知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ ミルウォーキー エレクトリック ツール コーポレイションの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-19
(45)【発行日】2024-04-30
(54)【発明の名称】ガスエンジン交換装置のためのモータ制御
(51)【国際特許分類】
H02P 29/00 20160101AFI20240422BHJP
B60L 3/00 20190101ALI20240422BHJP
B60L 53/80 20190101ALI20240422BHJP
【ＦＩ】
H02P29/00
B60L3/00 H
B60L53/80
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2022525878
(86)(22)【出願日】2020-11-06
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-27
(86)【国際出願番号】 US2020059488
(87)【国際公開番号】W WO2021092444
(87)【国際公開日】2021-05-14
【審査請求日】2022-06-06
(31)【優先権主張番号】62/932,711
(32)【優先日】2019-11-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/009,642
(32)【優先日】2020-04-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】598073073
【氏名又は名称】ミルウォーキー エレクトリック ツール コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】オーバーマン、ティモシー、アール．
(72)【発明者】
【氏名】シーグラー、デイヴィッド、ダブリュー．
(72)【発明者】
【氏名】ヒューバー、アレクサンダー
(72)【発明者】
【氏名】チャップマン、３世、ウィリアム、エフ．
(72)【発明者】
【氏名】ギャラガー、パトリック、ディー．
(72)【発明者】
【氏名】バートレット、ティモシー、ジェイ．
【審査官】三島木 英宏
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０５１５７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－２２４４８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－１１２６９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２８７４９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－３１１１９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－１６４２９８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ ２９／００
Ｂ６０Ｌ ３／００
Ｂ６０Ｌ ５３／８０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
動力機器におけるガス－エンジンの交換のためのガスエンジン交換装置であって、ハウジングと、
前記ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成されるバッテリレセプタクルと、
前記ハウジング内部に位置するモータと、
前記モータからトルクを受け、前記ハウジングの側面から突出する動力取出シャフトと、
前記バッテリパックから前記モータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、
前記電力スイッチングネットワークに結合され、前記電力スイッチングネットワークを制御して前記モータを回転させるよう構成される、電子プロセッサであって、
前記モータのためのコマンド速度を受信し、
前記モータのための以前の出力速度を受信し、
前記コマンド速度が除外ゾーン内にあるかどうかを特定し、
前記コマンド速度が前記除外ゾーンの外側にあることに応じて、前記モータのための出力速度を前記コマンド速度に設定し、
前記コマンド速度が前記除外ゾーン内にあることに応じて、前記以前の出力速度に基づいて前記出力速度を設定し、
前記コマンド速度が前記除外ゾーン内にあると特定されたかどうかに基づいて設定される前記出力速度に従って前記モータを回転させるよう前記電力スイッチングネットワークを制御するよう構成される、
電子プロセッサと、を備える、
ガスエンジン交換装置。
【請求項2】
前記電子プロセッサは、前記以前の出力速度が前記除外ゾーンよりも大きいことに応じて、前記出力速度を前記除外ゾーンの上限に設定することによって前記以前の出力速度に基づいて前記出力速度を設定するよう構成される、請求項１に記載のガスエンジン交換装置。
【請求項3】
前記電子プロセッサは、前記以前の出力速度が前記除外ゾーン未満であることに応じて、前記出力速度を前記除外ゾーンの下限に設定することによって前記以前の出力速度に基づいて前記出力速度を設定するよう構成される、請求項１に記載のガスエンジン交換装置。
【請求項4】
前記除外ゾーンは、前記モータに結合される機械システムの共振周波数の周りにヒステリシスを画成する、請求項１に記載のガスエンジン交換装置。
【請求項5】
更に、振動センサを備え、前記電子プロセッサは、前記振動センサの出力に基づいて前記共振周波数を識別するよう構成される、請求項４に記載のガスエンジン交換装置。
【請求項6】
振動センサを備え、前記電子プロセッサは、前記振動センサの出力に基づいて前記除外ゾーンを生成するよう構成される、請求項１に記載のガスエンジン交換装置。
【請求項7】
前記動力取出シャフトに結合されるポンプを備える、請求項１に記載のガスエンジン交換装置。
【請求項8】
前記電子プロセッサを取り囲み、不活性流体を含む筐体と、前記筐体内で前記不活性流体を循環させるよう構成されるポンプと、
前記筐体に結合される熱交換器と、を備える、
請求項１に記載のガスエンジン交換装置。
【請求項9】
動力機器におけるガス－エンジンの交換のためのガスエンジン交換装置であって、
ハウジングと、
振動センサと、
前記ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成される、バッテリレセプタクルと、
前記ハウジング内部に位置するモータと、
前記モータからトルクを受け、前記ハウジングの側面から突出する、動力取出シャフトと、
前記バッテリパックから前記モータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、
前記電力スイッチングネットワークに結合され、前記電力スイッチングネットワークを制御して前記モータを回転させるよう構成される、電子プロセッサであって、
前記モータのためのコマンド速度を受信し、
前記モータのための以前の出力速度を受信し、
前記振動センサの出力及び前記モータのための前記以前の出力速度に基づいて、前記コマンド速度とは異なる前記モータのための出力速度を特定し、
前記特定した出力速度に従って前記モータを回転させるよう、前記電力スイッチングネットワークを制御するよう構成される、
電子プロセッサと、を備える、
ガスエンジン交換装置。
【請求項10】
前記電子プロセッサは、前記振動センサの前記出力に基づいて除外ゾーンを特定し、
前記コマンド速度が前記除外ゾーン内にあることに応じて、前記出力速度を前記以前の出力速度に基づく速度に設定することによって、
前記コマンド速度とは異なる前記モータのための前記出力速度を特定するよう構成される、
請求項９に記載のガスエンジン交換装置。
【請求項11】
ハウジングと、前記ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成される、バッテリレセプタクルと、前記ハウジング内部に位置するモータと、前記モータからトルクを受け、前記ハウジングの側面から突出する、動力取出シャフトと、前記バッテリパックから前記モータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、前記電力スイッチングネットワークに結合され、前記電力スイッチングネットワークを制御して前記モータを回転させるよう構成される、電子プロセッサとを含む、動力機器におけるガス－エンジンの交換のためのガスエンジン交換装置を操作するための方法であって、前記電子プロセッサによって、前記モータのためのコマンド速度を受信することと、
前記電子プロセッサによって、前記モータのための以前の出力速度を受信することと、
前記電子プロセッサによって、前記コマンド速度が除外ゾーン内にあるかどうかを特定することと、
前記電子プロセッサによって、前記コマンド速度が前記除外ゾーンの外側にあることに応じて、前記モータのための出力速度を前記コマンド速度に設定することと、
前記電子プロセッサによって、前記コマンド速度が前記除外ゾーン内にあることに応じて、前記以前の出力速度に基づいて前記出力速度を設定することと、
前記電子プロセッサによって、前記コマンド速度が前記除外ゾーン内にあると特定されたかどうかに基づいて設定される前記出力速度に従って前記モータを回転させるよう前記電力スイッチングネットワークを制御することと、を含む、
方法。
【請求項12】
前記電子プロセッサによって、前記以前の出力速度が前記除外ゾーンよりも大きいことに応じて、前記出力速度を前記除外ゾーンの上限に設定することによって前記以前の出力速度に基づいて前記出力速度を設定することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記電子プロセッサによって、前記以前の出力速度が前記除外ゾーン未満であることに応じて、前記出力速度を前記除外ゾーンの下限に設定することによって前記以前の出力速度に基づいて前記出力速度を設定することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記除外ゾーンは、前記モータに結合される機械システムの共振周波数の周りにヒステリシスを画成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
前記ガスエンジン交換装置は、振動センサを含み、
前記電子プロセッサによって、前記振動センサの出力に基づいて前記共振周波数を識別すること、を更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記ガスエンジン交換装置は、振動センサを含み、
前記電子プロセッサによって、前記振動センサの出力に基づいて前記除外ゾーンを生成すること、を更に含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
ハウジングと、前記ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成される、バッテリレセプタクルと、前記ハウジング内部に位置するモータと、前記モータからトルクを受け、前記ハウジングの側面から突出する、動力取出シャフトと、前記バッテリパックから前記モータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、前記電力スイッチングネットワークに結合され、前記電力スイッチングネットワークを制御して前記モータを回転させるよう構成される、電子プロセッサとを含む、動力機器におけるガス－エンジンの交換のためのガスエンジン交換装置を操作するための方法であって、前記電子プロセッサによって、前記モータのためのコマンド速度を受信することと、
前記電子プロセッサによって、前記モータのための以前の出力速度を受信することと、
前記電子プロセッサによって、振動センサの出力及び前記モータのための前記以前の出力速度に基づいて、前記コマンド速度とは異なる前記モータのための出力速度を特定することと、
前記電子プロセッサによって、前記特定した出力速度に従って前記モータを回転させるよう、前記電力スイッチングネットワークを制御することと、を含む、
方法。
【請求項18】
前記コマンド速度とは異なる前記モータのための前記出力速度を特定することは、
