JP2002139535A - グラウンド漏れ電流検知によるモータ絶縁フォールト検知方法 - Google Patents

グラウンド漏れ電流検知によるモータ絶縁フォールト検知方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータの導体の絶縁のフォールトを検出す
る。 【解決手段】 モータコントローラ回路のグラウンドワ
イヤケーブルを流れるコモンモード漏れ電流が小さい変
流器により検知され、検知された電流から単極ローパス
フィルタにより平均漏れ電流が生成されＰＷＭ信号に変
換される。パルスジェネレータはこのＰＷＭ信号の立ち
上がりおよび立ち下がりエッジでパルス信号を生成す
る。レベルシフタ対は立ち上がりエッジおよび立ち下が
りエッジパルス信号を浮遊高圧側電圧からグラウンドを
基準とする電圧に遷移させる。パルス再生回路はこのレ
ベルシフトされたパルス信号からデューティサイクルが
コモンモード漏れ電流に対して変化するＰＷＭ信号が生
成され、デジタル信号プロセッサにによりモータ絶縁劣
化の程度が計算され判定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】（発明の背景） （発明の属する技術分野）本発明は、モータの導体の絶
縁のフォールトを検出するシステムに関し、具体的に
は、モータコントローラ回路のグラウンドワイヤケーブ
ルを流れるグラウンド漏れ電流を検知することにより絶
縁フォールトを検出するシステムに関する。
【０００２】（関連技術の説明）ＰＷＭインバータモー
タ駆動システムの高dv/dtスイッチングに起因して、モ
ータ駆動システムにおけるコモンモード漏れ電流がマル
チプルパスを流れる。
【０００３】図１はモータ駆動システムの一般化回路を
示す。図１に示すように、コモンモード漏れパスは、 １．グラウンドされたヒートシンクと高電圧スイッチン
グデバイス（例えば、ＩＧＢＴ等）との間の容量（図１
に２で示す）と、 ２．モータリード（lead）ケーブルと、グラウンドされ
た導体またはケーブルトレイとの間の容量（図１に４で
示す）と、 ３．モータのステータ巻線とモータフレームとの間の絶
縁材による容量（図１に６で示す）とに存在する。
【０００４】漏れパス２および４は、ＡＣモータ駆動イ
ンバータシステムの動作中において時間的な変動はな
い。よって、容量結合パス２に対しては、スイッチング
時（dv/dt）の電圧変動率は、ゲート駆動インピーダン
スが変化しない限り、時間とエイジング（aging）との
関数として変動しない。よって、コモンモード漏れ電流
は時間的に変動しない。同様にして、容量結合パス４に
関しては、モータリードケーブリングが時間的に変動し
ないので、容量結合パスに関係するコモンモード漏れ電
流も変動しない。
【０００５】しかし、容量結合６、すなわち、モータス
テータ巻線とフレームとの間の絶縁材による容量は、当
該モータ内の絶縁劣化により時間的に変動することにな
る。絶縁破壊によりモータが動作できなくならないよう
にこの絶縁劣化を検出することが重要になる。
【０００６】（発明の概要）本発明は、モータコントロ
ーラ回路のグラウンドワイヤケーブルを流れる漏れ電流
をモニタしてモータ絶縁劣化を検出する回路を提供す
る。具体的には、モータ絶縁が劣化するにつれて、モー
タ絶縁の電気的な特性も変化していく。コモンモード漏
れ電流が増加するときに、モータフレームからのグラウ
ンドケーブルにおいて、この絶縁劣化が明らかになる。
当該モータの寿命が尽きたとき、コモンモード漏れ電流
が意味を持ち、モータ駆動コントロールシステムにより
検出することができる。
【０００７】そこで、本発明は、モータコントローラ回
路のグラウンドワイヤケーブルを流れる漏れ電流をモニ
タしてモータ絶縁劣化を検出する回路を提供する。
【０００８】本発明の第１の実施の形態において、本発
明に係る回路に含まれるものとしては、グラウンドワイ
ヤケーブルを流れる電流を検知するための電流センサ
（例えば、小さい変流器）と、検知された漏れ電流から
平均漏れ電流信号を生成するための単極ローパスフィル
タと、電流変流器とローパスフィルタに接続したＰＷＭ
回路であって、コモンモード漏れ電流を表すＰＷＭ信号
を生成するＰＷＭ回路と、ＰＷＭ信号を受信し、ＰＷＭ
信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジでパルス信
号を生成するパルスジェネレータと、生成されたパルス
信号の電圧レベルを、浮遊高圧レベルからグラウンドを
基準とする電圧レベルに遷移させるレベルシフタ対と、
レベルシフトされたパルス信号を受信し、グラウンド電
圧レベルを基準とするＰＷＭ信号を再生し、再生された
ＰＷＭ信号はコモンモード漏れ電流値を表しており、モ
ータ絶縁劣化の程度を判定するためマイクロコントロー
