CN114747121A - 用于燃气发动机替换装置的马达控制 - Google Patents

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CN114747121A CN202080083895.3A CN202080083895A CN114747121A CN 114747121 A CN114747121 A CN 114747121A CN 202080083895 A CN202080083895 A CN 202080083895A CN 114747121 A CN114747121 A CN 114747121A
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Abstract

一种燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体以接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器，该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转并且接收命令速度、确定该命令速度是否在禁区内、响应于该命令速度在该禁区外而将输出速度设定为该命令速度、响应于该命令速度在该禁区内而将该输出速度设定为该禁区外的速度、以及控制该电力开关网络以使该马达按照该输出速度旋转。

Description

用于燃气发动机替换装置的马达控制
相关申请
本申请要求2019年11月8日提交的美国临时专利申请号62/932,711和2020年4月14日提交的美国临时专利申请号63/009,642的权益，这些美国临时专利申请中的每一个的全部内容通过援引并入本文。
技术领域
本申请涉及燃气发动机替换马达单元，更具体地涉及用于与动力设备一起使用的燃气发动机替换马达单元。
背景技术
小型、单缸或多缸汽油发动机可以安装到动力设备，以用动力输出轴驱动该设备。
发明内容
在一些实施例中，提供了一种燃气发动机替换装置，该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器。该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转。该电子处理器被配置为：接收用于该马达的命令速度、确定该命令速度是否在禁区内、响应于该命令速度在该禁区外而将该马达的输出速度设定为该命令速度、响应于该命令速度在该禁区内而将该输出速度设定为该禁区外的速度、以及控制该电力开关网络以使该马达按照基于确定该命令速度是否在该禁区内来设定的该输出速度旋转。
在一些实施例中，该电子处理器被配置为响应于先前输出速度大于该禁区而将该输出速度设定为该禁区的上限。在一些实施例中，该电子处理器被配置为响应于先前输出速度小于该禁区而将该输出速度设定为该禁区的下限。在一些实施例中，该禁区限定了围绕与该马达联接的机械系统的谐振频率的滞后。在一些实施例中，该燃气发动机替换装置包括振动传感器，并且该电子处理器被配置为基于该振动传感器的输出来标识该谐振频率。在一些实施例中，该燃气发动机替换装置包括振动传感器，并且该电子处理器被配置为基于该振动传感器的输出来产生该禁区。
在一些实施例中，提供了一种燃气发动机替换装置，该燃气发动机替换装置包括：壳体；振动传感器；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器。该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转。该电子处理器被配置为基于该振动传感器的输出来产生禁区、接收用于该马达的命令速度、基于该命令速度确定该马达的输出速度以将操作速度限制在该禁区外的值、以及控制该电力开关网络以使该马达按照所确定的输出速度旋转。
在一些实施例中，该电子处理器被配置为响应于先前输出速度大于该禁区而将该输出速度设定为该禁区的上限。在一些实施例中，该电子处理器被配置为响应于先前输出速度小于该禁区而将该输出速度设定为该禁区的下限。在一些实施例中，该禁区限定了围绕与该马达联接的机械系统的谐振频率的滞后。在一些实施例中，该燃气发动机替换装置包括振动传感器，并且该电子处理器被配置为基于该振动传感器的输出来标识该谐振频率，并且该禁区是基于所标识的谐振频率来产生的。
在一些实施例中，提供了一种包括泵和燃气发动机替换装置的系统。该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出并且联接到该泵；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器。该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转。该电子处理器还被配置为接收用于该马达的命令速度、确定该命令速度是否在禁区内、响应于该命令速度在该禁区外而将该马达的输出速度设定为该命令速度、响应于该命令速度在该禁区内而将该输出速度设定为该禁区外的速度、以及控制该电力开关网络以使该马达按照基于确定该命令速度是否在该禁区内来设定的该输出速度旋转。
在一些实施例中，该电子处理器被配置为响应于先前输出速度大于该禁区而将该输出速度设定为该禁区的上限。在一些实施例中，该电子处理器被配置为响应于先前输出速度小于该禁区而将该输出速度设定为该禁区的下限。在一些实施例中，该禁区限定了围绕与该马达联接的机械系统的谐振频率的滞后。在一些实施例中，该燃气发动机替换装置包括振动传感器，并且该电子处理器被配置为基于该振动传感器的输出来标识该谐振频率，并且该禁区是基于所标识的谐振频率来产生的。
在一些实施例中，提供了一种方法，该方法包括燃气发动机替换装置的电子处理器接收用于该马达的命令速度。该方法进一步包括该电子处理器确定该命令速度是否在禁区内。进一步地，该电子处理器响应于该命令速度在该禁区外而将该马达的输出速度设定为该命令速度、以及响应于该命令速度在该禁区内而将该输出速度设定为该禁区外的速度。该方法进一步包括该电子处理器控制该电力开关网络，以使该燃气发动机替换装置的马达按照基于确定该命令速度是否在该禁区内来设定的输出速度旋转。
在该方法的一些实施例中，该电子处理器响应于先前输出速度大于该禁区而将该输出速度设定为该禁区的上限。在该方法的一些实施例中，该电子处理器响应于先前输出速度小于该禁区而将该输出速度设定为该禁区的下限。在该方法的一些实施例中，该禁区限定了围绕与该马达联接的机械系统的谐振频率的滞后。在该方法的一些实施例中，该燃气发动机替换装置包括振动传感器，并且该电子处理器基于该振动传感器的输出来标识该谐振频率。在一些实施例中，该燃气发动机替换装置包括振动传感器，并且该电子处理器基于该振动传感器的输出来产生该禁区。
在一些实施例中，提供了一种燃气发动机替换装置，该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器。该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转。该电子处理器配置为接收用于该马达的命令速度、基于该命令速度来产生该马达的输出速度、检测到失控状况、以及缓解该失控状况。
在一些实施例中，提供了一种用于操作燃气发动机替换装置的方法，其中该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器。该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转。该方法包括该燃气发动机替换装置接收用于该马达的命令速度、基于该命令速度来产生该马达的输出速度、检测到失控状况、以及缓解该失控状况。
在一些实施例中，提供了一种燃气发动机替换装置，该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器。该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转。该电子处理器配置为监测马达电流、基于该马达电流来估计负载状况、以及基于该负载状况来设定马达命令速度。
在一些实施例中，提供了一种用于操作燃气发动机替换装置的方法，其中该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器。该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转。该方法包括该燃气发动机替换装置监测马达电流、基于该马达电流来估计负载状况、以及基于该负载状况来设定马达命令速度。
在一些实施例中，提供了一种燃气发动机替换装置，该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器。该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转。该电子处理器被配置为接收位置控制命令、确定负载位置、以及基于该负载位置来控制该马达。
在一些实施例中，提供了一种用于操作燃气发动机替换装置的方法，其中该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器。该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转。该方法包括该燃气发动机替换装置接收位置控制命令、确定负载位置、以及基于该负载位置来控制该马达。
在详细说明任何实施例之前，应理解的是，这些实施例并不将其应用限制在以下说明中阐述的或在以下附图中展示出的构造细节和部件布置。本文描述的实施例能够以多种不同的方法来实践或实施。而且，应理解的是，在本文中使用的措辞和术语是用于描述的目的，而不应被视为是限制性的。本文使用的“包含”、“包括”或“具有”及其变型旨在涵盖下文列出的项及其等同物、以及附加项。术语“安装”、“连接”和“联接”被广泛地使用并且涵盖直接和间接的安装、连接和联接。进一步地，“连接”和“联接”不限于物理或机械的连接或联接，而是可以包括电气连接或联接，无论是直接的还是间接的。另外，如本文中与项目列表一起使用的，“和/或”表示可以包括全部项目、项目的子集或作为替代的项目(例如，“A、B和/或C”表示A；B；C；A和B；B和C；A和C；或A、B和C)。
