JP7386145B2 - 絶縁抵抗検出部の保護機能付モータ制御装置及びその保護方法 - Google Patents
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Description
本発明は、モータの絶縁抵抗検出機能を備えたモータ制御装置及びモータ制御装置の絶縁抵抗検出方法に関し、特に、絶縁抵抗検出部の接地用スイッチの短絡故障等が発生したときのモータ制御装置の絶縁抵抗検出部等の保護機能を向上させるものである。
サーボモータなどのモータは、インバータで構成されるモータ制御装置により駆動され、工作機械などに用いられる。工作機械など、切削液を用いて加工を行う機械では、切削液がモータに付着し、切削液によっては、モータ内部に入り込み、モータの絶縁を劣化させるという問題がある。
また、工作機械以外に用いられる場合であっても、長期間にわたって用いられる場合や、使用環境によっては、同様の問題が生じ得る。
モータの絶縁劣化は徐々に進行し、最終的には地絡に至る。モータが地絡すると、漏電ブレーカをトリップさせたり、モータ制御装置を破損させたりして、システムダウンに至る。システムダウンは、工場の製造ラインに多大な影響を及ぼす。そのため、予防保全の観点から、モータの絶縁抵抗を検出できる装置が望まれている。
このような、モータの絶縁抵抗の検出方法としては、特許文献１が知られている。特許文献１には、第１のスイッチを介して交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路と、整流回路によって整流された直流電圧をコンデンサで平滑化する電源部と、電源部によって平滑化された直流電圧を半導体スイッチング素子のスイッチング動作により交流電圧に変換してモータを駆動するインバータ部と、モータのコイルに一端を接続し、コンデンサの一方の端子に他端を接続した抵抗器に流れる電流値を測定する電流検出部と、コンデンサの両端の電圧値を測定する電圧検出部と、コンデンサの他方の端子を接地する第２のスイッチと、モータの運転を停止し第１のスイッチをオフしかつ第２のスイッチをオフした状態とオンした状態の２つの状態において測定された２組の電流値及び電圧値を用いてモータのコイルと大地との間の抵抗であるモータの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出部と、を有することを特徴とするモータ駆動装置が記載されている。
また、特許文献２（図１）では、特許文献１と同様に、モータの絶縁抵抗値を検出する絶縁抵抗検出部を備えるモータ駆動装置が記載されている。このモータ駆動装置においては、接地可能な第２のスイッチと母線の間に抵抗が挿入されて、そこを流れる電流が制限され、過電流等に起因する故障に対して一定の保護を行っている。
しかし、特許文献１は、モータの絶縁抵抗値の検出が終了し、通常のモータ駆動を行う場合は、第２のスイッチを遮断し、第１のスイッチをオンにし、インバータによりモータを駆動する。このモータ駆動時に、第２のスイッチが短絡故障して導通していると、交流電源から正側母線を通してアースに電流が流れてしまい、漏電が発生してしまう。漏電は
火災や感電の原因になるため防止しなければならない。
火災や感電の原因になるため防止しなければならない。
この漏電を止めるものとしては、一般に、漏電ブレーカの利用が考えられる。交流電源の入力部に漏電ブレーカが設置されていれば、漏電ブレーカがトリップして、交流電源からアースに流れる電流を止めることができる。しかし、特許文献１のように漏電ブレーカが設置されていなければ漏電を止めることができず、漏電に対する保護ができないという課題があった。
また、特許文献２に記載されたものの場合には、接地可能な第２のスイッチと母線の間に抵抗が挿入されていることから、そこを流れる電流が制限される。しかし、通常のモータ駆動を行う場合に、第２のスイッチが故障して導通していると、交流電源から正側母線と抵抗を通してアースに電流が流れ、その際、交流電源の入力部に漏電ブレーカが設置されていても、抵抗により漏洩電流が制限されて小さくなっているため、漏洩電流が漏電ブレーカの漏電検出値より小さいと、漏電ブレーカがトリップせず、交流電源からアースに流れる電流を止めることができないという課題があった。
本発明は、上記課題を解消するためになされたものであり、その目的は、絶縁抵抗検出機能を備えたモータ制御装置において、漏電ブレーカを用いることなく、絶縁抵抗検出回路を構成する接地用スイッチの短絡故障による漏電を防止し、モータの絶縁抵抗を精度良く検出できるモータ制御装置及びその制御方法を提供することにある。
前記課題を解決するための本発明の物としての一の態様は、第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、を備えたモータ制御装置であって、前記母線に接続された第２電源部に一端が接続され、他端が接地可能な第２スイッチと、前記モータの巻線と負側母線との間の電流値を検出する電流検出部と、前記第１スイッチにより電力供給がオフにされ、前記第２スイッチの開時及び閉時における前記電流検出部によってそれぞれ検出された電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値が算出される絶縁抵抗算出部と、前記第１スイッチにより電力供給をオンとされ、かつ前記第２スイッチが短絡状態にあることを検出して前記第１スイッチをオフにする漏洩電流保護部と、を備えたモータ制御装置、である。
また、別の態様は、第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、一端が負側母線に接続され、他端が接地された接地コンデンサと、を備えたモータ制御装置であって、前記母線に接続された第２電源部に一端が接続され、他端が接地可能な第２スイッチと、所定時間オンにすることにより前記負側母線を接地可能であり、前記母線に接続された前記接地コンデンサの電荷を放電する第３スイッチと、前記第１スイッチにより電力供給がオフにされ、所定時間前記第３スイッチをオンとした後に、前記第２スイッチの開時及び閉時における前記電流検出部によってそれぞれ検出された電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値が算出される絶縁抵抗算出部と、前記第１スイッチにより電力供給をオンとされ、かつ前記第２スイッチ又は前記第３スイッチのうち少なくともいずれか一方が短絡状態にあることを検出して前記第１スイッチをオフにする漏洩電流保護部と、を備えたモータ制御装置、である。
さらに、別の態様は、第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記
母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、一端が負側母線に接続され、他端が接地された接地コンデンサと、を備えたモータ制御装置であって、一端が接地可能であり、他端が第３スイッチに接続可能な第２スイッチと、少なくとも前記母線に一端が接続された第２電源部の他端を接続する第１接点に接続する状態と前記母線に接続する第２接点に接続する状態とのいずれか一方を選択して、前記第２スイッチの前記他端に接続可能である前記第３スイッチと、前記第１スイッチにより電力供給がオフにされ、所定時間前記第３スイッチの前記第２接点を選択した状態としかつ前記第２スイッチをオンにすることにより前記負側母線を前記接地点に接続して前記母線に接続された前記接地コンデンサの電荷を放電した後に、前記第３スイッチの前記第１接点を選択した状態で前記第２スイッチの開時及び閉時における前記電流検出部によってそれぞれ検出された電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値が算出される絶縁抵抗算出部と、前記第１スイッチにより電力供給をオンとされ、かつ前記第２スイッチが短絡状態にあることを検出して前記第１スイッチをオフにする漏洩電流保護部と、を備えたモータ制御装置、である。
