してよい。さらには、各減算器４０４１〜４０４４は、スタック電圧Ｖ１〜Ｖ４のそれぞれを受信し得る。特に、示されるように、減算器４０４１はスタック電圧Ｖ１を受信し得、減算器４０４２はスタック電圧Ｖ２を受信し得、減算器４０４３はスタック電圧Ｖ３を受信し得、減算器４０４４はスタック電圧Ｖ４を受信し得る。
【００６４】
[0068]  各減算器４０４１〜４０４４は、それぞれの誤差項Ｅ１〜Ｅ４を出力するように、それぞれのスタック電圧Ｖ１〜Ｖ４から平均スタック電圧を減算し得る。特に、示されるように、減算器４０４１は、示されるような誤差項Ｅ１を出力するようにスタック電圧Ｖ１から平均スタック電圧を減算し得る。さらには、示されるように、減算器４０４２は誤差項Ｅ２を出力するようにスタック電圧Ｖ２から平均スタック電圧を減算し得、減算器４０４３は誤差項Ｅ３を出力するようにスタック電圧Ｖ３から平均スタック電圧を減算し得、また減算器４０４４は誤差項Ｅ４を出力するようにスタック電圧Ｖ４から平均スタック電圧を減算し得る。誤差項Ｅ１〜Ｅ４はボルトであってよい。
【００６５】
[0069]  各減算器４０４１〜４０４４は、それぞれの補償ネットワーク４０６１〜４０６４にそれぞれの誤差項Ｅ１〜Ｅ４を提供し得る。特に、示されるように、減算器４０４１は補償ネットワーク４０６１に誤差項Ｅ１を提供し得、減算器４０４２は補償ネットワーク４０６２に誤差項Ｅ２を提供し得、減算器４０４３は補償ネットワーク４０６３に誤差項Ｅ３を提供し得、また減算器４０４４は補償ネットワーク４０６４に誤差項Ｅ４を提供し得る。
【００６６】
[0070]  各補償ネットワーク４０６１〜４０６４は、そのそれぞれの誤差項Ｅ１〜Ｅ４をそれぞれの関数Ｃ（Ｅ１）〜Ｃ（Ｅ４）に送り得る。いくつかの実施形態では、関数Ｃ（Ｅ１）〜Ｃ（Ｅ４）は、例えばゲイン関数、比例積分微分制御法則関数、ラプラス関数（例えば、１／（τ５＋１)）、非線形関数または補償関数であってよい。その他の関数も可能である。そのそれぞれの各誤差項Ｅ１〜Ｅ４をそのそれぞれの各関数Ｃ（Ｅ１）〜Ｃ（Ｅ４）に送る際には、各補償ネットワーク４０６１〜４０６４は、それぞれの誤差項Ｅ１〜Ｅ４に基づきそれぞれの正項ｘ１〜ｘ４を出力し得る。特に、図示されるように、補償ネットワーク４０６１は正項ｘ１を出力するために関数Ｃ（Ｅ１）に誤差項Ｅ１を送り得、補償ネットワーク４０６２は正項ｘ２を出力するために関数Ｃ（Ｅ２）に誤差項Ｅ２を送り得、補償ネットワーク４０６３は正項ｘ３を出力するために関数Ｃ（Ｅ３）に誤差項Ｅ３を送り得、また補償ネットワーク４０６４は正項ｘ４を出力するために関数Ｃ（Ｅ４）に誤差項Ｅ４を送り得る。正項ｘ１〜ｘ４はワットであってよい。
【００６７】
[0071]  示されるように、各補償ネットワーク４０６１〜４０６４は、そのそれぞれの正項ｘ１〜ｘ４を第１加算器４０８に出力する。第１加算器４０８もまたモータシステム（例えば、モータシステム３００）から公称電力Ｐｎｏｍを受信する。公称電力Ｐｎｏｍは、より高レベルのコントローラにより制御システム３００に指令され得る。第１加算器４０８は、公称スタック電力Ｐｎｏｍ１〜Ｐｎｏｍ４を出力するために各正項ｘ１〜ｘ４と公称電力Ｐｎｏｍを加算する。特に、第１加算器４０８は公称スタック電力Ｐｎｏｍ１を出力するために正項ｘ１と公称電力Ｐｎｏｍを加算し、第１加算器４０８は公称スタック電力Ｐｎｏｍ２を出力するために正項ｘ２と公称電力Ｐｎｏｍを加算し、第１加算器４０８は公称スタック電力Ｐｎｏｍ３を出力するために正項ｘ３と公称電力Ｐｎｏｍを加算し、また第１加算器４０８は公称スタック電力Ｐｎｏｍ４を出力するために正項ｘ４と公称電力Ｐｎｏｍを加算する。第１加算器４０８は、示されるように、出力された公称スタック電力Ｐｎｏｍ１〜Ｐｎｏｍ４を第２加算器４１０に提供し得る。
【００６８】
[0072]  そのため、第１回路（減算器４０４１〜４０４４、補償ネットワーク４０６１〜４０６４、および第１加算器４０８を含む）は、平均スタック電圧を受信し、平均スタック電圧に基づき、各スタック電圧に対応する公称スタック電力Ｐｎｏｍ１〜Ｐｎｏｍ４を生成するように構成され得る。
【００６９】
[0073]  第２加算器４１０は、第１加算器４０８から公称スタック電力Ｐｎｏｍ１〜Ｐｎｏｍ４を受信し得る。第２加算器は、さらにモータシステム（例えば、モータシステム３００）から差分電力Ｐｄｉｆｆ１〜Ｐｄｉｆｆ４を受信し得る。
【００７０】