应注意的是，可以利用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件来实现本文描述的实施例。此外，并且如在随后的段落中所描述的，附图中所展示的特定配置旨在作为示例实施例，并且其他替代配置也是可能的。除非另外说明，否则术语“处理器”、“中央处理单元”和“CPU”是可互换的。在术语“处理器”、“中央处理单元”或“CPU”被用作标识执行特定功能的单元的情况下，应理解的是，除非另外说明，否则这些功能可以由单个处理器或以任何形式布置的多个处理器来执行，处理器包括并行处理器、串行处理器、纵列式处理器、或云处理配置/云计算配置。
另外，应理解的是，实施例可以包括硬件、软件和电子部件或模块，为了讨论的目的，这些部件或模块可以被展示和描述为好像大多数部件仅在硬件中实现。然而，本领域的普通技术人员基于对这个详细描述的阅读将认识到，在至少一个实施例中，基于电子的方面可以在可由一个或多个处理单元(比如，微处理器和/或专用集成电路(“ASIC”))执行的软件(例如，存储在非暂态计算机可读介质上)中实现。这样，应注意的是，可以利用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件来实现实施例。
通过考虑以下详细说明和附图，其他特征和方面将变得清楚。
附图说明
图1是根据实施例的燃气发动机替换装置的立体图。
图2是图1的燃气发动机替换装置的平面图。
图3是图1的燃气发动机替换装置的示意图。
图4是图1的燃气发动机替换装置的电池包的立体图。
图5是图4的电池包的截面视图。
图6是图1的燃气发动机替换装置的电池插座的截面视图。
图7是图1的燃气发动机替换装置的马达的截面视图。
图8是图1的燃气发动机替换装置的马达、齿轮系和动力输出轴的示意图。
图9是图1的燃气发动机替换装置的框图。
图10是用于驱动图1的燃气发动机替换装置的马达的电力开关网络的示意图。
图11A是展示了在马达正向操作期间图10的电力开关网络的操作的图。
图11B是展示了在马达反向操作期间图10的电力开关网络的操作的图。
图12是图1的燃气发动机替换装置的马达控制器的简化框图。
图13是展示了图12的马达控制器所使用的速度剖面(profile)的图。
图14是用于图1的燃气发动机替换装置的马达的速度控制的示例方法的流程图。
图15展示了包括图1的燃气发动机替换装置的泵系统。
图16展示了泵系统的速度-扭矩操作曲线。
图17是用于图1的燃气发动机替换装置的马达的失控检测与控制的方法的流程图。
图18是使用图1的燃气发动机替换装置进行负载监测的方法的流程图。
图19和图20是展示了根据一些实施例的用于标识负载状况的马达电流中的扰动的图。
图21展示了包括图1的燃气发动机替换装置的搅拌系统。
图22展示了包括图1的燃气发动机替换装置的切割系统。
图23是使用图1的燃气发动机替换装置进行负载定位的示例方法的流程图。
图24展示了用于图1的燃气发动机替换装置中的一个或多个电子部件的冷却系统。
具体实施方式
如图1和图2中所示，用于与动力设备一起使用的燃气发动机替换装置10包括壳体14，该壳体具有第一侧18、邻近第一侧18的第二侧22、与第二侧22相对的第三侧26、与第一侧18相对的第四侧28、在第二侧22与第三侧26之间延伸的第五侧30、以及与第五侧30相对的第六侧32。燃气发动机替换装置10还包括在第一侧18联接到壳体14的凸缘34、位于壳体14内的电动马达36、以及从第二侧22突出并且接收来自马达36的扭矩的动力输出轴38。如下面进一步详细解释的，在一些实施例中，动力输出轴38从第一侧18且从凸缘34突出。如图3中所示，燃气发动机替换装置10还包括控制电子器件42，该控制电子器件定位在壳体14内并且包括布线和电连接到马达36的控制器46。在2019年8月26日提交的美国专利申请号16/551,197中描述并且展示了类似的燃气发动机替换装置10，该美国专利申请的全部内容通过援引并入本文。
如图1至图6中所示，燃气发动机替换装置10还包括电池包50，该电池包可移除地接纳在壳体14中的电池插座54中，以经由控制电子器件42将电流从电池包50传递到马达36。参照图4至图6，电池包50包括电池包壳体58，该电池包壳体具有支撑部分62和第一端子66，该第一端子电连接到由包壳体58支撑的多个电池单体68。支撑部分62提供滑动布置，该滑动布置具有与电池插座54的互补凸起/凹陷部分74(如图6中所示)相配合的凸起/凹陷部分70。在图4至图6中所展示的实施例中，电池包50的凸起/凹陷部分70是导轨，并且电池插座54的凸起/凹陷部分74是引导凹陷。在2018年7月2日提交的美国专利公开号2019/0006980中描述和展示了类似的电池包，该专利申请的全部内容通过援引并入本文。在一些实施例中，电池单体68具有上至约80V的标称电压。在一些实施例中，电池单体68具有上至约120V的标称电压。在一些实施例中，电池包50具有上至约6lb的重量。在一些实施例中，电池单体68中的每一个具有上至21mm的直径和上至约71mm的长度。在一些实施例中，电池包50包括上至二十个电池单体68。在一些实施例中，电池单体68串联连接。在一些实施例中，电池单体68可运行以输出约40A与约60A之间的持续运行放电电流。在一些实施例中，电池单体68中的每一个具有约3.0Ah与约5.0Ah之间的容量。
图6展示了根据一些实施例的燃气发动机替换装置10的电池插座54。电池插座54包括凸起/凹陷74、第二端子78、闩锁机构82和断电开关86。凸起/凹陷74与电池包50的凸起/凹陷70配合，以将电池包50附接到燃气发动机替换装置10的电池插座54。当电池包50附接到燃气发动机替换装置10时，第二端子78和第一端子66彼此电连接。闩锁机构82从电池插座54的表面突出、并且被配置为接合电池包50，以维持电池包50与电池插座54之间的接合。因此，电池包50可连接到电池插座54并可由其支撑，使得电池包50可由燃气发动机替换装置10的壳体14支撑。在一些实施例中，电池包插座54被布置在壳体14上的以下位置，使得在马达36与电池包50之间产生最大可能的分离距离，以便抑制从马达36传递到电池包50的振动。在一些实施例中，弹性体构件定位在电池包插座54上，以便抑制从马达36经由壳体14传递到电池包50的振动。
在其他实施例(未示出)中，闩锁机构82可以设置在不同的位置处(例如，在电池插座54的侧壁、端壁、上端壁等上)，使得闩锁机构82接合电池包50上的相应结构，以维持电池包50与电池插座54之间的接合。闩锁机构82包括操作性地接合闩锁构件94的可枢转致动器或把手90。闩锁构件94可滑动地设置在插座54的孔部98中，并且被偏置构件102(例如，弹簧)朝向闩锁位置偏置，以突出穿过电池插座54的表面并且进入电池包50的空腔中。
闩锁机构82还包括断电开关86(例如，微型开关)，该断电开关有助于在把手90的致动期间将电池包50与电池插座54电连接/断开，以将闩锁构件94从电池包50撤出。断电开关86可以用于在从电池插座54移除电池包50之前将电池包50与燃气发动机替换装置10电断开。当闩锁构件94从闩锁位置(即，当闩锁构件94完全位于电池包50的空腔内时)移动到中间位置时，断电开关86被致动。断电开关86电连接到控制器46，并且可以产生中断以指示电池包50正从燃气发动机替换装置10断开。当控制器46接收到中断时，控制器46开始掉电运行，以使燃气发动机替换装置10的控制电子器件42安全地掉电。美国专利公开号2019/0006980中描述并且展示了类似的闩锁机构和断开开关，该专利申请的全部内容通过援引并入本文。
如图7中所示，马达36包括具有外直径97的马达壳体96、具有上至约80mm的标称外直径103的定子99、具有输出轴106并且被支撑以在定子99内旋转的转子104、以及风扇108。美国专利公开号2019/0006980中描述并且展示了类似的马达，该专利申请通过援引并入本文。在一些实施例中，马达36是无刷直流马达。在一些实施例中，马达36具有至少约2760W的功率输出。在一些实施例中，马达36的功率输出在运行期间可能下降到2760W以下。在一些实施例中，风扇108的直径109是马达壳体96的较大直径97。在一些实施例中，马达36可以用电子离合器(未示出)停止，以用于快速过载控制。在一些实施例中，马达36具有上至约443,619mm3的体积。在一些实施例中，马达具有上至约4.6lb的重量。壳体14包括入口通风口和出口通风口，使得在空气通过出口通风口排出之前，马达风扇108通过入口通风口并且沿着控制电子器件42拉动空气以冷却控制电子器件42。在图7中所展示的实施例中，马达36是内转子马达，但是在其他实施例中，马达36可以是标称外直径(即转子的标称外直径)上至约80mm的外转子马达。
参照图8，马达36可以以多种配置将扭矩传递到动力输出轴38。在一些实施例中，输出轴106也是动力输出轴38，使得马达36直接驱动动力输出轴38，而没有任何中间齿轮系。例如，马达36可以是直接驱动高极数马达。如图8中所示，在其他实施例中，燃气发动机替换装置10包括将扭矩从马达36传递到动力输出轴38的齿轮系110。在一些实施例中，齿轮系110可以包括机械离合器(未示出)，以中断从马达36到动力输出轴38的扭矩传递。在一些实施例中，齿轮系110可以包括将扭矩从输出轴106传递到动力输出轴38的行星变速器，并且输出轴106的旋转轴线与动力输出轴38的旋转轴线同轴。在一些实施例中，齿轮系110包括与转子的输出轴106接合的正齿轮，使得输出轴106的旋转轴线偏离于并且平行于动力输出轴38的旋转轴线。在一些实施例中，齿轮系110包括锥齿轮，使得输出轴106的旋转轴线垂直于动力输出轴38的旋转轴线。在利用锥齿轮的其他实施例中，输出轴106的旋转轴线不垂直、平行或同轴于动力输出轴38的旋转轴线，并且动力输出轴38从凸缘34突出。
在一些实施例中，燃气发动机替换装置10包括开/关指示器(未示出)。在一些实施例中，燃气发动机替换装置10包括过滤器(未示出)，以将空载碎屑阻挡在马达36和控制电子器件42之外。在一些实施例中，过滤器包括脏过滤器传感器(未示出)和自清洁机构(未示出)。在一些实施例中，当遇到阻力(比如减慢或停滞)时，马达36将模拟燃气发动机响应。在一些实施例中，燃气发动机替换装置10包括壳体14中的散热件202，用于空气冷却控制电子器件42(图1和图2)。在一些实施例中，燃气发动机替换装置10是液体冷却的。
