JP2008157672A - モータの絶縁劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源部のコンデンサをモータ絶縁劣化検出用の電源として利用するとともに、コンデンサ両端電圧の任意の値に対して絶縁抵抗の検出を可能にしたモータ絶縁劣化検出装置を提供する。
【解決手段】モータ絶縁劣化検出装置が、コンデンサＣの一端を大地に接続する第一の接点ＳＷ１と、コンデンサＣの他端を、検出抵抗Ｒ１を介してモータコイルに接続する第二の接点ＳＷ２と、第一の接点ＳＷ１、コンデンサＣ、第二の接点ＳＷ２、検出抵抗Ｒ１、モータコイル及び大地で形成される閉回路に流れる電流を検出抵抗Ｒ１で検出する手段と、コンデンサＣの両端電圧を検出する手段と、その電流検出値とその電圧検出値とに基づいて絶縁抵抗値を計算する手段１０８と、を具備するように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータにおける絶縁の劣化を検出する装置に関する。

モータの安定した稼動を確保するためには、時間とともに劣化が進行する絶縁の状態を監視し、絶縁が劣化したと判断された時点で適切な対策を施すことが肝要である。かかる観点から、モータにおける絶縁の劣化を検出するための装置が従来から提案されている。例えば、下記特許文献１には、交流電源からの交流を直流に整流する際に使用される平滑コンデンサをモータ絶縁抵抗判定用の電源として利用する装置が開示されている。

図１は、特許文献１に示されるような従来のモータ絶縁劣化検出装置を説明すべく、その構成を周辺回路とともに示すブロック図である。同図においては、三相交流電源からの交流出力が電磁接触器接点ＭＣＣ及び整流回路を介して平滑コンデンサＣに供給されることで、コンデンサＣが充電せしめられる。充電が完了した状態でモータ駆動制御装置が電磁接触器接点ＭＣＣを開く。すると、コンデンサＣに蓄えられた電荷は、抵抗Ｒ３及びＲ４を通して放出されていく。

その際、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点の電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較する第一の比較器が設けられることで、コンデンサＣの電圧が所定の電圧まで低下したことが検出される。そして、その時点で測定開始信号が第一の比較器から絶縁劣化検出コントローラに送出され、それを受けた絶縁劣化検出コントローラは、接点ＳＷ１及びＳＷ２を閉じる。

接点ＳＷ１及びＳＷ２が閉じられると、コンデンサＣ、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、モータコイル及びモータ絶縁抵抗Ｒｍを通る閉回路が形成される。そして、この閉回路を流れる電流に比例する抵抗Ｒ１の両端電圧が、絶縁劣化検出用アンプで増幅される。その増幅された信号電圧が第二の比較器において基準電圧Ｖｒｅｆ２より大きいと判定された場合、すなわち、所定のコンデンサ電圧に対して漏洩電流が所定値を超える場合、絶縁劣化検出信号が出力される。

上記従来技術では、コンデンサ両端の電圧が所定の電圧になるタイミングで測定を行うようになっている。この手法は、簡潔であるが、次の問題を有する。すなわち、コンデンサ両端の電圧が決められた値に下降してくるまで測定を開始することができず、測定時間にムラが生じる。また、抵抗Ｒ３及びＲ４により分圧された電圧が最初から基準値Ｖｒｅｆ１以下である場合、測定を行うことができない。さらに、電源電圧に応じて、基準値を切り替える必要がある。

特許第３７５１３００号公報

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチを介して交流電源から供給される電力を整流回路で整流し且つコンデンサで平滑化する電源部と、該電源部からの直流電圧をモータ駆動用交流電圧に変換するモータ駆動アンプと、を備えるモータ駆動装置によって駆動されるモータにおける絶縁劣化検出装置であって、当該コンデンサをモータ絶縁劣化検出用の電源として利用するとともにコンデンサ両端電圧の任意の値に対して絶縁抵抗の判定を可能にしたものを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、スイッチを介して交流電源から供給される電力を整流回路で整流し且つコンデンサで平滑化する電源部と、該電源部からの直流電圧をモータ駆動用交流電圧に変換するモータ駆動アンプと、を備えるモータ駆動装置によって駆動されるモータにおける絶縁の劣化を検出する装置であって、前記コンデンサの一端を大地に接続する第一の接点と、前記コンデンサの他端を、検出抵抗を介してモータコイルに接続する第二の接点と、前記モータ駆動装置からの前記スイッチをオフとする信号に基づいて前記第一の接点及び前記第二の接点をオンとする手段と、前記第一の接点、前記コンデンサ、前記第二の接点、前記検出抵抗、前記モータコイル及び大地で形成される閉回路に流れる電流を前記検出抵抗で検出する電流検出手段と、前記コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段の検出値と前記電圧検出手段の検出値とに基づいて絶縁抵抗値を計算する計算手段と、を具備することを特徴とする、モータの絶縁劣化検出装置が提供される。

