(57)【要約】  例示的実施形態は、複数の相を含み、かつ各々がそれぞれ上記複数の相に関連する複数の相電流に基づいて電力を発生するように構成された機械と、その機械に機能的に接続された直流（ＤＣ）バスとを具備した駆動システムを開示する。本ＤＣバスは、ハイサイド線路と、ローサイド線路と、それらハイサイド線路とローサイド線路との間に機能的に接続された複数のスイッチングシステムであって、各々が上記複数の相電流のうちの該当する相電流を出力するように構成された複数のスイッチングシステムを具備したインバータとを具備している。本駆動システムはさらに、ＤＣバスおよび機械に機能的に接続されたコントローラであって、上記複数の相電流、およびハイサイド線路とローサイド線路との間の電圧であるＤＣバス電圧に基づいて駆動システムに故障が存在するかどうかを判定するように構成されたコントローラも具備している。
2014506778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動システムであって、
複数の相(phases)を含み、かつ各々がそれぞれ前記複数の相に関連する(associated with)複数の相電流(phase currents)に基づいて電力を発生するように構成された機械と、
前記機械に機能的に(operatively)接続された直流（ＤＣ）バスであって、
ハイサイド線路(high-side line)、
ローサイド線路、および
前記ハイサイド線路と前記ローサイド線路との間に機能的に接続された複数のスイッチングシステムであって、各々が前記複数の相電流のうちの該当する(respective one)相電流を出力するように構成された複数のスイッチングシステムを具備したインバータ、
を具備したＤＣバスと、
前記ＤＣバスおよび前記機械に機能的に接続されたコントローラであって、前記複数の相電流、および前記ハイサイド線路と前記ローサイド線路との間の電圧であるＤＣバス電圧に基づいて前記駆動システムに故障(failure)が存在するかどうかを判定するように構成されたコントローラと、
を備えた駆動システム。
【請求項２】
前記複数のスイッチングシステムのうちの少なくとも１つのスイッチングシステムは、
前記ハイサイド線路に機能的に接続されたハイサイドスイッチングシステムであって、前記複数のスイッチングシステムのうちの前記少なくとも１つのスイッチングシステムに関連する前記相電流を出力するように構成されたハイサイドスイッチングシステムと、
前記ローサイド線路に機能的に接続されたローサイドスイッチングシステムと、
を具備する、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項３】
それぞれが前記複数の相電流を測定し、かつ前記測定された相電流を含む測定信号を出力するように構成された複数の電流センサをさらに備え、前記コントローラは、前記測定信号を受信するように構成される、請求項２に記載の駆動システム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記ハイサイドスイッチングシステムに対して過電流値を決定し、前記ハイサイドスイッチングシステムを活性化し、前記測定された相電流および前記過電流値に基づいて過電流故障が存在するかどうかを判定するように構成される、請求項３に記載の駆動システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記過電流故障に基づいて前記ＤＣバス電圧がしきい値電圧を下回っているかどうかを判定するように構成される、請求項４に記載の駆動システム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記ＤＣバス電圧が前記しきい値電圧を下回っている場合に、前記過電流故障に基づいて、前記複数のスイッチングシステムのうちの前記少なくとも１つのスイッチングシステムが短絡していることを判定するように構成される、請求項５に記載の駆動システム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記過電流故障がしきい値時間を超えているかどうかを判定するように構成される、請求項４に記載の駆動システム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記過電流故障に基づいて前記インバータが前記機械に機能的に接続されているかどうかを判定するように構成される、請求項７に記載の駆動システム。
【請求項９】
前記機械は、永久磁石（ＰＭ）モータまたは誘導交流（ＡＣ）モータである、請求項４に記載の駆動システム。
【請求項１０】
駆動システムであって、
複数の相を含み、かつ各々がそれぞれ前記複数の相に関連する複数の相電流に基づいて電力を発生するように構成された機械と、
前記機械に機能的に接続された直流（ＤＣ）バスであって、
ハイサイド線路、
ローサイド線路、および
前記ハイサイド線路と前記ローサイド線路との間に機能的に接続された複数のスイッチングシステムであって、各々が前記複数の相電流のうちの該当する相電流および相電圧を出力するように構成された複数のスイッチングシステムを具備したインバータ、
を具備したＤＣバスと、
前記ＤＣバスおよび前記機械に機能的に接続されたコントローラであって、前記複数のスイッチングシステムのそれぞれに電圧を印加するように構成され、前記相電圧は前記印加電圧に基づいて前記複数のスイッチングシステムそれぞれによって出力されるコントローラと、
を備え、前記コントローラは、
前記複数のスイッチングシステムによって出力される前記相電圧を測定し、前記測定された相電圧に基づいてカウントデータを発生するように構成されたアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）、
を具備し、
前記コントローラは、前記カウントデータに基づいて前記駆動システムに故障が存在するかどうかを判定するように構成される、駆動システム。
【請求項１１】
前記コントローラは、故障していない前記駆動システムの動作を表す動作情報を含むテーブルを格納するように構成され、
前記コントローラは、前記カウントデータおよび前記動作情報に基づいて故障が存在するかどうかを判定するように構成される、
請求項１０に記載の駆動システム。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記カウントデータに基づいて前記故障のタイプを判定するように構成される、請求項１１に記載の駆動システム。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記カウントデータおよび前記ＤＣバスの電圧に基づいて前記故障のタイプを判定するように構成される、請求項１２に記載の駆動システム。
【請求項１４】
前記機械は、永久磁石（ＰＭ）モータまたは誘導交流（ＡＣ）モータである、請求項１１に記載の駆動システム。
【請求項１５】
前記コントローラは、前記カウントデータに基づいて前記ＤＣバスに故障が存在するかどうかを判定するように構成される、請求項１１に記載の駆動システム。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記ＤＣバスに故障が存在しないと前記コントローラが判定したときに、前記故障の場所を割り出すように構成される、請求項１４に記載の駆動システム。
【請求項１７】
前記機械は、永久磁石（ＰＭ）モータ、スイッチドリラクタンス（ＳＲ）モータ、または誘導交流（ＡＣ）モータである、請求項１５に記載の駆動システム。
【請求項１８】
コンピュータ上で走らされたときに、複数の相電流およびＤＣバス電圧に基づいて駆動システムに故障が存在するかどうかを判定するように、前記コンピュータに命令を与えるように構成されたコンピュータ可読媒体であって、
前記駆動システムは、
複数の相を含み、かつ各々がそれぞれ前記複数の相に関連する複数の相電流に基づいて電力を発生するように構成された機械と、
前記機械に機能的に接続された直流（ＤＣ）バスであって、
ハイサイド線路、
ローサイド線路であって、前記ＤＣバス電圧は前記ハイサイド線路と前記ローサイド線路との間の電圧であるローサイド線路、および
前記ハイサイド線路と前記ローサイド線路との間に機能的に接続された複数のスイッチングシステムであって、各々が前記複数の相電流のうちの該当する相電流を出力するように構成された複数のスイッチングシステムを具備したインバータ、
を具備したＤＣバスと、
を具備する、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示的実施形態は、電気式およびハイブリッド式の自動車および機器等の分野でなされる、インバータ給電機械システムの故障をリアルタイムに検出するための電力供給前診断に関する。
【背景技術】
【０００２】
知られているように、電気自動車またはハイブリッド自動車用の駆動システムは、エンジン（例えば内燃エンジン）と、そのエンジンに結合された発電機と、直流（ＤＣ）バスと、モータとを有している。ＤＣバスは、発電機とモータとの間に電気的に結合されて、自動車の１つまたは複数の要素を駆動する。発電機とＤＣバスとの間にコンバータが電気的に結合されており、発電機の発電時に交流（ＡＣ）電力をＤＣ電力に変換するように、かつモータの運転時にＤＣ電力をＡＣ電力に変換するように制御される。モータは、スイッチドリラクタンス（ＳＲ）モータ、永久磁石（ＰＭ）ＡＣモータ、または誘導ＡＣモータとすることができる。
