TWI544225B - 具備絕緣劣化檢測裝置之電動機控制裝置，及電動機之絕緣劣化檢測方法 - Google Patents

Description

具備絕緣劣化檢測裝置之電動機控制裝置，及電動機之絕緣劣化檢測方法

本發明係有關具備檢測電動機之絕緣劣化(絕緣電阻的異常降低)的絕緣劣化檢測裝置之電動機控制裝置，及檢測電動機之絕緣劣化的方法。

伺服電動機係藉由電動機控制裝置而被驅動，該電動機控制裝置具備受PWM控制之反向器電路。在作業用機械當中，使用切削液來進行加工的作業用機械，切削液可能會附著於電動機上。而依據切削液的性質不同，切削液流入電動機內部，會使電動機的電性絕緣劣化而產生問題。電動機的電性絕緣劣化會逐漸惡化，最終導致接地。一旦電動機接地，會使得漏電斷路器跳脫，電動機控制裝置破損，乃至於使利用電動機之系統停機。系統停機會給工廠生產線帶來莫大的影響。因此，從預防保全的觀點而言，必須要有可檢測電動機的絕緣劣化之裝置。

作為這類檢測電動機的絕緣劣化之習知方法，有：

(1)使用電性絕緣電阻計之方法

(2)在受PWM控制之反向器電路的一對直流輸入部(即正極及負極)的兩者或任一者之極與對地(接地)之間，插入電容器及電阻之串聯電路，設置檢測該串聯電路的電阻的兩端電位差之電路，以便在不停止電動機的驅動下，檢測電動機的絕緣劣化之方法(專利文獻1)

(3)將受PWM控制之反向器電路的直流輸入部接地(連接大地)，利用反向器電路所含之半導體元件，將施加於反向器裝置的直流電壓，施加至電動機，測定此時反向器裝置的直流電壓及直流電流，求得電動機的電性絕緣電阻之方法(專利文獻2)

(4)在透過斷路器而連接至電源之PWM反向器的負極與接地之間，插入電阻與開關，在前述斷路器呈開狀態時，將開關關閉，使PWM反向器的正極的半導體開關為導通狀態，求得前述電阻的電壓下降之方法(專利文獻3)等方式。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2005-201669號公報

[專利文獻2]日本特開平6-94762號公報

[專利文獻3]日本特開2009-204600號公報

上述(1)使用絕緣電阻計之方法，係將電動機與電動機控制裝置之間的配線拆除，而在電動機的線圈與對地(接地)間連接絕緣電阻計，測量電性絕緣電阻，根據電性絕緣電阻之值來檢測絕緣劣化。但該方法必須拆除電動機的配線，需要大量的作業工時，是其問題。

上述(2)之方法中，因通過電源而流動之漏電流，會使 流動於檢測電路的電流受到影響，導致絕緣劣化之檢測產生誤差，是其問題。

上述(3)之方法中，是將反向器電路的直流側接地(連接大地)，利用反向器電路中的半導體元件，將反向器裝置的直流電壓施加於電動機。接著測定此時的反向器電路之直流輸入電壓及直流輸入電流，求得電動機的電性絕緣電阻。然而此一方法中，當電動機的電性絕緣劣化而接地發生時，由於反向器電路中的半導體元件之導通，會使得反向器電路的直流電壓短路。結果，會導致半導體元件破損之問題。此外，於測定直流電流之檢測器，在絕緣劣化檢測時會流過微小電流，通常之電動機控制時則會流過大電流。因此，可流過大電流，又能精度良好地檢測微小電流之電流檢測器，係為必要。然而，一般之電流檢測器無法得到如此精度，在提升檢測精度上會有問題。

(4)之方法中，在PWM反向器的直流部與接地間設置電容器以對抗雜訊時，藉由該電容器而讓絕緣電阻檢測用電阻的電壓到達穩定，需要時間。反向器電路的正極之開關電源，在可令半導體開關常時打開之反向器電路當中不會有問題。但若將反向器電路的正極之半導體開關電源如圖5般，於反向器電路的上段裝在電容器與二極體而用於自舉電路時，因正極電源僅在PWM動作的短時間內才能呈開狀態，故在檢測絕緣電阻之前，正極的半導體開關即已關閉，導致無法使用，是其問題。另，圖5之電路係為自激式之反向器電路，構成半導體開關之電晶體TR1至 TR6，其驅動訊號(閘極訊號)是從分別對於電晶體訊號TR1至TR6設置之驅動電路DC1~DC6所給予的。

本發明係為消弭上述課題而完成者，目的在於提供一種具備絕緣電阻檢測機能之電動機控制裝置，其不需拆卸電動機之配線，即使電動機接地，反向器電路的半導體開關亦不破損，且能將自舉電路運用於半導體開關的驅動電路，且不受到來自電源之漏電流的影響。

本發明之另一目的在於，提供一種電動機之絕緣劣化檢測方法，其不會受到反向器電路的開關而產生之漏電流影響，即使電動機接地，也不會使反向器電路中的半導體開關破損，可精度良好地檢測電動機之絕緣劣化。