前記電子プロセッサによって、前記振動センサの前記出力に基づいて除外ゾーンを特定することと、
前記電子プロセッサによって、前記コマンド速度が前記除外ゾーン内にあることに応じて、前記出力速度を前記モータの前記以前の出力速度に基づく速度に設定することと、を含む、
請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願
本願は、２０１９年１１月８日出願の米国仮特許出願第６２／９３２，７１１号明細書及び２０２０年４月１４日出願の米国仮特許出願第６３／００９，６４２号明細書の利益を主張するものであり、それらそれぞれの内容の全てを引用して本明細書中に組み込む。
本願は、２０１９年１１月８日出願の米国仮特許出願第６２／９３２，７１１号明細書及び２０２０年４月１４日出願の米国仮特許出願第６３／００９，６４２号明細書の利益を主張するものであり、それらそれぞれの内容の全てを引用して本明細書中に組み込む。
【0002】
本願は、ガスエンジン交換用モータユニットに関し、特に、動力機器と共に用いるためのガスエンジン交換用モータユニットに関する。
【背景技術】
【0003】
小型の単気筒又は多気筒ガソリンエンジンを動力機器に取り付けて、動力取出シャフトにより機器を駆動することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置は、ハウジングと、ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成されるバッテリレセプタクルと、ハウジング内部に位置するモータと、モータからトルクを受け、ハウジングの側面から突出する動力取出シャフトと、バッテリパックからモータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、電子プロセッサとを含んで提供される。電子プロセッサは、電力スイッチングネットワークに結合され、電力スイッチングネットワークを制御してモータを回転させるよう構成される。電子プロセッサは、モータのためのコマンド速度を受信し、コマンド速度が除外ゾーン内にあるかどうかを特定し、コマンド速度が除外ゾーンの外側にあることに応じて、モータのための出力速度をコマンド速度に設定し、コマンド速度が除外ゾーン内にあることに応じて、出力速度を除外ゾーン外側の速度に設定し、コマンド速度が除外ゾーン内にあると特定されたかどうかに基づいて設定される出力速度に従ってモータを回転させるよう電力スイッチングネットワークを制御するよう構成される。
【0005】
幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、以前の出力速度が除外ゾーンよりも大きいことに応じて、出力速度を除外ゾーンの上限に設定するよう構成される。幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、以前の出力速度が除外ゾーン未満であることに応じて、出力速度を除外ゾーンの下限に設定するよう構成される。幾つかの実施形態において、除外ゾーンは、モータに結合される機械システムの共振周波数の周りにヒステリシスを画成する。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置は振動センサを含み、電子プロセッサは、振動センサの出力に基づいて共振周波数を識別するよう構成される。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置は振動センサを含み、電子プロセッサは、振動センサの出力に基づいて除外ゾーンを生成するよう構成される。
【0006】
幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置は、ハウジングと、振動センサと、ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成されるバッテリレセプタクルと、ハウジング内部に位置するモータと、モータからトルクを受け、ハウジングの側面から突出する動力取出シャフトと、バッテリパックからモータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、電子プロセッサとを含んで提供される。電子プロセッサは、電力スイッチングネットワークに結合され、電力スイッチングネットワークを制御してモータを回転させるよう構成される。電子プロセッサは、振動センサの出力に基づいて除外ゾーンを生成し、モータのためのコマンド速度を受信し、コマンド速度に基づいてモータのための出力速度を特定して動作速度を除外ゾーンの外側の値に制限し、特定した出力速度に従ってモータを回転させるよう電力スイッチングネットワークを制御するよう構成される。
【0007】
幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、以前の出力速度が除外ゾーンよりも大きいことに応じて、出力速度を除外ゾーンの上限に設定するよう構成される。幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、以前の出力速度が除外ゾーン未満であることに応じて、出力速度を除外ゾーンの下限に設定するよう構成される。幾つかの実施形態において、除外ゾーンは、モータに結合される機械システムの共振周波数の周りにヒステリシスを画成する。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置は振動センサを含み、電子プロセッサは、振動センサの出力に基づいて共振周波数を識別するよう構成され、除外ゾーンは、識別した共振周波数に基づいて生成される。
【0008】
幾つかの実施形態において、システムは、ポンプとガスエンジン交換装置とを含んで提供される。ガスエンジン交換装置は、ハウジングと、ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成されるバッテリレセプタクルと、ハウジング内部に位置するモータと、モータからトルクを受け、ハウジングの側面から突出し、ポンプに結合する動力取出シャフトと、バッテリパックからモータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、電子プロセッサとを含んで提供される。電子プロセッサは、電力スイッチングネットワークに結合され、電力スイッチングネットワークを制御してモータを回転させるよう構成される。電子プロセッサはまた、モータのためのコマンド速度を受信し、コマンド速度が除外ゾーン内にあるかどうかを特定し、コマンド速度が除外ゾーンの外側にあることに応じて、モータのための出力速度をコマンド速度に設定し、コマンド速度が除外ゾーン内にあることに応じて、出力速度を除外ゾーン外側の速度に設定し、コマンド速度が除外ゾーン内にあると特定されたかどうかに基づいて設定される出力速度に従ってモータを回転させるよう電力スイッチングネットワークを制御するよう構成される。
【0009】
幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、以前の出力速度が除外ゾーンよりも大きいことに応じて、出力速度を除外ゾーンの上限に設定するよう構成される。幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、以前の出力速度が除外ゾーン未満であることに応じて、出力速度を除外ゾーンの下限に設定するよう構成される。幾つかの実施形態において、除外ゾーンは、モータに結合される機械システムの共振周波数の周りにヒステリシスを画成する。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置は振動センサを含み、電子プロセッサは、振動センサの出力に基づいて共振周波数を識別するよう構成され、除外ゾーンは、識別した共振周波数に基づいて生成される。
【0010】
幾つかの実施形態において、方法は、ガスエンジン交換装置の電子プロセッサによって、モータのためのコマンド速度を受信することを含んで提供される。方法は、更に、電子プロセッサによって、コマンド速度が除外ゾーン内にあるかどうかを特定することを含む。更に、電子プロセッサは、コマンド速度が除外ゾーンの外側にあることに応じて、モータのための出力速度をコマンド速度に設定し、コマンド速度が除外ゾーン内にあることに応じて、出力速度を除外ゾーン外側の速度に設定する。方法は更に、電子プロセッサによって、コマンド速度が除外ゾーン内にあると特定されたかどうかに基づいて設定される出力速度に従ってガスエンジン交換装置のモータを回転させるよう電力スイッチングネットワークを制御することを含む。
【0011】
方法の幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、以前の出力速度が除外ゾーンより大きいことに応じて、出力速度を除外ゾーンの上限に設定する。方法の幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、以前の出力速度が除外ゾーン未満であることに応じて、出力速度を除外ゾーンの下限に設定する。方法の幾つかの実施形態において、除外ゾーンは、モータに結合される機械システムの共振周波数の周りにヒステリシスを画成する。方法の幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置は振動センサを含み、電子プロセッサは、振動センサの出力に基づいて共振周波数を識別する。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置は振動センサを含み、電子プロセッサは、振動センサの出力に基づいて除外ゾーンを生成する。
【0012】
幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置は、ハウジングと、ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成されるバッテリレセプタクルと、ハウジング内部に位置するモータと、モータからトルクを受け、ハウジングの側面から突出する動力取出シャフトと、バッテリパックからモータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、電子プロセッサとを含んで提供される。電子プロセッサは、電力スイッチングネットワークに結合され、電力スイッチングネットワークを制御してモータを回転させるよう構成される。電子プロセッサは、モータのためのコマンド速度を受信し、コマンド速度に基づいてモータのための出力速度を生成し、暴走状態を検出し、暴走状態を緩和するよう構成される。
【0013】
幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置を操作するための方法が提供され、ガスエンジン交換装置は、ハウジングと、ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成されるバッテリレセプタクルと、ハウジング内部に位置するモータと、モータからトルクを受け、ハウジングの側面から突出する動力取出シャフトと、バッテリパックからモータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、電子プロセッサとを含む。電子プロセッサは、電力スイッチングネットワークに結合され、電力スイッチングネットワークを制御してモータを回転させるよう構成される。方法は、ガスエンジン交換装置がモータのためのコマンド速度を受信することと、コマンド速度に基づいてモータのための出力速度を生成することと、暴走状態を検出することと、暴走状態を緩和することとを含む。
【0014】
幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置は、ハウジングと、ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成されるバッテリレセプタクルと、ハウジング内部に位置するモータと、モータからトルクを受け、ハウジングの側面から突出する動力取出シャフトと、バッテリパックからモータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、電子プロセッサとを含んで提供される。電子プロセッサは、電力スイッチングネットワークに結合され、電力スイッチングネットワークを制御してモータを回転させるよう構成される。電子プロセッサは、モータ電流を監視し、モータ電流に基づいて負荷状態を推定し、負荷状態に基づいてモータコマンド速度を設定するよう構成される。