また、別の態様は、第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、一端が負側母線に接続され、他端が接地された接地コンデンサと、を備えたモータ制御装置であって、前記母線に接続された第２電源部に一端が接続され、他端が接地可能な第２スイッチと、所定時間オンにすることにより前記負側母線を接地可能であり、前記母線に接続された前記接地コンデンサの電荷を放電する第３スイッチと、前記第１スイッチにより電力供給がオフにされ、所定時間前記第３スイッチをオンとした後に、前記第２スイッチの開時及び閉時における前記電流検出部によってそれぞれ検出された電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値が算出される絶縁抵抗算出部と、前記第１スイッチにより電力供給をオンとされ、かつ前記第２スイッチ又は前記第３スイッチのうち少なくともいずれか一方が短絡状態にあることを検出して前記第１スイッチをオフにする漏洩電流保護部と、を備えたモータ制御装置、である。
さらに、別の態様は、第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記
母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、一端が負側母線に接続され、他端が接地された接地コンデンサと、を備えたモータ制御装置であって、一端が接地可能であり、他端が第３スイッチに接続可能な第２スイッチと、少なくとも前記母線に一端が接続された第２電源部の他端を接続する第１接点に接続する状態と前記母線に接続する第２接点に接続する状態とのいずれか一方を選択して、前記第２スイッチの前記他端に接続可能である前記第３スイッチと、前記第１スイッチにより電力供給がオフにされ、所定時間前記第３スイッチの前記第２接点を選択した状態としかつ前記第２スイッチをオンにすることにより前記負側母線を前記接地点に接続して前記母線に接続された前記接地コンデンサの電荷を放電した後に、前記第３スイッチの前記第１接点を選択した状態で前記第２スイッチの開時及び閉時における前記電流検出部によってそれぞれ検出された電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値が算出される絶縁抵抗算出部と、前記第１スイッチにより電力供給をオンとされ、かつ前記第２スイッチが短絡状態にあることを検出して前記第１スイッチをオフにする漏洩電流保護部と、を備えたモータ制御装置、である。
前記課題を解決するための本発明の方法としての一の態様は、第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、を備えたモータ制御装置であって、前記第１スイッチにより電力供給をオフにし、前記母線に一端を接続し、他端を第２スイッチを介して接地した第２電源部において、前記第２スイッチを開とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第１の電流値を電流検出部により検出し、前記第２スイッチを閉とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第２の電流値を前記電流検出部により検出し、検出された前記第１の電流値及び前記第２の電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値を算出し、前記モータの絶縁抵抗値を算出した後に前記第１スイッチをオンにして電力を供給した場合に、前記第２スイッチが短絡していることを検出したときは、前記第１スイッチをオフにする、モータ制御装置の絶縁抵抗検出方法、である。
また、別の態様は、第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、負側母線に接続された接地コンデンサと、を備えたモータ制御装置であって、前記第１スイッチにより電力供給をオフにし、前記母線に一端を接続し、他端を接地した第３スイッチを、所定時間オンとして前記母線に接続された前記接地コンデンサの電荷を放電し、前記母線に一端を接続し、他端を第２スイッチを介して接地可能した第２電源部において、前記第２スイッチを開とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第１の電流値を電流検出部により検出し、
前記第２スイッチを閉とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第２の電流値を前記電流検出部により検出し、検出された前記第１の電流値及び前記第２の電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値を算出し、前記モータの絶縁抵抗値を算出した後に前記第１スイッチをオンにして電力を供給した場合に、前記第２スイッチ又は前記第３スイッチが短絡していることを検出したときは、前記第１スイッチをオフにする、モータ制御装置の絶縁抵抗検出方法、である。
さらに、別の態様は、第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、負側母線に接続された接地コンデンサと、を備えた
モータ制御装置であって、前記第１スイッチにより電力供給をオフにし、一端が接地可能であり、他端が第３スイッチに接続可能な第２スイッチと、少なくとも前記母線に一端が接続された第２電源部の他端を接続する第１接点に接続する状態と前記母線に接続する第２接点に接続する状態とのいずれか一方を選択可能に前記第２スイッチの前記他端に接続可能である前記第３スイッチとを、所定時間前記母線が接地されるように前記第２スイッチをオンとしかつ前記第３スイッチを前記第２接点に接続した状態として前記母線に接続された前記接地コンデンサの電荷を放電した後に、前記第３スイッチの前記第１接点を選択した状態で他端を前記第２スイッチを介して接地可能とした第２電源部において、前記第２スイッチを開とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第１の電流値を電流検出部により検出し、
前記第２スイッチを閉とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第２の電流値を前記電流検出部により検出し、検出された前記第１の電流値及び前記第２の電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値を算出し、前記モータの絶縁抵抗値を算出した後に前記第１スイッチをオンにして電力を供給した場合に、前記第２スイッチ又は前記第３スイッチが短絡していることを検出したときは、前記第１スイッチをオフにする、モータ制御装置の絶縁抵抗検出方法、である。
また、別の態様は、第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、負側母線に接続された接地コンデンサと、を備えたモータ制御装置であって、前記第１スイッチにより電力供給をオフにし、前記母線に一端を接続し、他端を接地した第３スイッチを、所定時間オンとして前記母線に接続された前記接地コンデンサの電荷を放電し、前記母線に一端を接続し、他端を第２スイッチを介して接地可能した第２電源部において、前記第２スイッチを開とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第１の電流値を電流検出部により検出し、
前記第２スイッチを閉とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第２の電流値を前記電流検出部により検出し、検出された前記第１の電流値及び前記第２の電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値を算出し、前記モータの絶縁抵抗値を算出した後に前記第１スイッチをオンにして電力を供給した場合に、前記第２スイッチ又は前記第３スイッチが短絡していることを検出したときは、前記第１スイッチをオフにする、モータ制御装置の絶縁抵抗検出方法、である。
