(57)【要約】【課題】  交流発電機またはＩＳＧに適用される３相（または３相以上）整流器の短絡検知方法及び短絡検知回路を提供する。【解決手段】  多相整流器に適用される短絡検知方法及び短絡検知回路は、スペクトルにおいて多相整流器からの全波整流信号のスペクトルの状況を検知する。次に、交流信号の周波数の振幅を示す検知信号が参考信号以上であるか否かを判定することによって、多相整流器に短絡状態が存在するか否かを判定する。従って、本発明に係る短絡検知回路及び短絡検知方法では、多相整流器の電流経路毎に短絡検知素子を設ける必要がないため、エネルギーの損失やコストが効果的に低減される。【選択図】  図２Ｃ
2015230304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列接続された２つの整流素子を有すると共に前記２つの整流素子の間に同一周波数を有する交流信号を受信する位相信号点が設けられる複数のブリッジアームが互いに並列接続されており前記交流信号を整流して全波整流信号を出力するための多相整流器に用いられる、短絡検知回路において、
前記全波整流信号を受信し、周波数領域においてそれらの交流信号の前記同一周波数に基づいて前記全波整流信号のスペクトルを分析し、それらの交流信号の前記同一周波数の振幅を示す検知信号を生成するためのスペクトル分析ユニットと、
前記スペクトル分析ユニットに電気的に接続され、前記検知信号及び参考信号を受信し、前記検知信号が前記参考信号以上であることを判定するための判定ユニットと、
を含み、
前記判定ユニットは、前記検知信号が前記参考信号以上であると判定した場合に、それらのブリッジアームにおけるそれらの整流素子のいずれか一つに短絡状態が存在することを示す結果信号を出力することを特徴とする短絡検知回路。
【請求項２】
前記判定ユニットは、前記検知信号が前記参考信号よりも小さいと判定した場合に、いずれの信号も出力しないことを特徴とする請求項１に記載の短絡検知回路。
【請求項３】
前記スペクトル分析ユニットは、
前記全波整流信号を受信してデジタル化することで、デジタル全波整流信号を生成するためのアナログデジタル変換器と、
前記アナログデジタル変換器に電気的に接続され、周波数領域において前記デジタル全波整流信号のスペクトルを計算するためのスペクトル計算器と、
前記スペクトル計算器に電気的に接続され、前記全波整流信号のスペクトルにおいてそれらの交流信号の前記同一周波数を選択することで、前記検知信号を出力するための周波数選択器と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の短絡検知回路。
【請求項４】
前記周波数選択器は、それらの交流信号のいずれか一つに基づいて、前記全波整流信号のスペクトルにおいてそれらの交流信号の前記同一周波数を選択することを特徴とする請求項３に記載の短絡検知回路。
【請求項５】
前記スペクトル分析ユニットは、
それらの交流信号のいずれか一つに基づいて、それらの交流信号の前記同一周波数を示す選択信号を生成するための周波数選択器と、
前記全波整流信号を受信してデジタル化することで、デジタル全波整流信号を生成するためのアナログデジタル変換器と、
前記周波数選択器及び前記アナログデジタル変換器に電気的に接続され、前記選択信号に基づいて前記デジタル全波整流信号をフィルタすることで、前記検知信号を出力するためのデジタルフィルタと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の短絡検知回路。
【請求項６】
前記スペクトル分析ユニットは、
それらの交流信号のいずれか一つに基づいて、それらの交流信号の前記同一周波数を示す選択信号を生成するための周波数選択器と、
前記周波数選択器に電気的に接続され、前記全波整流信号及び前記選択信号を受信し、前記選択信号に基づいて前記全波整流信号をフィルタすることで、前記検知信号を出力するためのアナログフィルタと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の短絡検知回路。
【請求項７】
前記判定ユニットは、前記検知信号を受信するための非反転入力端子と、前記参考信号を受信するための反転入力端子と、前記検知信号及び前記参考信号に基づいて前記結果信号を出力するための出力端とを有する演算増幅器であることを特徴とする請求項６に記載の短絡検知回路。
【請求項８】
前記多相整流器は、互いに直列接続された２つの整流素子を有すると共に前記２つの整流素子の間に前記同一周波数を有する前記交流信号を受信する前記位相信号点が設けられる３つのブリッジアームが互いに並列接続されており前記交流信号を整流することで前記全波整流信号を出力する、３相整流器を含み、
それらの交流信号は、それぞれ、第１のステータ巻線、第２のステータ巻線、第３のステータ巻線により生成され、
前記第１のステータ巻線の一端と、前記第２のステータ巻線の一端と、前記第３のステータ巻線の一端とは互いに電気的に接続され、前記第１のステータ巻線の他端、前記第２のステータ巻線の他端、及び前記第３のステータ巻線の他端は、対応する前記ブリッジアームの前記位相信号点にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項１に記載の短絡検知回路。