[0074]  各差分電力Ｐｄｉｆｆ１〜Ｐｄｉｆｆ４は、モータシステムにおけるそれぞれのモータスタック内の２つのモータ間の電力差に基づき得る。例えば、モータシステム３００におけるモータスタック３０４１〜３０４４を参照するに、差分電力Ｐｄｉｆｆ１は第１モータスタック３０４１における第１モータＭ１Ａと第２モータＭ１Ｂ間の電力差の二分の一により与えられ得、差分電力Ｐｄｉｆｆ２は第２モータスタック３０４２における第１モータＭ２Ａと第２モータＭ２Ｂ間の電力差の二分の一により与えられ得、差分電力Ｐｄｉｆｆ３は第３モータスタック３０４３における第１モータＭ３Ａと第２モータＭ３Ｂ間の電力差の二分の一により与えられ得、また差分電力Ｐｄｉｆｆ４は第４モータスタック３０４４における第１モータＭ４Ａと第２モータＭ４Ｂ間の電力差の二分の一により与えられ得る。
【００７１】
[0075]各差分電力Ｐｄｉｆｆ１〜Ｐｄｉｆｆ４は、示されるように、各正の差分電力Ｐｄｉｆｆ１＋〜Ｐｄｉｆｆ４＋および負の差分電力Ｐｄｉｆｆ１−〜Ｐｄｉｆｆ４−を生成するように使用され得る。示されるように、正の差分電力Ｐｄｉｆｆ１−〜Ｐｄｉｆｆ４＋および負の差分電力Ｐｄｉｆｆ１−〜Ｐｄｉｆｆ４−は、第２加算器４１０に提供され得る。
【００７２】
[0076]  第２加算器４１０は、示されるように、モータ力Ｐ１〜Ｐ８を出力するために各公称スタック電力Ｐｎｏｍ１〜Ｐｎｏｍ４と正の差分電力Ｐｄｉｆｆ１＋〜Ｐｄｉｆｆ４＋および負の差分電力Ｐｄｉｆｆ１−〜Ｐｄｉｆｆ４−のそれぞれとを加算し得る。特に、第２加算器４１０はＰ１を出力するために公称スタック電力Ｐｎｏｍ１と正の差分電力Ｐｄｉｆｆ１＋とを加算し得、第２加算器４１０はＰ２を出力するために公称スタック電力Ｐｎｏｍ１と負の差分電力Ｐｄｉｆｆ１−とを加算し得、第２加算器４１０はＰ３を出力するために公称スタック電力Ｐｎｏｍ２と正の差分電力Ｐｄｉｆｆ２＋とを加算し得る。
【００７３】
[0077]  モータ力Ｐ１〜Ｐ８は、モータシステムを制御するために使用し得る。例えば、モータシステム３００を参照するに、モータＭ１Ａ〜Ｍ４Ｂはそれぞれモータ力Ｐ１〜Ｐ８で作動するように制御され得る。モータＭ１Ａ〜Ｍ４Ｂがそれぞれモータ力Ｐ１〜Ｐ８で作動するように制御されると、各モータスタック３０４１〜３０４４は、公称電力Ｐｎｏｍの二倍とほぼ同等の組み合わされた電力を示し得る。その結果、各モータスタック３０４１〜３０４４は、ほぼ同等の電流を示し得る。モータスタック３０４１〜３０４４がほぼ同等の電流を示すようにすることにより、制御システム４００はモータシステム３００を安定させ得る。
【００７４】
[0078]  そのため制御システム４００は、スタック電圧Ｖ１〜Ｖ４における変動に応じることで作動する。特に、高すぎるスタック電圧（例えばＶ１）は、高い公称スタック電力Ｐｎｏｍ１に繋がる。高い公称スタック電力Ｐｎｏｍ１は、モータスタック内のモータに対する高いモータ力Ｐ１およびＰ２に繋がり、それによりモータスタックが他のモータスタックと比較してより多くの電流を消費することを引き起こす。モータスタック間の電流差の結果、高い公称スタック電力Ｐｎｏｍ１を有するモータスタックのスタック電圧は、減少したスタック電圧を示し、それによりモータスタックの誤差項が正となる。さらには、モータスタック間の電流差の結果、残りのモータスタックのスタック電圧は増加したスタック電圧を示し、それにより残りのモータスタックの誤差項が負となる。特に、高すぎるスタック電圧（例えばＶ１）は、正の誤差項Ｅ１に繋がり、それにより高い公称スタック電力Ｐｎｏｍ１に繋がる。高い公称スタック電力Ｐｎｏｍ１は、それぞれ結果としてモータスタック内のモータＭ１およびモータＭ２に対して高いモータ力Ｐ１およびＰ２に繋がり、それによりモータスタックが他のモータスタックと比較してより多くの電流を消費することを引き起こす。モータスタック間の電流差の結果として、より高い公称スタック電力Ｐｎｏｍ１を有するモータスタックは減少したスタック電圧を示す。さらには、残りのモータスタックは低すぎるスタック電圧Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を示し、結果としてそれぞれ負の誤差項Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に繋がり、次に残りのモータスタックにおいてモータ力が減少することに繋がる。減少したモータ力は、残りのモータスタックが少ない電流を消費することを引き起こし、それらのスタック電圧の増加を引き起こす。上述の記載は特定のモータおよびモータスタックを示しているが、その他のモータおよびモータスタックの配列も可能であることを理解されたい。このように、制御システムはスタック電圧が概ね同等となるようにスタック電圧を継続して制御する。
