JP2012093169A

JP2012093169A - モータの絶縁劣化検出装置

Info

Publication number: JP2012093169A
Application number: JP2010239598A
Authority: JP
Inventors: Mahito Unno; 真人海野; Tomonori Sato; 智紀佐藤
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-05-17

Abstract

【課題】簡単な構成で、安価に製作でき、かつ、検出に手間がかからず、絶縁劣化の進行程度が低くても検出が可能なモータの絶縁劣化検出装置を提供する。
【解決手段】コンデンサ６を有する直流電源５の負側母線１２をアースＧ１に接続する地絡用のスイッチ１６と、このスイッチ１６を、電源スイッチ１がオン状態からオフ状態に切り換わるときにオンとする地絡用スイッチ制御手段１７を設ける。直流電源５の出力電圧を検出する電圧検出器１８と、直流電源５の正側母線１１の出力端からモータ７の入力端までの回路部分に、電流検出器１９を設ける。電圧検出器１８と電流検出器１９の検出値から、モータ７のアースＧ２に対する絶縁部７ｂの絶縁抵抗Ｒｘを検出する絶縁抵抗検出手段２０を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、リニアモータや回転形モータとなる同期モータ，誘導モータ等の交流モータの制御回路に適用され、モータの地絡経路の絶縁抵抗の劣化を検出するモータの絶縁劣化検出装置に関する。

モータの漏電は、モータの過熱による周辺機器への影響や、製造ラインの停止等に繋がる。そのため、絶縁劣化が進行するまでに、事前に検出することが望まれる。モータの絶縁劣化を検出する方法として、漏電電流を検出する方法と、モータの電路の使用を停止し、モータの絶縁抵抗を測定する装置を使用する方法とがある。

特開平９−３３５９５号

前記漏電検出器で検出する方法は、漏電電流がかなり大きな段階でしか検出できないとう問題点がある。また、絶縁抵抗を測定する装置を用いる方法は、測定装置が高価であり、また測定に手間がかかるという問題点がある。

この発明の目的は、簡単な構成で安価に製作でき、かつ検出に手間がかからず、絶縁劣化の進行程度が低くても検出が可能なモータの絶縁劣化検出装置を提供することである。

この発明の他の目的は、共通の直流電源に、複数のモータが接続された場合や、あるいはそれぞれ各相のコイルを有する複数の固定子コイルが接続された場合にも検出可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、モータの個々の相のコイルの絶縁劣化の検出を可能とすることである。

この発明のモータの絶縁劣化検出装置は、電源スイッチを介して交流電源から供給された電力を整流回路で整流し、コンデンサで平滑化する直流電源と、この直流電源の出力する直流電力を、モータの各相のコイルに供給する交流電力に変換するインバータとを備えたモータ駆動回路において、前記直流電源の負側母線をアースに接続する地絡用のスイッチと、この地絡用のスイッチを、前記電源スイッチがオン状態からオフ状態に切り換わるときにオンとする地絡用スイッチ制御手段と、前記直流電源の出力電圧を検出する電圧検出器と、前記直流電源の正側母線の出力端から前記モータの入力端までの回路部分に設けられた電流検出器と、これら電圧検出器と電流検出器の検出値から前記モータのアースに対する絶縁部の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出手段とを備える。

この構成によると、直流電源の入力部の電源スイッチがオフとなったときに、前記地絡用スイッチ制御手段により地絡用のスイッチがオンとされ、蓄電状態にある平滑用のコンデンサと、モータのアースに対する絶縁部とが、前記地絡用のスイッチとアースを介して閉回路を形成する。そのため、モータが絶縁劣化を生じていると、平滑用のコンデンサに蓄電された電荷が、前記正側母線の出力端を介してモータのアースに対する絶縁部を流れ、コンデンサの電圧が低下する。このため、前記電圧検出器と電流検出器の検出値から前記モータのアースに対する絶縁部の絶縁抵抗を検出することができる。
このように、直流電源の平滑用のコンデンサを検出に利用するため、劣化検出のための専用の電源が不要であり、簡単な構成で、安価に製作することができる。しかも、電源スイッチをオフとすることで絶縁劣化の検出がなされるため、劣化検出に手間がかからない。また、漏電検出器を用いるものと異なり、絶縁劣化の進行程度が低くても、モータの絶縁劣化を検出することができる。

この発明において、前記電流検出器を、前記電源回路の出力端と前記インバータの入力端との間に設けても良い。
この構成の場合、電流検出器が前記電源回路の出力端とインバータの入力端との間にあるため、同じ電源回路に、複数のモータや、あるいはそれぞれが各相のコイルを有する複数の固定子コイルが接続されていても、一つの電流検出器でモータの絶縁劣化を検出することができる。

