JP4098069B2

JP4098069B2 - Insulation failure detection circuit for motor circuit system

Info

Publication number: JP4098069B2
Application number: JP2002352584A
Authority: JP
Inventors: 亨脇本; 工清水
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-12-04
Also published as: JP2004184275A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、複数のインバータ制御モータを有するモータ駆動回路系の対地絶縁不良を検出する対地絶縁不良検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、対地的に浮遊状態に保持された回路（以下、対地絶縁回路ともいう）中の所定点と対地との間にカップリングコンデンサを介して交流電源を配置することにより対地絶縁回路の漏電を検出する技術が提案されている。カップリングコンデンサを通じて交流電圧を印加する上記漏電検出方式は、漏電検出回路を対地絶縁回路から直流的に分離することができるので、この検出回路で検出した信号電圧を通常の対地電源電圧で作動する制御回路で処理することができ、回路構成を簡素化することができるという利点、及び、通常のCT式漏電検出とは異なって対地絶縁回路が直流回路であっても漏電を検出することができるという利点がある。
【０００３】
また、下記の特許文献１は、上記したカップリングコンデンサ型漏電検出方式において、対地絶縁回路の所定点の対地インピーダンスと位相角とを求め、これらにより人体接触時の感電の程度に対応する対地インピーダンスの抵抗成分を求めることを提案している。
【０００４】
また、近年および現在開発を検討される自動車は、交流モータとこの交流モータをPWM制御するインバータとからなるインバータ制御モータを多数搭載し、インバータは共通のバッテリから給電される。この種の多数のインバータ制御モータを装備する回路系は、自動車の他に、船舶、プラント、ビル空調装置、ロボット、航空機などにおいて広範囲に実要されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した複数のインバータ制御モータをもつ回路系（この明細書ではモータ回路系という）では、回路系の信頼性、安全性を向上するために漏電検出回路（対地絶縁不良検出回路）の設置が好ましく、更に、もしも対地絶縁不良が生じた又は生じかけているインバータ制御モータを特定することができれば、その重要度に応じて対応の緊急性を判断することができ、また、修理交換などに要する作業時間も短縮できるので一層好適である。
【０００６】
しかし、上記した従来の漏電検出回路では、対地絶縁不良を起こした、もしくは、対地絶縁不良が生じかけている部位を特定することができないために、対地絶縁不良を検出したとしてもそれが重要なインバータ制御モータで生じたのか、もしくは、補助的なインバータ制御モータで生じたのかを判別することができない。
【０００７】
もちろん、各インバータ制御モータごとに対地絶縁不良検出回路を別々に装備すれば、各インバータ制御モータごとに対地絶縁不良を検出することができる。たとえば、各インバータ制御モータのインバータ出力電流の零相電流をCT（カレントトランスホーマ）にて検出すれば、その大きさによりインバータ制御モータごとに対地絶縁不良を検出することができるが、回路構成が大幅に複雑化し、特に、重量、スペース、コストの増加に制約がある用途においては、実現が困難であった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、コスト、スペースの増加を抑止しつつ、対地絶縁不良を生じたインバータ制御モータの特定が可能な対地絶縁不良検出回路を提供することをその目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のモータ回路系の絶縁不良検出回路は、交流モータをPWM制御するインバータと前記交流モータとを含むインバータ制御モータを複数有し、前記各インバータが共通の直流電源から給電されるモータ回路系の対地漏洩電流中の交流成分の大きさに基づいて前記モータ回路系の絶縁不良を検出するモータ回路系の絶縁不良検出回路において、
互いに異なるPWMキャリヤ周波数で駆動される前記各インバータから接地へ漏洩する対地漏洩電流に関する情報を検出する検出回路部と、検出した前記情報から各ＰＷＭキャリヤ周波数の交流成分を互いに分離する周波数弁別部と、各周波数弁別された各ＰＷＭキャリヤ周波数の交流成分の振幅に相当する情報から絶縁が不良である前記インバータ制御モータを特定する判定部とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、コスト、スペースの増加を抑止しつつ、対地絶縁不良を生じたインバータ制御モータの特定が可能な対地絶縁不良検出回路を実現することができる。
【００１１】
すなわち、この発明では、各インバータ制御モータのＰＷＭキャリヤ周波数を変更することにより、モータ回路系の絶縁不良により漏洩する対地漏洩電流の周波数成分がどのＰＷＭキャリヤ周波数を主として含むかを調べ、これにより対地絶縁不良を生じたインバータ制御モータを簡単、確実に特定することができ、そのうえ、従来のように各インバータ制御モータごとにＣＴを設ける必要がないので、装置の小型軽量化と製造コストの低減とを実現することができる。
【００１２】
本発明では更に、前記判定部は、前記各ＰＷＭキャリヤ周波数の交流成分のうち、最も大きな振幅の前記交流成分を除く他の交流成分の振幅の平均値と、前記最も大きな振幅の前記交流成分の振幅との比率に基づいて、前記特定を行う。これにより、たとえば降雨などにより、直流電源ラインの浮遊容量が変動しても、ほとんど影響なく絶縁不良を生じた（モータ浮遊容量が増大した）インバータ制御モータを特定することができる。
【００１３】
好適な態様において、前記検出回路部は、一端が接地され、他端がカップリングコンデンサＣｃを通じて前記直流電源側の所定点に接続される電源側検出抵抗素子ｒを有する。これにより、直流的に安全に対地漏洩電流を検出することができる。
【００１６】