【0015】
幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置を操作するための方法が提供され、ガスエンジン交換装置は、ハウジングと、ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成されるバッテリレセプタクルと、ハウジング内部に位置するモータと、モータからトルクを受け、ハウジングの側面から突出する動力取出シャフトと、バッテリパックからモータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、電子プロセッサとを含む。電子プロセッサは、電力スイッチングネットワークに結合され、電力スイッチングネットワークを制御してモータを回転させるよう構成される。方法は、ガスエンジン交換装置がモータ電流を監視することと、モータ電流に基づいて負荷状態を推定することと、負荷状態に基づいてモータコマンド速度を設定することとを含む。
【0016】
幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置は、ハウジングと、ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成されるバッテリレセプタクルと、ハウジング内部に位置するモータと、モータからトルクを受け、ハウジングの側面から突出する動力取出シャフトと、バッテリパックからモータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、電子プロセッサとを含んで提供される。電子プロセッサは、電力スイッチングネットワークに結合され、電力スイッチングネットワークを制御してモータを回転させるよう構成される。電子プロセッサは、位置制御コマンドを受信し、装填位置を特定し、装填位置に基づいてモータを制御するよう構成される。
【0017】
幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置を操作するための方法が提供され、ガスエンジン交換装置は、ハウジングと、ハウジングに結合され、バッテリパックを取り外し可能に受け入れるよう構成されるバッテリレセプタクルと、ハウジング内部に位置するモータと、モータからトルクを受け、ハウジングの側面から突出する動力取出シャフトと、バッテリパックからモータに電力を選択的に提供するよう構成される電力スイッチングネットワークと、電子プロセッサとを含む。電子プロセッサは、電力スイッチングネットワークに結合され、電力スイッチングネットワークを制御してモータを回転させるよう構成される。方法は、ガスエンジン交換装置が位置制御コマンドを受信することと、装填位置を特定することと、装填位置に基づいてモータを制御することとを含む。
【0018】
任意の実施形態を詳細に説明する前に、実施形態は、その用途において、以下の説明に記載するか、又は以下の図面に示す構成部品の構造及び配置の詳細に限定されないことを理解されたい。本明細書中に説明する実施形態は、様々な方法において実施又は実行することが可能である。また、本明細書中で用いる表現及び用語は説明のためのものであり、制限するものとして見なしてはならないことは、理解されたい。本明細書中での「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、又は「ｈａｖｉｎｇ」、及びそれらの変形例の使用は、それ以降に挙げる項目及びその均等物並びに追加項目を包含することを意味する。用語「取り付けられる」、「接続される」、及び「結合される」は、広義に用いられ、直接的及び間接的両方の取り付け、接続、及び結合を包含する。更に、「接続される」及び「結合される」は、物理的若しくは機械的な接続或いは結合に限定されず、直接的又は間接的に関わらず、電気的な接続若しくは結合を含むことができる。加えて、項目のリストと共に本明細書中で用いるように、「及び／又は」とは、項目が全て一緒に、サブセットで、又は代替として取られる可能性があることを意味する（例えば、「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」は、Ａ；Ｂ；Ｃ；Ａ及びＢ；Ｂ及びＣ；Ａ及びＣ；又はＡ、Ｂ、及びＣを意味する）。
【0019】
複数のハードウェア及びソフトウェアベースの装置、並びに複数の異なる構造的構成部品が、本明細書中に説明する実施形態を実装するために利用されてもよいことに留意されたい。更に、後続の段落において説明するように、図面に示す特定の構成は、例示的な実施形態として意図しており、他の代替の構成が可能である。用語「プロセッサ」、「中央処理装置」、及び「ＣＰＵ」は、特に指定のない限り交換可能である。用語「プロセッサ」又は「中央処理装置」若しくは「ＣＰＵ」が、特定の機能を実行するユニットを識別するものとして用いられる場合、特に指定のない限り、それらの機能は、単一のプロセッサ、又は並列プロセッサ、直列プロセッサ、タンデムプロセッサ、若しくはクラウド処理／クラウドコンピューティング構成を含む任意の形態で配置される複数のプロセッサによって実行することができることを理解されたい。
【0020】
加えて、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、及び電子構成部品又はモジュールを含んでいてもよく、これらは、検討の目的のために、構成部品の大部分がハードウェアのみで実装されているかのように図示及び説明する可能性があることを理解されたい。しかし、当業者は、この詳細な説明を読むことに基づいて、少なくとも１つの実施形態において、電子ベースの態様が、マイクロプロセッサ及び／又は特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）等の１つ以上の処理ユニットによって実行可能なソフトウェア（例えば、非一時的コンピュータ読取可能媒体に格納される）において実装されてもよいことを認識するであろう。このため、複数のハードウェア及びソフトウェアベースの装置、並びに複数の異なる構造的構成部品が、実施形態を実装するために利用されてもよいことに留意されたい。
【0021】
他の特徴及び態様は、以下の詳細な説明及び添付図面の考慮によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】実施形態によるガスエンジン交換装置の斜視図である。
【図16】ポンプシステムの速度－トルク動作曲線を示す。
【図19】幾つかの実施形態による、負荷状態を識別するために有用なモータ電流における外乱を示す図である。
【図20】幾つかの実施形態による、負荷状態を識別するために有用なモータ電流における外乱を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図１及び２に示すように、動力機器の一部と共に用いるためのガスエンジン交換装置１０は、第１の側面１８と、第１の側面１８に隣接する第２の側面２２と、第２の側面２２に対向する第３の側面２６と、第１の側面１８に対向する第４の側面２８と、第２及び第３の側面２２、２６間に延在する第５の側面３０と、第５の側面３０に対向する第６の側面３２とを有するハウジング１４を含んでいる。ガスエンジン交換装置１０はまた、第１の側面１８でハウジング１４に結合されるフランジ３４と、ハウジング１４内部に位置する電気モータ３６と、第２の側面２２から突出し、モータ３６からのトルクを受け取る動力取出シャフト３８とを含んでいる。以下で更に詳細に説明するように、幾つかの実施形態において、動力取出シャフト３８は、第１の側面１８及びフランジ３４から突出している。図３に示すように、ガスエンジン交換装置１０はまた、ハウジング１４内部に位置決めされ、モータ３６に電気的に接続される配線及びコントローラ４６を含む制御電子機器４２も含んでいる。同様のガスエンジン交換装置１０は、２０１９年８月２６日出願の米国特許出願第１６／５５１，１９７号明細書に記載及び図示されており、その内容の全てを引用して本明細書中に組み込む。
【0024】
図１～６に示すように、ガスエンジン交換装置１０はまた、ハウジング１４内のバッテリレセプタクル５４に取り外し可能に受け入れられてバッテリパック５０から制御電子機器４２を介してモータ３６に電流を伝達するバッテリパック５０も含んでいる。図４～６を参照すると、バッテリパック５０は、支持部６２と、パックハウジング５８によって支持される複数のバッテリセル６８に電気的に接続される第１の端子６６とを有するバッテリパックハウジング５８を含んでいる。支持部６２は、バッテリレセプタクル５４の相補突出部／凹部７４（図６に示す）と協働する突出部／凹部７０を有するスライドオン編成を提供する。図４～６に示す実施形態において、バッテリパック５０の突出部／凹部７０はガイドレールであり、バッテリレセプタクル５４の突出部／凹部７４はガイド凹部である。同様のバッテリパックは、２０１８年７月２日出願の米国特許出願公開第２０１９／０００６９８０号明細書に記載及び図示されており、その内容の全てを引用して本明細書中に組み込む。幾つかの実施形態において、バッテリセル６８は、最大約８０Ｖの公称電圧を有する。幾つかの実施形態において、バッテリセル６８は、最大約１２０Ｖの公称電圧を有する。幾つかの実施形態において、バッテリパック５０は、最大約６ｌｂの重量を有する。幾つかの実施形態において、バッテリセル６８のそれぞれは、最大２１ｍｍの直径及び最大約７１ｍｍの長さを有する。幾つかの実施形態において、バッテリパック５０は、最大２０個のバッテリセル６８を含む。幾つかの実施形態において、バッテリセル６８は直列に接続される。幾つかの実施形態において、バッテリセル６８は、約４０Ａ～約６０Ａの間の持続動作放電電流を出力するよう動作可能である。幾つかの実施形態において、バッテリセル６８のそれぞれは、約３．０Ａｈ～約５．０Ａｈの間の容量を有する。
【0025】
図６は、幾つかの実施形態によるガスエンジン交換装置１０のバッテリレセプタクル５４を示している。バッテリレセプタクル５４は、突出部／凹部７４と、第２の端子７８と、ラッチ機構８２と、電力切断スイッチ８６とを含んでいる。突出部／凹部７４は、バッテリパック５０をガスエンジン交換装置１０のバッテリレセプタクル５４に装着するようバッテリパック５０の突出部／凹部７０と協働する。バッテリパック５０がガスエンジン交換装置１０に装着されると、第２の端子７８及び第１の端子６６は電気的に接続される。ラッチ機構８２は、バッテリレセプタクル５４の表面から突出し、バッテリパック５０と係合してバッテリパック５０とバッテリレセプタクル５４との間の係合を維持するよう構成される。従って、バッテリパック５０は、バッテリパック５０がガスエンジン交換装置１０のハウジング１４によって支持可能であるように、バッテリレセプタクル５４に接続可能であり、それによって支持可能である。幾つかの実施形態において、バッテリパックレセプタクル５４は、モータ３６からバッテリパック５０に伝達される振動を抑制するために、モータ３６とバッテリパック５０との間に最大可能離間距離を生じる位置においてハウジング１４上に配置される。幾つかの実施形態において、エラストマー部材が、モータ３６からハウジング１４を介してバッテリパック５０に伝達される振動を抑制するために、バッテリパックレセプタクル５４上に配置される。
【0026】
他の実施形態（図示せず）において、ラッチ機構８２は、ラッチ機構８２がバッテリパック５０上の対応する構造と係合してバッテリパック５０とバッテリレセプタクル５４との間の係合を維持するように、様々な位置（例えば、バッテリレセプタクル５４の側壁、端壁、上端壁等）に配設されてもよい。ラッチ機構８２は、ラッチ部材９４と動作可能に係合する枢動自在なアクチュエータ又はハンドル９０を含んでいる。ラッチ部材９４は、レセプタクル５４のボア９８内に摺動自在に配設され、付勢部材１０２（例えば、ばね）によってラッチ位置に向かって付勢されて、バッテリレセプタクル５４の表面を通って、バッテリパック５０内のキャビティ内に突出する。
【0027】
