JP2013003004A - 絶縁劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電路を切り替えずに絶縁劣化軸を特定できるとともにモータの動作周波数を柔軟に変更できる絶縁劣化診断装置を得ること。
【解決手段】絶縁劣化診断装置は、複数のモータと電源との間の電路に流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出部により検出された漏洩電流から、前記複数のモータの電気角の角周波数を計算する角周波数計算部により計算された複数の角周波数に相当する複数の周波数成分を分別する周波数成分分別部と、前記分別された複数の周波数成分の電流振幅に基づいて、前記複数のモータに対応した複数の軸のうち絶縁劣化軸を特定する絶縁劣化軸特定部とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁劣化診断装置に関する。

一般に、モータ、インバータ、及び両者を接続する電線などのモータ回路の絶縁劣化診断を行う技術として、外部から電圧を印加して流れる電流により絶縁劣化を診断する方法や、変流器により検出した零相電流により絶縁劣化を診断する方法が知られている。直流電流電源（または、１台のコンバータ）に、複数インバータおよびモータが接続されたモータシステムに対してこれらの方法を適用して絶縁劣化を診断すると、診断するモータの数だけ診断回路や診断装置が必要となるため、装置が大型化する傾向にある。

それに対して、特許文献１には、１つのコンバータ部に対して複数のインバータ部が接続されたモータ駆動装置において、絶縁劣化の検出の際に、３相交流電源とコンバータ部との間の電磁接触器をオフし、各インバータ部における平滑コンデンサの一端を第１のスイッチにより接地させるとともに平滑コンデンサの他端をモータの巻線に第２のスイッチにより接続することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、各モータに取り付けた電流測定回路で測定した電流値とコンバータにおける電圧測定回路で測定した電圧値とからモータの絶縁抵抗を算出するので、最小限の回路構成及び構成部品で絶縁抵抗劣化検出が可能となるとされている。

また、特許文献２には、互いに異なるＰＷＭキャリア周波数で駆動される複数のインバータと高電圧のバッテリとの間の電路にカップリングコンデンサを介して検出抵抗素子を接続し、この検出抵抗素子の電圧降下に基づいてモータ回路系の対地絶縁不良を検出することが記載されている。具体的には、検出抵抗素子の電圧降下のうち、各インバータのＰＷＭキャリア周波数に相当する交流電圧成分のみを各同調フィルタで個別に抽出し、各同調フィルタの出力電圧の大きさを所定のしきい値と比較して複数のインバータ制御モータの対地絶縁不良の有無を判定する。これにより、特許文献２によれば、コスト、スペースの増加を抑制しつつ、対地絶縁不良が生じたインバータ制御モータの特定が可能であるとされている。

特許第４５６５０３６号公報 特許第４０９８０６９号公報

特許文献１に記載のモータ駆動装置では、絶縁劣化の検出を行うために電路を切り替える必要があるため、電路切り替えの際にモータなどの負荷機器を完全に停止させる必要があり、負荷機器の駆動中に絶縁劣化の検出を行うことが困難である。このため、特に長時間連続運転が必要な機器では、絶縁劣化を未然に防ぐことが困難である。

また、特許文献１に記載のモータ駆動装置では、モータ台数に応じた数だけモータに流れる電流を測定するための電流測定回路を設ける必要があるため、接続するモータの数が増えることに応じてコストが増大する傾向にある。

一方、特許文献２に記載の絶縁不良検出回路では、ＰＷＭキャリア周波数に相当する交流電圧成分の分離を行うため、ＰＷＭキャリア周波数が同一であるインバータが複数台接続されるような構成に適用した場合に、絶縁劣化状態のモータを特定することができない。

また、特許文献２に記載の絶縁不良検出回路は、予めＰＷＭキャリア周波数に応じた周波数の同調フィルタを設計する必要があるため、ＰＷＭキャリア周波数の異なるインバータを新たに取り付ける場合には同調フィルタを再設計する必要があり、モータの動作周波数を柔軟に変更することが困難である。また、システム構成を柔軟に変更することも困難である。