【００７５】
[ＩＩＩ. 例示的方法]
[0079]  図５は、一例示的実施形態による方法５００を示すフローチャートである。方法５００は、１つ以上のブロック５０２〜５１２により示される１つ以上の動作、機能または作用を含み得る。ブロックは順番に示されているが、これらのブロックは並行して実施されることもでき、かつ／または本明細書に記載される順番と異なる順番で実施されることができる。また、所望の実現方法に基づき、種々のブロックはより少ないブロックとなるように統合、さらなるブロックに分割および／または削除されることができる。
【００７６】
[0080]  さらには、方法５００および本明細書に記載されるその他のプロセスおよび方法について、フローチャートは本実施形態の１つの可能な実現方法の機能および動作を示す。この点につき、各ブロックはプロセス中の特定の論理関数またはステップを実施するためのプロセッサにより実行可能な１つ以上の命令を含むプログラムコードのモジュール、セグメントまたは一部を示し得る。プログラムコードは、例えばディスクまたはハードドライブを含む記憶デバイスなどの、任意の種類のコンピュータ可読媒体上に記憶可能である。コンピュータ可読媒体は、例えば、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュおよびランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を含む短期間にわたりデータを記憶するコンピュータ可読媒体などの不揮発性コンピュータ可読媒体を含んでよい。コンピュータ可読媒体は、例えば読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、光学または磁気ディスクおよびコンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）などの二次または永続的長期記憶装置などの不揮発性媒体も含んでよい。コンピュータ可読媒体は、その他の任意の揮発性または不揮発性記憶システムであってもよい。コンピュータ可読媒体は、例えばコンピュータ可読媒体、有形的記憶装置またはその他の製品であると見なされてもよい。
【００７７】
[0081]  さらには、方法５００およびその他のプロセスならびに本明細書に記載される方法については、各ブロックはプロセスにおける特定の論理関数を実施するように配線された回路を示すことができる。
【００７８】
[0082]  方法５００は、図３に関連して上述されるモータシステム３００などのモータシステムにおける安定性を維持するために用いられ得る。そのために、方法５００は例えば、図４に関連して上述される制御システム４００などの制御システムにより実行されることができる。モータシステムおよび制御システムは、全体または一部が航空機の１つの構成要素または複数の構成要素により形成され得、例えば、図１に示される航空機１３０または図２に示される航空機２３０の１つ以上の構成要素により形成されることができる。代替的にまたは付加的に、モータシステムおよび制御システムは、全体または一部が地上局の１つの構成要素または複数の構成要素により形成され得、例えば、図１に示される地上局１１０または図２に示される地上局２１０の１つ以上の構成要素により形成されることができる。その他のモータシステムおよび制御システムも可能である。
【００７９】
[0083]  示されるように、方法５００はブロック５０２から開始し、ブロック５０２では制御システムが直列に接続された多数のモータスタックを含むモータシステムからスタック電圧のセットを受信する。モータシステムは、例えば、図３に関連して上述されるモータシステム３００に類似してよい。モータシステムは、例えば、４つのモータスタックを含んでよい。代替的に、モータはより多くのまたはより少ないモータスタックを含んでよい。いずれの場合においても、各モータスタックは１つ以上のモータを含んでよく、各スタック電圧はそれぞれのモータスタックに対応し得る。一般的に、Ｎ個のモータスタックおよび各スタックにＭ個のモータを有するモータシステムについては、制御システムはＮの差分電力Ｐｄｉｆｆを受信するように構成されてよい。制御システムは、各差分電力Ｐｄｉｆｆに長さＭを有するベクトルをかけることができ（図４に示される［１、−１］のベクトルの代わりに）、ベクトルの要素の和は０である。ベクトルの要素は、いくつかの実施形態では、要素の和が引き続き０である限り、リアルタイムで修正可能である。
