(57)【要約】システムおよび方法が、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するために提供される。本システムは、障害イベントを検出し、障害イベントを検出するステップに応答して、電磁技法を使用してトランスレータを制動させる。制動は、１つのサイクル内で、または多くのサイクルにわたって起こり得る、軸方向運動に対抗する力を印加することによって、トランスレータに往復を止めさせることを含む。障害イベントは、例えば、エンコーダ、コントローラ、電気コンポーネント、通信リンク、位相、またはサブシステムと関連付けられる障害を含み得る。本システムは、電流を位相に印加するように構成されるパワーエレクトロニクスシステムを含む。本システムは、位置情報、電流情報、動作パラメータ、またはそれらの組み合わせを使用し、制動し得る。
2020534776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための方法であって、前記方法は、
回路を使用して、障害イベントを検出することと、
前記障害イベントを検出することに応答して、電磁技法を使用して、前記リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させることと
を含む、方法。
【請求項２】
前記電磁技法を使用することは、前記障害イベントを検出することに応答して、前記電磁技法を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電磁技法は、第１の電磁技法であり、前記方法はさらに、第２の電磁技法を使用して、前記リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記方法は、ハードウェア、ソフトウェア、または両方で実装される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの動作パラメータの可用性情報を決定することと、
前記可用性情報に基づいて、前記電磁技法を決定することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記障害イベントは、
コントローラと関連付けられる障害イベント、
エンコーダと関連付けられる障害イベント、
前記多相電磁マシンの位相に結合されるスイッチと関連付けられる障害イベント、
グリッドタイインバータと関連付けられる障害イベント、
前記多相電磁マシンの短絡位相と関連付けられる障害イベント、
１つ以上の制御サブシステムの間の通信と関連付けられる障害イベント、および
前記リニア多相電磁マシンの動作パラメータ値と関連付けられる障害イベント
の群のうちの少なくとも１つから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの位相に関する相電流情報を決定することをさらに含み、前記トランスレータを制動させることは、少なくとも部分的に前記相電流情報に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記トランスレータを制動させることは、前記トランスレータに低減位置速度軌道を達成させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記障害イベントは、前記トランスレータの位置情報の非可用性を含み、前記電磁技法は、位置情報から独立している、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記トランスレータは、自由ピストンアセンブリを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための方法であって、前記リニア多相電磁マシンは、ＤＣバスに結合され、抵抗器および少なくとも１つのスイッチは、前記ＤＣバスを横断して直列に結合され、前記方法は、
回路を使用して、障害イベントを検出することと、
前記障害イベントを検出することに応答して、前記少なくとも１つのスイッチを閉鎖することによって、前記リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させることと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記ＤＣバスは、グリッドタイインバータに結合され、前記障害イベントを検出することは、前記ＤＣバスおよび前記グリッドタイインバータの群のうちの少なくとも１つから選択される障害を検出することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを備え、
各第１の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して結合される個別のＨブリッジの第１の側面に結合され、
各第２の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して前記個別のＨブリッジの第２の側面に結合され、
各第１の位相リードは、第１の個別のダイオードによって前記抵抗器に結合され、前記第１の個別のダイオードは、前記抵抗器に対する極性を有し、
各第２の位相リードは、第２の個別のダイオードによって前記抵抗器に結合され、前記個別の第２のダイオードは、前記抵抗器に対する極性を有し、前記トランスレータを制動させることはさらに、各個別のＨブリッジの各第１の側面のスイッチおよび各第２の側面のスイッチを開放したままにさせることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを備え、
各第１の位相リードは、中性ワイ接続に結合され、
各第２の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して個別のハーフＨブリッジの側面に結合され、
各第１の位相リードは、第１の個別のダイオードによって前記抵抗器に結合され、前記第１の個別のダイオードは、前記抵抗器に対する極性を有し、
各第２の位相リードは、第２の個別のダイオードによって前記抵抗器に結合され、前記個別の第２のダイオードは、前記抵抗器に対する極性を有し、前記トランスレータを制動させることはさらに、各第１の側面のスイッチおよび各個別のハーフＨブリッジのスイッチを開放したままにさせることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための方法であって、前記方法は、
回路を使用して、障害イベントを検出することと、
前記リニア多相電磁マシンの複数の位相に関する相電流情報を決定することと、
前記相電流情報に基づいて、前記複数の位相のうちの各位相に個別の電流を印加することと、
前記障害イベントを検出することに応答して、
前記複数の位相のうちの少なくとも１つの位相に関して、個別の電流を決定することと、
前記個別の電流を前記少なくとも１つの位相に印加し、前記トランスレータの運動に対抗して、前記トランスレータを制動させることと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記トランスレータは、第１の頂点位置を備える第１の軌道に従って平行移動し、前記トランスレータを制動させることは、前記トランスレータに第２の頂点位置を達成させることを含み、前記第２の頂点位置は、前記第１の頂点位置よりも中間行程位置に近い、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの位相は、少なくとも２つの位相を備え、前記個別の電流を決定することは、前記少なくとも２つの位相毎に前記個別の電流のための最小ノルム解を決定することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための方法であって、前記方法は、
回路を使用して、障害イベントを検出することと、
前記トランスレータの運動によって引き起こされる、前記リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの位相内の起電力（ｅｍｆ）を示す極性を決定することと、
前記障害イベントを検出することに応答して、前記極性に基づいて、電流を前記少なくとも１つの位相のうちの個別の位相に印加させ、前記トランスレータの軸方向運動に対抗して前記トランスレータを制動させる、前記トランスレータに作用する力を引き起こすことと
を含む、方法。
【請求項１９】
前記極性を決定することは、
前記個別の位相に関する相電流情報を決定することと、
前記相電流情報に基づいて、前記極性を決定することと
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記極性を決定することは、
第１の時間周期にわたって前記個別の位相を短絡させることと、
前記第１の時間周期にわたって前記個別の位相に関する相電流情報を決定することと、
前記相電流情報に基づいて、前記極性を決定することと
を含み、
前記電流を前記個別の位相に印加させることは、前記第１の時間周期と重複しない第２の時間周期中に、前記電流を前記個別の位相に印加させることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記極性を決定することは、
第１の時間周期中にＤＣ電流を前記個別の位相に印加することと、
前記第１の時間周期にわたって前記個別の位相に関する相電流情報を決定することと、
前記相電流情報に基づいて、前記極性を決定することと
を含み、
前記電流を前記個別の位相に印加させることは、前記第１の時間周期と重複しない第２の時間周期中に、前記電流を前記個別の位相に印加させることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
電流を前記個別の位相に印加させることはさらに、前記トランスレータと関連付けられる位置情報に基づく、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記電流を個別の位相に印加させることは、制御信号に基づき、前記ｅｍｆを示す前記極性を決定することは、前記制御信号を閾値と比較することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための方法であって、
前記リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを備え、
各第１の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して結合される個別のＨブリッジの第１の側面に結合され、前記第１の側面は、第１の高電圧スイッチと、第１の低電圧スイッチとを備え、
各第２の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して前記個別のＨブリッジの第２の側面に結合され、前記第２の側面は、第２の高電圧スイッチと、第２の低電圧スイッチとを備え、
前記方法は、
回路を使用して、障害イベントを検出することと、
前記障害イベントを検出することに応答して、制動信号を前記第１の高電圧スイッチ、前記第１の低電圧スイッチ、前記第２の高電圧スイッチ、および前記第２の低電圧スイッチに印加し、前記トランスレータを制動させることと
を含む、方法。
【請求項２５】
前記制動信号は、
信号の第１のセットであって、
第１の信号であって、前記第１の信号は、第１の時間周期にわたって前記第１の高電圧スイッチおよび前記第２の高電圧スイッチの両方をアクティブ化するように、かつ第２の時間周期にわたって前記第１の高電圧スイッチおよび前記第２の高電圧スイッチを開放するように印加される、第１の信号と、
第２の信号であって、前記第２の信号は、前記第１の時間周期および前記第２の時間周期の両方の間に、前記第１の低電圧スイッチおよび前記第２の低電圧スイッチの両方を開放するように印加される、第２の信号と
を備える、信号の第１のセットと、
信号の第２のセットであって、
第３の信号であって、前記第３の信号は、第３の時間周期にわたって前記第１の低電圧スイッチおよび前記第２の低電圧スイッチの両方をアクティブ化するように、かつ第４の時間周期にわたって前記第１の低電圧スイッチおよび前記第２の低電圧スイッチを開放するように印加される、第３の信号と、
第４の信号であって、前記第４の信号は、前記第３の時間周期および前記第４の時間周期の両方の間に、前記第１の高電圧スイッチおよび前記第２の高電圧スイッチの両方を開放するように印加される、第４の信号と
を備える、信号の第２のセットと
のうちの１つを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の信号は、オン・オフデューティサイクルを備え、前記第３の信号は、オン・オフデューティサイクルを備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記制動信号は、
第１の状態であって、前記第１の高電圧スイッチおよび前記第２の高電圧スイッチは、第１の時間周期にわたって閉鎖される、第１の状態と、
第２の状態であって、前記第１の低電圧スイッチおよび前記第２の低電圧スイッチは、前記第１の時間周期に重複しない第２の時間周期にわたって閉鎖される、第２の状態と、
第３の状態であって、前記第１の高電圧スイッチ、前記第２の高電圧スイッチ、前記第１の低電圧スイッチ、および前記第２の低電圧スイッチは全て、前記第１の時間周期または前記第２の時間周期に重複しない第３の時間周期にわたって開放している、第３の状態と
を引き起こすように構成される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための方法であって、
前記リニア多相電磁マシンは、複数の位相を備える固定子を備え、
前記トランスレータは、
磁気区分と、
前記磁気区分から軸方向にオフセットされる少なくとも１つの伝導性区分と
を備え、
前記磁気区分は、前記複数の位相のうちの位相のサブセットから軸方向にオフセットされ、
前記方法は、
回路を使用して、障害イベントを検出することと、
障害イベントを検出することに応答して、前記少なくとも１つの伝導性区分内で渦電流を発生させるように構成される個別の電流を、前記位相のサブセットのうちの少なくとも１つの位相に印加することであって、前記渦電流は、前記トランスレータの軸方向運動に対抗し、前記トランスレータを制動させる力を発生させる、ことと
を含む、方法。
【請求項２９】
リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための非一過性のコンピュータ可読命令を備える非一過性のコンピュータ可読媒体であって、前記非一過性のコンピュータ可読命令は、
回路を使用して、障害イベントを検出するための命令と、
前記障害イベントを検出することに応答して、電磁技法を使用して、前記リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させるための命令と
を備える、非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項３０】
前記電磁技法を使用するための命令は、前記障害イベントを検出することに応答して、前記電磁技法を決定するための命令を備える、請求項２９に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項３１】
前記電磁技法は、第１の電磁技法であり、前記非一過性のコンピュータ可読媒体はさらに、第２の電磁技法を使用して、前記リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させるための命令を備える、請求項２９に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項３２】
前記命令は、ハードウェア、ソフトウェア、または両方で実装される、請求項２９に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項３３】
前記リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの動作パラメータの可用性情報を決定するための命令と、
前記可用性情報に基づいて、前記電磁技法を決定するための命令と
をさらに備える、請求項２９に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項３４】
前記障害イベントは、
コントローラと関連付けられる障害イベント、
エンコーダと関連付けられる障害イベント、
前記多相電磁マシンの位相に結合されるスイッチと関連付けられる障害イベント、
グリッドタイインバータと関連付けられる障害イベント、
前記多相電磁マシンの短絡位相と関連付けられる障害イベント、
１つ以上の制御サブシステムの間の通信と関連付けられる障害イベント、および
前記リニア多相電磁マシンの動作パラメータ値と関連付けられる障害イベント
の群のうちの少なくとも１つから選択される、請求項２９に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項３５】
回路を使用して、前記リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの位相に関する相電流情報を決定するための命令をさらに備え、前記トランスレータを制動させるための命令は、少なくとも部分的に前記相電流情報に基づく、請求項２９に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項３６】
前記トランスレータを制動させるための命令は、前記トランスレータに低減位置速度軌道を達成させるための命令を備える、請求項２９に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項３７】
前記障害イベントは、前記トランスレータの位置情報の非可用性を含み、前記電磁技法は、位置情報から独立している、請求項２９に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項３８】
前記トランスレータは、自由ピストンアセンブリを備える、請求項２９に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項３９】
リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための非一過性のコンピュータ可読命令を備える非一過性のコンピュータ可読媒体であって、前記リニア多相電磁マシンは、ＤＣバスに結合され、抵抗器および少なくとも１つのスイッチは、前記ＤＣバスを横断して直列に結合され、前記非一過性のコンピュータ可読命令は、
回路を使用して、障害イベントを検出するための命令と、
前記障害イベントを検出することに応答して、前記少なくとも１つのスイッチを閉鎖することによって、前記リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させるための命令と
を備える、非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項４０】
前記ＤＣバスは、グリッドタイインバータに結合され、前記障害イベントを検出するための命令は、前記ＤＣバスおよび前記グリッドタイインバータの群のうちの少なくとも１つから選択される障害を検出するための命令を備える、請求項３９に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項４１】
前記リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを備え、
各第１の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して結合される個別のＨブリッジの第１の側面に結合され、
各第２の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して前記個別のＨブリッジの第２の側面に結合され、
各第１の位相リードは、第１の個別のダイオードによって前記抵抗器に結合され、前記第１の個別のダイオードは、前記抵抗器に対する極性を有し、
各第２の位相リードは、第２の個別のダイオードによって前記抵抗器に結合され、前記個別の第２のダイオードは、前記抵抗器に対する極性を有し、前記トランスレータを制動させるための命令はさらに、各個別のＨブリッジの各第１の側面のスイッチおよび各第２の側面のスイッチを開放したままにさせるための命令を備える、請求項３９に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項４２】
前記リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを備え、
各第１の位相リードは、中性ワイ接続に結合され、
各第２の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して個別のハーフＨブリッジの側面に結合され、
各第１の位相リードは、第１の個別のダイオードによって前記抵抗器に結合され、前記第１の個別のダイオードは、前記抵抗器に対する極性を有し、
各第２の位相リードは、第２の個別のダイオードによって前記抵抗器に結合され、前記個別の第２のダイオードは、前記抵抗器に対する極性を有し、前記トランスレータを制動させるための命令はさらに、各第１の側面のスイッチおよび各個別のハーフＨブリッジのスイッチを開放したままにさせるための命令を備える、請求項３９に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項４３】
リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための非一過性のコンピュータ可読命令を備える非一過性のコンピュータ可読媒体であって、前記非一過性のコンピュータ可読命令は、
回路を使用して、障害イベントを検出するための命令と、
前記リニア多相電磁マシンの複数の位相に関する相電流情報を決定するための命令と、
前記相電流情報に基づいて、前記複数の位相のうちの各位相に個別の電流を印加するための命令と、
前記障害イベントを検出することに応答して、
前記複数の位相のうちの少なくとも１つの位相に関して、個別の電流を決定するための命令と、
前記個別の電流を前記少なくとも１つの位相に印加し、前記トランスレータの運動に対抗して、前記トランスレータを制動させるための命令と
を備える、非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項４４】
前記トランスレータは、第１の頂点位置を備える第１の軌道に従って平行移動し、前記トランスレータを制動させるための命令は、前記トランスレータに第２の頂点位置を達成させるための命令を備え、前記第２の頂点位置は、前記第１の頂点位置よりも中間行程位置に近い、請求項４３に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項４５】
前記少なくとも１つの位相は、少なくとも２つの位相を備え、前記個別の電流を決定するための命令は、前記少なくとも２つの位相毎に前記個別の電流のための最小ノルム解を決定するための命令を備える、請求項４３に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項４６】
リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための非一過性のコンピュータ可読命令を備える非一過性のコンピュータ可読媒体であって、前記非一過性のコンピュータ可読命令は、
回路を使用して、障害イベントを検出するための命令と、
前記トランスレータの運動によって引き起こされる前記リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの位相内の起電力（ｅｍｆ）を示す極性を決定するための命令と、
前記障害イベントを検出することに応答して、前記極性に基づいて、電流を前記少なくとも１つの位相のうちの個別の位相に印加させ、前記トランスレータの軸方向運動に対抗して前記トランスレータを制動させる前記トランスレータに作用する力を引き起こすための命令と
を備える、非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項４７】
前記極性を決定するための命令は、
前記個別の位相に関する相電流情報を決定するための命令と、
前記相電流情報に基づいて、前記極性を決定するための命令と
を備える、請求項４６に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項４８】
前記極性を決定するための命令は、
第１の時間周期にわたって前記個別の位相を短絡させるための命令と、
前記第１の時間周期にわたって前記個別の位相に関する相電流情報を決定するための命令と、
前記相電流情報に基づいて、前記極性を決定するための命令と
を備え、
前記電流を前記個別の位相に印加させるための命令は、前記第１の時間周期と重複しない第２の時間周期中に、前記電流を前記個別の位相に印加させるための命令を備える、請求項４６に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項４９】
前記極性を決定するための命令は、
第１の時間周期中にＤＣ電流を前記個別の位相に印加するための命令と、
前記第１の時間周期にわたって前記個別の位相に関する相電流情報を決定するための命令と、
前記相電流情報に基づいて、前記極性を決定するための命令と
を備え、
前記電流を前記個別の位相に印加させるための命令は、前記第１の時間周期と重複しない第２の時間周期中に、前記電流を前記個別の位相に印加させるための命令を備える、請求項４６に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項５０】
電流を前記個別の位相に印加させるための命令はさらに、前記トランスレータと関連付けられる位置情報に基づく、請求項４６に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項５１】
前記電流を個別の位相に印加させるための命令は、制御信号に基づき、前記ｅｍｆを示す前記極性を決定するための命令は、前記制御信号を閾値と比較するための命令を備える、請求項４６に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項５２】
リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための非一過性のコンピュータ可読命令を備える非一過性のコンピュータ可読媒体であって、
前記リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを備え、
各第１の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して結合される個別のＨブリッジの第１の側面に結合され、前記第１の側面は、高電圧スイッチと、低電圧スイッチとを備え、
各第２の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して前記個別のＨブリッジの第２の側面に結合され、前記第２の側面は、高電圧スイッチと、低電圧スイッチとを備え、
前記非一過性のコンピュータ可読命令は、
回路を使用して、障害イベントを検出するための命令と、
前記障害イベントを検出することに応答して、制動信号を前記第１の高電圧スイッチ、前記第１の低電圧スイッチ、前記第２の高電圧スイッチ、および前記第２の低電圧スイッチに印加し、前記トランスレータを制動させるための命令と
を備える、非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項５３】
前記制動信号は、
信号の第１のセットであって、
第１の信号であって、前記第１の信号は、第１の時間周期にわたって前記第１の高電圧スイッチおよび前記第２の高電圧スイッチの両方をアクティブ化するように、かつ第２の時間周期にわたって前記第１の高電圧スイッチおよび前記第２の高電圧スイッチを開放するように印加される、第１の信号と、
第２の信号であって、前記第２の信号は、前記第１の時間周期および前記第２の時間周期の両方の間に、前記第１の低電圧スイッチおよび前記第２の低電圧スイッチの両方を開放するように印加される、第２の信号と
を備える、信号の第１のセットと、
信号の第２のセットであって、
第３の信号であって、前記第３の信号は、第３の時間周期にわたって前記第１の低電圧スイッチおよび前記第２の低電圧スイッチの両方をアクティブ化するように、かつ第４の時間周期にわたって前記第１の低電圧スイッチおよび前記第２の低電圧スイッチを開放するように印加される、第３の信号と、
第４の信号であって、前記第４の信号は、前記第３の時間周期および前記第４の時間周期の両方の間に、前記第１の高電圧スイッチおよび前記第２の高電圧スイッチの両方を開放するように印加される、第４の信号と
を備える、信号の第２のセットと
のうちの１つを含む、請求項５２に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項５４】
前記第１の信号は、オン・オフデューティサイクルを備え、前記第３の信号は、オン・オフデューティサイクルを備える、請求項５２に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項５５】
前記制動信号は、
第１の状態であって、前記第１の高電圧スイッチおよび前記第２の高電圧スイッチは、第１の時間周期にわたって閉鎖される、第１の状態と、
第２の状態であって、前記第１の低電圧スイッチおよび前記第２の低電圧スイッチは、前記第１の時間周期に重複しない第２の時間周期にわたって閉鎖される、第２の状態と、
第３の状態であって、前記第１の高電圧スイッチ、前記第２の高電圧スイッチ、前記第１の低電圧スイッチ、および前記第２の低電圧スイッチは全て、前記第１の時間周期または前記第２の時間周期に重複しない第３の時間周期にわたって開放している、第３の状態と
を引き起こすように構成される、請求項５２に記載の非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項５６】
リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための非一過性のコンピュータ可読命令を備える非一過性のコンピュータ可読媒体であって、
前記リニア多相電磁マシンは、複数の位相を備える固定子を備え、
前記トランスレータは、
磁気区分と、
前記磁気区分から軸方向にオフセットされる少なくとも１つの伝導性区分と
を備え、
前記磁気区分は、前記複数の位相のうちの位相のサブセットから軸方向にオフセットされ、前記非一過性のコンピュータ可読命令は、
回路を使用して、障害イベントを検出するための命令と、
障害イベントを検出することに応答して、前記少なくとも１つの伝導性区分内で渦電流を発生させるように構成される個別の電流を、前記位相のサブセットのうちの少なくとも１つの位相に印加するための命令であって、前記渦電流は、前記トランスレータの軸方向運動に対抗し、前記トランスレータを制動させる力を発生させる、命令と
を備える、非一過性のコンピュータ可読媒体。
【請求項５７】
リニア発電機であって、
リニア電磁マシンであって、
トランスレータと、
複数の位相を備える固定子と
を備える、リニア電磁マシンと、
前記複数の位相に結合されるパワーエレクトロニクスシステムと、
前記パワーエレクトロニクスシステムに結合される制御回路であって、前記制御回路は、
障害イベントを検出することと、
前記障害イベントを検出することに応答して、電磁技法を使用して、前記リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させることと
を行うように構成される、制御回路と
を備える、リニア発電機。
【請求項５８】
前記制御回路はさらに、前記障害イベントを検出することに応答して、前記電磁技法を決定するように構成される、請求項５７に記載のリニア発電機。
【請求項５９】
前記電磁技法は、第１の電磁技法であり、前記制御回路はさらに、第２の電磁技法を使用して、前記リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させるように構成される、請求項５７に記載のリニア発電機。
【請求項６０】
前記制御回路は、ハードウェア、ソフトウェア、または両方で実装されるコントローラを備える、請求項５７に記載のリニア発電機。
【請求項６１】
前記制御回路はさらに、
前記リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの動作パラメータの可用性情報を決定することと、
前記可用性情報に基づいて、前記電磁技法を決定することと
を行うように構成される、請求項５７に記載のリニア発電機。
【請求項６２】
前記障害イベントは、
コントローラと関連付けられる障害イベント、
エンコーダと関連付けられる障害イベント、
前記多相電磁マシンの位相に結合されるスイッチと関連付けられる障害イベント、
グリッドタイインバータと関連付けられる障害イベント、
前記多相電磁マシンの短絡位相と関連付けられる障害イベント、
１つ以上の制御サブシステムの間の通信と関連付けられる障害イベント、および
前記リニア多相電磁マシンの動作パラメータ値と関連付けられる障害イベント
の群のうちの少なくとも１つから選択される、請求項５７に記載のリニア発電機。
【請求項６３】
前記制御回路はさらに、前記リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの位相に関する相電流情報を決定するように構成され、前記制御回路はさらに、少なくとも部分的に前記相電流情報に基づいて、前記トランスレータを制動させるように構成される、請求項５７に記載のリニア発電機。
【請求項６４】
前記制御回路はさらに、前記トランスレータに低減位置速度軌道を達成させるように構成される、請求項５７に記載のリニア発電機。
【請求項６５】
前記障害イベントは、前記トランスレータの位置情報の非可用性を含み、前記電磁技法は、位置情報から独立している、請求項５７に記載のリニア発電機。
【請求項６６】
