JP2002507880A - 電動モータモニタ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電動モータモニタ回路装置（１０）は、電動モータスタータ回路を有する三相電動モータ（１１）を有している。絶縁モニタ回路（１４）は、電動モータ（１１）に接続され、モータ（１１）の絶縁漏れをモニタする。絶縁モニタ回路（１４）は、スタータ回路を作動させるための単相交流電源（３６）を有している。三相モニタ回路（２５）は、モータ（１１）に接続され、モータ（１１）の電圧振幅における位相シーケンスをモニタする。リレー回路（２２）は、不正な位相あるいは電圧を検知した際、あるいは絶縁漏れが予め選択した閾値を越えたときに、モータの動作を抑制する。絶縁モニタ回路（１４）は、モータが絶縁モニタのテストをパスしたと判定したときは、一組の接点を閉じて、スタート回路のためのグランドへの戻りを与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の背景） 本発明は電動モータ及び電動モータモニタ回路に関し、特に、電動モータの絶
縁漏れをモニタすると共に、電動モータの位相試験および絶縁試験を通らない動
作を抑制するために位相シーケンス及び電圧振幅をモニタする電動モータモニタ
回路に関連する。

【０００２】 従来、絶縁破壊が起こった場合に高価な装置を保護するために、電動モータに
は絶縁テスタが搭載されてきた。このような絶縁破壊は、長期の使用、部分的な
消耗、あるいはモータのハウジングへの水分の侵入などが原因となって起こる。
絶縁テスタは、設定した抵抗よりも絶縁抵抗が低い場合にモータの動作を遮断し
、場合によって警報リレーを作動させる。絶縁試験回路のふさわしい例を、モー
タの巻線漏れ（winding leakage）をモニタするための装置について Horvath et
al. に付与された我々の先行する米国特許第４，７１６，４８７号において見 ることができる。このシステムは、電動モータについてその動作に先立つ短い期
間に絶縁漏れ抵抗を自動的にモニタし、この短い期間にモータ制御電圧のモータ
への印加を遅らせ、かつ高圧の直流をモータの巻線に印加するタイミング手段を
有している。モータのフレームと高電圧源のグランド側との間には検出抵抗が接
続されており、ここを流れる漏れ電流がコンパレータによってモニタされる。こ
の漏れ電流が予め決められた閾値を越えると、アラームが作動し、モータの動作
が抑制される。

【０００３】 電動モータには、また、三相電力線を監視して、モータ作動中における位相損
失、位相の不平衡、位相反転、低電圧あるいは高電圧などの電力線の異常を特定
するための位相モニタも設けられてきた。電力線に生じる問題は、一定期間にわ
たって装置に大きな損傷を与える。位相損失だけでも、２４時間以内では修復で
きないほど、高価なモータを焼損させることがある。これらのモニタは、モータ
が作動している間中連続的に作動しており、一方、モータの巻線漏れについては
のモニタ動作は、通常モータのスタートに先だってテストされる。典型的な三相
モニタ回路を、Grantの米国特許第４，８２３，２２７号において見ることがで きる。そこでは任意の相の損失、位相反転、あるいは電源の不足電圧及び過剰電
圧に対して、２４０Ｖから４８０Ｖで動作する三相電動装置を保護するように、
固体回路が設計されている。モータの位相及び電圧が正しい場合には、モータは
出力リレーを作動させ、負荷に、保護された装置を動作させる。