【００８０】
[0084]  方法５００はブロック５０４に続き、ブロック５０４では制御システムが平均スタック電圧を生成するようにスタック電圧の平均化を行う。そのために、制御システムは例えば、スタック電圧同士を加算し、その和をモータシステム内のモータスタックの数で割ることができる。例えば、モータシステムが４つのモータスタック（モータシステムから４つのスタック電圧が受信されるように）を含む場合は、スタック電圧を平均化することはスタック電圧同士を加算し４で割ることを含み得る。その他の例も可能である。そのためには、制御システムは図４に関連して上述されるアベレージャ４０２などのアベレージャを含んでよい。
【００８１】
[0085]  方法５００はブロック５０６に続き、ブロック５００では制御システムが各スタック電圧に対応する公称スタック電力を生成する。各公称スタック電力は、平均スタック電圧に基づくことができる。そのためには、各公称スタック電力を生成するために、制御システムは誤差項を生成するためにスタック電圧から平均スタック電圧を減算し、誤差項に基づき正項を決定し、モータが公称スタック電力を生成するように正項と公称電力を加算することができる。正項を決定するために、誤差項は補償ネットワーク内に送り込まれてよい。補償ネットワークは、例えば、図４に関連して上述される任意の補償関数などの補償関数に従って誤差項に基づき正項を生成することができる。
【００８２】
[0086]  方法５００はブロック５０８に続き、ブロック５０８では制御システムは差分電力を受信する。各差分電力は、モータシステムにおけるモータスタックの数のそれぞれのモータスタックに対応し得る。例えば、モータシステムが４つのモータスタックを含む場合には、制御システムは４つの差分電力を受信し得る（各モータスタックにつき１つ）。上述のように、各モータスタックは第１モータおよび第２モータを含み得る。従って、各モータスタックにつき、各差分電力はモータスタック内の第１モータおよび第２モータ間の電力差の二分の一により与えられる。
【００８３】
[0087]  ブロック５１０では、制御システムは、各差分電力について、第１モータ力および第２モータ力の両方を生成するように、差分電力とモータスタックのそれぞれに対して生成された公称スタック電力とを組み合わせることができる。所定のモータスタックに対する差分電力の第１モータ力を生成するためには、制御システムは差分電力から正の差分電力を生成することができる。正の差分電力は、差分電力の絶対値を有する正値であってよい。制御システムは次に、第１モータ力を生成するように、正の差分電力と所定のモータスタックに対して生成された公称スタック電力を加算することができる。同様に、差分電力に対して第２モータ力を生成するために、制御システムは差分電力から負の差分電力を生成することができる。負の差分電力は、差分電力の絶対値を有する負の値であってよい。次に、制御システムは第２モータ力を生成するように、負の差分電力と所定のモータスタックに対して生成された公称スタック電力を加算することができる。
【００８４】
[0088]  その後ブロック５１２では、制御システムは各モータスタックを制御し得る。特に、各モータスタックに関しては、制御システムはおおよそ第１モータ力で作動するように第１モータを制御することができる。さらには、制御システムは第２モータ力で作動するように第２モータを制御することができる。
【００８５】
[0089]  方法５００は、継続的または周期的に実行されてよい。モータシステムにおけるモータのモータ力を継続的または周期的に調整することにより、制御システムは各モータスタック内の電流が概ね同等となるように制御することができ、それによりモータシステムを安定化させる。
【００８６】
[0090]  [ＩＶ. 代替的実施形態]
【００８７】
[0091]  上述の記載は、モータスタックのスタック電圧における偏差に基づくモータシステム内のモータスタックの安定化に焦点を当てている。そのために、上述の制御システムはスタック電圧を入力とする。別の実施形態では、スタック電圧を入力とするのではなく、制御システムはスタック電流を入力とし得る。各スタック電圧がモータスタックを横断する電圧であったように、各スタック電流はモータスタックを通る電流であってよい。
