JP2003294804A - 接地故障検出システムおよび接地故障検出方法 - Google Patents
接地故障検出システムおよび接地故障検出方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】モーターのような所与の負荷に連携し、それへ
の電力を遮断するように動作可能な、交流接地故障条件
を感知する。 【解決手段】第１、第２の電力導体に結合する開閉機構
は、所定の開閉率に従って負荷の位相を第１、第２の電
力導体に交互に接続するように動作し、正常動作の間、
第１、第２の電力導体での電圧は基準電位に対し一定で
ある。基準電位を有する負荷の少なくとも１つの位相の
偶発的な電気路が発生した場合、第１、第２の電力導体
での電圧は開閉率に関係して時間変化する。検出器を入
力ポートで第１の電力導体に結合して、第１の電力導体
の電圧或いは電流信号を受信する。負荷と基準電位との
間の偶発的な電気路の発生によって、検出器による検出
の該閾値に対して十分な大きさで第１の電力導体の電圧
或いは電流信号が変化し、検出器の出力信号は検出され
た故障を示す。
の電力を遮断するように動作可能な、交流接地故障条件
を感知する。 【解決手段】第１、第２の電力導体に結合する開閉機構
は、所定の開閉率に従って負荷の位相を第１、第２の電
力導体に交互に接続するように動作し、正常動作の間、
第１、第２の電力導体での電圧は基準電位に対し一定で
ある。基準電位を有する負荷の少なくとも１つの位相の
偶発的な電気路が発生した場合、第１、第２の電力導体
での電圧は開閉率に関係して時間変化する。検出器を入
力ポートで第１の電力導体に結合して、第１の電力導体
の電圧或いは電流信号を受信する。負荷と基準電位との
間の偶発的な電気路の発生によって、検出器による検出
の該閾値に対して十分な大きさで第１の電力導体の電圧
或いは電流信号が変化し、検出器の出力信号は検出され
た故障を示す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、接地故障保護、よ
り詳細には、接地故障条件を検出する交流接地故障セン
サーシステムに関するものである。
り詳細には、接地故障条件を検出する交流接地故障セン
サーシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車は、推進動力用内燃機関に依
存するのではなく、比較的大きな電気牽引バッテリーに
依存する車両である。電気自動車の牽引バッテリーは自
動車を推進させる電気牽引モーターに連結し、そして牽
引バッテリーは再充電して繰り返し使用できる。
存するのではなく、比較的大きな電気牽引バッテリーに
依存する車両である。電気自動車の牽引バッテリーは自
動車を推進させる電気牽引モーターに連結し、そして牽
引バッテリーは再充電して繰り返し使用できる。
【０００３】牽引バッテリーは、従来の１２ボルト自動
車蓄電バッテリーに比べて、比較的大きな容量を有して
いなければならず、且つ、比較的大きな電力を供給しな
ければならないことは理解されよう。電力はバッテリー
電圧とシステム電流に正比例するから、牽引バッテリー
の満たすべき高電力供給要件は、電気自動車に存在する
電圧が、内燃機関が動いていないとき補助負荷に電源を
供給するのに比較的低い電力と低い電圧の蓄電バッテリ
ーのみを通常必要とする化石燃料で動く自動車に存在す
る電圧より高くなるであろうことを必然的に意味する。
車蓄電バッテリーに比べて、比較的大きな容量を有して
いなければならず、且つ、比較的大きな電力を供給しな
ければならないことは理解されよう。電力はバッテリー
電圧とシステム電流に正比例するから、牽引バッテリー
の満たすべき高電力供給要件は、電気自動車に存在する
電圧が、内燃機関が動いていないとき補助負荷に電源を
供給するのに比較的低い電力と低い電圧の蓄電バッテリ
ーのみを通常必要とする化石燃料で動く自動車に存在す
る電圧より高くなるであろうことを必然的に意味する。
【０００４】ハイブリッド電気車両（HEV）は、従来の
車両の内燃機関を、電気車両のバッテリーと電気モータ
ーに組み合わせる。これにより、従来の車両より燃料の
経済性が増す。また、この組み合わせによって、ユーザ
ーが従来の車両から予期するより航続距離が延長され、
迅速な燃料補給が行えるとともに、電気車両のエネルギ
ーや環境の利益の重要部分が提供される。HEVの実用上
の利益は、従来の車両に比べて燃料の経済性の向上と低
い排気を含む。HEVは、その固有の柔軟性のため、応用
範囲が広く、個人の輸送から商業的運搬にまで使用でき
る。
車両の内燃機関を、電気車両のバッテリーと電気モータ
ーに組み合わせる。これにより、従来の車両より燃料の
経済性が増す。また、この組み合わせによって、ユーザ
ーが従来の車両から予期するより航続距離が延長され、
迅速な燃料補給が行えるとともに、電気車両のエネルギ
ーや環境の利益の重要部分が提供される。HEVの実用上
の利益は、従来の車両に比べて燃料の経済性の向上と低
い排気を含む。HEVは、その固有の柔軟性のため、応用
範囲が広く、個人の輸送から商業的運搬にまで使用でき
る。
【０００５】電気或いはハイブリッド電気車両は、化石
燃料の燃焼を殆ど、或いは、全く必要としないので、斯
かる車両は、化石燃料で動く車両とは対照的に、環境に
有害な排気を殆ど、或いは、全く出さない。斯かる車両
は、化石燃料で動く乗用車に取って代わって、ますます
魅力を増しつつある。しかしながら、牽引バッテリーの
高電圧要件のために、電気或いはハイブリッド電気車両
の電気的安全性の心配が生じる。
燃料の燃焼を殆ど、或いは、全く必要としないので、斯
かる車両は、化石燃料で動く車両とは対照的に、環境に
有害な排気を殆ど、或いは、全く出さない。斯かる車両
は、化石燃料で動く乗用車に取って代わって、ますます
魅力を増しつつある。しかしながら、牽引バッテリーの
高電圧要件のために、電気或いはハイブリッド電気車両
の電気的安全性の心配が生じる。
【０００６】例えば、所期の電気回路外の不所望の電流
（即ち、接地故障条件）によって、（HEV推進システム
のような）システム内の電子部品が大きなダメージを受
けて、電子装置が不能になったり破壊されたりする。加
えて、斯かる接地故障条件により、電気ショックが生
じ、従来の比較的低電圧の自動車蓄電バッテリーシステ
ムに比べて、ショックが高電圧牽引バッテリーシステム
との接触で生じた場合、深刻な結果を招き得る。斯かる
ショックの可能性を減少させるために、多くの牽引バッ
テリーシステムは、従来の自動車蓄電バッテリーシステ
ムとは対照的に、自動車の車台に接地されていない。そ
の代わり、多くの牽引バッテリーシステムは閉ループ帰
路を有し、システムの負の電力導体（即ち、電流帰路）
を電気或いはハイブリッド電気車両の車台から絶縁させ
る。
（即ち、接地故障条件）によって、（HEV推進システム
のような）システム内の電子部品が大きなダメージを受
けて、電子装置が不能になったり破壊されたりする。加
えて、斯かる接地故障条件により、電気ショックが生
じ、従来の比較的低電圧の自動車蓄電バッテリーシステ
ムに比べて、ショックが高電圧牽引バッテリーシステム
との接触で生じた場合、深刻な結果を招き得る。斯かる
ショックの可能性を減少させるために、多くの牽引バッ
テリーシステムは、従来の自動車蓄電バッテリーシステ
ムとは対照的に、自動車の車台に接地されていない。そ
の代わり、多くの牽引バッテリーシステムは閉ループ帰
路を有し、システムの負の電力導体（即ち、電流帰路）
を電気或いはハイブリッド電気車両の車台から絶縁させ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】斯かる絶縁させたシス
テムでは、モーターの位相リードと車台（即ち、接地故
障）との間の短絡、或いは低インピーダンス接続が生じ
た場合、人への電気ショックの可能性が最小になり得る
けれど、電力を供給しモーターを駆動する正と負の電力
導体或いはレールに通常、電気的に接続している電子部
品は、正と負のレールで発生する極度の電圧或いは電流
の振れによってダメージを受け易い。更に、高電圧直流
システムでは、直流接地故障検出にかなりの仕事がなさ
れているけれど、斯かる直流接地故障検出の仕組みは、
モーター、発電機、或いは他の負荷のような直流システ