さらに、別の態様は、第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、負側母線に接続された接地コンデンサと、を備えた
モータ制御装置であって、前記第１スイッチにより電力供給をオフにし、一端が接地可能であり、他端が第３スイッチに接続可能な第２スイッチと、少なくとも前記母線に一端が接続された第２電源部の他端を接続する第１接点に接続する状態と前記母線に接続する第２接点に接続する状態とのいずれか一方を選択可能に前記第２スイッチの前記他端に接続可能である前記第３スイッチとを、所定時間前記母線が接地されるように前記第２スイッチをオンとしかつ前記第３スイッチを前記第２接点に接続した状態として前記母線に接続された前記接地コンデンサの電荷を放電した後に、前記第３スイッチの前記第１接点を選択した状態で他端を前記第２スイッチを介して接地可能とした第２電源部において、前記第２スイッチを開とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第１の電流値を電流検出部により検出し、
前記第２スイッチを閉とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第２の電流値を前記電流検出部により検出し、検出された前記第１の電流値及び前記第２の電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値を算出し、前記モータの絶縁抵抗値を算出した後に前記第１スイッチをオンにして電力を供給した場合に、前記第２スイッチ又は前記第３スイッチが短絡していることを検出したときは、前記第１スイッチをオフにする、モータ制御装置の絶縁抵抗検出方法、である。
本発明のその他の態様は、後述する発明を実施するための形態の実施例の説明から明らかである。
本発明によれば、モータの絶縁抵抗値を算出する際には、第１スイッチにより電力供給をオフすることにより、第１電源部からの電力供給が停止される。そして、第２スイッチを開とした状態で、コンデンサの電圧のみによりスイッチング素子を介する漏れ電流が流れ、第１の電流値が電流検出部によって検出される。他方、同様に第１電源部からの電力供給が停止された状態で、第２スイッチを閉とした状態で、第２電源部の電圧のみによるモータの巻線を通る電流の大部分（余部は負側のスイッチング素子の微小な漏れ電流である。）が加わった第２の電流値が電流検出部によって検出される。電流検出部によって検出された両電流値すなわち第１の電流値及び第２の電流値と、コンデンサの電圧値及び第２電源部の電圧値とに基づいて演算を行うことにより、モータの絶縁抵抗値を精度よく算出する。
このようなモータの絶縁抵抗値を算出した後に、モータ制御装置は通常に運転が行われることになるが、その際には、まず前記第１スイッチがオンとされて電力が供給されるが、溶着その他の理由から第２スイッチが閉のままとなる所謂短絡故障を生じていると、前記漏洩電流保護部がそれを検出し、前記第１スイッチをオフにして、モータ制御装置への電力の供給を停止する。
なお、ここで、「第１スイッチ」は、遮断器を含めてあらゆるスイッチを含み、電源の端子と接触する端子や接点であっても、電源からの電力供給をオフすることができる構造であればすべて含むものとする。また、「直流供給部」は、交流から直流に変換する電力変換器等が用いられる。その他、「スイッチ」と称する場合には、前記の「スイッチ」を含み、電流を止め又は流すことができれば如何なるものでもよく、機械的なスイッチ、リレー、半導体スイッチなども含む。
また、接地コンデンサを用いる場合など電荷放出のためにさらに第３スイッチである接地スイッチが設けられているときには、それら接地スイッチの短絡故障に対しても、第２スイッチの短絡故障が生じているときと同じように対応することができるものである。
以上のとおり、本発明によれば、絶縁抵抗検出機能を備えたモータ制御装置において、漏電ブレーカを用いることなく、絶縁抵抗検出回路を構成する接地用スイッチの短絡故障による漏電を防止し、モータの絶縁抵抗を精度良く検出することができる。
本発明のその他の作用や効果については、後述する発明を実施するための形態の実施例の説明から明らかである。
図１に本発明が適用されるモータ制御装置の１態様の回路図を示す。
なお、以下の説明においては、電流は電流値を、電圧は電圧値を、インピーダンスはインピーダンス値を、また抵抗は抵抗値を含み得るものとし、当業者の技術常識にしたがって、解釈されるものとする。
初めに、モータ制御装置Ｃｏｎｔ１の基本構成について説明する。
モータ制御装置Ｃｏｎｔ１は、整流回路（直流供給部）ＳＤＣと、正側の母線ＭＬ＋と負側の母線ＭＬ－からなる母線ＭＬと、平滑コンデンサ（コンデンサ）Ｃ１と、半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ６により構成されるインバータと、絶縁抵抗算出部３１とから構成される。
モータ制御装置Ｃｏｎｔ１は、電力供給をオフすることができる第１スイッチである電磁接触器ＭＳを介して三相交流電源（第１電源部）Ｓ１から供給される三相交流電圧を整流回路（直流供給部）ＳＤＣにより全波整流して直流電圧を母線ＭＬに出力する。
出力された直流電圧は、母線ＭＬの正側の母線ＭＬ＋と負側の母線ＭＬ－との間に接続された平滑コンデンサ（コンデンサ）Ｃ１により平滑化される。
平滑化された母線ＭＬ＋、ＭＬ－に供給されている直流電圧は、正側の母線ＭＬ＋と負側の母線ＭＬ－との間に接続された半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ６により構成されるインバータに供給され、母線ＭＬ＋、ＭＬ－に供給された直流を逆変換した交流によりモータ１が駆動される。
モータ制御装置Ｃｏｎｔ１の絶縁抵抗算出部３１は、母線ＭＬのうちの負側母線ＭＬ－とアースＥの間に設けられた直流電源（第２電源部）Ｓ２と、スイッチＳＷ１（第２スイッチ）と、負側母線ＭＬ－とモータ１の巻線Ｌに接続された電流検出抵抗Ｒ１と、電流検出抵抗Ｒ１の電圧から電流を検出するとともに、絶縁抵抗の検出動作を制御し、また、絶縁抵抗値を演算する検出制御部４１とから構成されている。
電流検出抵抗Ｒ１はモータ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のうちの１相の巻線Ｌのみに接続すればよく、モータ１の巻線Ｌの抵抗は非常に小さいため、いずれの相でも検出が可能である。
直流電源Ｓ２は、平滑コンデンサＣ１の電圧より低い電圧の範囲で、できるだけ高い電圧の電源を、アースＥ側の電位が負側母線ＭＬ－より高い状態になるようにして用いる。
また、計測に必要な程度で微小な電流容量の電源を用いている。
また、計測に必要な程度で微小な電流容量の電源を用いている。
平滑コンデンサＣ１の電圧より直流電源Ｓ２の電圧を低く設定するのは、計測時にモータ１の絶縁抵抗Ｒｍ１からインバータ部の上アーム（正側）の半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ３のフリーホイールダイオードＤｆを通して平滑コンデンサＣ１を充電する方向に電流が流れて、絶縁抵抗Ｒｍ１の検出精度が低下するのを防ぐためである。
前記したモータ制御装置Ｃｏｎｔ１の作動について以下説明をする。
通常のモータ制御時は、第２スイッチＳＷ１はオフのまま電磁接触器ＭＳをオンとし、インバータにより各軸のモータ制御が行われる。絶縁抵抗検出時は、モータ制御装置Ｃｏｎｔ１を以下のとおり作動させる。
