CN102246408A - 用于控制能量转换装置的设备、***及方法 - Google Patents

Abstract

在一个方面中，本发明涉及一种与具有输出端的发电机一起使用的电路，本电路改变来自发电机的电流或电压中的一者。本电路包括：整流器，将来自发电机的交流电转换成直流电，该整流器具有第一端和第二端，整流器的第一端与发电机的输出端连通；以及直流电到交流电的换流器，用于将来自整流器的直流电转换成交流电，该换流器具有第一端和第二端，换流器的第一端与整流器的第二端连通。在一个实施方式中，发电机是定位在能量转换设备内的线***流发电机，能量转换设备包括具有活塞的斯特林发动机，从而使得活塞的运动驱动线***流发电机。

Description

用于控制能量转换装置的设备、***及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年12月9日提交的美国临时申请No.61/121,103和2009年6月3日提交的美国临时申请No.61/183,705的优先权和权益。本申请还是2009年10月13日提交的美国专利申请No.12/578,554的部分继续申请，上述美国专利申请要求2008年10月13日提交的美国临时申请No.61/104,915和2008年10月13日提交的美国临时申请No.61/196,042的优先权和权益。出于所有目的，将每个上述申请的全部公开内容通过引证结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及诸如斯特林发动机(stirling engine)的能量转换装置的领域。具体地，本发明涉及控制或响应于能量转换装置中的状态变化的装置、***、子***、部件及方法。

发明内容

本发明提供了诸如斯特林机或斯特林发动机的能量转换设备及相关的部件、方法、设备和***，其具有有利的控制***、冲程调节、状态变化监测、电控制和停转(stall)电路构造、以及其它特性和特征。结果，具有许多在此公开的新颖的设备和方法，其涉及响应于能量转换设备中的状态变化的电路元件、电路、传感器、换能器、装置、以及其它控制元件的电子控制、布置以及有助于使斯特林循环适应太阳能发电的方法。通常，在此描述的实施方式能使用单个发动机、单个汽缸/活塞、多个发动机或多个汽缸/活塞实施方式来实现。

本发明能包括一个或多个以下实施方式。

在一个实施方式中，本发明涉及一种与具有输出端的发电机一起使用的电路，该电路改变来自发电机的电流或电压中的一者。该电路包括：整流器，将来自发电机的交流电转换成直流电，该整流器具有第一端和第二端，整流器的第一端与发电机的输出端连通(communication)；以及直流电到交流电的换流器，用于将来自整流器的直流电转换成交流电，该换流器具有第一端和第二端，换流器的第一端与整流器的第二端连通。在一个实施方式中，发电机是定位在能量转换设备内的线***流发电机，该能量转换设备包括具有活塞的斯特林发动机，从而使该活塞的运动驱动线***流发电机。

本发明部分地提供了一种与具有输出端的发电机一起使用的电路。该电路能用来改变来自发电机的电流或电压。该电路能包括：整流器，将来自发电机的交流电转换成直流电，该整流器具有第一端和第二端，整流器的第一端与发电机的输出端连通；以及直流电到交流电的换流器，用于将来自整流器的直流电转换成交流电，该换流器具有第一端和第二端，换流器的第一端与整流器的第二端连通，其中，发电机是定位在能量转换设备内的线***流发电机，该能量转换设备包括具有活塞的斯特林发动机，从而使该活塞的运动驱动线***流发电机。

该电路能包括定位在整流器与发电机之间的调谐电容器，该调谐电容器具有第一端和第二端，第一端与发电机的输出端连通，第二端与整流器的第一端连通。该电路能包括停转电路，该停转电路具有与调谐电容器的第一和第二端中的一者连通的第一端。整流器和换流器能布置成使得电流能在其间双向地流动。该电路能包括辅助电源，该辅助电源具有与整流器的第二端连通的第一端，其中，辅助电源从整流器的输出取得能量。换流器的第二端能与电栅极(electrical grid)连通，并且，如果整流器没有向整流器的输出供给能量，则辅助电源能利用换流器的第一端和第二端中的一者从栅极取得能量。该电路的辅助电源能与电能存储装置电连通。该电路能包括具有第一端和控制端的开关，第一端与换流器的第二端连通，并且其中，***控制器进一步包括与开关的控制端连通的输出端。

该电路能包括具有第一端、第二端、第三端以及第四端的***控制器，控制器的第一端和第二端与整流器的第一端连通，控制器的第三端和第四端与换流器的第二端连通，其中，控制器的第一端是单相电压感测端，其中，控制器的第二端是单相电流感测端，其中，控制器的第三端是三相电压感测端并与开关的至少一个端电连通，并且其中，控制器的第四端是三相电流感测端。该电路能包括具有第一端、第二端、第三端以及第四端的***控制器，控制器的第一端和第二端与整流器的第一端连通，控制器的第三端和第四端与换流器的第二端连通，其中，开关包括与功率栅极(power grid)电连通的第三端，其中，控制器的第一端是单相电压感测端，其中，控制器的第二端是单相电流感测端，其中，控制器的第三端是三相电压感测端并与开关的第三端电连通，并且其中，控制器的第四端是三相电流感测端并与开关的第三端电连通。

本发明还部分地提供了一种能量转换***，在一些实施方式中，该能量转换***是能量转换设备的一部分。该能量转换***能包括定位在能量转换设备内的线***流发电机，该能量转换设备包括：斯特林发动机，具有至少一个工作频率和活塞，从而使该活塞的运动驱动线***流发电机，该斯特林发动机通过入射的太阳能供以动力；调谐电容器，与线***流发电机电连通；以及停转电路，包括与调谐电容器电连通的电力负载，从而使与调谐电容器相结合的停转电路具有预定的共振频率和带宽，从而当停转电路连接至线***流发电机时，斯特林发动机进入停转状态。该停转电路能选自例如电阻器、电阻器和电容器、一对电容器、以及制动器中的一个或多个。带宽能在例如约58Hz到约72Hz的范围内，预定的共振频率大约是62Hz。另外，该停转电路能包括电阻器电容器对，该电阻器电容器对在与调谐电容器连通时产生一阻抗，该阻抗在连接至线***流发电机时使该线***流发电机停转。该停转电路具有大小形成为使选自具有至少一个活塞的发动机、无源平衡器(passive balancer)以及线***流发电机中的一个或多个的能量转换设备部件停转的相关的带宽。该停转电路能与连接至箱子(case)的无源平衡器一起使用，该箱子容纳有斯特林发动机，并且停转电路中的至少一个电路部件的电路部件值能响应于与能量转换设备的移动重块(mass)部件相关的至少一个共振频率来选择。

本发明还部分地提供一种用于定位物体的电机控制器。该电机控制器能包括：直流电无刷电机，具有霍尔传感器、霍尔传感器端、以及具有电机驱动器端的电机驱动器；齿轮箱，与直流电无刷电机连通并具有大于200∶1的齿轮比；以及位置控制器，具有与霍尔传感器连通的输入端和与电机驱动器端连通的输出端，其中，霍尔传感器为电机驱动器提供用于整流控制的信息，并为位置控制器提供用于物体的位置确定的运动信息。

本发明还提供一种校准太阳能转换设备中的射束位置的方法。本方法能包括以下步骤：检测多个位置处的温度或温度变化中的一者，相对于射束目标区定位这多个位置；以及响应于在这多个位置处测得的温度或温度变化的差异来确定射束目标区的位置。本方法的各种实施方式能包括一个或多个以下特征。本方法能包括以下步骤：使一束太阳辐射扫过这多个位置中的第一位置，以确定射束目标区沿着第一路径的位置；以及使一束太阳辐射扫过这多个位置中的第二位置，以确定射束目标区沿着第二路径的位置，其中，基于第一路径与第二路径的几何关系来确定射束目标区的位置。能在每个扫描步骤之前确定射束目标区的位置与这多个位置中的每个之间的每个距离。此外，能将温度传感器定位在这多个位置中的每个。在一些实施方式中，至少一个扫描步骤包括在这多个位置中的一个停止，并且在一些实施方式中，当温度传感器检测到基本相似的温度值时，终止至少一个扫描步骤。

本发明还部分地提供了一种用于将太阳能转换成电的***。本***能包括：能量转换设备，其包括对准以接收从太阳能集中器反射的太阳能的入射太阳能接收表面；光传感器，相对于上述表面定位，以感测是否存在太阳光；阴影产生件，定位成当集中器沿着一个方向基本居中时将阴影投射在光传感器上；以及控制***，编程为响应于投射到光传感器上的阴影将一束入射太阳区移动至目标区。

本发明还部分地提供了一种控制具有连接至线***流发电机的活塞的斯特林发动机的方法，该线***流发电机通过一阻抗对负载产生电压和电流。本方法的各种实施方式能包括一个或多个以下特征。本方法能包括以下步骤：周期性地测量通过线***流发电机产生的电压振幅，以产生多个测得的电压振幅值；监测这些测得的电压振幅值；以及响应于将电压振幅与预定值相比较的步骤来改变阻抗值。该监测步骤能包括检测测得的电压振幅值相对于每个之前测得的电压振幅值或预定值的偏差。能通过对与连接至线***流发电机的输出的调谐电容器串联的整流器的脉冲宽度调制来控制阻抗。另外，本方法能包括以下步骤：检测活塞何时已达到最大振幅，如果检测到这种最大振幅，则通过降低控制电压来减小活塞冲程。本方法还能包括以下步骤：监测电流或散热器温度中的一者，如果超出电流或散热器温度的最大值，则增加控制电压。

本发明还部分地提供了一种控制能量转换设备的方法，该能量转换设备包括具有连接至线***流发电机的活塞的发动机，该线***流发电机通过一阻抗对负载产生电压和电流，通过由反射器集中的光为发动机供以动力，并通过冷却剂有源地冷却发动机。本方法能包括以下步骤：测量由线***流发电机产生的第一电参数；将第一电参数与预定值相比较；以及响应于将第一电参数与预定值相比较的步骤改变选自包括以下各项的组的至少一个***参数：反射器位置、冷却剂流速以及阻抗。本方法的各种实施方式能包括一个或多个以下特征。能从电压振幅、阻抗、共振频率、带宽、频率、时变电压(time varying voltage)、电流值、固定电流、以及时变电流中的一个或多个选出第一电参数。流体可以是冷却液，参数可以是流速。另外，预定值可以是第一电参数的前一测量结果。

本发明还部分地提供了一种使一束入射太阳能相对于能量转换设备的目标区居中的方法，该能量转换设备包括斯特林发动机和用于将能量引向目标区的太阳能集中器。本方法能包括：使用相对于目标区定位在一定位置处的多个传感器来感测温度，其中，使这多个传感器中的至少一个相对于这多个传感器的至少另一个受到不平衡的加热；以及移动集中器，直到来自这多个传感器中的每个的反馈平衡为止。在一些实施方式中，本方法还能包括：定位集中器，直到在这多个传感器中的每个处感测到的温度的平均值或总和基本减到最小为止。

本发明还部分地提供了一种产生用于能量转换设备的控制***反馈的方法，本能量转换设备包括斯特林发动机和附接至发动机以引导太阳能从而使太阳能驱动发动机的集中器。本方法能包括：检测选自以下各项构成的组的能量转换设备参数：发动机功率、加热头温度、温度、发动机功率的第一导数、加热头温度的第一导数、以及温度的第一导数；以及响应于能量转换设备参数的变化调节集中器的位置、电参数、或能量转换设备的机械参数中的一者。本方法的各种实施方式能包括一个或多个以下特征。本方法能包括调节的步骤，该调节的步骤包括：移动集中器，直到能量转换参数增到最大为止。能从电压振幅、阻抗、共振频率、带宽、频率、时变电压、电流值、固定电流、以及时变电流中的一个或多个选出电参数。另外，能从冷却剂流量(flow)和空气流量中的一个或多个选出机械参数。

本发明还部分地提供了一种控制具有连接至线***流发电机的活塞的发动机的方法，通过由反射器集中的太阳辐射来加热发动机，从而使发动机利用活塞冲程来发电。本方法能包括以下步骤：感测发动机的温度，以获得感测到的温度；将感测到的温度与温度阈值相比较；检测感测到的温度与温度阈值何时相差预定的量；以及当感测到的温度与温度阈值相差预定的量时使用冲程控制器来调节活塞冲程，直到发动机温度返回到工作温度范围为止。本方法的各种实施方式能包括一个或多个以下特征。能随着时间执行感测，并且感测到的温度可以是温度相对于时间的第一导数。感测到的温度能在例如约负20摄氏度到约620摄氏度的范围内，并且预定的量能在例如约1摄氏度到约10摄氏度的范围内。

本发明还部分地提供了一种用于控制能量转换设备的基于处理器的***，该能量转换设备包括斯特林发动机。本***能包括：电子存储装置；以及电子处理器，与该存储装置连通，其中，该存储装置包含多条指令，当处理器执行这些指令时，导致处理器：监测能量转换设备的区处的温度相对于时间的第一导数的变化，并响应于温度相对于时间的第一导数的变化来改变控制***的工作状态。

本发明还部分地提供了一种用于控制能量转换设备的基于处理器的***，该能量转换设备包括：斯特林发动机；具有冷侧温度的第一子***和具有热侧温度的第二子***；设置在腔室内的发动机工作流体；以及相对于工作流体移动的活塞。本基于处理器的***能包括：电子存储装置；以及电子处理器，与该存储装置连通，其中，该存储装置包含多条指令，当处理器执行这些指令时，导致处理器：存储根据经验获得的能量转换设备工作参数的数据集(dataset)，并确定工作温度比，其中，该工作温度比是冷侧温度与热侧温度之比。本***的各种实施方式能包括一个或多个以下特征。工作温度比能通过利用能量转换设备工作参数的数据集使电功率、发动机工作流体的充装压力(charge pressure)、以及活塞振幅相互关联而确定。该能量转换设备能包括线***流发电机，并且活塞振幅能通过与线***流发电机相关的控制电压来估计。工作温度比能根据推理来确定，从而不使用直接的温度测量结果。

本发明还部分地提供了一种用于确定斯特林发动机的热侧温度的方法，该斯特林发动机具有交流发电机和整流器。本方法能包括以下步骤：根据经验确定作为电功率、发动机工作流体的充装压力、以及活塞振幅的函数的温度比；根据经验确定交流发电机温度与工作流体的充装压力之间的相关性，并将此关系存储在计算机存储器中；使用处理器来确定从电功率值中排出的热；通过使用处理器从周围温度中减去排出的热来确定实际的交流发电机温度；以及通过使用处理器用冷侧温度乘以温度比来计算热侧温度。在一些实施方式中，使用传导损耗参数来确定实际的交流发电机温度。

本发明还部分地提供了一种用于确定具有冷侧热交换器的斯特林发动机的冷侧温度的基于处理器的方法。本方法能包括以下步骤：使用处理器估计斯特林发动机吸收的热的量；使用处理器计算斯特林发动机排出的热的量；使用处理器确定作为周围温度的函数的排出温度；以及使用与冷侧热交换器相关的预定的热阻来计算斯特林发动机的冷侧温度。在一些实施方式中，本方法包括以下步骤：使用计算出的冷侧温度产生温度反馈，从而使得直接的温度测量不是必须的；并将温度反馈传送至控制***。

此外，在此公开的设备和方法涉及精确地控制并保护斯特林发动机内的复杂的***和子***以及使斯特林循环适于太阳能发电的装置。

在一个实施方式中，在具有或没有调谐电容器的情况下，整流器能接合至发动机接合。整流器能接合至换流器，换流器又接合至栅极和/或负载。在限制或不限制电流或频率的情况下，能经由对接线端电压的控制使用整流器来控制发动机冲程。能使用换流器来调节直流电总线，并提供顺从栅极或负载需求的功率。在一个实施方式中，换流器和/或整流器流量功率相对于功率栅极和能量转换设备可以是双向的。对于整流器，功率能流向发动机以进行监测，以有助于加热头温度分布和发动机启动。对于换流器，功率能从栅极流向直流电总线，以提供用于许多目的的功率，包括泵、风扇、驱动碟的电机、电池充电器、以及其它部件的工作。

各种实施方式允许例如没有活塞位置传感器的发动机的无传感器控制。另外，本发明能包括没有活塞位置感测的有源整流器。

本发明还提供了一种从至少一个以下来源获得功率的驱动碟的电机：栅极功率、发动机功率、以及能量存储器(电池、电容器等)。在失去一个源时，备用源能确保至少可有足够的功率来使碟安全地收起。例如，在一些实施方式中，当失去栅极功率时，通过改变电路构造可使发动机继续运转，因此使用发动机功率使碟收起。

