JP2009236608A - 絶縁異常検知装置および家電機器 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁異常の検出を検出精度が高く、安価な構成で実現することができ、また、絶縁異常が発生したときの異常過熱による発煙・発火を防止するように負荷を制御することができる絶縁異常検知装置および家電機器を提供する。
【解決手段】商用電源１に接続部２を介して電気的に接続される電動機３の運転を制御する駆動手段６と、接続部２に流れる電流を所定のサンプリングタイミングで検出する絶縁異常検出手段４と、絶縁異常検出手段４の出力から接続部２の電路間に生じるトラッキング現象の発生を検出し、絶縁状態の異常を判断する絶縁異常判断手段５とを備え、駆動手段６は、絶縁異常判断手段５の出力に応じて電動機３の運転を制御するものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、電源と負荷とを電気的に接続する接続部の絶縁状態を検知する絶縁異常検知装置およびそれを備えた家電機器に関するものである。

従来の絶縁状態を検知するものとして、例えば、「交流系統に接続された診断対象の部分放電に伴う超音波を検出する超音波センサと、前記超音波センサの検出信号のうち特定の周波数成分の信号を通過させるフィルタ回路と、前記フィルタ回路の出力信号を検波する検波回路と、前記検波回路の出力信号を積分する積分回路と、前記積分回路の出力信号から前記交流系統の電源周波数の２倍の周波数成分の信号を抽出し、この抽出結果を基に前記診断対象の絶縁異常を診断する解析回路とを備えてなる絶縁異常診断装置。」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１４７８９０号公報（請求項１）

端子台やコネクタ、プリント基板上のはんだ付け部などの接続部に、絶縁異常（以下「トラッキング現象」ともいう。）が生じると、当該トラッキング現象に起因する発熱やスパークが発生し、接続部から発煙・発火するおそれがある。このためトラッキング現象の発生を精度良く検出することができる絶縁異常検知装置が望まれている。

従来、絶縁異常を診断するものとして、部分放電に伴う超音波を音響センサにより捉えるものが提案されている。しかし本構成では、音響センサや、特定信号を抽出するためのフィルタ回路などを設ける必要があるため、回路構成が複雑となり、部品コストが高くなる、という問題点があった。
また、部分放電の発生検知に超音波を利用して行っており、接続部の異常状態を直接検知していないので、誤検知の可能性が高く、検知精度が低い、という問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、絶縁異常の検出を検出精度が高く、安価な構成で実現することができ、また、絶縁異常が発生したときの異常過熱による発煙・発火を防止するように負荷を制御することができる絶縁異常検知装置および家電機器を提供することを目的とする。

この発明に係る絶縁異常検知装置は、電源に接続部を介して電気的に接続される負荷の運転を制御する駆動手段と、前記接続部に流れる電流を所定のサンプリングタイミングで検出する絶縁異常検出手段と、前記絶縁異常検出手段の出力から前記接続部の電路間に生じるトラッキング現象の発生を検出し、絶縁状態の異常を判断する絶縁異常判断手段とを備え、前記駆動手段は、前記絶縁異常判断手段の出力に応じて前記負荷の運転を制御するものである。

この発明は、接続部で生じる絶縁状態の異常を判断し、この判断に応じて負荷の運転を制御することにより、絶縁異常の検出を、検出精度が高く、安価な構成で実現することができ、また、絶縁異常が発生したときの異常過熱による発煙・発火を防止するように負荷を制御することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における絶縁異常検知装置のブロック構成図である。図１において、絶縁異常検知装置は、絶縁異常検出手段４と、絶縁異常判断手段５と、駆動手段６とにより構成され、商用電源１に接続部２を介して電気的に接続される負荷である電動機３の運転を制御するものである。さらに、絶縁異常検出手段４は、接続部２を介して電動機３に供給される電流を検出する電流検出手段４１と、電流検出手段４１の出力を整流するための整流手段４２と、整流手段４２の出力をデジタル値として検出するＡ／Ｄ変換手段４３とにより構成されている。また、絶縁異常判断手段５は、Ａ／Ｄ変換手段４３の検出結果から、接続部２の絶縁状態の異常を判断して判断結果を駆動手段６へ出力する。駆動手段６は、例えば、トライアック等からなり、絶縁異常判断手段５の出力に基づいて電動機３の制御を行う。

接続部２は、端子２１，２２により商用電源１と電動機３とを電気的に接続するために設けられたものであり、例えば端子台、コネクタ、平形端子、閉端接続子、はんだ接合などで構成される。

尚、本実施の形態１では、図１に示すように電動機３を接続する接続部２について説明するが、本発明はこれに限るものではなく、駆動手段６や絶縁異常検出手段４が実装されたプリント基板上のはんだ接合部や、その他商用電源１の電力が加電される電路間（充電部）についても適用できるものである。
このような構成による本実施の形態１の動作の詳細を、図２〜図５に基づき次に説明する。

図２はこの発明の実施の形態１における商用電源波形を示す波形図、図３はこの発明の実施の形態１における絶縁異常検出手段の検出波形を示す波形図であり、図３（ａ）は絶縁異常が発生しておらず正常な時の接続部２に流れる電流を電流検出手段４１が検出した波形図、図３（ｂ）は絶縁異常の時の接続部２に流れる電流を電流検出手段４１が検出した波形図、図３（ｃ）は電流検出手段４１の出力を整流手段４２により整流した波形図である。図４はこの発明の実施の形態１における絶縁異常検出手段の検出タイミング及び絶縁異常判断手段の動作を示す図であり、図４（ａ）は整流手段４２の出力をＡ／Ｄ変換手段４３により検出するサンプリングのタイミング図、図４（ｂ）は整流手段４２の出力をＡ／Ｄ変換手段４３で検出した検出値、図４（ｃ）はＡ／Ｄ変換手段４３の検出値の今回データと前回データとの差の絶対値である変化量と絶縁異常判断手段５の絶縁異常判断レベルを示す図、図４（ｄ）は絶縁異常判断手段５の判断結果を示す図、図４（ｅ）は絶縁異常判断手段５の判断結果によって駆動手段６が制御する電動機３の運転状態を示す図である。さらに、図５はこの発明の実施の形態１における接続部の構成及びトラッキング抵抗と全電流との関係を示す図であり、図５（ａ）は接続部２で発生するトラッキング現象を説明するための接続部２の模式図、図５（ｂ）はトラッキング現象発生時の負荷及び接続部の等価回路を示す図、図５（ｃ）はトラッキング抵抗ｒと全電流Ｉｏとの関係を示す概略図である。

