JP2015519035A - 故障検出を有する電気モータのための方法およびコントローラ - Google Patents

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Abstract

コントローラ（１１）の各位相（８０、１８０、２８０）について、半導体スイッチは、ハイ側スイッチ（８１、１８１、２８１）およびロー側スイッチ（８２、１８２、２８２）を備える。直流電圧バス（６４、６６）は、半導体スイッチ（８１、８２、１８１、１８２、２８１、２８２）に電気エネルギーを供給する。測定回路（３２、３４）は、コントローラ（１１）の各半導体スイッチについてコレクタ−エミッタ電圧またはドレイン−ソース電圧を測定することに適応する。特定の半導体スイッチについての測定したコレクタ−エミッタ電圧または測定したソース−ドレイン電圧が最小しきい値よりも低い場合、および特定の半導体スイッチに関係する観測した電流が正常な動作極性とは反対の極性を有する場合に、データプロセッサ（１０）は、特定の半導体スイッチ内に短絡が存在すると判断する。

Description

本発明は、故障検出を有する電気モータのための方法およびコントローラに関する。
内部永久磁石（ＩＰＭ）モータまたはＩＰＭ同期モータなどの電気モータは、永久磁石を有する回転子および固定子を特色とすることができる。ある種の従来技術によれば、インバータまたはモータコントローラは、電気モータの１つまたは複数の位相に関する交流出力の供給をサポートする半導体スイッチを備える。１つの半導体スイッチの出力端子の両端に見られる短絡は、電気モータの巻線中を流れる非対称な電流を生じさせることがある。非対称な電流は、モータ（例えば、すなわちモータの回転子）内の１つまたは複数の永久磁石の消磁などの損傷に対してモータを敏感にさせる。したがって、故障検出を有する電気モータのための方法およびコントローラの改善に対する必要性がある。
本願発明の一実施例は、例えば、故障検出を有する電気モータのための方法およびコントローラに関する。
一実施形態によれば、方法およびシステムは、電気モータ用のコントローラ内の故障検出または故障保護のために提示される。コントローラの各位相について、一対の半導体スイッチは、ハイ側スイッチおよびロー側スイッチを備える。直流電圧バスは、（例えば、直流パワースイッチを介してスイッチング可能に）半導体スイッチに電気エネルギーを供給する。測定回路は、コントローラの各半導体スイッチについてコレクタ−エミッタ電圧またはドレイン−ソース電圧を測定することに適応する。データプロセッサは、特定の半導体スイッチについての測定したコレクタ−エミッタ電圧または測定したソース−ドレイン電圧が（例えば、特定の半導体スイッチの命令されたオフ状態の間じゅう、またはインバータドライバ信号の少なくとも１つの完全なサイクルもしくは波形の間じゅうずっと）最小しきい値よりも低い場合、および特定の半導体スイッチに関係する観測した電流が正常な動作極性とは反対の極性を有する場合に、特定の半導体スイッチ内に短絡が存在すると判断する。ドライバは、非対称な電流の流れに関係する可能性のある損傷から電気モータを保護するために（例えば、電気モータ内の永久磁石の消磁を防止するために）、特定の半導体スイッチ以外の、電気モータの他の位相巻線につなげられた同じ直流入力極性のカウンターパートスイッチを同時に作動させる。
故障検出を有する電気モータのための方法およびコントローラの一実施形態のブロック図である。 故障検出を有する電気モータのための方法およびコントローラの別の一実施形態のブロック図である。 故障検出を有する電気モータを制御するための方法の第１の実施形態の流れ図である。 故障検出を有する電気モータを制御するための方法の第２の実施形態の流れ図である。 故障検出を有する電気モータを制御するための方法の第３の実施形態の流れ図である。 故障検出を有する電気モータを制御するための方法の第４の実施形態の流れ図である。 故障検出を有する電気モータを制御するための方法の第５の実施形態の流れ図である。 故障検出を有する電気モータを制御するための方法の第６の実施形態の流れ図である。 半導体スイッチの電圧状態、位相出力ノードに関する対応する出力電流、検出した対応する故障、および対応する是正処置の例示的な表である。
モータ４５の巻線（４４、４６、および４８）内の非対称な電流の流れは、直流電流（例えば、正電流もしくは負電流）または１つもしくは複数の直流端子（６４、６６）からの直流電流オフセットがモータ４５の１つの巻線（４４、４６、もしくは４８）または１つの位相だけに連続的に印加される状態を呼ぶ。非対称な電流の流れは、バランスの取れていない電流の流れと呼ばれることがある。例えば、非対称な電流の流れは、インバータまたはコントローラの１つの半導体スイッチ内の故障または短絡からもたらされることがある。ある種のモータ４５の設計に関して、非対称な電流の流れまたはバランスの取れていない電流の流れは、とりわけ数ある中で、熱応力下に１つもしくは複数のモータ巻線（４４、４６、または４８）を置くことがある、長期間にわたってモータ４５の永久磁石を部分的に消磁することがある、またはモータ４５の寿命を短くさせることがある。例えば、巻線（４４、４６、または４８）への直流電流または直流電流オフセットの連続的な入力は、巻線（４４、４６、または４８）への熱応力または損傷をもたらすことがあり、これは典型的には、交流入力または電気的エネルギーの不連続な入力を必要とするまたは設計される。さらに、１つの位相の巻線（４４、４６、または４８）が他の位相に印加される交流電流の周波数と調和しない他の位相巻線からの直流電流オフセットを有するために、直流電流オフセットは、モータ４５もしくは電気機械に損傷を与えることがある、または長時間にわたりその永久磁石を消磁することがある。
一実施形態によれば、図１は、電気モータ４５を制御するためのシステム、インバータまたはコントローラ１１を開示し、ここではコントローラ１１は、故障検出および予防対策が可能である。電気モータ４５は、内部永久磁石（ＩＰＭ）モータ４５または別の交流機械を含むことができる。図示したように、システムは、モータ４５を別にして、故障検出を有するインバータまたはモータコントローラ１１と呼ばれることがある。
図１では、データプロセッサ１０は、ドライバ１２につなげられる。ドライバ１２は、半導体スイッチ（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）を駆動してまたは制御してインバータ回路用の制御信号を発生する半導体ドライバ回路を備える。インバータ回路（８０、１８０および２８０）は、直流バス（６４、６６）からの直流入力信号を出力端子（２４、１２４、および２２４）における１つまたは複数の交流出力信号へと変換する。直流バス（６４、６６）は、半導体スイッチを含むコントローラまたはインバータに電気エネルギーを供給する。順に、インバータ回路は、モータ４５またはモータ巻線（４４、４６、および４８）につなげられる。モータ巻線（４４、４６、および４８）が例示目的で中央接地接続４９を有するワイ（Ｙ）供給構成（ｆｅｄ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）として図示されるが、他の配置が可能であり、特許請求の範囲の範囲内になる。
図１では、複数の位相（例えば、第１の位相８０、第２の位相１８０および第３の位相２８０）用の半導体スイッチ（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）は、インバータ回路を集団で形成し、ここでは、インバータ回路へ入力される直流電流が、電気モータ４５の対応する位相または巻線（４４、４６、もしくは４８）への印加のための１つまたは複数の交流出力信号へと転換されるまたは変換される。
インバータ回路は、モータ４５に印加されるパルス幅変調信号または他の交流信号（例えば、パルス、矩形波、サイン波、または他の波形）を発生し、変更し、制御するためのスイッチング半導体（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）などのパワー電子部品を備える。インバータ回路の出力段は、モータ４５の制御用のパルス幅変調信号または他の交流信号を与える。
