JP6017481B2 - 絶縁抵抗検出機能を備えたモータ駆動装置及びモータの絶縁抵抗検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置及びモータの絶縁抵抗検出方法に関し、特にインバータ部の半導体スイッチング素子を経由して流れる漏れ電流の影響を受けない正確なモータの絶縁抵抗測定および絶縁抵抗検出機能を備えたモータ駆動装置及びモータの絶縁抵抗検出方法に関する。

これまでに、ＤＣリンク部の平滑用コンデンサに充電された電圧をモータ巻線（コイル）と大地との間に印加してモータ巻線の絶縁抵抗を検出する機能を備えたモータ駆動装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。特許文献１には、絶縁抵抗検出機能を備えたモータ駆動装置として、交流電源をスイッチで遮断した後に、インバータ部に接続される直流電源（ＤＣリンク部）の平滑用コンデンサの一端を大地に接続し、平滑コンデンサの他端に接続された複数の半導体スイッチング素子を予め定められた順番で１つずつオン状態にすることで、平滑用コンデンサ、大地、モータコイル、オン状態の半導体スイッチング素子、から成る閉回路を生成して、この閉回路を流れる電流を、電流検出回路で検出してモータの絶縁抵抗を検出する方法について記載されている。

更に、特許文献１では、複数のモータを駆動する複数のインバータ部を備えたモータ駆動装置の場合に、複数のモータの中から検出対象とする任意のモータを選択して、検出対象として選択したモータが接続されているインバータ部の半導体スイッチング素子のみをオン状態にして、測定対象以外のモータが接続されているインバータ部の半導体スイッチング素子は全てオフ状態のままにすることで、複数のモータの中から検出対象のモータの絶縁抵抗を経由する閉回路を生成して、検出対象のモータの絶縁抵抗を検出する方法について記載されている。

また、特許文献２では、インバータ部の上アームの半導体スイッチング素子のドライブ回路にブートストラップ回路を使用したモータ駆動装置においても特許文献１と同様の絶縁抵抗検出が実現できるように、測定対象のモータが接続されているインバータ部の少なくとも１対の上アームと下アームの半導体スイッチング素子について、一方をオン状態にして他方をオフ状態にし、その後、一方をオフ状態にして他方をオン状態にする駆動を同じデューティ比のＰＷＭ信号を用いて繰り返すことで、測定対象のモータのモータコイルの絶縁抵抗を経由して流れる閉回路を生成して、この閉回路を流れる電流と平滑用コンデンサの電圧から測定対象のモータの絶縁抵抗を検出する方法について記載されている。

特許文献１では、測定時に測定対象のモータに接続されたインバータ部の半導体スイッチング素子をオン状態にしたままにしている。これに対して、特許文献２では、測定対象のモータに接続されたインバータ部の上アームと下アームの半導体スイッチング素子を、ＰＷＭ信号を用いて互い違いにオン状態にする駆動を繰り返すスイッチング動作を行う点が異なっている。

特許文献２において、上アームと下アームの半導体スイッチング素子を互い違いにオンさせるスイッチング動作をさせている理由は、上アームの半導体スイッチング素子のドライブ回路がブートストラップ回路で構成されているため、上アームの半導体スイッチング素子のブートストラップ回路を下アームの半導体スイッチング素子をオンさせてチャージしないと、上アームの半導体スイッチング素子をオン状態に出来なくなってしまうためである。

特許文献２の実施例には、上アームの半導体スイッチング素子をオン状態にしている期間に平滑コンデンサの正電源を測定対象のモータのモータコイルに印加して絶縁抵抗を測定し、その後、下アームの半導体スイッチング素子をオン状態にしている期間に上アームの半導体スイッチング素子のブートストラップ回路のチャージ動作を行う動作が記載されている。

絶縁抵抗測定のために、検出対象として選択したモータが接続されているインバータ部の半導体スイッチング素子のみをオンさせて、測定対象以外のモータが接続されているインバータ部の半導体スイッチング素子は全てオフ状態のままにする。これにより、複数のモータの中から検出対象のモータの絶縁抵抗を経由する閉回路を生成して、検出対象のモータの絶縁抵抗を測定している。この点については、特許文献２も特許文献１と同じである。

特許文献１や特許文献２に記載の従来技術は、複数のモータを駆動する複数のインバータ部を備えたモータ駆動装置の場合に、インバータ部に元々備わっている半導体スイッチング素子を、複数モータの中から検出対象のモータを選択するための切り替えスイッチとして利用している。このため、検出対象を切り替えるためのスイッチをモータの数だけ別途設ける必要がない。さらに、複数台のモータに対して１つの検出回路でモータの絶縁抵抗の測定を実現できるため、シンプルな構成、かつ低いコストで実現できる点で優れた方式である。

しかし、特許文献１や特許文献２に記載の従来技術には、複数のモータを駆動する複数のインバータ部を備えたモータ駆動装置において、複数のモータの中から検出対象の特定のモータを選んで絶縁抵抗を測定する場合、検出対象以外のモータにひとつでも絶縁抵抗が低下したものがあると、半導体スイッチング素子の漏れ電流が増大する高温時に測定精度が低下するという問題があった。

図１に特許文献１に開示されている従来技術を使用した、２台のモータを駆動する２つのインバータ部を備えたモータ駆動装置の構成を示す。以下に図１の例で２台のモータの中から測定対象として第１モータ１０６１を選択して第１モータ１０６１の絶縁抵抗を測定する場合の例について説明する。

従来のモータ駆動装置を利用したモータの絶縁抵抗の測定手順は以下のとおりである。先ず、図１において、全てのインバータ部１０５１、１０５２の半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）１０５１１〜１０５６１、１０５１２〜１０５６２は全てオフ状態にしておいて、第１スイッチ１００１をオフして交流電源１００２を切り離す。次に、第２スイッチ１００９をオンしてＤＣリンク部１００４のマイナス側端子１０４３を大地に接続する。ここまでの状態のＩＧＢＴとモータと大地との間の絶縁抵抗の接続を等価回路で表したのが図２である。

次に測定対象として第１モータ１０６１を選択した結果として、第１モータ１０６１が接続されている第１インバータ部１０５１のＵ相上アームのＩＧＢＴ１０５１１をオン状態にして、測定対象である第１モータ１０６１のモータコイル１０６１１〜１０６３１と大地との間の絶縁抵抗を経由する閉回路（図１の点線で示す）を形成して、該閉回路に流れる電流を電流検出部１００７で測定する。これと同時に、ＤＣリンク電圧を電圧検出部１００８で測定し、測定で得られた電圧値と電流値からモータと大地との間の絶縁抵抗値を求める。

この絶縁抵抗測定時の等価回路を示したのが図３である。図２の状態から第１インバータ部１０５１の上アームのＩＧＢＴ（１０５１１、１０５３１、１０５５１）のうちの１つがオン状態に変わるので、図３は図２の第１インバータ部１０５１の上アームのＩＧＢＴ（１０５１１、１０５３１、１０５５１）の等価絶縁抵抗値ＲＵ−ＩＧＢＴ１をショートした等価回路になる。

図２と図３において、ＲＵ−ＩＧＢＴ１とＲＵ−ＩＧＢＴ２はそれぞれ第１インバータ部１０５１と第２インバータ部１０５２の上アームのＩＧＢＴ（１０５１１、１０５３１、１０５５１、及び１０５１２、１０５３２、１０５５２）のオフ時の等価絶縁抵抗値、ＲＤ−ＩＧＢＴ１とＲＤ−ＩＧＢＴ２はそれぞれ第１インバータ部１０５１と第２インバータ部１０５２の下アームのオフ時のＩＧＢＴ（１０５２１、１０５４１、１０５６１、及び１０５２２、１０５４２、１０５６２）の等価絶縁抵抗値、Ｒｍ１とＲｍ２はそれぞれ第１モータ１０６１と第２モータ１０６２のモータコイル（１０６１１〜１０６３１、１０６１２〜１０６３２）と大地との間の絶縁抵抗値、Ｒｃは電流検出部１００７の分圧抵抗１０７２と電流検出抵抗１０７１の直列接続を１個の抵抗で表したものである。

図１のような３相モータを駆動する３相インバータの場合、１つのインバータ部を構成する半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）は、上アームと下アームそれぞれ３つずつの構成となるが、同一インバータ内の上アーム同士および下アーム同士の３つのＩＧＢＴのコレクタ端子とエミッタ端子が、ＤＣリンク部とモータ内部のモータコイルを通じて並列接続されている状態となっている。このことから、図２と図３の等価回路では、それぞれのインバータ部の上アーム同士と下アーム同士のＩＧＢＴは、それぞれ３つのＩＧＢＴが並列接続された１つの等価絶縁抵抗で表している。

従来技術では、複数のモータを駆動する複数のインバータ部を備えたモータ駆動装置において、測定対象となる特定のモータを選択して絶縁抵抗検出を行う場合に、測定対象以外のモータの絶縁抵抗と、そのモータが接続されているオフ状態の半導体スイッチング素子とを経由して流れる漏れ電流が、電流検出部に流れる測定電流に重畳する。そのため、特に接続されるモータ数が多いモータ駆動装置で、測定対象以外のモータの絶縁抵抗値が低下している場合に、半導体スイッチング素子の漏れ電流が増加する高温時において、測定対象とする特定のモータの絶縁抵抗測定の測定精度が大幅に低下するという問題があった。

上記において、「オフ状態の半導体スイッチング素子を経由して流れる漏れ電流」とは、ＩＧＢＴの例では、ＩＧＢＴがオフしている状態において、コレクタからエミッタに流れる漏れ電流のことである。

このオフ状態の漏れ電流は、ＩＧＢＴにおいては記号Ｉ_CESで表される電気的特性として規定されており、「コレクタ−エミッタ間漏れ電流」と呼ばれている。コレクタ−エミッタ間漏れ電流（Ｉ_CES）はゲート−エミッタ間を短絡した状態、即ちＩＧＢＴを完全にオフした状態で、コレクタ−エミッタ間に定格電圧を印加した時に、コレクタからエミッタに流れる漏れ電流で規定されている。

このＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間漏れ電流（Ｉ_CES）は大きな温度依存性を持ち、漏れ電流Ｉ_CESは温度が上昇すると指数関数的に増大する特性を持っている。

また、このように温度の上昇に伴いオフ時の漏れ電流が増加する特性は、ＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳ−ＦＥＴなど他の半導体スイッチング素子においても同様の特性が見られることが知られている。例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴの場合はオフ時のドレイン−ソース間の漏れ電流として記号Ｉ_DSSで表される電気的特性として規定されている。

