JP6831630B2 - オルタネータ整流器ダイオード短絡故障を検出するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、一般に、パワーエレクトロニクスに関する。他の実施形態は、オルタネータ整流器における短絡したダイオードまたは他の電子部品を検出することに関する。

一般に、電気車両は、車両の軸またはホイールハブに取り付けられたモータを介して牽引力を産み出す。これらのモータは、電気化学電池、ウルトラキャパシタ、太陽電池パネル、または熱化学エンジンとすることができる一次電源から電力を受け取る。一次電源が熱化学エンジンである場合、典型的に、エンジンの動きは、オルタネータ（交流発電機）を駆動し、エンジンサイクルレートの倍数で回転する。エンジン速度にかかわらずクリーンな電力源を提供するために、オルタネータで生成された電気は、モータに送達される前に、オルタネータ整流器、および場合によっては追加のパワーエレクトロニクスを通過する。それにもかかわらず、オルタネータの回転は、オルタネータ整流器から送達される電力に小ＡＣリップルを不可避的に引き起こす。

典型的に、オルタネータ整流器は、固体状態デバイスであるが、個別部品から構築することもできる。あらゆる場合において、オルタネータ整流器のダイオードが短絡（ゼロ抵抗）故障した場合、大きな、または極めて大きなＡＣ故障電流が、他のパワーエレクトロニクスに流れ出る可能性があり、したがって、後の動作が、パワーエレクトロニクスに、およびモータに、二次損傷の危険性をもたらす可能性がある。

それに応じて、一部の電気車両は、オルタネータ整流器ダイオード故障の場合に車両の動作について非常モードを提供する。また、一部の電気車両は、オルタネータ整流器ダイオード故障の検出に応答して、自動的に非常モードに入る。

典型的に、オルタネータ整流器ダイオード故障は、オルタネータ整流器から送達される電力におけるＡＣリップルの大きさの急峻な、または漸進的な増加に基づいて検出される。しかしながら、不要な（誤った故障）検出を避けるために、ダイオード故障検出は、モータ／オルタネータ（回生ブレーキ）過度状態、ホイールスリップ、速度超過、および電力調整モード変更などの、通常動作の過度状態に対して無効である。故障検出からこれらを慣習的に除外することは、通常動作の間にオルタネータ整流器ダイオード短絡を検出しない可能性があるという、予測可能な問題を発生させる。

上記から、ダイオード故障検出が事前に無効になっている過度状態を含む、電気車両の任意の通常動作の間のオルタネータ整流器ダイオード短絡を確実に検出するための装置および方法を提供することが望ましいであろう。そのような装置および方法はまた、任意のオルタネータ整流器ダイオード短絡故障を検出するのに有効であろう。

米国特許第８０７２１９１号明細書

一実施形態において、本方法（例えば、電力供給システムを制御する方法）は、オルタネータの動作中に、オルタネータの界磁巻線信号（電圧または電流）をサンプリングすることを含む。オルタネータは、原動機によって駆動され、電気を生成する。本方法は、さらに、界磁巻線信号が故障閾値を超過する故障リップル期間を判断すること、および故障リップル期間がオルタネータの電機子期間に密接に整合する場合におけるオルタネータの出力に結合される整流器の電子部品における短絡故障を検出する。「密接に整合する」とは、指定された閾値であるか、または指定された閾値内にある（すなわち、超過しない）ことを意味する。

例えば、本方法は、（オルタネータの動作中に）オルタネータの界磁巻線電圧をサンプリングすることと、オルタネータ界磁巻線電圧が故障閾値を超過する故障リップル期間を判断することと、故障リップル期間がオルタネータ電機子期間と密接に整合する場合におけるオルタネータ整流器ダイオード短絡故障（すなわち、オルタネータに動作可能に結合された整流器のダイオードの短絡故障）を検出することを含むことができる。

別の実施形態において、本方法は、オルタネータの動作中に、オルタネータの界磁巻線信号（電圧または電流）をサンプリングすることを含む。本方法は、さらに、サンプリングされた界磁巻線信号をバンドパスフィルタリングすることと、バンドパスフィルタリングされた界磁巻線信号の振幅が故障閾値を超過する場合におけるオルタネータの出力に結合される整流器の電子部品（例えば、ダイオード）の短絡故障を検出することとを含む。

別の実施形態において、本装置は、故障閾値を超過する界磁巻線信号のリップルに基づいて、オルタネータの界磁巻線信号（電圧または電流）をサンプリングし、故障リップル周波数を示す値を出力するよう動作可能に接続されるヒステリシス周波数カウンタを含む。本装置は、さらに、周波数コンパレータ、および周波数コンパレータによって作動されるよう動作可能に接続されるカウントダウンタイマを含む。周波数コンパレータは、故障リップル周波数とオルタネータの電機子周波数とを比較し、故障リップル周波数が電機子周波数と密接に整合する場合においてカウントダウンタイマを作動させるよう、動作可能に接続される。カウントダウンタイマは、故障リップル周波数がカウントダウン時間、例えば、設計過度期間を超過する時間の間に電機子周波数と密接に整合する場合においてオルタネータの出力に結合される整流器の電子部品（例えば、ダイオード）の短絡故障を報知するよう構成される。