在一些实施例中，转子104的输出轴106具有前进和后退能力，如下文进一步描述的。在一些实施例中，与燃气发动机相比，在不转换齿轮系110的档位情况下，前进和后退能力是可控的，这些燃气发动机在没有附加传动装置和时间延迟的情况下不能实现前进/后退能力。因此，燃气发动机替换装置10提供了增大的速度、更轻的重量和更低的成本。因为与燃气发动机相比，燃气发动机替换装置10具有更少的运动部并且没有燃烧系统，所以该燃气发动机替换装置还提供了附加的速度、重量和成本优势。
燃气发动机替换装置10能够在相对于地表面的任何取向(竖直、水平、倒置)上长时间段操作，这使其优于四循环燃气发动机，这些四循环燃气发动机只可以在一个取向上和稍微倾斜的情况下操作较短的时间段。因为燃气发动机替换装置10不需要气体、油或其他流体，所以该燃气发动机替换装置可以倒置或在任何给定侧运转、被输送以及存放，而没有泄漏或溢出。
在操作中，燃气发动机替换装置10可以用来代替燃气发动机系统。具体地，通过将由凸缘34中的多个孔口限定的第一螺栓图案与第二螺栓图案对准，燃气发动机替换装置10可以安装到具有第二螺栓图案的动力设备上。在一些实施例中，凸缘34可以包括一个或多个中间安装构件或适配器，该一个或多个中间安装构件或适配器布置在凸缘34本身与具有第二螺栓图案的动力设备的凸缘之间，使得(多个)适配器将凸缘34联接到该动力设备。在这些实施例中，适配器包括第二螺栓图案和第一螺栓图案这两者，使得凸缘34的第一螺栓图案与适配器的第一螺栓图案对准，并且适配器的第二螺栓图案与动力设备中限定的第二螺栓图案对准，从而允许燃气发动机替换装置10的凸缘34联接到该动力设备。
替代性地，燃气发动机替换装置10可以通过设置可操作地连接动力输出轴和设备功能部(equipment bit)的带而使用带系统来连接到动力设备。因此，燃气发动机替换装置10的动力输出轴38可以用于驱动该设备。
在操作期间，燃气发动机替换装置10的壳体14可以比内燃单元的壳体冷得多，因为在燃气发动机替换装置10中没有燃烧。具体地，当燃气发动机单元运转时，燃气发动机单元的壳体是220摄氏度或更高。相比之下，当燃气发动机替换装置10运转时，壳体14的所有外表面低于95摄氏度。下面的表1和表2更具体地列出了燃气发动机替换装置10的壳体14上不同部件的温度极限。
下面的表1列出了在动力工具中典型使用的不同部件关于这些部件是由金属、塑料、橡胶、木材、瓷器、还是玻璃质形成的保险商实验室(UL)温度极限。例如，至少在一些实施例中，燃气发动机替换装置10决不会超过塑料额定温度。
表1
金属 塑料/橡胶/木材 瓷器/玻璃质
偶然接触 85℃ 85℃ 85℃
持续握持的把手和旋钮 55℃ 75℃ 65℃
仅短暂握持的把手和旋钮(即开关) 60℃ 80℃ 70℃
下面的表2列出了电池包50的电池包壳体58的不同部件关于这些部件是由金属、塑料、还是橡胶形成的UL温度极限。例如，至少在一些实施例中，燃气发动机替换装置10决不会超过塑料额定温度。
表2
金属 塑料/橡胶
偶然接触 70℃ 95℃
持续握持的把手和旋钮 55℃ 75℃
仅短暂握持的把手和旋钮(即开关) 60℃ 85℃
图9展示了根据一个示例实施例的燃气发动机替换装置10的简化框图。如图9所示，燃气发动机替换装置10包括电子处理器302、存储器306、电池包50、电力开关网络310、马达36、转子位置传感器314、电流传感器318、用户输入装置322(例如，调速件(throttle)、触发器或电源按钮)、收发器326、指示器330(例如，发光二极管)和振动传感器320。在一些实施例中，燃气发动机替换装置10包括比图9中所示的部件更少或附加的部件。例如，燃气发动机替换装置10可以包括电池包燃料仪、工作灯、附加传感器、切断开关、断电开关86等。在一些实施例中，图9中所展示的包括电子处理器302、存储器306、电力开关网络310、转子位置传感器314、电流传感器318、用户输入装置322、收发器326、指示器330和振动传感器320中的一者或多者的燃气发动机替换装置10的元件形成图3中所示的控制电子器件42的至少一部分，其中电子处理器302和存储器306形成图3中所示控制器46的至少一部分。
存储器306包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、其他非暂时性计算机可读介质、或它们的组合。电子处理器302被配置为与存储器306通信以存储数据和检索存储的数据。电子处理器302被配置为从存储器306接收指令和数据并且执行指令等。特别地，电子处理器302执行存储在存储器306中的指令，以执行本文描述的方法。
如上文所描述，在一些实施例中，电池包50可移除地附接到燃气发动机替换装置10的壳体，使得不同的电池包50可以附接到燃气发动机替换装置10和从燃气发动机替换装置移除，以将不同量的电力提供至燃气发动机替换装置10。电池包50的进一步描述(例如，标称电压、持续操作放电电流、尺寸、电池单体的数量、操作等)以及马达36的进一步描述(例如，功率输出、尺寸、操作等)在上文关于图1至图8提供。
电力开关网络310使得电子处理器302能够控制马达36的操作。通常，当用户输入装置322被压下(或以其他方式致动)时，电流从电池包50经由电力开关网络310供应至马达36。当用户输入装置322未被压下(或以其他方式致动)时，电流不从电池包50供应至马达36。在一些实施例中，用户输入装置322被压下的量与马达36的期望的旋转速度相关或对应。在其他实施例中，用户输入装置322被压下的量与期望的扭矩相关或对应。在其他实施例中，单独的输入装置(例如，滑动件、拨盘等)包括在燃气发动机替换装置10上，与电子处理器302通信，以对马达36提供期望的旋转速度或扭矩。
响应于电子处理器302从用户输入装置322接收驱动请求信号，电子处理器302激活电力开关网络310以将电力提供至马达36。通过电力开关网络310，电子处理器302控制马达36可用的电流量，从而控制马达36的速度和扭矩输出。电力开关网络310可以包括许多场效应晶体管(FET)、双极晶体管、或其他类型的电开关。例如，电力开关网络310可以包括六FET桥(参见图10)，该六FET桥从电子处理器302接收脉宽调制(PWM)信号以驱动马达36。
转子位置传感器314和电流传感器318联接到电子处理器302，并且向电子处理器302传达指示燃气发动机替换装置10或马达36的不同参数的各种控制信号。在一些实施例中，转子位置传感器314包括一个霍尔传感器或多个霍尔传感器。在其他实施例中，转子位置传感器314包括附接到马达36的正交编码器。转子位置传感器314向电子处理器302输出马达反馈信息，比如当马达36的转子的磁体旋转越过霍尔传感器的表面时的指示(例如，脉冲)。在其他实施例中，转子位置传感器314包括例如电压或电流传感器，该电压或电流传感器提供马达线圈中产生的反电动势(反emf)的指示。电子处理器302可以基于从转子位置传感器314(即电压或电流传感器)接收的反电动势信号，确定转子位置、转子速度和转子加速度。转子位置传感器314可以与电流传感器318组合以形成组合式电流和转子位置传感器。在此示例中，组合式传感器提供流到马达36的(多个)有效相线圈的电流，并且还提供马达36的(多个)无效相线圈中的一个或多个中的电流。电子处理器302基于流到有效相线圈的电流测量流到马达的电流，并且基于无效相线圈中的电流测量马达速度。
基于来自转子位置传感器314的马达反馈信息，电子处理器302可以确定转子的位置、速度和加速度。响应于马达反馈信息和来自用户输入装置322的信号，电子处理器302传输控制信号以控制电力开关网络310来驱动马达36。例如，通过选择性地启用和禁用电力开关网络310的FET，从电池包50接收的电力以循环方式选择性地施加到马达36的定子绕组，以引起马达36的转子旋转。电子处理器302使用马达反馈信息确保对电力开关网络310的控制信号的正确定时，并且在一些情况下，提供闭环反馈以将马达36的速度控制在期望的水平。例如，为了驱动马达36，使用来自转子位置传感器314的马达定位信息，电子处理器302确定转子磁体相对于定子绕组的位置，并且(a)以预定图案激励下一个定子绕组对(或多个定子绕组对)，以在期望的旋转方向上将磁力提供至转子磁体，以及(b)去激励先前激励的一个定子绕组对(或多个定子绕组对)，以防止在转子磁体上施加与转子旋转方向相反的磁力。
电流传感器318在燃气发动机替换装置10操作期间监测或检测马达36的电流水平，并且向电子处理器302提供指示检测到的电流水平的控制信号。电子处理器302可以使用检测到的电流水平控制电力开关网络310，如下面更详细解释的。
收发器326允许电子处理器302与外部装置338(例如，智能手机、平板电脑或膝上型计算机)通过有线或无线通信网络334进行通信。在一些实施例中，收发器326可以包括单独的发射和接收部件。在一些实施例中，收发器326可以包括附接到燃气发动机替换装置10的无线适配器。在一些实施例中，收发器326是无线收发器，该无线收发器将从电子处理器302接收的信息编码成载波无线信号，并且通过通信网络334将编码的无线信号传输到外部装置338。收发器326还解码来自通过通信网络334从外部装置338接收的无线信号的信息，并且将解码的信息提供到电子处理器302。在一些实施例中，收发器326通过通信网络334与一个或多个外部传感器340通信。例如，外部传感器340可以与安装有燃气发动机替换装置10的设备相关联。在一些实施例中，外部传感器340是速度传感器、位置传感器等。
通信网络334在燃气发动机替换装置10、外部装置338、以及外部传感器340之间提供有线或无线连接。通信网络334可以包括短程网络，例如BLUETOOTH(蓝牙)网络、Wi-Fi网络等，或者远程网络，例如因特网、蜂窝网络等。