【請求項９】
前記短絡検知回路は、交流発電機または統合型起動発電機のいずれか一つに設けられ、
それらの交流信号の前記同一周波数は、以下の方程式により求められるものであり、
ω＝  ＲＰＭａｌｔ＊＃ｐｏｌｅ  ｐａｉｒｓ／６０
ここで、ωは、それらの交流信号の前記同一周波数であり、ＲＰＭａｌｔは前記交流発電機または前記統合型起動発電機の運転率であり、＃ｐｏｌｅ  ｐａｉｒｓは、前記交流発電機または前記統合型起動発電機の極対の数であることを特徴とする請求項１に記載の短絡検知回路。
【請求項１０】
複数の交流信号を整流することで全波整流信号を出力するための多相整流器に用いられる短絡検知方法であって、
前記全波整流信号を受信し、周波数領域においてそれらの交流信号の同一周波数に基づいて前記全波整流信号のスペクトルを分析し、それらの交流信号の前記同一周波数の振幅を示す検知信号を生成する工程と、
前記検知信号及び参考信号を受信し、前記検知信号が前記参考信号以上であることを判定し、前記検知信号が前記参考信号以上である場合に、短絡状態が前記多相整流器に存在することを示す結果信号を出力する工程と、
を含むことを特徴とする短絡検知方法。
【請求項１１】
前記全波整流信号が受信された後、さらに、
前記全波整流信号をデジタル化することで、デジタル全波整流信号を生成する工程と、
周波数領域において前記デジタル全波整流信号のスペクトルを計算する工程と、
前記全波整流信号のスペクトルにおいてそれらの交流信号の前記同一周波数を選択することで、前記検知信号を出力する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１０に記載の短絡検知方法。
【請求項１２】
前記全波整流信号が受信された後、さらに、
それらの交流信号のいずれか一つに基づいて選択信号を生成する工程と、
前記全波整流信号をデジタル化することで、デジタル全波整流信号を生成する工程と、
前記選択信号に基づいて前記デジタル全波整流信号をフィルタすることで、前記検知信号を出力する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１０に記載の短絡検知方法。
【請求項１３】
前記全波整流信号が受信された後、さらに、
それらの交流信号のいずれか一つに基づいて選択信号を生成する工程と、
前記選択信号に基づいて前記全波整流信号をフィルタすることで、前記検知信号を出力する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１０に記載の短絡検知方法。
【請求項１４】
複数の交流信号を整流することで全波整流信号を出力するための多相整流器に用いられる短絡検知回路であって、
前記全波整流信号を受信し、周波数領域においてそれらの交流信号の同一周波数に基づいて前記全波整流信号のスペクトルを分析し、それらの交流信号の前記同一周波数の振幅を示す検知信号を生成するためのスペクトル分析ユニットと、
前記分析ユニットに電気的に接続され、前記検知信号及び参考信号を比較することで、前記多相整流器に短絡状態が存在するか否かを判定するための判定ユニットと、を備えることを特徴とする短絡検知回路。
【請求項１５】
前記判定ユニットは、前記検知信号が前記参考信号以上であると判定した場合に、前記多相整流器に前記短絡状態が存在することを示す結果信号を出力し、前記検知信号が前記参考信号よりも小さいと判定した場合に、いずれの信号も出力しないことを特徴とする請求項１４に記載の短絡検知回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短絡検知回路及び短絡検知方法に関し、特に交流発電機（ａｌｔｅｒｎａｔｏｒ）または統合型起動発電機（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｓｔａｒｔｅｒ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、ＩＳＧ）における多相整流器に適用される短絡検知回路及び短絡検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流発電機またはＩＳＧの多相整流器は、対をなす複数の整流素子（例えばダイオード（ｄｉｏｄｅｓ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴｓ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴｓ）等）からなり、交流電力（ＡＣ）を直流電力（ＤＣ）に変換し、次に直流電力が多相整流器に接続された電池に対して充電を行うものである。多相整流器が短絡した場合には、大量の熱エネルギーが逸散し、安全上の問題（例えば発電機全体の損害）が発生する可能性がある。このような普通ではない状況を警告するためには、多相整流器の短絡検知の存在が必要となる。多相整流器の短絡具合を検知するために、多相整流器の各電流経路には、多相整流器が短絡であるか否かを検知するための短絡検知素子が配置されている。