本發明之具備絕緣劣化檢測裝置之電動機控制裝置，具備整流電路、反向器電路、及絕緣劣化檢測裝置。整流電路係經由斷路器而連接至交流電源，且在正極直流輸出部與負極直流輸出部之間具備平滑用電容器。此外，1台以上之反向器電路，係一對半導體開關串聯連接構成且一對半導體開關之連接點成為交流輸出部之複數之臂電路，以並聯連接所構成，複數之臂電路中的上段之半導體開關的驅動電路由自舉電路所構成，對1台以上之電動機的複數相之激磁線圈施加電壓。而絕緣劣化檢測裝置係檢測由反向器電路所驅動之電動機的絕緣電阻，來檢測絕緣電阻劣化。

本發明中，係使用具備電壓分壓電路、檢測動作控制部、絕緣電阻檢測部之絕緣劣化檢測裝置。電壓分壓電路是正極直流輸出部及負極直流輸出部的其中一方與接地之間隔著常開開關電路而配置。檢測動作控制部是在斷路器呈開狀態的期間，令常開開關電路為閉狀態。而且，檢測動作控制部是使用相同工作比反覆進行驅動，從平滑用電容器至少對1相之激磁線圈交互施加正電壓及負電壓，同時進行檢測動作；上述驅動，係在複數臂電路中的至少一個臂電路中，使一對半導體開關的其中一方為開狀態，另一方為關狀態，其後使其中一方為關狀態而令另一方為開狀態；上述檢測動作，係在下段之半導體開關打開期間，使上段之半導體開關的自舉電路成為充電動作狀態。接著，絕緣電阻檢測部在檢測動作中，會依據從電壓分壓電路輸出之分壓電壓，以及輸入至反向器電路之直流電壓，來檢測絕緣電阻。此處所謂「使用相同工作比之PWM訊號反覆檢測動作」，係指使用脈衝寬度為一定之PWM訊號反覆進行驅動，該驅動是令對象之至少一個臂電路中的一對半導體開關(上段之半導體開關與下段之半導體開關)的其中一方為開狀態，另一方為關狀態，其後使其中一方為關狀態而令另一方為開狀態。

按照本發明，藉由進行這樣的檢測動作，係不使電動機旋轉，而驅動使用於反向器電路上段之半導體開關及下段之半導體開關，來對激磁線圈施加電壓，故可確實地檢測絕緣電阻。此外，下段之半導體開關在呈開狀態時，係 令上段之半導體開關的自舉電路為充電動作狀態，故能將自舉電路使用於上段之半導體開關的驅動電路。

另，當檢測出絕緣電阻降低之電動機的情形下，在判定哪個激磁線圈為原因使得絕緣電阻降低時，係依序選擇複數之臂電路，使其對各臂電路所含之一對半導體開關做檢測動作。這麼做，便能查明哪一個相之激磁線圈為原因使得絕緣電阻變小。

按照本發明，係使電動機之一般運轉停止，將斷路器切換至OFF以切斷交流電源，來檢測電動機之絕緣電阻。因此，在絕緣電阻之檢測中，便不受到通過電源線而流動之漏電流或電源雜訊之影響。此外，因為使用僅在絕緣電阻檢測時才通電之電壓分壓電路所輸出之分壓電壓來檢測絕緣電阻，故構成電壓分壓電路之絕緣電阻檢測用的電阻，可做成專用之電阻值。又，在絕緣劣化檢測時，對於電動機及平滑用電容器，電壓分壓電路會成為電阻負載，故即使電動機側發生接地，在短時間內，過電流不會從平滑用電容器通過而流經導通之半導體開關。因此，即使電動機發生接地時，也能防止反向器電路中的半導體開關破損。另，在令絕緣劣化檢測裝置動作時所需之控制電源，可不使用與斷路器連接電源而是另行準備，亦可不透過斷路器而利用連接至電源之電源電路。此外，不必為了檢測絕緣電阻而拆卸電動機之配線，也不需特別之作業工時。

特別是按照本發明，電壓分壓電路可使用一端電性連接至負極直流輸出部之第1電阻器的另一端，以及一端電 性連接至接地部之第2電阻器的另一端彼此電性連接而構成者。在此情形下，理想是第1電阻器的兩端電壓係作為分壓電壓V_R1而輸入至絕緣電阻檢測部，第2電阻器則是在電動機為接地狀態時，作為防止過電流流通之保護電阻。如此一來，在電動機呈接地狀態時，便可確實防止過電流發生。此外，理想是在第1電阻器的另一端與第2電阻器的另一端之間，配置常開開關電路。此外，亦可將常開開關電路設置在第2電阻器與接地之間。

絕緣電阻檢測部以分壓電壓V_R1與平滑用電容器之端子間電壓V_DC作為輸入，且工作比為D%、第1電阻體之電阻值為R₁、第2電阻體之電阻值為R₂之時，絕緣電阻R_M可構成為以R_M=V_DC×(D/100)×(R₁/V_R1)-(R₁+R₂)之運算式來求得。使用此運算式，便可不用將電動機從裝置上拆卸，而能求得絕緣電阻。

若反向器電路係為針對2台以上之電動機分別設置之2台以上的反向器電路的情形下，可以下述方式構成檢測動作控制部。也就是說，檢測動作控制部可構成為：從複數反向器電路中選擇1台作為檢測對象之反向器電路，且於所選擇之1台反向器電路中來進行檢測動作。如此一來，針對2台以上之電動機的絕緣電阻，便可用1個電壓分壓電路及1個絕緣電阻檢測部來檢測。

