JPWO2015011798A1 - 界磁巻線方式回転電機の診断装置および界磁巻線方式回転電機の診断方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1の界磁巻線方式回転電機の診断装置では、故障を判定する際に比較される電位として、直流電源の正極電圧および負極電圧の2つだけを有している。このため、界磁回路の天絡故障、地絡故障、および断線故障のいずれかの発生を検出することはできるが、故障要因として天絡故障および地絡故障と、断線故障とを区別することができないという課題があった。
図1は、本発明の実施の形態1に係る界磁巻線方式回転電機の診断装置1の構成の第1の例示図である。
Rpd>Batt(MAX)2/(P×α) (1)
Rpd<(Vcc−Vf)/I1 (2)
Icp≧VLg/Rpd+VLg/RLg(=I2)−I1 (3)
Rpd<(Vcc−Vf−Vzd)/I1 (4)
先の実施の形態1では、診断装置1に吐き出し型定電流回路112を備え、吐き出し型定電流回路112の定電流を適切に設定することにより、直流電源2と界磁巻線4との間にリーク電流が存在する場合でも、地絡故障の誤判定を抑制することができる方法について説明した。これに対して、本実施の形態2では、界磁巻線4にブラシの酸化皮膜による接触抵抗が存在する場合においても、吐き出し型定電流回路112の定電流値と、プルダウン抵抗120の抵抗値とを適切に設定することができる方法について説明する。
Rpd>(Batt(MAX)−Vccs)2/(P×α) (5)
Rpd<(Vcc−Vf−Vccs)/I1−Rb (6)
Icp≧VLg/RLg+(VLg−Vccs)/Rpd−I1
+Rb(VLg−Vccs)/RLg/Rpd (7)
Rpd<(Vcc−Vf−Vccs−Vzd)/I1−Rb (8)
ここで、Vccsは第2内部電源回路121の正極電圧、Rbは想定されるブラシの酸化皮膜による接触抵抗値である。
先の実施の形態1では、診断装置1に吐き出し型定電流回路112を備え、吐き出し型定電流回路112の定電流を適切に設定することにより、直流電源2と界磁巻線4との間にリーク電流が存在する場合でも、地絡故障の誤判定を抑制することができる方法について説明した。これに対して、本実施の形態3では、吐き出し型定電流回路112の代わりに吸い込み型定電流回路122を備え、吸い込み型定電流回路122の定電流を適切に設定することにより、直流電源2と界磁巻線4との間にリーク電流が存在する場合でも、天絡故障の誤判定を抑制することができる方法について説明する。
Icd≦(Batt(MIN)−VFHS)/RLt(=I3)+I1 (9)
Icd≧VLt/RLt+I1 (10)
Rpu≧(Vcc−Vf−VFHS)/(Icd−I1) (11)
Rpu>(Vcc−Vf)2/(P×α) (12)
Rpu≦(Vcc−Vf−VLg)/(Icd−I1+VLg/RLg) (13)
先の実施の形態1では、診断装置1に吐き出し型定電流回路112を備え、吐き出し型定電流回路112の定電流を適切に設定することにより、直流電源2と界磁巻線4との間にリーク電流が存在する場合でも、地絡故障の誤判定を抑制することができる方法について説明した。また、先の実施の形態3では、吐き出し型定電流回路112の代わりに吸い込み型定電流回路122を備え、吸い込み型定電流回路122の定電流を適切に設定することにより、直流電源2と界磁巻線4との間にリーク電流が存在する場合でも、天絡故障の誤判定を抑制することができる方法について説明した。これに対して、本実施の形態4では、診断装置1に吐き出し型定電流回路112と吸い込み型定電流回路122の両方を備えることにより、直流電源2と界磁巻線4との間にリーク電流が存在する場合でも、地絡故障および天絡故障の誤判定を抑制することができる方法ついて説明する。
Rpd>VFHS/Icd (14)
Rpd<Batt(MIN)/Icd−RLt (15)
Rpd<P×α/Icd2 (16)
先の実施の形態1〜4では、界磁巻線4および界磁駆動回路6を含む界磁回路の、天絡故障、地絡故障、および、断線故障を診断する方法について説明した。これに対して、本実施の形態5では、更に、PWMスイッチング素子62、診断用スイッチング素子13、あるいは還流素子61として用いられるMOSFETなどのパワー半導体スイッチング素子の駆動不能を診断する方法について説明する。
Tm≧−τ×ln(β) (17)
本実施の形態6では、第1診断回路11および第2診断回路12への電源の供給をオンまたはオフするスイッチをそれぞれ設けることにより、故障診断を行わない通常動作時において、界磁巻線方式回転電機の診断装置1の消費電力を抑制する方法について説明する。
Claims (17)
- 界磁巻線と、電機子巻線と、前記界磁巻線および前記電機子巻線に対する電力供給源である直流電源とを有し、電動機または発電機として動作する回転電機に適用される界磁巻線方式回転電機の診断装置であって、
前記直流電源の正極電位および負極電位とは異なる値として規定される断線故障判定電位を持つ内部電源回路を有し、前記電機子巻線の相対回転運動による誘導電流が前記界磁巻線に流れていない故障診断状態において、前記内部電源回路を用いて前記界磁巻線に電流を流した際の前記界磁巻線を含む回路の電圧値を測定することで、前記界磁巻線を含む回路の故障診断を行う診断回路を備え、
前記診断回路は、前記故障診断状態における前記界磁巻線を含む回路の電圧値の計測結果に基づいて、
前記計測結果が前記断線故障判定電位を含む断線故障判定電圧範囲内にある場合には、前記回路で断線が生じたと判定し、
前記計測結果が前記正極電位を含む天絡故障判定電圧範囲内にある場合には、前記回路で天絡故障が生じたと判定し、
前記計測結果が前記負極電位を含む地絡故障判定電圧範囲内にある場合には、前記回路で地絡故障が生じたと判定する