仮に、モータの動作周波数を柔軟に変更できるようにするために同調フィルタの処理をデジタル信号処理で行う構成を考えると、ＰＷＭキャリア周波数のように帯域の高い周波数成分をサンプリングし、周波数分離を行うためには、細かいサンプリング周期が必要となる。例えば、１０ｋＨｚのＰＷＭ周波数の交流電圧成分を分別するには、少なくとも２０ｋＨｚ以上のサンプリング周波数（サンプリング周期が５０μｓ）以上必要であり、サンプリング周期が細かい上にバンドパスフィルタ（帯域通過フィルタ）などのフィルタ処理を行わせようとすると処理負荷が重くなるので、実時間での検知には不適である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電路を切り替えずに絶縁劣化軸を特定できるとともにモータの動作周波数を柔軟に変更できる絶縁劣化診断装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる絶縁劣化診断装置は、複数のモータと電源との間の電路に流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出部により検出された漏洩電流から、前記複数のモータの電気角の角周波数を計算する角周波数計算部により計算された複数の角周波数に相当する複数の周波数成分を分別する周波数成分分別部と、前記分別された複数の周波数成分の電流振幅に基づいて、前記複数のモータに対応した複数の軸のうち絶縁劣化軸を特定する絶縁劣化軸特定部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、複数のモータと交流電源との間の電路に流れる漏洩電流の検出結果を用いて絶縁劣化軸を特定するので、電路を切り替えずに絶縁劣化軸を特定できる。また、予め決定された周波数ではなく、角周波数計算部により計算された複数の角周波数に相当する複数の周波数成分を漏洩電流から分別した結果を用いて絶縁劣化軸を特定するので、絶縁劣化軸を特定する際にモータの動作周波数を柔軟に変更することが容易である。すなわち、電路を切り替えずに絶縁劣化軸を特定できるとともにモータの動作周波数を柔軟に変更できる。

図１は、実施の形態１にかかる絶縁劣化診断装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１における絶縁劣化診断装置の動作を示すフローチャートである。 図３は、実施の形態２にかかる絶縁劣化診断装置の構成を示す図である。 図４は、実施の形態２にかかる絶縁劣化診断装置の動作を示すフローチャートである。

以下に、本発明にかかる絶縁劣化診断装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
実施の形態１にかかる絶縁劣化診断装置１０について説明する。

絶縁劣化診断装置１０は、インバータ駆動される機器における絶縁劣化状態を診断するための装置であり、特にモータに対応した軸における絶縁劣化を診断することに利用できるものである。

図１は、絶縁劣化診断装置１０をモータシステムＭＳに取り付けた場合の一例を示した図である。モータシステムＭＳは、交流電源ＡＣ及びコンバータＣＶを有するとともに、それに連なるｎ個の軸として、インバータＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎ、モータＭ−１〜Ｍ−ｎ、及び位置検出器ＥＮＣ−１〜ＥＮＣ−ｎを軸ごとに有する。各モータＭ−１〜Ｍ−ｎは、例えば、交流モータである。モータシステムＭＳでは、１台のコンバータＣＶに対して、一端側で交流電源ＡＣが接続され、他端側で複数のインバータＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎを介して複数のモータＭ−１〜Ｍ−ｎが接続されている。各位置検出器ＥＮＣ−１〜ＥＮＣ−ｎは、対応するモータＭ−１〜Ｍ−ｎにおける回転子（又は可動子）の位置を検出して、検出した位置を示す位置情報Ｐ１〜Ｐｎを出力する。各位置検出器ＥＮＣ−１〜ＥＮＣ−ｎは、例えば、エンコーダ又はレゾルバである。なお、部材番号におけるハイフン「−」の後の番号は、軸の番号に対応させてある。

図１に示すように、モータシステムＭＳは、さらに、漏洩電流検出部２０及び角周波数計算部３０を有する。

漏洩電流検出部２０は、交流電源ＡＣと複数のモータＭ−１〜Ｍ−ｎとの間の電路に流れる漏洩電流ＩＬを検出する。漏洩電流検出部２０は、変流器２１を有する。変流器２１は、例えば、交流電源ＡＣとコンバータＣＶとの間に配され、交流電源ＡＣとコンバータＣＶとの間の電路に流れる漏洩電流ＩＬを検出する。漏洩電流検出部２０は、検出された漏洩電流ＩＬを絶縁劣化診断装置１０へ供給する。

なお、漏洩電流検出部２０は、絶縁劣化状態診断の対象となる軸が絶縁劣化状態にある場合に生じる漏洩電流ＩＬが流れる経路であれば上記の経路に限らず、どの経路の漏洩電流でもよい。例えば、図１に示す交流電源ＡＣに１台のコンバータＣＶが接続され、さらにコンバータＣＶと複数のインバータＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎとが接続された構成の場合に、交流電源ＡＣとコンバータＣＶと間の電路に変流器２１として零相変流器を取り付け、零相変流器より計測した零相電流を漏洩電流ＩＬとして検出してもよいし、コンバータＣＶとインバータＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎとの間の電路と、大地との間に流れる直流電流を漏洩電流ＩＬとして検出してもよい。