一般的にモータ駆動用のインバータ用途のＩＧＢＴにおいて高温時の漏れ電流Ｉ_CESの増大が問題視されるのは、主に損失増加の観点からである。しかしながら、特許文献１や特許文献２で開示されている従来技術のように、絶縁抵抗測定の測定対象のモータを切り替えるスイッチとしてインバータ部のＩＧＢＴを使用する場合には、損失の点では問題とならない数十［μＡ］レベルの漏れ電流Ｉ_CESであっても、従来技術のモータの絶縁抵抗測定において測定精度を低下させる要因となる。

具体的には、図３から明らかなように、従来技術の問題点は、測定対象の第１モータと大地との間の絶縁抵抗Ｒｍ１を通じて流れる本来測定すべき電流（図３の点線矢印）に重畳して、測定対象以外の第２モータが接続されているオフ状態の半導体スイッチング素子ＲＵ−ＩＧＢＴ２を通して流れる漏れ電流の一部が測定対象以外の第２モータの絶縁抵抗Ｒｍ２を経由して直接電流検出部１００７に流れ込んでしまう（図３の一点鎖線の矢印）点にある。

半導体スイッチング素子を理想的な切り替えスイッチと仮定すると、半導体スイッチング素子をオフ状態にしておけば、測定対象以外のモータとＤＣリンク部は、オフ状態である半導体スイッチング素子で切り離されていて電流は流れないと考えることができる。しかしながら、実際の半導体スイッチング素子はオフ状態であっても、電圧が印加された状態で温度が高い場合には絶縁抵抗測定の測定精度に影響を与えるレベルの漏れ電流が流れるので十分注意しなければならない。

なお、測定誤差を発生させる漏れ電流は、図３に示すとおり、測定対象以外の第２モータに接続されたインバータ部の半導体スイッチング素子ＲＵ−ＩＧＢＴ２と、測定対象以外の第２モータの絶縁抵抗Ｒｍ２を経由して流れる。そのため、従来技術であっても、測定対象以外の第２モータの絶縁抵抗値Ｒｍ２と、その第２モータに繋がる半導体スイッチング素子ＲＵ−ＩＧＢＴ２の等価絶縁抵抗値を足し合わせた絶縁抵抗値が、測定対象である第１モータの絶縁抵抗値Ｒｍ１に比べて十分大きい値であれば、測定対象の第１モータの絶縁抵抗値Ｒｍ１の測定精度が実用上問題となるほど低下することはない。

しかし、複数のモータ全てについて、測定対象を切り替えながら、各モータそれぞれの絶縁抵抗を正確に測定し、絶縁抵抗が低下しているモータがあれば、そのモータを特定するという使用目的を考えると、複数モータの中に絶縁抵抗が低下したモータが含まれる場合は実際の運用では多くあると考えられる。
絶縁抵抗が低下したモータがあれば、測定対象を切り替えながら各モータの絶縁抵抗を測定していく過程において、絶縁抵抗が低下したモータが測定対象外のモータのなかに含まれる場合は必ず発生する。また、絶縁抵抗が低下したモータに繋がる半導体スイッチング素子の温度が高くて等価絶縁抵抗が小さくなっている場合も考えられるので、そのような場合においても高い精度で測定ができることが望まれる。

測定対象以外のモータとして、例えば１［ＭΩ］まで絶縁抵抗値が低下するほど絶縁劣化したモータが接続されていると仮定する。この場合、目安としては、オフ時の半導体スイッチング素子の等価絶縁抵抗値に１［ＭΩ］を加算した抵抗値が、測定対象のモータの絶縁抵抗値に比べて十分大きい値であれば問題となるほどの測定精度への影響はないと考えられる。しかしながら、測定対象のモータの絶縁抵抗値とほぼ同じかそれ以下の場合は、実質的に精度の高い絶縁抵抗測定は困難と考えることができる。

図４は産業用のインバータ部に使用される典型的な１２００Ｖ耐圧のＩＧＢＴのオフ時の漏れ電流であるコレクタ−エミッタ間漏れ電流（Ｉ_CES）と温度との関係を示したグラフである。

図４は３相インバータに使用する場合を想定して、上アーム同士の３つのＩＧＢＴのコレクタ同士とエミッタ同士を接続した並列接続で測定した漏れ電流を測定したグラフである。これと同様に下アーム同士の３つのＩＧＢＴを並列接続して測定したグラフは上アームのグラフとぴったり重なるため、図４では１本のグラフで示している。

コレクタとエミッタ間の印加電圧１２００［Ｖ］を図４のグラフから読み取ったコレクタからエミッタに流れる漏れ電流で除算して求めた、ＩＧＢＴの各温度におけるコレクタとエミッタ間の等価絶縁抵抗値の表を表１に示す。

図４と表１を基に、各温度においてＩＧＢＴの漏れ電流が従来技術の絶縁抵抗測定にどの程度影響を与えるかという点について、以下に説明する。

常温（２５［℃］）ではＩＧＢＴのオフ時の漏れ電流は０．３［μＡ］程度と小さく、等価絶縁抵抗に換算すると約４［ＧΩ］となる。これは測定対象のモータの絶縁抵抗値（１００［ＭΩ］〜１［ＭΩ］）と比べて十分大きい値であるため、仮に絶縁抵抗値が１［ＭΩ］以下になった測定対象以外のモータが接続されていたとしても、常温ではモータの絶縁抵抗の測定精度にはほとんど影響は与えないと考えられる。

しかし、ＩＧＢＴの温度が高くなると漏れ電流は指数関数的に大きくなる。接合温度 Ｔ_jが８０［℃］ではＩＧＢＴの漏れ電流Ｉ_CESは４０［μＡ］となり、ＩＧＢＴの等価絶縁抵抗値に換算すると３０［ＭΩ］まで下がる。この場合、測定対象以外のモータの絶縁抵抗値が１［ＭΩ］程度まで下がっていると、従来技術でモータの絶縁抵抗値を測定する際に精度に影響が出るレベルになってくる。

更に接合温度Ｔ_jが１００［℃］まで上がると、ＩＧＢＴのオフ時の漏れ電流Ｉ_CESは２００［μＡ］程度まで増大し、等価絶縁抵抗に換算すると約６［ＭΩ］となる。この場合は、測定対象以外のモータの絶縁抵抗値１［ＭΩ］を加算しても、測定対象のモータの絶縁抵抗値と同等か、またはそれ以下の抵抗値にまで下がってしまうため実質的に高精度の絶縁抵抗測定は困難となる。

以上の説明の通り、図４のような特性のＩＧＢＴを使用した場合には、測定対象以外のモータの絶縁抵抗値が低下していると、従来技術では精度が高い絶縁抵抗検出が可能なのは常温付近かそれ以下の温度範囲に限定される。例えばインバータ部でモータを運転した直後などの温度が高い状態では、測定対象以外のモータに１つでも絶縁抵抗が低下したものがあれば、測定対象のモータの絶縁抵抗検出の精度が、特に高い絶縁抵抗を測定する場合に悪化する問題があることが分かる。

なお、特許文献１や特許文献２で開示されている従来技術でも、複数のモータを駆動する複数のインバータ部を備えたモータ駆動装置において、モータ駆動装置に接続されている全てのモータを測定対象にして、全てのモータの絶縁抵抗をまとめて測定する場合に限っては、測定時に各モータに接続されているインバータ部の複数の半導体スイッチング素子のうちの少なくとも１つはオン状態となり、全ての半導体スイッチング素子がオフ状態になっているインバータ部は無くなる。そのため、上述のようなオフ時の半導体スイッチング素子を経由して流れる漏れ電流の影響で、測定精度が低下する問題は原理的に発生せず高い精度の測定が可能である。

この全モータをまとめて測定する方法で得られる測定結果は、全てのモータの絶縁抵抗値を並列接続した合成抵抗となる。従って、この方法で得られた絶縁抵抗値の測定値が十分高く問題ないレベルであれば、全てのモータの絶縁抵抗値について絶縁劣化の問題がないと判断することが可能である。

しかしながら、この方法で得られた絶縁抵抗値の測定値が低くて問題となるレベルであった場合、全てのモータのうち少なくとも１つのモータの絶縁抵抗値が低下していると判断する事は出来るが、絶縁抵抗値が低下しているモータがどのモータであるのかを特定するための情報は得られない。

複数のモータのうち、絶縁抵抗値が低下しているモータがどのモータであるのかを特定するには、全てのモータの中から特定のモータを選択して絶縁抵抗を測定していく必要がある。しかしながら、従来技術ではこの条件の測定において、特に温度が高い場合に精度が悪くなる問題があることは上述した通りである。

モータの絶縁抵抗検出機能を備えたモータ駆動装置は工作機械などに組み込まれて、主に工場の生産現場で機械の保守および保全活動に活用されている。工場の生産現場での保全活動においては、複数のモータのうちのどれかひとつで絶縁劣化が発生した場合に、これを見つける作業も大切であるが、トラブルシュートのためには、どのモータが絶縁劣化しているのかを特定する作業も同様に重要である。

複数のモータの中から絶縁抵抗値が低下しているモータを特定する際の測定において、特に高温時に測定精度が低下する従来技術の問題については、生産現場での運用の面からも改善が望まれる点である。

特許第５０６５１９２号公報 特開２０１２−２３３８２６号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、複数のモータを駆動する複数のインバータ部を備えたモータ駆動装置において、絶縁抵抗が低下したモータを含む複数のモータの中から特定のモータの絶縁抵抗を測定する場合においても、インバータ部に元々備わっている半導体スイッチング素子を、複数モータの中から特定の測定対象のモータを選択する切り替えスイッチとして使用しながら、高い温度においても、測定対象以外のモータが接続されている半導体スイッチング素子を経由して流れる漏れ電流の影響を受けずに正確なモータの絶縁抵抗値の測定、および絶縁劣化検出を簡素な構成で可能とするモータ駆動装置を提供することにある。

本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置は、第１スイッチを介して交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路を有するコンバータ部と、整流回路によって整流された直流電圧をコンデンサで平滑化する電源部と、コンデンサの正極側端子とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及びコンデンサの負極側端子とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ部と、コンデンサの一方の端子を大地に接続する第２スイッチと、コンデンサの一方の端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部と、コンデンサの両端の電圧を測定する電圧検出部と、モータの運転を停止し、第１スイッチをオフし、第２スイッチをオンし、測定対象のモータのモータコイルが接続された上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子のうちコンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンし、且つ、測定対象以外のモータのモータコイルが接続された上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子のうちコンデンサの一方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンした状態において測定された電流値と電圧値を用いて、測定対象として選択したモータのモータコイルと大地との間の抵抗である絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出部と、を有することを特徴とする。