まず、電動機３が駆動していない場合、接続部２にはトラッキング現象に起因する短絡電流は発生していないため絶縁異常判断手段５は絶縁正常と判断し、駆動手段６によって、図２に示す商用電源電圧が電動機３に供給され、電動機３は運転を開始する。運転開始後の絶縁状態が正常な場合の電流検出手段４１の検出波形は図３（ａ）に示すような波形となるが、接続部２の端子間の絶縁抵抗が劣化してトラッキング現象により、接続部２の端子２１，２２間（電路間）に短絡電流が生じ、接続部２に供給される電流（以下「全電流」という。）が増加し、電流検出手段４１の検出波形は図３（ｂ）のようになる。この現象において、端子間のトラッキング抵抗は不安定なために接続部２の短絡電流の増加も不安定なものとなり、結果的に接続部２に供給される全電流も不安定な状態となる。このような現象について、さらに詳細な説明を、図５を用いて説明する。

図５（ａ）において、接続部２の端子２１と端子２２との間の絶縁が劣化し、トラッキング現象が発生した場合について説明する。端子間のトラッキング現象により発生する短絡電流Ｉｒと、電動機３に流れる負荷電流Ｉｍとの関係は、Ｉｏ＝Ｉｍ＋Ｉｒとみなすことができる。ここで、便宜上、負荷のインピーダンスＺの大きさが変化しないものとすると、トラッキング現象が発生していないときの接続部２に供給される全電流Ｉｏ１は、トラッキング抵抗ｒ＝∞（無限大）であるためＩｒ＝０（ゼロ）となり、Ｉｏ１＝Ｉｍ＝Ｖｓ／Ｚとなる。しかし、トラッキングが発生すると、図５（ｂ）に示すように、端子間の絶縁抵抗が低下して、負荷に並列に接続されるトラッキング抵抗ｒが発生することになる。このときの接続部２に供給される全電流をＩｏ２とすると、Ｉｏ２＝Ｖｓ／Ｚｏとなる。ここで、Ｚｏは負荷のインピーダンスＺとトラッキング抵抗ｒとの合成抵抗であり、Ｚｏ＝Ｚ・ｒ／（Ｚ＋ｒ）となる。ＺｏはＺより小さい値であるから、上記ケースで接続部２に供給される全電流Ｉｏを考えると、Ｉｏ１＜Ｉｏ２となる。この時、トラッキング抵抗ｒは絶縁劣化の程度に比例して変化するから、前述の接続部２に流れる全電流Ｉｏを表す式にあてはめると、結果的に絶縁劣化の程度（トラッキング抵抗ｒ減少の程度）に比例して、全電流Ｉｏも変化することになる。

このトラッキング抵抗ｒと全電流Ｉｏとの関係は、図５（ｃ）に示すようになり、トラッキング抵抗は不安定であるため、全電流Ｉｏのピーク値を不安定とする一つの変数的な作用をする。つまり、接続部２に供給される全電流Ｉｏのピーク電流を計測すると、商用電源１の電圧の最大値とほぼ同期して、電流のピークが現れる。そして、トラッキング現象が発生した際には、その絶縁劣化の程度に比例したトラッキング抵抗が発生するため、全電流Ｉｏの実効値や瞬時値の値を不安定にする要素となっている。すなわち、絶縁異常によるトラッキング現象の発生を全電流のピーク値の変化量により判断することが可能となり、且つそのピーク値から絶縁状態の異常の程度まで推測することが可能となる。

このような考え方に基づき、接続部２に流れる電流を検出する電流検出手段４１の出力を、図３（ｃ）に示すように、整流手段４２によって、ダイオードブリッジ（図示していない）などにより例えば全波整流する。Ａ／Ｄ変換手段４３は、整流手段４２の出力を、商用電源１の周期に同期して、所定の時間の位相差で所定回数サンプリングする。即ち、図４（ａ）に示すように、商用電源電圧の正極側及び負極側の各ゼロクロス（図２のゼロクロス１〜ゼロクロス６）から所定のタイミングＴ１後に、例えば商用電源１の１／４周期の時間（商用電源の周波数が５０Ｈｚの場合、Ｔ１＝５ｍｓ）で、図３（ｃ）に示した、整流手段４２の出力を例えば１回サンプリングする。このようにしてＡ／Ｄ変換手段４３によりサンプリングした検出値は図４（ｂ）に示すようになる。

次に、絶縁異常判断手段５は、図４（ｃ）に示すように、Ａ／Ｄ変換手段４３がサンプリングしたデジタル値の今回データ値と前回データ値との変化量（差の絶対値）を求め、これを逐次繰り返す。この時、絶縁異常判断手段５は、求めた変化量と、予め設定してある所定の絶縁異常判断レベルとを比較して、変化量が絶縁異常判断レベルを超えたとき、絶縁異常と判断する。尚、絶縁異常判断レベルは負荷（電動機３）によって異なり、また負荷の運転状態によっても異なるため、トラッキング発生時の実際の変化量等を計測した実験値などで設定するのが良い。