本发明还提供了一种电负载，当施加时，该电负载能超出发动机在任何给定时间产生的功率。例如，当施加负载时，能使用具有与发动机频率范围、平衡器自然共振频率(如果使用的话)、以及发动机的其它移动零件相配合地选出的共振频率和带宽的负载来使发动机停转。

在一个实施方式中，本发明涉及一种机械组件，该机械组件包括太阳能收集器(典型地是反射表面或一批反射镜)、以及能量转换设备。在一个实施方式中，能量转换设备包括斯特林循环发动机。自由活塞斯特林发动机实施方式能构造成使得相对于支柱所在的地面升高收集器和能量转换设备两者，以实现更好的太阳能收集和发动机定位。

一个实施方式提供了一种用于将太阳能转换成电的***。本***能包括：包括非平面前表面的太阳能集中器，所述前表面包括限定此非平面前表面的多个面板，每个面板都包括多个边缘；吊杆；以及能量转换设备。能量转换设备能包括：对准以接收从太阳能集中器反射的太阳能的入射太阳能接收表面；包括多个支撑件的环状框架和包括外圆周和内圆周并包括多个附接底座的顶部基本圆形区域；以及设置在发动机壳体内的发动机，上述发动机壳体悬挂在内圆周内并基本垂直于顶部基本圆形区域，吊杆使能量转换设备与太阳能集中器连接并对准。在一些实施方式中，集中器具有定位在相对于入射太阳能接收表面偏移的一点处的焦点。

在一些实施方式中，本***包括定位成检测入射太阳能接收表面的温度变化的温度传感器。在一些实施方式中，本***包括连接至太阳能集中器和温度传感器的驱动单元，该驱动单元编程为使集中器没有对准太阳能的源，并当温度传感器测得的温度超出预定的阈值时，减少撞击到入射太阳能接收表面上的太阳能的量。

在一些实施方式中，每个面板都包括非平面表面，其中，非平面表面包括第一活塞，第一活塞包括第一边缘和第二边缘，当面板定位在凹面反射器中时，第一和第二边缘相对于凹面反射器的中心径向地定向；其中，非平面表面包括第二活塞，第二活塞包括第三边缘和第四边缘，当面板定位在凹面反射器中时，第三和第四边缘相对于与凹面反射器的中心不同心的第二中心径向地定向；并且其中，当装配到凹面反射器中时，凹面反射器包括基本从反射器的中心延伸至反射器的周边的缝隙，该缝隙具有平行的边缘。

在一些实施方式中，n个面板包括多个面板，其中，n是大于2的整数，这些面板布置成使得非平面凹面碟由以下各项的布局而形成：n个面板、限定星形孔的非平面凹面碟、以及由n个面板的多个边缘形成的缝隙，这n个面板的形状是基本相同的。

在一些实施方式中，凹面碟是特大的，以提供相对于能量转换设备在过热之前能忍受的太阳能的相对最大量过多的太阳能。

在一些实施方式中，多个附接底座中的每个均基本垂直于顶部基本圆形区域。

在一些实施方式中，本***包括连接至基本圆形区域的外圆周的细长回转板，该细长回转板限定用于盖的附接点，此盖的尺寸构造为在使入射太阳能接收表面暴露以接收太阳能的同时基本环绕能量转换设备。

在一些实施方式中，本***包括用于减小发动机壳体与框架之间的振动传递的振动传递减小***。该***能包括：多个隔离弹簧，每个隔离弹簧均形成圆形底座，发动机壳体定位在该圆形底座内，圆形底座附接至框架；以及附接至发动机壳体的无源平衡器。在一些实施方式中，这多个隔离弹簧布置为形成具有纵向轴线的圆柱形安装结构。在一些实施方式中，发动机和无源平衡器沿着纵向轴线或平行于纵向轴线的轴线对准。在一些实施方式中，响应于重力载荷而选择隔离弹簧的轴向弹簧刚度，以确保发动机壳体保持在预定的轴向公差带中。在一些实施方式中，预定的轴向公差带在约0mm到约0.6mm的范围内。在一些实施方式中，圆形底座附接至环状框架。在一些实施方式中，框架是包括多个支撑件和顶部基本圆形区域的环状框架，其中，隔离弹簧是弯曲部，其中，通过这些弯曲部来悬挂发动机壳体和无源平衡器。

在一些实施方式中，集中器包括底架，该底架包括第一配合面和第二配合面，这两个配合面将从公共中心向外径向地伸出的多个细长件夹在中间，多个面板中的每个都附接于至少一个细长件。在一些实施方式中，本***包括由支柱支撑并连接至底架的双轴驱动组件。在一些实施方式中，该双轴驱动组件构造为导致集中器围绕两个正交轴线旋转。双轴驱动组件能包括：具有第一旋转轴线的第一驱动单元；以及具有第二旋转轴线并偏离第一驱动单元的第二驱动单元，第二驱动单元定位为与第一驱动单元隔开，从而使得第一和第二旋转轴线正交但不相交。在一些实施方式中，第一和第二驱动装置导致底架移动，第一驱动单元导致底架围绕第一驱动单元的竖直旋转轴线旋转；第二驱动单元导致底架围绕第二驱动单元的水平旋转轴线旋转，并且，当第二驱动单元已导致底架围绕第二驱动单元的水平轴线旋转从而导致底架的方向轴线是竖直的时，底架的方向轴线与第一驱动单元的竖直旋转轴线平行但不重合。在一些实施方式中，第一轴线是偏离第二轴线的方向轴线，第二轴线是仰角轴线。在一些实施方式中，其中，方向轴线与地平面垂直，并构造为基于罗碟方向而移动物体。在一些实施方式中，多个边缘中的至少两个限定缝隙。

一个实施方式提供了一种用在基本为凹面的反射器中的面板。该面板能包括非平面表面，其中，该非平面表面具有包括第一边缘和第二边缘的第一部分，当面板定位在凹面反射器中时，第一和第二边缘相对于凹面反射器的中心径向地定向，其中，该非平面表面具有包括第三边缘和第四边缘的第二部分，当面板定位在凹面反射器中时，第三和第四边缘相对于凹面反射器的中心非径向地定向；并且其中，当装配到凹面反射器中时，凹面反射器包括基本从反射器的中心延伸至反射器的周边的缝隙，该缝隙具有平行的边缘。

在一些实施方式中，面板进一步包括后表面，其中，该后表面包括多个附接凸起(boss)，每个附接凸起均能够附接至凹面反射器的细长件，从而形成具有预定的焦点的凹面反射器。在一些实施方式中，当装配凹面反射器时，形成限定第一孔的基本圆形区域和限定多个孔的多个三角形形状区域。在一些实施方式中，缝隙限定基本与限定第一孔和多个孔的第二区域相等的第一区域。在一些实施方式中，面板包括：结构基板；包括反射面的顶面；以及包括多个附接凸起的底面，这些附接凸起设置成使得面板能附接于至少一个细长件。在一些实施方式中，反射面包括多个瓦片(tile)。在一些实施方式中，细长件包括肋。

一个实施方式提供了一种用在基本为凹面的反射器中的面板。该面板能包括非平面表面，该表面限定凹面反射器的扇形部分，该非平面表面包括第一边缘和第二边缘，第一边缘和第二边缘相对于第一中心径向地定向；该非平面表面包括第三边缘和第四边缘，第三边缘和第四边缘相对于第二中心径向地定向。在一些实施方式中，每个边缘的方向都是这样的，即，使得当多个面板布置为形成凹面反射器时在凹面反射器中限定缝隙。

一个实施方式提供了用于形成凹面反射器的成套工具。此成套工具能包括：多个细长件；以及多个面板。每个面板都能包括：非平面表面，其中，该非平面表面包括第一部分，该第一部分包括第一边缘和第二边缘，当面板定位在凹面反射器中时，第一和第二边缘相对于凹面反射器的中心径向地定向，其中，该非平面表面包括第二部分，该第二部分包括第三边缘和第四边缘，当面板定位在凹面反射器中时，第三和第四边缘相对于与凹面反射器的中心不同心的第二中心径向地定向；并且其中，当装配到凹面反射器中时，凹面反射器包括基本从反射器的中心延伸至反射器的周边的缝隙，该缝隙具有平行的边缘。

一个实施方式提供了一种太阳能集中器。集中器能包括n个面板部分，其中，n是大于2的整数，这些面板部分布置成使得非平面凹面碟由以下各项的布局形成：n个面板部分、限定星形孔的非平面凹面碟、以及由n个面板部分的多个边缘形成的缝隙。

一个实施方式提供了一种在装配凹面反射器时使用的对准工具，其中，该凹面反射器能包括：毂衬(hub plate)，该毂衬包括第一对准点；以及多个细长件，这多个细长件中的每个均包括远端和用于附接至毂部的毂端，该远端包括第二对准点。对准工具能包括：包括第一端和第二端的细长本体部分；位于细长本体部分的第一端处的第一附接单元；以及位于细长本体部分的第二端处的第二附接单元，其中，第一附接单元用于将对准工具附接至毂衬上的第一对准点，第二附接单元用于将对准工具附接至细长件的第二对准点，从而在将细长件固定至毂衬之前使每个细长件相对于毂衬对准。

一个实施方式提供了一种装配反射器单元的方法，该反射器单元包括：毂衬，该毂衬包括第一对准点；多个细长件，这多个细长件中的每个都包括远端和用于附接至毂衬的毂端，该远端包括第二对准点；以及多个面板。本装配的方法使用这样的对准工具，即，该对准工具包括：包括第一端和第二端的细长本体部分；位于细长本体部分的第一端处的第一附接单元；以及位于细长本体部分的第二端处的第二附接单元。本方法能包括以下步骤：将细长件附接至毂衬；将对准工具的第一附接单元附接至毂衬上的一个第一对准点；将对准工具的第二附接单元附接至细长件的第二对准点；使细长件相对于毂衬对准；将细长件固定至毂衬；对这多个细长件中的每个细长件重复每个步骤；一旦已将细长件固定至毂衬，便将这多个面板中的每个都固定至细长件。

一个实施方式提供了一种装配与能量转换设备一起使用的具有中心轴线的收集器的方法。本方法可包括以下步骤：在第一基本为平面的配合面和第二基本为平面的配合面之间夹入多个细长件，每个细长件都包括位于每个细长件的第一端的任一侧上的两个基本共线的销子，每个配合面都限定多个孔，每个孔的尺寸都构造为容纳一个销子；以及固定基本为平面的配合面，从而将共线的销子定位在每个相应配合面中的对应孔内，从而使得配合面垂直于中心轴线，并且每个结构件的第二端都远离中心轴线向外径向地伸出。在一些实施方式中，本方法能包括将多个面板部分附接至多个细长件的步骤。在一些实施方式中，每个面板部分都包括位于第一侧上的附接凸起和位于第二侧上的反射面。在一些实施方式中，本方法能包括使所有面板部分对准的步骤，以在收集器上方的一位置处形成收集器焦点。在一些实施方式中，通过使定位为将面板附接至细长件的多个紧固元件依次张紧规定的量来执行对准步骤。

一个实施方式提供了一种用于导致围绕两个正交轴线旋转的驱动组件。该驱动组件能包括：具有第一旋转轴线的第一驱动单元；以及具有第二旋转轴线的第二驱动单元，其中，第二驱动单元定位为与第一驱动单元分开，从而使得第一和第二旋转轴线正交但不相交。在一些实施方式中，第一和第二驱动单元导致具有方向轴线的本体旋转，第一驱动单元导致本体围绕第一驱动单元的竖直旋转轴线旋转；第二驱动单元导致本体围绕第二驱动单元的水平旋转轴线旋转，其中，当第二驱动单元已导致本体围绕第二驱动单元的水平轴线旋转从而导致本体的方向轴线是竖直的时，本体的方向轴线与第一驱动单元的竖直旋转轴线平行但不重合。在一些实施方式中，第一轴线是偏离第二轴线的方向轴线，第二轴线是仰角轴线。在一些实施方式中，方向轴线与地平面垂直，并构造为基于罗碟方向移动物体。在一些实施方式中，仰角轴线构造为通过多次升高来移动物体。在一些实施方式中，仰角轴线相对于方位角布置成使得第一驱动单元的顶面限定电缆线路能通过的孔。在一些实施方式中，第一驱动单元具有第一原点和第一坐标系，并且其中，第二驱动单元具有第二原点和第二坐标系，从而使得第一原点和第二原点相对于彼此偏移。

一个实施方式提供了一种用于支撑两个轴线可旋转的物体的支柱组件。该支柱组件能包括：底座；从底座延伸的空心细长件；以及用于导致物体围绕两个正交轴线旋转的驱动组件。该驱动组件能包括：具有第一旋转轴线的第一驱动单元；以及具有第二旋转轴线的第二驱动单元，其中，第二驱动单元定位为与第一驱动单元分开，从而使得第一和第二旋转轴线正交且相对于彼此偏移，从而使得每条轴线与另一轴线不相交。在一些实施方式中，第一驱动单元包括限定连接至空心细长件的孔的表面。在一些实施方式中，孔的尺寸构造为容纳电线或电缆。

一个实施方式提供了一种用于减小发动机壳体与框架之间的振动传递的振动传递减小***。本***能包括：多个隔离弹簧，每个隔离弹簧均形成圆形底座，发动机壳体定位在该圆形底座内，该圆形底座附接至框架；以及附接至发动机壳体的无源平衡器。在一些实施方式中，这多个隔离弹簧布置为形成具有纵向轴线的圆柱形安装结构。在一些实施方式中，本***能包括沿着公共纵向轴线布置的加热头、发动机、以及无源平衡器，该发动机设置在发动机壳体内。在一些实施方式中，响应于重力载荷而选择隔离弹簧的轴向弹簧刚度，以确保发动机壳体保持在预定的轴向公差带中。在一些实施方式中，预定的轴向公差带在约0mm到约0.6mm的范围内。在一些实施方式中，框架是包括多个支撑件和顶部基本圆形区域的环状框架。在一些实施方式中，圆形底座附接至环状框架。在一些实施方式中，框架是包括多个支撑件和顶部基本圆形区域的环状框架，其中，隔离弹簧是弯曲部，其中，通过这些弯曲部来悬挂发动机壳体、加热头以及无源平衡器。在一些实施方式中，通过环状框架来悬挂发动机壳体、加热头以及无源平衡器，并使用圆形底座使它们保持共线地对准。

一个实施方式提供了一种用于减小热交换器的过度曝晒的方法。本方法能包括以下步骤：提供具有用于吸收太阳辐射的表面积的热交换器；将太阳辐射集中到热交换器的表面积上，从而使得集中的太阳辐射撞击到热交换器的整个表面积的一部分上；以及在热交换器的表面积周围移动集中的太阳辐射。在一些实施方式中，移动集中的太阳辐射的步骤包括按照一定图案移动集中的太阳辐射。在一些实施方式中，此图案基本是圆形的。在一些实施方式中，以约1转每分钟至约30转每分钟在表面周围移动太阳辐射。在一些实施方式中，移动集中的太阳辐射的步骤包括集中的太阳辐射的随机移动。在一些实施方式中，集中的光撞击到小于约100％的热交换器的整个表面积上。在一些实施方式中，本方法能包括减小表面积的当热交换器的温度达到预定的极限时集中的太阳辐射撞击到其上的部分的步骤，从而减小热输入。在一些实施方式中，本方法能包括提供太阳能集中器或其部件的步骤。在一些实施方式中，本方法能包括提供斯特林发动机的步骤。在一些实施方式中，将斯特林发动机构造为与热交换器热连通。在一些实施方式中，将热交换器与能量转换设备热连通，从以下各项构成的组中选出能量转换设备：化学能转换装置、热能存储装置、燃气轮机、多缸发动机、多活塞发动机、蒸汽轮机、蒸汽动力塔、燃料电池、以及基于水的能量产生***。

一个实施方式提供了一种用于延长太阳能热交换器的使用寿命的方法。本方法能包括以下步骤：提供太阳能集中器；提供热交换器；在热交换器与太阳能集中器之间提供孔；通过该孔引导来自太阳能集中器的一束集中的太阳辐射；以及当热交换器的温度达到预定的极限时，减小通过孔的太阳辐射的量，从而减小撞击到热交换器上的太阳辐射的量。在一些实施方式中，太阳能集中器是碟。在一些实施方式中，减小太阳辐射的量的步骤包括使太阳能集中器和孔没有对准。

