JP7351699B2 - 絶縁検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁検査方法に関する。

特許文献１には、絶縁検査用電源装置を用いて、被試験物の絶縁を検査する絶縁検査方法が記載されている。特許文献１に記載の絶縁検査方法では、電源の電圧の立ち上がり時間と所定以上の大きさの電圧を維持する時間とを個別に設定して、被試験物の絶縁を検査している。

特開２０１７－２１９３５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の絶縁検査方法では、電源となる直流電圧発生部と被試験物とを含む回路の負荷が短絡している場合、回路内に過電流が流れることにより、絶縁検査用電源装置に設けられた高圧スイッチ（高電圧スイッチ）が破損するおそれがある。なお、この高圧スイッチは、直流電圧発生部の正極端子に一端が接続され、他端が試験電圧の立ち上がり時間を変更するための可変インダクタに接続されるスイッチである。

そこで、本発明の目的は、電源と被試験物とを含む回路内に過電流が流れないようにすることが可能な絶縁検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、電圧の立ち上がり時間を設定できる電源を備えた絶縁検査用電源装置を用いて、被試験物の絶縁を検査する絶縁検査方法である。前記絶縁検査方法は、第１の電圧の立ち上がり時間を設定するステップと、前記第１の電圧の立ち上がり時間が経過した時点で、前記電源と前記被試験物とを含む回路における電流を検出するステップと、検出された前記電流が所定レベルより大きかった場合、前記回路に異常が生じたことを判定するステップと、検出された前記電流が前記所定レベル以下であった場合、第２の電圧の立ち上がり時間を設定して前記被試験物の絶縁を検査するステップと、を含む。前記絶縁検査方法では、前記第２の電圧の立ち上がり時間を、前記第１の電圧の立ち上がり時間よりも短く設定する。

この一態様に係る絶縁検査方法では、絶縁検査用電源装置の第１の電圧の立ち上がり時間を長くすることで、回路に電流が急激に流れるのを抑制する。この一態様に係る絶縁検査方法では、それとともに、電流が所定レベル以上に生じた場合は回路の異常を判定し、異常がないと判定されたときは、第１の電圧よりも立ち上がり時間が短い第２の電圧で被検査物の絶縁を検査する。よって、この一態様によれば、電源と被試験物とを含む回路内に過電流が流れないようにすることが可能になる。

本発明によれば、電源と被試験物とを含む回路内に過電流が流れないようにすることが可能な絶縁検査方法を提供することができる。

実施の形態に係る絶縁検査方法の一例を説明するためのフロー図である。 図１の絶縁検査方法で使用される短絡チェック電圧の一例を示す図である。 図２の短絡チェック電圧で短絡チェックを実施した場合の電流値の例を示す図である。 図１の絶縁検査方法で使用される検査電圧の一例を示す図である。 図４の検査電圧で絶縁状態を検査した場合の電流値の例を示す図である。 図１の絶縁検査方法で用いられる絶縁検査用電源装置の一構成例を示すブロック図である。 図１の絶縁検査方法で用いられる絶縁検査用電源装置の他の構成例を示すブロック図である。 図１の絶縁検査方法で用いられる絶縁検査用電源装置の他の構成例を示すブロック図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施の形態に限定するものではない。また、実施の形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複する説明は省略されている。

（実施の形態）
本実施の形態に係る絶縁検査方法では、電圧の立ち上がり時間を設定できる電源を備えた絶縁検査用電源装置を用いて、被試験物の絶縁を検査する方法である。この絶縁検査方法は、後述するような第１設定ステップ、検出ステップ、判定ステップ、及び検査ステップを備える。

以下、図１～図５を参照しながら、この絶縁検査方法の例について説明する。図１は、本実施の形態に係る絶縁検査方法の一例を説明するためのフロー図である。また、図２は短絡チェック電圧の一例を示す図で、図３はその短絡チェック電圧で短絡チェックを実施した場合の電流値の例を示す図である。図４は、図１の絶縁検査方法で使用される検査電圧の一例を示す図で、図５はその検査電圧で絶縁状態を検査した場合の電流値の例を示す図である。なお、絶縁検査用電源装置の例については、図６以降を参照しながら後述する。

