JPH10503011A

JPH10503011A - 組込みテストを有する電気乗り物推進システム用のパワーブリッジ

Info

Publication number: JPH10503011A
Application number: JP8502252A
Authority: JP
Inventors: シャンツ，デイビッド，エル．，ジュニア; エイ．ドブローブライアン
Original assignee: ノースロップグラマンコーポレーション
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1995-06-01
Publication date: 1998-03-17
Also published as: EP0764276A1; MY112805A; MX9606298A; US5569966A; KR970704157A; EP0764276B1; TW342788U; DE69505118T2; CA2192462A1; ATE171783T1; DE69505118D1; WO1995034827A1

Abstract

(57)【要約】「オン」状態と「オフ」状態に作動可能な第１および第２スイッチング要素を含むスイッチング回路と、スイッチング回路に結合され第１および第２のスイッチング要素（５４，５６）の少なくとも１つの故障を検出する中間点検出器（６８，６９）とからなるパワーブリッジ（４８）。

Description

【発明の詳細な説明】組込みテストを有する電気乗り物推進システム用のパワーブリッジ関連出願次に記載する米国特許出願は、この出願と同日に出願されたものであり、この出願と関連するとともに、参照して導入される。代理人の受付番号第５８２９５号を有し、この出願と同日に出願された「フラットトッピングコンセプト」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３３２号を有し、この出願と同日に出願された「電気誘導モータ及びそれに関連した冷却方法」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３３３号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物のための自動１２ボルトシステム」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３３４号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物推進システムのための直接冷却スイッチングモジュール」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３３５号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物推進システム」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３３６号を有し、この出願と同日に出願された「高電圧モータ制御のための速度制御とブートストラップ技術」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３３７号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物推進システムのモータコントローラのためのベクトル制御盤」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３３８号を有し、この出願と同日に出願された「テスト及び制御を統合したデジタルパルス幅モジュレータ」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３３９号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物のための制御機構」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３４０号を有し、この出願と同日に出願された「パワーインバータのための改善されたＥＭＩフィルタトポロジー」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３４１号を有し、この出願と同日に出願された「電源とシャーシ間の漏れ電流を検出するための障害検出回路」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３４２号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物のリレーアセンブリ」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３４３号を有し、この出願と同日に出願された「三相パワーブリッジアセンブリ」