CN102012472A - 建筑机械的漏电检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑机械的漏电检测装置。将有电源起动操作、电动机停止、以及在电源起动后漏电的有无的判定还1次都没进行过作为条件，强制地使逆变器工作而对电动机通电，进行漏电检测。

Description

建筑机械的漏电检测装置
技术领域
本发明涉及在如混合动力挖掘机、电池动力挖掘机那样通过电池驱动电动机的建筑机械中，检测电动机驱动电路的漏电的漏电检测装置。
背景技术
历来，作为对混合动力汽车等的电池搭载汽车的漏电进行检测的技术，公知的是如在专利文献WO2007/007749中所示的那样，在直流母线与机械的主体(接地)之间施加正弦波、脉冲波等的试验电压，对其峰值进行计测的技术。
在该技术中，当绝缘不良等导致的漏电发生时，漏电电阻导致试验电压的峰值变得比基准值低，利用该情况，在检测出该低峰值的情况下判定为漏电。
可是，在将该技术应用于建筑机械(例如挖掘机。以下，以该例子进行说明)的情况下产生如下问题。
挖掘机构成为，在履带式的下部行进体上，围绕与地面铅直的轴旋转自由地搭载有上部旋转体，在该上部旋转体安装了作业配件。
在这里，在并用发动机动力和电池动力的混合动力挖掘机、仅将电池作为动力源的电池动力挖掘机中，使上部旋转体旋转的旋转电动机通过逆变器而被驱动。
逆变器具有多个开关元件，在旋转操作时该开关元件变为接通而成为逆变器工作状态，旋转电动机被通电。
反之而言，当不进行旋转操作时，逆变器不工作，旋转电动机不被通电。
而且，当旋转电动机不被通电时，也不能使用上述技术进行漏电检测。
也就是说，产生不能在旋转停止状态下进行漏电检测的问题。
这是如下基于旋转电动机特有的情况的设定所导致的，即，在旋转停止时，例如在坡道中上部旋转体以不由于自重而向下旋转的方式利用旋转制动器确实地停止保持，另一方面，为了节能而切断向电动机的通电。
作为其对策，考虑在旋转电动机的工作中，即在运转中进行漏电检测，但由于旋转电动机的工作/停止的反复进行，电池电压剧烈地变动。因此在这次，虽然没有漏电却判定为是漏电状态等的错误检测发生的可能性变高。
该问题不限于旋转电动机，在挖掘机或其它建筑机械中，在被逆变器驱动、并且在停止状态下被切断通电的其它所有电动机中产生。
发明内容
本发明提供一种漏电检测装置，在具备通过电池经由逆变器驱动电动机的电动机驱动电路的建筑机械中，能够在电动机停止状态下进行电动机驱动电路的漏电检测。
本发明的建筑机械的漏电检测装置具备：电动机驱动电路，通过电池经由逆变器驱动电动机，上述逆变器构成为，在操作单元被操作时，对上述电动机通电并驱动电动机，在操作单元没有被操作时，切断向上述电动机的通电。进而，漏电检测装置具备：信号输出单元，对上述电动机驱动电路和机械的主体(body)之间施加漏电检测用的电压信号；信号检测单元，对该信号输出单元输出的电压信号进行检测；电动机工作检测单元，对上述电动机是工作状态还是停止状态进行检测；以及判定单元，基于由上述信号检测单元检测出的信号判定漏电的有无，并且该判定单元构成为，在满足：
(A)进行了将上述电池连接于上述逆变器的电源起动操作，
(B)上述电动机是停止状态，
(C)针对漏电的有无的判定还1次都没进行过，的条件时，与上述操作单元的操作无关地使上述逆变器工作而成为电动机通电状态，在该状态下判定漏电的有无。
根据本发明，将有电源起动操作、电动机停止、以及在电源起动后漏电的有无的判定还1次都没进行过作为条件，在操作停止状态下强制地使逆变器工作而对电动机通电，进行漏电检测。因此，针对像旋转电动机那样在操作停止状态下通电被切断的电动机驱动电路，能够不受电池电压的变动而进行正确的漏电判定。
而且，由于是电源刚起动之后的只有1次的漏电检测，所以不会产生过度地使作业开始延迟而使作业效率下降的弊害。
此外，本发明优选在上述结构中，上述判定单元构成为，对作为通过上述信号检测单元检测出的电压信号的峰值是设定值以下(表示漏电的信号)的低峰值时间、以及超过设定值(表示正常的信号)的高峰值时间分别进行计数，在上述低峰值时间的计数值为设定值以上的情况下判定为是漏电状态，在上述高峰值时间的计数值为设定值以上的情况下判定为不是漏电状态。由此，能够排除暂时的噪声的影响，更正确地进行漏电/正常的判定。