図４（ｄ）は、図４（ｃ）の電流の変化量に対して絶縁異常判断レベルで判断した絶縁異常判断手段５の検知例を示しており、絶縁異常判断手段５は、図４（ｃ）の電流変化量ΔＩ１〜ΔＩ４までは絶縁異常判断レベルよりも低いため、絶縁正常と判断するが、電流変化量ΔＩ５では絶縁異常判断レベルよりも高いため、絶縁異常と判断し、駆動手段６に対して判断結果を出力する。

駆動手段６は、この絶縁異常判断手段５の出力に基いて電動機３の制御を行う。電動機３の制御は、接続部２から発煙・発火が起きず安全が確保できるように、例えば、電動機３への電力供給を遮断して運転を停止するように制御する。なお、電動機３の運転を停止させるような電力供給の遮断をしなくとも安全が確保できるような電力を供給して運転を継続することも可能であり、例えば、通常使用時の弱運転モードよりもさらに供給電力が小さい方法での制御も可能である。このような方法であれば、使用者が使用している際に突然使用ができなくなる状態などを避けることも可能となる。

またこのように、接続の異常が検知された際に、供給電力が小さい方法での制御する構成においては、その後の動作状態においてもトラッキング現象の検知を行い続け、更なる絶縁異常の検知がされた場合、さらに小さい電力で制御するよう、ステップ的に供給電力を小さくしていくようにし、それでも絶縁異常が検知され続ける場合には電力の供給を遮断するように構成しても良い。このような方法であれば、使用者が使用している際に突然使用ができなくなる状態などを避けることも可能となると共に、更なる安全性の確保ができるようになる。

以上のように、本実施の形態１においては、接続部２で発生するトラッキング現象を検出して接続部２の電路間の絶縁異常を判断し、この判断に応じて電動機３の運転を制御することができる。そして本実施の形態によれば、１周期で２回のサンプリングでトラッキング発生の検出を、検出精度が高く、安価な構成で実現することができ、また、トラッキングが発生したときの異常過熱による発煙・発火を防止するように負荷を制御することができる。

また、接続部２に流れる電流を検出し、検出した電流を整流した出力をデジタル値としてサンプリングすることにより、ノイズ成分を抽出するためのハイパスフィルターなどが不要となり、また、外来ノイズを測定してしまうことによりトラッキング発生の誤判断を行うことが極力防止され、トラッキング発生の検出を、検出精度が高く、安価な構成で実現することができる。従って、極めて簡便で、部品点数も少なく安価で信頼性が高く、絶縁異常による発煙・発火を防止できる絶縁異常検知装置を提供することが可能である。

また、電流のサンプリングにおいて、所定の位相角における電流値をサンプリングするように、商用電源電圧の半周期毎に、商用電源電圧のゼロクロスから所定のタイミングＴ１で、１回サンプリングしているので、高速のＡ／Ｄ変換やデータ処理を必要とする必要がなく、一般的な変換速度のＡ／Ｄ変換器や一般的なデータ処理速度のマイコン等で良く、従って、安価な構成で、絶縁異常による発煙・発火を防止できる絶縁異常検知装置を提供することが可能である。

また、絶縁異常判断手段５は、Ａ／Ｄ変換手段４３がサンプリングしたデジタル値の今回データ値と前回データ値との変化量（差の絶対値）を求め、求めた変化量と絶縁異常判断レベルとを比較して絶縁異常と判断しているので、少量の検出値を加算して積み上げる積分手段などが不要となり、トラッキング発生の検出を安価な構成で実現することができる。従って、安価な構成で、絶縁異常による発煙・発火を防止できる絶縁異常検知装置を提供することが可能である。

また、駆動手段６は、絶縁異常判断手段５が絶縁の異常を判断したとき、電動機３への電力供給を遮断して運転を停止するように制御するように構成することにより、絶縁の異常が発生した時に電動機３の運転を停止させることができ、絶縁異常による発煙・発火を防止できる絶縁異常検知装置を提供することが可能である。

尚、本実施の形態１では、電流の検出を商用電源電圧の正極側及び負極側の各ゼロクロス毎（図２のゼロクロス１〜ゼロクロス６）に行う場合を説明したが、本発明はこれに限らず、正極側（図２のゼロクロス１、３、５）又は負極側（図２のゼロクロス２、４、６）の何れか一方の極側のみで行っても同様の検出が可能である。このような構成とすれば測定精度をほぼ前記説明と同様のレベルに維持しながら、更なるコストダウンを図ることができる上、これにより外来ノイズの影響をさらに低減することができる。さらには、検出する波形を例えば１０個に１個、２０個に１個と絞る構成でも良い。このように構成すれば更なるコストダウンを図ることができる。しかしあまり絞りすぎると電源電圧変動等がトラッキング発生の検出などに影響を及ぼすため望ましくないため、少なくとも１秒に１回以上を対象としてサンプリングすることが望ましい。

さらに、本実施の形態１では、電流を測定するための整流手段４２の出力をＡ／Ｄ変換するための所定のタイミングＴ１を、商用電源電圧のゼロクロスから商用電源１の１／４周期の時間、例えばＴ１＝５ｍｓ、とした場合を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、４ｍｓでも６ｍｓでも良く、電流のＡ／Ｄ変換後における今回データ値と前回データ値とを比較する際に、所定のタイミングＴ１が同じであれば問題なく同様の検出ができることは言うまでも無い。