一つの好適な態様では、この絶縁劣化検出装置は、前記計算手段によって計算された絶縁抵抗値を基準値と比較し、該絶縁抵抗値が該基準値より小さい場合に絶縁劣化検出信号を出力する。

本発明によるモータ絶縁劣化検出装置においては、電源となるコンデンサ及び絶縁抵抗を含む閉回路に流れる電流とコンデンサの両端電圧とが検出され、それらに基づいて絶縁抵抗値が計算されるため、コンデンサの両端電圧がどのような値を持つときでも、モータの絶縁劣化を検出することが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図２は、本発明によるモータ絶縁劣化検出装置の一実施形態を周辺回路とともに示すブロック図である。同図において、符号１００はモータ絶縁劣化検出装置、符号２１０はモータ駆動制御装置、符号２２０は電源部、符号２３０はモータ駆動アンプ、符号３１０は三相交流電源、符号ＭＣＣは電磁接触器接点、符号３２０はモータ、符号Ｒｍはモータの絶縁抵抗、をそれぞれ示す。ここで、モータ駆動制御装置２１０、電源部２２０及びモータ駆動アンプ２３０は、モータ駆動装置を構成する。

電源部２２０は、整流回路２２２及び平滑コンデンサＣを備え、スイッチとしての電磁接触器接点ＭＣＣを介して三相交流電源３１０から供給される電力を整流し平滑化して直流電力を出力する。モータ駆動アンプ２３０は、トランジスタとそれに逆並列接続されたダイオードとの組を６組備えた三相電圧型ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータとして構成され、電源部２２０からの直流電圧をモータ駆動用交流電圧に変換してモータ３２０を駆動する。

絶縁劣化検出装置１００は、接点ＳＷ１及びＳＷ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４（各抵抗値もそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４で表す。）、絶縁劣化検出コントローラ１０２、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０４、絶縁劣化検出用アンプ１０６、演算器１０８、並びに比較器１１０を備える。ここで、接点ＳＷ１は、コンデンサＣの一端を大地に接続するために使用される。また、接点ＳＷ２は、コンデンサＣの他端を、抵抗Ｒ１及びＲ２を介してモータ３２０のコイルに接続するために使用される。抵抗Ｒ３及びＲ４は、コンデンサＣの両端電圧を分圧する。

絶縁劣化検出コントローラ１０２は、モータ駆動制御装置２１０からの信号を受けて接点ＳＷ１及びＳＷ２を制御する。Ａ／Ｄ変換器１０４は、抵抗Ｒ３及びＲ４により分圧された電圧をアナログ値からデジタル値に変換して演算器１０８に送出する。アンプ１０６は、電流検出抵抗としての抵抗Ｒ１の両端電圧を増幅して演算器１０８に送出する。また、演算器１０８は、Ａ／Ｄ変換器１０４の出力とアンプ１０６の出力とに基づいてモータ３２０の絶縁抵抗Ｒｍの値（この値もＲｍで表す。）を計算する。そして、比較器１１０は、演算器１０８の出力が基準電圧Ｖｒｅｆより小さい場合に絶縁劣化検出信号を出力する。以下、絶縁劣化検出装置１００の動作について説明する。

図３は、図２に示される絶縁劣化検出装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。まず、コントローラ１０２は、モータ駆動制御装置２１０から電磁接触器接点ＭＣＣをオフとする信号が送出されたことを検出して接点ＳＷ１及びＳＷ２をオンとする（ステップ４０２）。

ここで、モータ３２０のコイルと大地との間に絶縁抵抗Ｒｍが存在するため、接点ＳＷ１及びＳＷ２が閉じられると、接点ＳＷ１、コンデンサＣ、接点ＳＷ２、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、モータコイル及び大地を介する閉回路が形成される。したがって、この閉回路に流れる電流をＩ、コンデンサＣの両端電圧をＶ、閉回路の抵抗をＲｔとすれば、キルヒホッフの電圧側より、Ｖ＝Ｒｔ×Ｉ、が成立する。また、接点ＳＷ１、接点ＳＷ２及びモータコイルの各抵抗は無視することができるため、Ｒｔ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒｍ、が成立する。

次いで、演算器１０８は、Ａ／Ｄ変換器１０４の出力を（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ４倍することでコンデンサＣの両端電圧Ｖを求める（ステップ４０４）。次いで、演算器１０８は、アンプ１０６の出力値を抵抗値Ｒ１で除すことにより、抵抗Ｒ１を流れる電流、すなわち、閉回路に流れる電流Ｉを求める（ステップ４０６）。

次いで、演算器１０８は、電圧Ｖを電流Ｉで除すことにより、抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲｍの直列結合による合成抵抗値Ｒｔ（＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒｍ）を求める（ステップ４０８）。次いで、演算器１０８は、合成抵抗値Ｒｔより既知の抵抗値Ｒ１及びＲ２を減じることにより（Ｒｔ−（Ｒ１＋Ｒ２））、絶縁抵抗値Ｒｍを求め、その値に応じた信号電圧を出力する（ステップ４１０）。