一个实施方式提供了一种用于减小热交换器的过度曝晒的方法。本方法能包括以下步骤：提供太阳能集中器；提供斯特林发动机；提供具有表面积的热交换器，该热交换器与斯特林发动机热连通；在热交换器与太阳能集中器之间提供孔；使太阳能集中器和孔这样对准，从而使得来自太阳能集中器的太阳辐射的一部分通过该孔，其中，这部分太阳辐射撞击到热交换器的表面积的一部分；以及在热交换器的表面积周围移动太阳辐射。在一些实施方式中，本方法包括减小表面积的当热交换器的温度达到预定的极限时集中的太阳辐射撞击到其上的部分的步骤，从而减小热输入。在一些实施方式中，本方法包括移动集中的太阳辐射的步骤，从而使得当达到预定的最大温度、功率、压力、扫过体积(swept volume)、阻力、电流、或位置时，基本没有集中的太阳辐射撞击到热交换器上。

一个实施方式提供了一种用于使用特大的太阳能集中器的方法。本方法能包括以下步骤：提供特大的太阳能集中器；提供热交换器；在热交换器和特大的太阳能集中器之间提供孔；在非最高太阳情形期间，通过该孔引导基本所有的来自太阳能集中器的太阳辐射；以及在最高太阳情形期间，减小通过孔的太阳辐射的量，并在热交换器的表面积周围移动太阳辐射，从而减小热输入。在一些实施方式中，当太阳曝晒是约850W/m²时，特大的太阳能集中器能够产生约3kW_e。在一些实施方式中，当太阳曝晒是约100W/m²时，特大的集中器能够产生约10kW_e。在一些实施方式中，本方法包括提供斯特林发动机的步骤。在一些实施方式中，将斯特林发动机构造为与热交换器热连通。在一些实施方式中，特大的太阳能集中器能够集中比热交换器或斯特林发动机能够热处理的更多的太阳辐射。

一个实施方式提供了一种设备，该设备能包括：斯特林发动机；与斯特林发动机连通的热交换器；用于将太阳能集中到热交换器上的太阳能集中器；以及位于太阳能集中器与热交换器之间的用于控制到达热交换器的太阳能的量的孔。在一些实施方式中，太阳能集中器是碟。在一些实施方式中，此碟具有反射面。在一些实施方式中，本设备包括保护斯特林发动机免受集中的太阳能的壳体。在一些实施方式中，壳体的至少一部分构造为减少热吸收或太阳吸收。在一些实施方式中，对壳体施加热喷射。

一个实施方式提供了一种用于延长太阳能热交换器的使用寿命的方法。本方法能包括以下步骤：提供太阳能集中器；提供热交换器；在热交换器与太阳能集中器之间提供电磁辐射路径；沿着该电磁辐射路径引导来自太阳能集中器的大多数太阳辐射；并响应于传感器反馈而减小撞击到热交换器上的太阳辐射的量。在一些实施方式中，本方法包括减小热交换器加热的速率的步骤。在一些实施方式中，本方法包括在热交换器的表面积周围移动集中的太阳辐射的步骤。

一个实施方式提供了一种用于使用特大的太阳能集中器的方法。本方法能包括以下步骤：提供特大的太阳能集中器；提供热交换器；在热交换器与特大的太阳能集中器之间提供电磁辐射路径；在非最高太阳情形期间，通过该电磁辐射路径引导来自太阳能集中器的太阳辐射的大部分；以及在最高太阳情形期间，减小通过电磁辐射路径的太阳辐射的量，并在热交换器的表面积周围移动太阳辐射，从而减小热输入，扩展热点，减小热交换器加热的速率，和/或保持冷却剂温度。

一个实施方式提供了一种用于改进能量转换器***的性能的方法。本方法能包括以下步骤：提供具有用于吸收热能的表面积的热交换器；将热能集中到热交换器的表面积的一部分上；以及在热交换器的表面积周围移动集中的热能，从而减小热输入，扩展热点，减小热交换器加热的速率，和/或保持冷却剂温度。

总的来说，以下提供了与能量转换设备相关的各种细节和尺寸。虽然在一个优选实施方式中，以下描述的***涉及3千瓦的能量转换设备(由此将太阳能转换成电功率)，但是在此描述的实施方式及其尺寸并非意在是限制性的，而是提供说明性的实例。

所有前述实施方式都能单独地组合到一起或聚合到一起，并且所有这种实施方式都落在本发明的范围内。另外，在此描述的所有方法和技术都能实现为独立的方法，或实现为基于处理器的***或方法。在一个实施方式中，这种***包括电子存储装置；以及与存储装置通信的电子处理器，其中，存储装置包括多条指令，当处理器执行这多条指令时，导致处理器执行一个或多个在此描述的方法步骤。

附图说明

参考以下描述的图和权利要求书，能更好地理解本发明的目的和特征。这些图并非必须是按比例绘制的，相反，通常将重点放在说明本发明的原理上。在这些图中，在整个各种视图中，使用相似的标号来表示相似的零件。基于在本公开内引入的各个基础提出与本公开相关的图。

图1是根据本发明的一个说明性实施方式的能量转换***。

图2是根据本发明的一个说明性实施方式的能量转换设备。

图3是能量转换设备的分解图。

图4描绘了根据本发明的一个说明性实施方式的回转锥体(slew cone)和回转锥体传感器的示意图。

图5是根据本发明的一个说明性实施方式的整个双向电路布局(topology)。

图6A至图6F描绘了根据本发明的一个说明性实施方式的停转电路的一些实施方式。

图7A描绘了根据本发明的一个说明性实施方式的停转电路的另一实施方式。

图8是描绘了根据本发明的一个说明性实施方式的能使用在此描述的方法和控制***实施方式来对其进行调节的装置实施方式的各种工作状态的状态图。

图9描绘了根据本发明的一个说明性实施方式的转换器组件的一些工作特征的示意图。

图10A描绘了根据本发明的一个说明性实施方式的斯特林转换器组件中的功率通量的示意图。

图10B和图10C描绘了根据本发明的一个说明性实施方式的分别用于间接地确定热侧和冷侧能量转换设备温度的工艺流程。

图11描绘了根据本发明的一个说明性实施方式的对于控制***实施方式和由控制***调节或监测的部件的各种传感器输入。

图12是描绘了根据本发明的一个说明性实施方式的具有各种传感器的代表性控制***以及其它机械能和电能收集***部件的结构图。

图13是描绘了根据本发明的一个说明性实施方式的以温度输入和冲程控制为基础的代表性控制机构的控制图。

图14A是根据本发明的一个说明性实施方式的与温度检测相关的工艺流程。

图14B和图14C是示出了根据本发明的一个说明性实施方式的温度数据的图表。

图15A至图15C是描绘了根据本发明的一个说明性实施方式的各种自动试运转***的示意图。

具体实施方式

以下描述涉及说明了本发明的一些实施方式的附图。其它实施方式是可行的，并且在不背离本发明的实质和范围的前提下，可对这些实施方式进行修改。因此，以下详细描述并非意在限制本发明，相反，本发明的范围由权利要求书限定。

应理解的是，本发明的方法的步骤的顺序是无关紧要的，只要本发明仍是切实可行的。此外，可同时执行两个以上的步骤，或以与在此叙述的顺序不同的顺序来执行，除非另有说明。

本申请中的部分或标题的使用并非意在限制本发明；每个部分和标题都能应用于本发明的任何方面、实施方式、或特征。

如果提供有值的范围或列表，则单独考虑值的此范围或列表的上限与下限之间的每个中间值，并且每个中间值都包含在本发明内，仿佛在此明确地列举出每个值一样。另外，考虑给定范围的上限与下限之间的以及包括此上限和下限的较小的范围，并且此较小的范围包含在本发明内。列出代表性的值或范围并非否认给定范围的上限与下限之间的以及包括此上限和下限的其它值或范围。

在本申请中，如果将一个元件或部件说成是包含在所述元件或部件的列表中和/或选自所述元件或部件的列表，则应理解的是，此元件或部件能是所述元件或部件中的任何一者，或者能选自所述元件或部件中的两个或更多个所构成的组。此外，应理解的是，在不背离本教导的实质和范围的前提下，不管是在此明确说明的教导还是在此暗示的教导，在此描述的组成、设备、或方法的元素和/或特征能以各种方式组合。

通常，术语“包括(include)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(have)”、“具有(has)”、或“具有(having)”的使用应理解成是开放式的(open-ended)且非限制性的，除非另有明确地说明。

术语“一个(a)”、“一(an)”和“该(the)”意指“一个或多个”，除非另有明确地说明。

从说明书、图和权利要求书中，将更充分地理解本发明的上述以及其它特征和优点、以及本发明本身。

在此公开的本发明的方面和实施方式涉及控制或响应于诸如斯特林机或斯特林发动机的能量转换装置中的状态变化的装置、***、子***、部件和方法。不限于一种特定理论或机理，在一些实施方式中，斯特林发动机和相关***部件在包括活塞的闭合汽缸中使用工作流体(典型地为空气、氦气、氮气或氢气)。作为其工作的一部分，气体的膨胀(加热)和收缩(冷却)在汽缸中来回地驱动活塞。此活塞运动所做的功用来驱动发电机(诸如线***流发电机)并发电，或者用来产生压力波，以驱动压缩过程。在一个实施方式中，使用多个自由活塞。在一个实施方式中，发电机包括两个接线端(terminal)，+和-，这两个接线端随着交流电而交替。

以更详细的方式，在能量转换设备的一个实施方式中使用的移动重块(mass)的布局包括：发动机箱或壳体；原动机，包括发电活塞；置换器(其可包括用来置换工作流体的重块)；以及无源平衡器。所有这些各种元件直接地或间接地接合到一起，并振动和移动至不同的程度。

在一些实施方式中，斯特林机和相关的技术构造成作为能量转换设备的一部分而收集太阳能并将其转换成电或有用功。由于在此描述的斯特林发动机使用包括流体、电子***、冷却子***、以及其它受到显著加热的元件的闭合***，因此本发明的涉及热交换器和过度曝晒(over-insolation)控制的不同实施方式对于装置工作来说是有益的。“曝晒”是在给定时间内在给定表面积上接收到的太阳辐射能的量度标准(measure)。因此，“过度曝晒”是在给定时间内在给定表面积上接收到的太阳辐射能过多(即，比***能进行热处理的更多的太阳辐射)。

图1中示出了适于将太阳能转换成电或机械功的代表性***。虽然通篇使用了太阳能、太阳光、热能、以及其它术语，但是这些术语并非旨在限制在此的实施方式。总的来说，本发明涉及控制或响应于能量转换装置中的状态变化的装置、***、子***、部件和方法。

将理解的是，在此描述的设备及其许多部件的尺寸能根据期望的能量转换设备的尺寸来构造并按比例绘制。因此，虽然可参***和/或其各个部件的尺寸，但是这种参考仅是出于说明的目的，在决不背离本发明的范围和实质的前提下，能改变设备及其部件的尺寸或比例。

能量转换设备和***概述

图1示出了适于与本发明一起使用的代表性能量转换设备***10。来自太阳12的太阳能撞击到收集器14(可替代地是碟(dish)、一批面板、发射器、或集中器)上。在用于太阳能收集的一个实施方式中，收集器是反射镜或其它设置在每个面板上的反射表面。多个基本相同的集中器面板(反射元件)16环绕共同的中心，以形成能够将光引向能量转换设备(ECA)18的凹面。在一个实施方式中，收集器14中的凹槽或缝隙20便于改变集中器相对于支撑柱或支柱22的角度。如所示出的，收集的能量被再次引向ECA 18。集中器14和能量转换设备18设计成通过使用驱动单元24而随着太阳回转(slew)。在一个实施方式中，使用双轴驱动单元。吊杆(boom)26将能量转换设备与集中器相连接。吊杆26构造成随着收集器14围绕其旋转轴线铰接而调节支柱22。

在其它实施方式中，能利用成形的收集器来集中其它形式的能量，例如无线电或微波传输。这种收集器或收集碟常常用于收集来自同步卫星或轨道卫星的传输。在这种情况中，集中器面板的表面由反射所关注的能量波的材料制成。在一个实施方式中，该表面由金属网制成，以反射微波。在一个实施方式中，收集器或收集碟的直径在约4.7m到约6m的范围内。在另一实施方式中，收集器或收集碟的直径在约1m与约50m之间。

如图1所示，根据一个实施方式，双轴驱动单元(或驱动器)24构造成移动收集器14和能量转换设备18。收集器和能量转换设备能旋转整个360度。另外，对于罗碟方向(方位角)，仰角能上调至离开竖向(vertical)约162度。另外，收集器能与地面平行，同时在非工作或收起(stow)模式中，面向天空或朝着地面倾斜。由于该***典型地用于发电，因此在一些实施方式中，存在电子仪器组件(electronics package)34或交流电(AC)功率输出28。

能量转换设备(可替代地在一个实施方式中被称为热驱动器或斯特林机/斯特林发动机)包括自由活塞斯特林发动机和各种冷却、感测、热交换、无源平衡器、振动及其它子***。能量转换设备接收太阳能，并产生有用功或电以及废热。支柱或立柱支撑收集器、双轴驱动器、以及能量转换设备。在一个实施方式中，支柱和驱动组件的与双轴驱动器的一条旋转轴线共线的部分也是空心的，以便于电线或电缆的布线(routing)。在其它实施方式中，能量转换设备包括太阳光电转换器或无线电和微波检测器。双轴驱动器的使用还便于功率或流体传送电缆的有利布线。特别地，偏置驱动机构的使用允许通过用于支撑能量转换设备的支柱或立柱将电缆布线在中央。

由于在能量转换设备实施方式内管理热对于可行的装置工作来说是重要的，因此考虑图2和图3所示的实施方式是有用的。根据能量转换设备18的这些视图，整个设备能分成接收器部分和斯特林发动机部分。在一个实施方式中，接收器部分包括花碟(faceplate)62、回转锥体58、以及相关的部件。还示出了发动机壳体57，并且该发动机壳体可包括形成斯特林发动机55的外压力边界的几个部件。在一个实施方式中，能量转换器是具有交流发电机的自由活塞斯特林发动机，该交流发电机随着自由活塞振荡而发电。可添加有散热器68和/或风扇70，以有助于减少和/或排出能量转换器18中的多余的热。

如所示出的，两个盖部50相对于框架的顶柱或回转板52相连接，从而使框架的顶柱。框架的这种设计允许框架的顶柱保护内部的斯特林发动机部分和能量转换设备18的接收器部件。如果使用塑料或其它遮盖物，而非将框架的一部分用作挡热板，则塑料可能会熔化或着火，因而导致能量转换设备受损。当装置随着太阳转动时，在故障状态期间，可能会出现这种熔化。因此，通过柱子的额外保护来防止沿着柱子52移动的一束集中的光损坏发动机部件。

在一个实施方式中，能量转换设备包括与发动机壳体57连通67的无源平衡器64。该平衡器减小由斯特林发动机的内部部件引起的振动。典型地，此平衡器64是无源平衡器，因为其响应于能量转换设备内的初始力而经历振荡。诸如无源平衡器的平衡器在本领域中是众所周知的。例如，参见美国专利No.5,895,033。平衡器64在工作频率附近产生共振，并可减小或部分地平衡能量转换设备或设置在其中的子***或重块的基频振动力。在一个实施方式中，无源平衡器用来减小通向环状框架(ring frame)的振动负载的传输，否则由于自由活塞振荡会出现这种传输。

如图2和图3所示，接收器组件的外部包括花碟62。接收器的花碟保护剩余的部件而免于太阳能从不完整的反射镜洒落(spill)或撞击到这些部件上、自动试运转(auto-commissioning)、过度曝晒控制、失效的传感器以及其它事件。如下面更详细地讨论的，高级自动试运转或自动校准是指，在无需用户手动地调节集中器的情况下，自动地使用传感器来确定引导来自集中器的反射的太阳光的位置。

再次相对于接收器组件，当碟将一束集中的太阳能移动到孔中或从孔中移出时，花碟62还保护其它部件。另外，在能量通过辐射、反射、传导、或对流而发射至空气或其它材料之前，花碟62吸收并存储能量。接收器的花碟62设计成如果其变得受到集中的太阳能伤害则可轻松地在现场进行替换。在一个实施方式中，花碟62由金属制成，以抗碰撞。与由于落下或热循环而可能破裂的陶瓷设计相反，此花碟提供了许多优点。花碟62能包括陶瓷涂层，如果想节约成本，或者包括其它适当的热处理，以减少太阳能吸收。

图3示出了能量转换设备18的分解图。在一个实施方式中，集中的光穿过回转锥体的孔60并撞击到加热头102上，该加热头与斯特林发动机热连通。在一个实施方式中，接收器/发动机组件由环状框架66承载。在一些实施方式中，盖50和/或回转板52能固定至该环状框架。