モータ制御動作を停止させ、半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ６をオフにし、電磁接触器ＭＳを遮断する。次いで、第２スイッチＳＷ１をオフとして、インバータの直流電圧ＶＰＮと電流検出抵抗Ｒ１の電圧ＶＲ１Ａを計測する。
平滑コンデンサＣ１の電圧がインバータを構成する半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ６に印加されているので、インバータの直流電圧ＶＰＮは、実質的に平滑コンデンサＣ１の電圧に等しい。かかる電圧により、半導体スイッチング素子ＴＲ１からＴＲ４に電流が流れ、また、電流検出抵抗Ｒ１に電流（第１の電流（値））が流れる。
正側の半導体スイッチング素子ＴＲ１からＴＲ４へと流れる電流は、半導体スイッチング素子の漏れ電流である。全ての相に同様に漏れ電流が流れるが、電流検出抵抗Ｒ１が接続されている一相に着目することによりモータの絶縁抵抗を求めることができる。
ＴＲ１、ＴＲ４の半導体スイッチング素子の等価漏れ抵抗をそれぞれＲｔｒ１とすると以下の式（１－１）が成り立つ。
(ＶＰＮ－ＶＲ１Ａ)／Ｒｔｒ１＝ＶＲ１Ａ／Ｒｔｒ１＋ＶＲ１Ａ／Ｒ1 ・・・(１－１)
次に第２スイッチＳＷ１をオンにして、負側母線ＭＬ－に対してアースＥに直流電源Ｓ２の電圧ＶＤＣを印加し、電流検出抵抗Ｒ１の電圧ＶＲ１Ｂを計測する。これらの電流検出抵抗Ｒ１と電圧ＶＲ１Ｂからそこを流れる電流（第２の電流(値)）を取得できる。
モータ１に絶縁劣化がある場合は、直流電源Ｓ２の電圧がモータの絶縁抵抗Ｒｍ１を通して半導体スイッチング素子ＴＲ４に印加され、電流検出抵抗Ｒ１と半導体スイッチング素子ＴＲ４に電流が流れる。
また、平滑コンデンサＣ１の電圧、すなわちインバータの直流電圧ＶＰＮが半導体スイッチング素子ＴＲ１、ＴＲ４に印加された状態のため、半導体スイッチング素子ＴＲ１からＴＲ４へと電流が流れ、また、電流検出抵抗Ｒ１にも電流が流れる。
これらの半導体スイッチング素子ＴＲ１からＴＲ４へと流れる電流は、これらの半導体スイッチング素子の漏れ電流である。しかし、これら半導体スイッチング素子の漏れ電流は、一般にモータの絶縁抵抗の低下により流れる電流と比較すると小さいので、平滑コンデンサの電圧Ｃ１はほとんど低下しないと想定することができる。
この時、以下の式（２－１）が成り立つ。
(ＶＰＮ－ＶＲ１Ｂ)／Ｒｔｒ１＋(ＶＤＣ－ＶＲ１Ｂ)／Ｒｍ１＝ＶＲ１Ｂ／Ｒｔｒ１＋ＶＲ１Ｂ／Ｒ１・・・(２－１)
モータ１の絶縁抵抗Ｒｍ１は、前記式(１－１)と式(２－１)の連立方程式を解くことにより、以下の式で求めることができる。
Ｒｍ１＝Ｒ１(ＶＤＣ－ＶＲ１Ｂ)(ＶＰＮ－２ＶＲ１Ａ)／｛(ＶＲ１Ｂ－ＶＲ１Ａ)ＶＰＮ｝・・・(３－１)
これらの演算は、検出制御部４１で行われている。なお、電流検出抵抗Ｒ１の電圧ＶＲ１Ａの検出は、それぞれ１回ずつ検出することにより絶縁抵抗値Ｒｍ１を算出することができることはいうまでもないが、両電圧ＶＲ１Ａを複数回測定し、測定した電圧の各種平均値を採用しても差支えない。
このような各種平均値を用いた場合には、ノイズ等により生じる異常値の影響を軽減できることのほか、より精度の高い絶縁抵抗値Ｒｍ１を得ることができる。
そして、算出した絶縁抵抗値Ｒｍ１をユーザ装置に情報として伝達する。絶縁抵抗値Ｒｍ１の伝達は、いかなる手段に依っても良く、有線送信でも、無線送信でも差支えない。
絶縁抵抗値Ｒｍ１を知得したユーザは、かかる絶縁抵抗値が低い場合に絶縁抵抗の劣化が生じていると判断し、モータを交換するなど、予め、モータが地絡してシステムダウンすることを予測し、そのような不都合の発生を防止することができる。
絶縁抵抗が劣化しているか否かの判断は、実験や経験的に知られている値と比較することや、正常製品を用いて最初にモータ制御装置を設置した時に測定し、記録又は記憶させた初期値と比較することや、安全基準その他の設定値と比較することなど、適宜の判断手段を用いることができる。
モータ１の絶縁抵抗Ｒｍ１が非常に小さく、半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ６の負側の半導体スイッチング素子ＴＲ４～ＴＲ６が短絡破損しているような場合は、直流電源Ｓ２からモータ１の絶縁劣化部を通して負側の半導体スイッチング素子ＴＲ４～ＴＲ６に電流が流れるが、直流電源Ｓ２の電流容量は、平滑コンデンサＣ１と比較すると非常に小さくすることができるため、流れる電流を僅かなものにとどめることができる。
したがって、負側の半導体スイッチング素子ＴＲ４～ＴＲ６の２次破損や、さらなるモータ１の絶縁劣化を生じさせるおそれはない。
前述の態様では、１つのモータ１を使用する１軸のモータ制御装置における本発明の態様について説明したが、２軸あるいは３軸以上の場合においても、同様に本発明を適用することが可能である。前述の態様がそうであるように、２軸以上の場合であっても、直流電源Ｓ２は少なくとも１軸にのみに設ければ足りる。
前記態様では、第１電源部として三相交流電源Ｓ１を用いているが、第１電源部としては、三相交流電源ではなく、単相交流電源を用いても良い。また、前記態様では、直流供給部として整流回路を用いているが、ＰＷＭコンバータなどの電源に回生できる回路でも良い。その場合には、ＰＷＭコンバータを停止させて計測する。
なお、第１電源部からの電力供給は、電磁接触器により通電・遮断するものだけでなく、スイッチを用いるものであっても良い。
さらに、前記態様では、モータ制御装置Ｃｏｎｔ１として、半導体スイッチング素子からなる三相インバータを用いているが、単相モータを駆動する場合には単相インバータを用いても良い。なお、インバータ方式は、前記態様のものに限定されるものではなく、フルブリッジであってもハーフブリッジであっても良い。
加えて、前記態様では、半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ６のゲートドライブ電源は、通常の絶縁電源（図示せず）を用いているが、必要に応じて、ブートストラップ電源、高耐圧ＩＣ、その他各種電源の組み合わせなど、任意のゲートドライブ電源を選択し得る。
次に、本発明の中核をなす、絶縁抵抗検出回路を構成する接地用スイッチの短絡故障による漏電を防止しするための漏洩電流保護部５について説明する。
図1において、負側母線ＭＬ－と直流電源Ｓ２との間には、漏洩電流保護部５が配置さ
れている。
れている。
絶縁抵抗値の算出・検出が終了すると、通常のモータ制御を行うため、第２スイッチＳＷ１をオフにし、第１スイッチである電磁接触器ＭＳをオンにし、半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ６により構成されるインバータと、インバータにより各軸のモータ制御を行う。
この時に溶着、機械的故障その他の理由により、第２スイッチＳＷ１が短絡故障している場合は、三相交流電源Ｓ１から負側母線ＭＬ－を通してアースＥに漏洩電流が流れてしまう。
このような漏洩電流が大きくなると、漏洩電流の通電路に配置された機器が故障するおそれがあるため、本態様においては、漏洩電流保護部５が設けられている。
この漏洩電流保護部５は、負側母線ＭＬ－と直流電源Ｓ２との間の電流により降下電圧を生じさせる電流検出抵抗Ｒ３と、第２スイッチＳＷ１に流れる電流を電流検出抵抗Ｒ３の降下電圧により検出する漏洩電流検出部６と、モータ制御装置に第１スイッチである電磁接触器ＭＳから電力が印加されていることを検出する電源オン検出部７と、電磁接触器ＭＳの導通及び遮断を行うことが可能な電磁接触器制御部８とから構成されている。
漏洩電流検出部６は、第２スイッチＳＷ１に流れる電流が規定値以上流れているか否かを検出するものである。漏洩電流検出部６は、負側母線ＭＬ－と直流電源Ｓ２との間に介在された漏洩電流を検出する電流検出抵抗Ｒ３の降下電圧と、所定の基準電圧Ｒｅｆとを比較して、漏洩電流の状態を電磁接触器制御部８に出力する。
電源オン検出部７では、第１スイッチである電磁接触器ＭＳがオンすると、三相交流電源Ｓ１の電圧がモータ制御装置に印加されているか否かを検出して、三相交流電源Ｓ１の電圧の印加状態を電磁接触器制御部８に出力する。
