JP2008173002A - 微小電気機械システムベースの電気モータ起動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ起動装置（２００）を提供する。
【解決手段】モータ起動装置は、微小電気機械システムスイッチング回路（２０２）を含む。システムはさらに、電気機械スイッチング回路に並列回路にて結合された固体スイッチング回路（２０４）と、電気機械スイッチング回路および固体スイッチング回路に結合されたコントローラ（２０８）とを含むことができる。コントローラは、モータ起動装置に接続されたモータからの負荷電流の選択的切換えを行うように構成することができる。切換えは、スイッチング回路のそれぞれ１つの動作能力に適した負荷電流状態に応答して、電気機械スイッチング回路と固体スイッチング回路の間で行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、一般に電動制御に関し、より具体的には、モータ動作の制御および、過負荷および／または障害状態からモータを保護するために用いることができるような微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのモータ起動装置に関する。

モータ制御の分野においては、従来のモータ起動装置は、接触器およびモータ過負荷リレーから構成することができる。通常、接触器は３極スイッチであり、通常、連続的に付勢されるソレノイドコイルによって動作する。接触器はモータの動作、すなわち起動および停止を制御するので、このデバイスは一般に数千回の動作の定格を有する。

一般に過負荷リレーは、モータに過負荷状態からの過負荷保護をもたらす。過負荷状態は、たとえば機器が通常の全負荷定格を超えて動作するとき、たとえば導体が印加可能アンペア数定格を超える電流を伝送する場合に生じ得る。過負荷状態が十分な長さの時間持続すると、機器を損傷または過熱させる。「過負荷」、「過負荷保護」および「過負荷リレー」は、当技術分野では良く知られている。たとえば、参照により本明細書に組み込まれる、National Electrical Manufacturers Association (NEMA) standard ICS2 を参照されたい。

瞬時保護（短絡障害、接地障害など）を必要とする障害からモータを保護するためには、回路遮断器、たとえば瞬時引外し回路遮断器が通常用いられる。さらにこれらの回路遮断器は、手動遮断スイッチ（遮断）として機能することができ、保全業務時にモータを分離するのに役立つ。

回路遮断器の瞬時保護とモータ起動装置機能を単一の筐体内で組み合わせたデバイスは、当技術分野では複合起動装置として知られている。しかし、瞬時引外し回路遮断器の電流伝送構成部品は、重い銅のバーと大型のタングステン接点で構成される。たとえば、短絡障害に耐えるには銅棒／接点は過剰設計となり得るが、短絡障害時は負荷が短絡と並列になることがあり、したがってこのような過剰設計が短絡回路電流に及ぼす効果は小さい。

構成部品のサイズが大きいことにより、このような回路遮断器が一部の標準のアジアおよび欧州の回路遮断器筐体内に適合しないほど、回路遮断器のサイズが大きくなる。さらに瞬時引外し遮断器は、電気機械開放機構を用いた複雑かつ／またはコスト高な機械的スイッチを含み得る。

上述のように、これらの従来の回路遮断器はサイズが大きく、それにより、スイッチング機構を活動化するのに大きな力を用いることが必要になる。さらに、一般にこれらの回路遮断器のスイッチは、比較的低速で動作する。さらに、これらの回路遮断器は、組み立てが困難なほど複雑であり、したがって製造に費用がかかる。その上、従来の回路遮断器内のスイッチング機構の接点が物理的に分離するとき、通常、そこにアークが形成され、アークが自然に消滅するまで、その間で電流を伝送する。さらに、アークに伴うエネルギーは、接点の劣化となり、かつ／または可燃性のガスまたは材料の近くなどの一部のタイプの環境でその他の望ましくない状態を生じ得る。

低速の電気機械スイッチの代替として、高速スイッチング用途では比較的高速な固体スイッチが用いられている。理解されるように、これらの固体スイッチは、電圧すなわちバイアスの制御された印加によって、導通状態と非導通状態の間を切り換える。たとえば、固体スイッチを逆バイアスすることによって、スイッチを非導通状態に遷移させることができる。しかし固体スイッチは、非導通状態に切り換えられるとき、接点間に物理的な空隙を生じないので、リーク電流の影響を受ける。さらに、固体スイッチが導通状態で動作するとき、内部抵抗によって電圧降下を生じる。通常の動作状況において、電圧降下およびリーク電流は、共に過大な熱の発生の要因となり、スイッチの性能および寿命に対して有害となり得る。

参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２００５年１２月２０日に出願された米国特許出願第１１／３１４，３３６号（整理番号１６２７１１−１）には、微小電気機械システムスイッチの接点間のアーク形成を抑制するように適合された回路および技法を含む、高速の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのスイッチングデバイスが記載されている。このスイッチング回路の応答時間は、マイクロ秒からナノ秒程度（たとえば、従来のヒューズまたは遮断器より高速）である。
米国特許第５，３４１，０８０号

上記の考察に鑑みて、高速の電流制限を行い、障害状態時に、たとえば電流制限ヒューズまたは回路遮断器などの従来のモータ保護技術で得られるよりも大幅に低い通過電流を達成するための、モータ起動装置を実現することが望ましい。さらに、効率的に集積化されたシステムにおいて、モータ制御、障害保護、過負荷保護などの様々な機能が得られるように適合された、複合モータ起動装置を実現することが望ましい。

一般に、本発明の態様は、電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチング回路を含むモータ起動装置を実現する。第１の過電流保護回路は、微小電気機械システムスイッチング回路と並列回路にて接続することができる。第１の過電流保護回路は、微小電気機械システムスイッチング回路の第１のスイッチング事象に応答して瞬間的に導電路を形成するように構成することができる。たとえば、第１のスイッチング事象は、微小電気機械システムスイッチング回路の導通状態へのターンオンとすることができる。導電路は、第１のスイッチング事象時に、微小電気機械システムスイッチング回路の接点間のアーク形成を抑制するために、微小電気機械システムスイッチング回路との並列回路を形成する。

本発明の他の態様は、微小電気機械システムスイッチング回路を含むモータ起動装置を実現する。システムはさらに、電気機械スイッチング回路と並列回路にて結合された固体スイッチング回路を含むことができる。電気機械スイッチング回路および固体スイッチング回路には、コントローラを結合することができ、コントローラは、スイッチング回路のそれぞれの１つの動作能力に対して適当なモータ負荷電流状態に応答して、電気機械スイッチング回路と固体スイッチング回路の間で、モータ負荷電流の選択的な切換えを行うように構成される。

本発明の上記その他の特徴、態様、および利点は、各図面を通して同様な文字は同様な部分を表している添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読めば、より良く理解されよう。

ここでは本発明の１つまたは複数の実施形態による、微小電気機械システムベースの電気モータ起動装置用の装置またはシステムについて説明する。以下の詳細な説明では、本発明の様々な実施形態の十分な理解を得るために、数多くの特定の詳細が記載される。しかし当業者には、本発明の実施形態はこれらの特定の詳細がなくとも実施することができ、本発明は示された実施形態に限定されず、本発明は様々な代替実施形態で実施できることが理解されよう。その他の場合、良く知られた方法、手順、および構成部品については、詳細には説明されない。

さらに、様々な動作を、本発明の実施形態の理解に役立つように行われる複数の個別の段階として説明する場合がある。しかし説明の順序は、これらの動作が説明された順序で行われる必要があると理解されるべきではなく、さらにはそれらが順序に依存すると理解されるべきではない。さらに、繰り返し用いられる「一実施形態」の語句は、その場合もあり得るが、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。最後に、本出願で用いられる「備える」、「含む」、「有する」などの用語は、特に明記しない限り同義であるものとする。

図１は、本発明の態様による、例示の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのモータ起動装置１０を示すブロック図である。現在、ＭＥＭＳは、たとえば、機能的に異なる複数の要素、たとえば機械要素、電気機械要素、センサ、アクチュエータ、および電子回路部を、微細加工技術によって共通の基板上に集積することができるミクロンスケールの構造を指す。しかし、ＭＥＭＳデバイスにおいて現在利用可能な多くの技法および構造は、数年後にはナノテクノロジーベースのデバイス、たとえば大きさを１００ｎｍ未満とすることができる構造を用いて、利用可能になると考えられる。したがって、本文書全体で説明される例示の実施形態はＭＥＭＳベースのモータ起動装置と呼ばれるが、本発明の態様は広く解釈されるべきであり、ミクロンサイズのデバイスに限定されるべきでないと考えられる。

本発明の発明者らは、従来のモータ起動装置で経験されるスイッチング、過負荷、および短絡の問題を高信頼度でコスト効率良く解決する助けとなる、改良されたモータ起動装置の実用システムレベルでの実施を実現するのに、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路を適合させることが有用であると認識した。たとえば従来のモータ起動装置は、一般に、システム設計から、起動装置の必要な機能をもたらすために組み立てられる様々な電気構成部品の集合体と見なすことができる。

図１に示されるように、ＭＥＭＳベースのモータ起動装置１０は、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路１２と、過電流保護回路１４を含んで示され、過電流保護回路１４は、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路１２と動作可能に結合される。一部の実施形態では、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路１２は、その全体を過電流保護回路１４と共に、たとえば単一のパッケージ１６内に集積化することができる。他の実施形態では、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路１２の一部分または一部の構成部品のみを、過電流保護回路１４と共に集積化することができる。

