JP6512072B2 - 故障検査システム - Google Patents

Description

本発明は、直流電源の漏電検査、及び直流電源と電気機器との間に設けられたスイッチの短絡故障の検査を行う故障検査システムに関する。

直流電源と電気機器との間を繋ぐ一対の電力線と、該一対の電力線に設けられたスイッチと、該スイッチの短絡故障や、上記直流電源の漏電故障等の故障が発生しているか否かを判断する判断部とを備える故障検査システムが知られている（下記特許文献１参照）。

上記電力線のうちスイッチよりも上記電気機器側の部位には、グランドとの間に、コンデンサが配されている。また、電力線のうちスイッチよりも上記直流電源側の部位には、交流信号を発生する信号発生部と、上記交流信号の電圧等を測定する測定部とが設けられている。スイッチが短絡故障していると、信号発生部から発生した交流信号は、スイッチを通り、さらに上記コンデンサを通って、グランドに流れる。そのため、スイッチが短絡故障している場合は、上記測定部によって測定される、交流信号の電圧が低下する。上記判断部は、例えば、交流信号の電圧の測定値が予め定められた閾値以下になった場合は、故障が発生していると判断する。

また、上記直流電源の漏電故障が発生していると、信号発生部から発生した交流信号は、漏電個所を通ってグランドに流れる。そのため、交流信号の電圧の測定値が低下する。したがって、交流信号の電圧の測定値が、予め定められた閾値以下になった場合は、故障が発生していると判断できる。

特開２０１５−６５１４３号公報

しかしながら、上記故障検査システムでは、漏電故障が発生したのか、短絡故障が発生したのか、区別できないという問題がある。すなわち、漏電故障が発生した場合、交流信号は漏電個所を通ってグランドに流れるため、交流信号の電圧の測定値が低下する。また、スイッチの短絡故障が発生した場合、交流信号はスイッチ及びコンデンサを通ってグランドに流れるため、交流信号の電圧の測定値が低下する。そのため、いずれの場合も交流信号の電圧の測定値が低下し、どちらの故障が発生したのか区別できない。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、交流信号を用いて、漏電故障と短絡故障とのうち、どちらの故障が発生したか特定できる故障検査システムを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、直流電源（１０）と、該直流電源と電気機器（１１）とを電気接続する一対の電力線（２）と、該一対の電力線にそれぞれ設けられた一対のスイッチ（３）とを有する主回路部（４）と、
上記電力線に対して絶縁した状態で配され、グランドに接続した導電部材（１２）と、
上記一対のスイッチよりも上記電気機器側において、個々の上記電力線と上記導電部材との間に設けられたコンデンサ（５）と、
上記主回路部のうち上記一対のスイッチよりも上記直流電源側の部位である主回路第１部分（４１）に電気接続し、周波数が相対的に高い高周波交流信号と、該高周波交流信号よりも周波数が低い低周波交流信号との、２種類の交流信号を発生する信号発生部（６）と、
上記主回路第１部分に電気的に接続し、上記交流信号の電圧又は電流を測定する測定部（７）と、
該測定部によって得られた上記交流信号の電圧又は電流の測定値に基づいて、上記直流電源が漏電した漏電故障と、上記スイッチが短絡した短絡故障との２種類の故障のうち、少なくともいずれか一方が発生したか否かを判断する判断部（８）とを備え、
上記コンデンサは、上記高周波交流信号を通過させ、上記低周波交流信号の通過を妨げるような静電容量を有し、
上記判断部は、上記測定部による上記高周波交流信号の上記測定値に基づいて、上記２種類の故障の少なくともいずれか一方が発生しているか否かを判断し、該故障が発生していると判断した場合は、上記測定部による上記低周波交流信号の上記測定値に基づいて、発生した上記故障が上記漏電故障を含むか否かを特定するよう構成されている、故障検査システム（１）にある。

上記故障検査システムの信号発生部は、上記高周波交流信号と上記低周波交流信号との、２種類の交流信号を発生するよう構成されている。そのため、上記判断部によって、漏電故障と短絡故障とのいずれの故障が発生したかを特定することができる。
すなわち、上記判断部は、まず、高周波交流信号の測定値を用いて、２種類の故障のうちいずれか一方が発生したか否かを判断するよう構成されている。高周波交流信号を用いれば、漏電故障と短絡故障とを区別できないものの、いずれかの故障が発生したか否かを判断することができる。すなわち、スイッチが短絡故障した場合、高周波交流信号はスイッチを流れ、さらにコンデンサを通って、グランドに流れる。また、直流電源が漏電している場合、高周波交流信号は漏電箇所を通ってグランドに流れる。そのため、例えば、測定部によって高周波交流信号の電圧を測定する場合、いずれの故障が発生したときも、高周波交流信号の電圧の測定値は低下する。したがって、電圧の測定値が予め定められた閾値よりも低くなったときには、故障の種類を特定できないものの、いずれかの故障が発生したと判断することができる。