本実施の形態に係る絶縁検査方法は、まず絶縁検査用電源装置において内部の電源に負荷を接続し（ステップＳ１）、短絡チェック電圧としての第１の電圧を印加する（ステップＳ２）。また、上記の負荷は、絶縁検査用電源装置に接続した被試験物による負荷と、絶縁検査用電源装置の内部負荷とで構成されることができる。そして、ステップＳ２における第１の電圧の印加に先立ち、上記第１設定ステップとして、第１の電圧についての立ち上がり時間（第１の立ち上がり時間）を設定しておく。なお、第１の立ち上がり時間は検査開始前に設定しておいてもよい。第１の電圧は、図２で例示するように時間の経過とともに緩やかに電圧値が増加するように設定しておくことができる。

次いで、上記検出ステップとして、第１の立ち上がり時間が経過した時点で、電源と被試験物とを含む回路における電流を検出する（ステップＳ３）。ここで、電源と被試験物とを含む回路とは、その電源を含む絶縁検査用電源装置と被試験物とを接続した回路とすることができる。また、被試験物は問わないが、例えばモータ等の絶縁部分を必要とする機器などが挙げられる。

次いで、ステップＳ３で検出した電流が所定レベルの電流以下であるか否かを判定する（ステップＳ４）。この判定は、例えば、検出した電流値が所定値以下であるか否かを検出することにより実施することができる。

また、所定レベルの電流は、上記回路が破損する電流（破損電流）より小さく設定しておけばよい。例えば、ステップＳ４では、破損電流以下であるか否かを判定する。なお、第１の立ち上がり時間が経過する前から電流の検出を行っておくこともできるが、ステップＳ４での判定は基本的に経過した時点での判定とする。

上記判定ステップとして、ステップＳ４でＮＯの場合、つまり検出された電流が所定レベルより大きかった場合、短絡していたことを意味するため、上記回路に異常が生じたことを判定し、処理を終了する（ステップＳ５）。ステップＳ５は、短絡によって検査が異常に終了したことを意味する。

図３において、グラフ３１は短絡時の電流値の変化を示すグラフで、グラフ３２は非短絡時（負荷正常時）の電流値の変化を示すグラフである。所定レベルは、第１の立ち上がり時間が経過した時点でのグラフ３１，３２の値が区別できるように決めておけばよい。

上記検査ステップとして、ステップＳ４でＹＥＳの場合（グラフ３２で例示した場合のように検出された電流が上記所定レベル以下であった場合）、検査電圧としての第２の電圧を印加し（ステップＳ６）、絶縁破壊による放電を検出したか否かを判定する（ステップＳ７）。なお、ステップＳ７の判定の閾値は絶縁破壊による放電を検出できる程度に設定しておけばよい。上記検出ステップでは、このような放電検出判定により被試験物の絶縁を検査する。但し、絶縁の検査（絶縁状態の検査）の方法はこれに限らない。

上記検査ステップでは、ステップＳ６における印加に先立ち、第２の電圧についての立ち上がり時間（第２の立ち上がり時間）を設定しておくが、第２の立ち上がり時間は、第１の立ち上がり時間よりも短く設定しておく。換言すれば、上記第１設定ステップでは、第１の立ち上がり時間を、第２の立ち上がり時間よりも長く設定しておく。第２の電圧は、図２で例示した長い立ち上がり時間をもつ第１の電圧と比べ、図４で例示するように急峻に電圧値が増加するように設定される。

図４のような検査電圧を使用した場合において、仮に短絡が生じていた場合には、グラフ５１に示すような電流値となってその頂点付近において絶縁検査用電源装置の内部のスイッチ（後述する高圧スイッチ）が破損してしまう。しかしながら、本実施の形態では、既にステップＳ４の判定でＹＥＳの場合のみ、立ち上がり時間を短くしているため、非短絡時（負荷正常時）についての電流値を例示したグラフ５２のようにこの高圧スイッチの破損を回避することができる。