この場合に、前記モータが、それぞれ各相のコイルを有する固定子コイルが可動体の経路方向に複数並ぶリニアモータであって、個々の固定子コイル毎に前記インバータが設けられ、これら複数のインバータが前記直流電源に並列に接続されていても良い。
リニアモータでは、複数の固定子コイルが経路方向に沿って配置される場合が多いが、そのような場合でも、一つの電流検出器で、前記複数の固定子コイルを含むモータの絶縁劣化を検出することができる。

この発明において、前記電流検出器を、前記インバータの各相の出力部と前記モータの入力端との間に設けても良い。この構成の場合、モータの個々の相のコイルの絶縁劣化を検出することができる。

この発明のモータの絶縁劣化検出装置は、電源スイッチを介して交流電源から供給された電力を整流回路で整流し、コンデンサで平滑化する直流電源と、この直流電源の出力する直流電力を、モータの各相のコイルに供給する交流電力に変換するインバータとを備えたモータ駆動回路において、前記直流電源の負側母線をアースに接続する地絡用のスイッチと、この地絡用のスイッチを、前記電源スイッチがオン状態からオフ状態に切り換わるときにオンとする地絡用スイッチ制御手段と、前記直流電源の出力電圧を検出する電圧検出器と、前記直流電源の正側母線の出力端から前記モータの入力端までの回路部分に設けられた電流検出器と、これら電圧検出器と電流検出器の検出値から前記モータのアースに対する絶縁部の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出手段とを備えるため、簡単な構成で、安価に製作でき、しかも劣化検出に手間がかからず、かつ絶縁劣化の進行程度が低くても絶縁劣化を検出することができる。

前記電流検出器を、前記電源回路の出力端と前記インバータの入力端との間に設けた場合は、複数のモータに接続され、あるいはそれぞれ各相のコイルを有する複数の固定子コイルが接続されている場合にも、一つの電流検出器で絶縁劣化を検出することができる。前記モータが、それぞれ各相のコイルを有する固定子コイルが可動体の経路方向に複数並ぶリニアモータであって、個々の固定子コイル毎に前記インバータが設けられ、これら複数のインバータが前記直流電源に並列に接続されている場合は、複数配置されたいずれかの固定子コイルに前縁劣化が生じている場合に、一つの電流検出器で絶縁劣化を検出することができる。
前記電流検出器を、前記インバータの各相の出力部と前記モータの入力端との間に設けた場合は、モータの個々の相のコイルの絶縁劣化を検出することができる。

この発明の第１の実施形態に係るモータの絶縁劣化検出装置を示すブロック図である。この発明の他の実施形態に係るモータの絶縁劣化検出装置を示すブロック図である。この発明のさらに他の実施形態に係るモータの絶縁劣化検出装置を示すブロック図である。

この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。このモータ駆動回路は、電源スイッチ１を介して交流電源２から供給された電力を整流回路３で整流し、コンデンサ６で平滑化する直流電源５と、この直流電源５の直流電力を、モータ７の各相Ｕ，Ｖ，Ｗのコイル７ａに供給する交流電力に変換するインバータ８とを備える。

モータ７は、同期モータまたは誘導モータからなる交流モータであり、リニアモータおよび回転形のモータのいずれでも良く、また３相モータと２相モータのいずれでも良い。図示の例では、モータ７は、３相の同期モータからなるリニアモータであって、一次側、つまり固定子側がコイル７ａとされる。

交流電源２は、３相または２相の商用交流電源である。電源スイッチ１は、各相毎に開閉される接点を有する電磁接触器等からなり、制御装置１０の命令に応答して開閉する。制御装置１０は、例えば前記モータ７を搭載した機器（図示せず）を制御する装置であり、コンピュータ式のプログラマブルコントローラや数値制御装置等からなる。直流電源５は、複数のダイオード（図では１個で複数個を代表して示す）９により全波整流する整流回路３と、その整流された電流を平滑化する平滑回路４とを有し、前記コンデンサ６が、正側母線１１と負側母線１２との間に設けられている。平滑回路４は、前記コンデンサ６の他に、コイルまたは抵抗（図示せず）を有している。

インバータ８は、複数（図示の例では６個）のスイッチング素子１３で主に構成され、モータ７の各相のコイル７ａに電力を供給する複数（図示の例では３つ）の出力配線８ａが設けられている。スイッチング素子１３は、スイッチングトランジスタ等からなる。インバータ８の電力の入力部は、前記直流電源５の正側母線１１と負側母線１２とに接続されている。インバータ８の各スイッチング素子１３の制御端子は、モータ制御回路１４に接続されている。モータ制御回路１４は、位置指令等の入力に応答して、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御等によりモータ７を制御するように、インバータ８の各スイッチング素子１３にオンオフ出力を行う。モータ制御回路１４は、前記制御装置１０の一部として設けられたものであっても、また前記制御装置１０とは独立して設けられたものであっても良い。モータ制御回路１４の入力となる位置指令等は、例えば前記制御装置１０から与えられる。

