WO2015141241A1 - 車載用電力供給システムの漏電検出装置及び油圧ショベル - Google Patents

車載用電力供給システムの漏電検出装置及び油圧ショベル Download PDF

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WO2015141241A1
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leakage
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leakage detection
power supply
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山田　健太郎
泰史 川路
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株式会社小松製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a leakage detection device and a hydraulic excavator of an in-vehicle power supply system that converts DC power of a storage battery into AC power by a power conversion circuit and supplies the AC power to an AC motor.
  • FIG. 4 is a diagram showing a leakage detection device of an on-vehicle power supply system that is conventionally used.
  • a leakage detection device is disclosed in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 below.
  • the power supply system 10 includes a DC high voltage circuit A and an AC high voltage circuit B.
  • the DC high voltage circuit A includes a DC storage battery 11, positive and negative wires 13 and 14 connected to the positive and negative electrodes of the storage battery 11, and contactors 17 a and 17 b provided on the positive and negative wires 13 and 14. And a smoothing capacitor 18 connected to the positive electrode wire 13 and the negative electrode wire 14 in the subsequent stage of the contactors 17a and 17b.
  • the AC high voltage circuit B is connected to the positive electrode wire 13 and the negative electrode wire 14, and converts the DC power into AC power by switching on and off a plurality of switching elements, an AC motor 15, and the inverter circuit 12. It consists of a plurality of AC electric wires 16 that connect the AC motor 15.
  • the IGBT inverter circuit 12 shown in FIG. 5 is used as the inverter circuit 12.
  • the IGBT inverter circuit 12 is provided with six IGBT circuits 70 to 75 including six IGBT elements (switching elements) 76 and corresponding six diodes 77.
  • IGBT circuits 70 and 73 When the AC motor 15 has three phases, three sets of IGBT circuits of IGBT circuits 70 and 73, IGBT circuits 71 and 74, and IGBT circuits 72 and 75 are arranged in parallel.
  • the intermediate point M1 of the IGBT circuits 70 and 73, the intermediate point M2 of the IGBT circuits 71 and 74, and the intermediate point M3 of the IGBT circuits 72 and 75 are connected to three coils of the AC motor 15, respectively.
  • the leakage detector 20 includes a capacitor C connected to the voltage application point P on the positive electrode wire 13 on the positive electrode side of the storage battery 11, a resistor R connected to the capacitor C, and an alternating current of a predetermined frequency such as a sine wave or a rectangular wave.
  • An oscillator 21 that oscillates the signal Vs to pass the AC signal Vs through the resistor R, and a voltage measuring unit 40 that measures a voltage level (effective value of the AC voltage) at a voltage measurement point Q between the resistor R and the capacitor C. It consists of.
  • a threshold value for determining the presence or absence of leakage is set.
  • the voltage effective value measured by the voltage measuring unit 40 is substantially the same as the voltage effective value of the AC signal Vs output from the oscillator 21, and is equal to or greater than a set threshold value. It becomes. Thereby, it is determined that there is no leakage.
  • the leakage detection device when a high voltage is applied to the high voltage circuit such as when the vehicle is operating, the leakage occurring in the DC high voltage circuit A in the power supply system 10 can be detected without fear of erroneous detection.
  • the capacitor 18 generally has a larger capacity and lower impedance than the capacitor C of the leakage detection device 20. For this reason, the AC signal Vs can be conducted to the capacitor 18 and will be explained as being able to conduct both the positive electrode 13 and the negative electrode 14 of the high voltage portion.
  • each IGBT element 76 is non-conductive. For this reason, the AC signal Vs cannot pass through each IGBT element 76.
  • the on / off control of the IGBT element 76 is stopped in a state where a high voltage is applied to the high voltage circuit, the high voltage is applied to each diode 77 in the reverse bias direction and the diode 77 becomes non-conductive. For this reason, the AC signal Vs cannot pass through each diode 77. For this reason, when the on / off control of the IGBT element 76 is stopped in a state where a high voltage is applied to the high voltage circuit, the DC high voltage circuit A uses the technique disclosed in Patent Document 1 to detect a leakage detection error. Although it can be performed without fear, the AC high voltage circuit B cannot detect leakage.
  • any one of the IGBT elements 76 becomes conductive.
  • Each diode 77 is also conductive when a return current flows. For this reason, the AC signal Vs can be conducted to the AC high voltage circuit B.
  • a large noise is generated in the leakage detecting device 20.
  • This noise includes a plurality of noises having different frequencies and amplitudes.
  • the impedance in each part of the high voltage circuit changes due to a change in the insulation state, the amplitude of each noise changes.
  • the present invention has been proposed in view of the above-described situation, and even in a state where a high voltage is applied to the high voltage circuit, both the DC high voltage circuit and the AC high voltage circuit are erroneous in an inexpensive circuit configuration.
  • the purpose is to detect electric leakage without fear of detection.
  • the present invention provides a detection signal generating unit that applies an AC voltage to a voltage application point of an electric wire that connects a power conversion circuit that converts power from a power source into AC power and supplies the motor to the power source, and the detection signal.