【０００３】
インバータ給電駆動システムでは、ＤＣバスとモータとの間に電力インバータが電気的に結合されており、モータの運転時にＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換するように、かつモータの電気的制動時にＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように制御される。回生制動を備えた車両において、インバータは、（発電機として作動中の）モータからも電力を取り込み、それを電池に蓄電する。ＤＣバスには電圧センサが電気的に結合されており、ＤＣバス電圧を検知して、それを表すＤＣバス電圧信号を出力する。電流センサは、モータの相電流を検知して、それを表す相電流信号を出力する。それら電圧センサおよび電流センサには制御システムが電気的に結合されており、システム動作に関係するそれらセンサからの信号を受信する。
【０００４】
理解されるように、インバータ給電電気駆動システムでは、システムで使用される種々の電力用コンポーネントおよび制御用コンポーネント、例えばインバータの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、インバータのダイオード、電気機械、モータの巻線、ｄｃバスのキャパシタ、インバータと電気機械との間の電力ケーブル等において、様々な故障が起こり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明の一実施例は、例えば、電力供給前診断を具備した機械システムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例示的実施形態は、インバータ給電機械システムのための新規な監視制御技法を提案するものである。低電圧レベルでなされる電気機械類の電力供給前診断は、システムが定格で動作される前に初期故障を検出することができ、保守費用を大幅に軽減するとともに、高電圧で予期せぬ故障が起こるリスクも大幅に低減する。例示的実施形態において、故障の例として開回路または断線が挙げられるが、これら２種類の故障に限定されるものではない。
【０００７】
例示的実施形態は、システムの電力供給前診断に使用できる少なくとも２つの異なる方法を開示する。第１の方法は、ＰＭモータ、誘導モータ、またはＳＲモータに使用できるものであり、システムに故障が存在するかどうかを判定するのに、検知信号レベル測定を利用するものである。「信号レベル」は、実測相電圧を指す場合もあれば、実測相電流を指す場合もあることを理解されたい。実測相電圧を実測相電流に変換することは、トランスコンダクタンス増幅器またはトランスインピーダンス増幅器（例えば、演算増幅器と抵抗）を使って行うことができる。煩雑になるのを避けるために、信号レベルとして実測相電流を使用して、第１の方法を説明している。しかしながら、第１の方法は実測相電圧を使って実現することも可能であり、このことは理解されている必要がある。
【０００８】
第２の方法は、ＰＭモータ、誘導モータ、またはＳＲモータを有するシステムのためのものであり、システムに故障が存在するかどうかを判定するのに、ＡＣ中間点電圧において検知される電圧をインバータレグのハイサイドデバイスとローサイドデバイスとの間で負側ＤＣバスに対して測定したものを利用する。検知された電圧は、制御システムのゲートドライバに組み込まれたアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）で処理される。このデータは、ＡＤＣカウントデータとして把握される。この方法は、ＡＤＣカウントデータをデバイスのスイッチング信号と比較し、システムの故障を識別するとともにその場所を特定する。
【０００９】
加えて、定常運転に使用される制御システム並びに電圧センサおよび電流センサがインバータ内に既に備わっているということは、電力供給前診断用の状態監視アルゴリズムは、コストをほとんど増やすことなく実現でき、かつ、典型的には、ソフトウェアのアップグレードまたはソフトウェアのサブルーチン以外にほとんど何も必要としないことを意味する。
【００１０】
電力供給前監視および診断が提供する情報に依拠して機械の状態を評価し、故障を識別することによって、システムの将来的な故障、故障の連鎖、および破局的な故障を防止することができ、ひいては、費用を大幅に節約するとともに、システムのダウンタイムを防止することができる。
【００１１】
高周波のスイッチングに起因してノイズが発生するため、インバータ駆動機械の故障を検出することは、挑戦的なことである。しかし、破局的な故障を検出することおよび防止することでコストを節約できるため、電力供給前診断は、かかる方法を開発するだけの価値がある。
【００１２】
少なくとも１つの例示的実施形態は、複数の相を含み、かつ各々がそれぞれ上記複数の相に関連する複数の相電流に基づいて電力を発生するように構成された機械と、その機械に機能的に接続された直流（ＤＣ）バスとを具備した駆動システムを提供する。本ＤＣバスは、ハイサイド線路と、ローサイド線路と、それらハイサイド線路とローサイド線路との間に機能的に接続された複数のスイッチングシステムであって、各々が上記複数の相電流のうちの該当する相電流を出力するように構成された複数のスイッチングシステムを具備したインバータとを具備している。本駆動システムはさらに、ＤＣバスおよび機械に機能的に接続されたコントローラであって、上記複数の相電流、およびハイサイド線路とローサイド線路との間の電圧であるＤＣバス電圧に基づいて駆動システムに故障が存在するかどうかを判定するように構成されたコントローラも具備している。
【００１３】
少なくとも別の例示的実施形態は、複数の相を含み、かつ各々がそれぞれ上記複数の相に関連する複数の相電流に基づいて電力を発生するように構成された機械と、その機械に機能的に接続された直流（ＤＣ）バスとを具備した駆動システムを提供する。本ＤＣバスは、ハイサイド線路と、ローサイド線路と、それらハイサイド線路とローサイド線路との間に機能的に接続された複数のスイッチングシステムであって、各々が上記複数の相電流のうちの該当する相電流および電圧を出力するように構成された複数のスイッチングシステムを具備したインバータとを具備している。本駆動システムはさらに、ＤＣバスおよび機械に機能的に接続されたコントローラであって、上記複数のスイッチングシステムのそれぞれに電圧を印加するように構成され、上記複数の相電流の上記出力電圧は、それぞれ上記印加電圧に基づくものである、コントローラも具備している。本コントローラは、上記複数のスイッチングシステムによって出力される電圧を測定し、その測定電圧に基づいてカウントデータを発生するように構成されたアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を具備している。本コントローラは、そのカウントデータに基づいて本駆動システムに故障が存在するかどうかを判定するように構成されている。
【００１４】
少なくとも別の例示的実施形態は、コンピュータ上で走らされたときに、上記複数の相電流およびＤＣバス電圧に基づいて駆動システムに故障が存在するかどうかを判定するように、そのコンピュータに命令を与えるように構成されたコンピュータ可読媒体を開示する。本駆動システムは、複数の相を含み、かつ各々がそれぞれ上記複数の相に関連する複数の相電流に基づいて電力を発生するように構成された機械と、その機械に機能的に接続された直流（ＤＣ）バスとを具備している。本ＤＣバスは、ハイサイド線路およびローサイド線路であって、それらハイサイド線路およびローサイド線路相互間の電圧がＤＣバス電圧である各線路と、複数のスイッチングシステムであって、それらハイサイド線路およびローサイド線路相互間に機能的に接続され、上記複数の相電流のうちの該当する相電流を出力するように各々が構成された複数のスイッチングシステムを具備したインバータとを具備している。
【００１５】
付属図面も併せて解釈すれば、以下の詳細な説明から、例示的実施形態はより明確に理解されるであろう。図１〜６は、本明細書で説明される非限定的な例示的実施形態を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的実施形態による車両用の駆動システムを示す線図である。
【図２】図１の駆動システムおよび例示的実施形態による電流測定手段の電気部および制御部の線図である。
【図３】モータに正の電流および負の電流を供給したときに例示的実施形態による電力インバータの１つの区画を通過する電力の流れを示す拡大線図である。
【図４Ａ】例示的実施形態による診断方法のフローチャートである。
【図４Ｂ】例示的実施形態による診断方法のフローチャートである。
【図４Ｃ】例示的実施形態による診断方法のフローチャートである。
【図５】ＰＭ機械または誘導機械に使用される例示的実施形態による駆動システムおよび電流測定手段の電気部の線図である。