【０００４】 電動モータ回路等のモニタ動作に関連する他の先行米国特許には、Shuylerの 特許第５，３１５，２５６号がある。これは複数の直流負荷のうちの任意の一つ
における欠陥の存在を検出するのに用いられる欠陥検出回路に関するもので、基
準として参照負荷を用いている。そこでは、モニタされている負荷の中央点が、
参照負荷の中央点の電圧と比較される。Leeの特許第５，２３９，４３９号は、 電源システム用の保護回路である。Tran et al.の特許第５，２２４，０１０号 は、独立したパワーアップディレーを有する電源監視装置でる。Izaguirre, Sr.
の特許第４，８２５，３２８号は、三相電力システムの相の回転方向における各
相の電圧を保護するための入力トランスデューサを有する三相電気的負荷保護装
置である。これは制御モニタが、相の回転方向における最も高い相電圧及び最も
低い相電圧に対応する入力トランスデューサからの信号をモニタし、不適切な給
電条件が検出されたときに、電気的負荷を切り離すよう出力デバイスを制御する
。Hsiehの特許第４，５０７，７１３号は、参照電圧と比較される多相入力電圧 を検出するワイドレンジ多相不足電圧検出回路である。Schoenmeyrの特許第４，
３３３，１１９号は、線間電圧の過剰な変動、相と相の不平衡及び逆相シーケン
シングから三相装置を保護するとともに、ラインの電源が復帰して装置が自動的
に再作動するときに人員を保護するために、三相電源をモニタする電源モニタシ
ステムである。Yeastingの特許第４，３３３０５０号は、電源ラインの各相の電
圧を参照電圧と連続的に比較して電圧の不平衡を検出するとともに、固定電圧と
比較して高圧状況あるいは低圧状況を検出する多相電圧モニタを開示している。

【０００５】 本発明は、電動モータの動作中に、電動モータの絶縁漏れ、および位相損失、
位相不平衡、位相反転、及び低電圧もしくは高電圧などの電源ラインの異常をモ
ニタする電動モータモニタ回路に関するもので、これは、予め測定されたモータ
の巻線漏れがあった場合にモータが作動できないようにし、動作中に予め決めら
れた位相の損失、不平衡、反転あるいは低圧もしくは高圧が測定されたときには
、電動モータの動作を停止させる。

【０００６】 （発明の概要） 電動モータ用の電動モータモニタ回路装置は、電動モータスタート回路を有す
る三相電動モータを有している。絶縁モニタ回路は、電動モータに接続され、電
動モータの絶縁漏れをモニタするとともに、絶縁漏れが予め選択した閾値を越え
るときは、前記電動モータの動作を抑制する。前記絶縁モニタ回路は、電動モー
タスタータ回路を駆動するための単相交流電源を有している。三相モニタ回路は
、前記電動モータに接続され、電動モータの電圧振幅における位相シーケンスを
モニタする。リレー回路は、前記三相モニタ回路に接続され、この三相モニタ回
路によって駆動されるリレーを有しており、電動モータにおける不正な位相ある
いは電圧が検出されたときに電動モータの動作を抑制するために、絶縁モニタ回
路リレーに接続されている。これにより、モータにおける不正な位相あるいは電
圧の検出によって、そして、絶縁漏れが予め選択した閾値を越えたときに、電動
モータの動作が抑制される。モータスタート回路へ電源が印加されるためには両
方のリレーが駆動されなければならないという状態にするために、位相モニタリ
レーの接点は、絶縁テスタのモータスタートリレーと直列に接続されている。さ
らに、モータが絶縁モニタのテストをパスしたと絶縁モニタが決定したときにの
み、絶縁モニタ回路は、一組の接点を閉じてモータスタート回路のためのグラン
ドへの戻り（return）を与える。