参考图4，在一个实施方式中，能使用传感器114来确定有多少能量洒落或撞击到回转锥体(或设备的其它表面)上。因此，相关的传感器114收集传感器数据，诸如温度数据。此传感器数据能用来增大进入接收器的能量的量，且由此增强***性能。在一个实施方式中，回转锥体的直径在约24mm到约280mm的范围内。类似地，孔60的直径在约80mm到约120mm的范围内。在一个优选实施方式中，该孔是约95mm+/-0.5mm。

可替代地，此传感器数据能传送(relay)至驱动单元，以导致来自集中器的光分布在加热头102周围，以减小使发动机或能量转换设备的其它部件过热的可能性。用于收集传感器数据的传感器114能选自能装配在能量转换设备内的所有传感器。作为一个实例，适当的传感器能包括，但不限于，温度传感器、热电偶、位移传感器、加速计、辐射传感器、光传感器、或任何其它传感器。

在各种实施方式中，接收器组件还能包括一个以上的传感器114，以收集又能用于改善装置工作或用于保护能量转换设备或其组成元件的数据。在一个实施方式中，接收器组件中结合有温度传感器。在一个实施方式中，诸如图4所示的实施方式，这些传感器位于花碟和回转锥体58的背面(没有太阳能入射的一侧)上，以保护花碟和回转锥体免受集中的太阳能和一些环境要素的影响。

总的来说，到此为止，接收器仅是某些类型的，诸如直接照明接收器(DIR)、回流或热管接收器。如这些图中所描绘的，在此描述的接收器组件实施方式没有使用一排管子来对例如DIR的发动机传递热，并且与上述其它接收器设计不同。这些接收器组件实施方式及其组成零件的材料选择和特性提供了许多优点，其中的一个优点是，它们比其它设计更经济。新颖的接收器设计还因斯特林发动机的重块的线性布局和几何细节而受到赞誉。

在图5中描绘了与各种类型的能量转换设备一起使用的电***布局，所述能量转换设备包括任何类型的发动机或相似的部件。所示各种部件或子***通过不同的接线端、端口、或其它电连接或接合点而连接。如所示出的，示出了允许电以多方向从线***流发电机流向电功率栅极和电池充电器的***。参考图5，根据本发明的一个实施方式，电子布局包括：与发动机的交流发电机输出204串联的调谐电容器200；紧接着的开关整流器208；以及换流器212。在一个传统***中，当使用开关整流器208时，删除调谐电容器200。可替代地，在传统***中，调谐电容器200仍存在，但是发电机的输出于是直接接合至负载。相反，在本发明中，调谐电容器用于阻抗匹配，或者根据交流发电机绕组的电感来校正功率的相角。这可仅通过有源整流器来实现，但是如在此讨论的，使用调谐电容器是有益的。在一个实施方式中，停转电路包括与电容器成对的电阻器。在给定的实施方式中，该电容器可以是调谐电容器或一个附加的电容器。

本布局的一个有利特征是，与直接接合至负载相反，开关整流器208的使用允许通过对线***流发电机的冲程的直接控制来更好地控制发动机216。调谐电容器200的存在允许与开关整流器208无关地使发动机216停转。在一个实施方式中，停转是指使发动机停下来。停转还能指这样的一种状态，在该状态期间，发动机以相对于停转电路的连续定额(continuous rating)更低的活塞振幅和功率继续运转。在一个实施方式中，发动机能以这种状态继续或最终停下来。

如果整流器故障，则这种独立性将允许发动机停转，且不会损坏发动机。电容器200用于抵消交流发电机的定子绕组的电抗，从而即使开关整流器故障也能从发动机216传递功率。如果没有此电容或校正电感交流发电机204的功率因数的工作开关整流器208，则发动机216将不能传递功率，并且其将是超冲程的(over-stroke)。

本发明的一个实施方式使用电部件的组合作为电布局的一部分来提供超冲程保护。提供超冲程保护，以当由发动机/能量转换设备产生的能量超出负载所需的能量时，防止发动机超冲程。根据一个实施方式，超冲程保护或停转电路位于发动机和开关整流器之间，在图5中标出为停转电路或制动器220。在一个实施方式中，与整流器的输出上的直流电(DC)停转电路相反，超冲程保护实现为整流器之前的交流电(AC)停转电路。这种实现方式的优点是，停转电路将起作用并保护发动机216，即使整流器208或其控制电路故障。图6A至图7B中示出了与停转电路实施方式相关的其它细节。

相对于在整个电布局中使用制动器，在一个实施方式中，制动器是不会使发动机停转但是在短的中断(诸如暂时性的栅极断电)期间暂时性地获得功率的负载。因此，该制动器的益处是，在某些反常情况下保护发动机。在一个实施方式中，代替制动器，电阻负载或与电容器成对的电阻器使发动机停转。相反，制动器将能够连续地无故障地处理发动机的最大输出功率。在此过程中，制动器将散放出废热。作为一个非限制性实例，对于3.4kW的能量转换设备，制动器的连续定额将是约3.4kW。相反，因为发动机停转且发电停止，对于3.4kW的发动机，对应的停转电路的连续功率定额将是约100W，或减小至连续定额以下的水平。

根据一个实施方式，停转电路220获得比发动机能够产生的更多的能量，有效地压制发动机的活塞运动。出于两个原因，使发动机停转优于允许发动机继续运转、使功率消耗在仿真负载中。首先，允许发动机运转需要将负载元件定额为发动机的连续功率定额。此元件在物理上是大的，因为其肯定会消耗约3kW的热所以需要冷却，并增添了额外的成本。其次，对于装配有蓄热器的***，通过允许发动机运转而使能量损耗在仿真负载中并非是优选的。通过使发动机停转，能量能以热的形式存储起来，该能量能用于在更有益的时间推动发动机，即，当太阳没有照耀时发电，或者当故障的栅极返回到顺从(compliance)时恢复发电。

当发动机经历停转负载时(超出发动机的发电量)，活塞振幅快速下降。然而，调谐至比发动机的自然频率(在约60Hz到约63Hz的范围内)更高的频率(其能在约68Hz到约71Hz的范围内)的平衡器的移动重块将开始以平衡器的更高的共振频率来驱动活塞。当消耗存储的置换器能量时，发动机则将转换成更接近交流发电机的自然频率(约58Hz)的频率。这些频率变化的结果是，所产生的功率不再被调谐至调谐电容器的共振频率或另一可接受的频率，并且发动机不能对负载传递功率，导致超冲程和发动机损坏。

一个实施方式的方法是，使发动机停转，并通过转换至反应停转负载来防止超冲程，该反应停转负载相对于某些频率(诸如机械部件(平衡器、置换器、交流发电机)的各种自然频率)的中心点或带宽被调谐，并具有适当的带宽，以允许在停转时随着发动机在各种频率之间转换从发动机传递功率。在一个实施方式中，停转电路的共振频率设计成大约是62Hz。通过足够的带宽，电路将有效地使发动机停转，此时，平衡器自然频率为约71Hz，交流发电机自然频率为约58Hz，并且额定发动机工作频率为约63Hz(并且在约59Hz至约64Hz的范围内工作)。在一个实施方式中，带宽在约50Hz到约80Hz的范围内。在此讨论的频率是说明性的，并且对于不同的电路元件和发动机构造来说将会改变。

在正常发动机工作处于约63Hz期间，使用与交流发电机输出串联的200uF调谐电容器，以有效地抵消交流发电机电感(其是约28mH)，并允许功率以接近整功率因数流入整流器中。当激活时，停转电路将调谐电容器改变至约280uF，并对发动机加载约3Ohm。停转电路部件的此组合具有适当的带宽，以当发动机从由平衡器驱动的其工作频率转换成更接近其自然频率、且然后再次由交流发电机驱动的其工作频率转换成更接近其自然频率时使发动机停转。

当停转时，调谐电容器改变成一个满足停转电路的需求的电容器。根据本发明的实施方式，当停转时，这能以许多方式来实现，即，1)通过用另一电容器替换调谐电容器，2)通过增添与调谐电容器串联或并联的第二电容器，或者3)通过在正常工作期间去除与调谐电容器串联或并联的电容器。增添两个并联的电容器使有效电容增大。增添两个串联的电容使有效电容减小。第二和第三方法两者都利用停转电路中的调谐电容器，且由此避免了专用的“运转”和“停转”电容器的成本和物理大小。

还可在没有调谐电容器的情况下使用整流器来模拟抵消交流发电机的电感的电容而使发动机工作。在此实施方式中，停转电路可与用于使发动机停转的专用电容一起使用。

根据本发明的一个实施方式，为了驱动能量转换设备的工作状态，将***控制器可操作地连接至***布局。再次参考图5，虽然图5所描绘的实施方式的***控制器244与整流器208、电源248以及换流器212并联地连接，但是本领域的技术人员应认识到，***控制器244(或如同用在一个实施方式中的多个***控制器)可位于布局中的任何地方，从而允许与每个可控元件的足够的连接性。

在一个实施方式中，***控制器是处理器，诸如微处理器。适于执行在此描述的控制特征的一个代表性处理器或微处理器(使用无论是一个还是多个)是由Texas仪器提供的TMS320F2808PZA。在一个实施方式中，***控制器244包括传感器界面板(SIB)，一个或多个处理器处于该板上或分布在整个***中。***控制器244的图可以是控制***的虚拟图像。在一个实施方式中，***控制代码、指令或软件可位于***中的一个或多个微处理器中，并由上述微处理器执行。

在一个实施方式中，除读取传感器(SIB功能)以外，SIB中的处理器(Texas仪器TMS320F2808PZA)执行***控制功能。当处理器需要一个其它***元件(驱动碟的电机(dish motor)控制器、整流器、或换流器)做一些事时，基于传感器变化或其它控制***需求，处理器对相关的***元件发送命令。在一个实施方式中，命令、数据或指令通过内部CAN通信总线来发送。

如图5所示，本***还包括与栅极和发电机电连通的输出接触器。在一个实施方式中，还能使用电动干扰(EMI)过滤器246来处理(clear up)换流器的输出功率，从而使其符合实用和认证需求。在一个实施方式中，输出接触器247的目的是，将换流器输出与栅极隔开。一旦关闭接触器247，则功率便通过换流器从栅极回流，并能用来将碟移来移去，撞击发电机、动力泵、风扇等。在一个实施方式中，输出接触器是安装在换流器上的分离的器件。***控制器包括一条或多条如所示出的电流读出线。另外，控制器244还能包括控制线249，控制器244通过该控制线来调节接触器247。在一个实施方式中，换流器构造成在一端上与地面隔开，因为当换流器工作时换流器的两个地面参考侧将导致短路和损坏。

在一个实施方式中，通过换流器中的功率调节部件(例如，开关晶体管)来直接控制输出接触器的线圈247。然而，功率调节部件典型地响应于来自对换流器的控制的命令。该命令可起源于换流器控制板上，或起源于控制器244，诸如传感器界面板(SIB)的处理器(在一个实施方式中，其执行***控制功能)。在一个实施方式中，控制器244对换流器控制板发送串行通信消息或其它指令，该换流器控制板对换流器的配电板(powerboard)上的功率晶体管提供数字信号。功率晶体管的输出控制使输出接触器开启或关闭的线圈。

图6A至图6F示出了根据本发明的说明性实施方式的如在此描述的停转电路的代表性实施方式。例如，在一些实施方式中，停转电路220a、220b是串联地(图6B)或并联地(图6A)连接的电阻器电容器对。类似地，在图6C至图6F中，描绘了普通停转电路的其它构造。在图6F中，示出了具有未使用调谐电容器的停转电路220c的***。

随着电阻增大，停转电路的可用频率带宽增大。在这种情况下，当能量转换设备工作时，发动机在一定范围的工作频率上产生输出功率。于是，无源平衡器在一定范围的工作频率上工作。更进一步，交流发电机也在一定范围的频率上工作。当发动机进入停转状态时，随着这些(和其它)能量转换设备减速并停止移动或在可接受的范围内移动时，它们经历频率的变化。因此，随着停转开始，最初，发动机频率是主要的，接下来，随着发动机减速，无源平衡器频率会是主要频率，最后，随着平衡器减速，线***流发电机会是主要频率。因此，这些机械频率与由能量转换设备产生的电流和电压相关。结果，当选择停转电路元件时，停转电路的整个频率带宽的大小应形成为使得其能适应与能量转换设备的不同移动部件相关的不同频率。

图7A描绘了并联的一对电容器200d和并联的电阻器。这是图6E所描绘的普通构造的一个特定实施方式。在停转模式中，并联电阻器(C₁)与调谐电容器200断开，减小在停转期间所使用的电容，并且电阻器并联地连接。可替代地，并联电容器(C₁)与调谐电容器可并联地连接，从而使得当停转时有效电容增大。在停转期间使用调谐电容器的一个实施方式的一个优点是，避免了使用专用的停转和运转电容器。这减小了部件的尺寸和成本。

本发明的实施方式还提供了对过度曝晒(即，在给定时间内在给定表面积上接收到的太阳辐射能过多)的预防和控制。例如，如果在太阳跟踪期间，加热器热温度超出预定的最大值，或者电子散热器温度达到预定的最大值，则能启动过度曝晒跟踪。根据一个实施方式，能量转换设备的碟的尺寸构造成使得当太阳曝晒是约850W/m²时***能产生约3kW_e。由于当曝晒大于850W/m²时***的尺寸没有构造成产生大于约3kW_e，因此必须排出太阳能，或者***将过热和/或超冲程。

尝试防止过度曝晒的传统方法包括：机械地遮盖一部分碟；在聚焦的光进入腔体接收器之前机械地阻挡一部分聚焦的光；以及经由风扇和通风路径从腔体接收器中排出热。

本发明的实施方式使用这样一种方法来解决过度曝晒问题，即，该方法以受控的方式有目的地使碟未对准太阳，从而使得一部分集中的光束“洒落”到接收器孔外。碟的未对准迫使一部分光束与回转锥体相交，而非进入腔体接收器。由于洒落的光的能含量足以损坏回转锥体，因此使洒落的光束在孔开口的圆周周围旋转，从而使得回转锥体能够在洒落的光又一次通过之前冷却下来。

根据一个实施方式，太阳能束的旋转速度在约0转每分钟(rpm)到约180转每分钟(rpm)之间。更优选地，旋转速度在约1rpm到约30rpm之间。在一个实施方式中，约11rpm的最小旋转速度防止损坏回转锥体。然而，将理解的是，多种旋转速度可能是适当的，取决于***的具体构造和周围条件。洒落(或未对准)的程度决定了通过此方法排出多少热。

如果圆形跟踪不足以充分地降低温度，则可升高碟，从而使聚焦的太阳点处于热驱动器上方，直到温度对于恢复工作来说是可接受的为止。使用此仰角偏置(例如，偏置15度)来跟踪太阳被称作“重影跟踪(ghost-tracking)”。这是图8所示的工作状态之一。重影跟踪252能转换成太阳跟踪262，例如，如果加热头温度和电子散热器温度符合可接受的工作温度。而且，过度曝晒跟踪256可构造成使得，在一些实施方式中，诸如如果过度曝晒跟踪未能使发动机温度减小至可接受的水平，则该过度曝晒跟踪转换254成重影跟踪252，或者如果发动机具有可接受的温度水平，则过度曝晒跟踪256可转换260成太阳跟踪262。如图8所示，还示出了空转状态268和断开状态270。然而，在断开状态中，***完全断电，并在其将响应于来自通信总线的命令之前必须手动地接通。在空转状态中，***处于低能耗模式中。在这种状态中，***保持对电池进行充电，并能够对命令作出响应。

返回来参考图5，在一个实施方式中，为了确定收集器的位置，可测量电机的旋转。在本发明的一个实施方式中，在无刷直流电机中包括霍尔传感器232，以对用于电机功率的变换(转换)的控制提供反馈。控制器依靠霍尔传感器232反馈来确定能量脉冲的定时，以使电机产生旋转(结合图5的方位角236和仰角240电机而示出)。

在传统的电机控制***中，使用编码器来对控制电路提供脉冲计数反馈，以获得精确的位置信息。编码器提供了对于电机轴的每次旋转的固定数量的脉冲。这些脉冲由控制电路辨析，以确定精确的旋转位置信息。典型地使用编码器，而非霍尔传感器反馈，因为对于每次旋转的霍尔传感器脉冲的数量(与电机中的极的数量有关)比编码器所提供的数量小得多。与霍尔效应传感器相比，编码器提供了更高的分辨率，且由此提供了更精确的位置反馈。