可是，漏电有无的判定通常在操作者没有认识到的状态下进行，因此有在判定处理中开始操作而电动机成为工作状态的可能性。
在该情况下，优选在上述任一个结构中，上述判定单元构成为，在漏电的有无的判定中，在通过上述电动机工作检测单元检测出上述电动机的工作时，使判定休止。在该情况下，由于在判定处理的开始后在电动机工作时使漏电有无的判定休止，因此能够防止电池电压的变动的影响导致的错误检测。
此外，本发明优选在上述任一个结构中，上述判定单元构成为，针对旋转电动机的驱动电路进行漏电的有无的判定，其中，该旋转电动机对搭载在下部行进体上的上部旋转体进行旋转驱动。
附图说明
图1是作为本发明的应用对象的混合动力挖掘机的驱动系统和控制系统的框结构图。
图2是本发明的实施方式的电动机驱动电路的漏电检测装置的系统结构图。
图3是用于说明根据同装置的判定的流程的流程图。
具体实施方式
在实施方式中，将并用发动机动力和电池动力的混合动力挖掘机作为应用对象。
在图1中表示混合动力挖掘机的通常的驱动/控制系统的框结构。
在发动机1连接有液压泵2，该液压泵2的吐出油经由控制阀3供给到液压致动器(动臂用、斗杆用、铲斗用的各液压缸以及行进液压马达。在这里作为一个而表示)4。
另一方面，发动机1的输出经由增速机构5施加到发电电动机6，在该发电电动机6制造的电力经由控制电压和电流的控制装置7而蓄积在电池8，并且经由逆变器9施加到旋转用电动机10。
此外，发电电动机6适时地通过电池8的蓄电力而发挥电动机作用，对发动机1进行支援。
在旋转用电动机10设置有将同电动机10保持为停止状态的旋转制动器11，在该旋转制动器11被解除了的状态下，旋转用电动机10的转动力经由旋转用减速机构12传递到挖掘机的上部旋转体，同旋转体向左或向右旋转。
这时，通过旋转用电动机10的转动，电池8的电压变动，当在后述的漏电判定中产生该电池变动时，有产生错误检测的可能性。
13是作为操作单元的旋转用操作控制杆，基于来自该操作控制杆13的操作信号，从控制器14对逆变器9输出指令信号，控制旋转用电动机10。
图2表示该漏电检测装置的系统结构。
在实施方式中，采用如下结构，即，在通过电池8经由逆变器9驱动旋转用电动机10的电动机驱动电路中，对同电路和未图示的机械的主体(接地)之间的漏电进行检测。
再有，机械的主体在挖掘机的情况下指的是上部旋转体的上框架，经由旋转轴承、下部行进体而被接地。
图2中，15、15是电动机驱动电路的直流母线，16、16是设置在直流母线15、15的电池连接用的继电器(relay)(接点)，17是逆变器9的电容器，18是逆变器9的开关元件，10a是逆变器9和旋转用电动机10之间的三相交流电线。此外，r表示由于漏电而产生的漏电电阻。
在该电动机驱动电路中，在开关元件18的导通的情况下，逆变器9变为工作状态，旋转电动机10被通电，并且对应于操作控制杆13的操作而被驱动。
该装置由如下单元构成：漏电检测用信号输出单元19，将漏电检测用的电压信号(例如是特定频率的脉冲电压)施加到电动机驱动电路、例如直流母线15、15和主体之间；信号检测单元20，对该电压信号进行检测；漏电状态判定单元21；警报器22，在漏电判定时基于来自该漏电状态判定单元21的信号而发出警报；控制杆操作检测单元23，对操作控制杆13的操作的有无进行检测；以及旋转电动机控制器24，基于来自漏电状态判定单元21的信号，通过开关元件18对逆变器9进行工作/停止控制。
该旋转电动机控制器24基于来自控制杆操作检测单元23的信号，在控制杆操作时解除旋转制动器11，在非操作时使其工作。
漏电状态判定单元21基于在信号检测单元20检测到的信号的峰值、和旋转用电动机10的工作(控制杆操作)的有无，判定漏电/非漏电。
在这里，旋转用电动机10如上述那样基于控制杆13的操作进行工作。因此，通过检测出该操作控制杆13的操作的有无，能够间接地检测出电动机10的工作的有无。
因此在该装置中构成为，代替电动机工作状态，而通过控制杆操作检测单元(例如电位器)23检测操作控制杆13的操作的有无，将该信号作为电动机工作状态信号输入到漏电状态判定单元21。
漏电状态判定单元21在满足：
(A)进行了将电池8连接于逆变器18的电源起动操作，
(B)旋转电动机10是停止状态，
(C)针对漏电的有无的判定还1次都没进行过，的条件时，通过旋转电动机控制器24使逆变器9工作而成为电动机通电状态，在该状态下进行漏电的有无的判定。