図２〜５を参照して詳細に説明されるように、現在考えられる構成では、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路１２は、１つまたは複数のＭＥＭＳスイッチを含むことができる。さらに、過電流保護回路１４は、平衡ダイオードブリッジと、パルス回路を含むことができる。さらに、過電流保護回路１４は、１つまたは複数のＭＥＭＳスイッチの接点間のアーク形成の抑制を容易にするように構成することができる。過電流保護回路１４は、交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）に応答して、アーク形成の抑制を容易にするように構成できることに留意されたい。

次に図２を参照すると、一実施形態による、図１に示された例示のＭＥＭＳベースのモータ起動装置の概略図１８が示される。図１に関連して述べたように、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路１２は、１つまたは複数のＭＥＭＳスイッチを含むことができる。図示の実施形態では、第１のＭＥＭＳスイッチ２０は、第１の接点２２、第２の接点２４、および第３の接点２６を有するものとして示される。一実施形態では、第１の接点２２はドレインとして構成することができ、第２の接点２４はソースとして構成することができ、第３の接点２６はゲートとして構成することができる。さらに図２に示されるように、電圧スナバ回路３３をＭＥＭＳスイッチ２０と並列に結合し、以下でより詳細に説明するように、高速での接点分離時の電圧オーバシュートを制限するように構成することができる。一部の実施形態ではスナバ回路３３は、スナバ抵抗器（図示せず）と直列に結合されたスナバコンデンサ（図示せず）を含むことができる。スナバコンデンサは、ＭＥＭＳスイッチ２０の開路のシーケンス時に、過度電圧の共有の改善を容易にすることができる。さらにスナバ抵抗器は、ＭＥＭＳスイッチ２０の閉路動作時の、スナバコンデンサによって生ずる電流パルスを抑制することができる。例示の一実施形態では、スナバ３３は、１つまたは複数のタイプの回路、たとえばＲ／Ｃスナバ、および／または固体スナバ（金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）など）、または他の適当な過電圧保護回路、たとえばコンデンサに給電するように結合された整流器などを含むことができる。

本技法の他の態様によれば、電動機またはモータなどの負荷回路４０を、ＭＥＭＳスイッチ２０と直列に結合することができる。負荷回路４０は、適当な電圧源Ｖ_ＢＵＳ ４４に接続することができる。さらに負荷回路４０は、負荷インダクタンスＬ_ＬＯＡＤ ４６を含むことができ、負荷インダクタンスＬ_ＬＯＡＤ ４６は、負荷回路４０から見た総合の負荷インダクタンスおよびバスインダクタンスを表す。負荷回路４０はまた、負荷回路４０から見た総合の負荷抵抗を表す負荷抵抗Ｒ_ＬＯＡＤ ４８を含むことができる。参照番号５０は、負荷回路４０および第１のＭＥＭＳスイッチ２０を通って流れることができる負荷回路電流Ｉ_ＬＯＡＤを表す。

さらに、図１に関連して述べたように、過電流保護回路１４は、平衡ダイオードブリッジを含むことができる。図示の実施形態では、平衡ダイオードブリッジ２８は、第１の枝路２９および第２の枝路３１を有するものとして示される。ここで用いられる「平衡ダイオードブリッジ」の用語は、第１および第２の枝路２９、３１の両方の両端の電圧降下が共にほぼ等しいように構成されたダイオードブリッジを表すのに用いられる。平衡ダイオードブリッジ２８の第１の枝路２９は、互いに結合されて第１の直列回路を形成する第１のダイオードＤ１ ３０と、第２のダイオードＤ２ ３２を含むことができる。同様にして、平衡ダイオードブリッジ２８の第２の枝路３１は、互いに動作可能に結合されて第２の直列回路を形成する第３のダイオードＤ３ ３４と、第４のダイオードＤ４ ３６を含むことができる。

一実施形態では、第１のＭＥＭＳスイッチ２０は、平衡ダイオードブリッジ２８の中点の両端と並列に結合することができる。平衡ダイオードブリッジの中点は、第１および第２のダイオード３０と３２の間にある第１の中点、および第３および第４のダイオード３４と３６の間にある第２の中点を含むことができる。さらに、第１のＭＥＭＳスイッチ２０および平衡ダイオードブリッジ２８は、平衡ダイオードブリッジ２８、および特にＭＥＭＳスイッチ２０への接続によって生ずる寄生インダクタンスの最小化を容易にするために、密にパッケージングすることができる。本技法の例示的態様によれば、第１のＭＥＭＳスイッチ２０および平衡ダイオードブリッジ２８は、Ｌが寄生インピーダンスを表すものとして、第１のＭＥＭＳスイッチ２０と平衡ダイオードブリッジ２８の間の固有インダクタンスが、Ｌ×ｄｉ／ｄｔの電圧を生ずるように、互いに配置されることに留意されたい。発生する電圧は、ＭＥＭＳスイッチ２０のターンオフ時にダイオードブリッジ２８への負荷電流の移転を伝送するとき、ＭＥＭＳスイッチ２０のドレイン２２とソース２４の両端の電圧の数パーセント未満とすることができ、これは以下でより詳細に説明する。一実施形態では、第１のＭＥＭＳスイッチ２０は、平衡ダイオードブリッジ２８と共に単一のパッケージ３８内に、または適宜ＭＥＭＳスイッチ２０とダイオードブリッジ２８を相互接続するインダクタンスを最小にする目的で同じダイ内に、集積化することができる。

さらに、過電流保護回路１４は、平衡ダイオードブリッジ２８に関連して動作可能に結合されたパルス回路５２を含むことができる。パルス回路５２は、スイッチ状態を検出し、スイッチ状態に応答してＭＥＭＳスイッチ２０の開路を開始するように構成することができる。ここで用いられる「スイッチ状態」の用語は、ＭＥＭＳスイッチ２０の現在の動作状態の変化をトリガする状態を指す。たとえばスイッチ状態は、その結果としてＭＥＭＳスイッチ２０の第１の閉路状態から第２の開路状態へ、またはＭＥＭＳスイッチ２０第１の開路状態から第２の閉路状態への変化を生じ得る。スイッチ状態は、回路障害、回路過負荷、またはスイッチオン／オフ要求を含みそれらに限定されない複数の動作に応答して生じ得る。

パルス回路５２は、パルススイッチ５４、およびパルススイッチ５４に直列結合されたパルスコンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６を含むことができる。さらに、パルス回路はまた、パルススイッチ５４と直列に結合されたパルスインダクタンスＬ_{ＰＵＬＳＥ} ５８、および第１のダイオードＤ_Ｐ ６０を含むことができる。パルスインダクタンスＬ_{ＰＵＬＳＥ} ５８、ダイオードＤ_Ｐ ６０、パルススイッチ５４、およびパルスコンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６は、パルス回路５２の第１の枝路を形成するように直列に結合することができ、第１の枝路の構成部品は、パルス電流の整形およびタイミングを容易にするように構成することができる。また参照番号６２は、パルス回路５２を通って流れることができるパルス回路電流Ｉ_{ＰＵＬＳＥ}を表す。

以下でより詳細に説明するように、本発明の態様によれば、ＭＥＭＳスイッチ２０は、ゼロまたはほぼゼロの電流を伝送しながら、第１の閉路状態から第２の開路状態へ、高速（たとえばピコ秒またはナノ秒程度）にスイッチすることができる。これは、負荷回路４０、およびＭＥＭＳスイッチ２０の接点の両端に並列に結合された平衡ダイオードブリッジ２８を含むパルス回路５２の総合動作により達成することができる。

図３〜５は、図２に示されるＭＥＭＳベースのモータ起動装置１８の例示の動作を示すための概略フローチャートとして用いられる。引き続き図２を参照すると、ＭＥＭＳベースのモータ起動装置１８の例示の動作の初期状態が示される。ＭＥＭＳスイッチ２０は、第１の閉路状態で開始するものとして示される。また図示のように、負荷回路４０内で、値がＶ_ＢＵＳ／Ｒ_ＬＯＡＤにほぼ等しい負荷電流Ｉ_ＬＯＡＤ ５０が存在する。

さらに、このＭＥＭＳベースのモータ起動装置１８の例示の動作を論じるために、ＭＥＭＳスイッチ２０に付随する抵抗は十分小さく、それにより、パルス動作するとき、ＭＥＭＳスイッチ２０の抵抗を通る負荷電流によって生ずる電圧が、ダイオードブリッジ２８の中点の間のほぼゼロの電圧に及ぼす影響は無視できるものになると見なすことができる。たとえばＭＥＭＳスイッチ２０に付随する抵抗は、十分小さく、最大予想負荷電流によって生ずる電圧降下は数ミリボルト未満であると見なすことができる。

このＭＥＭＳベースのモータ起動装置１８の初期状態では、パルススイッチ５４は、第１の開路状態にあることに留意されたい。さらにパルス回路５２内には、パルス回路電流はない。またパルス回路５２内では、コンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６は、予め電圧Ｖ_{ＰＵＬＳＥ}に充電することができ、Ｖ_{ＰＵＬＳＥ}は、負荷電流の移転期間の際、予想される負荷電流Ｉ_ＬＯＡＤ ５０より大幅に大きな（たとえば１０倍の）ピークの大きさを有する正弦半波パルス電流を生ずることができる電圧である。Ｃ_{ＰＵＬＳＥ} ５６およびＬ_{ＰＵＬＳＥ} ５８は直列共振回路を構成することに留意されたい。