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３４５号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物推進システムのためのパワーブリッジをテストするための方法」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３４６号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物パワー分配モジュール」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３４７号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物のシャーシコントローラ」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３４８号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物システムの制御ユニットハウジング」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３４９号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物システムのコントロールユニットのための低コスト流体冷却ハウジング」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３５０号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物冷却剤（coolant）ポンプアセンブリ」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３５１号を有し、この出願と同日に出願された「熱を発散する変圧器コイル」という名称の米国特許出願、代理人の受付番号第５８３５２号を有し、この出願と同日に出願された「電気乗り物のバッテリーチャージャ」という名称の米国特許出願。発明の背景発明の分野本発明はパワーブリッジに関する。より詳細には、本発明は電気乗り物推進システムのパワーブリッジに関する。この発明は広範囲な用途に適用されるが、特に、電源としてバッテリーまたはバッテリーと他の電源、例えば、交流電源に結合した熱機関との組み合わせを利用する電気乗り物に使用するのに適し、特にこの関連で記載される。関連技術の記載電気乗り物が商業的に成功するためには、そのコストと性能がガソリン駆動乗り物に匹敵するものでなければならない。特に、乗り物の推進システムとバッテリーは、乗り物のコストと性能の競争力に貢献する主要因である。一般に、商業的に受け入れられるためには、電気乗り物推進システムは下記の特徴を備えなければならない：（１）典型的なガソリン駆動推進システムに同等の乗り物の性能；（２）乗り物の推進の円滑な制御；（３）回生制動；（４）高い効率性；（５）低いコスト；（６）自己冷却；（７）電磁妨害雑音（ＥＭＩ）の抑制；（８）故障の検知と自己保護；（９）自己テストおよび診断能力；（１０）外部システムとの制御および状態インターフェース；（１１）安全な操作と保守；（１２）柔軟性のあるバッテリー充電能力；（１３）主バッテリーからの補助１２ボルト電力。しかしながら、先行例においては、電気乗り物推進システムのデザインは、主にモーターおよびコントローラと乗り物の一連の性能目標とを合致させることからなり、モーターおよびコントローラの実際的なデザインのために、性能がしばしば犠牲になった。さらに、商業的に受け入れやすくする前述の特徴にほとんど注意が払われなかった。典型的な従来の電気乗り物推進システムはとりわけ、モーターの巻き線に電流を供給するための高出力電子スイッチを含むパワーブリッジからなる。これらのスイッチの１個またはそれ以上が故障すると、パワーブリッジの手動診断テストが実行され、故障したトランジスタが検出され分離される。しかしながら、スイッチングトランジスタの手動テストは、しばしば試行錯誤技術が必要なので、コストおよび時間がかかることがある。発明の概要従って本発明は、関連技術の限界および欠点による問題の１つ以上を実質的に防ぐ電気乗り物推進システムのパワーブリッジに関する。発明の特徴および利点は、下記の説明に記載されるか、または説明から部分的に明らかになるか、発明の実施例によって分かるであろう。発明の目的およびその他の利点は、記載の説明および請求項ならびに添付の図面に特に示される方法と装置によって実現、達成されるであろう。これらおよびその他の利点を達成するためおよび発明の目的に従って、実施され一般的に記載されるように、本発明は、「オン（入）」の状態と「オフ（切）」の状態に作動可能な第１と第２のスイッチング要素を含むスイッチング回路と、第１および第２のスイッチング要素の少なくとも一つの故障を検出する、該スイッチング回路に結合される中間点検出器からなる電気乗り物の推進システムのためのパワーブリッジを提供する。