ステップＳ７でＮＯの場合、被試験物の絶縁状態に問題がない（ＯＫである）と判定し、処理を終了する（ステップＳ８）。一方で、ステップＳ７でＹＥＳの場合、被試験物の絶縁状態に問題がある（ＮＧである）と判定し、処理を終了する（ステップＳ９）。なお、ステップＳ８，Ｓ９は、短絡なしの状態で検査が正常に終了できたことを意味する。

また、ステップＳ５，Ｓ８，Ｓ９の結果は、上記絶縁検査用電源装置に設けた又は接続した表示装置（単なる表示ランプであってもよい）により、検査者に通知するようにしておけばよい。

次に、図６を参照しながら、図１の絶縁検査方法で用いられる上記絶縁検査用電源装置の構成例について説明する。図６は上記絶縁検査用電源装置の一構成例を示すブロック図である。

図６に示すように、絶縁検査用電源装置１０は、直流電圧発生部（以下、直流高電圧発生部１１で例示）、スイッチ（以下、高圧スイッチ１２で例示）、パルス発生器（パルス発振器）１２、可変インダクタ１４、及び放電検出器１５を備えることができる。

さらに、絶縁検査用電源装置１０は、第１の接続端子ＴＴ１、第２の接続端子ＴＴ２、スイッチＳＷ１～ＳＷ４、抵抗素子（以下、終端抵抗Ｒｓで例示）、及び過電流保護回路１６を備えることができる。スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、第１の接続端子ＴＴ１及び第２の接続端子ＴＴ２の極性の切り替えに用いられるスイッチである。

なお、図６では、被試験物２０の例としてモータを想定し、モータの端子のうち絶縁検査用電源装置１０に接続される２つの被試験端子のみを示した。第１の接続端子ＴＴ１は、被試験端子の一方（第１の被試験端子ＴＭ１）に接続され、第２の接続端子ＴＴ２は、被試験端子の他方（第２の被試験端子ＴＭ２）に接続される。

直流高電圧発生部１１は、直流電圧（例えば、直流高電圧）を出力する。さらに、直流高電圧発生部１１は、電圧の立ち上がり時間を外部からの指示により可変できる機能を有する。

高圧スイッチ１２は、直流高電圧発生部１１の正極端子に一端が接続され、他端が過電流保護回路１６を介して可変インダクタ１４に接続される。また、高圧スイッチ１２は、パルス発生器１３が出力するパルス信号がハイレベルの期間にオン状態とされ、パルス信号がロウレベルの期間にオフ状態とされる。パルス発生器１３は、高圧スイッチ１２の開閉状態を切り替えるパルス信号を出力する。また、パルス発生器１３は、パルス信号のパルス幅を設定により変更可能であり、これによりピーク維持時間を変更することが可能になる。

可変インダクタ１４は、一端が過電流保護回路１６を介して高圧スイッチ１２の他端に接続され、他端が第１の接続端子ＴＴ１に接続される。図６に示す例では、高圧スイッチ１２の他端は、スイッチＳＷ３がオン状態、かつ、スイッチＳＷ１がオフ状態のときは第１の接続端子ＴＴ１に接続される。一方、高圧スイッチ１２の他端は、スイッチＳＷ３がオフ状態、かつ、スイッチＳＷ１がオン状態のときは第２の接続端子ＴＴ２に接続される。また、高圧スイッチ１２は、設定値に応じてインダクタンス値を変更する。

可変インダクタ１４は、図示したように、インダクタンス値を可変可能な１つの部品として搭載されていればよいが、例えば複数のインダクタのうち有効に機能させるインダクタの個数を切り替えることでインダクタンス値を切り替えるよう構成することもできる。