ラまたはデジタルプロセッサに直接入力できるパルス再
生回路とを有する。
【０００９】本発明の第２の実施の形態では、トロイダ
ルコアに捲回した２次巻線が、アクティブＥＭＩフィル
タに接続した巻線の他に、グラウンドワイヤケーブルを
流れるコモンモード漏れ電流信号を検知するため用いら
れている。本実施の形態では、その利点としては、グラ
ウンドを基準とする低圧側でコモンモード漏れ信号が生
成され、したがって、検知された信号が遷移されること
なく、単にコンディションされ、ピークディテクタ回路
に供給され、ピークディテクタ回路の出力が閾値と比較
され、絶縁フォールトトリップ信号が生成される。
【００１０】本発明の第３の実施の形態では、コモンモ
ード漏れ電流はグラウンドバスではなくＤＣバスリンク
に位置する変流器コアにより検知される。このような構
成により、ノーマルモード電流は自動的に相殺され、コ
モンモード電流のみが検知される。
【００１１】本発明のその他の特徴と利点は添付図面を
参照した次のような説明により明らかになる。
【００１２】（実施の形態の詳細な説明）図２を説明す
る。モータコントローラ１０が本発明に係る検知回路１
２とともに図示してある。モータコントローラはＡＣラ
イン入力を整流器１４とインバータ１６により処理し、
アクティブＥＭＩフィルタ１８を含んでいる。モータコ
ントローラ１０は図２に示すようにヒートシンク２０に
取り付けてある。
【００１３】モータ絶縁劣化検知回路１２は小さい変流
器２２を利用して、モータのグラウンドワイヤケーブル
２４を流れるコモンモード漏れ電流ＩCOMMON MODEを検
出する。
【００１４】図３を説明する。検知回路１２は単極ロー
パスフィルタ２８を利用して、平均漏れ電流信号ＩFILT
を生成する。この平均漏れ電流信号はデジタル化（ＰＷ
Ｍ）回路３０に供給される。このデジタル化回路３０で
は、この平均漏れ電流信号は、生成された鋸歯波と比較
される。このＰＷＭ信号はパルスジェネレータ３２に供
給され、パルスジェネレータ３２により、このＰＷＭ信
号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジでパルス
が生成される。生成されたパルス信号の電圧レベルはレ
ベルシフタ３４，３６により浮遊高電圧からグラウンド
レベルにされる。パルス再生回路３８は出力としてディ
スクリートのＰＷＭ信号を生成する。パルス再生回路３
８の出力信号はデューティサイクルがコモンモード漏れ
電流ＩCO MMON MODE値に対して変動する。このような信
号がマイクロコントローラまたはデジタル信号プロセッ
サに直接供給され、モータ絶縁劣化の程度が計算され判
定される。
【００１５】図４はフォールト検出回路４０を示す。フ
ォールト検出回路４０はコモンモード漏れ電流信号ピッ
クアップとしてのトロイダルコア４４に巻線４２を設け
ることにより実現される。都合よく、信号は高圧側の浮
遊電圧４６から低圧側のグラウンド４８に遷移される。
このグラウンド４８は負ＤＣバス電圧に対しても基準に
なる。巻線４２は自動的にレベルを遷移するので、図４
に示すような(「ＤＣバス(-)」)は必要でない。巻線４
２からの漏れ電流信号はピークディテクタ回路５２の後
段にある信号コンディショニング回路５０に供給され
る。ピークディテクタ回路５２の出力はアナログ信号５
４であって、デジタルまたはマイクロコントローラシス
テムのアナログ・デジタルコンバータで直接インタフェ
ースできる。
【００１６】このアナログ出力信号５４もコンパレータ
５６により、予め定めた絶縁フォールト閾値レベル５８
と比較され、絶縁フォールトトリップ信号が生成され
る。
【００１７】図５は本発明の実施の形態を示す。図５の
モータコントローラ回路６０では、コモンモード漏れ電
流が、グラウンドバスではなく、ＤＣバスに位置する変
流器コア６２により検知される。
【００１８】図５のモータコントローラ回路６０は整流
器６４とインバータ６６を含む。ＤＣバスワイヤはとも
にコモンモード漏れ電流ピックアップコアに巻き付けて
ある。そのため、ノーマルモード電流は全て自動的に相
殺され、コモンモード電流コンポーネントのみが出力さ
れる。センサは図５に変流器コア６２として示す。変流
器コア６２はフェライトまたは磁性体変流器コアである
必要はない。変流器コア６２はＡＭＲ（Anisotopic Mag
neto Resistive）検知エレメントか、Hall効果センサ
か、コモンモード電流を検知できるものであれば他のデ
バイスでもよい。
【００１９】以上、本発明を本発明に係る実施の形態に
関係させて説明したが、当業者にとっては、当然、種々
の変更や他の利用が可能である。よって、本発明は上記
開示に限定されるものではなく、特許請求の範囲にのみ
限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般化したモータコントローラ回路を種々のコ