ムの交流出力の接地故障検出には役立たない。モーター
のような所与の負荷に連携し、それへの電力を遮断する
ように動作可能な、交流接地故障条件を感知する接地故
障検出システムが望まれる。
テムでは、モーターの位相リードと車台（即ち、接地故
障）との間の短絡、或いは低インピーダンス接続が生じ
た場合、人への電気ショックの可能性が最小になり得る
けれど、電力を供給しモーターを駆動する正と負の電力
導体或いはレールに通常、電気的に接続している電子部
品は、正と負のレールで発生する極度の電圧或いは電流
の振れによってダメージを受け易い。更に、高電圧直流
システムでは、直流接地故障検出にかなりの仕事がなさ
れているけれど、斯かる直流接地故障検出の仕組みは、
モーター、発電機、或いは他の負荷のような直流システ
ムの交流出力の接地故障検出には役立たない。モーター
のような所与の負荷に連携し、それへの電力を遮断する
ように動作可能な、交流接地故障条件を感知する接地故
障検出システムが望まれる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】電力源で駆動する負荷と
基準電位との間の偶発的な電気路を示す交流信号を感知
する交流接地故障検出器システムは、該電力源の第１の
端子に結合する第１の電力導体と、該電力源の第２の端
子に結合する第２の電力導体とからなる。該第１および
第２の電力導体に結合する開閉機構は、所定の開閉率に
従って該負荷の位相を該第１および第２の電力導体に交
互に接続するように動作し、正常動作の間、該第１およ
び第２の電力導体での電圧は基準電位に対し一定であ
る。該基準電位を有する該負荷の少なくとも１つの位相
の偶発的な電気路が発生した場合、該第１および第２の
電力導体での電圧は該開閉率に関係して時間変化する。
検出器を入力ポートで該第１の電力導体に結合して、該
第１の電力導体の電圧或いは電流信号を受信する。該検
出器は、受信した該信号を処理し閾値と比較する処理回
路と、前記比較に基づいて出力信号を発生する出力ポー
トとからなり、該負荷と該基準電位との間の該偶発的な
電気路の発生によって、該検出器による検出の該閾値に
対して十分な大きさで該第１の電力導体の該電圧或いは
電流信号は変化し、該検出器の該出力信号は検出された
故障を示す。
基準電位との間の偶発的な電気路を示す交流信号を感知
する交流接地故障検出器システムは、該電力源の第１の
端子に結合する第１の電力導体と、該電力源の第２の端
子に結合する第２の電力導体とからなる。該第１および
第２の電力導体に結合する開閉機構は、所定の開閉率に
従って該負荷の位相を該第１および第２の電力導体に交
互に接続するように動作し、正常動作の間、該第１およ
び第２の電力導体での電圧は基準電位に対し一定であ
る。該基準電位を有する該負荷の少なくとも１つの位相
の偶発的な電気路が発生した場合、該第１および第２の
電力導体での電圧は該開閉率に関係して時間変化する。
検出器を入力ポートで該第１の電力導体に結合して、該
第１の電力導体の電圧或いは電流信号を受信する。該検
出器は、受信した該信号を処理し閾値と比較する処理回
路と、前記比較に基づいて出力信号を発生する出力ポー
トとからなり、該負荷と該基準電位との間の該偶発的な
電気路の発生によって、該検出器による検出の該閾値に
対して十分な大きさで該第１の電力導体の該電圧或いは
電流信号は変化し、該検出器の該出力信号は検出された
故障を示す。
【０００９】負荷駆動電力システムは、所定の開閉率で
負荷の所与のリードを第１および第２の電力導体の一方
に選択的に結合させる開閉機構に従って、負荷の対応す
る少なくとも１つのリードに第１および第２の電力導体
を介して電力を分配する電力分配ユニットを含む。第１
および第２の電力導体は、お互いに容量的に結合する。
キャパシタは、第１および第２の電力導体の一方に結合
した第１の端子と、基準電位に結合した第２の端子を有
する。検出器回路は第１の電力導体に結合される。基準
電位に対する第１の電力導体を横切る電圧を、電力源の
大きさに従って変化させるリードと基準電位との間の偶
発的な電気路を示す基準電位に対する第１の電力導体を
横切る電圧の変化を感知するように検出器回路は動作す
る。検出器は、所定の閾値を越える感知した電圧変化に
応答して故障信号を発生する。故障信号に応答するコン
トローラーは、第１および第２の電力導体から負荷への
電力を遮断するように動作し、それによって、リードと
基準電位との間の偶発的な電気路に応答する第１および
第２の電力導体の一方の時間変動電圧が、キャパシタを
横切って放電されるのを取り除く。
負荷の所与のリードを第１および第２の電力導体の一方
に選択的に結合させる開閉機構に従って、負荷の対応す
る少なくとも１つのリードに第１および第２の電力導体
を介して電力を分配する電力分配ユニットを含む。第１
および第２の電力導体は、お互いに容量的に結合する。
キャパシタは、第１および第２の電力導体の一方に結合
した第１の端子と、基準電位に結合した第２の端子を有
する。検出器回路は第１の電力導体に結合される。基準
電位に対する第１の電力導体を横切る電圧を、電力源の
大きさに従って変化させるリードと基準電位との間の偶
発的な電気路を示す基準電位に対する第１の電力導体を
横切る電圧の変化を感知するように検出器回路は動作す
る。検出器は、所定の閾値を越える感知した電圧変化に
応答して故障信号を発生する。故障信号に応答するコン
トローラーは、第１および第２の電力導体から負荷への
電力を遮断するように動作し、それによって、リードと
基準電位との間の偶発的な電気路に応答する第１および
第２の電力導体の一方の時間変動電圧が、キャパシタを
横切って放電されるのを取り除く。
【００１０】本発明の一面において具体化される、少な
くとも１つのキャパシタを第１および第２の電力導体の
一方と基準電位との間に結合し、モーターを開閉機構に
従って所定の開閉率で第１および第２の電力導体の一方
に選択的に結合させる電力ユニットによるモーターの電
力供給時のモーターの位相リードと基準電位との間の偶
発的な電気路の検出方法は、基準電位に対する第１の電
力導体の電圧信号を感知する工程、感知した電圧信号を
フィルタ処理し信号成分を得る工程、フィルタ処理した
信号成分を閾値と比較する工程、およびフィルタ処理し
た信号成分が閾値を越えるときモーターへの電力供給を
遮断する工程を含む。
くとも１つのキャパシタを第１および第２の電力導体の
一方と基準電位との間に結合し、モーターを開閉機構に
従って所定の開閉率で第１および第２の電力導体の一方
に選択的に結合させる電力ユニットによるモーターの電
力供給時のモーターの位相リードと基準電位との間の偶
発的な電気路の検出方法は、基準電位に対する第１の電
力導体の電圧信号を感知する工程、感知した電圧信号を
フィルタ処理し信号成分を得る工程、フィルタ処理した
信号成分を閾値と比較する工程、およびフィルタ処理し
た信号成分が閾値を越えるときモーターへの電力供給を
遮断する工程を含む。
【００１１】本発明の利益、性質、及び種々の他の特徴
は、図面を参照しながら次に詳述される実施例によっ
て、より明瞭になるであろう。なお、図面全体を通し
て、類似参照番号は、類似要素と同一であるものとす
る。
は、図面を参照しながら次に詳述される実施例によっ
て、より明瞭になるであろう。なお、図面全体を通し
て、類似参照番号は、類似要素と同一であるものとす
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、交流モーターのような負
荷５００と車台或いは接地のような基準電位５４０との
間の短絡回路或いは超低インピーダンス接続のような偶
発的な電気路を示す交流信号を感知する本発明の交流接
地故障検出器システム１０を示す。電力源１００は、１
列に並んだバッテリー６０１A、６０１B、・・・６０１
Nからなり、高電圧（例えば、６００V）の電力源を提供
し電気牽引モーターのようなモーター５００を駆動す
る。電力源１００の端子１１０は、第１の電力導体２０
０を介してモーター５００に電気的に結合し、モーター
との正直流リンクを提供し、一方、端子１５０を第２の
電力導体３００を介してモーター５００に電気的に結合
し負直流リンクを提供する。インバーターのような開閉
機構４００を第１および第２の電力導体間に結合し、モ
ーター５００の所与の位相リード５０１、５０２、５０