此外，若反向器電路係為針對3台以上之電動機分別設置之3台以上的反向器電路的情形下，可將檢測動作控制部構成為進行下述動作。也就是說，從3台以上之反向器電路中決定複數2台反向器電路之組合，並分別選擇對應於所決定複數組合之2台反向器電路，且於所選擇之2台反向器電路同時進行檢測動作。在此情形下，依據絕緣電阻檢測部所檢測之並聯絕緣電阻，來查明2台反向器電路，該2台反向器電路中包含驅動絕緣電阻降低之電動機的反向器電路。接著於查明之2台反向器電路分別進行檢測動作。亦可在檢測動作控制部進行上述動作後，使絕緣電阻檢測部依據所檢測之絕緣電阻，查明絕緣電阻降低之電動機。

本發明之電動機之絕緣劣化檢測方法中，最初令斷路器為開狀態。其後，在正極直流輸出部及負極直流輸出部的其中一方與接地之間，將電壓分壓電路電性連接。使用相同工作比之PWM訊號反覆進行驅動，從平滑用電容器至少對1相之激磁線圈交互施加正電壓及負電壓，同時進行檢測動作；上述驅動是在複數臂電路中的至少一個臂電路中，使一對半導體開關的其中一方為開狀態，另一方為關狀態，其後使其中一方為關狀態而令另一方為開狀態；上述檢測動作是在下段之半導體開關打開期間，使上段之半導體開關的自舉電路成為充電動作狀態。接著，依據從電壓分壓電路輸出之分壓電壓，及輸入至反向器電路之直流電壓，來檢測電動機之絕緣電阻。

若反向器電路係為針對2台以上之電動機分別設置之2台以上的反向器電路的情形下，則從2台以上之反向器電路中選出作為檢測對象之1台反向器電路。接著，於所選擇之1台反向器電路中進行檢測動作，便能檢測2台以上之電動機的絕緣電阻劣化。

若反向器電路係為針對3台以上之電動機分別設置之3台以上的反向器電路的情形下，則從3台以上之反向器電路中決定複數2台反向器電路之組合。接著分別選擇與所決定之複數組合對應之2台反向器電路，且於所選擇之2台反向器電路中，分別同時進行檢測動作，檢測並聯絕緣電阻。接著查明2台反向器電路，該2台反向器電路中包含驅動絕緣電阻降低之電動機的反向器電路。其後，針對查明之2台反向器電路分別進行檢測動作，依據所檢測之絕緣電阻，查明絕緣電阻降低之電動機。

參照以下圖面，詳細說明實施本發明之具備絕緣劣化檢測裝置之電動機控制裝置及電動機之絕緣劣化檢測方法的實施形態。圖1(A)為藉由1個反向器電路5來驅動1台三相交流電動機(電動機)M之電動機控制裝置1的構造例示意圖、(B)為針對後述構成上段之半導體開關的電晶體TR1至TR3所使用之自舉電路例示圖。電動機控制裝置1係透過作為斷路器2之電磁接觸器而連接至三相交流電源AC。該電動機控制裝置1中，將從三相交流電源AC輸出 之三相交流，藉由以6個二極體D1~D6橋式連接而構成之全波整流電路3予以全波整流，而得到直流電壓。接著藉由以電解電容器所構成之平滑用電容器C，將該直流電壓平滑化。本實施形態中，係藉由全波整流電路3與平滑用電容器C來構成整流電路。而平滑用電容器C之兩端係構成正極直流輸出部4A與負極直流輸出部4B。

此外，反向器電路5係藉由3個臂電路51~53並聯連接而構成之橋式電路所構成。3個臂電路51~53分別由電晶體所構成之一對半導體開關(TR1及TR4，TR2及TR5、TR3及TR6)串聯連接所構成。而一對半導體開關(TR1及TR4，TR2及TR5、TR3及TR6)的連接點CP1~CP3係成為交流輸出部。連接點CP1~CP3上係連接有電動機M中星型連接之三相激磁線圈W1~W2。圖1中，星型連接之三相激磁線圈W1~W2的中性點與對地(接地)之間，係圖示有電性之絕緣電阻RM，其會因電動機之電性絕緣劣化而逐漸變小。反向器電路5中所使用之6個電晶體TR1~TR6上，分別反並聯連接有二極體D。本實施例中，該反向器電路5係依據包含反向器控制電路之PWM控制電路10(未圖示)所輸出之PWM控制訊號而受到PWM控制，將直流電力轉換成交流電力而輸出。而PWM控制電路10係依據固定於電動機M的輸出軸之編碼器(未圖示)等位置檢測器之輸出，來檢測出電動機M的轉子位置，根據該檢測資訊來進行電動機M的轉子之位置或速度控制。此外，上段之電晶體TR1~TR3上，作為代表性一例如圖1(B)所 示般，係分別設有由電阻R₀、電容器C₀、二極體D₀及直流電源DPS所構成之自舉電路BSC。另，電晶體TR1及TR4的基極上，配置有將PWM訊號賦予至電晶體之驅動電路DC1及DC4。電晶體TR2及TR5，以及電晶體TR3及TR6上，亦配置有如同圖1(B)構造之自舉電路及驅動電路。該自舉電路BSC在與下段之電晶體TR4導通的期間，藉由流經直流電源DPS→電阻R₀→二極體D₀→電容器C₀→電晶體TR4電路之電流，電容器C₀被充電。結果，藉由電容器C₀之電荷，可使電晶體TR1的基極-射極間電壓上昇。是故如後述般，即使在斷路器2打開後，藉由在上段之電晶體TR1~TR3的基極，經驅動電路DC1加入PWM驅動訊號，仍可確保上段之電晶體TR1~TR3的導通狀態。