本発明は、別の側面において、それぞれが「オン」の状態と「オフ」の状態に作動可能な第１と第２のスイッチング要素を含む複数のスイッチング回路と、該複数のスイッチング回路のそれぞれの第１および第２のスイッチング要素の少なくとも一つの故障を検出する、該複数のスイッチング回路の１つに結合される中間点検出器からなる電気乗り物の推進システムのためのパワーブリッジを提供する。前記の概要の説明と下記の詳細な説明は双方とも、例示的説明的なものであって、請求項に記載の発明をさらに説明するよう意図されていると理解されるべきである。図面の簡単な説明添付の図面は、発明のさらなる理解を提供するよう含まれ、本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部をなすが、発明の現在好ましい実施態様を示し、記述と共に発明の本質を説明するのに役立つ。図面において、図１は、発明の好ましい実施態様の電気乗り物推進システムのブロック図であり；図２は、図１の電気乗り物推進システムの電力分配図であり；図３は、図１の電気乗り物推進システムの機能図であり；図４は、図１の電気乗り物推進システムのモーターコントローラの機能図であり；図５は、図１の電気乗り物推進システムの冷却図であり；図６Ａは、図１の電気乗り物推進システムのモーターの略図であり；図６Ｂは、図１の電気乗り物推進システムのリゾルバの略図であり；図７および８は、図４のモーターコントローラのパワーブリッジの略図であり；図９は、中間点検出器の略図である。好ましい実施態様の説明さて、添付図面に例示される発明の現在好ましい実施態様を詳細に述べる。図１に示すように、システムコントロールユニット１２、モーターアセンブリ２４、冷却システム３２、バッテリー４０、ＤＣ／ＤＣ変換器３８からなる電気乗り物推進システム１０が提供される。システムコントロールユニット１２は、冷却板１４およびバッテリーチャージャー１６、モーターコントローラ１８、電力分配モジュール２０、シャーシコントローラ２２を含む。モーターアセンブリ２４は、リゾルバ２６およびモーター２８、フィルター３０を含む。冷却システム３２は、オイルポンプユニット３４およびラジエータ／ファン３６を含む。図２に示すように、バッテリー４０は電気推進システム１０の第１電源として用いられる。バッテリー４０は、例えば、３２０ボルトの出力を供給するため、密封酸化鉛バッテリーまたは単極硫化リチウム金属バッテリー、二極硫化リチウム金属バッテリー等からなる。好ましくは、電気推進システム１０は、放電の負荷または深さによるバッテリー４０の出力電圧の変化に対応するため、広い範囲の電圧、例えば、１２０ボルトから４００ボルトにわたって機能する。しかしながら、電気乗り物推進システム１０は、約３２０ボルトの公称バッテリー電圧に対し最適化するのが好ましい。電力分配モジュール２０は、バッテリー４０の出力に結合させ、バッテリー４０からの３２０ボルトの出力を電気乗り物推進システム１０の種々の部品に電力分配するために、とりわけ、ヒューズ、配線、コネクタを含む。例えば、電力分配モジュール２０は、バッテリー４０からの３２０ボルトの出力を、モーターコントローラ１８、ＤＣ／ＤＣ変換器３８、オイルポンプユニット３４、バッテリーチャージャー１６に分配する。電力分配モジュール２０はまた、バッテリー４０からの３２０ボルトの出力を、電気乗り物推進システム１０の外部にある種々の乗り物の付属部品に分配する。これらの乗り物の付属部品には、例えば、空気調節システム、暖房システム、パワーステアリングシステム、および３２０ボルトの電力供給が必要かもしれないその他の付属部品が含まれる。ＤＣ／ＤＣ変換器３８は、上述したように、電力分配モジュール２０の３２０ボルトの出力に結合され、電力分配モジュール２０の３２０ボルトの出力を１２ボルトに変換する。ＤＣ／ＤＣ変換器３８は、次にその１２ボルトの出力を作動電力としてバッテリーチャージャー１６、モーターコントローラ１８、シャーシコントローラ２２、オイルポンプユニット３４、ラジエータ／ファン３６に供給する。ＤＣ／ＤＣ変換器３８は、またその１２ボルトの出力を作動電力として、電気乗り物推進システム１０の外部にある種々の乗り物の付属部品に供給する。これらの乗り物の付属部品には、例えば、乗り物の灯火、オーディオシステム、および１２ボルトの電力供給が必要かもしれないその他の付属部品を含む。ＤＣ／ＤＣ変換器３８のおかげで独立した１２ボルトの蓄電池の必要がないことを理解すべきである。さて、電気乗り物推進システム１０の動作を図３〜９を参照して説明する。図３および４に示すように、電気乗り物推進システム１０の部品は、種々のデータバスによって互いに連結される。データバスは、この分野で公知の電気的または光学的、電子光学的タイプのものであってよい。バッテリーチャージャー１６は、バッテリー４０を充電するために、モーターコントローラ１８から指令信号を受信し、モーターコントローラ１８へ状態信号を送る。