また、上記判断部は、高周波交流信号を用いて故障が発生したと判断した場合、上記低周波交流信号を用いることにより、発生した故障が、短絡故障と漏電故障とのいずれであるか特定するよう構成されている。例えば、スイッチが短絡故障し、漏電故障は発生していない場合、低周波交流信号はスイッチを通過できる。しかしながら、低周波交流信号に対するコンデンサのインピーダンスは高いため、低周波交流信号はコンデンサを流れることができない。そのため、低周波交流信号はグランドに流れることができず、測定部によって測定される、低周波交流信号の電圧の測定値は高くなる。また、漏電故障が発生し、短絡故障は発生していない場合、低周波交流信号は漏電個所を通ってグランドに流れる。そのため、測定部によって測定される、低周波交流信号の電圧の測定値は低くなる。したがって、低周波交流信号の電圧の測定値が、予め定められた閾値よりも高い場合には短絡故障が発生しており、上記閾値よりも低い場合には漏電故障が発生していると判断することができる。

また、測定部によって交流信号の電流値を測定する場合も、同様に、発生した故障が、短絡故障と漏電故障とのいずれであるかを特定することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、交流信号を用いて、漏電故障と短絡故障とのうち、どちらの故障が発生したか特定できる故障検査システムを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

また、上記「短絡故障」とは、スイッチがオフになる制御が行われてもオフにならず、オンし続ける故障を意味する。例えば、スイッチの接点が溶着したり、リレー内のばね部材や駆動回路が故障したりしたため、スイッチをオフにする制御がされても、オンし続ける場合がある。これらが「短絡故障」に該当する。

実施形態１における、短絡故障と漏電故障とのいずれも発生していない場合の、高周波交流信号発生中の故障検査システムの回路図。 実施形態１における、スイッチが短絡故障しており、かつ漏電していない場合の、高周波交流信号発生中の故障検査システムの回路図。 実施形態１における、スイッチが短絡故障しており、かつ漏電していない場合の、低周波交流信号発生中の故障検査システムの回路図。 実施形態１における、スイッチが短絡故障しておらず、かつ漏電している場合の、高周波交流信号発生中の故障検査システムの回路図。 実施形態１における、スイッチが短絡故障しておらず、かつ漏電している場合の、低周波交流信号発生中の故障検査システムの回路図。 実施形態１における、短絡故障と漏電故障とのいずれも発生していない場合の、交流信号の電圧の波形図。 実施形態１における、スイッチが短絡故障しており、かつ漏電していない場合の、交流信号の電圧の波形図。 実施形態１における、スイッチが短絡故障しておらず、かつ漏電している場合の、交流信号の電圧の波形図。 実施形態１における、故障検査システムのフローチャート。 実施形態２における、故障検査システムの回路図。 実施形態２における、スイッチが短絡故障しておらず、かつ漏電していない場合の、合成交流信号の電圧の波形図。 図１１の合成交流信号から抽出された高周波交流信号の波形図。 図１１の合成交流信号から抽出された低周波交流信号の波形図。 実施形態２における、スイッチが短絡故障しており、かつ漏電していない場合の、合成交流信号の電圧の波形図。 図１４の合成交流信号から抽出された高周波交流信号の波形図。 図１４の合成交流信号から抽出された低周波交流信号の波形図。 実施形態２における、スイッチが短絡故障しておらず、かつ漏電している場合の、合成交流信号の電圧の波形図。 図１７の合成交流信号から抽出された高周波交流信号の波形図。 図１７の合成交流信号から抽出された低周波交流信号の波形図。 実施形態２における、故障検査システムのフローチャート。 実施形態３における、故障検査システムの回路図。 実施形態３における、短絡故障と漏電故障とのいずれも発生していない場合の、交流信号の電流の波形図。 実施形態３における、スイッチが短絡故障しており、かつ漏電していない場合の、交流信号の電流の波形図。 実施形態３における、スイッチが短絡故障しておらず、かつ漏電している場合の、交流信号の電流の波形図。 実施形態４における、故障検査システムの回路図。 実施形態４における、強制接地スイッチをオンにした状態での、故障検査システムの回路図。 実施形態４における、故障検査システムのフローチャート。 図２７に続くフローチャート。 実施形態４における、信号線が断線していない場合での、高周波フィルタを通過した中間交流信号の電圧の波形。 実施形態４における、信号線が断線している場合での、高周波フィルタを通過した中間交流信号の電圧の波形。

上記故障検査システムは、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車両用故障検査システムとすることができる。

（実施形態１）
上記故障検査システムに係る実施形態について、図１〜図９を用いて説明する。図１に示すごとく、本形態の故障検査システム１は、主回路部４と、導電部材１２と、コンデンサ５と、信号発生部６と、測定部７と、判断部８とを備える。主回路部４は、直流電源１０と、一対の電力線２（２ｐ，２ｎ）と、一対のスイッチ３（３ｐ，３ｎ）とを有する。電力線２は、直流電源１０と電気機器１１とを電気接続している。スイッチ３は、一対の電力線２（２ｐ，２ｎ）にそれぞれ設けられている。

導電部材１２は、電力線２に対して絶縁した状態で配され、グランドに接続している。
コンデンサ５は、一対のスイッチ３ｐ，３ｎよりも電気機器１１側において、個々の電力線２ｐ，２ｎと導電部材１２との間に設けられている。
信号発生部６は、主回路部４のうち一対のスイッチ３ｐ，３ｎよりも直流電源１０側の部位である主回路第１部分４１に電気接続している。信号発生部６は、周波数が相対的に高い高周波交流信号Ｓ_H（図２参照）と、該高周波交流信号Ｓ_Hよりも周波数が低い低周波交流信号Ｓ_L（図３参照）との、２種類の交流信号Ｓを発生する。