【００８８】
[0092]  これらの実施形態では、制御システムは図４に関連して上述された制御システムと類似の形態をとり得る。特に、制御システムは、アベレージャ、減算器のセット、補償ネットワークのセット、加算器および第２加算器を含むことができる。制御システムは、機械システム、ハードウェア、ファームウェアおよび／またはソフトウェアの任意の組み合せを用いて実行可能である。
【００８９】
[0093]  しかしながら、スタック電圧を入力とする代わりに、制御システムはスタック電流を入力としてよい。そのためアベレージャは、スタック電流（例えばＩ１〜Ｉ４）を受信するように構成可能であり、スタック電流Ｉ１〜Ｉ４を受信する際には、スタック電流から平均スタック電流を生成する。アベレージャは、その後、減算器に平均スタック電流を提供し得る。
【００９０】
[0094]  各減算器は、平均スタック電流と共にスタック電流Ｉ１〜Ｉ４の1つを受信し得る。各減算器は、それぞれの誤差項Ｅ１〜Ｅ４を出力するようにそのそれぞれのスタック電流Ｉ１〜Ｉ４から平均スタック電流を減算することができ、それぞれの誤差項Ｅ１〜Ｅ４をそれぞれの補償ネットワークに提供することができる。誤差項Ｅ１〜Ｅ４は、アンペアであってよい。各補償ネットワークはそのそれぞれの誤差項Ｅ１〜Ｅ４をそれぞれの関数Ｃ（Ｅ１）〜Ｃ（Ｅ４）に供給することができ、各関数Ｃ（Ｅ１）〜Ｃ（Ｅ４）はそれぞれの誤差項Ｅ１〜Ｅ４に基づくそれぞれの正項ｘ１〜ｘ４を出力し得る。関数Ｃ（Ｅ１）〜Ｃ（Ｅ４）は、図４に関連して上述される任意の形態をとってよい。正項ｘ１〜ｘ４は、ワットであってよい。
【００９１】
[0095]  各補償ネットワークは、そのそれぞれの正項ｘ１〜ｘ４を第１加算器に出力することができる。その後、制御システムは図４に関連して上述されるように作動することができる。
【００９２】
[0096]  上述の記載は、モータシステムにも焦点をあてている。しかしながら、記載は同様に発電システムに適用可能である。そのような発電システムは、モータシステムのように、直列に接続された多数の発電機スタックを含み得る。各発電機スタックは、１つ以上の発電機を含み得る。上述の任意の制御システムは、上述のように、安定性を維持するように発電システムの制御に使用可能である。さらには、同様に記載はパワーエレクトロニクスシステムに適用可能である。そのようなパワーエレクトロニクスシステムは、直列に積層されたパワーエレクトロニクスを含み得る。パワーエレクトロニクスは、例えば、ＡＷＴシステム内のテザーを送電網に接続する役割を果たし得る。パワーエレクトロニクスのその他の用途も可能である。上述の任意の制御システムは、上述のように安定性を維持するためにパワーエレクトロニクスを制御するように使用可能である。
【００９３】
[0097]  [Ｖ. 結論]
【００９４】
[0098]  図に示される特定の配置は、限定を目的としたものと見なされるべきではない。その他の実施形態は、所定の図に示される各要素をより多くまたはより少なく含むことができることを理解されたい。さらには、いくつかの図示される要素は組み合わされるか省かれてよい。さらに、例示的実施形態は、図に示されない要素を含み得る。
【００９５】
[0099]  さらには、本明細書で様々な態様および実施形態が開示されてきたが、他の態様および実施形態も当業者には明らかであろう。本明細書で開示された様々な態様および実施形態は、あくまでも説明のためであり、限定を意図したものではなく、真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲によって示される。本明細書で提示される主題の趣旨または範囲から逸脱せずに、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。全般的に本明細書で説明され、図面に図示される本開示の態様を、さまざまな異なる構成で配置し、置換し、組み合わせ、分離し、設計することができ、そのすべてが本明細書で明示的に企図されていることが、たやすく理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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