３を第１および第２の電力導体の一方に交互に結合しモ
ーターに電源を供給し、それによって自動車のようなデ
バイスを推進させる。図１に示す実施例では、開閉機構
は、各組が多位相モーターのそれぞれの位相リードに結
合したそれぞれの共通端子（A、B、C）を有するスイッ
チの組（Q1-Q2, Q３-Q４,Q５-Q６）からなる。スイッチ
の各々は、機械的スイッチを図示したけれど、例えばFE
Tトランジスタ、IGBT、バイポーラートランジスタ、お
よびSCRを含む電子半導体開閉装置の形態をとってよ
い。スイッチは、所定の開閉率に従って開閉（即ち、
“OFF”及び“ON”）し、電力を正または負の電力導体
リンクを介して所与の位相に選択的に結合させる。好ま
しい実施例では、スイッチは、パルス幅変調され種々の
モーター位相を駆動し交流波形を作る。
荷５００と車台或いは接地のような基準電位５４０との
間の短絡回路或いは超低インピーダンス接続のような偶
発的な電気路を示す交流信号を感知する本発明の交流接
地故障検出器システム１０を示す。電力源１００は、１
列に並んだバッテリー６０１A、６０１B、・・・６０１
Nからなり、高電圧（例えば、６００V）の電力源を提供
し電気牽引モーターのようなモーター５００を駆動す
る。電力源１００の端子１１０は、第１の電力導体２０
０を介してモーター５００に電気的に結合し、モーター
との正直流リンクを提供し、一方、端子１５０を第２の
電力導体３００を介してモーター５００に電気的に結合
し負直流リンクを提供する。インバーターのような開閉
機構４００を第１および第２の電力導体間に結合し、モ
ーター５００の所与の位相リード５０１、５０２、５０
３を第１および第２の電力導体の一方に交互に結合しモ
ーターに電源を供給し、それによって自動車のようなデ
バイスを推進させる。図１に示す実施例では、開閉機構
は、各組が多位相モーターのそれぞれの位相リードに結
合したそれぞれの共通端子（A、B、C）を有するスイッ
チの組（Q1-Q2, Q３-Q４,Q５-Q６）からなる。スイッチ
の各々は、機械的スイッチを図示したけれど、例えばFE
Tトランジスタ、IGBT、バイポーラートランジスタ、お
よびSCRを含む電子半導体開閉装置の形態をとってよ
い。スイッチは、所定の開閉率に従って開閉（即ち、
“OFF”及び“ON”）し、電力を正または負の電力導体
リンクを介して所与の位相に選択的に結合させる。好ま
しい実施例では、スイッチは、パルス幅変調され種々の
モーター位相を駆動し交流波形を作る。
【００１３】第１および第２の電力導体間に結合した高
インピーダンスネットワーク７００は、接地基準電位
（即ち、車台電圧）５４０に対して正負の電圧値間に１
列に並んだ高電圧バッテリーを等しくバランスするよう
に動作する。高インピーダンスネットワーク７００は、
直列に接続された抵抗器Ra,Rb,…Rnであって、第１の電
力導体２００に結合された第１の端子７１０、第２の電
力導体３００に結合された第２の端子７２０、および接
地基準電位５４０に結合された第３の端子７３０を有す
る抵抗器Ra,Rb,…Rnからなる。好ましいのは、抵抗器R
a,Rb,…Rnの各々が、等しい抵抗を有し、接地７３０に
対する接続点７１０での電圧の大きさが、接地７３０に
対する接続点７２０での電圧の大きさに等しいように配
列される。
インピーダンスネットワーク７００は、接地基準電位
（即ち、車台電圧）５４０に対して正負の電圧値間に１
列に並んだ高電圧バッテリーを等しくバランスするよう
に動作する。高インピーダンスネットワーク７００は、
直列に接続された抵抗器Ra,Rb,…Rnであって、第１の電
力導体２００に結合された第１の端子７１０、第２の電
力導体３００に結合された第２の端子７２０、および接
地基準電位５４０に結合された第３の端子７３０を有す
る抵抗器Ra,Rb,…Rnからなる。好ましいのは、抵抗器R
a,Rb,…Rnの各々が、等しい抵抗を有し、接地７３０に
対する接続点７１０での電圧の大きさが、接地７３０に
対する接続点７２０での電圧の大きさに等しいように配
列される。
【００１４】図１では更に、第１の電力導体２００（正
電力導体）に結合された第１の端子２１と第２の電力導
体３００（負電力導体）に結合された第２の端子２２を
有するキャパシタC1を示す。キャパシタC1は、第１およ
び第２の電力導体を容量的に結合し、正電力導体２００
と負電力導体３００との間の電位差を安定或いは維持さ
せる。実施例では、キャパシタC1は、約１０００μFの
容量を有してよい。キャパシタC２を、第２の電力導体
３００と接地或いは車台５４０との間に結合し、キャパ
シタC３を、第１の電力導体２００と接地（車台）との
間に結合する。実施例では、キャパシタC２とC３は、約
１〜５μFの容量を有する。キャパシタC２とC３は、モ
ーターの種々の位相と接地或いは車台との間の容量（図
示せず）によるスイッチ（Q1-Q６）の開閉から生じる第
１および第２の電力導体の信号をフィルタ処理すること
によって、接地に対してバッテリーパック或いは電力源
１００を安定させるように動作する。電力源１００に連
携するキャパシタC４とC５を含んでよく、キャパシタC
４とC５は電力源での正と負の直流リンクを安定させる
ように動作する。キャパシタC４は、接続点１１０での
正電圧と接地との間に結合し、キャパシタC５は、接続
点１５０での負電圧と接地との間に結合する。
電力導体）に結合された第１の端子２１と第２の電力導
体３００（負電力導体）に結合された第２の端子２２を
有するキャパシタC1を示す。キャパシタC1は、第１およ
び第２の電力導体を容量的に結合し、正電力導体２００
と負電力導体３００との間の電位差を安定或いは維持さ
せる。実施例では、キャパシタC1は、約１０００μFの
容量を有してよい。キャパシタC２を、第２の電力導体
３００と接地或いは車台５４０との間に結合し、キャパ
シタC３を、第１の電力導体２００と接地（車台）との
間に結合する。実施例では、キャパシタC２とC３は、約
１〜５μFの容量を有する。キャパシタC２とC３は、モ
ーターの種々の位相と接地或いは車台との間の容量（図
示せず）によるスイッチ（Q1-Q６）の開閉から生じる第
１および第２の電力導体の信号をフィルタ処理すること
によって、接地に対してバッテリーパック或いは電力源
１００を安定させるように動作する。電力源１００に連
携するキャパシタC４とC５を含んでよく、キャパシタC
４とC５は電力源での正と負の直流リンクを安定させる
ように動作する。キャパシタC４は、接続点１１０での
正電圧と接地との間に結合し、キャパシタC５は、接続
点１５０での負電圧と接地との間に結合する。
【００１５】交流接地故障検出器回路６００を接続点６
１０で第１の電力導体２００に結合して第１の電力導体
の電圧或いは電流信号を受信し、処理し、閾値と比較し
て負荷と連携した接地故障を示す交流信号を検出する。
検出器回路６００は、接続点６１０で第１の電力導体に
結合した第１の端子と、直列に接続した抵抗器R1-R4か
らなる抵抗器ネットワークに結合した第２の端子とを有
するキャパシタC62を含む処理回路６２０からなる。抵
抗器R4と車台との間に結合した抵抗器R５は、分圧器と
して動作し、減衰信号を提供し比較器回路で処理する。
実施例では、キャパシタC62は、約１０００ｐFの容量を
有してよい。抵抗器R1-R4は、ほぼ等しい抵抗（例え
ば、R1、R２、R３、R4＝２５０ｋΩ）を有し、抵抗器R
５は、約１０ｋΩを有してよい。ダイオードD７４を、
キャパシタC８７と並列に接続点８０で接続し、信号を
追加フィルタ処理し、比較器６５０の反転入力（＋）へ
入力する。接続点８０と比較器６５０の非反転入力
（−）との間に接続した抵抗器R７は、比較器への入力
インピーダンスのバランスを提供する。閾値電圧Vth
は、比較器６５０の非反転入力（−）で、抵抗器R６及
びR８とキャパシタフィルタC88からなる分圧器ネットワ
ークを介して提供される。比較器は、非反転入力の信号
を反転入力の閾値電圧と比較し、交流接地故障の検出
（又は非検出）に対応する出力信号S1を発生する。
１０で第１の電力導体２００に結合して第１の電力導体
の電圧或いは電流信号を受信し、処理し、閾値と比較し
て負荷と連携した接地故障を示す交流信号を検出する。
検出器回路６００は、接続点６１０で第１の電力導体に
