CN104767464B - 电动机驱动装置以及电动机的绝缘电阻检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动机驱动装置以及电动机的绝缘电阻检测方法。本发明的电动机驱动装置的特征在于，具有：整流交流电压的整流电路(3)；通过电容器(41)将直流电压平滑化的电源部(4)；将直流电压通过半导体开关元件变换成交流电压来驱动电动机的逆变器部(5)；测定流过电阻器(71)的电流值的电流检测部(7)，所述电阻器(71)一端与电动机的线圈连接，另一端与电容器的一方的端子连接；测定电容器的电压值的电压检测部(8)；将电容器另一方的端子接地的第二开关(9)；以及绝缘电阻检测部(10)，其使用在断开第二开关的状态和接通第二开关的状态这两个状态下测定出的两组电流值以及电压值来检测电动机的绝缘电阻值。

Description

电动机驱动装置以及电动机的绝缘电阻检测方法

技术领域

本发明涉及一种电动机驱动装置以及电动机的绝缘电阻检测方法，尤其涉及一种具备去除了流经逆变器的半导体开关元件的泄漏电流的影响的准确的电动机的绝缘电阻测定功能以及绝缘劣化检测功能的电动机驱动装置以及电动机的绝缘电阻检测方法。

背景技术

当前，已知具有如下功能的电动机驱动装置：将DC链路部的平滑用电容器中充电的电压施加到电动机线圈(coil)与大地之间来检测电动机线圈的绝缘劣化(例如，日本国专利公报JP-B-4554501)。在现有的电动机驱动装置中，通过开关切断交流电源后，将与逆变器连接的直流电源(DC链路部)的平滑用电容器中充电的电压施加给电动机线圈与大地之间来测定流过电动机线圈与大地之间的泄漏电流，由此检测出电动机的绝缘劣化。

此外，已知一种电动机驱动装置，其是具备驱动多个电动机的多个逆变器部的电动机驱动装置，并且，对每个电动机使用共通的变换器部的一个电压检测部和各逆变器部的多个电流检测部，在相同时刻同时检测电压和电流，对每个电动机算出绝缘电阻(例如，日本国专利公报JP-B-4565036。以下，称为“专利文献2”)。

上述的现有技术都将逆变器中原本具备的平滑用电容器中充电的高电压作为测定用电源来使用。因此，该方式的优点在于，不需要另设用于测定的专用电源从而结构简单，并且，由于得到高的测定电压从而得到精度良好的测定结果。

为了高精度地测定较高的绝缘电阻值，提高施加电压来增大测定电流值是有利的。这一点也可以从被称为绝缘电阻计或兆欧计的用于测定绝缘电阻的测定器多数设定了250[V]、500[V]、1000[V]这样的较高测定电压而明确。

图1表示使用在专利文献2中公开的现有技术的电动机驱动装置的结构的一例。

使用现有的电动机驱动装置1000的电动机的绝缘电阻的测定顺序如以下所示。首先，将包括半导体开关元件1051～1056以及与它们反并联连接的二极管1051d～1056d的逆变器1005的半导体开关元件1051～1056全部设为断开的状态，断开第一开关(1001)来从整流电路1003切断交流电源1002。接着，接通第二开关(1009)和第三开关(1010)将DC链路部1004的平滑用电容器1041的正侧端子1042与大地连接。其结果，将DC链路部1004的电容器1041的充电电压施加到电动机1006的线圈1061～1063与大地之间。此时，通过设置在电动机线圈1062与DC链路部1004的电容器1041的负侧端子1043之间的电流测定电路1007来测定流过由电容器1041、电动机线圈(例如1062)、大地形成的虚线(参照图1)表示的闭合电路的电流。与此同时，此时的DC链路部1004的电容器1041的端子间电压也通过与DC链路部1004并联连接的电压测定电路1008使用检测电阻1081以及分压电阻1082来进行测定。根据通过以上测定所得到的电压值和电流值，求出电动机1006与大地之间的绝缘电阻值。

图2示出了与现有的电动机驱动装置相关的图1的结构中的、表示绝缘电阻测定时的闭合电路与半导体开关元件的连接关系的等效电路。在测定时第一开关(1001)为断开状态，因此交流电源1002被切断。此外，第二开关(1009)和第三开关(1010)为接通状态，因此DC链路部1004的正侧端子1042与大地连接，电流测定电路1007与DC链路部1004的负侧端子1043连接。RU_-IGBT表示断开逆变器上臂的半导体开关元件1051、1053、1055时的等效绝缘电阻值，RD_-IGBT表示断开下臂的半导体开关元件1052、1054、1056时的等效绝缘电阻值，Rm表示测定对象即电动机的线圈与大地之间的绝缘电阻值，RC表示用一个电阻器表示电流测定电路1007的分压电阻1072与电流检测电阻1071的串联连接的电阻值。

在现有技术中，作为测定用电源使用在平滑用电容器1041中充电的高电压，因此产生流经逆变器1005的断开状态的半导体开关元件1051～1056的泄漏电流，其与测定电流重叠，因此具有尤其在半导体开关元件的泄漏电流增加的高温时测定精度下降的问题。

在上述中，“流经断开状态的半导体开关元件的泄漏电流”在IGBT的例子中是指在IGBT断开的状态下，从集电极向发射极流过的泄漏电流。

该断开时的泄漏电流，在IGBT中规定为通过记号Ⅰ_CES表示的电特性，称为“集电极-发射极间泄漏电流”。将集电极-发射极间泄漏电流(Ⅰ_CES)规定为：在短路栅极-发射极间的状态，即完全断开IGBT的状态下，向集电极-发射极间施加指定的电压(通常为最大额定电压)时，从集电极向发射极流过的泄漏电流。