さらに、本実施の形態１では、電流検出手段４１の出力を商用電源電圧の周波数成分とノイズ成分を分別することなく、Ａ／Ｄ変換手段４３でサンプリングするように構成しているが、トラッキング現象によるノイズ成分の影響が強い場合や外来ノイズの影響を受ける場合には、適切なカットオフ周波数を設定し、回路の適切な位置、例えば、Ａ／Ｄ変換手段４３の前段又は電流検出手段４１の後段に、ローパスフィルターを設けることで、さらに確実なトラッキング検知ができることは言うまでも無い。このように構成することでノイズ成分をより良好に除去することができ、正確なトラッキング検知を行うことで安全性等を高めることができる。

さらに、本実施の形態１では、電流検出手段４１の出力を整流手段４２で整流した後にＡ／Ｄ変換手段４３でデジタル値を検出しているが、整流手段４２を設けることなく適当に電子回路を設計したり、適当にＡ／Ｄ変換手段４３の検出値をデータ処理することで、電流検出手段４１の出力を直接Ａ／Ｄ変換手段４３で検出しても同様の効果が得られることは言うまでも無い。

さらに、本実施の形態１では、整流手段４２は、ダイオードブリッジなどにより全波整流する場合を説明をしたが、半波整流回路でもＡ／Ｄ変換手段４３のサンプリングするタイミングを適当にすれば、同様の効果が得られることは言うまでも無い。このような構成とすれば測定精度をほぼ前記説明と同様のレベルに維持しながら、更なるコストダウンを図ることができる上、これにより外来ノイズの影響をさらに低減することができる。

さらに、本実施の形態１では、所定のタイミングＴ１後に、１回だけＡ／Ｄ変換するような構成で説明したが、所定のタイミングＴ１後に複数回数のＡ／Ｄ変換をする場合には、複数回数のＡ／Ｄ変換して得られたデータについて平均値処理を施して、所定のタイミングＴ１後のデータとしてその平均値処理した値を扱うことでも良い。このように構成した場合より高性能な回路素子やマイコンなどが必要とされるが、よりトラッキング検知の精度を向上させることが可能である。

さらに、本実施の形態１では、所定のタイミングＴ１は、商用電源電圧のゼロクロスを基点として説明したが、商用電源電圧の所定の電圧値を基点として構成しても同様の効果が得られることは言うまでも無い。

さらに、本実施の形態１では、絶縁異常判断手段５の判断において、Ａ／Ｄ変換手段４３の今回データ値と前回データ値との変化量を、絶縁異常判断レベルと比較することで、接続の異常を判断する場合を説明をしたが、これに限らず、Ａ／Ｄ変換手段４３がサンプリングしたデジタル値の所定時間内における最大値と最小値との差を求め、求めた差の値が予め設定した所定の判断レベルより大きいとき、絶縁異常と判断する判断方法を用いても良い。このような動作においても同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施の形態１では、絶縁異常判断手段５の判断において、Ａ／Ｄ変換手段４３の今回データ値と前回データ値との変化量が、絶縁異常判断レベルと比較して一度でも大きい場合には、絶縁異常の判断結果を出力する場合を示したが、これに限らず、所定の時間内において絶縁異常判断レベルを超えることが連続した場合、若しくは絶縁異常判断レベルを超えることが所定の回数があったときに、絶縁異常の判断を出力するようにしても良い。

さらに、本実施の形態１では、絶縁異常判断手段５は、変化量と所定の絶縁異常判断レベルとを比較して接続の異常を判断する場合を説明したが、これに限らず、絶縁異常判断手段５は、所定の絶縁異常判断レベルを複数設定し、接続部の絶縁劣化の異常程度を多段階に判断しても良い。このように行うことにより、さらに細かな制御ができることは言うまでも無い。

さらに、本実施の形態１では、絶縁異常判断手段５の判断において、Ａ／Ｄ変換手段４３の今回データ値と前回データ値との変化量を用いて、接続の異常を判断する場合を説明したが、これに限らず、絶縁異常判断手段５は、Ａ／Ｄ変換手段４３がサンプリングしたデジタル値の値が、予め設定した所定の絶縁異常判断レベルより大きいとき、絶縁異常と判断するようにしても良い。

実施の形態２．
本実施の形態２では、絶縁異常判断手段５の判断結果を記憶する記憶手段を備える形態について説明する。以下、本実施の形態２について、上記実施の形態１との相違点を中心に図６を用いて説明する。尚、上記実施の形態１と同一部分については同一符号を付して、その説明を省略する。

図６はこの発明の実施の形態２における絶縁異常検知装置のブロック構成図である。図６において、本実施の形態２では、上記実施の形態１の構成に加え、例えば記憶内容を電気的に読み込み・書き込み、消去が可能なＥＥＰ−ＲＯＭなどからなり、絶縁異常判断手段５の出力を記憶する記憶手段７を備えている。

この記憶手段７には、前回電動機３を運転した時の接続部２の絶縁状態が正常か否かの判断結果が、当該記憶手段７の電源が遮断される直前に電気的に書き込まれる。そして、再び電動機３を運転する際には、絶縁異常判断手段５は、始めに記憶手段７の前回運転時の記憶内容を読込み、絶縁状態が正常だったか異常だったかを判断し、駆動手段６に対して判断結果を出力する。

駆動手段６は、この絶縁異常判断手段５の出力に基いて電動機３の制御を行う。つまり、記憶手段７に記憶された前回運転時の判断結果が異常の場合、駆動手段６は電動機３の運転を開始させない。一方、絶縁状態が正常な場合には駆動手段６により電動機３を制御して運転を開始し、電動機３には電流が流れ、電動機３が回転する。以降、接続部２の電流を検出して最終的に絶縁状態が正常か否かを判断するまでの波形及び動作は、上述した実施の形態１と同様であるので、ここでは詳細な動作説明は割愛する。