各出力位相（８０、１８０、および２８０）に関して、コントローラ１１またはインバータは、対の半導体スイッチ（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）を備える。一実施形態では、半導体スイッチ（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、電界効果型トランジスタ、パワートランジスタ、または他の半導体デバイスを含むことができる。
第１に、コントローラ１１またはインバータは、コントローラ１１の第１の位相８０用のハイ側スイッチ（８１）およびロー側スイッチ（８２）を含む第１の対の半導体スイッチ（８１、８２）を備える。第１の位相８０では、ハイ側スイッチ（８１）は、そのスイッチング出力端子のうちの１つ（出力端子（１４、２４）の中で、例えば、コレクタ１４またはドレイン）が直流バスの正の直流端子６４に接続されることがあるために、ハイ側スイッチと呼ばれることがある。ロー側スイッチ（８２）は、そのスイッチング出力端子のうちの１つ（出力端子（１６、２６）の中で、例えば、エミッタ２６またはソース）が直流バスの負の直流端子６６に接続されることがあるために、ロー側スイッチと呼ばれることがある。
第２に、コントローラ１１またはインバータは、コントローラの第２の位相（１８０）用のハイ側スイッチ（１８１）およびロー側スイッチ（１８２）を含む第２の対の半導体スイッチ（１８１、１８２）を備える。第２の位相１８０では、ハイ側スイッチ（１８１）は、そのスイッチング出力端子のうちの１つ（出力端子（１１４、１２４）の中で、例えば、コレクタ１１４またはドレイン）が直流バスの正の直流端子６４に接続されることがあるために、ハイ側スイッチと呼ばれることがある。ロー側スイッチ（１８２）は、そのスイッチング出力端子のうちの１つ（出力端子（１１６、１２６）の中で、例えば、エミッタ１２６またはソース）が直流バスの負の直流端子６６に接続されることがあるために、ロー側スイッチと呼ばれることがある。
第３に、コントローラまたはインバータは、コントローラの第２の位相用のハイ側スイッチおよびロー側スイッチを含む第２の対の半導体スイッチを備える。第３の位相２８０では、ハイ側スイッチ（２８１）は、そのスイッチング出力端子のうちの１つ（出力端子（２１４、２２４）の中で、例えば、コレクタ２１４またはドレイン）が直流バスの正の直流端子６４に接続されることがあるために、ハイ側スイッチと呼ばれることがある。ロー側スイッチ（２８２）は、そのスイッチング出力端子のうちの１つ（出力端子（２１６、２２６）の中で、例えば、エミッタ２２６またはソース）が直流バスの負の直流端子６６に接続されることがあるために、ロー側スイッチと呼ばれることがある。
図１および図２は電気モータ４５を制御するための３相コントローラをそれぞれ図示するが、コントローラは、一般に１つまたは複数の位相を有することができ、２つ以上の位相を有するコントローラが、本開示のいずれかの実施形態を実行するために使用されることがある。
一実施形態では、インバータ回路、インバータまたはコントローラ１１は、直流（ＤＣ）電圧バス（包括的に６４、６６）によって電力を供給される。例えば、図１では、直流電圧バス（６４、６６）は、各位相用の半導体スイッチ（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）のコレクタ端子およびエミッタ端子またはソース端子およびドレイン端子につなげられる。各半導体スイッチ（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）の入力端子（１８、２０、１１８、１２０、２１８、および２２０）は、ドライバ１２につなげられる。各半導体スイッチの入力端子（１８、２０、１１８、１２０、２１８、および２２０）は、例えば、ゲートまたはベースを含むことができる。各半導体スイッチの出力端子（２４、１２４、２２４）は、モータ巻線（４４、４６、または４８）の端子につなげられる。各位相の出力端子（２４、１２４、２２４）は、個々の位相用のハイ側スイッチおよびロー側スイッチの接続部のところに設置されることがある。モータ４５のそれぞれの異なる位相（８０、１８０、２８０）は、対応するモータ４５巻線（４４、４６、または４８）と関係付けられることがある。
図１に示したように、保護ダイオード（２８、３０）が、各半導体スイッチ（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）のコレクタとエミッタ（またはソースとドレイン）との間につなげられることがあり、半導体スイッチが作動を停止されるまたは作動される移行状態の間にコレクタとエミッタ（または出力端子）との間に流れる電流を制限する。
測定回路または電圧センサ（３２、３４）は、各位相（８０、１８０、２８０）用の半導体スイッチ（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）のコレクタ端子とエミッタ端子、またはソース端子とドレイン端子との間につなげられる。各電圧センサ（３２、３４）は、コントローラ１１の各半導体スイッチについてコレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧を測定することに適応する。作動していない（例えば、オフにスイッチングした）半導体スイッチ（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）について検出したコレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧が、しきい値電圧レベルよりも低い場合には、半導体デバイス（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）は、短絡を含むまたは典型値よりも大きなリーク電流を有することがあり、大きなリーク電流は、半導体デバイスの切迫した短絡故障モードを潜在的に示す。データプロセッサ１０は、１つまたは複数の電圧センサ（３２、３４）の出力を使用することができ、インバータまたはコントローラ１１の対応する位相についてそれぞれの巻線（４４、４６、または４８）内を流れる電流を推定する。
各電圧センサ（３２、３４）または測定回路は、半導体スイッチ（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）およびモータ巻線（４４、４６、または４８）と比較して高い入力インピーダンスを与え、その結果、電圧センサ（３２、３４）または測定回路は、半導体スイッチの性能を乱さないまたは半導体スイッチもしくは巻線（４４、４６、もしくは４８）から材料電流（ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ）（例えば、エミッタ電流もしくはコレクタ電流）を引き出さない。一実施形態では、電圧センサ（３２、３４）または測定回路は、高インピーダンス電圧計または電圧センサを備えることができる。例えば、測定回路は、基準電圧に対する入力電圧の比較のために１つまたは複数のオペレーショナルアンプリファイアを使用する高インピーダンス電圧センサを備えることができる。基準電圧は、例えば、バッテリ、電圧レギュレータ、またはツェナーダイオードによって与えられることがある。１つの構成では、電圧センサの出力は、アナログ−ディジタル変換器につなげられることができ、データプロセッサ１０のための適切なディジタル入力を与える。