本発明の一実施形態に係るモータの絶縁抵抗検出方法は、整流回路が、第１スイッチを介して交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流するステップと、電源部が、整流回路によって整流された直流電圧をコンデンサで平滑化するステップと、インバータ部が、コンデンサの正極側端子とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及びコンデンサの負極側端子とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータをそれぞれ駆動するステップと、第２スイッチが、コンデンサの一方の端子を大地に接続するステップと、電流検出部が、コンデンサの一方の端子と大地との間に流れる電流を測定するステップと、電圧検出部が、コンデンサの両端の電圧を測定するステップと、モータの運転を停止し、第１スイッチをオフするステップと、第２スイッチをオン状態にするステップと、測定対象のモータのモータコイルが接続された上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子のうち、コンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンするステップと、測定対象以外のモータのモータコイルが接続された上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子のうち、コンデンサの一方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンするステップと、電流検出部で電流値を測定し、電圧検出部で電圧値を測定するステップと、測定された電流値及び電圧値を用いて、測定対象として選択したモータのモータコイルと大地との間の抵抗である絶縁抵抗を検出するステップと、を有することを特徴とする。

本発明の他の実施形態に係るモータ駆動装置は、第１スイッチを介して交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路を有するコンバータ部と、整流回路によって整流された直流電圧をコンデンサで平滑化する電源部と、コンデンサの正極側端子とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及びコンデンサの負極側端子とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ部と、コンデンサの負極側端子を大地に接続する第２スイッチと、コンデンサの負極側端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部と、コンデンサの両端の電圧を測定する電圧検出部と、複数のインバータ部によって駆動される複数のモータそれぞれの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出部と、を具備するモータ駆動装置であって、上アームの半導体スイッチング素子のドライブ回路が、ブートストラップ回路により構成されており、絶縁抵抗検出部が、モータの運転を停止し、第１スイッチをオフし、第２スイッチをオンし、測定対象のモータのモータコイルが接続された上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにし、且つ、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の下アームの半導体スイッチング素子をオン状態にして、測定された電流値と電圧値に基づいて、測定対象のモータの絶縁抵抗を検出する、ことを特徴とする。

本発明のさらに他の実施形態に係るモータ駆動装置は、第１スイッチを介して交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路を有するコンバータ部と、整流回路によって整流された直流電圧をコンデンサで平滑化する電源部と、コンデンサの正極側端子とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及びコンデンサの負極側端子とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ部と、コンデンサの一方の端子を大地に接続する第２スイッチと、コンデンサの一方の端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部と、コンデンサの両端の電圧を測定する電圧検出部と、複数のインバータ部によって駆動される複数のモータそれぞれの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出部と、を具備するモータ駆動装置であって、絶縁抵抗検出部が、モータの運転を停止し、第１スイッチをオフし、第２スイッチをオンし、全てのインバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、コンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンした状態で、電流検出部で電流値を測定し、電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値を求め、合成抵抗値が基準値以上の場合には、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、コンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンし、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、コンデンサの一方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンした状態で、電流検出部で電流値を測定し、電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求め、合成抵抗値が基準値よりも小さい場合には、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、コンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンし、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の半導体スイッチング素子を全てオフした状態で、電流検出部で電流値を測定し、電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求める、ことを特徴とする。

本発明のさらに他の実施形態に係るモータ駆動装置は、第１スイッチを介して交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路を有するコンバータ部と、整流回路によって整流された直流電圧をコンデンサで平滑化する電源部と、コンデンサの正極側端子とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及びコンデンサの負極側端子とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ部と、コンデンサの負極側端子を大地に接続する第２スイッチと、コンデンサの負極側端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部と、コンデンサの両端の電圧を測定する電圧検出部と、複数のインバータ部によって駆動される複数のモータそれぞれの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出部と、を具備するモータ駆動装置であって、上アームの半導体スイッチング素子のドライブ回路が、ブートストラップ回路により構成されており、絶縁抵抗検出部が、モータの運転を停止し、第１スイッチをオフし、第２スイッチをオンし、全てのインバータ部の上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにして、電流検出部で電流値を測定し、電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値を求め、合成抵抗値が基準値以上の場合には、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにし、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の下アームの半導体スイッチング素子をオンした状態で、電流検出部で電流値を測定し、電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求め、合成抵抗値が基準値よりも小さい場合には、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにし、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の半導体スイッチング素子を全てオフした状態で、電流検出部で電流値を測定し、電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求める、ことを特徴とする。

本発明によれば、複数台のモータから任意のモータを選択して測定する際に、従来に比べてモータの絶縁抵抗の劣化状態を高精度に検出できる。

従来のモータ駆動装置の構成図である。 従来のモータ駆動装置におけるＩＧＢＴとモータと大地との間の絶縁抵抗の接続を表した等価回路である。 従来のモータ駆動装置における絶縁抵抗測定時の等価回路である。 ＩＧＢＴのオフ時の漏れ電流であるコレクタ−エミッタ間漏れ電流（Ｉ_ＣＥＳ）と温度との関係を示したグラフである。 本発明の実施例１に係る、絶縁抵抗検出部を有するモータ駆動装置の構成図である。 本発明の実施例１に係るモータ駆動装置を用いた絶縁抵抗検出方法の処理手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例１に係るモータ駆動装置におけるＩＧＢＴとモータと大地との間の絶縁抵抗の接続を表した等価回路である。 本発明の実施例１に係るモータ駆動装置における測定時の等価回路である。 本発明の実施例１に係るモータ駆動装置において、図８の等価回路から測定対象である第１モータの絶縁抵抗測定に関係しない部分を削除した等価回路である。 本発明の実施例１に係るモータ駆動装置における、電圧検出部の測定回路及び電流検出部の測定回路の具体的な構成図である。 本発明の実施例２に係る、絶縁抵抗検出部を有するモータ駆動装置の構成図である。 本発明の実施例２に係るモータ駆動装置におけるブートストラップ回路の構成図である。 本発明の実施例３に係るモータ駆動装置を用いた絶縁抵抗検出方法の処理手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例４に係るモータ駆動装置を用いた絶縁抵抗検出方法の処理手順を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係る絶縁抵抗検出機能を備えたモータ駆動装置及びモータの絶縁抵抗検出方法について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

［実施例１］
まず、本発明の実施例１に係るモータ駆動装置について説明する。図５に本発明の実施例１に係る絶縁抵抗検出部を有するモータ駆動装置の構成図を示す。

本発明の実施例１に係るモータ駆動装置１０１は、第１スイッチ１を介して交流電源２から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路３を有するコンバータ部１００と、整流回路３によって整流された直流電圧をコンデンサ４１で平滑化する電源部４と、コンデンサ４１の正極側端子であるＤＣリンク部プラス側端子４２とモータコイル（６１１〜６３１、６１２〜６３２、６１３〜６３３）との間に接続された上アームの半導体スイッチング素子（５１１、５３１、５５１、５１２、５３２、５５２、５１３、５３３、５５３）及びコンデンサ４１の負極側端子であるＤＣリンク部マイナス側端子４３とモータコイル（６１１〜６３１、６１２〜６３２、６１３〜６３３）との間に接続された下アームの半導体スイッチング素子（５２１、５４１、５６１、５２２、５４２、５６２、５２３、５４３、５６３）のスイッチング動作により、電源部４からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータ６１〜６３をそれぞれ駆動する複数のインバータ部５０１〜５０３と、コンデンサ４１の一方の端子を大地に接続する第２スイッチ９と、コンデンサ４１の一方の端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部７と、コンデンサ４１の両端の電圧を測定する電圧検出部８と、モータ６１〜６３の運転を停止し、第１スイッチ１をオフし、第２スイッチ９をオンし、測定対象のモータのモータコイルが接続された上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子のうちコンデンサ４１の他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンし、且つ、測定対象以外のモータのモータコイルが接続された上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子のうちコンデンサの一方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンした状態において測定された電流値と電圧値を用いて、測定対象として選択したモータのモータコイルと大地との間の抵抗である絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出部７０と、を有することを特徴とする。

図５は、１つの電源部４に、第１モータ６１を駆動する第１インバータ部５０１と、第２モータ６２を駆動する第２インバータ部５０２と、第３モータ６３を駆動する第３インバータ部５０３がそれぞれ接続された実施例を示し、Ｒｍ１、Ｒｍ２、Ｒｍ３は、それぞれ第１モータ６１、第２モータ６２、第３モータ６３のモータコイルと大地との間の絶縁抵抗値である。

図５では３台のモータ６１〜６３を駆動するモータ駆動装置の例を示しているが、本発明においてモータの台数はこれには限られないことは勿論である。

本発明の実施例１に係るモータ駆動装置１０１は、図５に示す通り、第１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する整流回路３を有するコンバータ部１００と、整流回路３の出力を平滑化するコンデンサ４１と、電源部４（ＤＣリンク部）からの直流電力を半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）のスイッチング動作で交流電力に変換してモータ６１〜６３をそれぞれ駆動する第１インバータ部５０１、第２インバータ部５０２、及び第３インバータ部５０３と、第１インバータ部５０１、第２インバータ部５０２、及び第３インバータ部５０３によってそれぞれ駆動される第１モータ６１、第２モータ６２、及び第３モータ６３の絶縁抵抗値Ｒｍ１、Ｒｍ２、及びＲｍ３をそれぞれ検出する絶縁抵抗検出部７０を具備する点を特徴としている。

本発明の実施例１に係るモータ駆動装置１０１は、さらに、絶縁抵抗測定のために、コンデンサ４１の一端（ＤＣリンク部マイナス側端子４３）を大地に接続する第２スイッチ９と、第２スイッチ９をオンすることでコンデンサ４１の一方の端子（例えば、ＤＣリンク部マイナス側端子４３）と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部７（及びその出力をデジタル値に変換するＡＤコンバータ（図示せず））と、コンデンサ４１の両端の電圧を測定する電圧検出部８（及びその出力をデジタル値に変換するＡＤコンバータ（図示せず））とを具備している。

本実施例では、３台のモータ、即ち、第１モータ６１、第２モータ６２、第３モータ６３のうち、測定対象として第１モータ６１を選択して、第１モータ６１の絶縁抵抗を測定する場合について説明する。