出于两个目的，本发明的能量转换设备的实施方式使用霍尔传感器反馈：为了变换电机功率，以及为了碟位置反馈。由于将直流电机连接至碟的双轴齿轮传动的大齿轮比，所以这是可能的。根据一个实施方式，齿轮比是40000∶1的等级。

齿轮比能大于或等于约200∶1。在一个实施方式中，齿轮比在约600∶1到约35000∶1的范围内。在一个实施方式中，齿轮比大于35000∶1。大齿轮比导致电机霍尔传感器的相对小的分辨率更适于提供碟位置的精确的位置信息。因此，霍尔传感器反馈的使用消除了对编码器的需要。删除编码器(每条轴线一个)降低了***成本和控制复杂性，同时改进了整体可靠性。

根据一个实施方式，能量转换设备的控制***使用24V直流电功率来为碟定位电机供以动力。在传统的电机控制***中，24V由整流的交流电栅极功率或从约360V直流电猛然转换(buck-convert)到24V直流电的能量转换设备的发动机功率产生。然而，如果栅极功率断供，通向电机的功率将损失，并且***不能使碟离开太阳，导致硬件损坏。

本发明的实施方式通过连接至总线的24V电池来提供多余的24V功率。如果栅极功率断供，则此24V电池为电机提供足够的功率，以将碟移动至指向下的收起位置。在正常工作期间，通过来自斯特林发动机或栅极的能量对电池不断地进行充电。

使用具有有源整流器的换流器来对栅极提供功率。根据一个实施方式，能量转换设备的控制布局使用有源整流器来调节发动机冲程，其中，整流器(直流电)的输出为调节直流电总线且然后转化直流电以对栅极供应输出交流电的换流器提供电流。整流器的主要目的是，以优化整个***性能的方式调节发动机的冲程。换流器的目的是，产生可用的交流电功率，同时调节直流电总线上的电压。如果直流电总线电压电平上升，则换流器将更多的直流电功率转换成交流电，抑制直流电总线电压电平的上升。当直流电总线电压电平减小时，换流器产生更少的交流电功率，以防止直流电总线电压电平下降得过低，和/或使直流电总线电压电平上升。如果直流电总线电压电平上升得过多，则电压将超出固态器件的安全工作极限。如果直流电总线电压电平下降得过多，则换流器将不能产生满足客户或公用事业需求的功率。整流器和换流器具有独立的目的，但是协调一致地工作以保持工作稳定性。

根据本发明的一个实施方式，为了驱动能量转换设备的工作状态，将***控制器可操作地连接至***布局。再次参考图5，虽然图5所描绘的实施方式的***控制器244并联地连接至整流器208、电源248以及换流器212，但是本领域的技术人员应认识到，***控制器244或多个控制器可位于布局中的任何地方，从而使得各个***部件和控制器具有足够的连接性，以提供必需的控制水平。

通常，控制***(例如，一个或多个在此描述的编程的处理器)能检测与各种***参数(或其相对于时间的第一导数)相关的变化或值，并基于这些变化和检测到的值(反馈)移动集中器，移动能量转换设备，或改变机械参数、电参数、或另一与***或其子***相关的参数，以改进或保持工作或防止故障状态(或从这种状态恢复)。

在本实施方式中，整个***中分布有几个处理器。例如，一个控制整流器，另一个控制换流器，等等。根据有多少额外的容量可用于给定的处理器，能将***控制功能编程到一个或多个这些现有的处理器中。处理器经由内部通信总线而彼此通信。因此，可通过编程有那些功能的***中的任何处理器来执行***控制功能，并经由通过通信总线发送的命令来控制***中的任何其它处理器。下面根据本发明的一个实施方式描述多种工作状态。图8中还示出了与用于各种状态的代表性转换和工作循环相关的其它细节。

在工作中，根据一个实施方式，***控制器在两种不同的模式中工作：自发模式和手动模式。在自发模式中，***使用GPS时钟来触发整个一天的过程中的工作：在日出(预定的太阳仰角)时启动，当曝晒允许时发电，在日落时收起，并且，在一年中的每一天都重复此循环。在手动模式中，经由来自用户界面的命令来控制***。

参考图8，控制器通过许多状态而继续进行。在一个实施方式中，当处于断开状态中时，***完全断电，并且***与栅极和24V***电池断开。当恢复能量时，***从断开状态转换到空转状态。在空转状态中，***处于低能耗模式中。在此状态中，***保持对电池进行充电，并能够对命令作出响应。

***能保持在空转状态中，直到接收到手动启动命令或因为计算出的太阳位置已达到“日出”角而自动产生的启动命令为止。日出角是太阳在一天的某一特定时间时的仰角。在整个24小时期间，包括晚上，***总是知道太阳相对于***的位置。作为一个实例，84度太阳仰角可对应于早上7:30。用户定义的在一年的某一特定时间的角(诸如84度)能指定***将自动地启动并开始跟踪太阳的时间。此信息存储在本地存储器中。

当接收到启动命令时，***进行自检和内部传感器校准例行程序，以确定碟的实际位置。当完成这些例行程序时，碟进入转向太阳(Slew-to-sun)状态264。每当选择自发模式且接着在用户可设定的间隔之后，执行初始化状态。在此状态中，***通过在某些霍尔效应邻近传感器(始终在相同方向上)上横过并将计数器设置成预定的值而重置碟位置计数器。

在一个实施方式中，***控制器包括用于每个轴线、方位角和仰角的计数器。这些计数器保持代表碟在每个轴线中的位置的计数。在初始化期间，碟移动至已知的位置。典型地，这通过以下方式来实现：使碟在每个轴线上旋转，直到一个表面上的固定磁体触发相对的表面上的固定霍尔或簧片开关指出肯定的停止为止。一旦触发开关，便精确地知道碟位置，并且用于该轴线的计数器设置为零或设置有预定的计数。当碟从该位置移开时，霍尔传感器根据该轴线上的电机而产生脉冲，根据电机是顺时针旋转还是逆时针旋转，这些脉冲用于使计数器增大或减小。在已知齿轮箱的齿轮比的情况下，能将电机旋转的计数转变成旋转度，且因此精确地知道碟位置。在初始化状态中，***时钟可使用GPS来更新成格林尼治标准时间。根据预定的日历时间间隔，或基于指示碟支撑结构由于地球沉降或其它原因而已移动的传感器反馈，执行对开环碟定位算法的校准。

在***初始化之后，或在由于日落或故障情况启动的“转向收起”状态266之后，达到收起状态。收起状态可以是原状态(home state)或原位置258。当太阳仰角达到“日出”设置时，可手动地或自发地启动转向太阳状态264。电机执行坐标的二轴转换，并且运动的组合速度决不小于在那些表面上回转时用于保护热驱动表面的指定最小回转速度。此状态可在进入太阳跟踪状态262之前出现。

“无逃脱(no-fly)”区存在于热驱动器周围，以保护发动机表面免受集中的曝晒。集中的太阳光通过在特别设计成承受高度集中的热的表面上回转而到达接收器孔。在正常工作期间，在这些表面上执行转向太阳和从太阳转开。然而，当在某些故障模式期间回转时，其它表面可能暴露于集中的光。

通过为了获得“日落”而设置的仰角值，通过手动命令，或通过故障处理例行程序来启动转至收起266。此状态能在进入原位置状态258之前出现。如果表面为了曝晒而设计，则还可从孔的底侧来实现转向热驱动器和从热驱动器转开。对于赤道附近的设备，此时太阳可正好经过碟上方，需要这种能力，因为转向下是用于使热驱动器从太阳移开的唯一选择。这是因为，当太阳正好在头顶上时，方位角移动在将热驱动器从太阳移开方面是低效率的。

与转向太阳的情况一样，从太阳转开也通过观察无逃脱区来实现。几乎完全的“仰角升高”转换将把焦点相对于回转板定位在向上的地方，从而使得焦点到达发动机上方的有利位置。从此，方位角转换将把焦点再次定位成超出热驱动器覆盖，此时，组合的方位角/仰角(AZ/EL)空间转换能完成转到收起位置。

试运转用于使用内部太阳位置算法来精确地定位碟。试运转允许***针对每个***特有的误差来调节在内部产生的算法太阳位置坐标，诸如安装的支柱离开竖向的度数。

试运转需要将碟的位置焦点引导至太阳传感器(或者，“通量”传感器)反馈可用来确定计算出的太阳位置与实际的太阳位置之间的任何误差的接收器孔中。此误差是***特有特性的结果，诸如离开竖向或真北的结构安装定向误差。此引导可通过操纵杆类的控制手动地执行。可替代地，可采用自动试运转算法，其使热驱动器以高速沿着位置图案横向移动，允许来自太阳传感器的反馈确定太阳的实际位置。使用来自相对的传感器对的热读数来调节碟位置，以发现太阳的精确位置。一个可替代实施方式使用来自加热头温度传感器的反馈来确定太阳的位置。下面相对于图15A至图15C讨论其它试运转或校准特征。

一旦用传感器反馈确定太阳的实际位置，***便用来自传感器的闭环反馈来跟踪262(图8)太阳，以校正由内部算法提供的开环太阳坐标。当***在一整天中跟踪太阳时，在太阳在天空中运行的整个弧上获得数据。获得的数据描述了根据算法计算出的太阳位置与通过太阳传感器确认的实际太阳位置数据之间的关系。使用两坐标对之间的差来“训练”内部算法，以提供精确的开环位置坐标。

闭环控制是指利用反馈的控制。典型地，将测得的(反馈)值与参考值(其可能是测得的值的前一例子)进行比较。由两个值之间的差而产生误差量，并基于误差量的大小而采取行动。在完成行动之后，获得另一测得的值并进行“反馈”，以再次与参考值进行比较。产生新的误差量，并且重复此循环。开环控制不涉及反馈。而是，基于输入而采取行动，并希望在没有反馈检查步骤的情况下期望的结果是适当的。

关于碟控制，在一个实施方式中，使用两种方法的组合。在校准之后，首先使用精确地计算出碟应指向何处的算法将碟定位为开环。一旦将碟定位为开环，便利用来自通量传感器的反馈来闭合环并提供反馈。监测来自传感器的数据，并记录为了平衡传感器温度而进行的碟移动。这些基于闭环反馈的对碟位置的小改变允许甚至比仅通过开环定位所实现的更精确的碟定位。并且，来自通量传感器的实际反馈通过对故障状态的检测而增加了安全性。例如，如果***将碟定位为开环，但是通量传感器反馈指示传感器之间的温差比预期的更大，则开环定位已出现误差，并且会在硬件损坏之前出现故障。

一旦仅经由此试运转过程来“训练”***，***便能够在无需闭环太阳传感器的情况下将碟相对于太阳精确地定位。然而，在正常跟踪期间，使用太阳传感器来微调开环位置，并用来进行检查误差和启动发动机碰撞动作。发动机碰撞动作是指使用电子器件为非运转的发动机供以动力，或通过对线***流发电机施加交流电功率来使活塞“运动(motor)”。响应于曝晒的太阳传感器检测，以这种方式移动活塞，有助于工作流体(在此实施方式中，其是氦气)在发动机中循环。这用于分配热，这减少了会使发动机热疲劳并限制使用寿命的热点。监测发动机还有助于使其启动，一旦存在足够的热势，则启动斯特林循环。

一旦完成试运转(如上所述)，便“训练”开环算法，以精确地定位碟，甚至对局部安装和***误差起作用。这些误差参数是每个所安装的***所特有的，并用来校正由***和相关的用于每个***及其安装的缺陷的处理元件计算出的理论方位角和仰角坐标。例如，一个参数校正真北方向与安装***的方向之间的误差。如果***安装成精确地指向北方，则此参数将是零。然而，***相对于真北方向通常具有一些位置误差，其需要在开环坐标中进行调节。如果不进行调节，则将无法精确地定位碟。

一旦***完成转向太阳的转换(碟从原位置或收起位置移动至将太阳光集中于腔体接收器孔上的位置)，并在试运转之后，坐标的电机移动将太阳保持聚焦在接收器孔上。如下所述，从内部算法得出电机-计数器坐标。如图8所示，跟踪状态能包括，但不限于，重影跟踪252、过度曝晒跟踪256、以及太阳跟踪262。

一个可替代实施方式使用加热头上或其附近的温度传感器对定位***提供反馈。通过直接响应于加热头温度传感器反馈来移动碟，能将碟位置改变成“搜寻”提供最多的进入加热头的能量的位置。传感器越靠近实际的加热头，对进入的曝晒的热响应越快。然而，传感器与加热头的接近度与传感器温度直接相关。并且，传感器暴露于极热的温度会限制其使用寿命或增加其成本。

将传感器定位成进一步远离加热头能降低其成本并延长其使用寿命，但是会在实际的加热头温度与传感器温度之间引入时滞(time lag)。如果这种滞缓是可量化的，则能够通过该算法对其进行调节。一种解决时滞的可替代方案是感测温度的变化(导数)的速率、以及绝对温度。当绝对温度缓慢地移动时，相对于时滞，导数快得多地作出响应。

经由控制/连接舱中的用户/维修端从远程软件或硬件启动手动控制。***的完全控制可从手动控制状态开始，因此典型地观察到预防措施。根据一个实施方式，通过以下功能和逻辑定义来执行以上定义的每种状态。当达到跟踪状态时，对发动机的控制以发动机启动序列开始。

当集中的太阳光加热发动机的加热头时，经由两个热偶或其它传感器来监测温度。当加热头达到足够的温度时，基于来自控制***的命令通过整流器产生碰撞脉冲。碰撞脉冲是从整流器到发动机的线***流发电机的交流电功率的脉冲或脉冲群。以这种方式施加至线***流发电机的功率使机械地接合至交流发电机中的永磁体的活塞移动。活塞运动包括经由发动机的工作流体中的压力波的在置换器中的移动。以这种方式，碰撞脉冲使发动机的工作流体循环。这有助于，在发动机启动之前，由于太阳曝晒而将集中的热分布到加热头中。一旦存在足够的热势以维持斯特林循环，碰撞脉冲还用来启动发动机。此循环继续，直到发动机启动为止。

一旦启动发动机，控制发动机控制的一个元件涉及发动机输出监测。在一个实施方式中，这通过发动机的交流电输出的有源控制来实现。发动机冲程与关于进入加热头中的任何固定量的能量的头温度反相关。由于发动机冲程与整流器输入处的电压的振幅直接相关(输出电压与交流发电机原动机速度和电机常数(指示发电机将机械能转换成电能的能力的比例常数)直接相关)，所以通过经由对整流器的有源控制来改变整流器输入处的电压振幅能控制加热头温度。

通过以下方式来监测并确保安全的发动机工作：1)将冲程保持在预定的安全工作范围内，2)将加热头温度保持在预定的安全工作最大值内，以及3)经由水套温度反馈来监测发动机的冷却***，以确保其处于预定的安全工作最大值内。

一旦将碟定位成使发动机对准太阳，便使用加热头温度和太阳传感器反馈来确定何时碰撞发动机且如何使发动机运动。由于可能没有足够的热使电机运转，但是可能有足够的热损坏加热头，所以必须用电驱动发动机，以使工作流体(氦气)在发动机中循环，从而在某些状况下分布热。

当从热源去除发动机的加热头时，发动机停工开始。当发动机继续运转时，从加热头中取出热。加热头温度下降。随着温度下降，活塞振幅下降，直到发动机最终停下来为止。

通过使用电布局来实现对栅极的能量控制。再次参考图5，换流器的主要功能是调节直流电总线并产生进入栅极中的优质电力。直流电总线可通过换流器调节到产生三相交流电功率(360V直流电)、或其它期望的输出电压所需的电平。如果栅极故障，或其质量退化，则换流器的保护继电功能一定会检测到这种现象，并断开换流器。一旦换流器停止发电，如果整流器仍发电，则直流电总线电平能快速地上升至超出期望的极限。因此，一旦换流器停止发电，整流器也必须停止使电力流入直流电总线中。其断开，且其输入断开，斯特林发动机停转。

在一个可替代实施方式中，***仅产生直流电功率。可成批地使用此类***，此时，多个发电机为将直流电转换成交流电以供客户使用或输出至公用栅极的大集合式换流器供电。

本发明的一个实施方式包括一种仅装配有瞬时容量制动器而非如上所述的仅停转电路的***。这种制动器连接至整流器与换流器之间的直流电总线。于是，作为停转电路吸收交流电能量的一种可替代方案，制动器吸收直流电能量。在另一实施方式中，使用能够吸收连续定额的交流电能量的负载来代替停转电路或增加有停转电路。在仅有停转电路的情况下，***必须在将碟移向太阳之前检查功能栅极的存在，并且必须直接在换流器、栅极或其它故障的基础上将碟转换为离开太阳，因为栅极是唯一可获得的连续负载。通过连续定额的制动器，发动机能继续在栅极损耗的基础上发电，从而使得一旦发动机返回到正常工作状态，其便能快速地产生进入栅极中的电力。另一实施方式在整流器的任一侧上使用组合的交流电和直流电负载，以有效地使发动机停转。