【図６】ＳＲ機械に使用される例示的実施形態による駆動システムおよび電流測定手段の電気部の線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、いくつかの例示的実施形態を図解した添付図面を参照しながら、種々の例示的実施形態について、より全面的に説明する。
したがって、例示的実施形態は種々の変更形態および代替形態が可能であるが、それらの実施形態は、例示を目的に図面に示され、本明細書で詳細に説明される。しかし、例示的実施形態を開示の特定の形態に限定する意図はないことを理解されたい。逆に、例示的実施形態は、請求項の範囲内に属する変更形態、均等物、および代替形態を全て範囲に含むことになっている。図の説明全体において、同様の番号は同様の要素を指している。
【００１８】
種々の要素を表現するのに、本明細書で第１、第２、等の用語が使用される場合があるが、これらの要素は、これらの用語で限定されるべきではないことは、理解されるであろう。これらの用語は、単に１つの要素と他の要素とを区別するために使用されている。例えば、例示的実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素に第２の要素なる用語を用いることができる。同様に、第２の要素に第１の要素なる用語を用いることができる。本明細書では、「および／または」なる用語は、１つまたは複数の列挙された関連項目のありとあらゆる組み合わせを含むものである。
【００１９】
ある要素が別の要素に「接続され」または「結合され」と称されるときに、それが他方の要素に直接的に接続または結合される場合もあれば、中間要素が存在する場合もあることは、理解されるであろう。逆に、ある要素が別の要素に「直接的に接続され」または「直接的に結合され」と称されるときは、中間要素は存在しない。要素相互間の関係を表現するのに使用される他の文言も、同様の態様で解釈されるべきである（例えば、「間に」と「直接的に間に」、「隣接して」と「直接的に隣接して」、等）。本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明することが目的であり、例示的実施形態を限定することは意図されていない。本明細書では、「ある」、「１つの」、および「その」なる単数形態は、特に明記しない限りは、複数の形態も含むことが意図されている。さらに、「備える」、「備えた」、「具備する」、および／または「具備した」なる用語は、本明細書では、言及した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／またはコンポーネントが存在することを明示するものであることも、理解されるであろう。但し、これらの用語は、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および／またはそれらから成る群が存在することまたはそれらを追加することを排除するものではない。
【００２０】
いくつかの代替実施態様では、言及された機能／作用が、図で言及された順序を逸脱して行われる場合があることにも留意されたい。例えば、連続して示されている２つの図は、実際には、実質的に同時発生的に実行される場合もあれば、関連する機能／作用に応じて、逆の順序で実行される場合もある。
【００２１】
別段に記述しない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術用語および科学用語を含む）は、例示的実施形態が属する当該技術分野の当業者が通常理解するものと同じ意味を有する。さらに、例えば通常使用される辞書に規定される用語は、関連する技術の文脈における意味と一貫性のある意味を有するものと解釈されるべきであり、特に本明細書で明確に規定されない限り、理想的な意味または過度に慣習的な意味に解釈されるものではないことも、理解されるであろう。
【００２２】
例示的実施形態の一部および対応する詳細な記述は、ソフトウェアまたはアルゴリズム、および記号による動作表現の形で、コンピュータメモリ内のデータビット上に置かれている。これらの記述および表現は、当業者が自身の成果を他の当業者に効果的に伝える類のものである。アルゴリズムは、本明細書で使用されているように、かつ一般的に使用されているように、ある結果をもたらす首尾一貫した一続きのステップであると捉えられる。それらのステップは、物理量を物理的に操作することを要するステップである。これらの量は、必ずではないが、普通は格納され、転送され、複合化され、比較され、かつ他の形で操作されることが可能な光学的、電気的、または磁気的信号の形態を成す。主に通常使用されているという理由で、場合によってはこれらの信号を、ビット、値、エレメント、記号、文字、用語、数字、等と呼ぶのが好都合であることが分かっている。
【００２３】
以下の説明では、動作の作用および記号表現（例えばフローチャートの形態を成す）を参照しながら、例示的実施形態について説明する。これらの動作は、ルーチン、プログラム、オブジェクト、データ構造、等を含むプログラムモジュールまたは機能プロセスとして実現することができる。これらは、特定のタスクを実施し、または特定の抽象的なデータタイプを実現するものであり、既存のハードウェアを使って実現することができる。かかる既存ハードウェアの例として、１つまたは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）コンピュータ、等を挙げることができる。しかし、これら全ておよび同様の用語は、適切な物理的数量と関連付けられており、都合のよい標示が単純にこれらの数量に付与されることを念頭においておく必要がある。特に明記しない限り、または論述から明らかな場合、「処理」または「計算」または「算出」または「判定」または「表示」等は、物理的、電子的な量として表現されたコンピュータシステム内のレジスタおよびメモリ内部のデータに操作を加えて、コンピュータシステムのメモリもしくはレジスタ内部、または他のかかる情報記憶装置、転送装置、もしくは表示装置内部の物理量として同様に表現される他のデータに変換するコンピュータシステムまたは同様の電子計算装置の作用およびプロセスを指す。
【００２４】
ソフトウェアで実現された例示的実施形態の態様は、典型的には、何らかの形の有形の（または記録式）記憶媒体上でコード化され、または何らかのタイプの伝送媒体上で実現されることにも留意されたい。上記有形記憶媒体は、磁気的なもの（例えば、フロッピディスクまたはハードドライブ）、または光学的なもの（例えばコンパクトディスク読出専用メモリ、即ち「ＣＤ  ＲＯＭ」）とすることができ、読出専用とすることもできれば、ランダムアクセスできるものとすることもできる。同様に、上記伝送媒体は、ツイストペア電線、同軸ケーブル、光ファイバ、または当該技術分野で公知の何か他の適切な伝送媒体とすることができる。例示的実施形態は、こういったいかなる所与の実施態様の観点にも限定されない。
【００２５】
図１は、電気自動車またはハイブリッド自動車用のインバータ給電駆動システム１２が、エンジン２０（例えば内燃エンジン）と、エンジン２０に結合された発電機２４と、発電機２４とモータ３２との間に電気的に結合された直流（ＤＣ）バス２８とを有することを図解している。エンジン２０は、車両に動力を提供する。発電機２４は、典型的には、３相巻線を有する高速３相埋込構造永久磁石ブラシレス同期発電機の形態または他の適切な形態を成すことができる。モータ３２は、スイッチドリラクタンス（ＳＲ）モータ、永久磁石（ＰＭ）ＡＣモータ、または誘導ＡＣモータとすることができる。
【００２６】
例示的実施形態の駆動システム１２は、インバータ（例えば電力インバータ３０）の故障を、事前テスト非動作モードではなく、リアルタイムにまたはインバータの動作モード時に診断し、識別し、類別するのに十分適している。インバータ（例えば電力インバータ３０）は、機械１７７またはモータに印加して機械またはモータ３２を制御するために、動作モードにおいて、直流を１つまたは複数の交流信号に変換することができる。テストモードでは、インバータは、１つまたは複数の交流信号を提供しまたは出力して、機械またはモータ３２に印加するようなことはしない。
【００２７】
ＤＣバス２８には、発電機２４とモータ３２との間にコンバータ２６を電気的に結合することができる。これは、発電機２４の発電動作モード時に交流（ＡＣ）電力をＤＣ電力に変換し（即ち、動力源からの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換してＤＣバス２８上に供給する）、発電機２４の運転時にＤＣ電力をＡＣ電力に変換する（即ち、ＤＣバス２８から電気エネルギーを取り出し、それを動力源用の機械的エネルギーに変換する）ためである。ＤＣバス２８には、コンバータ２６とモータ３２との間に電力インバータ３０（例えば多相インバータ）を電気的に結合することができる。これは、モータ３２の運転時にＤＣバス２８からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、モータ３２の制動時にＡＣ電力をＤＣ電力に変換するためである。駆動システム１２は、ＤＣバス２８からの電力を逃がすために、ブレーキチョッパ２２を具備することができる。ブレーキチョッパ２２（即ち回生制動）を備えた車両では、インバータ３０は、制動時にモータ３２からも電力を取り込み、電池（図示省略）に蓄電する。