また、通常、電気機器には漏洩遮断機が取り付けられているため、この漏洩遮断機に内蔵される変流器の信号を漏洩電流ＩＬとして用いてもよい。

さらに、変流器２１としての零相変流器により得られる零相電流が微小電流である場合、漏洩電流検出部２０は、増幅回路２２をさらに有していても良い。すなわち、変流器２１で検出され増幅回路２２を通して増幅された漏洩電流ＩＬを絶縁劣化診断装置１０へ供給してもよい。一方、零相変流器により得られる零相電流が微小でない場合には増幅回路を設ける必要はない。

角周波数計算部３０は、位置検出器ＥＮＣ−１〜ＥＮＣ−ｎから出力される位置情報Ｐ１〜Ｐｎから、複数のモータの電気角の角周波数Ｆ１〜Ｆｎを計算する。具体的には、角周波数計算部３０は、ｎ個の軸に対応したｎ個の角周波数計算部３１−１〜３１−ｎを有する。各角周波数計算部３１−１〜３１−ｎは、対応する位置検出器ＥＮＣ−１〜ＥＮＣ−ｎから出力される位置情報Ｐ１〜Ｐｎを受けて、その受けた位置情報Ｐ１〜Ｐｎから対応するモータＭ−１〜Ｍ−ｎの電気角の角周波数を計算する。各角周波数計算部３１−１〜３１−ｎは、計算した角周波数を絶縁劣化診断装置１０へ供給する。すなわち、角周波数計算部３０は、計算された複数（ｎ個）の角周波数を絶縁劣化診断装置１０へ供給する。

なお、各角周波数計算部３１−１〜３１−ｎは、モータＭ−１〜Ｍ−ｎに取り付けられた位置検出器ＥＮＣ−１〜ＥＮＣ−ｎの出力信号（位置フィードバック値や速度フィードバック値）から実際のモータ角速度（機械角の角周波数）を計算し、モータＭ−１〜Ｍ−ｎ固有の値である極対数（または、極数の１／２）をモータ角速度に乗算した周波数をモータＭ−１〜Ｍ−ｎの電気角の角周波数Ｆ１〜Ｆｎとして出力してもよい。

また、各角周波数計算部３１−１〜３１−ｎは、位置検出器ＥＮＣ−１〜ＥＮＣ−ｎの出力信号を使わずに、モータＭ−１〜Ｍ−ｎへの指令角速度にモータＭ−１〜Ｍ−ｎ固有の値である極対数（または、極数の１／２）を乗算した周波数をモータＭ−１〜Ｍ−ｎの電気角の角周波数として代用してもよい。

ただし、上述のモータ角速度、または、モータへの指令角速度から計算した値をモータＭ−１〜Ｍ−ｎの電気角の角周波数Ｆ１〜Ｆｎとして使用する場合、かつ、モータＭ−１〜Ｍ−ｎがすべりを有するモータ（誘導モータなど）の場合には、すべりを考慮したモータＭ−１〜Ｍ−ｎの電気角の角周波数を使用する。

また、モータＭ−１〜Ｍ−ｎの電気角の角周波数Ｆ１〜Ｆｎは、複数のインバータＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎそれぞれに接続されたモータＭ−１〜Ｍ−ｎに流れる交流電流を変流器２１などの測定手段により測定した信号から、公知の周波数分別技術（バンドパスフィルタ、同調フィルタ、共振フィルタ、周波数解析（ＦＦＴ解析）など）を用いて得られるモータの電気角の角周波数を用いてもよい。

次に、絶縁劣化診断装置１０の構成について説明する。

絶縁劣化診断装置１０は、周波数成分分別部１１及び絶縁劣化軸特定部１２を有する。

周波数成分分別部１１は、検出された漏洩電流ＩＬを漏洩電流検出部２０から受け、計算された複数の角周波数Ｆ１〜Ｆｎを角周波数計算部３０から受ける。周波数成分分別部１１は、漏洩電流検出部２０により検出された漏洩電流ＩＬから、角周波数計算部３０により計算された複数の角周波数Ｆ１〜Ｆｎに相当する複数の周波数成分信号ＦＬ１〜ＦＬｎを分別する。そして、周波数成分分別部１１は、周波数成分信号ＦＬ１〜ＦＬｎと、ＦＬ１〜ＦＬｎの振幅である電流振幅ＡＬ１〜ＡＬｎとを絶縁劣化軸特定部１２へ出力する。ここで、公知の周波数分別技術（バンドパスフィルタ、同調フィルタ、共振フィルタ、周波数解析（ＦＦＴ解析）など）に改良を加えた構成により、角周波数に相当する周波数成分の分別を行ってもよい。