前記トランスレータは、自由ピストンアセンブリを備える、請求項５７に記載のリニア発電機。
【請求項６７】
リニア発電機であって、
リニア電磁マシンであって、
トランスレータと、
複数の位相を備える固定子と
を備える、リニア電磁マシンと、
前記複数の位相に結合され、ＤＣバスに結合されるパワーエレクトロニクスシステムであって、前記パワーエレクトロニクスシステムは、前記ＤＣバスを横断して直列に結合される、抵抗器と、少なくとも１つのスイッチとを備える、パワーエレクトロニクスシステムと、
前記パワーエレクトロニクスシステムに結合される制御回路であって、前記制御回路は、
障害イベントを検出することと、
前記障害イベントを検出することに応答して、前記少なくとも１つのスイッチを閉鎖することによって、前記リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させることと
を行うように構成される、制御回路と
を備える、リニア発電機。
【請求項６８】
前記ＤＣバスは、グリッドタイインバータに結合され、前記制御回路はさらに、前記ＤＣバスおよび前記グリッドタイインバータの群のうちの少なくとも１つから選択される障害を検出するように構成される、請求項６７に記載のリニア発電機。
【請求項６９】
前記リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを備え、
各第１の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して結合される個別のＨブリッジの第１の側面に結合され、
各第２の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して前記個別のＨブリッジの第２の側面に結合され、
各第１の位相リードは、第１の個別のダイオードによって前記抵抗器に結合され、前記第１の個別のダイオードは、前記抵抗器に対する極性を有し、
各第２の位相リードは、第２の個別のダイオードによって前記抵抗器に結合され、前記個別の第２のダイオードは、前記抵抗器に対する極性を有し、前記制御回路はさらに、各個別のＨブリッジの各第１の側面のスイッチおよび各第２の側面のスイッチを開放したままにさせるように構成される、請求項６７に記載のリニア発電機。
【請求項７０】
前記リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを備え、
各第１の位相リードは、中性ワイ接続に結合され、
各第２の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して個別のハーフＨブリッジの側面に結合され、
各第１の位相リードは、第１の個別のダイオードによって前記抵抗器に結合され、前記第１の個別のダイオードは、前記抵抗器に対する極性を有し、
各第２の位相リードは、第２の個別のダイオードによって前記抵抗器に結合され、前記個別の第２のダイオードは、前記抵抗器に対する極性を有し、前記制御回路はさらに、各第１の側面のスイッチおよび各個別のハーフＨブリッジのスイッチを開放したままにさせるように構成される、請求項６７に記載のリニア発電機。
【請求項７１】
リニア発電機であって、
リニア電磁マシンであって、
トランスレータと、
複数の位相を備える固定子と
を備える、リニア電磁マシンと、
前記複数の位相に結合されるパワーエレクトロニクスシステムと、
前記パワーエレクトロニクスシステムに結合される制御回路であって、前記制御回路は、
障害イベントを検出することと、
前記リニア多相電磁マシンの複数の位相に関する相電流情報を決定することと、
前記パワーエレクトロニクスシステムに、前記相電流情報に基づいて、前記複数の位相のうちの各位相に個別の電流を印加させることと、
前記障害イベントを検出することに応答して、
前記複数の位相のうちの少なくとも１つの位相に関して、個別の電流を決定することと、
前記パワーエレクトロニクスシステムに、前記個別の電流を前記少なくとも１つの位相に印加させ、前記トランスレータの運動に対抗して、前記トランスレータを制動させることと
を行うように構成される、制御回路と
を備える、リニア発電機。
【請求項７２】
前記トランスレータは、第１の頂点位置を備える第１の軌道に従って平行移動し、前記制御回路はさらに、前記トランスレータに第２の頂点位置を達成させるように構成され、前記第２の頂点位置は、前記第１の頂点位置よりも中間行程位置に近い、請求項７１に記載のリニア発電機。
【請求項７３】
前記少なくとも１つの位相は、少なくとも２つの位相を備え、前記制御回路はさらに、前記少なくとも２つの位相毎に前記個別の電流のための最小ノルム解を決定するように構成される、請求項７１に記載のリニア発電機。
【請求項７４】
リニア発電機であって、
リニア電磁マシンであって、
トランスレータと、
複数の位相を備える固定子と
を備える、リニア電磁マシンと、
前記複数の位相に結合されるパワーエレクトロニクスシステムと、
前記パワーエレクトロニクスシステムに結合される制御回路であって、前記制御回路は、
障害イベントを検出することと、
前記トランスレータの運動によって引き起こされる前記リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの位相内の起電力（ｅｍｆ）を示す極性を決定することと、
前記障害イベントを検出することに応答して、前記極性に基づいて、前記パワーエレクトロニクスシステムに、電流を前記少なくとも１つの位相のうちの個別の位相に印加させ、前記トランスレータの軸方向運動に対抗して前記トランスレータを制動させる前記トランスレータに作用する力を引き起こすことと
を行うように構成される、制御回路と
を備える、リニア発電機。
【請求項７５】
前記制御回路はさらに、
前記個別の位相に関する相電流情報を決定することと、
前記相電流情報に基づいて、前記極性を決定することと
を行うように構成される、請求項７４に記載のリニア発電機。
【請求項７６】
前記制御回路はさらに、
前記パワーエレクトロニクスシステムに、第１の時間周期にわたって前記個別の位相を短絡させることと、
前記第１の時間周期にわたって前記個別の位相に関する相電流情報を決定することと、
前記相電流情報に基づいて、前記極性を決定することと、
前記パワーエレクトロニクスシステムに、前記第１の時間周期と重複しない第２の時間周期中に、前記電流を前記個別の位相に印加させることと
を行うように構成される、請求項７４に記載のリニア発電機。
【請求項７７】
前記制御回路はさらに、
前記パワーエレクトロニクスシステムに、第１の時間周期中にＤＣ電流を前記個別の位相に印加させることと、
前記第１の時間周期にわたって前記個別の位相に関する相電流情報を決定することと、
前記相電流情報に基づいて、前記極性を決定することと、
前記パワーエレクトロニクスシステムに、前記第１の時間周期と重複しない第２の時間周期中に、前記電流を前記個別の位相に印加させることと
を行うように構成される、請求項７４に記載のリニア発電機。
【請求項７８】
前記制御回路はさらに、前記パワーエレクトロニクスシステムに、前記トランスレータと関連付けられる位置情報にさらに基づいて、前記電流を前記個別の位相に印加させるように構成される、請求項７４に記載のリニア発電機。
【請求項７９】
前記制御回路はさらに、前記パワーエレクトロニクスシステムに、制御信号に基づいて、前記電流を前記個別の位相に印加させるように構成され、前記制御回路はさらに、前記制御信号を閾値と比較し、前記極性を決定するように構成される、請求項７４に記載のリニア発電機。
【請求項８０】
リニア発電機であって、
リニア電磁マシンであって、
トランスレータと、
複数の位相を備える固定子と、
を備える、リニア電磁マシンと、
前記複数の位相に結合され、複数の対応するＨブリッジを備える、パワーエレクトロニクスシステムと、
前記パワーエレクトロニクスシステムに結合される制御回路と
を備え、
前記リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを備え、
各第１の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して結合される個別のＨブリッジの第１の側面に結合され、前記第１の側面は、高電圧スイッチと、低電圧スイッチとを備え、
各第２の位相リードは、前記ＤＣバスを横断して前記個別のＨブリッジの第２の側面に結合され、前記第２の側面は、高電圧スイッチと、低電圧スイッチとを備え、
前記制御回路は、
障害イベントを検出することと、
前記障害イベントを検出することに応答して、制動信号を前記第１の高電圧スイッチ、前記第１の低電圧スイッチ、前記第２の高電圧スイッチ、および前記第２の低電圧スイッチに印加し、前記トランスレータを制動させることと
を行うように構成される、リニア発電機。
【請求項８１】
前記制動信号は、
信号の第１のセットであって、
第１の信号であって、前記第１の信号は、第１の時間周期にわたって前記第１の高電圧スイッチおよび前記第２の高電圧スイッチの両方をアクティブ化するように、かつ第２の時間周期にわたって前記第１の高電圧スイッチおよび前記第２の高電圧スイッチを開放するように印加される、第１の信号と、
第２の信号であって、前記第２の信号は、前記第１の時間周期および前記第２の時間周期の両方の間に、前記第１の低電圧スイッチおよび前記第２の低電圧スイッチの両方を開放するように印加される、第２の信号と
を備える、信号の第１のセットと、
信号の第２のセットであって、
第３の信号であって、前記第３の信号は、第３の時間周期にわたって前記第１の低電圧スイッチおよび前記第２の低電圧スイッチの両方をアクティブ化するように、かつ第４の時間周期にわたって前記第１の低電圧スイッチおよび前記第２の低電圧スイッチを開放するように印加される、第３の信号と、
第４の信号であって、前記第４の信号は、前記第３の時間周期および前記第４の時間周期の両方の間に、前記第１の高電圧スイッチおよび前記第２の高電圧スイッチの両方を開放するように印加される、第４の信号と
を備える、信号の第２のセットと
の群から選択される信号の少なくとも１つのセットを備える、請求項８０に記載のリニア発電機。
【請求項８２】
前記第１の信号は、オン・オフデューティサイクルを備え、前記第３の信号は、オン・オフデューティサイクルを備える、請求項８０に記載のリニア発電機。
【請求項８３】
前記制動信号は、
第１の状態であって、前記第１の高電圧スイッチおよび前記第２の高電圧スイッチは、第１の時間周期にわたって閉鎖される、第１の状態と、
第２の状態であって、前記第１の低電圧スイッチおよび前記第２の低電圧スイッチは、前記第１の時間周期に重複しない第２の時間周期にわたって閉鎖される、第２の状態と、
第３の状態であって、前記第１の高電圧スイッチ、前記第２の高電圧スイッチ、前記第１の低電圧スイッチ、および前記第２の低電圧スイッチは全て、前記第１の時間周期または前記第２の時間周期に重複しない第３の時間周期にわたって開放している、第３の状態と
を引き起こすように構成される、請求項８０に記載のリニア発電機。
【請求項８４】
リニア発電機であって、
リニア多相電磁マシンであって、
複数の位相を備える固定子と、
トランスレータであって、
磁気区分と、
前記磁気区分から軸方向にオフセットされる少なくとも１つの伝導性区分であって、前記磁気区分は、前記複数の位相のうちの位相のサブセットから軸方向にオフセットされる、伝導性区分と
を備える、トランスレータと
を備える、リニア多相電磁マシンと、
前記複数の位相に結合されるパワーエレクトロニクスシステムと、
前記パワーエレクトロニクスシステムに結合される制御回路であって、前記制御回路は、
障害イベントを検出することと、
障害イベントを検出することに応答して、前記パワーエレクトロニクスシステムに、前記少なくとも１つの伝導性区分内で渦電流を発生させるように構成される個別の電流を前記位相のサブセットのうちの少なくとも１つの位相に印加させ、前記渦電流は、前記トランスレータの軸方向運動に対抗し、前記トランスレータを制動させる力を発生させることと
を行うように構成される、制御回路と
を備える、リニア発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、自動制動を対象とし、より具体的には、イベントに応答して多相電磁マシンの１つ以上のトランスレータを自動制動することを対象とする。本願は、その開示が全て、それらの全体として参照することによって本明細書に組みこまれる、２０１７年９月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／５６１，１６６号、２０１７年９月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／５６１，１６３号、および２０１７年９月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／５６１，１６７号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
自由ピストンシステム等の運動エネルギーと電気エネルギーとの間で変換するシステムは、時として、障害管理を要求する。典型的な機械的にリンクされたシステムは、固定軌道を提供する。例えば、従来のピストン機関では、エネルギーは、膨張行程中にクランクシャフトに伝達される一方で、圧縮行程中にクランクシャフトから除去される。障害が起こった場合、軌道は、通常、維持され、可動部品は、安全かつ予測可能に停止まで効果的にスプールダウンすることができる。例えば、リニアモータを有する、自由ピストンマシン等の機械的拘束を含まないシステムは、従来的に、広範なリアルタイム制御に依拠し、その制御の損失は、壊滅的であり得る。
【０００３】
対向ピストン機関等の複数のピストンアセンブリを有する、システムは、典型的には、アセンブリがある程度同期化されたままであることを要求する。制御の側面が失われた、または他の障害が起こった場合、同期化は、損害を受け得、システムの挙動は、予測不可能になり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア電磁マシンと、複数の位相に結合されるパワーエレクトロニクスシステムと、パワーエレクトロニクスシステムに結合される制御回路とを含む、リニア発電機を対象とする。リニア電磁マシンは、トランスレータと、複数の位相を備える固定子とを含む。制御回路は、障害イベントを検出し、障害イベントを検出するステップに応答して、電磁技法を使用することによって、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させるように構成される。
【０００５】
いくつかの実施形態では、制御回路はさらに、障害イベントを検出するステップに応答して、電磁技法を決定するように構成される。
【０００６】
いくつかの実施形態では、電磁技法は、第１の電磁技法であり、制御回路はさらに、第２の電磁技法を使用して、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させるように構成される。
【０００７】
いくつかの実施形態では、電磁技法は、ハードウェアまたはソフトウェアで実装される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、制御回路はさらに、リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの動作パラメータの可用性情報を決定し、可用性情報に基づいて、電磁技法を決定するように構成される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、障害イベントは、コントローラと関連付けられる障害イベント、エンコーダと関連付けられる障害イベント、多相電磁マシンの位相に結合されるスイッチと関連付けられる障害イベント、グリッドタイインバータと関連付けられる障害イベント、多相電磁マシンの短絡位相と関連付けられる障害イベント、１つ以上の制御サブシステムの間の通信と関連付けられる障害イベント、およびリニア多相電磁マシンの動作パラメータ値と関連付けられる障害イベントのうちの１つと関連付けられる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、制御回路はさらに、リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの位相に関する相電流情報を決定するように構成され、制御回路はさらに、少なくとも部分的に相電流情報に基づいて、トランスレータを制動させるように構成される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、制御回路はさらに、トランスレータに低減位置速度軌道を達成させるように構成される。
【００１２】
いくつかの実施形態では、障害イベントは、トランスレータの位置情報の非可用性を含み、電磁技法は、位置情報から独立している。
【００１３】
いくつかの実施形態では、トランスレータは、自由ピストンアセンブリを含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア電磁マシンと、複数の位相およびＤＣバスに結合されるパワーエレクトロニクスシステムと、パワーエレクトロニクスシステムに結合される制御回路とを含む、リニア発電機を対象とする。リニア電磁マシンは、トランスレータと、複数の位相を備える固定子とを含む。パワーエレクトロニクスシステムは、ＤＣバスを横断して直列に結合される、抵抗器と、少なくとも１つのスイッチとを含む。制御回路は、障害イベントを検出し、障害イベントを検出するステップに応答して、少なくとも１つのスイッチを閉鎖することによって、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させるように構成される。
【００１５】
いくつかの実施形態では、ＤＣバスは、グリッドタイインバータに結合され、制御回路はさらに、ＤＣバスおよびグリッドタイインバータのうちの少なくとも１つと関連付けられる障害を検出するように構成される。
【００１６】
いくつかの実施形態では、リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを含む。各第１の位相リードは、ＤＣバスを横断して結合される個別のＨブリッジの第１の側面に結合される。各第２の位相リードは、ＤＣバスを横断して個別のＨブリッジの第２の側面に結合される。各第１の位相リードは、第１の個別のダイオードによって抵抗器に結合され、第１の個別のダイオードは、抵抗器に対する極性を有する。各第２の位相リードは、第２の個別のダイオードによって抵抗器に結合され、個別の第２のダイオードは、抵抗器に対する極性を有する。制御回路はさらに、各個別のＨブリッジの各第１の側面のスイッチおよび各第２の側面のスイッチを開放したままにさせるように構成される、
【００１７】
いくつかの実施形態では、リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを含む。各第１の位相リードは、中性ワイ接続に結合され、各第２の位相リードは、ＤＣバスを横断して個別のハーフＨブリッジの側面に結合される。各第１の位相リードは、第１の個別のダイオードによって抵抗器に結合され、第１の個別のダイオードは、抵抗器に対する極性を有する。各第２の位相リードは、第２の個別のダイオードによって抵抗器に結合され、個別の第２のダイオードは、抵抗器に対する極性を有する。制御回路はさらに、各第１の側面のスイッチおよび各個別のハーフＨブリッジのスイッチを開放したままにさせるように構成される。
【００１８】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア電磁マシンと、複数の位相に結合されるパワーエレクトロニクスシステムと、パワーエレクトロニクスシステムに結合される制御回路とを含む、リニア発電機を対象とする。リニア電磁マシンは、トランスレータと、複数の位相を備える固定子とを含む。制御回路は、障害イベントを検出し、リニア多相電磁マシンの複数の位相に関する相電流情報を決定するように構成される。制御回路は、パワーエレクトロニクスシステムに、相電流情報に基づいて、複数の位相のうちの各位相に個別の電流を印加させ、障害イベントを検出するステップに応答して、複数の位相のうちの少なくとも１つの位相に関して、個別の電流を決定するように構成される。制御回路は、パワーエレクトロニクスシステムに、個別の電流を少なくとも１つの位相に印加させ、トランスレータの運動に対抗して、トランスレータを制動させるように構成される。
【００１９】
いくつかの実施形態では、トランスレータは、第１の頂点位置を有する第１の軌道に従って平行移動し、制御回路はさらに、トランスレータに第２の頂点位置を達成させるように構成される。第２の頂点位置は、第１の頂点位置よりも中間行程位置に近い。
【００２０】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの位相は、少なくとも２つの位相を含み、制御回路はさらに、少なくとも２つの位相毎に個別の電流のための最小ノルム解を決定するように構成される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア電磁マシンと、複数の位相に結合されるパワーエレクトロニクスシステムと、パワーエレクトロニクスシステムに結合される制御回路とを含む、リニア発電機を対象とする。リニア電磁マシンは、トランスレータと、複数の位相を備える固定子とを含む。制御回路は、障害イベントを検出し、トランスレータの運動によって引き起こされる、リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの位相内の起電力（ｅｍｆ）を示す極性を決定するように構成される。制御回路は、障害イベントを検出するステップに応答して、極性に基づいて、パワーエレクトロニクスシステムに、電流を少なくとも１つの位相のうちの個別の位相に印加させ、トランスレータの軸方向運動に対抗してトランスレータを制動させる、トランスレータに作用する力を引き起こすように構成される。
【００２２】
いくつかの実施形態では、制御回路はさらに、個別の位相に関する相電流情報を決定し、相電流情報に基づいて、極性を決定するように構成される。
【００２３】
いくつかの実施形態では、制御回路はさらに、パワーエレクトロニクスシステムに、第１の時間周期にわたって個別の位相を短絡させ、第１の時間周期にわたって個別の位相に関する相電流情報を決定し、相電流情報に基づいて、極性を決定するように構成される。制御回路はさらに、パワーエレクトロニクスシステムに、第１の時間周期と重複しない第２の時間周期中に、電流を個別の位相に印加させるように構成される。
【００２４】
いくつかの実施形態では、制御回路はさらに、パワーエレクトロニクスシステムに、第１の時間周期中にＤＣ電流を個別の位相に印加させ、第１の時間周期にわたって個別の位相に関する相電流情報を決定し、相電流情報に基づいて、極性を決定するように構成される。制御回路はさらに、パワーエレクトロニクスシステムに、第１の時間周期と重複しない第２の時間周期中に、電流を個別の位相に印加させるように構成される。
【００２５】
いくつかの実施形態では、制御回路はさらに、パワーエレクトロニクスシステムに、トランスレータと関連付けられる位置情報にさらに基づいて、電流を個別の位相に印加させるように構成される。
【００２６】
いくつかの実施形態では、制御回路はさらに、パワーエレクトロニクスシステムに、制御信号に基づいて、電流を個別の位相に印加させるように構成され、制御回路はさらに、制御信号を閾値と比較し、極性を決定するように構成される。
【００２７】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア電磁マシンと、複数の位相に結合されるパワーエレクトロニクスシステムと、パワーエレクトロニクスシステムに結合される制御回路とを含む、リニア発電機を対象とする。リニア電磁マシンは、トランスレータと、複数の位相を備える固定子とを含む。パワーエレクトロニクスシステムは、複数の位相に結合され、複数の対応するＨブリッジを含む。リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを含む。各第１の位相リードは、ＤＣバスを横断して結合される個別のＨブリッジの第１の側面に結合される。第１の側面は、高電圧スイッチと、低電圧スイッチとを含む。各第２の位相リードは、ＤＣバスを横断して個別のＨブリッジの第２の側面に結合される。第２の側面は、高電圧スイッチと、低電圧スイッチとを含む。制御回路はさらに、障害イベントを検出し、障害イベントを検出するステップに応答して、制動信号を第１の高電圧スイッチ、第１の低電圧スイッチ、第２の高電圧スイッチ、および第２の低電圧スイッチに印加し、トランスレータを制動させるように構成される。
【００２８】
いくつかの実施形態では、制動信号は、第１の時間周期にわたって第１の高電圧スイッチおよび第２の高電圧スイッチの両方をアクティブ化するように、かつ第２の時間周期にわたって第１の高電圧スイッチおよび第２の高電圧スイッチを開放するように印加される、第１の信号と、第１の時間周期および第２の時間周期の両方の間に、第１の低電圧スイッチおよび第２の低電圧スイッチの両方を開放するように印加される、第２の信号とを含む、信号の第１のセットを含む。いくつかの実施形態では、制動信号は、第３の時間周期にわたって第１の低電圧スイッチおよび第２の低電圧スイッチの両方をアクティブ化するように、かつ第４の時間周期にわたって第１の低電圧スイッチおよび第２の低電圧スイッチを開放するように印加される、第３の信号と、第３の時間周期および第４の時間周期の両方の間に、第１の高電圧スイッチおよび第２の高電圧スイッチの両方を開放するように印加される、第４の信号とを含む、信号の第２のセットを含む。
【００２９】
いくつかの実施形態では、第１の信号は、オン・オフデューティサイクルを含み、第３の信号は、オン・オフデューティサイクルを含む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、制動信号は、第１の高電圧スイッチおよび第２の高電圧スイッチが第１の時間周期にわたって閉鎖される、第１の状態を引き起こすように構成される。いくつかの実施形態では、制動信号は、第１の低電圧スイッチおよび第２の低電圧スイッチが、第１の時間周期に重複しない第２の時間周期にわたって閉鎖される、第２の状態を引き起こすように構成される。いくつかの実施形態では、制動信号は、第１の高電圧スイッチ、第２の高電圧スイッチ、第１の低電圧スイッチ、および第２の低電圧スイッチが全て、第１の時間周期または第２の時間周期に重複しない第３の時間周期にわたって開放している、第３の状態を引き起こすように構成される。
【００３１】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンと、複数の位相に結合されるパワーエレクトロニクスシステムと、パワーエレクトロニクスシステムに結合される制御回路とを含む、リニア発電機を対象とする。リニア電磁マシンは、複数の位相を有する固定子を含む。リニア電磁マシンはまた、磁気区分と、磁気区分から軸方向にオフセットされる、少なくとも１つの伝導性区分とを有する、トランスレータも含む。磁気区分は、複数の位相のうちの位相のサブセットから軸方向にオフセットされる。制御回路はさらに、障害イベントを検出し、障害イベントを検出するステップに応答して、パワーエレクトロニクスシステムに、少なくとも１つの伝導性区分内で渦電流を発生させるように構成される個別の電流を位相のサブセットのうちの少なくとも１つの位相に印加させるように構成され、渦電流は、トランスレータの軸方向運動に対抗し、トランスレータを制動させる力を発生させる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための方法を対象とする。本方法は、回路を使用して、障害イベントを検出するステップと、障害イベントを検出するステップに応答して、電磁技法を使用して、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させるステップと含む。
【００３３】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための方法を対象とし、リニア多相電磁マシンは、ＤＣバスに結合され、抵抗器および少なくとも１つのスイッチは、ＤＣバスを横断して直列に結合される。本方法は、回路を使用して、障害イベントを検出するステップと、障害イベントを検出するステップに応答して、少なくとも１つのスイッチを閉鎖することによって、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させるステップとを含む。
【００３４】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための方法を対象とする。本方法は、回路を使用して、障害イベントを検出するステップと、リニア多相電磁マシンの複数の位相に関する相電流情報を決定するステップと、相電流情報に基づいて、複数の位相のうちの各位相に個別の電流を印加するステップとを含む。障害イベントを検出するステップに応答して、本方法は、複数の位相のうちの少なくとも１つの位相に関して、個別の電流を決定するステップと、個別の電流を少なくとも１つの位相に印加し、トランスレータの運動に対抗して、トランスレータを制動させるステップとを含む。
【００３５】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための方法を対象とする。本方法は、回路を使用して、障害イベントを検出するステップと、トランスレータの運動によって引き起こされる、リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの位相内の起電力（ｅｍｆ）を示す極性を決定するステップと、障害イベントを検出するステップに応答して、極性に基づいて、電流を少なくとも１つの位相のうちの個別の位相に印加させ、トランスレータの軸方向運動に対抗してトランスレータを制動させる、トランスレータに作用する力を引き起こすステップとを含む。
【００３６】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための方法を対象とし、リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを含み、各第１の位相リードは、ＤＣバスを横断して結合される個別のＨブリッジの第１の側面に結合され、第１の側面は、第１の高電圧スイッチと、第１の低電圧スイッチとを備え、各第２の位相リードは、ＤＣバスを横断して個別のＨブリッジの第２の側面に結合され、第２の側面は、高電圧スイッチと、低電圧スイッチとを備える。本方法は、回路を使用して、障害イベントを検出するステップと、障害イベントを検出するステップに応答して、制動信号を第１の高電圧スイッチ、第１の低電圧スイッチ、第２の高電圧スイッチ、および第２の低電圧スイッチに印加し、トランスレータを制動させるステップとを含む。
【００３７】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための方法を対象とし、リニア多相電磁マシンは、複数の位相を備える固定子を含み、トランスレータは、磁気区分と、磁気区分から軸方向にオフセットされる、少なくとも１つの伝導性区分とを含む。磁気区分は、複数の位相のうちの位相のサブセットから軸方向にオフセットされる。本方法は、回路を使用して、障害イベントを検出するステップと、障害イベントを検出するステップに応答して、少なくとも１つの伝導性区分内で渦電流を発生させるように構成される個別の電流を、位相のサブセットのうちの少なくとも１つの位相に印加するステップであって、渦電流は、トランスレータの軸方向運動に対抗し、トランスレータを制動させる力を発生させる、ステップとを含む。
【００３８】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための非一過性のコンピュータ可読命令を含む、非一過性のコンピュータ可読媒体を対象とする。非一過性のコンピュータ可読命令は、回路を使用して、障害イベントを検出するための命令と、障害イベントを検出するステップに応答して、電磁技法を使用して、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させるための命令とを含む。
【００３９】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための非一過性のコンピュータ可読命令を含む、非一過性のコンピュータ可読媒体を対象とし、リニア多相電磁マシンは、ＤＣバスに結合され、抵抗器および少なくとも１つのスイッチは、ＤＣバスを横断して直列に結合される。非一過性のコンピュータ可読命令は、回路を使用して、障害イベントを検出するための命令と、障害イベントを検出するステップに応答して、少なくとも１つのスイッチを閉鎖することによって、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動させるための命令とを含む。
【００４０】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための非一過性のコンピュータ可読命令を含む、非一過性のコンピュータ可読媒体を対象とする。非一過性のコンピュータ可読命令は、回路を使用して、障害イベントを検出するための命令と、リニア多相電磁マシンの複数の位相に関する相電流情報を決定するための命令と、相電流情報に基づいて、複数の位相のうちの各位相に個別の電流を印加するための命令とを含む。障害イベントを検出するステップに応答して、命令は、複数の位相のうちの少なくとも１つの位相に関して、個別の電流を決定するための命令と、個別の電流を少なくとも１つの位相に印加し、トランスレータの運動に対抗して、トランスレータを制動させるための命令とを含む。