電動機控制裝置1中內藏有絕緣劣化檢測裝置6，其檢測藉由反向器電路5所驅動之電動機M的電性絕緣劣化(絕緣電阻R_M之降低)。絕緣劣化檢測裝置6具備電壓分壓電路7、檢測動作控制部8、絕緣電阻檢測部9。電壓分壓電路7在負極直流輸出部4B的其中一方與接地之間，有以繼電器接點所構成之常開開關電路SW介於其間配置。具體來說，電壓分壓電路7具有如下構造：在作為一端電性連接至負極直流輸出部4B之絕緣劣化檢測用電阻之第1電阻器R1的另一端，以及一端電性連接至接地之第2電阻器R2的另一端之間，配置有常時呈開狀態，但被輸入指令後會成為閉狀態之常開開關電路SW。第1電阻 器R1的兩端電壓會作為分壓電壓，而輸入電壓比較部9內之AD轉換器。第2電阻器R2係構成保護電阻，在電動機M為接地狀態時，具有防止過電流流通之電阻值。像這樣構成電壓分壓電路7，在電動機M為接地狀態時，能確實防止過電流發生。

檢測動作控制部8，在電磁接觸器所構成之斷路器2成為開狀態時，係令常開開關電路SW為閉狀態。檢測動作控制部8係進行以下檢測動作。首先，使用相同工作比之PWM訊號反覆進行驅動，該驅動係令3個臂電路51~53中之至少一個臂電路(以下代表性地以臂電路51為例做說明)中的一對半導體開關(以下代表性地以電晶體TR1及TR4為例做說明)的其中一方為開狀態，另一方為關狀態，其後令其中一方為關狀態，另一方為開狀態。舉例來說進行如下開/關動作：在令電晶體TR1打開的期間，關閉電晶體TR4，在令電晶體TR4打開的期間，關閉電晶體TR1。藉由該開/關動作，針對1相之激磁線圈W1，從平滑用電容器C交互施加正電壓及負電壓。接著如前述般，令相對於上段之電晶體TR1之自舉電路BSC，在下段之電晶體TR4呈打開期間，進行對電容器C₀充電之充電動作。

所謂「使用相同工作比之PWM訊號反覆進行驅動」，如圖2(A)至(C)所例示，係指使用具有相同工作比之PWM訊號反覆進行驅動，該驅動是利用在進行PWM控制時所使用之PWM訊號工作比為較100%更小之工作比(例如50%)，且脈衝寬度為一定之相同PWM訊號，令對象之 一對電晶體TR1及TR4的其中一方為開狀態，另一方為關狀態，其後令其中一方為關狀態，另一方令開狀態。如圖2之右圖所示，藉由使用這樣的PWM訊號，能讓施加於激磁線圈的電壓之平均，成為符合工作(duty)之電壓值。例如在工作比為60%時，電晶體TR1在60%之工作期間為開狀態(此期間電晶體TR4為關狀態)，電晶體TR4在剩餘的40%工作期間為開狀態(此期間電晶體TR1為關狀態)。工作比只要是能藉由下段之電晶體使自舉電路成為充電動作狀態，且在絕緣電阻R_M之檢測中能將必要之電壓施加至激磁線圈者即可。也就是說，理想是將工作比之上限值設成，可將反向器電路5的上側之電晶體TR1至TR3之閘極電源，藉由例如圖2(B)所示之自舉電路充電之值。而工作比之下限值，理想是設成即使施加於電動機之平均電壓降低，仍能阻止絕緣電阻的檢測精度降低之值。

接著，絕緣電阻檢測部9在檢測動作中，會依據從電壓分壓電路輸出之分壓電壓，以及輸入至反向器電路之直流電壓，來檢測絕緣電阻。絕緣電阻檢測部9係由類比-數位轉換器AD與中央運算裝置CPU所構成。類比-數位轉換器AD，係將從電壓分壓電路7輸出之分壓電壓V_R1以及輸入至反向器電路5之直流電壓(平滑用電容器之端子間電壓)V_DC，轉換成數位資料。而中央運算裝置CPU是根據後述說明之運算式來運算出絕緣電阻R_M。

所使用之運算式係以如下方式決定。首先，令電動機M之絕緣電阻R_M的電阻值為R_M、平滑用電容器之端子間 電壓為V_DC、第1電阻體R1之兩端電壓為V_R1、工作比為D%、第1電阻體R1之電阻值為R₁、第2電阻體R2之電阻值為R₂時，第1電阻體R1之兩端電壓V_R1可以下列式子表示。

V_R1=V_DC×(D/100)/(R_M+R₁+R₂)×R₁

另，在此係與V_DC比較，反向器元件之電壓下降視為微小者而予忽略。絕緣電阻R_M可由R_M=V_DC×(D/100)×(R₁/V_R1)-(R₁+R₂)之運算式算出。