【０００３】
一般に、多相整流器が短絡であるか否かを検知するための短絡検知方法には、検知抵抗やホール効果センサ（ｈａｌｌ−ｅｆｆｅｃｔ  ｓｅｎｓｏｒ）が使用されている。説明の簡単化のために、以下、整流素子をダイオードとする。一つのダイオードが電流経路に設けられたダイオードとしては、図１Ａに示すように、ダイオードＤ１と検知抵抗Ｒ１とが直列接続されることで、電流Ｉ１はダイオードＤ１及び検知抵抗Ｒ１を流れることになる。次に、演算増幅器（ｏｐ−ａｍｐ）ＯＰ１は、検知抵抗Ｒ１のクロス電圧を増幅し、検知信号Ｓｄ１を生成する。さらに、比較器ＣＰ１は、ダイオードＤ１が短絡であるか否かを判定するために、検知信号Ｓｄ１を受信し、検知信号Ｓｄ１と参考信号Ｖｒｅｆ１（即ち短絡閾値電圧）とを比較し、結果信号ＯＵＴ１を出力する。しかしながら、こうした短絡検知方法では、電流経路に検知抵抗Ｒ１を別途配置する必要があるため、電流経路において（Ｉ１２＊Ｒ１）のエネルギー損失が発生してしまう。さらに、検知抵抗Ｒ１が低抵抗かつ一般に高電流において作動しなければならず、一般的には高価であるため、短絡検知を実現するには、各多相整流器には上述した構造配置がそれぞれ必要となり、エネルギー損失やコストがさらに増加してしまう。
【０００４】
別の方法では、図１Ｂに示すように、ダイオードＤ２の電流経路近傍にホール効果センサＨＦを付設し、電流経路における電流Ｉ２を磁場の測定により検知し、そして検知信号Ｓｄ２を生成する。さらに、比較器ＣＰ２は、検知信号Ｓｄ２を受信し、検知信号Ｓｄ２と参考信号Ｖｒｅｆ２（即ち短絡閾値電圧）とを比較し、結果信号ＯＵＴ２を出力することで、ダイオードＤ２が短絡であるか否かを示す。ホール効果センサによる短絡検知方法と検知抵抗による短絡検知方法とを比較すると、ホール効果センサによる短絡検知方法では、エネルギーの損失が少なくて済んだが、ホール効果センサＨＦも高価である。
【０００５】
従って、短絡検知方法が実施された場合に、エネルギーの損失やコストが効果的に低減され、多相整流器の効能が大幅に向上することが期待されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、交流発電機またはＩＳＧに適用される３相（または３相以上）整流器の短絡検知方法及び短絡検知回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、交流発電機またはＩＳＧに適用される３相整流器（または３相以上）の短絡検知方法及び短絡検知回路を提供する。交流発電機の３相整流器として、３相整流器は、互いに並列接続された３つのブリッジアームを有する。各ブリッジアームは、直列接続された２つの整流素子を有する。各ブリッジアームにおける２つの整流素子の間に対応する接点は、いわゆる位相信号点（Ｐｈａｓｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｏｉｎｔ、以下、ＰＳＰという）である。各ＰＳＰは、ブリッジアームに対応する２つの整流素子の間に設けられる。いずれか一方の整流素子は、ＰＳＰと接地との間に接続され、他方の整流素子は、ＰＳＰと交流発電機の出力端との間に接続される。上記出力端は、交流発電機の全波整流出力端でもある。
【０００８】
交流発電機は、３つのステータ巻線（ｓｔａｔｏｒ  ｗｉｎｄｉｎｇ）を有し、作動期間において３つの交流（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ、ＡＣ）信号を対応するＰＳＰに生成する。各ステータ巻線の一端は、互いに接続し、各ステータ巻線の他端（即ち交流発電機ステータコイルの出力端）は、対応するＰＳＰに接続される。各ＡＣ信号の周波数が同一の方程式により求まるものであるため、各ＡＣ信号の周波数は、同一の特定回転周期に保持される。その方程式は、以下のように示す。
ω＝  ＲＰＭａｌｔ＊＃ｐｏｌｅ  ｐａｉｒｓ／６０
ここで、ωは、各ＡＣ信号の周波数であり、ＲＰＭａｌｔは交流発電機の運転率であり、＃ｐｏｌｅ  ｐａｉｒｓは、交流発電機の極対（ｐｏｌｅ  ｐａｉｒｓ）の数である。従って、各ＡＣ信号の周波数は、同一となる。
【０００９】
３相整流器は、３つのＡＣ信号を受信し整流することで、全波整流（ｆｕｌｌ−ｗａｖｅ  ｒｅｃｔｉｆｉｅｄ、ＦＷＲ）信号を出力する。上記ＦＷＲ信号には、交流直流（ＡＣ−ｔｏ−ＤＣ）変換結果となるリップル周波数（ｒｉｐｐｌｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が含まれている。本発明に係る短絡検知方法及び短絡検知回路は、ＦＷＲ信号のスペクトルにおいて、ＡＣ信号（即ち上記３つのＡＣ信号のうちのいずれか一つ）の周波数の振幅を検知する。この検知方法は、ＦＷＲ信号を時間領域（ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ）から周波数領域（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｄｏｍａｉｎ）に変換することで、ＦＷＲ信号のスペクトルを生成し、さらに上記ＡＣ信号の周波数の現在の振幅を観察する。