如图9中所示，指示器330也联接到电子处理器302并且接收来自电子处理器302的控制信号，以基于燃气发动机替换装置10的不同状态开启和关闭或以其他方式传送信息。指示器330包括例如一个或多个发光二极管(“LED”)或显示屏。指示器330可以被配置为显示燃气发动机替换装置10的状况或与燃气发动机替换装置相关联的信息。例如，指示器330被配置为指示燃气发动机替换装置10的测得电特性、燃气发动机替换装置10的状态、燃气发动机替换装置10的模式等。指示器330还可以包括通过听觉或触觉输出向用户传送信息的元件。在一些实施例中，指示器330包括eco指示器，该指示器指示负载在操作期间使用的电力量。
图9中简化了燃气发动机替换装置10的部件之间所示的连接。实际上，燃气发动机替换装置10的布线更加复杂，因为燃气发动机替换装置的部件通过数条用于电力和控制信号的线相互连接。例如，电力开关网络310的每个FET通过控制线分别连接到电子处理器302；电力开关网络310的每个FET连接到马达36的端子；从电池包50到电力开关网络310的电力线包括正极线和负极线/地线；等等。另外，电力线可以具有大的规格/直径，以处理增大的电流。此外，尽管未示出，但是附加的控制信号线和电力线用于互连燃气发动机替换装置10的附加部件。
图10展示了用于驱动燃气发动机替换装置10的马达36的电力开关网络310的一个示例。电力开关网络310包括三个高侧FET H1、H2和H3以及三个低侧FET L1、L2和L3，这些FET各自具有第一或导通状态和第二或非导通状态。电力开关网络210用于选择性地将电力从电池包50施加到马达36。下文描述了控制高侧开关和低侧开关以使马达36沿正向和反向方向操作的示例方式。
可以使用(脉宽调制)PWM换向、中心线换向或其他换向方案来控制高侧开关和低侧开关。图11A展示了用于控制马达36沿正向方向旋转的简单PWM换向。如图11A所示，每个高侧FET H1、H2和H3在整个换向阶段都周期性地导通。当FET H1、H2和H3中的一个停止导通时，下一个高侧FET开始导通。类似地，每个低侧FET L1、L2和L3在整个换向阶段都周期性地导通。当FET L1、L2和L3中的一个停止导通时，下一个低侧FET开始导通。然而，高侧或低侧FET中的一者或两者可以基于马达36的期望速度或马达36上的负载而仅在换向阶段的某个周期内被激活(例如，用具有75％、50％、25％或另一占空比的PWM信号)。在所展示的示例中，为了沿正向方向驱动马达36，高侧和低侧FET以预定对和预定顺序被激活。在图11A所展示的示例中，首先激活H1和L2，然后激活H2和L3，然后激活H3和L1。在正向操作中，此顺序在马达36的运转期间持续。图11B展示了用于控制马达36沿反向方向旋转的简单PWM换向。在图11B所展示的示例中，首先激活H1和L3，然后激活H3和L2，然后激活H2和L1。在反向操作中，此顺序在马达36的运转期间持续。在一些实施例中，可以基于期望的马达操作来执行对该顺序的一种或多种变化。例如，高侧和低侧FET中的一者或两者可以在其激活阶段期间以某频率切换以控制马达的速度。另外，高侧和低侧FET的激活阶段可以转变，以与其他激活产生重叠，从而实现不同的控制(例如，场定向控制)。
图12是马达控制器400的简化框图，在一些实施例中，该马达控制器由存储在存储器306中并由电子处理器302执行的软件实现。马达控制器400包括剖面产生器405、速度控制器410、扭矩控制器415、无刷控制器420、以及D/DT单元425。在一些实施例中，D/DT单元425计算轴角度的导数以确定轴速度。剖面产生器405接收调速件设置(例如，来自用户输入装置322)和系统设置。剖面产生器405产生速度控制器410的速度参考和扭矩控制器415的扭矩参考。剖面产生器405将速度和扭矩控制与联接到马达36的机械系统的特定特征协作(align)。
扭矩控制器415接收来自转子位置传感器314的轴角度反馈，并且速度控制器410接收来自D/DT单元425的轴速度反馈。无刷控制器420接收速度控制器410的速度输出和扭矩控制器415的扭矩输出，并且产生如上所述的用于电力开关网络310的控制信号。例如，无刷控制器420可以为电力开关网络310的每个电力开关元件产生PWM信号序列，以驱动马达36。马达控制器400在宽操作范围内提供独立的速度和扭矩控制。马达控制器400允许在超过内燃发动机的典型速度范围的宽速度范围内操作。例如，虽然往复式发动机被限制在小的操作速度和扭矩传递范围内，但马达控制器400提供了几乎无限的速度范围，在该范围内具有全扭矩控制，而不需要在由内燃发动机驱动的系统中常见的复杂齿轮箱或减速器。由于马达控制器400可以在失速速度或略高于失速速度时产生额定扭矩，因此支持用于点动和微动应用的低速操作。
剖面产生器405允许使用符合机械系统的速度剖面，从而实现以下特征，比如在泵送应用中检测泵气蚀或水锤、风扇和泵的非线性速度和扭矩关系、用于提升和张力卷绕应用的扭矩限制和控制。在一些实施例中，为了减轻对机械系统的损坏，马达控制器400检测失速或卡住、并且限制扭矩控制器415输出的扭矩。与由内燃发动机操作的需要不精确的机械调速器的机械系统相比，马达控制器400允许平滑加速和闭环速度调节。马达控制器400提供与负载无关的速度控制，从而允许在负载下恒速操作(例如，用于切割或精加工应用)。在一些实施例中，剖面产生器405接收轴速度、轴角度、或两者。
参考图13和图14，马达控制器400采用跳跃速度技术来避免联接到马达36的机械系统中固有的机械谐振。图13是展示了根据一些实施例剖面产生器405所使用的速度剖面的图450。图14是用于马达36的速度控制的示例方法的流程图500。
机械系统通常具有与机械系统的自然谐振频率相关的旋转速度。在这些速度下操作可能导致机械系统的过度磨损和故障。在典型的内燃发动机应用中，可以使用减振器或其他方法来防止机械振动造成的损坏。在一些实施例中，马达控制器400被编程为避免引起机械谐振的速度并且减轻对减振设备的需求。剖面产生器405提供避免预定的编程速度范围的速度剖面。在一个实施例中，剖面产生器405提供具有滞后的速度命令。
剖面产生器405接收(例如，由调速件设置或系统设置确定的)命令速度并且产生用于速度控制器410的输出速度。如图13所展示的，命令速度和输出速度跟随，直到命令速度接近跳跃速度。限定了对应于编程速度范围(例如，界定针对机械系统限定的跳跃速度或谐振频率)的禁区455。例如，禁区455由速度上限460和速度下限465限定。即使命令速度继续增大，剖面产生器405仍将输出速度保持在第一(较低)速度值470，直到命令速度超过禁区455的上限460。第一(较低)速度值470是与速度下限465处的命令速度相关联的速度值。在命令速度超过禁区455之后，输出速度增大，以与命令速度相匹配。剖面产生器405实现了用于增大命令速度和减小命令速度两者的禁区。例如，当命令速度减小到上限460和低于上限时，剖面产生器405将输出速度保持在第二(较高)速度值475，直到命令速度降低到低于禁区455的下限465。第二(较高)速度值470是与速度上限460处的命令速度相关联的速度值。在命令速度降低到低于禁区455之后，输出速度减小，以与命令速度相匹配。在一些实施例中，可以由剖面产生器405实现多个禁区。
在一些实施例中，禁区455被预编程到剖面产生器405中。例如，禁区的上限和下限可以基于要包括燃气发动机替换装置10的特定机械系统的振动测试来确定，并且这些极限可以被保存到存储器306中。在其他实施例中，剖面产生器405采用振动传感器320(参见图9)来测量机械系统的振动。在一些实施例中，剖面产生器405响应于振动传感器320的输出超过振动极限而采用禁区455。在一些实施例中，剖面产生器405使用动态设定禁区455的学习技术，因为振动传感器320随时间收集关于机械系统的振动特性的数据。
在一些实施例中，剖面产生器405基于振动传感器320的实时输出来动态地确定禁区455。如果振动传感器320测量到高于第一阈值的振动，则剖面产生器405将输出速度限制在第一值，从而设定禁区455的第一极限(即，如果命令速度正在减小，则为上限，或者如果命令速度正在增大，则为下限)。随着命令速度继续改变，剖面产生器405将输出速度设定为临时命令速度并且确定振动传感器320是否测量到低于第一阈值的振动。如果在临时命令速度下振动水平未降到低于第一阈值，则剖面产生器405确定燃气发动机替换装置10仍在禁区455中并且将输出速度返回到第一值。如果在临时命令速度下振动水平降到低于第一阈值，则剖面产生器405确定已经通过了禁区的第二极限并且允许在临时命令速度下继续操作。在一些实施例中，剖面产生器405以命令速度的预定变化增量设定临时命令速度，直到通过第二极限。
如所指出的，图14的流程图500用于马达36的速度控制方法。流程图500是关于在燃气发动机替换装置10上实现的图12的马达控制器400和如图13中大体展示的禁区来描述的。然而，在一些实施例中，流程图500的方法由其他装置或马达控制器400的变体实现，并且在一些实施例中，流程图是利用采取形式与图13所示形式不同的禁区来实现的。参考图14，在框505，剖面产生器405接收用于马达36的命令速度(例如，如前所述，由调速件设置或系统设置指示)。例如，在一些实施例中，调速件设置和系统设置是代表马达36的期望速度的值。
在框510，剖面产生器405确定命令速度是否在禁区内(在框510)。例如，剖面产生器405将在框505中接收到的命令速度与由速度上限460和速度下限465限定的禁区进行比较。当剖面产生器405基于比较结果确定命令速度为大于速度下限465并且小于速度上限460时，剖面产生器确定命令速度在禁区内。响应于确定命令速度不在禁区内，剖面产生器405将输出速度设定为命令速度(在框515)。
响应于确定命令速度在禁区内，剖面产生器405确定先前输出速度是否低于禁区(在框520)(即，从下方接近)。响应于确定先前的输出速度低于禁区，剖面产生器将命令速度设定为下限465，从而将输出速度设定为与下限465相关联的第一(较低)速度470(在框525)。换句话说，在框525，剖面产生器将输出速度设定为禁区的下限。如果先前输出速度不低于禁区(即，从上方接近)，则剖面产生器将命令速度设定为上限460，从而将输出速度设定为禁区的第二(较高)速度475(在框530)。换句话说，在框530，剖面产生器将输出速度设定为禁区的上限。
剖面产生器405接收下一个命令速度(在框505处)并且重复速度限制，直到命令速度不再处于禁区内(在框515)。