【００２８】
ＤＣバス２８には、電圧センサ３６（図２に示す）が電気的に結合されており、ＤＣバス電圧を検知して、それを表すＤＣバス電圧信号を出力する。モータ３２には、電流センサ３８が電気的に結合されており、モータ３２の相電流を検知して、それを表す相電流信号を出力する。電圧センサ３６および電流センサ３８には、制御システム４０が電気的に結合されており、システム動作に関係するそれらセンサからの信号を受信する。駆動システム１２は、モータ３２の相毎に電流センサ３８を有することができる。したがって、モータ３２が複数の相（例えば３つ）を有する場合、駆動システム１２は、典型的には、複数の電流センサ（例えば３つ）を有するであろう。各電流センサ３８は、モータ３２の該当の相に電気的に結合されており、モータ３２の該当の相電流を検知して、それを表す該当の相電流信号を出力する。制御システム４０は、各電流センサ３８に電気的に結合されている。加えて、理解されるように、駆動システム１２には、２台以上のモータ３２および付設インバータ３０および（１つまたは複数の）電流センサ３８を中に組み込むことができる。なお、図１には１台だけが示されている。
【００２９】
図２に注目すると、駆動システム１２の電気コンポーネントの細部をより詳細に見ることができる。ＤＣバス２８は、正側ＤＣ電力レール（ハイサイド線路）４４と、負側ＤＣ電力レール（ローサイド線路）４６とを有している。正常動作下の駆動システム１２において、ＤＣバス２８の、正側および負側ＤＣ電力レール４４、４６相互間の公称電圧は、例えば７００ボルトＤＣとすることができる。しかし、公称電圧は、７００ボルトＤＣよりも高くてもよければ低くてもよいことを理解されたい。
【００３０】
電力コンバータ２６は、発電機２４からの３相ＡＣ電力をＤＣバス２８用のＤＣ電力に変換するＡＣ−ＤＣコンバータとして構成することができ、その逆も可能である。この発電機は、３相永久磁石（ＰＭ）発電機とすることができる。電力発電機２４用の電力コンバータ２６に入るデジタル回路電圧は、相１電圧に対してはＶｄｉｇ＿１、相２電圧に対してはＶｄｉｇ＿２、相３電圧に対してはＶｄｉｇ＿３として表されている。電圧がＶｄｉｇ＿１、Ｖｄｉｇ＿２、およびＶｄｉｇ＿３である各相に対し、２つのスイッチパッケージ８４が上記ＤＣ供給源に架設されており、モータ電力コンバータ２６から発電機２４への３相を発生するようにオン、オフされる。各スイッチパッケージ８４は、ダイオード８４−１と、絶縁ゲート型バイポーラ接合トランジスタ（ＩＧＢＴ）８４−２とを具備している。スイッチパッケージ８４はそれぞれ、発電機２４の相巻線群のうちの該当する相巻線に結合することができる。これは、該当の巻線からのＡＣ電力を、ＤＣバス２８上で正側ＤＣ電力レール４４と負側ＤＣ電力レール４６との間のＤＣ電力に変換するためである。電力コンバータ２６のＩＧＢＴ８４−２のベース（ゲート）に適切な電圧が印加されると、ＩＧＢＴ８４−２が活性化されることになり、コレクタは、エミッタに電気的に結合されて、電力を供給できるようになる。上記適切な電圧は、ＩＧＢＴ８４−２の定格によって変わる。例えば、ＩＧＢＴ８４−２をオンさせるのに、ベースに、ＩＧＢＴ８４−２のエミッタに対して１４Ｖが印加される場合がある。ＩＧＢＴ８４−２をオフさせるのに、ベースに、エミッタに対して−８Ｖが印加される場合がある。発電機２４がモータとして動作すべきときは、電力コンバータ２６は、逆に動作させればよい。
【００３１】
ＩＧＢＴは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを指しているものの、ハイサイドスイッチングトランジスタ（例えば９４−２ａ）およびローサイドスイッチングトランジスタ（例えば９４−２ｂ）は、インバータ３０の任意の相において、電界効果トランジスタ、相補型金属酸化膜半導体、パワートランジスタ、または他の適切な半導体装置により構成することが可能である。
【００３２】
電力コンバータ２６は、制御システム４０によって制御される。制御システム４０の発電機コントローラ４８は、ゲートドライバおよびアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）５０と、ゲートドライバ５０に電気的に結合されたマイクロプロセッサ５２と、マイクロプロセッサ５２に電気的に結合され、かつマイクロプロセッサ５２用の動作命令が中に格納されたメモリ５４とを有することができる。各ＩＧＢＴ８４−２のベースは、そのＩＧＢＴ８４−２に割り当てられた該当のゲートドライバ５０に電気的に結合されている。このゲートドライバは、そのＩＧＢＴ８４−２をオン、オフさせるように低ＤＣ電圧（例えば２４ＶＤＣ）を提供することができる。したがって、電力コンバータ２６の各ＩＧＢＴ８４−２に対して１つのゲートドライバ５０が存在することになる。電力コンバータ２６のＩＧＢＴ８４−２のためのゲートドライバ５０は、マイクロプロセッサ５２の制御下にある。このマイクロプロセッサは、パルス幅変調制御方式を用いて、これらゲートドライバ５０および電力コンバータ２６のＩＧＢＴ８４−２を制御することができる。これは、発電機２４の発電モードではＤＣバス２８上に電気エネルギーを供給し、発電機２４の運転モードではＤＣバス２８から電気エネルギーを取り出すためである。例示的実施形態では、空間ベクトル変調が使用される場合もある。しかし、駆動システムには、任意の公知のパルス幅変調方式が使用可能なことを理解されたい。したがって、煩雑になるのを避けるために、パルス幅変調方式については詳細に説明しない。
【００３３】
モータ３２は、図２にあるように、３つの相巻線４２ａ、４２ｂ、および４２ｃを有する３相スイッチドリラクタンス（ＳＲ）モータとして構成することもできれば、ＡＣ  ＰＭモータまたは誘導モータ（図示省略）として構成することもできる。各電力インバータ３０は、モータ３２と、ＤＣバス２８のレール４４、４６との間に電気的に結合されている。電力インバータ３０は、例えば、ＤＣバス２８からのＤＣ電力をモータ３２用の３相ＡＣ電力に変換するＤＣ−ＡＣインバータとして構成することができ、その逆も可能である。モータ３２用の電力インバータ３０に入る、モータ相巻線４２ａ、４２ｂ、および４２ｃの各々に対するデジタル回路電圧は、相Ａ電圧に対してはＶｄｉｇ＿ｐｈＡ、相Ｂ電圧に対してはＶｄｉｇ＿ｐｈＢ、相Ｃ電圧に対してはＶｄｉｇ＿ｐｈＣとして表されている。電圧がＶｄｉｇ＿ｐｈＡ、Ｖｄｉｇ＿ｐｈＢ、およびＶｄｉｇ＿ｐｈＣである各相に対し、ハイサイドスイッチパッケージおよびローサイドスイッチパッケージ９４ａ、９４ｂの対が直列に、ＤＣ供給バスに架設されており、各相巻線の両端に電力を発生するようにオンおよびオフに切り替えられる。
【００３４】
本文献で使用されているように、スイッチの状態は、適切に機能しているまたは損なわれていない半導体装置が活性状態（「オン」または「閉鎖」）にあるのか、それとも不活性状態（「オフ」または「開放」）にあるのかを表す。半導体装置が状態を変化できない場合、結果として、半導体装置が、例えば開放状態または閉鎖状態で故障していることになる。
【００３５】
電力インバータ３０は、ハイサイドスイッチパッケージおよびローサイドスイッチパッケージ９４ａおよび９４ｂの対により構成することが可能である。各ハイサイドスイッチパッケージ９４ａは、ダイオード９４−１ａと、絶縁ゲート型バイポーラ接合トランジスタ（ＩＧＢＴ）９４−２ａと、パワーダイオード９６とを具備している。各ローサイドスイッチパッケージ９４ｂは、ダイオード９４−１ｂと、ＩＧＢＴ９４−２ｂと、パワーダイオード９６とを具備している。スイッチパッケージ９４ａ、９４ｂの対は、モータ３２の相巻線４２ａ、４２ｂ、および４２ｃにそれぞれ電気的に結合することができる。したがって、電力インバータ３０は、相巻線４２ａ、４２ｂ、および４２ｃのうちの１つに各々が連結された３つの区画３１ａ、３１ｂ、および３１ｃを有するものとして描かれている。区画３１ａ、３１ｂ、および３１ｃは、個々の相Ａ、Ｂ、およびＣを個別に制御することを可能にする。この構成では、各区画３１ａ、３１ｂ、および３１ｃにおいて、該当のモータ相巻線４２ａ、４２ｂ、および４２ｃの両端に、ハイサイドスイッチパッケージ９４ａおよびローサイドスイッチパッケージ９４ｂが接続されている。ハイサイドスイッチパッケージ９４ａは、正側ＤＣレール４４に電気的に結合され、ローサイドスイッチパッケージ９４ｂは、負側ＤＣレール４６に電気的に結合されている。電力インバータ３０のＩＧＢＴ９４−２ａおよび／または９２ｂのベースに適切な電圧が印加されると、ＩＧＢＴ９４−２ａおよび／または９４−２ｂ（スイッチ）が活性化されることになり、コレクタは、エミッタに電気的に結合されて、該当の巻線４２ａ、４２ｂ、または４２ｃに電力を供給できるようになる。モータ３２が発電機として動作すべきときは、電力インバータ３０は、逆に動作させればよい。図３に、電力が流れる状況の例がより詳細に示されている。
【００３６】