好適な態様において、上記モータ回路系の絶縁不良検出回路は、車両に搭載されて、車載された前記各交流モータの絶縁不良を検出するので、搭載スペースや搭載重量の増大を抑止しつつ上記モータ駆動回路系の絶縁不良検出回路を車両に搭載することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のモータ回路系の対地絶縁不良検出回路を実施例を参照して具体的に説明する。この対地絶縁不良検出回路は車両に搭載されて車載のインバータ制御モータの対地絶縁不良を検出する。
（実施例１）
実施例１の装置を図１に示すブロック回路図を参照して説明する。
（回路構成）
1は検出回路部（対地絶縁不良検出回路）、2は対地絶縁されたモータ回路系、3は高電圧（たとえば約３００Ｖ）のバッテリであり、その高位端子は高位直流電源ラインLH及び低位直流電源ライン（図示せず）を通じてモータ回路系2にバッテリ電圧（直流電源電圧）を印加している。これらバッテリ3、高位直流電源ラインLH及び低位直流電源ライン（図示せず）は、直流電源系を構成している。
【００１８】
検出回路部1は、一端が高位直流電源ラインＬＨに接続され、他端が検出抵抗素子rを通じて接地されたカップリングコンデンサＣcと、が検出抵抗素子ｒの電圧降下Ｖrに基づいてモータ回路系2の対地絶縁不良を検出する回路部10とを有している。
【００１９】
モータ回路系2は、インバータ制御モータ21〜23を有しており、インバータ制御モータ21は、三相ブラシレスDCモータＭ1と、バッテリ3から給電されて三相ブラシレスＤＣモータＭ1に三相交流電圧を印加する三相インバータ回路ＩＮ1とを有している。同様に、インバータ制御モータ22は三相ブラシレスＤＣモータＭ2と三相インバータ回路ＩＮ2とを、インバータ制御モータ23は三相ブラシレスＤＣモータＭ3と三相インバータ回路ＩＮ3とを有している。
【００２０】
図１中、Ｃsは直流電源ラインの浮遊容量、Ｃ1はインバータ制御モータ21の浮遊容量、Ｃ2はインバータ制御モータ22の浮遊容量、Ｃ3はインバータ制御モータ23の浮遊容量である。交流回路として考えれば、浮遊容量Ｃsは高位直流電源ラインＬＨの浮遊容量と低位直流電源ラインの浮遊容量Ｃｓとの和となる。インバータ制御モータ21〜23の浮遊容量Ｃ1〜Ｃ3は通常、三相ブラシレスＤＣモータＭ1〜Ｍ3内のステータコイルの所定点の対地容量により占められる。
【００２１】
インバータ制御モータ21〜23のインバータＩＮ1〜ＩＮ3は、周知のように、内部のスイッチング素子のＰＷＭスイッチングにより形成される三相交流電圧を三相ブラシレスＤＣモータＭ1〜Ｍ3に印加する。
（動作）
上記回路の対地絶縁不良検出動作を図２、図３を参照して以下に説明する。一例として、三相ブラシレスＤＣモータＭ1のステータコイルの所定点の対地絶縁性が低下し、この所定点の対地浮遊容量Ｃ1が大幅に増大した場合について以下に説明する。
【００２２】
この場合、インバータＩＮ1は交流電圧Ｖ1を発生する交流電源とみなすことができるので、図１の回路をこのインバータＩＮ1に相当する交流電源について書き換えると、図２のようになる。図２から明白なように、インバータ制御モータ21の浮遊容量Ｃ1が増大すると、検出抵抗素子ｒの電圧降下Ｖrが増大するので、その大小を判別することによりインバータ制御モータ21の対地絶縁不良を検出することができる。他のインバータ制御モータ22〜23についても同様である。なお、インバータ制御モータ21のインバータＩＮ1が発生する交流電圧Ｖ1の主要成分はインバータＩＮ1のＰＷＭキャリヤ周波数をもつ交流電圧と見なすことができる。
【００２３】
この実施例では、インバータＩＮ1〜ＩＮ3のＰＷＭキャリヤ周波数をそれぞれ異なる値に設定している。これにより、回路部10は、検出抵抗素子ｒの電圧降下Ｖｒに含まれる各インバータ制御モータのＰＷＭキャリヤ周波数に相当する交流電圧成分を分別し、その振幅が増大した交流電圧成分の周波数からどのインバータ制御モータが対地絶縁不良を発生したかを容易に判別することができる。
【００２４】
回路部10の構成の一例を図3のブロック回路図に示す。
【００２５】
図３において、101〜103は同調フィルタ（共振フィルタ）であり、検出抵抗素子ｒの電圧降下Ｖｒのうち、インバータＩＮ1〜ＩＮ3のＰＷＭキャリヤ周波数に相当する同調周波数に相当する交流電圧成分のみを個別に抽出する。104〜106は検波回路（整流回路）であって、同調フィルタ101〜103の出力電圧を直流信号電圧に変換する。これら直流信号電圧はマイコン107により制御されるアナログマルチプレクサ105により時間順次に選択された後、Ａ／Ｄコンバータ106によりデジタル信号に変換されてマイコン107に読み込まれる。マイコン107は、読み込んだ各同調フィルタ101〜103の出力電圧の大きさを所定のしきい値と比較してインバータ制御モータ21〜23の対地絶縁不良の有無を判定する。
【００２６】
（変形態様）
上記実施例において、天候の変化などの理由により、浮遊容量Ｃｓが変動すると、検出抵抗素子ｒの電圧降下Ｖｒが変動して誤判定を招く可能性がある。しかしながら、この浮遊容量Ｃｓの変動による電圧降下Ｖｒの変動はインバータ制御モータ21〜23からなる各交流電源が出力する交流電圧Ｖ1〜Ｖ3に対してそれぞれ略均等に作用すると考えることができる。また、この実施例で検出するような重度の対地絶縁不良は複数のインバータ制御モータ21〜23で同時に発生することはないとみなすことができる。
【００２７】
したがって、交流電圧Ｖ1〜Ｖ3ごとに個別に図２の回路に基づいて浮遊容量Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3を演算し、それらのうちで最も大きい浮遊容量を除く残りの浮遊容量の平均値を算出し、この平均値の所定倍（たとえば10倍）をしきい値とし、上記最も大きい浮遊容量と、このしきい値（残りの浮遊容量の平均値の10倍）とを比較してどちらが大きいかを判定し、この判定結果に基づいて、最も大きい浮遊容量はしきい値よりも大きいと判定した場合には、この最も大きい浮遊容量をもつインバータ制御モータは、対地絶縁不良を生じていると判定すればよい。マイコン107により実施される上記判定動作を図４のフローチャートにより図示する。
【００２８】
（変形態様）
上記実施例ではカップリングコンデンサＣｃはバッテリ3の高位端子に接続される高位直流電源ラインＬＨに接続したが、低位直流電源ラインに接続してもよいことは当然である。
【００２９】