モンモード電流漏れパスとともに示す図である。
【図２】本発明に係るコモンモード漏れ電流検知回路の
第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】図２の検知回路をより詳細に示すブロック図で
ある。
【図４】本発明に係るフォールト検出回路の他の実施の
形態を示すブロック図である。
【図５】本発明に係るフォールト検出回路のさらに他の
実施の形態を示すブロック図である。
フロントページの続き (72)発明者 高橋 敏男 アメリカ合衆国 90275 カリフォルニア 州 ランチョ パロス ヴァーデス フリ ーポート ロード 27145 Ｆターム(参考） 2G014 AA16 AA17 AB07 AC18 2G015 AA14 BA04 CA05 CA20 2G016 BA03 BB03 BC02 BD07 BD13 5H576 CC05 DD02 DD04 EE11 HA04 HB01 JJ26 JJ29 LL22 LL56 LL60 MM20

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モータコントローラ回路により駆動され
    るモータのステータ巻線の絶縁劣化を検出する方法にお
    いて、 前記モータコントローラ回路の検知回路を用いてコモン
    モード漏れ電流を検出するステップと、 検出されたコモンモード漏れ電流とフォールト閾値とを
    比較するステップとを備えたことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 モータコントローラ回路のグラウンドワ
    イヤケーブルに流れるコモンモード漏れ電流を検出する
    ことによりモータ絶縁劣化を検出する回路において、 前記モータコントローラ回路のグラウンドワイヤケーブ
    ルを流れるコモンモード漏れ電流を検出する電流センサ
    と、 前記電流センサにより検出されたコモンモード漏れ電流
    から平均漏れ電流信号を生成する単極ローパスフィルタ
    と、 前記平均漏れ電流信号を、前記コモンモード漏れ電流を
    表すＰＷＭ信号に変換するＰＷＭ回路と、 前記ＰＷＭ信号を受信し、該ＰＷＭ信号の立ち上がりお
    よび立ち下がりエッジでパルス信号を生成するパスジェ
    ネレータと、 前記パルス信号の電圧レベルを浮遊高圧側レベルからグ
    ラウンドを基準とする電圧レベルに遷移させるレベルシ
    フタ対と、 レベルシフトされたパルス信号を受信するパルス再生回
    路であって、コモンモード漏れ電流値を表すＰＷＭ信号
    であり、マイクロコントローラまたはデジタル信号プロ
    セッサに直接入力してモータ絶縁劣化の程度を判定する
    ことができるＰＷＭ信号を、前記グラウンドを基準とす
    る電圧レベルで再生するパルス再生回路とを備えたこと
    を特徴とする検知回路。
  3. 【請求項３】 請求項２において、前記電流センサは変
    流器コアであることを特徴とする検知回路。
  4. 【請求項４】 請求項２において、前記電流センサはグ
    ラウンドバスに位置させたことを特徴とする検知回路。
  5. 【請求項５】 モータのグラウンドワイヤケーブルから
    コモンモード漏れ電流を検知回路を用いて検出すること
    によりモータ絶縁劣化を検出する回路において、 グラウンドワイヤケーブルの電流を検知する電流センサ
    であり、アクティブＥＭＩフィルタ増幅器に接続した１
    次巻線と、グラウンドワイヤケーブルを流れるコモンモ
    ード漏れ電流信号を検知するための２次巻線とを有する
    電流センサと、 前記電流センサにより検知されたピーク電流を検出しホ
    ールドするピークディテクタ回路と、 ピーク電流と予め定めた電圧閾値レベルとを比較して絶
    縁フォールトトリップ信号を生成するフォールトコンパ
    レータとを備えたことを特徴とする回路。
  6. 【請求項６】 モータコントローラ回路により駆動され
    るモータのステータ巻線のモータ絶縁劣化を、コモンモ
    ード漏れ電流を検出することにより検出する回路におい
    て、 前記モータコントローラ回路のＤＣバスの正バスワイヤ
    と負バスワイヤを受け取る変流器コアであり、コモンモ
    ード漏れ電流を検出する巻線を有する変流器コアであ
    り、ノーマルモード電流が相殺される変流器コアと、 前記コモンモード漏れ電流と予め定めた閾値とを比較し
    て、モータ絶縁劣化が予め定めた限界をいつ超えたかを
    判定する回路とを備えたことを特徴とする回路。
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