バッテリーチャージャー１６は、外部のＡＣ電源（図示しない）からのコントロールされたバッテリー充電電流を供給する。好ましくは、ＡＣ電流は、外部電源から１に近い力率、低い調波ひずみで、予期される将来の電力品質基準に基づいて導かれる。さらに、バッテリーチャージャー１６は、居住地で通常見かける標準的な接地事故電流断続器および単相電力と互換性があるように設計するのが好ましい。オイルポンプユニット３４およびラジエータ／ファン３６もまた、モーターコントローラ１８から指令信号を受信し、モーターコントローラ１８へ状態信号を送る。図５に示すように、電気乗り物推進システム１０は、冷却板１４、フィルター３０、モーター２８、オイルポンプユニット３４、ラジエータ／ファン３６を含む閉回路冷却システムを利用する。好ましくは、冷却板１４は、バッテリーチャージャー１６、モーターコントローラ１８および電力分配モジュール２０が、熱接触して設置される両側表面を有する中空体である。ＤＣ／ＤＣ変換器３８を、冷却板１４と熱接触させて設置することもできると考えられる。オイルポンプユニット３４は、図５に示すように、オイル、例えば航空機タービンオイルを、モーター２８のオイル溜からラジエータ／ファン３６、冷却板１４およびフィルター３０を通して循環させ、モーター２８を通して戻す。熱がオイルからラジエータ／ファン３６によって除かれ、オイルはフィルター３０によって濾過されるが、フィルターはこの分野で公知の市販のオイルフィルターを含むことができる。好ましくは、オイルポンプユニット３４は、モーターコントローラ１８によって制御され、可変のオイル流量を与える。図５の閉回路オイル冷却システムが、電気乗り物推進システム１０を過酷な自動車作動環境から保護し、信頼性を高め保守を簡単にすることが理解されるはずである。さらにモーター２８を潤滑にするのに使用するのと同じオイルをシステムコントロールユニット１２の冷却にも使用するので、冷却システムの設計を簡素にすることができる。リゾルバ２６は、図６Ｂに示され、モーター２８のすぐ近くに設置され、モーターシャフトの角位置を検出し、モーターシャフトの角位置を示す信号をモーターコントローラ１８に送る。リゾルバに接続される基準信号線Ｒ₁は、モーターシャフトの角位置を示す正または負の基準値のためのものである。リゾルバからのＳ₁の信号線は、モーターシャフトの角位置についての正または負の正弦値を供給し、リゾルバからのＳ２の信号線は、モーターシャフトの角位置についての正または負の余弦値を供給する。リゾルバ２６は市販のリゾルバやこの分野で公知のその他のリゾルバを含むことができる。リゾルバ２６について基準信号は、モーターコントローラ１８から供給される。シャーシコントローラ２２およびモーターコントローラ１８は、乗り物の通信バス（コミュニケーションバス）からの信号を受信する。一般に、乗り物の通信バスは、下記により詳細に説明するように、乗り物の種々のセンサやコントローラをシャーシコントローラ２２およびモーターコントローラ１８にインターフェースさせる通信路として役立つ。シャーシコントローラ２２は、マイクロプロセッサ系のディジタル、アナログ電子システムからなり、乗り物のセンサやコントローラおよびモーターコントローラ１８に制御および状態インターフェースを提供する。例えば、シャーシコントローラ２２は、乗り物の通信バスを介して、乗り物のキースイッチ、アクセル、ブレーキおよび駆動選択スイッチに接続される。シャーシコントローラ２２は、これらのスイッチからの信号を翻訳し、モーターコントローラ１８に起動、駆動モード（例えば、前進、後退、ニュートラル）、モータートルク、回生制動、運転停止，組み込みテスト（ＢＩＴ）指令を与える。好ましくは、シャーシコントローラ２２は、モーターコントローラ１８と光（オプト）結合されたシリアルデータインターフェースを介し通信し、シャーシコントローラ２２、乗り物、モーターコントローラ１８間の通信リンクを確かめかつ乗り物が正しく作動しているかを確かめるために送られた全ての指令の状態信号を、モーターコントローラ１８から受信する。シャーシコントローラ２２が、乗り物のセンサやコントローラおよびモーターコントローラ１８に制御および状態インターフェースを提供するので、電気乗り物推進システム１０は、単に特定の乗り物のために、シャーシコントローラ２２を修正することによって、あらゆる数の異なる乗り物に使用するよう修正することができると理解するべきである。シャーシコントローラ２２はまた、電力分配モジュール２０に位置するバッテリー電流センサから乗り物の通信バスを通じて受信した信号を用いることによって、バッテリー管理能力を提供する。シャーシコントローラ２２は、バッテリー電流センサからの信号を翻訳し、充電指令をモーターコントローラ１８に与え、乗り物のダッシュボードの「燃料」計に充電状態値を送る。シャーシコントローラ２２はさらに、乗り物の通信バスを介して、走行距離計、速度計、灯火、診断およびエミッションコントローラを含む乗り物のコントローラならびにシステム拡張のためのＲＳ−２３２インターフェースに接続する。