  • a voltage measurement unit that measures a voltage at a voltage measurement point between the generation unit and the voltage application point, and the motor control device gives a command to the motor to keep the rotation angle constant.
  • a leakage detection device for an in-vehicle power supply system comprising: a leakage detection unit that detects the presence or absence of leakage between the electric motor and the electric motor according to the voltage at the voltage measurement point measured by the measurement unit. .
  • control device has a filter that removes noise having a frequency corresponding to a control cycle when performing control to keep the rotation angle of the electric motor constant.
  • the present invention even in a state where a high voltage is applied to the high voltage circuit, it is possible to detect a leakage current with a low-cost circuit configuration without fear of erroneous detection in both the DC high voltage circuit and the AC high voltage circuit.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a leakage detection device of an in-vehicle power supply system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the electronic control unit.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a leakage detection device according to the embodiment and a leakage detection target of the leakage detection device.
  • FIG. 4 is a diagram showing a leakage detection device of a conventionally used in-vehicle power supply system.
  • FIG. 5 is a diagram showing an IGBT inverter circuit.
  • the power supply system 10 shown in FIG. 1 is basically the same as the power supply system 10 described with reference to FIG. 4 except that the contactor 17b is not provided on the negative electrode wire 14.
  • a contactor may be provided on the negative electrode wire 14, but in the case of the leakage detection process of this embodiment, either the contactor provided on the positive electrode wire or the negative electrode wire needs to be turned on.
  • the AC high voltage circuit B is connected to the positive electrode wire 13 and the negative electrode wire 14, and converts the DC power into AC power by switching on and off a plurality of switching elements, an AC motor 15, and the inverter circuit 12. It consists of a plurality of AC electric wires 16 that connect the AC motor 15.
  • the inverter circuit 12 is a power conversion circuit that converts DC power from a power source into AC power and supplies the AC power to an AC motor 15 that is an electric motor.
  • the inverter circuit 12 is provided with six IGBT circuits 70 to 75 each composed of six IGBT elements 76 and six diodes 77.
  • IGBT circuits 70 and 73 When AC motor 15 has three phases, three sets of IGBT circuits 70 and 73, IGBT circuits 71 and 74, and IGBT circuits 72 and 75 are arranged in parallel.
  • the intermediate point M1 of the IGBT circuits 70 and 73, the intermediate point M2 of the IGBT circuits 71 and 74, and the intermediate point M3 of the IGBT circuits 72 and 75 are connected to three coils of the AC motor 15, respectively.
  • the leakage detector 30 includes a capacitor C connected to a voltage application point P on the positive electrode wire 13 on the positive electrode side of the storage battery 11, a resistor R connected to the capacitor C, an electronic control unit 50, and a power source for the electronic control unit.
  • 60 which is turned on / off according to the operation of the start key of the vehicle, is electrically turned on / off by the electronic control unit 50, the switch 80 for electrically connecting / disconnecting the electronic control unit 50 and the power source 60, and the electronic control unit 50 and a relay 81 that electrically connects and disconnects the power source 60.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the electronic control unit 50 in functional blocks.
  • the electronic control unit 50 oscillates an AC signal Vs having a predetermined frequency, such as a sine wave or a rectangular wave, and supplies the AC signal Vs to the resistor R, and a voltage between the resistor R and the capacitor C.
  • the voltage measurement unit 52 that measures the voltage level (the effective value of the AC voltage) at the measurement point Q via the filter unit 52A, the voltage measured by the voltage measurement unit 52, and a preset threshold value are compared to determine the leakage current.
  • Leakage detecting unit 53 for detecting the presence or absence of switching
  • switching element control unit 54 for controlling on / off of each IGBT element (switching element) 76 provided in IGBT inverter circuit 12, and on / off of contactor 17 and relay 81
  • a contactor control unit 55 for controlling.
  • the functions of the units 51 to 55 of the electronic control unit 50 are realized by an electronic circuit or programming.
  • the contactor 17 is provided on the positive electrode wire 13, but may be provided on the negative electrode wire 14.
  • the voltage application point P for applying the AC voltage Vs is provided on the positive electrode wire 13, but the voltage application point P may be provided on the negative electrode wire 14.
  • the designer can arbitrarily determine the control period of the carrier frequency, and therefore the designer can arbitrarily determine both the noise frequency and the frequency of the AC signal Vs. For this reason, it is possible to take a sure noise countermeasure by a filter or the like.
  • the leakage detection device of the present invention adopts the following means in order to counter the above-described phase current frequency noise.
  • the rotation angle is set within a specific range from the control device of the AC motor 15 before and after the motor rotation is stopped and the mechanical brake is operated. A command to hold is given.
  • leakage detection of the AC high-voltage circuit B is performed in a state where a high voltage is applied during a period in which the rotation angle is maintained within a specific range.
  • the filter unit 52A can take a sure noise countermeasure.
  • leakage detection is performed while the vehicle is operating, first, the case is classified according to whether the on / off control of the IGBT element 76 is stopped or operating.
  • the state of the on / off control of the IGBT element 76 can be easily determined since the CPU itself carries the control command.
  • step S101 When the on / off control of the IGBT element 76 is stopped (step S101; No), as described above, in step S105, only the DC high voltage side is detected for leakage.