本発明は、添付図面を参照して、非限定の実施形態について、以下の説明を読むことで、より良好に理解できるであろう。

一実施形態による、発電システムおよび故障検出装置の模式図である。 本発明の一態様によるオルタネータ界磁巻線電圧信号およびヒステリシスエンベロープを示す図である。 電気部品短絡故障（例えば、オルタネータ整流器ダイオード短絡故障）を検出するための方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明の一実施形態による、図３の方法を実施するための図１の故障検出器装置の模式図である。

本発明の例示的実施形態についての参照を以下に詳細に記載し、その例について、添付図面に図示する。可能な限り、図面全体を通じて使用される同じ参照符号は、重複説明でない場合、同じか、または同様の要素に関する。本発明の例示的実施形態は、電気車両に関して説明するが、本発明の実施形態はまた、一般的に、例えば、タービン発電機セットまたは他の発電機セットと共に使用されるような、オルタネータ整流器電力システムで使用するのに適用可能である。

本明細書で使用される場合、「実質的に」、「一般に」、および「約」という用語は、構成要素または組立体の機能目的を達成するのに適切な理想的な所望の条件に対して、適度に達成可能な製造および組立公差内の条件を示す。

図１は、エンジンまたは他の原動機１２（例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジン、多種燃料エンジン、水力タービン、風力タービン、および蒸気タービンなど）によって駆動される電力供給システム１０を示す。電力供給システム１０は、界磁巻線１６および固定子巻線（電機子）１８を有する、オルタネータ１４を含む。電機子１８は、三相巻線として示されているが、他の実施形態において、電機子は単相である。オルタネータは、原動機の機械的出力（ドライブシャフト）に動作可能に結合され、発電するために原動機によって駆動される。電力供給システム１０はまた、入力が電機子１８の出力に接続される、整流器２０を含む。整流器２０は、第１の電力波形でオルタネータからの電力を受け取り、その電力を、バスの負荷端子２１でもたらされる異なる電力波形に変換するよう構成される。例えば、整流器は、オルタネータのＡＣ電力出力を、システムが動作している場合に、例えば、電圧＋Ｖｅおよび−Ｖｅがそれぞれ端子２１で現れる、バスで利用可能なＤＣ電力に変換するよう構成することができる。１つまたは複数の負荷１０３が、端子２１に動作可能に結合され、例えば、負荷は、バスからのＤＣ電力を、電気車両の１つまたは複数のＡＣ誘導モータに電力供給するためのＡＣ信号に制御可能に変換するための１つまたは複数のインバータを含むことができる。整流器２０は、複数のダイオード２２を含み、そのいずれか１つにより、短絡または開放故障によってオルタネータ整流器の機能を損なう可能性がある。

実施形態は、特に、ダイオードに関して本明細書で説明するが、他の実施形態は、１つまたは複数の電圧入力（例えば、三相ＡＣ）を１つまたは複数の電圧出力（例えば、ＤＣ）に変換するよう整流器の回路に動作可能に接続される、より一般的な電子部品に適用可能である。例として、能動制御トランジスタ、およびダイオード接続トランジスタなどがある。

オルタネータ界磁巻線１６は、電源からの電力を受け取るよう接続される、エキサイタ２４によって駆動される。例えば、エキサイタ２４は、ＤＣ負荷端子２１から電力供給され得る。あるいは、またはさらに、エキサイタ２４には、電池から、または電力供給システム１０の外部にある別の電源装置から、電力供給することができる。

オルタネータ整流器ダイオードまたは他の電子部品の短絡故障を検出する場合、故障検出器装置１００が、エキサイタ２４に動作可能に接続され、界磁巻線１６における電気信号（電圧および／または電流）を感知する（または、電気信号についての情報を受信する）。故障検出器装置１００はまた、（ｉ）（例えば、エンジン速度センサからの）オルタネータの回転速度、および／または（ｉｉ）オルタネータの固定子（電機子）周波数についての情報１０５を受信し、以下でさらに説明するように、ある条件が満たされている場合に応じて、検出された短絡故障を示す信号１０１を出力する。エキサイタ２４は、界磁巻線１６にＤＣを推定して供給する。実際、電機子１８の電界から界磁巻線１６への磁気的反結合は、電機子１８のほぼ回転周波数（例えば、約２５から８７Ｈｚの間）でエキサイタ供給電圧に小ＡＣリップル電圧（通常リップル）を常に重畳する。本文において、「小さい」は、１Ｖ以下、例えば、１Ｖ未満のオーダを意味する。前述のように、この比較的小さな通常リップルは、何らかの通常動作稼働状態の間に、不要な検出（スプリアス故障）を引き起こす可能性がある。