図３は、パルス回路５２をトリガするプロセスを表す概略図６４である。パルス回路５２には、検出回路（図示せず）を結合できることに留意されたい。検出回路は、たとえば負荷回路電流Ｉ_ＬＯＡＤ ５０のレベル、および／または電圧源Ｖ_ＢＵＳ ４４の電圧レベルを感知するように構成された感知回路（図示せず）を含むことができる。さらに検出回路は、上述のようにスイッチ状態を検出するように構成することができる。一実施形態では、スイッチ状態は、所定の閾値を超える電流レベルおよび／または電圧レベルによって生じ得る。

パルス回路５２は、ＭＥＭＳスイッチ２０の現在の閉路状態から第２の開路状態への切換えを容易にするためにスイッチ状態を検出するように構成することができる。一実施形態では、スイッチ状態は、所定の閾値レベルを超える電圧レベルまたは負荷回路４０内の負荷電流によって発生する障害状態とすることができる。しかし以下で理解されるように、スイッチ状態はまた、ＭＥＭＳスイッチ２０に対する所与のシステムに依存しないオン時間を実現するために、ランプ電圧の監視を含むことができる。

一実施形態では、パルススイッチ５４は、検出されたスイッチング状態の結果としてのトリガ信号の受信に応答して、正弦波パルスを発生することができる。パルススイッチ５４をトリガすることにより、パルス回路５２内に共振正弦波電流が開始される。パルス回路電流の電流方向は、参照番号６６および６８により表され得る。さらに、平衡ダイオードブリッジ２８の第１の枝路２９の第１のダイオード３０および第２のダイオード３２を通るパルス回路電流の電流方向および相対的な大きさは、それぞれ電流ベクトル７２および７０で表される。同様に電流ベクトル７６および７４は、それぞれ第３のダイオード３４および第４のダイオード３６を通るパルス回路電流の電流方向および相対的な大きさを表す。

正弦波ブリッジパルス電流のピーク値は、パルスコンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６の初期電圧、パルスコンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６の値、およびパルスインダクタンスＬ_{ＰＵＬＳＥ} ５８の値から求めることができる。またパルスインダクタンスＬ_{ＰＵＬＳＥ} ５８およびパルスコンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６の値により、パルス電流の正弦半波のパルス幅が決まる。ブリッジ電流パルス幅は、負荷電流の変化率（Ｖ_ＢＵＳ／Ｌ_ＬＯＡＤ）および負荷障害状態時の所望のピーク通過電流を前提として、システム負荷電流ターンオフ用件を満たすように調整することができる。本発明の態様によれば、パルススイッチ５４は、ＭＥＭＳスイッチ２０の開路の前に、導通状態となるように構成することができる。

パルススイッチ５４のトリガは、開路期間において、ＭＥＭＳスイッチ２０の接点を通る経路のインピーダンスに比べて、低インピーダンスの経路を生成するのを容易にするための、平衡ダイオードブリッジ２８を通るパルス回路電流Ｉ_{ＰＵＬＳＥ} ６２のタイミングの制御を含み得ることに留意されたい。さらに、パルススイッチ５４は、ＭＥＭＳスイッチ２０の接点の両端に所望の電圧降下を呈するように、トリガすることができる。

一実施形態では、パルススイッチ５４は、スイッチング速度がたとえばナノ秒からマイクロ秒程度の範囲となるように構成し得る固体スイッチとすることができる。パルススイッチ５４のスイッチング速度は、障害状態における負荷電流の予想される上昇時間に比べて、比較的高速とするべきである。ＭＥＭＳスイッチ２０に必要な電流定格は、負荷電流の上昇率に依存したものとすることができ、これは前述のように、負荷回路４０内のインダクタンスＬ_ＬＯＡＤ ４６およびバス供給電圧Ｖ_ＢＵＳ ４４に依存する。ＭＥＭＳスイッチ２０は、負荷電流Ｉ_ＬＯＡＤ ５０がブリッジパルス回路の速度能力に比べて急速に上昇し得る場合は、より大きな負荷電流Ｉ_ＬＯＡＤ ５０を取り扱うのに適当な定格にすることができる。

パルス回路電流Ｉ_{ＰＵＬＳＥ} ６２は、ゼロの値から増加し、平衡ダイオードブリッジ２８の第１および第２の枝路２９、３１の間で等しく分割される。一実施形態によれば、前述のように、平衡ダイオードブリッジ２８の枝路２９、３１の両端の電圧降下の差は、無視し得るように設計することができる。さらに前述のように、ダイオードブリッジ２８は、ダイオードブリッジ２８の第１および第２の枝路の両端の電圧降下が、ほぼ等しくなるように平衡する。さらに、現在の閉路状態におけるＭＥＭＳスイッチ２０の抵抗は比較的低く、ＭＥＭＳスイッチ２０の両端には比較的小さな電圧降下が存在する。しかしＭＥＭＳスイッチ２０の両端の電圧降下が、（たとえばＭＥＭＳスイッチの固有の設計により）たまたま大きい場合は、ダイオードブリッジ２８がＭＥＭＳスイッチ２０と並列に動作可能に結合されているので、ダイオードブリッジ２８の平衡が影響を受け得る。本発明の態様によれば、ＭＥＭＳスイッチ２０の抵抗によってＭＥＭＳスイッチ２０の両端に大幅な電圧降下を生ずる場合は、ダイオードブリッジ２８は、その結果生じるパルスブリッジの不平衡に対して、ブリッジパルス電流のピークの大きさを増加させることによって適応することができる。

次に図４を参照すると、ＭＥＭＳスイッチ２０の開路が開始される場合の、概略図７８が示される。前述のように、パルス回路５２内のパルススイッチ５４は、ＭＥＭＳスイッチ２０の開路の前にトリガされる。パルス電流Ｉ_{ＰＵＬＳＥ} ６２が増加するにつれて、パルス回路５２の共振動作により、パルスコンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６の両端の電圧は減少する。スイッチが閉じて導通しているオン状態では、ＭＥＭＳスイッチ２０は、負荷回路電流Ｉ_ＬＯＡＤ ５０に対して比較的低インピーダンスの経路を呈する。

パルス回路電流Ｉ_{ＰＵＬＳＥ} ６２の振幅が、（たとえばパルス回路５２の共振作用により）負荷回路電流Ｉ_ＬＯＡＤ ５０の振幅よりも大きくなると、ＭＥＭＳスイッチ２０のゲート接点２６に印加される電圧は、ＭＥＭＳスイッチ２０の現在の動作状態を、第１の閉路で導通状態から、抵抗が増大する状態に切り換えるように適切にバイアスすることができ、ここでＭＥＭＳスイッチ２０はターンオフを開始し（ここではたとえば、接点は依然として閉じているが、スイッチの開路プロセスにより接点圧力は低下する）、それによりスイッチ抵抗が増加し、さらに負荷電流をＭＥＭＳスイッチ２０からダイオードブリッジ２８内へ迂回させる。

この現在の状態においては、平衡ダイオードブリッジ２８は、増大する接点抵抗を示すＭＥＭＳスイッチ２０を通る経路に比べて、比較的低インピーダンスの経路を、負荷回路電流Ｉ_ＬＯＡＤ ５０に対して呈する。このＭＥＭＳスイッチ２０を通る負荷回路電流Ｉ_ＬＯＡＤ ５０の迂回は、負荷回路電流Ｉ_ＬＯＡＤ ５０の変化率に比べて極めて高速であることに留意されたい。前述のように、ＭＥＭＳスイッチ２０と平衡ダイオードブリッジ２８の間の接続に付随するインダクタンスＬ_１ ８４およびＬ_２ ８８の値は、高速な電流の迂回が阻害されるのを避けるために非常に小さいことが望ましい。

ＭＥＭＳスイッチ２０からパルスブリッジへの電流移転のプロセスは、継続して第１のダイオード３０および第４のダイオード３６の電流を増加させ、同時に第２のダイオード３２および第３のダイオード３４の電流は低下する。移転プロセスは、ＭＥＭＳスイッチ２０の機械接点２２、２４が分離して物理的空隙を形成したときに完了し、すべての負荷電流は、第１のダイオード３０および第４のダイオード３６によって伝送される。

負荷回路電流Ｉ_ＬＯＡＤが、方向８６にて、ＭＥＭＳスイッチ２０からダイオードブリッジ２８に迂回される結果、ダイオードブリッジ２８の第１および第２の枝路２９、３１の両端に不平衡が生じる。さらに、パルス回路電流が減衰するに従って、引き続いてパルスコンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６の両端の電圧は反転し（たとえば「逆起電力」として働く。）、負荷回路電流Ｉ_ＬＯＡＤを最終的にゼロに減少させる。ダイオードブリッジ２８内の第２のダイオード３２および第３のダイオード３４は、逆バイアスとなり、その結果、負荷回路は、パルスインダクタＬ_{ＰＵＬＳＥ} ５８およびブリッジパルスコンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６を含むようになり、直列共振回路となる。

次に図５を参照すると、減少する負荷電流のプロセスのために接続された回路要素の概略図９４が示される。上記で触れたように、ＭＥＭＳスイッチ２０の接点が離れる瞬間に、接点抵抗が無限大に達する。さらに、もはやダイオードブリッジ２８は、ＭＥＭＳスイッチ２０の接点の両端のインピーダンスのほぼゼロの電圧を維持しない。また負荷回路電流Ｉ_ＬＯＡＤは、第１のダイオード３０および第４のダイオード３６を通る電流に等しい。前述のように、ダイオードブリッジ２８の第２のダイオード３２および第３のダイオード３４を通る電流はない。