如上文所指出的，在一些实施例中，流程图500是用采取与图13中所示形式不同的形式的禁区来实现的。例如，在一些实施例中，实现了多个禁区，每个禁区具有其自己的速度上限和下限以及相关的第一速度和第二速度。在这样的实施例中，在框510中，剖面产生器405使用与上文关于确定命令速度是否在禁区455内所指出的相似的比较函数来确定命令速度是否在这些禁区中的任何一个中，尽管各个禁区具有不同的极限。此外，在框525和框530中，输出速度被分别设定为与命令速度被确定为在其内的禁区相关联的第一速度或第二速度。
图15展示了泵系统620，该泵系统包括支撑燃气发动机替换装置10的框架624、以及泵628，其中燃气发动机替换装置10可操作以驱动泵628。所展示的泵628是离心泵，该泵具有定位在泵628的壳体632内的叶轮，该叶轮可围绕轴线旋转，以将材料从泵628的入口636移动到泵628的出口640。在一些实施例中，泵系统620的燃气发动机替换装置10实现上文关于图12至图14所描述的马达控制。
图16展示了泵系统620的速度-扭矩操作曲线700。马达控制器400中的剖面产生器405在与理论操作曲线705紧密匹配的整个操作范围内提供速度和扭矩控制。
图17是根据一些实施例的用于马达36的失控检测和控制的示例方法的流程图800。马达控制器400采用失控检测技术来标识和响应潜在的失控状况。例如，在燃气发动机替换装置10提供动力以使比如割草机、园艺拖拉机等车辆(vehicle)移动的实施例中，车辆可以在山丘上操作，从而在没有增大马达的命令速度的信号(例如，使用用户输入装置322)的情况下，车辆的速度增大。流程图800是关于在燃气发动机替换装置10上实现的图12的马达控制器400来描述的。然而，在一些实施例中，流程图800的方法由其他装置或马达控制器400的变体来实现。
参考图17，在框805，马达控制器400的剖面产生器405接收用于马达36的命令速度(例如，如前所述，由调速件设置或系统设置指示)。例如，在一些实施例中，调速件设置和系统设置是代表马达36的期望速度的值。在框810，马达控制器400产生用于马达36的命令速度。例如，在一些实施例中，剖面产生器405基于由燃气发动机替换装置10提供动力的设备的剖面产生命令速度，并且无刷控制器420基于命令速度产生用于马达36的驱动参数(例如，PWM占空比)。在一些实施例中，速度控制器采用闭环控制过程，其中采用轴速度反馈来调整无刷控制器420所采用的驱动参数。在一些实施例中，速度控制器采用开环控制过程，其中根据剖面产生器405接收到的调速件设置和系统设置来(例如，通过固定的PWM占空比)设定由无刷控制器420产生的驱动参数。
在框815，马达控制器400检测到失控状况。在一些实施例中，速度控制器410监测比如马达36的轴或动力输出轴140的轴速度，以标识失控状况。在一个示例中，当轴速度在预定时间间隔内增加预定值时，速度控制器410标识失控状况。例如，马达控制器400可以使用来自转子位置传感器314的输出周期性地(例如，每100ms、10ms或1ms)检测轴速度，并且以相同的频率检测轴速度相对于先前读数(例如，100ms或1秒之前)的变化。马达控制器400可以进一步将轴速度的变化与阈值进行比较，并且当检测到的轴速度的变化超过阈值时标识失控状况。因为马达36的速度与由燃气发动机替换装置10提供动力的车辆的速度成比例，所以轴速度的意外增大表示失控状态。在一些实施例中，速度控制器410采用来自外部传感器340的信息来标识失控状况。例如，外部传感器340可以是测量由燃气发动机替换装置10提供动力的车辆的对地速度的传感器。马达控制器确定车辆对地速度是否在预定时间间隔内增加预定值，而不是(或除此之外)确定轴速度是否在预定时间间隔内增加预定值。此确定可以使用与轴速度类似的技术但使用所感测的车辆对地速度代替来实现。在一些实施例中，阈值是部分地基于期望的调速件设置来设定的，以便考虑到用户请求速度增大。例如，阈值可以在用户请求如调速件设置信号所指示的车辆速度增大时增大，并且在用户请求如调速件设置信号所指示的车辆速度减小时减小。以这种方式，使车辆速度增大的典型请求不太可能被检测为失控状况。
在框820，响应于检测到失控状况，马达控制器400缓解失控状况。在一些实施例中，马达控制器400响应于检测到失控状况而降低命令速度。在一些实施例中，马达控制器400响应于检测到失控状况而产生制动信号。在一个示例中，马达控制器400通过控制所有高侧和低侧FET关闭来关闭电力开关网络310，以允许马达36惯性停止。由于当FET关闭时没有电流供应给马达，马达36由于作用在马达36上的摩擦或负载而停止。在其他示例中，可以使用被动或主动制动来使马达36停止。在被动制动期间，马达控制器400可以向高侧和低侧FET提供控制信号，以将马达连接到制动负载(例如，联接在一个或多个定子线圈与地之间的制动线圈或制动电阻器)，以便快速耗散马达36中的能量并制动马达36。在主动制动期间，马达控制器400可以控制高侧FET关闭和低侧FET接通，以将马达线圈短路到地并且将线圈中剩余的能量消散到地。在其他示例中，马达控制器400可以向高侧和低侧FET提供控制信号以执行再生制动、并且通过电力开关网络310将马达36中的能量提供回电池包50。在又一示例中，动态脉冲可以用于制动马达36。马达控制器400可以向高侧和低侧FET提供控制信号，以在马达36的转子上提供电制动力。马达控制器400可以监测转子位置传感器314，以在转子刚刚通过相位(即，相应的一对高侧和低侧FET)时激活该相位。例如，转子位置传感器314指示转子刚刚转过对应于FET H1和L2的相位。作为响应，马达控制器400可以激活FETH1和L2以驱动电流穿过定子线圈以产生磁场，该磁场向转子提供沿与转子的旋转方向相反的方向的制动力，以使旋转停止。马达控制器400可以继续以类似于图11A的顺序激活FET对，但具有基于来自转子位置传感器314的转子位置信息的定时，使得由联接的定子线圈产生的所得磁场继续提供制动力来使旋转停止。在一些实施例中，马达控制器400向由替换装置10提供动力的车辆的电子控制机械制动器发送信号。
参考图18、图19和图20，马达控制器400采用负载监测技术来估计负载的状况并根据负载参数调整负载速度。图18是根据一些实施例的用于负载监测的示例方法的流程图900。图19和图20是展示了根据一些实施例的用于标识负载状况的马达电流中的扰动的图450。例如，在燃气发动机替换装置10向混凝土搅拌机提供动力的实施例中，负载的粘度是基于搅拌机的内容物和旋转速度而可变的。增大搅拌机的转速一般会降低粘度，而降低搅拌机的转速一般会增加粘度。在燃气发动机替换装置10向比如割草机或锯等切割刀片提供动力的另一实施例中，正被切割的材料的密度是可变的(例如，基于草的长度和厚度或材料成分)。增大切割刀片的旋转速度对于茂密的草或密集的材料是有用的，而降低切割刀片的旋转速度对于不太密集的草或材料是有用的，这样可以降低功耗。流程图900是关于在燃气发动机替换装置10上实现的图12的马达控制器400来描述的。然而，在一些实施例中，流程图900的方法由其他装置或马达控制器400的变体来实现。
参考图18，在框905，马达控制器400监测马达36的电流参数。在一些实施例中，马达控制器400标识马达电流中的过冲状况。例如，在混凝土搅拌机实施例中，当搅拌机第一次旋转时，材料粘附到搅拌机的壁。在取决于材料的粘度的某个旋转位置，材料落到搅拌机的底部，导致搅拌机上的负载突然降低。如图19中所示，这种负载减少由马达电流曲线1010中的过冲1000表明。如图20中所示，在切割刀片实施例中，正被切割材料的密度增加由马达电流曲线1110中的斜坡1100表明。
在框910，马达控制器400估计负载状况。例如，马达控制器估计负载粘度或密度参数作为负载状况。在搅拌实施例中，旋转位置和过冲1000的幅度是材料粘度的函数。在一些实施例中，马达控制器400使用转子位置传感器314来确定旋转位置。在一些实施例中，外部传感器340是提供搅拌机的旋转位置的位置传感器。在切割示例中，斜坡1100的幅度和斜率是材料密度的函数。在一些实施例中，剖面产生器405存储由燃气发动机替换装置10提供动力的设备的剖面，该剖面将负载状况与所感测的马达参数相关联。在一些实施例中，剖面包括查找表、等式模型、或深度学习模型。
在框915，马达控制器400基于负载状况来设定马达命令速度。在一些实施例中，马达控制器400(例如，剖面产生器405)被编程为具有粘度目标值并且响应于所估计的粘度负载状况来调节马达36的命令速度，以驱动所估计的粘度负载状况接近粘度目标值或将其维持接近粘度目标值。在一些实施例中，对于切割应用，马达控制器400相对于所估计的密度的变化成比例地改变命令速度。在一些实施例中，马达控制器400随着密度增大而增大切割刀片的命令速度而随着密度减小而减小命令速度。在一些实施例中，马达控制器400存储模型或查找表作为所估计的负载状况的函数，该模型或查找表指定命令速度的调整因子。
图21展示了搅拌系统1200，该搅拌系统包括支撑燃气发动机替换装置10的框架1205、以及搅拌鼓1210，其中燃气发动机替换装置10可操作以使搅拌鼓1210旋转。在一些实施例中，搅拌系统1200的燃气发动机替换装置10实现上文关于图18和图19所描述的马达控制。
图22展示了切割系统1300，其在所展示的实施例中是切断锯。切割系统1300包括壳体1305、联接到壳体1305并从其延伸的支撑臂1310、由支撑臂1310承载的切割轮1315、以及覆盖切割轮1315圆周的一部分的防护件1320。切割轮1315可以是刀片、研磨盘、或能够从工件去除材料的任何其他可旋转元件。第一或后把手1325从壳体1305的后部部分沿大致与支撑臂1310相反的方向延伸。用于操作切割系统1300的触发器1330位于后把手1325上。在所展示的实施例中，切割系统1300还包括环绕壳体1305上部部分的第二或前把手1335。前把手1335和后把手1325提供抓握区域以便有助于切割系统1300的双手操作。所展示的切割系统1300是无绳电锯并且包括燃气发动机替换装置10。在一些实施例中，切割系统1300的燃气发动机替换装置10实现上文关于图18和图20所描述的马达控制。
图23是根据一些实施例的用于负载定位的示例方法的流程图1400。例如，在燃气发动机替换装置10向混凝土搅拌机提供动力的实施例中，当搅拌鼓被定位在第一旋转位置时，材料可以被加载到搅拌鼓中，并且当搅拌鼓被定位在第二旋转位置时，材料可以从搅拌鼓中卸载。