図２は、界磁巻線電圧２００の時間進行を示す図であり、ベースラインＤＣ電圧２０５と、小さな通常リップル２１０またはオルタネータ整流器ダイオード２２の１つが故障した場合に界磁巻線１６に結合される異常に大きな故障リップル２２０との両方を含む。図２はまた、通常リップル２１０から故障リップル２２０を区別するために使用されるヒステリシスエンベロープまたは故障閾値２３０を示す。本発明の一態様は、ヒステリシスエンベロープ２３０を使用して、故障リップル２２０を検出すること、または通常リップル２１０の不要な検出を排除することを含む。ある実施形態において、ヒステリシスエンベロープ２３０は、通常リップル振幅の大倍数、例えば、通常リップル振幅の少なくとも５倍、すなわち５００％、または少なくとも約５Ｖで設定される。ある通常動作過度状態により、通常リップル２１０が、その通常の振幅の５００％を超えた場合、故障閾値２３０は、より大きな倍数、例えば、通常リップル振幅の１０００％または１００００％に設定される可能性がある。しかしながら、通常リップル２１０の異常過度振幅から故障リップル２２０を区別するための別のモードは、通常動作過度状態が、上記した故障リップル２２０のように設計過度期間２４０を超えるべきではないことである。

実施形態において、故障検出装置は、図２に示した電圧信号と同様の方法で界磁巻線信号を受信および評価するよう構成される。言い換えると、故障検出装置は、界磁巻線における電圧および／または電流を感知する（または界磁巻線における電圧および／または電流に関する情報を受信する）よう構成することができる。

図３は、整流器電子部品の短絡故障（例えば、オルタネータ整流器ダイオード短絡故障）を検出するための故障検出器装置１００によって実施される周波数比較およびカウント方法３００を模式的に示す。方法３００によれば、装置１００は、界磁巻線信号（電圧または電流）２００が故障閾値２３０を超える故障リップル期間３０４を判断する（３０２）。次いで、装置１００が、故障リップル期間３０４と電機子巻線期間３０８とを比較する（３０６）。（例えば、電機子巻線期間は、例えば、情報１０５で提供される、オルタネータの特性および電機子の回転速度に基づいて判断することができる）。故障リップル期間３０４が、電機子巻線期間３０８に密接に整合する場合（電機子巻線期間の設計閾値３１０を、もしくは設計閾値３１０内であることを、すなわち設計閾値３１０を超えないこと、例えば、１Ｈｚ（１秒に相当する時間）または約５％周波数差を、もしくは１Ｈｚ（１秒に相当する時間）または約５％周波数差内であることを意味する）、装置１００は、電機子巻線期間３０８より著しく長く、さらに設計過度期間２４０より長いカウントダウン３１２を開始する。例えば、カウントダウン３１２は、電機子巻線期間３０８の特定の倍数、例えば、電機子巻線期間３０８の少なくとも２０倍の長さ、またはいくつかの用途において、約５００ミリ秒とし、設計過度期間２４０をはるかに超えた期間、故障リップル期間３０４の多くの確認サンプルを可能にすることができる。方法３００のある実装態様において、カウントダウン３１２は、ある期間（例えば、電機子巻線期間３０８の５０倍を超えない期間）に限定され、実際の短絡故障、すなわち、設計過度期間２４０を著しく超える動作過度状態が他の構成要素に著しい損傷を引き起こしてしまう前に、動作を非常モードにすることを可能にすることができる。故障リップル期間３０４が引き続きカウントダウン３１２全体を通して電機子巻線期間３０８と密接に整合する場合、故障検出器装置１００は、短絡故障であることを報知する（すなわち、信号１０１を出力する）（３１４）。

図４は、例えば、方法３００を実施するために構成されるような、故障検出器装置１００の一実施形態の概略図である。故障検出器装置１００の構成要素は、オルタネータ界磁巻線１６から受信した電圧または電流信号を能動または受動ローパス周波数フィルタ１０４およびリップルサブトラクタ１０６にもたらすよう動作可能に接続される界磁巻線信号端子１０２（例えば、電圧感知端子）を含む。例えば、故障検出器１００は、２ミリ秒（０．００２秒）ごとに少なくとも１度、端子１０２を介して界磁巻線電圧２００をサンプリングすることができる。ローパスフィルタ１０４は、界磁巻線信号（例えば、界磁巻線電圧２００）のＤＣ成分のみを感知するために、０から１．５Ｈｚの通過帯域を有することができる。したがって、ローパスフィルタ１０４は、界磁巻線信号のＤＣ振幅１０７のみをサブトラクタ１０６に通すよう構成することができる。端子１０２はまた、サブトラクタ１０６に直接接続されるので、サブトラクタ１０６は、界磁巻線電圧または電流信号２００のＡＣリップル２１０または２２０のみを出力するよう構成される。