電磁接触器制御部８は、漏洩電流検出部６の出力と電源オン検出部７の出力とに基づいて電磁接触器ＭＳの導通・遮断を制御する。
電源オン検出部７が三相交流電源Ｓ１の電圧が印加されているオン状態を出力し、かつ漏洩電流検出部６の出力が、所定値以上の漏洩電流が流れている状態を出力した場合には、電磁接触器制御部８は、第２スイッチＳＷ１の短絡故障による漏洩電流が生じていると
判別し、電磁接触器ＭＳを速やかにオフにする。
判別し、電磁接触器ＭＳを速やかにオフにする。
本態様では、電流検出抵抗Ｒ３が負側母線ＭＬ－と直流電源Ｓ２との間に介在されているが、電流検出抵抗Ｒ３の設置個所は、第２スイッチＳＷ１を流れる漏洩電流が通る箇所であれば如何なる箇所でもよく、例えば、直流電源Ｓ２とアースＥとの間に設けても良い。
本態様では、第２スイッチＳＷ１を流れる漏洩電流の検出は、電流検出抵抗Ｒ３の降下電圧を用いて行われているが、漏洩電流の検出は、ホール素子を用いる電流検出器等、およそ電流を検出することができる手段であれば如何なる電流検出手段を用いても良い。
また、漏洩電流検出部６は、第２スイッチＳＷ１に流れる電流が規定値以上流れているか否かを検出するものであれば足り、本態様のように、負側母線ＭＬ－と直流電源Ｓ２との間に介在された漏洩電流を検出する電流検出抵抗Ｒ３の降下電圧と、所定の基準電圧Ｒｅｆとを比較するといったように、漏洩電流の状態を絶縁せずに電気的に直接接続した回路で検出するだけでなく、絶縁可能なトランスデユーサを介して漏洩電流値を評価するための信号を伝達するものであっても良い。
図２は、本発明を適用されるモータ制御装置の別の態様を示す回路図を示す。
図１では、１つのモータ１を使用する１軸のモータ制御装置における本発明の態様について説明したが、図２では、２つのモータ１、２を使用する２軸の場合において、本発明を適用した例を示す。さらに、モータ制御装置Ｃｏｎｔ１、Ｃｏｎｔ２の負側母線ＭＬ－に、ノイズ対策のため、それぞれ接地コンデンサＣ３、Ｃ４を介して接地された例も合わせ示している。図１と同様の部分については、説明を簡略化している。
モータ制御装置Ｃｏｎｔ２は、正側の母線ＭＬ＋と負側の母線ＭＬ－からなる母線ＭＬと、平滑コンデンサ（コンデンサ）Ｃ２と、半導体スイッチング素子ＴＲ７～ＴＲ１２により構成されるインバータと、絶縁抵抗算出部３２とから構成される。
モータ制御装置Ｃｏｎｔ２は、電力供給をオフすることができる第１スイッチである電磁接触器ＭＳを介して三相交流電源（第１電源部）Ｓ１から供給される三相交流電圧を整流回路（直流供給部）ＳＤＣにより全波整流して直流電圧を母線ＭＬに出力する。
出力された直流電圧は、母線ＭＬの正側の母線ＭＬ＋と負側の母線ＭＬ－との間に接続された平滑コンデンサ（コンデンサ）Ｃ２により平滑化される。
モータ制御装置Ｃｏｎｔ２は、モータ制御装置Ｃｏｎｔ１とほぼ同様の構成である。正側の母線ＭＬ＋と負側の母線ＭＬ－からなる母線ＭＬと、平滑コンデンサ（コンデンサ）Ｃ２と、半導体スイッチング素子ＴＲ７～ＴＲ１２により構成されるインバータと、絶縁抵抗算出部３２とから構成される。
モータ制御装置Ｃｏｎｔ２は、モータ制御装置Ｃｏｎｔ１とともに整流回路ＳＤからの直流電圧が供給され、半導体スイッチング素子ＴＲ７～ＴＲ１２により構成されるインバータにより母線ＭＬに供給された直流を交流に逆変換してモータ２を駆動するように構成されている。
モータ制御装置Ｃｏｎｔ１、Ｃｏｎｔ２の負側母線ＭＬ－は、ノイズ対策のため、それぞれ接地コンデンサＣ３、Ｃ４を介して接地されている。
ここでは、さらに、負側母線ＭＬ－に、接地スイッチである第３スイッチＳＷ２が設けられている。
モータ制御装置２の絶縁抵抗算出部３２は、母線ＭＬのうちの負側母線ＭＬ－とモータ２の巻線Ｌに接続された電流検出抵抗Ｒ２、電流検出抵抗Ｒ２の電圧から電流を検出し、また、絶縁抵抗値を演算する検出制御部４２から構成されている。
直流電源Ｓ２は、平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の電圧より低い電圧の範囲で、できるだけ高い電圧の電源を、アースＥ側の電位が負側母線ＭＬ－より高い状態になるようにして用いる。また、計測に必要な程度で微小な電流容量の電源を用いている。
平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の電圧より直流電源Ｓ２の電圧を低く設定するのは、計測時にモータ１、２の絶縁抵抗Ｒｍ１、Ｒｍ２からインバータ部の上アーム（正側）の半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ３、ＴＲ７～ＴＲ９のフリーホイールダイオードＤｆを通して平滑コンデンサＣ１、Ｃ２を充電する方向に電流が流れて、絶縁抵抗Ｒｍ１、Ｒｍ２の検出精度が低下するのを防ぐためである。
前記したモータ制御装置Ｃｏｎｔ１、Ｃｏｎｔ２の作動について以下説明をする。
通常のモータ制御時は、第２スイッチＳＷ１及び第３スイッチＳＷ２はオフのまま電磁接触器ＭＳをオンとし、インバータにより各軸のモータ制御が行われる。絶縁抵抗検出時は、モータ制御装置Ｃｏｎｔ１、Ｃｏｎｔ２を以下のとおり作動させる。
全軸のモータ制御動作を停止させ、半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ１２をオフにし、電磁接触器ＭＳを遮断する。そして、第２スイッチＳＷ１はオフのまま第３スイッチＳＷ２をオンにして、所定時間の間に、接地コンデンサＣ３、Ｃ４の電荷を放電し、負側母線とアース間の電位差を０Ｖにする。次いで、第３スイッチＳＷ２をオフとして、インバータの直流電圧ＶＰＮと電流検出抵抗Ｒ１の電圧ＶＲ１Ａ、電流検出抵抗Ｒ２の電圧ＶＲ２Ａを計測する。
この際、接地コンデンサＣ３、Ｃ４を有しない構成である場合には、それらの電荷を放電する工程は省略できる。
接地コンデンサＣ３、Ｃ４の電圧が０Ｖになっているため、接地コンデンサＣ３、Ｃ４からモータ１、２の絶縁抵抗Ｒｍ１、Ｒｍ２を通して計測回路に電流は流れない。
平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の電圧がインバータを構成する半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ１２に印加されているので、インバータの直流電圧ＶＰＮは、実質的に平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の電圧に等しい。かかる電圧により、半導体スイッチング素子ＴＲ１からＴＲ４に電流が流れ、また、電流検出抵抗Ｒ１に電流（第１の電流（値））が流れる。同様に半導体スイッチング素子ＴＲ７からＴＲ１０に電流が流れ、また、電流検出抵抗Ｒ２に電流（第１の電流（値））が流れる。
正側の半導体スイッチング素子ＴＲ１からＴＲ４へと流れる電流及びＴＲ７からＴＲ10へと流れる電流は、半導体スイッチング素子の漏れ電流である。全ての相に同様に漏れ電流が流れるが、電流検出抵抗Ｒ１、Ｒ２が接続されている一相に着目することによりモータの絶縁抵抗を求めることができる。
ＴＲ１、ＴＲ４の半導体スイッチング素子の等価漏れ抵抗をそれぞれＲｔｒ１とし、また、ＴＲ７、ＴＲ１０の半導体スイッチング素子の等価漏れ抵抗をそれぞれＲｔｒ２とす
ると以下の式（１－１）、（１－２）が成り立つ。なお、式（１－１）は前掲の式（１－１）と同じである。
ると以下の式（１－１）、（１－２）が成り立つ。なお、式（１－１）は前掲の式（１－１）と同じである。
(ＶＰＮ－ＶＲ１Ａ)／Ｒｔｒ１＝ＶＲ１Ａ／Ｒｔｒ１＋ＶＲ１Ａ／Ｒ１・・・(１－１)
(ＶＰＮ－ＶＲ２Ａ)／Ｒｔｒ２＝ＶＲ２Ａ／Ｒｔｒ２＋ＶＲ２Ａ／Ｒ２・・・(１－２)
(ＶＰＮ－ＶＲ２Ａ)／Ｒｔｒ２＝ＶＲ２Ａ／Ｒｔｒ２＋ＶＲ２Ａ／Ｒ２・・・(１－２)