測定回路または電圧センサ（３２、３４）は、アナログ出力またはディジタル出力を与えることができる。図１に示したように、各電圧センサ（３２、３４）は、データプロセッサ１０につなげられ、データプロセッサにディジタル出力を与える。電圧センサ（３２、３４）または測定回路が、アナログ出力を与える場合には、アナログ−ディジタル変換器が、電圧センサ（３２、３４）とデータプロセッサ１０の入力との間に挿入されることがある。測定回路または電圧センサ（３２、３４）は、半導体スイッチ（８１、８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）が停止中であるかまたはオフにされるときには、正常値よりも大きなリーク電流を検出することが可能である。したがって、測定回路または電圧センサは、半導体スイッチまたは保護ダイオード（２８、３０）における後の完全な故障または短絡の早期警告を与えるために良く適しており、その結果、早期に検出した短絡または故障の初期に関係する電流は、モータ４５または電気機械を損傷させるには不十分であることがある。いくつかのケースでは、データプロセッサ１０は、典型値または正常値よりも大きなリーク電流を有する半導体スイッチ（８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）のゲート入力部またはベース入力部への入力電圧を（例えば、わずかであるが、スイッチを作動させるまたはオンにするために適切なバイアスで）低くすることができ、半導体デバイスが、半導体デバイスのスイッチング出力端子における何らかの故障電流または短絡電流を最小にする所望の動作ゾーン内で動作することを確実にする。
１つの構成では、電流センサ（５９、１５９、２５９）は、それぞれの位相出力ノードの対応する端子（２４、１２４、２２４）につなげられる。各電流センサ（５９、１５９、２５９）は、位相出力ノードのところの電流の大きさを、位相出力ノードのところを流れる電流の極性（例えば、向きもしくは方向）を、または両方（包括的にもしくは個々に「測定した電流」）を測定するまたは検知する。電流センサ（５９、１５９、２５９）が測定した電流のアナログ出力を与える場合には、各電流センサ（５９、１５９、２５９）のアナログ出力は、電流センサ出力部とデータプロセッサ１０との間に挿入されたアナログ−ディジタル変換器２５５につなげられる。ここで、アナログ−ディジタル変換器２５５と電流センサ（５９、１５９、２５９）との間の接続は、共通参照文字、図１中のＡ、Ｂ、およびＣを有する矢印の合致する対によって図示される。しかしながら、電流センサ（５９、１５９、２５９）が代替実施形態では測定した電流のディジタル出力を与える場合には、アナログ−ディジタル変換器２５５は省略されてもよく、電流センサ出力は、直接データプロセッサ１０にまたはバッファメモリを介して接続される。
各電流センサ（５９、１５９および２５９）は、（特定の半導体スイッチにつなげられたモータ巻線（例えば、４４、４６、４８）に関係する）測定したまたは観測した位相出力ノード電流が正常な動作極性とは反対の極性を有するか否かを示す測定した電流の指標（例えば、電流極性指標、電流の大きさ、または両方）を与える。半導体スイッチまたはダイオード（２８、３０）のいずれかが、例えば、逆方向電流または正常な電流に対して反対の極性の電流の流れにより短絡または破壊として故障する場合には、観測した電流極性は、正常な動作極性とは異なるまたは反対であることがある。
位相出力ノード（例えば、２４、１２４、２２４）当たり１つの電流センサ（５９、１５９、２５９）が図１に示されるが、代替実施形態では、電流センサの総数は、Ｎ−１に制限されることがある、ここでは、Ｎは電気モータ４５の位相の数に等しい。このような代替実施形態では、データプロセッサ１０は、キルヒホッフの法則などの電気ネットワーク解析にしたがってセンサ（例えば、２つの電流センサ５９、１５９）を有する他の出力ノードから、センサを持たない位相出力ノード（例えば、端子２４）において観測される電流を推定するまたは計算することに適応する。
ドライバ１２は、データプロセッサ１０からの所望の入力信号または制御信号にしたがって半導体スイッチ（８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）を作動させるためのディジタル信号を与える。例えば、動作モードにおけるモータ４５の動作中には、入力信号は、サイン波信号、矩形波信号または別の信号を含むことがある。診断モードまたはテストモード中には、入力信号は、半導体スイッチ（８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）のうちの１つまたは複数を選択的に作動させるための入力信号または制御信号を与えることができ、モータ巻線（４４、４６、もしくは４８）またはモータ４５の永久磁石への損傷を防止する。
一実施形態では、データプロセッサ１０は、電子データプロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックアレイ、論理回路、演算論理ユニット、特定用途向け集積回路、ディジタル信号プロセッサ、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ、または別のデータ処理デバイスを含むことができる。さらに、データプロセッサ１０は、データバス６９を介してデータストレージデバイス６７につなげられることがある。
データストレージデバイス６７は、電子メモリ、不揮発性ランダムアクセスメモリ、光学式ストレージデバイス、磁気ストレージデバイス、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブ、またはディジタルデータもしくはアナログデータを記憶するための別のデバイスを含むことができる。データストレージデバイス６７は、半導体スイッチ（８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）内の短絡または故障を示す電圧しきい値レベルおよび特定の半導体スイッチ（８２、１８１、１８２、２８１、または２８２）の故障または短絡の場合に作動させるべき対応するスイッチ状態を有するルックアップテーブル、データベース、ファイル、転置ファイル、または別のデータ構造を記憶することができる。
１つの例示的な例では、特定の半導体スイッチについて測定したコレクタ−エミッタ電圧または測定したソース−ドレイン電圧が、（例えば、インバータドライバ１２信号の少なくとも１つの完全なサイクルもしくは波形の間じゅうずっと）最小しきい値よりも低い、またはサンプリング期間の間じゅうずっとゼロボルトに近づく場合には、データプロセッサ１０は、特定の半導体スイッチ内に短絡が存在すると判断する。故障またはショートが特定の半導体スイッチ内に検出される場合には、ドライバ１２、またはその中の論理制御回路は、特定の半導体スイッチ以外の、電気モータ４５の別の位相巻線（４４、４６、または４８）につなげられた同じ直流入力極性のカウンターパートスイッチ（例えば、すべてのロー側スイッチ（８２、１８２、２８２）またはすべてのハイ側スイッチ（８１、１８１、２８１））を同時に作動させて、モータ巻線（４４、４６、もしくは４８）などのモータ４５への損傷または電気モータ４５内の永久磁石の消磁を防止する。例えば、同じ直流入力極性のスイッチ（例えば、カウンターパートスイッチ）は、スイッチの出力端子（例えば、同じ一般的な方式でバイアスされた同じ接合材料を有しかつ同じ極性を有するトランジスタのコレクタ端子およびエミッタ端子）に対して同じ方式でまたは実質的に類似の方式で直流バスに接続された半導体スイッチを意味する。
モータ４５への損傷を防止するための保護対策を実行する一例では、データプロセッサ１０が電圧センサ（３２、３４）からのセンサデータを介して１つのハイ側半導体スイッチ内のショートまたは故障を検出する場合には、データプロセッサ１０は、各位相用のすべてのハイ側半導体スイッチを同時に作動させる（例えば、オンにする）ようにドライバ１２に指示する。逆に、もう１つの例では、データプロセッサ１０が１つのロー側半導体スイッチ内のショートまたは故障を検出する場合には、データプロセッサ１０は、各位相用のすべてのロー側半導体スイッチを同時に作動させる（例えば、オンにする）ようにドライバ１２に指示する。データプロセッサ１０は、直流バスがオフにスイッチングされる、作動を停止される、またはしきい値電圧レベル（例えば、６０ボルト直流）よりも低くなるまで、半導体スイッチ（例えば、ハイ側スイッチまたはロー側スイッチ）の同時の作動を保持することができる、ここでは、しきい値電圧レベルは、モータ４５への損傷を回避するために選択されるモータ４５に依存する変数または機械に依存する変数である。さらに、データプロセッサ１０は、インバータへの電力供給が再循環されるまで、または直流パワースイッチ２９が少なくとも１回オフおよびオンを循環するまで、同じ直流入力極性のカウンターパートスイッチの作動を保持することができる。