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項1に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記界磁巻線は、前記直流電源に対してPWMスイッチング素子と還流素子とが直列に接続されて構成された界磁駆動回路をPWM駆動することにより、前記還流素子に並列接続された状態で駆動制御されており、
前記診断回路は、
前記界磁巻線の正極側端部に接続された第1診断回路と、
前記界磁巻線の負極側端部に接続された第2診断回路と、
前記還流素子および前記界磁巻線の正極側端部同士または負極側端部同士の接続のうち前記PWMスイッチング素子が接続されていない極側端部同士の接続をオンまたはオフする診断用スイッチング素子と、
前記直流電源の負極電圧を基準とした前記界磁巻線の正極側端部または負極側端部の電圧を測定する電圧測定部と、
前記電圧測定部による前記界磁巻線の測定電圧を基に、前記界磁駆動回路および前記界磁巻線を含む界磁回路の天絡故障、地絡故障、および断線故障を判定する故障判定部と、
を備え、
前記第1診断回路は、
第1内部電源回路と、
前記界磁巻線から前記第1内部電源回路方向に電流が流れることを防止する第1ダイオードと、
前記第1内部電源回路と前記第1ダイオードとの間に直列に挿入され、前記第1内部電源回路から前記界磁巻線へ定電流を流す吐き出し型定電流回路、または、プルアップ抵抗、のいずれか一つと、
を備えて構成され、
前記第2診断回路は、前記界磁巻線から前記直流電源の負極へ定電流を流す吸い込み型定電流回路、または、プルダウン抵抗、の少なくとも一つを備えて構成され、
前記故障判定部は、前記PWMスイッチング素子および前記診断用スイッチング素子がオフであり、かつ、前記電機子巻線の相対回転運動による誘導電流が前記界磁巻線に流れていない状態である故障診断状態において、
前記電圧測定部による前記界磁巻線の測定電圧が、前記直流電源の正極電圧と実質的に等しい場合に前記天絡故障と判定し、
前記電圧測定部による前記界磁巻線の測定電圧が、前記直流電源の負極電圧と実質的に等しい場合に前記地絡故障と判定し、
前記電圧測定部による前記界磁巻線の測定電圧が、断線故障を判定するための予め定めた断線故障判定電位と実質的に等しい場合に前記断線故障と判定する
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項2に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記PWMスイッチング素子は、前記還流素子の正極側端部に接続され、
前記プルダウン抵抗の抵抗値は、前記故障診断状態において、
前記第1内部電源回路の正極電圧と、
前記直流電源の正極から前記界磁駆動回路を経由して前記界磁巻線へ流れる第1リーク電流I1と、
に基づいて設定され、
前記プルアップ抵抗の抵抗値は、前記故障診断状態において、
前記第1内部電源回路の正極電圧と、
無故障時の前記界磁巻線の電圧と、
前記吸い込み型定電流回路の定電流値と、
前記直流電源の正極から前記界磁駆動回路を経由して前記界磁巻線へ流れる第1リーク電流I1と、
に基づいて設定される
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項2または3に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記PWMスイッチング素子は、前記還流素子の正極側端部に接続され、
前記吐き出し型定電流回路の定電流値は、前記故障診断状態において、
前記プルダウン抵抗に流れる電流と、前記界磁巻線から前記直流電源の負極へ流れる第2リーク電流I2との和から、前記直流電源の正極から前記界磁駆動回路を経由して前記界磁巻線へ流れる第1リーク電流I1を減算した値、よりも大きく設定され、
前記吸い込み型定電流回路の定電流値は、前記故障診断状態において、
前記直流電源の正極から前記界磁駆動回路を経由して前記界磁巻線へ流れる第1リーク電流I1の値、よりも大きく設定される
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項2から4のいずれか1項に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記第1診断回路は、前記吐き出し型定電流回路を備え、
前記第2診断回路は、前記プルダウン抵抗を備え、前記プルダウン抵抗は、一端が前記界磁巻線の負極側端部に接続されて他端が前記直流電源の負極に接続され、
前記電圧測定部は、前記界磁巻線の正極側端部の電圧を測定し、
前記断線故障判定電位は、前記第1内部電源回路の正極電圧である
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項5に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記第2診断回路は、前記吸い込み型定電流回路を更に備え、前記吸い込み型定電流回路は、前記プルダウン抵抗と前記直流電源の負極との間に直列に挿入されている
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項2から4のいずれか1項に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記第1診断回路は、前記吐き出し型定電流回路を備え、
前記第2診断回路は、前記プルダウン抵抗を備え、第2内部電源回路を更に備え、前記プルダウン抵抗は、前記界磁巻線の負極側端部の電圧を前記第2内部電源回路の正極電圧にプルダウンし、
前記電圧測定部は、前記界磁巻線の負極側端部の電圧を測定し、
前記断線故障判定電位は、前記第2内部電源回路の正極電圧である
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項2から4のいずれか1項に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記第1診断回路は、前記プルアップ抵抗を備え、前記プルアップ抵抗は、前記第1内部電源回路と前記第1ダイオードとの間に直列に挿入され、