该IGBT的集电极-发射极间泄漏电流(Ⅰ_CES)具有较强的温度依存性，泄漏电流Ⅰ_CES具有当温度上升时以指数函数方式增大的特性。

此外，像这样伴随温度的上升，断开时的泄漏电流增加的特性并不限于IGBT，已知在MOS-FET等其他半导体开关元件中也观察到同样的特性。例如，如果是MOS-FET，则作为断开时的漏极-源极间的泄漏电流，规定为通过记号Ⅰ_DSS表示的电特性。

一般在电动机驱动用逆变器用途的IGBT中，高温时的泄漏电流I_CES的增大被视为问题，主要是从损失增加的观点出发。然而，作为电动机驱动装置，即使泄漏电流I_CES是损失方面不成为问题的数十[为问题水平，在现有技术的电动机的绝缘电阻测定中也成为使测定精度下降的原因。

具体而言，由图2可知，现有技术的问题点在于，与本来要测定的通过电动机1006(参照图1)与大地间的绝缘电阻Rm流动的电流(参照图2的通过虚线箭头表示的电流I)重叠，流经断开状态的半导体开关元件1051～1056的泄漏电流的一部分直接流入到电流测定电路1007中(参照图2的通过点划线的箭头表示的I_LEAK)，因此流经半导体开关元件1051～1056的泄漏电流成为直接产生测定误差的原因。

另外，在现有技术中，若经由半导体开关元件1051～1056流过的电流与测定电流相比足够小到可以忽视的程度，则电动机1006的绝缘电阻测定的测定精度也不会下降到实际上成为问题的程度。

如以下方式考虑断开时的半导体开关元件1051～1056的等效绝缘电阻值是否会对电动机的绝缘电阻测定的测定精度产生影响的基准。即，若断开时的半导体开关元件1051～1056的等效绝缘电阻值与测定对象即电动机1006的绝缘电阻值相比是足够大的值，则认为不会产生成为问题的程度的影响。然而，半导体开关元件1051～1056的等效绝缘电阻值与测定对象即电动机1006的绝缘电阻值相等或在其以下时，实际上精度较高的绝缘电阻测定较难。从图2的等效电路中也可明确这一点。

图3是表示断开工业用的逆变器所使用的典型的耐压1200[V]的IGBT时的泄漏电流即集电极-发射极间泄漏电流I_CES[μA]与接合温度T_j[℃]的关系(温度依存性)的图表。

图3是假设在三相逆变器中使用IGBT的情况，测定通过将上臂的三个IGBT的集电极与发射极彼此连接的并联连接所测定的泄漏电流的图表。同样地，并联连接下臂的三个IGBT来测定出的图表与上臂的图表恰好重合，因此在图3中使用一个图表进行表示。

另外，将测定时的集电极与发射极间的施加电压1200[V]除以从图3的图表中读取的从集电极向发射极流过的泄漏电流I_CES[μA]而得到的值是IGBT在各温度下的集电极与发射极间的等效绝缘电阻值。根据图3的图表，在以下说明在各温度下IGBT的泄漏电流对现有技术的绝缘电阻测定有何种程度的影响。

在常温(25[℃])下，断开IGBT时的泄漏电流小到0.3[μA]程度，换算成IGBT的等效绝缘电阻值时成为约4[GΩ]。与测定对象的电动机的绝缘电阻值(100[MΩ]～1[MΩ])相比，这是足够大的值，因此认为在常温下IGBT的泄漏电流不会对电动机的绝缘电阻的测定精度产生较大的影响。

然而，当IGBT的温度变高时，IGBT的泄漏电流以指数函数方式变大。当接合温度T_j为80[℃]时，IGBT的泄漏电流成为约40[μA]，换算成IGBT的等效绝缘电阻值时下降至约30[MΩ]。此时可以说等效绝缘电阻下降至在现有技术中测定电动机的绝缘电阻值时，通过IGBT的泄漏电流对测定精度产生影响的水平。

并且，当接合温度T_j上升至100[℃]时，断开IGBT时的泄漏电流增大至200[μA]程度，换算成IGBT的等效绝缘电阻值时成为约6[MΩ]。此时，下降至与测定对象的电动机的绝缘电阻值相等或其以下的电阻值，因此实际上高精度的绝缘电阻测定很难。

如以上的说明所示，使用了如图3所示的特性的IGBT时，在现有技术中能够进行精度较高的电动机的绝缘劣化检测限定为常温附近或其以下的温度范围内，在温度较高的状态(例如刚通过逆变器运转电动机后等)下，受半导体开关元件的泄漏电流的影响，产生电动机的绝缘电阻测定以及绝缘劣化检测的精度大幅度恶化的问题。

如以上的说明所示，流经与电动机线圈(coil)与DC链路部双方连接的逆变器的半导体开关元件的泄漏电流与测定电流重叠，因此尤其在半导体开关元件的泄漏电流增加的高温时，受半导体开关元件的泄漏电流的影响，存在电动机的绝缘电阻测定的精度下降的问题。

发明内容

鉴于这样的问题点而提出了本发明，本发明的目的是提供一种使用在逆变器中原本具备的DC链路部的平滑用电容器的较高充电电压作为绝缘电阻测定用电源，并且在高温度下也可靠地去除流经逆变器具备的半导体开关元件的泄漏电流的影响，由此通过简单的结构实现准确的电动机的绝缘电阻值的测定以及绝缘劣化检测的电动机驱动装置以及电动机的绝缘电阻检测方法。

本发明的一实施例的电动机驱动装置，具有：整流电路，其将经由第一开关从交流电源供给的交流电压整流成直流电压；电源部，其通过电容器将由整流电路整流后的直流电压平滑化；逆变器部，其将由电源部平滑化后的直流电压通过半导体开关元件的开关动作变换成交流电压来驱动电动机；电流检测部，其测定流过电阻器的电流值，其中，所述电阻器一端与所述电动机的线圈连接，另一端与所述电容器的一方的端子连接；电压检测部，其测定电容器两端的电压值；第二开关，其将电容器另一方的端子接地；以及绝缘电阻检测部，其使用在停止电动机的运转、将第一开关断开、并且将第二开关断开的状态和接通的状态这两个状态下测定出的两组电流值以及电压值，来检测电动机的线圈与大地之间的电阻即电动机的绝缘电阻值。