上記実施例では検出抵抗素子ｒを用いたが、カップリングコンデンサＣｃに対して大きい交流インピーダンスを持つ素子であればどんな素子でもよいことは当然である。
【００３０】
上記実施例では、各ＰＷＭキャリヤ周波数を分別するために同調フィルタを用いたが、バンドパスフィルタを用いてもよいことは当然である。
上記実施例の回路では、モータ回路系2の絶縁不良検出を行ったが、この回路において、高位直流電源ラインＬＨなどに人体などが接触した場合には、大きな対地交流電流が流れ、これは、高位直流電源ラインＬＨの浮遊容量Ｃｓの突然の増大に相当するために、検出抵抗素子ｒの電圧降下Ｖｒの大きな変動を生じる。したがって、上記実施例の回路により、モータ回路系2の絶縁不良検出とともに、感電検出も行うことができる。
（実施例２）
実施例２の装置を図５に示すブロック回路図を参照して説明する。
（回路構成）
この回路は、図１に示す実施例1の回路において、簡単化のためにインバータ制御モータ23（すなわちインバータＩＮ3及び三相ブラシレスＤＣモータＭ3）の図示を省略しているが要旨は同じであり、さらにインバータ制御モータ21〜22の他に更に多数のインバータ制御モータを並列接続できることは自明である。
【００３１】
図５に示す回路は、図１に示す実施例1に示す回路において、一端が接地された検出抵抗素子Ｒzの他端を、それぞれ異なるカップリングコンデンサＣzを通じてインバータＩＮ1の各交流出力ライン201〜206に個別に接続し、検出抵抗素子Ｒｚの電圧降下を、検出抵抗素子ｒの電圧降下と同様に、処理してマイコン107に読み込む回路を追加したものである。
【００３２】
更に具体的に説明する。
【００３３】
図５において、インバータＩＮ1の交流出力ライン201〜203は互いに容量が等しいカップリングコンデンサＣｚを個別に通じて検出抵抗素子Ｒｚの一端に接続されている。同様に、インバータＩＮ2の交流出力ライン204〜206は互いに容量が等しいカップリングコンデンサＣｚを個別に通じて検出抵抗素子Ｒｚの一端に接続されている。
【００３４】
インバータＩＮ1側の検出抵抗素子Ｒｚの電圧降下はバンドパスフィルタ（同調フィルタ又は共振回路でもよい）111、検波回路114、平滑回路118、図示しないＡ／Ｄコンバータを通じてマイコン107に信号電圧Ｖm1として読み込まれる。
【００３５】
インバータＩＮ2側の検出抵抗素子Ｒｚの電圧降下はバンドパスフィルタ（同調フィルタ又は共振回路でもよい）112、検波回路115、平滑回路119、図示しないＡ／Ｄコンバータを通じてマイコン107に信号電圧Ｖm1として読み込まれる。
【００３６】
なお、検出抵抗素子ｒの電圧降下は、バンドパスフィルタ（同調フィルタ又は共振回路でもよい）101、検波回路104、平滑回路108、図示しないＡ／Ｄコンバータを通じてマイコン107に信号電圧Ｖc1として読み込まれる。
【００３７】
インバータＩＮ2側の検出抵抗素子Ｒｚの電圧降下はバンドパスフィルタ（同調フィルタ又は共振回路でもよい）102、検波回路105、平滑回路109、図示しないＡ／Ｄコンバータを通じてマイコン107に信号電圧Ｖc1として読み込まれる。
【００３８】
この実施例では、狭帯域のバンドパスフィルタ111、101の通過周波数は約10kＨzを中心周波数としてその近傍に設定され、狭帯域のバンドパスフィルタ112、102の通過周波数は約5kＨzを中心周波数としてその近傍に設定されている。
【００３９】
検出抵抗素子Ｒｚの交流インピーダンスすなわち抵抗値はカップリングコンデンサＣｚの交流インピーダンスに比べて格段に大きく設定されている。これによりインバータＩＮ2の交流出力ライン204〜206側の検出抵抗素子Ｒｚは、等価的に三相ブラシレスＤＣモータＭ2のステータコイル8の対地浮遊容量Ｃ2と並列接続されているとみなすことができる。
【００４０】
検出抵抗素子Ｒｚの交流インピーダンスすなわち抵抗値はカップリングコンデンサＣｚの交流インピーダンスに比べて格段に大きく設定されている。これによりインバータＩＮ1の交流出力ライン201〜203側の検出抵抗素子Ｒｚは、等価的に三相ブラシレスＤＣモータＭ1のステータコイル7の対地浮遊容量Ｃ1と並列接続されているとみなすことができる。
【００４１】
したがって、たとえばインバータＩＮ1を交流電圧Ｖ1を発生する交流電源とみなす場合、この交流電源に対する等価回路は図6に示すようになり、図2に示す等価回路においてインバータ制御モータ21の浮遊容量Ｃ1に検出抵抗素子Ｒｚを並列接続したとみなすことができる。もちろん、インバータＩＮ2を交流電圧Ｖ2を発生する交流電源とみなす場合、この交流電源に対する等価回路も図６に示すようになり、図２に示す等価回路においてインバータ制御モータ22の浮遊容量Ｃ2に検出抵抗素子Ｒｚを並列接続したとみなすことができる。
（動作）
この実施例における対地絶縁不良検出動作を以下に説明する。一例として、三相ブラシレスＤＣモータＭ1のステータコイルの所定点の対地絶縁性が低下し、この所定点の対地浮遊容量Ｃ1が大幅に増大した場合について以下に説明する。
【００４２】
検出抵抗素子ｒの電圧降下Ｖｒの処理については、実施例1と同じである。図６において、検出抵抗素子ｒの交流インピーダンスに比較してカップリングコンデンサＣｃのそれは無視できるほど小さく、かつ、浮遊容量Ｃｓの交流インピーダンスは検出抵抗素子ｒのそれよりも格段に小さいとすれば、浮遊容量Ｃｓの電圧降下はＶｒ1、浮遊容量Ｃ1の電圧降下はＶm1となり、次式が成立する。
【００４３】
対地リーク電流i＝Ｖm1・jωＣ1＝Ｖr・jωＣs
Ｖm1・Ｃ1＝Ｖr1・Ｃs
Ｃ1＝Ｖr1・Ｃs／Ｖm1
すなわち、直流電源側の浮遊容量Ｃｓをあらかじめ決定しておけば、インバータ制御モータ21又はモータＭ1の浮遊容量Ｃ1は上式により決定することができる。なお、Ｖr1はインバータＩＮ1のＰＷＭキャリヤ電圧に対する検出抵抗素子ｒの電圧降下であり、Ｖr2はインバータＩＮ2のＰＷＭキャリヤ電圧に対する検出抵抗素子ｒの電圧降下であり、Ｖm1はインバータＩＮ1のＰＷＭキャリヤ電圧に対する検出抵抗素子Ｒzの電圧降下であり、Ｖr2はインバータＩＮ2のＰＷＭキャリヤ電圧に対する検出抵抗素子Ｒzの電圧降下である。
【００４４】
マイコン107は、これら浮遊容量Ｃ1、Ｃ2を計算し、それらが所定しきい値を超えたら、警報を出力する。
（変形態様）