電力インバータ３０は、制御システム４０によって制御される。制御システム４０のモータコントローラ５６は、ゲートドライバ５８と、ゲートドライバ５８に電気的に結合されたフィールドプログラマブルゲートアレイ６０（ＦＰＧＡ）と、ＦＰＧＡ６０に電気的に結合されたマイクロプロセッサ（例えばデジタルシグナルプロセッサ）６２と、ＦＰＧＡ６０およびマイクロプロセッサ６２の両方に電気的に結合され、かつＦＰＧＡ６０およびマイクロプロセッサ６２用の動作命令が中に格納されたメモリ６４とを有することができる。各ＩＧＢＴ９４−２ａ、９４−２ｂのベースは、そのＩＧＢＴ９４−２ａ、９４−２ｂに割り当てられた該当のゲートドライバ５８に電気的に結合されている。このゲートドライバは、そのＩＧＢＴ９４−２ａ、９４−２ｂをオン、オフさせるように低ＤＣ電圧（例えば２４ＶＤＣ）を提供することができる。ゲートドライバ５８は、ＦＰＧＡ６０の制御下にある。このＦＰＧＡは、ゲートドライバ５８、ＩＧＢＴ９４−２ａ、９４−２ｂ、それに伴ってモータ３２を制御する（モータ巻線４２ａ、４２ｂ、４２ｃへの振幅および周波数を変化させることを含む）のに、ＳＲモータ制御方式を用いることができる。これは、モータ３２が運転モードにあるときにモータ３２のトルク出力を変化させ、またはモータ３２が制動モードにあるときにモータ３２の発電能力を変化させるためである。前述したように、駆動システム１２の中に２台以上のモータ３２および付設インバータ３０および（１つまたは複数の）電流センサ３８を組み込むことができること、並びに、制御システム４０は、そのインバータ３０を制御するのに、電力インバータ３０毎にモータコントローラ５６を有することができることは、理解できることである。但し、かかるインバータ３０およびモータコントローラ５６は、１台だけが論述の対象とされ、示されている。
【００３７】
駆動システム１２は、ＤＣバス２８からの電力を逃がすブレーキ抵抗７０の使用を制御するために、必要に応じてブレーキチョッパ２２を具備することができる。ブレーキチョッパ２２は、図に示すように、レール４４、４６相互間に電気的に結合することができる。ブレーキチョッパ２２から駆動システム１２に入るデジタル回路電圧は、Ｖｄｉｇ＿Ｂｒａｋｅとして示されている。ブレーキチョッパ２２は、ダイオード７４−１と、絶縁ゲート型バイポーラ接合トランジスタ（ＩＧＢＴ）７４−２と、ダイオード７６とを備えたスイッチパッケージ７４により構成することが可能である。ダイオード７６は、ブレーキ抵抗７０と並列にすることができる。ブレーキチョッパ２２のＩＧＢＴ７４−２のベースに適切な電圧が印加されると、ＩＧＢＴ７４−２が活性化され、コレクタがエミッタに電気的に結合されることになり、ブレーキ抵抗７０を介して電力を逃がせるようになる。ブレーキチョッパ２２のＩＧＢＴ７４−２用のゲートドライバは、例えばパルス幅変調電圧信号の形態を成す、ブレーキ抵抗制御信号を発する。これにより、その電圧がスイッチＩＧＢＴ７４−２のベースに加わる。上記電圧信号は、ブレーキのデューティに応じてパルス幅変調がなされており、それに対応して、ＤＣバス２８からの電気エネルギーを逃がすようにブレーキ抵抗７０をオンさせるとともに、適宜オフさせる。
【００３８】
ブレーキチョッパ２２は、制御システム４０によって制御される。ブレーキチョッパ２２のＩＧＢＴ７４−２用のゲートドライバは、モータコントローラ５６のゲートドライバ群５８のうちの１つとすることができる。かかるＩＧＢＴ７４−２用のゲートドライバ５８は、そのゲートドライバ５８、ＩＧＢＴ７４−２、およびブレーキ抵抗７０を制御するように、モータコントローラ５６のＦＰＧＡ６０の制御下に置くことができる。他の例示的実施形態において、ＩＧＢＴ７４−２用のゲートドライバは、発電機コントローラ４８のゲートドライバ群５０のうちの１つとすることができる。かかる事例において、そのゲートドライバ５０は、そのゲートドライバ５０、ＩＧＢＴ７４−２、およびブレーキ抵抗７０を制御するように、発電機コントローラ４８のマイクロプロセッサ５２の制御下に置くことができる。
【００３９】
ＤＣバス電圧を検知するために、駆動システム１２では、ＤＣバス２８の正側ＤＣレール４４に１つまたは複数の電圧センサを結合することができる。ＤＣバス電圧は、レール４４および４６間の電圧である。いくつかの例示的実施形態において、電圧センサは、ＤＣバス２８の負側ＤＣレール４６にも結合され、相Ａ、Ｂ、およびＣに対する相電圧を検知するように構成されている。電圧センサ３６は、スタンドアローン型のセンサであってもよければ、制御システムのコントローラ４８、５６のうちのいずれかに組み込まれていてもかまわない。例えば、１つの電圧センサ３６は発電機２４用とし、別の電圧センサ３６は、モータ制御およびポール電圧測定に使用されるものとすることができる。電圧センサ３６は、検知ＤＣバス電圧レベルを含む信号を制御システム４０に送出することができる。
【００４０】
レール４４、４６相互間にＤＣリンクキャパシタ７００を設けることができる。キャパシタ７００は、例えば一群のキャパシタとして構成することができる。
代替実施形態では、巻線４２ａ、４２ｂ、および４２ｃは、インダクタで代替されてもよければ、インダクタを表していてもよい。
【００４１】
ここで図３に注目すると、電力インバータ３０の一区画３１ａの詳細が、区画３１ａを通過するモータ３２のある相の正の電流および負の電流の流れを図示する形で示されている。図３には区画３１ａが例示されているが、区画３１ｂおよび３１ｃも同様の態様で動作することを理解されたい。したがって、煩雑になるのを避けるために、区画３１ｂおよび３１ｃについては説明しない。第１の動作モード、即ちモータ３２の１つの相に正の電流を供給するモードでは、ハイサイドＩＧＢＴ９４−２ａおよびローサイドＩＧＢＴ９４−２ｂがオンになる。したがって、その相電流は、ハイサイドスイッチパッケージ９４ａおよびローサイドスイッチパッケージ９４ｂを経由して方向５１０に流れ、該当の相巻線４２ａに流入する。上記電力パルスは継続時間が短く、ＩＧＢＴ９４−２ａはその後直ぐにオフに切り替わる。巻線４２ａにインダクタンスがあるため、電流は流れ続け、ダイオード９６を通過する。留意すべきは、電流が迅速に制御されてしきい値レベルより下に下げられると、両スイッチパッケージ（９４ａおよび９４ｂ）はオフさせられ、ローサイドダイオード９６およびハイサイドダイオード９６を介してモータ巻線からＤＣバスに電流が流れるということである。このモードでは、モータ巻線の両端に負のＤＣバス電圧が加わる。電流がゆるやかにしきい値まで下げられると、２つのスイッチパッケージ（９４ａおよび９４ｂ）のうちの一方だけがオフになり、電流がモータ巻線内に転流する。このモードでは、モータ巻線の両端にゼロ電圧が加わる。
【００４２】
第２の動作モード、即ちモータ３２の１つの相に負の電流を供給するモードでは、ローサイドＩＧＢＴ９４−２ｂがオンになり、ハイサイドＩＧＢＴ９４−２ａが閉鎖される。したがって、その相電流は、ローサイドスイッチ９４ｂを経由して方向５１２に流れ（ＳＲ機械にはモータ巻線を介した電流反転が存在しないため、ＳＲ機械は除く）、取り込まれた磁気エネルギーをＤＣバス２８に戻す。上記電力パルスは継続時間が短く、ＩＧＢＴ９４−２ｂはその後直ぐにオフに切り替わる。巻線４２ａにインダクタンスがあるため、電流は流れ続け、ダイオード９６を経由して流出する。これは、３つの相Ａ、Ｂ、およびＣの各々で、即ち各区画３１ａ、３１ｂ、および３１ｃで起こる。
【００４３】
例示的実施形態は、システム１２を起動前低電圧モードで動作させることによって、インバータ給電電気機械システムのこういった特徴を利用している。例示的実施形態による１つの方法において、制御システム４０は、システムに故障が存在するかどうかを判定するのに、検知信号レベルの測定を利用している。「信号レベル」は、実測相電圧を指す場合もあれば、実測相電流を指す場合もあることを理解されたい。実測相電圧を実測相電流に変換することは、トランスコンダクタンス増幅器またはトランスインピーダンス増幅器（例えば、演算増幅器と抵抗）を使って行うことができる。煩雑になるのを避けるために、信号レベルとして実測相電流を使用して第１の方法を説明している。しかしながら、第１の方法は実測相電圧を使って実現することができるのであり、このことは理解されている必要がある。
【００４４】
別の例示的実施形態は、ＡＣ中間点において検知される電圧をインバータレグのハイサイドデバイスとローサイドデバイスとの間で負側ＤＣバスに対して測定したものを利用している。これについては、図５および図６に示している。ＡＣ中間点電圧は、ＡＣポールポイント電圧として示される。例えば、相ＡのＡＣポールポイント電圧はＶｐｏｌｅ＿Ａであり、相ＢのＡＣポールポイント電圧はＶｐｏｌｅ＿Ｂであり、相ＣのＡＣポールポイント電圧はＶｐｏｌｅ＿Ｃである。もしブレーキチョッパ回路が存在する場合は、Ｖｐｏｌｅ＿ＢＣである。それら検知電圧は、制御システム４０のゲートドライバ（５０、５８）に組み込まれたＡＤＣ５０、５８で処理される。変換後のデジタルデータは、関連する制御ボードに送出される。Ｖｐｏｌｅ＿Ａ、Ｖｐｏｌｅ＿Ｂ、Ｖｐｏｌｅ＿Ｃ、Ｖｐｏｌｅ＿ＢＣの各データは、ＡＤＣカウントデータとして把握される。この方法は、ＡＤＣカウントデータをデバイスのスイッチング信号と比較して、システムの故障を識別するとともにその場所を特定する。