【０００７】 （好適な具体例の詳細な説明） 図面及び図１を参照する。電動モータ回路１０は、三相電動モータ用電源１２
に接続された電動モータ１１ををモニタする。モータスタータ回路１３は、モー
タスタータを作動させるためのモータスタータコイル９を有している。絶縁テス
タ回路１４は、ライン１５に接続されてモータ１１につながり、また、リレー１
９を介してモータ電源ライン１２のうちの一つに接続されるライン１６を有して
いる。リレー１９は高圧リレーで、１２秒タイマーなどのタイミング回路によっ
て、絶縁測定を行っている間に、センスリード（sense lead）を一次三相電圧に
接続するよう駆動される。絶縁モニター１４は、アラーム１７に接続されており
、電圧リレー１８及びグランドリレー２０を含んでいる。出力ライン２１は、リ
レーコイル２４によって起動される第一のリレー２３を有するリレー回路２２に
接続されている。リレーコイル２４は、位相モニタ２５からの電流を供給してリ
レーを起動し、そして、絶縁モニタリレー２０が接続されてライン２１がグラン
ドに接続されている場合には、リレーコイル２６を通して電流を流しリレー２７
を起動する。絶縁モニター１４には、電源２８から１２０Ｖ単相交流などの電力
が供給される。この電源は、リレー２７が閉じているときにこれを通して接続さ
れ、モータスタータコイル９を通る回路を形成して、ライン３０を通して中立の
ライン３１にもどされる。モータスタータ１３は、コイル２６を作動させる回路
２１を通る電流によってリレー２７が閉じられたときに、１２０Ｖ交流電源２８
によって起動されるが、このような動作は、スイッチ１８及び２０が絶縁モニタ
によって閉じられのと同時に、リレー２３が閉じられている場合に行われる。

【０００８】 モータスタータ用のコイル９の制御経路は、絶縁モニタ１８によってモータス
タートリレー１３を作動させ、このコイルを介して制御経路を完全なものとする
。しかしながら、モータ起動リレー１３が作動されるようにするには、位相モニ
タ２５と絶縁モニタ１４の両方が必要である。位相モニタは、リレー２３の起動
を制御する。リレー２３の接点は、絶縁モニタのモータリレーのコイルと直列に
接続されている。リレー２３の接点が閉じていれば、必要とされる電力がモータ
起動リレー１３のコイルに印加される。しかしながらこの制御経路は、絶縁モニ
タ１４が、モータが絶縁試験をパスしたことを判定するまでは完全なものとはな
らない。絶縁モニタ１４がモータが絶縁試験をパスしたと判定すると、もう一組
の接点２０が閉じてコイルが接地され、モータ起動リレーが作動して、モータが
動作を開始する。

【０００９】 図２を参照する。同図には、本発明の電動モータモニタ回路のより詳しいブロ
ックダイアグラムが例示してある。すなわち、電動モータモニタ回路１０は、四
つのセクションからなる位相モニタ回路２５を有している。位相検波器２５は、
導線２９を介して三相モータ電源ライン１２に接続され、また、位相検波器３２
に接続されている。位相検波器は、モータ電源ライン１２からすべての正常な位
相及び位相エラー条件を検出し、これをコンパレータ回路３３において評価され
る電圧に変換する。コンパレータセクションはウィンドウコンパレータ回路であ
り、位相検波器からの電圧を二つの参照電圧と比較する。このうち一方は、正常
な位相条件のもとでの位相検波器の電圧よりも高く、もう一方はこれよりも低い
。位相エラーが起こると、位相検波器からの電圧は参照電圧よりも低く、あるい
は高くなり、ＯＰＴＯセクションの動作を停止させる。ＯＰＴＯセクションは、
位相モニタの制御信号が絶縁テスタ回路のセクションを制御することを可能にし
ているあいだ、位相モニタの三相電源動作を、絶縁テスタ１４の電圧環境から切
り離す。これにより、ノーマリー・オンのリレー２４が停止し、絶縁テスタ１４
のモータ起動リレーコイル９の電圧経路が遮断される。参照電圧は、作動電圧の
範囲、すなわちウィンドウを生成する。このウィンドウ範囲は、位相検波器３２
の電圧が、位相エラー条件には至らずに変化することができる範囲である。正常
動作と位相エラー条件との間に不感体（dead zone）が生じるよう、ヒステリシ スが与えられている。これは、わずかなラインの変動を排除するためである。