絶縁検査用電源装置１０では、第２の接続端子ＴＴ２と直流高電圧発生部１１の負極端子との間を接続する負極配線を有する。放電検出器１５は、この負極配線上に設けられる。放電検出器１５は、第１の接続端子ＴＴ１から出力され被試験物２０を介して戻ってくる電流を検出する。コンデンサＣは、直流高電圧発生部１１の正極端子と負極端子との間に接続される。終端抵抗Ｒｓは、第１の接続端子ＴＴ１と第２の接続端子ＴＴ２との間に接続される。

過電流保護回路１６は、高圧スイッチ１２と同じ経路上にあり、電流センサと、その出力と高圧スイッチが破損する電流値と比較する比較器と、比較器の比較結果に応じて開閉するスイッチと、を有することができる。高圧スイッチ１２が破損するような電流が流れると上記電流センサの出力が大きくなり、上記比較器の出力によりスイッチを開き、回路を遮断する。過電流保護回路１６は、回路を監視する機能を有し、このような遮断時にはその機能が異常状態を検知して絶縁検査用電源装置１０の外部に異常状態を通知する。

上述のような構成の絶縁検査用電源装置１０において、ステップＳ１では被試験物２０が接続され、かつ、スイッチＳＷ１～ＳＷ４の制御により、内部の電源に相当する直流高電圧発生部１１に負荷が接続されることになる。ステップＳ２，Ｓ６でそれぞれ印加される第１の電圧、第２の電圧は、外部等から直流高電圧発生部１１を制御することで、それらの立ち上がり時間とともに設定されることができる。そして、絶縁検査用電源装置１０において、ステップＳ３では、過電流保護回路１６内の電流センサを利用して電流が検出され、ステップＳ４での判定もそこで行うことができる。また、絶縁検査用電源装置１０において、ステップＳ７では、放電検出器１５を利用して放電が検出される。

そして、ステップＳ５，Ｓ８，Ｓ９の結果は、絶縁検査用電源装置１０に設けた又は接続した表示装置により、検査者に通知されることができる。

以上に説明したように、本実施の形態に係る絶縁検査方法では、絶縁検査用電源装置１０の第１の電圧の立ち上がり時間を長くすることで、回路に電流が急激に流れるのを抑制する。この絶縁検査方法では、それとともに、電流が所定レベル以上に生じた場合は回路の異常を判定し、異常がないと判定されたときは、第１の電圧よりも立ち上がり時間が短い第２の電圧で被検査物の絶縁を検査する。よって、本実施の形態に係る絶縁検査方法によれば、電源と被試験物とを含む回路内に過電流が流れないようにすることが可能になり、高圧スイッチ１２の破損を防止できる。

ここで、被試験物２０を、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載されるモータとした場合の効果について説明する。モータに含まれるステータの製造ラインで絶縁検査に使用される電源の電圧波形は、そのモータを搭載する車両での使用時に近付けるため電圧の立ち上がり時間が既存の電源と比較して短くなっている。

そのため、本実施の形態のように電圧の立ち上がり時間を制御しない場合には、次のような事象が発生する。即ち、負荷が短絡していてインピーダンスが極端に低い場合は、回路内に過電流保護回路１６で例示したようにヒューズなどの過電流保護機能を設けていたとしても、過電流により回路を遮断する前に高圧スイッチ１２が破損することがある。これは、絶縁検査に用いる電圧波形の立ち上がり時間は例えば４０ｋＶ／μｓｅｃ程度と短時間で高電圧に達するためである。そして、高圧スイッチ１２が破損すると、絶縁検査用電源装置１０は復帰できず、修理に時間と金額が掛かり、絶縁検査用電源装置１０が使用できない期間が発生してしまう。

しかしながら、本実施の形態に係る絶縁検査用電源装置１０では、電圧の立ち上がり時間を可変できる電源の機能を利用して、まず、立ち上がり時間を大きく設定して負荷が短絡していないかを確認する。仮に負荷が短絡していたとしても電圧の立ち上がり時間を大きくしていれば、電流が立ち上がる時間も大きくなり、過電流保護機能が働く時間が確保できるため、高圧スイッチ１２が破損する前に回路を遮断することができる。