サブトラクタ１０６は、ＡＣリップル２１０または２２０をヒステリシストリガ１０８（例えば、シュミットトリガまたは同様の閾値回路）に供給するよう動作可能に接続される。トリガ１０８は、上記したような故障閾値２３０に従って設定される。したがって、故障閾値２３０を超える故障リップル２２０を受信すると、トリガ１０８は、高信号を故障リップルタイマ１１０に送信する。そうでなければ、トリガ１０８は、低信号を故障リップルタイマ１１０に送信する。

トリガ１０８から低信号を受信したことに応答して、故障リップルタイマ１１０は、時間値をインクリメントする。トリガ１０８から高信号を受信したことに応答して、故障リップルタイマ１１０は、現在の時間値（故障リップル期間３０４）を出力し、リセットする。周波数フィルタ１０４、リップルサブトラクタ１０６、トリガ１０８、および故障リップルタイマ１１０は共に、界磁巻線電圧リップル２１０または２２０が故障閾値２３０を超過したことに基づいて、電機子界磁巻線信号（例えば、オルタネータ界磁巻線電圧信号２００）をサンプリングして、故障リップル周波数を示す値（故障リップル期間３０４）を出力するよう動作可能に接続される、ヒステリシス周波数カウンタ１１２として動作可能である。

周波数カウンタ１１２は、故障リップル期間３０４を周波数コンパレータ１１４に送信するよう動作可能に接続され、電機子巻線期間３０８の値を受信するようさらに動作可能に接続される。例えば、電機子巻線期間３０８は、故障リップル期間３０４と同様に測定してもよく、ルックアップテーブルから取得してもよく、または故障リップル期間３０４とは異なる方法（例えば、光学タコメータ）で測定してもよい。周波数コンパレータ１１４は、故障リップル期間３０４が電機子巻線期間３０８と密接に整合する場合、例えば、１Ｈｚであるか、または１Ｈｚ以内である場合、カウントダウンタイマ１１６に高信号を送信するよう構成および動作可能に接続することができる。

カウントダウンタイマ１１６は、周波数コンパレータ１１４から高／低信号を受信するよう動作可能に接続され、高信号を受信するとカウントダウン３１２を開始し、低信号を受信するとリセットし、またはカウントが完了するとアラーム１１８を作動する（３１４）よう構成される。

したがって、故障リップル期間３０４が電機子巻線期間３０８と密接に整合する場合（例えば、１Ｈｚまたは約５％であるか、１Ｈｚまたは約５％以内である場合）、カウントダウンタイマ１１６は、カウントダウン３１２（例えば、タイムアウト期間５００ミリ秒）を開始する。カウントダウン３１２の間、故障リップル期間３０４の新規測定値が電機子巻線期間３０８と密接に整合しない場合、カウントダウンタイマ１１６は、リセットされる。故障リップル期間３０４が引き続きカウントダウン３１２全体を通して電機子巻線期間と密接に整合する場合、カウントダウン３１２を完了すると、カウントダウンタイマ１１６は、アラーム１１８を作動させ、短絡故障であることを報知する（３１４）。したがって、カウントダウンタイマ１１６は、故障リップル周波数（故障リップル期間３０４の逆）が、設計過度期間２４０を超過する時間（カウントダウン３１２）の間、電機子周波数（電機子巻線期間３０８の逆）と密接に整合する場合、短絡故障であることを報知する（３１４）よう構成される。

これら構成要素の一部または全ては、ソフトウェアで、または専用回路、例えば、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡまたはその一部で実現することができる。例えば、図４は、周波数コンパレータ１１４、カウントダウンタイマ１１６、およびアラーム１１８を示し、その全てが、制御モジュール１２０内に実装されている。制御モジュールは、制御器（または、プロセッサ）およびメモリユニットを含むことができ、メモリユニットは、本明細書で記載したようなさまざまな動作を実行するために制御器によって実行される非一時的命令を格納する。

さまざまな信号（例えば、界磁巻線信号、界磁巻線信号のＤＣ成分、トリガ出力）は、メモリユニット、システム（例えば、車両）制御器、および（信号を装置の他の点にもたらすための）信号バスなど（１０９）にもたらすことができる。