図２は、電気モータ４５を制御するために故障検出を有するコントローラ１１１またはインバータの代替実施形態を図示する。例えば、図２のコントローラ１１またはインバータは、スイッチングリラクタンスモータ１５を制御するために良く適している。図２のコントローラ１１１またはインバータは、スイッチングリラクタンスモータ１５の制御を容易にする様々な変更のために図１とは異なる。例えば、図２のインバータ回路（包括的に５３、１５３および２５３）は、追加のダイオード（３１、４５、５５）で特徴づけられ、ロー側半導体スイッチおよびハイ側半導体スイッチの出力端子の接続によって形成される出力部を持たない。さらに、図２のコントローラ１１１は、とりわけ他のものの中で、回転子またはシャフト位置センサ１７および１つまたは複数の巻線温度センサ１９を有する。図１および図２中の類似の参照番号は、類似の要素を示す。
図２では、データプロセッサ１０は、ドライバ１２につなげられる。ドライバ１２は、スイッチング半導体（３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）を駆動してまたは制御してインバータ回路の各位相（例えば、５３、１５３、２５３）についての制御信号を発生する半導体ドライバ回路を備える。図示したように、インバータ回路は、第１の位相５３（「位相Ａ」）、第２の位相１５３（「位相Ｂ」）および第３の位相２５３（「位相Ｃ」）に関係する回路および半導体スイッチ（３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）を備える。インバータ回路は、直流バス（包括的に６４、６６）からの直流入力信号を出力端子（３９、４３、１３９、１４３、２３９、および２４３）における出力のために１つまたは複数の交流出力信号へと変換する。順に、インバータ回路は、モータ１５またはモータ巻線（２１、２２および２３）につなげられる。図２のコントローラ１１１は、３つの対応する位相：位相Ａ、位相Ｂおよび位相Ｃ用の３つの別々の巻線（２１、２２および２３）を有するスイッチングリラクタンスモータ１５用のコントローラを備える。
図２では、複数の位相（５３、１５３、２５３）についての半導体スイッチ（３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）、保護ダイオード（２８、３０）、補助ダイオード（３１、４５、５５、１３１、１４５、１５５）、電圧センサ（３２、３４）は、インバータ回路を全体として形成し、インバータ回路では、インバータ回路に入力された直流電圧が、電気モータ１５の対応する位相または巻線（２１、２２、もしくは２３）への印加のために１つまたは複数の交流出力信号へと転換されるまたは変換される。インバータ回路は、モータ１５に印加されるパルス幅変調信号または他の交流信号（例えば、パルス、矩形波、サイン波、もしくは他の波形）を発生し、変更し、制御するためのスイッチング半導体（３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）などのパワー電子部品を備える。インバータ回路の出力段は、モータ１５の制御のためのパルス幅変調信号または他の交流信号を与える。
各出力位相（５３、１５３、２５３）について、コントローラ１１１またはインバータは、一対の半導体スイッチ（例えば、第１の対３５、３７、第２の対１３５、１３７、および第３の対２３５、２３７）を備える。各半導体スイッチ（３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、電界効果型トランジスタ、パワートランジスタ、または別の半導体デバイスを含むことができる。
第１に、第１の位相５３（「位相Ａ」）では、コントローラ１１１またはインバータは、コントローラ１１１の第１の位相５３用の、ロー側ダイオード１３１と直列につなげられた出力端子（３３、３９）を有するハイ側スイッチ３５およびハイ側ダイオード３１と直列につなげられた出力端子（４３、４７）を有するロー側スイッチ３７を含む第１の対の半導体スイッチ（３５、３７）を備える。第１の位相５３に関して、ハイ側半導体スイッチ３５が、保護ダイオード２８および電圧センサ３２と並列につなげられた出力端子（３３、３９）を有するのに対して、ロー側半導体スイッチ３７は、保護ダイオード３０および電圧センサ３４と並列につなげられた出力端子（４３、４７）を有する。
第２に、第２の位相１５３（「位相Ｂ」）では、コントローラ１１１またはインバータは、コントローラ１１１の第２の位相１５３用の、ロー側ダイオード１４５と直列につなげられた出力端子（１３３、１３９）を有するハイ側スイッチ１３５およびハイ側ダイオード４５と直列につなげられた出力端子（１４３、１４７）を有するロー側スイッチ１３７を含む第１の対の半導体スイッチ（１３５、１３７）を備える。第２の位相１５３に関して、ハイ側半導体スイッチ１３５が、保護ダイオード２８および電圧センサ３２と並列につなげられた出力端子（１３３、１３９）を有するのに対して、ロー側半導体スイッチ１３７は、保護ダイオード３０および電圧センサ３４と並列につなげられた出力端子（１４３、１４７）を有する。
第３に、第３の位相２５３（「位相Ｃ」）では、コントローラ１１１またはインバータは、コントローラ１１１の第３の位相２５３用の、ロー側ダイオード１５５と直列につなげられた出力端子（２３３、２３９）を有するハイ側スイッチ２３５およびハイ側ダイオード５５と直列につなげられた出力端子（２４３、２４７）を有するロー側スイッチ２３７を含む第１の対の半導体スイッチ（２３５、２３７）を備える。第３の位相２５３に関して、ハイ側半導体スイッチ２３５が、保護ダイオード２８および電圧センサ３２と並列につなげられた出力端子（２３３、２３９）を有するのに対して、ロー側半導体スイッチ２３７は、保護ダイオード３０および電圧センサ３４と並列につなげられた出力端子（２４３、２４７）を有する。
この文書全体を通して使用されるように、出力端子は、半導体スイッチのコレクタおよびエミッタ、または電界効果型トランジスタのドレインおよびソースなどの制御される端子またはスイッチングされる端子を含む。同様に、本明細書中で使用するように、制御端子は、トランジスタのベースまたは電界効果型トランジスタのゲートを含む。図１および図２が電気モータ（４５または１５）を制御するための３相コントローラをそれぞれ図示するが、コントローラは、一般に１相または複数の位相を有することができ、２相以上の位相を有するコントローラが、本開示のいずれかの実施形態を実行するために使用されることがある。
一実施形態では、インバータ回路またはインバータは、直流（ＤＣ）電圧バス（包括的に６４、６６）によって電力を与えられる。例えば、図２では、直流電圧バス（６４、６６）は、各対の半導体スイッチのコレクタ端子およびエミッタ端子、または各位相用の半導体スイッチのソース端子およびドレイン端子につなげられる。電解コンデンサなどのキャパシタ１３は、直流電圧バス（６４、６６）の電圧レールまたは端子間につなげられることができ、直流電流のリップル（例えば、交流成分）を平滑化するもしくは減少させるまたはそれ以外には直流電流をフィルタリングする。
各半導体スイッチ（３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）の入力端子または制御端子（Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２）は、ドライバ１２につなげられる。各半導体スイッチ（３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）の入力端子または制御端子は、例えば、ゲートまたはベースを含むことができる。各半導体スイッチの出力端子は、モータ１５巻線（２１、２２、または２３）の端子につなげられる。モータ１５のそれぞれの異なる位相は、対応するモータ巻線（２１、２２、または２３）に関係付けられることがある。