さらに、ＭＥＭＳスイッチ２０のドレイン２４からソース２６までのスイッチ接点の大幅な電圧差は、今度はパルスインダクタＬ_{ＰＵＬＳＥ} ５８、パルスコンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６、負荷回路インダクタＬ_ＬＯＡＤ ４６、および負荷抵抗器Ｒ_ＬＯＡＤ ４８および回路損失によるダンピングを含む、正味の共振回路によって決まる率で、最大でＶ_ＢＵＳ電圧の約２倍まで上昇し得る。さらに、ある時点で負荷回路電流Ｉ_ＬＯＡＤ ５０と等しかったパルス回路電流Ｉ_{ＰＵＬＳＥ} ６２は、共振によってゼロの値まで減少し、このようなゼロの値は、ダイオードブリッジ２８およびダイオードＤ_Ｐ ６０の逆方向阻止作用によって維持される。共振によるパルスコンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６の両端の電圧は、負のピークに向かって極性が反転し、このような負のピークは、パルスコンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６が再充電されるまで維持されることになる。

ダイオードブリッジ２８は、接点が分離してＭＥＭＳスイッチ２０を開くまで、ＭＥＭＳスイッチ２０の接点の両端にほぼゼロの電圧を維持し、それにより、開路時にＭＥＭＳスイッチ２０の接点間に形成されやすいアークを抑制することによって損傷を防止するように構成することができる。さらに、ＭＥＭＳスイッチ２０の接点は、ＭＥＭＳスイッチ２０を通る接点電流がずっと減少された状態で、開路状態に近づく。また、回路インダクタンス、負荷インダクタンス、および電源に蓄えられたエネルギーは、パルス回路コンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ} ５６へ移転することができ、かつ電圧消費回路（図示せず）によって吸収することができる。電圧スナバ回路３３は、高速の接点分離時に、ブリッジとＭＥＭＳスイッチの間のインタフェースのインダクタンス中に残存する誘導性エネルギーによる、電圧オーバシュートを制限するように構成することができる。さらに、開路時のＭＥＭＳスイッチ２０の接点の両端の再印加電圧の増加率は、スナバ回路（図示せず）を用いることによって制御することができる。

また、開路状態では、ＭＥＭＳスイッチ２０の接点間には空隙が形成されるとはいえ、ＭＥＭＳスイッチ２０の周りの、負荷回路４０とダイオードブリッジ回路２８の間にリーク電流が存在し得ることに留意されたい。（ＭＯＶおよび／またはＲ／Ｃスナバ回路を通る経路も形成され得る。）このリーク電流は、物理的な空隙を生ずるように、負荷回路４０と直列接続された二次的機械スイッチ（図示せず）を導入することによって抑制することができる。一部の実施形態では、機械スイッチは、第２のＭＥＭＳスイッチを含むことができる。

図６は、スイッチング回路１２（図１を参照）が、たとえば直列または直並列アレイに構成された複数のＭＥＭＳスイッチを含むことができる、例示的実施形態９６を示す。さらに、図６に示されるように、ＭＥＭＳスイッチ２０は、電気的に直列回路に結合された、第１の組の２つ以上のＭＥＭＳスイッチ９８、１００によって置き換えることができる。一実施形態では、第１の組のＭＥＭＳスイッチ９８、１００の少なくとも１つは、さらに並列回路に結合することができ、並列回路には、第２の組の２つ以上のＭＥＭＳスイッチ（たとえば参照記号１００、１０２）を含むことができる。本発明の態様によれば、ＭＥＭＳスイッチの第１または第２の組の少なくとも１つと並列に、静的勾配緩和抵抗器および動的勾配緩和コンデンサを結合することができる。

次に図７を参照すると、勾配緩和型（ｇｒａｄｅｄ）ＭＥＭＳスイッチ回路の例示的実施形態１０４が示される。勾配緩和型スイッチ回路１０４は、少なくとも１つのＭＥＭＳスイッチ１０６、勾配緩和抵抗器１０８、および勾配緩和コンデンサ１１０を含むことができる。勾配緩和型スイッチ回路１０４は、たとえば図６に示されるような、直列または直並列アレイに構成された複数のＭＥＭＳスイッチを含むことができる。勾配緩和抵抗器１０８は、スイッチアレイに対して電圧勾配の緩和をもたらすために、少なくとも１つのＭＥＭＳスイッチ１０６と並列に結合することができる。例示的実施形態では、勾配緩和抵抗器１０８は、特定の用途向けに許容し得る漏洩を生じながら、直列スイッチの間で適当な定常状態の電圧バランス（分割）をもたらすような大きさとすることができる。さらに、スイッチング時に動的に、オフ状態において静的に共有を実現するために、アレイの各ＭＥＭＳスイッチ１０６に並列に、勾配緩和コンデンサ１１０と勾配緩和抵抗器１０８の両方を設けることができる。追加の勾配緩和抵抗器、または勾配緩和コンデンサ、またはその両方をスイッチアレイ内の各ＭＥＭＳスイッチに追加できることに留意されたい。一部の他の実施形態では、勾配緩和回路１０４は、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）（図示せず）を含むことができる。

図８は、ＭＥＭＳベースのモータ起動装置を現在の動作状態から第２の状態に切り換えるための、例示のロジック１１２のフローチャートを示す。本技法の例示的態様による、切換えのための方法が示される。前述のように検出回路は、過電流保護回路と動作可能に結合し、スイッチ状態を検出するように構成することができる。さらに検出回路は、電流レベルおよび／または電圧レベルを感知するように構成された感知回路を含むことができる。

ブロック１１４によって示されるように、たとえば感知回路によって、負荷回路４０（図２を参照）などの負荷回路内の電流レベル、および／または電圧レベルを感知することができる。さらに、判断ブロック１１６によって示されるように、感知された電流レベルまたは感知された電圧レベルが、期待値から変化し、その値を超えたかどうかの判定を行うことができる。一実施形態では、感知された電流レベルまたは感知された電圧レベルが、それぞれの所定の閾値レベルを超えたかどうかの判定を、（たとえば検出回路により）行うことができる。別法として、障害が実際に生じていなくても、スイッチ状態を検出するために、電圧または電流のランプ率を監視することができる。

感知された電流レベルまたは感知された電圧レベルが期待値から変化または逸脱した場合は、ブロック１１８によって示されるようにスイッチ状態を発生することができる。前述のように、「スイッチ状態」の用語は、ＭＥＭＳスイッチの現在の動作状態の変化をトリガする状態を指す。一部の実施形態では、スイッチ状態は、障害信号に応答して発生することができ、ＭＥＭＳスイッチの開路を容易にするために使用することができる。ブロック１１４〜１１８は、スイッチ状態の発生の一実施例を表すことに留意されたい。しかし以下で理解されるように、本発明の態様による、スイッチ状態を発生する他の方法も想定される。

ブロック１２０によって示されるように、スイッチ状態に応答してパルス回路電流を開始するために、パルス回路をトリガすることができる。パルス回路の共振作用によって、パルス回路電流レベルは増加し続けることができる。パルス回路電流の瞬時振幅が負荷回路電流の瞬時振幅よりも大幅に大きければ、少なくとも部分的にはダイオードブリッジ２８により、ＭＥＭＳスイッチの接点の両端にほぼゼロの電圧降下を維持することができる。さらに、ブロック１２２によって示されるように、ＭＥＭＳスイッチを通る負荷回路電流を、ＭＥＭＳスイッチからパルス回路に迂回させることができる。前述のように、ＭＥＭＳスイッチの接点が離れ始めるのに従って比較的高インピーダンスが増大するＭＥＭＳスイッチを通る経路に反して、ダイオードブリッジは比較的低インピーダンスの経路を呈する。次いでブロック１２４によって示されるように、ＭＥＭＳスイッチを無アーク式に開路することができる。

前述のように、ＭＥＭＳスイッチの接点の両端のほぼゼロの電圧降下は、パルス回路電流の瞬時振幅が負荷回路電流の瞬時振幅より大幅に大きい間は維持することができ、それにより、ＭＥＭＳスイッチの開路を容易にし、ＭＥＭＳスイッチの接点間のアークの形成が抑制される。したがって、上記に説明したように、ＭＥＭＳスイッチは、ＭＥＭＳスイッチの接点の両端の電圧がほぼゼロの状態で、かつＭＥＭＳスイッチを通る電流が大幅に低減された状態で開路することができる。

図９は、本技法の態様による、ＭＥＭＳベースのモータ起動装置のＭＥＭＳスイッチの現在の動作状態の切換えを表す実験結果のグラフ表示１３０である。図９に示されるように、時間１３４の変化に対する、振幅１３２の変化がプロットされている。また参照番号１３６、１３８、および１４０は、グラフ表示１３０の第１の区間、第２の区間、および第３の区間を表す。

応答曲線１４２は、負荷回路電流の振幅変化を時間の関数として表す。時間の関数としてのパルス回路電流の振幅変化は、応答曲線１４４で表される。同様にして、時間の関数としてのゲート電圧の振幅変化は、応答曲線１４６で表される。応答曲線１４８は、ゼロのゲート電圧基準を表し、応答曲線１５０は、ターンオフの前の負荷電流の基準レベルを表す。