【００１０】
ノーマル作動の場合、ＡＣ信号の周波数の振幅は、ＦＷＲ信号のスペクトルの測定点において無視することができる。しかしながら、いずれかの整流素子に短絡が発生した場合（即ちアンノーマル作動の場合）、ＡＣ信号の周波数の振幅は大幅に増加する。この振幅が所定の基準値（例えば異なる交流発電機に基づいた実験データ）よりも高くなった場合には、これに基づいてブリッジアームセット全体のうちのいずれか一つに短絡状態が存在すると判定することができる。
【００１１】
また、本発明は、多相整流器に用いられる短絡検知回路を提供する。上記のように、多相整流器は、複数のＡＣ信号を整流することでＦＷＲ信号を出力し、各ＡＣ信号は、同一周波数を有する。短絡検知回路は、スペクトル分析ユニットと、判定ユニットとを含む。分析ユニットは、ＦＷＲ信号を受信し、周波数領域において上記ＡＣ信号の同一周波数に基づいてＦＷＲ信号のスペクトルを分析し、ＡＣ信号の同一周波数の振幅を示す検知信号を生成する。判定ユニットは、分析ユニットに電気的に接続され、検知信号と参考信号とを比較し、多相整流器に短絡状態が存在するか否かを判定する。
【００１２】
さらに詳しくは、判定ユニットは、検知信号と参考信号とを受信し、検知信号が参考信号以上であるか否かを判定する。判定ユニットは、検知信号が参考信号以上であると判定した場合に、結果信号を出力する。結果信号は、多相整流器におけるブリッジアームのうちのいずれかの整流素子に短絡状態が存在することを示している。
【００１３】
さらに、本発明は、多相整流器に用いられる短絡検知方法を提供する。上記のように、多相整流器は、受信した同一周波数を有する複数のＡＣ信号を整流してＦＷＲ信号を出力する。短絡検知方法は、ＦＷＲ信号を受信し、周波数領域において上記ＡＣ信号の同一周波数に基づいてＦＷＲ信号のスペクトルを分析し、ＡＣ信号の同一周波数の振幅を示す検知信号を生成する工程と、検知信号及び参考信号を受信し、検知信号が参考信号以上であることを判定する工程と、を含む。検知信号が参考信号以上である場合に、多相整流器における複数のブリッジアームのうちのいずれかの整流素子に短絡状態が存在することを示す結果信号を出力する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る多相整流器に適用される短絡検知回路及び短絡検知方法は、多相整流器における複数のブリッジアームのうちのいずれかの整流素子に短絡状態が存在するか否かを検知するために、スペクトルにおいて多相整流器からのＦＷＲ信号のスペクトル状況を検知し、ＡＣ信号の周波数の振幅を示す検知信号が参考信号以上であるか否かを判定するものである。従って、本発明の実施例に係る多相整流器に適用される短絡検知回路及び短絡検知方法では、電流経路毎に短絡検知素子（例えば検知抵抗またはホール効果センサ）を設ける必要がないため、エネルギーの損失やコストが効果的に低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】従来の整流素子の電流経路における短絡検知回路の模式図を示す。
【図１Ｂ】従来の他の整流素子の電流経路における短絡検知回路の模式図を示す。
【図２Ａ】本発明の実施例に係る３相交流発電機の模式図を示す。
【図２Ｂ】本発明の実施例に係る３相交流発電機の波形図を示す。
【図２Ｃ】本発明の実施例に係る短絡検知回路の模式図を示す。
【図２Ｄ】本発明の実施例に係る短絡検知方法の模式図を示す。
【図３】本発明の他の実施例に係る多相交流発電機の模式図を示す。
【図４】本発明の他の実施例に係る短絡検知回路の模式図を示す。
【図５】本発明の他の実施例に係る短絡検知回路の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の各種の例示性実施例について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。ここで説明しておきたいのは、本発明の概念は、異なる形式で表現されるため、明細書に述べた例示性実施例に限定されるものではない。また、図面における同一素子には、同一符号を付す。
【００１７】
図２Ａは、本発明の実施例に係る３相交流発電機の模式図である。図２Ａに示すように、３相交流発電機１は、３相整流器１０と、誘導コイル２０と、エネルギー貯蔵装置３０（または負荷）と、短絡検知回路１００とを有する。３相整流器１０は、互いに並列接続された、第１のブリッジアーム１１ａ、第２のブリッジアーム１１ｂおよび第３のブリッジアーム１１ｃの３つのブリッジアームを有する。第１のブリッジアーム１１ａの一端、第２のブリッジアーム１１ｂの一端、第３のブリッジアーム１１ｃの一端は接地であり、第１のブリッジアーム１１ａの他端、第２のブリッジアーム１１ｂの他端、第３のブリッジアーム１１ｃの他端は全波整流出力端Ｆ０に接続される。全波整流出力端Ｆ０は、エネルギー貯蔵装置３０に接続される。
【００１８】