結合した第１の端子と、直列に接続した抵抗器R1-R4か
らなる抵抗器ネットワークに結合した第２の端子とを有
するキャパシタC62を含む処理回路６２０からなる。抵
抗器R4と車台との間に結合した抵抗器R５は、分圧器と
して動作し、減衰信号を提供し比較器回路で処理する。
実施例では、キャパシタC62は、約１０００ｐFの容量を
有してよい。抵抗器R1-R4は、ほぼ等しい抵抗（例え
ば、R1、R２、R３、R4＝２５０ｋΩ）を有し、抵抗器R
５は、約１０ｋΩを有してよい。ダイオードD７４を、
キャパシタC８７と並列に接続点８０で接続し、信号を
追加フィルタ処理し、比較器６５０の反転入力（＋）へ
入力する。接続点８０と比較器６５０の非反転入力
（−）との間に接続した抵抗器R７は、比較器への入力
インピーダンスのバランスを提供する。閾値電圧Vth
は、比較器６５０の非反転入力（−）で、抵抗器R６及
びR８とキャパシタフィルタC88からなる分圧器ネットワ
ークを介して提供される。比較器は、非反転入力の信号
を反転入力の閾値電圧と比較し、交流接地故障の検出
（又は非検出）に対応する出力信号S1を発生する。
【００１６】図１に示す交流接地故障センサーシステム
の動作を以下に説明する。正常動作（即ち、交流接地故
障が無い場合）では、正電力導体２００と負電力導体３
００との間の電源１００の供給電圧Vを、例えば６００V
とする。負電力導体３００に結合したキャパシタC2を横
切る電圧V１は、車台に対して−３００Vになろう。正電
力導体２００に結合したキャパシタC３を横切る電圧V２
は、車台に対して＋３００Vになろう。従って、検出器
回路６００のキャパシタC62は、正常または定常状態の
動作で、抵抗器R1-R５の抵抗器ネットワークを横切る電
圧の低下がなければ、＋３００Vの電圧を有するであろ
う。従って、比較器６５０の非反転入力は、比較器の反
転入力で入力された閾値電圧Vth以下の電圧V＋＝０Vで
あろう。実施例では、比較器へ入力されるVcc供給電圧
を約5 Vとして、閾値電圧Vthは約2.5Vである。従って、
正常動作では、比較器の出力は非能動或いは「低」状態
にあるであろう。
の動作を以下に説明する。正常動作（即ち、交流接地故
障が無い場合）では、正電力導体２００と負電力導体３
００との間の電源１００の供給電圧Vを、例えば６００V
とする。負電力導体３００に結合したキャパシタC2を横
切る電圧V１は、車台に対して−３００Vになろう。正電
力導体２００に結合したキャパシタC３を横切る電圧V２
は、車台に対して＋３００Vになろう。従って、検出器
回路６００のキャパシタC62は、正常または定常状態の
動作で、抵抗器R1-R５の抵抗器ネットワークを横切る電
圧の低下がなければ、＋３００Vの電圧を有するであろ
う。従って、比較器６５０の非反転入力は、比較器の反
転入力で入力された閾値電圧Vth以下の電圧V＋＝０Vで
あろう。実施例では、比較器へ入力されるVcc供給電圧
を約5 Vとして、閾値電圧Vthは約2.5Vである。従って、
正常動作では、比較器の出力は非能動或いは「低」状態
にあるであろう。
【００１７】前述したように、キャパシタC２とC３は、
スイッチ（Q1-Q６）を所定の開閉率でON・OFFする際、
車台に付くモーターの容量（図示せず）のスイッチング
によって、車台に対して正負の電力導体により運ばれる
電力を安定させるように動作する。このように、接地故
障検出器６００へ入力される正導体２００の低リプル電
圧或いは電流は、閾値電圧以下であり、よって比較器６
５０の出力S1は、「低」になり交流接地故障の検出をト
リガーしない。
スイッチ（Q1-Q６）を所定の開閉率でON・OFFする際、
車台に付くモーターの容量（図示せず）のスイッチング
によって、車台に対して正負の電力導体により運ばれる
電力を安定させるように動作する。このように、接地故
障検出器６００へ入力される正導体２００の低リプル電
圧或いは電流は、閾値電圧以下であり、よって比較器６
５０の出力S1は、「低」になり交流接地故障の検出をト
リガーしない。
【００１８】しかしながら、モーター巻線と車台との間
の絶縁破壊、或いは他の誤った電気接続によって交流接
地故障が発生すると、車台或いは接地とモーターの位相
の１つとの間で（短絡回路または超低インピーダンス接
続のような）偶発的な電気路が発生する。参照番号８０
で、モーター５００の位相Cと車台或いは接地基準電位
５４０との間の交流接地故障あるいは短絡回路電気伝達
路を概略的に示す。使用した用語「短絡回路」は、所期
の回路外の不所望な交流電流の流れや低インピーダンス
路を含む斯かる全ての偶発的な電気路を包含するものと
する。この例では、位相Cと連携したスイッチの１つQ５
またはQ６を閉じることは、正導体２００（Q5を閉じる
場合）または負導体３００（Q６を閉じる場合）の何れ
かを、他方の電力導体が導体間全体を横切る直流電源電
圧Vを有する状態で、車台に直接に接続する。即ち、接
地故障の場合、スイッチQ5を閉じることは、正導体２０
０を、スイッチQ5を介して車台或いは接地基準電位（即
ち、０V）に電気的に接続する。当然これは、負電力導
体３００が車台に対して−６００Vの電圧V１を有するこ
とを意味する。スイッチQ5を開きスイッチQ６を閉じる
ことは、負電力導体３００を、スイッチQ６を介して車
台或いは接地基準電位（即ち、０V）に電気的に接続す
ることになり、正電力導体２００を横切る電圧は＋６０
０Vになる。従って、正負の電力導体の各々を横切る電
圧は、車台に対して、もはや一定ではなく、開閉サイク
ル毎に、正電力導体２００の車台に対して、０Vから＋
６００Vまで交流し、負電力導体３００の車台に対し
て、−６００Vから０Vまで交流する。この振動は、キャ
パシタが高周波数あるいは開閉率（例えば、約7.5ｋHz
の開閉周波数）でこれらの高電圧に交互に充電・放電し
ているように、電力導体により運ばれキャパシタC２とC
３の各々を横切って印加される方形波信号によって明白
である。短絡回路から生じる斯かる高率、高電圧の振れ
は、装置の応力限界を超え、検出されない場合、システ
ム内のこれらのキャパシタや他の電子部品をダメージ或
いは破壊する。接地故障検出器回路６００は、故障によ
って生じた方形波電圧の存在を直列のキャパシタ／抵抗
器の回路を介して感知し、出力信号をプログラム可能な
論理アレイのようなコントローラ８００へ送り、スイッ
チ全てを開いて電力を遮断し、キャパシタや他の外部部
品をダメージから保護する簡単で効率的コストの解決策
を提供する。
の絶縁破壊、或いは他の誤った電気接続によって交流接
地故障が発生すると、車台或いは接地とモーターの位相
の１つとの間で（短絡回路または超低インピーダンス接
続のような）偶発的な電気路が発生する。参照番号８０
で、モーター５００の位相Cと車台或いは接地基準電位
５４０との間の交流接地故障あるいは短絡回路電気伝達
路を概略的に示す。使用した用語「短絡回路」は、所期
の回路外の不所望な交流電流の流れや低インピーダンス
路を含む斯かる全ての偶発的な電気路を包含するものと
する。この例では、位相Cと連携したスイッチの１つQ５
またはQ６を閉じることは、正導体２００（Q5を閉じる
場合）または負導体３００（Q６を閉じる場合）の何れ
かを、他方の電力導体が導体間全体を横切る直流電源電
圧Vを有する状態で、車台に直接に接続する。即ち、接
地故障の場合、スイッチQ5を閉じることは、正導体２０
０を、スイッチQ5を介して車台或いは接地基準電位（即
ち、０V）に電気的に接続する。当然これは、負電力導
体３００が車台に対して−６００Vの電圧V１を有するこ
とを意味する。スイッチQ5を開きスイッチQ６を閉じる
ことは、負電力導体３００を、スイッチQ６を介して車
台或いは接地基準電位（即ち、０V）に電気的に接続す
ることになり、正電力導体２００を横切る電圧は＋６０
０Vになる。従って、正負の電力導体の各々を横切る電
圧は、車台に対して、もはや一定ではなく、開閉サイク
ル毎に、正電力導体２００の車台に対して、０Vから＋
６００Vまで交流し、負電力導体３００の車台に対し
て、−６００Vから０Vまで交流する。この振動は、キャ
パシタが高周波数あるいは開閉率（例えば、約7.5ｋHz
の開閉周波数）でこれらの高電圧に交互に充電・放電し
ているように、電力導体により運ばれキャパシタC２とC
３の各々を横切って印加される方形波信号によって明白