図４は、本発明による故障検出器１００の一実施形態を示すが、他の実施形態も想定可能である。例えば、トリガ１０８の出力に基づく故障リップル期間３０４のタイミング（故障リップル周波数のカウント）の代わりに、本発明の実施形態は、電機子界磁巻線電圧２００をサンプリングし、サンプリング電圧をバンドパスフィルタリングし、バンドパスフィルタリングされた界磁巻線電圧の振幅が故障閾値を超える場合に、短絡故障３１６（例えば、オルタネータ整流器ダイオード短絡故障）を検出することによって実施することができる。バンドパスフィルタリングは、例えば、サンプリングされたオルタネータ電機子周波数を参照して、もしくはオルタネータ電機子周波数に対する値の設計範囲を参照してフィルタ１０４を調整することによって、または原動機１２の動作状態に基づいて、もしくはオルタネータ１４の回転速度に基づいて、複数のバンドパスフィルタの中からフィルタ１０４を選択することによって、オルタネータ電機子周波数（電機子巻線周期３０８の逆）に基づいて実現することができる。故障閾値は、原動機１２の動作状態に基づいて、調整または設定することができる。別の例として、本発明の実施形態は、オルタネータ界磁巻線電圧２００の実行スペクトル密度を取得し、スペクトル密度の局所最大値がオルタネータ電機子周波数（電機子巻線期間３０８の逆）と密接に整合しているかどうか、および設計過度期間２４０を超える時間の間、故障閾値２３０を超過しているかどうかを識別することによって、実施することができる。

したがって、本発明の実施形態は、オルタネータの動作中に、オルタネータの界磁巻線信号（電圧または電流信号）を（例えば、故障検出装置を用いて）サンプリングすることを含む方法に関する。本方法は、さらに、オルタネータ界磁巻線信号が故障閾値を超過する故障リップル期間を（例えば、故障検出装置を用いて）判断すること、および故障リップル期間がオルタネータ電機子期間と密接に整合する場合に（オルタネータに結合される）整流器のダイオードまたは他の電子部品の短絡故障を（例えば、故障検出装置を用いて）検出することを含む。いくつかの実施形態は、故障リップル期間が、例えば、１Ｈｚ周波数差で、または１Ｈｚ周波数差以内で、カウントダウン全体を通してオルタネータ電機子期間と密接に整合する場合のみ短絡故障を検出することができる。故障閾値は、例えば、通常のリップル振幅の少なくとも５００％、または通常のリップル振幅の少なくとも１００００％とすることができる。カウントダウンは、オルタネータ電機子期間の少なくとも２０倍、および／またはオルタネータ電機子期間の５０倍未満とすることができる。（オルタネータ電機子期間の５０倍より長いカウントダウンは、オルタネータおよび発電システムの特定の性質に応じて、追加確認サンプルが有用と見なされる状況、および／または起こり得る故障の比較的短い時間内に作動された動作のモードが必要でない状況で適用可能とすることができる。オルタネータ電機子期間の２０倍より短いカウントダウンは、この場合も、オルタネータおよび発電システムの特定の性質に応じて、比較的少ない確認サンプルが必要とされる状況で適用可能とすることができる）。故障リップル期間は、界磁巻線電圧のスペクトル密度を取得することによって判断することができる。

他の実施形態は、オルタネータの動作中に、オルタネータの界磁巻線信号（電流または電圧）を（例えば、故障検出装置を用いて）サンプリングすること、およびサンプリングされた界磁巻線信号を（例えば、故障検出装置を用いて）バンドパスフィルタリングすることを含む方法を実施する。本方法は、さらに、バンドパスフィルタリングされた界磁巻線信号の振幅が故障閾値を超過する場合におけるオルタネータに結合される整流器の電子部品（例えば、ダイオード）の短絡故障を（例えば、故障検出装置を用いて）検出することを含む。バンドパスフィルタリングすることは、サンプリングされたオルタネータ電機子周波数を参照してバンドパスフィルタを調整することによって、またはオルタネータ電機子周波数に対する値の設計範囲に設定されたフィルタを使用することによって、またはオルタネータを駆動するエンジンの動作状態に基づいて複数のバンドパスフィルタの１つを選択することによって、実現することができる。バンドパスフィルタリングすることは、オルタネータの回転速度に基づいて複数のバンドパスフィルタの１つを選択することによって実現してもよい。故障閾値は、オルタネータを駆動するエンジンまたは他の原動機の動作状態に基づいて設定することができる。

他の実施形態は、故障閾値を超過する界磁巻線電圧のリップルに基づいて、オルタネータ界磁巻線信号（電圧または電流信号）をサンプリングし、故障リップル周波数を示す値を出力するよう動作可能に接続されるヒステリシス周波数カウンタを含む装置を提供する。本装置は、さらに、周波数コンパレータ、および周波数コンパレータによって作動されるよう動作可能に接続されるカウントダウンタイマを含む。周波数コンパレータは、故障リップル周波数とオルタネータ電機子周波数とを比較し、故障リップル周波数が電機子周波数と密接に整合する場合においてカウントダウンタイマを作動させるよう、動作可能に接続される。カウントダウンタイマは、故障リップル周波数が設計過度期間を超過する時間の間に（例えば、１Ｈｚ周波数差で、または１Ｈｚ周波数差以内で）電機子周波数と密接に整合する場合において短絡故障を報知するよう構成される。故障閾値は、例えば、通常のリップル振幅の少なくとも５００％、または通常のリップル振幅の少なくとも１００００％とすることができる。カウントダウンは、オルタネータ電機子期間の少なくとも２０倍、および／またはオルタネータ電機子期間の５０倍未満とすることができる。