  • step S101; Yes When the on / off control of the IGBT element 76 is in operation (step S101; Yes), the process is divided depending on whether or not a command for maintaining the rotation angle of the AC motor 15 within a specific range is output in step S102. This determination can also be easily made because the CPU itself takes control commands.
  • a specific condition is satisfied, for example, when the motor rotation speed is equal to or higher than a threshold value and continues for a certain time or more. In some cases, leakage detection can be performed as well.
  • the ON / OFF control of the IGBT element 76 is stopped while the high voltage is applied to the high voltage circuit, and then the ON / OFF control is performed. It is also possible to diagnose whether the leakage occurrence location is the DC high-voltage circuit A or the AC high-voltage circuit B by detecting the presence or absence of the leakage again while stopped. That is, in the state where the on / off control is stopped, it is found that the leakage occurs in the AC high voltage circuit B when it is determined that there is no leakage. Conversely, if it is determined that there is a leakage even in a state where the on / off control is stopped, it is understood that the leakage is generated in the DC high voltage circuit A.
  • the present embodiment it is possible to detect the presence / absence of leakage in the AC high voltage circuit B as well as the DC high voltage circuit A even during operation of the vehicle. As a result, it is possible to detect the occurrence of electric leakage at an early stage and prevent the failure from proceeding.
  • the effective voltage value of the voltage measurement point Q measured by the voltage measurement unit 52 is the AC signal Vs output from the detection signal generation unit 51. It is substantially the same as the effective voltage value, and the leakage detection unit 53 determines that the measured voltage is greater than or equal to the set threshold value. Thereby, it is determined that there is no leakage.
  • the leakage detection unit 53 determines the measured voltage to the set threshold value. Is determined to be lower. Thereby, it is determined that there is a leakage.
  • leakage is detected, take necessary measures such as stopping the vehicle. Further, the presence / absence of leakage and the location of leakage may be displayed on a display device (not shown). Thereby, the worker can perform maintenance of the leakage point quickly.
  • the noise includes components that vary widely depending on the rotation speed of the motor. Further, when the impedance in each part of the vehicle changes due to the deterioration of insulation, the noise also changes greatly according to the change in impedance. As a result, when the leakage detection device detects a leakage during operation of the motor with a high voltage applied to the high-voltage circuit, a large-scale circuit for detecting noise and a complex logic for detecting the leakage Is required. Furthermore, since the number of combinations of the operating conditions of the electric motor and the insulation deterioration state becomes enormous, the tests necessary for the operation confirmation become large.
  • the rotation angle of the electric motor is given a command to keep the rotation angle in a specific range before and after stopping the motor rotation and operating the mechanical brake.
  • all the noise frequencies become values determined by the designer, and it is possible to implement reliable noise countermeasures with a small circuit and simple logic.
  • the AC signal Vs is set to 5 Hz, and the filter unit 52A As a result, it is possible to implement a reliable noise countermeasure by removing noise having a frequency of 50 Hz or more with a low-pass filter. Since noise is generated by dividing the voltage fluctuation of the high voltage circuit, the noise wave height is equal to or lower than the applied voltage of the high voltage circuit, and the order required for the low-pass filter can be obtained in consideration of this.
  • the above-mentioned method can obtain a high improvement effect particularly in a hybrid hydraulic excavator or an electric excavator that uses an electric motor for turning work.
  • the turning electric motor is driven in accordance with the operation of the turning operation lever that is the operation device, and the upper turning body turns.
  • the swing electric motor may be configured to swing the upper swing body independently, or may be coupled to a hydraulic motor to swing the upper swing body using both hydraulic pressure and electric power.
  • ⁇ Hybrid excavators generally do not use a swing motor continuously for a long time, and repeat a short turn and stop of the upper swing body during operation.
  • the turning parking brake which is a mechanical brake, is activated.
  • the rotation angle is specified for several seconds before and after the turning parking brake is activated.
  • a command to hold in the range is output.