【００４５】
どちらの方法でも、故障のタイプおよび場所が割り出されると、制御システム４０は、引き起こされた（１つまたは複数の）故障の悪影響を軽減しまたは排除するとともに、システムハードウェアで更なる妥協を行うことなく、最適のレベルで動作を再開するのに必要なように駆動システム１２を再構成するであろう。あるいは、駆動システム１２が安全な動作を継続できるには、先に故障を修理する必要があることを報知するエラーメッセージが伝えられるであろう。
【００４６】
以下で、例示的実施形態による第１の方法についてさらに詳細に説明される。これは、図４Ａ〜４Ｃに示されている。
ステップ１００において、制御システム４０（診断システム）の最初のステップは、ＤＣバスがテスト電圧ＶＴ、即ちテストモードに使用される低電圧（１０ボルト以下）で動作しているかどうかを判定するものである。例えば、テスト電圧ＶＴは、１０Ｖ〜２５Ｖの任意の電圧とすることができる。１０ＶのＤＣバス電圧では、電力供給前診断は低速で走る場合があるが、２５ＶＤＣバスでは、電力供給前診断はより高速に走る。１０ＶＤＣバスは、大型の電力インバータ給電電気機械に使用し、２５Ｖは、小型の電力インバータ給電電気機械に使用すればよい。モータ３２のインダクタンスは、電力定格が上がるのに伴って低下する。低電圧（１０Ｖ）電力供給前診断は、過電流限度に早く到達するために、低インダクタンス機械に使用するのがよい。高電圧（２５Ｖ）電力供給前診断は、インダクタンスが高い機械に使用するのがよい。
【００４７】
ＤＣバスがテスト電圧ＶＴよりも大きな電圧である場合、ステップ１００ａにおいて、制御システム４０の診断は実施されないことになる。テスト電圧ＶＴ以下でＤＣバスが動作している場合、制御システム４０はテストモードに入り、ステップ１０１において、制御システム４０は、ＤＣバス電圧がしきい値電圧ＶＴＨ（例えば５ボルト）未満であるかどうかを判定する。ＤＣバス電圧がしきい値電圧ＶＴＨ未満である場合、制御システム４０は、リンクキャパシタ７００のキャパシタが故障したと判定し、ステップ２００において、制御システム４０は、キャパシタが故障したことを表すエラーをレジスタに送出する。制御システム４０がテストモードにある場合、ステップ１０２において、制御システム４０は、相Ａハイサイド過電流値（例えば１０アンペア）を設定する。過電流値は、その車両の許容されたＤＣバス電圧診断時間に基づいて決定される。ステップ１０３において、制御システム４０によって、相ＡハイサイドＩＧＢＴはオンに設定され、相ＢローサイドＩＧＢＴはオンされる。
【００４８】
ステップ１０４において、制御システム４０は、相Ａ用の電流センサ３８を使って、相Ａハイサイド過電流故障が存在するかどうかを判定する。ステップ２０１において、相Ａハイサイド過電流故障が存在すると制御システム４０が判定した場合、制御システム４０は、ＤＣバス電圧がしきい値電圧ＶＴＨより下に下がったかどうかを判定する。ＤＣバス電圧がしきい値電圧ＶＴＨを下回る場合、これは、故障により相ＡローサイドＩＧＢＴもオンになっていることを表している。ステップ２０２において、制御システム４０は、制御システム４０に短絡したスイッチが存在することを報知し、ＦＰＧＡ６０に、その故障に関するシステムアラートを提供する。ステップ２０１において、ＤＣバス電圧が５ボルトより下に下がっていない場合、ステップ２０３において、制御システム４０は、相Ａハイサイド過電流を監視し、相Ａハイサイド過電流故障が最短でもしきい値時間ＴＴＨ（例えば１０ｍｓ）継続するかどうかを判定する。相Ａハイサイド過電流が最短でもしきい値時間ＴＴＨ継続する場合、ステップ２０４において、制御システム４０は、断線端子のシステム故障が起こったと判定して、電流が流れていないことを報知するとともに、そのために機械がインバータにつながっていないものと判定する。その故障に関するシステムアラートが、ＦＰＧＡ６０に提供される。相Ａハイサイド過電流がしきい値時間ＴＴＨさえ継続しない場合、方法はステップ１０５に進む。
【００４９】
ステップ１０４において、相Ａハイサイド過電流に故障がなければ、ステップ１０５において、制御システム４０は、電力供給前テストを継続する前に、ＤＣバス電圧がテスト電圧ＶＴ以下であることを確認し、制御システム４０がテストモードにあることを確認する。ＤＣバス電圧がテスト電圧ＶＴ以下になっていない場合、ステップ１０５ａにおいて、制御システム４０は本方法を停止する。ＤＣバス電圧がテスト電圧ＶＴ以下になっている場合、ステップ１０６において、制御システム４０は、相Ｂハイサイド過電流値（例えば１０アンペア）を設定する。ステップ１０７において、制御システム４０は、相ＡハイサイドＩＧＢＴおよび相ＢローサイドＩＧＢＴをオフさせ、相ＡローサイドＩＧＢＴおよび相ＢハイサイドＩＧＢＴをオンに設定する。
【００５０】
ステップ１０８において、相Ｂハイサイド過電流故障が存在すると制御システム４０が判定した場合、ステップ３０１において、制御システム４０は、ＤＣバス電圧がしきい値電圧ＶＴＨより下に下がったかどうかを判定する。ＤＣバス電圧がしきい値電圧ＶＴＨを下回る場合、制御システム４０は、故障により相ＢローサイドＩＧＢＴもオンになっていると判定する。ステップ３０２において、制御システム４０は、駆動システム１２に短絡したスイッチ（相ＢローサイドＩＧＢＴ）が存在することを報知し、ＦＰＧＡ６０に、その故障に関するシステムアラートを提供する。ステップ３０１において、ＤＣバス電圧が５ボルトより下に下がっていない場合、ステップ３０３において、制御システム４０は、相Ｂハイサイド過電流を監視し、相Ｂハイサイド過電流故障が最短でもしきい値時間ＴＴＨ継続するかどうかを判定する。相Ｂハイサイド過電流が最短でもしきい値時間ＴＴＨ継続する場合、ステップ３０４において、制御システム４０は、断線端子のシステム故障が起こったと判定して、電流が流れていないことを報知するとともに、そのために機械がインバータにつながっていないものと判定する。その故障に関するシステムアラートが、ＦＰＧＡ６０に提供される。相Ｂハイサイド過電流がしきい値時間ＴＴＨさえ継続しない場合、本方法はステップ１０９に進む。
【００５１】
ステップ１０８において、相Ｂハイサイド過電流が故障値になっていないと制御システム４０が判定すれば、ステップ１０９において、制御システム４０は、電力供給前テストを継続する前に、ＤＣバス電圧がテスト電圧ＶＴ以下であることを確認し、制御システム４０がテストモードにあることを確認する。ＤＣバス電圧がテスト電圧ＶＴ以下になっていない場合、ステップ１０９ａにおいて、制御システム４０は本方法を停止する。ＤＣバス電圧がテスト電圧ＶＴ以下になっている場合、ステップ１１０において、制御システム４０は、相Ａハイサイド過電流値（例えば１０アンペア）を設定する。ステップ１１１において、制御システム４０によって、相ＡハイサイドＩＧＢＴはオンに設定され、相ＣローサイドＩＧＢＴはオンされる。
【００５２】
ステップ１１２において、相Ａハイサイド過電流故障が存在すると制御システム４０が判定した場合、ステップ４０１において、制御システム４０は、ＤＣバス電圧がしきい値電圧ＶＴＨより下に下がったかどうかを判定する。ＤＣバス電圧がしきい値電圧ＶＴＨを下回る場合、制御システム４０は、故障により相ＡローサイドＩＧＢＴもオンになっていると判定する。ステップ４０２において、制御システム４０は、駆動システム１２に短絡したスイッチが存在することを報知し、ＦＰＧＡ６０に、その故障に関するシステムアラートを提供する。ステップ４０１において、ＤＣバス電圧がしきい値電圧ＶＴＨより下に下がっていない場合、ステップ４０３において、制御システム４０は、相Ａハイサイド過電流を監視し、相Ａハイサイド過電流故障が最短でもしきい値時間ＴＴＨ継続するかどうかを判定する。相Ａハイサイド過電流が最短でもしきい値時間ＴＴＨ継続する場合、ステップ４０４において、制御システム４０は、断線端子のシステム故障が起こったと判定して、電流が流れていないことを報知するとともに、そのために機械がインバータにつながっていないものと判定する。その故障に関するシステムアラートが、ＦＰＧＡ６０に提供される。相Ａハイサイド過電流が最短でもしきい値時間ＴＴＨ継続する場合、本方法はステップ１１３に進む。
【００５３】
ステップ１１２において、相Ａハイサイド過電流に故障がなければ、ステップ１１３において、制御システム４０は、電力供給前テストを継続する前に、ＤＣバス電圧がテスト電圧ＶＴ以下であることを確認し、制御システム４０がテストモードにあることを確認する。ＤＣバス電圧がテスト電圧ＶＴ以下になっていない場合、ステップ１１３ａにおいて、制御システム４０は本方法を停止する。ＤＣバス電圧がテスト電圧ＶＴ以下になっている場合、ステップ１１４において、制御システム４０は、相Ｃハイサイド過電流値（例えば１０アンペア）を設定する。ステップ１１５において、制御システム４０は、相ＡハイサイドＩＧＢＴおよび相ＣローサイドＩＧＢＴをオフさせ、相ＡローサイドＩＧＢＴおよび相ＣハイサイドＩＧＢＴをオンに設定する。
【００５４】