本发明的一实施例的电动机的绝缘电阻检测方法，具有如下的步骤：整流电路将经由第一开关从交流电源供给的交流电压整流成直流电压的步骤；电源部通过电容器将由整流电路整流后的直流电压平滑化的步骤；逆变器部将由电源部平滑化后的直流电压通过半导体开关元件的开关动作变换成交流电压来驱动电动机的步骤；电流检测部测定流过电阻器的电流值的步骤，其中，所述电阻器一端与电动机的线圈连接，另一端与电容器的一方的端子连接；电压检测部测定电容器两端的电压值的步骤；设置将电容器另一方的端子接地的第二开关的步骤；停止电动机的运转，断开第一开关的步骤；断开第二开关，测定电流值以及电压值的步骤；接通第二开关，测定电流值以及电压值的步骤；以及使用在断开第二开关的状态和接通第二开关的状态这两个状态下测定出的两组电流值以及电压值，来检测电动机的线圈与大地之间的电阻即电动机的绝缘电阻值的步骤。

附图说明

通过参照以下的附图，更加明确地理解本发明。

图1是现有的电动机驱动装置的结构图。

图2是现有的电动机驱动装置的绝缘电阻测定时的闭合电路和半导体开关元件的等效电路。

图3是表示断开IGBT时的集电极-发射极间泄漏电流的温度依存性的图表。

图4是本发明的实施例一的电动机驱动装置的结构图。

图5是表示使用本发明的实施例一的电动机驱动装置的绝缘劣化检测方法的处理顺序的流程图。

图6是断开了使用本发明的实施例一的电动机驱动装置的第二开关的情况下(第一次)的测定时的等效电路图。

图7是接通了使用本发明的实施例一的电动机驱动装置的第二开关的情况下(第二次)的测定时的等效电路图。

图8是本发明的实施例二的电动机驱动装置的结构图。

图9是图8的变换器部的电压检测部的电路和逆变器部的电流检测部的电路的具体的结构图。

图10是上位控制器的结构图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的电动机驱动装置以及电动机的绝缘电阻检测方法进行说明。但是，应注意本发明的技术范围并不局限于这些实施方式，而是涉及请求专利保护的范围中记载的发明及其均等物。

(实施例一)

图4表示本发明的实施例一的电动机驱动装置的结构。

本发明的实施例一的电动机驱动装置101具有：整流电路3，其将经由第一开关1从交流电源2供给的交流电压整流成直流电压；电源部4，其将通过整流电路3整流后的直流电压通过电容器41平滑化；逆变器部5，其包括半导体开关元件51～56以及与它们反并联连接的二极管51d～56d，通过半导体开关元件51～56的开关动作，将由电源部4平滑化后的直流电压变换成交流电压来驱动电动机6；电流检测部7，其测定流过电阻器71、72的电流值，其中，所述电阻器71、72的一端与电动机6的线圈61～63连接，另一端与电容器41的一方的端子43连接；电压检测部8，其测定电容器41两端的电压值；第二开关9，其将电容器41另一方的端子42接地；以及绝缘电阻检测部10，其使用在停止电动机6的运转、将第一开关1断开、并且将第二开关9断开的状态和接通的状态这两个状态下测定出的两组电流值以及电压值，来检测电动机的线圈61～63与大地之间的电阻即电动机的绝缘电阻值。

按以下方式进行电动机的绝缘电阻测定。图5是用于说明使用本发明的第一实施例的电动机驱动装置的绝缘劣化检测方法的处理顺序的流程图。首先，在步骤S101中，停止电动机6的运转，为了测定电动机的绝缘电阻，将逆变器5的所有半导体开关元件51～56设成断开状态。

接着，在步骤S102中，断开第一开关1，切断交流电源2。接着，在步骤S103中，在断开将电容器41的一端即正侧端子42与大地连接的第二开关9的状态下，电压检测部8测定电容器41两端的电压，电流检测部7测定经由在电动机线圈的一端与电容器41的另一端即负侧端子43之间连接的检测电阻71流过的电流。此时，进行第一次测定，即使电压检测部8和电流检测部7在相同时刻动作，在相同时刻测定电压和电流。这样，通过在相同时刻测定电容器41两端的电压值和电流检测部7的电流值，进行用于求出流经半导体开关元件的泄漏电流以及半导体开关元件的等效绝缘电阻值的第一次测定。接着，在步骤S104中，进行将第一次的测定结果存储在存储器11中的处理。

在现有技术中，如图1的第三开关(1010)所示，设有连接或切断电流测定电路1007的开关，但在实施例一的电动机驱动装置101中通过使电流检测部7的分压电阻72的电阻值变大，来使在电动机6运转时流过电流检测部7的电流变小到不会对电动机6的运转产生影响的程度，从而不设置切断电流检测部7的开关地将电流检测部7始终连接。

该第一次测定是在断开第二开关9的状态下的测定，因此电流不流过大地，而仅从电容器41的正侧端子42向负侧端子43流过半导体开关元件51～56和电流检测部7的电阻器71、72。因此，第一次测定时的等效电路可以如图6所示。

在图6中，上下两个串联连接的电阻R_-IGBT分别是断开逆变器5上臂的半导体开关元件51、53、55和下臂的半导体开关元件52、54、56时的绝缘电阻值，RC用一个电阻器表示电流检测部7的分压电阻72与检测电阻71的串联连接。

断开半导体开关元件51～56时的绝缘电阻表示在作为半导体开关元件使用IGBT时，将在IGBT断开的状态下向IGBT的集电极与发射极之间施加的电压除以在断开状态下从集电极向发射极流过的泄漏电流而得到的、断开状态的IGBT的集电极与发射极之间的等效绝缘电阻。