測定部７は、上記主回路第１部分４１に電気接続している。測定部７は、交流信号Ｓの電圧を測定する。
判断部８は、測定部７によって得られた交流信号Ｓの電圧の測定値に基づいて、直流電源１０が漏電した漏電故障と、スイッチ３が短絡した短絡故障との２種類の故障のうち、いずれか一方が発生したか否かを判断する。

判断部８は、測定部７による高周波交流信号Ｓ_Hの測定値に基づいて、２種類の故障のうちいずれか一方が発生しているか否かを判断する。判断部８は、故障が発生していると判断した場合は、測定部７による低周波交流信号Ｓ_Lの測定値に基づいて、発生した故障が、漏電故障と短絡故障とのいずれであるか特定するよう構成されている。

本形態の故障検査システム１は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用故障検査システム１とすることができる。

本形態の電気機器１１は、電力変換装置である。本形態では、この電力変換装置を用いて、直流電源１０の直流電力を交流電力に変換している。そして、得られた交流電力を用いて三相交流モータ１６を駆動している。これにより、上記車両を走行させている。

図１に示すごとく、電力線２には、直流電源１０の正電極１０１と電気機器１１とを繋ぐ正側電力線２ｐと、直流電源１０の負電極１０２と電気機器１１とを繋ぐ負側電力線２ｎとがある。また、スイッチ３には、正側電力線２ｐに設けられた正側スイッチ３ｐと、負側電力線２ｎに設けられた負側スイッチ３ｎとがある。これら２個のスイッチ３ｐ，３ｎは、１個の電磁コイル３１と共に、リレー３０内に設けられている。リレー３０は、上記電磁コイル３１に通電すると、２個のスイッチ３ｐ，３ｎが両方ともオンになり、通電を停止すると、２個のスイッチ３ｐ，３ｎが両方ともオフになるよう構成されている。

一方、本形態では、電気機器１１に並列に、平滑コンデンサ１３を接続してある。この平滑コンデンサ１３を用いて、電気機器１１に加わる直流電圧を平滑化している。また、平滑コンデンサ１３に並列に、充電器１５が接続している。充電器１５は、電気機器１１を稼働する前に平滑コンデンサ１３を充電するために用いられる。これにより、スイッチ３ｐ，３ｎをオンしたときに平滑コンデンサ１３に突入電流が流れることを抑制している。充電器１５は、例えば、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータからなる。

また、上述したように、本形態では、グランドに接続された導電部材１２を設けてある。導電部材１２は、車両のボディーである。電力線２のうちスイッチ３よりも電気機器１１側の部位には、導電部材１２との間に、コンデンサ５が設けられている。本形態では、セラミックコンデンサ等の専用の電子部品によって、コンデンサ５を構成してある。コンデンサ５は、高周波交流信号Ｓ_Hは通過するが、低周波交流信号Ｓ_Lは殆ど流れないように、その静電容量が定められている。

図１に示すごとく、直流電源１０と導電部材１２との間には、抵抗１４が介在している。この抵抗１４によって、直流電源１０と導電部材１２との間を絶縁している。漏電故障が発生すると、直流電源１０の電流は、抵抗１４を流れることになる。なお、抵抗１４には、寄生コンデンサ（図示しない）が並列接続している。この寄生コンデンサの静電容量は、コンデンサ５の静電容量と比べると僅かであるため、図示を省略する。

また、信号発生部６は、信号線６９を介して、主回路第１部分４１に電気接続している。信号発生部６は、主回路第１部分４１のうち、直流電源４１の負電極１０２と同電位となる部位（接続点Ａ）に、接続している。接続点Ａと信号発生部６との間には、測定用コンデンサ６１が設けられている。この測定用コンデンサ６１によって、直流電源１０と信号発生部６とを絶縁している。また、測定用コンデンサ６１は、低周波交流信号Ｓ_L及び高周波交流信号Ｓ_Hが通過できるように、その静電容量が定められている。

測定部７と信号線６９との間には、高周波フィルタ７１_Hと低周波フィルタ７１_Lとが設けられている。高周波フィルタ７１_Hは、信号発生部６から発生した交流信号Ｓのうち、高周波交流信号Ｓ_Hのみを通過するフィルタである。低周波フィルタ７１_Lは、信号発生部６から発生した交流信号Ｓのうち、低周波交流信号Ｓ_Lのみを通過するフィルタである。低周波フィルタ７１_Lは、信号線６９における、測定用コンデンサ６１よりも信号発生部６に近い位置（第１接続点Ｃ）に接続している。また、高周波フィルタ７１_Hは、信号線６９における、測定用コンデンサ６１よりも信号発生部６から遠い位置（第２接続点Ｄ）に接続している。