このモータの絶縁劣化検出装置は、上記構成のモータ駆動回路において、上記直流電源５の負側母線１２をアースＧ１に接続させる地絡用のスイッチ１６と、この地絡用のスイッチ１６を、電源スイッチ１がオン状態からオフ状態に切り換わるときにオンとする、地絡用スイッチ制御手段１７とを設けて構成される。地絡用のスイッチ１６は、スイッチングトランジスタ等のスイッチング素子、または電磁式のスイッチ等からなる。地絡用スイッチ制御手段１７は、例えば、前記制御装置１０における電源スイッチ１の切換信号の出力経路を分岐して地絡用のスイッチ１６の開閉操作端子に入力する配線とされ、電源スイッチ１に与えるオフ信号によって地絡用のスイッチ１６がオンとされる。なお、地絡用のスイッチ１６をオフとする制御も地絡用スイッチ制御手段１７によって行うが、この制御は、例えば、制御装置１０から出力される電源スイッチ１をオンとする信号に応答して、または地絡用のスイッチ１６をオフとした後の一定時間の後に、地絡用のスイッチ１６をオフとする制御とされる。

このモータの絶縁劣化検出装置は、上記の他に、直流電源５の出力電圧を検出する電圧検出器１８と、前記直流電源５の正側母線１１の出力端１１ａから前記モータ７の入力端までの回路部分に設けられた電流検出器１９と、これら電圧検出器１８と電流検出器１９の検出値から前記モータ７のアースＧ２に対する絶縁部７ｂの絶縁抵抗Ｒｘを、計算式等により定められた関係に従って検出する絶縁抵抗検出手段２０とを備える。この例では、電流検出器１９は、電源回路５の出力端１１ａとインバータ８の入力端との間に設けている。電流検出器１９は、計器用変流器等からなる。絶縁抵抗検出手段２０は、絶縁抵抗Ｒｘの検出値を、例えば絶縁抵抗Ｒｘが低くなるに従って高くなる電圧値で出力する。なお、前記アースＧ１，Ｇ２は、いずれもアース電位となる部位であれば良く、前記アースＧ１とアースＧ２とは、互いにアース線（図示せず）で接続されていても、特に接続する配線がなく、モータ７を設置した機器のフレーム等で構成されていても良い。

絶縁抵抗検出手段２０から電圧値で出力される絶縁抵抗値は、基準電圧発生手段２１の発生する基準電圧と比較手段２２によって比較され、比較手段２２は絶縁抵抗値が基準電圧を超える場合に、すなわち絶縁抵抗値が、前記基準電圧で定められた許容最低絶縁抵抗値に満たない場合に、絶縁劣化信号ａを出力する。出力された絶縁劣化信号ａは、音声や光等を発生する手段によりアラーム信号として報知され、あるいは制御装置１０の液晶表示装置（図示せず）等の画面に表示される。

前記絶縁抵抗検出手段２０、基準電圧発生手段２１、および比較手段２２は、電子回路や、電子回路とマイクロコンピュータとにより構成され、あるいは前記制御装置１０の一部として、この制御装置１０のプログラムによって構成される。絶縁抵抗検出手段２０で検出した絶縁抵抗値は、制御装置１０等により、グラフ等として出力させるようにしても良い。

上記構成の動作を説明する。電源スイッチ１がオン状態にあり、モータ７を駆動している間に、平滑用のコンデンサ６に電荷が蓄電される。制御装置１０のオフ指令により、電源スイッチ１がオフとされると、そのオフ指令に応答して、地絡用スイッチ制御手段１７により、地絡用のスイッチ１６がオンとされる。これにより、蓄電状態にある平滑用のコンデンサ１６と、モータ７のアースＧ２に対する絶縁部７ｂとが、地絡用のスイッチ１６とアースＧ１，Ｇ２を介して閉回路を形成する。
そのため、モータ７が絶縁劣化を生じていると、平滑用のコンデンサ６に蓄電された電化が、前記正側母線１１の出力端１１ａを介してモータ７のアースＧ２に対する絶縁部７ｂを流れ、コンデンサ６の電圧が低下する。このため、絶縁抵抗検出手段２０により、電圧検出器１８と電流検出器１９の検出値から、モータ７のアースＧ２に対する絶縁部７ｂの絶縁抵抗Ｒｘを検出することができる。