【００１０】 遅延回路３５は、位相エラー条件が宣言される前に時間的なディレーを与える
。これは、主として、一時的な位相エラーに起因する有害なドロップアウトを回
避するためのものである。この種の位相エラーの例は、重機が既存の装置ととも
に作動して三相ラインに電流サージが生じたときに生じうる。このような状況は
、加わっている電圧の一時的な低下を生じさせ、そして位相検波器の電圧を低い
方の参照電圧よりも低下させる。その結果、位相モニタは、モータスタータ１３
の動作を停止させ、装置の動作を停止させる。ライン電圧が、負荷が接続されて
いないラインによって通常まで上昇したときは、位相モニタ１０はモータスター
タの動作開始を試みるが、電流サージによってライン電圧が再び低下するときに
は遮断する。災害を避けるために、位相エラーの状況が宣言される前における５
秒以下の時間的なディレーによって、重機は、ライン電圧が上昇し通常の動作を
始めることができるようなスピードに達する。三相モニタ回路に関しては、Gran
tの位相モニタ回路についての米国特許第４，８２３，２２７を参照することが できる。

【００１１】 絶縁モニタ１４は、すべてのリレー及び集積回路へ１２Ｖの直流を供給するト
ランスＡＣ−ＤＣ電源３６を有している。この電源は５Ｖの直流電源ともなり、
これは参照電圧としての役割を果たすとともに、高圧セクション３７内の発振回
路を作動させる。高圧セクション３７は、昇圧フォトフラッシュ型トランスの一
次側を駆動する発信器を含んでいる。このトランスの二次側は整流され、フィル
タを通されて、約５００Ｖ５００マイクロアンペアの直流とされる。絶縁モニタ
は、基本的に「電圧を加えて電流を検知する」タイプのものである。モータの巻
線に５００Ｖの電圧を加え、検査される漏れ電流をコンパレータ３８において評
価する。検知ライン１５によって検知された電流が、コンパレータ３８の５Ｖの
直流参照電圧よりも高い電圧になっていると、アラーム１７が作動状態となる。
このような状況が起こると、二極双投（ＤＰＤＴ）式アラームリレーが作動する
。一組のＤＰＤＴ接点が、局所的な遠隔アラームを作動させる。残りの接点の組
は、モータがスタートしないようにモータスタートリレーコイル９への電圧経路
を遮断する。検知された電流が５Ｖの直流参照電圧よりも低いときは、モータス
タートリレー１４は、絶縁試験期間が終了したときに駆動される。絶縁漏れ試験
の期間は、マニュアルトリガー４０がスタート・ディレー回路４１を作動させた
ときに開始される。このトリガー４０は、ウェットウェル内に配置された水銀ス
イッチ等によって、その上昇する液面によって作動させるようにすることもでき
る。スタート・ディレー回路４１は、リレーを制御して、５００Ｖの直流をモー
タの巻線につながるライン１６へ印加し、そして、コンパレータ回路３８がモー
タの巻線の絶縁抵抗を評価できるよう、１５秒間のディレーを開始する。絶縁漏
れ試験がうまくいった場合は、５００Ｖの直流をライン１６及びモータ巻線に印
加するのをやめ、モータ巻線及びモータスタートリレー１３は作動可能な状態と
なる。絶縁漏れテストがうまくいかなかった場合は、アラームセクション１７が
、モータスタートリレー１３を作動できないようにする。絶縁試験回路について
は Horvath et al. に付与された我々の先行する米国特許第４，７１６，４８７
号において見ることができ、回路動作についてはこの特許を参照することができ
る。

【００１２】 位相モニタ回路２５は、その動作電圧をライン３１を介して引き出す。これは
たとえば２３０Ｖの３相交流電源とすることができる。一方、絶縁テスタ１４は
、１２０Ｖの交流電源２８で動作する。しかしながら、位相モニタ回路の位相エ
ラーが正しく表示されるためには、位相モニタ回路の表示のために絶縁モニタ１
４及び電源２８が動作状態であることが必要とされる。そのため、三相電源１２
を作動させる前に単相１２０Ｖ交流電源２８を作動させる。三相モニタ２５は、
位相モニタ回路１４が動作できる状態になる前に、ライン１２における三相ライ
ン電圧あるいは位相エラーが無いことを検知しなければならない。