モータの絶縁抵抗測定は以下のようにして行う。図６に本発明の実施例１に係るモータ駆動装置を用いた絶縁抵抗検出方法の処理手順を説明するためのフローチャートを示す。まず、ステップＳ１００において、モータの絶縁抵抗測定時において、絶縁抵抗検出部７０は、全てのモータ６１〜６３の運転を停止し、ステップＳ１０１において、全インバータ部の半導体スイッチング素子（５１１〜５６１、５１２〜５６２、５１３〜５６３）を全てオフ状態にする。次に、ステップＳ１０２において、第１スイッチ１をオフして交流電源２を遮断する。次に、ステップＳ１０３において、第２スイッチ９をオン状態にしてコンデンサ４１の一端、図５の例では電源部４のＤＣリンク部マイナス側端子４３を大地に接続する。

この時のＩＧＢＴとモータと大地との間の絶縁抵抗の接続をＩＧＢＴの等価絶縁抵抗を使って等価回路で表したのが図７である。ここでＩＧＢＴの等価絶縁抵抗とは、ＩＧＢＴがオフした状態でＩＧＢＴのコレクタとエミッタとの間に印加されている電圧を、オフ状態でコレクタからエミッタに流れる漏れ電流で除算して得られた、オフ状態のＩＧＢＴのコレクタとエミッタとの間の等価絶縁抵抗である。

次に、ステップＳ１０４において、測定対象のモータが接続されているインバータ部については、上アームか下アームかいずれか一方の半導体スイッチング素子のうち、コンデンサの他方の端子とモータのモータコイルとの間に接続されている方の半導体スイッチング素子をオン状態にして、測定対象のモータのモータコイルをコンデンサの他方の端子と同電位にする。

図５の例では、第２スイッチ９で大地に接続するのはコンデンサ４１の負極側端子であるＤＣリンク部マイナス側端子４３である。そのため、測定対象の第１モータ６１が接続されている第１インバータ部５０１のＩＧＢＴ（５１１〜５６１）のうち、オン状態にするＩＧＢＴは、第２スイッチ９を介して大地に接続した方と反対側のコンデンサ４１の正極側端子であるＤＣリンク部プラス側端子４２とモータコイル６１１〜６３１との間に接続されている上アームのＩＧＢＴ（５１１、５３１、５５１）である。第１インバータ部５０１でオン状態にするＩＧＢＴは、上アームであればＵ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのどの相のＩＧＢＴでもよく、またオン状態にするのは１つだけでもよいし、複数でもよい。ここでは、図５に示すように、上アームのＵ相のＩＧＢＴ５１１だけをオン状態にしている。

このようにすることで、測定対象の第１モータ６１のモータコイル６１１〜６３１がＤＣリンク部プラス側端子４２と同じ電位になる。一方、大地は第２スイッチ９を介してＤＣリンク部マイナス側端子４３に接続されているので、コンデンサ４１、オン状態である第１インバータ部５０１の上アームのＵ相ＩＧＢＴ５１１、測定対象である第１モータ６１のモータコイル６１１〜６３１と大地との間の絶縁抵抗、及び電流検出部７を経由する閉回路が形成される（図５の矢印を付した点線で示す）。

次に、ステップＳ１０５において、測定対象以外のモータが接続されているインバータ部については、上アームと下アームのうちのいずれか一方のうち、コンデンサの一方の端子とモータコイルとの間に接続されている方の半導体スイッチング素子をオン状態にして、測定対象以外のモータのモータコイルは全てコンデンサの一方の端子と同電位にする。

上述の通り図５の例では、第２スイッチ９を介して大地に接続するのはＤＣリンク部マイナス側端子４３である。そのため、測定対象以外のモータが接続されている第２インバータ部５０２と第３インバータ部５０３においてオン状態にするＩＧＢＴは、ＤＣリンク部マイナス側端子４３に接続されている下アームのＩＧＢＴである。第２インバータ部５０２と第３インバータ部５０３において、オン状態にするＩＧＢＴは下アームであればＵ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのどの相のＩＧＢＴでもよく、またオン状態にするのは１つだけでもよいし、複数でもよい。ここでは第２インバータ部５０２については下アームのＶ相のＩＧＢＴ５４２をオン状態にし、第３インバータ部５０３については下アームのＷ相のＩＧＢＴ５６３をオン状態にしている。

このようにすることで、測定対象以外のモータである第２モータ６２と第３モータ６３のモータコイル（６１２〜６３２、６１３〜６３３）の電位はＤＣリンク部マイナス側端子４３と同じ電位となる。ＤＣリンク部マイナス側端子４３は第２スイッチ９を介して大地にも接続されているので、測定対象以外の第２モータ６２と第３モータ６３のモータコイル（６１２〜６３２、６３１〜６３３）と大地との間には、ＤＣリンク電圧が印加されなくなり、測定対象以外の第２モータ６２と第３モータ６３を経由して電流検出部７に流れる不要な電流をなくすことができる。

このように測定対象のモータが接続されているインバータ部と、測定対象以外のモータが接続されているインバータ部の両方について、所定の半導体スイッチング素子をオン状態にしておいて、コンデンサの一端と大地との間を流れる電流を電流検出部で測定すると同時に、コンデンサの両端の電圧を電圧検出部で測定する測定動作を行う。

図５の実施例において、測定時の等価回路を示したのが図８である。図７の状態から第１インバータ部５０１の上アームのＩＧＢＴの１つ（５１１）がオン状態になり、第２インバータ部と第３インバータ部の下アームのＩＧＢＴの１つ（５４２、５６３）がそれぞれオン状態に変わる。そのため、図８は図７の第１インバータ部５０１の上アームのＩＧＢＴの等価絶縁抵抗値ＲＵ−ＩＧＢＴ１と第２インバータ部５０２と第３インバータ部５０３の下アームのＩＧＢＴの等価絶縁抵抗値ＲＤ−ＩＧＢＴ２とＲＤ−ＩＧＢＴ３をショートした等価回路になる。

図７と図８において、ＲＵ−ＩＧＢＴ１、ＲＵ−ＩＧＢＴ２、ＲＵ−ＩＧＢＴ３は、それぞれ第１インバータ部５０１、第２インバータ部５０２、第３インバータ部５０３の上アームのＩＧＢＴのオフ時の等価絶縁抵抗値である。ＲＤ−ＩＧＢＴ１、ＲＤ−ＩＧＢＴ２、ＲＤ−ＩＧＢＴ３は、それぞれ第１インバータ部５０１、第２インバータ部５０２、第３インバータ部５０３の下アームのオフ時のＩＧＢＴの等価絶縁抵抗値である。Ｒｍ１、Ｒｍ２、Ｒｍ３はそれぞれ第１モータ６１、第２モータ６２、第３モータ６３のモータコイルと大地との間の絶縁抵抗値である。Ｒｃは、電流検出部７の分圧抵抗と電流検出抵抗の直列接続を１個の抵抗で表したものである。

図５に示すような３相モータを駆動する３相インバータの場合、１つのインバータを構成する半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）は、上アームと下アームについてそれぞれ３つずつの構成となる。同一インバータ内の上アーム同士および下アーム同士の３つのＩＧＢＴのコレクタ端子とエミッタ端子は、ＤＣリンク部とモータ内部のモータコイルを通じて３つの素子が並列接続されている状態である。このことから、図５と図８の等価回路のように、ＩＧＢＴの抵抗は、それぞれのインバータの上アーム同士、または下アーム同士の３つのＩＧＢＴを並列接続した１つの合成抵抗で表すことができる。

図８の等価回路から明らかな通り、オフ状態の全てのＩＧＢＴ、具体的には第１インバータ部５０１の下アーム、第２インバータ部５０２及び第３インバータ部５０３の上アームの各ＩＧＢＴの等価絶縁抵抗値ＲＵ−ＩＧＢＴ１、ＲＤ−ＩＧＢＴ２、ＲＤ−ＩＧＢＴ３は、いずれもＤＣリンク部プラス側端子とＤＣリンク部マイナス側端子に直接接続された状態となっている。これらオフ状態のＩＧＢＴを経由して流れる漏れ電流は、ＤＣリンク部プラス側端子からＤＣリンク部マイナス側端子に直接流れるだけで、電流検出部７の検出抵抗に流れない。そのため、測定対象である第１モータ６１の絶縁抵抗Ｒｍ１の測定には一切影響を与えないことが分かる。従って、測定においては、これらオフ状態のＩＧＢＴは無いものとみなすことができる。

また、測定対象以外のモータの絶縁抵抗、具体的には第２モータ６２及び第３モータ６３のモータコイルと大地との間の絶縁抵抗値Ｒｍ２及びＲｍ３は、電流検出部７に並列に接続された状態となる。しかしながら、電流検出部７の抵抗値Ｒｃがモータコイルと大地との間の絶縁抵抗（１［ＭΩ］以上）に比べて十分小さい値であれば、電流測定値に与える影響は無視できる。そのため、測定において測定対象以外のモータの絶縁抵抗値も無いものとみなすことができる。

このように図８の等価回路から測定対象である第１モータ６１の絶縁抵抗測定に関係しない部分を削除し、元の図５の通り、電流検出部７及び電圧検出部８を検出抵抗と分圧抵抗を含めて表した等価回路を図９に示す。

測定時の等価回路は図９の通り、コンデンサ４１の両端に、第１モータの絶縁抵抗Ｒｍ１と電流検出部７の検出抵抗７１と分圧抵抗７２の直列接続を接続した１つの閉回路だけのシンプルな回路となる。

電圧検出部８でコンデンサ４１の両端の電圧Ｖｄｃを測定し、電流検出部７で検出抵抗７１を流れる電流Ｉｒを測定すれば、検出抵抗７１と分圧抵抗７２の抵抗値は既知であるので、測定で得られたＶｄｃとＩｒから、求めるべきＲｍ１は計算で容易に求めることができることは図９からも明らかである。

図１０に、コンデンサ４１の両端の電圧を測定する電圧検出部８の測定回路、及び第２スイッチ９をオンすることでコンデンサ４１の一方の端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部７の測定回路の具体的な構成例を示す。

電流検出部７及び電圧検出部８は、どちらも検出抵抗の端子間に生じる電圧を測定する回路である。しかし、検出抵抗と分圧抵抗の抵抗値は既知であるので、電流検出部７では測定結果から検出抵抗を流れる電流値を求める電流測定回路として使用し、電圧検出部８では抵抗の分圧比から分圧抵抗と検出抵抗の直列接続の両端の電圧を求める電圧測定回路として使用している。

なお、電圧検出部８の回路及び電流検出部７の回路の検出抵抗は、どちらも１次側の回路に接続されている。そのため、絶縁アンプを使用して検出抵抗の両端の電圧を２次電位に変換した検出電圧をＡＤコンバータ２１に入力してデジタル値に変換している（ステップＳ１０６）。