である。短絡回路から生じる斯かる高率、高電圧の振れ
は、装置の応力限界を超え、検出されない場合、システ
ム内のこれらのキャパシタや他の電子部品をダメージ或
いは破壊する。接地故障検出器回路６００は、故障によ
って生じた方形波電圧の存在を直列のキャパシタ／抵抗
器の回路を介して感知し、出力信号をプログラム可能な
論理アレイのようなコントローラ８００へ送り、スイッ
チ全てを開いて電力を遮断し、キャパシタや他の外部部
品をダメージから保護する簡単で効率的コストの解決策
を提供する。
【００１９】次に、図1と一緒に図2A〜２Eを参照する。
図2A〜２Eは、交流接地故障検出システムの動作を図示
するため、車台を有した多位相モーター５００の位相C
の短絡回路の発生（スイッチQ5を閉じている際の発生）
に関する一連のタイミング図を示す。図2Aに示すよう
に、交流接地故障が時間ｔ１に発生すると、（トランジ
スタQ5を閉じたままで）、車台に対する正導体２００を
横切る電圧V２は、＋３００V から０Vへ階段状に低下す
る。感知キャパシタC62を横切る電圧（図2B）は、時間
ｔ１にその初期値＋３００Vから、RC時間定数に従っ
て、時間ｔ２まで崩壊する。時間ｔ２に、スイッチQ5は
開き正導体２００の車台との接続を断ち、スイッチQ６
は閉じて負導体を車台と接続する。これは、正導体２０
０を横切る電圧を、車台に対して０Vから＋６００Vへ階
段状に上昇させる。図2Bに示すように、感知キャパシタ
C62を横切る電圧は、時間ｔ２とｔ３との間に、増加し
始める。しかしながら、車台に対する正電力導体２００
を横切る全体の電圧（即ち＋６００V）は、感知キャパ
シタに直ちに印加されない。寧ろ、（＋３００V超の）
残留電圧低下が、抵抗器ネットワークR1-R５（図1参
照）に印加される。これは、車台に対する比較器６５０
の非反転入力での電圧（V＋）を階段状に増加させる
（図2C）。従って、図2Cに示すように、時間ｔ２に、非
反転入力での電圧は、閾値または基準電圧Vthを超え、
図2Dに示すように、比較器からの出力信号S1を、「低」
（即ち、０V）から「高」（即ち、＋５V）へトグルさせ
る。比較器からの「高」出力信号S1は、開閉機構４００
に作用的に接続されたコントローラ８００をトリガーさ
せ、開閉機構の全てのスイッチQ1〜Q６を、比較器のト
リガー後から約１μｓの時間ｔｓ内にOFFにするように
動作する。最初の故障発生から検出までと遮断との間の
迅速な応答時間は、外部部品（例えば、C2,C3）をダメ
ージから保護する。コントローラ８００は、プリント回
路板上のハードウェア又はファームウェア内で実行され
る、例えば、デジタル信号プロセッサを含む、制御機能
を実行し開閉動作を制御する種々の既知のタイプの制御
回路からなってよい。或いは、ソフトウェア制御論理デ
バイスまたはハードウェア、ソフトウェア、及び／又は
プログラム可能な論理デバイスの組み合わせたものを使
用してコントローラを実行し開閉動作を制御管理してよ
い。図2Eは、故障発生を示す比較器の出力信号S1のトリ
ガーに応答してスイッチをOFFにするタイミング図を示
す。
図2A〜２Eは、交流接地故障検出システムの動作を図示
するため、車台を有した多位相モーター５００の位相C
の短絡回路の発生（スイッチQ5を閉じている際の発生）
に関する一連のタイミング図を示す。図2Aに示すよう
に、交流接地故障が時間ｔ１に発生すると、（トランジ
スタQ5を閉じたままで）、車台に対する正導体２００を
横切る電圧V２は、＋３００V から０Vへ階段状に低下す
る。感知キャパシタC62を横切る電圧（図2B）は、時間
ｔ１にその初期値＋３００Vから、RC時間定数に従っ
て、時間ｔ２まで崩壊する。時間ｔ２に、スイッチQ5は
開き正導体２００の車台との接続を断ち、スイッチQ６
は閉じて負導体を車台と接続する。これは、正導体２０
０を横切る電圧を、車台に対して０Vから＋６００Vへ階
段状に上昇させる。図2Bに示すように、感知キャパシタ
C62を横切る電圧は、時間ｔ２とｔ３との間に、増加し
始める。しかしながら、車台に対する正電力導体２００
を横切る全体の電圧（即ち＋６００V）は、感知キャパ
シタに直ちに印加されない。寧ろ、（＋３００V超の）
残留電圧低下が、抵抗器ネットワークR1-R５（図1参
照）に印加される。これは、車台に対する比較器６５０
の非反転入力での電圧（V＋）を階段状に増加させる
（図2C）。従って、図2Cに示すように、時間ｔ２に、非
反転入力での電圧は、閾値または基準電圧Vthを超え、
図2Dに示すように、比較器からの出力信号S1を、「低」
（即ち、０V）から「高」（即ち、＋５V）へトグルさせ
る。比較器からの「高」出力信号S1は、開閉機構４００
に作用的に接続されたコントローラ８００をトリガーさ
せ、開閉機構の全てのスイッチQ1〜Q６を、比較器のト
リガー後から約１μｓの時間ｔｓ内にOFFにするように
動作する。最初の故障発生から検出までと遮断との間の
迅速な応答時間は、外部部品（例えば、C2,C3）をダメ
ージから保護する。コントローラ８００は、プリント回
路板上のハードウェア又はファームウェア内で実行され
る、例えば、デジタル信号プロセッサを含む、制御機能
を実行し開閉動作を制御する種々の既知のタイプの制御
回路からなってよい。或いは、ソフトウェア制御論理デ
バイスまたはハードウェア、ソフトウェア、及び／又は
プログラム可能な論理デバイスの組み合わせたものを使
用してコントローラを実行し開閉動作を制御管理してよ
い。図2Eは、故障発生を示す比較器の出力信号S1のトリ
ガーに応答してスイッチをOFFにするタイミング図を示
す。
【００２０】時間ｔｓにインバーター遮断が起らない場
合には、比較器の出力はQ5を再び閉じる時間ｔ３まで
「高」のままだろう。それから、正導体２００を横切る
電圧を、車台に対して再び０Vに低下させ、V＋を閾値電
圧Vth以下に低下させ、比較器からの出力信号S1を再び
「低」へトグルさせる。図2A〜２D（及び図３A〜３D）
の破線は、斯かる波形を表す。さらに、コントローラ
は、比較器の出力の任意の状態遷移（即ち、「高」から
「低」、或いは、「低」から「高」）に応答してスイッ
チを遮断するように動作設定されてよい。
合には、比較器の出力はQ5を再び閉じる時間ｔ３まで
「高」のままだろう。それから、正導体２００を横切る
電圧を、車台に対して再び０Vに低下させ、V＋を閾値電
圧Vth以下に低下させ、比較器からの出力信号S1を再び
「低」へトグルさせる。図2A〜２D（及び図３A〜３D）
の破線は、斯かる波形を表す。さらに、コントローラ
は、比較器の出力の任意の状態遷移（即ち、「高」から
「低」、或いは、「低」から「高」）に応答してスイッ
チを遮断するように動作設定されてよい。
【００２１】図2A〜２Eに似たように、図３A〜３Eは、
スイッチQ６を閉じている間、車台を有した多位相モー
ター５００の位相Cの短絡回路の発生に関する一連のタ
イミング図を示す。この場合、時間ｔ１に、正導体２０
０を横切る電圧は、車台に対して正常値＋３００Vから
＋６００Vへ階段状に上昇する（図３A）。図３Bに示す
ように、感知キャパシタC62を横切る電圧は、増加し始
める。しかしながら、正電力導体を横切る全体の電圧
は、感知キャパシタに直ちに印加されない。寧ろ、（約
３００V）残留電圧低下が、抵抗器ネットワークR1-R５
（図1参照）に印加される。これは、比較器入力（V＋）
電圧を階段状に増加させ閾値電圧Vthを超えさせ（図３
C）、比較器の出力で「高」信号S1を発生させる（図３
D）。「高」出力信号は代わりに、コントローラ８００
のハードウェア及び／又はソフトウェアの機能性に、時
間ｔｓに開閉機構４００のスイッチを遮断する、或いは
開く（図３E）。
スイッチQ６を閉じている間、車台を有した多位相モー
ター５００の位相Cの短絡回路の発生に関する一連のタ
イミング図を示す。この場合、時間ｔ１に、正導体２０
０を横切る電圧は、車台に対して正常値＋３００Vから
＋６００Vへ階段状に上昇する（図３A）。図３Bに示す
ように、感知キャパシタC62を横切る電圧は、増加し始
める。しかしながら、正電力導体を横切る全体の電圧
は、感知キャパシタに直ちに印加されない。寧ろ、（約
３００V）残留電圧低下が、抵抗器ネットワークR1-R５
（図1参照）に印加される。これは、比較器入力（V＋）
電圧を階段状に増加させ閾値電圧Vthを超えさせ（図３