参考图23，在框1405，马达控制器接收位置控制命令。在一些实施例中，用户使用外部装置338(参见图9)输入位置控制命令。例如，用户可以通过选择显示在外部装置338上的控制件或用户输入装置322(例如，按钮)来选择加载位置或卸载位置。在一些实施例中，外部装置338是与由燃气发动机替换装置10驱动的设备相关联的有线装置或无线遥控装置。位置控制命令指示马达控制器400将负载旋转到特定位置(例如，混凝土搅拌机1200的搅拌鼓的特定旋转位置)。
在框1410，马达控制器400确定负载位置。在一些实施例中，马达控制器400使用转子位置传感器314来确定负载的位置。在一些实施例中，外部传感器340是提供负载的位置(例如，搅拌鼓的旋转位置)的位置传感器。
在框1415，马达控制器400基于负载位置来控制马达36。在一些实施例中，由剖面产生器405存储的剖面包括位置数据，比如用于加载或卸载位置的、或用于与设备相关联的其他位置的负载位置。响应于在框1405接收到的位置控制命令和在框1410确定的负载位置，马达控制器400响应于与位置控制命令对应的负载位置而停止马达36。例如，马达控制器400可以控制马达36旋转，直到达到搅拌鼓的特定旋转位置，在该特定位置点，马达36停止。在达到负载的期望位置之前，马达36可以减速以减少位置过冲。
在一些实施例中，对应于位置控制命令的负载位置由对燃气发动机替换装置10进行设置的制造商或装置的用户来设定。例如，可以采用外部装置338或用户输入装置322来指定对应于位置控制命令的负载位置。例如，响应于经由外部装置338或用户输入装置322的用户输入，可以将当前负载位置存储为与位置控制命令对应的负载位置目标。在一些实施例中，可以提供与多个负载位置目标(例如，加载位置和卸载位置)相对应的多个位置控制命令，并且每个位置控制命令可以与负载的不同期望负载位置相关联，该期望负载位置可以在马达控制器400使用类似的技术(例如，通过制造商设置或通过用户使用外部装置338或用户输入装置322)进行设定。例如，用户输入装置322可以包括设定加载位置按钮和设定卸载位置按钮，该设定加载位置按钮和设定卸载位置按钮向马达控制器400提供输入以将当前负载位置分别存储为期望加载位置和期望卸载位置。然后在框1415中，所存储的期望加载位置和期望卸载位置可以由马达控制器400使用，其中根据位置控制命令请求将负载旋转到加载位置还是卸载位置来选择所存储的这两个位置之一。
动力工具可能潜在地受到侵入、振动和热元件的影响，并且动力工具的电子器件可能对这些元件敏感。可以使用各种技术来保护燃气发动机替换装置10的一个或多个电子部件免受极端环境的影响。在一个示例中，极端温度可能损坏电子器件。在一些实施例中，用于在极端热环境提高工具性能的保护技术包括使用导热灌封。另一种技术包括将一个或多个电子部件放置在带有冷却的加压矿物油袋中以提供散热，并且允许提高性能。这些技术还可以为比如水或其他物质的侵入等环境危害提供保护。而且，开放的触点可以用胶水或用于带电或敏感部件的低压注塑模具覆盖，以延长极端条件下的工具寿命。在一些应用中，这些技术还可以有效降低振动风险，并且有助于减轻焊接到电路板上的部件的应变。
图24展示了用于图1的燃气发动机替换装置中的一个或多个电子部件的冷却系统1500。冷却系统1500包括电子器件外壳1510、泵1520和热交换器1530。燃气发动机替换装置10的敏感部件、比如图9中的电子处理器302和存储器306可以设置在电子器件外壳1510中。泵1520使比如矿物油等惰性流体循环通过电子器件外壳1510以去除热量。热交换器130冷却惰性流体以从冷却系统1500去除热量。在一些实施例中，热交换器可以是将热量辐射到外部环境的辐射型交换器，比如基于翅片的散热器。周围环境中的空气可以在翅片上循环以去除热量。电子器件外壳1510还用于提供防止侵入、振动、应变等的保护。
由燃气发动机替换装置10驱动的上述机械系统包括许多优于由内燃发动机驱动的传统设备的优点，其中一些将在下面讨论。
在一些实施例中，燃气发动机替换装置10可以与新设备配合，并且存储器306可以被重新编程以优化燃气发动机替换装置10以便与新设备一起操作。在一些实施例中，电子处理器302自动地识别燃气发动机替换装置10已经配合的新设备的类型，并且相应地管控燃气发动机替换装置10的操作。在一些实施例中，电子处理器302可以经由与新设备的射频识别(RFID)通信来自动地检测燃气发动机替换装置10已经与哪个设备配合。
在一些实施例中，存储器306可经由BLUETOOTH或Wi-Fi通信协议重新编程。在一些实施例中，电子处理器302具有用于同一设备的不同用途的控制模式。控制模式可以是预设的或用户可编程的，并且可以经由BLUETOOTH或Wi-Fi远程编程。在一些实施例中，电子处理器302利用主/从设备到设备的通信和协调，使得燃气发动机替换装置10可以对设备施加单向控制，或者操作者可以使用智能手机应用程序对燃气发动机替换装置10施加单向控制。
在一些实施例中，允许操作者或原始设备制造商(OEM)通过电子处理器302经由例如类似控制器局域网(CAN)的接口来有限地控制燃气发动机替换装置10的速度。在一些实施例中，与汽油发动机相比，电子处理器302能够利用齿轮系110中的单个齿轮组进行更宽范围的速度选择。例如，控制电子器件42被配置为以小于2,000RPM(其低于汽油发动机能够达到的任何速度)驱动马达36，这样相比于汽油发动机允许相关设备在电池包50完全放电时具有更长的总运转时间。此外，控制电子器件42被配置为以高于3,600RPM(其高于汽油发动机能够达到的任何速度)驱动马达，并且具有传递更大扭矩的能力。相比于汽油发动机，马达36的较宽速度范围提供了更高的效率和能力。在一些实施例中，除了速度之外，操作者还可以控制由马达36汲取的电流。
在一些实施例中，电子处理器302被配置为记录和报告数据。例如，电子处理器302被配置为提供有线或无线诊断，以用于监测和读取燃气发动机替换装置10的状态。例如，电子处理器302可以例如在租赁的情况下监测和记录燃气发动机替换装置10运转时间。在一些实施例中，马达36和电子处理器302使用再生制动来给电池包50充电。在一些实施例中，燃气发动机替换装置10包括用于灯或附件的DC输出(未示出)。在一些实施例中，电子处理器302可以经由电压、电流、运动、速度和/或热电偶来检测燃气发动机替换装置10的异常或故障。在一些实施例中，电子处理器302可以检测燃气发动机替换装置10的非预期使用或停止。如果由燃气发动机替换装置10驱动的设备没有以预期的特性运行或没有正确或安全地使用，则电子处理器302可以检测到异常并且停用燃气发动机替换装置10。例如，燃气发动机替换装置10可以包括一个或多个加速度计，以感测燃气发动机替换装置10和设备是否处于预期取向。而且，如果电子处理器302确定燃气发动机替换装置10没有处于预期取向(即，设备已经翻倒)，则电子处理器302可以停用燃气发动机替换装置10。
在一些实施例中，燃气发动机替换装置10包括可触及的传感器端口(未示出)，以与用户选择的用于动力设备一起使用的传感器(比如加速度计、陀螺仪、GPS单元或实时时钟)电连接，从而允许操作者定制由电子处理器302感测和检测的变量。在一些实施例中，电子处理器302可以经由视觉、听觉或触觉通知向操作者指示电池包50的状态，比如当电池电量低时。在一些实施例中，电子处理器302可以操作与马达36分开的辅助马达来驱动辅助装置，比如绞盘。辅助马达可以在燃气发动机替换装置10的内部或外部。
在一些实施例中，燃气发动机替换装置10可以包括可定制用户接口上的数字控制件，比如触摸显示器、或旋钮和按钮的组合。相比之下，模拟汽油发动机不包括这种数字控制件。在一些实施例中，燃气发动机替换装置10的用户接口可以是模块化的、有线的或无线的，并且可以是可附接到燃气发动机替换装置10的或是手动握持的。在一些实施例中，燃气发动机替换装置10可以用远程控制件控制，该远程控制件包括用于燃气发动机替换装置10的某些特性(比如电池包50的荷电、以及温度)的状态指示器。在一些实施例中，燃气发动机替换装置10可以用远程可编程装置提供状态指示。

Claims (83)

1.一种燃气发动机替换装置，包括：
壳体；
电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；
马达，该马达位于该壳体内；
动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；
电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及
电子处理器，该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转，该电子处理器配置为：
接收用于该马达的命令速度，
确定该命令速度是否在禁区内，
响应于该命令速度在该禁区外而将该马达的输出速度设定为该命令速度，
响应于该命令速度在该禁区内而将该输出速度设定为该禁区外的速度，以及
控制该电力开关网络，以使该马达按照基于确定该命令速度是否在该禁区内来设定的该输出速度旋转。
2.如权利要求1所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为响应于先前输出速度大于该禁区而将该输出速度设定为该禁区的上限。
3.如权利要求1所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为响应于先前输出速度小于该禁区而将该输出速度设定为该禁区的下限。
4.如权利要求1所述的燃气发动机替换装置，其中，该禁区限定了围绕与该马达联接的机械系统的谐振频率的滞后。
5.如权利要求4所述的燃气发动机替换装置，进一步包括振动传感器，其中，该电子处理器被配置为基于该振动传感器的输出来标识该谐振频率。
6.如权利要求1所述的燃气发动机替换装置，包括振动传感器，其中，该电子处理器被配置为基于该振动传感器的输出来产生该禁区。
7.如权利要求1所述的燃气发动机替换装置，其中，该禁区包括第一禁区和第二禁区，并且该电子处理器被配置为：
确定该命令速度是否在该第二禁区内，
响应于该命令速度在该第一禁区和该第二禁区外而将该马达的输出速度设定为该命令速度，
