JP4565036B2 - モータの絶縁劣化検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のモータを駆動することができるモータ駆動装置に接続された複数のモータの絶縁劣化を検出する装置に関する。

下記特許文献１には、３相交流電源を整流し平滑コンデンサにより平滑化して直流電源とする電源部と、その直流電源を周波数可変の交流電源に変換してモータを駆動するモータ駆動アンプとで構成されるモータ駆動装置に接続されたモータの巻線の絶縁劣化を検出する装置が記載されている。この装置では、３相交流電源を遮断したときに遮断後にも平滑コンデンサに一定期間残る電荷を利用して絶縁劣化が検出される。すなわち、絶縁劣化検出の際には、３相交流電源を遮断して平滑コンデンサの一端を接地し他端をモータの巻線に接続し、モータの絶縁抵抗を経て流れる放電電流を基準値と比較することによって絶縁劣化が検出される。

モータの絶縁劣化の程度は、例えば１０ＭΩを基準として判断され、絶縁抵抗がこれ以下であれば絶縁劣化と判断される。上記の装置では、絶縁抵抗そのものを測定して絶縁劣化を判断するのでなく、平滑コンデンサの両端の電圧が不変であるとの仮定のもとに、放電電流を基準値と比較することにより絶縁劣化が判定される。しかしながら、平滑コンデンサの両端の電圧は電源電圧に応じて変動し、３相交流電源遮断後の放電によっても変化し、その変化速度も負荷の大小により異なる。したがって平滑コンデンサの電圧が不変であるとの仮定のもとでは絶縁劣化を正確に検出することができず、絶縁劣化の警報が誤って出力される恐れがある。

そこで、放電電流と同時に平滑コンデンサの両端の電圧も測定し、それらから絶縁抵抗を算出して基準値と比較することが考えられる。

しかしながら、多数のモータを同時に駆動することが可能なモータ駆動装置では、測定対象のモータごとにこのような測定回路を設ける必要があり、装置の構成が冗長となる、という問題がある。

特開２００６−２２６９９３号公報

したがって本発明の目的は、多数のモータの絶縁劣化を簡潔な構成で正確に検出することの可能な、モータの絶縁劣化検出装置を提供することにある。

前述の目的は、交流電源を整流する整流回路を有するコンバータ部と、該整流回路の出力を平滑化する平滑コンデンサと、該コンバータ部からの直流を交流に変換して複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ部を具備するモータ駆動装置に接続されるモータの絶縁劣化を検出する装置であって、絶縁劣化検出時において、導通することによって前記平滑コンデンサの一端を接地する第１のスイッチと、前記平滑コンデンサの両端の電圧を測定する電圧検出部と、絶縁劣化検出時において、導通することによって前記平滑コンデンサの他端を前記複数のモータの巻線にそれぞれ接続する複数の第２のスイッチと、前記第１のスイッチおよび前記複数の第２のスイッチが導通することにより前記複数のモータの各々の絶縁抵抗を経て流れる前記平滑コンデンサの放電電流をそれぞれ検出する複数の電流検出部と、前記電圧検出部が検出する電圧と前記複数の電流検出部の各々が検出する電流とから、前記複数のモータの各々の絶縁抵抗を算出する複数の絶縁抵抗算出部とを具備するモータの絶縁劣化検出装置によって達成される。

前記第１のスイッチおよび前記電圧検出部は前記コンバータ部に設けられ、前記複数の第２のスイッチ、前記複数の電流検出部、および前記複数の絶縁抵抗算出部は前記複数のインバータ部にそれぞれ設けられ、前記電圧検出部が検出した電圧値を前記複数の絶縁抵抗検出部へ伝達する通信手段をさらに具備することが好適である。

図１は本発明の一実施形態に係る絶縁劣化検出機能を有するモータ駆動装置の構成の一例を示す。

図１には、２台のモータ１０，１２を駆動するモータ駆動装置１４の例が示されているが、モータの台数はこれに限られないことは勿論である。モータ駆動装置１４は、コンバータ部１８と複数の（２つの）インバータ部２４，２６とから構成されている。コンバータ部１８は、整流器１６を備え３相交流電源１７を整流して直流とする。インバータ部２４，２６は、平滑コンデンサ２０，２１とインバータ回路２２，２３をそれぞれ備え、コンバータ部１８からの直流を平滑化し周波数可変の３相交流に変換して２台のモータ１０，１２をそれぞれ駆動する。