そして、過電流保護機能が働かずに、負荷が短絡していないことが確認できた後は、立ち上がり時間を小さくしても高圧スイッチ１２が破損することなく絶縁検査を行うことができる。

（代替例）
上述した実施の形態では、絶縁検査方法で使用する絶縁検査用電源装置として、絶縁検査用電源装置１０を例に挙げて説明したが、他の構成の絶縁検査用電源装置を採用することもできる。例えば、絶縁検査用電源装置１０は、電源波形を立ち上がり時間、電圧維持時間（ピーク維持時間）の２つの値について各々別個に変化させることができる電源を有する例を挙げたが、電圧維持時間が固定されるような絶縁検査用電源装置を使用することもできる。

また、絶縁検査用電源装置は、図７又は図８で例示するような構成例を採用することもできる。図７及び図８は、図１の絶縁検査方法で用いられる絶縁検査用電源装置の他の構成例を示すブロック図で、図７と図８は互いに異なる構成例である。

図６に示した絶縁検査用電源装置１０で使用している電源は、直流高電圧発生部１１で例示したように電圧の立ち上がり時間を変更する機能を有している。よって、立ち上がり時間を大きく設定して負荷の短絡状態を確認する際に、過電流保護回路１６を使用せずに、放電検出器１５の電流出力を使用して、電流出力が大きくなった場合にパルス発生器１３の出力を落とし、高圧スイッチ１２を開いて回路を遮断可能である。

そのような構成の例が、図７に示す絶縁検査用電源装置１０ａである。絶縁検査用電源装置１０ａは、図６に示す絶縁検査用電源装置１０において過電流保護回路１６を取り除いたものである。当然ながら過電流保護回路１６を使用するよりも、過電流が生じてから回路を遮断するまでの時間はかかるようになるが、その時間を見越した電圧の立ち上がり時間に設定しておけば高圧スイッチ１２が破損することなく回路を遮断することができる。このような構成を採用することで、過電流保護回路１６を搭載せずとも同様の機能を実現することができる。

図８に示す絶縁検査用電源装置１０ｂは、図７に示す絶縁検査用電源装置１０ａにおいて、終端抵抗Ｒｓの一端と被試験物２０の一端との間に電流センサ１７を設けたものである。つまり、絶縁検査用電源装置１０ｂは、絶縁検査用電源装置１０，１０ａにおいて、電流を検出する電流センサ１７を被試験物２０の近傍に設置したものである。

絶縁検査用電源装置１０ｂでは、電圧の立ち上がり時間を可変できる機能を用いて、立ち上がり時間を大きく設定して負荷の短絡状態を確認する際に、過電流保護回路１６や放電検出器１５を使用せずに、電流センサ１７を使用する。そして、絶縁検査用電源装置１０ｂは、電流センサ１７からの電流出力が大きくなった場合にパルス発生器１３の出力を落とし、高圧スイッチ１２を開いて回路を遮断する動作を行う。

このような構成を採用することで、負荷が解放状態の場合に電流センサ１７を通過する電流が生じないため、負荷の解放を検出することもできる。負荷が解放された場合、過電流が生じて絶縁検査用電源装置１０ｂの他の内部回路や被試験物２０が破損することはないが、検査を実施しても無意味であるため、検査前に試験物異常などの信号を出力することができ、無駄な試験時間を短縮することができる。

以上に、本実施の形態について説明したが、上記実施の形態は、以下の特徴を有する。
即ち、上記実施の形態に係る絶縁検査方法は、電圧の立ち上がり時間を設定できる電源を備えた絶縁検査用電源装置を用いて、被試験物の絶縁を検査する。この絶縁検査方法は、第１設定ステップ、検出ステップ、判定ステップ、及び検査ステップを備える。上記第１設定ステップは、第１の電圧の立ち上がり時間を設定する。上記検出ステップは、第１の電圧の立ち上がり時間が経過した時点で、電源と被試験物とを含む回路における電流を検出する。上記判定ステップは、検出された電流が所定レベルより大きかった場合、上記回路に異常が生じたことを判定する。上記検査ステップは、検出された電流が所定レベル以下であった場合、第２の電圧の立ち上がり時間を設定して被試験物の絶縁を検査する。ここで、第２の電圧の立ち上がり時間は、第１の電圧の立ち上がり時間よりも短く設定される。