上述運算式之運算，係以中央運算裝置CPU執行。另，本實施形態中，中央運算裝置CPU係監控所檢測之絕緣電阻，當絕緣電阻達到預先訂定之值以上，則對使用電動機控制裝置之使用者發出警報。警報發生時，使用者在絕緣電阻降低的情形下更換電動機，防止電動機接地而系統停機。另，本實施形態中，係針對臂電路51~53中的至少一個臂電路中之一對電晶體TR1及TR4等，將其PWM驅動，使其交互開/關。具體來說係反覆進行驅動，該驅動是針對向各激磁線圈施加電壓之一對電晶體TR1及TR4等的其中一方之電晶體，以50%之工作(duty)的PWM訊號使其為開狀態，另一方之電晶體為關狀態；其後使另 一方之電晶體以50%之工作(duty)的PWM訊號使其為開狀態，其中一方之電晶體為關狀態。使用50%之工作(duty)的PWM訊號，則施加於激磁線圈之正電壓及負電壓的絶對值會相等，絕緣電阻之檢測與自舉電路之充電動作，兩者能夠平衡地執行。

另，本實施形態中，對激磁線圈W1透過電晶體TR1施加正電壓而檢測絕緣電阻後，在對激磁線圈W1透過電晶體TR4施加負電壓的期間，進行電晶體TR1的自舉電路之充電動作。接著，對激磁線圈W2透過電晶體TR3施加正電壓而檢測絕緣電阻後，在對激磁線圈W2透過電晶體TR6施加負電壓的期間，進行電晶體TR3的自舉電路之充電動作。其後，對激磁線圈W3透過電晶體TR2施加正電壓而檢測絕緣電阻後，在對激磁線圈W3透過電晶體TR5施加負電壓的期間，進行電晶體TR2的自舉電路之充電動作。

另，檢測動作控制部8所指定之，對激磁線圈施加電壓之順序，並未由本實施形態所限定。此外，檢測動作控制部8亦可對複數之激磁線圈同時執行與前述相同之檢測動作，對各激磁線圈施加電壓，同時檢測絕緣電阻。

另，檢測動作中，一旦PWM控制電路10接收到檢測動作控制部8所發出用來進行檢測動作的PWM訊號發生指令，則會對被指定之臂中的一對電晶體之其中一方電晶體的驅動電路，給予規定工作(duty)的PWM訊號，而對另一方之電晶體驅動電路，給予反轉後(inversed)之規定工 作(duty)的PWM訊號。

上述實施形態中，雖利用上述運算式，藉由運算來求得絕緣電阻，但在檢測絕緣電阻時，並非限定要使用上述運算式，亦可利用比較器來相對性地檢測絕緣電阻。舉例來說，絕緣電阻R_M高時分壓電壓V_R1會變低、絕緣電阻R_M低時分壓電壓V_R1會變高。是故，在絕緣電阻R_M劣化至某種程度時，以相當於分壓電壓V_R1之電壓作為電壓基準電壓Vref，將分壓電壓V_R1與電壓基準電壓Vref加以比較，藉此便能相對性地檢測絕緣電阻R_M。

此外，整流電路3亦可如PWM轉換器等般，為可對三相交流電源AC再生電力之電路。在該情形下，於檢測絕緣劣化時，係令PWM轉換器停止，而進行絕緣劣化之檢測。

另，令絕緣劣化檢測裝置6動作時所必要之控制電源及前述直流電源DPS，並非斷路器2所連接之三相交流電源AC，而是另行準備。此外，亦可將控制電源構成為不透過斷路器2而連接至三相交流電源AC。

圖3所示者為本發明之電動機控制裝置第2實施形態之電路構造。圖3所示之電路構造中，遇有與構成圖1所示之電路構造相同之構件時，則標記圖1所示之構件所標記之符號數字加上100或200之數字符號，並省略詳細說明。圖3之實施形態中，對於全波整流電路103，係連接有2台反向器電路105及205。而2台反向器電路105及205上分別連接有2台電動機M1及M2。本實施形態中， 可分別針對2台電動機，利用1個絕緣劣化檢測裝置106來檢測其絕緣電阻。而在此實施形態中，係將絕緣劣化檢測裝置106的檢測動作控制部108構成為：在斷路器102呈開狀態的期間，令常開開關電路SW為閉狀態，而從2台反向器電路105及205中依序選擇作為檢測對象之1台反向器電路，且對所選擇之反向器電路中的複數相之激磁線圈，進行前述檢測動作。

具體來說，例如檢測動作控制部108，先是令反向器電路105的臂151~153所包含之一對電晶體(TR1及TR4、TR2及TR5、TR3及TR6)的上段之電晶體於50%之工作比下呈開狀態之期間，檢測電動機M1的絕緣電阻RM1之電阻R_M1；其後，令下段之電晶體於50%之工作比下呈開狀態之期間，進行上段之電晶體的自舉電路之充電動作。接著，檢測動作控制部108會停止對反向器電路105中的電晶體給予PWM訊號，令反向器電路205的臂251~253所包含之一對電晶體(TR1及TR4、TR2及TR5、TR3及TR6)的上段之電晶體於50%之工作比下呈開狀態之期間，檢測電動機M2的絕緣電阻RM2之電阻R_M2；其後，令下段之電晶體於50%之工作比下呈開狀態之期間，進行上段之電晶體的自舉電路之充電動作。

像這樣，藉由1台電動機的絕緣電阻之檢測，而完成絕緣劣化之判定後，只要在與剩餘之1台電動機對應之反向器電路執行同樣的檢測動作，便能對複數台電動機依序進行絕緣電阻之檢測，可降低成本，進行複數台電動機之 絕緣電阻之檢測之絕緣劣化判定。