【００１３】 絶縁モニタがマニュアルトリガー４０によって起動され、モータ巻線が絶縁試
験をパスすると、モータは作動し、モータ動作が開始される。もしもこのスター
トシーケンスにおいて位相エラーが起こると、位相エラー表示が点灯され、絶縁
モニタは、これにつながるトリガー４０が作動状態になっても、その試験を行う
ことができなくなる。モータ１１が回転しているときに位相エラーが起こると、
位相エラー表示が点灯するとともに、モータスタータ１３が休止してモータ動作
を停止させる。位相エラーが補正されたときは、ディレー回路３５におけるディ
レーが用いられていない場合には、直ちにモータ動作が開始される。

【００１４】 回路１０のスタートシーケンスでは、まず、電源２８からの単相１２０Ｖの交
流をライン４２を介してモータスタータリレーコイル９に印加し、位相モニタ１
０でモータの電源ライン１２から三相電圧を測定し、そして、この測定された値
に対して位相モニタの電圧を調整する。そして、三相ライン電圧が、位相モニタ
１０につながるライン２９を通してモータ電源１２に印加される。位相エラー表
示がなされない場合には、トリガー４０は、１２０Ｖの交流を電源３６及びスタ
ート・ディレー回路４１に印加することによって絶縁モニタ１４を起動する。モ
ータが絶縁モータの試験をパスした場合には、モータスタータ１３がモータ１１
が起動され、ータ動作が開始される。

【００１５】 この段階で、モニタ回路が電動モータの巻線の予め決められたレベルの絶縁漏
れを検出した場合には機械を動作を開始する前に電動モータを停止させ、また、
三相モニタ回路が不正な位相及び電圧を検出した場合には電動モータを停止させ
る電動モータモニタが提供されることが明らかである。しかしながら、ここに示
されたものは限定的なものではなく、例示的なものと介すべきであり、本発明は
、ここに示された形態に限定されるものと解釈されるべきではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明に係る電動モータモニタ回路のブロックダイアグラムである。

【図２】 図２は、図１の電動モータモニタ回路の拡張されたブロックダイアグラムであ
る。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年９月１３日（１９９９．９．１３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項６

【補正方法】変更

【補正内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チン ラルフ アメリカ合衆国 フロリダ州 32750 ロ ングウッド クリフォード アベニュー 116 Ｆターム(参考） 5H575 BB06 BB07 DD03 HA06 JJ06 JJ18 LL24 LL30 LL45 MM01 MM03 MM08 MM10 MM11 MM15