【００４１】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための非一過性のコンピュータ可読命令を含む、非一過性のコンピュータ可読媒体を対象とする。非一過性のコンピュータ可読命令は、回路を使用して、障害イベントを検出するための命令と、トランスレータの運動によって引き起こされる、リニア多相電磁マシンの少なくとも１つの位相内の起電力（ｅｍｆ）を示す極性を決定するための命令と、障害イベントを検出するステップに応答して、極性に基づいて、電流を少なくとも１つの位相のうちの個別の位相に印加させ、トランスレータの軸方向運動に対抗してトランスレータを制動させる、トランスレータに作用する力を引き起こすための命令とを含む。
【００４２】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための非一過性のコンピュータ可読命令を含む、非一過性のコンピュータ可読媒体を対象とし、リニア多相電磁マシンの各位相は、個別の第１の位相リードと、個別の第２の位相リードとを含み、各第１の位相リードは、ＤＣバスを横断して結合される個別のＨブリッジの第１の側面に結合され、第１の側面は、高電圧スイッチと、低電圧スイッチとを備える。各第２の位相リードは、ＤＣバスを横断して個別のＨブリッジの第２の側面に結合され、第２の側面は、高電圧スイッチと、低電圧スイッチとを備える。非一過性のコンピュータ可読命令は、回路を使用して、障害イベントを検出するための命令と、障害イベントを検出するステップに応答して、制動信号を第１の高電圧スイッチ、第１の低電圧スイッチ、第２の高電圧スイッチ、および第２の低電圧スイッチに印加し、トランスレータを制動させるための命令とを含む。
【００４３】
いくつかの実施形態では、本開示は、リニア多相電磁マシンのトランスレータを制動するための非一過性のコンピュータ可読命令を含む、非一過性のコンピュータ可読媒体を対象とする。リニア多相電磁マシンは、複数の位相を有する固定子を含む。トランスレータは、磁気区分と、磁気区分から軸方向にオフセットされる、少なくとも１つの伝導性区分とを含む。磁気区分は、複数の位相のうちの位相のサブセットから軸方向にオフセットされる。非一過性のコンピュータ可読命令は、回路を使用して、障害イベントを検出するための命令と、障害イベントを検出するステップに応答して、少なくとも１つの伝導性区分内で渦電流を発生させるように構成される個別の電流を、位相のサブセットのうちの少なくとも１つの位相に印加するための命令であって、渦電流は、トランスレータの軸方向運動に対抗し、トランスレータを制動させる力を発生させる、命令とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
１つ以上の種々の実施形態による、本開示が、下記の図を参照して詳細に説明される。図面は、例証目的のみのために提供され、典型的または例示的実施形態を描写するにすぎない。これらの図面は、本明細書に開示される概念の理解を促進するために提供され、これらの概念の範疇、範囲、または適用可能性の限定と見なされないものとする。例証を明確かつ容易にするために、これらの図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことに留意されたい。
【００４５】
【図１】図１は、本開示のいくつかの実施形態による、２つのリニア電磁マシンを含む、デバイスの断面図を示す。
【００４６】
【図２】図２は、本開示のいくつかの実施形態による、例証的リニア電磁マシン（ＬＥＭ）の断面図を示す。
【００４７】
【図３】図３は、本開示のいくつかの実施形態による、多相マシンを制御するための例証的システムのブロック図を示す。
【００４８】
【図４】図４は、本開示のいくつかの実施形態による、分散位相制御および分散電力管理を有する、例証的配列のブロック図を示す。
【００４９】
【図５】図５は、本開示のいくつかの実施形態による、分散位相制御および分散電力管理を有する、例証的配列のブロック図を示す。
【００５０】
【図６】図６は、本開示のいくつかの実施形態による、パーティション化されたＤＣバスを伴って、単一のＬＥＭ、分散位相制御、および分散電力管理を有する、例証的配列のブロック図を示す。
【００５１】
【図７】図７は、本開示のいくつかの実施形態による、パーティション化されたＤＣバスを伴って、２つのＬＥＭ、分散位相制御、および分散電力管理を有する、例証的配列のブロック図を示す。
【００５２】
【図８】図８は、本開示のいくつかの実施形態による、例証的位相制御システムのブロック図を示す。
【００５３】
【図９】図９は、本開示のいくつかの実施形態による、相電流を管理するための例証的プロセスのフローチャートを示す。
【００５４】
【図１０】図１０は、本開示のいくつかの実施形態による、１つ以上の故障した位相制御システムを管理するための例証的プロセスのフローチャートを示す。
【００５５】
【図１１】図１１は、本開示のいくつかの実施形態による、自動制動のための例証的プロセスのフローチャートを示す。
【００５６】
【図１２】図１２は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンの位相に結合されるパワーエレクトロニクスシステムを含む、例証的配列を示す。
【００５７】
【図１３】図１３は、本開示のいくつかの実施形態による、制御信号を決定するための例証的コントローラを示す。
【００５８】
【図１４】図１４は、本開示のいくつかの実施形態による、図１３のコントローラの出力を処理するための例証的コントローラを示す。
【００５９】
【図１５】図１５は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンに対応する例証的エネルギーメトリックのプロットを示す。
【００６０】
【図１６】図１６は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンの位相に対応する、より短い時間尺度における例証的信号のプロットを示す。
【００６１】
【図１７】図１７は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンの１つ以上の位相内の電流を管理するための例証的プロセスのフローチャートを示す。
【００６２】
【図１８】図１８は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンの１つ以上の位相を短絡させることを管理するための例証的プロセスのフローチャートを示す。
【００６３】
【図１９】図１９は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンのトランスレータを制動することを管理するための例証的プロセスのフローチャートを示す。
【００６４】
【図２０】図２０は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンを含む、例証的システムを示す。
【００６５】
【図２１】図２１は、本開示のいくつかの実施形態による、トランスレータの位置情報に基づいて、多相電磁マシンのトランスレータを制動することを管理するための例証的プロセスのフローチャートを示す。
【００６６】
【図２２】図２２は、本開示のいくつかの実施形態による、位置推定のための例証的プロセスのフローチャートを示す。
【００６７】
【図２３】図２３は、本開示のいくつかの実施形態による、位相と関連付けられる極性を決定するための例証的プロセスのフローチャートを示す。
【００６８】
【図２４】図２４は、本開示のいくつかの実施形態による、ブレーキ抵抗器およびスイッチを有する例証的パワーエレクトロニクスシステム、および多相マシンの１つの位相のブロック図を示す。
【００６９】
【図２５】図２５は、本開示のいくつかの実施形態による、ブレーキ抵抗器に係合するための例証的プロセスのフローチャートを示す。
【００７０】
【図２６】図２６は、本開示のいくつかの実施形態による、ブレーキ抵抗器、スイッチ、およびダイオード対を有する例証的パワーエレクトロニクスシステム、および多相マシンの１つの位相のブロック図を示す。
【００７１】
【図２７】図２７は、本開示のいくつかの実施形態による、パワーエレクトロニクスシステムに印加するための例証的制動信号を示す。
【００７２】
【図２８】図２８は、本開示のいくつかの実施形態による、制動信号を受信するように構成される例証的パワーエレクトロニクスシステムのブロック図を示す。
【００７３】
【図２９】図２９は、本開示のいくつかの実施形態による、制動信号を印加するための例証的プロセスのフローチャートを示す。
【００７４】
【図３０】図３０は、本開示のいくつかの実施形態による、リニア渦電流制動のために構成される、固定子およびトランスレータの断面図を示す。
【００７５】
【図３１】図３１は、本開示のいくつかの実施形態による、渦電流ブレーキに係合するための例証的プロセスのフローチャートを示す。
【００７６】
【図３２】図３２は、本開示のいくつかの実施形態による、トランスレータと関連付けられる例証的位置速度軌道を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
本開示は、電磁マシンを対象とする。例えば、電磁マシンは、１つ以上の位相を有する、固定子を含んでもよい。
【００７８】
いくつかの実施形態では、本開示は、障害イベント（例えば、コントローラが中央制御ユニットから信号を受信することを止める、または平行移動アセンブリ用の位置エンコーダが中央制御ユニットへ信号を生成することを止める）等のイベントに応答して、電磁マシンの平行移動アセンブリを自動的に制動することを対象とする。本明細書で使用されるような「制動」は、トランスレータの軌道（例えば、位置速度軌道）に、行程、ピーク速度、または両方を低減させる行為である。例えば、制動は、電流を多相電磁マシンの位相に印加し、軌道を縮小させるように作用する、トランスレータの運動に対抗する（例えば、それによって、電気工事の形態でエネルギーを抽出することによって、それを減速させる）力をトランスレータ上で生成するステップを含んでもよい。さらなる実施例では、制動は、トランスレータの軌道を縮小させるように作用し得る、能動的または受動的にトランスレータから運動エネルギーを除去するステップを含んでもよい。通常動作下で、トランスレータ上の電磁力は、運動に対抗し、運動エネルギーから電気エネルギーを抽出し得ることを理解されたい。制動は、トランスレータ行程を短縮する、トランスレータ速度を低減させる、トランスレータを減速させる、トランスレータからエネルギーを除去する、または別様にトランスレータを静止、近静止、もしくは別様に低減電力動作条件にする意図によって、通常動作と区別されることができる。例えば、通常動作中に、トランスレータは、行程の終了時にゼロ速度、行程のほぼ中間に最大速度を達成し得る。通常動作は、典型的には、（例えば、定常または過渡にかかわらず）一貫した電力出力を提供するように、サイクルを定義する行程のセットを繰り返すことを対象とする。制動は、典型的には、（例えば、保守のため、損傷を回避するため、または障害等のイベントに応答して）動作停止するインジケーションの結果として、停止に向かってトランスレータを運ぶことを対象とする。例えば、図１１−３０の説明は、制動システムおよび多相システムを制動するための技法の例証的実施例を提供する。
【００７９】
いくつかの実施形態では、本開示は、多くの位相をともに群化するのではなく、位相の間で、コンポーネント、制御、または両方を分散することを対象とする。例えば、固定子は、３０個の鉄心に対応する３０本の巻線を含んでもよい。多くの巻線（例えば、５つの位相の６つのグループ）をともに群化するのではなく、各巻線および鉄心は、相電流のより良好な空間分解能を提供するように位相として扱われ得る（例えば、群化された場合では６回の相電流ではなく、３０回の相電流）。さらに、電気ネットワークの任意の好適なコンポーネントが、ロバスト性および信頼性を提供するように、これらの位相制御システムに分散されてもよい。例えば、図４−１０の説明は、多相システムの制御および配列の例証的実施例を提供する。
【００８０】
リニア電磁マシン（ＬＥＭ）は、多数の巻線（例えば、３０本の巻線）と、従来のＬＥＭ設計における位相の数（例えば、３つの位相）よりも少なくとも２〜３倍上回る位相の数（例えば、６つの位相〜９つの位相）とを含んでもよい。ＬＥＭは、随意に、グループの中に直列に結合され、対応する位相を形成し得る、巻線を含んでもよい（例えば、６つの位相に関して位相あたり５本の巻線、または３０個の位相に関して位相あたり１本の巻線）。位相の中に巻線を直列に群化することは、ＬＥＭを動作させるために必要とされる制御電子機器および電力トランジスタの数を削減する。しかしながら、コンポーネントの数の削減は、信頼性の懸念を増加させ得る。
【００８１】
巻線を群化することはまた、各群化された巻線が同一の電流を有し、ＬＥＭでは非理想的ではあり得ることも意味する。例えば、位相制御システムが時間相電流を巻線に印加し、動作中に時間が変化する、トランスレータの瞬時位置に基づいて電磁力をより最適に発生させることが所望され得る。本開示では、巻線は、提供されるＬＥＭの空間分解能、ロバスト性、および信頼性を提供するように、群化されない、または任意の好適な程度に群化されてもよい。
【００８２】
いくつかの実施形態では、本開示は、多相電磁マシンに適用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、本開示は、多数の巻線を含むＬＥＭを説明する。多数の位相は、従来のＬＥＭ設計を超える位相の数（例えば、３つの位相）を指すことを理解されたい。用語「巻線」、「位相」、および「群」は、ＬＥＭの側面を説明するために本明細書で使用される。
【００８３】
「巻線」は、印加され得る単一の電流を有する（例えば、制御にかかわらず、同一の電流が印加される）、１つ以上の鉄心に巻着する連続的導電性ワイヤを指す。本明細書で使用されるように、用語「巻線」は、ハードウェアの状態によって定義される。例えば、巻線は、電圧が印加され得る、２つの終端を有する、単一の鉄心に巻着される銅線を含んでもよい。さらなる実施例では、巻線は、電圧が印加され得る、２つの終端を有する、直列にいくつかの鉄心に巻着される連続的な１本の銅線を含んでもよい。さらなる実施例では、巻線は、いくつかの対応する鉄心に巻着され、電圧が印加され得る、２つの終端を有するように、（例えば、バットスプライスコネクタまたは他の好適なコネクタを使用して）直列にともに圧着される、数本の銅線を含んでもよい。例証的実施例では、ＬＥＭの固定子は、電圧が印加され得る、６０個（すなわち、３０対）の終端を伴って、３本の巻線と、３０本の対応する鉄心とを含んでもよい。巻線は、組み合わせられる（例えば、１本の巻線の終端が、別の巻線の終端に配線されてもよい）、または分離されてもよい（例えば、数本の歯の周囲の銅線の連続巻着が、別個の巻線を作成するように歯の間に切り込まれてもよい）。
【００８４】
「位相」は、（例えば、一意の相電流が印加され得る）個別に制御され得る、巻線または巻線群を指す。例証すると、位相は、固定子の個別に制御可能なＮ／Ｓ極対の数を指し得る。本明細書で使用されるように、用語「位相」は、制御の状態（例えば、電流が印加される方法）によって定義される。例えば、位相は、ワイ中性端子によって結合され、相互と相互作用する（例えば、必ずしも独立しておらず、むしろ、ネットワークの一部である）が、依然として、個別に制御されてもよい。位相は、例えば、１つ以上の位相への印加された電流の時間挙動を説明するために有用である。トランスレータが固定子に対して移動すると、位相内の電流の「位相整合」が、各位相に印加される瞬時電流を決定する。例えば、巻線は、単一の鉄心に巻着される銅線を含んでもよく、その巻線は、（例えば、専用位相制御システムによって）独立して制御されることができる場合に、位相に対応し得る。さらなる実施例では、巻線は、直列にいくつかの鉄心に巻着される連続的な１本の銅線を含んでもよく、線および心の全長は、位相に対応する。ＬＥＭ内の位相の数は、ＬＥＭ内の巻線の数と等しいまたはそれ未満であることが明白である。
【００８５】
「群」は、巻線および位相との関連で、ある方法で組み合わせられた１つを上回るアイテムを指す。巻線群は、単一の電流が印加され得るように、ともに接続された巻線を指す。位相群は、同時に同一の電流を印加することによって、単一の位相として作用するように制御される位相を指す。故に、巻線群は、ハードウェアの状態を指し、位相群は、制御の側面を指す。
【００８６】
図１は、本開示のいくつかの実施形態による、２つのリニア電磁マシン１５０および１５５を含む、例証的デバイス１００の断面図を示す。自由ピストンアセンブリ１１０および１２０（すなわち、トランスレータとも呼ばれる）は、個別のピストン１１２および１５２と、個別のピストン１８２および１８７と、個別のトランスレータ区分１５１および１５６とを含む。デバイス１００は、例えば、ピストン１１２および１５２との間に高圧区分（例えば、燃焼区分）を収納し得る、ボア１３２を有するシリンダ１３０を含む。
【００８７】
いくつかの実施形態では、デバイス１００は、圧縮ガスの形態でサイクル中にエネルギーを貯蔵および放出するために使用され得る、ガスばね１８０および１８５（例えば、ドライバ区分）を含む。例えば、自由ピストンアセンブリ１１０および１２０はそれぞれ、個別のガス領域１８３および１８８（例えば、高圧領域）と接触している個別のピストン１８２および１８７を含んでもよい。
【００８８】
シリンダ１３０は、軸１７０を中心として心合されるボア１３２を含んでもよい。いくつかの実施形態では、自由ピストンアセンブリ１１０および１２０は、ボア１３２内で軸１７０に沿って平行移動し、ピストン１１２および１５２と接触しているガス領域が圧縮および膨張することを可能にしてもよい。
【００８９】
いくつかの実施形態では、自由ピストンアセンブリ１１０および１２０は、個別の固定子１５２および１５７（例えば、パワーエレクトロニクスシステムによって制御される）と相互作用し、個別のＬＥＭ１５０および１５５を形成する、個別のトランスレータ区分１５１および１５６（例えば、磁石を含み得る）を含む。例えば、自由ピストンアセンブリ１１０が（例えば、機関サイクルの行程中に）軸１７０に沿って平行移動すると、トランスレータ区分１５１は、固定子１５２の巻線内で電流を誘発してもよい。さらに、電流は、自由ピストンアセンブリ１１０上に電磁力を発生させるように（例えば、自由ピストンアセンブリ１１０の運動に影響を及ぼすように）固定子１５２の個別の巻線に印加されてもよい。制動は、軌道を短縮する、停止まで往復を減速させる、または別様にトランスレータから運動エネルギーを除去し、システムを有意に減速もしくは停止させる（例えば、デバイス１００を停止させる）ように、（例えば、図１に示されるような軸１７０に沿った）トランスレータの軸方向運動に対抗する、トランスレータへの力の印加を指す。いくつかの実施形態では、制御システムは、通常動作、制動、または両方の間に、トランスレータ１１０および１２０の間の同期化を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、制動中に、エネルギーが、通常動作中に有効であり得る、効率、最適な制御、または他の制約にかかわらず、１つ以上のトランスレータから抽出される。例えば、所望の動作パラメータ値と達成される動作パラメータ値（例えば、所望および達成される頂点位置）との間の許容差は、制動中に緩和され得る。
【００９０】
図２は、本開示のいくつかの実施形態による、固定子２１０と、トランスレータ区分２０４とを含む、例証的ＬＥＭ２００の断面図を示す。トランスレータ区分２０４は、固定子２１０に対して軸２９０に沿って移動するように構成されてもよい。固定子２１０は、対応する鉄の心（例えば、鉄心２３６）に巻着される複数の巻線（例えば、巻線２３４）を含む。位相は、単一の電流が印加される、１つ以上の鉄心および対応する巻線の群を指す。故に、位相は、例えば、直列に結合され得る、任意の好適な数の心および対応する巻線を含んでもよい。位相制御システム（例えば、モータコントローラまたは制御システム内に含まれる）は、対応するパワーエレクトロニクスシステムを介して、電流を各個別の位相に印加するように構成されてもよい。例証すると、例示的位相２８０は、直列に結合され得る、５本の鉄心および５本の巻線（そのうちの１つが巻線２２５である）を含む。さらに例証すると、各巻線は、個別の位相に対応し得る（例えば、いかなる巻線も直列にともに群化または巻回されない）。故に、単一の電流が、５本の巻線に印加されてもよい（すなわち、それらが直列に接続されるため）。任意の好適な数の位相の中に群化される、巻線の任意の好適な構成が、本開示に従って使用されてもよい。さらに例証すると、例示的位相２８１は、直列に結合され得る、３本の鉄心および３本の巻線を含む。
【００９１】
固定子２１０の鉄心および巻線は、トランスレータ区分２０４が軸方向に心に重複するときに、トランスレータ区分２０４上に正味電磁力を引き起こす磁場を発生させるように構成される。正味電磁力は、軸２９０と略平行な方向に配向されてもよい。例えば、図２およびトランスレータ区分２０４の図示される相対位置を参照すると、巻線２１１、２１２、および２１９（例えば、１つ以上の位相に対応する）は、トランスレータ区分２０４と電磁的に相互作用してもよい。しかしながら、図示される位置では、巻線２２５に対応する位相（例えば、例証的位相２８０）は、トランスレータ区分２０４と実質的に強い電磁相互作用を有していない。トランスレータ区分２０４が右に移動すると、最終的に巻線２２５と軸方向に重複し、故に、巻線２２５に対応する位相は、トランスレータ区分２０４とより実質的に電磁的に相互作用することができるであろう。例証的実施例として、トランスレータ区分２０４が巻線にわたって軸方向に移動すると、逆起電力（逆ｅｍｆ）が、巻線内で発生され、起電力が、巻線内の電流の流動の結果としてトランスレータ区分２０４に印加されてもよい。
【００９２】
トランスレータ区分２０４は、図２に示されるように、北「Ｎ」または南「Ｓ」として示される極性を伴って、（軸２９０に対して）軸方向に配列される複数の永久磁石のアレイを含む。図２の磁石アレイは、例証的実施例であり、トランスレータは、永久磁石の任意の好適な配列を含み得る、または全く永久磁石を含み得ない（例えば、誘導電磁マシン）ことを理解されたい。トランスレータ区分２０４が固定子２１０に対して軸２９０に沿って移動すると、電流は、１つ以上の位相の巻線を通して流動してもよい。
【００９３】
図２に示されるように、各巻線が位相に対応すると仮定すると、固定子２１０は、３０個の位相を含む。また、図２に示されるように、トランスレータ区分２０４は、１４個の磁極を含む。図２に示されるように、位相１（すなわち、巻線２１１に対応する）および磁極２６０の軸方向整合は、位相５（すなわち、巻線２３５に対応する）および磁極２６１の軸方向整合と異なる。故に、位相１および位相５内で同一の電流を印加することは、必ずしも磁石の一方または両方の位置にとって最良の電流ではないであろう。例えば、個別の磁極２６０および２６１との位相１および５の整合の相対差は、トランスレータ２０４の示される位置における位相１および５のための有効力定数（例えば、電流によって分割される電磁力）の差に対応し得る。永久磁石モータ内の位相は、力を達成するように適切に整流されなければならない。本整流は、位相に対する磁石の位置を測定または推定することによって、電子的に達成されることができる。
【００９４】
図３は、本開示のいくつかの実施形態による、例証的システム３００の略図を示す。システム３００は、多相マシン３４０と、パワーエレクトロニクスシステム３３０と、制御システム３５０と、グリッドタイインバータ３２０とを含む。システム３００は、リニア発電機と称され得る。図３では別個に示されるが、多相マシン３４０およびパワーエレクトロニクスシステム３３０は、統合される、または別様に任意の好適な程度に組み合わせられ得ることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、多相マシン３４０およびパワーエレクトロニクスシステム３３０は、位相リード３３５によって結合される、フレームに別個に添着されてもよい。さらなる実施例では、いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスシステム３３０は、多相マシン３４０の一部として統合されてもよい。さらなる実施例では、多相マシン３４０は、パワーエレクトロニクスシステム３３０によってＤＣバス３２５に結合される位相リード３３５を伴って、複数の位相およびトランスレータ（および例えば、シリンダ、軸受、配管等の他の好適なコンポーネント）を有する、固定子を含んでもよい。
【００９５】
多相マシン３４０は、例えば、図１に示されるものに類似するシステム（例えば、自由ピストン発電機）を含んでもよい。一般に、多相マシン３４０は、ガス圧力および電磁力の複合影響下で、対応する１つ以上の固定子に対する往復運動を受け得る、１つ以上の平行移動アセンブリ（すなわち、「トランスレータ」）を含んでもよい。トランスレータは、個別の固定子の位相内で逆起電力（ｅｍｆ）を発生させ得る、永久磁石を含んでもよいが、その必要はない。本明細書で使用されるように、かつ広く理解されるように、逆起電力は、電圧（例えば、印加された相電圧に起因して電流に対抗する電流を引き起こす）を指すことを理解されたい。パワーエレクトロニクスシステム３３０は、電流を固定子の位相に提供するように構成される。例えば、パワーエレクトロニクスシステム３３０は、固定子の位相の位相リードを、ＤＣバス、中性端子、接地、またはそれらの組み合わせの１つ以上のバスに暴露してもよい。
【００９６】
パワーエレクトロニクスシステム３３０は、例えば、スイッチ（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ））、ダイオード、電流センサ、電圧センサ、ＰＷＭ信号を管理するための回路、任意の他の好適なコンポーネント、またはそれらの任意の好適な組み合わせを含んでもよい。例えば、パワーエレクトロニクスシステム３３０は、１つ以上のＨブリッジ、もしくは電流を１つ以上の位相に印加するためのスイッチの他のモータ制御トポロジを含んでもよい。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスシステム３３０は、固定子の巻線に結合する位相リード３３５を介して、多相マシン３４０とインターフェースをとってもよく、パワーエレクトロニクスシステム３３０は、ＤＣバス３２５（例えば、一方のバスが他方のバスに対してより高い電圧にある、一対のバス）を介してグリッドタイインバータ３２０とインターフェースをとってもよい。バス３２２およびバス３２４はともに、システム３００内のＤＣバス３２５を形成する。例えば、バス３２２は、バス３２４の０Ｖに対して公称上８００Ｖであり得る（例えば、バス３２２は、「高」であり、バス３２４は、「低」である）。バス３２２およびバス３２４は、本開示によると、平均値を中心として時間が変動し得る、任意の好適な公称電圧にあり得る。故に、本明細書で使用されるような用語「ＤＣバス」は、ほぼ固定された平均電圧差を有する一対のバスを指すものとするが、瞬時電圧は、上下する、変動する、雑音を呈する、または別様に非一定であり得る。
【００９７】
グリッドタイインバータ３２０は、ＡＣグリッド３２１（例えば、３位相４８０ＶＡＣ）とＤＣバス３２５との間の電気相互作用を管理するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、グリッドタイインバータ３２０は、パワーエレクトロニクスシステム３３０を介して、多相マシン３４０（例えば、自由ピストン機関）からＡＣグリッド３２１に電力を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、グリッドタイインバータ３２０は、ＡＣグリッド３２１から電力を調達し、パワーエレクトロニクスシステム３３０を介して多相マシン３４０（例えば、自由ピストン空気圧縮機）に入力するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、グリッドタイインバータ３２０は、両方向に（例えば、ＡＣグリッド３２１へ、およびそこからの）電力を管理する。いくつかの実施形態では、グリッドタイインバータ３２０は、ＡＣグリッド３２１からのＡＣ電力を整流し、ＤＣバス３２５にわたって電力を供給する。いくつかの実施形態では、グリッドタイインバータ３２０は、ＡＣグリッド３２１の中に注入するために、ＤＣバス３２５からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。いくつかの実施形態では、グリッドタイインバータ３２０は、ＡＣグリッド３２１のために好適である電流および電圧のＡＣ波形を発生させる。例えば、グリッドタイインバータ３２０は、ＡＣグリッド３２１の中に注入されるＡＣ電力の力率、周波数、電圧、またはそれらの組み合わせを管理してもよい。
【００９８】
図３ではＡＣグリッド３２１に結合されているものとして示されるが、グリッドタイインバータ３２０は、負荷、電源、別の発電機システム、別のグリッドタイインバータ、任意の他の好適な電力システム、またはそれらの任意の組み合わせに直接結合されてもよい。例えば、発電機システム３００は、ＡＣグリッド３２１がＡＣ負荷を有するローカルＡＣグリッドであり得る、「単独」モードまたは「独立型」モードであってもよい。いくつかの実施形態では、発電機システム３００は、ＧＴＩ３２０を含む必要がなく、直接ＤＣ印加（例えば、ＤＣグリッド）のために構成されてもよい。例えば、ＤＣバス３２５は、ＤＣグリッド、ＤＣ負荷、または任意の他の好適なＤＣ電気アーキテクチャに結合されてもよい。
【００９９】
図４−７は、ＬＥＭ、位相制御システム、グリッドタイインバータ、ＤＣバス、電気コンポーネント、およびＡＣグリッドの種々の配列を図示する。図４−７の配列４００、５００、６００、および７００は、本開示の例証的実施形態であり、本開示に従って、組み合わせられる、付加される、切断される、または別様に好適に修正されてもよい。さらに、図４−７に示されるコンポーネントは、本開示に従って、組み合わせられる、付加される、切断される、または別様に好適に修正されてもよい。
【０１００】
図４−７の配列４００、５００、６００、および７００のトポロジは、リニア発電機の実際の物理的幾何学形状を表す必要がないことを理解されたい。例えば、図４を参照すると、位相１からＮは、ＬＥＭ４０２および４０４のそれぞれの軸に沿って整合されてもよいが、位相制御システムの図示される配列を単純化するように偶数および奇数位相の行にパーティション化されて示される。同様に、位相制御システムの実際の空間配列は、任意の好適な規則的または不規則的構成（例えば、線、アレイ、または星形に配列される）を成してもよい。位相制御システムに関するさらなる詳細が、例えば、図８との関連で説明される。
【０１０１】
図４は、本開示のいくつかの実施形態による、分散位相制御および分散電力管理を有する、例証的配列４００のブロック図を示す。配列４００は、ＬＥＭ４０２および４０４と、ＡＣグリッド４９４と、グリッドタイインバータ４７８および４７９と、２つのＤＣバスと、位相制御システム４０６、４０８、４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４３８、４４０、４４２、４４４、４４６、４４８、４５０、および４５２とを含む。
【０１０２】
ＬＥＭ４０２および４０４はそれぞれ、各位相が１つ以上の巻線を含む、複数の位相を含む。図４に示されるように、ＬＥＭ４０２および４０４はそれぞれ、Ｎが３を上回る整数である、Ｎ個の位相を含む。例えば、ＬＥＭ４０２は、位相４２６（すなわち、終了位相）と、位相４２８とを含む、Ｎ個の位相を含む。例えば、ＬＥＭ４０４は、位相４５８（すなわち、終了位相）と、位相４６０とを含む、Ｎ個の位相を含む。ＬＥＭ４０２および４０４の各位相は、位相制御システムに対応する。例えば、位相４２２、４２４、４２６、４２８、４５４、４５６、４５８、および４６０は、それぞれ、位相制御システム４０６、４１０、４１４、４１８、４３８、４４２、４４６、および４５０に対応する。図４に示されていないが、ＬＥＭ４０２および４０４は、対応するトランスレータ区分（例えば、磁石区分）を含む。
【０１０３】
位相制御システム４０６、４０８、４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４３８、４４０、４４２、４４４、４４６、４４８、４５０、および４５２は、対応する位相への電流の印加を管理するように構成される。各位相制御システムは、ＤＣバスに結合される。例えば、第１のＤＣバスは、バス４７４およびバス４７６から形成される。さらなる実施例では、第２のＤＣバスは、バス４７０およびバス４７２から形成される。位相リード４３０および４３２は、リード４３４および４３６によってＤＣバスに結合される、位相制御システム４２０に対応する。位相リード４６２および４６４は、リード４６６および４６８によってＤＣバスに結合される、位相制御システム４５２に対応する。
【０１０４】
グリッドタイインバータ４７８および４７９は、個別のＤＣバスとＡＣグリッド４９４との間の電力相互作用を管理するとともに、個別のＤＣバスの電圧および／または他の特性を管理するように構成される。図４に示されるようなＡＣグリッド４９４は、３位相ＡＣグリッド（例えば、４８０ＶＡＣ３位相電力供給源）を含む。グリッドタイインバータ４７８は、ＡＣグリッド４９４のＡＣリード４８２、４８４、および４８６に結合される。グリッドタイインバータ４７９は、ＡＣグリッド４９４のＡＣリード４８８、４９０、および４９２に結合される。いくつかの実施形態では、ＡＣリード４８２、４８４、および４８６、およびＡＣリード４８８、４９０、および４９２は、別個のブレーカ、ヒューズ、または別様にＡＣ回路に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ＡＣリード４８２、４８４、および４８６、およびＡＣリード４８８、４９０、および４９２は、同一のブレーカ、ヒューズ、または別様にＡＣ回路に結合されてもよい。図４に示されていないが、いくつかの実施形態では、グリッドタイインバータ４７８および４７９は、例えば、より小さい容量のグリッドタイインバータの形態で、位相制御システムの間に分散される、またはその一部として含まれてもよい。グリッドタイインバータの数が位相の数と異なるが、１を上回る配列では、位相制御システムへのＤＣバス相互接続は、グリッドタイインバータ故障の場合にいずれのＬＥＭ全体（すなわち、ＬＥＭの全ての位相）の制御の完全損失も回避するように設計されてもよい。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、配列４００は、１つのＤＣバスの故障に対するロバスト性を提供する。例えば、バス４７４および４７６から形成されるＤＣバスが故障する場合では、ＬＥＭ４０２および４０４の１つおきの位相（すなわち、偶数の位相２、４等）は、依然として、バス４７０および４７２から形成されるＤＣバスを使用して動作可能であり得る。故に、位相制御システム４０６、４０８、４１０、および４１２は、依然として、ＬＥＭ４０２の対応する位相にわたって制御権限を提供し得る（例えば、位置および／または力制御を可能にする）。さらに、位相制御システム４３８、４４０、４４２、および４４４は、依然として、ＬＥＭ４０４の対応する位相にわたって制御権限を提供し得る（例えば、位置および／または力制御を可能にする）。同様に、バス４７０および４７２から形成されるＤＣバスが故障する場合、バス４７４および４７６から形成されるＤＣバスに結合される、位相制御システム４１４、４１６、４１８、４２０、４４６、４４８、４５０、および４５２は、依然として、制御権限を提供し得る。