以上の絶縁検査方法では、絶縁検査用電源装置の第１の電圧の立ち上がり時間を長くすることで、回路に電流が急激に流れるのを抑制するとともに、電流が所定レベル以上に生じた場合は回路の異常を判定する。そして、この絶縁検査方法では、異常がないと判定されたときは、第１の電圧よりも立ち上がり時間が短い第２の電圧で被検査物の絶縁を検査する。よって、以上の絶縁検査方法によれば、電源と被試験物とを含む回路内に過電流が流れないようにすることが可能になる。

１０、１０ａ、１０ｂ 絶縁検査用電源装置
１１ 直流高電圧発生部
１２ 高圧スイッチ
１３ パルス発生器
１４ 可変インダクタ
１５ 放電検出器
１６ 過電流保護回路
１７ 電流センサ
２０ 被試験物
Ｒｓ 終端抵抗
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４ スイッチ
ＴＭ１ 第１の被試験端子
ＴＭ２ 第２の被試験端子
ＴＴ１ 第１の接続端子
ＴＴ２ 第２の接続端子

Claims (5)

1. 電圧の立ち上がり時間を設定できる電源を備えた絶縁検査用電源装置を用いて、被試験物の絶縁を検査する絶縁検査方法であって、
   正極端子及び負極端子を有する前記電源と、第１の端子及び第２の端子を有し、前記電源の前記正極端子が前記第１の端子に接続される第１のスイッチと、第３の端子及び第４の端子を有し、前記第１のスイッチの前記第２の端子が前記第３の端子に接続され、前記電源の前記負極端子が前記第４の端子に接続される放電検出器と、を回路として備える絶縁検査用電源装置にて、前記第１のスイッチの前記第２の端子と前記放電検出器の前記第３の端子との間に前記被試験物を接続するステップと、
   前記電源が印加する第１の電圧の立ち上がり時間を設定するステップと、
   前記第１の電圧の立ち上がり時間が経過した時点で、前記電源が印加した電圧によって前記第１のスイッチから前記被試験物を通って前記放電検出器に向かう電流を検出するステップと、
   検出された前記電流が所定レベルより大きかった場合、前記回路を構成する負荷に短絡が生じたことを判定するステップと、
   検出された前記電流が前記所定レベル以下であった場合、前記電源が印加する第２の電圧の立ち上がり時間を設定し、前記放電検出器が検出した電流と所定の判定の閾値とを比較することで、前記被試験物の絶縁を検査するステップと、
   を含み、
   前記第２の電圧の立ち上がり時間を、前記第１の電圧の立ち上がり時間よりも短く設定する、
   絶縁検査方法。
2. 前記第１の電圧の立ち上がり時間が経過した時点において検出された前記電流が前記所定レベルより大きかった場合、前記第１のスイッチを開くことで前記回路を遮断するステップと、をさらに含む
   請求項１に記載の絶縁検査方法。
3. 前記回路を構成する負荷には、前記被試験物による負荷と、前記回路に設けられた負荷と、が含まれる、
   請求項１又は２に記載の絶縁検査方法。
4. 前記第１のスイッチは、取得するパルス信号がハイレベルである期間にオン状態となり、取得する前記パルス信号がロウレベルである期間にオフ状態となる、
   請求項１又は２に記載の絶縁検査方法。
5. 前記絶縁検査用電源装置は、前記回路内において、前記被試験物と、前記放電検出器の前記第３の端子との間に接続される電流センサをさらに備え、
   前記電流センサは、前記第１の電圧の立ち上がり時間が経過した時点で、前記電源が印加した電圧によって前記第１のスイッチから前記被試験物を通って前記放電検出器に向かう電流を検出する、
   請求項１又は２に記載の絶縁検査方法。

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