例えば、周波数成分分別部１１は、制御信号生成部１１ａと、通過帯域がそれぞれ可変であるｎ個のバンドパスフィルタ１１ｂ−１〜１１ｂ−ｎと、演算回路１１ｃとを有していても良い。例えば、バンドパスフィルタを用いて角周波数Ｆ１に相当する周波数成分の分別を行う場合、制御信号生成部１１ａは、角周波数Ｆ１に所定の演算を施す（例えば、所定の係数をかける）ことにより、通過帯域を角周波数Ｆ１に対応したものに調整するための制御信号を生成してバンドパスフィルタ１１ｂ−１の制御端子へ供給する。これに応じて、通過帯域が角周波数Ｆ１に対応したものに調整されたバンドパスフィルタ１１ｂ−１に漏洩電流ＩＬを通すようにする。これにより、周波数成分信号ＦＬ１を得る。このとき、周波数成分信号ＦＬ１が交流信号であるので、演算回路１１ｃは、周波数成分信号ＦＬ１の最大値または最小値を演算して電流振幅ＡＬ１として出力する。他の角周波数Ｆ２〜Ｆｎに相当する周波数成分の分別についても同様であり、演算回路１１ｃは、周波数成分信号ＦＬ２〜ＦＬｎの最大値または最小値を演算して電流振幅ＡＬ２〜ＡＬｎとして出力する。

絶縁劣化軸特定部１２は、計算された複数の角周波数Ｆ１〜Ｆｎを角周波数計算部３０から受ける。また、絶縁劣化軸特定部１２は、分別された漏洩電流ＩＬの周波数成分信号ＦＬ１〜ＦＬｎとその電流振幅ＡＬ１〜ＡＬｎとを周波数成分分別部１１から受ける。絶縁劣化軸特定部１２は、計算された複数の角周波数Ｆ１〜Ｆｎと、分別された漏洩電流ＩＬの周波数成分信号ＦＬ１〜ＦＬｎと、分別された複数の周波数成分の電流振幅ＡＬ１〜ＡＬｎとに基づいて、複数のモータＭ−１〜Ｍ−ｎに対応した複数の軸のうち絶縁劣化軸を特定する。例えば、絶縁劣化軸特定部１２は、複数の周波数成分の電流振幅ＡＬ１〜ＡＬｎのそれぞれの絶対値と所定の閾値とを比較し、所定の閾値より大きな電流振幅の絶対値を有する周波数成分を抽出し、その周波数成分に対応する軸を絶縁劣化軸として特定する。絶縁劣化軸特定部１２は、絶縁劣化軸の特定結果、すなわち絶縁劣化診断結果を表示装置４０に出力する。これにより、表示装置４０の画面上に、絶縁劣化診断結果が表示される。

次に、絶縁劣化診断装置１０の動作について図２を用いて説明する。図２は、絶縁劣化診断装置１０の動作を示すフローチャートである。

ステップＳＴ２１では、絶縁劣化軸特定部１２が、周波数成分分別部１１で分別された周波数成分信号ＦＬ１〜ＦＬｎの電流振幅ＡＬ１〜ＡＬｎと所定の閾値と比較することで、閾値以上の電流振幅を有する電気角の角周波数を全て抽出する。

具体的には、絶縁劣化軸特定部１２は、計算された複数の角周波数Ｆ１〜Ｆｎを角周波数計算部３０から受ける。また、絶縁劣化軸特定部１２は、分別された漏洩電流ＩＬの周波数成分信号ＦＬ１〜ＦＬｎとその電流振幅ＡＬ１〜ＡＬｎとを周波数成分分別部１１から受ける。絶縁劣化軸特定部１２は、複数の周波数成分の電流振幅ＡＬ１〜ＡＬｎのそれぞれと所定の閾値とを比較し、所定の閾値より大きな電流振幅を有する周波数成分を抽出する。