さらに、参照番号１５２は、スイッチ開路プロセスが生じる、応答曲線１４２上の領域を表す。同様に参照番号１５４は、ＭＥＭＳスイッチの接点が分離して開路状態である、応答曲線１４２上の領域を表す。また、グラフ表示１３０の第２の区間１３８から分かるように、ゲート電圧は、ＭＥＭＳスイッチの開路の開始を容易にするために、ローに引き下げられる。さらに、グラフ表示１３０の第３の区間１４０から分かるように、平衡ダイオードブリッジの導通している半分において、負荷回路電流１４２およびパルス回路電流１４４は減衰していることが分かる。

本発明の態様は、固体（たとえば半導体ベースの）スイッチング回路を用いて、高信頼度でコスト効率良く、（たとえば始動事象時、または過渡状態時の）サージ電流に耐えることを可能にし、一方ではたとえば、定常動作用に、かつ起こり得る障害状態に対処するためにＭＥＭＳベースのスイッチング回路を使用することができる、回路および／または技法を含む。

当業者には理解されるように、サージ電流は、モータまたは他のタイプの電気機器などの電気的負荷を始動するときに起こり、または過度状態時に起こり得る。始動事象時のサージ電流の値は、しばしば定常負荷電流の値の数倍（たとえば６倍以上）を含み、１０秒程度など、数秒間持続し得る。

図１０は、本発明の態様を実施したモータ起動装置２００のブロック図表示である。例示の一実施形態では、モータ起動装置２００は、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路２０２、固体スイッチング回路２０４、および例示の一実施形態では図１〜９に示されかつ／またはそれらに関連して説明したパルス回路５２および平衡ダイオードブリッジ３１を備えることができるような過電流保護回路２０６を並列回路にて接続する。

コントローラ２０８は、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路２０２、固体スイッチング回路２０４、および過電流保護回路２０６に結合することができる。コントローラ２０８は、スイッチング回路のそれぞれの１つの電流伝送能力に適した負荷電流状態に応答して実行する、かつ／またはモータ起動装置に影響を及ぼし得る障害状態時に実行することができるような、いつ過電流保護回路２０６を作動するべきか、かつまたいつそれぞれのスイッチング回路を開路および閉路すべきかを判断するように構成された制御方式を実行することによって、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路と固体スイッチング回路の間を行き来して選択的に電流を移転するように構成することができる。このような制御方式では、それぞれのスイッチング回路２０２および２０４の間を行き来して電流を移転している際に、障害電流制限を行い、かつ負荷電流がいずれかのスイッチング回路の最大電流処理能力に近づく場合は常に電流制限および負荷の消勢を行うように用意されていることが望ましいことに留意されたい。

上記の例示の回路を実施したシステムは、サージ電流がＭＥＭＳベースのスイッチング回路２０２によって伝送されるのではなく、代わりに固体スイッチング回路２０４によって伝送されるように制御することができる。定常電流はＭＥＭＳベースのスイッチング回路２０２によって伝送され、システム動作時には過電流保護回路２０６によって過電流および／または障害保護が利用可能となる。提案の概念は、その広い態様において、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路に限定する必要はないことが理解されよう。たとえば、１つまたは複数の固体スイッチに並列の１つまたは複数の標準の（すなわちＭＥＭＳベースの電気機械スイッチング回路ではない）電気機械スイッチと適当なコントローラを備えるシステムは、同様に本発明の態様によって得られる利点の恩恵を受けることができる。

下記は、例示のスイッチング状態のシーケンス、およびモータ起動事象が生じてすぐのモータ起動装置内の例示の電流値である。数字の隣の文字Ｘは、定常状態での通常の電流値の倍数に相当する例示の電流値を示す。したがって６Ｘは、定常状態での通常の電流値の６倍に相当する電流値を表す。
１．固体スイッチング回路−−開路
ＭＥＭＳベースのスイッチング回路−−開路
電流０
２．固体スイッチング回路−−閉路
ＭＥＭＳベースのスイッチング回路−−開路
電流−−６Ｘ
３．固体スイッチング回路−−閉路
ＭＥＭＳベースのスイッチング回路−−閉路
電流−−１Ｘ
４．固体スイッチング回路−−開路
ＭＥＭＳベースのスイッチング回路−−閉路
電流−−１Ｘ
図１１は、例示の一実施形態を示し、モータ起動装置２００内の固体スイッチング回路２０４は、過電流保護回路２０６とＭＥＭＳベースのスイッチング回路２０２に並列回路にて接続された、２つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）スイッチ２１０および２１２（ＡＣ電流の導通を可能にするために、ダイオード２１４および２１６を用いて逆並列構成に接続される）を備える。電気的負荷（図示せず）は、ＦＥＴスイッチ２１０および２１２をターンオンすることによって活動化することができ、それにより始動電流（「Ｉｓｔａｒｔ」として示される）が負荷に流れ始めることが可能となり、負荷の始動時にＦＥＴスイッチ２１０および２１２がこの電流を伝送することが可能になる。固体スイッチング回路２０４は、図１１に示される回路構成に限定されず、ＦＥＴスイッチにも限定されないことが理解されよう。たとえば、双方向性の電流導通能力をもたらす任意の固体または半導体電力スイッチングデバイスは、所与のＡＣ用途に対して同じく有効に動作することができる。当業者には、双方向性能力は、ＴＲＩＡＣ、ＲＣＴなどのスイッチングデバイスでは本来的であり、あるいはＩＧＢＴ、ＦＥＴ、ＳＣＲ、ＭＯＳＦＥＴなど、少なくとも２つのこのようなデバイスの適当な構成によって実現できることが理解されよう。

図１６は、固体スイッチング回路２０４が、逆直列回路構成に接続された１対のＭＯＳＦＥＴスイッチ２４０および２４２を含む、例示の一実施形態を示す。ダイオード２４４および２４６は、ボディダイオードを含むことに留意されたい。すなわち、このようなダイオードは、それらのそれぞれのＭＯＳＦＥＴスイッチの一体部分を含む。ゲート駆動電圧がゼロの状態では、各スイッチはターンオフされ、したがってそれぞれのスイッチは交流電圧の反対極性を阻止し、他方のスイッチの対応する各ダイオードは順方向バイアスされる。ゲート駆動回路２２２から適当なゲート駆動電圧が印加されるとすぐに各ＭＯＳＦＥＴは、スイッチング端子に存在するＡＣ電圧の極性に関わらず、低抵抗状態に戻る。

当業者には理解されるように、逆直列接続された１対のＭＯＳＦＥＴの両端の電圧降下は、逆並列構成の場合のような１つのＲｄｓｏｎとダイオードの電圧降下の和ではなく、２つのＲｄｓｏｎ（オン抵抗）スイッチのＩＲ降下となる。したがって、例示の一実施形態においてＭＯＳＦＥＴの逆直列構成は、比較的低い電圧降下、したがって低い電力消費、発熱、およびエネルギー損失を実現する能力があるので望ましい。

さらに理解されるように、固体スイッチング回路２０４が双方向性サイリスタ（または１対の逆並列サイリスタ）を含む例示の一実施形態では、この構成は低電流で比較的損失が大きいが、このような構成は大電流での比較的電圧降下が小さいことおよび過渡熱応答特性のため、比較的大きな短時間の電流サージに耐えられることが利点となり得る。

例示の一実施形態では、固体スイッチング回路２０４は、電流パルスを制御することによってモータのソフト起動（または停止）を行うために用いることができると考えられる。交流電源電圧または交流負荷電流の可変の位相角に対応して固体回路をスイッチングすることにより、モータに印加される電流パルスの流れの結果として生ずる電気エネルギーを調整することができる。たとえば最初にモータが付勢される場合、電圧がゼロに近づくとき、電圧ゼロの近くで固体スイッチング回路２０４をターンオンすることができる。これにより、小さな電流パルスが生じるだけとなる。電流は、上昇してほぼ電圧がゼロに達する時点でピークに達し、次いで電圧が反転するのに従ってゼロに低下する。点弧（位相）角は、電流が定格負荷の３倍などの所望の値に達するまで、より大きな電流パルスを生じるように、徐々に進められる。最終的には、モータが起動し電流振幅が減衰し続けるのに従って、点弧角は、最終的にモータに全ライン電圧が連続的に印加されるまでさらに進められる。固体スイッチング回路を用いた例示のソフト起動技法に関する一般的な基礎情報を望む読者には、本発明と同じ譲受人に共に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれる“Apparatus and Three Phase Induction Motor Starting and Stopping Control Method”という名称の米国特許第５，３４１，０８０号を参照されたい。

始動電流が適当なレベルまでおさまった後、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路２０２は、適当なＭＥＭＳに適合可能なスイッチング技法を用いて、または電圧降下が比較的小さい電圧であれば、固体スイッチング回路の両端に生じている電圧で閉じることによってターンオンすることができる。この時点で、ＦＥＴスイッチ２１０および２１９はターンオフすることができる。図１２は、定常電流（「Ｉｓｓ」で示される）がＭＥＭＳベースのスイッチング回路２０２によって伝送される、モータ起動装置２００の状態を示す。

当業者には理解されるように、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路は、そのスイッチ接点の両端に電圧があるときに導通スイッチング状態に閉路されるべきでなく、またこのような回路は、そのような接点に電流が通過しているときに非導通スイッチング状態に開路されるべきではない。ＭＥＭＳに適合可能なスイッチング技法の一実施例は、図１〜９に示されかつ／またはそれらに関連して説明したパルス生成技法でよい。