再有，即使旋转电动机10通过逆变器9的工作而成为通电状态，只要没有控制杆操作，在同电动机10就不产生扭矩。也就是说，仅是旋转电动机10被通电，仍是在扭矩0停止的状态。
上述(A)的电源起动操作指的是通过未图示的发动机开关的导通操作，图2中的继电器16、16导通工作的情况。
此外，作为具体的判定的方法，基于检测出的信号(脉冲电压)的峰值在漏电状态下为设定值以下，在非漏电状态下超过设定值的情况，对变为设定值以下的时间(低峰值时间)、以及超过设定值的时间(高峰值时间)分别进行计数，在低峰值时间的计数值为针对低峰值时间计数值的设定值以上的情况下判定为是漏电状态，在高峰值时间的计数值是针对高峰值时间计数值的设定值以上的情况下判定为不是漏电状态(非漏电状态＝正常)。
再有，低峰值时间、高峰值时间是连续地检测出低峰值、高峰值的时间也可，是根据低峰值、高峰值的脉冲数而算出的时间也可。
而且，在判定中，在通过控制杆操作检测单元23检测出控制杆操作(电动机工作)的情况下，由于有电池电压的变动，所以有错误检测的担忧，中断低峰值时间和高峰值时间的计数(使漏电检测休止)。
通过图3的流程图说明利用该漏电状态判定单元21的漏电判定处理的详细。
在该流程中，首先，在经过判定处理的步骤(步骤S1～22)之后，在步骤S23中判断在电源起动之后是否已经进行了判定。
在这里，当成为“否”(1次都没进行过判定)时，通过图2的旋转电动机控制器24，逆变器9的开关元件18被导通，逆变器9变为工作状态，即旋转电动机10被通电而成为能够进行漏电检测的状态，之后进行步骤S1以后的判定处理。
另一方面，当在步骤S23中成为“是”(已经判定完成)时，停止逆变器工作输出，判定处理结束。
从步骤S1起依次进行说明。
A.在判定中没有控制杆操作的情况下
在步骤S1中判断是否有控制杆操作，在没有操作(否)的情况下进入漏电检测流程，在有操作的情况下进入漏电检测休止流程。
再有，在图3的流程中，“计数值”指的是低峰值时间或高峰值时间的计数值，“检测计数值”是低峰值时间的计数值，“检测设定值”是用于判断是否是低峰值的阈值，“解除计数值”是高峰值时间的计数值，“解除设定值”是用于判断是否是高峰值的阈值。
此外，关于计数值的“计数值1”是现在的计数值，“计数值2”是保存的过去的计数值，“检测计数设定值”是关于检测计数值的阈值，“解除计数设定值”是关于解除计数值的阈值。
在漏电检测流程中，首先，在步骤S2中重置控制杆操作时间的计数值，转移到步骤S3。
在步骤S3中，判断检测出的脉冲的峰值是否比检测设定值小(是否表示漏电)，当为“是”(漏电)时，为了对低峰值时间进行计数，在步骤S4中进行检测计数值1的加法，在步骤S5中进行解除计数值1、2的重置之后，转移到步骤S6。
另一方面，在步骤S3中为“否”(检测脉冲峰值＞检测设定值)的情况下，转移到步骤S7，判断检测出的脉冲峰值是否比解除设定值大，在为“是”的情况下以步骤S8→步骤S9→步骤S6的方式前进，在为“否”的情况下进入步骤S6。
在步骤S8中为了计数高峰值时间而进行解除计数值1的加法，在步骤S9分别进行检测计数值1、2的重置。
在步骤S6中将低峰值时间的计数值(检测计数值1、2的合计值)与作为成为漏电判断的基准的计数值的检测判断值进行比较，如果前者大的话在步骤S10中判定为有漏电，在步骤S11中使图2的警报器23工作而对操作者通知漏电发生，之后转移到步骤S23。
相对于此，如果低峰值时间的计数值比检测判断值小的话(在步骤S6中为“否”的情况下)，在步骤S12中将高峰值时间的计数值(解除计数值1、2的合计值)与成为漏电检测解除判断的基准的解除判断值比较，当前者大(“是”)时在步骤S13中判定为无漏电，然后转移到步骤S23，在“否”的情况下直接转移到步骤S23。
B.在判定中有控制杆操作的情况下
当在步骤S1中成为“是”(有控制杆操作)时，为了中断漏电检测，首先，在步骤S14中，判断从计数开始至中断为止的低峰值时间的计数值(检测计数值1)是否比作为阈值的检测计数设定值1大，在为“否”(小)的情况下在步骤S15中清除该计数值，在为“是”(大)的情况下在步骤S16中进行计数值的保存(将检测计数值1加到检测计数值2)。