ラッチ機構８２はまた、ラッチ部材９４をバッテリパック５０から引き出すハンドル９０の作動の間、バッテリパック５０をバッテリレセプタクル５４から電気的に接続／切断することを容易にする電力切断スイッチ８６（例えば、マイクロスイッチ）も含んでいる。電力切断スイッチ８６は、バッテリレセプタクル５４からバッテリパック５０を取り外す前に、ガスエンジン交換装置１０からバッテリパック５０を電気的に切断するよう作用してもよい。電力切断スイッチ８６は、ラッチ部材９４がラッチ位置（即ち、ラッチ部材９４が完全にバッテリパック５０のキャビティ内部にある場合）から中間位置に移動する場合に作動する。電力切断スイッチ８６は、コントローラ４６に電気的に接続されており、バッテリパック５０がガスエンジン交換装置１０から切断されていることを示す割込を生成してもよい。コントローラ４６が割込を受信すると、コントローラ４６は、電源切断動作を開始して、ガスエンジン交換装置１０の制御電子機器４２を安全に電源切断する。同様のラッチ機構及び切断スイッチは、米国特許出願公開第２０１９／０００６９８０号明細書に記載及び図示されており、引用して本明細書中に組み込んでいる。
【0028】
図７に示すように、モータ３６は、外径９７を有するモータハウジング９６と、最大約８０ｍｍの公称外径１０３を有する固定子９９と、出力シャフト１０６を有し、固定子９９内部で回転するために支持される回転子１０４と、ファン１０８とを含んでいる。同様のモータは、米国特許出願公開第２０１９／０００６９８０号明細書に記載及び図示されており、引用して本明細書中に組み込んでいる。幾つかの実施形態において、モータ３６はブラシレス直流モータである。幾つかの実施形態において、モータ３６は、少なくとも約２７６０Ｗの電力出力を有する。幾つかの実施形態において、モータ３６の電力出力は、動作中に２７６０Ｗ未満に低下する可能性がある。幾つかの実施形態において、ファン１０８は、モータハウジング９６の直径９７大きい直径１０９を有している。幾つかの実施形態において、モータ３６は、迅速な過負荷制御のために電子クラッチ（図示せず）により停止させることができる。幾つかの実施形態において、モータ３６は、最大約４４３，６１９ｍｍ３の体積を有する。幾つかの実施形態において、モータは、最大約４．６ｌｂの重量を有する。ハウジング１４は、空気が出口ベントを通して排出される前に、モータファン１０８が、空気を入口ベントを通して制御電子機器４２に沿って引き込んで、制御電子機器４２を冷却するように、入口ベント及び出口ベントを含んでいる。図７に示す実施形態において、モータ３６は内部回転子モータであるが、他の実施形態において、モータ３６は、最大約８０ｍｍの公称外径（即ち、回転子の公称外径）を有する外部回転子モータとすることができる。
【0029】
図８を参照すると、モータ３６は、様々な構成で動力取出シャフト３８にトルクを伝達することができる。幾つかの実施形態において、出力シャフト１０６はまた、モータ３６がいかなる中間歯車列も欠いて動力取出シャフト３８を直接駆動するような、動力取出シャフト３８でもある。例えば、モータ３６は、直接駆動式多極数モータであってもよい。図８に示すように、他の実施形態において、ガスエンジン交換装置１０は、モータ３６から動力取出シャフト３８にトルクを伝達する歯車列１１０を含む。幾つかの実施形態において、歯車列１１０は、モータ３６から動力取出シャフト３８へのトルクの伝達を中断する機械クラッチ（図示せず）を含むことができる。幾つかの実施形態において、歯車列１１０は、出力シャフト１０６から動力取出シャフト３８にトルクを伝達する遊星トランスミッションを含んでいてもよく、出力シャフト１０６の回転軸は、動力取出シャフト３８の回転軸と同軸である。幾つかの実施形態において、歯車列１１０は、出力シャフト１０６の回転軸が、動力取出シャフト３８の回転軸からオフセットされ、それと平行となるように、回転子の出力シャフト１０６と係合する平歯車を含んでいる。幾つかの実施形態において、歯車列１１０は、出力シャフト１０６の回転軸が動力取出シャフト３８の回転軸に対して垂直となるように、傘歯車を含んでいる。傘歯車を利用する他の実施形態において、出力シャフト１０６の回転軸は、動力取出シャフト３８の回転軸に対して垂直、平行、又は同軸ではなく、動力取出シャフト３８はフランジ３４から突出している。
【0030】
幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置１０は、オン／オフインジケータ（図示せず）を含んでいる。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置１０は、空中浮遊デブリをモータ３６及び制御電子機器４２の中に入れないようにするフィルタ（図示せず）を含んでいる。幾つかの実施形態において、フィルタは、汚れフィルタセンサ（図示せず）及び自己洗浄機構（図示せず）を含んでいる。幾つかの実施形態において、モータ３６は、減速又はぬかるみにはまり込む等の抵抗に遭遇する場合に、ガスエンジン応答を模倣するであろう。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置１０は、制御電子機器４２（図１及び２）を空冷するためのヒートシンク２０２をハウジング１４内に含んでいる。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置１０は液冷式である。
【0031】
幾つかの実施形態において、回転子１０４の出力シャフト１０６は、以下で更に説明するように、前進及び後退の両方の能力を有している。幾つかの実施形態において、前進及び後退能力は、余分な歯車及び時間遅延なしに前進／後退能力を達成することができないガスエンジンと比較して、歯車列１１０の歯車をシフトすることなく制御可能である。従って、ガスエンジン交換装置１０は、高速化、軽量化、低コスト化を提供する。ガスエンジン交換装置１０は、ガスエンジンと比較して、より少ない可動部品を有し、燃焼システムを持たないため、追加の速度、重量、及びコストの利点も提供する。
【0032】
ガスエンジン交換装置１０は、長期間にわたって地面に対して任意の向き（垂直、水平、上下逆）で動作することが可能であり、１つの向き及びわずかな傾きで短時間しか動作することができない４サイクルガスエンジンに優る利点を与える。ガスエンジン交換装置１０は、ガス、オイル、又は他の流体を必要としないため、漏れ又は溢れを生じることなく、上下逆に又は任意の所与の側面で運転し、輸送し、保管することができる。
【0033】
動作時において、ガスエンジン交換装置１０を用いてガスエンジンシステムを交換することができる。具体的には、ガスエンジン交換装置１０は、フランジ３４内の複数のアパーチャによって画成される第１のボルトパターンを第２のボルトパターンと整列させることによって、第２のボルトパターンを有する動力機器の一部に取り付けることができる。幾つかの実施形態において、フランジ３４は、アダプタがフランジ３４を動力機器に結合するように、フランジ３４自体と第２のボルトパターンを有する動力機器の一部のフランジとの間に配置される１つ以上の中間取付部材又はアダプタを含んでいてもよい。これらの実施形態において、アダプタは、フランジ３４の第１のボルトパターンがアダプタの第１のボルトパターンと整列し、アダプタの第２のボルトパターンが動力機器の一部に画成される第２のボルトパターンと整列し、それによってガスエンジン交換装置１０のフランジ３４が動力機器の一部に結合されることを可能にするように、第２のボルトパターン及び第１のボルトパターンの両方を含んでいる。
【0034】
代替として、ガスエンジン交換装置１０は、動力取出シャフトと機器ビットとを動作可能に接続するベルトを設けることによって、ベルトシステムを用いて動力機器の一部に接続することができる。従って、ガスエンジン交換装置１０の動力取出シャフト３８は、機器を駆動するために用いることができる。
【0035】
動作中、ガスエンジン交換装置１０のハウジング１４は、ガスエンジン交換装置１０において燃焼がないため、内燃ユニットのハウジングよりも比較的はるかに低温である。具体的には、ガスエンジンユニットの運転時、ガスエンジンユニットのハウジングは２２０℃以上となる。対照的に、ガスエンジン交換装置１０の運転時、ハウジング１４の外面の全ては、９５℃未満である。以下の表１及び２は、ガスエンジン交換装置１０のハウジング１４上の種々のコンポーネントの温度限界を更に具体的に列挙している。
【0036】
以下の表１は、電動工具において通常用いられる種々のコンポーネントの米国保険業者安全試験所（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒ’ｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）（ＵＬ）の温度限界を、それらのコンポーネントが金属、プラスチック、ゴム、木材、磁器、又はガラス質から形成されているかどうかに関して列挙している。例えば、少なくとも幾つかの実施形態において、プラスチックの定格温度がガスエンジン交換装置１０によって超えられることはない。
【0037】
【表1】
【0038】
以下の表２は、バッテリパック５０のバッテリパックハウジング５８の種々のコンポーネントのＵＬ温度限界を、それらのコンポーネントが金属、プラスチック、又はゴムから形成されているかどうかに関して列挙している。例えば、少なくとも幾つかの実施形態において、プラスチックの定格温度がガスエンジン交換装置１０によって超えられることはない。
【0039】
【表2】
【0040】
図９は、例示的な一実施形態によるガスエンジン交換装置１０の簡略化したブロック図を示している。図９に示すように、ガスエンジン交換装置１０は、電子プロセッサ３０２と、メモリ３０６と、バッテリパック５０と、電力スイッチングネットワーク３１０と、モータ３６と、回転子位置センサ３１４と、電流センサ３１８と、ユーザ入力装置３２２（例えば、スロットル、トリガ、又は電源ボタン）と、トランシーバ３２６と、インジケータ３３０（例えば、発光ダイオード）と、振動センサ３２０とを含んでいる。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置１０は、図９に示すものよりも少ない又は追加のコンポーネントを含む。例えば、ガスエンジン交換装置１０は、バッテリパック燃料計、作業灯、追加センサ、キルスイッチ、電力切断スイッチ８６等を含んでいてもよい。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ３０２、メモリ３０６、電力スイッチングネットワーク３１０、回転子位置センサ３１４、電流センサ３１８、ユーザ入力装置３２２、トランシーバ３２６、インジケータ３３０、及び振動センサ３２０のうちの１つ以上を含む図９に示すガスエンジン交換装置１０の要素は、図３に示す制御電子機器４２の少なくとも一部を形成し、電子プロセッサ３０２及びメモリ３０６は、図３に示すコントローラ４６の少なくとも一部を形成している。
【0041】
メモリ３０６は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、他の非一時的コンピュータ読取可能媒体、又はそれらの組み合わせを含む。電子プロセッサ３０２は、メモリ３０６と通信してデータを格納し、格納されたデータを取り出すよう構成される。電子プロセッサ３０２は、メモリ３０６から命令及びデータを受信し、とりわけ命令を実行するよう構成される。特に、電子プロセッサ３０２は、メモリ３０６に格納された命令を実行して、本明細書中に説明する方法を実行する。
【0042】
上で説明したように、幾つかの実施形態において、バッテリパック５０は、異なるバッテリパック５０をガスエンジン交換装置１０に着脱して、異なる量の電力をガスエンジン交換装置１０に提供してもよいように、ガスエンジン交換装置１０のハウジングに着脱自在に取り付けられる。バッテリパック５０（例えば、公称電圧、持続動作放電電流、大きさ、セルの数、動作等）、並びにモータ３６（例えば、出力、大きさ、動作等）の更なる説明は、図１～８に関して上で提供されている。
【0043】
電力スイッチングネットワーク３１０は、電子プロセッサ３０２がモータ３６の動作を制御することを可能にする。一般に、ユーザ入力装置３２２が押下される（又は他の方法で作動される）場合、電流が、電力スイッチングネットワーク３１０を介してバッテリパック５０からモータ３６に供給される。ユーザ入力装置３２２が押下されていない（又は他の方法で作動していない）場合、電流は、バッテリパック５０からモータ３６に供給されない。幾つかの実施形態において、ユーザ入力装置３２２が押下される量は、モータ３６の所望の回転速度に関連するか、又はそれに対応している。他の実施形態において、ユーザ入力装置３２２が押下される量は、所望のトルクに関連するか、又はそれに対応している。他の実施形態において、モータ３６に対して所望の回転速度又はトルクを提供するよう電子プロセッサ３０２と通信する別個の入力装置（例えば、スライダ、ダイヤル等）がガスエンジン交換装置１０に含まれる。