なお、漏洩電流ＩＬの各周波数成分ＡＬ１〜ＡＬｎの大きさはモータＭ−１〜Ｍ−ｎに印加される電圧に依存し、モータＭ−１〜Ｍ−ｎに印加される電圧はモータ回転数、モータにかかる負荷に応じて高くなるため、例えば、絶縁劣化検知のための閾値をモータ回転数に応じて変化することが望ましく、具体的には、モータＭ−１〜Ｍ−ｎの電気角の周波数が高くなるのに伴って、絶縁劣化検知のための閾値を大きくする。

ただし、モータ出力特性によっては、モータ回転数を高くしてもモータに印加される電圧が上がらない（飽和する）場合があるため、モータ出力特性を考慮に入れて、モータ回転数に応じて変化させることが望ましい。

また、上記のような電流振幅と閾値との比較による電気角の角周波数の抽出に代えて、モータＭ−１〜Ｍ−ｎに印加される電圧を角周波数成分ＡＬ１〜ＡＬｎで除算することでモータＭ−１〜Ｍ−ｎの絶縁抵抗値を計算し、モータＭ−１〜Ｍ−ｎそれぞれの絶縁抵抗値が閾値以上であるかどうかで判定してもよい。

ステップＳＴ２２では、絶縁劣化軸特定部１２が、所定の閾値より大きな電流振幅を有する周波数成分があるか否かを判断する。絶縁劣化軸特定部１２は、所定の閾値より大きな電流振幅を有する周波数成分がある場合、絶縁劣化状態の軸が存在すると判断し、処理をステップＳＴ２３へ進める。また、絶縁劣化軸特定部１２は、所定の閾値より大きな電流振幅を有する周波数成分がなく回転中のモータＭ−１〜Ｍ−ｎに対応した全て軸が絶縁劣化状態にない（健全状態である）であると判断した場合、処理をステップＳＴ２４へ進める。

なお、回転状態にないモータに対応した軸の状態判定（健全状態か異常状態かの判断）は行わず、回転動作を行うまで判定を保留とする。

ステップＳＴ２３では、絶縁劣化軸特定部１２が、ステップＳＴ２１で抽出した角周波数ＦＬ１〜ＦＬｎとモータＭ−１〜Ｍ−ｎの電気角の角周波数Ｆ１〜Ｆｎとを比較し、絶縁劣化が発生しているとして抽出した角周波数ＦＬ１〜ＦＬｎと同じ電気角の角周波数で回転しているモータに対応する軸を絶縁劣化軸として特定する。

ステップＳＴ２４では、絶縁劣化軸特定部１２が、ステップＳＴ２２での判定結果、または、ステップＳＴ２３で特定した絶縁劣化診断結果を例えば表示装置４０へ出力する。これにより、例えば表示装置４０の画面上に、絶縁劣化診断結果が表示される。

ここで、仮に、絶縁劣化の検出を行うために、交流電源ＡＣとコンバータＣＶとの接続をオフし、各インバータ部における平滑コンデンサの一端を第１のスイッチにより接地させるとともに平滑コンデンサの他端をモータの巻線に第２のスイッチにより接続し、各モータに取り付けた電流測定回路で測定した電流値とコンバータにおける電圧測定回路で測定した電圧値とからモータの絶縁抵抗を算出する場合について考える。この場合、電路切り替えの際にモータなどの負荷機器を完全に停止させる必要があり、負荷機器の駆動中に絶縁劣化の検出を行うことが困難である。このため、特に長時間連続運転が必要な機器では、絶縁劣化を未然に防ぐことが困難である。

それに対して、実施の形態１では、周波数成分分別部１１が、複数のモータＭ−１〜Ｍ−ｎと交流電源ＡＣとの間の電路に流れる漏洩電流ＩＬを検出する漏洩電流検出部２０により検出された漏洩電流ＩＬから、複数のモータＭ−１〜Ｍ−ｎの電気角の角周波数を計算する角周波数計算部３０により計算された複数の角周波数に相当する複数の周波数成分（複数の周波数成分信号ＦＬ１〜ＦＬｎ）を分別する。そして、絶縁劣化軸特定部１２は、周波数成分分別部１１により分別された複数の周波数成分の電流振幅に基づいて、複数のモータＭ−１〜Ｍ−ｎに対応した複数の軸のうち絶縁劣化軸を特定する。これにより、長時間連続運転を行う電気機器においても電路切り替えを行うことなく、絶縁劣化軸を特定でき、絶縁劣化を未然に防ぐことが容易である。すなわち、絶縁劣化軸の常時検知が可能になる。