以上のように、本実施の形態２においては、上記実施の形態１の効果に加え、絶縁異常判断手段５の出力を記憶手段７に書き込み、次回運転を開始するとき電動機３に通電する前に記憶手段７の前回運転時の絶縁異常判断手段５の出力情報を読み込み、その読み込んだ内容に基づいて、電動機３の運転を制御することにより、接続部２の絶縁状態が異常である場合には、電動機３の再運転を防止することができる。これより、トラッキング現象に伴う発煙・発火の防止を実施できる絶縁異常検知装置を提供することが可能である。

尚、本実施の形態２では、再運転時に記憶手段７の内容が絶縁異常の時には、電動機３への電力供給をしない場合を説明したが、これに限らず、絶縁の正常を判断したときの回転数よりも低い回転数で電動機３を回転させるように制御しても良い。このようにすることで上記効果に加え、電動機３の回転数低下により、使用者に対しての絶縁異常であることの報知手段として電動機３を兼用することが可能であり、新たに報知手段を設けること無く、使用者に絶縁異常を報知することができる。

さらに、本実施の形態２では、記憶手段７に記憶された絶縁異常判断手段５の判断結果を読み込んで電動機３の運転を制御したが、これに限らず、絶縁異常判断手段５が絶縁異常を判断した時に、例えば電流ヒューズ等を断線させ、電動機３に商用電源１を通電させないようにしても良い。これによって、記憶手段７を省略することが可能となる。

さらに、本実施の形態２では、記憶手段７として、ＥＥＰ−ＲＯＭを用いた場合を説明したが、これに限らず、電源が遮断されると記憶が消えるタイプの記憶素子であっても、電池などで電力を供給して記憶を保持できる記憶素子や、機構的に記憶できる例えばラッチングリレーなどを用いても同様の効果が得られることは言うまでも無い。

実施の形態３．
本実施の形態では絶縁異常検知装置の構成及びその基本的な動作は実施の形態１または２と同様である。本実施の形態では絶縁異常を判断する判断方法の異なる形態をより詳しく説明するものである。以下、本実施の形態３について、図７〜図１１を用いて説明する。尚、前述の各実施の形態と同一部分については同一符号を付して、その説明を省略する。

図７及び図９はこの発明の実施の形態３における絶縁異常判断手段の他の実施形態の判断方法を示す図、図８は図７で、図１０は図９で検出したピーク電流値の最大値と最小値の差である変化量ΔＩについて、予め設定してある絶縁異常判断レベルと比較し、絶縁異常の確定プロセスを説明するための図、図１１はさらに他のピーク電流値の最大値と最小値の差である変化量ΔＩについて、予め設定してある絶縁異常判断レベルと比較し、絶縁異常の確定プロセスを説明するための図である。本実施の形態では、所定のサンプリングタイミングで検知するピーク電流値複数個を一組として１つの検知区間を設定し、１つの検知区間の中で最も大きいＭａｘ値と、最も小さいＭｉｎ値との差を取り、絶縁異常と判断された検知区間が連続して複数回発生したときに絶縁異常を確定させて絶縁異常の判断を確定させるものである。

図７及び図９では本実施の形態を説明しやすいように、所定のサンプリングタイミングで検出される電流値に１〜３０と番号を振っている。そして、サンプル１〜１０を検知区間１、１１〜２０を検知区間２、２１〜３０を検知区間３と名づけて説明する。図７に示すように、検知区間１でのサンプリングを開始すると、本実施の形態では、サンプル１がまずＭａｘ値、Ｍｉｎ値両者の値として記憶される。続いてサンプル２が検知されると、先ほど記憶されたＭａｘ値、Ｍｉｎ値と比較され、Ｍａｘ値より大きい場合はＭａｘ値を、Ｍｉｎ値より小さい場合はＭｉｎ値をサンプル２の値に書き換える。同様の手順により、図７ではサンプル１０まで測定されると、検知区間１ではサンプル３の値がＭａｘ１値として、サンプル５の値がＭｉｎ１値として保持されていることとなる。ひとつの検知区間の測定が終了すると図８に示すように、その検知区間でのＭａｘ値とＭｉｎ値の差の値が計算され、その差の値が予め設定された異常判定閾値と比較して閾値以上かそれより小さいかが判断される。そして閾値以上であった場合、その検知区間では閾値以上であった旨のフラグが立てられる。図８では仮想的に閾値以上の欄に丸が記入されている。

次に進み、図７に示す検知区間２でも前述と同様、サンプル１１がまずＭａｘ値、Ｍｉｎ値両者の値として記憶される。続いてサンプル１２が検知されると、先ほど記憶されたＭａｘ値、Ｍｉｎ値と比較され、Ｍａｘ値より大きい場合はＭａｘ値を、Ｍｉｎ値より小さい場合はＭｉｎ値をサンプル１２の値に書き換える。その後も同様にサンプル２０まで測定されると、検知区間２ではサンプル１１の値がＭａｘ２値として、サンプル１９の値がＭｉｎ２値として保持されていることとなる。そして、検知区間２の測定が終了すると図８に示すように、検知区間２でのＭａｘ値とＭｉｎ値の差の値が計算され、その差の値が予め設定された異常判定閾値と比較して閾値以上かそれより小さいかが判断される。そして閾値以上であった場合、その検知区間では閾値以上であった旨のフラグが立てられる。

このように同様の手順によって検知区間の閾値判定が繰り返され、図８に示すように３つの検知区間で連続して閾値以上と判定された場合、初めて絶縁異常が検知されたことが確定する。つまり図９に示すような状態を検知した結果、図１０に示すように例えば検知区間１、２では閾値以上の判定が行われたが、検知区間３では閾値以上の判定でフラグが立てられなかったため、図９及び図１０の状態では絶縁異常は検知されなかったものとして処理され、通常の動作状態が継続されることとなる。