（位相Ａに関して）第１のモータ巻線２１の第１の端子は、第１の位相５３のハイ側半導体スイッチ３５のエミッタまたは出力端子３９につなげられることがあり、第１の端子と反対の巻線２１の第２の端子は、第１の位相５３のロー側半導体スイッチ３７のコレクタまたは出力端子４３につなげられることがある。（位相Ｂに関して）第２のモータ巻線２２の第１の端子は、第２の位相１５３のハイ側半導体スイッチ１３５のエミッタまたは出力端子１３９につなげられることがあり、第１の端子と反対の巻線２２の第２の端子は、第２の位相１５３のロー側半導体スイッチ１３７のコレクタまたは出力端子１４３につなげられることがある。（位相Ｃに関して）第３のモータ巻線２３の第１の端子は、第３の位相２５３のハイ側半導体スイッチ２３５のエミッタまたは出力端子２３９につなげられることがあり、第１の端子と反対の巻線２３の第２の端子は、第３の位相２５３のロー側半導体スイッチ２３７のコレクタまたは出力端子２４３につなげられることがある。
図２に示したように、保護ダイオード（２８、３０）は、各半導体スイッチ（３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）のコレクタとエミッタ（またはソースとドレイン）との間につなげられることがあり、半導体スイッチが作動を停止される（例えば、オフにスイッチングされる）または作動される（例えば、オンにスイッチングされる）移行状態の間にコレクタとエミッタとの間を流れる電流を制限する。
ハイ側電圧センサ３２または測定回路は、各ハイ側半導体スイッチの出力端子（３３、３９、１３３、１３９、２３３、２３９）間につなげられ、ここでは、出力端子は、各位相（５３、１５３、２５３）について半導体スイッチのコレクタ端子およびエミッタ端子またはソース端子およびドレイン端子を含むことができる。ロー側電圧センサ３４または測定回路は、各ハイ側半導体スイッチの出力端子（４３、４７、１４３、１４７、２４３、２４７）間につなげられ、ここでは、出力端子は、各位相（５３、１５３、２５３）について半導体スイッチのコレクタ端子およびエミッタ端子またはソース端子およびドレイン端子を含むことができる。電圧センサ（３２、３４）は、コントローラ１１１の各半導体スイッチについてコレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧を測定することに適応する。各ハイ側電圧センサ３２または測定回路は、ハイ側半導体スイッチ（３５、１３５、２３５）および巻線と比較して高い入力インピーダンスを与え、その結果、電圧センサ３２または測定回路は、半導体スイッチの性能を乱さないまたは半導体スイッチから材料電流（例えば、エミッタ電流もしくはコレクタ電流）を引き出さない。各ロー側電圧センサ３４または測定回路は、ロー側半導体スイッチ（３７、１３７、２３７）および巻線と比較して高い入力インピーダンスを与え、その結果、電圧センサ３４または測定回路は、半導体スイッチの性能を乱さないまたは半導体スイッチから材料電流（例えば、エミッタ電流もしくはコレクタ電流）を引き出さない。一実施形態では、電圧センサ（３２、３４）または測定回路は、高インピーダンス電圧計または電圧センサを含むことができる。例えば、測定回路は、基準電圧に対する入力電圧の比較のために１つまたは複数のオペレーショナルアンプリファイアを使用する高インピーダンス電圧センサを含むことができる。
電圧センサ（３２、３４）または測定回路は、アナログ出力またはディジタル出力を与えることができる。図２に示したように、各測定回路は、データプロセッサ１０につなげられ、データプロセッサにディジタル出力を与える。電圧センサ（３２、３４）または測定回路が、アナログ出力を与える場合には、アナログ−ディジタル変換器が、電圧センサ（３２、３４）とデータプロセッサ１０の入力部との間に挿入されることがある。
ドライバ１２は、データプロセッサ１０からの所望の入力信号または制御信号にしたがって半導体スイッチ（３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）を作動させるためのディジタル信号を与える。例えば、動作モードでのモータ１５の動作中には、入力信号は、サイン波信号、矩形波信号または別の信号を含むことができる。診断モードまたはテストモード中には、入力信号は、半導体スイッチ（３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）のうちの１つまたは複数を選択的に作動させるための入力信号または制御信号を与えることができ、１つもしくは複数のモータ巻線（２１、２２、２３）または１つもしくは複数のモータ１５の永久磁石への損傷を防止する。
特定の半導体スイッチについて（電圧センサ（３２、３４）によって）測定したコレクタ−エミッタ電圧または測定したソース−ドレイン電圧が、（例えば、インバータドライバ１２信号の少なくとも１つの完全なサイクルもしくは波形の間じゅうずっと）最小しきい値よりも低い、またはサンプリング期間のあいだにゼロに近づく場合には、データプロセッサ１０は、特定の半導体スイッチ（３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）内に短絡または故障が存在すると判断する。ドライバ１２または論理制御回路は、特定の半導体スイッチ（３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）以外の、電気モータ１５の他の位相巻線（２１、２２、または２３）につなげられた同じ直流入力極性のカウンターパートスイッチを同時に作動させて、電気モータ１５内の永久磁石の消磁を防止する。
図２では、モータ１５は、位置センサ１７（例えば、位置センサ、レゾルバまたはエンコーダ位置センサ）に関係付けられ、位置センサ１７は、モータシャフトまたはモータ１５の回転子に関係付けられる。例えば、位置センサ１７は、シャフトまたはシャフトに固定された磁石の回転子位置を検出する磁場センサ（例えば、ホール効果センサ）を含むことができる。位置センサ１７は、モータ１５のシャフトまたは回転子についての位置データ、速度データ、または加速度データを与える。位置データ、速度データ、または加速度データは、位置センサ１７からデータプロセッサ１０へ（例えば、ディジタルフォーマットまたはアナログフォーマットで）与えられることが可能である。例えば、位置センサ１７は、データプロセッサ１０へ対応する時点についての位置データを与える。
１つの構成では、位置センサ１７は、下記のうちの１つまたは複数を含むことができる：直流モータ、光学式エンコーダ、磁場センサ（例えば、ホール効果センサ）、磁気抵抗センサ、およびレゾルバ（例えば、ブラシレスレゾルバ）。センサの出力部は、データプロセッサ１０内の位置および速度処理モジュール（例えば、電子部品またはソフトウェアモジュール）と通信可能である。一実施形態では、センサ１７は、アナログ位置データまたは速度データを、それぞれ、ディジタル位置データまたは速度データに変換するアナログ−ディジタル変換器（図示せず）につなげられることがある。他の実施形態では、センサ（例えば、ディジタル位置エンコーダ）は、モータシャフトまたは回転子についての位置データまたは速度データのディジタルデータ出力を与えることができる。
１つまたは複数の電流センサ（５９、１５９、２５９）および１つまたは複数の巻線温度センサ１９は、処理のためにデータプロセッサ１０へフィードバックデータを与える。例えば、電流センサ（５９、１５９、２５９）は、モータ１５の各位相または巻線（２１、２２、２３）に関係付けられる。電流センサ（５９、１５９、２５９）は、例えば、他の可能なフィードバックデータまたは信号の中でとりわけ、フィードバックデータ（例えば、電流フィードバックデータまたはｉａ、ｉｂ、ｉｃなどの位相出力ノード電流）を与える。図２では、位相出力ノード電流は、端子（３９、１３９、２３９、４３、１４３、２４３）のところに示され、ここでは電流センサは、モータ巻線（２１、２２、２３）の各端子にまたは各モータ巻線（２１、２２、２３）に割り当てられることがある。
位相出力ノード当たりまたはモータ巻線（２１、２２、２３）当たり１つの電流センサ（５９、１５９、２５９）が図１に示されるとはいえ、代替実施形態では、電流センサの総数は、Ｎ−１に制限されることがあり、ここでは、Ｎは電気モータ１５の位相の数に等しい。このような代替実施形態では、データプロセッサ１０は、キルヒホッフの法則などの電気的なネットワーク解析にしたがって、センサ（例えば、２つの電流センサ５９、１５９）を有する他の出力ノードからセンサを持たない位相出力ノード（例えば、３９または４３）において観測される電流を推定するまたは計算することに適応する。