【0044】
電子プロセッサ３０２がユーザ入力装置３２２から駆動要求信号を受信することに応じて、電子プロセッサ３０２は電力スイッチングネットワーク３１０を作動させてモータ３６に電力を供給する。電力スイッチングネットワーク３１０を介して、電子プロセッサ３０２は、モータ３６に利用可能な電流の量を制御し、それによってモータ３６の速度及びトルク出力を制御する。電力スイッチングネットワーク３１０は、多数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタ、又は他の種類の電気スイッチを含んでいてもよい。例えば、電力スイッチングネットワーク３１０は、電子プロセッサ３０２からパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を受信してモータ３６を駆動する６－ＦＥＴブリッジ（図１０参照）を含んでいてもよい。
【0045】
回転子位置センサ３１４及び電流センサ３１８は、電子プロセッサ３０２に結合され、ガスエンジン交換装置１０又はモータ３６の異なるパラメータを示す様々な制御信号を電子プロセッサ３０２に伝達する。幾つかの実施形態において、回転子位置センサ３１４は、１つのホールセンサ又は複数のホールセンサを含む。他の実施形態において、回転子位置センサ３１４は、モータ３６に取り付けられる直角位相エンコーダを含む。回転子位置センサ３１４は、モータ３６の回転子の磁石がホールセンサの面を横切って回転する場合の指標（例えば、パルス）等のモータフィードバック情報を電子プロセッサ３０２に出力する。更に他の実施形態において、回転子位置センサ３１４は、例えば、モータコイルにおいて生成される逆起電力（逆ｅｍｆ）の指標を提供する電圧又は電流センサを含む。電子プロセッサ３０２は、回転子位置センサ３１４、即ち、電圧又は電流センサから受信する逆起電力信号に基づいて、回転子位置、回転子速度、及び回転子加速度を特定してもよい。回転子位置センサ３１４は、電流センサ３１８と組み合わされて、電流及び回転子位置複合センサを形成することができる。この実施例において、複合センサは、モータ３６のアクティブ相コイルに流れる電流を提供し、また、モータ３６の１つ以上の非アクティブ相コイル内に電流を提供する。電子プロセッサ３０２は、アクティブ相コイルに流れる電流に基づいてモータに流れる電流を測定し、非アクティブ相コイル内の電流に基づいてモータ速度を測定する。
【0046】
回転子位置センサ３１４からのモータフィードバック情報に基づいて、電子プロセッサ３０２は、回転子の位置、速度、及び加速度を特定することができる。モータフィードバック情報及びユーザ入力装置３２２からの信号に応じて、電子プロセッサ３０２は、制御信号を送信して、電力スイッチングネットワーク３１０を制御し、モータ３６を駆動する。例えば、電力スイッチングネットワーク３１０のＦＥＴを選択的に有効及び無効にすることによって、バッテリパック５０から受け取る電力を、モータ３６の回転子を回転させるよう、周期的にモータ３６の固定子巻線に選択的に印加する。モータフィードバック情報は、電子プロセッサ３０２によって用いられて、電力スイッチングネットワーク３１０への制御信号の適切なタイミングを保証し、場合によっては、閉ループフィードバックを提供して、モータ３６の速度を所望のレベルになるよう制御する。例えば、モータ３６を駆動するため、回転子位置センサ３１４からのモータ位置決め情報を用いて、電子プロセッサ３０２は、回転子磁石が固定子巻線に対してどこにあるかを特定し、（ａ）所定のパターンで次の固定子巻線対（又は複数の対）を励磁して所望の回転方向に回転子磁石に対して磁力を与え、（ｂ）先に励磁された固定子巻線対（又は複数の対）を消磁して回転子の回転方向と反対にある回転子磁石への磁力の印加を防ぐ。
【0047】
電流センサ３１８は、ガスエンジン交換装置１０の動作中にモータ３６の電流レベルを監視又は検出し、検出された電流レベルを示す制御信号を電子プロセッサ３０２に提供する。電子プロセッサ３０２は、以下でより詳細に説明するように、検出された電流レベルを用いて電力スイッチングネットワーク３１０を制御してもよい。
【0048】
トランシーバ３２６は、有線又は無線通信ネットワーク３３４による電子プロセッサ３０２と外部装置３３８（例えば、スマートフォン、タブレット、又はラップトップコンピュータ）との間の通信を可能にする。幾つかの実施形態において、トランシーバ３２６は、別個の送信及び受信コンポーネントを備えていてもよい。幾つかの実施形態において、トランシーバ３２６は、ガスエンジン交換装置１０に取り付けられる無線アダプタを備えていてもよい。幾つかの実施形態において、トランシーバ３２６は、電子プロセッサ３０２から受信する情報を搬送波無線信号に符号化し、通信ネットワーク３３４を介して外部装置３３８に符号化した無線信号を送信する無線トランシーバである。トランシーバ３２６はまた、通信ネットワーク３３４を介して外部装置３３８から受信する無線信号から情報を復号し、復号した情報を電子プロセッサ３０２に提供する。幾つかの実施形態において、トランシーバ３２６は、通信ネットワーク３３４を介して１つ以上の外部センサ３４０と通信する。例えば、外部センサ３４０は、ガスエンジン交換装置１０が取り付けられる機器に関連付けられてもよい。幾つかの実施形態において、外部センサ３４０は、速度センサ、位置センサ等である。
【0049】
通信ネットワーク３３４は、ガスエンジン交換装置１０、外部装置３３８、及び外部センサ３４０間の有線又は無線接続を提供する。通信ネットワーク３３４は、近距離ネットワーク、例えば、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨネットワーク、Ｗｉ－Ｆｉネットワーク等、又は長距離ネットワーク、例えば、インターネット、セルラーネットワーク等を備えていてもよい。
【0050】
図９に示すように、インジケータ３３０はまた、電子プロセッサ３０２に結合され、電子プロセッサ３０２から制御信号を受信して、ガスエンジン交換装置１０の異なる状態に基づいてオン及びオフにするか、又はその他の場合は情報を伝達する。インジケータ３３０は、例えば、１つ以上の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、又は表示画面を含む。インジケータ３３０は、ガスエンジン交換装置１０の状態又はそれに関連する情報を表示するよう構成されてもよい。例えば、インジケータ３３０は、ガスエンジン交換装置１０の測定された電気的特性、ガスエンジン交換装置１０の状態、ガスエンジン交換装置１０のモード等を示すよう構成される。インジケータ３３０はまた、可聴又は触覚出力を介してユーザに情報を伝達する要素を含んでいてもよい。幾つかの実施形態において、インジケータ３３０は、動作中に負荷によって用いられている電力量を示すエコインジケータを含む。
【0051】
ガスエンジン交換装置１０のコンポーネント間を示す接続は、図９では簡略化している。実際には、ガスエンジン交換装置のコンポーネントが電力及び制御信号のための幾つかの配線によって相互接続されるため、ガスエンジン交換装置１０の配線はより複雑である。例えば、電力スイッチングネットワーク３１０の各ＦＥＴは制御ラインによって電子プロセッサ３０２に別々に接続され、電力スイッチングネットワーク３１０の各ＦＥＴはモータ３６の端子に接続され、バッテリパック５０から電力スイッチングネットワーク３１０への電力ラインは正電線及び負／接地電線を含む、等である。加えて、電力線は、増加した電流を処理するよう大きなゲージ／直径を有することができる。更に、図示していないが、追加の制御信号及び電力ラインが、ガスエンジン交換装置１０の追加のコンポーネントを相互接続するために用いられる。
【0052】
図１０は、ガスエンジン交換装置１０のモータ３６を駆動するための電力スイッチングネットワーク３１０の一実施例を示している。電力スイッチングネットワーク３１０は、３つのハイサイドＦＥＴ Ｈ１、Ｈ２、及びＨ３と、３つのローサイドＦＥＴ Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３とを含んでおり、それぞれは第１の、即ち導通状態と、第２の、即ち非導通状態とを有している。電力スイッチングネットワーク２１０は、バッテリパック５０からモータ３６に電力を選択的に印加するために用いられる。ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが、モータ３６を順方向及び逆方向に動作させるために制御される例示的な方法を以下に説明する。
【0053】
ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチは、（パルス幅変調）ＰＷＭ転流、中心線転流、又は他の転流方式を用いて制御されてもよい。図１１Ａは、順方向に回転するようモータ３６を制御する単純なＰＷＭ転流を示している。図１１Ａに示すように、ハイサイドＦＥＴ Ｈ１、Ｈ２、及びＨ３のそれぞれは、転流位相全体にわたって周期的に導通している。ＦＥＴ Ｈ１、Ｈ２、及びＨ３のうちの１つが導通を停止すると、次のハイサイドＦＥＴが導通を開始する。同様に、ローサイドＦＥＴ Ｌ１、Ｌ２及びＬ３のそれぞれは、転流位相全体にわたって周期的に導通している。ＦＥＴ Ｌ１、Ｌ２及びＬ３のうちの１つが導通を停止すると、次のローサイドＦＥＴが導通を開始する。しかし、ハイサイド又はローサイドＦＥＴの一方又は両方は、モータ３６の所望の速度又はモータ３６に対する負荷に基づいて、転流位相の期間のみにわたって（例えば、７５％、５０％、２５％、又は別のデューティ比を有するＰＷＭ信号により）作動してもよい。図示の実施例において、モータ３６を順方向に駆動するため、ハイサイド及びローサイドＦＥＴが所定の対で、且つ所定のシーケンスで作動する。図１１Ａに示す実施例において、Ｈ１とＬ２がまず第１に作動し、次にＨ２とＬ３が作動し、次にＨ３とＬ１が作動する。このシーケンスは、前進動作におけるモータ３６の運転時間の間継続される。図１１Ｂは、逆方向に回転するようモータ３６を制御する単純なＰＷＭ転流を示している。図１１Ｂに示す実施例において、Ｈ１とＬ３がまず第１に作動し、次にＨ３とＬ２が作動し、次にＨ２とＬ１が作動する。このシーケンスは、逆動作におけるモータ３６の運転時間の間継続される。幾つかの実施形態において、シーケンスに対する１つ以上の変形例を、所望のモータ動作に基づいて行うことができる。例えば、ハイサイド及びローサイドＦＥＴの一方又は両方は、モータの速度を制御するよう、それらの作動フェーズ中のある周波数で切り替えられてもよい。加えて、ハイサイド及びローサイドＦＥＴの作動位相は、他の作動との重複を生成するようシフトされて、異なる制御（例えば、フィールド指向制御）を達成してもよい。
【0054】
図１２は、幾つかの実施形態において、メモリ３０６に格納され、電子プロセッサ３０２によって実行されるソフトウェアによって実装されるモータコントローラ４００の略ブロック図である。モータコントローラ４００は、プロファイルジェネレータ４０５と、速度コントローラ４１０と、トルクコントローラ４１５と、ブラシレスコントローラ４２０と、Ｄ／ＤＴユニット４２５とを含む。幾つかの実施形態において、Ｄ／ＤＴユニット４２５は、シャフト角度の導関数を計算して、シャフト速度を特定する。プロファイルジェネレータ４０５は、スロットル設定（例えば、ユーザ入力装置３２２から）及びシステム設定を受信する。プロファイルジェネレータ４０５は、速度コントローラ４１０のための速度基準及びトルクコントローラ４１５のためのトルク基準を生成する。プロファイルジェネレータ４０５は、速度及びトルク制御をモータ３６に結合される機械システムの特定の特徴と整合させる。
【0055】