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Abstract

　車載用電力供給システムの漏電検出装置は、電源からの電力を交流電力に変換して電動機に供給する電力変換回路と前記電源とを接続する電線の電圧印加点に、交流電圧を印加する検出信号生成部と、前記検出信号生成部と前記電圧印加点との間の電圧測定点の電圧を測定する電圧測定部と、前記電動機の制御装置が前記電動機に回転角度を一定に保持する指令を与えているときに、前記電圧測定部が測定した前記電圧測定点の電圧に応じて、前記電力変換回路から前記電動機の間における漏電の有無を検出する漏電検出部と、を含む。

Description

車載用電力供給システムの漏電検出装置及び油圧ショベル
　本発明は、蓄電池の直流電力を電力変換回路で交流電力に変換し、この交流電力を交流モータに供給する車載用電力供給システムの漏電検出装置及び油圧ショベルに関する。
　近年、動力の一部または全部を蓄電池から供給される電力で賄うハイブリッド車などの車両の開発が進められている。このような車両の多くには、インバータのような電力変換回路を用いて蓄電池の直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を交流モータ等の負荷に供給する電力供給システムが搭載されている。
　電力供給システムに用いられる蓄電池は、高電圧大容量であるため、電気回路の何れかの箇所で漏電が生じると、車両のメンテナンス作業を行うのに支障をきたすおそれがある。このため車載用の電力供給システムにおいて、漏電の有無を事前に知り、漏電を発見した場合には、速やかに対処することが求められている。
　図４は、従来用いられている車載用電力供給システムの漏電検出装置を示す図である。このような漏電検出装置については、例えば下記特許文献１及び特許文献２で開示されている。
　図４において、車載用電力供給システムの漏電検出装置は、電力供給システム１０と漏電検出装置２０とからなる。
　電力供給システム１０は、直流高電圧回路Ａと交流高電圧回路Ｂとからなる。直流高電圧回路Ａは、直流用の蓄電池１１と、蓄電池１１の正負極に接続される正極電線１３および負極電線１４と、正極電線１３上および負極電線１４上に設けられたコンタクタ１７ａ、１７ｂと、コンタクタ１７ａ、１７ｂの後段にあって正極電線１３および負極電線１４に接続された平滑用のコンデンサ１８とからなる。交流高電圧回路Ｂは、正極電線１３および負極電線１４に接続され、複数のスイッチング素子のオン・オフ切り換えによって直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１２と、交流モータ１５と、インバータ回路１２と交流モータ１５を接続する複数の交流電線１６とからなる。
　交流モータ１５を駆動するときには、コンタクタ１７ａ、１７ｂは、オンされる。
　インバータ回路１２は、例えば図５で示すＩＧＢＴインバータ回路１２が用いられる。ＩＧＢＴインバータ回路１２には、６つのＩＧＢＴ素子（スイッチング素子）７６および対応する６つのダイオード７７で構成された６つのＩＧＢＴ回路７０～７５が設けられている。
　交流モータ１５が三相である場合には、ＩＧＢＴ回路７０、７３、ＩＧＢＴ回路７１、７４、ＩＧＢＴ回路７２、７５の三組のＩＧＢＴ回路が並列に配置される。ＩＧＢＴ回路７０、７３の中間点Ｍ１、ＩＧＢＴ回路７１、７４の中間点Ｍ２、ＩＧＢＴ回路７２、７５の中間点Ｍ３はそれぞれ、交流モータ１５の３つのコイルに接続されている。
　漏電検出装置２０は、蓄電池１１の正極側の正極電線１３上の電圧印加点Ｐに接続されるコンデンサＣと、コンデンサＣに接続される抵抗Ｒと、正弦波や矩形波等の所定周波数の交流信号Ｖｓを発振して、抵抗Ｒに交流信号Ｖｓを通電させる発振器２１と、抵抗ＲとコンデンサＣとの間の電圧測定点Ｑにおいて電圧レベル（交流電圧の実効値）を測定する電圧測定部４０とからなる。この電圧測定部４０で、電圧を測定する際には、漏電の有無を判別するための閾値が設定される。
　図４の漏電検出装置２０における漏電検出処理は、以下のように行われる。負極電線１４で絶縁が劣化し、漏電が発生した場合を想定する。発振器２１から出力された交流信号Ｖｓは、抵抗ＲとコンデンサＣを通過して、正極電線１３の印加点Ｐに印加される。
　仮に電力供給システム１０に漏電が無い場合には、電圧測定部４０で測定される電圧実効値は、発振器２１から出力された交流信号Ｖｓの電圧実効値と略同じであり、設定された閾値以上となる。これにより、漏電は無しと判定される。
　一方、電力供給システム１０に漏電が有る場合、つまり負極電線１４に漏電が有る場合は、負極電線１４と、車体のボディ（アース）との間で、漏電抵抗ｒが発生する。このため交流信号Ｖｓの電圧実効値は、抵抗Ｒと漏電抵抗ｒとによって分圧されることになる。このため電圧測定部４０で測定される電圧実効値は、発振器２１から出力された交流信号Ｖｓの電圧実効値よりも小さくなり、設定された閾値よりも低くなる。これにより漏電有りと判定される。このように測定点Ｑにおける電圧を測定し、閾値と比較することによって、漏電の有無を検出することができる。なお、Ｃは浮遊容量である。
国際公開第２００７／００７７４９号公報 特開２００３－２１９５５１号公報