この実施例において、浮遊容量Ｃ1、Ｃ2は、浮遊容量Ｃｓの変動に連動して変動する。しかし、実施例1と同様に複数のモータが同時に対地絶縁不良を発生することはまずありえないので、上記浮遊容量Ｃ1、Ｃ2の比Ｃ1／Ｃ2と、Ｃ2／Ｃ1とを演算して浮遊容量Ｃｓの影響を除外し、この比率Ｃ1／Ｃ2と、Ｃ2／Ｃ1とが所定範囲内であればインバータ制御モータ21〜22は正常、Ｃ1／Ｃ2が所定値を超えればインバータ制御モータ21が対地絶縁不良、Ｃ2／Ｃ1が所定値を超えればインバータ制御モータ21が対地絶縁不良と判定することができる。
（変形態様）
また、高位直流電源ラインＬＨや低位直流電源ラインＬＬと接地との愛馬にコンデンサを接続して浮遊容量Ｃｓを等価的に大きくして、実際の浮遊容量Ｃｓの変動の影響を低減してもよい。
（変形態様）
更に、図７に示すように、高位直流電源ラインＬＨや低位直流電源ラインＬＬの浮遊容量Ｃｓを等価的に増大する浮遊容量増大回路300を追加して浮遊容量Ｃｓの変動を低減することも可能である。
【００４５】
浮遊容量増大回路300は、エミッタホロワトランジスタ１３、１４、抑制コンデンサ１５からなる。エミッタホロワ接続されたトランジスタ１３、１４は、コンプリメンタリエミッタホロワ回路を構成しており、トランジスタ１３のコレクタは高位直流電源ラインLHに、トランジスタ１４のコレクタは低位直流電源ラインLLに、トランジスタ１３、１４のベースはカップリングコンデンサＣｃと検出抵抗素子ｒとの接続点に、トランジスタ１３、１４のエミッタは抑制コンデンサ１５を通じて車体に接地されている。
【００４６】
（動作説明）
インバータ制御モータ21の浮遊容量Ｃ1が増大すると、検出抵抗素子ｒの電圧降下のうち、インバータ制御モータ21のＰＷＭキャリヤ周波数に等しい交流電圧成分が増大する。この交流電圧成分は、コンプリメンタリエミッタホロワ回路のトランジスタ１３、１４に印加され、トランジスタ１３、１４の交互オンにより上記した電流１９が流れて抑制コンデンサ１５が充放電されて、低位直流電源ラインＬＬ及び高位直流電源ラインＬＨの対地交流電位変動が抑制される。すなわち、低位直流電源ラインＬＬ及び高位直流電源ラインＬＨの浮遊容量Ｃｓが増大したのに等しい結果を生じる。
【００４７】
なお、この実施例では、検出抵抗素子ｒの電圧降下として抑制コンデンサ15の電圧を検出しているが、検出抵抗素子ｒの電圧降下を直接検出してフィルタ101、102に出力してもよい。
【００４８】
この浮遊容量増大回路300を用いた浮遊容量Ｃ1検出時の実験データを図８に示す。図８は実際の浮遊容量Ｃｓが10nF〜160nＦに変化した場合の浮遊容量Ｃ1の値であり、浮遊容量Ｃ1の真値を横軸に、その計算値を縦軸に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の対地絶縁不良検出回路を示す回路図である。
【図２】図１の回路を交流電源回路に変形した等価回路図である。
【図３】図１の検出回路を示すブロック回路図である。
【図４】実施例１における対地絶縁不良モータを判定する動作を示すフローチャートである。
【図５】実施例２の対地絶縁不良検出回路を示す回路図である。
【図６】図５の回路を交流電源回路に変形した等価回路図である。
【図７】実施例２の変形態様を示す回路図である。
【図８】図７の回路を用いた場合のモータ浮遊容量測定精度を示す図である。
【符号の説明】
１検出回路部（モータ駆動回路系の絶縁不良検出回路）
２モータ駆動回路系
３バッテリ（直流電源）
１０回路部（検出回路部）
２１インバータ制御モータ
２２インバータ制御モータ
２３インバータ制御モータ
Ｍ１交流モータ
Ｍ２交流モータ
Ｍ３交流モータ
ＩＮ１インバータ
ＩＮ２インバータ
ＩＮ３インバータ
１０１フィルタ（周波数弁別部）
１０２フィルタ（周波数弁別部）
１０３フィルタ（周波数弁別部）
１０７マイコン（判定部、演算部）
Ｃc 電源側カップリングコンデンサ
r 電源側検出抵抗素子
Ｃz モータ側カップリングコンデンサ
Ｒz モータ側検出抵抗素子[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a ground insulation failure detection circuit for detecting a ground insulation failure in a motor drive circuit system having a plurality of inverter control motors.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, by grounding an AC power supply via a coupling capacitor between a predetermined point in a circuit that is kept floating in the ground (hereinafter also referred to as a ground insulation circuit) and the ground, the ground insulation circuit can be prevented from leaking. Detection techniques have been proposed. In the above leakage detection method in which an AC voltage is applied through a coupling capacitor, the leakage detection circuit can be separated from the ground insulation circuit in a DC manner, so that the signal voltage detected by this detection circuit is operated with a normal ground power supply voltage. It can be processed by the control circuit, and the circuit configuration can be simplified, and it is possible to detect leakage even if the ground insulation circuit is a DC circuit unlike the normal CT leakage detection. There is an advantage.