つまり、図１１に示すように、複数の検知区間において、検知区間１〜４では検知区間２では閾値以上判定でフラグが立てられていないため、検知区間１〜４では３つの検知区間で閾値以上判定が検知されていることとなるが、検知区間が３つ連続で閾値以上判定のフラグが立っていないため、絶縁異常は確定しない。図１１のような状態では、検知区間５で閾値以上判定のフラグが立てられて絶縁異常が確定するものである。

このように複数のピーク電流値を１組として１つの検知区間とすることにより、ノイズ成分の良好な除去と、より正確な絶縁異常判断を行うことが可能となる。また、検知区間が連続して複数回閾値以上が検知されたときに絶縁異常を確定する構成により、より精度の高い絶縁異常判断を行うことができ、製品の不具合を発見する自己監視機能としてその性能が非常に安定性を高いものとすることができる。また、本実施の形態では連続して３つの検知区間を記憶しておくことのできる記憶手段７を有していれば動作させることが可能となるから、安価な素子を使用して本形態を実施することができると共に、前述の実施の形態１又は２と比較して不具合を起こす前の動作情報をより長いタームで記憶しておくことができ、異常動作時の情報量を増加させることができる。

尚、ひとつの検知区間をいくつのピーク電流値で１組とするかという判断と、異常判定閾値の値、及び検知区間が連続して何回閾値以上が検知されたときに絶縁異常を確定するかという部分については非常に密接な関係がある。すなわちひとつの検知区間を何個のピーク電流値で一組にするかについては、例えば少なくしすぎるとＭａｘ−Ｍｉｎ値の差が出づらくなると共に、絶縁異常判断がノイズ成分に左右されやすくなる傾向にある。また逆に多くしすぎるとトラッキングが発生し続けているにも拘らず、その検知が遅れてしまうということとなる。このことは異常判定閾値、及び閾値以上のフラグが立てられた検知区間を何回連続して検出されたときに絶縁異常と確定するかについても同様のことが言える。

ここで、異常判断閾値の値については、電動機３を動作させる電力の大きさなどにもよるので実験的にその最適な値を決定するのが良い。また前述の理由から、１回の検知区間内に何回サンプリングするかについては、通常の５０Ｈｚ〜６０Ｈｚ電源で動作させる場合であれば、３回〜１５回さらには５〜１０回の間が望ましい。さらに閾値以上のフラグが立てられた検知区間を何回連続して検出されたときに絶縁異常と確定するかについては、上述の理由から２〜４回程度が望ましい。

また、本実施の形態では閾値以上のフラグが立てられた検知区間を何回連続して検出されたかを基準として絶縁異常と確定する構成について説明したが、この検知区間複数を１組として、その１組の中でいくつの検知区間で異常判断閾値以上が検知されているかをカウントし、そのカウント数が所定の数以上のときに絶縁異常を確定する構成であってもよい。このような構成であると、絶縁異常検知が若干遅れることが懸念されるが、よりノイズ成分の除去が確実となると共に、絶縁異常の安定した精度の高い検知が可能となる。また絶縁異常検知時にその情報を記憶しておくことで、より長いタームの動作状態を記憶しておくことができ、異常動作時の情報量をさらに増加させることができる。

なお、本実施の形態で絶縁異常が確定した後の動作については、前述の実施の形態１又は２と同様、電動機３への電力供給をしない構成や、絶縁状態の正常を判断したときの回転数よりも低い回転数で電動機３を回転させるように制御する構成をとることができることは同様であるため説明を省略する。本実施の形態の絶縁異常判断の方法は実施の形態１又は２に用いたとしても、前述の各形態で説明した効果などを損なうことなく適用できるものである。

実施の形態４．
本実施の形態４では、使用者に絶縁異常を報知する形態について説明する。以下、本実施の形態４について、上記実施の形態１との相違点を中心に図を用いて説明する。尚、上記実施の形態１と同一部分については同一符号を付して、その説明を省略する。

図１２はこの発明の実施の形態４における絶縁異常検知装置のブロック構成図である。図１２において、本実施の形態４では、上記実施の形態１の構成に加え、例えば液晶表示素子等からなり、絶縁異常判断手段５の出力に基づいて絶縁状態の異常に関する所定の情報を使用者に報知する伝達手段８を備えている。また、本実施の形態４の絶縁異常判断手段５は、絶縁異常検出手段４の出力から絶縁劣化レベルを検出して、この絶縁劣化レベルに基づき絶縁状態の異常程度を判断し、伝達手段８に判断結果を出力する。
次に、本実施の形態４の動作を図１３に基づき説明する。

図１３はこの発明の実施の形態４における絶縁異常検出手段の検出タイミング及び絶縁異常判断手段の動作を示す図である。図１３（ａ）はＡ／Ｄ変換手段４３の検出値の今回データと前回データとの差の絶対値である変化量と絶縁異常判断手段５の判断レベルを示す図、図１３（ｂ）は絶縁異常判断手段５の絶縁異常判断結果を示す図である。
絶縁異常検出手段４は、上述した実施の形態１と同様に、Ａ／Ｄ変換手段４３により接続部２に供給される電流を所定のサンプリングタイミングで検出する。そして、絶縁異常判断手段５は、図１３（ａ）に示すように、Ａ／Ｄ変換手段４３がサンプリングしたデジタル値の今回データ値と前回データ値との変化量（差の絶対値）を求め、これを逐次繰り返す。この時、絶縁異常判断手段５は、求めた変化量と、予め複数設定してある所定の判断レベルとを比較して、変化量が判断レベルを超えたとき、当該判断レベルに応じて、絶縁状態の異常程度を判断する。尚、判断レベルは負荷（電動機３）によって異なるため、実際の変化量等を計測した実験値などで設定するのが良い。