接着在步骤S17中，判断从计数开始至中断为止的高峰值时间的计数值(解除计数值1)是否比作为阈值的解除计数设定值大，在为“否”(小)的情况下在步骤S18中清除该解除计数值1，在为“是”(大)的情况下在步骤S19中进行计数值的保存(将解除计数值1加到解除计数值2)。
在步骤S20中，被加上控制杆操作时间的计数值，在步骤S21中比较该计数值和作为针对控制杆操作时间的阈值的控制杆操作时间设定值。
在这里，在为“是”(计数值＞设定值)的情况下，在步骤S22中重置检测计数值1、2以及解除计数值1、2，之后向步骤S23转移，在“否”的情况下直接向步骤S23转移。
而且，仅在步骤S23中为“否”(未判定)的情况下，输出逆变器工作输出，进行从步骤S1起的判定处理。
像这样，根据该漏电检测装置，将有电源起动操作、旋转电动机10停止、以及在电源起动后漏电的有无的判定还1次都没进行过作为条件，强制地使逆变器9工作而对旋转电动机10通电，进行漏电检测。因此，针对在停止状态下通电被切断的旋转电动机驱动电路，能够不受电池电压的变动而进行正确的漏电判定。
而且，由于是电源刚起动之后的只有1次的漏电检测，所以不会产生过度地使作业开始延迟而使作业效率下降的弊害。
此外，在步骤S4～S12中，对作为通过信号检测单元20检测出的电压信号的峰值是设定值以下(表示漏电的信号)的低峰值时间、以及作为设定值以上(表示正常的信号)的高峰值时间分别进行计数，在低峰值时间的计数值为设定值以上的情况下判定为是漏电状态，在高峰值时间为设定值以上的情况下判定为不是漏电状态。因此，能够排除暂时的噪声的影响，更正确地进行漏电/正常的判定。
进而，在判定处理的开始之后在通过控制杆操作而旋转电动机10工作时，使漏电有无的判定休止(中断)。因此，能够防止电池电压的变动的影响导致的错误检测。
在该情况下，在步骤S14～S21中，在从低峰值时间、高峰值时间的各计数开始至电动机工作引起的中断为止的计数值是设定值以上的情况下，防备中断后而保存计数值，在不足设定值的情况下由于判定材料不足而清除计数值，并且在低峰值时间和高峰值时间的计数的中断持续设定时间以上的情况下，已经不应该使用过去的数据而清除该计数值因为采用该结构，所以能够提高判定的精度。
可是，在上述实施方式中，采用通过控制杆操作检测单元23来检测旋转电动机10的工作状态的结构，但直接检测旋转电动机10的工作也可。
此外，本发明不局限于混合动力挖掘机，在仅将电池作为动力源的电池动力挖掘机中、此外在挖掘机以外的搭载了电池的建筑机械中也能够与上述同样地实施。
尽管通过参考附图中的优选的实施方式描述了本发明，但需要注意的是在不脱离本发明的技术方案所要求的范围的情况下可以进行等价变更和替代。

Claims (4)

1.一种建筑机械的漏电检测装置，具备：
电动机驱动电路，通过电池经由逆变器驱动电动机，该逆变器构成为，在操作单元被操作时，对所述电动机通电并驱动电动机，在操作单元没有被操作时，切断向所述电动机的通电；
信号输出单元，对所述电动机驱动电路和所述建筑机械的主体之间施加漏电检测用的电压信号；
信号检测单元，对所述信号输出单元输出的电压信号进行检测；
电动机工作检测单元，对所述电动机是工作状态还是停止状态进行检测；以及
判定单元，基于由所述信号检测单元检测出的信号判定漏电的有无，该判定单元构成为，在满足下述条件时，与所述操作单元的操作无关地使所述逆变器工作而成为电动机通电状态，在该状态下判定漏电的有无：
(A)进行了将所述电池连接于所述逆变器的电源起动操作，
(B)所述电动机是停止状态，
(C)针对漏电的有无的判定还1次都没进行过。
2.根据权利要求1所述的建筑机械的漏电检测装置，其中，所述判定单元构成为，对作为通过所述信号检测单元检测出的电压信号的峰值是设定值以下的低峰值时间、以及超过设定值的高峰值时间分别进行计数，在所述低峰值时间的计数值为设定值以上的情况下判定为是漏电状态，在所述高峰值时间的计数值为设定值以上的情况下判定为不是漏电状态。
3.根据权利要求1所述的建筑机械的漏电检测装置，其中，所述判定单元构成为，在漏电的有无的判定中，在通过所述电动机工作检测单元检测出所述电动机的工作时，使判定休止。
4.根据权利要求1所述的建筑机械的漏电检测装置，其中，所述判定单元构成为，针对旋转电动机的驱动电路判定漏电的有无，其中，该旋转电动机对搭载在下部行进体上的上部旋转体进行旋转驱动。
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