最後に、比較器１１０は、演算器１０８からの出力信号電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、出力信号電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより小さい場合、すなわち絶縁抵抗値Ｒｍが基準抵抗値よりも小さい場合に、絶縁劣化検出信号を出力する（ステップ４１２）。

図４は、図２に示される絶縁劣化検出装置の動作のもう一つの例を示すフローチャートである。まず、コントローラ１０２は、モータ駆動制御装置２１０から電磁接触器接点ＭＣＣをオフとする信号が送出されたことを検出して接点ＳＷ１及びＳＷ２をオンとする（ステップ５０２）。接点ＳＷ１及びＳＷ２が閉じられると、前述の閉回路が形成される。

次いで、演算器１０８は、アンプ１０６の出力値を抵抗値Ｒ１で除すことにより、抵抗Ｒ１を流れる電流Ｉ、すなわち、当該閉回路に流れる電流Ｉを求める（ステップ５０４）。次いで、演算器１０８は、コンデンサＣの両端電圧が固定値Ｖｏであると仮定して、固定値Ｖｏを電流Ｉで除すことにより、抵抗値Ｒｏ（＝Ｖｏ／Ｉ）を求める（ステップ５０６）。

次いで、演算器１０８は、Ａ／Ｄ変換器１０４の出力を（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ４倍することでコンデンサＣの両端電圧Ｖを求め、電圧Ｖを固定値Ｖｏで除すことにより、倍率Ａ（＝Ｖ／Ｖｏ）を求める（ステップ５０８）。次いで、演算器１０８は、Ａ×Ｒｏ−（Ｒ１＋Ｒ２）、なる演算を実行して、絶縁抵抗値Ｒｍを求め、その値に応じた信号電圧を出力する（ステップ５１０）。なお、Ａ×Ｒｏ（＝Ｖ／Ｉ）は、抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲｍの直列結合による合成抵抗値Ｒｔ（＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒｍ）を表している。

最後に、比較器１１０は、演算器１０８からの出力信号電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、出力信号電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより小さい場合、すなわち絶縁抵抗値Ｒｍが基準抵抗値よりも小さい場合に、絶縁劣化検出信号を出力する（ステップ５１２）。

以上の実施形態においては、図１に示される従来技術と異なり、コンデンサの両端電圧に対応する値がＡ／Ｄ変換され演算器に入力されて、モータの絶縁抵抗値が計算されるため、コンデンサの両端電圧がどのような値を持つときでも、モータの絶縁劣化を検出することが可能となる。

従来のモータ絶縁劣化検出装置の構成例を周辺回路とともに示すブロック図である。 本発明によるモータ絶縁劣化検出装置の一実施形態を周辺回路とともに示すブロック図である。 図２に示される絶縁劣化検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図２に示される絶縁劣化検出装置の動作のもう一つの例を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 絶縁劣化検出装置
ＳＷ１、ＳＷ２ 接点
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 抵抗
１０２ 絶縁劣化検出コントローラ
１０４ アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器
１０６ 絶縁劣化検出用アンプ
１０８ 演算器
１１０ 比較器
２１０ モータ駆動制御装置
２２０ 電源部
２２２ 整流回路
Ｃ 平滑コンデンサ
２３０ モータ駆動アンプ
３１０ 三相交流電源
ＭＣＣ 電磁接触器接点
３２０ モータ
Ｒｍ モータの絶縁抵抗

Claims (2)

1. スイッチを介して交流電源から供給される電力を整流回路で整流し且つコンデンサで平滑化する電源部と、該電源部からの直流電圧をモータ駆動用交流電圧に変換するモータ駆動アンプと、を備えるモータ駆動装置によって駆動されるモータにおける絶縁の劣化を検出する装置であって、
   前記コンデンサの一端を大地に接続する第一の接点と、
   前記コンデンサの他端を、検出抵抗を介してモータコイルに接続する第二の接点と、
   前記モータ駆動装置からの前記スイッチをオフとする信号に基づいて前記第一の接点及び前記第二の接点をオンとする手段と、
   前記第一の接点、前記コンデンサ、前記第二の接点、前記検出抵抗、前記モータコイル及び大地で形成される閉回路に流れる電流を前記検出抵抗で検出する電流検出手段と、
   前記コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電流検出手段の検出値と前記電圧検出手段の検出値とに基づいて絶縁抵抗値を計算する計算手段と、
   を具備することを特徴とする、モータの絶縁劣化検出装置。
2. 前記計算手段によって計算された絶縁抵抗値を基準値と比較し、該絶縁抵抗値が該基準値より小さい場合に絶縁劣化検出信号を出力する、請求項１に記載のモータの絶縁劣化検出装置。

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