トルクコントローラ４１５は、回転子位置センサ３１４からシャフト角度フィードバックを受信し、速度コントローラ４１０は、Ｄ／ＤＴユニット４２５からシャフト速度フィードバックを受信する。ブラシレスコントローラ４２０は、速度コントローラ４１０及びトルクコントローラ４１５の速度及びトルク出力を受信し、上で説明したような電力スイッチングネットワーク３１０のための制御信号を生成する。例えば、ブラシレスコントローラ４２０は、電力スイッチングネットワーク３１０の電力スイッチング素子のそれぞれに対するＰＷＭ信号のシーケンスを生成してモータ３６を駆動してもよい。モータコントローラ４００は、広い動作範囲にわたって独立した速度及びトルク制御を提供する。モータコントローラ４００は、内燃機関の一般的な速度範囲を超える広い速度範囲にわたる動作を可能にする。例えば、レシプロエンジンは、小さな動作速度及びトルク伝達範囲に制限される一方で、モータコントローラ４００は、内燃機関によって駆動されるシステムにおいて一般的な複雑なギアボックス又は減速機を必要とすることなく、その範囲にわたって完全なトルク制御を有する略無限の速度範囲を提供する。モータコントローラ４００は、失速速度又はそれをわずかに上回る速度で定格トルクを発生させることができるため、ジョグ及びインチング用途のための低速動作を支援する。
【0056】
プロファイルジェネレータ４０５は、機械システムと一致する速度プロファイルの使用を可能にし、それによって、ポンピング用途におけるポンプキャビテーション又は水撃作用の検出、ファン及びポンプのための非線形速度及びトルク関係、リフティング及びテンション巻上げ用途のためのトルク制限及び制御等の特徴を可能にする。幾つかの実施形態において、機械システムへの損傷を軽減するため、モータコントローラ４００は、失速又はロック状態を検出し、トルクコントローラ４１５によって出力されるトルクを制限する。モータコントローラ４００は、不正確な機械式ガバナを必要とする内燃機関によって動作する機械システムと比較して、滑らかな加速及び速度の閉ループ調節を可能にする。モータコントローラ４００は、負荷に依存しない速度制御を提供し、それによって、負荷下での（例えば、切断又は仕上げ用途のための）一定速度動作を可能にする。幾つかの実施形態において、プロファイルジェネレータ４０５は、シャフト速度、シャフト角度、又はその両方を受信する。
【0057】
図１３及び１４を参照すると、モータコントローラ４００は、スキップ速度技術を採用して、モータ３６に結合される機械システムに固有の機械的共振を回避している。図１３は、幾つかの実施形態による、プロファイルジェネレータ４０５によって用いられる速度プロファイルを示す図４５０である。図１４は、モータ３６の速度制御のための例示的な方法のフロー図５００である。
【0058】
機械システムは、多くの場合、機械システムの固有共振周波数に関連する回転速度を有している。これらの速度における動作は、機械システムの過度の摩耗及び故障を引き起こす可能性がある。一般的な内燃機関用途において、振動ダンパ又は他の方法を用いて、機械的振動による損傷を防止してもよい。モータコントローラ４００は、幾つかの実施形態において、機械的共振を引き起こす速度を回避し、振動減衰機器の必要性を軽減するようプログラムされている。プロファイルジェネレータ４０５は、所定のプログラムされた速度範囲を回避する速度プロファイルを提供する。一実施形態において、プロファイルジェネレータ４０５は、ヒステリシスを有する速度コマンドを提供する。
【0059】
プロファイルジェネレータ４０５は、コマンド速度（例えば、スロットル設定又はシステム設定によって特定される）を受信し、速度コントローラ４１０のための出力速度を生成する。図１３に示すように、コマンド速度及び出力速度は、コマンド速度がスキップ速度に近づくまで追従する。除外ゾーン４５５は、プログラムされた速度範囲（例えば、機械システムに対して定義されたスキップ速度又は共振周波数の境界）に対応して定義される。例えば、除外ゾーン４５５は、上限速度４６０及び下限速度４６５によって定義される。コマンド速度が増加し続けても、プロファイルジェネレータ４０５は、コマンド速度が除外ゾーン４５５の上限４６０を超えるまで、出力速度を第１の（低）速度値４７０に維持する。第１の（低）速度値４７０は、下限速度４６５におけるコマンド速度に関連付けられる速度値である。コマンド速度が除外ゾーン４５５を超えた後、出力速度はコマンド速度に一致するよう増加する。プロファイルジェネレータ４０５は、増加コマンド速度及び減少コマンド速度の両方に対して除外ゾーンを実装する。例えば、コマンド速度が上限４６０以下に減少すると、プロファイルジェネレータ４０５は、コマンド速度が除外ゾーン４５５の下限４６５未満に減少するまで、出力速度を第２の（高）速度値４７５に維持する。第２の（高）速度値４７０は、上限速度４６０におけるコマンド速度に関連付けられる速度値である。コマンド速度が除外ゾーン４５５未満に減少した後、出力速度はコマンド速度に一致するよう低下する。幾つかの実施形態において、複数の除外ゾーンがプロファイルジェネレータ４０５によって実装されてもよい。
【0060】
幾つかの実施形態において、除外ゾーン４５５は、プロファイルジェネレータ４０５に予めプログラムされている。例えば、除外ゾーンの上限及び下限は、ガスエンジン交換装置１０が含まれる特定の機械システムの振動試験、及びメモリ３０６に保存される限界に基づいて特定されてもよい。他の実施形態において、プロファイルジェネレータ４０５は、機械システムの振動を測定する振動センサ３２０（図９参照）を採用している。幾つかの実施形態において、プロファイルジェネレータ４０５は、振動限界を超える振動センサ３２０の出力に応じて除外ゾーン４５５を採用する。幾つかの実施形態において、プロファイルジェネレータ４０５は、機械システムの振動特性に関するデータが振動センサ３２０によってある期間にわたって収集される際に、除外ゾーン４５５を動的に設定する学習技法を用いている。
【0061】
幾つかの実施形態において、プロファイルジェネレータ４０５は、振動センサ３２０のリアルタイム出力に基づいて除外ゾーン４５５を動的に特定する。振動センサ３２０が第１の閾値を超える振動を測定した場合、プロファイルジェネレータ４０５は出力速度を第１の値に制限し、それによって除外ゾーン４５５の第１の限界（即ち、コマンド速度が減少している場合は上限、又はコマンド速度が増加している場合は下限）を設定する。コマンド速度が変化し続けるにつれて、プロファイルジェネレータ４０５は、出力速度を暫定コマンド速度に設定し、振動センサ３２０が第１の閾値未満の振動を測定したかどうかを特定する。振動レベルが暫定コマンド速度において第１の閾値を下回らない場合、プロファイルジェネレータ４０５は、ガスエンジン交換装置１０が依然として除外ゾーン４５５にあると特定し、出力速度を第１の値に戻す。振動レベルが暫定コマンド速度において第１の閾値を下回った場合、プロファイルジェネレータ４０５は、除外ゾーンの第２の限界を超えたと特定し、暫定コマンド速度における継続運転を可能にする。幾つかの実施形態において、プロファイルジェネレータ４０５は、第２の限度を超えるまで、コマンド速度の変化の所定の増分で暫定コマンド速度を設定する。
【0062】
上で述べたように、図１４のフロー図５００は、モータ３６の速度制御方法のためのものである。フロー図５００を、ガスエンジン交換装置１０上に実装される図１２のモータコントローラ４００、及び図１３に概して示すような除外ゾーンに関して説明する。しかし、幾つかの実施形態において、フロー図５００の方法は、他の装置又はモータコントローラ４００の変形例によって実装され、幾つかの実施形態において、フロー図は、図１３に示すものとは異なる形態をとる除外ゾーンと共に実装される。図１４を参照すると、ブロック５０５において、プロファイルジェネレータ４０５は、モータ３６に対するコマンド速度（例えば、先に説明したように、スロットル設定又はシステム設定によって示す）を受信する。例えば、幾つかの実施形態において、スロットル設定及びシステム設定は、モータ３６の所望の速度を表す値である。
【0063】
ブロック５１０において、プロファイルジェネレータ４０５は、コマンド速度が除外ゾーン内にあるかどうかを特定する（ブロック５１０において）。例えば、プロファイルジェネレータ４０５は、ブロック５０５において受信したコマンド速度を、上限速度４６０及び下限速度４６５によって定義される除外ゾーンと比較する。プロファイルジェネレータ４０５が、比較に基づいて、コマンド速度が下限速度４６５よりも大きく、上限速度４６０よりも小さいと特定する場合、プロファイルジェネレータは、コマンド速度が除外ゾーン内にあると特定する。コマンド速度が除外ゾーン内にないと特定することに応じて、プロファイルジェネレータ４０５は、出力速度をコマンド速度に設定する（ブロック５１５において）。
【0064】
コマンド速度が除外ゾーン内にあると特定することに応じて、プロファイルジェネレータ４０５は、以前の出力速度が除外ゾーンよりも低かった（ブロック５２０において）（即ち、下方から近づく）かどうかを特定する。以前の出力速度が除外ゾーンよりも低かったと特定することに応じて、プロファイルジェネレータは、コマンド速度を下限４６５に設定し、それによって、出力速度を下限４６５に関連付けられる第１の（低）速度４７０に設定する（ブロック５２５において）。別の言い方をすれば、ブロック５２５において、プロファイルジェネレータは出力速度を除外ゾーンの下限に設定する。以前の出力速度が除外ゾーンよりも低くなかった（即ち、上方から近づく）場合、プロファイルジェネレータは、コマンド速度を上限４６０に設定し、それによって出力速度を除外ゾーンの第２の（高）速度４７５に設定する（ブロック５３０において）。別の言い方をすれば、ブロック５３０において、プロファイルジェネレータは出力速度を除外ゾーンの上限に設定する。
【0065】
プロファイルジェネレータ４０５は、次のコマンド速度を受信し（ブロック５０５において）、コマンド速度がもはや除外ゾーン内になくなるまで速度制限を繰り返す（ブロック５１５において）。
【0066】
上で述べたように、幾つかの実施形態において、フロー図５００は、図１３に示すものとは異なる形態をとる除外ゾーンと共に実装される。例えば、幾つかの実施形態において、複数の除外ゾーンが実装され、それぞれが、それ自体の速度上限及び速度下限並びに関連付けられた第１及び第２の速度を有する。かかる実施形態において、ブロック５１０において、プロファイルジェネレータ４０５は、様々な除外ゾーンに対して異なる制限を有するとはいえ、コマンド速度が除外ゾーン４５５内にあるかどうかを特定することに関して上で述べたものと同様の比較関数を用いて、コマンド速度が除外ゾーンのいずれか１つにあるかどうかを特定する。更に、ブロック５２５及び５３０において、出力速度は、それぞれ、コマンド速度が特定された除外ゾーンに関連する第１又は第２の速度に設定される。
【0067】
図１５は、ガスエンジン交換装置１０を支持するフレーム６２４とポンプ６２８とを含むポンプシステム６２０を示し、ガスエンジン交換装置１０はポンプ６２８を駆動するよう動作可能である。図示のポンプ６２８は、材料をポンプ６２８の入口６３６からポンプ６２８の出口６４０に移動させるよう軸を中心として回動自在な、ポンプ６２８のハウジング６３２内部に位置決めされるインペラを有する遠心ポンプである。幾つかの実施形態において、ポンプシステム６２０のガスエンジン交換装置１０は、図１２～１４に関して上で説明したモータ制御を実施する。
【0068】
図１６は、ポンプシステム６２０の速度－トルク動作曲線７００を示している。モータコントローラ４００内のプロファイルジェネレータ４０５は、理論動作曲線７０５に厳密に一致する動作範囲全体にわたって速度及びトルク制御を提供する。
【0069】
図１７は、幾つかの実施形態による、モータ３６の暴走検出及び制御のための例示的な方法のフロー図８００である。モータコントローラ４００は、潜在的な暴走状態を識別し、それに対応するために暴走検出技術を採用している。例えば、ガスエンジン交換装置１０が、芝刈り機、ガーデントラクタ等のような車両を移動させる動力を提供する実施形態において、車両は、車両の速度が、モータのコマンド速度を増加させる信号がない場合に増加する（例えば、ユーザ入力装置３２２を用いて）ように、坂道上で操作されてもよい。フロー図８００を、ガスエンジン交換装置１０に実装される図１２のモータコントローラ４００に関して説明する。しかし、幾つかの実施形態において、フロー図８００の方法は、他の装置又はモータコントローラ４００の変形例によって実装される。
【0070】