また、電路を切り替えて、各モータに取り付けた電流測定回路で測定した電流値とコンバータにおける電圧測定回路で測定した電圧値とからモータの絶縁抵抗を算出する場合、モータ台数に応じた数だけモータに流れる電流を測定するための電流測定回路を設ける必要があるため、接続するモータの数が増えることに応じてコストが増大する傾向にある。

それに対して、実施の形態１では、複数のモータＭ−１〜Ｍ−ｎと交流電源ＡＣとの間の電路に流れる漏洩電流ＩＬを検出する漏洩電流検出部２０が複数の軸に対して共通に設けられているので、接続するモータに対応した軸の数が増えてもコストの増大を抑制できる。

また、電路を切り替えて、各モータに取り付けた電流測定回路で測定した電流値とコンバータにおける電圧測定回路で測定した電圧値とからモータの絶縁抵抗を算出する場合、複数のモータへ順次に接続を切り替えて絶縁劣化の検知を行う必要があるので、絶縁劣化の検知の処理の時間が長くなる傾向にある。

それに対して、実施の形態１では、複数のモータに対応した複数の軸に対する絶縁劣化のための処理が並行して行われる。すなわち、複数台のモータに対応した複数の軸の一括チェックが可能であるので、絶縁劣化の検知の処理の時間を短縮できる。

あるいは、仮に、複数のＰＷＭキャリア周波数で駆動される複数のインバータＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎと交流電源ＡＣとの間の電路にカップリングコンデンサを介して検出抵抗素子を接続し、この検出抵抗素子の電圧降下から各ＰＷＭキャリア周波数に相当する交流電圧成分の分離を行うことで各軸の絶縁劣化を検知する場合について考える。この場合、複数のインバータＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎのうちに同一のＰＷＭキャリア周波数で駆動されるものがあると、同一のＰＷＭキャリア周波数で駆動されるインバータに対応した２以上の軸のうちの１つの軸に絶縁劣化が発生し残りの軸に絶縁劣化が発生していないときに、どの軸に絶縁劣化が発生したのかを特定できない。

それに対して、実施の形態１では、絶縁劣化軸特定部１２が、モータの電気角の角周波数を用いた絶縁劣化診断を行う。このため、ＰＷＭキャリア周波数が同じインバータを複数使用した場合でも、モータの電気角の角周波数が異なっていれば、絶縁劣化した軸を特定することができる。

また、複数のインバータＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎと交流電源ＡＣとの間の電路にカップリングコンデンサを介して接続された検出抵抗素子の電圧降下から各ＰＷＭキャリア周波数に相当する交流電圧成分の分離を行う場合、その分離を行うために、予めＰＷＭキャリア周波数に応じた周波数の同調フィルタを設計する必要がある。ＰＷＭキャリア周波数の異なるインバータを新たに取り付ける場合には同調フィルタを再設計する必要があり、モータの動作周波数を柔軟に変更することが困難である。また、システム構成を柔軟に変更することも困難である。

それに対して、実施の形態１では、周波数成分分別部１１が、予め決定された周波数ではなく、角周波数計算部３０により計算された複数の角周波数に相当する複数の周波数成分（複数の周波数成分信号ＦＬ１〜ＦＬｎ）を漏洩電流ＩＬから分別する。これにより、モータの動作周波数を柔軟に変更することが容易である。また、システム構成を柔軟に変更することも容易である。

また、複数のインバータＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎと交流電源ＡＣとの間の電路にカップリングコンデンサを介して接続された検出抵抗素子の電圧降下から各ＰＷＭキャリア周波数に相当する交流電圧成分の分離を行う際に、モータの動作周波数を柔軟に変更できるようにするためにその分離に用いる同調フィルタの処理をデジタル信号処理で行う場合を考える。この場合、ＰＷＭキャリア周波数のように帯域の高い周波数成分をサンプリングし、周波数分離を行うためには、細かいサンプリング周期が必要となる。例えば、１０ｋＨｚのＰＷＭ周波数の交流電圧成分を分別するには、少なくとも２０ｋＨｚ以上のサンプリング周波数（サンプリング周期が５０μｓ）以上必要であり、サンプリング周期が細かい上にバンドパスフィルタ（帯域通過フィルタ）などのフィルタ処理を行わせようとすると処理負荷が重くなるので、実時間での検知には不適である。