　しかしながら、従来の漏電検出装置では、車両稼働中などの高電圧回路に高電圧を印加した状態では、電力供給システム１０のうち直流高電圧回路Ａで生じた漏電の検出は誤検出の恐れなく行えるものの、交流高電圧回路Ｂで生じた漏電の検出を、誤検出の恐れなく行えなかった。以下、高電圧回路に高電圧を印加した状態では、交流高電圧回路Ｂの漏電検出を、誤検出の恐れなく行えない理由を、図４、図５を用いて説明する。ここでコンデンサ１８は一般に、漏電検出装置２０のコンデンサＣと比較して容量が大きく、インピーダンスが小さい。このため交流信号Ｖｓは、コンデンサ１８を導通可能なので、高電圧部の正極１３と負極１４の両方に導通できるとして説明する。
　交流高電圧回路Ｂの交流電線１６ａ～１６ｃのいずれかで絶縁が劣化し、漏電が発生する場合を想定する。まず高電圧回路に高電圧を印加した状態で、ＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御が停止中の場合には、各ＩＧＢＴ素子７６は非導通である。このため交流信号Ｖｓは各ＩＧＢＴ素子７６を通過することができない。
　さらに高電圧回路に高電圧を印加した状態で、ＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御が停止中の場合には、各ダイオード７７は逆バイアス方向に高電圧が印加されて非導通となる。このため交流信号Ｖｓは各ダイオード７７も通過することができない。このため高電圧回路に高電圧を印加した状態で、ＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御が停止中の場合には、直流高電圧回路Ａは特許文献１の手法にて、漏電検出を誤検出の恐れなく行えるが、交流高電圧回路Ｂは漏電検出を行うことができない。
　次に高電圧回路に高電圧を印加した状態で、ＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御が動作中の場合には、各ＩＧＢＴ素子７６のいずれかが導通となる。また各ダイオード７７も、還流電流が流れる場合に導通となる。このため交流信号Ｖｓは、交流高電圧回路Ｂに導通することができる。しかしながら高電圧回路に高電圧を印加した状態で、ＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御が動作中の場合には、漏電検出装置２０に大きなノイズが発生する。このノイズには、周波数や振幅が異なるノイズが複数含まれている。さらに、絶縁状態の変化により、高電圧回路の各部位におけるインピーダンスが変化すると、各ノイズの振幅などが変化する。
　このため車両稼働中などの高電圧回路に高電圧を印加した状態では、交流高電圧回路Ｂの漏電検出を誤検出の恐れなく実施することは困難であった。しかしながら故障発生時に、故障の進行を防止するためには、高電圧回路に高電圧を印加した状態でも、交流高電圧回路Ｂで生じた漏電を誤検出の恐れなく検出する必要がある。
　そこで本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、高電圧回路に高電圧を印加した状態においても、直流高電圧回路と交流高電圧回路の両方で、安価な回路構成で誤検出の恐れなく漏電検出を行うことを目的とする。
　本発明は、電源からの電力を交流電力に変換して電動機に供給する電力変換回路と前記電源とを接続する電線の電圧印加点に、交流電圧を印加する検出信号生成部と、前記検出信号生成部と前記電圧印加点との間の電圧測定点の電圧を測定する電圧測定部と、前記電動機の制御装置が前記電動機に回転角度を一定に保持する指令を与えているときに、前記電圧測定部が測定した前記電圧測定点の電圧に応じて、前記電力変換回路から前記電動機の間における漏電の有無を検出する漏電検出部と、を含む、車載用電力供給システムの漏電検出装置である。
　前記制御装置が前記電動機の回転角度を一定に保持する制御をする際の制御周期に対応した周波数のノイズを除去するフィルタを有することが好ましい。
　本発明は、高電圧回路に高電圧を印加した状態においても、直流高電圧回路と交流高電圧回路の両方で、安価な回路構成で誤検出の恐れなく漏電検出を行うことができる。
図１は、実施の形態に係る車載用電力供給システムの漏電検出装置の構成を示す図である。 図２は、電子制御ユニットの構成を機能ブロック化して示す図である。 図３は、実施の形態に係る漏電検出装置およびこの漏電検出装置の漏電検出対象を示す図である。 図４は、従来用いられている車載用電力供給システムの漏電検出装置を示す図である。 図５は、ＩＧＢＴインバータ回路を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
　図１は、実施の形態の構成を示す図である。図１において、車載用電力供給システムの漏電検出装置は、電力供給システム１０と漏電検出装置３０とからなる。
　図１に示す電力供給システム１０は、負極電線１４にコンタクタ１７ｂが設けられていない点を除き、図４を用いて説明した電力供給システム１０と基本的には同じである。本実施例において負極電線１４にコンタクタを設けてもよいが、本実施例の漏電検出処理の際には、正極電線、負極電線に設けられたコンタクタの何れかがオンしている必要がある。
　電力供給システム１０は、直流高電圧回路Ａと交流高電圧回路Ｂとからなる。直流高電圧回路Ａは、直流用の蓄電池１１と、蓄電池１１の正負極それぞれに接続される正極電線１３および負極電線１４と、正極電線１３上に設けられたコンタクタ１７と、コンタクタ１７の後段にあって正極電線１３および負極電線１４に接続された平滑用のコンデンサ１８と、コンデンサ１８に並列に接続される直流電圧測定部１９と、同じくコンデンサ１８に並列に接続され、コンデンサ１８の直流電圧抜きを行う電圧抜き回路２５とからなる。電圧抜き回路２５は、例えば抵抗およびリレーからなる。