図４に示すように、モーターコントローラ１８は、低電圧電源４２、入力フィルターおよびＤＣリレーコントロールユニット４４、ベクトルコントロール板４６、第１および第２パワーブリッジとゲート駆動４８、５０を含む。低電圧電源４２は、ＤＣ／ＤＣ変換器３８からの１２ボルトの出力を変換し、＋５Ｖ、＋／ −１５Ｖ、＋２０Ｖの出力を、入力フィルターおよびＤＣコントロールユニット４４、ベクトルコントロール板４６、第１パワーブリッジ４８、第２パワーブリッジ５０に供給する。低電圧電源４２は、この分野で公知の市販の電源を含むことができる。入力フィルターおよびＤＣリレーコントロールユニット４４は、電力分配モジュール２０の３２０ボルトの出力を、それぞれ第１および第２のパワーブリッジ４８、５０と結合するための電気的接続を含む。入力フィルターおよびＤＣリレーコントロールユニット４４は、ＥＭＩフィルター、電力分配モジュール２０の３２０ボルトの出力と第１および第２のパワーブリッジ４８、５０との結合を断つためのリレー回路、電圧感度回路やシャーシ接地事故回路を含む種々のＢＩＴ回路を含む。好ましくは、入力フィルターおよびＤＣリレーコントロールユニット４４は、ベクトルコントロール板４６からコントロール信号を受信し、ベクトルコントロール板４６へ状態信号、例えばＢＩＴ信号を送信する。ベクトルコントロール板４６は、マイクロプロセッサ系のディジタル、アナログ電子システムからなる。その第１の機能として、ベクトルコントロール板４６は、運転者主導の加速および制動要求を、シャーシコントローラ２２から受信する。次にベクトルコントロール板４６は、リゾルバ２６から回転子の位置の測定値および第１、第２のパワーブリッジ４８、５０から電流測定値を得、これらの測定値を用いて、第１および第２のパワーブリッジ４８、５０を駆動し所望の加速または制動効果をモーター２８に生み出すため、パルス幅を変調した（ＰＷＭ）電圧波形を生成する。ＰＷＭ電圧波形は、要求されるトルク出力を生じるよう設計されたコントロールプログラムに従って生成される。上記に記載したように、ベクトルコントロール板４６はまた、入力フィルターおよびＤＣリレーコントロールユニット４４、オイルポンプユニット３４、ラジエータ／ファン３６、バッテリーチャージャー１６、入力フィルターおよびＤＣリレーコントロールユニット４４、組み込みテスト回路構成、乗り物の通信、故障検出を制御する機能を有する。図６Ａに示すように、モーター２８は、従来のガソリン駆動エンジンに匹敵する性能を与える速度ゼロでの高いトルクを生み出すために、相ごとに２つの同じ電気的に分離した巻き線（「Ａ」相には巻き線Ａ１とＡ２、「Ｂ」相には巻き線Ｂ１とＢ２、Ｃ相には巻き線Ｃ１とＣ２）を有する３相ＡＣ誘導モーターである。モーター２８のシャフト（図示しない）は乗り物のトランスアクスル（図示しない）に結合される。好ましくは、モーター２８の各相の２つの巻き線は実質的に互いに上下して並べ、各巻き線がその相の総電力の約半分を供給するよう電気的に同相する。モーター２８もまた完全に密閉し、スプレーオイル冷却を利用して、回転子および巻き線先端から直接に熱を除去し、信頼性を高めるのが好ましい。。図７に示すように、第１のパワーブリッジ４８は、３つの絶縁されたゲート２極トランジスタ（ＩＧＢＴ）スイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃを含み、第２のパワーブリッジ５０は、３つのＩＧＢＴスイッチング回路５３ａ、５３ｂ、５３ｃを含む。ＩＧＢＴスイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、モーター２８の巻き線Ａ１、Ｂ１、Ｃ１にそれぞれ駆動電流を印加する。同様にＩＧＢＴスイッチング回路５３ａ、５３ｂ、５３ｃは、モーター２８の巻き線Ａ２、Ｂ２、Ｃ２にそれぞれ駆動電流を印加する。ＩＧＢＴスイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃはそれぞれ、図７に示すように接続される、上部および下部ＩＧＢＴ５４および５６、上部および下部ダイオード５８および６０、コンデンサ６２を含む。好ましくは、ＩＧＢＴスイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃは、第１および第２のパワーブリッジ４８と５０のそれぞれがモーター２８の巻き線への総駆動電流の半分を供給するようすべて等しくし、これによって、簡単に入手できるコストの低いＩＧＢＴスイッチング回路の利用が可能である。ＩＧＢＴスイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃはこの分野で公知の他のスイッチング回路に置き替えられると考えられる。また図７に示すように、第１のパワーブリッジ４８が３つのゲート駆動回路６４ａ、６４ｂ、６４ｃをさらに含み、第２のパワーブリッジ５０が３つのゲート駆動回路６５ａ、６５ｂ、６５ｃをさらに含む。