さらに詳しくは、ブリッジアーム１１ａ、１１ｂ、１１ｃのそれぞれは、互いに直列接続された２つのダイオードＤｄ１、Ｄｄ２を有する。ブリッジアーム１１ａ、１１ｂ、１１ｃの場合、ダイオードＤｄ１の陽極は接地であり、ダイオードＤｄ１の陰極はダイオードＤｄ２の陽極に接続され、ダイオードＤｄ２の陰極は全波整流出力端Ｆ０に接続される。ＰＳＰＴｂ１は、ブリッジアーム１１ａにおける２つのダイオードＤｄ１とダイオードＤｄ２との間に位置する。ＰＳＰＴｂ２は、ブリッジアーム１１ｂにおける２つのダイオードＤｄ１とダイオードＤｄ２との間に位置する。ＰＳＰＴｂ３は、ブリッジアーム１１ｃにおける２つのダイオードＤｄ１とダイオードＤｄ２との間に位置する。ここで説明しておきたいのは、２つのダイオードＤｄ１及びダイオードＤｄ２は、あくまでも整流素子の構造及び実施方法を説明するためのものであり、整流素子は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタまたは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等、他の整流素子であってもよいが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００１９】
ＰＳＰＴｂ１、Ｔｂ２、Ｔｂ３のそれぞれは、同一周波数を有するＡＣ信号を受信し、３相整流器１０は、ＡＣ信号を整流することで、ＦＷＲ信号Ｓｒ１をエネルギー貯蔵装置３０に生成する。より詳しくは、図２Ｂに示すように、ＡＣ信号は、正弦波（ｓｉｎｅ  ｗａｖｅ）信号ＳＩ１、ＳＩ２、ＳＩ３である。正弦波信号ＳＩ１、ＳＩ２、ＳＩ３は、同一周波数を有し、その間の位相差が１２０度である。３相整流器１０は、ＦＷＲ信号Ｓｒ１がエネルギー貯蔵装置３０に対して充電するように、正弦波信号ＳＩ１、ＳＩ２、ＳＩ３を整流することで、一つの周期内に６つの半波リップル、即ちＦＷＲ信号Ｓｒ１を生成する。３相整流器１０がＦＷＲ信号Ｓｒ１を生成する実施方法について、当業者が理解できるものであるため、ここでは詳しい説明を省略する。
【００２０】
正弦波信号ＳＩ１、ＳＩ２、ＳＩ３の周波数は、周波数検知器またはその他の方法により求まるものである。一つの例として、交流発電機の運転率及び交流発電機の極対（ｐｏｌｅ  ｐａｉｒｓ）の数が既知である（例えば極数が１８である交流発電機は９つの極対を有する）場合、各ＡＣ信号の周波数は、以下の方程式により求めることができる。その方程式は、以下のように示す。
ω＝  ＲＰＭａｌｔ＊＃ｐｏｌｅ  ｐａｉｒｓ／６０
ここで、ωは、各ＡＣ信号の周波数であり、ＲＰＭａｌｔは交流発電機の運転率であり、＃ｐｏｌｅ  ｐａｉｒｓは、交流発電機の極対の数である。本発明は、それらに限定されるものではない。同様に、その他の応用において、ＡＣ信号の周波数及び交流発電機の極対の数が既知である（例えば、極数が１４である交流発電機は７つの極対を有する）場合、交流発電機の運転率も、上記方程式により求めることができる。
【００２１】
本実施例において、ＡＣ信号は、誘導コイル２０を介して電磁誘導により生成されたものである。誘導コイル２０は、互いに１２０度ずれるとともに、互いに組み合わせられてＹ形接線が形成される、第１の巻線２１ａ、第２の巻線２１ｂ、及び第３の巻線２１ｃの３つのステータ巻線を有する。第１の巻線２１ａの一端、第２の巻線２１ｂの一端、及び第３の巻線２１ｃの一端は、互いに接続される。第１の巻線２１ａの他端は、ブリッジアーム１１ａのＰＳＰＴｂ１に、第２の巻線２１ｂの他端は、ブリッジアーム１１ｂのＰＳＰＴｂ２に、第３の巻線２１ｃの他端は、ブリッジアーム１１ｃのＰＳＰＴｂ３に、それぞれ接続される。誘導コイル２０は、その他の接線法、例えば三角形接線、スター接線、またはその他の種類の接線法により組み合わせられてもよいが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２２】
３相整流器１０にはブリッジアームにおけるいずれかの整流素子に短絡状態が存在するか否かを確認するために、３相交流発電機１は、３相整流器１０とエネルギー貯蔵装置３０との間に電気的に接続された短絡検知回路１００を含む。本実施例に係る短絡検知回路１００は、ＦＷＲ信号Ｓｒ１及びＡＣ信号Ｓｉ１を受信し、３相整流器１０にはブリッジアームにおけるいずれかの整流素子に短絡状態が存在するか否かを判定する。
【００２３】
図２Ｃに示すように、短絡検知回路１００は、スペクトル分析ユニット１１０と、判定ユニット１２０とを含む。スペクトル分析ユニット１１０は、ＦＷＲ信号Ｓｒ１を受信し、周波数領域においてＡＣ信号Ｓｉ１の周波数に基づいてＦＷＲ信号Ｓｒ１のスペクトルを分析することにより、ＡＣ信号Ｓｉ１の周波数の振幅を示す検知信号Ｖｄ１を生成する。判定ユニット１２０は、スペクトル分析ユニット１１０に電気的に接続され、検知信号Ｖｄ１及び参考信号Ｖｆ１を受信することで、検知信号Ｖｄ１が参考信号Ｖｆ１以上であるか否かを判定する。
【００２４】