図１７を参照すると、ブロック８０５において、モータコントローラ４００のプロファイルジェネレータ４０５は、モータ３６に対するコマンド速度（例えば、先に説明したように、スロットル設定又はシステム設定によって示す）を受信する。例えば、幾つかの実施形態において、スロットル設定及びシステム設定は、モータ３６の所望の速度を表す値である。ブロック８１０において、モータコントローラ４００は、モータ３６に対するコマンド速度を生成する。例えば、幾つかの実施形態において、プロファイルジェネレータ４０５は、ガスエンジン交換装置１０によって電力供給される機器のプロファイルに基づいてコマンド速度を生成し、ブラシレスコントローラ４２０は、コマンド速度に基づいてモータ３６のための駆動パラメータ（例えば、ＰＷＭデューティサイクル）を生成する。幾つかの実施形態において、速度コントローラは、シャフト速度フィードバックがブラシレスコントローラ４２０によって採用される駆動パラメータを調節するために採用される閉ループ制御プロセスを採用している。幾つかの実施形態において、速度コントローラは、ブラシレスコントローラ４２０によって生成される駆動パラメータが、プロファイルジェネレータ４０５によって受信されるスロットル設定及びシステム設定に従って（例えば、固定ＰＷＭデューティサイクルを介して）設定される開ループ制御プロセスを採用している。
【0071】
モータコントローラ４００は、ブロック８１５において暴走状態を検出する。幾つかの実施形態において、速度コントローラ４１０は、暴走状態を識別するよう、モータ３６のシャフト又は動力取出シャフト１４０等のシャフト速度を監視する。一実施例において、シャフト速度が所定の時間間隔内に所定の値だけ増加する場合、速度コントローラ４１０は暴走状態を識別する。例えば、モータコントローラ４００は、回転子位置センサ３１４からの出力を用いてシャフト速度を定期的に（例えば、１００ｍｓ、１０ｍｓ、又は１ｍｓ毎に）検出し、同じ頻度で、以前の読み取り値に対する（例えば、１００ｍｓ又は１秒前からの）シャフト速度の変化を検出してもよい。モータコントローラ４００は更に、シャフト速度の変化を閾値と比較し、シャフト速度の検出された変化が閾値を超える場合、暴走状態を識別してもよい。モータ３６の速度は、ガスエンジン交換装置１０によって動力供給される車両の速度に比例するため、シャフト速度の予期しない増加は、暴走状態を示す。幾つかの実施形態において、速度コントローラ４１０は、暴走状態を識別するために外部センサ３４０からの情報を採用する。例えば、外部センサ３４０は、ガスエンジン交換装置１０によって動力供給される車両の対地速度を測定するセンサであってもよい。シャフト速度が所定の時間間隔内に所定の値だけ増加するかどうかを特定するのではなく（又はそれに加えて）、モータコントローラは、車両対地速度が所定の時間間隔内に所定の値だけ増加するかどうかを特定する。この特定は、シャフト速度と同様の技術を用いるが、代わりに感知された車両対地速度を用いて実施されてもよい。幾つかの実施形態において、閾値は、ユーザが速度増加を要求することを考慮し、所望のスロットル設定に部分的に基づいて設定される。例えば、閾値は、ユーザがスロットル設定信号によって示されるような車両速度増加を要求する場合に増加され、ユーザがスロットル設定信号によって示されるような車両速度減少を要求する場合に減少されてもよい。このようにして、車両に対する速度を増加させる一般的な要求は、暴走状態として検出される可能性が低くなる。
【0072】
暴走状態の検出に応じて、モータコントローラ４００は、ブロック８２０において暴走状態を緩和する。幾つかの実施形態において、モータコントローラ４００は、暴走状態の検出に応じてコマンド速度を低下させる。幾つかの実施形態において、モータコントローラ４００は、暴走状態の検出に応じて制動信号を生成する。一実施例において、モータコントローラ４００は、すべてのハイサイド及びローサイドＦＥＴをオフに制御することによって電力スイッチングネットワーク３１０をオフにして、モータ３６が惰走して停止することを可能にしている。ＦＥＴがオフになるとモータに電流が供給されなくなるため、モータ３６に作用する摩擦又は負荷によってモータ３６は停止する。他の実施例において、受動的又は能動的制動がモータ３６を停止させるために用いられてもよい。受動制動中、モータコントローラ４００は、ハイサイドＦＥＴ及びローサイドＦＥＴに制御信号を提供して、モータを制動負荷（例えば、１つ以上の固定子コイルと接地との間に結合される制動コイル又は制動抵抗器）に接続し、モータ３６内のエネルギーを迅速に消散させ、モータ３６を制動してもよい。能動的制動中、モータコントローラ４００は、ハイサイドＦＥＴをオフにし、ローサイドＦＥＴをオンにするよう制御して、モータコイルを接地に短絡させ、コイル内の残りのエネルギーを接地に消散させてもよい。他の実施例において、モータコントローラ４００は、ハイサイドＦＥＴ及びローサイドＦＥＴに制御信号を提供して、回生制動を実行し、モータ３６内のエネルギーを電力スイッチングネットワーク３１０を介してバッテリパック５０に戻してもよい。更に別の実施例において、動的パルシングがモータ３６を制動するために用いられてもよい。モータコントローラ４００は、制御信号をハイサイドＦＥＴ及びローサイドＦＥＴに提供して、モータ３６の回転子に電気制動力を提供してもよい。モータコントローラ４００は、回転子位置センサ３１４を監視して、回転子がちょうど位相を通過する場合に位相（即ち、対応する対のハイサイド及びローサイドＦＥＴ）を作動させてもよい。例えば、回転子位置センサ３１４は、回転子がちょうどＦＥＴ Ｈ１及びＬ２に対応する位相を過ぎて回転したことを示す。これに応じて、モータコントローラ４００は、ＦＥＴ Ｈ１及びＬ２を作動させて、固定子コイルを通る電流を駆動し、回転子の回転方向と反対の方向に回転子に制動力を提供して回転を停止させる磁界を生成してもよい。モータコントローラ４００は、図１１Ａと同様のシーケンスではあるが、結合された固定子コイルによって生成される結果として生じる磁場が回転を停止させる制動力を提供し続けるように、回転子位置センサ３１４からの回転子位置情報に基づくタイミングで、ＦＥＴ対を作動させ続けてもよい。幾つかの実施形態において、モータコントローラ４００は、交換装置１０によって動力供給される車両の電子制御式機械ブレーキに信号を送信する。
【0073】
図１８、１９、及び２０を参照すると、モータコントローラ４００は、負荷の状態を推定し、負荷パラメータの関数として負荷速度を調整するために負荷監視技術を採用している。図１８は、幾つかの実施形態による、負荷監視のための例示的な方法のフロー図９００である。図１９及び２０は、幾つかの実施形態による、負荷状態を識別するために有用なモータ電流における外乱を示す図４５０である。例えば、ガスエンジン交換装置１０がセメントミキサーに動力を提供する実施形態において、負荷の粘度は、ミキサーの内容物及び回転速度に基づいて可変である。ミキサーの回転速度を増加させると一般に粘度が低下する一方で、ミキサーの回転速度を減少させると一般に粘度が上昇する。ガスエンジン交換装置１０が芝刈り機又は鋸等の切断刃に動力を提供する別の実施形態において、切断される材料の密度は可変である（例えば、草の長さ及び厚さ又は材料組成に基づいて）。切断刃の回転速度を増加させることは、厚い草又は密度の高い材料に対して有用である一方で、切断刃の回転速度を減少させることは、密度の低い草又は材料に対して有用であり、これは電力消費を低減する。フロー図９００を、ガスエンジン交換装置１０に実装される図１２のモータコントローラ４００に関して説明する。しかし、幾つかの実施形態において、フロー図９００の方法は、他の装置又はモータコントローラ４００の変形例によって実装される。
【0074】
図１８を参照すると、モータコントローラ４００は、ブロック９０５においてモータ３６の電流パラメータを監視する。幾つかの実施形態において、モータコントローラ４００は、モータ電流におけるオーバーシュート状態を識別する。例えば、セメントミキサーの実施形態において、ミキサーを最初に回転させると、材料はミキサーの壁に付着する。材料の粘度に依存するある特定の回転位置において、材料はミキサーの底部に落下し、結果としてミキサーに対する負荷の急激な減少をもたらす。図１９に示すように、この負荷低減は、モータ電流曲線１０１０におけるオーバーシュート１０００によって証明される。図２０に示すように、切断刃の実施形態において、切断される材料の密度の増加は、モータ電流曲線１１１０における傾斜部１１００によって証明される。
【0075】
モータコントローラ４００は、ブロック９１０において負荷状態を推定する。例えば、モータコントローラは、負荷状態として負荷粘度又は密度パラメータを推定する。ミキシング実施形態において、回転位置及びオーバーシュート１０００の大きさは、材料粘度の関数である。幾つかの実施形態において、モータコントローラ４００は、回転位置を特定するために回転子位置センサ３１４を用いる。幾つかの実施形態において、外部センサ３４０は、ミキサーの回転位置を提供する位置センサである。切断実施例において、傾斜部１１００の大きさ及び傾斜は、材料密度の関数である。幾つかの実施形態において、プロファイルジェネレータ４０５は、負荷状態を感知したモータパラメータに関連付ける、ガスエンジン交換装置１０によって電力供給される機器のプロファイルを格納する。幾つかの実施形態において、プロファイルは、ルックアップテーブル、方程式モデル、又はディープラーニングモデルを含む。
【0076】
モータコントローラ４００は、ブロック９１５において、負荷状態に基づいてモータコマンド速度を設定する。幾つかの実施形態において、モータコントローラ４００（例えば、プロファイルジェネレータ４０５）は、粘度目標値を用いてプログラムされ、推定した粘度負荷状態に応じてモータ３６のコマンド速度を調整して、推定した粘度負荷状態を粘度目標値付近に駆動又は維持する。幾つかの実施形態において、切断用途の場合、モータコントローラ４００は、推定密度の変化に対して比例してコマンド速度を変化させる。幾つかの実施形態において、モータコントローラ４００は、密度が増加するにつれて切断刃のコマンド速度を増加させ、密度が減少するにつれてコマンド速度を減少させる。幾つかの実施形態において、モータコントローラ４００は、推定負荷状態の関数としてコマンド速度のための調整係数を指定するモデル又はルックアップテーブルを格納している。
【0077】
図２１は、ガスエンジン交換装置１０を支持するフレーム１２０５とミキシングドラム１２１０とを含むミキシングシステム１２００を示しており、ガスエンジン交換装置１０はミキシングドラム１２１０を回転させるよう動作可能である。幾つかの実施形態において、ミキシングシステム１２００のガスエンジン交換装置１０は、図１８及び１９に関して上で説明したモータ制御を実施する。
【0078】
図２２は、図示した実施形態における切断鋸である切断システム１３００を示している。切断システム１３００は、ハウジング１３０５と、ハウジング１３０５に結合され、そこから延在する支持アーム１３１０と、支持アーム１３１０によって担持される切断ホイール１３１５と、切断ホイール１３１５の周縁の一部を覆うガード１３２０とを含んでいる。切断ホイール１３１５は、刃、研磨ディスク、又はワークピースから材料を除去することができる任意の他の回動自在な要素とすることができる。第１の又は後方ハンドル１３２５は、ハウジング１３０５の後部から支持アーム１３１０と略反対の方向に延在している。切断システム１３００を操作するためのトリガ１３３０は、後方ハンドル１３２５上に位置する。図示の実施形態において、切断システム１３００はまた、ハウジング１３０５の上側部分の周囲に巻装される第２の又は前方ハンドル１３３５も含んでいる。前方ハンドル１３３５及び後方ハンドル１３２５は、切断システム１３００の両手操作を容易にする握持領域を提供する。図示の切断システム１３００は、コードレス電動鋸であり、ガスエンジン交換装置１０を含んでいる。幾つかの実施形態において、切断システム１３００のガスエンジン交換装置１０は、図１８及び２０に関して上で説明したモータ制御を実施する。
【0079】
図２３は、幾つかの実施形態による、装填位置決めのための例示的な方法のフロー図１４００である。例えば、ガスエンジン交換装置１０がセメントミキサーに動力を供給する実施形態において、材料は、ミキシングドラムが第１の回転位置に位置決めされる場合にミキシングドラム内に装填され、ミキシングドラムが第２の回転位置に位置決めされる場合にミキシングドラムから取り出されてもよい。
【0080】
図２３を参照すると、モータコントローラは、ブロック１４０５において位置制御コマンドを受信する。幾つかの実施形態において、ユーザは、外部装置３３８（図９参照）を用いて位置制御コマンドを入力する。例えば、ユーザは、外部装置３３８又はユーザ入力装置３２２（例えば、押しボタン）上に表示される制御を選択することによって、装填位置又は取出位置を選択してもよい。幾つかの実施形態において、外部装置３３８は、ガスエンジン交換装置１０によって駆動される機器に関連付けられる有線又は無線の遠隔制御装置である。位置制御コマンドは、負荷を特定の位置（例えば、セメントミキサー１２００のミキシングドラムの特定の回転位置）まで回転させるようモータコントローラ４００に指示する。