ＡＤコンバータ２１は絶縁抵抗検出部７０からの指令を受けたタイミングでＡＤ変換動作を行う。デジタル値に変換された電流値と電圧値は、絶縁抵抗検出部７０に読み込まれ、絶縁抵抗検出部７０での演算で測定対象のモータの絶縁抵抗の算出に使用される（ステップＳ１０７）。

以上の通り、本発明は、オフ状態である半導体スイッチング素子を経由して流れる漏れ電流が、測定時に電流検出部に流れない接続となるため、オフ状態の半導体スイッチング素子の影響を受けない正確な測定が可能となる点が最大の特徴である。

図５の実施例では、コンデンサ４１の負極側端子であるＤＣリンク部マイナス側端子４３を、第２スイッチ９を介して大地に接続している。そのため、測定対象のモータが接続されているインバータにおいては上アームのＩＧＢＴをオン状態にし、測定対象以外のモータが接続されているインバータにおいては下アームのＩＧＢＴをオン状態にして測定を行っている。

図５の例とは反対に、コンデンサ４１の正極側端子であるＤＣリンク部プラス側端子４２を、第２スイッチ９を介して大地に接続するようにしてもよい。但し、その場合には、図５の例とは反対に、測定対象のモータが接続されているインバータについては、下アームのＩＧＢＴをオン状態にし、測定対象以外のモータが接続されているインバータについては上アームをオン状態にして測定するようにする。

また、ここまで測定対象のモータが１つの場合について説明してきた。しかしながら、測定対象のモータとして複数のモータを指定して複数の測定対象のモータを同時に測定しても構わない。その場合は同時に測定した複数の測定対象のモータの絶縁抵抗を並列接続した合成抵抗が測定結果として得られる。

例えば図５の例で、第１モータ６１と第３モータ６３の２つのモータを測定対象として同時に測定する場合は、第１インバータ部５０１と第３インバータ部５０３の上アームのＩＧＢＴをオン状態にし、第２インバータ部５０２だけ下アームのＩＧＢＴをオン状態にして測定する。このようにすることで、第１モータ６１と第３モータ６３の絶縁抵抗値を並列接続した合成抵抗が測定結果として得られる。

測定後は、第２スイッチ９をオフ状態に戻し、全てのインバータの全てのＩＧＢＴをオフ状態に戻しておく（ステップＳ１０９）。

本実施例では、測定時に測定対象のモータが接続されているインバータだけでなく、測定対象以外のモータが接続されているインバータについても、複数の半導体スイッチング素子のうちの少なくとも１つをオン状態にしている。これは、測定対象のモータだけでなく、測定対象以外のモータについても、モータコイルの少なくとも１相の端子をＤＣリンク部プラス側端子及びＤＣリンク部マイナス側端子のうちのいずれか一方の端子に接続するためである。

従って、ＤＣリンク部の片側とモータコイルとの間に、半導体スイッチング素子が複数直列に接続されているマルチレベルインバータの場合には、ＤＣリンク部の片側とモータコイルとの間で直列接続されている複数の半導体スイッチング素子を全てオン状態にすればよい。

以上、説明したモータの絶縁抵抗測定に関する処理は、全てモータ駆動装置１０１の絶縁抵抗検出部７０によって実行される。図５の実施例では、「絶縁抵抗検出部」７０をマイクロコンピュータで実現しており、マイクロコンピュータが図６の例に示すようなフローチャートに従って適切なタイミングで指令を出すことで、各インバータ部の半導体スイッチング素子のオン／オフ動作、第１スイッチ１と第２スイッチ９のオン／オフ動作、電圧検出部８と電流検出部７のＡＤコンバータ２１のＡＤ変換動作の指令と変換データの読み込み、測定対象のモータの絶縁抵抗値の算出など、測定に必要な処理を行っている。

測定対象のモータが複数ある場合は、ステップＳ１０８において、全てのモータの絶縁抵抗の測定が終了したか否かを判断する。測定対象の全てのモータの絶縁抵抗の測定が終了していない場合には、ステップＳ１０４に戻って、測定対象の他のモータの絶縁抵抗の測定を継続する。一方、測定対象の全てのモータの絶縁抵抗の測定が終了した場合には、ステップＳ１０９において、第２スイッチ９をオフ状態に戻し、全インバータの全半導体スイッチング素子をオフ状態に戻す処理を行う。

以上の一連の処理を順次実行することにより、測定対象の絶縁抵抗値を検出することができる。

また、測定対象のモータを切り替えながら全てのモータの絶縁抵抗値を測定する場合には、図６に示した通り、全てのモータの絶縁抵抗の測定が終わるまでは、測定対象のモータを切り替える毎にステップＳ１０４〜Ｓ１０７の処理を繰り返し実行し、最後のモータの測定が終わってからステップＳ１０７からＳ１０８の処理に移行して測定を終了することで、全てのモータの絶縁抵抗測定を実行することができる。

また、測定対象のモータを切り替える毎にＳ１０４〜Ｓ１０６の処理を繰り返し、モータ毎の測定結果である電流値と電圧値をモータ毎に絶縁抵抗検出部７０で記憶しておき、後でまとめて複数のモータの絶縁抵抗値を絶縁抵抗検出部で計算してもよい。

なお、図６のフローチャートにおいてステップＳ１０４及びＳ１０５の処理は同時に行ってもよく、またステップＳ１０４及びＳ１０５の処理の順番を入れ替えてもよい。

［第２実施例］
次に、本発明の実施例２に係るモータ駆動装置について説明する。図１１に本発明の実施例２に係る、絶縁抵抗検出部を有するモータ駆動装置の構成図を示す。

本発明の実施例２に係るモータ駆動装置１０２は、第１スイッチ１を介して交流電源２から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路３を有するコンバータ部１００と、整流回路３によって整流された直流電圧をコンデンサ４１で平滑化する電源部４と、コンデンサ４１の正極側端子であるＤＣリンク部プラス側端子４２とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及びコンデンサ４１の負極側端子であるＤＣリンク部マイナス側端子４３とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、電源部４からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータ６１〜６３をそれぞれ駆動する複数のインバータ部５０１〜５０３と、コンデンサ４１の負極側端子であるＤＣリンク部マイナス側端子４３を大地に接続する第２スイッチ９と、コンデンサ４１の一方の端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部７と、コンデンサ４１の両端の電圧を測定する電圧検出部８と、複数のインバータ部５０１〜５０３によって駆動される複数のモータ６１〜６３それぞれの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出部７０と、を具備するモータ駆動装置であって、上アームの半導体スイッチング素子のドライブ回路が、ブートストラップ回路により構成されており、絶縁抵抗検出部７０が、モータ６１〜６３の運転を停止し、第１スイッチ１をオフし、第２スイッチ９をオンし、測定対象のモータのモータコイルが接続された上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにし、且つ、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の下アームの半導体スイッチング素子をオン状態にして、測定された電流値と電圧値に基づいて、測定対象のモータの絶縁抵抗を検出する、ことを特徴とする。

実施例２に係るモータ駆動装置１０２において、１つの電源部４に、第１モータ６１、第２モータ６２、第３モータ６３をそれぞれ駆動する第１インバータ部５０１、第２インバータ部５０２、第３インバータ部５０３が接続されており、Ｒｍ１、Ｒｍ２、Ｒｍ３がそれぞれ第１モータ６１、第２モータ６２、第３モータ６３のモータコイルと大地との間の絶縁抵抗値である点は、図５に示した実施例１に係るモータ駆動装置と同様である。実施例２に係るモータ駆動装置１０２が、図５に示した実施例１に係るモータ駆動装置１０１と異なっている点は、各インバータの上アームの半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）のドライブ回路がブートストラップ回路により構成されている点である。

図１２にブートストラップ回路の一例を示す。ブートストラップ回路は、電源ＶＢ、抵抗ＢＳＲ、ダイオードＢＳＤ、コンデンサＢＳＣで構成され、コンデンサＢＳＣを上アームのＩＧＢＴの駆動回路の電源として使用する回路である。図１２のブートストラップ回路部分、即ち、図１２の電源ＶＢ、ＢＳＲ、ＢＳＤ、ＢＳＣ、及び駆動回路は、図１１では省略している。また、図１２の上アームＩＧＢＴと下アームＩＧＢＴのペアが、図１１における第１インバータ部５０１の５１１と５２１、５３１と５４１、５５１と５６１に、第２インバータ部５０２における５１２と５２２、５３２と５４２、５５２と５６２に、第３インバータ部５０３における５１３と５２３、５３３と５４３、５５３と５６３に、それぞれ対応している。

従って、ブートストラップ回路の場合、上アームのＩＧＢＴをオン状態にさせるためには、それに先立って下アームのＩＧＢＴをオンさせて、図１２の点線矢印で示す経路に流れる電流を発生させてコンデンサＢＳＣを電源ＶＢに相当する電圧でチャージしなければならない。また、上アームのＩＧＢＴの駆動回路の電源はコンデンサＢＳＣであるので、その電流供給能力には制限があり、上アームのＩＧＢＴはコンデンサＢＳＣにチャージされたエネルギーで駆動できる時間しかオン状態を継続することが出来ないという特徴がある。

図１１に示す本実施例に係るモータ駆動装置では、図５についての説明と同様に、３台のモータ、即ち、第１モータ６１、第２モータ６２、第３モータ６３のうち、測定対象として第１モータ６１を選択して、第１モータ６１の絶縁抵抗を測定する場合について説明する。

モータの絶縁抵抗測定時において、絶縁抵抗検出部７０は、全てのモータ６１〜６３の運転を停止し、半導体スイッチング素子を全てオフ状態にする。次に、第１スイッチ１をオフして交流電源２を遮断した後、第２スイッチ９をオン状態にして、コンデンサ４１の負極側端子であるＤＣリンク部マイナス側端子４３を大地に接続する。ここまでは図５を用いた実施例１に係るモータ駆動装置の説明と同じである。

ここで、上アームの半導体スイッチング素子のドライブ回路がブートストラップ回路により構成されているインバータの場合は、第２スイッチ９を介して大地に接続するのは、ＤＣリンク部マイナス側端子４３とする必要がある。