判定ユニット１２０は、検知信号Ｖｄ１が参考信号Ｖｆ１以上であると判定した場合に、ブリッジアームのいずれかの整流素子に短絡状態が存在することを示す（例えばブリッジアーム１１ｂのダイオードＤ１に短絡状態が存在することを示す）結果信号Ｓ０１を出力する。言い換えれば、３相整流器１０にはブリッジアーム１１ａ〜１１ｃにおいて少なくとも１つのダイオードが短絡である場合、短絡検知回路１００は、ＦＷＲ信号Ｓｒ１のスペクトル内に、周波数領域においてＡＣ信号Ｓｉ１の周波数の振幅が大幅に増加することを検知することになる。
【００２５】
判定ユニット１２０は、検知信号Ｖｄ１が参考信号Ｖｆ１よりも小さいと判定した場合に、現在ブリッジアームのいずれかの整流素子に短絡状態が存在しないことを示すために、いずれの信号も出力しない。即ち、３相整流器１０にはブリッジアーム１１ａ〜１１ｃのいずれにもダイオードの短絡が生じていない場合に、ＦＷＲ信号Ｓｒ１のスペクトルにおいてＡＣ信号Ｓｉ１の周波数の振幅がノイズと類似しており、短絡検知回路１００がＡＣ信号Ｓｉ１の周波数の振幅が小さすぎると検知することになるため、無視することができる。
【００２６】
図２Ｃに示すように、本実施例において、スペクトル分析ユニット１１０は、アナログデジタル（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ、ＡＤ）変換器１１２と、スペクトル計算器１１４と、周波数選択器１１６とを含む。アナログデジタル変換器１１２は、スペクトル計算器１１４に電気的に接続される。スペクトル計算器１１４は、周波数選択器１１６に電気的に接続される。アナログデジタル変換器１１２は、ＦＷＲ信号Ｓｒ１を受信してデジタル化することで、デジタルＦＷＲ信号Ｓｒ１を生成する。
【００２７】
スペクトル計算器１１４は、ＦＷＲ信号Ｓｒ１のスペクトルを計算することで、各周期のＦＷＲ信号Ｓｒ１のスペクトルを取得する。周波数選択器１１６は、ＦＷＲ信号Ｓｒ１のスペクトルにおいてＡＣ信号Ｓｉ１の周波数を選択する（即ちＦＷＲ信号Ｓｒ１のスペクトルにおいてＡＣ信号Ｓｉ１に基づいて特定の帯域（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｂａｎｄ）を選択する）ことで、ＡＣ信号Ｓｉ１の周波数の振幅を示す検知信号Ｖｄ１を出力する。
【００２８】
本実施例に係る判定ユニット１２０は、端点Ａと端点Ｂとを有するデジタル比較器である。端点Ａは、検知信号Ｖｄ１を受信し、端点Ｂは、参考信号Ｖｆ１を受信する。デジタル比較器は、検知信号Ｖｄ１及び参考信号Ｖｆ１に基づいて結果信号Ｓ０１を出力する。
【００２９】
従って、判定ユニット１２０が高レベルの結果信号Ｓ０１を出力したということは、検知信号Ｖｄ１が参考信号Ｖｆ１以上であり、例えば５Ｖであることを意味する。即ち、３相整流器１０にはブリッジアームにおけるいずれかの整流素子に短絡状態が存在する。判定ユニット１２０がいずれの信号も出力しない（例えば、低レベルの結果信号Ｓ０１を出力する。検知信号Ｖｄ１が参考信号Ｖｆ１よりも小さく、例えば０Ｖを意味する）ということは、３相整流器１０にはブリッジアームにおけるいずれの整流素子にも短絡状態が存在しないことを意味する。本実施例において、判定ユニット１２０は、デジタル比較器であることが好ましいが、結果信号Ｓ０１を生成するためのその他素子でもよく、本発明は、それらに限定されるものではない。
【００３０】
上記の実施例によれば、本発明に係る短絡検知方法は、上記の実施例に記載された短絡検知回路に適用される。図２Ｄを図２Ａ〜２Ｃとともに参照すると、図２Ｄは、本発明の実施例に係る短絡検知方法のフロー図である。まず、スペクトル分析ユニット１１０は、ＦＷＲ信号Ｓｒ１を受信し、周波数領域においてＡＣ信号Ｓｉ１の周波数に基づいてＦＷＲ信号Ｓｒ１のスペクトルを分析することにより、ＡＣ信号Ｓｉ１の周波数の振幅を示す検知信号Ｖｄ１を生成する（ステップＳ２１０）。次に、判定ユニット１２０は、検知信号Ｖｄ１及び参考信号Ｖｆ１を受信し、検知信号Ｖｄ１が参考信号Ｖｆ１以上であるか否かを判定し、さらに現在のブリッジアームにおける整流素子に短絡が生じているか否かを分析する（ステップＳ２２０及びステップＳ２３０）。
【００３１】
判定ユニット１２０が検知信号Ｖｄ１が参考信号Ｖｆ１以上であると判定した場合に、３相整流器１０は、アンノーマル作動の場合にある。この際、判定ユニット１２０は、ブリッジアームにおけるいずれかの整流素子に短絡状態が存在することを示す結果信号Ｓ０１を出力する。即ち、本実施例の３相整流器１０におけるブリッジアーム１１ａ〜１１ｃには少なくとも１つのダイオードが短絡している（ステップＳ２４０）。
【００３２】
判定ユニット１２０が検知信号Ｖｄ１が参考信号Ｖｆ１よりも小さいと判定した場合に、３相整流器１０は、ノーマル作動の場合にある。この際、判定ユニット１２０は、いずれの信号も出力しない。これは、ブリッジアームにおけるいずれの整流素子にも短絡状態が存在しないことを意味する。即ち、本実施例の３相整流器１０におけるブリッジアーム１１ａ〜１１ｃ内にはダイオードが短絡していない（ステップＳ２５０）。
【００３３】