【０１０６】
例えば、配列４００によって提供される冗長性は、ＤＣバス故障、１つのグリッドタイインバータ（例えば、グリッドタイインバータ４７８または４７９のいずれかであるが、両方ではない）の故障、または両方の場合に、制御を維持するために有用であり得る。いくつかの実施形態では、グリッドタイインバータ４７８および４７９のうちの１つが故障する場合、リニア発電機は、依然として、ＬＥＭの位相の半分（すなわち、Ｎが偶数である場合、図４に示されるようにＮ／２）を使用して、公称上半負荷において機能することができる。本機能性は、例えば、継続的動作、制御された動作停止、自動制動、またはそれらの組み合わせを可能にし得る。故に、各グリッドタイインバータは、システム全体にとって単一完全障害点である必要はない。
【０１０７】
さらなる実施例では、ＬＥＭあたりの複数の位相制御システムの使用は、単一の位相、位相制御システム、またはそのコンポーネントが部分または完全故障を受ける場合に、継続的動作を可能にし得る。例えば、位相４２８等の特定の位相の巻線が（例えば、鉄の心または他のコンポーネントに）短絡される場合、特定の位相は、対応する位相制御システム４１８が電流を印加することを止めることによって、単離され得る。そのような継続的動作は、位相短絡またはコンポーネント故障の場合に、電力生産、安全な動作停止、または他の動作を可能にし得る。
【０１０８】
図５は、本開示のいくつかの実施形態による、分散位相制御および分散電力管理を有する、例証的配列５００のブロック図を示す。配列４００は、ＬＥＭ５０２および５０４と、ＡＣグリッド５４６と、グリッドタイインバータ５４２および５４４と、２つのＤＣバスと、位相制御システム５１０、５１２、５１４、５１６、５２２、５２４、５２６、および５２８とを含む。配列５００は、単一のグリッドタイインバータの損失が対応するＬＥＭ（例えば、ＬＥＭ５０２または５０４）の全ての位相に影響を及ぼし得るが、他方のＬＥＭには影響しないという点で、配列４００と異なる。図５に示されていないが、いくつかの実施形態では、グリッドタイインバータ５４２および５４４は、より小さい容量のグリッドタイインバータの形態で、位相制御システムの間に分散される、またはその一部として含まれてもよい（例えば、グリッドタイインバータ５４２および５４４は、いくつかの実施形態では、含まれる必要がない）。故に、そのような分散スキームにおけるグリッドタイインバータの損失は、ＬＥＭの１つの位相が故障した場合に、いくつかの位相が依然として動作することを可能にし得る。
【０１０９】
ＬＥＭ５０２および５０４はそれぞれ、各位相が１つ以上の巻線を含む、複数の位相を含む。図５に示されるように、ＬＥＭ５０２および５０４はそれぞれ、Ｎが３を上回る整数である、Ｎ個の位相を含む。例えば、ＬＥＭ５０２は、位相５０６（すなわち、終了位相）と、位相５０８とを含む、Ｎ個の位相を含む。例えば、ＬＥＭ５０４は、位相５１０（すなわち、終了位相）と、位相５１２とを含む、Ｎ個の位相を含む。ＬＥＭ５０２および５０４の各位相は、位相制御システムに対応する。例えば、位相５０６、５０８、５１０、および５１２は、それぞれ、位相制御システム５５０、５５４、５６２、および５６６に対応する。
【０１１０】
位相制御システム５５０、５５２、５５４、５５６、５６２、５６４、５６６、および５６８は、対応する位相への電流の印加を管理するように構成される。各位相制御システムは、ＤＣバスに結合される。例えば、第１のＤＣバスは、バス５３４およびバス５３６から形成される。さらなる実施例では、第２のＤＣバスは、バス５３８およびバス５４０から形成される。位相制御システム５５６は、リード５１８および５２０によってＤＣバスに結合される。位相制御システム５６８は、リード５３０および５３２によってＤＣバスに結合される。
【０１１１】
グリッドタイインバータ５４２および５４４は、個別のＤＣバスとＡＣグリッド５４６との間の電力相互作用を管理するとともに、個別のＤＣバスの電圧および／または他の特性を管理するように構成される。図５に示されるようなＡＣグリッド５４６は、３位相ＡＣグリッド（例えば、４８０ＶＡＣ３位相電力供給源）を含む。いくつかの実施形態では、単一のグリッドタイインバータが、両方のＤＣバスを管理するために使用される。例えば、いくつかの実施形態では、グリッドタイインバータ５４２および５４４のうちの一方のみが、含まれる。
【０１１２】
例えば、ＬＥＭあたりの複数の位相制御システムの使用は、単一の位相、位相制御システム、またはそのコンポーネントが部分または完全故障を受ける場合に、継続的動作を可能にし得る。例えば、位相５０６等の特定の位相の巻線が（例えば、鉄の心または他のコンポーネントに）短絡される場合、特定の位相は、対応する位相制御システム５５０が電流を印加することを止めることによって、単離され得る。そのような継続的動作は、位相短絡またはコンポーネント故障の場合に、電力生産、安全な動作停止、または他の動作を可能にし得る。
【０１１３】
グリッドタイインバータ５４２およびグリッドタイインバータ５４４のいずれかの故障の場合、ＬＥＭ全体が影響を受ける（例えば、ＤＣバスへのアクセスがない状態にされる）であろうが、他方のＬＥＭは、ＤＣバスへのアクセスを維持し得る。例えば、グリッドタイインバータ５４２が故障を被る場合、ＬＥＭ５０２は、ＤＣバスへのアクセスがない状態にされる。さらに、グリッドタイインバータ５４４が、依然として、動作可能である場合には、ＬＥＭ５０４は、グリッドタイインバータ５４４の継続的動作から利益を受け得る。例えば、ＤＣバスがないと、力が、ＬＥＭ５０２のトランスレータに殆ど印加され得ないが、十分な力が、トランスレータの同期化（例えば、時間内にトランスレータの所望の軌道）を維持するためにＬＥＭ５０４のトランスレータに印加され得る。同期化は、例えば、機械的損傷、望ましくない機関挙動、または予測不可能な機関挙動を防止し得る。
【０１１４】
図６は、本開示のいくつかの実施形態による、パーティション化されたＤＣバス６０８を伴って、ＬＥＭ６０２、分散位相制御、および分散電力管理を有する、例証的配列６００のブロック図を示す。配列６００は、ＬＥＭ６０２と、ＡＣグリッド６０６と、グリッドタイインバータ６０４と、ＤＣバス６０８、６１４、および６１６と、コンポーネント６１０および６１２と、位相制御システム６１６、６１８、６２０、６２２、６２４、および６２６とを含む。配列６００は、グリッドタイインバータ６０４によって管理されるＤＣバス６０８が、コンポーネント６１０および６１２を使用する第１のＤＣバス６１４および第２のＤＣバス６１６に分割されるという点で、図４−５の配列４００および５００と異なる。ＤＣバス６０８の電圧は、ＤＣバス６１４および６１６に分散される。配列６００は、本開示に従って、図６に示されるコンポーネントを繰り返すことによって、２つのＬＥＭに拡張されてもよい。例えば、第２のグリッドタイインバータ、さらに２つのコンポーネント（例えば、コンポーネント６１０および６１２に類似する、または類似しない）、およびさらにＮ個の位相制御システムが、含まれてもよい。
【０１１５】
例証的実施例では、配列６００は、グリッドタイインバータ６０４によって維持されるＤＣバス６０８を含んでもよいが、位相制御システムは、ＤＣバス６１４および６１６から電力を供給される。いくつかの実施形態では、コンポーネント６１０および６１２は、例えば、ＤＣバス６０８の電圧の公称上半分において動作するように構成されるエネルギー貯蔵デバイスを含む。例えば、ＤＣバス６１４および６１６はそれぞれ、ＤＣバス６０８が公称上７６０ＶＤＣであるときに、公称上３８０ＶＤＣであり得る。ＤＣバス６１４と６１６との間の電圧平衡は、対応する位相（例えば、図６に示されるような奇数および偶数の位相）によって抽出されるエネルギーの一部を（例えば、連続的または断続的に）調節することによって、制御されてもよい。さらに、ＤＣバス６１４と６１６との間の電圧平衡は、コンポーネント６１０と６１２と（例えば、いくつかの実施形態では３８０Ｖコンデンサバンク）の間にＤＣ−ＤＣ変換器を追加することによって、制御されてもよい。
【０１１６】
ＬＥＭ６０２は、各位相が１つ以上の巻線を含む、Ｎ個の位相を含む。例えば、いくつかの実施形態では、Ｎは、３０またはそれを上回り得る。ＬＥＭ６０２の各位相は、位相制御システムに対応する。例えば、位相６５１、６５２、６５３、６５４、６５５、６５７、および６５８は、それぞれ、位相制御システム６１６、６１８、６２０、６２２、６２４、および６２６に対応する。ＬＥＭ６０２は複数の位相を伴って図示されているが、ＬＥＭは、１つの位相、または１つを上回る位相を含んでもよい。
【０１１７】
位相制御システム６１６、６１８、６２０、６２２、６２４、および６２６は、対応する位相への電流の印加を管理するように構成される。各位相制御システムは、隣接する位相が異なるＤＣバスに結合される、ＤＣバス６１４または６１６のいずれかに結合される。例えば、図６に示されるように、位相６５１、６５３、および６５７が、ＤＣバス６１４に結合される一方で、位相６５２、６５４、および６５８は、ＤＣバス６１６に結合される。
【０１１８】
コンポーネント６１０および６１２は、ＤＣバス６１４および６１６内の電力の変動に適応するように構成される。いくつかの実施形態では、コンポーネント６１０および６１２のいずれか一方または両方は、例えば、バッテリ、コンデンサ、コンデンサバンク、またはＬＥＭ６０２の動作に関連する時間尺度で電気エネルギーを貯蔵および放出するための任意の他の好適なデバイス等のエネルギー貯蔵デバイスを含んでもよい。
【０１１９】
図７は、本開示のいくつかの実施形態による、パーティション化されたＤＣバス７４６を伴って、ＬＥＭ７０２および７０４、分散位相制御、および分散電力管理を含む、例証的配列７００のブロック図を示す。配列７００は、ＬＥＭ７０２および７０４と、ＡＣグリッド７４４と、グリッドタイインバータ７４２と、ＤＣバス７４６、７４８、および７５０と、コンポーネント７５２および７５４と、位相制御システム７１０、７１２、７１４、７１６、７２２、７２４、７２６、および７２８とを含む。配列７００は、特定のＬＥＭの各位相が同一のＤＣバスに結合されるという点で、図６の配列６００と異なる。例えば、ＬＥＭ７０２に対応する位相制御システム７１０、７１２、７１４、および７１６が、ＤＣバス７４８に結合される一方で、ＬＥＭ７０４に対応する位相制御システム７２２、７２４、７２６、および７２８は、ＤＣバス７５０に結合される。さらに、ＤＣバス７４６は、バス７３８および７４０から形成される。
【０１２０】
例証的実施例では、配列７００は、グリッドタイインバータ７４２によって維持されるＤＣバス７４６を含んでもよいが、位相制御システムは、ＤＣバス７４８および７５０によって電力を供給される。例えば、ＤＣバス７４８および７５０はそれぞれ、ＤＣバス７４６が公称上７６０ＶＤＣであるときに、公称上３８０ＶＤＣであり得る。ＤＣバス７４８と７５０との間の電圧平衡は、対応する位相（例えば、図７に示されるような特定のＬＥＭの位相）によって抽出されるエネルギーの一部を（例えば、連続的または断続的に）調節することによって、制御されてもよい。さらに、ＤＣバス７４８と７５０との間の電圧平衡は、コンポーネント７５２と７５４（例えば、いくつかの実施形態では、３８０Ｖコンデンサバンク）との間にＤＣ−ＤＣ変換器を追加することによって、制御されてもよい。
【０１２１】
ＬＥＭ７０２および７０４はそれぞれ、各位相が１つ以上の巻線を含む、Ｎが３を上回る整数である、Ｎ個の位相を含む。例えば、いくつかの実施形態では、Ｎは、３０またはそれを上回り得る。ＬＥＭ６０２の各位相は、位相制御システムに対応する。
【０１２２】
位相制御システム７１０、７１２、７１４、７１６、７２２、７２４、７２６、および７２８は、ＬＥＭ７０２および７０４の対応する位相への電流の印加を管理するように構成される。各位相制御システムは、いずれかのＬＥＭ内の位相が同一のＤＣバスに結合される、ＤＣバス７４８または７５０のいずれかに結合される。位相リード７３４および７３６は、リード７３０および７３２によってＤＣバス７４８に結合される、位相制御システム７１６に対応する。
【０１２３】
コンポーネント７５２および７５４は、ＤＣバス７４８および７５０内の電力の変動に適応するように構成される。いくつかの実施形態では、コンポーネント７５２および７５４のいずれか一方または両方は、例えば、バッテリ、コンデンサ、コンデンサバンク、またはＬＥＭ７０２および７０４の動作に関連する時間尺度で電気エネルギーを貯蔵および放出するための任意の他の好適なデバイス等のエネルギー貯蔵デバイスを含んでもよい。
【０１２４】
図７に示されていないが、コンポーネント７５２と７５４との間のエネルギーの平衡を保つためのＤＣ−ＤＣ変換器を含むことが所望され得る。例えば、ＬＥＭ７０２および７０４のトランスレータの同期化を維持するときに、任意の時点でのエネルギー平衡は、必ずしも等しくはない。例証すると、より多くの電力が他方よりもＬＥＭ７０２および７０４の一方から抽出される場合、ＤＣバス７４８および７５０を横断する電圧は、相互から分岐し得る。
【０１２５】
図８は、本開示のいくつかの実施形態による、例証的位相制御システム８００のブロック図を示す。図８に例証的に示されるような位相制御システム８００は、位相コントローラ８０２と、パワーエレクトロニクス８０４と、ブレーキ抵抗器８０６と、電力出力レベラ８０８と、グリッドタイインバータ８１０と、位置推定装置８１２と、電力供給源８１４とを含む。いくつかの実施形態では、各位相制御システム（例えば、位相制御システム８００に類似する）は、多相ＬＥＭの単一の位相への電流の印加を制御する。さらに、各位相制御システムは、各位相制御システムに分散される全体的電気システムの要素を含んでもよい。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、位相コントローラ８０２は、対応する位相内の電流を制御するように構成される。いくつかの実施形態では、対応する位相に印加されるべき所望または命令される電流が、位相コントローラ８０２によってローカルで計算される。いくつかの実施形態では、対応する位相に印加されるべき所望または命令される電流は、全ての位相に印加されるべき電流を決定している、中央コントローラから通信される。例えば、対応する位相に印加されるべき所望または命令される電流は、測定された磁石またはトランスレータ位置を整合させるように、全ＬＥＭ力（例えば、各位相によって印加される電磁力から合計される）達成するように、もしくは両方を行うように、決定されてもよい。いくつかの実施形態では、十分に高速のスイッチング周波数が使用される場合には、位相コントローラ８０２は、高帯域幅および高速スイッチング周波数を伴う単一のフィードバックループを実行してもよい。例えば、十分に高速のスイッチング周波数は、限定ではないが、以下の技法のうちのいずれか１つ以上のもの、すなわち、高速スイッチング半導体デバイス、ソフトスイッチングまたは共振変換器配列、もしくはそれらの組み合わせを使用して、達成されてもよい。例証的実施例では、高速スイッチングは、過電流または電流リップルを回避するために十分に高い周波数におけるスイッチングを指し得る。さらなる例証的実施例では、高速スイッチング周波数は、１０ｋＨｚまたはそれよりも高速であり得る。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、位相コントローラ８０２は、対応する位相内の磁束を感知するように構成される。例えば、位相コントローラ８０２は、位相の磁束を感知し、制御フィードバックとして感知された磁束を使用してもよい。いくつかのそのような実施形態では、位相コントローラ８０２は、電流センサを含む、または電流センサから入力を受信するように構成される必要はない。さらに、いくつかのそのような実施形態では、位相コントローラ８０２は、比較的に低減された性能、要件、費用、またはそれらの組み合わせを伴う電流センサを含む。例証的実施例では、位相コントローラ８０２は、測定された電圧Ｖおよび位相巻線の既知の巻数Ｎを使用して、関係
【化１】
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に基づいて磁束を決定するように構成されてもよい。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、各位相に印加される電流、またはそれを横断して印加される電圧は、任意の好適な程度にローカルで（すなわち、位相制御システム８００のインスタンスによって）制御される。いくつかの実施形態では、位相コントローラ８０２は、相電流上でローカル制御ループを実行してもよい。例えば、電流コマンドが、通信リンクを経由して中央コントローラから位相コントローラ８０２に通信されてもよい。通信リンクは、例えば、アナログ信号、デジタル信号（例えば、シリアル周辺インターフェース（ＳＰＩ）を使用する）、ＣＡＮｂｕｓ信号、Ｍｏｄｂｕｓ信号、イーサネット（登録商標）信号、任意の他の好適な信号、またはそれらの任意の組み合わせを通信するためのハードウェアおよびソフトウェアを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ローカル制御は、電流ループが高速（例えば、低消費時間）であるため、非常に高速である。制御機構の任意の好適な部分もまた、本開示に従って分散されてもよい。例えば、位置測定は、全位相に分散されてもよく、各位相コントローラ８０２は、所望の位置および力を決定し、パワーエレクトロニクス８０４によって印加され得る電流コマンドを決定してもよい。分散制御は、例えば、通信が位相制御システムと中央コントローラまたは位置測定システムとの間で失われる場合に、自動制動アルゴリズムを維持する（例えば、電力が抽出されることを可能にする）ことに適用可能である。
【０１２９】
いくつかの実施形態では、位相コントローラ８０２は、制御信号をパワーエレクトロニクス８０４に提供するように構成される。パワーエレクトロニクス８０４は、位相の位相リードに電気的に結合し、電流を位相に提供するように構成される。故に、パワーエレクトロニクス８０４は、ＤＣバスおよび位相リードに関連するアンペア数およびボルト数において動作するように構成されるコンポーネントを含む。例えば、パワーエレクトロニクス８０４は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、母線、分路、（例えば、電流または電圧を測定するための）センサ、コンデンサ、ダイオード、任意の他の好適なコンポーネント、またはそれらの任意の好適な組み合わせであってもよい。位相コントローラ８０２は、位相リードおよびパワーエレクトロニクス８０４によって要求されるような大きい電流または電圧を電気的に管理する、もしくはそれと相互作用するように構成される必要はない。例えば、位相コントローラ８０２は、比較的に低いＤＣ電圧（例えば、５ＶＤＣ、１２ＶＤＣ、２４ＶＤＣ、４８ＶＤＣ）を使用して動作し、低電圧制御信号をパワーエレクトロニクス８０４に提供し、相電流および電圧を制御してもよい。いくつかの実施形態では、位相コントローラ８０２およびパワーエレクトロニクス８０４は、電流を制御し、位相に印加するように構成される、単一のモジュールに組み合わせられる、または統合されてもよい。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクス８０４は、１つを上回る位相の間で共有されてもよい。例えば、パワーエレクトロニクス８０４は、複数の電力回路を含み、複数の制御信号を受信するように構成され、電流を、１つを上回る位相に印加するように構成されてもよい。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、位相制御システム８００内のブレーキ抵抗器８０６の包含は、より小型で、場合により、より安価のブレーキ抵抗器が使用されることを可能にする。例えば、位相制御システムの間に分散される、いくつかの小型のブレーキ抵抗器および対応するトランジスタは、場合により、単一のより大型のブレーキ抵抗器および対応する大型の接触器よりも安価である。さらに、ブレーキ抵抗器システムの完全故障の可能性が、低減される。例えば、３０個の位相制御システムがそれぞれ、ブレーキ抵抗器を有する場合、ブレーキ抵抗器のうちの１つが故障する場合において、依然として、エネルギー散逸のために（例えば、制動中の使用のために）２９／３０個のブレーキ抵抗器が存在している。これは、ＬＥＭ全体のための単一のブレーキ抵抗器の故障の場合に関して、エネルギー散逸の０／３０個のブレーキ抵抗器と比較して有利である。いくつかの実施形態では、ブレーキ抵抗器８０６は、緊急事態（例えば、グリッドタイインバータ８１０の損失等の故障）に応答して、電力をシンクし、トランスレータの運動を減速させるために使用される。いくつかの実施形態では、ブレーキ抵抗器８０６は（例えば、スイッチングのための対応するトランジスタとともに）、ＬＥＭの過渡的動作（例えば、高速負荷降下）のために迅速に電力を削減するために使用されることができる。例えば、限定されたＤＣバス静電容量が存在する、ある状況下で、接触器ではなく、トランジスタによって制御される、分散ブレーキ抵抗器は、単一のブレーキ抵抗器がＬＥＭ全体に使用された場合よりも良好なＤＣバス電圧の制御を提供する。ブレーキ抵抗器８０６は、任意の好適な抵抗を有し、任意の好適な電力散逸（例えば、抵抗によって乗算される電流の２乗）のために構成されてもよい。例えば、ブレーキ抵抗器８０６は、自由ピストン発電機のサイクル中に十分なエネルギーを散逸させ、安全な動作停止（例えば、あるサイクル数の経過にわたってトランスレータの運動を減速および停止させること）を可能にするように構成されてもよい。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、位相制御システム８００は、ＤＣバス上により着実な電力出力を達成するための電力出力レベラ８０８を含んでもよい。例えば、ＤＣ−ＤＣ変換器とも称される電力出力レベラはさらに、２０１８年９月２０日に出願された、代理人整理番号０００１０２−００２３−１０１を有する、「ＤＣ−ＤＣ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ  ＩＮ  Ａ  ＮＯＮ−ＳＴＥＡＤＹ  ＳＹＳＴＥＭ」と題された、同一出願人による米国特許出願（その全体として本明細書に組み込まれる）に説明されている。例えば、自由ピストン発電機は、パルス電力プロファイルを出力してもよく、故に、より着実な電力出力をグリッドタイインバータ８１０に提供する、電力出力レベラ８０８から利益を受け得る。例証的実施例では、ＬＥＭの往復性質に起因して、ＬＥＭは、電力出力レベラ８０８の公称電力出力の約２倍である時間内の電力変動を呈し得る。例えば、本変動は、２５０〜５００ｋＷの公称電力出力の間で起こり得る。いくつかの実施形態では、電力出力レベラ８０８は、有意な静電容量、またはＤＣ−ＤＣ双方向変換器およびある程度の静電容量を含む。いくつかのそのような実施形態では、静電容量、ＤＣ−ＤＣ双方向変換器、または両方は、ＬＥＭに対応する各位相制御システムに分散されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、コンデンサバンク、ＤＣ−ＤＣ変換器、または両方は、（例えば、位相制御システム８００に類似するシステムの）１つ以上の相電流制御トランジスタを使用することが可能であり得る。
【０１３２】
いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクス８０４が種々のバス電圧に耐え得ることを前提として、ＤＣバス自体が、電気エネルギーを貯蔵および放出するために使用されることができる。エネルギーを貯蔵するためのＤＣバスの使用は、例えば、本開示に従って、グリッドタイインバータ８１０によって達成され得る。
【０１３３】
グリッドタイインバータ８１０は、ＡＣグリッドとＤＣバスとの間の電気相互作用を管理するように構成される。いくつかの実施形態では、各位相制御システムは、グリッドタイインバータを含み、例えば、３位相４８０ＶＡＣ電力を出力するように構成される。例えば、いくつかのそのような実施形態は、分散ＤＣバスの必要性を妨げ、より安価かつ安全な分散ＡＣ電力の使用を可能にする。例えば、いくつかの実施形態では、位相制御システム８００は、１つ以上の他の位相と共通ＤＣバスを共有するのではなく、（すなわち、位相のための）ローカルＤＣバスを、グリッド相互作用のための４８０ＶＡＣ３位相に直接変換するように構成される、トランジスタを含む。故に、ＤＣバスは、位相の間で共有されてもよいが、その必要はない。いくつかの実施形態では、連続的である必要はない、いくつかの位相、もしくは２つ以上の異なるＬＥＭからの位相は、共通ＤＣバスを共有し、例えば、より一定のＡＣ電力出力を可能にし得る。
【０１３４】
いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクス８０４および電力出力レベラ８０８は、グリッドタイインバータ８１０によって管理されるＤＣバスに結合される。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクス８０４、電力出力レベラ８０８、およびグリッドタイインバータ８１０のうちのいずれかが、組み合わせられる、または統合されてもよい。いくつかの実施形態では、位相制御システム８００は、バッテリバンクおよびバッテリ管理システムへの接続を含む。例えば、いくつかの実装では、バッテリは、電気エネルギー貯蔵を提供するために必要であり得る。各位相制御システムは、バッテリバンクへの接続、およびＤＣ−ＤＣ変換器への接続を含んでもよい。いくつかの実施形態では、位相制御システム８００は、バッテリバンクと、バッテリ管理システム（例えば、パワーエレクトロニクス８０４または電力出力レベラ８０８に統合される）とを含む。例えば、各位相制御システムは、（例えば、単一障害点を表す）複数の位相のＤＣバスの間で共有される、比較的により大型のバッテリに結合されるのではなく、比較的小型のバッテリを含んでもよい。
【０１３５】
位置推定装置８１２は、トランスレータ（例えば、ピストンの面の位置またはある他の好適な参照）またはその区分（例えば、磁石またはその極の位置、もしくはある他の好適な参照）の相対位置、絶対位置、または両方を推定するように構成される。位置推定装置８１２は、例えば、測定された電流、計算された電流、測定された電圧、計算された電圧、位相内の測定された電磁束、位相内の計算された電磁束、（例えば、エンコーダテープおよび好適なエンコーダ読取ヘッドを使用する）移動コンポーネントの測定された位置、任意の他の好適な情報、またはそれらの任意の組み合わせに基づいて、位置を推定してもよい。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、位置を推定または測定する中央アルゴリズムではなく、各位相制御システムが、位置を推定してもよい（例えば、位置推定装置８１２を含む）。故に、中央アルゴリズムは、いくつかの位相制御システムの間で分散されてもよい
【０１３７】
いくつかの実施形態では、複数の位相制御システム（例えば、それぞれ位置制御システム８００に類似する）用の各位置推定装置（例えば、それぞれ位置推定装置８１２に類似する）は、分散位置推定装置に関与し得る。分散位置推定装置は、例えば、各対応する位相内の相電圧の感知に基づいて、位置を推定してもよい。いくつかのそのような実施形態では、専用位置センサが、含まれる必要はなく、したがって、位置センサの費用を節約し、信頼性の懸念を減じさせる。
【０１３８】
電力供給源８１４は、電流を対応する位相に印加することとは別として、位相制御システム８００のコンポーネントに給電するように構成される。例えば、電力供給源８１４は、位相コントローラ８０２または位置推定装置８１２の機能、（例えば、パワーエレクトロニクス８０４、電力出力レベラ８０８、グリッドタイインバータ８１０、および位置推定装置８１２のための）診断、ブレーキ抵抗器８０６のために電力スイッチのオン／オフ、電力を要求する任意の他の好適なプロセス、またはそれらの任意の好適な組み合わせを処理するための電力を提供してもよい。いくつかの実施形態では、各位相制御システムは、電力供給源（例えば、電力供給源８１４に類似する）を含んでもよい。多くの事例では、多くのコンポーネントに供給する単一の電力供給源は、明確に異なる故障モードである。例えば、複数の位相のための全ての位相コントローラが、単一の電力供給源によって給電される場合、電力供給源の損失は、全ての位相コントローラのための電力の損失を意味するであろう。故に、いくつかの実施形態では、各位相制御システムは、ＤＣ電力供給源を含んでもよい。いくつかの実施形態では、限定数の位相制御システム（例えば、非包括的に１〜Ｎ個、必ずしも連続位相に対応しない）が、ＤＣ電力供給源によって給電されてもよい。
【０１３９】
いくつかの実施形態では、位相制御システム８００の好適なコンポーネントが、結合部８５０を介してグリッドに結合されてもよい。例えば、電力出力レベラ８０８、パワーエレクトロニクス８０４、グリッドタイインバータ８１０、またはそれらの組み合わせが、結合部８５０に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、結合部８５０は、ＡＣ電力（例えば、３位相４８０ＶＡＣ）を伝送するケーブルまたはバスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、結合部８５０は、例えば、位相制御システム８００から分離しているグリッドタイインバータを介してグリッドに結合され得る、ＤＣ電力を伝送するケーブルまたはバス（例えば、ＤＣバス）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、グリッドタイインバータ８１０は、位相制御システム８００内に含まれる必要はない。例えば、いくつかの実施形態では、結合部８５０は、位相制御システム８００をＤＣグリッド、ＤＣ負荷、または他の好適なＤＣ電気アーキテクチャに結合する。
【０１４０】
いくつかの実施形態では、位相制御システム８００の好適なコンポーネントが、結合部８５２を介して、エネルギー貯蔵デバイス、ＤＣ−ＤＣ変換器、または両方に結合されてもよい。例えば、電力出力レベラ８０８、パワーエレクトロニクス８０４、グリッドタイインバータ８１０、またはそれらの組み合わせが、結合部８５２に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、結合部８５２は、ＡＣ電力（例えば、３位相４８０ＶＡＣ）を伝送するケーブルまたはバスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、結合部８５０は、ＤＣ電力を伝送するケーブルまたはバス（例えば、ＤＣバス）を含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、結合部８５０および８５２は、（例えば、エネルギー貯蔵デバイスおよびＤＣ−ＤＣ変換器が、ＤＣバスに結合されるときに）組み合わせられてもよい。
【０１４１】
いくつかの実施形態では、位相制御システム８００の好適なコンポーネントが、位相リード８５４を介して、ＬＥＭの位相に結合されてもよい。例えば、パワーエレクトロニクス８０４、ブレーキ抵抗器８０６、または両方が、位相リード８５４に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、位相リード８５４は、位相制御システム８００に対応する位相あたり２つの位相リードを含んでもよい（例えば、３つの位相の６つの位相リードが、位相制御システム８００に対応する）。いくつかの実施形態では、位相リード８５４は、位相制御システム８００に対応する位相あたり１つの位相リードを含んでもよい（例えば、６つのワイ接続位相の６つの位相リードが、位相制御システム８００に対応する）。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、位相制御システム８００の好適なコンポーネントが、通信（ＣＯＭＭ）リンク８５６に結合されてもよい。例えば、位相コントローラ８０２、パワーエレクトロニクス８０４、電力出力レベラ８０８、グリッドタイインバータ８１０、位置推定装置８１２、またはそれらの組み合わせが、ＣＯＭＭリンク８５６に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ＣＯＭＭリンク８５６は、例えば、イーサネット（登録商標）ケーブル、シリアルケーブル、任意の他の好適な有線リンク、またはそれらの任意の組み合わせ等の有線通信リンクを含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ＣＯＭＭリンク８５６は、位相制御システム８００のコンポーネントのポートにそれぞれ対応する、複数のケーブルを含む。いくつかの実施形態では、ＣＯＭＭリンク８５６は、例えば、ＷｉＦｉ伝送機／受信機、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）伝送機／受信機、任意の他の好適な無線リンク、またはそれらの任意の組み合わせ等の無線通信リンクを含んでもよい。ＣＯＭＭリンク８５６は、データ、メッセージ、信号、情報、またはそれらの組み合わせの伝送を可能にする、任意の好適な通信リンクを含んでもよい。いくつかの実施形態では、位相制御システム８００は、通信リンク８５６を介して中央制御システムに結合される。例えば、いくつかの実施形態では、位相コントローラ８０２は、ＣＯＭＭリンク８５６を介して中央制御システムと通信する。