それに対して、実施の形態１では、周波数成分分別部１１が、モータの電気角の角周波数を用いた診断を実施しているため、ＰＷＭキャリア周波数に比べて低い周波数信号での周波数分別を行うこととなるので、漏洩電流の周波数分離をデジタル処理により周波数分離を行う場合でも処理負荷が小さくすむようになるという効果も奏する。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる絶縁劣化診断装置１０ｉについて図３を用いて説明する。図３は、絶縁劣化診断装置１０ｉをモータシステムＭＳに取り付けた場合の一例を示した図である。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態２では、複数のモータＭ−１〜Ｍ−ｎに対応した複数の軸のうちに電気角の角周波数が同一である軸が複数存在する場合に、軸特定用動作指令を生成して、軸特定用動作指令を用いて角周波数が同一である軸の角周波数を互いに異なるものに変更し、その状態で絶縁劣化軸の特定を行う。

具体的には、絶縁劣化診断装置１０ｉは、軸特定用動作指令生成部１３ｉをさらに有する。軸特定用動作指令生成部１３ｉは、複数の角周波数Ｆ１〜Ｆｎ及び絶縁劣化軸の特定結果（絶縁劣化診断結果）を絶縁劣化軸特定部１２から受ける。軸特定用動作指令生成部１３ｉは、絶縁劣化軸の特定結果に応じて、複数の角周波数Ｆ１〜Ｆｎのうちの同一の角周波数で動作する２以上のモータに対応した２以上の軸に絶縁劣化があると判断される場合、同一の角周波数で動作する２以上のモータのうち１以上のモータに対して、インバータＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎを介した軸特定用動作指令を行う。軸特定用動作指令は、同一電気角の角周波数で動作する２以上のモータを互いに異なる角周波数で動作させるための指令である。

また、絶縁劣化診断装置１０ｉの動作が、図４に示すように、次の点で実施の形態１と異なる。図４は、絶縁劣化診断装置１０ｉの動作を示すフローチャートである。

図４に示すフローチャートでは、ステップＳＴ３３及びステップＳＴ３５の処理がさらに行われる。

ステップＳＴ３３では、絶縁劣化軸特定部１２が、ステップＳＴ２１で抽出された角周波数で回転しているモータの数に応じた処理分岐を行う。すなわち、絶縁劣化軸特定部１２は、ステップＳＴ２１で抽出された角周波数で回転しているモータの数が１の場合に、その該当するモータが絶縁劣化状態にあると判断し、処理をステップＳＴ２３へ進める。また、絶縁劣化軸特定部１２は、ステップＳＴ２１で抽出された角周波数で回転しているモータの数が２以上である場合に、処理をステップＳＴ３５へ進める。

ステップＳＴ３５では、絶縁劣化軸特定部１２が、同一角周波数で回転している２以上のモータから、絶縁劣化状態にある軸を特定するための動作を指示するために、複数の角周波数Ｆ１〜Ｆｎ及び絶縁劣化軸の特定結果を軸特定用動作指令生成部１３ｉへ出力する。軸特定用動作指令生成部１３ｉでは、同一電気角の角周波数で動作している２以上のモータの中から絶縁劣化状態にある軸の特定を行うための軸特定用動作指令の生成を行う。そして、ステップＳＴ２３と同様の処理を行い、絶縁劣化軸を特定する。

ここで、軸特定用動作指令の生成は、同じ電気角の角周波数で動作している軸のうち少なくとも１以上の軸に対して、元の動作指令（位置決め指令や速度一定指令など）を絶縁劣化軸特定用の動作指令に変更、または、元の動作指令に絶縁劣化軸特定用の動作指令を重畳させるようインバータＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎに指示するものである。

例えば、商用電源周波数の整数倍の周波数以外の周波数成分、または、複数のモータの電気角の角周波数（Ｆ１〜Ｆｎ）の整数倍の周波数以外の周波数成分を含む指令を、元の指令に重畳させる指示を軸特定用動作指令として行う。これにより、軸特定用動作を指示されたモータＭ−１〜Ｍ−ｎのインバータＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎは、指示された指令に基づきインバータ制御を行いモータＭ−１〜Ｍ−ｎを駆動する。

また、元の動作指令に重畳する軸特定用動作指令とは、例えば、Ｄ軸電流指令、Ｑ軸電流指令、速度指令、位置指令のいずれかの指令であり、複数軸に対して軸特定用の動作を指示する場合は、互いに異なる周波数を有する指令を行う。