圖4所示者為本發明之電動機控制裝置第3實施形態之電路構造。圖4所示之電路構造中，遇有與構成圖1所示之電路(反向器電路除外)相同之構件，則標記圖1所示之構件所標記之符號數字加上200之數字符號，並省略詳細說明。圖4之實施形態中，對於全波整流電路203，係連接有4台反向器電路105、205、305及405。而4台反向器電路105~405上分別連接有4台電動機M1~M4。本實施形態中，可分別針對4台電動機，如同圖3之實施形態般，利用1個絕緣劣化檢測裝置206來檢測其絕緣電阻。1台1台逐一檢測電動機之絕緣劣化時，係讓絕緣劣化檢測裝置206的檢測動作控制部208，在斷路器202呈開狀態的期間，令常開開關電路SW為閉狀態，然後從4台反向器電路105~405中依序選擇作為檢測對象之1台反向器電路，於所選擇之1台反向器電路，進行與圖1之實施形態相同的檢測動作。

具體來說，先是檢測由反向器電路105所驅動之電動機M1的絕緣電阻RM1之電阻R_M1，接著檢測由反向器電路205所驅動之電動機M2的絕緣電阻RM2之電阻R_M2，接著檢測由反向器電路305所驅動之電動機M3的絕緣電阻RM3之電阻R_M3，最後檢測由反向器電路405所驅動之電動機M4的絕緣電阻RM4之電阻R_M4即可。

亦可不要像這樣1台1台選擇反向器電路，而是將檢測動作控制部208構成為同時選擇複數台反向器電路，同 時檢測複數台電動機之絕緣電阻。舉例來說，從4台反向器電路105~405中選擇2台反向器電路105及205，作為第1組合。然後，檢測由所選擇之2台反向器電路105及205(第1組合)所驅動之電動機M1及M2的絕緣電阻。接下來，選擇剩餘2台反向器電路305及405(第2組合)。然後，檢測由剩餘2台反向器電路305及405(第2組合)所驅動之電動機M3及M4的絕緣電阻。按照本實施形態，可將所選擇之2台反向器電路作為1個組合，依序檢測電動機之絕緣劣化。只要使每次選擇之反向器電路的台數為相同台數，則檢測動作控制部208的構造便會簡單。另，同時將複數台反向器電路作為1個組合來進行檢測動作時，可以判斷某1個組合內的某個電動機發生了絕緣劣化。但是具體來說，沒辦法立即判斷是哪個電動機發生了絕緣劣化，是故只要針對驅動絕緣電阻劣化之電動機的2台反向器電路，如最初之實施形態般個別地檢測絕緣電阻，來查明發生絕緣劣化之電動機即可。

另，當例如反向器電路有5台，而無法分成相同台數之組合的情形下，只要不使所選擇之反向器電路台數為固定，而是令其為變動即可。也就是說，亦可先針對3台反向器電路所構成之第1組合進行檢測動作，接著再針對2台反向器電路所構成之第2組合進行檢測動作。

為了查明4台電動機M1至M4中絕緣電阻降低的電動機，係採用如圖4中虛線所示之構造，以中央運算裝置CPU將運算結果送回檢測動作控制部208。接著，檢測動 作控制部208會從複數台反向器電路中適當選擇2台反向器電路，以這些反向器電路同時進行檢測動作。也就是說，分別針對2台反向器電路，對於一個臂電路中的一對電晶體給予前述規定工作(duty)之PWM訊號。如此一來，由2台反向器電路驅動之2台電動機的絕緣電阻在並聯連接的狀態下，絕緣電阻檢測部209檢測絕緣電阻(並聯絕緣電阻)。中央運算裝置CPU會運算並聯絕緣電阻，將查明並聯絕緣電阻大於預先訂定之基準值的2台反向器電路之資訊，送回檢測動作控制部208。獲得該資訊之檢測動作控制部208，針對查明之2台反向器電路，會如前述般個別進行檢測動作。然後，以中央運算裝置CPU分別運算2台電動機之絕緣電阻，以此判定絕緣電阻之劣化。若要具體說明，首先是針對反向器電路105及205同時進行檢測動作，進行電動機M1與M2的並聯絕緣電阻之檢測後，停止在反向器電路105及205的檢測動作。接著，於反向器電路305及405進行前述檢測動作，進行電動機M3、M4的並聯絕緣電阻之檢測後，停止在反向器電路305、405的檢測動作。接著，當電動機M1、M2的並聯絕緣電阻低時，針對反向器電路105進行檢測動作，進行電動機M1的絕緣電阻之檢測後，停止在反向器電路105的檢測動作。接著，針對反向器電路205進行檢測動作，進行電動機M2的絕緣電阻之檢測後，停止在反向器電路205的檢測動作。在電動機M3或M4故障的情形下，針對反向器電路305進行檢測動作，進行電動機M3的絕緣電阻檢 測後，停止在反向器電路305的檢測動作。接著，針對反向器電路405進行檢測動作，進行電動機M4的絕緣電阻之檢測後，停止在反向器電路405的檢測動作。藉此，便能以1個絕緣電阻檢測部209來有效率地進行4台電動機的絕緣劣化之檢測。