【０１４３】
図４−７の例証的配列４００−７００および図８の位相制御システム８００は、ＡＣグリッドと１つ以上のＬＥＭとの間の電力相互作用を管理するために、本開示に従って使用されてもよい。
【０１４４】
いくつかの実施形態では、電子機器の分散は、ロバスト性および全体的システム信頼性を増加させる。
【０１４５】
いくつかの実施形態では、より多くのより小型のコンポーネントの使用は、量産原価が利用可能であることを可能にする。例えば、１２０個のパワーブレードが、２つのＬＥＭを有するリニア発電機システムに使用される場合には、１０，０００個の単位価格表示が、１００個のリニア発電機システムの構築時に達成される。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、位相制御システムの１つ以上のコンポーネントは、より小型の半導体の使用を可能にし得る、（例えば、電流、電圧、または両方の観点からの）低減した電力定格を有する。費用利点および潜在的な効率利益に加えて、より小型の半導体の使用はまた、スイッチング周波数を増加させる可能性も提供する（例えば、概して、小口径半導体が、より高速である）。さらに、反応性要素（例えば、容量および電磁成分）は、スイッチング周波数が増加するにつれてサイズを減少させることができる。例えば、図４−７の配列に関して、各位相を別個に制御することは、反応性要素が位相制御システム内に含まれる、異なるトポロジの使用を直接可能にする。これは、各位相制御システムの性能、費用、または両方を改良し得る。加えて、各位相を制御するための位相制御システムの使用は、位相を横断してより平滑な電圧波形を提供し得、ひいては、ＬＥＭ内の損失を低減させるであろう。さらに、位相制御システムトポロジは、電圧設定機能性を提供し得る。例えば、ＤＣバスを横断する電圧が時間を変動させるシステムを考慮すると、これは、より高い逆ＥＭＦを伴うＬＥＭの設計を可能にする。これは、低バス電圧構成の制約の除去に起因する。より高いＤＣバス電圧の使用は、電気損失（例えば、抵抗損失）を低減させる、より低いバス電流に対応する。例証的実施例では、標的電流を達成するために位相を横断して要求される電圧は、主に、逆ｅｍｆおよびインダクタンスに基づく。逆ｅｍｆは、電流からの力の生成に関連する（例えば、逆ｅｍｆが大きいほど、単位電流あたりの力が大きくなる）。さらなる例証的実施例では、より大きいＤＣバス電圧は、位相巻線内のより多くの巻数（例えば、より大きい逆ｅｍｆをもたらす）を可能にし得、これは、より小さい電流容量を有するスイッチ（例えば、より小型かつより安価なスイッチ）の使用を可能にし得る。
【０１４７】
いくつかの実施形態では、スイッチング周波数の増加は、制御目的のためにより高い帯域幅を提供する。例えば、より高いスイッチング周波数が、要求されるセンサの数を削減し、したがって、費用を削減し、場合により、信頼性を改良しながら、位相コントローラの所望の制御可能性を維持するために、使用されてもよい。例証するために、相電流上の単一のフィードバックループが、２状態フィードバックループ（例えば、相電圧および相電流、または電流およびモード制御）の代わりに、使用されてもよい。
【０１４８】
いくつかの実施形態では、位相リードは、星形構成で配線されてもよい。例えば、ワイタイプ構成に関して、各位相からの１つの位相リードが、中性端子（例えば、相電流が合計でゼロになるように、正味ゼロ電流入力または出力を有する）を形成するようにともに結合されてもよい一方で、各位相制御システムは、制御された相電圧、したがって、電流を、対応する位相の他方のリードに印加する。いくつかのそのような実施形態では、ＤＣバス電圧の一部のみ（例えば、バスと中性電圧との間の差）が、各位相を横断して印加するために利用可能であり得る。いくつかの実施形態では、位相リードの１つ以上のサブセットは、個別の中性端子（例えば、ともに結合され得るが、その必要はない）を有する、個別の星形構成で結合されてもよい。
【０１４９】
いくつかの実施形態では、位相毎の位相リードは、独立構成で配線されてもよい。例えば、位相制御システムは、位相あたり完全Ｈブリッジを含んでもよく、（例えば、所望の電流をいずれかの方向に流動させるように）いずれかの方向に位相を横断して完全ＤＣバス電圧を印加することが可能であり得る。これは、各位相に利用可能なより大きい電圧範囲、および他の位相からの完全制御独立を提供する。例えば、共通中性ワイ接続がないと、相電流は、合計でゼロになる必要はない。
【０１５０】
位相が独立構成で対応する位相制御システムに配線される、いくつかの実施形態では、位相制御システムは、任意の好適な様式（例えば、直列、並列、またはそれらの組み合わせ）で相互接続されてもよい。例えば、各位相制御システムは、ＤＣバス電圧よりも低い電圧における電力を提供してもよい。本柔軟性は、システムの全体的費用および効率を最適化することを補助し得る。
【０１５１】
いくつかの実施形態では、位相制御システムは、開放または短絡等の故障を検出し、故に、それ自体を遮断し（例えば、電流を対応する位相に印加しない）、残りのシステムを保護する。ＬＥＭは、ＬＥＭの位相が失われた場合に全体的電源能力の低減を被るであろうが、他の位相制御システムは、動作し続け得る。故に、ＬＥＭおよび位相制御システムの分散は、位相の損失に耐えるように構成されてもよい。例えば、全体的システムのための計画されたサービス間隔が存在する場合、故障した位相制御システムまたはそのコンポーネントは、緊急修理としてではなく、その時点で交換され得、リニア発電機は、その時点まで（例えば、場合により、低減した電力出力にもかかわらず）動作し続け得る。
【０１５２】
いくつかの実施形態では、各位相制御システムは、対応するＬＥＭまたはＬＥＭから電力を抽出するように構成されてもよい。例えば、検出されたシステム故障、または制御システム、その一部、もしくは他の位相制御システムとの通信の損失の場合、位相コントローラは、対応する位相内の逆ｅｍｆ電圧の反対方向に電流を命令することによって、トランスレータの運動エネルギーからエネルギーを抽出しようとしてもよい（例えば、位相を使用してトランスレータ運動を制動する）。
【０１５３】
長い固定子と、短い磁石区分とを含む（例えば、位相が磁石区分を越えて空間的に延在する）、いくつかの実施形態では、例えば、いくつかの位相が、磁石進行の少なくとも一部に未使用である。例えば、磁石が位相の下にない（例えば、位相のうちの少なくともいくつかと軸方向に重複していない）とき、位相は、有意な方法で磁石区分と電磁的に相互作用しないであろう。行程中の特定の時点で、未使用の位相は、インダクタとして使用されてもよく、位相制御システムは、コンデンサ内にエネルギーを貯蔵し、または電力変換を実施して、ＤＣバス電圧、バス電流、バス電力、またはそれらの組み合わせを調整することに役立つように構成されてもよい。故に、位相制御システムまたはその位相コントローラは、ＬＥＭ内で電磁力を励起させること以外の他の目的のために、使用されてもよい。
【０１５４】
図９は、本開示のいくつかの実施形態による、相電流（すなわち、位相内の電流）を管理するための例証的プロセス９００のフローチャートを示す。例えば、図８の位相コントローラ８０２または図４−７の位相制御システムのうちのいずれかは、例証的プロセス９００のステップを実装するように構成されてもよい。以下の説明は、位相制御システムとの関連で含まれるが、任意の好適な制御回路を使用して実装されてもよい。例証的プロセス９００は、例えば、同時または連続的に、複数の位相に対応する複数の位相制御システムによって実施され得ることを理解されたい。リニア多相電磁マシン（例えば、自由ピストン発電機）との関連で議論されているが、プロセス９００は、任意の好適な多相電磁マシンに適用されてもよい。
【０１５５】
ステップ９０２は、位相制御システムがイベントを検出するステップを含む。イベントは、例えば、処理アルゴリズムのサンプル時間、信号（例えば、メッセージ、値、またはフラグ）の受信、信号を受信できないこと、コンポーネントの障害、測定された電圧内の特徴（例えば、パルスのエッジ）、アナログ信号、任意の他の好適なイベント、またはそれらの任意の好適な組み合わせを含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、位相コントローラは、（例えば、位相コントローラ内に含まれるクロックから、または位相コントローラに通信されるクロック信号から）クロック信号の立ち上がりエッジを検出してもよい。さらなる実施例では、位相制御システムは、中央コントローラからのインジケーションであって、イベントであるインジケーションを受信してもよい。いくつかの実施形態では、例えば、位相コントローラは、アルゴリズムを実行してもよく、イベントは、（例えば、制御スキームの一部として）電流コントローラを実行するインジケーションであってもよい。
【０１５６】
ステップ９０４は、位相制御システムが少なくとも１つの位相内の電流を感知するステップを含む。いくつかの実施形態では、ステップ９０４は、位相コントローラが、位相コントローラに対応する少なくとも１つの位相内の電流を感知するように構成されるセンサから、入力信号を受信するステップを含む。例えば、ループタイプ誘導センサ、または高アンペア数精度抵抗器を横断する電圧測定が、信号を位相コントローラに提供するために使用されてもよい。さらなる実施例では、位相コントローラは、電流センサを含み得る、別のシステム（例えば、パワーエレクトロニクスシステム）から入力を受信してもよい。いくつかの実施形態では、位相コントローラは、１つ以上の物理的数量を感知し、これらの数量から電流を決定してもよい。例えば、位相コントローラは、好適な条件下で、磁束、相電圧、逆ｅｍｆ、または他の数量を感知し、これらの感知された数量とのその関係に基づいて、少なくとも１つの位相内の電流を決定してもよい。例証的実施例では、アナログ電流センサが、好適なサンプリングレートにおいて電流センサの出力をサンプリングし得る、位相コントローラのアナログ／デジタル変換器に結合されてもよい。センサは、例えば、位相制御システムの電力供給源によって給電されてもよい。
【０１５７】
ステップ９０６は、位相コントローラが制御信号を発生させるステップを含む。位相コントローラは、フィードバックループ制御アルゴリズム等のアルゴリズムを実行することによって、制御信号を発生させてもよい。いくつかの実施形態では、位相コントローラは、（例えば、アンペア単位の）所望の電流値を決定し、制御信号を発生させて、所望の電流値をパワーエレクトロニクスシステムに通信する。例えば、位相コントローラは、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生させ、パワーエレクトロニクスシステム（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、または他の高アンペア数スイッチングコンポーネントをアクティブ化し得る）に通信してもよい。さらなる実施例では、位相コントローラは、パワーエレクトロニクスシステム内に含まれる処理機器へのネットワーク接続を介して、ユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）、または他の好適なプロトコルを使用して、所望の電流を示すメッセージを通信してもよい。さらなる実施例では、位相コントローラは、（例えば、ＣＡＮｂｕｓ、Ｍｏｄｂｕｓ、ＳＰＩ、または他の直列バスもしくは並列バスを介した）任意の好適な数の導体を含む、低電圧バスを使用して、所望の電流を示す制御信号を発生させてもよい。制御信号は、デジタル信号、アナログ信号、光学信号、任意の好適なフォーマットのメッセージ、任意の他の好適な信号、その任意の好適な変調、またはそれらの任意の好適な組み合わせを含んでもよい。
【０１５８】
ステップ９０８は、パワーエレクトロニクスが、ステップ９０６の制御信号に部分的に基づいて、相電流を少なくとも１つの位相に印加するステップを含む。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスは、通信された電圧を位相リードに印加するように構成される、１つ以上のスイッチングコンポーネントを含む。例えば、いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスは、１つ以上のスイッチ（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣベースのＭＯＳＦＥＴＳ、もしくは他の好適なコンポーネント）、または所定のスケジュールにわたってＤＣバスから少なくとも１つの位相の位相リードに電圧を印加し得る、任意の好適な配列（例えば、Ｈブリッジ、星形接続）に配列される任意の他の好適なスイッチングコンポーネントを含んでもよい。例証すると、制御信号は、ＰＷＭ信号のデューティサイクルを示す時間周期にわたって（例えば、より長いデューティサイクルは、スイッチがより長い時間にわたってアクティブ化されるにつれて、より大きい相電流に対応する）好適な通信を伴って、スイッチを開閉するように構成されるＰＷＭ信号を含んでもよい。さらなる実施例では、いくつかの実施形態において、パワーエレクトロニクスは、スイッチのハーフブリッジを含んでもよく、位相リードは、ワイ接続されてもよく、パワーエレクトロニクスは、所定のスケジュールにわたって、ＤＣバスの１つのバスから少なくとも１つの位相の位相リードに電圧を印加することができる。
【０１５９】
いくつかの実施形態では、位相コントローラは、制御信号を発生させる際にＬＥＭの全ての位相内の所望の電流を使用する。例えば、ワイ接続された位相を考慮すると、中性端子に接続される位相の全てのための電流は、合計でゼロでなければならない（すなわち、適用可能であるようなキルヒホッフの電流の法則によって）。故に、ＬＥＭに対応する全ての位相コントローラは、合計でゼロであるように制約される、所望の電流値を決定してもよい。
【０１６０】
図９との関連で、所望の電流値は、所望の相電圧または所望の電流を示し得る他の任意の他の値によって、置換または補完され得ることを理解されたい。例えば、位相コントローラは、所望の相電圧、所望のＰＷＭデューティサイクル、所望の通信（例えば、正または負電流）、または任意の他の好適な値もしくは値の組合せを決定してもよい。さらなる実施例では、プロセス９００の例証的ステップは、１つ以上の相電流を管理するように、通常動作、制動、または両方の間に実装されてもよい。
【０１６１】
図１０は、本開示のいくつかの実施形態による、１つ以上の故障した位相制御システムを管理するための例証的プロセス１０００のフローチャートを示す。例証的プロセス１０００のステップは、複数の位相制御システム、中央コントローラ、またはそれらの好適な組み合わせによって実施されてもよい。以下の説明は、任意の好適なコントローラまたは制御システム内に含まれ得る、制御回路を参照するであろう。いくつかの実施形態では、プロセス１０００の例証的ステップは、障害（例えば、位相内の短絡、応答しない位相、位相の改変した性質）等のイベントを検出するステップに応答して、実施される。リニア多相電磁マシン（例えば、自由ピストン発電機）との関連で議論されているが、プロセス１０００は、任意の好適な多相電磁マシンに適用されてもよい。
【０１６２】
ステップ１００２は、制御回路が、位相制御システムまたはそのコンポーネントが故障したかどうかを決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、各位相制御システムは、ステップ１００２を実施してもよい。例えば、複数の位相制御システムは、相互と通信し、ローカル故障が起こった（すなわち、本位相制御システムが故障した）かどうかを（例えば、任意の好適な通信プロトコルを使用して）他の位相制御システムに示してもよい。例証すると、各位相制御システムは、故障が起こったかどうかを示すように構成され得る、ステータスインジケータを全ての他の位相制御システムに送信してもよい。さらに、インジケーションの非存在もまた、故障が起こったことを決定するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、中央制御システムは、各位相制御システムと通信し、（例えば、通信の欠如または故障の肯定的インジケーションによって）故障したかどうかを決定してもよい。いくつかの実施形態では、中央制御システム、１つ以上の位相制御システム、もしくはそれらの組み合わせは、ＬＥＭの動作条件の測定または計算された値に基づいて、位相制御システムが故障したことを決定してもよい。例えば、測定された電流、電圧、磁束、逆ｅｍｆ、他の信号、または信号の特徴が、特定の位相の故障を示す場合、対応する位相制御システムは、故障したと決定されてもよい。いくつかの実施形態では、短絡、開回路、熱劣化、または他の故障イベント等の位相の故障は、位相制御システムが故障したという決定を引き起こし得る。さらなる実施例では、グリッドタイインバータが故障したと決定される場合、制御回路は、故障したグリッドタイインバータに結合される任意の位相制御システムも故障したことを決定してもよい。故障イベントは、位相制御システムの任意のコンポーネント（例えば、図８のコンポーネントまたはシステムのうちのいずれか）、位相自体（例えば、位相の巻線、位相の相互接続、または位相の鉄の心）、位相リード、グリッドタイインバータ、ＤＣバス、ＤＣバスに結合されるリード、ＤＣ−ＤＣ変換器、センサ、通信リンク、コンポーネント（例えば、エネルギー貯蔵デバイス）、任意の他の好適なコンポーネントまたはシステム、もしくはそれらの任意の組み合わせの故障を含んでもよい。
【０１６３】
位相制御システムが故障していないことがステップ１００２において決定される場合、位相制御システムは、例えば、図９のプロセス９００を続けて実行する、または実行し続けてもよい。１つ以上の位相制御システムが故障したことがステップ１００２において決定される場合には、制御回路は、ステップ１００４に進んでもよい。ステップ１００４は、制御回路が、故障した１つ以上の位相制御システムを識別するステップを含む。いくつかの実施形態では、ステップ１００４は、ステップ１００２と組み合わせられてもよい。例えば、少なくとも１つの位相制御システムが故障したという決定は、位相制御システムを識別するステップを含んでもよい。ステップ１００４は、制御回路が、アドレス（例えば、故障した位相制御システムのＩＰアドレスまたは他の通信アドレス）、インデックス（例えば、故障した位相制御システムを示す整数）、位相インデックス（例えば、ＬＥＭの位相ｊ）、シリアル番号、任意の他の好適な識別、またはそれらの任意の組み合わせを決定するステップを含んでもよい。
【０１６４】
ステップ１００６は、制御回路が、少なくとも１つの故障した位相制御システムを単離するステップを含む。いくつかの実施形態では、ステップ１００６は、位相コントローラが、ゼロ電流を示す信号（例えば、最小限のデューティサイクルを伴うＰＷＭ信号）を発生させるステップを含む。いくつかの実施形態では、ステップ１００６は、位相コントローラが、いずれの制御号も発生させることを止める（例えば、パワーエレクトロニクスとの通信を止める）ステップを含む。いくつかの実施形態では、ステップ１００６は、１つ以上のスイッチングコンポーネント（例えば、接触器、トランジスタ、または継電器）が、回路を開放し、それによって、故障した位相制御システムに結合される位相リードへのＤＣバス電圧の印加を防止するステップを含んでもよい。ステップ１００６は、電気的単離を含み、それによって、電流が故障した位相制御システムによって印加されないように、電流が故障した位相に印加されないように、または両方を防止する。
【０１６５】
ステップ１００８は、制御回路が、故障していない（例えば、依然として動作可能な）位相制御システムのための１つ以上の電流制約を修正するステップを含む。例えば、１つ以上の位相制御システムが故障した場合、残りの位相制御システムは、対応するＬＥＭの継続的動作を可能にし得る。しかしながら、全ての位相制御システムが電流を対応する位相（例えば、ステップ１００６からの単離された位相制御システム）に印加することができるわけではない場合、残りの位相制御システムによって印加される電流の量は、修正されてもよい。例えば、いくつかの位相が無効にされた状態で同一の電磁力を達成することは、残りの位相内の増加した電流の流動を要求し、位相の間の電流分布は、任意の好適な方法を使用して決定される。例証的実施例では、ワイ接続された位相を考慮すると、位相制御システムおよび対応する１つ以上の位相の単離は、残りの位相内の印加された電流が合計でゼロであることを要求する。いくつかの実施形態では、中央制御システム、位相コントローラ、または両方のいずれかによる電流の決定は、１つ以上の位相制御システムの単離を反映するように修正されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、故障した位相制御システムの識別および単離に続いて、残りの位相制御システムは、残りの位相制御システムのみに基づいて、プロセス９００を実施してもよい（例えば、いかなる電流も故障に対応する位相に印加しない）。障害イベントが検出される度に、電流の決定はさらに、対応する位相制御システムの単離を反映するように制約されてもよい。さらに、ＬＥＭが動作することを止める（例えば、自動制御を開始する）べきであるとステップ１００８において決定されてもよい。例えば、故障した位相制御システムに対応する十分な数の位相が、（例えば、ステップ１００６における）単離に起因して電流を印加させることができない場合、制御回路は、継続的動作が安全ではない、非効率的である、または別様に望ましくないと決定し、故に、ＬＥＭの動作停止（例えば、対応するトランスレータの運動を減速または停止させることを含む）を管理してもよい。十分な数の位相は、所望の電磁力が達成されることができないこと、所望のトランスレータ位置が到達されることができないこと、または別様にシステムの性質が所望の値を達成できないことによって決定され得る。
【０１６６】
図９−１０のステップまたは説明は、本開示の任意の他の実施形態と併用され得ることが考慮される。加えて、図９−１０に関連して説明されるステップおよび説明は、本開示の目的を促すために、代替順序で、または並行して、行われてもよい。さらに、これらのステップはそれぞれ、システムまたは方法の遅延を低減させる、もしくは速度を増加させるように、任意の順序で、または並行して、もしくは実質的に同時に実施されてもよい。これらのステップのうちのいずれかはまた、プロセスから好適に抜かされる、または省略されてもよい。さらに、図１−８に関連して議論される好適なデバイスまたは機器のうちのいずれかは、図９−１０におけるステップのうちの１つ以上のものを実施するために、単独で、または一斉に使用され得ることに留意されたい。
【０１６７】
制動との関連で説明される、図１１−３１の例証的プロセスおよびシステムのうちのいずれかは、電磁マシンの１つの位相、電磁マシンの１つを上回る位相、１つを上回る電磁マシンの位相（例えば、対向トランスレータと関連付けられる固定子）、またはそれらの任意の組み合わせに適用されてもよい。さらに、制動技法は、１つの位相または１つを上回る位相を有する、電磁マシンに適用されてもよい。図１−１０に示される例証的技法、システム、および構成のうちのいずれかは、本開示の制動プロセスのうちのいずれかを実装するために使用されてもよい。
【０１６８】
いくつかの実施形態では、制御システムは、動作中にイベントを検出し、トランスレータを制動するための電磁技法を決定し、好適な時間周期にわたって動作停止させる、減速させる、または移動を停止させてもよい。図１１は、本開示のいくつかの実施形態による、自動制動のための例証的プロセス１１００のフローチャートを示す。例証的プロセス１１００のステップは、１つ以上の位相制御システム、中央コントローラ、もしくはそれらの好適な組み合わせによって実施されてもよい。以下の説明は、任意の好適なコントローラまたは制御システム内に含まれ得る、制御回路を参照するであろう。
【０１６９】
測定１１０１は、センサ信号、センサ信号から導出されるメトリック、モデルの出力（例えば、オブザーバの出力または物理的数量もしくは動作パラメータの推定）、動作パラメータを示す任意の他の好適な値またはメトリック、もしくはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。ステップ１１０２は、制御回路が、イベントを検出する、または別様にイベントが起こったことを決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、イベントは、障害イベントまたは故障イベントを含んでもよい。制御回路がステップ１１０２においてイベントを検出したかどうかに応じて、制御回路は、制動プロセス１１０６または通常動作１１０４のいずれかに進んでもよい。通常動作１１０４は、イベントが検出されなかったときに実施される例証的プロセスである。制動プロセス１１０６は、イベント（例えば、自動制動を要求する障害）が検出されることに応答して実施される例証的プロセスである。いくつかの実施形態では、制御回路は、障害のタイプ、１つ以上の動作パラメータに関する可用性情報（例えば、存在する場合、動作パラメータに関して利用可能である情報の内容）、通信の損失、任意の他の好適な障害、またはそれらの任意の組み合わせを決定してもよい。例証的実施例では、制御システムは、ステップ１１０２を繰り返し実施し、障害をチェックし、障害が検出されるまでステップ１１０４を実施してもよい。ステップ１１０６は、相電流を決定するためのアルゴリズムを修正するステップ、相電流への制約を変更するステップ、制動と関連付けられる所望の位置情報（例えば、短縮された行程長および低減されたトランスレータ速度）を決定するステップ、制動と関連付けられる所望の力情報（例えば、トランスレータに印加される所望の制動力、１つを上回るトランスレータに印加される同期化制動力）を決定するステップ、任意の他の好適な修正、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、障害のタイプに基づいて、制動アルゴリズムを決定してもよい。例えば、位置情報が利用可能であり、電流情報が利用可能である場合、制御回路は、所望の標的位置を調節してトランスレータを減速させながら、通常動作中として相電流を決定し続けてもよい。さらなる実施例では、位置情報が利用不可能である場合、制御回路は、位置推定またはｅｍｆ極性推定を実施し、相電流を決定してもよい。
【０１７０】
いくつかの実施形態では、プロセス１１００は、１つを上回るコントローラまたは制御システムによって実装されてもよい。例えば、通常動作（例えば、ステップ１１０４）中に、第１のコントローラが、使用されてもよく、制動（例えば、ステップ１１０６）中に、第２のコントローラが、使用されてもよい。いくつかの実施形態では、制動のためにアクティブ化されるコントローラは、通常動作のために使用されるコントローラよりも比較的に単純であり得る（例えば、あまり計算上複雑ではない）。制動が、効率的である、精密である、または動作パラメータ値の非常に厳密な許容差を含むことを要求されない動作条件を伴い得るため、関連付けられるコントローラまたは制御システムは、比較的により少ないパラメータ、比較的により少ないコマンドを含む、または別様により単純に動作するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、制動中に使用されるコントローラは、関連付けられる電力供給源、関連付けられる通信リンク、関連付けられるプロセッサ、任意の他の関連付けられるまたは専用機器、もしくはそれらの任意の組み合わせを有してもよい。いくつかの実施形態では、通常動作および制動のための別個の制御システムは、冗長性を提供する。例えば、通常動作制御システムの障害の場合、制動制御システムは、機能的であり、１つ以上のトランスレータを制動することが可能なままであってもよい。いくつかの実施形態では、１つの制動コントローラ、または１つを上回る制動コントローラが、含まれてもよい。例えば、各位相、モータ、または他の好適なハードウェア群は、関連付けられる個別の制動コントローラを有してもよい。
【０１７１】
いくつかの実施形態では、プロセス１１００は、単一の制御システムによって実装される１つを上回る制御アルゴリズムを含んでもよい。例えば、通常動作（例えば、ステップ１１０４）中に、第１のアルゴリズムが、使用されてもよく、制動（例えば、ステップ１１０６）中に、第２のアルゴリズムが、使用されてもよい。いくつかの実施形態では、制御システムは、フラグ、状態マシン（例えば、システム状態を管理するように構成される）、またはアルゴリズム状態を管理するための他の好適な管理機構を実装してもよい。
【０１７２】
図１２は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンの位相１２４０に結合されるパワーエレクトロニクスシステム１２３０を含む、例証的配列１２００を示す。配列１２００は、（例えば、図１２に明示的に示されていない、多相電磁マシン１２９７の）位相１２４０内の電流を制御するように構成され得る、モータコントローラ１２６０、センサ１２５０、微分器１２６０、および比較器１２７０を含む。いくつかの実施形態では、センサ１２５０は、電流センサを含んでもよく、微分器１２８０および比較器１２７０は、感知された電流の導関数の符号を決定するために使用されてもよい。
【０１７３】
いくつかの実施形態では、微分器１２８０、比較器１２７０、または両方は、ハードウェアに埋め込まれる。例えば、微分器１２８０は、演算増幅器、コンデンサ、および抵抗器を含む、アナログ回路を使用して、実装されてもよい。さらに、比較器１２７０は、演算増幅器を含む、アナログ回路を使用して、実装されてもよい。故に、例えば、センサ１２５０からの信号は、微分器１２８０によって微分され、微分された値の符号を決定するようにＶｒｅｆ１２７４（例えば、０ボルトであり得る）と比較されてもよい。例証すると、微分された信号がＶｒｅｆ１２７４を上回る場合には、比較器１２７０は、デジタル高（例えば、２進法で「１」）を出力してもよく、逆に、微分された信号がＶｒｅｆ１２７４未満である場合には、比較器１２７０は、デジタル低（例えば、２進法で「０」）を出力してもよい。いくつかの実施形態では、Ｖｒｅｆ１２７４は、モータコントローラ１２６０によって提供されてもよい。いくつかの実施形態では、Ｖｒｅｆ１２７４は、接地（例えば、シャシ）であってもよい。Ｖｒｅｆ１２７４は、任意の好適な基準電圧を含んでもよい。
【０１７４】
いくつかの実施形態では、微分器１２８０、比較器１２７０、または両方は、（例えば、モータコントローラ１２６０の）ソフトウェアで実装される。例えば、位相リード１２４２内の瞬時電流を示し得る、センサ１２５０からの信号は、モータコントローラ１２６０において受信されてもよい。モータコントローラ１２６０は、信号を処理し、１つ以上の信号動作を適用し、またはそれらの組み合わせを行い、信号の導関数を示す値を決定し、次いで、値を基準値と比較してもよい。いくつかの実施形態では、モータコントローラ１２６０は、履歴値を記憶してもよく、履歴値の加重された組み合わせに基づいて導関数の符号を推定してもよい。例えば、任意の好適な数値技法が、本開示に従って、測定された電流の導関数の符号を推定するために使用されてもよい。
【０１７５】
センサ１２５０は、位相リード１２４２の電気パラメータを感知するための任意の好適なセンサを含んでもよい。図１２に示されるように、センサ１２５０は、位相リード１２４２内の瞬時電流を示す信号を出力するように構成され得る、ループ電流センサを含んでもよい。しかしながら、任意の好適なセンサが、本開示に従って使用されてもよい。例えば、センサ１２５０は、位相リード１２４２および１２４４、位相リード１２４２または１２４４のいずれか一方および接地、もしくはそれらの任意の組み合わせの間の相電圧を測定するように構成される、電圧センサを含んでもよい。
【０１７６】
いくつかの実施形態では、配列１２００の１つ以上のコンポーネントは、群化される、統合される、または別様に組み合わせられてもよい。例えば、システム１２９０は、（例えば、ハードウェアまたはソフトウェア内の）統合型システムとして実装され得る、モータコントローラ１２６０、比較器１２７０、および微分器１２８０を含む、例証的群化を示す。例証すると、いくつかの実施形態では、図３の制御システム３５０は、システム１２９０を含む。さらなる実施例では、システム１２９５は、相互接続１２９８を介して多相電磁マシン１２９７に結合される統合型システムとして実装され得る、パワーエレクトロニクスシステム１２３０、センサ１２５０、および位相リード１２４２および１２４４を含む、例証的群化を示す。例証すると、いくつかの実施形態では、図３のパワーエレクトロニクスシステム３３０は、システム１２９５を含む（例えば、故に、センサ１２５０は、パワーエレクトロニクスシステム１２３０に結合されてもよい）。システム１２９０および１２９５は、例証的であり、任意の好適な群化または統合が、本開示に従って使用され得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、システム１２９０は、含まれる必要がなく、センサ１２５０は、パワーエレクトロニクスシステム１２３０、制御システム、サブシステムまたはモジュール、もしくはそれらの組み合わせに結合される。
【０１７７】
以下の方程式１は、位相が短絡されていないときに、位相ｊのための相電圧Ｖ（すなわち、パワーエレクトロニクスシステム１２３０における位相リード１２４２および１２４４を横断して測定される、位相ｊを横断した電圧降下）、（例えば、センサ１２５０によって測定されるような）位相ｊのための電流ｉ、位相ｊ内の抵抗Ｒ、位相ｊ内のインダクタンスＬ（例えば、位置、磁束、電流、および／または他のパラメータに依存し得る、位相１２９７の巻線のインダクタンス）、位相ｊ内の電流ｉの時間導関数、位相ｊ内の力定数ｋ（例えば、位置、磁束、電流、および他のパラメータに依存し得る）、およびトランスレータ速度（例えば、位相ｊと電磁的に相互作用するトランスレータ）が関連する方法の例証的実施例を提供する。
【化２】
2020534776.tif 000004