响应于该命令速度在该第二禁区内而将该输出速度设定为该第二禁区外的速度，以及
控制该电力开关网络，以使该马达按照基于确定该命令速度是否在该第二禁区内来设定的该输出速度旋转。
8.如权利要求1所述的燃气发动机替换装置，包括：
泵，该泵联接到该动力输出轴。
9.如权利要求1所述的燃气发动机替换装置，包括：
外壳，该外壳围绕该电子处理器并且包括惰性流体；
泵，该泵被配置为使该惰性流体在该外壳中循环；以及
热交换器，该热交换器联接到该外壳。
10.一种燃气发动机替换装置，包括：
壳体；
振动传感器；
电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；
马达，该马达位于该壳体内；
动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；
电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及
电子处理器，该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转，该电子处理器配置为：
接收用于该马达的命令速度，
基于该振动传感器的输出来确定该马达的与该命令速度不同的输出速度，以及
控制该电力开关网络以使该马达按照所确定的输出速度旋转。
11.如权利要求10所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为：
基于该振动传感器的输出来确定禁区；
响应于该命令速度在该禁区外而将该马达的输出速度设定为该命令速度，以及
响应于该命令速度在该禁区内而将该输出速度设定为该禁区外的速度。
12.如权利要求10所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为：
响应于该振动传感器的输出超过第一阈值而将该输出速度限制为第一值，
将该输出速度设定为临时命令速度，以及
响应于在该临时命令速度下该振动传感器的输出超过该第一阈值，将该输出速度返回到该第一值。
13.一种用于操作燃气发动机替换装置的方法，该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器，该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转，该方法包括：
该电子处理器接收用于该马达的命令速度；
该电子处理器确定该命令速度是否在禁区内；
该电子处理器响应于该命令速度在该禁区外而将该马达的输出速度设定为该命令速度；
该电子处理器响应于该命令速度在该禁区内而将该输出速度设定为该禁区外的速度；以及
该电子处理器控制该电力开关网络，以使该马达按照基于确定该命令速度是否在该禁区内来设定的该输出速度旋转。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
该电子处理器响应于先前输出速度大于该禁区而将该输出速度设定为该禁区的上限。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括：
该电子处理器响应于先前输出速度小于该禁区而将该输出速度设定为该禁区的下限。
16.如权利要求13所述的方法，其中，该禁区限定了围绕与该马达联接的机械系统的谐振频率的滞后。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：
该电子处理器基于该振动传感器的输出来标识该谐振频率。
18.如权利要求13所述的方法，其中，该燃气发动机替换装置包括振动传感器，该方法进一步包括：
该电子处理器基于该振动传感器的输出来产生该禁区。
19.如权利要求13所述的方法，其中，该禁区包括第一禁区和第二禁区，该方法进一步包括：
该电子处理器确定该命令速度是否在该第二禁区内；
该电子处理器响应于该命令速度在该第一禁区和该第二禁区外而将该马达的输出速度设定为该命令速度；
该电子处理器响应于该命令速度在该第二禁区内而将该输出速度设定为该第二禁区外的速度，以及
该电子处理器控制该电力开关网络，以使该马达按照基于确定该命令速度是否在该第二禁区内来设定的该输出速度旋转。
20.一种用于操作燃气发动机替换装置的方法，该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器，该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转，该方法包括：
该电子处理器接收用于该马达的命令速度；
该电子处理器基于该振动传感器的输出来确定该马达的与该命令速度不同的输出速度；以及
该电子处理器控制该电力开关网络以使该马达按照所确定的输出速度旋转。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括：
该电子处理器基于该振动传感器的输出来确定禁区；
该电子处理器响应于该命令速度在该禁区外而将该马达的输出速度设定为该命令速度，以及
该电子处理器响应于该命令速度在该禁区内而将该输出速度设定为该禁区外的速度。
22.如权利要求20所述的方法，进一步包括：
该电子处理器响应于该振动传感器的输出超过第一阈值而将该输出速度限制为第一值，
该电子处理器将该输出速度设定为临时命令速度，以及
响应于在该临时命令速度下该振动传感器的输出超过该第一阈值，该电子处理器将该输出速度返回到该第一值。
23.一种燃气发动机替换装置，包括：
壳体；
电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；
马达，该马达位于该壳体内；
动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；
电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及
电子处理器，该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转，该电子处理器配置为：
接收用于该马达的命令速度，
基于该命令速度来产生该马达的输出速度，
检测到失控状况，以及
缓解该失控状况。
24.如权利要求23所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为检测到该失控状况包括该电子处理器被配置为：
确定由该马达旋转的轴的速度，以及
响应于在预定时间间隔内该速度的变化超过预定值而检测到该失控状况。
25.如权利要求24所述的燃气发动机替换装置，其中，该轴包括该动力输出轴。
26.如权利要求23所述的燃气发动机替换装置，进一步包括：
传感器，该传感器被配置为测量与该动力输出轴联接的负载的速度。
27.如权利要求26所述的燃气发动机替换装置，其中，该负载包括车辆，并且该速度包括该车辆的对地速度。
28.如权利要求27所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为检测到该失控状况包括该电子处理器被配置为：
响应于在预定时间间隔内该车辆的对地速度的变化超过预定值而检测到该失控状况。
29.如权利要求28所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为：
接收与该车辆相关联的调速件设置；
响应于该调速件设置的增大而增大该预定值；以及
响应于该调速件设置的减小而减小该预定值。
30.如权利要求23所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为：
基于该命令速度来控制该电力开关网络以使该马达旋转；以及
通过降低该命令速度来缓解该失控状况。
31.如权利要求23所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为向该马达施加制动信号以缓解该失控状况。
32.如权利要求31所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为关闭该电力开关网络以施加该制动信号。
33.如权利要求31所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为将该电力开关网络联接到制动负载以向该马达施加该制动信号。
34.如权利要求31所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为控制该电力开关网络以便在该马达上产生制动力以向该马达施加该制动信号。
35.如权利要求23所述的燃气发动机替换装置，进一步包括：
制动器，该制动器联接到由该动力输出轴提供动力的负载，
其中该电子处理器被配置为向该制动器施加制动信号以缓解该失控状况。
36.如权利要求23所述的燃气发动机替换装置，进一步包括：
外壳，该外壳围绕该电子处理器并且包括惰性流体；
泵，该泵被配置为使该惰性流体在该外壳中循环；以及
热交换器，该热交换器联接到该外壳。
37.一种用于操作燃气发动机替换装置的方法，该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器，该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转，该方法包括：
该电子处理器接收用于该马达的命令速度；
该电子处理器基于该命令速度来产生该马达的输出速度；
该电子处理器检测到失控状况；以及
该电子处理器缓解该失控状况。
38.如权利要求37所述的方法，其中，该电子处理器检测到该失控状况包括：
该电子处理器确定由该马达旋转的轴的速度；以及
该电子处理器响应于在预定时间间隔内该速度的变化超过预定值而检测到该失控状况。
39.如权利要求38所述的方法，其中，该轴包括该动力输出轴。
40.如权利要求37所述的方法，其中，该燃气发动机替换装置包括传感器，该传感器被配置为测量与该动力输出轴联接的负载的速度。
41.如权利要求40所述的方法，其中，该负载包括车辆，并且该速度包括该车辆的对地速度。
42.如权利要求41所述的方法，其中，该电子处理器检测到该失控状况包括：
该电子处理器响应于在预定时间间隔内该车辆的对地速度的变化超过预定值而检测到该失控状况。