インバータ部２４，２６にそれぞれ備えられる平滑コンデンサ２０，２１は、並列に接続されているので、平滑コンデンサ２０，２１の容量の合計の容量を有する１つの平滑コンデンサとして機能する。

コンバータ部１８には、導通時に整流器１６の一端、すなわち、平滑コンデンサ２０，２１の一端Ａを接地するスイッチ２８と、絶縁劣化検出時に電磁接触器３０をオフにし、スイッチ２８を導通させる制御回路３２が設けられる。コンバータ部１８にはさらに、整流器１６の出力端における電圧、すなわち、平滑コンデンサ２０，２１の両端の電圧（ＤＣリンク電圧（ＶＤＣ））を抵抗３４，３６で分圧したものを測定する電圧測定回路３８およびその出力をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器４０が設けられる。スイッチ２８のオンオフ情報およびＡ／Ｄ変換器４０の出力はシリアル通信回路４２によりシリアル信号の形でインバータ部２４，２６へ送られる。

インバータ部２４には、マイクロコンピュータ４４からの指令に従って、平滑コンデンサ２０，２１の他端Ｂを抵抗４８，５０を経てインバータ回路２２の出力、すなわち、モータ１０の巻線に接続するスイッチ５６が設けられる。抵抗４８を流れる電流は電流測定回路６０により抵抗４８の両端の電位差を測定することにより測定される。電流測定回路６０で測定された電流はＡ／Ｄ変換器６４によりディジタル値に変換され、マイクロコンピュータ４４へ供給される。

インバータ部２６には、マイクロコンピュータ４６からの指令に従って、平滑コンデンサ２０，２１の他端Ｂを抵抗５２，５４を経てインバータ回路２３の出力、すなわち、モータ１２の巻線に接続するスイッチ５８が設けられる。抵抗５２を流れる電流は電流測定回路６２により抵抗５２の両端の電位差を測定することにより測定される。電流測定回路６２で測定された電流はＡ／Ｄ変換器６６によりディジタル値に変換され、マイクロコンピュータ４６へ供給される。

絶縁劣化の検出の際には、コンバータ部１８の制御回路３２が電磁接触器３０をオフにして３相交流電源１７からの電源の供給を遮断し、次いでスイッチ２８を導通させて平滑コンデンサ２０，２１の一端Ａを接地する。スイッチ２８のオンのタイミングと電圧測定回路３８によるＤＣリンク電圧測定結果はシリアル通信回路４２を経てシリアル信号の形でインバータ部２４，２６のシリアル通信回路６８，７０へ送られる。

インバータ部２４のマイクロコンピュータ４４は、コンバータ部１８からの、スイッチ２８がオンになったことを示す信号を受けて、スイッチ５６を導通させて平滑コンデンサ２０，２１の他端Ｂをモータ１０の巻線に接続する。これにより、モータ１０の接地抵抗Ｚ₁を経て平滑コンデンサ２０，２１の放電電流が流れるので、その電流を電流測定回路６０により測定する。

マイクロコンピュータ４４は、コンバータ部１８から送られてきたリンク電圧値と電流測定回路６０が測定した電流値とから絶縁抵抗Ｚ₁の値を算出し、予め定められている基準値と比較してその結果を絶縁抵抗劣化検出信号として出力する。

インバータ部２６のマイクロコンピュータ４６は、コンバータ部１８からの、スイッチ２８がオンになったことを示す信号を受けて、スイッチ５８を導通させて平滑コンデンサ２０，２１の他端Ｂをモータ１２の巻線に接続する。これにより、モータ１２の接地抵抗Ｚ₂を経て平滑コンデンサ２０，２１の放電電流が流れるので、その電流を電流測定回路６２により測定する。

マイクロコンピュータ４６は、コンバータ部１８から送られてきたリンク電圧値と電流測定回路６２が測定した電流値とから絶縁抵抗Ｚ₂の値を算出し、予め定められている基準値と比較してその結果を絶縁抵抗劣化検出信号として出力する。

なお、コンバータ部１８とインバータ部２４，２６を接続する前述のような通信手段は、前述の機能を実現できる構成のものであれば、シリアル通信ではなくパラレル通信であっても良い。