C）、比較器の出力で「高」信号S1を発生させる（図３
D）。「高」出力信号は代わりに、コントローラ８００
のハードウェア及び／又はソフトウェアの機能性に、時
間ｔｓに開閉機構４００のスイッチを遮断する、或いは
開く（図３E）。
【００２２】本発明の別の実施例によると、図1の交流
接地故障検出回路を図4に示す構成で置き換えてよい。
類似参照番号は、類似部品を示すのに使用する。図4
は、正電力導体２００と変圧器１０２０の第１の端子１
０２０aとの間に結合された感知キャパシタC１０６２か
らなる交流接地故障検出回路１０００を示す。変圧器１
０２０は、基準電位に結合された第2の端子１０２０ｂ
を有する。図1に記載したのと同じように、変圧器の出
力１０２０ｃを比較器１０５０の非反転入力へ入力し、
閾値電圧Vthと比較する。このように、感知キャパシタ
または変圧器１０２０を介して高電圧絶縁を行い、接地
故障条件を示す電圧変化を感知することができる。接地
故障検出回路１０００の利点は、それがシステム集積用
にコンパクトで、容易に製造された部品を提供するよう
に装着されたプリント回路板になり得ることである。
接地故障検出回路を図4に示す構成で置き換えてよい。
類似参照番号は、類似部品を示すのに使用する。図4
は、正電力導体２００と変圧器１０２０の第１の端子１
０２０aとの間に結合された感知キャパシタC１０６２か
らなる交流接地故障検出回路１０００を示す。変圧器１
０２０は、基準電位に結合された第2の端子１０２０ｂ
を有する。図1に記載したのと同じように、変圧器の出
力１０２０ｃを比較器１０５０の非反転入力へ入力し、
閾値電圧Vthと比較する。このように、感知キャパシタ
または変圧器１０２０を介して高電圧絶縁を行い、接地
故障条件を示す電圧変化を感知することができる。接地
故障検出回路１０００の利点は、それがシステム集積用
にコンパクトで、容易に製造された部品を提供するよう
に装着されたプリント回路板になり得ることである。
【００２３】本発明の他の実施例によると、図1の交流
接地故障検出回路を、交流接地故障によって発生する電
流の変動を検出する電流センサー２０００を含む図５に
示す構成で置き換えてよい。類似参照番号は、類似部品
を示すのに使用する。図５に示すように、電流センサー
２０００を、第1の端子で電力導体の一方、例えば、正
導体２００に、そして、第２の端子で外部部品の一つ、
例えば、キャパシタC３に結合してよい。電流センサー
を変流器として、スナバの増加したキャパシタ電流を感
知し、感知した電流が所定の閾値を超えるとき、抵抗R
ｉを介して出力信号をコントローラ回路８００へ発生し
てスイッチを遮断できる。
接地故障検出回路を、交流接地故障によって発生する電
流の変動を検出する電流センサー２０００を含む図５に
示す構成で置き換えてよい。類似参照番号は、類似部品
を示すのに使用する。図５に示すように、電流センサー
２０００を、第1の端子で電力導体の一方、例えば、正
導体２００に、そして、第２の端子で外部部品の一つ、
例えば、キャパシタC３に結合してよい。電流センサー
を変流器として、スナバの増加したキャパシタ電流を感
知し、感知した電流が所定の閾値を超えるとき、抵抗R
ｉを介して出力信号をコントローラ回路８００へ発生し
てスイッチを遮断できる。
【００２４】従って、多位相モーターのような負荷５０
０を駆動する電力システムは、所定の開閉率で負荷の所
与のリードを第１および第２の電力導体２００、３００
の一方に選択的に結合させる開閉機構４００に従って、
負荷の対応する位相リード５０１、５０２、５０３に第
１および第２の電力導体を介して電力を分配する電力分
配ユニットを含む。第１および第２の電力導体は、基準
電位５４０に対して、それぞれ第１および第２の電圧を
有する。キャパシタC２、C３は、第１および第２の電力
導体の一方に結合した第１の端子と、基準電位に結合し
た第２の端子を有する。検出器回路６００は、第１の電
力導体に結合される。基準電位に対する第１の電力導体
を横切る電圧を、電力源の大きさに従って変化させるリ
ードと基準電位との間の偶発的な電気路８０を示す基準
電位に対する第１の電力導体を横切る電圧の変化を感知
するように検出器回路６００は動作する。検出器は、所
定の閾値Vthを越える感知した電圧変化に応答して故障
信号Ｓ１を発生する。故障信号に応答するコントローラ
８００は、第１および第２の電力導体から負荷への電力
を遮断するように動作し、それによって、リードと基準
電位との間の偶発的な電気路に応答する第１および第２
の電力導体の一方の時間変動電圧が、キャパシタを横切
って放電されるのを取り除く。
０を駆動する電力システムは、所定の開閉率で負荷の所
与のリードを第１および第２の電力導体２００、３００
の一方に選択的に結合させる開閉機構４００に従って、
負荷の対応する位相リード５０１、５０２、５０３に第
１および第２の電力導体を介して電力を分配する電力分
配ユニットを含む。第１および第２の電力導体は、基準
電位５４０に対して、それぞれ第１および第２の電圧を
有する。キャパシタC２、C３は、第１および第２の電力
導体の一方に結合した第１の端子と、基準電位に結合し
た第２の端子を有する。検出器回路６００は、第１の電
力導体に結合される。基準電位に対する第１の電力導体
を横切る電圧を、電力源の大きさに従って変化させるリ
ードと基準電位との間の偶発的な電気路８０を示す基準
電位に対する第１の電力導体を横切る電圧の変化を感知
するように検出器回路６００は動作する。検出器は、所
定の閾値Vthを越える感知した電圧変化に応答して故障
信号Ｓ１を発生する。故障信号に応答するコントローラ
８００は、第１および第２の電力導体から負荷への電力
を遮断するように動作し、それによって、リードと基準
電位との間の偶発的な電気路に応答する第１および第２
の電力導体の一方の時間変動電圧が、キャパシタを横切
って放電されるのを取り除く。
【００２５】以上に、本発明を固有の実施例について説
明したけれど、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。例えば、接地故障検出回路およびシステム
を、モーター又は発電機の駆動の応用に従って示したけ
れども、如何なる負荷を使用してよく、例えば、＋直流
バスからスイッチを使用するインダクタ中への駆動、お
よび、ＤＡ変換器あるいはバッテリー充電器を提供する
ための−直流バスからダイオードのような単方向デバイ
スへの駆動を含む。正負の電力導体に結合したキャパシ
タC２、C３を示したけれども、キャパシタは無くても、
或いは1個だけでもよいし、或いは多くのキャパシタを
使用してもよい。更に、抵抗器ネットワーク及び感知キ
ャパシタを、正導体に直接に結合したキャパシタC62と
共に１列に並んだ抵抗器R1-R５として示したけれども、
感知キャパシタをキャパシタ／抵抗器の直列ネットワー
ク内の任意のところに結合させてよい。更に、抵抗器ネ
ットワークは、任意の数の抵抗装置からなってよいし、
電圧がクランプされる場合、或いは、クランプが要求さ
れないほどバス電圧が十分に低いような印加の場合、抵
抗器ネットワークを１つの抵抗器として提供してよい。
この場合、正導体に結合した１つの抵抗器および基準電
位に結合した感知キャパシタを提供するであろう。それ
によって、検出器回路は、電圧が閾値電圧以下に低下す
るとトリガーするようになるであろう。更に、正負の電
力導体の一方と車台との間の抵抗器／インダクタ結合
を、バランスさせたインピーダンスのネットワーク７０
０で置換すること（図1参照）によって、正または負の
直流リンクは車台に直接に連結されるが、電力導体配線
内の寄生インダクタンスにより依然機能できる。これら
及び他の全ての斯かる修正および変更は、特許請求の範
囲内にあるものとする。
明したけれど、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。例えば、接地故障検出回路およびシステム
を、モーター又は発電機の駆動の応用に従って示したけ
れども、如何なる負荷を使用してよく、例えば、＋直流
バスからスイッチを使用するインダクタ中への駆動、お
よび、ＤＡ変換器あるいはバッテリー充電器を提供する
ための−直流バスからダイオードのような単方向デバイ
スへの駆動を含む。正負の電力導体に結合したキャパシ