　交流高電圧回路Ｂは、正極電線１３および負極電線１４に接続され、複数のスイッチング素子のオン・オフ切り換えによって直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１２と、交流モータ１５と、インバータ回路１２と交流モータ１５を接続する複数の交流電線１６とからなる。インバータ回路１２は、電源からの直流電力を交流電力に変換して電動機である交流モータ１５に供給する電力変換回路である。
　図５に示すように、インバータ回路１２には、６つのＩＧＢＴ素子７６および６つのダイオード７７で構成された６つのＩＧＢＴ回路７０～７５が設けられている。交流モータ１５が三相である場合には、ＩＧＢＴ回路７０、７３と、ＩＧＢＴ回路７１、７４と、ＩＧＢＴ回路７２、７５の三組が並列に配置される。
　ＩＧＢＴ回路７０、７３の中間点Ｍ１、ＩＧＢＴ回路７１、７４の中間点Ｍ２、ＩＧＢＴ回路７２、７５の中間点Ｍ３はそれぞれ、交流モータ１５の３つのコイルに接続されている。
　漏電検出装置３０は、蓄電池１１の正極側の正極電線１３上の電圧印加点Ｐに接続されるコンデンサＣと、コンデンサＣに接続される抵抗Ｒと、電子制御ユニット５０と、電子制御ユニットの電源６０と、車両の始動キーの操作に応じてオン・オフされ、電子制御ユニット５０と電源６０を電気的に接続・遮断するスイッチ８０と、電子制御ユニット５０によってオン・オフ制御され、電子制御ユニット５０と電源６０を電気的に接続・遮断するリレー８１とからなる。
　図２は、電子制御ユニット５０の構成を機能ブロック化して示す図である。電子制御ユニット５０は、正弦波や矩形波等の所定周波数の交流信号Ｖｓを発振して、抵抗Ｒに交流信号Ｖｓを通電させる検出信号生成部５１と、抵抗ＲとコンデンサＣとの間の電圧測定点Ｑにおいて電圧レベル（交流電圧の実効値）を、フィルタ部５２Ａを介して測定する電圧測定部５２と、電圧測定部５２で測定された電圧と予め設定された閾値とを比較して漏電の有無を検出する漏電検出部５３と、ＩＧＢＴインバータ回路１２に設けられた各ＩＧＢＴ素子（スイッチング素子）７６のオン・オフを制御するスイッチング素子制御部５４と、コンタクタ１７およびリレー８１のオン・オフを制御するコンタクタ制御部５５とからなる。電子制御ユニット５０の各部５１～５５の機能は、電子回路またはプログラミングによって実現される。
　なお、実施例では、コンタクタ１７を、正極電線１３に設けているが、負極電線１４に設けてもよい。また、実施例では、正極電線１３に、交流電圧Ｖｓを印加する電圧印加点Ｐを設けているが、負極電線１４に、電圧印加点Ｐを設けてもよい。
　高電圧回路に高電圧を印加した状態で、ＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御が動作中の場合に、漏電検出装置３０に大きなノイズが発生する理由と、その解決方法を、図１、図５を用いて説明する。
　高電圧回路に高電圧を印加した状態で、ＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御が動作中の場合には、交流高電圧回路ＢのＭ１～Ｍ３に大きな電圧変動が発生する。この電圧変動が、絶縁抵抗ｒや浮遊容量ｃなどのインピーダンスと、漏電検出装置３０の抵抗ＲやコンデンサＣなどのインピーダンスとで分圧された電圧が、漏電検出装置３０にノイズとして発生する。
　ここで交流高電圧回路ＢのＭ１～Ｍ３の電圧変動は主に、各ＩＧＢＴ素子７６がスイッチングされることで発生する。この電圧変動は主に、キャリア周波数（スイッチング周波数）の成分と、正極電圧と負極電圧の時間比率が変化する周波数、つまり相電流周波数の成分となる。
　ここでキャリア周波数の電圧変動は、キャリア周波数の制御周期を設計者が任意に決定できることから、ノイズ周波数と交流信号Ｖｓの周波数の両方を、設計者が任意に決定できる。このためフィルタ等により、確実なノイズ対策をすることが可能となる。
　しかしながら相電流周波数の電圧変動は、モータ回転数に比例して周波数が変化する。このため交流モータ１５が車両の走行や旋回に使用される場合には、ノイズ周波数を設計者が任意に決定することができない。
　さらに漏電検出を確実に実施するためには、十分な検出時間を確保することが必要となるが、漏電発生直後にノイズ対策が可能なモータ回転数が十分に持続するとは限らない。
　これに対して本発明の漏電検出装置は、上述の相電流周波数のノイズに対策するために以下の手段を採った。
　車両の走行やハイブリッド油圧ショベルや電動ショベルの旋回に使用される交流モータ１５では、モータ回転を停止して機械的なブレーキを作動させる前後に、交流モータ１５の制御装置から回転角度を特定範囲に保持する指令が与えられる。
　この回転角度を特定範囲に保持している期間には、相電流周波数に同期した広域な周波数のノイズが無くなり、回転角度の制御指令の制御周期に同期した、周波数が一定のノイズと入れ替わる。
　本発明ではこの現象に着目して、回転角度を特定範囲に保持する期間に、高電圧が印加された状態における、交流高電圧回路Ｂの漏電検出を実施する。
　ここで回転角度の制御指令の制御周期は、設計者が任意に決定できることから、ノイズ周波数と交流信号Ｖｓの両方を、設計者が任意に設定できる。このためフィルタ部５２Ａにより、確実なノイズ対策をすることが可能となる。