絶縁抵抗検出手段２０は、絶縁抵抗Ｒｘの検出値を電圧値として出力し、この電圧値は比較手段２２によって、基準電圧発生手段２１が発生する基準電圧と比較される。比較手段２２は、絶縁抵抗Ｒｘの検出値が基準電圧を超えるときは、絶縁劣化信号ａを出力する。

上記構成のモータの絶縁劣化検出装置によると、このように、直流電源５の平滑用のコンデンサ６を検出に利用するため、劣化検出のための専用の電源が不要であり、簡単な構成で、安価に製作することができる。しかも、電源スイッチ１をオフとすることで絶縁劣化の検出がなされるため、劣化検出に手間がかからない。また、漏電検出器を用いるものと異なり、絶縁劣化の進行程度が低くても、モータの絶縁劣化を検出することができる。

なお、図１は、電源回路５に１台のモータ７を接続した場合を示したが、１台の電源回路５に対して、それぞれ別のインバータ８を介して複数台のモータ７を接続しても良い。その場合、この絶縁劣化検出装置により、電源回路５と接続されたいずれかのモータ７に絶縁劣化が生じたことを検出することができる。

図２は、この発明の他の実施形態を示す。同図の例では、モータ７Ａが、同期モータまたは誘導モータからなるリニアモータであって、それぞれ各相のコイルを有する固定子コイル７Ａａが、可動体（図示せず）の経路方向に複数並べて設けられている。各固定子コイル７Ａａは、それぞれ個別のインバータ８に接続されている。これら複数のインバータ８は、前記直流電源５に並列に接続されている。図２の実施形態におけるその他の構成は、図１の実施形態と同様である。

リニアモータでは、この実施形態のリニアモータ７Ａのように、複数の固定子コイル７Ａａが可動体の移動経路方向に沿って配置される場合が多いが、この場合に、同図の構成のモータの絶縁劣化検出装置とすることで、一つの電流検出器１９で、前記複数の固定子コイル７Ａａを含むリニアモータ７Ａの絶縁劣化を検出することができる。

図３は、さらに他の実施形態を示す。この実施形態では、電流検出器１９を、インバータ８の各相の出力部とモータ７の入力端との間に設けている。絶縁抵抗検出手段２０は、電圧検出器１８の検出電圧と、各電流検出器１９の検出値とから、モータ７のアースＧ２に対する絶縁部７ｂの絶縁抵抗Ｒｘを検出する。絶縁抵抗検出手段２０は、個々の各電流検出器１９を区別して、電流検出器１９毎に絶縁抵抗Ｒｘを検出するものであっても、個々の各電流検出器１９の入力を区別することなく、絶縁抵抗Ｒｘを検出するものであっても良いが、区別して検出するものとすれば、モータ７の個々の相のコイル７ａの絶縁劣化を検出することができる。この実施形態におけるその他の構成，効果は、第１の実施形態と同様である。

１…電源スイッチ
２…交流電源
３…整流回路
５…直流電源
６…コンデンサ
７…モータ
７ｂ…絶縁部
７Ａ…リニアモータ
７Ａａ…固定子コイル
８…インバータ
１０…制御装置
１３…スイッチング素子
１１…正側母線
１１ａ…出力端
１２…負側母線
１３…インバータ
１６…地絡用のスイッチ
１７…地絡用スイッチ制御手段
１８…電圧検出器
１９…電流検出器
Ｇ１，Ｇ２…アース
Ｒｘ…絶縁抵抗

Claims

電源スイッチを介して交流電源から供給された電力を整流回路で整流し、コンデンサで平滑化する直流電源と、この直流電源の出力する直流電力を、モータの各相のコイルに供給する交流電力に変換するインバータとを備えたモータ駆動回路において、
前記直流電源の負側母線をアースに接続する地絡用のスイッチと、この地絡用のスイッチを、前記電源スイッチがオン状態からオフ状態に切り換わるときにオンとする地絡用スイッチ制御手段と、前記直流電源の出力電圧を検出する電圧検出器と、前記直流電源の正側母線の出力端から前記モータの入力端までの回路部分に設けられた電流検出器と、これら電圧検出器と電流検出器の検出値から前記モータのアースに対する絶縁部の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出手段とを備えたモータの絶縁劣化検出装置。
前記電流検出器を、前記電源回路の出力端と前記インバータの入力端との間に設けた請求項１記載のモータの絶縁劣化検出装置。
前記モータが、それぞれ各相のコイルを有する固定子コイルが可動体の経路方向に複数並ぶリニアモータであって、個々の固定子コイル毎に前記インバータが設けられ、これら複数のインバータが前記直流電源に並列に接続されている請求項２記載のモータの絶縁劣化検出装置。
前記電流検出器を、前記インバータの各相の出力部と前記モータの入力端との間に設けた請求項１記載のモータの絶縁劣化検出装置。