次に第２スイッチＳＷ１をオンにして、負側母線ＭＬ－に対してアースＥに直流電源Ｓ２の電圧ＶＤＣを印加し、電流検出抵抗Ｒ１の電圧ＶＲ１Ｂおよび電流検出抵抗Ｒ２の電圧ＶＲ２Ｂを計測する。これらの電流検出抵抗Ｒ１、Ｒ２と電圧ＶＲ１Ｂ、ＶＲ２Ｂからそこを流れる電流（第２の電流(値)）を取得できる。
モータ１に絶縁劣化がある場合は、直流電源Ｓ２の電圧がモータの絶縁抵抗Ｒｍ１を通して半導体スイッチング素子ＴＲ４に印加され、電流検出抵抗Ｒ１と半導体スイッチング素子ＴＲ４に電流が流れる。
同様にモータ２に絶縁劣化がある場合は、直流電源Ｓ２の電圧がモータの絶縁抵抗Ｒｍ２を通して半導体スイッチング素子ＴＲ１０に印加され、電流検出抵抗Ｒ２と半導体スイッチング素子ＴＲ１０に電流が流れる。
また、平滑コンデンサＣ１、Ｃ２の電圧、すなわちインバータの直流電圧ＶＰＮが半導体スイッチング素子ＴＲ１、ＴＲ４に印加された状態のため、半導体スイッチング素子ＴＲ１からＴＲ４へと電流が流れ、また、電流検出抵抗Ｒ１にも電流が流れる。
同様に、半導体スイッチング素子ＴＲ７からＴＲ１０へと電流が流れ、また、電流検出抵抗Ｒ２にも電流が流れる。
これらの半導体スイッチング素子ＴＲ１からＴＲ４へと流れる電流及びＴＲ７からＴＲ１０へと流れる電流は、これらの半導体スイッチング素子の漏れ電流である。しかし、これら半導体スイッチング素子の漏れ電流は、一般にモータの絶縁抵抗の低下により流れる電流と比較すると小さいので、平滑コンデンサの電圧Ｃ１、Ｃ２はほとんど低下しないと想定することができる。
この時、以下の式（２－１）、（２－２）が成り立つ。なお、式（２－１）は前掲の式（２－１）と同じである。
(ＶＰＮ－ＶＲ１Ｂ)／Ｒｔｒ１＋(ＶＤＣ－ＶＲ１Ｂ)／Ｒｍ１＝ＶＲ１Ｂ／Ｒｔｒ１＋ＶＲ１Ｂ／Ｒ１・・・(２－１)
(ＶＰＮ－ＶＲ２Ｂ)／Ｒｔｒ２＋(ＶＤＣ－ＶＲ２Ｂ)／Ｒｍ２＝ＶＲ２Ｂ／Ｒｔｒ２＋ＶＲ２Ｂ／Ｒ２・・・(２－２)
(ＶＰＮ－ＶＲ２Ｂ)／Ｒｔｒ２＋(ＶＤＣ－ＶＲ２Ｂ)／Ｒｍ２＝ＶＲ２Ｂ／Ｒｔｒ２＋ＶＲ２Ｂ／Ｒ２・・・(２－２)
モータ１の絶縁抵抗Ｒｍ１は、前記式(１－１)と式(２－１)の連立方程式を解くことにより、以下の式で求めることができる。なお、次式（３－１）は前掲の式（３－１）と同じである。
Ｒｍ１＝Ｒ１(ＶＤＣ－ＶＲ１Ｂ)(ＶＰＮ－２ＶＲ１Ａ)／｛(ＶＲ１Ｂ－ＶＲ１Ａ)ＶＰＮ｝・・・(３－１)
また、モータ２の絶縁抵抗Ｒｍ２は、前記式(１－２)と式(２－２)の連立方程式を解くことにより、以下の式で求めることができる。
Ｒｍ２＝Ｒ２(ＶＤＣ－ＶＲ２Ｂ)(ＶＰＮ－２ＶＲ２Ａ)／｛(ＶＲ２Ｂ－ＶＲ２Ａ)ＶＰＮ｝・・・(３－２)
これらの演算は、検出制御部４１、４２で行われている。なお、電流検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の電圧ＶＲ１Ａ、ＶＲ２Ａの検出は、それぞれ１回ずつ検出することにより絶縁抵抗値Ｒｍ１、Ｒｍ２を算出することができることはいうまでもないが、両電圧ＶＲ１Ａ、ＶＲ２Ａのいずれか一方又は両方を複数回測定し、測定した電圧の各種平均値を採用しても差支えない。
このような各種平均値を用いた場合には、ノイズ等により生じる異常値の影響を軽減できることのほか、より精度の高い絶縁抵抗値Ｒｍ１、Ｒｍ２を得ることができる。
モータ１、２の絶縁抵抗Ｒｍ１、Ｒｍ２が非常に小さく、半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ１２の負側の半導体スイッチング素子ＴＲ４～ＴＲ６、ＴＲ１０～ＴＲ１２が短絡破損しているような場合は、直流電源Ｓ２からモータ１、２の絶縁劣化部を通して負側の半導体スイッチング素子ＴＲ４～ＴＲ６、ＴＲ１０～ＴＲ１２に電流が流れるが、直流電源Ｓ２の電流容量は、平滑コンデンサＣ１、Ｃ２と比較すると非常に小さくすることができるため、流れる電流を僅かなものにとどめることができる。
したがって、負側の半導体スイッチング素子ＴＲ４～ＴＲ６、ＴＲ１０～ＴＲ１２の２次破損や、さらなるモータ１、２の絶縁劣化を生じさせるおそれはない。
本態様では、２つのモータ１、２を使用する２軸のモータ制御装置における本発明の態様について説明したが、３軸以上の場合においても、同様に本発明を適用することが可能である。本前記態様がそうであるように、３軸以上の場合であっても、直流電源Ｓ２は少なくとも１軸にのみに設ければ足りる。
さらに、本態様では、モータ制御装置Ｃｏｎｔ１、Ｃｏｎｔ２として、半導体スイッチング素子からなる三相インバータを用いているが、単相モータを駆動する場合には単相インバータを用いても良い。なお、インバータ方式は、前記態様のものに限定されるものではなく、フルブリッジであってもハーフブリッジであっても良い。
加えて、前記態様では、半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ１２のゲートドライブ電源は、通常の絶縁電源（図示せず）を用いているが、必要に応じて、ブートストラップ電源、高耐圧ＩＣ、その他各種電源の組み合わせなど、任意のゲートドライブ電源を選択し得る。
これらの構成は、モータ制御装置Ｃｏｎｔ１とモータ制御装置Ｃｏｎｔ２とで同じでなくてはならないというものはなく、異なるものを組み合わせるなど、本発明の目的を実現できるものであれば、任意の態様が採用可能である。
次に、図２における、絶縁抵抗検出回路を構成する接地用スイッチの短絡故障による漏電を防止しするための漏洩電流保護部５について説明する。
図１に示したようなモータ制御装置において、負側母線ＭＬ－と直流電源Ｓ２との間に漏洩電流保護部５を配置していたが、図２に示したようなモータ制御装置においては、負側母線ＭＬ－と第３スイッチＳＷ２との間にも、もう一つの漏洩電流保護部５を配置している。漏洩電流保護部５の構成や作用について説明すると、電源オン検出部が三相交流電源Ｓ１の電圧が印加されているオン状態を出力し、かつＳＷ１側とＳＷ２側のどちらかの漏洩電流検出部５の出力が、所定値以上の漏洩電流が流れている状態を出力した場合には
、電磁接触器制御部は、第２スイッチＳＷ１もしくは第３スイッチＳＷ２のいずれかの短絡故障による漏洩電流が生じていると判別し、電磁接触器ＭＳを速やかにオフにする。
、電磁接触器制御部は、第２スイッチＳＷ１もしくは第３スイッチＳＷ２のいずれかの短絡故障による漏洩電流が生じていると判別し、電磁接触器ＭＳを速やかにオフにする。
図２に示したようなモータ制御装置においては、接地コンデンサＣ３、Ｃ４に蓄積した電荷を放電させるための第３スイッチＳＷ２についても、漏洩電流の保護を行うことができる。
図３には、本発明が適用されるモータ制御装置のさらに別の態様を示す。
図３に示すモータ制御装置Ｃｏｎｔ１とモータ制御装置Ｃｏｎｔ２との構成は、図２に示した態様と基本的構成は同じであるが、第２スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ２との複合（連携）スイッチを採用している点で相違している。ここでは、第３スイッチＳＷ２は、開閉スイッチではなく、少なくとも直流母線ＭＬ－に通じる接点ａに接続する状態と第２電源Ｓ２に通じる接点ｂに接続する状態とのいずれか一方にのみ接触することが可能な選択スイッチとして構成されている。
この場合のモータ制御装置Ｃｏｎｔ１、Ｃｏｎｔ２の作動について以下説明をする。
通常のモータ制御時は、第３スイッチＳＷ２は接点ａと接続された状態で、第２スイッチＳＷ１はオフのまま、電磁接触器ＭＳをオンとし、インバータにより各軸のモータ制御が行われる。その際、第３スイッチＳＷ２接点ａと接続された状態のままである。
絶縁抵抗検出時は、モータ制御装置Ｃｏｎｔ１、Ｃｏｎｔ２を以下のとおり作動させる。
全軸のモータ制御動作を停止させ、半導体スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ１２をオフにし、電磁接触器ＭＳを遮断する。そして、第３スイッチＳＷ２が負側母線ＭＬ－に通じる接点ａを選択している状態として、第２スイッチＳＷ１をオフからオンに切り替えて接地回路を構成する。次いで、所定時間後に、第２スイッチＳＷ１をオンからオフに切り替えて接地回路を遮断して、インバータの直流電圧ＶＰＮと電流検出抵抗Ｒ１の電圧ＶＲ１Ａ、電流検出抵抗Ｒ２の電圧ＶＲ２Ａを計測する。