また、測定部７に、上記判断部８が接続している。判断部８は、電気機器１１を稼働する前に、スイッチ３の短絡故障や、直流電源１０の漏電故障が発生していないか検査する。判断部８は、検査にあたって、まず、信号発生部６から高周波交流信号Ｓ_Hを発生させる。ここで仮に、図２に示すごとく、正側スイッチ３ｐが短絡故障しており、かつ漏電故障が発生していなかったとすると、高周波交流信号Ｓ_Hは、正側スイッチ３ｐを流れる。また、コンデンサ５のインピーダンスは、高周波交流信号Ｓ_Hに対しては低くなるため、高周波交流信号Ｓ_Hは、コンデンサ５を通ってグランドに流れる。そのため、測定部７によって測定される、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐは、図７に示すごとく低い値となり、第１の閾値Ｖ１よりも低くなる。後述するように、漏電故障が発生した場合も、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐは第１の閾値Ｖ１よりも低くなる。そのため、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐが第１の閾値Ｖ１よりも低い場合、判断部８は、故障の種類（短絡故障および漏電故障）を特定できないが、２種類の故障のいずれか一方が発生したと判断する。

判断部８は、故障が発生したと判断した場合、図３に示すごとく、信号発生部６から低周波交流信号Ｓ_Lを発生させる。コンデンサ５のインピーダンスは、低周波交流信号Ｓ_Lに対しては高くなる。そのため、低周波交流信号Ｓ_Lは、コンデンサ５を通過してグランドに流れることはできない。また、漏電故障が発生していなければ、低周波交流信号Ｓ_Lは、抵抗１４を流れることもできず、グランドに流れることはできない。そのため、測定部７によって測定される、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐは、図７に示すごとく高い値となり、第２の閾値Ｖ２よりも高くなる。判断部８は、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐが第２の閾値Ｖ２よりも高い場合、短絡故障が発生していると判断する。

なお、図２、図３では、正側スイッチ３ｐが短絡故障した場合について説明したが、負側スイッチ３ｎが短絡故障した場合、及び２個のスイッチ３ｐ，３ｎが両方とも短絡故障した場合も、交流信号Ｓの電圧は、図７と同様の波形になる。

また、仮に図４に示すごとく、スイッチ３ｐ，３ｎが短絡故障しておらず、直流電源１０が漏電故障していたとすると、信号発生部６から高周波交流信号Ｓ_Hを発生したときに、高周波交流信号Ｓ_Hは、抵抗１４を通ってグランドに流れる。そのため、測定部７によって測定される、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐは、図８に示すごとく低い値になり、第１の閾値Ｖ１よりも低くなる。

判断部８は、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐが第１の閾値Ｖ１よりも低い場合、上述したように、故障の種類（短絡故障、及び漏電故障）の種類を特定できないものの、２種類の故障のいずれか一方が発生したと判断する。そして、図５に示すごとく、信号発生部６から低周波交流信号Ｓ_Lを発生させる。抵抗１４のインピーダンスは、周波数に依存しない。そのため、低周波交流信号Ｓ_Lは、高周波交流信号Ｓ_Hと同様に、抵抗１４を通り、グランドに流れる。したがって、測定部７によって測定される、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐは、図８に示すごとく低くなり、第２の閾値Ｖ２以下になる。判断部８は、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐが第２の閾値Ｖ２以下になった場合は、漏電故障が発生していると判断する。

また、上記２種類の故障（短絡故障および漏電故障）のいずれも発生していない場合は、図１に示すごとく、信号発生部６から発生した高周波交流信号Ｓ_Hは、スイッチ３と抵抗１４とのいずれも流れない。そのため、測定部７によって測定される、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐは、図６に示すごとく、高い値となり、第１の閾値Ｖ１よりも高くなる。判断部８は、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐが第１の閾値Ｖ１よりも高い場合は、上記２種類の故障（短絡故障および漏電故障）のいずれも発生していないと判断する。

次に、故障検査システム１のフローチャートの説明を行う。図９に示すごとく、故障検査システム１は、電気機器１１（図１参照）を稼働させる前に、信号発生部６から高周波交流信号Ｓ_Hを発生させる（ステップＳ１）。そして、ステップＳ２に移り、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐが第１の閾値Ｖ１以下か否かを判断する。ここでＮｏ、すなわち、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐが第１の閾値Ｖ１を超えている（図６参照）と判断した場合は、ステップＳ３に移る。ステップＳ３では、２種類の上記故障（短絡故障および漏電故障）のいずれも発生していないと判断する。

また、ステップＳ２においてＹｅｓ、すなわち、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐが第１の閾値Ｖ１以下であり（図７、図８参照）、２種類の故障のいずれか一方が発生していると判断した場合、ステップＳ４に移る。ここでは、低周波交流信号Ｓ_Lを発生する。その後、ステップＳ５に移り、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐは第２の閾値Ｖ２以下か否かを判断する。ここでＹｅｓ、すなわち、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐが第２の閾値Ｖ２以下である（図８参照）と判断した場合は、ステップＳ６に移る。ここでは、漏電故障が発生していると判断する。また、ステップＳ５においてＮｏ、すなわち、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐが第２の閾値Ｖ２を超えている（図７参照）と判断した場合は、ステップＳ７に進む。ここでは、スイッチ３が短絡故障していると判断する。