方程式１の右辺（ＲＨＳ）上の第１の項は、位相ｊ内の抵抗電圧降下を表し、ＲＨＳ上の第２の項は、位相ｊ内の誘導電圧降下を表し、ＲＨＳ上の第３の項は、（例えば、トランスレータの運動からの）逆ｅｍｆを表す。
【０１７８】
方程式２は、位相が短絡されている（例えば、位相リード１２４２および１２４４がパワーエレクトロニクスシステム１２３０においてともに接続される）ときに、位相ｊ（例えば、位相１２９７）のための逆ｅｍｆ、位相ｊ内のインダクタンスＬ、および位相ｊ内の電流ｉの時間導関数が近似的に関連する方法の例証的実施例を提供する。方程式２は、Ｖｐｈａｓｅ，ｊをゼロとして定義し（例えば、位相リードが短絡される）、抵抗電圧降下項を無視することによって、方程式１から達し得ることに留意されたい。
【化３】
2020534776.tif 000005
方程式３は、ｋｊ＊ｖが逆ｅｍｆである、方程式２を代数的に再配列することに起因する。方程式３は、逆ｅｍｆの符号が、電流内の導関数の符号から概算され得る（例えば、それらが方程式３では反対の符号を有する）ことを示す。
【０１７９】
以下の方程式４は、位相ｊが電流を有していない（例えば、位相リード１２４２および１２４４がパワーエレクトロニクスシステム１２３０において相互またはバスに接続されていない）ときに、位相ｊのための相電圧Ｖ（すなわち、位相ｊを横断する電圧降下）および逆ｅｍｆが関連する方法の例証的実施例を提供する。例えば、方程式４ａは、パワーエレクトロニクスシステムがゼロの電流を印加しようとするとき、または対応するスイッチ（例えば、位相リードをバスまたは中性端子に結合する）が全くアクティブ化されない場合に、関連し得る。さらなる実施例では、方程式４ｂは、パワーエレクトロニクスシステムがＤＣ電流を印加しようとするときに関連し得る（例えば、これは、抵抗Ｒが小さい場合に方程式４ａまで簡略化する）。
【化４】
2020534776.tif 000006
【０１８０】
いくつかの実施形態では、コントローラは、ｅｍｆを示す極性に基づいて、制御信号を決定するように構成されてもよい。図１３は、本開示のいくつかの実施形態による、制御信号１３５０を決定するための例証的コントローラ１３００を示す。コントローラ１３００は、任意の好適なハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装されてもよい。コントローラ１３００は、制御信号１３５０が電流を位相ｊに印加するようにパワーエレクトロニクスにダイレクトするように構成され得る、位相ｊの観点から下記に説明されるであろう。いくつかの実施形態では、コントローラ１３００によって実施されるアクションは、多重化されてもよい（例えば、値のベクトルが、モジュールに沿ってパスされ、制御信号１３５０は、多重化信号である）。いくつかの実施形態では、コントローラ１３００に類似するコントローラのセットが、含まれ、それぞれは、制御信号を個別のパワーエレクトロニクスに出力し、電流を個別の位相に印加してもよい。例証的実施例では、コントローラ１３００は、図３に示される制御システム３５０等の処理機器上にリアルタイムで実装されてもよい。図１３に関する以下の議論は、簡単にするために、順序論理および動作の観点からであろうが、任意の好適な計算配列を使用して実装されてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ１３００は、制動電流（例えば、トランスレータ上に電磁力を引き起こし、トランスレータの運動に対抗する相電流）を印加することによって、トランスレータを制動するために構成される。
【０１８１】
測定された電流１３０４は、任意の好適なハードウェアまたはソフトウェアから受信されてもよい。例えば、電流センサからの信号は、固定サンプリング周波数において測定された電流１３０４を提供し得る、制御システムのアナログ／デジタル変換器に提供されてもよい。
【０１８２】
短絡波形１３０２は、例えば、位相が時間内に短絡されるものであるときを定義する恣意的信号を出力するように構成されてもよい。例えば、波形１３０１は、位相ｊを短絡させるためのスケジュールを示す、高い値（例えば、短絡させる）および低い値（例えば、短絡させない）を含む。
【０１８３】
インバータ１３０６は、短絡波形１３０２の出力を反転させるように構成されてもよい。例えば、波形１３０１が高いとき、インバータ１３０６は、低を出力してもよく、波形１３０１が低いとき、インバータ１３０６は、高を出力してもよい。
【０１８４】
電流ラッチ１３０８は、インバータ１３０６の出力が高いときに、最新の測定された電流１３０４値を出力してもよく、インバータ１３０６の出力が低いときに、固定値（例えば、最後の値）を出力してもよい。
【０１８５】
電流差ラッチ１３１０（すなわち、ラッチ１３１０）は、短絡波形１３０２の出力が高いときに、測定された電流１３０４とラッチ１３０８のラッチ出力との間の最新の差を出力するように構成されてもよく、短絡波形１３０２の出力が低いときに、固定値（例えば、最後の値）を出力してもよい。
【０１８６】
最大電流１３１２は、最大所望電流の一定の値（例えば、３５０アンペア）、種々の値（例えば、他のパラメータに依存する）、または任意の他の好適な値を含むように構成されてもよい。例えば、最大電流１３１２は、パワーエレクトロニクス、多相電磁マシン、または両方の能力に対して制動中に位相ｊに印加されるべき最大安全電流値を含んでもよい。
【０１８７】
符号１３１４は、入力の符号に基づいて、正または負の基準値のいずれかを出力するように構成されてもよい。例えば、ラッチ１３１０の出力が正である場合、符号１３１４は、正の１を出力してもよい一方で、ラッチ１３１０の出力が負である場合、符号１３１４は、負の１を出力してもよい。故に、符号１３１４は、符号を留保しながら（例えば、または符号１３１４が反転される場合、符号の反対を留保しながら）ラッチ１３１０の出力を正規化するために使用されてもよい。
【０１８８】
乗算器１３１６は、最大電流１３１２および符号１３１４の出力を乗算し、制動のために所望の符号の最大電流を発生させるように構成されてもよい。
【０１８９】
加算１３１８は、乗算器１３１６の出力および測定された電流１３１８を組み合わせ、誤差または差信号を発生させるように構成されてもよい。誤差信号は、測定された電流が所望の最大電流と異なる程度を示し得る。図１３に示されるように、加算１３１８は、乗算器１３１６の出力を測定された電流１３０４の負の数と組み合わせる（すなわち、乗算器１３１６の出力から測定された電流を減算する）。
【０１９０】
利得１３２０は、一定であり得る、または他のパラメータに依存し得る、倍数によって、加算１３１８の出力を乗算するように構成されてもよい。例えば、利得１３２０は、Ｐ制御（例えば、比例コントローラ）を示す定数によって加算１３１８の出力を乗算してもよい。
【０１９１】
飽和１３２２は、乗算器１３２４の前に利得１３２０の出力を限定するように構成されてもよい。例えば、飽和１３２２は、所定の最大値と所定の最小値との間の値に利得１３２０の出力を限定してもよい。飽和１３２２は、明確に定義されていない、危険な、または合理的ではない値が乗算器１３２４に伝搬しないように防止するように構成されてもよい。
【０１９２】
乗算器１３２４は、インバータ１３０６の出力によって飽和１３２２の出力を乗算するように構成されてもよい。故に、短絡波形１３０２が高を出力する（例えば、短絡させる）場合には、乗算器１３２４は、ゼロを出力し（すなわち、飽和１３２２の出力によって乗算されるゼロがゼロであり）、短絡させるときに制御信号が出力されない（例えば、制御信号１３５０が、非アクティブである）。また、短絡波形１３０２が、低を出力する（例えば、短絡させない）場合には、乗算器１３２４は、飽和１３２２の出力を出力し、制御信号１３５０は、短絡させないときに（例えば、相電流が所望され得るときに）アクティブである。
【０１９３】
制御信号１３５０は、位相ｊ内の電流の印加を引き起こすように、例えば、パワーエレクトロニクスに出力されてもよい。例証的実施例では、制御信号１３５０は、スイッチ（例えば、（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、または任意の他の好適なデバイス）のための「オン」時間を規定する、対応するデューティサイクルを伴って、ＰＷＭ信号を含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御信号１３５０は、位相ｊへの電流の印加を引き起こすための１つを上回る信号を含んでもよい。例えば、ワイ接続された位相に関して、制御信号１３５０は、（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、または他のコンポーネントのセットを使用して）位相リードをＤＣバスの高バスまたは低バスに接続するための信号を含んでもよい。
【０１９４】
短絡波形１３０２が、低い値を出力する（例えば、短絡されない）場合、ラッチ１３０８は、アクティブであり、ラッチ電流の値（すなわち、ラッチ１３０８の出力としての「ＩＬＡＳＴ」）は、ラッチ１３１０において更新される。しかしながら、ラッチ１３１０は、アクティブではなく、固定（すなわち、ラッチ）値を出力する。インバータ１３０６の出力は、高く、故に、制御信号１３５０は、アクティブであり、所望の符号を有する、最大電流１３１２を示す制御信号を出力する。図１３に示されるように、符号１３１４は、ラッチ１３１０がアクティブではないときに値を変化させないことに留意されたい。
【０１９５】
短絡波形１３０２が、高い値を出力する（例えば、短絡される）とき、ラッチ１３０８は、非アクティブであり、ラッチ電流（すなわち、ラッチ１３０８の出力）は、ラッチ１３１０において更新されない。しかしながら、ラッチ１３１０がアクティブであるとき、測定された電流１３０４とラッチ１３０８が非アクティブである前からのラッチ電流との間の差を出力する（すなわち、差が更新されている）。インバータ１３０６の出力は、低く、故に、制御信号１３５０は、非アクティブであり、制御信号は、出力されない。図１３に示されるように、ラッチ電流は、ラッチ１３０８がアクティブではないときに値を変化させないことに留意されたい。
【０１９６】
短絡状態と非短絡状態とを繰り返すことによって、コントローラ１３００は、所望の符号を有する、最大所望電流を印加し、多相電磁マシンのトランスレータを制動してもよい。短絡するとき、コントローラ１３００は、測定された電流（例えば、また、逆ｅｍｆ）の導関数についての情報を更新する。短絡しないとき、コントローラ１３００は、適切な符号を有する、最大所望制動電流の印加を引き起こす。
【０１９７】
図１４は、本開示のいくつかの実施形態による、図１３のコントローラ１３００の出力を処理するための例証的コントローラ１４００を示す。議論の目的のために、コントローラ１４００は、パワーエレクトロニクスシステムおよび多相電磁マシンの簡略化された表現を提供し得る。コントローラ１４００の説明は、制御信号をパワーエレクトロニクスに印加し、位相内の電流の印加を引き起こし、トランスレータを制動することの例証的結果を提供することを意図している。制御信号１４０８は、図１３の制御信号１３５０に類似し得るが、同じである必要はない。図１５−１６内に提供されるプロットは、例えば、コントローラ１４００およびコントローラ１３００から導出され得、コントローラ１４００によって近似的にモデル化され得る多相電磁マシンを示し得る、情報を例証する。
【０１９８】
逆ｅｍｆ１４２０は、例えば、乗算器１４０６によって乗算されるような、トランスレータ速度１４０２および力定数１４０４の積として、推定されてもよい。
【０１９９】
相電圧１４３０は、制御信号１４０８によって乗算される比例係数として推定される。例えば、制御信号１４０８がＰＷＭ信号である場合、相電圧１４３０は、ＰＷＭデューティサイクルに比例し得る（例えば、完全デューティサイクルは、完全ＤＣバス電圧またはバスライン・中性端子間相電圧に対応する）。図１４に示されるように、相電圧「ＶＰＨＡＳＥ」は、利得１４１０における制御信号１４０８から決定される。
【０２００】
位相ｊ内の電流１４２２（例えば、図１３では測定された電流１３０４の推定値としての役割を果たし得る）は、加算１４１４、利得１４１６におけるインダクタンスＬによる除算、および積分１４１８（例えば、電流の時間導関数を電流１４２２に変換する）において実施される、電圧総和に基づいて決定される。図１４に図示されるようなコントローラ１４００は、方程式１によって表されるものに類似する算出を実施するが、電流１４２２について解法する。
【０２０１】
位相Ｉからの瞬時電気電力は、瞬時電流１４２２および相電圧１４３０を乗算する、乗算器１４２４の出力として求められる。累積エネルギー１４２８は、好適な始点からの瞬時電力の積分器１４２６を介した時間積分である。
【０２０２】
図１５−１６は、データおよび例証的モデル値を使用する、図１４のコントローラ１４００の例証的出力を示す。コントローラ２２００および１４００、および図１５−１６に示されるプロットは、例証的にすぎず、本開示による実施例を提供するように含まれることを理解されたい。
【０２０３】
図１５は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンに対応する例証的エネルギーメトリックのプロット１５００を示す。プロット１５００に示されるメトリックは、制動中にトランスレータから除去される累積エネルギーである。示されるように、エネルギーの殆どは、約１つの時間尺度１５０２（すなわち、時間の単位測定値）内に除去される。時間尺度１５０２は、任意の好適な時間周期、行程の数、サイクルの数、クロックパルス、サンプリング点、または他の進行変数であってもよい。いくつかの実施形態では、制動は、比較的に迅速に（例えば、１つの行程またはいくつかの行程内に）起こってもよく、制動力は、比較的により大きくあり得る（例えば、通常動作中に印加される電磁力よりも大きい）。いくつかの実施形態では、制動は、比較的にゆっくりと（例えば、多くの行程の経過にわたって）起こってもよく、制動力は、比較的により小さくあり得る（例えば、通常動作中に印加される電磁力に類似する、またはそれよりもよりも小さい）。
【０２０４】
図１６は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンの位相に対応する、例証的信号のプロット１６１０および１６２０を示す。プロット１６１０は、パルスが短絡に対応する（例えば、高いときに短絡し、低いときに短絡しない）、例証的短絡波形１６１１を示す。プロット１６２０は、短絡波形に対応する例証的相電流１６２１およびｅｍｆ１６２２を示す。いくつかの実施形態では、短絡波形１６１１のパルスの周波数は、相電流またはｅｍｆの極性変化の周波数よりも高い。
【０２０５】
図１７は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンの１つ以上の位相内の電流を管理するための例証的プロセス１７００のフローチャートを示す。プロセス１７００は、通常動作および制動プロセスを含む、図１１のプロセス１１００の例証的実施例である。
【０２０６】
ステップ１７０２は、制御回路が、イベントを検出する、または別様にイベントが起こったことを決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、イベントは、障害イベントまたは故障イベントを含んでもよい。例えば、障害イベントは、制御システム（例えば、図３の制御システム３５０）内の通信の損失を含んでもよい。さらなる実施例では、障害イベントは、多相電磁マシン（例えば、図３の多相マシン３４０）内の位相の意図的ではない短絡を含んでもよい。さらなる実施例では、障害イベントは、制御システムによって受信されるようなセンサ（例えば、エンコーダ、相電流センサ、またはＤＣバス電圧センサ）からの信号の損失を含んでもよい。さらなる実施例では、障害イベントは、その間に制動が所望される、制御システムからの「停止」へのモード変更を含んでもよい。さらなる実施例では、障害イベントは、制御システムまたは位相制御システムからのＰＷＭ制御またはそのＰＷＭ信号の損失を含んでもよい。さらなる実施例では、障害イベントは、ＤＣバスの損失（例えば、ＤＣバス電圧の損失）、ＤＣバスの制御の損失、ＤＣバスに結合されるコンポーネント（例えば、エネルギー貯蔵デバイス）の損失を含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、診断のセットを実施すること（例えば、信号がリフレッシュしていることをチェックすること、センサが信号を提供していることをチェックすること、システムおよびサブシステムの間の全ての通信が起こっていることをチェックすること）によって、イベントが起こったことを決定してもよい。
【０２０７】
制御回路がステップ１７０２においてイベントを検出したかどうかに応じて、制御回路は、プロセス１７５０（例えば、ステップ１７０４）またはプロセス１７７０（例えば、ステップ１７１０）のいずれかに進んでもよい。プロセス１７７０は、イベントが検出されていない（例えば、通常動作）ときに実施される例証的プロセスである。プロセス１７５０は、イベントが検出されること（例えば、自動制動を要求する障害）に応答して実施される例証的プロセスである。
【０２０８】
ステップ１７０４は、制御回路が位相ｊを短絡させるかどうかを決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、ステップ１７０４は、多相電磁マシンの全ての位相に関して繰り返される。いくつかの実施形態では、制御回路は、短絡波形に基づいて位相ｊを短絡させるかどうかを決定する。例えば、短絡波形は、一連の２進値を含んでもよく、値が０または１であるかどうかに応じて、制御回路は、位相ｊを短絡させるかどうかを決定してもよい。
【０２０９】
ステップ１７０６は、制御回路がパワーエレクトロニクスシステムを介して短絡プロセスを発生させるステップを含む。いくつかの実施形態では、制御回路は、制御信号をパワーエレクトロニクスシステムに伝送し、位相ｊを短絡させる。ステップ１７０６は、例えば、制御回路が、好適な接触器を切り替えて位相ｊを短絡させるために、制御信号をパワーエレクトロニクスシステムに送信するステップ、制御回路が、好適なトランジスタを切り替えて位相ｊを短絡させるために、制御信号をパワーエレクトロニクスシステムに送信するステップ、位相ｊ内の電流を示す測定を実施するステップ、位相ｊ内の電圧を示す測定を実施するステップ、位相Ｉ内の磁束を示す測定を実施するステップ、またはそれらの任意の好適な組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、ステップ１７０４に戻る前に、所定の時間周期にわたって短絡プロセス１７０６を維持する。いくつかの実施形態では、制御回路は、制御回路が位相ｊを短絡させないことを決定するまで、連続的に（例えば、制御ループ内で）ステップ１７０４および１７０６を繰り返してもよい。パワーエレクトロニクスシステムは、デジタル信号（例えば、２進法の０または１、ＰＷＭ信号、パルス信号）、メッセージ（例えば、イーサネット（登録商標）を経由して伝送されるＵＤＰまたはＴＣＰメッセージ）、アナログ信号（例えば、アナログ電圧または電流信号）、任意の他の好適な信号、その変調、またはそれらの任意の組み合わせの形態であり得る、制御信号を受信するように構成されてもよい。
【０２１０】
ステップ１７０８は、制御回路がパワーエレクトロニクスシステムを介して制動プロセスを発生させるステップを含む。制御回路が位相ｊを短絡させないことをステップ１７０４において決定するとき、所望の相電流が、決定されてもよく、所望の相電流を示す制御信号が、パワーエレクトロニクスシステムに伝送されてもよい。応答して、パワーエレクトロニクスシステムは、例えば、電流を位相ｊに印加し、トランスレータの運動の方向と反対の方向へトランスレータ上に電磁力を印加することによって、トランスレータの制動を引き起こしてもよい。制動プロセスは、電流および相電圧（例えば、またはＰＷＭコマンド）の積が負であるように、電流を位相に印加するステップを含む。印加された電流の規模は、例えば、最大絶対値、公称値、他の動作パラメータに基づいてリアルタイムで決定される値を含む、任意の好適な値であり得る。例証的実施例では、電流の規模は、結果として生じる電磁力を閾値内で保つように、パワーエレクトロニクスシステムの能力、コンポーネントまたは材料の最大電流定格、もしくは最大電流値に照らして、最大安全値として決定されてもよい。
【０２１１】
いくつかの実施形態では、ステップ１７０６およびステップ１７０８を実施するための時間尺度は、位相内の逆ｅｍｆの符号の任意の変化の時間尺度に依存する。例えば、ステップ１７０４−ステップ１７０６−ステップ１７０４のループは、逆ｅｍｆが位相巻線内の符号を切り替えるための特徴的時間よりもはるかに小さい時間尺度で実施されてもよい。故に、これは、その間にステップ１７０８が起こっていない（例えば、制動が起こっていない）時間を短縮することに役立つ一方で、逆ｅｍｆ極性変化を危険にさらさない。加えて、ある状況では、（例えば、さらなる制動を遂行するように）ステップ１７０６よりも比較的に長いが、逆ｅｍｆの符号の変化が起こるほど長くはない時間にわたって、ステップ１７０８を実施することが好ましい。
【０２１２】
ステップ１７１０は、制御回路が、イベントが検出されなかった状況下で、位相ｊを短絡させるかどうかを決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、ステップ１７１０は、多相電磁マシンの全ての位相に関して繰り返される。いくつかの実施形態では、制御回路は、短絡波形に基づいて、位相ｊを短絡させるかどうかを決定する。例えば、短絡波形は、一連の２進値を含んでもよく、値が０または１であるかどうかに応じて、制御回路は、位相ｊを短絡させるかどうかを決定してもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、通常動作中に、位相を周期的に短絡させることが好ましくあり得ないため、イベントが検出されたときに、ステップ１７０４よりも低頻度でステップ１７１０を実施する。いくつかの実施形態では、制御回路は、ステップ１７１０を実施する必要はなく、むしろ、（例えば、ステップ１７０４において）イベントが検出されたときのみ位相ｊを短絡させることを決定する。
【０２１３】
ステップ１７１２は、制御回路がパワーエレクトロニクスシステムを介して短絡プロセスを発生させるステップを含む。いくつかの実施形態では、制御回路は、制御信号をパワーエレクトロニクスシステムに伝送し、位相ｊを短絡させる。ステップ１７１２は、例えば、制御回路が、好適な接触器を切り替えて位相ｊを短絡させるために、制御信号をパワーエレクトロニクスシステムに送信するステップ、制御回路が、好適なトランジスタを切り替えて位相ｊを短絡させるために、制御信号をパワーエレクトロニクスシステムに送信するステップ、位相ｊ内の電流を示す測定を実施するステップ、位相ｊ内の電圧を示す測定を実施するステップ、位相Ｉ内の磁束を示す測定を実施するステップ、またはそれらの任意の好適な組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、ステップ１７０４に戻る前に、所定の時間周期にわたって短絡プロセス１７１２を維持する。いくつかの実施形態では、制御回路は、制御回路が位相ｊを短絡させないことを決定するまで、連続的に（例えば、制御ループ内で）ステップ１７１０および１７１２を繰り返してもよい。パワーエレクトロニクスシステムは、デジタル信号（例えば、２進法の０または１、ＰＷＭ信号、パルス信号）、メッセージ（例えば、イーサネット（登録商標）を経由して伝送されるＵＤＰまたはＴＣＰメッセージ）、アナログ信号（例えば、アナログ電圧または電流信号）、任意の他の好適な信号、その変調、またはそれらの任意の組み合わせの形態であり得る、制御信号を受信するように構成されてもよい。
【０２１４】
ステップ１７１４は、制御回路が位相ｊに印加されるべき所望の電流を決定するステップを含む。制御回路は、本開示による、任意の好適な技法を使用して、位相ｊのための所望の電流を決定してもよい。例えば、制御回路は、２０１２年４月２日に出願された、同一出願人による米国特許第８，３４４，６６９号（その全体として参照することによって本明細書に組み込まれる）に開示される技法のうちのいずれかを使用して、位相ｊのための所望の電流を決定してもよい。さらなる実施例では、ステップ１７１４は、制御回路が、センサ入力、制御スキーム（例えば、ＰＩＤコントローラを使用するフィードバック制御）、数学モデル、ニューラルネットワーク、ルックアップテーブル（例えば、トランスレータ位置および速度、および表集計力定数に基づく）、任意の他の好適な算出技法、またはそれらの任意の好適な組み合わせに基づいて、位相ｊに印加されるべき所望の電流を決定するステップを含んでもよい。センサ入力は、エンコーダ（例えば、光学エンコーダまたは磁気エンコーダ）、圧電センサ（例えば、力トランスデューサまたは高帯域幅圧力センサ）、電流トランスデューサ、電圧センサ、任意の他の好適な感知された値、またはそれらの任意の組み合わせから受信される信号を含んでもよい。
【０２１５】
ステップ１７１４の例証的実施例では、制御回路は、力定数（例えば、位置情報に依存する）、所望の力、および任意の制約（例えば、電流が合計でゼロにならなければならない、または各電流が所定の範囲内でなければならない）に基づいて、リアルタイムで所望の相電流の最小ノルム解を決定してもよい。制御システムは、目的関数（例えば、モータのための各相電流および対応する力定数の積のシーケンスが、方程式５によって示されるように、合計で所望の力になる）および制約（例えば、電流が合計でゼロになる）を選択してもよい。位相抵抗オームＲｊの全てが同一である場合、電流値のセットが、方程式６を使用して決定されてもよい。
【化５】
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式中、ｉは、Ｎ個の位相の電流値ｉｊのセットの列ベクトルであり、ｋは、（例えば、位置ｘおよび磁束ΦＴに基づく）Ｎ個の位相の力定数ｋｊ（ｘ,ΦＴ）の列ベクトルであり、Ｆは、固定子とトランスレータとの間の所望の起電力Ｆｄｅｓに等しい値を有する、１×１アレイ（すなわち、スカラー）である。目的関数および制約の本特定の選択は、最小ノルム解を可能にする。例えば、位相抵抗が等しくない場合、制御システムは、（例えば、加重電流変数を使用し、次いで、電流に変換することによって）加重最小ノルム解を決定してもよい。加えて、例えば、電流の合計がゼロに制約される場合、方程式６が、依然として、使用されてもよいが、アレイｋおよびＦは、異なるように定義される。例えば、ｋは、第１の列が全て１であり、第２の列が力定数のセットである、Ｎ×２アレイである。故に、Ｆは、上部の行が０の値を有し、底部の行が値Ｆｄｅｓを有する、２×１アレイであろう。最小ノルム解または加重最小ノルム解は、例えば、好適な二次目的関数およびアフィン等式制約が使用されるときに達成され得る。
【０２１６】
いくつかの実施形態では、制御回路は、（例えば、行程を画定するための頂点位置を有する）トランスレータの所望の軌道を決定する。所望の電磁力およびその導出される相電流は、所望の位置、所望の速度、所望の加速度、所望の軌道、動作の任意の他の好適な側面、またはそれらの任意の組み合わせに基づいて、決定されてもよい。制動（例えば、ステップ１７０８）中に、制御回路は、トランスレータに、１つ以上の修正された頂点位置（例えば、第１の頂点位置よりも中間行程位置に近い）を達成させ、軌道（例えば、行程長、ピーク速度、または両方）を短縮してもよい。
【０２１７】
ステップ１７１６は、制御回路が、ステップ１７１４の決定された所望の電流に基づいて、パワーエレクトロニクスシステムに位相ｊのための電流を印加させるステップを含む。いくつかの実施形態では、制御回路は、ステップ１７１４からの位相ｊのための決定された所望の電流に基づき、それを示す制御信号を発生させる。例えば、制御信号は、デジタル信号（例えば、２進法の０または１、ＰＷＭ信号、パルス信号）、メッセージ（例えば、イーサネット（登録商標）を経由して伝送されるＵＤＰまたはＴＣＰメッセージ）、アナログ信号（例えば、アナログ電圧または電流信号）、任意の他の好適な信号、その変調、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御信号は、パワーエレクトロニクスシステムに伝送され、電流を位相ｊに印加させる。例えば、制御回路は、ＰＷＭ信号をパワーエレクトロニクスシステムに伝送してもよく、これは、応答して電流を位相ｊに印加してもよい。印加された電流は、値が所望の電流に近くあり得る、または、例えば、システムが良好にモデル化される程度、存在する摂動の内容、１つ以上のセンサの正確度、もしくは電流の印加に影響を及ぼし得る任意の他の好適な因子に応じて、所望の電流と異なり得る。
【０２１８】
いくつかの実施形態では、制御回路が電流を位相ｊに印加させた後、制御回路は、図１７に示されるようにステップ１７０２を繰り返してもよい。故に、制御回路は、例えば、通常動作中に、依然として、プロセス１７７０を繰り返し実施しながら、イベントが起こったかどうかを周期的にチェックすることができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、（例えば、通常動作を維持するように）ステップ１７１６を完了した後にステップ１７１０に進み、あまり頻繁ではない周期性（例えば、Ｎが整数である、Ｎ回毎のステップ、行程あたり１回、または他の好適なスケジュール）においてのみ、ステップ１７０２に戻る。
【０２１９】
図１７のステップまたは説明は、本開示の任意の他の実施形態と併用され得ることが考慮される。加えて、図１７に関連して説明されるステップおよび説明は、本開示の目的を促すために、代替順序で、または並行して、行われてもよい。例えば、これらのステップはそれぞれ、システムまたは方法の遅延を低減させる、もしくは速度を増加させるように、任意の順序で、または並行して、もしくは実質的に同時に実施されてもよい。これらのステップのうちのいずれかはまた、プロセスから好適に抜かされる、または省略されてもよい。さらに、図１２−１４に関連して議論されるデバイスまたは機器のうちのいずれかは、図１７におけるステップのうちの１つ以上のものを実施するために、単独で、または一斉に使用され得ることに留意されたい。
【０２２０】
図１８は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンの１つ以上の位相を短絡させることを管理するための例証的プロセス１８００のフローチャートを示す。
【０２２１】
ステップ１８０２は、制御回路がパワーエレクトロニクスシステムに位相ｊを短絡させるステップを含む。ステップ１８０４は、制御回路が、短絡されている間に、位相ｊのための１つ以上のパラメータを測定するステップを含む。ステップ１８０６は、制御回路が位相ｊ内の逆ｅｍｆを示す好適な極性を決定するステップを含む。制御回路によるステップ１８０２、１８０４、および１８０６の実施は、トランスレータを制動することと一致して、電流の符号が位相Ｊに印加されることを可能にする。これは、反対の符号の電流（すなわち、Ｖｐｈａｓｅおよび相電流が同一の符号を有する）がトランスレータの運動の方向に力をもたらし、したがって、作業を介してエネルギーをトランスレータに追加し、場合により、危険またはより危険な状況を生じるため、ロバストな自動制動のために重要である。
【０２２２】
例証的実施例では、図１２を参照すると、ステップ１８０２は、モータコントローラ１２６０がパワーエレクトロニクスシステム１２３０に位相リード１２４２および位相リード１２４４をともに短絡させるステップを含んでもよい。短絡は、位相リード１２４２および１２４４を電気的に短絡させる１つ以上の接触器を作動させる、パワーエレクトロニクスシステム１２３０によって遂行されてもよい。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスシステム１２３０は、例えば、電圧センサ等の１つ以上のセンサ、１つ以上の受動回路要素（例えば、抵抗器、コンデンサ、インダクタ）、１つ以上の能動回路要素（例えば、電圧源、フィルタ、ダイオード、ヒューズ）、任意の他の好適なコンポーネント、もしくはそれらの任意の好適な組み合わせを含む、短絡回路を含む。
【０２２３】
図１８のステップまたは説明は、本開示の任意の他の実施形態と併用され得ることが考慮される。加えて、図１８に関連して説明されるステップおよび説明は、本開示の目的を促すために、代替順序で、または並行して、行われてもよい。例えば、これらのステップはそれぞれ、システムまたは方法の遅延を低減させる、もしくは速度を増加させるように、任意の順序で、または並行して、もしくは実質的に同時に実施されてもよい。これらのステップのうちのいずれかはまた、プロセスから好適に抜かされる、または省略されてもよい。さらに、図１２−１４に関連して議論されるシステムおよびコントローラのうちのいずれかは、図１８におけるステップのうちの１つ以上のものを実施するために、単独で、または一斉に使用され得ることに留意されたい。
【０２２４】
図１９は、本開示のいくつかの実施形態による、多相電磁マシンのトランスレータを制動することを管理するための例証的プロセス１９００のフローチャートを示す。
【０２２５】
ステップ１９０２は、制御回路が位相ｊ内の電流を測定するステップを含む。いくつかの実施形態では、制御回路は、電流センサから信号を連続的に受信し、ある好適なサンプリングレートにおいて信号をサンプリングし、離散化された値を読み出す。故に、いくつかの実施形態では、制御回路は、固定サンプルレートにおいて位相ｊ内の電流を測定する。制御回路は、較正（例えば、信号電圧を電流値に関連させる）、ルックアップテーブル、アルゴリズム、任意の他の好適な技法、またはそれらの任意の組み合わせに基づいて、位相ｊ内の電流を決定してもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、電力を電流センサに提供し、電流（例えば、一定のＤＣ電圧において給電される４〜２０ｍＡのループ電流センサ出力）を示すセンサからの信号をサンプリングする。いくつかの実施形態では、ステップ１９０２において、制御回路は、電流（すなわち、アンペアまたはミリアンペアの単位で）を測定する必要はなく、電流に比例する信号（例えば、電流の単位に変換されない電流センサの電圧出力）を測定してもよい。