以两种多余的方式来激活连接停转电路的超冲程保护继电器。第一激活机制是硬件电路，该硬件电路在可用离散部件调节的预定的设置点处跳闸(trip)。一旦此电路在跳闸点之后检测到电压，便经由一个以上讨论的方法将停转电路部件转换到电路中。一旦停转电路部件连接至发动机的输出，便使发动机停转。第二种激活方法是经由微处理器。在某些故障状态下，微处理器可在***停工序列(诸如起源于换流器、栅极或其它故障)期间激活超冲程继电器。不管从硬件电路还是从微处理器激活，超冲程保护电路都以相同的方式使发动机停转。

根据一个实施方式，经由基于乙二醇的冷却剂用液体冷却发动机的冷侧，通过风冷散热器来泵吸上述冷却剂。斯特林循环根据温差产生机械运动。该差异是“热侧”与“冷侧”之间的温差。两个散热器风扇冷却散热器，并且每个以4.5安的最大值对其提供24V的直流电。经由来自外部界面板的10V PWM信号来控制风扇速度。每个风扇分别为控制电子器件提供转速计反馈，以检测故障的风扇。经由串联通信界面或来自控制电子器件的功率信号来控制泵(12V直流电，55瓦至多)。泵经由LIN界面提供故障信息和水套温度。使用来自冷却剂流中或其附近的温度传感器的反馈来控制泵和风扇，以保持最佳的水套温度。

在一个实施方式中，能量转换设备包括冷侧热交换器，该冷侧热交换器通过使冷却剂在一个通道中循环而从斯特林发动机或ECA的冷侧上的工作流体中取得热，相邻的通道包含待冷却的工作流体。在一个实施方式中，在将热从工作流体传递至冷却剂之后，进一步通过强迫通风式(forced-air)冷却使冷却剂在散热器中循环，以将热排出到周围环境中。在一个实施方式中，斯特林循环的热侧与冷侧之间的温差是通过斯特林发动机转换成机械能的热势。

根据本发明的一个实施方式，可通过***控制器来检测并处理故障。***故障可能包括，但不限于，发动机超冲程故障、电机控制器通信故障、通信模块通信故障、I/O模块通信故障、CAN总线通信故障、换流器通信故障、IPM故障、跟踪驱动限制传感器故障、24V直流电总线故障、栅极故障、加热头超温度故障、水套超温度故障、直流电总线电压不足故障、直流电总线超电压故障。

斯特林机器控制***在尝试改变或优化一些其它工作参数时可使用各种方法来改变装置内的工作压力。为了在无需任何直接测量装置的情况下便知道工作压力，下一个知道的最佳参数是转换器的温度。如果也没有直接测量转换器温度的装置，则能通过观察机器的其它工作参数来推导该温度。本部分描述了推导转换器温度而非测量该温度的能力。虽然该方法的最终目的是实现对斯特林机器参数的适当控制，但是同时测得了仪器输入的最小数量。

在一个实施方式中，在此描述的斯特林机器使用自由活塞。这些机器趋向于结合有移动的子组件，这些子组件中止(suspend)在压力边界内，布置成使得移动的和静止的元件在振荡运动期间不接触。机器的至少一个移动元件将是通常接合至可变体积空间(在气缸中移动的活塞)的电磁线性致动器。根据斯特林装置的预期用途，此致动器可被称作线***流发电机或线性电机。

电磁致动器的预期功能是提供一种在电功率与机械功率之间进行转换的装置。在不限制所提供的说明书的范围的情况下，在一个实施方式中，致动器的子组件和可变体积被称作“转换器”。在另一实施方式中，除致动器和可变体积以外，术语“转换器”还包括所有所需的辅助硬件。可替代地，能量转换器是具有交流发电机的自由活塞斯特林发动机，当自由活塞振动时，该交流发电机发电。

本发明部分地涉及使用除温度以外的参数来跟踪机器中的某些状态的方法。结果，在一个实施方式中，转换器温度传感器不是必需的。这导致期望的成本节省，因为不需要额外的传感器。

与任何从一种形式的功率转换成另一种形式的功率一样，存在与转换器的工作相关的低效率。在一个实施方式中，这些低效率主要体现为以下形式：1)致动器的线圈中的铜损耗，2)致动器的定子铁中的铁损耗，3)磁体上的气隙损耗，4)移动部件的暴露表面上的和活塞间隙密封内的粘性损耗，以及5)可变体积空间之后的气体中的滞后损耗。

不管转换器内的损耗源是什么，耗散的(损失的)功率必需以热流的形式从工作中的斯特林机中出来。根据一些转换器实施方式，代表性的线性转换器可在电功率与机械功率之间提供约88％至90％的全负载转换效率。

通常，与以下描述的实施方式相一致，希望执行无传感器的或需要减小的数量的传感器的ECA。虽然给定的ECA实施方式可能具有较长的使用寿命，但是各种传感器的预期使用寿命可能更短。因此，希望设计不需要温度传感器和其它传感器的ECA。访问数据库或查询与发动机效率、斯特林发动机的冷侧与热侧之间的热阻、热侧温度、冷侧温度、功率、电压、工作流体压力、以及其它参数相关的经验关系表的控制器或处理器能确定可电地或机械地测得的参数之间的关系，从而能间接地确定温度测量结果和其它测量结果。因此，能在不依赖于温度传感器或其它传感器的情况下直接推导出温度变化或值，并用来提供控制***反馈。

图9中示出了描绘转换器组件300的某些工作特征的示意图。在一个应用中，转换器使交流发电机工作而耗散由斯特林发动机产生的机械功率。在此应用中，根据图9，进入活塞的表面上的可变体积空间中的机械功率304的约11％作为废热308而“损失”。功率312的其它大约89％将作为用于最终用户的有用电功率316而离开装置。下面在图10A中示出了斯特林转换器组件中的功率流的更详细的视图。如所示出的，此功率流与热阻网络的示意图结合在一起。

图10A示出了各种能量交换和适于构造用于控制能量转换设备(诸如斯特林发动机)的基于处理器的***的关系的示意图。本***能包括电子存储器件和电子处理器(诸如以上讨论的与存储装置连通的***控制器)。在一个实施方式中，存储器件包含多条指令，当处理器执行这些指令时，导致处理器执行各种处理步骤，诸如求解变量、***数据、操纵数学关系、收集温度数据以及其它与图10A至图10C所示的变量和数据相关的步骤。

如图10A的示意图所示，斯特林发动机吸收来自热源的热(Q-in)400，并将一些热转换成有用的机械功率(P-mec)404。通过一些设计成相对于斯特林发动机保持适当的温度状况的冷却机构将剩余的热作为热(Q-rej)408排出。在一些斯特林机实施方式中，冷却***能包括与发动机流体连通的冷却剂的循环、泵吸环路，以为Q-rej 408提供方便且可控的热损耗路径。该冷却剂具有在该图中被称作T-rej 412的特征温度。为了将发动机的热传递至冷却剂，发动机具有在该图中被称作T-cold 416的略微更热的特征“冷端”或“冷侧”温度。

转换器出现相似的情况。由斯特林发动机产生的机械功率(P-mec)404进入转换器中。此功率的一部分P-mec 404转换成有用的电功率(P-elec)420。剩余的功率作为第二类型的排热损耗(Q-rej2)424从该机器损耗。某些斯特林机实施方式趋向于具有移动的气流，这些在转换器外部通过，以提供有用的热损耗路径。不管存在什么样的周围温度(T-amb)428都会出现此移动空气，取决于特定设备和斯特林机设计的位置和状况。为了将热传递至周围环境，转换器内部必须处于比其周围环境更热的温度(T-alt)432。

在一个实施方式中，转换器具有两个可能的热损耗路径。一个热损耗路径通过对流436而通向转换器的外部周围的移动的气流。第二热损耗路径依靠安装结构通过传导440而通向斯特林机上的“冷端”或“冷侧”温度散热器(T-cold)416。热损耗所选择的路径将始终是最小阻力的路径，并将取决于每个设计实施方式。一些热将在每个方向上流动。转换器的最终温度将取决于这些热损耗路径的特性，并且还取决于转换器效率。

能通过估计和计算来确定每个热损耗路径的特性并还能确定哪个热损耗路径将是优选的。在一个优选实施方式中，测试数据是关于给定设计将如何工作并沿着各种路径传递热量的信息的有用来源。通过使用来自特定能量转换设备设计实施方式的测试数据，能估计并辨别出转换器的效率和实际热阻网络的特性两者。辨别出用于特定应用的这些因素导致具有精确地预测出对于给定的一组工作状况转换器将处于什么温度下的能力。能收集经验数据并将其存储在数据库中，以在基于给定的能量转换设备的***的工作的基础上产生相关性和模型。

如以上讨论的，在一个实施方式中，通过在安装包括斯特林发动机的太阳能转换设备之前收集经验数据来确定温度比。在一个实施方式中，使用此关系来对用于这种设备的控制器或处理器进行编程，从而使得能从P-elec、控制电压和充装压力(从T-alt得出)计算出温度比。在另一实施方式中，该设备包括收集该***所特有的经验数据的多个传感器。于是，当这些传感器故障时，***恢复到参数的无传感器推导。一个优点是，基于特定***而非代表性原型***的经验关系得到控制。

为了执行斯特林循环并执行期望的装置的工作，斯特林机使用封装质量的通常充装至高压的工作气体。存在包括充装质量的各种分数(其根据特定实施方式而存在于各种温度下)的机器的各个部分。在各种斯特林机实施方式中，与机器中的任何其它空间相比，转换器趋向于封住最大体积和分数质量的工作气体。因此，转换器的温度对用于功率循环的工作压力具有主要的控制作用。能使用理想气体定律来示出机器内的压力，假定对于给定工作气体的充装质量(m)和理想气体常数(R)，基于机器内的各种空间的温度和体积，将遵循特定的趋势。参见以下等式(1)。

$\frac{P}{m\·R}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{T_i}{V_i}---\left(1\right)$

此等式通过将机器的各种部分中的温度(T)与体积(V)比相加来得出由机器上的温度分布而导致的压力(P)变化。

在斯特林机中，工作压力会严重地影响控制功率循环的正常工作的能力。预测工作压力的能力可导致一些特定的工作参数控制选择。在一个实施方式中，将温度传感器安装在机器的外部上，以有助于进行基于可靠信息做出的控制选择。然而，能通过理解在此提出的逻辑并通过测量其它可用的传感器位置处的参数经由数学推导而去除此传感器。

例如，在商业斯特林发动机应用中，发动机的热端上以及发动机的冷却剂流上能具有温度传感器，这些温度传感器将定义工作温度比，并将允许推导斯特林发动机效率。可直接测量允许计算电功率的电流和电压。转换器效率的基础知识允许计算：1)必须存在的机械功率，2)必须存在的两个热排出流，以及3)将约束或限制由此测得的冷却剂温度的周围温度。通过用于此发动机的热阻网络的已知特性，控制软件能确定对于正常工作来说转换器温度必须是多少。该计算出的转换器温度可代替对传感器的需求，并仍为可用来操纵装置内的压力的控制逻辑提供相同的信息。

图10B示出了使用处理器而非直接进行感测来确定斯特林循环的热侧温度(或T_hot)的工艺流程。直接推导此温度与感测的关系的优点是，去除了增加成本的、可能是不精确的并会随着时间而出现故障的传感器。通过从根据经验收集的数据、来自其它传感器的数据、以及发动机的热阻网络的知识进行推导，可推导出T_Hot。

在一个实施方式中，进行工作台(bench)试验，以根据经验确定温度比(发动机的热侧温度与冷侧温度之比)与以下三个参数之间的关系：电功率(P-elec，420)、发动机的工作流体的充装压力、以及通过由整流器感测出的交流发电机的控制电压而估计出的活塞振幅。而且，从工作台试验中，确定了交流发电机温度(T-alt)与充装压力之间的经验关系、以及斯特林发动机的效率(ηst)和转换器的效率(η_alt)。

如在图10A中所参考的，使用DNI(直接正常曝晒)根据以下等式来确定Q-rej2(424)，以估计出Qin和在整流器处感测到的电功率：

Q-rej2＝Qin×ηst×η_alt-(P-elec)

使用Q-rej2，并通过根据经验得出的对流热阻(436)和来自气象站或其它周围温度传感器的周围温度(Tamb，428)，可使用以下关系来计算交流发电机温度(Talt)：

Talt[432]＝(Q-rej2[424])-(Tamb[428])

从上述根据经验获得的关系中，从Talt确定实际的充装压力。并且，而且还从经验数据中使用以下输入来确定实际的温度比：通过整流器感测出的P-elec(420)、通过在整流器处感测出的控制电压而估计出的活塞振幅、以及充装压力。从温度比，根据以下等式来确定T_Hot：

T_Hot＝T_Cold×(温度比)

图10C示出了使用处理器来确定发动机的冷侧温度(T_Cold)的工艺流程。直接推导此温度与感测之间的关系的优点是，去除了增加成本的、可能是不精确的并会随着时间而出现故障的传感器。

在一个实施方式中，从DNI(直接正常曝晒传感器)估计出Qin(400)。参考图10A，根据斯特林发动机效率(η_st)的经验知识确定Q-rej(408)。从由气象站或***中的周围环境传感器感测到的周围温度来估计出发动机的排出温度(T-rej)。根据经验确定冷侧与交流发电机之间的传导损耗(440)，或由于其可忽略的影响而将其忽略。并且，使用以下公式来计算冷侧温度：

T_Cold[416]＝(Q-rej[408])-(T-rej[412])-(传导损耗[440])

在一个实施方式中，希望执行无传感器的或需要减小数量的传感器的ECA。下面略述了一种基于能包括一个或多个以下步骤的方法的处理器。

在一个实施方式中，通过机载传感器来测量DNI，或能从远处的位置(例如，气象站)获得DNI。能使用计算机模型或其它来自在工作期间由ECA收集的数据的之前的历史知识而产生预测的热量输入。于是，可能的或预期的热输入用来使用计算机模型或其它历史装置数据来估计发动机效率。在一个实施方式中，能基于计算机模型或其它之前获得的ECA数据集来估计机械功率。接着，测量由ECA产生的电功率(或相关的电压)。

能将预测的机械功率与电功率进行比较，以估计***是否在安全工作极限内执行。如果***未在预定极限或范围内工作，那么可产生向操作员通知此偏离的警报或警告。如果***在这种预定极限内工作，则能计算出来自交流发电机的热损耗，并从机载传感器或从在远处的位置(诸如气象站)获得的数据来确定周围温度。使用热阻网络和计算机模型或其它装置数据来计算适于解决预期的热传递或热侧/冷侧温度比的中间温度。

在一个实施方式中，按图10A至图10C中略述的那样确定“冷侧”温度。然而，还可使用传感器(例如，泵传感器)来直接测量冷侧温度或从交流发电机温度估计冷侧温度。如以上讨论的，能基于计算机模型或其它数据从交流发电机温度计算出近似的工作压力和近似的活塞振幅。在一个实施方式中，功率比(ECA的特性比)能通过以下方式来确定：计算得到的功率除以工作压力的比值，用该比值进一步除以活塞振幅。能基于计算机模型或与历史ECA数据的相关关系来确定与功率比相关的温度比。

在一个实施方式中，通过将温度比乘以适当的冷侧温度来确定热侧温度。最后，能基于平均热侧温度来确定预期的峰值温度。在一个或多个实施方式中，这些测量和确定允许产生反馈，而不需要或不使用直接的温度测量及相关的传感器。

本发明的一个实施方式包括3kW的太阳能斯特林能量转换设备。该能量转换设备设计成在-4华氏度至130华氏度(-20℃至50℃)的温度下工作。该能量转换设备的电子器件将凭借保形涂料、气密密封的连接器、以及其它湿度保护装置来承受冷凝潮湿的环境。另外，本能量转换设备设计成在高达6200英尺(1890米)的高度下工作，并设置有换流器/整流器冷却风扇(或延长的散热器)，以满足高度范围的高端处的冷却需求。

传感器界面板(SIB)的电子器件能承受力≤50N、60Hz至65Hz(约0.1g)的连续振动。在一个实施方式中，部分或所有其它电子器件都设计成承受来自从工厂到安装位置的运输的振动。