短絡検知回路１００は、３相交流発電機のほかに、多相交流発電機にも適用することもでき、本発明は、これに限定されるものではない。こうすることにより、図３に示すように、多相交流発電機１Ａは、多相整流器１０Ａと、誘導コイル２０Ａと、エネルギー貯蔵装置３０Ａと、短絡検知回路１００Ａとを有する。多相整流器１０Ａは、互いに並列接続されたＮ個のブリッジアームを有する。ここで、Ｎは、２以上である整数（図２Ａに示す３つのブリッジアーム１１ａ〜１１ｃ）である。各ブリッジアームは、互いに直列接続された２つの整流素子を有する。ＰＳＰは、ブリッジアームに対応する２つの整流素子の間に位置する（図２Ａに示す３つのブリッジアーム１１ａ〜１１ｃのダイオードＤｄ１及びＤｄ２）。各ＰＳＰ（図２Ａに示すＰＳＰ  Ｔｂ１〜Ｔｂ３）は、同一周波数を有するＡＣ信号を受信する。多相整流器１０Ａは、これに基づいてＦＷＲ信号Ｓｒ１Ａを短絡検知回路１００Ａ及びエネルギー貯蔵装置３０Ａ（または負荷）に出力する。本実施例において、整流素子は、ダイオード、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等、他の整流素子であってもよいが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００３４】
多相整流器１０Ａ、誘導コイル２０Ａ、エネルギー貯蔵装置３０Ａ、および短絡検知回路１００Ａの関連構造と作動方法は、基本的に前の実施例に記載された多相整流器１０、誘導コイル２０、エネルギー貯蔵装置３０、および短絡検知回路１００と同一であるため、ここでは詳しい説明を省略する。
【００３５】
従って、短絡検知回路１００Ａの判定ユニットは、検知信号が参考信号以上であると判定した場合に、ブリッジアームにおけるいずれかの整流素子に短絡状態が存在することを示す結果信号を出力する。
【００３６】
同様に、短絡検知回路１００Ａの判定ユニットは、検知信号が参考信号よりも小さいと判定した場合に、ブリッジアームにおけるいずれの整流素子にも短絡状態が存在しないことを示す結果信号を出力する。
【００３７】
これにより、短絡検知回路１００Ａは、ブリッジアームにおけるいずれかの整流素子に短絡状態が存在するか否かを検知するために、周波数領域において多相整流器１０ＡからのＦＷＲ信号Ｓｒ１Ａのスペクトル状況を検知し、ＡＣ信号の周波数の振幅を示す検知信号が参考信号以上であるか否かを判定するものである。
【００３８】
次に、図４に示すように、本発明の他の実施例において、短絡検知回路２００は、多相整流器からのＦＷＲ信号Ｓｒ２を受信し、多相整流器における整流素子が短絡しているか否かを判定する。短絡検知回路２００は、スペクトル分析ユニット２１０と、スペクトル分析ユニット２１０に電気的に接続された判定ユニット２２０とを有する。スペクトル分析ユニット２１０は、ＡＤ変換器２１２と、デジタルフィルタ２１４と、周波数選択器２１６とを含む。デジタルフィルタ２１４は、周波数選択器２１６及びＡＤ変換器２１２に電気的に接続される。周波数選択器２１６は、ＡＣ信号Ｓｉ２の周波数に基づいて選択信号Ｖｉ２を生成する。一つの例として、周波数選択器２１６は、ＡＣ信号Ｓｉ２の周波数を示す選択信号Ｖｉ２を生成する。ＡＤ変換器２１２は、ＦＷＲ信号Ｓｒ２を受信し、ＦＷＲ信号Ｓｒ２をデジタル化することで、デジタルＦＷＲ信号Ｓｒ２を生成する。デジタルフィルタ２１４は、選択信号Ｖｉ２に基づいてデジタルＦＷＲ信号Ｓｒ２をフィルタすることで、ＡＣ信号Ｓｉ２の周波数の振幅を示す検知信号Ｖｄ２を出力する。本実施例の判定ユニット２２０は、端点Ａと端点Ｂとを有するデジタル比較器である。一方、端点Ａは、検知信号Ｖｄ２を受信し、端点Ｂは、参考信号Ｖｆ２を受信する。デジタル比較器は、検知信号Ｖｄ２及び参考信号Ｖｆ２に基づいて結果信号Ｓ０２を出力する。
【００３９】
従って、判定ユニット２２０が高レベルの結果信号Ｓ０２を出力したということは、検知信号Ｖｄ２が参考信号Ｖｆ２以上であり、例えば５Ｖであることを意味する。即ち、多相整流器にはブリッジアームにおけるいずれかの整流素子に短絡状態が存在する。判定ユニット２２０がいずれの信号も出力しない（または低レベルの結果信号Ｓ０２を出力する。検知信号Ｖｄ２が参考信号Ｖｆ２よりも小さく、例えば０Ｖを意味する）ということは、多相整流器にはブリッジアームにおけるいずれの整流素子にも短絡状態が存在しないことを意味する。
【００４０】
本実施例において、短絡検知回路２００は、ＦＷＲ信号Ｓｒ２のパワーまたはその他のデータ及びＡＣ信号Ｓｉ２の周波数を分析し、ブリッジアームにおけるいずれかの整流素子に短絡が存在するか否かを判定してもよく、本発明は、それに限定されるものではない。本実施例において、判定ユニット２２０は、デジタル比較器であることが好ましいが、結果信号Ｓ０２を生成するためのその他の素子でもよく、本発明は、それらに限定されるものではない。
【００４１】