モータ起動装置を、ソフトスイッチングまたはポイントオンウェーブスイッチングを行い、それによってスイッチング回路２０２内の１つまたは複数のＭＥＭＳスイッチを、スイッチング回路２０２の両端の電圧がゼロまたはゼロに非常に近いときに閉路し、スイッチング回路２０２を通る電流がゼロまたはゼロに近いときに開路するように構成することにより、ＭＥＭＳに適合可能なスイッチング技法の別の実施例を実現することができる。このような技法に関する基礎的な情報を望む読者には、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２００５年１２月２０日出願の米国特許出願第１１／３１４，８７９号（整理番号１６２１９１−１）の“Micro-Electromechanical System Based Soft Switching”という名称の特許出願を参照されたい。

スイッチング回路２０２の両端の電圧がゼロまたはゼロに非常に近い時点でスイッチを閉じることにより、１つまたは複数のＭＥＭＳスイッチが閉じるときにそれらの接点間の電界を低く保つことによって、複数のスイッチがすべて同時に閉じない場合でも、接点が接触する前のアーク発生を防止することができる。上記で触れたように、制御回路は、スイッチング回路２０２内の１つまたは複数のＭＥＭＳスイッチの開路と閉路を、交流電源電圧または交流負荷回路電流のゼロクロス発生に同期させるように構成することができる。過電流保護回路２０６は、始動事象時に障害が発生したとき、下流側の負荷およびそれぞれのスイッチング回路を保護するように構成することができる。図１３に示されるように、この保護は、障害電流（Ｉｆａｕｌｔ）を過電流保護回路２０６へ移転させることによって達成される。

最上位レベルから見たとき、電気機械および固体スイッチング回路は概念的には互いにほぼ同様な挙動をするように見えるが、実際にはこのようなスイッチング回路は大きく異なる物理的原理に基づいているので、これらはそれぞれ異なる動作特性を示し、したがって過電流保護回路は、このような特性を考慮しつつスイッチング回路を適切に作動させるように、適切に構成しなければならない場合があることに留意されたい。たとえば、ＭＥＭＳスイッチは一般に、接点を切断するために片持ち梁の機械的な動きを必要とし、電界効果固体スイッチは一般に、電圧によって誘起されるチャネル内の電荷キャリアの移動を必要とし、バイポーラ固体スイッチは逆バイアスされた接合内の電荷キャリアの注入を必要とする。キャリアを取り除くのにかかる時間は回復時間と呼ばれ、この回復時間は１マイクロ秒より短い時間から１００マイクロ秒より長い時間の範囲となり得る。たとえば、固体スイッチが障害状態に閉路される場合は、過電流保護回路２０６は、スイッチのチャネルが完全にクリアされてスイッチが完全に開路となるまで、障害電流を吸収し、固体スイッチおよび下流側の負荷を保護することができなければならない。過電流保護回路２０６がパルス回路５２および平衡ダイオードブリッジ３１を含む場合は、パルス特性（パルス回路によって生成されるパルスの幅および／または高さ）が、下流側の保護に影響を及ぼし得ることを示すことができる。たとえば過電流保護回路２０６は、並列固体スイッチング回路の回復時間に適応し、かつＭＥＭＳベースのスイッチング回路の障害保護に適応するように十分な幅および／または高さを有するパルスを発生することができるべきである。

当業者には理解されるように、障害電流遮断に関して、２つの一般的な部類の固体スイッチング回路がある。一部の固体スイッチ（ＦＥＴなど）は、ターンオフされると本来的に電流ゼロの状態が強制される。その他（ＳＣＲなど）は、電流ゼロの状態を強制することができない。電流ゼロの状態を強制することができる固体スイッチング回路は、障害時に電流制限を行うのに過電流保護回路２０６の補助が不要となり得る。電流ゼロの状態を強制できない固体スイッチング回路は、一般に過電流保護回路２０６が必要になる。

前述のように、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路と固体スイッチング回路の間を行き来して選択的に電流を移転させるために、適切な制御技法が実施されなければならない。例示の一実施形態では、このような制御技法は、各スイッチング回路のそれぞれの電気的損失モデルに基づくものとすることができる。たとえば、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路での電気的損失（および付随する温度上昇）は一般に負荷電流の２乗に比例し、一方、固体スイッチング回路での損失（および付随する温度上昇）は一般に負荷電流の絶対値に比例する。また固体デバイスの熱容量は、一般にＭＥＭＳベースのスイッチング回路の熱容量よりも大きい。したがって負荷電流の正常値に対してはＭＥＭＳベースのスイッチング回路が電流を伝送することが考えられ、一時的な過負荷電流に対しては固体スイッチング回路が電流を伝送することが考えられる。したがって過渡的な過負荷状況のときは、行き来して電流を移転させることが考えられる。

以下では、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路と固体スイッチング回路の間を行き来して選択的に負荷電流を移転させるための、３つの例示の技法について述べる。例示の一技法では、図１４に示されるような二重の過電流保護回路の使用を考えるもので、移転を補助するために、第１の過電流保護回路２０６_１と、第２の過電流保護回路２０６_２が、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路および固体スイッチング回路に並列回路にて接続される（例示の一実施形態では、この第２の過電流保護回路も、図１〜９に示されかつ／またはそれらに関連して説明したようなパルス回路５２および平衡ダイオードブリッジ３１を備えることができる。）。

モータ起動装置が単一の過電流保護回路２０６のみを用いる場合、このような単一の過電流保護回路は、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路に関連するスイッチング事象が生じるとすぐに、活動化されることになることに留意されたい。しかし、その後間もなく障害が起きた場合は、単一の過電流保護回路２０６は、スイッチング回路を保護するために再び活動化する準備が整わないことがあり得る。上述のように過電流保護回路２０６は、パルス技法に基づいて動作し、したがってこのような回路は、点弧してすぐに動作するように瞬時には準備が整わなくなる。たとえば、パルス回路５２内のパルスコンデンサを再充電するために、ある時間待たなければならないことになる。

冗長型の過電流保護回路を使用する技法は、一方の過電流保護回路（たとえば回路２０６_２）を、他方の過電流保護回路２０６_１が正常なスイッチング事象（障害駆動でないスイッチング事象）に関連してパルス利用型スイッチングを丁度行ったときでも、自由であり、障害の場合に電流制限を支援する準備が整った状態にあることを確実にする。この技法は、比較的単純な制御により大きな設計融通性をもたらすと考えられるが、単一の過電流保護回路の代わりに二重の過電流保護回路を必要とする。この技法は、任意のタイプの固体スイッチング回路に適合可能であることに留意されたい。

冗長型の過電流保護回路を備える例示の一実施形態では、このような回路は二重のパルス回路を含むべきであるが、二重の平衡ダイオードブリッジ３１を含む必要はないことが理解されよう。たとえば、第１の過電流保護回路が個別のパルス回路５２と個別の平衡ダイオードブリッジ３１を備える場合は、第２の過電流保護回路は、第１の過電流保護回路の平衡ダイオードブリッジ３１に適当なパルス電流を（必要なときに）印加するように構成された個別のパルス回路５２を備えるだけでよい。逆に、第２の過電流保護回路が個別のパルス回路５２と個別の平衡ダイオードブリッジ３１を備える場合は、第１の過電流保護回路は、第２の過電流保護回路の平衡ダイオードブリッジ３１に適当なパルス電流を（必要なときに）印加するように構成された個別のパルス回路５２を備えるだけでよい。

第２の例示の技法は、移転の実行を、電流ゼロに合わせるものである。これは、第２の過電流保護回路を不要にし、また任意のタイプの固体スイッチング回路に適合可能である。しかしこの技法は、より複雑な制御が必要になり、ある場合にはシステムの完全停止が必要になり得る。第３の例示の技法は、ＭＥＭＳスイッチング回路および固体スイッチング回路の開路と閉路を連携させることによって電流移転を行うものである。当業者には理解されるように、この技法は、固体スイッチング回路の電圧降下が比較的小さければ用いることができる。

いずれの場合も、制御方式は、スイッチング回路のそれぞれ１つの電流伝送能力に適した負荷電流状態に応答するなどして、過電流保護回路（単一または二重過電流保護回路）をいつ動作させるべきかを判断し、かつそれぞれのスイッチング回路をいつ開路および閉路すべきかを判断するように構成できることが理解されるべきである。一般的な概念としては、交互の電流路の間を行き来して電流を移転しながら障害電流制限を行うように準備されており、かつ負荷電流がいずれかの負荷電流伝送経路の最大能力に近づいたときに電流制限および回路の消勢を行うことである。１つの例示の制御方式は、以下のようなものとすることできる。

大きな初期電流が生ずることを予想して、負荷を付勢するために固体スイッチング回路を使用する。電流がＭＥＭＳベースのスイッチング回路の定格内に低下した後、負荷をＭＥＭＳベースのスイッチング回路に移転する。

正常状態において負荷を消勢する必要がある場合は、その時点でどのスイッチング回路が電流を伝送していたとしても、そうする。それがＭＥＭＳベースのスイッチング回路であれば、電流ゼロでターンオフするようにポイントオンウェーブスイッチングを用いる。