经由利用客户命令语法的双线CAN(控制器局域网，一类高速串行通信网络)协议来执行内部通信。将通过能量转换设备经由具有客户命令语法的标准以太网协议来执行外部通信。

能量转换设备包括传感器界面。传感器界面驱动两个散热器冷却风扇(每个都高达90瓦)，并出于故障通报和优化控制的目的而接收每个风扇的转速计反馈信号。印刷电路板组件(PCBA)提供了正偏(pull-up)至5V过滤的pwm的开放式集电极(open-collector)，并提供了未过滤的PWM控制输出(如果空缺的话)。

传感器界面提供了24V直流电，以驱动泵(高达90瓦)。能量转换设备使用DC/DC转换器将24V直流电转换至10V直流电。PWM速度控制是基线电路，能量转换设备改变未过滤的(脉冲输出)，以提供12V至15V的PWM信号。可替代地，SIB可提供用于与泵进行双向通信(速度命令和故障代码)的LIN界面、以及12V的电源单元(高达90W、7.5A)。电布局的各种实施方式的双向工作允许在使用能量转换设备发电之前进行电池充电、泵风扇供能等。

能量转换设备还包括4个通量传感器输入，每个都具有一个N型热偶(范围是从-22℃到700℃)，该N型热偶是-1mV至25mV的。包括四个绝对温度放大器和两个差分放大器。在一个实施方式中，为了监测加热头温度，传感器界面板包括用于共享公共连接器的两个传感器本体的两个RTD传感器输入。

为了监测水套温度，传感器界面包括读取双线1000ΩRTD(阻热装置)的输入，其表示水套温度。可替代地，可经由通信总线(诸如串行LIN(局域互联网)界面)上的通信从水泵中的传感器确定水套温度。

传感器界面应包括读取两个三线开关霍尔效应限制传感器的输入，以监测活塞冲程检测。如果第一传感器故障，一个传感器用作备份。

根据一个实施方式，可以许多方式来物理地实现能量转换设备的这些特征和规格，以实现在此描述的优点和结果。以下仅是一个太阳能斯特林能量转换设备的电布局的物理实现方式的说明性实例。

部分地，一些在此描述的实施方式涉及各种控制***。例如，图8及图11至图13描绘了各种用来调节能量转换装置或整个能量转换***的工作的控制***和传感器元件。

图12是描绘了根据本发明的一个实施方式的具有各种传感器和其它机械能及电能收集***部件的代表性控制***的结构图。依次地，图11示出了各种用来控制头部温度的传感器输入和输出信号。图13是示出了如何使用各种传感器输入来产生用于控制加热头温度的发动机冲程命令的控制图。

贯穿图11至图13，不同的装置和子***中包括各种传感器，以捕获数据，控制***500能使用这些数据来跟踪太阳，在图8所示的工作状态之间转换，保护发动机、***及其敏感部件免受过度曝晒，如以下参考图13所讨论地调节发动机冲程，并执行任何其它适当的关于作为有意义的输入的***数据的功能。因此，为了理解控制***，考虑传感器和相关元件及子***是有用的。

驱动碟的电机电流传感器504监测独立地提供至方位角236和仰角240电机的电流。如果电流反馈表示电机正消耗电机控制器238能产生的最大电流量(在一个实施方式中，约14安)，则阻止电机轴旋转。这因为由于故障状态(制约齿轮、碟被支柱阻挡等)而可能导致的符合或超出电流最大值而出现。控制***采取预防措施，以响应于电流传感器数据而保护电机。

使用驱动碟的电机霍尔传感器232对电机控制器238提供反馈，以进行旋转控制。还通过控制器计数霍尔传感器脉冲，以确定碟位置。结果，来自驱动碟的电机霍尔传感器的数据为控制***提供了与用于跟踪的电机工作和所关注的各种工作状态的其它特征相关的有价值的信息。

在一个实施方式中，与定位碟相关的每个轴线上都具有一个原位置传感器(例如，簧片开关或霍尔传感器)518。当碟在这种开关或传感器上移动时，其改变状态，提供可靠的位置参考点。于是，相对于由原位置传感器提供的固定位置进行所有碟移动。这给予了控制***关于许多工作状态的基线以及在此描述的功能。

整流器交流电电压传感器528检测整流器的输入端或多个输入接线端或输入端处的电压。整流器的作用是，经由对接线端电压的控制来控制斯特林发动机的冲程，并将发动机的交流电功率转换成直流电。此检测到的接线端电压是与线***流发电机中的永磁体接合的发动机活塞的后部EMF(电动势)的代表。电压与活塞速度成正比。由于活塞速度和频率是已知的，所以可推导出活塞冲程的振幅。控制***调节活塞的冲程，以优化***性能(参见图13和相关描述)。在一个实施方式中，活塞冲程是活塞冲程的振幅。在一个实施方式中，通过改变活塞冲程使用搜索算法或查询表来使发电增至最大。最大发电量(对于给定的Qin具有最高的效率)可能并非必须与最高的加热头温度相关，因为具有许多对效率起作用的因素。除斯特林循环的卡诺效率以外，还有接收器热能损耗，I²R损耗(与安培水平相关的热损耗)以及许多其它对总效率起作用的机制。

整流器使用整流器的直流电电压传感器528来监测直流电总线电平，并且如果总线电平超出正常工作极限时，则关闭直流电总线电平。虽然整流器产生进入直流电总线中的直流电功率，但是直流电总线电平由换流器控制。

整流器的电流传感器532提供交流发电机电流反馈。在当此电流达到超出用于功率电子器件的安全阈值极限的水平时的情况下，控制器采取行动。适当的行动能包括，但不限于，增大活塞冲程，以使电流减小至可承受的水平。另外，在图11中，将此传感器示出为控制***输入。

通过传感器536来监测整流器的散热器温度，以确保不超出固态开关装置的发热极限。几个因素对设置并评估此温度阈值起作用。两个这种因素是周围温度和发动机交流发电机电流水平。如果达到发热极限，则控制***采取行动，诸如通过增大冲程来调节发动机的工作点，以减小电流。可替代地，如果已达到冲程极限，则能开始启动过度曝晒控制，以限制进入接收器中的热能。另外，在图11中，将此传感器(发动机控制器散热器温度传感器536)示出为控制***输入。此传感器(以及任何其它接合至发动机或其它子***的温度传感器)能产生适于触发重影跟踪或过度曝晒跟踪的数据。另外，能使用反馈环路通过来自此温度传感器和其它用在整个能量转换***中的温度传感器的数据来调节对风扇584、584’和泵588的控制。

在一个实施方式中，霍尔传感器位于发动机的线***流发电机中，并定位成当活塞到达其运动的最远端时，恰好在撞击终点止挡件之前，改变状态。如果检测到脉冲，则控制***可使用此传感器来使冲程减小，或使冲程增大至与最安全的最大位移对应的水平。此传感器也可被称作发动机活塞冲程极限传感器540，如图11所示，作为控制***输入。

通过传感器544来监测换流器的散热器温度，以确保不超出固态开关装置的发热极限。几个因素对设置并评估此温度阈值起作用。一个这种因素是周围温度和发动机功率水平。如果达到发热极限，则控制***采取措施，诸如启动过度曝晒控制，以限制进入接收器中的热能。另外，在图11中，将此传感器(交流电换流器散热器温度传感器544)示出为控制***输入。此传感器(以及任何其它接合至发动机或其它子***的温度传感器)能产生适于触发重影跟踪或过度曝晒跟踪的数据。另外，能使用反馈环路通过来自此温度传感器和其它用在整个能量转换***中的温度传感器的数据来调节对风扇和泵的控制。

发动机加热头温度传感器548位于较冷位置或安全区域(即，一个允许高传感器可靠性的区域)中的加热头附近。这些远程传感器收集提供加热头温度的代表的延迟的温度信息。冲程调节器使用这些传感器作为反馈来实现对给定工作参数的最佳冲程设置。发动机的卡诺效率随着加热头温度的升高而增加。对于进入头中的恒定能量，当冲程增大时，加热头温度降下来。当冲程减小时，加热头温度增加。

在一个实施方式中，基于来自定位在加热头上的温度传感器的温度数据使用搜索算法来随着时间优化冲程。在一个实施方式中，基于来自相对于加热头定位在安全区域中的温度传感器的温度数据使用搜索算法来随着时间优化冲程。在一个实施方式中，基于如同施加至来自相对于加热头定位在安全区域中的温度传感器的温度数据的温度相对于时间的第一导数使用搜索算法来随着时间优化冲程。下面参考图13讨论了这些特征中的一部分。另外，在图11中，将此传感器548示出为控制***输入。

整流器的电流传感器532提供了交流发电机电流反馈。在当此电流达到超出用于功率电子装置的安全阈值极限的水平时的情况下，控制器采取行动。适当的行动能包括，但不限于，增大活塞冲程，以使电流减小至可承受的水平。另外，在图11中，将此传感器示出为控制***输入。

能使用水套传感器556来检测冷却***的适当工作。该水套传感器还能用来调节泵和风扇，以用于最佳的控制。

使用24V直流电总线传感器560来监测24V***的最佳状态(health)。在一个实施方式中，上述传感器连接至换流器212。由于此***为驱动碟的电机供电并对于碟的安全收起是重要的，所以使用此传感器来执行24V电池562的最佳状态检查。在一个实施方式中，在使得碟能够转向太阳之前，在按天的基础上执行此检查。

使用换流器电流传感器566来控制换流器并保护固态电路。如果感测到的电流超出电路的安全工作极限，则在导致损坏之前，可停止电路功能，以保护硬件。

使用换流器电压传感器570来控制换流器，并在一定的顺从水平内监测栅极的工作。如果由换流器传感器测得的电压或频率值偏离规定的安全工作水平，则激活保护性继电功能。这种栅极保护性继电功能的一个实例是过电压检测，其中，通过换流器电压传感器来检测超出预定最大值的电压，并且通过控制***来关闭换流器，直到栅极电压返回到顺从为止。在返回后，换流器在再次连接至栅极之前等待预定的、法律上需要的持续时间。

使用风扇霍尔传感器574来检测风扇旋转，并用于产生警报或故障的其它指示。在一个实施方式中，还使用这些传感器来确定多个风扇中的哪个需要维修。

使用泵电压传感器578来确定泵的最佳状态及其功率电路的工作水平。当传感器指示一个问题时，控制***停止***工作，以防止过热和对***部件的损坏。

通过传感器582来监测泵电流，以检测由于气泡或***中的所关注的其它事件而产生的泵气穴。可替代地，此传感器能检测冷却剂流的阻塞。如果检测到这种问题，则控制***能使一个或多个子***脱机，以防止损坏或产生适当的警报。在一个实施方式中，所有在此描述的警报都能传送至远处的站或操作员。

使用这些传感器来实现图8、图11至图13所示的一些特征和子***。例如，在图12中，为了调节并监测驱动碟的电机、发动机、栅极、风扇以及泵，控制***连接至多个传感器。对驱动碟的电机的控制(方位角和仰角)适于在图8所示的且如以上另外所讨论的工作状态之间进行调节并转换。类似地，监测泵控制576和风扇控制器572的误差，并能用作触发器而使***脱机，以防止发动机损坏。

整流器的作用是在安全工作极限内控制发动机，并基于许多输入(不限于卡诺效率、接收器对流损耗、以及I²R电流损耗)来优化***性能。从发动机的热温度与冷温度之比来推导卡诺效率。在一个实施方式中，使用加热头温度传感器来测量热温度，并从水套温度传感器来推导冷温度。整流器的输出是直流电功率，经由直流电总线538将该直流电功率供应至换流器。

换流器的作用是调节直流电总线，同时产生进入公用栅极中的交流电电流。换流器通过与由整流器供应的功率平衡地产生或多或少的进入栅极中的电流来调节直流电总线电平。如果直流电总线电平下降，则换流器产生更少的进入栅极中的电流，以停止下降。如果直流电总线电平升高，则换流器产生更多的进入栅极中的电流，以停止上升。换流器还监测栅极，以确保栅极顺从电压和频率极限。如果栅极电压和/或频率偏离到这些极限之外，则换流器通过其保护性继电功能来检测栅极电压和/或频率，并停止对栅极的发电。

栅极作为用于***的输出的电负载，并且当***不发电时，栅极作为用于***的电源(用于电池充电、碟监测、泵、风扇等)。在一个实施方式中，没有用于***的输出的可替代的连续额定负载。因此，如果栅极放弃顺从，则必须关闭***。关闭包括，使斯特林发动机停转以及使碟指向远离太阳，以使热能停止流入加热头中。

在一个实施方式中，通过输出接触器247在换流器与栅极之间提供电隔离。在此实施方式中，换流器在接触器的栅极侧上具有电压传感器。这允许换流器感测栅极电压和频率，并在关闭接触器且将换流器的输出结合至栅极之前确定顺从。

在已考虑以上各种传感器和控制***特征之后，现在关注发动机的一个优选控制***特征是有用的。特别地，经由时变优化软件例行程序而使活塞或发动机冲程、传感器输入和整体发动机优化均是相关的。在图13中描述了关于此方法的根本基础。

图13是描绘了根据本发明的一个实施方式的基于温度输入和冲程控制的一个代表性控制机制的控制图。从控制电子器件的角度来看，具有一个在控制和优化发动机性能上特别有用的代表性参数。此参数是接线端电压，其与发动机或活塞冲程直接相关。当接线端电压减小时，发动机冲程类似地减小。在这些情况下，从发动机中泵出更少的热。

当控制***使冲程增大时，从发动机中泵出更多的热。控制***能通过改变冲程来改变加热头温度，从而使得相同的太阳能输入具有不同的工作点。如果控制***将加热头保持在高温，则能量的卡诺效率增至最大。这还导致腔体接收器处的损耗增加。然而，卡诺效率通常占主要地位，并且是搜索后效应。控制***能使用温度反馈和冲程参数作为图13所示的反馈环路的一部分。

如图13所示，加热头温度传感器548测量实际的加热头温度590(具有一定程度的延迟)。此温度是控制***500中的一个可能的输入。加热头温度设定点592是另一输入。此设定点代表变化的优化温度，在该温度下，所测得的发动机的总效率达到最大功率输出。此设定点能基于周围温度、太阳可利用率和许多其它因素的变化随着时间而改变。当加热头的实际温度偏离设定点(其也是周期性地计算出的并基于宏观状态更新)时，对发动机冲程进行调节，以返回到设定点值温度。与这种冲程调节并行地，可改变跟踪和其它工作状态，以提供足够的太阳能来保持设定点优化温度。

特别地，如果出现偏离设定点592，则冲程调节器594(其将实际冲程与冲程目标进行比较，以产生用来增加/减小冲程命令的误差值)对最小/最大限制器596发出冲程命令。最小/最大限制器确保冲程命令598不超出预定的最小/最大极限。如果冲程命令处于极限内，则冲程命令不受最小/最大限制器影响。例如，如果冲程命令超出最大极限，则最小/最大限制器将最大值作为冲程命令传递。此冲程调节器计算使加热头温度590返回到设定点592所必需的冲程。

在一个实施方式中，最小/最大限制器596还接收来自冲程极限传感器540、整流器电流传感器532、整流器散热器温度传感器536、以及换流器散热器温度传感器544的数据。例如，如果霍尔脉冲指示最大冲程极限过高，则可使用来自冲程极限传感器的数据来减小最大冲程极限。在另一实例中，如果电流接近上限，则可响应于来自整流器电流传感器的数据来增大最小冲程极限。

最后，一旦完成此计算，便对整流器的固态开关装置发送PWM(脉冲宽度调制)控制信号，并且当从发动机抽取的交流电电流分别减小或增大时，则发动机的冲程增大或减小。

因此，通过控制***可获得的所有传感器信息，能使用温度反馈和其它类的传感器数据来调节发动机冲程并优化总效率。相对于传感器布置，如果温度传感器放置在加热头处，则这些温度传感器将由于过多的热而损坏。将这种传感器或检测器放置在离加热头更远的地方可减小其温度暴露，但是会在加热头处的温度上升与在传感器位置处检测到的温度上升之间引入时间延迟、或滞后。由于加热器温度是一个用于调节发动机冲程的输入，所以任何与温度检测相关的滞后都能转变成冲程调节的延迟。因此，希望减小滞后，因为这导致传感器更精确地反映真实的加热头温度。在一个实施方式中，在相对于加热头的安全区域处测得的温度能在约400摄氏度到约600摄氏度的范围内。