43.如权利要求42所述的方法，进一步包括：
该电子处理器接收与该车辆相关联的调速件设置；
该电子处理器响应于该调速件设置的增大而增大该预定值；以及
该电子处理器响应于该调速件设置的减小而减小该预定值。
44.如权利要求37所述的方法，其中，该电子处理器基于命令速度控制该电力开关网络以使该马达旋转，并且该电子处理器缓解该失控状况包括该电子处理器降低该命令速度。
45.如权利要求37所述的方法，其中，该电子处理器缓解该失控状况包括该电子处理器向该马达施加制动信号。
46.如权利要求45所述的方法，其中，该电子处理器向该马达施加该制动信号包括该电子处理器关闭该电力开关网络。
47.如权利要求45所述的方法，其中，该电子处理器向该马达施加该制动信号包括该电子处理器将该电力开关网络联接到制动负载。
48.如权利要求45所述的方法，其中，该电子处理器向该马达施加该制动信号包括该电子处理器控制该电力开关网络以在该马达上产生制动力。
49.如权利要求37所述的方法，其中，该燃气发动机替换装置包括制动器，该制动器联接到由该动力输出轴提供动力的负载，并且该电子处理器缓解该失控状况包括该电子处理器向该制动器施加制动信号。
50.一种燃气发动机替换装置，包括：
壳体；
电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；
马达，该马达位于该壳体内；
动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；
电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及
电子处理器，该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转，该电子处理器配置为：
监测马达电流，
基于该马达电流来估计负载状况，以及
基于该负载状况来设定马达命令速度。
51.如权利要求50所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为估计包含在与该动力输出轴联接的搅拌机中的拌合物的粘度，以估计该负载状况。
52.如权利要求51所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为基于与该马达相关联的电流信号中的过冲的幅度来估计该粘度，以估计该粘度。
53.如权利要求52所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为基于该过冲的幅度和该搅拌机的旋转位置来估计该粘度，以估计该粘度。
54.如权利要求51所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为基于所估计的粘度和粘度目标值来设定该命令速度，以设定该命令速度。
55.如权利要求54所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为响应于所估计的粘度小于该粘度目标值而增大该命令速度，以设定该命令速度；以及
响应于所估计的粘度大于该粘度目标值而减小该命令速度，以设定该命令速度。
56.如权利要求50所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为估计由与该动力输出轴联接的的切割刀片切割的材料的密度，以估计该负载状况。
57.如权利要求56所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为基于与该马达相关联的电流信号中的斜坡的斜率来估计该密度，以估计该密度。
58.如权利要求57所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为与所估计的密度的变化成比例地改变该命令速度，以设定该命令速度。
59.如权利要求50所述的燃气发动机替换装置，进一步包括：
外壳，该外壳围绕该电子处理器并且包括惰性流体；
泵，该泵被配置为使该惰性流体在该外壳中循环；以及
热交换器，该热交换器联接到该外壳。
60.一种用于操作燃气发动机替换装置的方法，该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器，该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转，该方法包括：
该电子处理器监测马达电流；
该电子处理器基于该马达电流来估计负载状况；以及
该电子处理器基于该负载状况来设定马达命令速度。
61.如权利要求60所述的方法，其中，该电子处理器估计该负载状况包括：
该电子处理器估计包含在与该动力输出轴联接的搅拌机中的拌合物的粘度。
62.如权利要求61所述的方法，其中，该电子处理器估计该粘度包括：
该电子处理器基于与该马达相关联的电流信号中的过冲的幅度来估计该粘度。
63.如权利要求61所述的方法，其中，该电子处理器估计该粘度包括：
该电子处理器基于该过冲的幅度和该搅拌机的旋转位置来估计该粘度。
64.如权利要求63所述的方法，其中，该电子处理器设定该命令速度包括：
该电子处理器基于所估计的粘度和粘度目标值来设定该命令速度。
65.如权利要求64所述的方法，其中，该电子处理器设定该命令速度包括：
该电子处理器响应于所估计的粘度小于该粘度目标值而增大该命令速度；以及
该电子处理器响应于所估计的粘度大于该粘度目标值而减小该命令速度。
66.如权利要求60所述的方法，其中，该电子处理器估计该负载状况包括：
该电子处理器估计由与该动力输出轴联接的切割刀片切割的材料的密度。
67.如权利要求66所述的方法，其中，该电子处理器估计该密度包括：
该电子处理器基于与该马达相关联的电流信号中的斜坡的斜率来估计该密度。
68.如权利要求67所述的方法，其中，该电子处理器设定该命令速度包括：
该电子处理器与所估计的密度的变化成比例地改变该命令速度。
69.一种燃气发动机替换装置，包括：
壳体；
电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；
马达，该马达位于该壳体内；
动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；
电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及
电子处理器，该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转，该电子处理器配置为：
接收第一位置控制命令，
确定与该动力输出轴联接的负载的负载位置，以及
基于该负载位置和该第一位置控制命令来控制该马达。
70.如权利要求69所述的燃气发动机替换装置，其中，该电子处理器被配置为：
存储与该第一位置控制命令相关联的第一负载位置目标；以及
控制该马达以将该负载定位在该第一负载位置目标。
71.如权利要求70所述的燃气发动机替换装置，该电子处理器被配置为：
存储与第二位置控制命令相关联的第二负载位置目标；
接收该第二位置控制命令；以及
控制该马达以将该负载定位在该第二负载位置目标。
72.如权利要求71所述的燃气发动机替换装置，其中：
该第一负载位置目标包括加载位置，并且
该第二负载位置目标包括卸载位置。
73.如权利要求69所述的燃气发动机替换装置，进一步包括：
位置传感器，该位置传感器被配置为测量该马达的转子的位置，
其中该电子处理器被配置为使用该位置传感器的输出来确定该负载位置。
74.如权利要求69所述的燃气发动机替换装置，进一步包括：
位置传感器，该位置传感器被配置为测量该负载的位置，
其中该电子处理器被配置为使用该位置传感器的输出来确定该负载位置。
75.如权利要求69所述的燃气发动机替换装置，其中，与该动力输出轴联接的该负载包括搅拌机，该燃气发动机替换装置进一步包括：
位置传感器，该位置传感器被配置为测量该搅拌机的位置，
其中该电子处理器被配置为使用该位置传感器的输出来确定该搅拌机的负载位置。
76.如权利要求69所述的燃气发动机替换装置，进一步包括：
外壳，该外壳围绕该电子处理器并且包括惰性流体；
泵，该泵被配置为使该惰性流体在该外壳中循环；以及
热交换器，该热交换器联接到该外壳。
77.一种用于操作燃气发动机替换装置的方法，该燃气发动机替换装置包括：壳体；电池插座，该电池插座联接到该壳体并且被配置为可移除地接纳电池包；马达，该马达位于该壳体内；动力输出轴，该动力输出轴接收来自该马达的扭矩并且从该壳体的一侧突出；电力开关网络，该电力开关网络被配置为选择性地将电力从该电池包提供给该马达；以及电子处理器，该电子处理器联接到该电力开关网络并且被配置为控制该电力开关网络以使该马达旋转，该方法包括：
该电子处理器接收第一位置控制命令；
该电子处理器确定与该动力输出轴联接的负载的负载位置；以及
该电子处理器基于该负载位置和该第一位置控制命令来控制该马达。
78.如权利要求77所述的方法，进一步包括：
存储与该第一位置控制命令相关联的第一负载位置目标；以及
控制该马达以将该负载定位在该第一负载位置目标。
79.如权利要求78所述的方法，进一步包括：
存储与第二位置控制命令相关联的第二负载位置目标；
该电子处理器接收该第二位置控制命令；以及
控制该马达以将该负载定位在该第二负载位置目标。
80.如权利要求79所述的方法，其中，该第一负载位置目标包括加载位置，并且该第二负载位置目标包括卸载位置。
81.如权利要求77所述的方法，其中，该燃气发动机替换装置包括位置传感器，该位置传感器被配置为测量该马达的转子的位置，并且该方法进一步包括：
使用该位置传感器的输出来确定该负载位置。
82.如权利要求77所述的方法，其中，该燃气发动机替换装置包括位置传感器，该位置传感器被配置为测量该负载的位置，并且该方法进一步包括：
使用该位置传感器的输出来确定该负载位置。
83.如权利要求77所述的方法，其中，与该动力输出轴联接的该负载包括搅拌机，该燃气发动机替换装置包括位置传感器，该位置传感器被配置为测量该搅拌机的位置，并且该方法进一步包括：
使用该位置传感器的输出来确定该搅拌机的负载位置。
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