在图4中示出了作为电动机6使用三相电动机的例子。在驱动三相电动机的逆变器的情况下，存在三个与电容器41的两端连接的上臂和下臂的两组半导体开关元件的串联连接。然而，上臂和下臂的半导体开关元件的连接点分别连接在电动机各相的端子间，电动机各相的端子间通过电动机线圈61～63三个都相互连接。因此，上下的R_-IGBT可以考虑为分别将上臂或下臂的功率开关元件并联连接3个而得的合成电阻。

此外，串联连接的上臂和下臂的两组半导体开关元件在逆变器5中通常使用相同电特性的元件。因此，如使用图3说明的那样，上臂和下臂的半导体开关元件可以考虑为等效绝缘电阻值也都相等的值。

在图6的等效电路中，如果从测定结果中知道通过电压检测部8测定的电容器41两端的DC链路电压V_dc1、通过电流检测部7测定的流过电流检测用电阻器RC的电流Ⅰ₁以及RC两端的电压V_in1，由于RC的电阻值已知，因此如果后面关注输入输出P点的电流，应用基尔霍夫定律，则通过运算部12的计算能够求出半导体开关元件的等效绝缘电阻值R_-IGBT。

具体而言，如图6所示，对节点(node)P应用基尔霍夫第一定律，能够算出等效绝缘电阻值R_-IGBT。首先，将流过电流测定电路的RC的电流设成Ⅰ₁，将流过上臂的IGBT的电流设成Ⅰ_1a，将流过下臂的IGBT的电流设成Ⅰ_1b。如果对节点P应用基尔霍夫第一定律，则从与一个节点连接的所有分支流入的电流的和为0，因此得到以下的关系式。

Ⅰ_1a-Ⅰ_1b-Ⅰ₁＝0 (1)

使用测定电压V_dc1以及V_in1、各电阻值R_-IGBT以及RC表示上述式(1)中的Ⅰ_1a、Ⅰ_1b、Ⅰ₁时，得到以下的式(2)。

$\frac{(V_{\mathrm{dc}1}-V_{\mathrm{in}1})}{R_{-\mathrm{IGBT}}}-\frac{V_{\mathrm{in}1}}{R_{-\mathrm{IGBT}}}-\frac{V_{\mathrm{in}1}}{\mathrm{RC}}=0---\left(2\right)$

整理式(2)，则得到计算R_-IGBT的式(3)。

∴ $R_{-\mathrm{IGBT}}=\frac{(V_{\mathrm{dc}1}-2V_{\mathrm{in}1})}{V_{\mathrm{in}1}}\mathrm{RC}---\left(3\right)$

在第一次测定中得到的电容器41两端的电压V_dc1、通过电流检测部7测定的流过电流检测用电阻器RC的电流Ⅰ₁、RC两端的电压V_in1以及基于运算部12的计算结果而得到的R_-IGBT的绝缘电阻值，在后面求电动机的绝缘电阻时使用，因此存储在存储器11中。

接着，在步骤S105中，在接通将电容器41的一端即正侧端子42与大地连接的第二开关9的状态下，将电容器41的充电电压施加给电动机的线圈61～63与大地之间，产生流过由电容器41、电动机的线圈61～63以及大地形成的闭合电路的电流。在该状态下，使用电压检测部8和电流检测部7在相同时刻测定电容器41两端的电压值和电流检测部7的电流值，由此来进行用于求出电动机的线圈61～63与大地之间的绝缘电阻值的第二次测定，其中，所述电压检测部8用于测定电容器41两端的电压，所述电流检测部7用于测定流过在电动机的线圈61～63的一端与电容器的另一端即负侧端子43之间连接的检测电阻71的电流。在此，第二次测定使电压检测部8和电流检测部7在相同时刻动作，在相同时刻测定电压和电流。另外，在步骤S106中，在第二次测定后将第二开关9恢复为断开状态。

可以将该第二次测定时的等效电路表示成如图7所示。图7的Rm表示应求出的电动机的线圈61～63与大地之间的绝缘电阻。与图6相同地，R_-IGBT表示断开半导体开关元件51～56时的等效绝缘电阻值，RC用一个电阻器表现电流检测部7的检测电阻71与分压电阻72之间的串联连接。图7是向图6的等效电路追加了大地与电动机线圈之间的绝缘电阻Rm的连接的电路。可知在第二次的测定时，在电流检测部7中测定合成流过由电容器41、电动机的线圈61～63以及大地形成的闭合电路的电流值与经由断开状态的半导体开关元件51～56流过的泄漏电流的一部分而得的电流值。

接着，在步骤S107中，将第二次的测定结果存储在存储器中，进行根据存储在存储器中的第一次和第二次的各个测定结果运算绝缘电阻值的处理。在图7的等效电路中，RC的电阻值已知的，因此如果从测定结果中知道通过电压检测部8测定的电容器41两端的DC链路电压V_dc2、通过电流检测部7测定的流过电流检测用电阻器RC的电流I₂以及RC两端的电压V_in2，由于也知道根据前次的测定结果通过运算求出的半导体开关元件51～56的等效绝缘电阻值R_-IGBT，因此在四个电阻与H电桥连接的图7的等效电路中，通过计算也可以求出仅一个未知的电动机与大地之间的绝缘电阻Rm。

对节点P应用基尔霍夫第一定律，将根据第一次的测定结果求出的计算式代入到R_-IGBT值，由此能够按照如下方式计算绝缘电阻Rm。首先，如图7所示，将流过电流测定电路的RC的电流设成I₂，将流过上臂的IGBT的电流设成I_2a，将流过下臂的IGBT的电流设成I_2b，将流过电动机的绝缘电阻Rm的电流设成I_2c。如果对节点P应用基尔霍夫第一定律，则从与一个节点连接的所有分支流入的电流的和为0，因此得到以下的关系式。

I_2a+I_2c-I_2b－I₂＝0 (4)