なお、本形態では、ステップＳ３に進み、２種類の故障のいずれも発生していないと判断した場合は、電気機器１１（図１参照）を稼働させる。すなわち、充電装置１５を用いて平滑コンデンサ１３を充電し、その後、スイッチ３ｐ，３ｎをオンする。そして、直流電源１０の直流電力を、スイッチ３ｐ，３ｎを介して、電気機器１１に供給する。

また、本形態では、漏電故障または短絡故障が発生している（ステップＳ７，Ｓ８）と判断した場合は、電気機器１１を稼働しない。つまり、スイッチ３ｐ，３ｎをオンする制御を行わないようにする。

次に、本形態の作用効果について説明する。本形態の信号発生部６は、高周波交流信号Ｓ_Hと低周波交流信号Ｓ_Lとの、２種類の交流信号Ｓを発生するよう構成されている。そのため、判断部８によって、漏電故障と短絡故障とのいずれが発生したかを特定することが可能になる。すなわち、図７、図８に示すごとく、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐが第１の閾値Ｖ１を以下であるときは、故障の種類（漏電故障および短絡故障）を特定できないものの、２種類の故障のいずれか一方が発生していると判断することができる。また、故障が発生していると判断した場合は、低周波交流信号Ｓ_Lを用いて、発生した故障が、漏電故障か短絡故障かを特定することができる（図７、図８参照）。

すなわち、図３に示すごとく、短絡故障が発生している場合、低周波交流信号Ｓ_Lに対するコンデンサ５のインピーダンスは高いため、低周波交流信号Ｓ_Lは、コンデンサ５を通ってグランドに流れない。そのため、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐは高くなり、第２の閾値Ｖ２を超える（図７参照）。また、漏電故障が発生している場合、図５に示すごとく、低周波交流信号Ｓ_Lは抵抗１４を通ってグランドに流れる。そのため、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐは低くなり、第２の閾値Ｖ２以下になる（図８参照）。したがって、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐが第２の閾値Ｖ２以下か否かを判断することにより、発生した故障が、漏電故障か短絡故障かを区別することが可能になる。

また、本形態では、故障検査を行うにあたって、図９に示すごとく、まず高周波交流信号Ｓ_Hを発生する（ステップＳ１）。そのため、何らかの故障が発生しているか否かを短時間で判断できる。すなわち、仮に、先に低周波交流信号Ｓ_Lを発生したとすると、低周波交流信号Ｓ_Lでは漏電故障を検出できるものの、スイッチ３の短絡故障を検出できないため、低周波交流信号Ｓ_Lの後に高周波交流信号Ｓ_Hを発生して、短絡故障が発生しているか否かを検査する必要が生じる。低周波交流信号Ｓ_Lはコンデンサ５を流れないため、短絡故障が発生しても低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐは低下しないからである。
そのため、いずれの故障も発生していないことを確認するためには、２種類の交流信号Ｓ_L，Ｓ_Hを発生する必要が生じ、検査が終了するまでに時間がかかる。これに対して、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐは、漏電故障と短絡故障とのいずれが発生した場合でも、低くなる。そのため、本形態のように、先に高周波交流信号Ｓ_Hを発生すれば、この高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐを確認するだけで、いずれの故障も発生していないことを検査でき、この検査を短時間で終了することが可能になる。

以上のごとく、本形態によれば、交流信号を用いて、漏電故障と短絡故障とのうち、どちらの故障が発生したか特定できる故障検査システムを提供することができる。

なお、本形態の信号発生部６は、交流信号Ｓとして、高周波交流信号Ｓ_Hと低周波交流信号Ｓ_Lのみを発生しているが、本発明はこれに限るものではない。例えば後述する実施形態４のように、高周波交流信号Ｓ_Hおよび低周波交流信号Ｓ_L以外の周波数の交流信号Ｓを発生し、これを、漏電故障や短絡故障以外の故障の検知に利用してもよい。

また、本形態では、測定部７によって交流信号Ｓ_H，Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐを測定したが、本発明はこれに限るものではなく、交流信号Ｓ_H，Ｓ_Lの電圧の平均値を測定してもよい。また、後述するように、測定部７によって、交流信号Ｓ_H，Ｓ_Lの電流を測定（図２１〜図２４参照）してもよい。

また、本形態では、セラミックコンデンサ等の専用の電子部品を用いてコンデンサ５を構成しているが、本発明はこれに限るものではなく、寄生コンデンサによってコンデンサ５を構成することもできる。例えば、電力線２と導電部材１２との間隔を狭くしておき、これらの間に発生した寄生コンデンサを、コンデンサ５とすることができる。

また、本形態では、図１に示すごとく、信号発生部６及び測定部７を、主回路第１部分４１のうち直流電源１０の負電極１０２と同電位となる部位(接続点Ａ)に接続したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、例えば直流電源１０の正電極１０２と同電位となる部位（接続点Ｂ）に接続してもよく、直流電源１０内に接続してもよい。

（実施形態２）
以下の実施形態においては、図面に用いた符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施形態１と同様の構成要素等を表す。

本形態は、信号発生部６から発生する交流信号Ｓの波形を変更した例である。図１０に示すごとく、本形態の信号発生部６は、高周波発生部６２と、低周波発生部６３と、加算回路６４とを備える。高周波発生部６２は高周波交流信号Ｓ_Hを発生し、低周波発生部６３は低周波交流信号Ｓ_Lを発生する。加算回路６４は、高周波交流信号Ｓ_Hと低周波交流信号Ｓ_Lとを加算し、合成交流信号Ｓ_Sを発生する。