ステップ１１６において、相Ｃハイサイド過電流故障が存在すると制御システム４０が判定した場合、ステップ５０１において、制御システム４０は、ＤＣバス電圧がしきい値電圧ＶＴＨより下に下がったかどうかを判定する。ＤＣバス電圧がしきい値電圧ＶＴＨを下回る場合、制御システム４０は、故障により相ＣローサイドＩＧＢＴもオンになっていると判定する。ステップ５０２において、制御システム４０は、駆動システム１２に短絡したスイッチ（例えば相ＣサイドＩＧＢＴ９４−２ａ）が存在することを報知し、ＦＰＧＡ６０に、その故障に関するシステムアラートを提供する。ステップ５０１において、ＤＣバス電圧がしきい値電圧ＶＴＨより下に下がっていない場合、ステップ５０３において、制御システム４０は、相Ｃハイサイド過電流を監視し、相Ｃハイサイド過電流故障が最短でもしきい値時間ＴＴＨ継続するかどうかを判定する。相Ｃハイサイド過電流が最短でもしきい値時間ＴＴＨ継続する場合、ステップ５０４において、制御システム４０は、断線端子のシステム故障が起こったと判定して、電流が流れていないことを報知するとともに、そのために機械がインバータにつながっていないものと判定する。その故障に関するシステムアラートが、ＦＰＧＡ６０に提供される。相Ｃハイサイド過電流がしきい値時間ＴＴＨさえ継続しない場合、本方法はステップ１１７に進む。
【００５５】
ステップ１１６において、相Ｃハイサイド過電流が故障値になっていなければ、ステップ１１７において、制御システム４０は、電力供給前テストを継続する前に、ＤＣバス電圧がテスト電圧ＶＴ以下であることを確認し、制御システム４０がテストモードにあることを確認する。確認できれば、テストモードは進行し、ステップ１２０でのキャパシタ点検、ステップ１３０でのインバータ点検、ステップ１４０での発電機点検、ステップ１５０でのケーブル点検、等の点検を行う。ＤＣバス電圧がテスト電圧ＶＴ以下になっていない場合、ステップ１１７ａにおいて、制御システムは本方法を停止する。
【００５６】
ステップ１１７において、ＤＣバス電圧が最低でもテスト電圧ＶＴに等しくないと制御システム４０が判定すれば、制御システム４０は、少なくともテスト電圧ＶＴに等しくなるまでＤＣバス電圧を監視し続ける。ステップ１１７において、ＤＣバス電圧が依然としてテスト電圧ＶＴと等しくなっている場合、制御システム４０は、ステップ１１５からＩＧＢＴをリセットする。ステップ１２０において、制御システム４０は、駆動システム１２のキャパシタに対して電力供給前診断点検を実施する。故障があれば、その故障に関するシステムアラートがＦＰＧＡ６０に提供される。ステップ１３０において、制御システム４０は、システムインバータ３０に対して電力供給前診断点検を実施する。故障があれば、その故障に関するシステムアラートがＦＰＧＡ６０に提供される。ステップ１４０において、制御システム４０は、システム発電機２４に対して電力供給前診断点検を実施する。故障があれば、その故障に関するシステムアラートがＦＰＧＡ６０に提供される。ステップ１５０において、制御システム４０は、ブレーキチョッパシステム２２に対して電力供給前診断点検を実施する。故障があれば、その故障に関するシステムアラートがＦＰＧＡ６０に提供される。ステップ１６０において、制御システム４０は、システムケーブルに対して電力供給前診断点検を実施する。故障があれば、その故障に関するシステムアラートがＦＰＧＡ６０に提供される。ステップ１７０において、全てのシステム電力供給前診断を最後まで行うのに成功し、駆動システム１２が正常に動作しているものと思われる場合、電力を最大限に引き上げる。
【００５７】
以下で、例示的実施形態による故障解析の第２の方法についてさらに詳細に説明し、電圧測定の違いを図５および図６に示す。第２の方法を説明するのに図５および図６が使用されているが、図５および図６に例示のシステムは、図４Ａ〜４Ｃに例示の第１の方法を遂行するのにも使用可能であることを理解されたい。
【００５８】
第２の方法は、ＡＣ中間点において検知される電圧をインバータレグのハイサイドデバイスとローサイドデバイスとの間で負側ＤＣバスに対して測定したものを利用している。図５による例示的実施形態において、インバータレグは、ローサイドスイッチと電気的に接続されたハイサイドスイッチ（例えば、ダイオードと並列のＩＧＢＴ）を指すことができる。インバータレグのＡＣ中間点は、インバータポールポイントまたはＡＣポイントと呼ばれる場合がある。これらの電圧は、ＡＣポールポイント電圧として示される。例えば、相ＡのＡＣポールポイント電圧はＶｐｏｌｅ＿Ａであり、相ＢのＡＣポールポイント電圧はＶｐｏｌｅ＿Ｂであり、相ＣのＡＣポールポイント電圧はＶｐｏｌｅ＿Ｃである。もしブレーキチョッパ回路が存在する場合は、Ｖｐｏｌｅ＿ＢＣである。インバータポールポイントは、インバータを機械（例えばモータ）に接続するのに使用される。モータ巻線の各相Ａ、Ｂ、およびＣ間の電圧は、電圧センサ（図示省略）によって測定される。
【００５９】
図６に示されるＳＲモータシステムのようなＳＲモータシステムにおいて、インバータレグは、ローサイドダイオードと電気的に接続されたハイサイドスイッチを指す場合もあれば、ローサイドスイッチと電気的に接続されたハイサイドダイオードを指す場合もある。モータ巻線の各相間の正側電圧および負側電圧、即ち正側電圧Ｖｐｏｌｅ＿Ａ＋および負側電圧Ｖｐｏｌｅ＿Ａ−が測定される。モータ巻線の各相Ａ、Ｂ、およびＣ間の正側電圧および負側電圧は、電圧センサ（図示省略）によって測定される。
【００６０】
検知された電圧は、制御システム４０のゲートドライバ（５０、５８）に組み込まれたアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）で処理される。変換後のデジタルデータは、関連する制御ボードに送出される。Ｖｐｏｌｅ＿Ａ、Ｖｐｏｌｅ＿Ｂ、Ｖｐｏｌｅ＿Ｃ、Ｖｐｏｌｅ＿ＢＣの各データは、ＡＤＣカウントデータとして把握される。
【００６１】
例えば、ゲートドライバ５８は、ＩＧＢＴに０〜５Ｖのアナログ信号を印加することができる。ゲートドライバは、線形範囲に属するために、０．５Ｖ〜４．５Ｖを使用してもかまわない。したがって、ハイサイドＩＧＢＴがオンになれば、ＡＤＣへの電圧入力は４．５Ｖであり、ローサイドＩＧＢＴがオンになれば、ＡＤＣへの電圧入力は０．５Ｖ付近である。どのＩＧＢＴもオンにならなければ、インバータポール電圧は、２．５Ｖ付近である。前段による処理後のインバータポールでの検知電圧は、０．５Ｖ〜４．５Ｖの範囲に収まる。検知電圧は、ＡＤＣカウントデータに変換することができる。例えば、４．５Ｖは、１０ビットＡＤＣではおそらく９２１カウントに等しくなり、０．５Ｖは、おそらく１０２カウントに等しくなる。したがって、ＡＤＣカウントに応じて、ＩＧＢＴがオンされたかどうか判断することができる。ＩＧＢＴがオフになれば、ＩＧＢＴによって供給された電流がダイオードによって取って代わられるのに伴って電圧の読みが変わり、ＡＤＣへの読みが変わるであろう。
【００６２】
この方法は、ＡＤＣカウントデータをデバイスのスイッチング信号と比較し、システム１２の故障を識別するとともにその場所を特定する。
図５は、電力供給前故障検出の第２の方法のための、ＰＭ機械または誘導ＡＣ機械の電圧測定を図示している。制御システム４０は、図２に示すように構成され、接続されている。したがって、煩雑になるのを避けるために、制御システム４０の説明は省略する。電圧がＶｐｏｌｅ＿Ａ、Ｖｐｏｌｅ＿Ｂ、およびＶｐｏｌｅ＿Ｃである各相に対し、ハイサイドパッケージおよびローサイドパッケージ９４’ａおよび９４’ｂの対が、ＤＣバスに架設されており、３相Ａ、Ｂ、およびＣを発生するようにオンおよびオフに切り替えられる。各ハイサイドスイッチパッケージ９４’ａは、ダイオード９４’−１ａと、絶縁ゲート型バイポーラ接合トランジスタ（ＩＧＢＴ）９４’−２ａとを具備している。各ローサイドスイッチパッケージ９４’ｂは、ダイオード９４’−１ｂと、ＩＧＢＴ９４’−２ｂとを具備している。スイッチパッケージ９４’ａ、９４’ｂの対はそれぞれ、ＤＣバス２８’の正側ＤＣ電力レール４４’と負側ＤＣ電力レール４６’との間にある相巻線群のうちの該当する相巻線に結合することができる。図に示すように、直流バス２８’のＤＣ電力レール４４’と負側ＤＣ電力レール４６’との間に、２つの抵抗Ｒｂａｌが直列に接続されている。各ＩＧＢＴ９４’−２ａ、９４’−２ｂのベースは、そのＩＧＢＴ９４’２ａ、９４’−２ｂに割り当てられた該当のゲートドライバ５８に電気的に結合されている。このゲートドライバは、そのＩＧＢＴ９４’−２ａ、９４’−２ｂをオン、オフさせるように低ＤＣ電圧（例えば２４ＶＤＣ）を提供することができる。ＡＤＣカウントには、スイッチ（ＩＧＢＴ９４’−２ａ、９４’−２ｂ）がいつ閉鎖および／または開放になるように命令されるのかに応じて、２つの可能性がある。これら２つの可能性は、１０ビットＡＤＣおよび１２ビットＡＤＣについて、後掲の表１に示されている。
【００６３】
表１も表２〜５も、経験的データから作製されたものであることを理解されたい。例えば、ゲートドライバボード上で、インバータポールポイント（負側ＤＣバスに対して）とＡＤＣ（アナログ−デジタルコンバータ）の入力との間に電子回路が配置される場合がある。その電子回路は、ＡＤＣ入力の電圧を最大値５Ｖかつ最小値０Ｖに低減する。１ボルト当たりのＡＤＣカウントは次のように提示される。
【００６４】