使用测定电压V_dc2以及V_in2、各电阻值R_-IGBT以及Rm、RC表示上述式(4)中的I_2a、I_2b、I_2c、I₂时，得到以下的式(5)。

$\frac{(V_{\mathrm{dc}2}-V_{\mathrm{in}2})}{R_{-\mathrm{IGBT}}}+\frac{(V_{\mathrm{dc}2}-V_{\mathrm{in}2})}{\mathrm{Rm}}-\frac{V_{\mathrm{in}2}}{R_{-\mathrm{IGBT}}}-\frac{V_{\mathrm{in}2}}{\mathrm{RC}}=0---\left(5\right)$

整理式(5)，则得到以下的式(6)。

$\frac{(V_{\mathrm{dc}2}-2V_{\mathrm{in}2})}{R_{-\mathrm{IGBT}}}+\frac{(V_{\mathrm{dc}2}-V_{\mathrm{in}2})}{\mathrm{Rm}}-\frac{V_{\mathrm{in}2}}{\mathrm{RC}}=0---\left(6\right)$

将求出在第一次测定中求出的R_-IGBT的式(3)代入到上述的式(6)中进行整理时，则得到以下的式(7)。

$\frac{(V_{\mathrm{dc}2}-2V_{\mathrm{in}2})V_{\mathrm{in}1}}{(V_{\mathrm{dc}1}-2V_{\mathrm{in}1})\mathrm{RC}}+\frac{(V_{\mathrm{dc}2}-V_{\mathrm{in}2})}{\mathrm{Rm}}-\frac{V_{\mathrm{in}2}}{\mathrm{RC}}=0---\left(7\right)$

整理式(7)，则得到以下的式(8)。

$\frac{(V_{\mathrm{dc}2}{V}_{\mathrm{in}1}-V_{\mathrm{dc}1}{V}_{\mathrm{in}2})}{(V_{\mathrm{dc}1}-2V_{\mathrm{in}1})\mathrm{RC}}+\frac{(V_{\mathrm{dc}2}-V_{\mathrm{in}2})}{\mathrm{Rm}}=0---\left(8\right)$

从式(8)得到根据由第一次的测定结果V_dc1、V_in1以及第二次的测定结果V_dc2、V_in2构成的两组电流值以及电压值和已知的电流检测电阻的电阻值RC，求出电动机的绝缘电阻Rm的式(9)。

$\mathrm{Rm}=\frac{(V_{\mathrm{dc}1}-2V_{\mathrm{in}2})(V_{\mathrm{dc}2}-V_{\mathrm{in}2})}{(V_{\mathrm{dc}1}{V}_{\mathrm{in}2}-V_{\mathrm{dc}2}{V}_{\mathrm{in}1})}\mathrm{RC}---\left(9\right)$

通过依次执行以上的一系列处理，能够检测电动机的绝缘电阻值Rm。并且，在步骤S108中可以追加比较得到的电动机的绝缘电阻值与基准值，通过绝缘劣化判定部14执行用于发出报告所得到的绝缘劣化程度的通知(警告：warning)或警报(alarm)的处理的步骤。并且，在步骤S109中可以追加将每次测定完成而得到的电动机的绝缘电阻值与测定完成时的日期时刻信息，针对每个电动机一起记录并显示的处理。

另外，在图5的流程图中，也可以调换第一次测定(步骤S103)和第二次测定(步骤S105)的顺序。

如上所述，使用在第二次测定中得到的V_dc2、I₂、V_in2、存储在存储器11中的第一次的测定结果V_dc1、I₁、V_in1以及根据第一次的测定结果通过运算求出的R_-IGBT，通过运算部12的运算求出准确的电动机的绝缘电阻值Rm，通过绝缘劣化判定部14比较求出的电动机的绝缘电阻值Rm与基准值，根据其结果，与电动机的绝缘电阻值的下降程度对应地进行警告或警报等的通知或显示。

另外，对于在运算部12中求出电动机的绝缘电阻值Rm的计算，在上述的说明中说明了临时根据第一次的测定结果求出半导体开关元件的等效绝缘电阻值_R-IGBT，使用该R_-IGBT值根据第二次的测定结果计算电动机的绝缘电阻值Rm的方法。然而，也可以不进行求出R_-IGBT值的计算，而是将R_-IGBT值看作第一次的测定值V_dc1、I₁、V_in1的变量，根据第一次的测定值V_dc1、I₁、V_in1和第二次的测定值V_dc2、I₂、V_in2通过直接计算求出电动机与大地之间的绝缘电阻Rm。

此外，对于测定顺序，在以上的说明中示出了在断开连接电容器41的一端即正侧端子42与大地的第二开关9的状态下进行第一次测定，接着在接通第二开关9的状态下进行第二次测定的例子。然而，也可以按照与上述说明相反的顺序进行测定。即，分别存储通过两次测定得到的测定结果，最后使用两次的测定值进行运算即可，因此无论是哪个测定顺序都可以。

并且，通过运算部12中的计算求出的电动机的绝缘电阻值，除了在绝缘劣化判定部14的绝缘劣化检测判定中使用外，还作为电动机的绝缘电阻的测定结果经由绝缘电阻检测部10传递给上位控制器15。

本发明的特征在于，无论是那种情况，通过在断开和接通连接电容器41的一端即正侧端子42与大地的第二开关9的状态下进行两次测定，根据两次测定结果通过计算准确地求出断开时的半导体开关元件的等效绝缘电阻，换言之，准确地求出半导体开关元件的泄漏电流的影响，通过计算求出完全去除了半导体开关元件的泄漏电流的影响的准确的电动机的绝缘电阻值。

此外，还可以具有显示比较求出的绝缘电阻值与预先设定的基准值的绝缘劣化判定结果的显示器13。此外，还可以在每次电动机的绝缘电阻值的测定完成时，将各电动机的绝缘电阻值的测定结果与测定的日期时刻信息一起记录，并在显示器13上显示记录的日期时刻和电动机的绝缘电阻值的历史。