実施形態において、故障検出装置は、短絡故障を検出したことに応じて、メモリユニットにおける故障の情報を記録するためにデバイスを制御するための信号を生成すること、（例えば、オルタネータ整流器が配置される車両を自動的に制御するために、動作の指定されたモードに車両を移すために、車両を止めるために、車両が停止した場合に動かないようにするために、指定された位置への車両の移動を自動的にまたは他の方法で制御するために、および発電機を低動作モードまたは動作停止モードに自動的に制御するためなどのために）オルタネータ整流器が配置されるデバイスまたはシステムを制御するための信号を生成すること、オルタネータ整流器でのメンテナンスを自動的にスケジューリングするための信号を生成すること、および／または故障の情報を別のデバイスまたはシステム（例えば、オルタネータ整流器が配置される車両に搭載または外付け）に通信するための信号を生成することの１つまたは複数を行うよう構成される。

一実施形態において、本方法は、オルタネータの動作中に、オルタネータの界磁巻線信号をサンプリングすることを備える。本方法は、さらに、オルタネータ界磁巻線信号が故障閾値を超過する故障リップル期間を判断することを備える。本方法は、さらに、故障リップル期間とオルタネータ電機子期間との間の差が指定の閾値未満（例えば、カウントダウン時間全体にわたって指定の閾値未満）である場合に、オルタネータに結合された整流器の電子部品の短絡故障を検出することを備える。

別の実施形態において、本装置は、ヒステリシス周波数カウンタ、カウントダウンタイマ、および周波数コンパレータを備える。ヒステリシス周波数カウンタは、故障閾値を超過する界磁巻線電圧のリップルに基づいて、オルタネータの界磁巻線信号をサンプリングし、故障リップル周波数を示す値を出力するよう動作可能に接続される。周波数コンパレータは、故障リップル周波数とオルタネータ電機子周波数とを比較し、故障リップル周波数と電機子周波数との間の差が指定の閾値未満である場合に、カウントダウンタイマを作動させるよう、動作可能に接続される。カウントダウンタイマは、周波数コンパレータによって作動されるよう動作可能に接続され、（故障リップル周波数と電機子周波数との間の）差がカウントダウン時間に対し指定された周波数未満である場合にオルタネータに結合される整流器の電子部品の短絡故障を報知するよう構成される。

別の実施形態において、装置は、オルタネータの界磁巻線信号を、オルタネータの動作中にサンプリングし、オルタネータ界磁巻線信号が故障閾値を超過する故障リップル期間を判断し、故障リップル期間がオルタネータ電機子期間と密接に整合する場合にオルタネータに結合される整流器の電子部品の短絡故障を検出するよう構成されるヒステリシス周波数コンパレータを備える。

別の実施形態において、装置は、オルタネータの界磁巻線信号を、オルタネータの動作中にサンプリングし、サンプリングされた界磁巻線信号をバンドパスフィルタリングし、バンドパスフィルタリングされた界磁巻線電圧の振幅が故障閾値を超過する場合にオルタネータに結合される整流器の電子部品の短絡故障を検出するよう構成されるヒステリシス周波数コンパレータを備える。

別の実施形態において、電力供給システムは、原動機と、発電するために原動機によって駆動されるよう結合されるオルタネータと、オルタネータの出力に結合されてオルタネータによって出力される第１の電力信号を異なる第２の電力信号に変換するよう構成される整流器と、第２の電力信号を受信するよう結合される１つまたは複数の負荷と、動作中のオルタネータについての情報を受信するよう結合される故障検出装置とを含む。整流器は、複数のダイオードおよび／または他の電子部品を含む。故障検出装置は、オルタネータの動作中に、オルタネータの界磁巻線信号をサンプリングするよう構成される。故障検出装置は、さらに、界磁巻線信号が故障閾値を超過する故障リップル期間を判断し、故障リップル期間がオルタネータの電機子期間と密接に整合する場合に整流器の電子部品の１つの短絡故障を検出するよう構成される。短絡故障を検出したことに応じて、故障装置は、電力供給システム、電力供給システムが配置されるデバイス（例えば、車両）または何らかの他のデバイスを制御するための信号を生成するよう構成される。