タC２、C３を示したけれども、キャパシタは無くても、
或いは1個だけでもよいし、或いは多くのキャパシタを
使用してもよい。更に、抵抗器ネットワーク及び感知キ
ャパシタを、正導体に直接に結合したキャパシタC62と
共に１列に並んだ抵抗器R1-R５として示したけれども、
感知キャパシタをキャパシタ／抵抗器の直列ネットワー
ク内の任意のところに結合させてよい。更に、抵抗器ネ
ットワークは、任意の数の抵抗装置からなってよいし、
電圧がクランプされる場合、或いは、クランプが要求さ
れないほどバス電圧が十分に低いような印加の場合、抵
抗器ネットワークを１つの抵抗器として提供してよい。
この場合、正導体に結合した１つの抵抗器および基準電
位に結合した感知キャパシタを提供するであろう。それ
によって、検出器回路は、電圧が閾値電圧以下に低下す
るとトリガーするようになるであろう。更に、正負の電
力導体の一方と車台との間の抵抗器／インダクタ結合
を、バランスさせたインピーダンスのネットワーク７０
０で置換すること（図1参照）によって、正または負の
直流リンクは車台に直接に連結されるが、電力導体配線
内の寄生インダクタンスにより依然機能できる。これら
及び他の全ての斯かる修正および変更は、特許請求の範
囲内にあるものとする。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モーターのような所与の負荷に連携し、それへの電力を
遮断するように動作可能な、交流接地故障条件を感知す
る接地故障検出システムおよび接地故障検出方法を提供
することができる。
モーターのような所与の負荷に連携し、それへの電力を
遮断するように動作可能な、交流接地故障条件を感知す
る接地故障検出システムおよび接地故障検出方法を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による交流接地故障検出システ
ムの略図を示す。
ムの略図を示す。
【図２】Ａ〜Ｅは、車台を有した交流モーターの位相の
短絡回路のような偶発的な電気路の発生に関する第１の
一連のタイミング図を示す。
短絡回路のような偶発的な電気路の発生に関する第１の
一連のタイミング図を示す。
【図３】Ａ〜Ｅは、車台を有した交流モーターの位相の
短絡回路のような偶発的な電気路の発生に関する第２の
一連のタイミング図を示す。
短絡回路のような偶発的な電気路の発生に関する第２の
一連のタイミング図を示す。
【図４】本発明の別の実施例による交流接地故障検出シ
ステムの略図を示す。
ステムの略図を示す。
【図５】本発明の更に別の実施例による交流接地故障検
出システムの略図を示す。
出システムの略図を示す。
１０ 交流接地故障検出器システム
２１，２２ 端子
１００ 電源
１１０，１５０ 端子
２００，３００ 電力導体
４００ 開閉機構
５００ 多位相モーター
５０１ 位相リード
５４０ 車台
５４０ 接地基準電位
６００ 接地故障検出器
６０１A バッテリー
６１０ 接続点
６２０ 処理回路
６５０ 比較器
７００ 高インピーダンスネットワーク
７１０，７２０，７３０ 端子
８００ コントローラ
１０００ 接地故障検出回路
１０２０ 変圧器
１０２０ａ，１０２０ｂ 端子
１０５０ 比較器
２０００ 電流センサー
【手続補正書】
【提出日】平成１５年５月９日（２００３．５．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】以上に、本発明を固有の実施例について説
明したけれど、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。例えば、接地故障検出回路およびシステム
を、モーター又は発電機の駆動の応用に従って示したけ
れども、如何なる負荷を使用してよく、例えば、＋直流
バスからスイッチを使用するインダクタ中への駆動、お
よび、ＤＡ変換器あるいはバッテリー充電器を提供する
ための−直流バスからダイオードのような単方向デバイ
スへの駆動を含む。正負の電力導体に結合したキャパシ
タC２、C３を示したけれども、キャパシタは無くても、
或いは1個だけでもよいし、或いは多くのキャパシタを
使用してもよい。更に、抵抗器ネットワーク及び感知キ
ャパシタを、正導体に直接に結合したキャパシタC62と
共に１列に並んだ抵抗器R1-R５として示したけれども、
感知キャパシタをキャパシタ／抵抗器の直列ネットワー
ク内の任意のところに結合させてよい。更に、抵抗器ネ
ットワークは、任意の数の抵抗装置からなってよいし、
電圧がクランプされる場合、或いは、クランプが要求さ
れないほどバス電圧が十分に低いような印加の場合、抵
抗器ネットワークを１つの抵抗器として提供してよい。
この場合、正導体に結合した１つの抵抗器および基準電
位に結合した感知キャパシタを提供するであろう。それ
によって、検出器回路は、電圧が閾値電圧以下に低下す
るとトリガーするようになるであろう。更に、正負の電
力導体の一方と車台との間の抵抗またはインダクタンス
結合が、バランスさせたインピーダンスのネットワーク
７００（図1参照）に取って代わってよく、それによっ
て、正または負の直流リンクは車台に直接に連結される
が、電力導体線内の寄生インダクタンスにより依然機能
できる。これら及び他の全ての斯かる修正および変更
は、特許請求の範囲内にあるものとする。
明したけれど、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。例えば、接地故障検出回路およびシステム
を、モーター又は発電機の駆動の応用に従って示したけ
れども、如何なる負荷を使用してよく、例えば、＋直流
バスからスイッチを使用するインダクタ中への駆動、お
よび、ＤＡ変換器あるいはバッテリー充電器を提供する
ための−直流バスからダイオードのような単方向デバイ
スへの駆動を含む。正負の電力導体に結合したキャパシ
タC２、C３を示したけれども、キャパシタは無くても、
或いは1個だけでもよいし、或いは多くのキャパシタを
使用してもよい。更に、抵抗器ネットワーク及び感知キ
ャパシタを、正導体に直接に結合したキャパシタC62と
共に１列に並んだ抵抗器R1-R５として示したけれども、
感知キャパシタをキャパシタ／抵抗器の直列ネットワー
ク内の任意のところに結合させてよい。更に、抵抗器ネ
ットワークは、任意の数の抵抗装置からなってよいし、
電圧がクランプされる場合、或いは、クランプが要求さ
れないほどバス電圧が十分に低いような印加の場合、抵
抗器ネットワークを１つの抵抗器として提供してよい。
この場合、正導体に結合した１つの抵抗器および基準電
位に結合した感知キャパシタを提供するであろう。それ
によって、検出器回路は、電圧が閾値電圧以下に低下す
るとトリガーするようになるであろう。更に、正負の電
力導体の一方と車台との間の抵抗またはインダクタンス
結合が、バランスさせたインピーダンスのネットワーク
７００（図1参照）に取って代わってよく、それによっ
て、正または負の直流リンクは車台に直接に連結される
が、電力導体線内の寄生インダクタンスにより依然機能
できる。これら及び他の全ての斯かる修正および変更
は、特許請求の範囲内にあるものとする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ガリー ジョージ ローデン
アメリカ合衆国、ニューヨーク州 13732、
アパラチン、ジュエット ヒル ロード
1068
(72)発明者 ピーター アレクサンダー カルッサース
アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14850、
イサカ、ハンシャウ ロード 1008
Ｆターム(参考） 2G014 AA04 AB06 AB23 AC19
5H115 PA08 PC06 PG04 PI16 PI29
PO01 PU08 PU21 PV09 PV22
QN03 RB21 TR01 TU01 TU04
TW10
Claims (20)
- 【請求項１】電力源の第１の端子に結合する第１の電力
導体、 前記電力源の第２の端子に結合する第２の電力導体、前
記第１および第２の電力導体に結合し、所定の開閉率に
従って負荷の位相を前記第１および第２の電力導体に交
互に接続するように動作する開閉機構であって、正常動
作の間、前記第１および第２の電力導体での電圧は基準
電位に対し一定であり、前記基準電位を有する前記負荷