并且，如图4所示，也可以从绝缘电阻检测部10将电动机6的绝缘电阻值的测定结果、表示测定完成时刻的测定完成信号以及绝缘劣化判定结果发送给上位控制器15。

图10表示上位控制器15的结构例。上位控制器15是向各逆变器5提供驱动电动机6的指令的数值控制装置。上位控制器15具备：用于与各逆变器5通信的串行通信电路246、内置有对日期时刻信息进行计时的功能的微型计算机17、非易失性ROM16以及显示器13。此外，上位控制器15对每个电动机将从绝缘电阻检测部10接收到测定完成信号时的日期时刻信息与测定出的绝缘电阻值作为一一对应的信息记录在ROM16中，并且在显示器13上显示在ROM16中记录的每个电动机的过去的绝缘电阻的测定结果和日期时刻信息的历史。

用户通过操作上位控制器15，能够将从过去到现在为止的各电动机6的绝缘电阻值的每个测定日期时间的绝缘电阻值的推移显示在上位控制器15的显示器13上。或者，可以从上位控制器15内的ROM16读出数据来进行确认，因此能够对使用电动机驱动装置101的机械的预防保护发挥作用。

(实施例二)

接着，对实施例二的电动机驱动装置进行说明。图8表示实施例二的电动机驱动装置102的结构。在第二实施例中，电动机驱动装置102驱动多个电动机6a、6b，能够进行去除了流经半导体开关元件51a～56a以及51b～56b的泄漏电流的影响的准确的电动机的绝缘电阻测定以及绝缘劣化检测。

第一电动机6a与包括半导体开关元件51a～56a以及与它们反并联连接的二极管51da～56da的第一逆变器5a连接。第二电动机6b与包括半导体开关元件51b～56b以及与它们反并联连接的二极管51db～56db的第二逆变器5b连接。进行第一次测定和第二次测定，其中，所述第一次测定用于对每个电动机求出流经每个第一以及第二逆变器5a、5b的各自的半导体开关元件51a～56a、51db～56db的泄漏电流的影响以及半导体开关元件的等效绝缘电阻值，所述第二次测定用于求出第一以及第二电动机的线圈的61a～63a、61b～63b与大地之间的绝缘电阻值，根据这两次的测定结果可以分别对第一以及第二电动机6a、6b求出去除了流经半导体开关元件51a～56a、51b～56b的泄漏电流的影响的准确的电动机的绝缘电阻值。

另外，在第二实施例中，在共通的电压检测部8和第一以及第二逆变器部5a、5b的各自的第一以及第二电流检测部7a、7b中，在相同时刻同时进行第一次测定和第二次测定。

即使存在多个电动机测定次数也不变化，仅进行在接通和断开第二开关9的状态下的两次测定，就能够对每个电动机得到所有电动机的绝缘电阻值和绝缘劣化检测。

在图8所示的第二实施例的电动机驱动装置102中，一个电源部(变换器部)20与驱动第一电动机6a的第一逆变器部5a和驱动第二电动机6b的第二逆变器部5b连接。Rm1和Rm2分别是第一电动机6a和第二电动机6b的电动机的线圈61a～63a、61b～63b与大地之间的绝缘电阻值。在图8的例子中，分别对第一逆变器部5a和第二逆变器部5b设置了平滑用的电容器41a、41b，这两个电容器41a、41b并联连接，因此作为具有两个电容器的合计的静电容量的一个电容器来动作。

另外，图8表示驱动两台电动机6a、6b的电动机驱动装置的例子，但在第二实施例中，电动机的台数当然并不局限于此。

如图8所示，在第二实施例中，第一以及第二逆变器5a、5b可以共用：整流电路3，其将经由第一开关1从交流电源2供给的交流电压整流成直流电压；第二开关9，其将对整流电路3的输出平滑化的电容器41a、41b的一端即正侧端子42a、42b与大地连接；以及电压检测部8(以及将其输出变换成数字值的AD转换器21)，其测定电容器41a、41b的两端(42a、43a以及42b、43b)的电压，因此不需要针对每个电动机具有多个，而只要有一个即可。

与此相对，对每个第一以及第二电动机6a、6b、与用于驱动电动机的每对第一以及第二逆变器部5a、5b，具有多个第一以及第二电流检测部7a、7b(以及将其输出变换成数字值的AD转换器73a、73b)，对电流值使用与每个电动机对应的第一以及第二电流检测部7a、7b中的测定值，电压值使用所有电动机共通的一个电压检测部8的测定值。通过该结构，可以对每个电动机与每对驱动电动机的第一以及第二逆变器5a、5b，准确地求出流经断开时的半导体开关元件51a～56a、51b～56b的泄漏电流的影响，以及对每个电动机准确地求出半导体开关元件的等效绝缘电阻值。

另外，如上所述，在现有技术中如图1的第三开关(1010)所示，设有连接或切断各逆变器1005的电流测定电路的开关。与此相对，在本发明中如图8所示，使第一以及第二电流检测部7a、7b的分压电阻72a、72b的电阻值变大，来使在电动机运转时流过第一以及第二电流检测部7a、7b的电流变小到不会对电动机的运转产生影响的程度，从而不设置切断第一以及第二电流检测部7a、7b的开关地使第一以及第二电流检测部7a、7b始终连接。由此，取消在现有技术中所需要的逆变器数量的电流检测部的开关，实现了简单且低成本的绝缘电阻检测部。

图9表示图8的变换器部20的电压检测部8的电路和第一以及第二逆变器部5a、5b的第一以及第二电流检测部7a、7b的电路的具体结构例。无论是哪个，都是测定在检测电阻的端子间产生的电压Vs的电路，检测电阻81(或者，71a、71b)和分压电阻82(72a、72b)的电阻值是已知的，因此在第一以及第二逆变器部5a、5b中作为根据测定结果求出流过检测电阻81(或者，71a、71b)的电流值Ⅰd的电流测定电路来使用，在变换器部20中作为根据电阻的分压比求出分压电阻82与检测电阻81的串联连接的两端电压的电压测定电路来使用。