絶縁異常判断手段５は、図１３（ｂ）に示すように、図１３（ａ）の電流変化量ΔＩ１〜ΔＩ３までは、変化量が判断レベルより小さく、つまり絶縁劣化レベルが小さいため、接続部２の絶縁状態が正常状態であると判断する。一方、電流変化量ΔＩ４〜ΔＩ６では電流変化量が判断レベルより大きく、即ち絶縁劣化レベルが大きく、変化量を超えた判断レベル１〜３に応じて、所定の異常の程度（例えば、異常１〜異常３）であると判断する。そして、駆動手段６は、この絶縁異常判断手段５の出力に基いて、例えば、判断レベルが所定のレベル（例えば異常３）と判断されたとき、電動機３への電力供給を遮断して運転を停止するように制御する。

伝達手段８は、絶縁異常判断手段５により、判断レベル（例えば、異常１〜異常３）の異常程度が判断されると、例えば液晶表示素子などに、判断された異常程度に関する情報（例えば、注意、警告、遮断など）を表示させる。尚、この表示の際、所定のメンテナンス内容の情報（例えば、部品交換を促すメッセージなど）を表示させるようにしても良い。

以上のように、本実施の形態４においては、上記実施の形態１の効果に加え、検出した絶縁劣化のレベルにより接続部２の絶縁異常の程度を判断し、この判断に応じて絶縁状態の異常程度に関する情報を使用者に報知することができる。

また、電動機３の運転を遮断した際に、伝達手段８に情報が表示されるので、なぜ運転が停止したのかを使用者に報知することが可能となる。

尚、本実施の形態４では、絶縁異常判断手段５の出力に基いて電動機３の運転を制御する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、電動機３の運転を制御せずに伝達手段８への表示のみを行うようにしても良い。

尚、本実施の形態４では、伝達手段８として例えば液晶表示素子などを用いる場合を説明したが、本発明はこれに限らず、ＬＥＤ等で構成された表示素子や、スピーカー等の音によるものでも良い。

実施の形態５．
図１４はこの発明の実施の形態５における電気掃除機の概略構成図である。本実施の形態５における家電機器である電気掃除機は、上記の実施の形態１乃至４の絶縁異常検知装置を搭載したものである。

図１４において、電気掃除機本体１０１には、空気を塵埃と共に吸上げる動力としての電動送風機１０２が内蔵され、電動送風機１０２の上流側には集塵室１０３が設けられている。この電動送風機１０２は、電動機３とこの電動機３により回転駆動するファンとから成る。電動機３は上記実施の形態１〜４の接続部２を介して商用電源１に接続され、上記絶縁異常検知装置（図示せず）により接続部２の絶縁状態が検知される。また、電気掃除機本体１０１には、延長目的でホースユニット１０５が設けられており、このホースユニット１０５を構成するホース１０６の一端には電気掃除機本体１０１に着脱可能に連結される接続部１０７が設けられており、他端に手元ハンドル１０８が設けられている。そして、手元ハンドル１０８には延長管１０９が着脱可能に連結され、さらに延長管１０９の上流側には床用吸込具１１０が着脱可能に連結されて、床用吸込具１１０から電動送風機１０２の集塵室１０３までの間に負圧の吸引風路が形成され、集塵室１０３の下流側から排気口（図示せず）の間には排気風路が形成されている。

以上のように、本実施の形態５においては、上記実施の形態１〜４の絶縁異常検知装置を搭載して、電動機３とファンとから成る電動送風機１０２の制御及び接続部２の絶縁状態の検知を行うことにより、電動機３と商用電源１とを接続する接続部２の絶縁異常に伴う異常加熱、発煙・発火を防止することができ、火災に関連する安全性の高い電気掃除機を提供することができる。また、発煙・発火を防止することにより、掃除室内に煙を排出することが無いため室内を煙で汚染することも無く、また、煙で不快な臭いが付着することも無いために、絶縁異常によって室内の衛生性を損なうことがない。

尚、本実施の形態では、家電機器の一例として電気掃除機を説明したが、本発明はこれに限るものではなく、電源に接続部２を介して接続される負荷を有する家電機器であれば良く、例えば手乾燥機などでも良い。

この発明の実施の形態１における絶縁異常検知装置のブロック構成図である。 この発明の実施の形態１における商用電源波形を示す波形図である。 この発明の実施の形態１における絶縁異常検出手段の検出波形を示す波形図である。 この発明の実施の形態１における絶縁異常検出手段の検出タイミング及び絶縁異常判断手段の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１における接続部の構成及びトラッキング抵抗と全電流との関係を示す図である。 この発明の実施の形態２における絶縁異常検知装置のブロック構成図である。 この発明の実施の形態３における絶縁異常判断手段の他の実施形態の判断方法を示す図である。 図７で検出したピーク電流値の最大値と最小値の差である変化量ΔＩについて、予め設定してある絶縁異常判断レベルと比較し、絶縁異常の確定プロセスを説明するための図である。 この発明の実施の形態３における絶縁異常判断手段の他の実施形態の判断方法を示す図である。 図９で検出したピーク電流値の最大値と最小値の差である変化量ΔＩについて、予め設定してある絶縁異常判断レベルと比較し、絶縁異常の確定プロセスを説明するための図である。 他のピーク電流値の最大値と最小値の差である変化量ΔＩについて、予め設定してある絶縁異常判断レベルと比較し、絶縁異常の確定プロセスを説明するための図である。 この発明の実施の形態４における絶縁異常検知装置のブロック構成図である。 この発明の実施の形態４における絶縁異常検出手段の検出タイミング及び絶縁異常判断手段の動作を示す図である。 この発明の実施の形態５における電気掃除機の概略構成図である。