　さらに回転角度を特定範囲に保持する指令を持続させる時間も、設計者が任意に決定できるので、十分な検出時間を確実に確保することが可能となる。
　上述の手段をとることにより、高電圧回路に高電圧を印加した状態においても、交流モータ１５の回転と停止の各サイクルごとに、安定した漏電検出を確実に実施することが可能となる。
　つぎに、実施の形態の漏電検出の処理手順を図３を用いて説明する。車両稼動中において漏電検出を実施する場合には、まずＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御が停止中であるか動作中であるのかで場合分けをする。ＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御の状態は制御指令をＣＰＵ自身が担うことから容易に判断できる。
　ＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御が停止中の場合には（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、上述のように、ステップＳ１０５において、直流高電圧側のみを漏電検出する。ＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御が動作中の場合には（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２において、交流モータ１５の回転角度を特定範囲に保持する指令が出力されているのかで場合分けする。この判定も制御指令をＣＰＵ自身が担うことから容易に判断できる。
　回転角度を特定範囲に保持する指令が出力されている場合には（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３において、直流高電圧側と交流高電圧側の両方を、上述のように漏電検出する。回転角度を特定範囲に保持する指令が出力されていない場合には（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、ステップＳ１０４において漏電検出を実行しない。
　なお回転角度を特定範囲に保持する指令が出力されていない場合であっても、例えばモータ回転数がしきい値以上の状態が、一定時間以上持続する場合などの、特定の条件が満たされた場合については、漏電検出を同様に実施することもできる。
　さらにＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御が動作中に漏電を検出した場合には、高電圧回路に高電圧を印加したままＩＧＢＴ素子７６のオン・オフ制御を停止させてから、オン・オフ制御を停止したまま再度漏電の有無を検出することで、漏電発生箇所が、直流高電圧回路Ａであるのか、交流高電圧回路Ｂであるのかを診断することもできる。すなわち、オン・オフ制御を停止したままの状態では、漏電なしと判定された場合には、漏電は交流高電圧回路Ｂで発生していることがわかる。逆に、オン・オフ制御を停止したままの状態でも漏電有りと判定された場合には、漏電は直流高電圧回路Ａで発生していることがわかる。
　本実施の形態によれば、直流高電圧回路Ａのみならず交流高電圧回路Ｂの漏電の有無を、車両の稼動中にも検出することができる。これにより、早期に漏電の発生を検出して故障の進行を防ぐことが可能となる。
　さらに本実施の形態によれば、直流高電圧回路Ａと交流高電圧回路Ｂのいずれかで漏電が発生したのかを特定することができる。このため漏電箇所を迅速にメンテナンスすることができ、作業効率が高められる。
　また以下に漏電検出の具体的な方法を説明する。高電圧回路で漏電（漏電抵抗ｒ）が発生していない場合には、電圧測定部５２で測定される電圧測定点Ｑの電圧実効値は、検出信号生成部５１から出力された交流信号Ｖｓの電圧実効値と略同じであり、漏電検出部５３で、測定電圧は、設定された閾値以上と判定される。これにより、漏電は無しと判定される。
　一方、高電圧回路で漏電が有る場合、たとえば負極電線１４に漏電（漏電抵抗ｒ）がある場合には、交流信号Ｖｓの電圧実効値は、抵抗Ｒと漏電抵抗ｒとによって分圧される。このため電圧測定部５２で測定される電圧実効値は、検出信号生成部５１から出力された交流信号Ｖｓの電圧実効値よりも小さくなり、漏電検出部５３で、測定電圧は、設定された閾値よりも低いと判定される。これにより漏電有りと判定される。
　漏電が検出された場合には、車両停止などの必要な措置を実施する。また図示しない表示装置に、漏電の有無および漏電箇所を表示してもよい。これにより作業者は、迅速に漏電箇所のメンテナンスを行うことができる。
　加えて以下に具体的なノイズとフィルタについて説明する。交流高電圧回路Ｂの漏電を検出するためには、漏電検出装置は、検出信号Ｖｓが交流モータ１５側に流れる状態、つまり電動機の動作中に漏電を検出する必要がある。ここで電動機の動作中は、電動機を駆動するためのスイッチング素子のオン・オフによる電圧変動が、電圧変動部－アース間と、漏電検出用回路－アース間とのインピーダンス比で分圧されることで、電圧測定点Ｑに大きなノイズが発生する。このとき直流成分は、漏電検出回路のコンデンサＣが除去するので、交流成分、すなわち電圧の変動のみがノイズになる。