また、本形態は実施形態１と同様に、測定部７と信号発生部６との間に、高周波フィルタ７１_H及び低周波フィルタ７１_Lを設けてある。高周波フィルタ７１_Hは、合成交流信号Ｓ_Sから高周波交流信号Ｓ_Hを抽出するフィルタである。低周波フィルタ７１_Lは、合成交流信号Ｓ_Sから低周波交流信号Ｓ_Lを抽出するフィルタである。測定部７は、高周波フィルタ７１_Hによって抽出された高周波交流信号Ｓ_H、及び低周波フィルタ７１_Lによって抽出された低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐを測定する。

図１１に示すごとく、合成交流信号Ｓ_Sは、高周波交流信号Ｓ_H（図１２参照）と低周波交流信号Ｓ_L（図１３参照）とを合成した波形になっている。高周波フィルタ７１_Hを用いることにより、合成交流信号Ｓ_Sから、図１２に示す高周波交流信号Ｓ_Hを抽出することができる。また、低周波フィルタ７１_Lを用いることにより、合成交流信号Ｓ_Sから、図１３に示す低周波交流信号Ｓ_Lを抽出することができる。

ここで仮に、スイッチ３が短絡故障したとすると、高周波交流信号Ｓ_Hがスイッチ３及びコンデンサ５を通り、グランドに流れる。そのため、図１５に示すごとく、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐは低くなり、第１の閾値Ｖ１以下になる。また、漏電故障が発生していなければ、低周波交流信号Ｓ_Lは抵抗１４を通ってグランドに流れない。そのため、図１６に示すごとく、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐは高い値になり、第２の閾値Ｖ２を超える。また、これらの交流信号Ｓ_H，Ｓ_Lを合成した合成交流信号Ｓ_Sは、図１４に示す波形になる。本形態の判断部８は、図１５に示すごとく、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐが第１の閾値Ｖ１以下であるときは、２種類の故障（短絡故障、及び漏電故障）のいずれか一方が発生していると判断する。その後、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐを確認し、これが図１６に示すごとく、第２の閾値Ｖ２を超えているときは、故障が短絡故障であると判断する。

また、仮に、漏電故障が発生したとすると、高周波交流信号Ｓ_Hは抵抗１４を通ってグランドに流れる。そのため、図１８に示すごとく、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐは下がり、第１の閾値Ｖ１以下になる。また、漏電故障が発生した場合、低周波交流信号Ｓ_Lも抵抗１４を通ってグランドに流れる。そのため、図１９に示すごとく、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐは下がり、第２の閾値Ｖ２以下になる。また、これらの交流信号Ｓ_H，Ｓ_Lを合成した合成交流信号Ｓ_Sは、図１７に示す波形になる。本形態の判断部８は、図１８に示すごとく、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐが第１の閾値Ｖ１以下であるときは、２種類の故障（漏電故障、及び短絡故障）のいずれか一方が発生していると判断する。その後、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐを確認し、これが図１９に示すごとく、第２の閾値Ｖ２以下であるときは、故障が漏電故障であると判断する。

次に、故障検査システム１のフローチャートの説明をする。図２０に示すごとく、故障検査システム１は、まず、信号発生部６から合成交流信号Ｓ_Sを発生する（ステップＳ１１）。その後、ステップＳ１２に移り、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐが第１の閾値Ｖ１以下か否かを判断する。ここでＮｏと判断した場合は、ステップＳ１３に移る。ここでは、２種類の故障のいずれも発生していないと判断する。

また、ステップＳ１２においてＹｅｓと判断した場合、すなわち高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐが第１の閾値Ｖ１以下であり（図１５、図１８参照）、２種類の故障のいずれか一方が発生していると判断した場合は、ステップＳ１４に移動する。ここでは、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐが第２の閾値Ｖ２以下か否かを判断する。ここでＹｅｓ（図１９参照）と判断した場合は、ステップＳ１５に移る。ここでは、漏電故障が発生していると判断する。また、ステップＳ１４においてＮｏ（図１６参照）と判断した場合は、ステップＳ１６に移る。ここでは、スイッチ３が短絡故障していると判断する。

本形態の作用効果について説明する。本形態では、高周波交流信号Ｓ_Hと低周波交流信号Ｓ_Lとを合成した合成交流信号Ｓ_Sを発生している。そのため、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐと、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐとを同時に測定することができる。したがって、高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電圧Ｖｐが第１の閾値Ｖ１以下（図２０のステップＳ１２参照）であり、故障が発生していると判断した後、低周波交流信号Ｓ_Lを別途発生しなくても、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電圧Ｖｐが第２の閾値Ｖ２以下か否かを判断することができる（ステップＳ１４参照）。そのため、発生した故障が漏電故障か短絡故障かを、短時間で特定することが可能になる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施形態３）
本形態は、測定部７および判断部８の構成を変更した例である。図２１に示すごとく、本形態では、測定部７において、交流信号Ｓのピーク電流Ａｐを測定している。また、判断部８は、交流信号Ｓのピーク電流Ａｐの測定値を用いて、故障検出を行っている。