図２に図示したように、１つまたは複数の巻線温度センサ１９は、処理のためにデータプロセッサ１０へ、巻線センサ測定値、巻線温度データ、巻線センサデータ、または熱データ、熱測定値もしくは熱信号を与える。温度センサ１９は、データプロセッサ１０内の回転子磁石温度推定モジュールへ温度データまたは熱データを与えることができる。順に、データプロセッサ１０内の温度推定モジュールは、インバータの１つまたは複数の出力をスケーリングするまたは調節することができ、熱劣化に関係する不十分な性能または低下した性能を補償する。
他の可能なフィードバックデータは、インバータ回路の半導体温度読値、３相電圧データ、またはモータ１５についての他の熱情報もしくは性能情報を含むが、これらに限定されない。
図３の方法は、ステップＳ３００において始まる。
ステップＳ３００では、電圧センサ（３２、３４）または別の測定回路は、コントローラ（１１または１１１）の各半導体スイッチ（例えば、８１、８２、１８１、１８２、２８１、２８２、３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）についてコレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧を測定する。
ステップＳ３０２では、特定の半導体スイッチについての測定したコレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧が、特定の半導体スイッチの命令されたオフ状態の間に（例えば、インバータドライバ１２信号の少なくとも１つの完全なサイクルもしくは波形の間じゅうずっと）最小しきい値よりも低い、またはサンプリング期間のあいだゼロボルトに近づく場合、および特定の半導体スイッチに関係する観測した電流が、正常な動作極性とは反対の極性を有する場合には、データプロセッサ１０または論理回路は、特定の半導体スイッチ（例えば、８１、８２、１８１、１８２、２８１、２８２、３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）内に短絡が存在すると判断する。例えば、ステップＳ３２０では、特定の半導体スイッチについての測定したコレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧が、特定の半導体スイッチの命令されたオフ状態の間に最小しきい値よりも低い、またはサンプリング期間のあいだにゼロボルトに近づく場合、および（特定の半導体スイッチにつなげられたモータ巻線（例えば、４４、４６、４８；または２１、２２、２３）に関係する）観測した位相出力ノード電流が、正常な動作極性とは反対の極性を有する場合には、データプロセッサ１０または論理回路は、特定の半導体スイッチ（例えば、８１、８２、１８１、１８２、２８１、２８２；または３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）内に短絡が存在すると判断する。
ステップＳ３０４では、短絡が存在すると判断される場合には、データプロセッサ１０、ドライバ１２または両者は、特定の半導体スイッチ以外の、電気モータ（例えば、４５または１５）の他の位相巻線（例えば、４４、４６、４８、２１、２２、２３）につなげられた同じ直流（ＤＣ）入力極性のカウンターパートスイッチを同時に作動させて（例えば、オンにして）、電気モータ内の永久磁石の消磁またはモータの巻線への熱損傷などのモータへの損傷を防止する。ステップＳ３０４は、交互にまたは漸増的に適用されることが可能である様々な技術によって実行されることがある。第１の技術の下では、短絡がハイ側スイッチにおいて検出される場合には、すべての他のハイ側スイッチが作動される。第２の技術の下では、短絡がロー側スイッチにおいて検出される場合には、すべての他のロー側スイッチが作動される。第３の技術の下では、データプロセッサ１０が電圧センサ３２の電圧読値からハイ側スイッチ内の短絡または故障を検出する場合には、データプロセッサ１０は、インバータ（１１または１１１）の１つまたは複数の（例えば、すべての）他のハイ側スイッチを作動させる（例えば、オンにする）ようにドライバ１２に指示する。第４の技術の下では、データプロセッサ１０が電圧センサ３４の電圧読値からロー側スイッチ内の短絡または故障を検出する場合には、データプロセッサ１０は、インバータ（１１または１１１）の１つまたは複数の（例えば、すべての）他のロー側スイッチを作動させる（例えば、オンにする）ようにドライバ１２に指示する。第５の技術の下では、データプロセッサ１０が電圧センサ３２の電圧読値からハイ側スイッチ内の短絡または故障を検出する場合には、直流パワースイッチ２９がデータプロセッサ１０によって観測されるまたは指示されるように循環される（例えば、連続して、作動を停止されそして作動される）まで、データプロセッサ１０は、インバータ（１１または１１１）の１つまたは複数の（例えば、すべての）他のハイ側スイッチを作動させる（例えば、オンにする）ようにドライバ１２に指示する。第６の技術の下では、データプロセッサ１０が電圧センサ３４の電圧読値からロー側スイッチ内の短絡または故障を検出する場合には、直流パワースイッチ２９がデータプロセッサ１０によって観測されるまたは命令されるように循環される（例えば、連続して、作動を停止されそして作動される）まで、データプロセッサ１０は、インバータ（１１または１１１）の１つまたは複数の（例えば、すべての）他のロー側スイッチを作動させる（例えば、オンにする）ようにドライバ１２に指示する。
図４の方法がステップＳ３０６をさらに含むことを除いて、図４の方法は、図３の方法と同様である。
ステップＳ３０６では、データプロセッサ１０は、特定の半導体スイッチ（例えば、８１、８２、１８１、１８２、２８１、２８２、３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）が閉じた状態のままである場所に、特定のスイッチの短絡が存在することを検証し、そこでは、ドライバ１２からまたは他の方法で半導体スイッチのベースまたはゲートに、バイアス電圧が与えられないまたは無活動状態バイアス電圧が与えられる。例えば、データプロセッサ１０およびドライバ１２は、特定の半導体スイッチ（例えば、８１、８２、１８１、１８２、２８１、２８２、３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）のベースまたはゲートからバイアス電圧を取り除き、次に、電圧センサ（３２、３４）は、スイッチの出力端子の両端の電圧降下（例えば、コレクタ−エミッタ電圧（ＶＣＥ））がしきい値最小電圧よりも小さいか、最小であるか、またはサンプリング期間のあいだにゼロボルトに近づくかどうかを測定する。
図５の方法がステップＳ３０８をさらに含むことを除いて、図５の方法は、図３の方法と同様である。
ステップＳ３０８では、データプロセッサ１０は、特定の半導体スイッチが、最大しきい値を超えるコレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧によって示される開状態へと入らない場所に、特定の半導体スイッチ（例えば、８１、８２、１８１、１８２、２８１、２８２、３５、３７、１３５、１３７、２３５、２３７）の短絡が存在することを検証し、そこでは、半導体スイッチのベースまたはゲートに、バイアス電圧が与えられないまたは無活動状態バイアス電圧が与えられる。例えば、データプロセッサ１０およびドライバ１２が、特定のスイッチのベースまたはゲートからバイアス電圧を取り除きながら、電圧センサ（３２、３４）がスイッチの出力端子の両端の電圧降下を測定する場合に、スイッチは、開状態に入らず、そして短絡の状態を保つ、そこでは、コレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧は、最大しきい値よりも低い（例えば、典型値または正常値よりも大きなリーク電流（例えば、ＩＣ）が、特定の半導体スイッチの出力端子間に流れている）。逆に、正常動作中には、データプロセッサ１０およびドライバ１２が、特定のスイッチのベースまたはゲートからバイアス電圧を取り除きながら、電圧センサ（３２、３４）がスイッチの出力端子の両端の電圧降下を測定する場合に、スイッチは、開状態に入り、そして短絡の状態を保たない、そこでは、コレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧は、最大しきい値を超える（例えば、典型値または正常値よりも小さなリーク電流（例えば、ＩＣ）が、特定の半導体スイッチの出力端子間に流れている）。