なお、同一周波数で回転しているモータに対応した軸のうち１つの軸に対して指令を重畳する場合には、三角波、ノコギリ波、矩形波、Ｍ系列信号のように多数の周波数信号を組み合わせた指令を行い、元の漏洩電流指令の周波数特性からの変化に基づいて、絶縁劣化状態であることを判別してもよい。

また、元の動作指令を変更する軸特定用動作指令は、モータの電気角周波数が同じ軸が複数存在していると判断した場合に、モータへの速度指令を互いに周波数の異なる動きとなるよう変更することでモータ毎のモータの電流角の角周波数が同じ値にならないようにするよう構成してもよい。例えば、複数モータが３０００ｒｐｍ（５０Ｈｚ）で回転している場合、一方のモータの回転数を２９００ｒｐｍ（４８．３Ｈｚ）として回転させることで、異なる電気角の角周波数とすることができる。

以上のように、実施の形態２では、軸特定用動作指令生成部１３ｉが、絶縁劣化軸特定部１２により同一の角周波数で動作する２以上のモータが存在すると特定された場合、２以上のモータが互いに異なる角周波数で動作するように２以上のモータのうちの１以上のモータに対して軸特定用動作指令を行う。これにより、同一電気角の角周波数で動作する軸が複数ある場合でも絶縁劣化軸の特定が可能となる。

また、実施の形態２では、軸特定用動作指令が、例えば、商用電源周波数の整数倍の周波数以外の周波数成分、または、回転中の交流モータの電気角の角周波数の整数倍の周波数以外の周波数成分を含む指令である。これにより、同一の角周波数で動作する２以上のモータが存在する場合に、２以上のモータが互いに異なる角周波数で動作するように軸特定用動作指令を行うことが容易である。

また、実施の形態２では、軸特定用動作指令が、Ｄ軸電流、Ｑ軸電流、速度、位置のいずれかの指令に対して重畳する指令、または、Ｄ軸電流、Ｑ軸電流、速度、位置のいずれかの指令を変更する指令である。これにより、同一の角周波数で動作する２以上のモータが存在する場合に、２以上のモータが互いに異なる角周波数で動作するように軸特定用動作指令を行うことが容易である。

以上のように、本発明にかかる絶縁劣化診断装置は、複数の軸に対する絶縁劣化の診断に有用である。

１０ 絶縁劣化診断装置
１１ 周波数成分分別部
１２ 絶縁劣化軸特定部
２０ 漏洩電流検出部
３０ 角周波数計算部
ＡＣ 交流電源
ＡＬ１〜ＡＬｎ 電流振幅
ＣＶ コンバータ
Ｆ１〜Ｆｎ 角周波数
ＦＬ１〜ＦＬｎ 周波数成分信号
ＩＬ 漏洩電流
ＩＮＶ−１〜ＩＮＶ−ｎ インバータ
Ｍ−１〜Ｍ−ｎ モータ
Ｐ１〜Ｐｎ 位置情報

Claims (4)

1. 複数のモータと電源との間の電路に流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出部により検出された漏洩電流から、前記複数のモータの電気角の角周波数を計算する角周波数計算部により計算された複数の角周波数に相当する複数の周波数成分を分別する周波数成分分別部と、
   前記分別された複数の周波数成分の電流振幅に基づいて、前記複数のモータに対応した複数の軸のうち絶縁劣化軸を特定する絶縁劣化軸特定部と、
   を備えたことを特徴とする絶縁劣化診断装置。
2. 前記絶縁劣化軸特定部により同一の角周波数で動作する２以上のモータが存在すると特定された場合、前記２以上のモータが互いに異なる角周波数で動作するように前記２以上のモータのうちの１以上のモータに対して軸特定用動作指令を行う軸特定用動作指令生成部をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の絶縁劣化診断装置。
3. 前記軸特定用動作指令は、商用電源周波数の整数倍の周波数以外の周波数成分、または、回転中の交流モータの電気角の角周波数の整数倍の周波数以外の周波数成分を含む指令である
   ことを特徴とする請求項２に記載の絶縁劣化診断装置。
4. 前記軸特定用動作指令は、Ｄ軸電流、Ｑ軸電流、速度、位置のいずれかの指令に対して重畳する指令、または、Ｄ軸電流、Ｑ軸電流、速度、位置のいずれかの指令を変更する指令である
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の絶縁劣化診断装置。

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