本形態では、故障検出を行うにあたって、実施形態１と同様に、まず、高周波交流信号Ｓ_Hを発生する。ここで仮に、スイッチ３が短絡故障していたとすると、高周波交流信号Ｓ_Hはスイッチ３及びコンデンサ５を通り、グランドへ流れる。そのため、図２３に示すごとく、測定部７によって測定される高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電流Ａｐは高い値になり、第１の閾値Ａ１以上になる。このとき、判断部８は、２種類の故障（漏電故障、及び短絡故障）のいずれか一方が発生していると判断する。その後、判断部８は、低周波交流信号Ｓ_Lを発生する。低周波交流信号Ｓ_Lに対するコンデンサ５のインピーダンスは高いため、低周波交流信号Ｓ_Lは殆どコンデンサ５を通過せず、グランドに流れない。そのため、低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電流Ａｐは低い値になり、図２３に示すごとく、第２の閾値Ａ２未満になる。この場合には、判断部８は、短絡故障が発生していると判断する。

また、漏電故障が発生した場合、高周波交流信号Ｓ_Hは抵抗１４を通り、グランドへ流れる。そのため、図２４に示すごとく、測定部７によって測定される高周波交流信号Ｓ_Hのピーク電流Ａｐは、高い値になり、第１の閾値Ａ１以上になる。このとき、判断部８は、２種類の故障（短絡故障、及び漏電故障）のいずれか一方が発生していると判断する。その後、判断部８は、低周波交流信号Ｓ_Lを発生する。抵抗１４のインピーダンスは周波数に依存しないため、低周波交流信号Ｓ_Lは、高周波交流信号Ｓ_Hと同様に抵抗１４を流れ、グランドに流れる。そのため、図２４に示すごとく、測定部７によって測定される低周波交流信号Ｓ_Lのピーク電流Ａｐは、高い値になり、第２の閾値Ａ２以上になる。この場合、判断部８は、漏電故障が発生していると判断する。

また、いずれの故障も発生していない場合は、高周波交流電流Ｓ_Lはスイッチ３と抵抗１４とのいずれも流れず、図２２に示すごとく、ピーク電流Ａｐは低い値となる。判断部８は、高周波交流信号Ｓ_Lのピーク電流Ａｐが第１の閾値Ａ１以下であるときは、いずれの故障も発生していないと判断する。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施形態４）
本形態は、漏電故障や短絡故障の検査を行う前に、信号発生部６や測定部７からなる故障検出回路６９０が故障しているか否かを確認するよう構成した例である。図２５に示すごとく、本形態の信号発生部６は、実施形態１と同様に、信号線６９を介して、主回路第１部分４１に接続されている。また、低周波フィルタ７１_Lは、信号線６９における、信号発生部６に相対的に近い第１接続点Ｃに接続している。高周波フィルタ７１_Hは、信号線６９における、第１接続点Ｃよりも信号発生部６から遠い第２接続点Ｄに接続している。第１接続点Ｃと第２接続点Ｄとの間には、測定用コンデンサ６１が設けられている。

また、信号発生部６は、低周波交流信号Ｓ_Lと高周波交流信号Ｓ_Hとの間の周波数帯の、中間交流信号Ｓ_Mを発生可能に構成されている。中間交流信号Ｓ_Mは、高周波フィルタ７１_Hと低周波フィルタ７１_Lとのいずれも通過可能である。

また、本形態の故障検査システム１は、抵抗８７と強制接地スイッチ８８とを有する強制接地回路８９を備える。強制接地回路８９は、信号線６９とグランドとの間に設けられている。

次に、本形態のフローチャートについて説明する。図２７に示すごとく、本形態ではまず、強制接地スイッチ８８をオフした状態で、信号発生部６から中間交流信号Ｓ_Mを発生する(ステップＳ２１）。その後、ステップＳ２２に移る。ここでは、第１接続点Ｃに接続したフィルタ７１（低周波フィルタ７１_L）を通過した中間交流信号Ｓ_Mのピーク電圧Ｖｐが、予め定められた値よりも高いか否かを判断する。ここでＮｏと判断した場合は、ステップＳ２３に移り、第１接続点Ｃに接続したフィルタ７１（低周波フィルタ７１_L）が故障していると判断する。また、ステップＳ２２においてＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ２４に移る。

ステップＳ２４では、第２接続点Ｄに接続したフィルタ７１（高周波フィルタ７１_H）を通過した中間交流信号Ｓ_Mの電圧が、予め定められた値よりも高いか否かを判断する。この中間交流信号Ｓ_Mの電圧が予め定められた値よりも低い場合（図３０の波形参照）、すなわちＮｏと判断した場合は、ステップＳ２５に移る。そして、第１接続点Ｃから第２接続点Ｄの間で信号線６９が断線しているか、又は測定用コンデンサ６１が故障していると判断する。

また、高周波フィルタ７１_Hを通過した中間交流信号Ｓ_Mの電圧が予め定められた値よりも高い場合（図２９の波形参照）、すなわちステップＳ２４においてＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ２６に移る。そして、強制接地スイッチ８８をオンする。これにより、信号線６９を強制的に接地する。ステップＳ２６では、この状態で、中間交流信号Ｓ_Mを発生する。