これは、以下の理由による。まず、測定対象以外のモータが接続されているインバータについては、測定のために第２スイッチ９を介して大地に接続するコンデンサの一端に電気的に接続されている方の半導体スイッチング素子をオン状態のままにしなければならない。しかしながら、ブートストラップ回路の場合、上アームの半導体スイッチング素子を長時間オン状態に維持することは出来ない。そのため、測定対象以外のモータが接続されているインバータは長時間オン状態を維持できる下アームをオンさせるようにしなければならない。そのため、第２スイッチ９を介して大地に接続するのは、下アームの半導体スイッチング素子が接続されているコンデンサ４１の負極側端子であるＤＣリンク部マイナス側端子４３となる。

測定対象のモータが接続されているインバータ部については、直列接続されている上アームと下アームの半導体スイッチング素子の複数の組のうち、少なくとも１組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作を一定のデューティ比のＰＷＭ信号を用いて繰り返し実行させる。このようにして、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に、上アームのブートストラップ回路のコンデンサＢＳＣをチャージするようにする。

図１１の例では、測定対象の第１モータ６１が接続されている第１インバータ部５０１のＩＧＢＴについて、Ｕ相の上アームのＩＧＢＴ５１１をオフ状態にして、Ｕ相の下アームのＩＧＢＴ５２１をオン状態にする。次に、Ｕ相の上アームのＩＧＢＴ５１１をオン状態にして、Ｕ相の下アームのＩＧＢＴ５２１をオフ状態にする。このようなスイッチング動作を５０％のデューティ比のＰＷＭ信号で交互に繰り返す動作をさせる。

ここで、上アームと下アームを交互にオン状態にするスイッチング動作をさせるＩＧＢＴの組は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのどの相のＩＧＢＴの組でもよく、またスイッチング動作をさせるのは１組だけでもよいし、複数の組でもよい。ここでは、Ｕ相の上アームと下アームの１組だけをスイッチングさせている。

この第１インバータ部５０１のＵ相ＩＧＢＴのスイッチング動作で、上アームのＩＧＢＴ５１１を５０％のデューティ比でオン状態にした時に、測定対象の第１モータ６１のモータコイルがＤＣリンク部プラス側端子４２と同じ電位になる。一方、大地はＤＣリンク部マイナス側端子４３に第２スイッチ９を介して接続されているので、コンデンサ４１、オン状態である第１インバータ部の上アームのＵ相ＩＧＢＴ５１１、測定対象である第１モータ６１のモータコイル６１１〜６３１と大地との間の絶縁抵抗Ｒｍ１、電流検出部７の検出抵抗７１を経由する閉回路が形成される（図１１の矢印を付した点線で示す）。

下アームのＩＧＢＴ５２１を５０％のデューティ比でオン状態にした時には、測定対象の第１モータ６１のモータコイルはＤＣリンク部マイナス側端子４３と同じ電位になる。また、大地も第２スイッチ９を介してＤＣリンク部マイナス側端子４３に接続されているので、この時は測定対象の第１モータ６１のモータコイル６１１〜６３１と大地との間にはＤＣリンク間のコンデンサ４１の電圧は印加されない。しかし、ブートストラップ回路が働いて、上アームのＩＧＢＴの駆動回路の電源として働くブートストラップ回路のコンデンサがチャージされることは、既に図１２を用いて説明した通りである。

測定対象以外のモータが接続されているインバータ部については、下アームの少なくとも１つの半導体スイッチング素子をオン状態にして、測定対象以外のモータのモータコイルは全てコンデンサの負極側端子であるＤＣリンク部マイナス側端子４３と同電位にする点については、図５の実施例の説明の通りである。

測定対象以外のモータが接続されている第２インバータ部５０２と第３インバータ部５０３でオン状態にするＩＧＢＴは、下アームであればＵ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのどのＩＧＢＴでもよく、またオン状態にするのは１つだけでもよいし、複数でもよい。図１１の例では図５の例と同様に第２インバータ部５０２については下アームのＶ相のＩＧＢＴ５４２を、第３インバータ部５０３については、下アームのＷ相のＩＧＢＴ５６３をオン状態にしている。

このようにすることで、測定対象以外のモータである第２モータ６２と第３モータ６３のモータコイルの電位は、共にＤＣリンク部マイナス側端子４３と同じ電位となる。そのため、測定対象以外の第２モータ６２と第３モータ６３のモータコイルにはＤＣリンク電圧がかからなくなり、測定対象以外の第２モータ６２と第３モータ６３を経由して電流検出部７に流れる電流をなくすことができる。この点については図５で説明した通りである。

以上のように、測定対象のモータが接続されているインバータについては、直列接続されている少なくとも１組の上アームと下アームの半導体スイッチング素子のペアを、互い違いにオンさせるスイッチング動作を一定のデューティ比で繰り返すＰＷＭ信号で動作させておく。一方、測定対象以外のモータが接続されているインバータについては、下アームの半導体スイッチング素子をオン状態のまま維持しておいて、コンデンサの一端と大地との間を流れる電流を電流検出部７で測定すると同時に、コンデンサの両端の電圧を電圧検出部８で測定する測定動作を行う。

ここで、測定対象の第１モータ６１が接続されている第１インバータ部５０１の上アームのＩＧＢＴ（５１１、５３１、５５１）が５０％のデューティ比でオン状態となっている時の等価回路は、図８及び図９と同様である。従って、この第１インバータ部５０１の上アームのＩＧＢＴ（５１１、５３１、５５１）がオン状態となっているタイミングで、コンデンサ４１の一端と大地との間を流れる電流の電流検出部７による測定と、コンデンサ４１の両端の電圧の電圧検出部８による測定と、を同時にそれぞれのＡＤコンバータ（図示せず）を動作させて実行し、測定で得られた電流値と電圧値から、測定対象の第１モータ６１の絶縁抵抗を計算で求めることができる。この点については、上述の図９を用いた説明の通りである。

また、測定対象のモータが接続されているインバータの上アームのＩＧＢＴは、一定のデューティ比でオン状態とオフ状態とを繰り返すＰＷＭ信号でスイッチング動作をしている。このことから、測定対象のモータのモータコイルと大地との間に印加される電圧の平均値は、コンデンサの両端の電圧にデューティ比を乗じた電圧値、例えば、図１１の例では、５０％のデューティ比である。従って、コンデンサ両端の電圧の５０％の電圧を第１モータ６１のモータコイルとＤＣリンク部マイナス側端子４３に印加される電圧の平均値とみなすことができる。

これを利用して、電流検出部７に流れる電流を、以下のようにして求めてもよい。即ち、まず、電流検出部７でＰＷＭ信号の周波数に比べて十分高いサンプリング周波数でＡＤ変換を行う。次に、取得したサンプリング毎のデータを平均化して得られた電流の平均値、及びコンデンサの両端の電圧にデューティ比を乗じた印加電圧の平均値に基づいて、測定対象のモータの絶縁抵抗値を求める。

以上説明したモータの絶縁抵抗測定の処理は、全てモータ駆動装置の絶縁抵抗検出部７０によって実行される。図１１の例においても、図５の例と同様に「絶縁抵抗検出部」７０をマイクロコンピュータで実現している。マイクロコンピュータが適切なタイミングで指令を出すことによって、測定対象のモータが接続されているインバータの半導体スイッチング素子のＰＷＭ信号によるスイッチング動作、各インバータ部の半導体スイッチング素子のオン／オフ動作、第１スイッチ１と第２スイッチ９のオン／オフ動作、電圧検出部８と電流検出部７のＡＤコンバータのＡＤ変換動作の指令と変換データの読み込み、測定対象のモータの絶縁抵抗値の算出など、測定に必要な処理を実行している。

図１１の例においても、コンデンサ両端の電圧を測定する電圧検出部８の測定回路と、第２スイッチ９をオンすることでコンデンサ４１の一端と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部７の測定回路の具体的な構成例は図１０に示したものを使用することができる。

［第３実施例］
次に、本発明の実施例３に係るモータ駆動装置について説明する。実施例３に係るモータ駆動装置の構成は、実施例１に係るモータ駆動装置の構成と同様である。

本発明の実施例３に係るモータ駆動装置は、第１スイッチ１を介して交流電源２から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路３を有するコンバータ部１００と、整流回路３によって整流された直流電圧をコンデンサ４１で平滑化する電源部４と、コンデンサ４１の正極側端子であるＤＣリンク部プラス側端子４２とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及びコンデンサ４１の負極側端子であるＤＣリンク部マイナス側端子４３とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、電源部４からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータ６１〜６３をそれぞれ駆動する複数のインバータ部５０１〜５０３と、コンデンサ４１の一方の端子を大地に接続する第２スイッチ９と、コンデンサ４１の一方の端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部７と、コンデンサ４１の両端の電圧を測定する電圧検出部８と、複数のインバータ部５０１〜５０３によって駆動される複数のモータ６１〜６３それぞれの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出部７０と、を具備するモータ駆動装置であって、絶縁抵抗検出部７０が、モータ６１〜６３の運転を停止し、第１スイッチ１をオフし、第２スイッチ９をオンし、全てのインバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、コンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンした状態で、電流検出部で電流値を測定し、電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値を求め、合成抵抗値が基準値以上の場合には、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、コンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンし、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、コンデンサの一方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンした状態で、電流検出部７で電流値を測定し、電圧検出部８で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求め、合成抵抗値が基準値よりも小さい場合には、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、コンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンし、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の半導体スイッチング素子を全てオフした状態で、電流検出部７で電流値を測定し、電圧検出部８で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求める、ことを特徴とする。

モータの絶縁劣化は、例えば、常に切削液に晒される環境で使用される工作機械のモータなどにおいて、モータ内部に少しずつ切削液が浸入することにより、モータコイルと大地との間の絶縁抵抗値が時間をかけて徐々に低下していく現象である。

一方、モータ内部でモータコイルとモータケースが何らかの原因でショートした場合や、機械に組み付けられた状態ではモータコイルとインバータとを接続する動力ケーブルの被覆が破れて、動力ケーブルと大地（アース）との間がショートした場合など、モータコイルと大地との間の絶縁抵抗値が極端に小さな値（例えば数Ω）となるような場合があり、この状態を「地絡」と呼んで「絶縁劣化」と区別する。

これまで説明してきた実施例１及び実施例２に係る発明は、モータの絶縁劣化検出に使用されるレベルの絶縁抵抗測定においては高い精度の測定が可能であるが、測定対象以外のモータに地絡したモータなど極端に絶縁抵抗値が小さいモータが含まれている場合には、正確な測定が困難となるおそれがある。

その理由は、上記の図８に示した等価回路を用いて説明した通り、実施例１及び実施例２に係る発明では、測定対象以外のモータの絶縁抵抗が電流検出部に並列に接続された状態となるためである。即ち、測定対象以外のモータの絶縁抵抗値がある程度高い値で、電流検出部の抵抗値に比べて十分大きい値であれば高い精度で測定が可能であるが、測定対象以外のモータが「地絡」していて絶縁抵抗値が極端に小さい場合にはこの条件を満たせなくなるためである。