【0081】
ブロック１４１０において、モータコントローラ４００は、装填位置を特定する。幾つかの実施形態において、モータコントローラ４００は、負荷の位置を特定するために回転子位置センサ３１４を用いる。幾つかの実施形態において、外部センサ３４０は、負荷の位置（例えば、ミキシングドラムの回転位置）を提供する位置センサである。
【0082】
ブロック１４１５において、モータコントローラ４００は、装填位置に基づいてモータ３６を制御する。幾つかの実施形態において、プロファイルジェネレータ４０５によって格納されるプロファイルは、装填若しくは取出位置、又は機器に関連付けられる他の位置のための装填位置等の位置データを含んでいる。ブロック１４０５において受信した位置制御コマンド及びブロック１４１０において特定した装填位置に応じて、モータコントローラ４００は、位置制御コマンドに対応する装填位置に応じてモータ３６を停止させる。例えば、モータコントローラ４００は、ミキシングドラムの特定の回転位置に到達するまで回転させ、その地点でモータ３６を停止させるようモータ３６を制御してもよい。負荷の所望の位置に到達する前に、モータ３６は位置オーバーシュートを低減するよう減速してもよい。
【0083】
幾つかの実施形態において、位置制御コマンドに対応する装填位置は、ガスエンジン交換装置１０をセットアップする製造業者によって、又は装置のユーザによって設定される。例えば、外部装置３３８又はユーザ入力装置３２２を採用して、位置制御コマンドに対応する装填位置を指定してもよい。例えば、外部装置３３８又はユーザ入力装置３２２を介したユーザ入力に応じて、現在の装填位置が、位置制御コマンドに対応する装填位置目標として格納されてもよい。幾つかの実施形態において、複数の位置制御コマンドは、複数の装填位置目標（例えば、装填位置及び取出位置）に対応して提供されてもよく、それぞれは、同様の技法を用いて（例えば、製造業者のセットアップを介して、又は外部装置３３８若しくはユーザ入力装置３２２を用いるユーザを介して）モータコントローラ４００に設定されてもよい負荷の異なる所望の装填位置に関連付けられてもよい。例えば、ユーザ入力装置３２２は、現在の装填位置をそれぞれ所望の装填位置及び所望の取出位置として格納するようモータコントローラ４００に入力を提供する装填位置設定ボタン及び取出位置設定ボタンを含んでいてもよい。格納された所望の装填位置及び所望の取出位置は、次いで、ブロック１４１５においてモータコントローラ４００によって用いられてもよく、ここで２つの格納された位置のうちの１つは、位置制御コマンドが装填位置又は取出位置に回転されるべき負荷を要求したかどうかに応じて選択される。
【0084】
電動工具は、侵入、振動、及び熱要素に潜在的に曝露される可能性があり、電動工具の電子機器は、これらの要素による損傷を受けやすい可能性がある。様々な技術が、ガスエンジン交換装置１０の１つ以上の電子部品を極限環境から保護するために用いられてもよい。一実施例において、過度の熱は電子機器を損傷する可能性がある。幾つかの実施形態において、工具性能を向上させる過度の熱環境に対する保護技術は、熱伝導性ポッティングを用いることを含む。別の技術は、１つ以上の電子部品を加圧鉱油バッグに入れ、冷却して熱を逃がし、向上した性能を可能にすることを含む。これらの技術はまた、水又は他の物質の侵入等の環境上の危険に対する保護も提供することができる。また、開接点は、極端な条件において工具寿命を延ばすよう、帯電した又は敏感な構成部品のための接着剤又は低圧射出成形金型により覆われていてもよい。幾つかの用途において、これらの技法はまた、振動からのリスクを軽減し、回路基板に半田付けされる構成部品の歪み解放を支援することに有効である。
【0085】
図２４は、図１のガスエンジン交換装置における１つ以上の電子部品のための冷却システム１５００を示している。冷却システム１５００は、電子機器筐体１５１０と、ポンプ１５２０と、熱交換器１５３０とを含んでいる。図９における電子プロセッサ３０２及びメモリ３０６等のガスエンジン交換装置１０の損傷を受けやすい構成部品は、電子機器筐体１５１０内に設けてもよい。ポンプ１５２０は、熱を除去するよう、鉱油等の不活性流体を電子機器筐体１５１０を通して循環させる。熱交換器１３０は、不活性流体を冷却して冷却システム１５００から熱を除去する。幾つかの実施形態において、熱交換器は、外部環境に熱を放射する、フィンベースのヒートシンク等の放射型熱交換器であってもよい。周囲環境内の空気は、熱を除去するようフィンの上を循環してもよい。電子機器筐体１５１０はまた、侵入、振動、歪み等からの保護を提供する役割を果たす。
【0086】
ガスエンジン交換装置１０によって駆動される、上で説明した機械システムは、内燃機関によって駆動される従来の機器に勝る多くの利点を含み、その幾つかを以下に説明する。
【0087】
幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置１０は、新しい機器と嵌合することができ、メモリ３０６は、新しい機器との動作のためにガスエンジン交換装置１０を最適化するよう再プログラムすることができる。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ３０２は、ガスエンジン交換装置１０がどの種類の新しい機器と嵌合しているかを自動的に認識し、それに応じてガスエンジン交換装置１０の動作を管理する。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ３０２は、新しい機器との無線周波数識別（ＲＦＩＤ）通信を介して、ガスエンジン交換装置１０がどの機器と嵌合しているかを自動的に検出することができる。
【0088】
幾つかの実施形態において、メモリ３０６は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ又はＷｉ－Ｆｉ通信プロトコルのどちらか一方を介して再プログラム可能である。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ３０２は、同じ機器の異なる使用のための制御モードを有する。制御モードは、プリセット又はユーザプログラム可能であってもよく、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ又はＷｉ－Ｆｉを介して遠隔でプログラムされてもよい。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ３０２は、ガスエンジン交換装置１０が機器に対して一方向制御を行うことができるように、又はオペレータがスマートフォンアプリケーションを用いてガスエンジン交換装置１０に対して一方向制御を行うことができるように、マスター／スレーブ機器間通信及び連携を利用する。
【0089】
幾つかの実施形態において、オペレータ又は相手先商標製造会社（ＯＥＭ）は、例えば、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）のようなインターフェースを介して電子プロセッサ３０２を通じてガスエンジン交換装置１０の速度を制御する限定されたアクセスを許可される。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ３０２は、歯車列１１０内の単一の歯車セットにより、ガソリンエンジンよりも広範囲の速度選択が可能である。例えば、制御電子機器４２は、２，０００ＲＰＭ未満でモータ３６を駆動するよう構成され、これは、ガソリンエンジンが可能ないかなる速度よりも低く、これにより、関連する機器が、バッテリパック５０の全放電にわたってガソリンエンジンよりも大きな全実行時間を有することが可能になる。加えて、制御電子機器４２は、３，６００ＲＰＭを超えてモータを駆動するよう構成され、これは、ガソリンエンジンが可能ないかなる速度よりも高く、より多くのトルクを出力する能力を有する。モータ３６のより広い速度範囲は、ガソリンエンジンよりも高い効率及び能力を提供する。幾つかの実施形態において、オペレータは、速度に加えてモータ３６によって引き出される電流を制御するアクセスを有することができる。
【0090】
幾つかの実施形態において、電子プロセッサ３０２は、データを記録し、報告するよう構成される。例えば、電子プロセッサ３０２は、ガスエンジン交換装置１０の状態を監視し、読み取るための有線又は無線診断を提供するよう構成される。例えば、電子プロセッサ３０２は、例えばレンタルシナリオにおいて、ガスエンジン交換装置１０の実行時間を監視し、記録することができる。幾つかの実施形態において、モータ３６及び電子プロセッサ３０２は、バッテリパック５０を充電するために回生制動を用いる。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置１０は、照明又は付属品のためのＤＣ出力を含む。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ３０２は、電圧、電流、動き、速度、及び／又は熱電対を介してガスエンジン交換装置１０の異常又は動作不良を検出することができる。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ３０２は、ガスエンジン交換装置１０の意図しない使用又は停止を検出することができる。ガスエンジン交換装置１０によって駆動される機器が意図した特性で動作していない場合、又は正しく若しくは安全に用いられていない場合、電子プロセッサ３０２は、異常を検出し、ガスエンジン交換装置１０を停止させることができる。例えば、ガスエンジン交換装置１０は、ガスエンジン交換装置１０及び機器が意図した向きにあるかどうかを感知する１つ以上の加速度計を含むことができる。また、ガスエンジン交換装置１０が意図した向きにない（即ち、機器が転倒した）と電子プロセッサ３０２が特定した場合、電子プロセッサ３０２は、ガスエンジン交換装置１０を停止させることができる。
【0091】
幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置１０は、加速度計、ジャイロスコープ、ＧＰＳユニット、又はリアルタイムクロック等の、動力機器の一部と共に用いるためのユーザ選択センサと電気的に接続するアクセス可能なセンサポート（図示せず）を含み、オペレータが、電子プロセッサ３０２によって感知及び検出される変数をカスタマイズすることを可能にする。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ３０２は、視覚的、聴覚的、又は触覚的通知を介して、バッテリが消耗している場合等のバッテリパック５０の状態をオペレータに示すことができる。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ３０２は、ウインチ等の補助装置を駆動するよう、モータ３６とは別個の補助モータを動作させることができる。補助モータは、ガスエンジン交換装置１０の内部又は外部にあってもよい。
【0092】
幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置１０は、タッチディスプレイ又はノブ及びボタンの組み合わせ等のカスタマイズ可能なユーザインターフェース上のデジタル制御を含むことができる。対照的に、アナログガソリンエンジンは、かかるデジタル制御を含んでいない。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置１０のためのユーザインターフェースは、モジュール式、有線式、又は無線式とすることができ、ガスエンジン交換装置１０に取り付け可能であるか、又は手持ち式とすることができる。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置１０は、バッテリパック５０の充電及び温度等のガスエンジン交換装置１０のある特定の特性のための状態インジケータを含む、遠隔制御により制御することができる。幾つかの実施形態において、ガスエンジン交換装置１０は、遠隔のプログラム可能な装置により状態表示を提供することができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