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動モータ用の電動モータモニタ回路（１０）であって、 電動モータスタータ回路（１３）を有する三相電動モータ（１１）と、 前記電動モータ（１１）に接続され、前記電動モータ（１１）の絶縁漏れをモ
   ニタするとともに、絶縁漏れが予め選択されている閾値を越えたときに前記電動
   モータスタータ回路（１０）の作動を抑制する絶縁モニタ回路（１４）であって
   、前記電動モータスタータ回路を作動させるための電源（２８）を有している絶
   縁モニタ回路と、 前記電動モータ（１１）のための位相シーケンス及び電圧振幅をモニタする、
   前記電動モータ（１１）に接続された三相モニタ回路（２５）と、 前記スタータ回路（１３）内に、開状態のときに前記電動モータ（１１）の動
   作を抑制する絶縁モニタ回路リレー（２７）を有するとともに、前記三相モニタ
   回路（２５）によって起動される、開状態のときに前記電動モータ（１１）の動
   作を抑制する三相モニタ回路リレー（２３）を有し、これにより、予め選択され
   た閾値を越える絶縁漏れ電流の検出によって電動モータ（１１）の動作を抑制し
   、かつ、不正な位相あるいは電圧の測定によって前記電動モータ（１１）の動作
   が停止するリレー回路（２２）と、 を有することを特徴とする電動モータモニタ回路。
2. 【請求項２】 前記絶縁モニタリレー（２７）は、前記三相モニタ回路リレ
   ー（２３）が駆動されて前記絶縁モニタリレー（２７）のコイル（２６）を通し
   て電流が流れるときにのみ起動され、これにより、電流を前記電動モータスター
   タ回路（１０）を通して通過させるものである、請求項１記載の電動モータ（１
   １）用の電動モータモニタ回路（１０）。
3. 【請求項３】 前記電動モータ（１１）は、三相電源（１２）によって駆動
   される三相電動モータであり、前記絶縁モニタ回路の電源（３６）は、前記リレ
   ー回路（２２）を通して前記モータスタータ回路（４１）に接続されている単相
   電源である、請求項２記載の電動モータ用の電動モータモニタ回路（１０）。
4. 【請求項４】 前記絶縁モニタ回路の電源（３６）は約１２０Ｖの単相交流
   電源であり、前記電動モータの電源（１２）は２００Ｖを越える三相交流電源で
   ある請求項３記載の電動モータ用の電動モータモニタ回路（１０）。
5. 【請求項５】 前記リレー回路（２２）と前記電動モータスタータ回路（４
   １）との間にトリガー回路（４０）が接続されている、請求項３記載の電動モー
   タ用の電動モータモニタ回路（１０）。
6. 【請求項６】 電動モータをモニタする方法であって、 電動モータスタータ回路（４１）を有するとともに、前記電動モータ（１１）
   に接続され電動モータの絶縁漏れをモニタするとともに絶縁漏れが予め選択され
   ている閾値を越えたときに前記電動モータスタータ回路（４１）の作動を抑制す
   る絶縁モニタ回路（１４）を有する三相電動モータ（１１）に接続された電動モ
   ータモニタ回路を選択するステップであって、前記絶縁モニタ回路（１４）は、
   前記電動モータスタータ回路（４１）を作動させるための電源（３６）を有して
   おり、前記電動モータモニタ回路（１１）は、また、前記電動モータ（１１）の
   ための位相シーケンス及び電圧振幅をモニタする、前記電動モータ（１１）に接
   続された三相モニタ回路（２５）、および、前記スタータ回路内において開状態
   のときに前記電動モータ（１１）の動作を抑制する絶縁モニタ回路リレー（２７
   ）を有するとともに、前記三相モニタ回路（２５）によって起動される開状態の
   ときに前記電動モータ（１１）の動作を抑制する三相モニタ回路リレー（２３）
   を有するリレー回路（２２）を有している、というそういうステップと、 単相電圧を前記リレー回路（２２）及び前記電動モータスタータ回路（４１）
   に印加するステップと、 前記モニタ回路（２５）によって前記三相電動モータの電源（１２）の三相電
   圧を測定するステップと、 前記三相電動モータの電源（１２）に位相エラーがあるかどうかを決定すると
   ともに、位相エラーがないときに前記リレー回路内のリレー（２３）を起動する
   ステップと、 選択された絶縁モニタ回路（１４）をトリガーするステップと、 前記電動モータ（１１）に予め選択された閾値を越える絶縁漏れがあるかどう
   かを決定するステップと、 前記電動モータが前記絶縁試験を通ったときは前記電動モータ（１１）をスタ
   ートし、そして、前記電動モータモニタ回路（１０）が予め選択した閾値を越え
   る絶縁漏れ電流を検出したときは電動モータ（１１）のスタートを抑制するとと
   もに、不正な位相あるいは電圧を測定したときは前記電動モータ（１１）の動作
   を停止するというステップ からなることを特徴とする電動モータ（１１）をモニタする方法。