別の実施形態において、電力供給システムは、原動機と、発電するために原動機によって駆動されるよう結合されるオルタネータと、オルタネータの出力に結合されてオルタネータによって出力される第１の電力信号を異なる第２の電力信号に変換するよう構成される整流器と、第２の電力信号を受信するよう結合される１つまたは複数の負荷と、動作中のオルタネータについての情報を受信するよう結合される故障検出装置とを含む。整流器は、複数のダイオードおよび／または他の電子部品を含む。故障検出装置は、オルタネータの動作中に、オルタネータの界磁巻線信号をサンプリングするよう構成される。故障検出装置は、さらに、サンプリングされた界磁巻線信号をバンドパスフィルタリングし、バンドパスフィルタリングされた界磁巻線信号の振幅が故障閾値を超過する場合に整流器の電子部品の１つの短絡故障を検出するよう構成される。短絡故障を検出したことに応じて、故障装置は、電力供給システム、電力供給システムが配置されるデバイス（例えば、車両）または何らかの他のデバイスを制御するための信号を生成するよう構成される。

別の実施形態において、電力供給システムは、原動機と、発電するために原動機によって駆動されるよう結合されるオルタネータと、オルタネータの出力に結合されてオルタネータによって出力される第１の電力信号を異なる第２の電力信号に変換するよう構成される整流器と、第２の電力信号を受信するよう結合される１つまたは複数の負荷と、動作中のオルタネータについての情報を受信するよう結合される故障検出装置とを含む。整流器は、複数のダイオードおよび／または他の電子部品を含む。故障検出装置は、故障閾値を超過する界磁巻線信号のリップルに基づいて、オルタネータの界磁巻線信号をサンプリングし、故障リップル周波数を示す値を出力するよう動作可能に接続されるヒステリシス周波数カウンタを含む。故障検出装置は、さらに、周波数コンパレータ、および周波数コンパレータによって作動されるよう動作可能に接続されるカウントダウンタイマを含む。周波数コンパレータは、故障リップル周波数とオルタネータ電機子周波数とを比較し、故障リップル周波数が電機子周波数と密接に整合する場合においてカウントダウンタイマを作動させるよう、動作可能に接続される。カウントダウンタイマは、故障リップル周波数がカウントダウン時間に対して電機子周波数と密接に整合する場合に整流子の電子部品の１つの短絡故障を示す信号を生成するよう構成される。電力供給システムは、電力供給システム、電力供給システムが配置されるデバイス（例えば、車両）、または何らかの他のデバイスを制御するため、信号を経路づけるよう構成することができる。

別の実施形態において、車両は、上記の電力供給システムの一実施形態、負荷の１つまたは複数として結合される１つまたは複数のインバータ、およびインバータから電力を受け取るよう接続される１つまたは複数の牽引モータ（車両を進ませるために使用するモータ）を含む。短絡故障を検出したことに応じて生成される信号は、電力供給システムおよび／または車両の動作を制御するよう経路づけられる。

上記の説明は例示的なものであり、制限するものではないことが理解されよう。例えば、上記の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用してもよい。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために、多くの変形を行うことができる。本明細書で説明した材料の寸法および種類は、本発明のパラメータを定義することを意図するが、それらは、限定するものではなく、例示的な実施形態である。他の多くの実施形態が、上記説明を検討することにより、当業者に明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲が、添付の特許請求の範囲、およびそのような特許請求の範囲による等価物の全範囲を参照して判断される。添付の特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「において（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、それぞれ「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「ここにおいて（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語のプレーンイングリッシュ的同等語として使用される。さらに、添付の特許請求の範囲において、「第１」「第２」「第３」「上側」「下側」「底部」「上部」などの用語は、単なる符号として使用され、それらの物体について、数的要件または位置的要件を課すことを意図しない。さらに、添付の特許請求の範囲の限定は、そのような特許請求の範囲が、フレーズ「ための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」と、その後に続くさらなる構造の機能的空所の文を明示的に使用しない限り、および使用するまで、ミーンズプラスファンクションのフォーマットで記載されず、米国特許法第１１２条の第６段落に基づいて解釈されることを意図しない。

ここでの記述は、最良の態様を含む本発明のいくつかの実施形態を開示し、さらに、任意のデバイスまたはシステムを作成および使用すること、および任意の組み込み方法を実行することを含む、当業者が本発明の実施形態を実施することを可能にするための例を使用する。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者が行う他の例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。

本明細書で使用する場合、単数形で書かれた要素またはステップおよび単語「ａ」もしくは「ａｎ」が前に付く要素またはステップは、例外であることが明示されない限り、要素またはステップが複数である可能性を除外しないことを理解すべきである。さらに、本発明の「一実施形態」という言及は、記載した特徴を含む追加の実施形態の存在を除外すると解釈されるべきではない。さらに、明示的に反対のことが言及されない限り、特定の特性を有する一要素または複数の要素を「備える」「含む」または「有する」実施形態は、その特性を有さない、そのような追加の要素を含む可能性がある。