【０２２６】
ステップ１９０４は、制御回路が位相ｊ内の逆ｅｍｆを示す極性を読み出すステップを含む。極性情報は、例えば、図１８のプロセス１８００の結果として決定される、記憶された情報によって提供されてもよい。例えば、制御回路は、位相ｊを短絡させ、逆ｅｍｆの極性を決定し、極性情報を記憶し、次いで、ステップ１９０４において（例えば、短絡よりも後の時間に）極性情報を読み出してもよい。
【０２２７】
ステップ１９０６は、制御回路が、ステップ１９０２の測定された電流およびステップ１９０４の読み出された極性に基づいて、位相ｊのための制御信号を発生させるステップを含む。いくつかの実施形態では、ステップ１９０２の測定された電流は、電流コマンド、制御信号、または両方を決定するために、フィードバックループの一部として制御回路によって使用される。いくつかの実施形態では、ステップ１９０４の極性は、所望の電流の極性を決定するために、制御回路によって使用される。例証的実施例では、コントローラ２２００は、測定された電流および逆ｅｍｆを示す決定された極性に基づいて、制御信号を発生させるように構成される。
【０２２８】
ステップ１９０８は、制御回路が、制御信号に基づいて、電流を位相ｊに印加させるステップを含む。いくつかの実施形態では、制御回路は、ステップ１９０６の発生された制御信号をパワーエレクトロニクスシステムに伝送し、これは、制御信号に基づいて電流を位相ｊに印加する。例証的実施例では、制御回路は、ＰＷＭ信号を発生させ、ＰＷＭ信号をパワーエレクトロニクスシステムに伝送してもよい。パワーエレクトロニクスシステムは、ＰＷＭ信号を処理（例えば、レベル偏移、増幅、単離、フィルタ処理、または別様に修正）し、対応する電流を位相ｊに印加してもよい。さらに例証すると、ＰＷＭ信号またはその導出される処理された信号は、スイッチを直接アクティブ化するために使用されてもよく、バスを位相リードに結合するスイッチのゲートまたは他の制御端子に結合されてもよい。
【０２２９】
図１９のステップまたは説明は、本開示の任意の他の実施形態と併用され得ることが考慮される。加えて、図１９に関連して説明されるステップおよび説明は、本開示の目的を促すために、代替順序で、または並行して、行われてもよい。例えば、これらのステップはそれぞれ、システムまたは方法の遅延を低減させる、もしくは速度を増加させるように、任意の順序で、または並行して、もしくは実質的に同時に実施されてもよい。これらのステップのうちのいずれかはまた、プロセスから好適に抜かされる、または省略されてもよい。さらに、本明細書に議論されるシステムおよびコントローラのうちのいずれかは、図１９におけるステップのうちの１つ以上のものを実施するために、単独で、または一斉に使用され得ることに留意されたい。
【０２３０】
いくつかの実施形態では、制御回路は、２つの対向するトランスレータを同期化するステップを含む、制動プロセスを実施する。例えば、２つのトランスレータを有する、対向自由ピストンリニア発電機を考慮すると、制動中に２つのトランスレータを同期化し、予測可能かつ安全な動作停止を維持する（例えば、コンポーネントの損傷または不安定な動作を回避する）ことが所望され得る。故に、制御回路は、トランスレータの位置情報を使用し、トランスレータの少なくともある程度の同期化を提供してもよい。以下の議論は、図２０−２３との関連で、いくつかの実施形態による、位置情報を考慮する制動プロセスを説明する。プロセス１７００、１８００、および１９００の技法は、同期化を伴う自動制動に従って、使用されてもよい。いくつかの実施形態では、本技法は、各個々の位相（すなわち、鉄心および対応する巻線）が独立して制御される、高位相数構成に適用されてもよい。
【０２３１】
図２０は、本開示のいくつかの実施形態による、２つのトランスレータ２０１５および２００５を有する、多相電磁マシン２０４０を含む、例証的システム２０００を示す。システム２０００は、制御システム２０５０と、モータコントローラ２０２３および２０３３と、パワーエレクトロニクスシステム２０２２および２０３２と、随意のセンサ２０３１および２０２１と、多相マシン２００６および２０１６とを含む。多相マシン２００６は、例えば、トランスレータ２００５と、位相２００１、２００２、２００３、および２００４とを含む。多相マシン２０１６は、例えば、トランスレータ２０１５と、位相２０１１、２０１２、２０１３、および２０１４とを含む。
【０２３２】
トランスレータ２００５は、軸２００７に沿って平行移動するように構成され、トランスレータ１１５は、軸２０１７に沿って平行移動するように構成される。通常動作状況下で、トランスレータ２００５および２０１５は、公称上、対向様式で移動する。ある程度の摂動が存在し得るが、トランスレータ２００５および２０１５の軌道は、実質的に類似する。行程（すなわち、１つの頂点から別の頂点までのトランスレータの運動）中に、トランスレータの磁石（図２０に示されていない）は、対応する固定子の位相を通過する。磁石は、位相と少なくとも部分的に整合されるが、電磁相互作用が、トランスレータと位相との間に起こり得る。例えば、図２０を参照すると、トランスレータ２０１５は、位相２０１２−２０１４と電磁的に相互作用してもよいが、位相２０１１と有意に相互作用しない。トランスレータ２０１５が図２０のその図示される位置から機内で（すなわち、軸２０１７の図示される方向と反対に）移動すると、磁石は、最終的に位相２０１１の近傍となり、電磁相互作用が、起こり得る。故に、位相とトランスレータとの間の相互作用は、位相に対するトランスレータの位置に依存する。
【０２３３】
システム２０００は、随意に、個別の位相２００１−２００４および２０１１−２０１４に対する個別のトランスレータ２００５および２０１５の位置情報を感知するように構成され得る、センサ２０２１および２０３１を含む。いくつかの実施形態では、センサ２０２１および２０３１は、含まれない、制動に使用されない、または別様にシステム２０００から省略されてもよい。例えば、センサ２０２１および２０３１は、エンコーダ、検索コイル、近接性センサ、位置情報を感知するための任意の他の好適なセンサ、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。位置情報は、例えば、位置（例えば、相対または絶対位置）、速度、加速度、（例えば、基準場所を越えた）相対位置を示す２進値、インデックス（例えば、トランスレータの終端が整合される位相）、位置を決定するために使用され得る情報（例えば、正弦波エンコーダ信号）、位置を示す任意の他の好適な情報、またはそれらの任意の組み合わせを含む。センサ２０２１および２０３１は、個別のモータコントローラ２０２３および２０３３、制御システム２０５０、またはそれらの組み合わせに結合されてもよい。
【０２３４】
パワーエレクトロニクスシステム２０２２および２０３２は、（例えば、図１７のプロセス１７７０を実施することによって）それぞれ、位相２００１−２００４および２０１１−２０１４に電流を印加するように構成される。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスシステム２０２２および２０３２はそれぞれ、スイッチ（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴＳ、または任意の他の好適なスイッチ）、ダイオード、ブレーキ抵抗器、（例えば、ＰＷＭ信号を管理するための）制御信号インターフェースボード、電流センサ、任意の他の好適なコンポーネント、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスシステム２０２２および２０３２は、個別の多相マシン２００６および２０１６の位相を短絡させる（例えば、図１８の短絡プロセス１８００を実施する）ように構成される。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスシステム２０２２および２０３２は、個別の位相２００１−２００４および２０１１−２０１４内の相電圧を測定するように構成される。例えば、いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスシステム２０２２および２０３２は、電流が印加されない（例えば、位相がＤＣバスまたは中性端子に結合されない）ときに、個別の位相内の相電圧を測定するように構成される。
【０２３５】
いくつかの実施形態では、制御システム２０５０は、例えば、（例えば、センサまたはサブシステムからの）信号を処理し、（例えば、サブシステムに伝送するための）制御信号を発生させ、多相マシン２００６および２０１６を制御するためのコンピュータ可読命令を実行するように構成される。いくつかの実施形態では、制御システム２０５０は、分散される、パーティション化される、他のシステムと組み合わせられる、または別様に図２０に示されるシステム２０００から修正されてもよい。いくつかの実施形態では、制御システム２０５０は、所望の電流、所望の力、動作状態、コマンド、または他の好適な情報を、個別のパワーエレクトロニクスシステム２０２２および２０３２に伝送される個別の制御信号を発生させるモータコントローラ２０２３および２０３３に提供する。いくつかの実施形態では、例えば、制御システム２０５０は、各位相のための所望の電流値を対応するパワーエレクトロニクスシステムに提供する。
【０２３６】
いくつかの実施形態では、モータコントローラ２０２３および２０３３は、制御信号を個別のパワーエレクトロニクスシステム２０２２および２０３２に提供するように構成される。いくつかの実施形態では、モータコントローラ２０２３および２０３３は、個別のセンサ２０２１および２０３１から信号を受信するように構成される。いくつかの実施形態では、モータコントローラ２０２３および２０３３はそれぞれ、センサ２０２１および２０３１の両方から信号を受信するように構成される。
【０２３７】
いくつかの実施形態では、通信リンク２０４２（「ｃｏｍｍリンク２０４２」）は、モータコントローラ２０２３と２０３３との間の通信のためのパスを含む。ｃｏｍｍリンク２０４２は、１つを上回るトランスレータ・固定子マシン（例えば、２つのトランスレータを有する多相マシン）の間の通信を可能にするために使用されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、モータコントローラ２０２３および２０３３は、個別のモータの各位相に関する情報が伝送される、共通通信バスを内部に含む。ｃｏｍｍリンク２０４２は、例えば、全ての位相コントローラが結合され、共通バスを上方に引動し、下方に引動し、または別様に影響を及ぼし、情報を相互に伝送するように構成される、共通バスを含んでもよい。故に、いくつかの実施形態では、ｃｏｍｍリンク２０４２は、モータコントローラ、その位相コントローラ、または両方の間の単純である（例えば、パルス、エッジ、またはレベルの形態の情報を伴う、１または２本のワイヤ）が高速かつ確実な通信を可能にする。いくつかの実施形態では、ｃｏｍｍリンク２０４２は、より多くの情報および比較的により複雑な特徴を有する信号（例えば、変調された信号、デジタル通信、ネットワーク通信）を伝送することが可能である。
【０２３８】
いくつかの実施形態では、位置推定装置が、位相を横断して分散され、通信が、各対向ＬＥＭの各対応する位相に結合される制御回路の間に確立される。故に、本明細書に開示される任意の好適な技法が、制動しながら対向多相マシンの同期化を維持するために使用されることができる。専用通信リンク（例えば、図２０のｃｏｍｍリンク２０４２）が、位相コントローラの間に、本機能のために含まれてもよい。通信リンクは、複雑な信号を伝送することが可能である必要はない。例えば、信号は、各位相の対応する歯に到達するトランスレータの第１の磁石の検出に対応する、単純なエッジ信号（「チック」）を含んでもよい。各位相コントローラからの単純なトリガ信号が、任意の利用可能な電気または光学技法を使用して、対向モータの対応する位相コントローラに送信されてもよい。対向位相の信号は、例えば、導体の数を限定するように、最終的に（例えば、ＯＲ論理を使用して）比較されることができる。いくつかのそのような実施形態では、自動制動しながら、より高速である、または先導すると考えられるトランスレータ（すなわち、着目位相上で最初に磁石を感知するもの）が、即時に制動を開始する一方で、対向位相コントローラは、自動制動機構（例えば、図１９のプロセス１９００）に関与する前に所定の時間にわたって待機する。故に、対向位相コントローラは、対応するパワーエレクトロニクスシステムに、（例えば、両方のトランスレータが再び同期化されるまで）「遅い」または「低速」トランスレータから比較的により少ないエネルギーを抽出させる。故に、制御回路（例えば、位相コントローラまたはモータコントローラ）は、中央コントローラ（例えば、図３の制御システム３５０または図２０の制御システム２０５０）が動作することを止める、または別様に利用不可能である、もしくは信頼できない場合でさえも、「自動制動」中に同期化を維持してもよい。いくつかの実施形態では、アイドル時間が、収束を確実にするように、２つのチックの間の測定された時間の関数として（例えば、算出から）決定される。いくつかの実施形態では、単純な利得が、使用されるが、任意の好適な複雑性を有する、任意の好適な処理が、本開示に従って使用されてもよい。いくつかの実施形態では、トランスレータ位置、速度、または他の位置情報が、制御回路の同期化性能を最適化するために使用される。
【０２３９】
図２１は、本開示のいくつかの実施形態による、トランスレータの位置情報に基づいて、多相電磁マシンのトランスレータを制動することを管理するための例証的プロセス２１００のフローチャートを示す。制御回路は、プロセス２１００またはその任意のステップを実施し、トランスレータを減速または停止させてもよい。
【０２４０】
ステップ２１０２は、制御回路が、イベントを検出する、または別様にイベントが起こったことを決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、イベントは、障害イベントまたは故障イベントを含んでもよい。例えば、イベントは、制御システム（例えば、図３の制御システム３５０）のサブシステム間の通信の損失を含んでもよい。さらなる実施例では、イベントは、多相電磁マシン（例えば、図３の多相マシン３４０）内の位相の意図的ではない短絡を含んでもよい。さらなる実施例では、イベントは、制御システムによって受信されるようなセンサ（例えば、エンコーダ、相電流センサ、またはＤＣバス電圧センサ）からの信号の損失を含んでもよい。さらなる実施例では、イベントは、その間に制動が所望される、制御システムからの「停止」へのモード変更を含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、診断のセットを実施すること（例えば、信号がリフレッシュしていることをチェックすること、センサが信号を提供していることをチェックすること、システムおよびサブシステムの間の全ての通信が起こっていることをチェックすること）によって、イベントが起こったことを決定してもよい。
【０２４１】
制御回路がステップ２１０２においてイベントを検出したかどうかに応じて、制御回路は、プロセス２１０４またはプロセス２１１２のいずれかに進んでもよい。プロセス２１１２は、イベントが検出されていない（例えば、通常動作）ときに実施される例証的プロセスである。
【０２４２】
ステップ２１０４は、制御回路が、検出されたイベントに応答して、位相ｊを管理して制動を達成する方法を決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、位相ｊを管理するステップは、短絡プロセス２１０６を実施する、位置推定プロセス２１０８を実施する、制動プロセス２１１０を実施する、または自動制動２１５０を停止するかどうかを決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、ステップ２１０４は、多相電磁マシンの全ての位相に関して繰り返される。いくつかの実施形態では、制御回路は、短絡プロセス２１０６、位置推定プロセス２１０８、制動プロセス２１１０を実施し、自動制御２１５０を停止するステップを実施するための所定のスケジュールを実行してもよい。所定のスケジュールは、プロセスを実施するための持続時間および間隔を含んでもよい。
【０２４３】
例えば、ステップ２１０４において、制御回路は、位置推定プロセス２１０８を実施して位置を推定し、その後に短絡プロセス２１０６が続き、位相ｊ内の逆ｅｍｆを示す極性を決定し、次いで、制動プロセス２１１０を実施し、対応するトランスレータからエネルギーを抽出してもよい。さらなる実施例では、ステップ２１０４において、制御回路は、位置が推定されるまでプロセス２１０８を繰り返してもよく、これは、位相毎に電流の流動がない相電圧を決定し、位置を推定するステップを含んでもよい。位置が推定されるとき、制御回路は、次いで、短絡プロセス２１０６を繰り返し実施し、トランスレータと電磁的に相互作用し得る各位相（例えば、ｊを含む位相のセット）の極性を決定してもよい。最終的に、制御回路は、ステップ２１０６において決定される１つまたは複数の極性に基づいて、制動プロセス２１１０を実施してもよい。制御回路は、次いで、ある間隔において、ステップ２１０８、ステップ２１０６、または両方を繰り返し、制動しながらトランスレータの位置および逆ｅｍｆを追跡してもよい。位相ｊが、同時に、１）短絡されることができない（例えば、位相リードがともに結合される）、２）電流の流動を有していない（例えば、位相リードが相互から単離される）、および３）電流を印加させることができない（例えば、電流の流動を引き起こすＤＣバスからの印加されたＶｐｈａｓｅ）ため、プロセス２１０６、２１０８、および２１１０は、同一の瞬間に制御回路によって実施されない。
【０２４４】
いくつかの実施形態では、短絡プロセス２１０６は、図１７のプロセス１７０６または図１８のプロセス１８００のうちのいずれかまたは全ての好適なステップを含む。
【０２４５】
いくつかの実施形態では、制動プロセス２１０６は、図１７のプロセス１７０８または図１９のプロセス１９００のうちのいずれかまたは全ての好適なステップを含む。
【０２４６】
位置推定プロセス２１０８はさらに、図２２のプロセス２２００との関連で説明される。図２２は、本開示のいくつかの実施形態による、位置推定のための例証的プロセス２２００のフローチャートを示す。
【０２４７】
２つのトランスレータの間の同期化を遂行するために、位置情報は、各トランスレータが、相対先導／遅延およびより多くまたは少ない制動を要求するものを決定するために必要とされる。故に、プロセス２２５０は、一方のトランスレータのための位置推定を含み、プロセス２２６０は、他方のトランスレータのための位置推定を含む。また、プロセス２２５０および２２６０は、類似する、または同じであり得るが、その必要はない。以下の説明は、プロセス２２５０の観点から（すなわち、一方のトランスレータの位相ｊに関して）組み立てられるであろうが、本議論は、プロセス２２６０にも（すなわち、他方のトランスレータの位相ｋに関して）適用されることを理解されたい。
【０２４８】
ステップ２２０２は、制御回路が位相ｊ内で電流を流動させないステップを含む。いくつかの実施形態では、ステップ２２０２は、制御回路が制御信号を発生させないステップを含む。いくつかの実施形態では、ステップ２２０２は、制御回路がヌル制御信号（例えば、ゼロアンペアの所望の電流、またはゼロデューティサイクルを伴うＰＷＭ、または他の好適な信号）を発生させるステップを含む。制御回路は、随意に、採用される技法に応じて、ステップ２２０４、２２０６、２２０８、またはそれらの組み合わせに進んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、制御回路は、ステップ２２０４においてＶｐｈａｓｅを測定し、次いで、ステップ２２１０に進む。さらなる実施例では、いくつかの実施形態において、制御回路は、ステップ２２０６においてＶｐｈａｓｅを基準と比較し、次いで、ステップ２２１０に進む。さらなる実施例では、いくつかの実施形態において、制御回路は、ステップ２２０８においてチックを識別し、次いで、ステップ２２１０に進む。さらなる実施例では、制御回路は、ステップ２２０４においてＶｐｈａｓｅを測定し、ステップ２２０６においてそれを基準と比較し、次いで、ステップ２２０８において比較内でチックを識別し、位置メトリックを決定する。
【０２４９】
いくつかの実施形態では、制御回路は、位相毎に絶対位置推定装置を含む必要はない。いくつかの実施形態では、制御回路は、各個別のモータの位相コントローラ毎にセンサを含む必要はない。故に、いくつかの実施形態では、「チック」信号は、同期化を伴って自動制動するために十分な情報を提供する。
【０２５０】
ステップ２２０４は、制御回路が、位相ｊ内のＶｐｈａｓｅのインジケーションを測定する、または別様に決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、電圧トランスデューサが、位相ｊの位相リードを横断して結合され、信号を受信するように構成される制御回路にＶｐｈａｓｅを示す信号を提供する。いくつかの実施形態では、制御回路は、センサからのサンプリングされた電圧値を使用し、Ｖｐｈａｓｅを示す信号を決定する。いくつかの実施形態では、制御回路は、較正によって修正される、センサからのサンプリングされた電圧値を使用し、Ｖｐｈａｓｅの値を（すなわち、関連単位、符号、および規模で）決定する。いくつかの実施形態では、制御回路は、センサから受信される信号に信号処理を実施し、Ｖｐｈａｓｅを決定するための処理された信号またはそのインジケーションを発生させる。
【０２５１】
ステップ２２０６は、制御回路が、位相ｊ内のＶｐｈａｓｅまたはそのインジケーションを基準信号と比較するステップを含む。いくつかの実施形態では、位相コントローラは、位相ｊのＶｐｈａｓｅを基準電圧と比較するように構成される比較器回路を含む。例えば、比較器回路は、Ｖｐｈａｓｅが基準電圧を上回る、またはそれ未満であるかどうかを示す、２つの２進値のうちの１つを出力してもよい。いくつかの実施形態では、位相コントローラは、数学演算として、Ｖｐｈａｓｅを示す信号をソフトウェア内の基準と比較し、差、２進値、または他の好適な出力を出力してもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、最初に、ステップ２２０４を実施し、Ｖｐｈａｓｅを決定し、次いで、Ｖｐｈａｓｅ値を基準値（例えば、閾値）と比較する。
【０２５２】
ステップ２２０８は、制御回路が、Ｖｐｈａｓｅ信号内のチックまたはその導出される信号を識別するステップを含む。いくつかの実施形態では、「チック」は、相電圧を電流が位相ｊ内に流動していないときの基準値と比較するように構成される、電圧比較器によって発生される。電流がない条件下で、相電圧は、等しくなる、または別様に（例えば、方程式４によって示されるように）逆ｅｍｆによって概算されてもよい。トランスレータの第１の磁石（例えば、磁石アレイのいずれか一方の端部における磁石）が位相ｊの歯を軸方向に通過すると、それは、相電圧が所与の閾値に到達するときに検出されてもよい。制御回路は、閾値交差を識別してもよく、故に、トランスレータ位置を推定してもよい。いくつかの実施形態では、電圧閾値レベルは、例えば、改良された位置精度を達成するように、調節可能であり得る。例えば、高いｄＶｐｈａｓｅ／ｄｘ（すなわち、トランスレータ位置の観点からの相電圧勾配）の領域または点は、位相の歯および磁石が重複と非重複との間で遷移している、または逆も同様であることを示し得る。いくつかの実施形態では、電圧比較器は、トランジスタ、演算増幅器、集積回路、または任意の他の好適な比較器を使用して、実装されてもよい。
【０２５３】
ステップ２２１０は、制御回路がトランスレータの位置メトリックを決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、制御回路は、ステップ１３０２およびステップ２２０４−２２０８の任意の好適な組み合わせを繰り返し、位置メトリックを決定する。位置メトリックは、位相インデックス（例えば、チックを呈する位相ｊ）、空間位置推定値（例えば、軸方向位置または位置範囲）、磁石が位相ｊに重複したときのタイムスタンプ、任意の他の好適な位置情報、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【０２５４】
ステップ２２２０は、制御回路が他のトランスレータの位置メトリックを決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、制御回路は、ステップ２２１２およびステップ２２１４−２２１８の任意の好適な組み合わせを繰り返し、位置メトリックを決定する。位置メトリックは、位相インデックス（例えば、チックを呈する位相ｋ）、空間位置推定値（例えば、軸方向位置または位置範囲）、磁石が位相ｊに重複したときのタイムスタンプ、任意の他の好適な位置情報、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、ステップ２２２０において、トランスレータまたはその一部（例えば、磁石の前縁）の位置を決定してもよい。
【０２５５】
ステップ２２２２は、制御回路が、２つの個別のトランスレータに関してステップ２２１０および２２２０において決定される位置メトリックに基づいて、同期化メトリックを決定するステップを含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、２つのトランスレータに関する位置メトリックを比較し、より迅速に移動している、よりゆっくりと移動している、位置が先導している、位置が遅延している、またはそれらの組み合わせである、トランスレータを決定してもよい。いくつかの実施形態では、制御回路は、２つのトランスレータの個別の第１の磁石が対向位相に重複したときに関するタイムスタンプを比較し、先導または遅延しているトランスレータを決定してもよい。同期化メトリックは、例えば、時間（例えば、位相のためのチックが起こる時間）、インデックス化された時間（例えば、「第１の」または「最後の」）、空間位置（例えば、０．０２メートル）、インデックス化された位置（例えば、「位相ｊまたはその近傍における」）、任意の他の好適なメトリック、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【０２５６】
いくつかの実施形態では、通信プロトコルが、位相コントローラの間でチックを通信するために使用される。例えば、いくつかの実施形態では、単一の多重化されたバスが、位相からの全ての「チック」信号に使用される。さらなる実施例では、全位相コントローラがバスラインを上または下に引動することによってそのチックを送信する、比較的に単純で低費用の「バス」（例えば、単一のワイヤのみであり得る）が、実装されてもよい。故に、これは、２つの個別のトランスレータに対応する２つのモータコントローラの間で要求される導体の数を限定することに役立ち得る。例えば、「チック」信号は、端部磁石が位相巻線の近傍に出現する、または位相巻線と重複し始める際のみ、送信されてもよい。故に、その時点で、その位相がチックを呈する唯一の位相であるべきであり、単一のバス上の任意の衝突の可能性が低減される（例えば、バス上の信号遅延も低減させる）。
【０２５７】
自動制動および同期化を伴う自動制動の任意の好適な組み合わせが、本開示に従って使用されてもよい。例えば、位相を軸方向に通過する磁石キャリア上の第１または最後の磁石（例えば、磁石アレイの軸方向に端部上の磁石）が、検出されたイベントであるとき、（例えば、磁石／磁石なし遷移が見えない可能性が高いであろうため）中央位相から「チック」特徴を得ることは困難または不可能であり得る。あるそのような状況では、中央または中間位相が、位置情報を考慮することなく、（例えば、図１７のステップ１７０８との関連で説明されるように）「自動制動」に使用されてもよい。
【０２５８】
いくつかの実施形態では、その自動制動が同期化以外の理由（例えば、ＤＣバス過電圧、故障したＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ等）により非アクティブ化されるときに、「停止」信号が、１つの位相から他方の多相電磁マシン上のその対応部分に送信される。位相は、したがって、磁石キャリアが位相にわたって存在するかどうかにかかわらず、その対応部分が制動しないように防止し、したがって、非同期化を能動的に防止することに役立つであろう。
【０２５９】
いくつかの実施形態では、磁石キャリアの検出は、相電圧上に比較器回路を実装することによって達成される。いくつかの実施形態では、比較器は、単一のトランジスタを伴って実現される。例えば、中性端子が（例えば、ワイ接続されたモータに関して）モータ上でアクセス可能であるという前提で、星形構成が、使用されてもよい（例えば、パワーエレクトロニクスシステムから中性ワイまで位相巻線に跨架する比較器）。モータ中性端子がアクセス可能ではない状況では、中性端子は、全ての相電圧の平均として再構築されてもよい。
【０２６０】
ＰＷＭに基づく極性決定
図２３は、本開示のいくつかの実施形態による、位相と関連付けられる極性を決定するための例証的プロセス２３００のフローチャートを示す。いくつかの実施形態では、制御システムは、イベントが検出されることに応答して、プロセス２３００を実施する。いくつかの実施形態では、制御システムは、イベントが検出されることに先立って、ロセス２３００を実施してもよい。プロセス２３００の説明がＰＷＭデューティサイクル（例えば、相電流のための制御信号）との関連で提供されるが、任意の好適なパラメータ（例えば、電流、電流導関数、磁束、ｅｍｆ、相電圧、または他のパラメータ）またはその導出されるメトリック、もしくはそれらの組み合わせが、本開示に従って使用されてもよい。
【０２６１】
ステップ２３０２は、極性値を初期化するステップを含む。いくつかの実施形態では、制御システムは、通常動作中の極性に基づいて極性を初期化する。例えば、イベントが検出されるとき、制御システムは、最後の決定された極性を使用し、または利用可能な情報に基づいて最後の極性を決定し、制動中の極性を初期化してもよい。例証的実施例では、極性は、２つの値のうちの１つ（例えば、正または負等の２進状態）であってもよい。
【０２６２】
ステップ２３０４は、１つ以上のデューティサイクル閾値を定義するステップを含む。いくつかの実施形態では、デューティサイクル閾値は、所定の値（例えば、所定のデューティサイクル値）を含む。いくつかの実施形態では、デューティサイクル閾値は、動作パラメータに依存し得る。例えば、閾値は、ピーク電流、ピークトランスレータ速度、電力出力、ピークデューティサイクル、モータ電気周波数（例えば、極性変化の周波数）、閾値交差の間の時間周期、任意の他の好適なパラメータ、またはそれらの任意の組み合わせに基づいてもよい。デューティサイクル閾値は、ゼロを含む、任意の好適な数値を含んでもよい。
【０２６３】
ステップ２３０６は、デューティサイクル状態を決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、制御システムは、最後のデューティサイクル値をデューティサイクル状態として使用してもよい。いくつかの実施形態では、制御システムは、履歴デューティサイクル値に基づくフィルタ処理された値（例えば、ＦＩＲまたはＩＩＲフィルタを使用する）を使用してもよい。デューティサイクル状態は、所望のデューティサイクル、達成されるデューティサイクル、平均デューティサイクル、代表的デューティサイクル（例えば、モデル、アルゴリズム、または他の好適な計算に基づいて決定される）、他の利用可能なパラメータに基づいて決定されるデューティサイクル、任意の他の好適なデューティサイクル値、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【０２６４】
ステップ２３０８は、デューティサイクル状態をステップ２３０４のデューティサイクル閾値と比較するステップを含む。いくつかの実施形態では、使用される閾値は、デューティサイクル状態の性質に依存する。例えば、いくつかの実施形態では、閾値の極性は、デューティサイクル状態の極性に合致される。いくつかの実施形態では、デューティサイクルの絶対値は、正の符号を有する閾値と比較される。
【０２６５】
ステップ２３１０は、デューティサイクル状態をデューティサイクル閾値と再び比較するステップを含む。いくつかの実施形態では、デューティサイクル状態および閾値の第２の交差が、極性が切り替わった、切り替わろうとしている、切り替わる可能性が高い、または別様に切替の高い確率を有するときを推定するために使用される。いくつかの実施形態では、第２の比較に応じて、制御システムは、ステップ２３１２に進んでもよい。
【０２６６】
ステップ２３１２は、初期化された極性を切り替えるステップを含む。いくつかの実施形態では、制御システムは、フラグを更新する、記憶された値を更新する、パラメータ値を更新する、または別様に切替を示す命令を提供してもよい。
【０２６７】
ステップ２３１４は、切り替えられた極性を出力するステップを含む。いくつかの実施形態では、ステップ２３１４は、中央コントローラが極性を位相コントローラまたはモータコントローラに出力するステップを含む。いくつかの実施形態では、制御システムは、メモリ内の記憶が相電流を決定するために使用されるために極性を出力してもよい。いくつかの実施形態では、制御システムは、極性を別のアルゴリズムまたはアルゴリズムの一部に出力し、トランスレータ位置、トランスレータ速度を推定し、相電流（例えば、所望の電流または印加された電流）を推定してもよい。
【０２６８】