[0003]
Patent Document 1 below obtains ground impedance and phase angle of a predetermined point of the ground insulation circuit in the above-described coupling capacitor type leakage detection method, and ground impedance corresponding to the degree of electric shock at the time of human contact by these. It is proposed to obtain the resistance component.
[0004]
In addition, automobiles that are under development in recent years and currently have a large number of inverter control motors including an AC motor and an inverter that performs PWM control of the AC motor, and the inverter is supplied with power from a common battery. A circuit system equipped with a large number of inverter control motors of this type is widely required in ships, plants, building air conditioners, robots, airplanes and the like in addition to automobiles.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In a circuit system having a plurality of inverter control motors described above (referred to as a motor circuit system in this specification), in order to improve the reliability and safety of the circuit system, it is preferable to install a leakage detection circuit (ground insulation failure detection circuit). Furthermore, if it is possible to identify an inverter control motor in which a ground insulation failure has occurred or is about to occur, it is possible to determine the urgency of the response according to its importance, and work required for repair and replacement, etc. Since time can also be shortened, it is more suitable.
[0006]
However, in the above-described conventional leakage detection circuit, since it is impossible to identify a part where ground insulation failure has occurred or where ground insulation failure is occurring, it is important even if ground insulation failure is detected. It cannot be determined whether it is caused by the inverter control motor or by the auxiliary inverter control motor.
[0007]
Of course, if a ground insulation failure detection circuit is separately provided for each inverter control motor, a ground insulation failure can be detected for each inverter control motor. For example, if the zero-phase current of the inverter output current of each inverter control motor is detected by CT (current transformer), a ground insulation failure can be detected for each inverter control motor depending on the magnitude, but the circuit configuration is In applications that are greatly complicated and particularly restricted in terms of weight, space, and cost, it has been difficult to realize.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a ground insulation failure detection circuit capable of specifying an inverter control motor that has caused ground insulation failure while suppressing an increase in cost and space. It is said.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The insulation failure detection circuit for a motor circuit system according to claim 1 has a plurality of inverter control motors including an inverter for PWM control of an AC motor and the AC motor, and each inverter is fed by a common DC power supply. In an insulation failure detection circuit of a motor circuit system that detects insulation failure of the motor circuit system based on the magnitude of an AC component in the ground leakage current of the circuit system,
A detection circuit section for detecting information on ground leakage current leaking from the inverters driven to different PWM carrier frequencies to the ground, and a frequency discriminating section for separating AC components of the PWM carrier frequencies from the detected information. And a determination unit for identifying the inverter control motor having poor insulation from information corresponding to the amplitude of the AC component of each PWM carrier frequency discriminated from each frequency.
[0010]
According to the present invention, it is possible to realize a ground insulation failure detection circuit that can identify an inverter control motor that has caused ground insulation failure while suppressing an increase in cost and space.
[0011]
That is, in the present invention, by changing the PWM carrier frequency of each inverter control motor, it is examined which PWM carrier frequency the frequency component of the ground leakage current that leaks due to the insulation failure of the motor circuit system includes. Inverter control motors with poor insulation can be identified easily and reliably, and there is no need to provide a CT for each inverter control motor as in the prior art. Can be realized.
[0012]
In the present invention, the determination unit further includes an average value of amplitudes of AC components other than the AC component having the largest amplitude among the AC components of the PWM carrier frequencies, and the AC component having the largest amplitude. The identification is performed based on the ratio with the amplitude. Thereby, for example, even if the stray capacitance of the DC power supply line fluctuates due to rain or the like, it is possible to identify the inverter control motor that has caused the insulation failure (the motor stray capacitance has increased) with little influence.
[0013]
In a preferred embodiment, the detection circuit unit includes a power supply side detection resistor element r having one end grounded and the other end connected to a predetermined point on the DC power supply side through a coupling capacitor Cc. As a result, the ground leakage current can be detected safely in a direct current manner.
[0016]
In a preferred embodiment, insulation failure detection circuit of the above liver over capacitor circuit system is mounted on a vehicle, and detects an insulation failure of the in-vehicle has been said respective AC motors, to suppress an increase in installation space and mounted by weight However, the insulation failure detection circuit of the motor drive circuit system can be mounted on the vehicle.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The ground insulation failure detection circuit of the motor circuit system of the present invention will be specifically described with reference to the embodiments. This ground insulation failure detection circuit is mounted on a vehicle and detects a ground insulation failure of an in-vehicle inverter control motor.
Example 1
The apparatus of Example 1 will be described with reference to the block circuit diagram shown in FIG.
(Circuit configuration)
1 is a detection circuit unit (ground insulation failure detection circuit), 2 is a grounded motor circuit system, 3 is a high voltage (for example, about 300V) battery, and the high level terminals are the high level DC power supply line LH and the low level DC power source. A battery voltage (DC power supply voltage) is applied to the motor circuit system 2 through a line (not shown). The battery 3, the high-level DC power supply line LH, and the low-level DC power supply line (not shown) constitute a DC power supply system.
[0018]
The detection circuit unit 1 includes a coupling capacitor Cc having one end connected to the high-level DC power supply line LH and the other end grounded through the detection resistance element r, and a motor circuit system 2 based on the voltage drop Vr of the detection resistance element r. And a circuit unit 10 for detecting a ground insulation failure.
[0019]
The motor circuit system 2 has inverter control motors 21 to 23. The inverter control motor 21 is supplied with power from the three-phase brushless DC motor M1 and the battery 3 and applies a three-phase AC voltage to the three-phase brushless DC motor M1. And a three-phase inverter circuit IN1 to be applied. Similarly, the inverter control motor 22 has a three-phase brushless DC motor M2 and a three-phase inverter circuit IN2, and the inverter control motor 23 has a three-phase brushless DC motor M3 and a three-phase inverter circuit IN3.