の少なくとも１つの位相の偶発的な電気路が発生した場
合、前記第１および第２の電力導体での電圧は前記開閉
率に関係して時間変化する前記開閉機構、および前記第
１の電力導体に結合して、前記第１の電力導体の電圧或
いは電流信号を受信する入力ポートと、受信した前記信
号を処理し閾値と比較する処理回路と、前記比較に基づ
いて出力信号を発生する出力ポートとからなる検出器で
あって、前記負荷と前記基準電位との間の前記偶発的な
電気路の発生によって、前記検出器による検出の前記閾
値に対して十分な大きさで前記第１の電力導体の前記電
圧或いは電流信号が変化し、前記検出器の前記出力信号
は検出された故障を示す前記検出器を含むことを特徴と
する、前記電力源で駆動する前記負荷と前記基準電位と
の間の前記偶発的な電気路を示す交流信号を感知する接
地故障検出システム。 - 【請求項２】前記出力信号が検出された故障を示すと
き、前記出力信号に応答して前記負荷と前記第１および
第２の電力導体との間の電力を遮断するコントローラー
を更に含むことを特徴とする請求項１記載の接地故障検
出システム。 - 【請求項３】電力の前記遮断は、前記開閉機構内でスイ
ッチを開くことによって起こることを特徴とする請求項
２記載の接地故障検出システム。 - 【請求項４】前記処理回路は、 前記第１の電力導体の前記電圧或いは電流信号に応答し
て基準電位に対するフィルタ処理信号成分を提供するフ
ィルタと、 前記フィルタ処理信号成分に応答して前記閾値と比較し
前記出力信号を提供する比較器を含むことを特徴とする
請求項１記載の接地故障検出システム。 - 【請求項５】前記フィルタは、抵抗器ネットワークに結
合したキャパシタを含むことを特徴とする請求項４記載
の接地故障検出システム。 - 【請求項６】前記第１の電力導体に結合された第１の端
子、前記第２の電力導体に結合された第２の端子、およ
び、前記基準電位に結合された第３の端子を有し、前記
基準電位に対して前記第１および第２の電力導体の電圧
を等しくバランスする高インピーダンスネットワークを
更に含むことを特徴とする請求項１記載の接地故障検出
システム。 - 【請求項７】前記第１および第２の電力導体の一方に結
合された第１の入力ポートと、前記基準電位に結合され
た第２の入力ポートとを有するインピーダンスネットワ
ークを更に含み、前記第１および第２の電力導体の他方
は直接に前記基準電位に結合され、前記インピーダンス
ネットワークは前記第１および第２の入力ポートと抵抗
負荷又はインダクタンス負荷の少なくとも一方の負荷と
の間に結合されることを特徴とする請求項１記載の接地
故障検出システム。 - 【請求項８】前記第１および第２の電力導体の一方に結
合された第１の端子と前記基準電位に結合された第２の
端子とを有する第１のキャパシタを更に含むことを特徴
とする請求項１記載の接地故障検出システム。 - 【請求項９】前記負荷は、多位相モーターを含むことを
特徴とする請求項１記載の接地故障検出システム。 - 【請求項１０】前記開閉機構はスイッチの組を含み、前
記スイッチの各組は前記多位相モーターのそれぞれの位
相に結合した共通端子を有し、前記スイッチの各組に対
して、前記組の第１のスイッチは前記第１の電力導体を
前記多位相モーターのそれぞれの位相に選択的に結合す
るように動作し、前記組の第２のスイッチは前記第２の
電力導体を前記多位相モーターのそれぞれの位相に選択
的に結合するように動作することを特徴とする請求項９
記載の接地故障検出システム。 - 【請求項１１】前記検出器は、前記第１の電力導体に結
合された第１のポートと、キャパシタを介して前記基準
電位に結合された第２のポートとを有する電流センサー
であることを特徴とする請求項１記載の接地故障検出シ
ステム。 - 【請求項１２】前記処理回路は、 前記第１の電力導体に結合された第１の端子と、変圧器
に結合された第２の端子とを有し、基準電位に対する減
衰信号成分を提供するするキャパシタと、前記減衰信号
成分に応答して前記閾値と比較し前記出力信号を提供す
る比較器を含むことを特徴とする請求項１記載の接地故
障検出システム。 - 【請求項１３】所定の開閉率で負荷の所与のリードを、
お互いに容量的に結合された第１および第２の電力導体
の一方に選択的に結合させる開閉機構に従って、前記負
荷の対応する少なくとも１つのリードに前記第１および
第２の電力導体を介して電力を分配する電力分配ユニッ
ト、 前記第１および第２の電力導体の一方に結合された第１
の端子と基準電位に結合された第２の端子とを有するキ
ャパシタ、 前記第１の電力導体に結合される検出器回路であって、
前記第１の電力導体を横切る電圧を、電力源の大きさに
従って変化させる少なくとも１つの前記リードと前記基
準電位との間の偶発的な電気路を示す前記基準電位に対
する前記第１の電力導体を横切る電圧の変化を感知する
ように動作し、所定の閾値を越える前記感知した電圧変
化に応答して故障信号を発生する前記検出器回路、およ
び前記故障信号に応答して前記第１および第２の電力導
体から前記負荷への電力を遮断し、少なくとも１つの前
記リードと前記基準電位との間の前記偶発的な電気路に
応答する前記第１および第２の電力導体の一方の時間変
化電圧が、前記キャパシタを横切って放電されることを
取り除くコントローラーを含むことを特徴とする、負荷
を駆動する接地故障検出システム。 - 【請求項１４】前記第１および第２の電力導体間に結合
され、前記電力分配ユニットから分配される前記電力
を、前記基準電位に対する最大正電圧と最小負電圧との
間で等しくバランスする高インピーダンスネットワーク
を更に含むことを特徴とする請求項１３記載の接地故障
検出システム。 - 【請求項１５】前記検出器回路は、 前記第１の電力導体に結合され、基準電位に対する減衰
信号成分を提供するするＲＣフィルタと、 前記減衰信号成分に応答して前記閾値と比較し、前記故
障信号を提供する比較器を含むことを特徴とする請求項
１３記載の接地故障検出システム。 - 【請求項１６】前記検出器回路は、 前記第１の電力導体に結合された第１の端子と、変圧器
に結合された第２の端子とを有し、基準電位に対する減
衰信号成分を提供するするキャパシタと、 前記減衰信号成分に応答して前記所定の閾値と比較する
比較器を含むことを特徴とする請求項１３記載の接地故
障検出システム。 - 【請求項１７】少なくとも１つのキャパシタが第１およ
び第２の電力導体の一方と基準電位との間に結合され、
モーターが開閉機構に従って所定の開閉率で前記第１お
よび第２の電力導体の一方に選択的に結合される電力ユ
ニットによる前記モーターの電力供給時に、 前記基準電位に対する前記第１の電力導体の電圧信号を
感知する工程、感知した前記電圧信号をフィルタ処理し
信号成分を得る工程、フィルタ処理した前記信号成分を
閾値と比較する工程、およびフィルタ処理した前記信号
成分が前記閾値を越えるとき前記モーターへの電力供給
を遮断する工程を含むことを特徴とする、前記モーター
の位相リードと前記基準電位との間の偶発的な電気路を
検出する接地故障検出方法。 - 【請求項１８】前記遮断する工程は、前記モーターを前
記第１および第２の電力導体に選択的に結合させる前記
開閉機構内のスイッチを開くこと含むことを特徴とする
請求項１７記載の接地故障検出方法。 - 【請求項１９】前記第１の電力導体の電圧信号を感知す
る工程は、電力源の電圧の大きさに対応するピーク値を
有する前記第１の電力導体の方形波電圧信号を容量的に
感知すること含むことを特徴とする請求項１７記載の接
地故障検出方法。 - 【請求項２０】前記第１および第２の電力導体間に高イ
ンピーダンスネットワークを設け、前記基準電位に対し
て前記第１および第２の電力導体の電圧を等しくバラン
スする工程を更に含むことを特徴とする請求項１７記載
の接地故障検出方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/078,908 US6856137B2 (en) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | Ground fault detection system and method |
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