図５に示すように、本発明の他の実施例において、短絡検知回路３００は、多相整流器からのＦＷＲ信号Ｓｒ３を受信し、多相整流器における整流素子が短絡しているか否かを判定する。短絡検知回路３００は、スペクトル分析ユニット３１０と、スペクトル分析ユニット３１０に電気的に接続された判定ユニット３２０とを有する。スペクトル分析ユニット３１０は、アナログフィルタ３１２と、アナログフィルタ３１２に電気的に接続された周波数選択器３１６とを含む。周波数選択器３１６は、ＡＣ信号Ｓｉ３の周波数に基づいて選択信号Ｖｉ３を生成する。一つの例として、周波数選択器３１６は、ＡＣ信号Ｓｉ３の周波数を示す選択信号Ｖｉ３を生成する。アナログフィルタ３１２は、ＦＷＲ信号Ｓｒ３及び選択信号Ｖｉ３を受信し、選択信号Ｖｉ３に基づいてＦＷＲ信号Ｓｒ３をフィルタすることにより、ＡＣ信号Ｓｉ３の周波数の振幅を示す検知信号Ｖｄ３を判定ユニット３２０に出力する。
【００４２】
本実施例において、判定ユニット３２０は、非反転入力端子、反転入力端子、出力端を有する演算増幅器（ｏｐ−ａｍｐ）であってもよい。非反転入力端子は、検知信号Ｖｄ３を受信する。反転入力端子は、参考信号Ｖｆ３を受信する。出力端は、検知信号Ｖｄ３及び参考信号Ｖｆ３に基づいて結果信号Ｓ０３を出力する。本実施例における参考信号Ｖｆ３は、ＡＣ信号Ｓｉ３の周波数の振幅とする。
【００４３】
従って、演算増幅器３２０の出力端が高レベルの結果信号Ｓ０３を出力したということは、検知信号Ｖｄ３が参考信号Ｖｆ３以上であり、例えば５Ｖであることを意味する。即ち、多相整流器にはブリッジアームにおけるいずれかの整流素子に短絡状態が存在する。判定ユニット３２０がいずれの信号も出力しない（または低レベルの結果信号Ｓ０３を出力する。検知信号Ｖｄ３が参考信号Ｖｆ３よりも小さく、例えば０Ｖを意味する）ということは、多相整流器にはブリッジアームにおけるいずれの整流素子にも短絡状態が存在しないことを意味する。
【００４４】
本実施例において、短絡検知回路３００は、ＦＷＲ信号Ｓｒ３のパワーまたはその他のデータ及びＡＣ信号Ｓｉ３の周波数を分析し、ブリッジアームにおけるいずれかの整流素子に短絡状態が存在するか否かを判定してもよく、本発明はそれに限定されるものではない。本実施例において、判定ユニット３２０は、演算増幅器であることが好ましいが、結果信号Ｓ０３を生成するためのその他素子でもよく、本発明は、それに限定されるものではない。
【００４５】
上記のように、本発明の実施例に係る短絡検知回路及び短絡検知方法は、スペクトルにおいて多相整流器からのＦＷＲ信号のスペクトル状況を検知し、ＡＣ信号の周波数の振幅を示す検知信号が参考信号以上であるか否かを判定することにより、多相整流器におけるブリッジアーム全体のうちのいずれかの整流素子に短絡状態が存在するか否かを判定する。従って、本発明の実施例に係る短絡検知回路及び短絡検知方法では、従来の短絡検知方法のように電流経路毎に短絡検知素子（例えば検知抵抗またはホール効果センサ）を設ける必要がないため、エネルギーの損失やコストが効果的に低減される。
【００４６】
上述したものは、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するためのものではない。
【符号の説明】
【００４７】
１、１Ａ  多相交流発電機
１０、１０Ａ  多相整流器
１１ａ  第１のブリッジアーム
１１ｂ  第２のブリッジアーム
１１ｃ  第３のブリッジアーム
２０、２０Ａ  誘導コイル
２１ａ  第１の巻線
２１ｂ  第２の巻線
２１ｃ  第３の巻線
３０、３０Ａ  エネルギー貯蔵装置
１００、１００Ａ、２００、３００  短絡検知回路
１１０、２１０、３１０  スペクトル分析ユニット
１２０、２２０、３２０  判定ユニット
１１２、２１２  アナログデジタル変換器
３１２  アナログフィルタ
１１４  スペクトル計算器
２１４  デジタルフィルタ
１１６、２１６、３１６  周波数選択器
ＣＰ１、ＣＰ２  比較器
Ｄ１、Ｄ２、Ｄｄ１、Ｄｄ２  ダイオード
Ｆ０  全波整流出力端
ＨＦ  ホール効果センサ
Ｉ１、Ｉ２  電流
ＯＰ１  演算増幅器
ＯＵＴ１、ＯＵＴ２  結果信号
Ｒ１  検知抵抗
Ｓｄ１、Ｓｄ２  検知信号
Ｓｉ１、Ｓｉ２、Ｓｉ３  交流信号
ＳＩ１、ＳＩ２、ＳＩ３  正弦波信号
Ｓｒ１、Ｓｒ１Ａ、Ｓｒ２、Ｓｒ３  全波整流信号
Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ０３  結果信号
Ｔ  周期
Ｔｂ１、Ｔｂ２、Ｔｂ３  位相信号点（ＰＳＰ）
Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ３  検知信号
Ｖｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３、Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２  参考信号
Ｖｉ２、Ｖｉ３  選択信号
【図１Ａ】
2015230304.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2015230304.tif 000008
【図３】
2015230304.tif 000009
【図４】
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【図５】
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