[0020]
In FIG. 1, Cs is a stray capacitance of the DC power supply line, C1 is a stray capacitance of the inverter control motor 21, C2 is a stray capacitance of the inverter control motor 22, and C3 is a stray capacitance of the inverter control motor 23. Considering an AC circuit, the stray capacitance Cs is the sum of the stray capacitance of the high-level DC power supply line LH and the stray capacitance Cs of the low-level DC power supply line. The stray capacitances C1 to C3 of the inverter control motors 21 to 23 are usually occupied by a ground capacity at a predetermined point of the stator coil in the three-phase brushless DC motors M1 to M3.
[0021]
As is well known, the inverters IN1 to IN3 of the inverter control motors 21 to 23 apply a three-phase AC voltage formed by PWM switching of internal switching elements to the three-phase brushless DC motors M1 to M3.
(Operation)
The ground insulation failure detection operation of the above circuit will be described below with reference to FIGS. As an example, a case where the ground insulation at a predetermined point of the stator coil of the three-phase brushless DC motor M1 is lowered and the ground floating capacitance C1 at the predetermined point is greatly increased will be described below.
[0022]
In this case, since the inverter IN1 can be regarded as an AC power source that generates the AC voltage V1, the circuit shown in FIG. 1 is rewritten with respect to the AC power source corresponding to the inverter IN1, as shown in FIG. As apparent from FIG. 2, when the stray capacitance C1 of the inverter control motor 21 increases, the voltage drop Vr of the detection resistance element r increases, so that the ground insulation failure of the inverter control motor 21 is detected by determining its magnitude. can do. The same applies to the other inverter control motors 22-23. The main component of the AC voltage V1 generated by the inverter IN1 of the inverter control motor 21 can be regarded as an AC voltage having the PWM carrier frequency of the inverter IN1.
[0023]
In this embodiment, the PWM carrier frequencies of the inverters IN1 to IN3 are set to different values. Thereby, the circuit unit 10 classifies the AC voltage component corresponding to the PWM carrier frequency of each inverter control motor included in the voltage drop Vr of the detection resistor element r, and determines which inverter from the frequency of the AC voltage component whose amplitude is increased. It is possible to easily determine whether the control motor has a ground insulation failure.
[0024]
An example of the configuration of the circuit unit 10 is shown in the block circuit diagram of FIG.
[0025]
In FIG. 3, reference numerals 101 to 103 denote tuning filters (resonance filters), and only the AC voltage component corresponding to the tuning frequency corresponding to the PWM carrier frequency of the inverters IN1 to IN3 of the voltage drop Vr of the detection resistance element r is individually provided. To extract. Reference numerals 104 to 106 denote detection circuits (rectifier circuits) that convert the output voltages of the tuning filters 101 to 103 into DC signal voltages. These DC signal voltages are sequentially selected by the analog multiplexer 105 controlled by the microcomputer 107, converted to a digital signal by the A / D converter 106, and read into the microcomputer 107. The microcomputer 107 compares the read output voltage levels of the tuning filters 101 to 103 with a predetermined threshold value to determine whether or not the inverter control motors 21 to 23 have poor ground insulation.
[0026]
(Modification)
In the above embodiment, if the stray capacitance Cs fluctuates due to changes in weather or the like, the voltage drop Vr of the detection resistance element r may fluctuate, leading to an erroneous determination. However, it can be considered that the fluctuation of the voltage drop Vr due to the fluctuation of the stray capacitance Cs acts substantially equally on the AC voltages V1 to V3 output from the AC power sources composed of the inverter control motors 21 to 23. Further, it can be considered that a severe ground insulation failure as detected in this embodiment does not occur simultaneously in the plurality of inverter control motors 21-23.
[0027]
Therefore, the stray capacitances C1, C2, and C3 are calculated for each of the AC voltages V1 to V3 individually based on the circuit of FIG. 2, and the average value of the remaining stray capacitances excluding the largest stray capacitance among them is calculated. A predetermined multiple (for example, 10 times) of this average value is used as a threshold, and the largest stray capacitance is compared with this threshold (10 times the average value of the remaining stray capacitance) to determine which is greater On the basis of this determination result, if it is determined that the largest stray capacitance is larger than the threshold value, the inverter control motor having the largest stray capacitance may be determined to have poor ground insulation. Good. The determination operation performed by the microcomputer 107 is illustrated by the flowchart of FIG.
[0028]
(Modification)
In the above embodiment, the coupling capacitor Cc is connected to the high DC power supply line LH connected to the high terminal of the battery 3. However, the coupling capacitor Cc may be connected to the low DC power supply line.
[0029]
Although the detection resistance element r is used in the above embodiment, it is a matter of course that any element may be used as long as the element has a large AC impedance with respect to the coupling capacitor Cc.
[0030]
In the above embodiment, a tuned filter is used to discriminate each PWM carrier frequency. However, it is a matter of course that a band pass filter may be used.
In the circuit of the above embodiment, the insulation failure detection of the motor circuit system 2 was performed. In this circuit, when a human body or the like is in contact with the high-level DC power supply line LH or the like, a large ground AC current flows. In order to correspond to a sudden increase in the stray capacitance Cs of the high-level DC power supply line LH, a large variation in the voltage drop Vr of the detection resistance element r occurs. Therefore, the circuit of the above embodiment can detect electric shock as well as insulation failure of the motor circuit system 2.
(Example 2)
The apparatus of the second embodiment will be described with reference to the block circuit diagram shown in FIG.
(Circuit configuration)
In this circuit, although the illustration of the inverter control motor 23 (that is, the inverter IN3 and the three-phase brushless DC motor M3) is omitted for simplification in the circuit of the first embodiment shown in FIG. Further, it is obvious that in addition to the inverter control motors 21 to 22, a larger number of inverter control motors can be connected in parallel.
[0031]
The circuit shown in FIG. 5 is the same as the circuit shown in the first embodiment shown in FIG. 1 except that the other end of the detection resistor element Rz whose one end is grounded is connected to the AC output lines 201 to 206 of the inverter IN1 through different coupling capacitors Cz. And a circuit for processing and reading the voltage drop of the detection resistance element Rz into the microcomputer 107 in the same manner as the voltage drop of the detection resistance element r.