如以上提到的，由于传感器处于远离加热头的位置，所以具有感测滞后。能快速地改变加热头温度，并且传感器不会没有时间延迟地检测有意义的变化。在一个实施方式中，通过使用设定点以及补偿滞后的***中的延迟来管理热延迟。另外，如以上讨论的，最佳效率可能未出现在最大加热头温度处；其可能处于较低的温度或范围。温度传感器反馈环路能随着时间识别此操作点(或范围)，并有助于发动机停留在最佳状态中。

在一个实施方式中，为了减轻滞后作用，测量温度随着时间的变化(dT/dt)，而非直接测量温度。由于可通过测量温度相对于时间的变化或第一导数而比绝对温度更敏感地检测温度的变化，因此减小了与感测滞后相关的问题。这改进了整个***工作和使用寿命。

因此，根据以上提供的描述，本发明部分地涉及控制基于斯特林发动机的能量转换设备的方法，该能量转换设备具有发动机、相关的发动机温度传感器、以及冲程控制器。如图14A所示，方法600可包括以下步骤：感测发动机或接合至发动机604的加热头的温度；将感测到的温度与温度设定点或阈值608进行比较；检测感测到的温度与设定点何时相差预定的量612；以及当设定点与感测到的温度相差预定的量时，使用冲程控制器来调节发动机冲程，从而使得发动机温度(或加热头温度)返回到设定点或其代表616。

如图14B所示，绘制了能量转换设备上的一个位置(诸如加热头)的温度随着时间的变化。控制***使用此特定温度作为反馈，以对碟位置进行调节，并通过控制交流发电机电压来调节发动机的冲程。相反，在图14C中，示出了图14B所示的曲线的时间导数。

在一个实施方式中，使用温度的第一导数而非绝对温度作为反馈是有利的，因为导数会更敏感地起作用。这些图表示出了在温度上升开始之后的大约12秒导数几乎达到其全刻度值的一半、或1摄氏度/秒。同时，绝对温度已上升12度，其代表小于其全刻度值的1％。比例差允许电子器件更敏感地检测导数，并允许更精确地控制。因此，当进行直接的温度测量时，温度的大约10度的变化可处于噪音范围内。然而，当周期性地或实时地跟踪或监测温度的第一导数时，控制***能响应于温度变化事件(例如，过热或无法跟踪太阳)的早期指示对加速基础起作用。

如以上讨论的，当在现场配置有一个或多个能量转换设备时，装置通过适当对准的光束自动地跟踪太阳是有利的。典型地，将光束引导至所关注的目标区域，诸如孔。在图15A至图15C中描绘了各种自动试运转实施方式。

当***试运转时(首先由于太阳而工作)，必须首先执行校准每个***步骤，以解决每个***的独特安装和机械差异。虽然每个***的工作***包括用于相对于***的纬度、经度、仰角以及时间定位太阳的位置的算法，但是必须校正太阳位置的额外误差和缺陷，诸如不完全竖直的反射镜支柱、反射镜指向误差、或***中累加的公差。一旦量化校正，***便能精确地移动碟，以将一束集中的光定位在孔中(开环(没有来自传感器的反馈))。

典型地，校准包括人手动地操纵太阳光反射器，以使太阳光束在孔60中居中。一旦光束居中，软件便能计算出***特有的误差，并将这些误差存储在存储器中。如果误差不随着时间而改变，则绝不需要再次校准。自动试运转是指***具有确定***特有的误差而不需要手动辅助地校准其本身的能力。对于***的较大范围，自动试运转缩短了在安装之后可工作的时间，并减小了由手动操纵引入误差(以及设备损坏)的可能性。

自动试运转算法确定***特有的误差，当添加有一般太阳位置坐标时，上述误差允许每个***将集中的光束精确地定位在接收器孔60中(开环)。由于孔中心相对于传感器位置的物理位置是已知的并是恒定的，所以使用来自传感器的太阳(光和/或热)反馈来量化***特有的误差并完成校准。因为如果一束集中的太阳光在传感器和***表面上移动地过慢则可能损坏传感器和***表面，所以可能需要观察最小回转速度，以避免这种损坏。在此情况中，从光束通过传感器的时间和传感器记录最大温度的时间开始可能有时间延迟。在此情况中，当相对于传感器读数推导光束位置时，算法还必须解决传感器和材料的热时间常数。传感器能位于孔附近或离孔更大距离的地方。传感器相对于孔的位置的位置是设计的物理常数。

一种用于自动试运转的方法具有位于孔周围的传感器，如图15A所示。光束能在传感器114上移动或停止在传感器上或其附近，从而使得能使用传感器反馈来凭直觉知道光束的位置。例如，如果传感器是热电偶，则光束能竖直地上下移动，直到左侧上的传感器的温度接近回转锥体的右侧上的传感器。这将确定孔在水平位置中的位置。通过使光束水平地通过传感器可使用此相同的方法来确定孔在竖直方向上的位置。

另一种用于自动试运转的方法具有位于远离孔60的地方的传感器，如图15B所示。可使用如上所述的相似方法，或者当热电偶接近相同温度时可挡住光束。从传感器114’到孔60的距离将是设计的已知物理常数，因此一旦通过传感器反馈来确定光束相对于传感器的位置，则软件将能够将光束移动至孔的中心。此方法将可能是优选的，因为离孔更远的太阳通量集中会更少，并可减小熔化部件的可能性。

另一种用于自动试运转的方法使用光电二极管来感测直接的太阳光12的存在与否，如图15C所示。一种这样做的方法将是定位物体118(例如，支柱)，以当碟在方位角(水平)方向上居中时，将阴影投射到光电二极管116上。一旦在水平方向上居中，则可使光束12降低到孔60中。支柱和光电二极管116的高度定位成使得光电二极管116在光束将在孔中居中时从阴影120到达直接的太阳光122中。因此，光束将竖直地居中，并将完成自动试运转。

由于额外因素(诸如碟仰角或风速)，仅试图平衡来自分布在接收器的孔周围的传感器的温度的算法可能无法得到希望的结果(其使进入接收器中的能量增至最大)。例如，存在对流作用，由此热能离开腔体接收器。由于热上升，所以此离开的能量对最上面的传感器加热得比底部传感器多。不平衡加热的程度取决于腔体接收器仰角(其与碟仰角直接相关)，因为仰角越大对流作用越低。其它因素影响对流作用，诸如太阳能DNI和风速。此作用的结果是试图平衡传感器反馈的算法将通过将光束略微定位在孔中心的下方(导致小于进入接收器中的最大能量)而响应于最上面的传感器的加热。

一种解决这些作用(诸如对流作用，其仅影响仰角)的方法是，定位碟，直到平衡通量传感器反馈为止，且然后使仰角调节(向上的净调节)远离平衡反馈，直到所有传感器的平均温度(或总温度)减到最小为止。通过使平均值减到最小，不管对流作用如何，都确保了光束在孔中居中。

替代使用通量传感器来进行传感器反馈，一种算法可使用发动机功率或头温度(和/或其第一导数)来进行反馈；进行碟位置调节，以使那些反馈参数中的任一个最大化。在太阳应用(其中，进入发动机的接收器中的能量能随着诸如太阳辐射(曝晒)、风速、以及腔体接收器的仰角的因素而变化)中，诸如来自DNI(直接正常曝晒)传感器的外部基准、风速风速计等可与来自发动机功率或头温度的反馈一起使用。以这种方式，当算法进行碟位置调节以使这些反馈参数中的一个最大化时，***能够区分出由碟的移动产生的反馈的变化与由DNI、腔体接收器仰角、或其它天气条件(例如，风速)的变化产生的变化。

可以许多不同的方式来实现各种实施方式，包括但决不限于，与处理器(例如，微处理器、微控制器、数字信号处理器、或通用计算机)一起使用的计算机程序逻辑、与可编程逻辑装置(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或其它PLD)一起使用的可编程逻辑、离散部件、集成电路(例如，特定用途集成电路(ASIC))、或任何其它包含其任何组合的装置。在本发明的一个典型实施方式中，对收集的传感器数据的部分或所有处理实现为一组通过计算机、电路、处理器、电路板或其它电子器件处理的指令或信号。

适当的可编程逻辑可永久性地或暂时性地固定在实际的存储介质中，诸如半导体存储装置(例如，RAM、ROM、PROM、EEPROM、或闪存可编程RAM)、磁存储装置(例如，磁碟或固定磁碟)、光存储装置(例如，CD-ROM)、或其它存储装置。可编程逻辑可固定在可使用任何各种通信技术(包括但绝不限于，模拟技术、数字技术、光技术、无线技术(例如，蓝牙)、网络技术、以及互联网技术)传送至计算机的信号中。在此描述的计算机和计算机***可包括在操作上相关的计算机可读介质，诸如用于存储在获得、处理、存储和/或通信数据中所使用的软件应用的存储器。能理解的是，这种存储器相对于其在操作上相关的计算机或计算机***能在其内部、在其外部、远离其、或在其本地。

存储器还可包括任何用于存储软件或其它指令的装置，包括，例如但并非限制，硬碟、光碟、软碟、DVD(数字化视频光碟)、CD(光碟)、存储棒、闪存、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、DRAM(动态随机存取存储器)、PROM(可编程ROM)、EEPROM(扩展可擦除PROM)、和/或其它类似的计算机可读介质。

通常，与在此描述的本发明的实施方式相结合地应用的计算机可读存储介质可包括任何能够存储由可编程设备执行的指令的存储介质。如果适当，在此描述的方法步骤可体现或执行为存储在计算机可读存储介质或存储媒体上的指令。这些指令可以是以各种编程语言体现的软件，例如C++，C，Java、和/或各种其它类型的可用于产生根据本发明的实施方式的指令的软件编程语言。

应理解的是，要求保护的发明的各个方面均针对在此公开的技术的子集和子步骤。此外，在此使用的术语和表达用作对术语的描述，而非限制性的，在使用这种术语和表达时，并非意在排除所示和所描述的特征或其部分的任何等价物，但是应认识到，在要求保护的发明的范围内，各种修改是可能的。因此，希望保护的是，如于在此叙述的实施方式中定义并区分的发明，包括所有等价物。

Claims (22)

1.一种与具有输出端的发电机一起使用的电路，所述电路改变来自所述发电机的电流或电压中的一者，所述电路包括：

整流器，将来自所述发电机的交流电转换成直流电，所述整流器具有第一端和第二端，所述整流器的第一端与所述发电机的输出端连通；以及

直流电到交流电的换流器，用于将来自所述整流器的直流电转换成交流电，所述换流器具有第一端和第二端，所述换流器的第一端与所述整流器的第二端连通，其中，所述发电机是定位在能量转换设备内的线***流发电机，所述能量转换设备包括具有活塞的斯特林发动机，从而使所述活塞的运动驱动所述线***流发电机。

2.根据权利要求1所述的电路，进一步包括定位在所述整流器与所述发电机之间的调谐电容器，所述调谐电容器具有第一端和第二端，所述调谐电容器的第一端与所述发电机的输出端连通，所述调谐电容器的第二端与所述整流器的第一端连通。

3.根据权利要求2所述的电路，进一步包括停转电路，所述停转电路具有与所述调谐电容器的第一端和第二端中的一者连通的第一端。

4.根据权利要求3所述的电路，其中，所述整流器和所述换流器布置成使得电流能在其间双向地流动。

5.根据权利要求4所述的电路，进一步包括辅助电源，所述辅助电源具有与所述整流器的第二端连接的第一端，其中，所述辅助电源从所述整流器的输出取得能量。

6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述换流器的第二端与电栅极连通，并且其中，如果所述整流器没有正在向所述整流器的输出供给能量，则所述辅助电源利用所述换流器的第一端和第二端中的一者从所述栅极取得能量。

7.根据权利要求5所述的电路，其中，所述辅助电源与电能存储装置电连通。

8.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电路进一步包括具有第一端和控制端的开关，所述开关的第一端与所述换流器的第二端连通，并且其中，***控制器进一步包括与所述开关的控制端连通的输出端。

9.根据权利要求1所述的电路，进一步包括具有第一端、第二端、第三端以及第四端的***控制器，所述***控制器的第一端和第二端与所述整流器的第一端连通，所述***控制器的第三端和第四端与所述换流器的第二端连通，

其中，所述***控制器的第一端是单相电压感测端，

其中，所述***控制器的第二端是单相电流感测端，

其中，所述***控制器的第三端是三相电压感测端并与所述开关的至少一个端电连通，并且

其中，所述***控制器的第四端是三相电流感测端。

10.根据权利要求8所述的电路，进一步包括具有第一端、第二端、第三端以及第四端的***控制器，所述***控制器的第一端和第二端与所述整流器的第一端连通，所述***控制器的第三端和第四端与所述换流器的第二端连通，

其中，所述开关包括与功率栅极电连通的第三端，

其中，所述***控制器的第一端是单相电压感测端，

其中，所述***控制器的第二端是单相电流感测端，

其中，所述***控制器的第三端是三相电压感测端并与所述开关的第三端电连通，并且

其中，所述***控制器的第四端是三相电流感测端并与所述开关的第三端电连通。

11.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电路包括：

调谐电容器，与所述线***流发电机电连通；以及

停转电路，包括与所述调谐电容器电连通的电力负载，从而使与所述调谐电容器相结合的所述停转电路具有预定的共振频率和带宽，从而当将所述停转电路连接至所述线***流发电机时，所述斯特林发动机进入停转状态，

其中，所述线***流发电机具有至少一个工作频率，所述斯特林发动机通过入射的太阳能供以动力。

12.根据权利要求11所述的电路，其中，所述停转电路选自以下的组：电阻器、电阻器和电容器、一对电容器、以及制动器。

13.根据权利要求11所述的电路，其中，所述带宽在约58Hz到约72Hz的范围内，预定的共振频率大约是62Hz。

14.根据权利要求11所述的电路，其中，所述停转电路包括电阻器电容器对，所述电阻器电容器对在与所述调谐电容器连通时产生一阻抗，所述阻抗在连接至所述线***流发电机使所述线***流发电机停转。

15.根据权利要求11所述的电路，其中，所述停转电路具有大小形成为使选自以下各项构成的组的能量转换设备部件停转的相关的带宽：具有至少一个活塞的发动机、无源平衡器、以及线***流发电机。

16.根据权利要求11所述的电路，其中，所述停转电路与连接至一箱子的无源平衡器一起使用，所述箱子容纳有所述斯特林发动机，并且其中，所述停转电路中的至少一个电路部件的电路部件值响应于与所述能量转换设备的移动重块部件相关的至少一个共振频率来选择。

17.根据权利要求1所述的电路，其中，所述能量转换设备包括用于定位物体的电机控制器，所述电机控制器包括：

直流电无刷电机，具有霍尔传感器、霍尔传感器端、以及具有电机驱动器端的电机驱动器；

齿轮箱，与所述直流电无刷电机连通并具有大于200∶1的齿轮比，以及

位置控制器，具有与所述霍尔传感器连通的输入端和与所述电机驱动器端连通的输出端，

其中，所述霍尔传感器为所述电机驱动器提供用于整流控制的信息，并为所述位置控制器提供用于所述物体的位置确定的运动信息。

18.根据权利要求1所述的电路，包括用于控制能量转换设备的基于处理器的***，所述***包括：

电子存储装置；以及

电子处理器，与所述电子存储装置和所述能量转换设备连通，其中，所述电子存储装置包含多条指令，当所述处理器执行所述多条指令时，导致所述处理器：

监测所述能量转换设备的一区域处的温度相对于时间的第一导数的变化；并且

响应于所述温度相对于时间的第一导数的变化来改变控制***的工作状态。

19.根据权利要求1所述的电路，包括用于控制能量转换设备的基于处理器的***，所述能量转换设备具有：具有冷侧温度的第一子***和具有热侧温度的第二子***；设置在腔室内的发动机工作流体；以及相对于所述工作流体移动的活塞，所述基于处理器的***包括：

电子存储装置；以及

电子处理器，与所述电子存储装置和所述能量转换设备连通，其中，所述电子存储装置包含多条指令，当所述处理器执行所述多条指令时，导致所述处理器：

存储根据经验获得的能量转换设备工作参数的数据集；并且

确定工作温度比，其中，所述工作温度比是冷侧温度与热侧温度之比。

20.根据权利要求19所述的电路，其中，所述工作温度比通过利用所述能量转换设备工作参数的数据集使电功率、发动机工作流体的充装压力、以及活塞振幅相互关联而确定。

21.根据权利要求20所述的电路，其中，所述能量转换设备包括线***流发电机，并且所述活塞振幅通过与所述线***流发电机相关的控制电压来估计。

22.根据权利要求21所述的电路，其中，所述工作温度比根据推理来确定，从而不使用直接的温度测量结果。

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