另外，变换器部20的电压检测部8的电路和第一以及第二逆变器部5a、5b的第一以及第二电流检测部7a、7b的电路的检测电阻都与一次侧电路连接。因此，将使用绝缘放大器22变换成二次电位的检测电压输入给AD转换器21(或者73a、73b)来变换成数字值。

图8中的“A/D”表示“A/D转换器”，与图9中的“A/D转换器”相同。

在图8中，通过微型计算机A～C(23、74a、74b)实现了图4的“绝缘电阻检测部”。微型计算机A～C(23、74a、74b)按照图5的例子中所示的流程图在适当的时刻输出指令，由此来实现断开第一以及第二逆变器部5a、5b的半导体开关元件51a～56a、51b～56b的动作、接通/断开第一开关1和第二开关9的动作、用于读取电压检测部8以及第一以及第二电流检测部7a、7b的测定值的AD转换器21、73a、73b的AD转换动作等测定所需要的处理。

在图8中，也通过微型计算机A～C(23、74a、74b)实现了图4的“存储器11”、“运算部12”以及“绝缘劣化判定部14”。微型计算机A～C(23、74a、74b)从各个AD转换器21、73a、73b作为数字值而读入电压检测部8和第一以及第二电流检测部7a、7b的测定结果。在本发明中进行两次测定，但直到在微型计算机A～C(23、74a、74b)内部结束最后的运算为止保持各测定值，在第二次测定后使用保持的测定值通过微型计算机B、C(74a、74b)的运算求出电动机的绝缘电阻值。比较求出的电动机的绝缘电阻值与基准值来判定绝缘劣化，还通过微型计算机B、C(74a、74b)来执行将判定结果通知给外部的处理。

在图8中，在共通的变换器部20中设置一个微型计算机A(23)，在第一逆变器部5a和第二逆变器部5b中分别设置一个微型计算机A(23)，各个微型计算机之间通过串行通信相互连接。该结构是变换器部、第一逆变器部5a以及第二逆变器部5b分别在不同的壳体内时适用的结构例。

当变换器部20和第一以及第二逆变器部5a、5b都在同一个壳体内时，通过一个微型计算机进行处理，从而可以省去计算机间的串行通信电路。或者，当只有第一以及第二逆变器部5a、5b在同一个壳体内时，也可以通过一个微型计算机处理相同壳体内的第一以及第二逆变器部5a、5b。

如图8的实施例所示，在第一以及第二电动机6a、6b的绝缘电阻测定中使用多个微型计算机时，某一个微型计算机作为第一以及第二电动机6a、6b的绝缘电阻测定动作的主机来工作，除此以外的微型计算机作为从机来工作，可以通过作为主机的微型计算机向作为从机的微型计算机指示动作，来实现绝缘电阻测定。

在本实施例中，对将变换器部20的微型计算机A(23)作为主机的情况进行说明。变换器部20的微型计算机A(23)经由串行通信电路241、242、244对所有的第一以及第二逆变器部5a、5b发出指令，使得断开第一以及第二逆变器部5a、5b的所有IGBT51a～56a、51b～56b。接收到该指令的微型计算机B(74a)和微型计算机C(74b)断开自身的逆变器的IGBT。接着，微型计算机A(23)断开第一开关1。

接着，微型计算机A(23)使第二开关9成为断开状态，进行第一次测定。具体而言，微型计算机A(23)经由串行通信电路241、242、244对所有的第一以及第二逆变器部5a、5b发出通知通过第一以及第二电流检测部7a、7b执行测定的时刻的指令。接收到该通知的第一以及第二逆变器部5a、5b的微型计算机B(74a)和微型计算机C(74b)分别从AD转换器73a、73b取得第一电流检测部7a和第二电流检测部7b的测定值。此外，在与第一以及第二逆变器部5a、5b的微型计算机B、C(74a、74b)从AD转换器73a、73b取得测定值的时刻相同的时刻，微型计算机A(23)自身也从AD转换器21取得变换器部20的电压检测部8的测定值。每个微型计算机A～C(23、74a、74b)保持并存储从AD转换器21、73a、73b取得的测定值作为第一次的测定结果。

接着，微型计算机A(23)使第二开关9成为接通状态，进行第二次测定。与第一次测定相同地，微型计算机A(23)经由串行通信电路241、242、244对所有的第一以及第二逆变器部5a、5b发出通知通过第一以及第二电流检测部7a、7b执行测定的时刻的指令。接收到该通知的第一以及第二逆变器部5a、5b的微型计算机B(74a)和微型计算机C(74b)分别从AD转换器73a、73b取得第一电流检测部7a和第二电流检测部7b的测定值。此外，在与第一以及第二逆变器部5a、5b的微型计算机B、C(74a、74b)从AD转换器73a、73b取得测定值的时刻相同的时刻，微型计算机A(23)自身也从AD转换器21取得变换器部20的电压检测部8的测定值。每个微型计算机A～C(23、74a、74b)保持并存储从AD转换器21、73a、73b取得的测定值作为第二次的测定结果。第二次测定完成后，微型计算机A(23)使第二开关9恢复到断开状态。

第二次测定完成后，微型计算机A(23)经由串行通信电路241、242、244对所有的第一以及第二逆变器5a、5b发送通过变换器部20的电压检测部8测定出的第一次和第二次的测定值。

当第一以及第二逆变器部5a、5b的微型计算机B(74a)和微型计算机C(74b)经由串行通信电路241、242、244接收到变换器部20的电压检测部8的第一次和第二次测定值后，使用其自身保持的第一电流检测部7a和第二电流检测部7b的第一次和第二次的测定值、经由串行通信电路241、242、244接收的变换器部20的电压检测部8的第一次和第二次的测定值，微型计算机B(74a)通过运算算出第一电动机6a的绝缘电阻值Rm1，微型计算机C(74b)通过运算算出第二电动机6b的绝缘电阻值Rm2。