例証的実施例では、プロセス２３００は、固定相対規模において位相毎に制動電流を維持しながら、制動中に適用されてもよいが、極性は、トランスレータ位置（例えば、位相に対する磁極位置）に応じて切り替わる。本例証的実施例では、相電流情報が、利用可能である。ステップ２３０２では、制御システムは、極性値を「正」に初期化してもよい。ステップ２３０４では、制御システムは、ほぼゼロであるがゼロではない閾値を定義してもよい。ステップ２３０６では、制御システムは、パワーエレクトロニクスシステムが電流を維持するために要求される制御信号デューティサイクルを示す、最近のＰＷＭ値（例えば、最後のＰＷＭ値）を決定してもよい。ステップ２３０８では、制御システムは、決定されたデューティサイクルおよび初期化された極性の積が閾値（例えば、ここでは正の値）を上回るかどうかを決定してもよい。決定されたデューティサイクルおよび初期化された極性の積が閾値を上回る場合には、制御システムは、ステップ２３０６に戻り、繰り返す。決定されたデューティサイクルおよび初期化された極性の積が閾値を上回らない場合には、制御システムは、ステップ２３１０に進んでもよい。いくつかの実施形態では、ステップ２３１０において、制御システムは、閾値交差が最後の極性切替以降の第２の交差であるかどうかを決定する。いくつかの実施形態では、ステップ２３１０において、制御システムは、ステップ２３０８後の次の閾値交差が起こるときを決定する。決定されたデューティサイクルの極性が切り替わるとき、閾値も同様に切り替わってもよい。ステップ２３１０では、制御システムは、決定されたデューティサイクルおよび初期化された極性の積（すなわち、ここでは負である）が閾値（すなわち、同様に負である）を上回らないことを決定し、ステップ２３１２に進んでもよい。ステップ２３１２では、制御システムは、極性を「負」に切り替え、ステップ２３１４では、制御システムは、負の極性を出力する。プロセス２３００は、制動が完了するまで継続する。例証的パネル２３５０は、前述の実施例を示す。いくつかの実施形態では、決定されたデューティサイクルの絶対値は、正の閾値と比較される。決定されたデューティサイクルおよび現在の極性の積が閾値と比較される、絶対値を使用しない、いくつかの実施形態では、閾値は、極性が変更されるときのみ符号を変更する。表１は、例証的パネル２３５０に対応する例証的状態図を示す。
【表１−１】
2020534776.tif 000008
【表１−２】
2020534776.tif 000009
【０２６９】
ブレーキ抵抗器
ある状況では、イベントは、ＤＣバス、ＤＣバスに結合されるコンポーネント、グリッドタイインバータ、ＡＣグリッド、またはそれらの組み合わせと関連付けられる障害イベントを含んでもよい。いくつかのそのような状況では、ＤＣバスは、侵害される、調整されない、または別様にトランスレータからＡＣグリッドにエネルギーを伝達するために信頼できなくあり得る。ブレーキ抵抗器は、トランスレータを制動することに役立ち得る、エネルギー散逸を可能にする。いくつかの実施形態では、ブレーキ抵抗器は、制御システムが開示される制動技法のうちの１つ以上のものを実施することに加えて、エネルギーを除去するように位相リードに結合されてもよい。例えば、停止までトランスレータを制御可能に減速させる（例えば、往復を停止させる）ために、ブレーキ抵抗器の使用は、相電流の印加を伴い、トランスレータ運動に対抗する力を発生させてもよい。いくつかの実施形態では、ブレーキ抵抗器の使用は、依然として、機能するモータコントローラ（例えば、位置情報、電流情報、または両方を有する、１つ以上の位相コントローラ）、および機能するパワーエレクトロニクスシステムを要求する。図２４は、本開示のいくつかの実施形態による、ブレーキ抵抗器２４４０およびスイッチ２４５０を有する例証的パワーエレクトロニクスシステム、および多相マシンの１つの位相のブロック図を示す。図２５は、本開示のいくつかの実施形態による、ブレーキ抵抗器に係合するための例証的プロセス２５００のフローチャートを示す。図２５のステップ２５０２は、イベント（例えば、障害イベントまたは故障イベント）を検出するステップを含み、ステップ２５０４は、検出に応答して、スイッチを閉鎖し、ブレーキ抵抗器に係合するステップを含む。
【０２７０】
システム２４００は、スイッチ２４１４−２４１７と、位相リード２４６１および２４６２によって電磁マシンの位相２４６０に結合されるフライバックダイオード２４３４−２４３７とを含む、Ｈブリッジ構成を含む。Ｈブリッジは、例えば、グリッドタイインバータまたは他の好適な機器によって調整または別様に維持され得る、ＤＣバス２４０２に結合される。電流センサ２４０８は、例えば、位相２４６０内の電流を感知し、センサ信号を制御システムに出力するように構成される。電磁マシンは、個別のＨブリッジによってそれぞれ結合される、複数の位相を含んでもよい。Ｈブリッジに結合されるものとして示されているが、いくつかの実施形態では、位相２４６０は、ワイ中性接続（例えば、星形構成内に含まれる）に結合されてもよい。故に、いくつかのそのような実施形態では、４つではなく２つだけのスイッチが、中性接続によって置換されるＨブリッジ（例えば、ハーフＨブリッジをもたらす）の他方の側面と併用される。任意の好適なスイッチトポロジが、プロセス２５００との関連で使用されてもよい。
【０２７１】
スイッチ２４１４−２４１７は、トランジスタまたは任意の他の好適な制御可能ソリッドステートスイッチを含んでもよい。例えば、スイッチ２４１４−２４１７は、制御システムが対応するスイッチを開放または閉鎖するように構成される個別のゲート端子２４２４−２４２７に結合される（例えば、ゲート端子がそれぞれ、いくつかの実施形態では、電圧差を生成するための２つの端子を含み得る）、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、または他の好適なスイッチを含んでもよい。スイッチ２４１４−２４１７は、（例えば、位相２４６０のインダクタンスに起因して）切り替えられたときに大きい電圧スパイクを防止するように、個別のフライバックダイオード２４３４−２４３７と並列に構成される。スイッチ２４１４および２４１６は、高電圧スイッチ（例えば、ＤＣバス２４０２の高電圧バスラインに結合される）と称され得る。スイッチ２４１５および２４１７は、低電圧スイッチ（例えば、ＤＣバス２４０２の低電圧バスラインに結合される）と称され得る。さらに、スイッチ２４１４および２４１５は、Ｈブリッジの第１の側面と関連付けられてもよく、スイッチ２４１６および２４１７は、Ｈブリッジの第２の側面と関連付けられてもよい。
【０２７２】
スイッチ２４５０は、例えば、トランジスタ、接触器、継電器、任意の他の好適な制御可能スイッチ、またはそれらの任意の組み合わせ等の任意の好適なスイッチを含んでもよい。スイッチ２４５０は、ブレーキ抵抗器２４４０を通してＤＣバス２４０２を短絡させない（従って、エネルギーを無駄にしない）ように、通常動作中に開放している（すなわち、導電性パスを形成しない）。イベントが検出されるとき、制御システムは、スイッチ２４５０を閉鎖し（例えば、導電性パスを形成し）、したがって、ブレーキ抵抗器２４４０をＤＣバス２４０２の両方のバスラインに結合してもよい。故に、制動するとき、ブレーキ抵抗器は、ＤＣバス２４０２を横断する電圧に等しい、またはほぼ等しい電圧降下を被るであろう。ＤＣバス２４０２を横断する電圧は、例えば、数百ボルトまたはそれを上回り得る。制動中に、ブレーキ抵抗器２４４０は、その抵抗損失に従ってエネルギーを散逸させる。例えば、散逸された電力が、電力＝Ｉ２Ｒから決定される一方で、散逸されたエネルギーは、経時的な電力の積分に等しい。例証的実施例では、スイッチ２４５０が、通常動作−制動−停止律動（例えば、オフ−オンまたはオフ−オン−オフ）中に１または２スロー律動を受けるため、スイッチ２４５０は、（例えば、典型的には、高周波数において循環されないため）接触器または他の非ソリッドステートスイッチを含んでもよい。
【０２７３】
半波整流器を伴う受動制動（２つのダイオード）
いくつかの実施形態では、半波整流器が、トランスレータを制動させるためにブレーキ抵抗器と併せて使用されてもよい。波整流器は、位相をブレーキ抵抗器に結合する、２つのダイオードを含んでもよい。図２６は、本開示のいくつかの実施形態による、ブレーキ抵抗器２６４０、スイッチ２６５０、およびダイオード２６７１−２６７２を有する例証的パワーエレクトロニクスシステム２６００、および多相マシンの１つの位相のブロック図を示す。ブレーキ抵抗器に係合するための図２５の例証的プロセス２５００は、本開示のいくつかの実施形態によると、ステップ２５０２がスイッチ２６１４−２６１７を開放した状態で維持するステップを含むという付加的考慮を伴って、システム２６００に適用されてもよい。
【０２７４】
システム２６００は、スイッチ２６１４−２６１７と、位相リード２６６１および２６６２によって電磁マシンの位相２６６０に結合されるフライバックダイオード２６３４−２６３７とを含む、Ｈブリッジ構成を含む。Ｈブリッジは、例えば、グリッドタイインバータによって調整または別様に維持され得る、ＤＣバス２６０２に結合される。電流センサ２６０８は、例えば、位相２６６０内の電流を感知し、センサ信号を制御システムに出力するように構成される。電磁マシンは、個別のＨブリッジによってそれぞれ結合される、複数の位相を含んでもよい。Ｈブリッジに結合されるものとして示されているが、いくつかの実施形態では、位相２６６０は、中性接続（例えば、星形構成内に含まれる）に結合されてもよい。故に、いくつかのそのような実施形態では、４つではなく２つだけのスイッチが、中性接続によって置換されるＨブリッジ（例えば、ハーフＨブリッジをもたらす）の他方の側面と併用される。任意の好適なスイッチトポロジが、プロセス２５００との関連で使用されてもよい。
【０２７５】
スイッチ２６１４−２６１７は、トランジスタまたは任意の他の好適な制御可能ソリッドステートスイッチを含んでもよい。例えば、スイッチ２６１４−２６１７は、制御システムが対応するスイッチを開放または閉鎖するように構成される個別のゲート端子２６２４−２６２７に結合される（例えば、ゲート端子がそれぞれ、いくつかの実施形態では、電圧差を生成するための２つの端子を含み得る）、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、または他の好適なスイッチを含んでもよい。スイッチ２６１４−２６１７は、（例えば、位相２６６０のインダクタンスに起因して）切り替えられたときに大きい電圧スパイクを防止するように、個別のフライバックダイオード２６３４−２６３７と並列に構成される。スイッチ２６１４および２６１６は、高電圧スイッチ（例えば、ＤＣバス２６０２の高電圧バスラインに結合される）と称され得る。スイッチ２６１５および２６１７は、低電圧スイッチ（例えば、ＤＣバス２６０２の低電圧バスラインに結合される）と称され得る。さらに、スイッチ２６１４および２６１５は、Ｈブリッジの第１の側面と関連付けられてもよく、スイッチ２６１６および２６１７は、Ｈブリッジの第２の側面と関連付けられてもよい。
【０２７６】
ダイオード２６７１は、位相リード２６６１およびブレーキ抵抗器２６４０に結合され、位相リード２６６１からブレーキ抵抗器２６４０までのみの電流の流動を可能にする。ダイオード２６７２は、位相リード２６６２およびブレーキ抵抗器２６４０に結合され、位相リード２６６２からブレーキ抵抗器２６４０までのみの電流の流動を可能にする。ダイオード２６７１および２６７２は、ブレーキ抵抗器２６４０に対して類似極性を有し、半波整流器を作成する。ブレーキ抵抗器２６４０およびスイッチ２６５０の相対位置は、交換されてもよい（例えば、それらが直列である限り、順序は図示される通りである必要はない）。
【０２７７】
スイッチ２６５０は、例えば、トランジスタ、接触器、継電器、任意の他の好適な制御可能スイッチ、またはそれらの任意の組み合わせ等の任意の好適なスイッチを含んでもよい。スイッチ２６５０は、スイッチ２６１４−２６１７の動作に干渉しないように、通常動作中に開放している（すなわち、導電性パスを形成しない）。イベントが検出されるとき、制御システムは、スイッチ２６５０を閉鎖し（例えば、導電性パスを形成し）、スイッチ２６１４−２６１７を開放した状態で保持または維持してもよい。スイッチ２６１４−２６１７が全て開放しているとき、位相２６６０と相互作用するトランスレータによって発生される任意のｅｍｆは、電流を、いずれか一方のダイオード２６７１および２６７２を通してブレーキ抵抗器２６４０まで（例えば、続いて、ＤＣバス２６０２の低電圧バスラインまで）流動させるであろう。いくつかの実施形態では、制御システムは、個別のスイッチ２６１４−２６１７を開放した状態で維持するために信号をゲート端子２６２４−２６２７に印加する必要はない（例えば、ゲート端子は、下方に引動されてもよい）。制動中に、ブレーキ抵抗器２４４０は、その抵抗損失に従って、誘発された電流からエネルギーを散逸させる。例えば、散逸された電力が、電力＝Ｉ２Ｒから決定される一方で、散逸されたエネルギーは、経時的な電力の積分に等しい。例証的実施例では、スイッチ２４５０が、通常動作−制動−停止律動（例えば、オフ−オンまたはオフ−オン−オフ）中に１または２スロー律動を受けるため、スイッチ２４５０は、（例えば、典型的には、高周波数において循環されないため）接触器または他の非ソリッドステートスイッチを含んでもよい。
【０２７８】
いくつかの実施形態では、制御システムは、制動信号を発生させてもよく、パワーエレクトロニクスシステムは、制動信号を印加し、位相に結合される１つ以上のスイッチを制御する。例えば、Ｈブリッジ構成との関連で、パワーエレクトロニクスシステムは、好適な制動信号を好適なスイッチに印加し、トランスレータを制動させてもよい。図２７は、本開示のいくつかの実施形態による、パワーエレクトロニクスシステムに印加するための例証的制動信号を示す。図２８は、本開示のいくつかの実施形態による、制動信号を受信するように構成される例証的パワーエレクトロニクスシステム２８００のブロック図を示す。図２９は、本開示のいくつかの実施形態による、制動信号を印加するための例証的プロセス２９００のフローチャートを示す。
【０２７９】
制動信号２７００は、対応する電流を多相電磁マシンの位相に印加するように構成され得る、パワーエレクトロニクスシステムのスイッチに印加される信号を含む。制動信号２７０１は、スイッチを開放した状態で維持するように構成される、ゼロまたはヌル信号を含む。いくつかの実施形態では、印加された信号の欠如は、信号２７０１を構成してもよい。例えば、スイッチのゲートは、接地まで下方に引動されてもよく、印加された信号の非存在下で、ゼロボルトで維持されてもよい。制動信号２７０２は、オンおよびオフ間隔の両方を含む。例えば、図２７に図示されるように、制動信号２７０２は、ほぼ３０％のデューティサイクルを伴うＰＷＭ信号を含む。制動信号２７０２は、オンおよびオフ周期を含む時間内に任意の好適な信号形状を含んでもよい。例えば、制動信号２７０２は、規則的または不規則的周期、もしくはそれらの任意の組み合わせを有する、正弦波信号、方形波、三角波、鋸波、チャープ信号、ウェーブレット、任意の他の好適な形状または波形、もしくはそれらの変調を含んでもよい。
【０２８０】
システム２８００は、スイッチ２８１４−２８１７と、位相リード２８６１および２８６２によって電磁マシンの位相２８６０に結合されるフライバックダイオード２８３４−２８３７とを含む、Ｈブリッジ構成を含む。Ｈブリッジは、例えば、グリッドタイインバータによって調整または別様に維持され得る、ＤＣバス２８０２に結合される。電流センサ２８０８は、例えば、位相２８６０内の電流を感知し、センサ信号を制御システムに出力するように構成される。電磁マシンは、個別のＨブリッジによってそれぞれ結合される、複数の位相を含んでもよい。Ｈブリッジに結合されるものとして示されているが、いくつかの実施形態では、位相２８６０は、中性接続（例えば、星形構成内に含まれる）に結合されてもよい。故に、いくつかのそのような実施形態では、４つではなく２つだけのスイッチが、中性接続によって置換されるＨブリッジ（例えば、ハーフＨブリッジをもたらす）の他方の側面と併用される。任意の好適なスイッチトポロジが、プロセス２９００との関連で使用されてもよい。
【０２８１】
スイッチ２８１４−２８１７は、トランジスタまたは任意の他の好適な制御可能ソリッドステートスイッチを含んでもよい。例えば、スイッチ２８１４−２８１７は、制御システムが対応するスイッチを開放または閉鎖するように構成される個別のゲート端子２８２４−２８２７に結合される（例えば、ゲート端子がそれぞれ、いくつかの実施形態では、電圧差を生成するための２つの端子を含み得る）、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、または他の好適なスイッチを含んでもよい。スイッチ２８１４−２８１７は、（例えば、位相２８６０のインダクタンスに起因して）切り替えられたときに大きい電圧スパイクを防止するように、個別のフライバックダイオード２８３４−２８３７と並列に構成される。スイッチ２８１４および２８１６は、高電圧スイッチ（例えば、ＤＣバス２８０２の高電圧バスラインに結合される）と称され得る。スイッチ２８１５および２８１７は、低電圧スイッチ（例えば、ＤＣバス２８０２の低電圧バスラインに結合される）と称され得る。さらに、スイッチ２８１４および２８１５は、Ｈブリッジの第１の側面と関連付けられてもよく、スイッチ２８１６および２８１７は、Ｈブリッジの第２の側面と関連付けられてもよい。
【０２８２】
図２８を参照すると、制御システムは、開放した状態で維持された（例えば、アクティブ化されていない）残りのスイッチを伴って、両方の高電圧スイッチまたは両方の低電圧スイッチのいずれかをアクティブ化することによって、Ｈブリッジを動作させてトランスレータを制動してもよい。表２は、例証的制御信号を示す。図２９のステップ２９０２は、イベント（例えば、障害イベント）を検出するステップを含み、ステップ２９０４は、検出に応答して制動信号を印加するステップ（例えば、表２の制動Ａまたは制動Ｂモードを実装するステップ）を含む。
【表２】
2020534776.tif 000010
【０２８３】
表２に示されるように、通常動作中に、スイッチ２８１４−２８１７のそれぞれへの制御信号は、位置情報、相電流情報、任意の他の好適な情報、またはそれらの任意の組み合わせに基づいて決定される、ＰＷＭ信号を含んでもよい。例えば、制御システムは、全ての相電流が所望の電磁力を達成するための最小ノルム電流解を決定することによって、位相毎に電流のためのフィードバック制御ループを実行する。
【０２８４】
表２に示されるように、制動Ａ中に、スイッチ２８１４−２８１７のそれぞれへの制御信号は、位置または電流情報から独立し得るが、その必要はない、制動信号を含んでもよい。制動Ａ中の動作を参照すると、低電圧スイッチ（すなわち、図２８に示されるようなスイッチ２８１５および２８１７）が、ゼロではない制動信号に従って閉鎖される一方で、高電圧スイッチ（すなわち、図２８に示されるようなスイッチ２８１４および２８１６）は、ゼロ制動信号に従って開放した状態で維持される。例証すると、制動Ａ中に、電流が流動し、エネルギーを低電圧バスラインに散逸させることを可能にする、電流ループ２８９１が、形成される。制動信号２７０２がオンおよびオフ間隔の両方を含むため、位相２８６０からのエネルギー伝達は、非定常であり得る。制動Ａ中に、高電圧スイッチ２８１４および２８１６は、ＤＣバス２８０２の低バスラインと高バスラインとの間の短絡を防止するように開放した状態で維持される。
【０２８５】
表２に示されるように、制動Ｂ中に、スイッチ２８１４−２８１７のそれぞれへの制御信号は、位置または電流情報から独立し得るが、その必要はない、制動信号を含んでもよい。制動Ｂ中の動作を参照すると、高電圧スイッチ（すなわち、図２８に示されるようなスイッチ２８１４および２８１６）が、ゼロではない制動信号に従って閉鎖される一方で、低電圧スイッチ（すなわち、図２８に示されるようなスイッチ２８１５および２８１７）は、ゼロ制動信号に従って開放した状態で維持される。例証すると、制動Ａ中に、電流が流動し、エネルギーを低電圧バスラインに散逸させることを可能にする、電流ループ２８９０が、形成される。制動信号２７０２がオンおよびオフ間隔の両方を含むため、位相２８６０からのエネルギー伝達は、非定常であり得る。制動Ｂ中に、低電圧スイッチ２８１５および２８１７は、ＤＣバス２８０２の低バスラインと高バスラインとの間の短絡を防止するように開放した状態で維持される。
【０２８６】
いくつかの実施形態では、制動中に、制御システムは、制動Ａと制動Ｂとの間で切り替わる、またはその間で交互に入れ替わってもよい。例えば、制御システムは、制動Ａと制動Ｂとの間で交互に入れ替わり、任意のスイッチ対（例えば、低電圧スイッチ対または高電圧スイッチ対）が過熱しないように防止する、または別様にＨブリッジのスイッチの間のエネルギー伝達の平衡を保ってもよい。いくつかの実施形態では、制動Ａ、制動Ｂ、または両方が、イベントを検出するステップに応答して、制動中に他の制動技法（例えば、本開示の例証的技法のうちのいずれか）とともに含まれてもよい。いくつかの実施形態では、星形構成で結合される位相との関連で、１つを上回る位相が、電流ループ（例えば、電流ループ２８９０または２８９１に類似する）を作成するために使用されてもよい。
【０２８７】
いくつかの実施形態では、リニア多相電磁マシンは、渦電流ブレーキを含むように構成される。例えば、磁場は、トランスレータの運動に対抗する力を引き起こす渦電流を発生させる、トランスレータの伝導性材料内の１つ以上の位相によって発生される。図３０は、本開示のいくつかの実施形態による、リニア渦電流制動のために構成される、固定子３０００およびトランスレータ３０１２の断面図を示す。固定子３０００およびトランスレータ３０１２は、リニア多相電磁マシンの一部である。固定子３０００は、軸３０７０に沿って軸方向に配列される、位相３００１、３００２、３００３、３００４、３００５、３００６、３００７、３００８、３００９、３０１０、３０１１、および３０１２を含む。トランスレータ３０１２は、磁石区分３０３０と、磁石区分３０３０から軸方向にオフセットされて配列される伝導性区分３０３１および３０３２とを含む。図３０に示されていないが、トランスレータ３０１２は、（例えば、磁石区分３０３０が伝導性区分の間で軸方向にあるように）伝導性区分３０３１および３０３２から磁石区分３０２０の他方の側面上に付加的伝導性区分を含んでもよい。図３１は、本開示のいくつかの実施形態による、渦電流ブレーキに係合するための例証的プロセス３１００のフローチャートを示す。ステップ３１０２は、例えば、障害イベントまたは故障イベント等のイベントを検出するステップを含む。ステップ３１０４は、イベントを検出するステップに応答して、渦電流を発生させ、トランスレータを制動するステップを含む。
【０２８８】
伝導性区分は、渦電流制動との関連で、任意の好適な導電性材料を含んでもよい。例えば、伝導性区分（例えば、伝導性区分３０３１および３０３２）は、アルミニウム、銅、鋼鉄、ステンレス鋼、合金、任意の他の好適な材料、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。さらなる実施例では、伝導性区分（例えば、伝導性区分３０３１および３０３２）は、軸方向厚さ、断面形状、外径、内径、搭載特徴（例えば、突起または陥凹）、冷却特徴（例えば、フィン、リブ、または溝）、任意の他の好適な幾何学的性質、またはそれらの任意の組み合わせ等の任意の好適な幾何学的性質を含んでもよい。例証すると、伝導性区分は、トランスレータロッド／管に添着され、固定子と所定の空隙を形成するように構成される、金属リングを含んでもよい。
【０２８９】
磁石区分３０３０および固定子３０００は、電磁相互作用に影響を及ぼすように構成され得る、関連付けられる空隙３０２０を有する。例えば、空隙３０２０は、リラクタンス、力定数、モータ効率、および任意の他の好適な動作パラメータに影響を及ぼし得る。伝導性区分３０３１および３０３２および固定子３０００は、電磁相互作用に影響を及ぼすように構成され得る、関連付けられる空隙３０２１を有する。空隙３０２１は、空隙３０２０と同一である、または異なり得る。例えば、空隙３０２１は、伝導性区分３０３１および３０３２における磁場、伝導性区分３０３１および３０３２内の渦電流、および任意の他の好適な動作パラメータに影響を及ぼし得る。
【０２９０】
動作（例えば、通常動作および制動の両方）中に、磁石区分３０３０は、固定子３０００の位相のサブセットと軸方向に整合されてもよい。例えば、図３０に図示されるように、磁石区分３０３０は、位相３００１−３００６と軸方向に整合され、位相３００７−３０１２から軸方向にオフセットされる。故に、位相３００１−３００６が、磁石区分３０３０と電磁的に相互作用してもよい一方で、位相３００７−３０１２は、磁石区分３０３０と有意に電磁的に相互作用しない。例証的実施例では、相電流が、トランスレータ３０１２上に制動力を発生させるように位相３００１−３００６に印加されてもよい。
【０２９１】
図３０に図示されるような伝導性区分３０３１および３０３２は、位相３０１０−３０１２と少なくとも部分的に軸方向に整合される。位相３００９−３０１１が、磁石区分３０３０から軸方向にオフセットされる位相３００７−３０１２のサブセットの一部であるため、位相３００９−３０１１内の電流は、渦電流制動に使用されてもよい。例えば、伝導性区分３０３１および３０３２の非存在下の通常動作中に、トランスレータ３０１２が図３０に図示される位置にあるとき、相電流は、位相３００７−３０１２に印加される必要はない。本空間構成における位相３００７−３０１２への電流の印加は、トランスレータ３０１２上に有意な電磁力を生成しないであろう。さらなる実施例では、伝導性区分３０３１および３０３２の存在下の通常動作中に、トランスレータ３０１２が図３０に図示される位置にあるとき、相電流は、位相３００７−３０１２に印加されない（例えば、これは、渦電流制動を引き起こすであろう）。イベントが検出されることに応答して、制御システムは、磁石区分３０３０から軸方向にオフセットされ、伝導性区分３０３１および３０３２と軸方向に整合される、位相のサブセットを決定し、電流をこれらの位相（例えば、図３０に図示されるような位相３００９−３０１１）に印加してもよい。例証的実施例では、制御システムは、電流を位相３００９−３０１１のうちの少なくとも１つに印加し、軸方向整合に応じて、伝導性区分３０３１および３０３２内で渦電流を発生させてもよい（例えば、位相３００９は、伝導性区分３０３１が軸方向に整合されるため、その中で渦電流を発生させるために使用されてもよい）。印加された電流は、例えば、正弦波振幅、パルス振幅、方形波振幅、一定振幅、任意の他の好適な振幅、またはそれらの任意の組み合わせを含む、任意の好適な時間特性を有してもよい。トランスレータ３０１２が制動中に軸３０７０に沿って軸方向に移動すると、軸方向に整合され、軸方向にオフセットされる位相のサブセットは、変化してもよい。故に、制御システムは、渦電流を発生させるための好適な位相に相電流を印加してもよい。例えば、制御システムは、磁石区分３０３０に対して関連付けられるゼロではない力定数を有する位相を決定し、これらの位相を、渦電流制動のための電流を印加する潜在的位相と見なしてもよい。例えば、制御システムは、伝導性区分３０３１、伝導性区分３０３２、または両方と軸方向に整合される位相を決定し、これらの位相を、渦電流制動のための電流を印加する潜在的位相と見なしてもよい。
【０２９２】
図３２は、本開示のいくつかの実施形態による、トランスレータと関連付けられる例証的位置速度軌道を示す。パネル３２００は、より大きいトランスレータ速度（例えば、速度の絶対値に等しい）と、より大きい行程（例えば、頂点位置１と頂点位置２との間の差に等しい）とを含む、位置速度軌道３２０１および位置速度軌道３２０２を示す。位置速度軌道３２０２は、自由ピストンマシンの比較的に高電力の動作条件に対応し得る。位置速度軌道３２０１および３２０２は、実質的に定常であり、通常動作または別様に定常動作に対応する。トランスレータは、通常動作（例えば、負荷追従）中に位置速度軌道の間で移動してもよい、または実質的に特定の位置速度軌道において動作したままであってもよい。
【０２９３】
パネル３２１０は、通常動作からゼロの最終速度（すなわち、停止）までの制動中の位置速度軌道３２１２を示す。位置速度軌道３２１２は、各後続の行程中にピーク速度および行程長の両方を減少させる。いくつかの実施形態では、位置速度軌道３２１２は、本明細書に開示される制動プロセスの例証である。
【０２９４】
パネル３２２０は、通常動作からゼロの最終速度（すなわち、停止）までの制動中の位置速度軌道３２２２を示す。位置速度軌道３２２２は、各後続の行程中にピーク速度を減少させる。位置速度軌道３２２２の行程長は、最初に増加し、次いで、（すなわち、速度がゼロであるときに）ゼロまで減少する。いくつかの実施形態では、位置速度軌道３２２２は、本明細書に開示される制動プロセスの例証である。
【０２９５】
パネル３２３０は、通常動作からゼロの最終速度（すなわち、停止）までの制動中の位置速度軌道３２３２を示す。位置速度軌道３２３２は、各後続の行程中にピーク速度を減少させる。位置速度軌道３２３２の行程長は、ゼロまで減少するまで（すなわち、速度がゼロであるときに）、実質的に固定されたままである。いくつかの実施形態では、位置速度軌道３２３２は、本明細書に開示される制動プロセスの例証である。
【０２９６】
パネル３２４０は、第１の動作状態から、より低い関連付けられる動作電力を有する第２の動作状態に遷移する、制動中の位置速度軌道３２４２を示す。位置速度軌道３２４２は、遷移中にピーク速度および行程長を減少させる。いくつかの実施形態では、位置速度軌道３２４２は、本明細書に開示される制動プロセスの例証である。
【０２９７】
位置速度軌道３２０１、３２０２、３２１２、３２２２、３２３２、および３２４２は、例証的にすぎず、トランスレータは、本開示によると、通常動作および制動中に任意の好適な軌道を達成し得ることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、制動を受けるトランスレータは、多くのサイクル（例えば、図３２に示されるよりも多い）、１つのサイクル、または任意の好適な数のサイクル、もしくはその一部にわたって、減速してもよい。さらなる実施例では、制動軌道の終了状態は、完全停止（例えば、ゼロの速度）、または比較的により小さい速度（すなわち、より低い運動エネルギー）、行程長、もしくはそれらの組み合わせを有する、動作条件であってもよい。
【０２９８】
本開示の上記で説明される実施形態は、限定ではなく、例証の目的のために提示され、本開示は、以下に続く請求項のみによって限定される。加えて、本明細書に開示されるシステム、デバイス、または機器のうちのいずれかは、本明細書に開示される任意のプロセスのステップのうちの１つ以上のものを実施するために使用され得ることに留意されたい。例えば、図４−７の例証的ＬＥＭトポロジのうちのいずれかは、図９−３２との関連で説明されるシステムおよびプロセスのうちのいずれかに関連して使用されてもよい。さらに、いずれか１つの実施形態に説明される特徴および限定は、本明細書の任意の他の実施形態に適用され得、一実施形態に関するフローチャートまたは実施例は、好適な様式で任意の他の実施形態と組み合わせられる、異なる順序で行われる、追加ステップを伴って実施される、省略されたステップを伴って実施される、または並行して行われ得ることに留意されたい。例えば、これらのステップはそれぞれ、システムまたは方法の遅延を低減させる、もしくは速度を増加させるように、任意の順序で、または並行して、もしくは実質的に同時に実施されてもよい。加えて、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、リアルタイムで実施されてもよい。また、上記に説明されるシステムおよび／または方法は、他のシステムおよび／もしくは方法に適用される、またはそれに従って使用され得ることに留意されたい。
【０２９９】
本開示は、本明細書に説明される実施形態に限定されず、任意の好適なシステムとの関連で実装され得ることを理解されたい。いくつかの好適な実施形態では、本開示は、往復機関および圧縮機に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、自由ピストン機関および圧縮機に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、往復機関および自由ピストン機関等の燃焼および反応デバイスに適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、往復圧縮機および自由ピストン圧縮機等の非燃焼および非反応デバイスに適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、ガスばねに適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、油を含まない往復および自由ピストン機関および圧縮機に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、内部または外部燃焼もしくは反応を伴う油を含まない自由ピストン機関に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、圧縮点火、火花点火、または両方とともに動作する、油を含まない自由ピストン機関に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、ガス燃料、液体燃料、または両方とともに動作する、油を含まない自由ピストン機関に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、リニア自由ピストン機関に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、内部燃焼／反応を伴う燃焼機関、または（例えば、熱源もしくは燃焼等の外部反応からの）外部熱付加を伴う任意のタイプの熱機関であり得る、機関に適用可能である。
【０３００】
前述は、本開示の原則の例証にすぎず、種々の修正が、本開示の範囲から逸脱することなく当業者によって行われ得る。上記で説明される実施形態は、限定ではなく、例証の目的のために提示される。本開示はまた、本明細書に明示的に説明されるもの以外の多くの形態をとることもできる。故に、本開示は、明示的に開示される方法、システム、および装置に限定されないが、以下の請求項の精神内である、それらの変形例および修正を含むことを意図していることが強調される。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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