　ここでノイズには、電動機の回転速度に依存して広範囲に変化する成分が含まれる。また、絶縁の劣化によって、車両の各部分におけるインピーダンスが変化すると、インピーダンスの変化に応じてノイズも大幅に変化する。結果として、漏電検出装置が高電圧回路に高電圧が印加された状態で、電動機の動作中に漏電を検出するにあたっては、ノイズの対策に大規模な回路および漏電を検出するための複雑なロジックが必要になる。さらに、電動機の動作条件と絶縁劣化状態との組み合わせが膨大な数になるので、動作確認に必要な試験も大規模になる。
　ここで電動機の回転角度は、モータ回転を停止して機械的なブレーキを作動させる前後に、回転角度を特定範囲に保持する指令が与えられる。このときには、前述のようにノイズ周波数が全て設計者が決めた値となり、確実なノイズ対策を、小規模な回路および簡易なロジックで実施することが可能となる。
　電動機が機械的ブレーキをかける直前などに、回転角度が特定範囲に保持されている場合、電動機由来のノイズは主に、スイッチング素子をオン・オフする周波数と、回転角度の制御指令の周波数に比例するノイズとなる。このとき交流信号Ｖｓの周波数と、電動機由来のノイズの周波数は、全て設計者が決めることができるので、フィルタ部５２Ａで確実なノイズ対策をすることができる。
　例えばスイッチング素子のオン・オフ制御の周波数に依存するノイズが１０ｋＨｚ、また電動機の回転角度の制御周波数に依存するノイズが１００Ｈｚとした場合には、交流信号Ｖｓを５Ｈｚに設定して、フィルタ部５２Ａとしては、周波数が５０Ｈｚ以上のノイズをローパスフィルタで除去することで、確実なノイズ対策を実施することが可能となる。なおノイズは高電圧回路の電圧変動が分圧されて発生するので、ノイズの波高は高電圧回路の印加電圧以下であり、これを考慮してローパスフィルタに必要な次数を求めることができる。
　上述の手法は、特に旋回作業に電動機を使用するハイブリッド油圧ショベルや電動ショベルにおいて、高い改善効果が得られる。ハイブリッド油圧ショベルは、操作装置である旋回操作レバーの操作に応じて旋回電動機が駆動され、上部旋回体が旋回動作する。旋回電動機としては、単独で上部旋回体を旋回動作させる形態のものでもよいし、油圧モータと連結され、油圧と電力とを併用して上部旋回体を旋回動作させる形態のものでもよい。
　ハイブリッド油圧ショベルは一般に、旋回電動機を長時間連続して使用せず、稼働中には、上部旋回体の短時間の旋回と停止とを繰り返す。旋回操作レバーが中立位置に戻され、旋回を停止した時には、機械的なブレーキである旋回駐車ブレーキを作動させるが、この旋回駐車ブレーキの作動を開始する前後に数秒間、上述の回転角度を特定範囲に保持する指令が出力される。この回転角度を特定範囲に保持する指令が与えられているタイミングにおいて、漏電検出を実施する場合には、漏電無きことを確認した直後の状態で車両を稼働することが可能となる。また、旋回電動機を使用する毎に、確実に漏電検出を実施できる。その結果、ハイブリッド油圧ショベルでは本発明により、高い改善効果を得ることができる。なお、旋回駐車ブレーキの作動を開始する前後の数秒間に漏電検出を実施する例で説明したが、漏電検出は、旋回操作レバーを中立に戻した後の所定期間であればよく、ブレーキ作動開始前の所定期間であってもよく、また、ブレーキ作動開始を含む所定期間であってもよい。
１０　電力供給システム
１１　蓄電池
１２　インバータ回路
１５　交流モータ
１６　交流電線
１７　コンタクタ
１８　コンデンサ
１９　直流電圧測定部
２０　漏電検出装置
２１　発振器
２５　回路
３０　漏電検出装置
４０　電圧測定部
５０　電子制御ユニット
５１　検出信号生成部
５２　電圧測定部
５２Ａ　フィルタ部
５３　漏電検出部
５４　スイッチング素子制御部
５５　コンタクタ制御部

Claims (5)

  1. 　電源からの直流電力を交流電力に変換して電動機に供給する電力変換回路と前記電源とを接続する電線の電圧印加点に、交流電圧を印加する検出信号生成部と、
    　前記検出信号生成部と前記電圧印加点との間の電圧測定点の電圧を測定する電圧測定部と、
    　前記電動機の制御装置が前記電動機に回転角度を特定範囲に保持する指令を与えているときに、前記電圧測定部が測定した前記電圧測定点の電圧に応じて、前記電力変換回路から前記電動機の間における漏電の有無を検出する漏電検出部と、
    　を含む、車載用電力供給システムの漏電検出装置。
  2. 　前記制御装置が前記電動機の回転角度を特定範囲に保持する制御をする際の制御周期に対応した周波数のノイズを除去するフィルタを有する、請求項１に記載の車載用電力供給システムの漏電検出装置。
  3. 　前記漏電が検出された場合、高電圧を印加したまま、前記電力変換回路が有するスイッチング素子のオン・オフ制御を停止させてから、前記オン・オフ制御を停止したままで漏電の有無を検出する、請求項１に記載の車載用電力供給システムの漏電検出装置。
  4. 　上部旋回体を旋回させる電動機と、
    　電源からの直流電力を交流電力に変換して前記電動機に供給する電力変換回路と、
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車載用電力供給システムの漏電検出装置と、
    　を含む、油圧ショベル。
  5. 　前記油圧ショベルは、旋回動作を操作する旋回操作レバーをさらに含み、
    　前記漏電検出部は、前記旋回操作レバーが中立位置に戻された後の所定期間に漏電の有無を検出する、請求項４に記載の油圧ショベル。
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