図４の方法がステップＳ３１０をさらに含むことを除いて、図６の方法は、図３の方法と同様である。
ステップＳ３１０では、データプロセッサ１０は、故障の検出で直流バス電力供給を取り止めるための信号をコントローラへ送る。例えば、データプロセッサ１０は、直流パワースイッチ２９へ制御信号を送って、直流バスへの電力供給を取り止めるために開にする。
図４の方法がステップＳ３１２をさらに含むことを除いて、図７の方法は、図３の方法と同様である。
ステップＳ３１２では、コントローラ（例えば、インバータ）への電力供給が再循環される（例えば、オフにされそしてオンにされる）まで、データプロセッサ１０、ドライバ１２、または両者は、特定の半導体スイッチ以外の、電気モータ（例えば、１５または４５）の他の位相巻線（例えば、４４、４６、４８、２１、２２、２３）につなげられた同じ直流入力極性のカウンターパートスイッチを同時に作動させて、１つもしくは複数のモータの巻線への熱損傷または電気モータ（例えば、１５もしくは４５）内の１つもしくは複数の永久磁石の消磁などのモータへの損傷を防止する。
図４の方法がステップＳ３１４をさらに含むことを除いて、図８の方法は、図３の方法と同様である。
ステップＳ３１４では、データプロセッサ１０は、データストレージデバイス６７内に下記の項目のうちの１つまたは複数を記憶する：故障条件、対応するコレクタ−エミッタ電圧、および検出した短絡または故障に応じてどのスイッチを作動させるかを判断するための検索のための各位相のハイ側およびロー側についての対応する制御されたスイッチ状態についての、リスト、ファイル、転置ファイル、データベース、ルックアップテーブル、またはデータ構造。
図９は、半導体スイッチの電圧状態、位相出力ノードについての対応する出力電流、検出した対応する故障、および対応する是正処置の例示的な表である。例示的な表は、データストレージデバイス６７内に、ルックアップテーブル、ファイル、転置ファイル、リレーショナルデータベース、または別のデータ構造として記憶されることがある。同じ例示的な表が、インバータ回路またはコントローラ（１１もしくは１１１）の各位相に対して連続的にまたは、いくつかのケースでは、同時に適用されることがある。第１の列９０１は、位相出力ノードのまたはモータ巻線の巻線端子のところの電流極性を詳細に記す。第２の列９０２は、インバータの所与の位相の半導体スイッチに与えられる対応するハイ側ゲートコマンドまたは論理レベル信号を詳細に記す、ところが、第３の列９０３は、インバータの所与の位相の半導体スイッチに与えられるロー側ゲートコマンドまたは論理レベル信号を詳細に記す。第４の列９０４は、ハイ側半導体スイッチについてのハイ側コレクタ−エミッタ電圧（ＶＣＥ）を詳細に記す、ところが、第５の列９０５は、ロー側半導体スイッチについてのロー側コレクタ−エミッタ電圧（ＶＣＥ）を詳細に記す。第６の列９０６は、半導体スイッチまたは半導体スイッチ出力端子につなげられた関係するダイオードの何らかの故障または短絡状態を含む対応する条件を詳細に記す。第７の列９０７は、コントローラまたはモータへの損傷を防止するための対応する応答を詳細に記す。各行（９５１、９５２、９５３、９５４、９５５、９５６および９５７）は、第６の列９０６中のそれぞれの条件、第７の列９０７中のそれぞれの応答、または両方に関係する対応する状態のセットを与える。
第１の列９０１では、正常な電流極性が負（−）である場合には、反対の電流極性は正（＋）であり、逆もまた同様である。第２の列９０２および第３の列９０３がゲートコマンドをそれぞれ詳細に記すが、ベースコマンドは、ゲートコマンドに代えられることがある。ドライバ１２は、前に述べたようにゲートコマンドまたはベースコマンドを出力する。同様に、「ＩＧＢＴ」すなわち絶縁ゲート型バイポーラトランジスタへの言及は、別の適切な半導体デバイスまたは半導体スイッチ（例えば、８１、８２、１８１、１８２、２８１、２８２）に代えられることがある。
本方法およびシステムは、インバータまたはコントローラの特定の半導体スイッチ内の故障または短絡を検出するために良く適しており、インバータに接続されたモータへの損傷を防止する。例えば、半導体スイッチ内の故障または短絡の検出で、データプロセッサは、同じ直流極性の他の半導体スイッチを作動させることができて、モータの２相以上の位相間の非対称な電流の流れを排除するまたは防止し、この非対称な電流の流れは、モータ損傷またはモータの永久磁石の劣化をもたらすことがある。
好ましい実施形態を説明してきたが、様々な変更が別記の特許請求の範囲に規定したような本発明の範囲から逸脱せずに行い得ることが、明らかになるであろう。

Claims (20)

  1. 電気モータのコントローラの故障保護(fault protection)を実現するための方法であって、
    コントローラの各半導体スイッチについてコレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧を測定するステップと、
    特定の半導体スイッチについての前記測定したコレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧が前記特定の半導体スイッチの命令された(commanded)オフ状態の間じゅう最小しきい値よりも低い場合、および前記特定の半導体スイッチに関係する観測した電流が正常な動作極性とは反対の極性を有する場合に、前記特定の半導体スイッチ内に短絡が存在すると判断するステップと、
    前記モータの巻線内の非対称(asymmetric)な電流の流れ(current flow)に関係する損傷から前記モータを保護するために、前記短絡が存在すると判断される場合には、前記特定の半導体スイッチ以外の、前記電気モータの他の位相巻線(phase windings)につなげられた(coupled to)同じ直流入力極性(like direct current input polarity)のカウンターパート(counterpart)スイッチを同時に作動させる(activating)ステップと
    を含む、方法。
  2. 前記特定の半導体スイッチ内の前記短絡が、前記コントローラの１つの位相のハイ側(high-side)スイッチであり、同じ(like)直流入力極性の前記作動されたカウンターパートスイッチが、前記コントローラの出力の他の(other)１つまたは複数の位相のハイ側スイッチを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記特定の半導体スイッチ内の前記短絡が、前記コントローラの１つの位相のロー側(low-side)スイッチであり、同じ直流入力極性の前記作動されたカウンターパートスイッチが、前記コントローラの出力の他の１つまたは複数の位相のロー側スイッチを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記特定の半導体スイッチが閉じた状態のままである場所に、前記特定のスイッチ内に前記短絡が存在することを検証する(verifying)ステップであって、前記特定の半導体スイッチのベースまたはゲートに、バイアス電圧が与えられないまたは無活動(quiescent)状態バイアス電圧が与えられる、検証するステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記特定の半導体スイッチが最大しきい値を超えるコレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧によって示される開(open)状態へと入らない場所に、前記特定の半導体スイッチ内に前記短絡が存在することを検証するステップであって、前記特定の半導体スイッチのベースまたはゲートに、バイアス電圧が与えられないまたは無活動状態バイアス電圧が与えられる、検証するステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記故障(fault)の検出で前記コントローラへの直流バス電力供給を取り止める(remove)ための信号を送るステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  7. 電力供給が循環される(cycled)まで、前記電気モータ内の１つもしくは複数の巻線への熱データまたは１つもしくは複数の永久磁石の消磁(demagnetization)を防止するために、前記特定の半導体スイッチ以外の、前記電気モータの他の位相巻線につなげられた同じ(like)直流入力極性のカウンターパートスイッチを同時に作動させるステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記作動させるステップが、