[0032]
This will be described more specifically.
[0033]
In FIG. 5, AC output lines 201 to 203 of the inverter IN1 are connected to one end of the detection resistance element Rz through individual coupling capacitors Cz having the same capacitance. Similarly, the AC output lines 204 to 206 of the inverter IN2 are connected to one end of the detection resistor element Rz through individual coupling capacitors Cz having the same capacitance.
[0034]
The voltage drop of the detection resistor element Rz on the inverter IN1 side is read as a signal voltage Vm1 into the microcomputer 107 through a band pass filter (which may be a tuning filter or a resonance circuit) 111, a detection circuit 114, a smoothing circuit 118, and an A / D converter (not shown). .
[0035]
The voltage drop of the detection resistance element Rz on the inverter IN2 side is read as a signal voltage Vm1 into the microcomputer 107 through a band pass filter (may be a tuning filter or a resonance circuit) 112, a detection circuit 115, a smoothing circuit 119, and an A / D converter (not shown). .
[0036]
The voltage drop of the detection resistance element r is read as a signal voltage Vc1 into the microcomputer 107 through a band-pass filter (which may be a tuning filter or a resonance circuit) 101, a detection circuit 104, a smoothing circuit 108, and an A / D converter (not shown).
[0037]
The voltage drop of the detection resistance element Rz on the inverter IN2 side is read as a signal voltage Vc1 into the microcomputer 107 through a band pass filter (which may be a tuning filter or a resonance circuit) 102, a detection circuit 105, a smoothing circuit 109, and an A / D converter (not shown). .
[0038]
In this embodiment, the pass frequencies of the narrow-band bandpass filters 111 and 101 are set around the center frequency of about 10 kHz, and the pass frequencies of the narrow-band bandpass filters 112 and 102 are about 5 kHz as the center frequency. It is set in the vicinity.
[0039]
The AC impedance, that is, the resistance value of the detection resistor element Rz is set to be significantly larger than the AC impedance of the coupling capacitor Cz. Accordingly, it can be considered that the detection resistance element Rz on the AC output lines 204 to 206 side of the inverter IN2 is equivalently connected in parallel with the ground stray capacitance C2 of the stator coil 8 of the three-phase brushless DC motor M2.
[0040]
The AC impedance, that is, the resistance value of the detection resistor element Rz is set to be significantly larger than the AC impedance of the coupling capacitor Cz. Accordingly, it can be considered that the detection resistance element Rz on the AC output lines 201 to 203 side of the inverter IN1 is equivalently connected in parallel with the ground stray capacitance C1 of the stator coil 7 of the three-phase brushless DC motor M1.
[0041]
Therefore, for example, when the inverter IN1 is regarded as an AC power source that generates the AC voltage V1, an equivalent circuit for this AC power source is as shown in FIG. 6, and is detected by the stray capacitance C1 of the inverter control motor 21 in the equivalent circuit shown in FIG. It can be considered that the resistance elements Rz are connected in parallel. Of course, when the inverter IN2 is regarded as an AC power source for generating the AC voltage V2, the equivalent circuit for this AC power source is also as shown in FIG. 6, and the detection resistance is added to the stray capacitance C2 of the inverter control motor 22 in the equivalent circuit shown in FIG. It can be considered that the elements Rz are connected in parallel.
(Operation)
The ground insulation failure detection operation in this embodiment will be described below. As an example, a case where the ground insulation at a predetermined point of the stator coil of the three-phase brushless DC motor M1 is lowered and the ground floating capacitance C1 at the predetermined point is greatly increased will be described below.
[0042]
The processing of the voltage drop Vr of the detection resistance element r is the same as in the first embodiment. In FIG. 6, if the coupling capacitor Cc is negligibly small compared to the AC impedance of the detection resistance element r, and the AC impedance of the stray capacitance Cs is much smaller than that of the detection resistance element r, The voltage drop of the stray capacitance Cs is Vr1, and the voltage drop of the stray capacitance C1 is Vm1, and the following equation is established.
[0043]
Ground leakage current i = Vm1 · jωC1 = Vr · jωCs
Vm1 ・ C1 ＝ Vr1 ・ Cs
C1 = Vr1 ・ Cs / Vm1
That is, if the stray capacitance Cs on the DC power supply side is determined in advance, the stray capacitance C1 of the inverter control motor 21 or the motor M1 can be determined by the above equation. Vr1 is a voltage drop of the detection resistor element r with respect to the PWM carrier voltage of the inverter IN1, Vr2 is a voltage drop of the detection resistor element r with respect to the PWM carrier voltage of the inverter IN2, and Vm1 is a detection of the PWM carrier voltage of the inverter IN1. The voltage drop of the resistance element Rz, and Vr2 is the voltage drop of the detection resistance element Rz with respect to the PWM carrier voltage of the inverter IN2.
[0044]
The microcomputer 107 calculates these stray capacitances C1 and C2, and outputs an alarm when they exceed a predetermined threshold value.
(Modification)
In this embodiment, the stray capacitances C1 and C2 fluctuate in conjunction with the fluctuation of the stray capacitance Cs. However, as in the first embodiment, since it is unlikely that a plurality of motors will cause ground insulation failure at the same time, the ratio C1 / C2 of the stray capacitances C1, C2 and C2 / C1 are calculated to calculate the stray capacitance Cs. If the ratios C1 / C2 and C2 / C1 are within the predetermined range, the inverter control motors 21 to 22 are normal, and if C1 / C2 exceeds the predetermined value, the inverter control motor 21 has poor ground insulation. If C2 / C1 exceeds a predetermined value, the inverter control motor 21 can determine that the ground insulation is defective.
(Modification)
In addition, the stray capacitance Cs may be equivalently increased by connecting a capacitor to the high-order DC power supply line LH or the low-order DC power supply line LL and the ground to reduce the influence of the actual fluctuation of the stray capacitance Cs. .