上述各實施形態中，係使電動機的一般運轉停止，將電磁接觸器切換至OFF以切斷三相交流電源，來檢測電動機之絕緣電阻。因此，便不受到通過電源線而流動之漏電流或電源雜訊之影響。此外，因為使用僅在絕緣電阻檢測時才通電之檢測電阻來檢測絕緣電阻，故絕緣電阻檢測用電阻體，可做成具有專用電阻值之電阻體。此外，即使電動機接地，因有保護電阻的緣故，不會有過大的電流流通。又，按照各實施形態，不必拆卸電動機之配線，也不需特別之作業工時。又，在驅動複數台電動機之電動機控制裝置中，對於複數台電動機，只需構成1個絕緣電阻檢測部即可，能夠謀求低成本化。此外，能夠以1個絕緣電阻檢測部來檢測各個電動機之絕緣電阻。此外，藉由調整組合，即使在電動機有數台的情形下，也能快速發現故障之電動機。此外，也能辨別電動機的哪一個相發生了絕緣劣化。

上述3個實施形態中，在絕緣電阻之檢測時，係負極直流輸出部4B、104B與分壓電阻電路7、107連接，但正極直流輸出部4A、104A與分壓電阻電路7、107連接亦可。

上述實施形態中，電動機係為具有星型連接之三相激磁線圈者，但在檢測具有三角型連接之三相激磁線圈的電動機之絕緣電阻時，當然亦可運用本發明。

[產業上利用之可能性]

按照本發明，不使電動機旋轉，而交互驅動使用於反向器電路上段之半導體開關及下段之半導體開關，來對激磁線圈施加電壓，故可確實地檢測絕緣電阻。此外，下段之半導體開關在呈開狀態時，係令上段之半導體開關的自舉電路為充電動作狀態，故能將自舉電路使用於上段之半導體開關的驅動電路。

1‧‧‧電動機控制裝置

2，102，202‧‧‧斷路器

3，103，203‧‧‧全波整流電路

4A，104A，204A‧‧‧正極直流輸出部

4B，104B，204B‧‧‧負極直流輸出部

5，105，205，305，405‧‧‧反向器電路

6，106，206‧‧‧絕緣劣化檢測裝置

7，107，207‧‧‧電壓分壓電路

8，108，208‧‧‧檢測動作控制部

9，109，209‧‧‧絕緣電阻檢測部

10，110，210‧‧‧PWM控制電路

TR1~TR6‧‧‧電晶體(半導體開關)

D‧‧‧二極體

C‧‧‧平滑用電容器

R1‧‧‧第1電阻器

R2‧‧‧第2電阻器

SW‧‧‧常開開關電路

[圖1](A)為藉由1個反向器電路來驅動1台電動機之本發明電動機控制裝置實施形態之一例的構造示意電路圖，(B)為所使用之自舉電路之一例示意圖。

[圖2](A)至(C)為工作比小於100%且脈衝寬度為一定之PWM訊號例示圖。

[圖3]藉由2台反向器電路來驅動2台電動機之本發明電動機控制裝置第2實施形態之一例的構造示意電路圖。

[圖4]藉由3台反向器電路來驅動3台電動機之本發明電動機控制裝置第3實施形態之一例的構造示意電路圖。

[圖5]在用來驅動用於反向器電路上段的半導體開關之驅動電路中，使用了自舉電路之例示圖。

1‧‧‧電動機控制裝置

2‧‧‧斷路器

3‧‧‧全波整流電路

4A‧‧‧正極直流輸出部

4B‧‧‧負極直流輸出部

5‧‧‧反向器電路

6‧‧‧絕緣劣化檢測裝置

7‧‧‧電壓分壓電路

8‧‧‧檢測動作控制部

9‧‧‧絕緣電阻檢測部

10‧‧‧PWM控制電路

51~53‧‧‧臂

TR1~TR6‧‧‧電晶體(半導體開關)

M‧‧‧電動機

W1~W3‧‧‧激磁線圈

RM‧‧‧絕緣電阻

D‧‧‧二極體

C‧‧‧平滑用電容器

R1‧‧‧第1電阻器

R2‧‧‧第2電阻器

SW‧‧‧常開開關電路

Claims (6)