そこで、本発明の実施例３に係る発明においては、複数のモータを駆動する複数のインバータ部を備えたモータ駆動装置において、モータ駆動装置に接続されている複数のモータの中に地絡しているモータが含まれているか否かを調べる測定を最初に行う。

具体的には、絶縁抵抗検出部７０がモータ駆動装置に接続されている全てのモータを測定対象にして、全てのモータの絶縁抵抗をまとめて同時に測定する。

図１３に本発明の実施例３に係るモータ駆動装置を用いた絶縁劣化検出処理の手順を説明するためのフローチャートを示す。上記の図５に示した例では、まず、ステップＳ２００において、モータの運転を停止させる。次に、ステップＳ２０１においてインバータの全半導体スイッチング素子をオフする。次に、ステップＳ２０２において、第１スイッチ１をオフして交流電源を遮断する。次に、ステップＳ２０３において、第２スイッチ９をオンした状態とする。この状態で、ステップＳ２０４において、全てのインバータ部、即ち、第１インバータ部５０１、第２インバータ部５０２、及び第３インバータ部５０３の上アームの半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴを少なくとも１つ以上オン状態にする。次に、ステップＳ２０５において、電流検出部７で電流値を測定し、電圧検出部８で電圧値を測定する。次に、ステップＳ２０６において、得られた電流値と電圧値から、全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値を計算する。

ここで、全てのモータを測定対象として得られる測定結果は、全てのモータの絶縁抵抗を並列接続した合成抵抗であって、図５の例では、Ｒｍ１，Ｒｍ２，Ｒｍ３を並列接続した合成抵抗値となる。

従って、全てのモータを測定対象として得られた絶縁抵抗値の測定値が、「地絡」レベルの絶縁抵抗よりも十分高い値であれば、モータ駆動装置に接続されている全てのモータついて、地絡したモータは存在しないと判断する。反対に、測定値が地絡レベルかそれより小さい値の絶縁抵抗であれば、モータ駆動装置に接続されている複数のモータの中に地絡しているモータが含まれていると判断する。

次に、以下に述べるように、複数のモータの中から任意のモータを測定対象として選択して、選択した特定のモータの絶縁抵抗を測定する。このとき、ステップＳ２０７において、絶縁抵抗検出部７０は、先の測定で得られた全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値が基準値以上であるか、あるいは基準値よりも小さいかによって、最適な方法を選択して測定を行う。

以下、場合分けして説明する。
（Ａ）全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値が基準値以上の場合
この場合は、地絡しているモータなど、極端に絶縁抵抗値が小さなモータが含まれていないと判断できることから、ステップＳ２０８において、測定対象以外のモータが接続されているインバータの半導体スイッチング素子をオン状態にして、実施例１及び２に係る発明に従って正確な絶縁抵抗測定を行う。この（Ａ）の場合の測定の具体的な実施例は、図５を用いて既に説明しているので詳細な説明は省略する。

（Ｂ）全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値が基準値よりも小さい場合
この場合は、地絡しているモータなど、極端に絶縁抵抗値が小さなモータが含まれていると判断できることから、以下の方法で絶縁抵抗測定を行なう。

具体的には、モータが運転停止し、第１スイッチ１がオフし、第２スイッチ９がオンした状態のまま、ステップＳ２０９において、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の半導体スイッチング素子は全てオフした状態にする。次に、ステップＳ２１０において、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、コンデンサの他端とモータコイル間に接続されている半導体スイッチング素子をオンした状態にする。次に、ステップＳ２１１において、電流検出部で電流値を測定し、電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求める。なお、ステップＳ２１０とステップＳ２０９を実行する順番はどちらが先でもよく、また、同時に実行してもよい。

図５に示した例では、全モータの運転を停止した状態、かつ、第１スイッチ１をオフし、第２スイッチ９をオンした状態で、測定対象の第１モータ６１が接続されている第１インバータ部５０１のＵ相上アームのＩＧＢＴ５１１をオン状態にして、測定対象以外のモータ６２、６３が接続された第２インバータ部５０２と第３インバータ部５０３のＩＧＢＴは全てオフ状態にして、電流検出部７で電流値を測定し、電圧検出部８で電圧値を同時に測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求める。

上記（Ａ)の方法は、各モータの絶縁抵抗値が高い場合でも、半導体スイッチング素子の漏れ電流の影響を受けずに正確な測定が可能である。しかしながら、測定対象以外のモータの絶縁抵抗が電流検出部の抵抗に並列に接続されるので、測定対象以外のモータの絶縁抵抗値が電流検出部の抵抗値よりも十分大きくないと測定精度が低下する。

測定対象のモータの絶縁抵抗値が小さくなるほど測定精度の低下は大きくなる傾向があり、地絡しているモータなど極端に絶縁抵抗値が小さなモータが含まれている場合には正確な測定が困難となるという特徴がある。

一方、上記（Ｂ）の方法は、各モータの絶縁抵抗値が高い場合には、半導体スイッチング素子の漏れ電流の影響を受けて測定精度が低下するが、上記の通り、地絡しているモータが含まれている場合でも測定が可能である。また、測定対象のモータの絶縁抵抗値が小さければ小さいほど、測定時に流れる電流が大きくなり半導体スイッチング素子を経由して流れる漏れ電流の影響は相対的に小さくなるので、測定精度が高くなる特徴がある。

上記（Ａ）と（Ｂ）を比較すると、各モータの絶縁抵抗値が大きい場合には（Ｂ）よりも（Ａ）の方が、より高い測定精度が得られ、反対に各モータの絶縁抵抗値が小さい場合には、（Ａ）よりも（Ｂ）の方が高い測定精度が得られるという反対の関係になっている。

この関係を利用して、絶縁抵抗検出部が（Ａ）と（Ｂ）のどちらかを選択する判断基準となる基準値については、（Ａ）と（Ｂ）のうち、常に高い測定精度が得られる方が必ず選択されるように基準値を設定する。

具体的には、（Ａ）については測定対象以外のモータの絶縁抵抗の並列接続の合成抵抗と、電流検出部の抵抗の抵抗値の大小関係から絶縁抵抗測定の測定誤差の大きさを求めることができる。（Ｂ）については、測定対象以外のモータが接続されているインバータ部の半導体スイッチング素子の漏れ電流の大きさから、絶縁抵抗測定の測定誤差の大きさを求めることができる。これらの測定誤差を考慮すれば、（Ａ）と（Ｂ）で常により高い精度を得られる方が必ず選択されるように基準値の抵抗値を設定できる。

また、電流検出部の抵抗値やインバータ部に使用している半導体スイッチング素子の高温時の漏れ電流の大きさを予め考慮して基準値を設定することもできる。

また、（Ｂ）の測定精度を左右する半導体スイッチング素子の漏れ電流の大きさは、上記の通り半導体スイッチング素子の温度によって大きく変化することから、この基準値を固定値ではなく各インバータの半導体スイッチング素子の温度によって、基準値を変化させてもよい。

つぎに、ステップＳ２１２において、全モータの絶縁抵抗の測定が終了したか否かを判断する。全モータの絶縁抵抗の測定が終了していない場合には、ステップＳ２０７に戻って、絶縁抵抗の測定を継続する。一方、全モータの絶縁抵抗の測定が終了した場合には、ステップＳ２１３において、測定した電流値と電圧値から測定対象のモータの絶縁抵抗値を計算する。最後に、ステップＳ２１４において、第２スイッチ９をオフ状態に戻し、インバータの全半導体スイッチング素子をオフに戻す。

本発明の実施例３に係るモータ駆動装置を利用した絶縁抵抗測定に関する処理も、全てモータ駆動装置の絶縁抵抗検出部によって実行される。図５に示した実施例では、「絶縁抵抗検出部」７０をマイクロコンピュータで実現しており、マイクロコンピュータが図１３に示すようなフローチャートに従って、上記に説明した一連の測定処理を実行する。

［第４実施例］
次に、本発明の実施例４に係るモータ駆動装置について説明する。実施例４に係るモータ駆動装置の構成は、実施例２に係るモータ駆動装置の構成と同様である。

本発明の実施例４に係るモータ駆動装置は、第１スイッチ１を介して交流電源２から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路３を有するコンバータ部１００と、整流回路３によって整流された直流電圧をコンデンサ４１で平滑化する電源部４と、コンデンサ４１の正極側端子であるＤＣリンク部プラス側端子４２とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及びコンデンサ４１の負極側端子であるＤＣリンク部マイナス側端子４３とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、電源部４からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータ６１〜６３をそれぞれ駆動する複数のインバータ部５０１〜５０３と、コンデンサ４１の負極側端子を大地に接続する第２スイッチ９と、コンデンサ４１の負極側端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部７と、コンデンサ４１の両端の電圧を測定する電圧検出部８と、複数のインバータ部５０１〜５０３によって駆動される複数のモータ６１〜６３それぞれの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出部７０と、を具備するモータ駆動装置であって、上アームの半導体スイッチング素子のドライブ回路が、ブートストラップ回路により構成されており、絶縁抵抗検出部７０が、モータ６１〜６３の運転を停止し、第１スイッチ１をオフし、第２スイッチ９をオンし、全てのインバータ部の上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにして、電流検出部７で電流値を測定し、電圧検出部８で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値を求め、合成抵抗値が基準値以上の場合には、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにし、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の下アームの半導体スイッチング素子をオンした状態で、電流検出部７で電流値を測定し、電圧検出部８で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求め、合成抵抗値が基準値よりも小さい場合には、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにし、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の半導体スイッチング素子を全てオフした状態で、電流検出部７で電流値を測定し、電圧検出部８で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求める、ことを特徴とする。

本発明の実施例４に係るモータ駆動装置は、インバータの上アームの半導体スイッチング素子のドライブ回路がブートストラップ回路により構成されている複数のモータを駆動する複数のインバータ部を備えたモータ駆動装置において、実施例３と同様の構成を適用したものである。

図１４に本発明の実施例４に係るモータ駆動装置を用いた絶縁劣化検出処理の手順を説明するためのフローチャートを示す。実施例３と同様に、先ず絶縁抵抗検出部７０がモータ駆動装置に接続されている全てのモータを測定対象にして、全てのモータの絶縁抵抗をまとめて同時に測定し、全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値を求める（ステップＳ３００〜Ｓ３０６）。次に、ステップＳ３０７において、複数のモータの中から任意のモータを測定対象として選択して、選択した特定のモータの絶縁抵抗の測定を、前の測定で得られた全てのモータを測定対象とした絶縁抵抗値が基準値以上であるか、あるいは基準値よりも小さいかによって切り替える点は、本発明の実施例３に係るモータ駆動装置の動作手順と同じである。