    故障条件(fault conditions)、対応するコレクタ−エミッタ電圧、および前記特定の半導体スイッチ内の検出した短絡もしくは故障に応じてどのスイッチを作動させるかを判断するための検索のための各位相のハイ側およびロー側についての対応する制御されたスイッチ状態についての、リスト、ルックアップテーブル、ファイル、転置(inverted file)ファイル、データベースまたはデータ構造(structure)をデータストレージデバイス内に記憶するステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記判断するステップは、前記特定の半導体スイッチについての前記測定したコレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧がインバータドライバ信号の少なくとも１つの完全なサイクル(cycle)もしくは波形(waveform)の間じゅうずっと最小しきい値よりも低い場合に、特定の半導体スイッチ内に短絡が存在すると判断するサブステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  10. 電気モータのコントローラの故障保護を実現するためのシステムであって、
    前記コントローラの第１の位相用のハイ側スイッチおよびロー側スイッチを備える第１の対の半導体スイッチと、
    前記コントローラの第２の位相用のハイ側スイッチおよびロー側スイッチを備える第２の対の半導体スイッチと、
    前記半導体スイッチのコレクタ端子およびエミッタ端子またはソース端子およびドレイン端子につなげられた直流電圧バスと、
    前記コントローラの各半導体スイッチについてコレクタ−エミッタ電圧を測定するための測定回路と、
    特定の半導体スイッチについての前記測定したコレクタ−エミッタ電圧または測定したソース−ドレイン電圧が前記特定の半導体スイッチの命令されたオフ状態の間じゅう最小しきい値よりも低い場合、および前記特定の半導体スイッチに関係する観測した電流が正常な動作極性とは反対の極性を有する場合に、前記半導体スイッチの中で前記特定の半導体スイッチ内に短絡が存在すると判断するためのデータプロセッサと、
    前記モータの巻線内の非対称な電流の流れから前記モータを保護するために、前記短絡が存在すると判断される場合には、前記特定の半導体スイッチ以外の、前記電気モータの少なくとも１つ他の位相巻線につなげられた同じ直流入力極性の１つまたは複数のカウンターパートスイッチを同時に作動させるための、前記データプロセッサによって制御されるドライバと
    を備える、システム。
  11. 前記特定の半導体スイッチ内の前記短絡が、前記コントローラの前記第１の位相の前記ハイ側スイッチであり、同じ直流入力極性の前記１つまたは複数の作動されたカウンターパートスイッチが、前記コントローラの出力の前記第２の位相の前記ハイ側スイッチを含む、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記特定の半導体スイッチ内の前記短絡が、第１の位相のロー側スイッチであり、同じ直流入力極性の前記１つまたは複数の作動されたカウンターパートスイッチが、前記コントローラの出力の前記第２の位相の前記ロー側スイッチを含む、請求項１０に記載のシステム。
  13. 前記特定のスイッチ内の前記短絡は、前記スイッチが閉じた状態のままである場所に存在することを検証することに適応した前記データプロセッサであって、前記半導体スイッチのベースまたはゲートに、バイアス電圧が与えられないまたは無活動状態バイアス電圧が与えられる、前記データプロセッサ
    をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
  14. 前記特定のスイッチ内の前記短絡は、前記スイッチが最大しきい値を超えるコレクタ−エミッタ電圧によって示される開状態へと入らない場所に存在することを検証することに適応した前記データプロセッサであって、前記半導体スイッチのベースまたはゲートに、バイアス電圧が与えられないまたは無活動状態バイアス電圧が与えられる、前記データプロセッサ
    をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
  15. 前記短絡または故障の検出で前記コントローラへの直流バス電力供給を取り止めるために直流パワースイッチへ制御信号を送るための通信デバイスをさらに備える前記データプロセッサ
    をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
  16. 電力供給が循環されるまで、前記電気モータへの損傷を防止するために、前記特定の半導体スイッチ以外の、前記電気モータの他の位相巻線につなげられた同じ直流極性のカウンターパートスイッチを同時に作動させることに適応し、前記データプロセッサによって制御される前記ドライバ
    をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
  17. それぞれの故障条件、対応するコレクタ−エミッタ電圧、および検出した短絡または故障に応じてどのスイッチを作動させるかを判断するための論理制御回路による検索および使用のために各位相のハイ側およびロー側についての対応する制御されたスイッチ状態についてのデータ構造を記憶するためのデータストレージデバイスであって、前記データ構造が、ファイル、データベース、ルックアップテーブル、転置ファイル、記録のグループ、リストまたはチャートのうちの少なくとも１つを含む、データストレージデバイス
    をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
  18. 前記電圧測定回路が、各位相用の前記ロー側スイッチング半導体または前記ハイ側スイッチング半導体の端子の両端にスイッチング可能につなげられた高インピーダンス測定回路を備える、請求項１０に記載のシステム。
  19. 前記データプロセッサは、前記特定の半導体スイッチについての前記測定したコレクタ−エミッタ電圧またはソース−ドレイン電圧が、インバータドライバ信号の少なくとも１つの完全なサイクルもしくは波形の間じゅうずっと最小しきい値よりも低いまたはゼロボルトに近づく場合に、特定の半導体スイッチ内に短絡が存在すると判断することに適応する、請求項１０に記載のシステム。
  20. 前記特定の半導体スイッチに関係する前記観測される(observed)電流を測定するための複数の電流センサであって、前記電流センサの総数がＮ−１に制限され、ここではＮが前記電気モータの位相の数に等しい、複数の電流センサと、
    前記複数のセンサのうちの１つを持たない１つの位相出力ノードについて前記観測される電流を推定することに適応した前記データプロセッサであって、前記推定が電気ネットワーク解析にしたがって実行される、前記データプロセッサと
    をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
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