（１／（５Ｖ／２＾１０））
ゲートドライバ５８は、制御ボードにＡＤＣカウントを提供する。制御ボードは、ポール電圧値を決定する。次いで、制御ボードによって決定されたポール電圧は、インバータのスイッチ状態［オンもしくはオフ、または（１つまたは複数の）スイッチで最近何が行われたか（ＩＧＢＴのオンまたはオフ）］と見比べられる。作製されたＡＤＣカウントデータは、インバータ給電電子機械の故障のタイプおよびその故障がどこで起こったかを制御システム４０が判断する際の判断基準になる。
【００６５】
ＡＤＣカウントデータが、メモリ６４に格納された対応する半導体装置のスイッチ状況の１つまたは複数の標準範囲（例えば、後掲のルックアップテーブル、表１〜５）に適合しない場合に、インバータ（例えば電力インバータ３０）の異常を検出するように、制御システム４０は構成されている。逆に、ＡＤＣカウントデータが、メモリ６４に格納された対応する半導体装置のスイッチ状況の１つまたは複数の標準範囲に適合する場合に、インバータ（例えば電力インバータ３０）に異常が存在しないことを検出するように、制御システムは構成されている。
【００６６】
【表１】
2014506778.tif 000003
【００６７】
制御システム４０は、ＡＤＣカウントが表１に示されるパターンに従わないかどうかを判定することができる。ＡＤＣカウントが表１に示されるパターンに従わない場合、制御システム４０によって故障が宣言される。本検出方法を使って識別できる制御システム４０の故障の類型は、７種類ある。それらの類型は、下記の通りである。
類型Ａ：ＤＣバスは短絡故障
類型Ｂ：ＤＣバスは断線故障
類型Ｃ：ＩＧＢＴは断線故障
類型Ｄ：ＩＧＢＴは短絡故障
類型Ｅ：ダイオードは断線故障
類型Ｆ：ダイオードは短絡故障
類型Ｇ：モータケーブルがインバータポールと接続されていない
駆動システム１２に故障が存在すると制御システム４０が判定すれば、その故障は、表２に示されるように識別することができる。
【００６８】
【表２−１】
2014506778.tif 000004
【００６９】
【表２−２】
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【００７０】
【表２−３】
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【００７１】
【表２−４】
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【００７２】
図６は、電力供給前検出の第２の方法のための、ＳＲ機械の電圧測定を図示している。制御システム４０は、図２に示すように構成され、接続されている。したがって、煩雑になるのを避けるために、制御システム４０の説明は省略する。電圧がＶｐｏｌｅ＿Ａ、Ｖｐｏｌｅ＿Ｂ、およびＶｐｏｌｅ＿Ｃである各相に対し、ハイサイドスイッチパッケージおよびローサイドスイッチパッケージ９４’’ａおよび９４’’ｂの対が直列に、ＤＣ供給バスに架設されており、各相巻線の両端に電力を発生するようにオンおよびオフに切り替えられる。各スイッチパッケージ９４’’ａ、９４’’ｂは、ダイオード９４’’−１ａ、９４’’−１ｂと、絶縁ゲート型バイポーラ接合トランジスタ（ＩＧＢＴ）９４’’−２ａ、９４’’−２ｂと、パワーダイオード９６’’とを具備している。ハイサイドスイッチパッケージ９４’’ａは、ＤＣバス２８’’の正側ＤＣレール４４’’に電気的に結合され、ローサイドスイッチパッケージ９４’’ｂは、ＤＣバス２８’’の負側ＤＣレール４６’’に電気的に結合されている。スイッチパッケージ９４’’ａ、９４’’ｂの対はそれぞれ、図６にＰｈａｓｅ１、Ｐｈａｓｅ２、およびＰｈａｓｅＮと示されるＳＲモータの相巻線群のうちの該当の相巻線に結合することができる。各ＩＧＢＴ９４’’−２ａ、９４’’−２ｂのベースは、そのＩＧＢＴ９４’’−２ａ、９４’’−２ｂに割り当てられた該当のゲートドライバ５８に電気的に結合されている。このゲートドライバは、そのＩＧＢＴ９４’’−２ａ、９４’’−２ｂをオン、オフさせるように低ＤＣ電圧（例えば２４ＶＤＣ）を提供することができる。ゲートドライバ５８は、ＦＰＧＡ６０の制御下にある。このＦＰＧＡは、ゲートドライバ５８、ＩＧＢＴ９４’’−２ａ、９４’’−２ｂ、それに伴ってモータを制御する（モータ巻線への振幅および周波数を変化させることを含む）のに、ＳＲモータ制御方式を用いることができる。これは、モータ３２のトルク出力を変化させるためである。スイッチパッケージ９４’’ａ、９４’’ｂが全て良好であり、多相ＳＲ機械がインバータと接続されて正常に動作しているときの、ＳＲ機械におけるＶｐｏｌｅ＿Ａ＋、Ｖｐｏｌｅ＿Ａ−、Ｖｐｏｌｅ＿Ｂ＋、Ｖｐｏｌｅ＿Ｂ−、Ｖｐｏｌｅ＿Ｃ＋、Ｖｐｏｌｅ＿Ｃ−、およびＶｐｏｌｅ＿ＢＣのＡＤＣカウントの状態を、１０ビットＡＤＣおよび１２ビットＡＤＣについて、後掲の表３に示している。ＳＲモータ制御方式は、任意の公知の駆動システム用のＳＲモータ駆動方式とすることができる。したがって、煩雑になるのを避けるために、ＳＲモータ制御方式については詳細に説明しない。
【００７３】
【表３】
2014506778.tif 000008
【００７４】
制御システム４０は、ＡＤＣカウントが表３に示されるパターンに従わないかどうかを判定することができる。ＡＤＣカウントが表３に示されるパターンに従わない場合、制御システム４０によって故障を宣言することができる。本検出方法を使って識別できる制御システムの故障の類型は、７種類ある。それらの類型は、下記の通りである。
類型Ａ’：ＤＣバスは短絡故障
類型Ｂ’：ＤＣバスは断線故障
類型Ｃ’：ＩＧＢＴは断線故障
類型Ｄ’：ＩＧＢＴは短絡故障
類型Ｅ’：ダイオードは断線故障
類型Ｆ’：ダイオードは短絡故障
類型Ｇ’：モータケーブルがインバータポールと接続されていない
駆動システムに故障が存在すると制御システム４０が判定すれば、表４に示されるように、制御システム４０は、ＤＣバスに故障が存在するかどうかを検出するように処理を進める。
【００７５】
【表４】
2014506778.tif 000009
【００７６】
ＤＣバスがテストに合格すると、ＤＣバスに故障は存在せず、制御システム４０は、インバータ、機械、および／または機械をインバータと接続するケーブルで、故障の場所を識別するように処理を進める。
【００７７】
【表５】
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【００７８】
表５の解析が、制御システム４０によって、相Ａに対して最後まで行われると、制御システム４０は、適切なポールポイント電圧およびＡＤＣカウントを取得するように、相Ｂおよび相Ｃそれぞれ用のスイッチ（ＩＧＢＴおよびダイオード）を使って、相Ｂおよび相Ｃの解析を実施する。ＳＲ機械のブレーキチョッパＩＧＢＴのための故障検出方法は、上掲の表２で言及したものと同じとすることができる。
【００７９】
表１〜５のいずれも、非排他的に、制御システム４０のメモリ６４に格納される、１つまたは複数のルックアップテーブル、ファイル、データベース、データ記録、または他のデータ構造として構築することができる。
【００８０】
いずれの表においても、スイッチ（インバータのＩＧＢＴ）が閉鎖および／または開放をいつ命令されるのかに応じて、ＡＤＣカウントについて、２つの例示的可能性、即ち順列が存在する。上記可能性は、１０ビットまたは１２ビットのアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）（例えば、アナログ−デジタルコンバータ１４）について、後掲の表で言及されている。表１〜５において、非排他的に、交流ノード電圧（負側直流バスに対するインバータ中間点電圧）を検知し、Ｖｐｏｌｅ＿Ａ、Ｖｐｏｌｅ＿Ｂ、Ｖｐｏｌｅ＿Ｃ、およびＶｐｏｌｅ＿ＢＣのＡＤＣカウントを知ることによって、インバータ給電電気機械システムにおいて、下記の故障を検出することができる。（１）インバータにおいて、いずれかのまたは一対のスイッチングトランジスタ（例えばＩＧＢＴ）が短絡故障。（２）インバータにおいて、いずれかのスイッチングトランジスタ（例えばＩＧＢＴ）が断線故障。（３）インバータにおいて、いずれかのダイオード（例えば保護ダイオード）が短絡故障または断線故障。（４）いずれかのキャパシタが短絡故障。（５）インバータと機械との間のいずれかのケーブルが、短絡故障または断線故障。（６）いずれかの機械巻線が短絡故障または断線故障。（７）いずれかの制動回路トランジスタ（例えば、ブレーキチョッパＩＧＢＴ）またはダイオードが、断線故障または短絡故障。（８）ブレーキグリッド抵抗および／またはケーブルが、断線故障または短絡故障。
【００８１】
以上のように例示的実施形態を説明してきたが、それら例示的実施形態は、明らかなように、多くの態様で変形することができる。かかる変形形態は、例示的実施形態の精神および範囲から逸脱するものとみなされるべきではない。かかる変更形態は全て、当業者には自明なように、特許請求の範囲に含められることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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