シミュレートしたまたは感知した温度に基づいて、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路および固体スイッチング回路の両方の温度を求める。このような温度のいずれかがそれぞれの温度定格限界に近づいていると判断される場合、または負荷電流がそれぞれの最大電流伝送能力に近づいている場合（障害状態または厳しい過負荷など）、（過電流保護回路の補助により）瞬時の電流遮断を行い、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路と固体スイッチング回路の両方を開路する。この動作は、他のどの制御動作よりも先行することになる。再閉路のスイッチング動作を可能とする前に、リセットを待つ。

正常動作時は、電流を、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路を通過させるか、固体スイッチング回路を通過させるかを判断するのに、各スイッチング回路のそれぞれの温度状態を用いることができる。一方のスイッチング回路がその温度または電流限界に近づいており、他方のスイッチング回路は依然として温度余裕がある場合は、移転は自動的に行われる。正確なタイミングは、移転の技法に依存することになる。たとえばパルス利用型移転では、移転は、移転が必要になるとすぐにほぼ瞬時に生じ得る。ポイントオンウェーブスイッチングに基づく移転では、このような移転は、次に利用可能な電流のゼロクロスが発生するまでの間に行われる（たとえば遅延される）ことになる。遅延型移転に対しては、移転が次の電流ゼロまで正しく遅延される可能性を高めるために、移転の決定に対する設定に一定の余裕が与えられるべきである。

図１５は、モータ起動装置の例示の一実施形態の回路の詳細を示す。たとえば図１５は、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路２０６、固体スイッチング回路２０４、第１のパルススイッチ５４、および第２のパルススイッチ２２９を、それぞれ駆動するためのコントローラ２０８からの制御信号に応答するそれぞれのドライバ２２０、２２２、２２４、および２２８を示す。例示の一実施形態では、第１のパルススイッチ５４は、個別のパルスコンデンサ５６およびパルスインダクタ５８に結合され、図１〜９に関連して述べたように、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路のターンオン事象に関連してブリッジダイオード２８にパルスを印加するように構成することができる。これは、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路が閉じるときに、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路の端子の両端の電圧がゼロに等しい（またはほぼゼロに近い）ことを確実にするように適切に選ばれた時点でパルスを生成するためである。基本的にパルス信号は、微小電気機械システムスイッチング回路の導通状態へのターンオンに関連して発生される。

この例示の実施形態では、第２のパルススイッチ２２９は、個別のパルスインダクタ２３０およびパルスコンデンサ２３４に結合され、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路のターンオフ事象に関連してブリッジダイオード２８にパルスを印加するように構成することができる。これは、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路が開くときに、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路を通る電流がゼロに等しい（またはほぼゼロに近い）ことを確実にするように適切に選ばれた時点でパルスを生成するためである。基本的にパルス信号は、微小電気機械システムスイッチング回路の非導通状態へのターンオフに関連して発生される。これは、先に触れたポイントオンウェーブ（ＰＯＷ）技法と組み合わせて実現することができ、それによりモータ起動装置設計の頑健さのレベルの向上が得られる。たとえば、このパルス利用型ターンオン技法により、本発明の態様を実施したモータ起動装置を、供給電圧の品質が、ＰＯＷスイッチングのみを用いて常に高信頼度で動作させるのには適さない場合の用途に用いることが可能になると考えられる。第３のパルス回路により、第１および第２のパルス回路が正常なスイッチング事象（障害駆動でないスイッチング事象）に関連してパルス利用型スイッチングを丁度行ったときでも、１つの回路を自由で障害の場合に電流制限を支援する準備が整った状態に保つことが確実になり得ることに留意されたい。これは、図１４に関連して述べた、冗長型の過電流保護の概念の延長である。

図１５はさらに、それぞれのスイッチング回路の電流伝送能力に適した負荷電流状態、およびモータ起動装置に影響を及ぼす障害状態を、判定するために用いることできるような、電流を感知するためにコントローラ２０８に接続された電流センサ２２６を示す。

動作の際には、本発明の態様を実施したモータ起動装置は、３相、非逆転型のＡＣモータ用途に利用することができる。しかし、本発明の態様を実施したモータ起動装置は、任意の電気的相数、ＡＣまたはＤＣ電圧、および逆転型または非逆転型の用途に容易に適合できることが理解されよう。当業者には理解されるように、一部の用途では、モータ軸の回転方向を逆転させることが必要になり得る。たとえば３相誘導モータでは、本発明の態様を実施したＭＥＭＳベースのモータ起動装置は、モータへの３つの接続線のうちの任意２つを再接続することなどにより、モータ動作の逆転を行うためのスイッチングおよび制御回路を実現するように適合することができる。

図１７は、ＭＥＭＳベースの逆転型モータ起動装置の例示の一実施形態である。たとえば、過電流保護回路１４によって得られる様々な動作上の有利な特徴は、上述のようなものとなる。３相モータ用の例示の一実施形態では、ＭＥＭＳスイッチング回路１２内で、３つの電気的相のうちの２つを入れ替えるように適当に構成されたコントローラからの個別のゲート制御信号に応答する、２つの追加のＭＥＭＳスイッチが相互接続されることになる。たとえば、文字「Ｆ」のラベルが付されたスイッチをターンオンすることによってモータを順方向に動作させることができ、文字「Ｒ」のラベルが付されたスイッチをターンオンすることによってモータを逆方向に動作させることができる。従来の起動装置は、一般に、モータ逆転機能を実現するために少なくとも１０個の接触器が必要になるが、ＭＥＭＳベースの起動装置なら同じ逆転機能を実現するのに必要なＭＥＭＳスイッチは５個だけでよいことに留意されたい。従来の起動装置では、たとえば逆方向接触器が順方向接触器と同時にオンにならないことを確実にするように、適切な機械的および／または電気的な連動を確認し確実にするために、追加の要素を必要とする。ＭＥＭＳ逆転型モータ起動装置では、このような確認は、コントローラ内に記憶することができるような、適切に構成されたソフトウェア制御モジュールによって有利に行うことができる。

例示のモータ起動装置の入力信号は、３相ライン入力電源、電気的接地、およびオン−オフ活動化信号および／または適宜手動オン−オフ活動化を含むことができる。入力電源は任意の適切な電圧または周波数でよく、制御信号はアナログまたはディジタル信号のいずれでもよい。ユーザインタフェースにより（たとえば端子台により）、入力電源ラインのための接続を行うことができる。保守切断器（たとえばナイフスイッチ）により、ロックアウト（タグアウト）保守切断を行うことができる。コントロールインタフェース（たとえば押しボタンタイプ）により、ユーザが手動でオン／オフ制御できるようにすることができる。電源回路は、入力電源が接続されると、論理回路、ＭＥＭＳスイッチゲートドライバ、固体スイッチゲートドライバ、パルス回路など、様々なデバイスが必要とし得る制御電力を供給するように構成することができる。

例示の一実施形態は、多相システムでの慣例の通り、制御電力源としてそれぞれの相間電位を用いることができる。単相システムの場合は、電位は、別の供給源から供給することができ、または相−接地間電位から得ることができる。電源回路は、回路電力を供給するのに加えて、ライン過渡現象抑制器を含むことができる。制御電力が確立された後、制御回路は、適切な制御、および電流／電圧感知を行うように機能することができる。たとえば、適当なコントローラ（たとえば機能のレベルに応じて、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）またはマイクロコントローラ）を、判断アルゴリズムを実行し、入力コマンドおよびセンサ情報を収集し、ＭＥＭＳベースのスイッチング回路および／または固体スイッチング回路の開路／閉路に関する論理判断を行うように構成することができる。

例示の一実施形態では、モジュール間制御により、たとえば電圧スケーリングが可能なＭＥＭＳスイッチング回路モジュールのアレイ用に電気的に分離された制御信号を供給するなど、主入力コマンドを中継することができる。

ＭＥＭＳベースのスイッチング回路と並列に、電圧勾配緩和回路網と過電流保護回路がある場合、オフ状態で、ある程度のリーク電流があり得る。したがって、トリップ状態で漏洩をゼロとする必要がある用途には、分離接触器を追加することができる。このような分離接触器は、大きなレベルの負荷電流を遮断するように設計する必要はなく、したがって定格電流を伝送し印加可能な誘電電圧に耐えるように設計するだけでよく、サイズが大幅に小さくなることが理解されよう。

当業者には、以上の説明で開示されるような本発明の態様を実施した回路は、回路遮断器が必要とし得る、各要素および／または動作機能を、高信頼度でコスト効率良く実現できることが明らかであろう。たとえば、回路遮断器を特徴付けるのに有用な逆の時間関係、たとえば、Ｉ^２×ｔ＝Ｋ（ここで過負荷の許容持続時間については、時間（ｔ）と電流（Ｉ）の２乗が一定（Ｋ）となる。）で定義される過電流曲線などは、慣例的に、電流の大きさに基づいて３つの区域に分けられる。たとえば、長時間（たとえば大きなＫ）、短時間（たとえば小さなＫ）、および瞬時である。長時間および短時間の区域は共に、一般に半サイクルよりずっと長い時間に関係し、したがってポイントオンウェーブスイッチングになじみやすいことに留意されたい。しかしまた瞬時区域は、それが激しい結果を伴い１ミリ秒未満で数キロアンペアの潜在的電流に達する場合がある短絡の結果であり得るので、一般にＭＥＭＳベースのスイッチング回路によって得られるような、大幅に高速な半サイクル未満のスイッチングが必要となることに留意されたい。したがって動作の際には、本発明の態様を実施した回路は、回路遮断器において、たとえば上記の動作区域のそれぞれにわたる動作要件に合致するために必要となり得るような、各要素および／または動作機能を革新的に満たす。