ゲート駆動回路６４ａ、６４ｂ、６４ｃはそれぞれ、ＰＷＭ電圧波形をベクトルコントロール板４６から、ゲート駆動信号ＡＵ１とＡＬ１、ゲート駆動信号ＢＵ１とＢＬ１、ゲート駆動信号ＣＵ１とＣＬ１の形で受信する。同様に、ゲート駆動回路６５ａ、６５ｂ、６５ｃはそれぞれ、ＰＷＭ電圧波形をベクトルコントロール板４６から、ゲート駆動信号ＡＵ２とＡＬ２、ゲート駆動信号ＢＵ２とＢＬ２、ゲート駆動信号ＣＵ２とＣＬ２の形で受信する。ゲート駆動回路６４ａ、６４ｂ、６４ｃおよびゲート駆動回路６５ａ、６５ｂ、６５ｃは、受信したゲート駆動信号をレベルシフトし、このレベルシフトしたゲート駆動信号を図７に示すようにＩＧＢＴスイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃに印加し、ＩＧＢＴスイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃを駆動する。ゲート駆動回路６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６５ａ、６５ｂ、６５ｃがそれぞれ、例えば、ＦｕｊｉＥＸＢ８４１ゲート駆動ハイブリッドまたはこの分野で公知の他の類似のデバイスを含むことができると考えられる。図８に示すように、電流センサ６６がモーター２８の巻き線Ａ１、Ａ２、Ｃ１、Ｃ２に備えられる。上述したように、ベクトルコントロール板４６は、電流センサ６６からの電流測定値を用いて、ゲート駆動信号ＡＵ１、ＡＬ１、ＢＵ１、ＢＬ１、ＣＵ１、ＣＬ１を生成する。電流センサ６６の設置はこの分野で公知のように変えることができる。例えば、電流センサ６６は、巻き線Ａ１、Ａ２、Ｃ１、Ｃ２に備えないで、巻き線Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２または巻き線Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２に備えることができるだろう。また図８に示すように、中間点検出器６８および６９は、モーター２８の巻き線Ｂ１およびＢ２にそれぞれ備えられる。以下により詳細に記載するように、中間点検出器６８および６９は、ＩＧＢＴスイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃにおけるトランジスタの故障を自動的に検出し分離するのに用いられる。図９に示すように、中間点検出器６８および６９はそれぞれ、図のように接続される１対のレジスタ７０、７２、および１対の光結合器７４、７６を含む。レジスタ７０と光結合器７４との一連の組み合わせは、相Ｂの上部ＩＧＢＴ５４と並列に接続され、レジスタ７２と光結合器７６との一連の組み合わせは、相Ｂの下部ＩＧＢＴ５６と並列に接続される。光結合器７４、７６はそれぞれ、例えは東芝Ｈ１１Ｌ１Ｆ１光結合器またはこの分野で公知の類似のデバイスを含むことができる。図９は光結合器７４、７６が反転タイプのものを示しているが、またこの分野で公知であるように光結合器７４、７６が非反転タイプのものであってもよい。さらに、レジスタ７０、７２の値は、レジスター７０、７２がそれぞれＩＧＢＴスイッチング回路５２ｂ，５３ｂにかかる作動電圧の半分および全部で光結合器７４、７６の入力ＬＥＤを励起するように選択される。こうして、上部ＩＧＢＴ５４または下部ＩＧＢＴ５６に少なくとも半分の電圧が存在すれば、それぞれの光結合器７４または７６の出力に信号が生成される。図９の中間点検出器６８、６９の論理を下記の表Ｉにまとめる。ＩＧＢＴスイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃのテストは、ベクトルコントロール板４６によって、好ましくは、起動診断ルーチン中または故障検出ルーチン中に実行される。しかしながら、ＩＧＢＴスイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃのテストは修理設備の外部診断コンピュータによっても実行できると考えられる。第１および第２パワーブリッジ４８、５０の適切な作動は、そのＩＧＢＴをテストモードで選択的に作動させると、下記の特徴を有する。こうしてＩＧＢＴスイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃのテストは、ベクトルコントロール板４６または外部診断コンピュータを操作し、始めにＩＧＢＴスイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃのそれぞれの上部トランジスタ５４と下部トランジスタ５６を両方ともオフにして実行し、中間点検出器６８、６９のそれぞれの出力が低いことを確かめる。次に、ベクトルコントロール板４６または外部診断コンピュータが、中間点検出器６８、６９の出力をモニターしながら各トランジスタを順次オン次いでオフにする。中間点検出器６８、６９の一方の出力が上記の表Ｉの論理と一致しなければ、正しくない出力を生じたトランジスタを含むＩＧＢＴスイッチング回路が故障していると考えられる。