符号の説明

１ 商用電源、２ 接続部、３ 電動機、４ 絶縁異常検出手段、５ 絶縁異常判断手段、６ 駆動手段、７ 記憶手段、８ 伝達手段、２１ 端子、２２ 端子、４１ 電流検出手段、４２ 整流手段、４３ Ａ／Ｄ変換手段、１０１ 電気掃除機本体、１０２ 電動送風機、１０３ 集塵室、１０５ ホースユニット、１０６ ホース、１０７ 接続部、１０８ 手元ハンドル、１０９ 延長管、１１０ 床用吸込具、Ｖｓ 商用電源電圧、Ｚ インピーダンス、ｒ トラッキング抵抗、Ｉｍ 負荷電流、Ｉｏ 全電流、Ｉｒ 短絡電流。

Claims (21)

1. 電源に接続部を介して電気的に接続される負荷の運転を制御する駆動手段と、
   前記接続部に流れる電流を所定のサンプリングタイミングで検出する絶縁異常検出手段と、
   前記接続異常検出手段の出力から前記接続部の電路間に生じるトラッキング現象の発生を検出し、絶縁状態の異常を判断する絶縁異常判断手段と
   を備え、
   前記駆動手段は、前記絶縁異常判断手段の出力に応じて前記負荷の運転を制御することを特徴とする絶縁異常検知装置。
2. 前記駆動手段は、前記絶縁異常判断手段が絶縁状態の異常を判断したとき、前記負荷の運転を停止させることを特徴とする請求項１記載の絶縁異常検知装置。
3. 前記絶縁異常判断手段の判断結果を記憶する記憶手段を備え、
   前記駆動手段は、前記負荷の運転を開始するとき、前記記憶手段に記憶された前記絶縁異常判断手段の判断結果に応じて、前記負荷の運転を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の絶縁異常検知装置。
4. 前記駆動手段は、前記記憶手段に記憶された判断結果が絶縁異常の場合、
   前記負荷の運転を開始させないことを特徴とする請求項３記載の絶縁異常検知装置。
5. 前記記憶手段として、電力の供給が遮断されても記憶内容が消えない素子を用いることを特徴とする請求項３又は４記載の絶縁異常検知装置。
6. 前記記憶手段として、電気的消去及び電気的書込みが可能なＥＥＰ−ＲＯＭを用いることを特徴とする請求項５記載の絶縁異常検知装置。
7. 前記絶縁異常判断手段が判断した絶縁状態の異常に関する情報を報知する伝達手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の絶縁異常検知装置。
8. 電源と負荷とを電気的に接続する接続部に流れる電流を所定のサンプリングタイミングで検出する絶縁異常検出手段と、
   前記接続異常検出手段の出力から前記接続部の電路間に生じるトラッキング現象の発生を検出し、絶縁状態の異常を判断する絶縁異常判断手段と、
   前記絶縁異常判断手段が判断した絶縁状態の異常に関する情報を報知する伝達手段と
   を備えたことを特徴とする絶縁異常検知装置。
9. 前記絶縁異常判断手段は、前記絶縁異常検出手段の出力から、前記接続部の電路間に生じる絶縁劣化レベルを検出し、該絶縁劣化レベルに基づき前記絶縁状態の異常程度を判断し、
   前記伝達手段は、前記絶縁異常判断手段が判断した異常程度に応じて、所定の情報を報知することを特徴とする請求項７又は８記載の絶縁異常検知装置。
10. 前記接続部は、前記電源と前記負荷とを電気的に接続するために設けられた端子台、コネクタ、平形端子、閉端接続子、及びはんだ接合の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の絶縁異常検知装置。
11. 前記接続部は、前記駆動手段及び前記絶縁異常検出手段の少なくとも一方が実装されたプリント基板上のはんだ接合部であることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の絶縁異常検知装置。
12. 前記絶縁異常検出手段は、前記接続部に供給される電流の瞬時値を検出することを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の絶縁異常検知装置。
13. 前記絶縁異常検出手段は、
    前記接続部に流れる電流を検出する電流検出手段と、
    前記電流検出手段の出力を整流する整流手段と、
    前記整流手段の出力をデジタル値としてサンプリングするＡ／Ｄ変換手段と
    を備えたことを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の絶縁異常検知装置。
14. 前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記負荷に供給される電源の周期に同期して、所定の時間の位相差で所定回数、前記接続部に流れる電流をサンプリングすることを特徴とする請求項１３記載の絶縁異常検知装置。
15. 前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記所定の時間の位相差を、前記電源の周期の１／４の時間とすることを特徴とする請求項１４記載の絶縁異常検知装置。
16. 前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記所定回数を、前記電源の半周期毎に１回とすることを特徴とする請求項１４又は１５記載の絶縁異常検知装置。
17. 前記絶縁異常判断手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段がサンプリングした前記デジタル値の今回データと前回データとの差を求め、求めた差の値が予め設定した所定の絶縁異常判断レベルより大きいとき、絶縁異常と判断することを特徴とする請求項１３〜１６の何れかに記載の絶縁異常検知装置。
18. 前記絶縁異常判断手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段がサンプリングした前記デジタル値の所定時間内における最大値と最小値との差を求め、求めた差の値が予め設定した所定の絶縁異常判断レベルより大きいとき、絶縁異常と判断することを特徴とする請求項１３〜１６の何れかに記載の絶縁異常検知装置。
19. 前記絶縁異常判断手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段がサンプリングした前記デジタル値の値が、予め設定した所定の絶縁異常判断レベルより大きいとき、絶縁異常と判断することを特徴とする請求項１３〜１６の何れかに記載の絶縁異常検知装置。
20. 前記絶縁異常判断手段は、前記所定の絶縁異常判断レベルを複数設定し、前記接続部の絶縁異常の程度を多段階に判断することを特徴とする請求項１７〜１９の何れかに記載の絶縁異常検知装置。
21. 電源に接続部を介して電気的に接続される負荷と、
    請求項１〜２０の何れかに記載の絶縁異常検知装置と
    を備えたことを特徴とする家電機器。

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