前記第2診断回路は、前記吸い込み型定電流回路を備え、
前記電圧測定部は、前記界磁巻線の正極側端部の電圧を測定し、
前記断線故障判定電位は、前記第1内部電源回路の正極電圧である
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項2から8のいずれか1項に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記第1内部電源回路の正極電圧は、前記界磁巻線方式回転電機が正常に動作する前記直流電源の正極電圧の電圧変動範囲の最小値よりも低く設定されている
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項2から8のいずれか1項に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記第1診断回路は、前記吐き出し型定電流回路を備え、前記吐き出し型定電流回路と前記第1ダイオードとの間に直列に挿入された定電圧部を更に備え、
前記定電圧部は、前記故障診断状態において、前記第1内部電源回路の正極電圧と前記界磁巻線の結線端部の電圧との電位差を拡大させることにより、前記第1内部電源回路の正極電圧が、前記界磁巻線方式回転電機が正常に動作する前記直流電源の正極電圧の電圧変動範囲の最小値よりも低く設定された回路を等価的に実現している
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項10に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記定電圧部は、前記第1内部電源回路の正極側にカソード側が接続された定電圧ダイオードを用いて構成される
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項10に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記定電圧部は、前記第1内部電源回路の正極側にアノード側が接続されたダイオードを用いて構成される
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項2から12のいずれか1項に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記第1診断回路は、前記第1診断回路内において前記第1内部電源回路の正極と前記界磁巻線の正極側端部との接続をオンまたはオフする第1のスイッチを更に備え、
前記第2診断回路は、前記第2診断回路内において前記直流電源の負極と前記界磁巻線の負極側端部との接続をオンまたはオフする第2のスイッチを更に備え、
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチは、前記診断用スイッチング素子がオンの場合にはオフされ、前記診断用スイッチング素子がオフの場合にはオンされる
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項2から13のいずれか1項に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記故障判定部は、前記故障診断状態において、
前記直流電源の正極電圧が前記界磁巻線の結線端部の電圧以下である場合には、前記天絡故障の判定を行わない
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項2から14のいずれか1項に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記故障判定部は、前記故障診断状態において、
前記PWMスイッチング素子および前記診断用スイッチング素子のうち、前記直流電源の負極に接続されているほうのスイッチング素子である第2スイッチング素子をオンしたときの、前記界磁巻線の前記測定電圧が前記直流電源の負極電圧よりも大きい場合、または、前記第2スイッチング素子をオフしたときの、前記界磁巻線の前記測定電圧が前記直流電源の負極電圧と実質的に等しい場合に、前記第2スイッチング素子が駆動不能であると判定し、
前記PWMスイッチング素子および前記診断用スイッチング素子のうち、前記直流電源の正極に接続されているほうのスイッチング素子である第1スイッチング素子をオンしたときの、前記界磁巻線の前記測定電圧が前記直流電源の正極電圧よりも小さい場合、または、前記第1スイッチング素子をオフしたときの、前記界磁巻線の前記測定電圧が前記直流電源の正極電位と実質的に等しい場合に、前記第1スイッチング素子が駆動不能であると判定する
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項15に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置において、
前記故障判定部は、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子のうち、前記第2スイッチング素子の駆動不能の診断を先に実施する
界磁巻線方式回転電機の診断装置。 - 請求項1に記載の界磁巻線方式回転電機の診断装置に用いられる界磁巻線方式回転電機の診断方法であって、前記故障診断状態において、
前記診断回路において、前記故障診断状態における前記界磁巻線を含む回路の電圧値の計測結果に基づいて、
前記計測結果が前記断線故障判定電位を含む断線故障判定電圧範囲内にある場合には、前記回路で断線が生じたと判定するステップと、
前記計測結果が前記正極電位を含む天絡故障判定電圧範囲内にある場合には、前記回路で天絡故障が生じたと判定するステップと、
前記計測結果が前記負極電位を含む地絡故障判定電圧範囲内にある場合には、前記回路で地絡故障が生じたと判定するステップと
を有する界磁巻線方式回転電機の診断方法。
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