しかしながら、一組の巻き線の全てのＩＧＢＴスイッチング回路が故障のときは、その一組の巻き線の中間点検出器が故障していると考えられる。ＩＧＢＴスイッチング回路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃのテストを下記の表ＩＩと表ＩＩＩにまとめるが、この表において、「Ｌｗｒ」は下部トランジスタ５６を、「Ｕｐｒ」は上部トランジスタ５４を、「Ｐ」は合格トランジスタ、そして「Ｆ」が故障したトランジスタを表す。モーター２８の巻き線Ａ１、Ｂ１、Ｃ１が巻き線Ａ２、Ｂ２、Ｃ２同様、直流（ＤＣ）ショートを表すので、図８で示すように、巻き線１組につきただ１つの中間点検出器（巻き線Ａ１、Ｂ１、Ｃ２の組について１つの中間点検出器、巻き線Ａ２、Ｂ２、Ｃ２の組について１つの中間点検出器）しか必要でないことに気づくはずである。さらに、図８は中間点検出器６８、６９がれぞれ巻き線Ｂ１、Ｂ２に接続されていることを示しているが、中間点検出器６８、６９をそれぞれ巻き線Ａ１、Ａ２に、または巻き線Ｃ１、Ｃ２に、またはそれらの組み合わせに接続することかできる。巻き線Ａ１、Ｂ１、Ｃ１および巻き線Ａ２、Ｂ２、Ｃ２が直流（ＤＣ）ショートを表さない場合、巻き線１組につき３つの中間点検出器（その組の中の各巻き線につき１つの検出器）が必要であることにもまた気づくはずである。本発明は、その発明の精神および範囲から離れることなく多様な修正や変更を加えることができることが当業者には明かであろう。従って、本発明の修正や変更が、添付の請求項およびその等価物の範囲内であれば、その修正や変更まで本発明の範囲が及ぶものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年４月６日【補正内容】請求の範囲１．「オン」状態と「オフ」状態との間を動作可能な第１及び第２のスイッチング要素を含むスイッチング回路と、前記第１及び第２のスイッチング要素を独立かつ同時にモニタすることによって、前記第１及び第２のスイッチング要素の少なくとも１つの故障を検出しかつ分離するために前記スイッチング回路に結合された中間点検出器とからなり、前記スイッチング要素が「ＯＮ」状態又は「ＯＦＦ」状態の時、前記中間点検出器が故障を検出かつ分離可能な電気乗り物推進システムのためのパワーブリッジ。２．前記中間点検出器が、前記第１及び第２のスイッチング要素の少なくとも１つを通る電圧を検出することによって、前記第１及び第２のスイッチング要素の故障を検出する請求の範囲第１項に記載のパワーブリッジ。３．前記スイッチング回路が、絶縁されたゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のスイッチング回路からなり、前記第１及び第２のスイッチング要素が、それぞれ第１及び第２のＩＧＢＴを含む請求の範囲第１項に記載のパワーブリッジ。４．前記第１及び第２のスイッチング要素が、それぞれ前記第１及び第２のＩＧＢＴと並列に接続された第１及び第２のダイオードをさらに含み、前記ＩＧＢＴスイッチング要素が、前記第１及び第２のＩＧＢＴと並列に接続されたキャパシタをさらに含む請求の範囲第３項に記載のパワーブリッジ。５．前記中間点検出器が、前記第１及び第２のスイッチング要素を通る電圧を検出するための第１の電圧検出器を含み、前記第１の電圧検出器が、前記第１のスイッチング要素を通る電圧を検出した際に第１の値を持つ第１の出力信号を生成し、前記第２の電圧検出器が、前記第２のスイッチング要素を通る電圧の存在を検出した際に第２の値を持つ第２の出力信号を生成する請求の範囲第１項に記載のパワーブリッジ。６．前記中間点検出器が、前記第１のスイッチング要素と並列に接続された第１の光結合回路と、前記第２のスイッチング要素と並列に接続された第２の光結合回路とを含む請求の範囲第１項に記載のパワーブリッジ。７．前記第１の光結合回路が、前記第１のスイッチング要素が「オフ」状態の時、第１の値を持つ第１の出力信号を生成し、前記第２の光結合回路が、前記第２のスイッチング要素が「オン」状態の時、第１の値を持つ第１の出力信号を生成し、前記第２のスイッチング要素が「オフ」状態の時、第２の値を持つ第２の出力信号を生成する請求の範囲第６項に記載のパワーブリッジ。８．中間点検出器が、前記第１のＩＧＢＴと並列に接続された第１の光検出回路と、前記第２のＩＧＢＴと並列に接続された第２の光検出回路とを含む請求の範囲第３項に記載のパワーブリッジ。９．前記第１の光結合回路が、前記第１のＩＧＢＴが「オン」状態にある時、第１の値を持つ第１の出力信号を生成し、かつ前記第１のＩＧＢＴが「オフ」状態にある時、第２の値を持つ第２の出力信号を生成し、そして、第２の光結合回路が、前記第２のＩＧＢＴが「オン」状態にある時、第１の値を持つ第１の出力信号を生成し、かつ前記第２のＩＧＢＴが「オフ」状態にある時、第２の値を持つ第２の出力信号を生成する請求の範囲第８項に記載のパワーブリッジ。