図２６に示すごとく、強制接地スイッチ８８をオンし、信号線６９を接地すると、中間交流信号Ｓ_Mはグランドに流れる。そのため、故障検出回路６９０が正常に動作していれば、２つのフィルタ７１_H，７１_Lをそれぞれ通過して測定部７に測定される中間交流信号Ｓ_Mの電圧の値は、低くなるはずである。本形態では、上記ステップＳ２６の後、図２８に示すごとく、ステップＳ２７に移る。そして、２つのフィルタ７１_H，７１_Lをそれぞれ通過した中間交流信号Ｓ_Mの電圧が、予め定められた値より低いか否かを判断する。ここでＮｏと判断した場合は、ステップＳ２８に移り、故障検出回路６９０は正常に動作していないと判断する。また、ステップＳ２７においてＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ２９に移る。ここでは、故障検出回路６９０は正常に動作していると判断する。そして、直流電源１０の漏電故障、及びスイッチ３の短絡故障の検査を行う。

本形態の作用効果について説明する。本形態の構成を採用すれば、漏電故障および短絡故障の他に、信号線６９の断線故障や測定用コンデンサ６１の故障検査等も行うことができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

なお、本形態では、低周波フィルタ７１_Lを第１接続点Ｃに接続し、高周波フィルタ７１_Hを第２接続点Ｄに接続したが、これらを逆にしてもよい。

１ 故障検査システム
２ 電力線
３ スイッチ
４ 主回路部
４１ 主回路第１部分
５ コンデンサ
６ 信号発生部
７ 測定部
８ 判断部

Claims (3)

1. 直流電源（１０）と、該直流電源と電気機器（１１）とを電気接続する一対の電力線（２）と、該一対の電力線にそれぞれ設けられた一対のスイッチ（３）とを有する主回路部（４）と、
   上記電力線に対して絶縁した状態で配され、グランドに接続した導電部材（１２）と、
   上記一対のスイッチよりも上記電気機器側において、個々の上記電力線と上記導電部材との間に設けられたコンデンサ（５）と、
   上記主回路部のうち上記一対のスイッチよりも上記直流電源側の部位である主回路第１部分（４１）に電気接続し、周波数が相対的に高い高周波交流信号と、該高周波交流信号よりも周波数が低い低周波交流信号との、２種類の交流信号を発生する信号発生部（６）と、
   上記主回路第１部分に電気的に接続し、上記交流信号の電圧又は電流を測定する測定部（７）と、
   該測定部によって得られた上記交流信号の電圧又は電流の測定値に基づいて、上記直流電源が漏電した漏電故障と、上記スイッチが短絡した短絡故障との２種類の故障のうち、少なくともいずれか一方が発生したか否かを判断する判断部（８）とを備え、
   上記コンデンサは、上記高周波交流信号を通過させ、上記低周波交流信号の通過を妨げるような静電容量を有し、
   上記判断部は、上記測定部による上記高周波交流信号の上記測定値に基づいて、上記２種類の故障の少なくともいずれか一方が発生しているか否かを判断し、該故障が発生していると判断した場合は、上記測定部による上記低周波交流信号の上記測定値に基づいて、発生した上記故障が上記漏電故障を含むか否かを特定するよう構成されている、故障検査システム（１）。
2. 上記信号発生部は、上記高周波交流信号と上記低周波交流信号とを合成した合成交流信号(Ｓ_S)を発生し、上記測定部と上記信号発生部との間に、上記合成交流信号から上記高周波交流信号を抽出する高周波フィルタ（７１_H）と、該高周波フィルタに並列に接続され、上記合成交流信号から上記低周波交流信号を抽出する低周波フィルタ（７１_L）とが設けられている、請求項１に記載の故障検査システム（１）。
3. 上記信号発生部は、信号線（６９）を介して上記主回路第１部分に接続し、上記測定部と上記信号線との間に、上記高周波交流信号を通過させる高周波フィルタと、上記低周波交流信号を通過させる低周波フィルタとが設けられ、上記高周波フィルタと上記低周波フィルタとの２つのフィルタのうち一方の上記フィルタは、上記信号線における上記信号発生部に相対的に近い第１接続点（Ｃ）に接続し、他方の上記フィルタは、上記信号線において上記第１接続点よりも上記信号発生部から遠い第２接続点（Ｄ）に接続し、上記信号発生部は、上記高周波フィルタと上記低周波フィルタとを両方とも通過する中間交流信号（Ｓ_M）を発生可能に構成され、上記判断部は、上記漏電故障および上記短絡故障の検査を行う前に上記信号発生部から上記中間交流信号を発生させ、上記第１接続点に接続した上記フィルタを通過した上記中間交流信号の電圧が予め定められた値よりも高く、かつ上記第２接続点に接続した上記フィルタを通過した上記中間交流信号の電圧が予め定められた値よりも低い場合には、上記第１接続点と上記第２接続点との間において上記信号線が断線しているか、又は上記第１接続点と上記第２接続点との間に配された測定用コンデンサ（６１）が故障していると判断するよう構成されている、請求項１又は請求項２に記載の故障検査システム。

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