微型计算机B(74a)和微型计算机C(74b)将分别通过运算得出的电动机的绝缘电阻值和表示测定完成时刻的测定完成信号经由串行通信电路243、245、246通知给上位控制器15。此外，比较得到的电动机的绝缘电阻值与预先设定的基准值，也将判定绝缘劣化程度而得的绝缘劣化判定结果经由串行通信电路243、245、246通知给上位控制器15。

上位控制器15的结构例如图10的说明所示。上位控制器15除了将经由串行通信电路243、245、246接收的绝缘劣化判定结果显示在显示器13上外，对每个第一以及第二电动机6a、6b将接收测定完成信号时的日期时刻信息与绝缘电阻值的测定结果作为一一对应的信息记录在ROM16中。此外，将记录在ROM16中的每个电动机的过去的绝缘电阻测定结果和日期时刻信息显示在显示器13上。

上述的基准值，针对每个电动机设置多个基准值，使得能够对微型计算机B(74a)和微型计算机C(74b)从外部设定任意值。例如，配合要使用的机械或装置等，从外部预先设定将20[MΩ]设成警告水平，将2[MΩ]设成警报水平的两个基准值，如果设成作为测定结果而得到的电动机的绝缘电阻值在20[MΩ]以下时通知警告，为2[MΩ]时通知警报，则即使机械等的使用者不具备判断绝缘劣化程度的专门知识，也能够根据通知内容来判断电动机的绝缘劣化程度。

此外，当根据电动机想要变更警告水平或警报水平时，通过变更对每个电动机设定的基准值可以应对。

如图8所示，可以针对每个电动机在第一以及第二逆变器5a、5b的各自的微型计算机B、C(74a、74b)中设置该运算部和判定部，也可以通过一个运算部和判定部来进行多个电动机的运算和判定。

另外，所有第一以及第二逆变器部5a、5b能够共通接收：变换器部20的微型计算机A(23)经由串行通信电路241、242、244对所有第一以及第二逆变器部5a、5b发送的、测定前断开第一以及第二逆变器部5a、5b的所有IGBT51a～56a、51b～56b的指令、表示在第二次测定中通过第一以及第二逆变器部5a、5b使电流测定动作的时刻的指令、第二次测定完成后向第一以及第二逆变器部5a、5b发送的变换器部20中的电压测定值。此外，当第一以及第二逆变器部5a、5b从变换器侧20经由串行通信电路241、242、244接收对所有的第一以及第二逆变器5a、5b共通的指令和数据时，所有的第一以及第二逆变器部5a、5b在已决定的时刻进行上述已决定的动作。

尤其在不同的壳体内构成了多个逆变器部(5a、5b、……)和变换器部20的电动机驱动装置的情况下，可以考虑与一个变换器部20连接的逆变器部(5a、5b、……)的数量与经由逆变器部连接的电动机(6a、6b、……)的数量的各种组合。然而，通过利用上述结构，无论与变换器部20连接的逆变器部的数量和电动机的数量如何组合，都不需要特别的设定或连接的变更，能够进行经由多个逆变器部与相同变换器部连接的所有的电动机的绝缘电阻测定和绝缘劣化检测。

根据本发明，与现有技术相比，能够高精度地检测电动机的绝缘电阻的劣化状态。

Claims (4)

1.一种电动机驱动装置，其特征在于，具有：

整流电路(3)，其将经由第一开关(1)从交流电源(2)供给的交流电压整流成直流电压；

电源部(4)，其通过电容器(41)将由所述整流电路整流后的直流电压平滑化；

逆变器部(5)，其将由所述电源部平滑化后的直流电压通过半导体开关元件的开关动作变换成交流电压来驱动电动机；

电流检测部(7)，其测定流过电阻器(71)的电流值，所述电阻器一端与所述电动机的线圈连接，另一端与所述电容器的一方的端子连接；

电压检测部(8)，其测定所述电容器两端的电压值；

第二开关(9)，其将所述电容器另一方的端子接地；以及

绝缘电阻检测部(10)，其使用在停止电动机的运转、将所述第一开关断开、并且将所述第二开关断开的状态和接通的状态这两个状态下测定出的两组所述电流值以及所述电压值，来检测电动机的线圈与大地之间的电阻即电动机的绝缘电阻值。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，还具有：

存储器(11)，其存储电动机的绝缘电阻值的基准值；

运算部(12)，其比较所述绝缘电阻检测部检测出的所述绝缘电阻值与预先设定的基准值；以及

显示器(13)，其显示所述运算部比较出的结果。

3.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，

每次测定绝缘电阻值时，将通过所述绝缘电阻检测部检测出的绝缘电阻值和与测定绝缘电阻时的日期以及时刻相关的信息一起进行记录。

4.一种电动机的绝缘电阻检测方法，其特征在于，

具有如下步骤：

整流电路(3)将经由第一开关(1)从交流电源(2)供给的交流电压整流成直流电压的步骤；

电源部(4)通过电容器(41)将由所述整流电路整流后的直流电压平滑化的步骤；

逆变器部(5)将由所述电源部平滑化后的直流电压通过半导体开关元件的开关动作变换成交流电压来驱动电动机的步骤；

设置将所述电容器一方的端子接地的第二开关(9)的步骤；

停止电动机的运转，断开所述第一开关的步骤；

断开所述第二开关(9)，电压检测部(8)测定所述电容器两端的电压值，电流检测部(7)测定流过电阻器(71)的电流值的步骤，其中，所述电阻器一端与所述电动机的线圈连接，另一端与所述电容器的另一方的端子连接；

接通所述第二开关(9)，电压检测部(8)测定所述电容器两端的电压值，电流检测部(7)测定流过电阻器(71)的电流值的步骤，其中，所述电阻器一端与所述电动机的线圈连接，另一端与所述电容器的另一方的端子连接；以及

使用在将所述第二开关(9)断开的状态和接通的状态这两个状态下测定出的两组所述电流值以及所述电压值，来检测电动机的线圈与大地之间的电阻即电动机的绝缘电阻值的步骤。