(Modification)
Furthermore, as shown in FIG. 7, it is also possible to add a stray capacitance increasing circuit 300 that equivalently increases the stray capacitance Cs of the high-level DC power supply line LH and the low-level DC power supply line LL to reduce the fluctuation of the stray capacitance Cs. It is.
[0045]
The stray capacitance increasing circuit 300 includes emitter follower transistors 13 and 14 and a suppression capacitor 15. The emitter-follower-connected transistors 13 and 14 constitute a complementary emitter-follower circuit. The collector of the transistor 13 is connected to the high DC power supply line LH, the collector of the transistor 14 is connected to the low DC power supply line LL, and the transistors 13 and 14 are connected. The base is connected to the connection point between the coupling capacitor Cc and the detection resistance element r, and the emitters of the transistors 13 and 14 are grounded to the vehicle body through the suppression capacitor 15.
[0046]
(Description of operation)
When the stray capacitance C1 of the inverter control motor 21 increases, the AC voltage component equal to the PWM carrier frequency of the inverter control motor 21 increases in the voltage drop of the detection resistance element r. This AC voltage component is applied to the transistors 13 and 14 of the complementary emitter follower circuit. When the transistors 13 and 14 are alternately turned on, the current 19 described above flows and the suppression capacitor 15 is charged and discharged, and the low-level DC power supply line LL and The fluctuation of the ground AC potential of the high-level DC power supply line LH is suppressed. That is, a result equal to the increase in the stray capacitance Cs of the low DC power supply line LL and the high DC power supply line LH is produced.
[0047]
In this embodiment, the voltage of the suppression capacitor 15 is detected as the voltage drop of the detection resistance element r. However, the voltage drop of the detection resistance element r may be directly detected and output to the filters 101 and 102.
[0048]
FIG. 8 shows experimental data when the stray capacitance C1 is detected using the stray capacitance increasing circuit 300. FIG. 8 shows the value of the stray capacitance C1 when the actual stray capacitance Cs changes from 10 nF to 160 nF. The abscissa indicates the true value of the stray capacitance C1 and the calculated value is ordinate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a ground insulation failure detection circuit according to a first embodiment.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram in which the circuit of FIG. 1 is modified to an AC power supply circuit.
FIG. 3 is a block circuit diagram showing the detection circuit of FIG. 1;
FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of determining a ground insulation failure motor in the first embodiment.
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a ground insulation failure detection circuit according to a second embodiment.
6 is an equivalent circuit diagram obtained by modifying the circuit of FIG. 5 into an AC power supply circuit.
7 is a circuit diagram showing a modification of the second embodiment. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing motor stray capacitance measurement accuracy when the circuit of FIG. 7 is used.
[Explanation of symbols]
1 Detection circuit (Insulation failure detection circuit of motor drive circuit system)
2 Motor drive circuit system 3 Battery (DC power supply)
10 Circuit part (detection circuit part)
21 Inverter control motor 22 Inverter control motor 23 Inverter control motor M1 AC motor M2 AC motor M3 AC motor IN1 Inverter IN2 Inverter IN3 Inverter 101 Filter (frequency discriminator)
102 Filter (frequency discrimination part)
103 Filter (frequency discrimination part)
107 Microcomputer (determination unit, calculation unit)
Cc Power supply side coupling capacitor
r power side detection resistor element Cz motor-side coupling capacitor Rz motor side detection resistor element

Claims

交流モータをPWM制御するインバータと前記交流モータとを含むインバータ制御モータを複数有し、前記各インバータが共通の直流電源から給電されるモータ回路系の対地漏洩電流中の交流成分の大きさに基づいて前記モータ回路系の絶縁不良を検出するモータ回路系の絶縁不良検出回路において、
互いに異なるPWMキャリヤ周波数で駆動される前記各インバータから接地へ漏洩する対地漏洩電流に関する情報を検出する検出回路部と、
検出した前記情報から各ＰＷＭキャリヤ周波数の交流成分を互いに分離する周波数弁別部と、
各周波数弁別された各ＰＷＭキャリヤ周波数の交流成分の振幅に相当する情報から絶縁が不良である前記インバータ制御モータを特定する判定部と、
を備え、
前記判定部は、
前記各ＰＷＭキャリヤ周波数の交流成分のうち、最も大きな振幅の前記交流成分を除く他の交流成分の振幅の平均値と、前記最も大きな振幅の前記交流成分の振幅との比率に基づいて、前記特定を行うことを特徴とするモータ回路系の絶縁不良検出回路。Based on the magnitude of the AC component in the ground leakage current of the motor circuit system having a plurality of inverter control motors including an inverter that performs PWM control of the AC motor and the AC motor, and each inverter is fed from a common DC power source In the motor circuit system insulation failure detection circuit that detects insulation failure of the motor circuit system,
A detection circuit unit for detecting information on a ground leakage current leaking from each inverter driven to a different PWM carrier frequency to the ground; and
A frequency discriminator for separating AC components of each PWM carrier frequency from the detected information;
A determination unit that identifies the inverter control motor having poor insulation from information corresponding to the amplitude of the AC component of each PWM carrier frequency discriminated from each frequency;
With
The determination unit
Of the AC components of each PWM carrier frequency, the identification is based on the ratio between the average value of the amplitudes of other AC components excluding the AC component having the largest amplitude and the amplitude of the AC component having the largest amplitude. A circuit for detecting an insulation failure in a motor circuit system.

請求項１記載のモータ回路系の絶縁不良検出回路において、
前記検出回路部は、
一端が接地され、他端がカップリングコンデンサを通じて前記直流電源側の所定点に接続される電源側検出抵抗素子を有することを特徴とするモータ回路系の絶縁不良検出回路。In the motor circuit system insulation failure detection circuit according to claim 1,
The detection circuit unit includes:
An insulation failure detection circuit for a motor circuit system, comprising: a power supply side detection resistor element having one end grounded and the other end connected to a predetermined point on the DC power supply side through a coupling capacitor.

車両に搭載されて、車載された前記各交流モータの絶縁不良を検出する請求項１又は２記載のモータ回路系の絶縁不良検出回路。The insulation failure detection circuit for a motor circuit system according to claim 1 or 2, wherein an insulation failure of each of the AC motors mounted on a vehicle is detected.