１０ 電力供給システム
１２ 原動機
１４ オルタネータ
１６ 界磁巻線
１８ 固定子巻線（電機子）
２０ 整流器
２１ 負荷端子
２２ ダイオード
２４ エキサイタ
１００ 故障検出器装置、故障検出器
１０１ 信号
１０２ 界磁巻線信号端子
１０３ 負荷
１０４ 能動または受動ローパス周波数フィルタ、ローパスフィルタ
１０５ 情報
１０６ リップルサブトラクタ
１０７ ＤＣ振幅
１０８ ヒステリシストリガ
１１０ 故障リップルタイマ
１１２ ヒステリシス周波数カウンタ
１１４ 周波数コンパレータ
１１６ カウントダウンタイマ
１１８ アラーム
１２０ 制御モジュール
２００ 磁界巻線電圧、磁界巻線電圧信号、電流信号
２０５ ベースラインＤＣ電圧
２１０ 通常リップル
２２０ 故障リップル
２３０ ヒステリシスエンベロープ、故障閾値
２４０ 設計過度期間
３００ カウント方法
３０４ 故障リップル期間
３０８ 電機子巻線期間、電機子巻線周期３０８
３１０ 設計閾値
３１２ カウントダウン
３１６ 短絡故障

Claims (16)

1. オルタネータ（１４）の界磁巻線信号を前記オルタネータ（１４）の動作中にサンプリングするステップと、
   時間間隔としての故障リップル期間を判断するステップであって、前記界磁巻線信号が故障閾値を超過すると、当該故障リップル期間が始まり、前記界磁巻線信号が故障閾値を超えなくなると、当該故障リップル期間が終わる、故障リップル期間を判断するステップと、
   前記故障リップル期間が前記オルタネータ（１４）の電機子期間に密接に整合する場合に前記オルタネータ（１４）の出力に結合される整流器（２０）の電子部品の短絡故障を検出するステップと
   を備える、方法。
2. 前記短絡故障が、前記故障リップル期間がカウントダウン全体を通して前記電機子期間と密接に整合する場合にのみ検出される、請求項１に記載の方法。
3. 前記カウントダウンが、前記電機子期間の少なくとも２０倍である、請求項２に記載の 方法。
4. 前記カウントダウンが、前記電機子期間の５０倍未満である、請求項２に記載の方法
5. 前記カウントダウンが、前記電機子期間の少なくとも２０倍であり、さらに前記電機子期間の５０倍未満である、請求項２に記載の方法。
6. 前記短絡故障が、前記故障リップル期間と前記電機子期間との間の差が１Ｈｚ未満である場合に検出される、請求項１に記載の方法。
7. 前記故障閾値が、通常のリップル振幅の少なくとも５００％である、請求項１に記載の方法。
8. 前記故障閾値が、通常のリップル振幅の少なくとも１００００％である、請求項１に記載の方法。
9. 前記故障リップル期間が、前記界磁巻線信号のスペクトル密度を取得することによって判断される、請求項１に記載の方法。
10. オルタネータ（１４）の界磁巻線信号をサンプリングし、故障閾値を超過する前記界磁巻線信号のリップルに基づいて、故障リップル周波数を示す値を出力するよう動作可能に接続されるヒステリシス周波数カウンタと、
    カウントダウンタイマと、
    前記故障リップル周波数およびオルタネータ電機子周波数を比較し、前記故障リップル周波数が前記電機子周波数と密接に整合する場合に前記カウントダウンタイマを作動させるよう動作可能に接続される周波数コンパレータと
    を備え、
    前記カウントダウンタイマが、前記周波数コンパレータによって作動されるよう動作可能に接続されて、前記故障リップル周波数がカウントダウン時間の間、前記電機子周波数と密接に整合する場合に前記オルタネータ（１４）の出力に結合される整流器（２０）の電子部品の短絡故障を報知するよう構成される、装置。
11. 前記カウントダウンタイマが、前記故障リップル周波数と前記電機子周波数との間の差が前記カウントダウン時間の間１Ｈｚ未満である場合に前記短絡故障を報知するよう構成される、請求項１０に記載の装置。
12. 前記故障閾値が、通常のリップル振幅の少なくとも５００％である、請求項１０に記載の装置。
13. 前記故障閾値が、通常のリップル振幅の少なくとも１００００％である、請求項１０に記載の装置。
14. 前記カウントダウン時間が、前記オルタネータ（１４）の電機子期間の少なくとも２０倍である、請求項１０に記載の装置。
15. 前記カウントダウン時間が、前記オルタネータ（１４）の電機子期間の５０倍未満である、請求項１０に記載の装置。
16. 前記カウントダウン時間が、前記オルタネータ（１４）の電機子期間の少なくとも２０倍であり、前記電機子期間の５０倍未満である、請求項１０に記載の装置。