１０．「オン」状態と「オフ」状態の間で、前記第１と第２のスイッチング要素を動作させるために、ゲート駆動信号を供給するゲート駆動回路をさらに備える請求の範囲第１項に記載のパワーブリッジ。１１．「オン」状態と「オフ」状態との間を動作可能な第１及び第２のスイッチング要素をそれぞれ含む複数のスイッチング回路と、前記第１及び第２のスイッチング要素を独立かつ同時にモニタすることによって、第１及び第２のスイッチング要素の少なくとも１つの故障を検出しかつ分離するために、前記複数のスイッチング回路の１つと結合された中間点検出器とからなり、前記スイッチング要素が「ＯＮ」状態又は「ＯＦＦ」状態の時、前記中間点検出器が故障を検出かつ分離可能な電気乗り物推進システムのためのパワーブリッジ。１２．「オン」状態と「オフ」状態の間で、前記第１及び第２のスイッチング要素のそれぞれを動作させるためのゲート駆動信号を供給する複数のゲート駆動回路をさらに備える請求の範囲第１１項に記載のパワーブリッジ。

Claims

【特許請求の範囲】１．「オン」状態と「オフ」状態との間を動作可能な第１及び第２のスイッチング要素を含むスイッチング回路と、前記第１及び第２のスイッチング要素の少なくとも１つの故障を検出するために前記スイッチング回路に結合された中間点検出器とからなる電気乗り物推進システムのためのパワーブリッジ。２．前記中間点検出器が、前記第１及び第２のスイッチング要素の少なくとも１つを通る電圧を検出することによって、前記第１及び第２のスイッチング要素の故障を検出する請求の範囲第１項に記載のパワーブリッジ。３．前記スイッチング回路が、絶縁されたゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のスイッチング回路からなり、前記第１及び第２のスイッチング要素が、それぞれ第１及び第２のＩＧＢＴを含む請求の範囲第１項に記載のパワーブリッジ。４．前記第１及び第２のスイッチング要素が、それぞれ前記第１及び第２のＩＧＢＴと並列に接続された第１及び第２のダイオードをさらに含み、前記ＩＧＢＴスイッチング要素が、前記第１及び第２のＩＧＢＴと並列に接続されたキャパシタをさらに含む請求の範囲第３項に記載のパワーブリッジ。５．前記中間点検出器が、前記第１のスイッチング要素を通る電圧を検出するための第１の電圧検出器と、前記第２のスイッチング要素を通る電圧を検出するための第２の電圧検出器とを含み、前記第１の電圧検出器が、前記第１のスイッチング要素を通る電圧を検出した際に第１の値を持つ第１の出力信号を生成し、前記第２の電圧検出器が、前記第２のスイッチング要素を通る電圧の存在を検出した際に第２の値を持つ第２の出力信号を生成する請求の範囲第１項に記載のパワーブリッジ。６．前記中間点検出器が、前記第１のスイッチング要素と並列に接続された第１の光結合回路と、前記第２のスイッチング要素と並列に接続された第２の光結合回路とを含む請求の範囲第１項に記載のパワーブリッジ。７．前記第１の光結合回路が、前記第１のスイッチング要素が「オン」状態の時、第１の値を持つ第１の出力信号を生成し、かつ前記第１のスイッチング要素が「オフ」状態の時、第２の値を持つ第２の出力信号を生成し、そして、前記第２の光結合回路が、前記第２のスイッチング要素が「オン」状態の時、第１の値を持つ第１の出力信号を生成し、前記第２のスイッチング要素が「オフ」状態の時、第２の値を持つ第２の出力信号を生成する請求の範囲第６項に記載のパワーブリッジ。８．中間点検出器が、前記第１のＩＧＢＴと並列に接続された第１の光検出回路と、前記第２のＩＧＢＴと並列に接続された第２の光検出回路とを含む請求の範囲第２項に記載のパワーブリッジ。９．前記第１の光結合回路が、前記第１のＩＧＢＴが「オン」状態にある時、第１の値を持つ第１の出力信号を生成し、かつ前記第１のＩＧＢＴが「オフ」状態にある時、第２の値を持つ第２の出力信号を生成し、そして、第２の光結合回路が、前記第２のＩＧＢＴが「オン」状態にある時、第１の値を持つ第１の出力信号を生成し、かつ前記第２のＩＧＢＴが「オフ」状態にある時、第２の値を持つ第２の出力信号を生成する請求の範囲第８項に記載のパワーブリッジ。１０．「オン」状態と「オフ」状態の間で、前記第１と第２のスイッチング要素を動作させるために、ゲート駆動信号を供給するゲート駆動回路をさらに備える請求の範囲第１項に記載のパワーブリッジ。１１．「オン」状態と「オフ」状態との間を動作可能な第１及び第２のスイッチング要素をそれぞれ含む複数のスイッチング回路と、前記複数のスイッチング回路の各々の第１及び第２のスイッチング要素の少なくとも１つの故障を検出するために、前記複数のスイッチング回路の１つと結合された中間点検出器とからなる電気乗り物推進システムのためのパワーブリッジ。１２．「オン」状態と「オフ」状態の間で、前記第１及び第２のスイッチング要素のそれぞれを動作させるためのゲート駆動信号を供給する複数のゲート駆動回路をさらに備える請求の範囲第１１項に記載のパワーブリッジ。