次に第３スイッチＳＷ２を第２電源部Ｓ２に通じる接点ｂを選択している状態とし、第２スイッチＳＷ１をオフからオンに切り替えて接地回路を構成する。次いで、負側母線ＭＬ－に対してアースＥに直流電源Ｓ２の電圧ＶＤＣを印加し、電流検出抵抗Ｒ１の電圧ＶＲ１Ｂおよび電流検出抵抗Ｒ２の電圧ＶＲ２Ｂを計測する。これらの電流検出抵抗Ｒ１、Ｒ２と電圧ＶＲ１Ｂ、ＶＲ２Ｂからそこを流れる電流（第２の電流(値)）を取得できる。
その余の動作やモータ１、２の絶縁抵抗Ｒｍ１、Ｒｍ２の測定・算出方法は、前記した本発明が適用されるモータ制御装置の１態様と同じである。
前記した本発明が適用されるモータ制御装置の各態様は、第２スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ２の構成が異なっているが、要は、モータ１、２の絶縁抵抗Ｒｍ１、Ｒｍ２を測定する際に、接地コンデンサＣ３、Ｃ４に蓄積した電荷を放電させてから、直流電圧Ｓ２の印加による電流検出を行えるようにするため、第２スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ２と同じ機能を有するスイッチである限り、どのような構成のスイッチであっても差し支えない。
次に、図３における、絶縁抵抗検出回路を構成する接地用スイッチの短絡故障による漏電を防止しするための漏洩電流保護部５について説明する。
漏洩電流検出部５は、第２スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ２とが複合（連携）スイッチとされており、第２スイッチＳＷ１のスイッチの短絡故障を検出するために、第３スイッチＳＷ２と第２スイッチＳＷ１との間に一つ設けられている。
漏洩電流保護部５の構成や作用について説明すると、電源オン検出部が三相交流電源Ｓ１の電圧が印加されているオン状態を出力し、かつ漏洩電流検出部５の出力が、所定値以上の漏洩電流が流れている状態を出力した場合には、電磁接触器制御部は、第２スイッチＳＷ１の短絡故障による漏洩電流が生じていると判別し、電磁接触器ＭＳを速やかにオフにする。
なお、漏洩電流検出部５は、前記図１、２のような位置に設けても良く、また、第２スイッチＳＷ１と接地点Ｅとの間に設けてもよい。
なお、漏洩電流検出部５は、前記図１、２のような位置に設けても良く、また、第２スイッチＳＷ１と接地点Ｅとの間に設けてもよい。
以上、本発明の態様について縷々説明したが、本発明の技術的範囲は、これまでの説明において具体的に明示したものに限られるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項によって包含される態様はすべて含まれるものである。また、個々の用語や説明は、その技術的範囲を限定するものとして解釈されるものではない。
モータ １、２
アース Ｅ
絶縁抵抗 Ｒｍ１、Ｒｍ２
モータ制御装置１ Ｃｏｎｔ１
モータ制御装置２ Ｃｏｎｔ２
三相交流電源（第１電源部） Ｓ１
電磁接触器（第１スイッチ） ＭＳ
整流回路（直流供給部） ＳＤＣ
母線 ＭＬ
正側母線 ＭＬ＋
負側母線 ＭＬ－
平滑コンデンサ（コンデンサ） Ｃ（Ｃ１、Ｃ２）
接地コンデンサ Ｃ３、Ｃ４
インバータの直流電圧 ＶＰＮ
半導体スイッチング素子 ＴＲ１～ＴＲ１２
半導体スイッチング素子の等価漏れ抵抗 Ｒｔｒ１、Ｒｔｒ２
フリーホイールダイオード Ｄｆ
絶縁抵抗算出部 ３（３１、３２）
直流電源（第２電源部） Ｓ２
直流電源の電圧 ＶＤＣ
第２スイッチ ＳＷ１
検出制御部（電流検出部） ４（４１、４２）
電流検出抵抗 Ｒ１、Ｒ２
電流検出抵抗Ｒ１の電圧 ＶＲ１Ａ
電流検出抵抗Ｒ２の電圧 ＶＲ２Ａ
第３スイッチ ＳＷ２
漏洩電流検出抵抗 Ｒ３
漏洩電流保護部 ５
漏洩電流検出部 ６
電源オン検出部 ７
電磁接触器制御部 ８
アース Ｅ
絶縁抵抗 Ｒｍ１、Ｒｍ２
モータ制御装置１ Ｃｏｎｔ１
モータ制御装置２ Ｃｏｎｔ２
三相交流電源（第１電源部） Ｓ１
電磁接触器（第１スイッチ） ＭＳ
整流回路（直流供給部） ＳＤＣ
母線 ＭＬ
正側母線 ＭＬ＋
負側母線 ＭＬ－
平滑コンデンサ（コンデンサ） Ｃ（Ｃ１、Ｃ２）
接地コンデンサ Ｃ３、Ｃ４
インバータの直流電圧 ＶＰＮ
半導体スイッチング素子 ＴＲ１～ＴＲ１２
半導体スイッチング素子の等価漏れ抵抗 Ｒｔｒ１、Ｒｔｒ２
フリーホイールダイオード Ｄｆ
絶縁抵抗算出部 ３（３１、３２）
直流電源（第２電源部） Ｓ２
直流電源の電圧 ＶＤＣ
第２スイッチ ＳＷ１
検出制御部（電流検出部） ４（４１、４２）
電流検出抵抗 Ｒ１、Ｒ２
電流検出抵抗Ｒ１の電圧 ＶＲ１Ａ
電流検出抵抗Ｒ２の電圧 ＶＲ２Ａ
第３スイッチ ＳＷ２
漏洩電流検出抵抗 Ｒ３
漏洩電流保護部 ５
漏洩電流検出部 ６
電源オン検出部 ７
電磁接触器制御部 ８
Claims (16)
- 第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、を備えたモータ制御装置であって、
前記母線に接続された第２電源部に一端が接続され、他端が接地可能な第２スイッチと、
前記モータの巻線と負側母線との間の電流値を検出する電流検出部と、
前記第１スイッチにより電力供給がオフにされ、前記第２スイッチの開時及び閉時における前記電流検出部によってそれぞれ検出された電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値が算出される絶縁抵抗算出部と、
前記第１スイッチにより電力供給をオンとされ、かつ前記第２スイッチが短絡状態にあることを検出して前記第１スイッチをオフにする漏洩電流保護部と、
を備えたモータ制御装置。 - 第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、一端が負側母線に接続され、他端が接地された接地コンデンサと、を備えたモータ制御装置であって、
前記母線に接続された第２電源部に一端が接続され、他端が接地可能な第２スイッチと、
所定時間オンにすることにより前記負側母線を接地可能であり、前記母線に接続された前記接地コンデンサの電荷を放電する第３スイッチと、
前記第１スイッチにより電力供給がオフにされ、所定時間前記第３スイッチをオンとした後に、前記第２スイッチの開時及び閉時における前記電流検出部によってそれぞれ検出された電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値が算出される絶縁抵抗算出部と、
前記第１スイッチにより電力供給をオンとされ、かつ前記第２スイッチ又は前記第３スイッチのうち少なくともいずれか一方が短絡状態にあることを検出して前記第１スイッチをオフにする漏洩電流保護部と、
を備えたモータ制御装置。 - 第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換して前記モータを駆動制御するスイッチング素子と、一端が負側母線に接続され、他端が接地された接地コンデンサと、を備えたモータ制御装置であって、
一端が接地可能であり、他端が第３スイッチに接続可能な第２スイッチと、
少なくとも前記母線に一端が接続された第２電源部の他端を接続する第１接点に接続する状態と前記母線に接続する第２接点に接続する状態とのいずれか一方を選択して、前記第２スイッチの前記他端に接続可能である前記第３スイッチと、
前記第１スイッチにより電力供給がオフにされ、所定時間前記第３スイッチの前記第２接点を選択した状態としかつ前記第２スイッチをオンにすることにより前記負側母線を前記接地点に接続して前記母線に接続された前記接地コンデンサの電荷を放電した後に、前記第３スイッチの前記第１接点を選択した状態で前記第２スイッチの開時及び閉時における前記電流検出部によってそれぞれ検出された電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値が算出される絶縁抵抗算出部