但し、ブートストラップ付きのインバータの場合は、測定対象のモータが接続されているインバータの半導体スイッチング素子の片方のアームをオンした状態にしたまま測定するのではなく、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて測定する点が異なっている。

ブートストラップ付きのインバータの場合も、先の測定で得られた全てのモータを測定対象とした絶縁抵抗値が基準値以上であるか、あるいは基準値よりも小さいかによって最適な方法を選択して測定を行う。以下、場合分けして説明する。

（Ｃ）全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値が基準値以上の場合
地絡しているモータなど、極端に絶縁抵抗値が小さなモータが含まれていないと判断できることから、実施例２に開示した発明を使って正確な絶縁抵抗測定を行なう。

即ち、ステップＳ３０８において、測定対象以外のモータが接続されているインバータの下アームの半導体スイッチング素子をオンした状態にして絶縁抵抗測定を行う。この（Ｃ）の測定の具体的な実施例は、図１１を用いて既に説明しているので詳細な説明は省略する。

（Ｄ）全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値が基準値よりも小さい場合
地絡しているモータなど、極端に絶縁抵抗値が小さなモータが含まれていると判断できることから、ステップＳ３０９において、実施例３におけるステップＳ２０９と同様に測定対象以外のモータが接続されているインバータの半導体スイッチング素子を全てオフ状態にして絶縁抵抗測定を行う。
具体的には、モータが運転停止し、第１スイッチ１がオフし、第２スイッチ９がオンした状態のまま、ステップＳ３０９において、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の半導体スイッチング素子は全てオフした状態にする。次に、ステップＳ３１０において、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにする。次に、ステップＳ３１１において、電流検出部で電流値を測定し、電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求める。
なお、ステップＳ３１０とステップＳ３０９を実行する順番はどちらが先でもよく、また、同時に実行してもよい。

図１１に示した例では、全モータの運転を停止した状態、かつ、第１スイッチ１をオフし、第２スイッチ９をオンした状態で、測定対象の第１モータ６１が接続されている第１インバータ部５０１のＩＧＢＴについて、Ｕ相上アームのＩＧＢＴ５１１をオフ状態にして、Ｕ相下アームのＩＧＢＴ５２１をオン状態にする。次に、Ｕ相上アームのＩＧＢＴ５１１をオン状態にして、Ｕ相下アームのＩＧＢＴ５２１をオフ状態にする。このようなスイッチング動作を５０％のデューティ比のＰＷＭ信号で交互に繰り返す動作をさせる。
測定対象以外のモータ６２、６３が接続された第２インバータ部５０２と第３インバータ部５０３のＩＧＢＴは全てオフ状態にして、電流検出部７で電流値を測定し、電圧検出部８で電圧値を同時に測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求める。

ステップＳ３１２〜Ｓ３１４の動作は、実施例３において説明した図１３におけるステップＳ２１２〜Ｓ２１４の動作と同様であるので、詳細な説明は省略する。

本発明の実施例４に係るモータ駆動装置を用いた絶縁抵抗測定に関する処理も、全てモータ駆動装置の絶縁抵抗検出部７０によって実行される。絶縁抵抗検出部７０はマイクロコンピュータで実現することができ、マイクロコンピュータがフローチャートに従って、上記に説明した一連の測定処理を実行する。

１ 第１スイッチ
２ 交流電源
３ 整流回路
４ 電源部
４１ コンデンサ
４２ ＤＣリンク部プラス側端子
４３ ＤＣリンク部マイナス側端子
５０１ 第１インバータ部
５０２ 第２インバータ部
５０３ 第３インバータ部
６１ 第１モータ
６２ 第２モータ
６３ 第３モータ
７ 電流検出部
８ 電圧検出部
９ 第２スイッチ
７０ 絶縁抵抗検出部
１００ コンバータ部

Claims (5)

1. 第１スイッチを介して交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路を有するコンバータ部と、
   前記整流回路によって整流された直流電圧をコンデンサで平滑化する電源部と、
   前記コンデンサの正極側端子とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及び前記コンデンサの負極側端子とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、前記電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ部と、
   前記コンデンサの一方の端子を大地に接続する第２スイッチと、
   前記コンデンサの一方の端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部と、
   前記コンデンサの両端の電圧を測定する電圧検出部と、
   モータの運転を停止し、前記第１スイッチをオフし、前記第２スイッチをオンし、測定対象のモータのモータコイルが接続された上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子のうち前記コンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンし、且つ、測定対象以外のモータのモータコイルが接続された上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子のうち前記コンデンサの一方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンした状態において測定された前記電流値と前記電圧値を用いて、測定対象として選択したモータのモータコイルと大地との間の抵抗である絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出部と、
   を有することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 第１スイッチを介して交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路を有するコンバータ部と、
   前記整流回路によって整流された直流電圧をコンデンサで平滑化する電源部と、
   前記コンデンサの正極側端子とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及び前記コンデンサの負極側端子とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、前記電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ部と、
   前記コンデンサの一方の端子を大地に接続する第２スイッチと、
   前記コンデンサの一方の端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部と、
   前記コンデンサの両端の電圧を測定する電圧検出部と、を具備するモータ駆動装置を用いたモータの絶縁抵抗検出方法であって、
   モータの運転を停止し、前記第１スイッチをオフするステップと、
   前記第２スイッチをオン状態にするステップと、
   測定対象のモータのモータコイルが接続された上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子のうち、前記コンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンするステップと、
   測定対象以外のモータのモータコイルが接続された上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子のうち、前記コンデンサの一方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンするステップと、
   前記電流検出部で電流値を測定し、前記電圧検出部で電圧値を測定するステップと、
   測定された前記電流値及び電圧値を用いて、測定対象として選択したモータのモータコイルと大地との間の抵抗である絶縁抵抗を検出するステップと、
   を有することを特徴とするモータの絶縁抵抗検出方法。
3. 第１スイッチを介して交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路を有するコンバータ部と、
   前記整流回路によって整流された直流電圧をコンデンサで平滑化する電源部と、
   前記コンデンサの正極側端子とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及び前記コンデンサの負極側端子とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、前記電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ部と、
   前記コンデンサの負極側端子を大地に接続する第２スイッチと、
   前記コンデンサの負極側端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部と、
   前記コンデンサの両端の電圧を測定する電圧検出部と、
   前記複数のインバータ部によって駆動される複数のモータそれぞれの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出部と、を具備するモータ駆動装置であって、
   前記上アームの半導体スイッチング素子のドライブ回路が、ブートストラップ回路により構成されており、
   前記絶縁抵抗検出部が、モータの運転を停止し、前記第１スイッチをオフし、前記第２スイッチをオンし、測定対象のモータコイルが接続された上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにし、且つ、前記測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の下アームの半導体スイッチング素子をオン状態にして、測定された前記電流値と前記電圧値に基づいて、測定対象のモータの絶縁抵抗を検出する、
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
4. 第１スイッチを介して交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路を有するコンバータ部と、
   前記整流回路によって整流された直流電圧をコンデンサで平滑化する電源部と、
   前記コンデンサの正極側端子とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及び前記コンデンサの負極側端子とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、前記電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ部と、
   前記コンデンサの一方の端子を大地に接続する第２スイッチと、
   前記コンデンサの一方の端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部と、
   前記コンデンサの両端の電圧を測定する電圧検出部と、
   前記複数のインバータ部によって駆動される複数のモータそれぞれの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出部と、を具備するモータ駆動装置であって、
   前記絶縁抵抗検出部が、モータの運転を停止し、前記第１スイッチをオフし、前記第２スイッチをオンし、全ての前記インバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、前記コンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンした状態で、前記電流検出部で電流値を測定し、前記電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値を求め、
   前記合成抵抗値が基準値以上の場合には、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、前記コンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンし、前記測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、前記コンデンサの一方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンした状態で、前記電流検出部で電流値を測定し、前記電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求め、
   前記合成抵抗値が基準値よりも小さい場合には、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームまたは下アームのいずれか片方の半導体スイッチング素子のうち、前記コンデンサの他方の端子とモータコイルとの間に接続されている半導体スイッチング素子をオンし、前記測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の半導体スイッチング素子を全てオフした状態で、前記電流検出部で電流値を測定し、前記電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求める、
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
5. 第１スイッチを介して交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路を有するコンバータ部と、
   前記整流回路によって整流された直流電圧をコンデンサで平滑化する電源部と、
   前記コンデンサの正極側端子とモータコイルとの間に接続された上アームの半導体スイッチング素子及び前記コンデンサの負極側端子とモータコイルとの間に接続された下アームの半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、前記電源部からの直流電圧を交流電圧に変換して複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ部と、
   前記コンデンサの負極側端子を大地に接続する第２スイッチと、
   前記コンデンサの負極側端子と大地との間に流れる電流を測定する電流検出部と、
   前記コンデンサの両端の電圧を測定する電圧検出部と、
   前記複数のインバータ部によって駆動される複数のモータそれぞれの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出部と、を具備するモータ駆動装置であって、
   前記上アームの半導体スイッチング素子のドライブ回路が、ブートストラップ回路により構成されており、
   前記絶縁抵抗検出部が、モータの運転を停止し、前記第１スイッチをオフし、前記第２スイッチをオンし、全ての前記インバータ部の上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにして、前記電流検出部で電流値を測定し、前記電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、全てのモータの絶縁抵抗の合成抵抗値を求め、
   前記合成抵抗値が基準値以上の場合には、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにし、測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の下アームの半導体スイッチング素子をオンした状態で、前記電流検出部で電流値を測定し、前記電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求め、
   前記合成抵抗値が基準値よりも小さい場合には、測定対象として選択された任意のモータが接続されたインバータ部の上アームと下アームの半導体スイッチング素子の組について、オン状態とオフ状態が上アームと下アームで互い違いに入れ替わるスイッチング動作をさせて、下アームの半導体スイッチング素子がオン状態の時に上アームのブートストラップ回路をチャージするようにし、前記測定対象以外のモータが接続されたインバータ部の半導体スイッチング素子を全てオフした状態で、前記電流検出部で電流値を測定し、前記電圧検出部で電圧値を測定し、得られた電流値と電圧値から、測定対象として選択したモータの絶縁抵抗を求める、
   ことを特徴とするモータ駆動装置。

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