以上、ここでは本発明の一部の特徴のみについて図示し説明してきたが、当業者なら多くの変形および変更を思いつくであろう。したがって、すべてのそのような変形および変更は、本発明の真の趣旨の範囲に含まれるものとして、添付の特許請求の範囲によって包含されると理解されるものとする。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本技法の態様による、例示のＭＥＭＳベースのモータ起動装置のブロック図である。 図１に示されるＭＥＭＳベースのモータ起動装置を示す概略図である。 図２に示されるＭＥＭＳベースのモータ起動装置の例示の動作を示す概略フローチャートである。 図２に示されるＭＥＭＳベースのモータ起動装置の例示の動作を示す概略フローチャートである。 図２に示されるＭＥＭＳベースのモータ起動装置の例示の動作を示す概略フローチャートである。 ＭＥＭＳスイッチの直並列アレイを示す概略図である。 勾配緩和型ＭＥＭＳスイッチを示す概略図である。 図１のＭＥＭＳベースのモータ起動装置を有するシステムの動作フローを示すフロー図である。 モータ起動装置のターンオフを表す、実験結果のグラフである。 本発明の態様による例示のモータ起動装置を示すブロック図である。 負荷開始事象時などの、それぞれの固体スイッチング回路を通る電流路を示す、図１０のモータ起動装置の例示の一実施形態の回路詳細を示す図である。 定常動作時などの、それぞれのＭＥＭＳベースのスイッチング回路を通る電流路を示す、図１０のモータ起動装置の例示の一実施形態の回路詳細を示す図である。 障害状態時などの、過電流保護回路を通る電流路を示す、図１０のモータ起動装置の例示の一実施形態の回路詳細を示す図である。 二重過電流保護回路を有する、モータ起動装置の例示の一実施形態の概略図である。 図１０のモータ起動装置の例示の一実施形態の、回路の詳細を示す図である。 固体スイッチング回路が、逆直列回路構成に接続された１対の固体スイッチを含む、例示の一実施形態を示す図である。 ＭＥＭＳベースの逆転型モータ起動装置の例示の一実施形態を示す図である。

符号の説明

１０ 微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのモータ起動装置
１２ ＭＥＭＳベースのスイッチング回路
１４ 過電流保護回路
１６ （過電流保護回路用）単一パッケージ
１８ 微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのモータ起動装置の概略図
２２ 第１のＭＥＭＳスイッチの第１の接点（ドレイン）
２４ 第２の接点（ソース）
２６ 第３の接点（ゲート）
２８ 平衡ダイオードブリッジ
２９ 第１の枝路
３０ 第１のダイオードＤ１
３１ 第２の枝路
３２ 第２のダイオードＤ２
３３ 電圧スナバ回路
３４ 第３のダイオードＤ３
３６ 第４のダイオードＤ４
４０ 負荷回路
４４ 電圧源Ｖ_ＢＵＳ
４６ 負荷インダクタンスＬ_ＬＯＡＤ
４８ 負荷抵抗Ｒ_ＬＯＡＤ
５０ 負荷電流Ｉ_ＬＯＡＤ
５２ パルス回路
５４ パルススイッチ
５６ パルスコンデンサＣ_{ＰＵＬＳＥ}
５８ パルスインダクタンスＬ_{ＰＵＬＳＥ}
６０ 第１のダイオードＤ_Ｐ
６２ パルス回路電流
６４ パルス回路をトリガするプロセスの概略図
６６ パルス回路電流の方向
６８ パルス回路電流の反対の方向
７０ 電流ベクトル
７２ 電流ベクトル
７４ 電流ベクトル
７６ 電流ベクトル
７８ ＭＥＭＳスイッチの開路の概略図
８４ インダクタンスＬ_１
８６ 負荷電流の方向
８８ インダクタンスＬ_２
９４ 負荷電流を減少させるように接続された回路要素の概略図
９６ 複数のＭＥＭＳスイッチ
９８ ＭＥＭＳスイッチ
１００ ＭＥＭＳスイッチ
１０４ 勾配緩和型ＭＥＭＳスイッチ回路
１０６ ＭＥＭＳスイッチ
１０８ 勾配緩和抵抗器
１１０ 勾配緩和コンデンサ
１１２ ＭＥＭＳベースのモータ起動装置をスイッチングするための例示のロジックのフローチャート
１１４ ブロック
１１６ ブロック
１１８ ブロック
１２０ ブロック
１２２ ブロック
１２４ ブロック
１３０ 実験結果のグラフ表示
１３２ 振幅の変化
１３４ 時間の変化
１３６ グラフ表示の第１の区間
１３８ グラフ表示の第２の区間
１４０ グラフ表示の第３の区間
１４２ 応答曲線
１４４ 応答曲線
１４６ 応答曲線
１４８ 応答曲線
１５０ 応答曲線
１５２ 応答曲線の領域
１５４ 応答曲線の領域
２００ モータ起動装置
２０２ ＭＥＭＳベースのスイッチング回路
２０４ 固体スイッチング回路
２０６ 過電流保護回路
２０８ コントローラ
２１０ ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
２１２ ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
２１４ ダイオード
２１６ ダイオード
２１９ ＦＥＴスイッチ
２２２ ゲート駆動回路
２４０ ＭＯＳＦＥＴスイッチ
２４２ ＭＯＳＦＥＴスイッチ
２４４ ダイオード
２４６ ダイオード
２２０ ドライバ
２２２ ドライバ
２２４ ドライバ
２２６ 電流センサ
２２８ ドライバ
２２８ コントローラ
２２９ 第２のパルススイッチ
２３０ パルスインダクタ
２３４ パルスコンデンサ

Claims (10)

1. モータ起動装置であって、
   微小電気機械システムスイッチング回路（２０２）と、
   前記微小電気機械システムスイッチング回路に並列回路にて接続された少なくとも第１の過電流保護回路（２０６）とを備え、前記第１の過電流保護回路は、前記微小電気機械システムスイッチング回路の第１のスイッチング事象に応答して瞬間的に導電路を形成するように構成され、前記導電路は、前記第１のスイッチング事象時に、前記微小電気機械システムスイッチング回路の接点間のアーク形成を抑制するために前記微小電気機械システムスイッチング回路と並列回路となる、モータ起動装置。
2. 前記導電路が、平衡ダイオードブリッジ（２８）によって形成される、請求項１記載のモータ起動装置。
3. 前記平衡ダイオードブリッジに結合された第１のパルス回路（５２）をさらに備え、前記パルス回路は、前記平衡ダイオードブリッジを通してパルス電流を流すために、パルス信号を生成するように適合されたパルスコンデンサを備え、前記パルス信号は、前記微小電気機械システムスイッチング回路の導通状態へのターンオンに関連して発生され、前記ターンオンが前記第１のスイッチング事象を構成する、請求項２記載のモータ起動装置。
4. 前記微小電気機械システムスイッチング回路および前記第１の過電流保護回路に並列回路にて接続された第２の過電流保護回路（２０６２）をさらに備え、前記第２の過電流保護回路は、前記微小電気機械システムスイッチング回路の第２のスイッチング事象に応答して瞬間的に導電路を形成するように構成され、前記導電路は、前記第２のスイッチング事象時に、前記微小電気機械システムスイッチング回路の接点間のアーク形成を抑制するために前記微小電気機械システムスイッチング回路と並列回路となる、請求項１記載のモータ起動装置。
5. 前記平衡ダイオードブリッジに結合された第２のパルス回路（２２９）をさらに備え、前記パルス回路は、前記平衡ダイオードブリッジを通してパルス電流を流すために、パルス信号を生成するように適合されたパルスコンデンサを備え、前記パルス信号は、前記微小電気機械システムスイッチング回路の非導通状態へのターンオフに関連して発生され、前記ターンオフが前記第２のスイッチング事象を構成する、請求項４記載のモータ起動装置。
6. 前記微小電気機械システムスイッチング回路および前記第１の過電流保護回路に並列回路にて結合された、固体スイッチング回路（２０４）をさらに備える、請求項１記載のモータ起動装置。
7. 前記電気機械スイッチング回路および前記固体スイッチング回路に結合されたコントローラ（２０８）をさらに備え、前記コントローラは、モータ起動装置に接続されたモータからの負荷電流の選択的切換えを行うように構成され、前記選択的切換えは、前記スイッチング回路のそれぞれ１つの動作能力に適した負荷電流状態に応答して、前記電気機械スイッチング回路と前記固体スイッチング回路の間で行われる、請求項６記載のモータ起動装置。
8. 前記コントローラが、交流電源電圧または交流負荷電流の検出されたゼロクロスに応答して、前記微小電気機械システムスイッチング回路の無アークスイッチングを行うように構成される、請求項７記載のモータ起動装置。
9. 前記コントローラが、交流電源電圧または交流負荷電流の可変位相角に対応して、前記固体スイッチング回路をスイッチングし、それにより、モータを起動するための電流パルスの流れによって生ずる電気エネルギーの量を調整することによって、ソフトモータ起動を行うように構成される、請求項７記載のモータ起動装置。
10. 前記微小電気機械システムスイッチング回路が、モータ逆転動作を行うように構成された個別の微小電気機械システムスイッチを備える、請求項１記載のモータ起動装置。

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