1. 一種電動機控制裝置，其特徵為，具備：整流電路，係透過斷路器而連接至交流電源，且在正極直流輸出部與負極直流輸出部之間具備平滑用電容器；1台以上之反向器電路，係一對半導體開關串聯連接構成且前述一對半導體開關之連接點成為交流輸出部之複數之臂電路，以並聯連接所構成，前述複數之臂電路中的上段之前述半導體開關的驅動電路由自舉電路所構成，對1台以上之電動機的複數相之激磁線圈施加電壓；及絕緣劣化檢測裝置，係檢測前述電動機之絕緣劣化；前述絕緣劣化檢測裝置具備：電壓分壓電路，係前述正極直流輸出部及負極直流輸出部的其中一方與接地之間隔著常開開關電路而配置；檢測動作控制部，係使用相同工作比之PWM訊號反覆進行驅動，從前述平滑用電容器至少對1相之前述激磁線圈交互施加正電壓及負電壓，同時進行檢測動作；上述驅動是在前述斷路器呈開狀態的期間，使前述常開開關電路為閉狀態，令前述複數臂電路中的至少一個前述臂電路中之前述一對半導體開關的其中一方為開狀態，另一方為關狀態，其後使其中一方為關狀態而令另一方為開狀態；上述檢測動作是在下段之前述半導體開關打開期間，使上段之前述半導體開關的前述自舉電路成為充電動作狀態；及絕緣電阻檢測部，係在前述檢測動作中，依據從前述 電壓分壓電路輸出之分壓電壓，以及輸入至前述反向器電路之直流電壓，來檢測絕緣電阻；前述電壓分壓電路係構成為，一端電性連接至前述負極直流輸出部之第1電阻器的另一端，以及一端電性連接至前述接地之第2電阻器的另一端，彼此電性連接，前述第1電阻器的兩端電壓係作為前述分壓電壓V_R1而輸入至前述絕緣電阻檢測部，前述第2電阻器在前述電動機為接地狀態時，為防止過電流流通之保護電阻，前述絕緣電阻檢測部，以前述分壓電壓V_R1與前述平滑用電容器之端子間電壓V_DC作為輸入、前述工作比為D%、第1電阻體之電阻值為R₁、第2電阻體之電阻值為R₂時，絕緣電阻R_M係藉由R_M=V_DC×(D/100)×(R₁/V_R1)-(R₁+R₂)之運算式來求得。
2. 如申請專利範圍第1項之電動機控制裝置，其中，前述1台以上之反向器電路，係為對於2台以上之電動機分別設置的2台以上之反向器電路，前述檢測動作控制部係構成為，從前述複數之反向器電路中選擇作為檢測對象之1台前述反向器電路，於所選擇之前述1台反向器電路，進行前述檢測動作。
3. 如申請專利範圍第1項之電動機控制裝置，其中，前述1台以上之反向器電路，係為對於3台以上之電 動機分別設置的3台以上之反向器電路，前述檢測動作控制部係構成為，從前述3台以上之反向器電路中決定複數2台前述反向器電路之組合，並分別選擇對應於所決定之複數組合之2台前述反向器電路，且針對所選擇之前述2台反向器電路同時進行前述檢測動作，依據此時前述絕緣電阻檢測部所檢測之並聯絕緣電阻，來查明包含驅動絕緣電阻降低之前述電動機的前述反向器電路之前述2台反向器電路，再分別於查明之前述2台反向器電路，進行前述檢測動作，前述絕緣電阻檢測部，係依據所檢測之複數前述絕緣電阻，來查明絕緣電阻降低之前述電動機。
4. 一種電動機之絕緣劣化檢測方法，係檢測由電動機控制裝置所驅動之1台以上之電動機的電性絕緣電阻劣化之絕緣劣化檢測方法，該電動機控制裝置具備：整流電路，係透過斷路器而連接至交流電源，且在正極直流輸出部與負極直流輸出部之間具備平滑用電容器；及1台以上之反向器電路，係一對半導體開關串聯連接構成且前述一對半導體開關之連接點成為交流輸出部之複數之臂電路，以並聯連接所構成，前述複數之臂電路中的上段之前述半導體開關的驅動電路由自舉電路所構成，對1台以上(n為1以上之整數)之電動機的複數相之激磁線圈施加電壓；該電動機之絕緣劣化檢測方法，其特徵為： 令前述斷路器為開狀態，其後，將電壓分壓電路電性連接至前述正極直流輸出部及負極直流輸出部的其中一方與接地之間，使用相同工作比之PWM訊號反覆進行驅動，從前述平滑用電容器至少對1相之前述激磁線圈交互施加正電壓及負電壓，同時進行檢測動作；上述驅動是令前述複數臂電路中的至少一個前述臂電路中之前述一對半導體開關的其中一方為開狀態，另一方為關狀態，其後使其中一方為關狀態而令另一方為開狀態；上述檢測動作是在下段之前述半導體開關打開期間，使上段之前述半導體開關的前述自舉電路成為充電動作狀態，前述電壓分壓電路係構成為，一端電性連接至前述負極直流輸出部之第1電阻器的另一端，以及一端電性連接至前述接地之第2電阻器的另一端，彼此電性連接，在前述檢測動作中，為了依據從前述電壓分壓電路輸出之分壓電壓，以及輸入至前述反向器電路之直流電壓，來檢測前述絕緣電阻，以前述第1電阻器的兩端電壓作為前述分壓電壓V_R1、前述分壓電壓V_R1與前述平滑用電容器之端子間電壓為V_DC、前述工作比為D%、第1電阻體之電阻值為R₁、第2電阻體之電阻值為R₂時，絕緣電阻R_M係藉由R_M=V_DC×(D/100)×(R₁/V_R1)-(R₁+R₂) 之運算式來求得，依據前述絕緣電阻，檢測前述電動機之前述絕緣電阻的劣化。
5. 如申請專利範圍第4項之電動機之絕緣劣化檢測方法，其中，前述1台以上之反向器電路，係為對於2台以上之電動機分別設置的2台以上之反向器電路，從前述複數之反向器電路中選擇作為檢測對象之1台前述反向器電路，於所選擇之前述1台反向器電路進行前述檢測動作，藉此檢測前述2台以上之電動機的前述絕緣電阻劣化。
6. 如申請專利範圍第4項之電動機之絕緣劣化檢測方法，其中，前述1台以上之反向器電路，係為對於3台以上之電動機分別設置的3台以上之反向器電路，從前述3台以上之反向器電路中決定複數2台前述反向器電路之組合，並分別選擇對應於所決定之複數組合之2台前述反向器電路，且針對所選擇之前述2台反向器電路分別進行前述檢測動作，檢測並聯絕緣電阻，來查明包含驅動並聯絕緣電阻降低之前述電動機的前述反向器電路之前述2台反向器電路，分別於查明之前述2台反向器電路進行前述檢測動作，依據所檢測之前述絕緣電阻，來查明絕緣電阻降低之前述電動機。