以上のような仕組みをコンバータ部１８およびインバータ部２４，２６に予め設けることにより、複数の測定対象のモータに対して、最小限の回路構成と構成部品で絶縁抵抗劣化検出が可能となる。

特にインバータ部とコンバータ部が別々の筺体で構成されているモータ駆動装置の場合には、ひとつのコンバータ部に接続されるインバータ部の数や、インバータ部を介して接続されるモータの数は様々な組み合わせが考えられるが、コンバータ部とインバータ部間の通信手段に、前述のようなスイッチをオンするタイミングを通知する信号と、電圧情報をコンバータ部から全インバータ部に伝達する仕組みを組み込んでおけば、コンバータ部に接続されるインバータ部の数やモータ数が、どの様な組み合わせになろうとも、モータ絶縁抵抗劣化検出機能のための特別な設定や接続の変更なしに、同一コンバータ部に複数インバータ部を介して接続される全てのモータの絶縁抵抗劣化検出が可能となる。

また、上記の通り、本発明では、ひとつのコンバータ部のスイッチオン動作と電圧情報とを、複数のインバータ部で共有して、各インバータ部が同一のタイミングで一斉に絶縁抵抗劣化測定を行なうために、測定に要する時間は、対象モータ数によらず一定でモータ１台分の測定時間と変わらず測定時間を短くすることが出来る。また、対象モータの増減に対しても設定の変更や接続の変更なしに対応することができる。

図２に、図１の測定回路３８，６０，６２の具体的な構成例を示す。いずれも検出抵抗の端子間の電圧を測定する回路で、検出抵抗３６，４８，５２が１次側の回路に接続されているため、絶縁アンプ７２を使用して２次側電位に変換した検出電圧をＡＤコンバータ４０，６４，６６に入力しデジタルデータに変換している。

ＡＤコンバータ４０，６４，６６で変換した電圧および電流のデジタルデータは、最終的にインバータ部２４，２６のマイクロコンピュータ４４，４６で処理される。電圧については、直列に接続されている抵抗３４と検出抵抗３６の分圧比の関係から、ＤＣリンク電圧（ＶＤＣ）が算出される。電流については、直接には検出抵抗４８，５２の端子間の電圧を検出しているが、検出された電圧値と検出抵抗４８，５２の値から検出抵抗４８，５２を流れる電流を算出する。

本発明の一実施形態に係る絶縁劣化検出機能を有するモータ駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。 電圧および電流測定回路の具体的な構成の一例を示す図である。

Claims (1)

1. 交流電源を整流する整流回路を有するコンバータ部と、該整流回路の出力を平滑化する平滑コンデンサと、該コンバータ部からの直流を交流に変換して複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ部を具備するモータ駆動装置に接続されるモータの絶縁劣化を検出する装置であって、
   絶縁劣化検出時において、導通することによって前記平滑コンデンサの一端を接地する１つの第１のスイッチと、
   前記平滑コンデンサの両端の電圧を測定する１つの電圧検出部と、
   絶縁劣化検出時において、導通することによって前記平滑コンデンサの他端を前記複数のモータの巻線にそれぞれ接続する複数の第２のスイッチと、
   前記第１のスイッチおよび前記複数の第２のスイッチが導通することにより前記複数のモータの各々の絶縁抵抗を経て流れる前記平滑コンデンサの放電電流をそれぞれ検出する複数の電流検出部と、
   前記電圧検出部が検出する電圧と前記複数の電流検出部の各々が検出する電流とから、前記複数のモータの各々の絶縁抵抗を算出する複数の絶縁抵抗算出部とを具備するモータの絶縁劣化検出装置であって、
   前記１つの第１のスイッチおよび前記１つの電圧検出部は前記コンバータ部に設けられ、前記複数の第２のスイッチ、前記複数の電流検出部、および前記複数の絶縁抵抗算出部は前記複数のインバータ部にそれぞれ設けられ、
   前記１つの電圧検出部が検出した電圧値と、前記１つの第１のスイッチをオンするタイミングを通知する信号とを前記コンバータ部から、前記複数のインバータ部へ伝達する通信手段を具備し、前記複数のインバータ部のそれぞれにおいて同一のタイミングで一斉に、前記第２のスイッチによる接続、電流検出部による電流の検出、および絶縁抵抗算出部による絶縁抵抗の算出が行われることを特徴とした、モータの絶縁劣化検出装置。

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