と、
前記第１スイッチにより電力供給をオンとされ、かつ前記第２スイッチが短絡状態にあることを検出して前記第１スイッチをオフにする漏洩電流保護部と、
を備えたモータ制御装置。 - 前記漏洩電流保護部は、前記負側母線と前記第２電源部との間、前記負側母線と前記第２スイッチとの間、前記第３スイッチと前記第２スイッチとの間又は前記第２スイッチとそれが設置される部分との間の少なくともいずれかの１つの間に設けられる、請求項１～３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
- 前記漏洩電流保護部は、
前記第１スイッチのオン状態を検出する電源オン検出部と、
前記第２スイッチ又は前記３スイッチの少なくともいずれか一方の短絡状態を検出する漏洩電流検出部と、
前記電源オン検出部及び前記漏洩電流検出部の出力に基づいて前記第１スイッチをオフにする電磁接触器制御部と、
を備える、請求項１～４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。 - 前記漏洩電流検出部は、漏洩電流の流れる経路の電流値のうち、少なくとも１つの前記電流値が零でない場合又は所定値より大きい場合に、漏洩電流が生じていることを示す信号を前記電磁接触制御部に出力する、請求項５に記載のモータ制御装置。
- 前記漏洩電流検出部は、漏洩電流の流れる経路に設けられた降下電圧を発生する抵抗の降下電圧と所定の基準電圧との比較に基づいて前記漏洩電流が生じていると判別する、請求項５または６に記載のモータ制御装置。
- 前記抵抗は、前記負側母線と第２電源部との間、前記負側母線と前記第２スイッチとの間、前記第３スイッチと前記第２スイッチとの間又は前記第２スイッチと前記接地点との間の少なくともいずれか１つに設けられる、請求項７に記載のモータ制御装置。
- 前記漏洩電流の電流値は、トランスデユーサを介して前記漏洩電流検出部に伝達される、請求項５～８のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
- 第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換してモータを駆動制御するスイッチング素子と、を備えたモータ制御装置であって、
前記第１スイッチにより電力供給をオフにし、
前記母線に一端を接続し、他端を第２スイッチを介して接地した第２電源部において、前記第２スイッチを開とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第１の電流値を電流検出部により検出し、
前記第２スイッチを閉とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第２の電流値を前記電流検出部により検出し、
検出された前記第１の電流値及び前記第２の電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値を算出し、
前記モータの絶縁抵抗値を算出した後に前記第１スイッチをオンにして電力を供給した場合に、前記第２スイッチが短絡していることを検出したときは、前記第１スイッチをオフにする
モータ制御装置の絶縁抵抗検出方法。 - 第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換してモータを駆動制御するスイッチング素子と、負側母線に接続された接地コンデンサと、を備えたモータ制御装置であって、
前記第１スイッチにより電力供給をオフにし、
前記母線に一端を接続し、他端を接地した第３スイッチを、所定時間オンとして前記母線に接続された前記接地コンデンサの電荷を放電し、
前記母線に一端を接続し、他端を第２スイッチを介して接地可能した第２電源部において、前記第２スイッチを開とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第１の電流値を電流検出部により検出し、
前記第２スイッチを閉とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第２の電流値を前記電流検出部により検出し、
検出された前記第１の電流値及び前記第２の電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値を算出し、
前記モータの絶縁抵抗値を算出した後に前記第１スイッチをオンにして電力を供給した場合に、前記第２スイッチ又は前記第３スイッチが短絡していることを検出したときは、前記第１スイッチをオフにする、
モータ制御装置の絶縁抵抗検出方法。 - 第１電源部と、前記第１電源部からの電力供給をオフすることができる第１スイッチと、前記第１電源部からの電力を母線に出力する直流供給部と、前記母線に接続されたコンデンサと、前記母線に供給された直流を交流に変換してモータを駆動制御するスイッチング素子と、負側母線に接続された接地コンデンサと、を備えたモータ制御装置であって、
前記第１スイッチにより電力供給をオフにし、
一端が接地可能であり、他端が第３スイッチに接続可能な第２スイッチと、少なくとも前記母線に一端が接続された第２電源部の他端を接続する第１接点に接続する状態と前記母線に接続する第２接点に接続する状態とのいずれか一方を選択可能に前記第２スイッチの前記他端に接続可能である前記第３スイッチとを、所定時間前記母線が接地されるように前記第２スイッチをオンとしかつ前記第３スイッチを前記第２接点に接続した状態として前記母線に接続された前記接地コンデンサの電荷を放電した後に、前記第３スイッチの前記第１接点を選択した状態で他端を前記第２スイッチを介して接地可能とした第２電源部において、前記第２スイッチを開とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第１の電流値を電流検出部により検出し、
前記第２スイッチを閉とし、前記モータの巻線と前記第２電源部が接続された前記母線との間の第２の電流値を前記電流検出部により検出し、
検出された前記第１の電流値及び前記第２の電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記第２電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値を算出し、
前記モータの絶縁抵抗値を算出した後に前記第１スイッチをオンにして電力を供給した場合に、前記第２スイッチ又は前記第３スイッチが短絡していることを検出したときは、前記第１スイッチをオフにする、
モータ制御装置の絶縁抵抗検出方法。 - 前記第２電源部は、前記母線に接続されて蓄電された前記コンデンサであり、前記第２電源部の電圧値は前記コンデンサの電圧値である、請求項１０～１２のいずれか１項に記載のモータ制御装置の絶縁抵抗検出方法。
- 前記第２電源部は、前記母線に一端が接続された直流電源部であり、前記第２電源部の電圧値は前記第２電源部の出力する電圧値である、請求項１０～１２のいずれか１項に記載のモータ制御装置の絶縁抵抗検出方法。
- 前記絶縁抵抗値の算出は、前記第２スイッチの開時及び閉時における前記電流検出部によってそれぞれ検出された電流値と前記コンデンサの電圧値及び前記直流電源部の電圧値とに基づいて、前記モータの絶縁抵抗値を算出する、請求項１４に記載のモータ制御装置の絶縁抵抗検出方法。
- 前記直流電源部は、その負側の一端が前記負側母線に接続され、
前記直流電源部の出力する電圧は、前記コンデンサの電圧より低く設定される、請求項１４または１５に記載のモータ制御装置の絶縁抵抗検出方法。
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|---|---|---|---|
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