电动机控制装置及电动机的绝缘劣化检测方法
【专利摘要】电动机控制装置及电动机的绝缘劣化检测方法。检测动作控制部在收到电动机(M1)的绝缘电阻的检测指示时，将断路器(130)断开，将逆变电路(140－1)的分离开关(148－1)闭合，将逆变电路(140－2)的分离开关(148－2)断开，将检测开关(155)闭合以形成绝缘电阻检测用电流路径，然后重复开关动作：向第一驱动电路(145)输出A%占空比的PWM信号、向第二驱动电路(147)输出在同一时间标记使所述PWM信号的高电平、低电平翻转而成的100－A%占空比的PWM信号，以将桥臂电路(150A－150C)的一方晶体管(TR1－TR3)接通并将另一方晶体管(TR4－TR6)断开，其后，将一方晶体管(TR1－TR3)断开并将另一方晶体管(TR4－TR6)接通。绝缘电阻检测部利用电阻器(160)的端子间电压检测电动机(M1)的绝缘电阻(R1i)。
【专利说明】电动机控制装置及电动机的绝缘劣化检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具备电动机的绝缘劣化检测功能的电动机控制装置及电动机的绝缘劣化检测方法。
【背景技术】
[0002]通常，伺服电动机与电动机控制装置连接，由设置于电动机控制装置内的PWM逆变器进行驱动。伺服电动机大多由以机床为首的生产设备来使用。在机床中具有边供给切削液边加工工件的机械。在使用切削液的机械中，切削液会附着于伺服电动机，附着的切削液渗入伺服电动机的内部，使伺服电动机的绝缘逐渐劣化。
[0003]当伺服电动机的绝缘劣化时，伺服电动机内的绕组和大地之间的绝缘电阻就减小，最终导致绕组和大地电连接，直至接地。当产生接地时，就会使漏电断路器跳闸，或使电动机控制装置损坏，从而发生系统故障。系统故障的发生会使工厂的生产线强制停止，所以会给工厂的生产带来很大的损害。
[0004]目前，从预防性维护保养的观点出发，具有如下的呼声，S卩，在直到接地之前，期望具有能够容易检测伺服电动机的绝缘劣化的装置。特别是，在使用许多伺服电动机的多轴机床的工厂中，迫切期望具有能够分别检测伺服电动机的绝缘劣化的装置。
[0005]作为检测伺服电动机的绝缘劣化的现有方法，代表性地具有下述三种方法:
[0006]( I)利用绝缘电阻计的方法
[0007]该方法是由绝缘电阻计直接读取伺服电动机的绕组和大地之间的绝缘电阻的方法。
[0008](2)利用PWM逆变器的电路和大地之间的电压的方法
[0009]该方法是利用下述专利文献I记载的发明的方法。简明扼要地说就是如下的方法，即，在PWM逆变器的正极及负极双方或任一极和大地之间，连接有将电容器和电阻器串联连接而成的电路，通过检测电阻器两端的电压，来运算绝缘电阻。
[0010](3)利用非供电状态的PWM逆变器的电路和大地之间的电压的方法
[0011]该方法是利用下述专利文献2记载的发明的方法。简明扼要地说就是如下的方法，即，在经由断路器而与电源连接的PWM逆变器的负极和大地之间连接有电阻器和开关，将断路器变成断开状态，将开关闭合，将PWM逆变器的正极的半导体开关变成导通状态，通过检测电阻器两端的电压，来运算绝缘电阻。该方法不同之处在于是在PWM逆变器上未连接有电源的状态下运算绝缘电阻的。
[0012]专利文献1:日本特开2005 - 201669号公报
[0013]专利文献2:日本特开2009 - 204600号公报
[0014]但是，在检测伺服电动机的绝缘劣化的现有方法中，存在如下问题。
[0015]在采用(I)方法的情况下，为了检测绝缘电阻，需要将连接伺服电动机和电动机控制装置的配线卸下来，然后在伺服电动机的绕组和大地之间连接绝缘电阻计的作业。为了检测绝缘电阻，作业工时数过多，作为预防性维护保养，是不现实的。[0016]在采用(2)方法的情况下，虽然不像(I)方法那样需要机床的分解，但会导致穿过PWM逆变器的电源而在将电容器和电阻器串联连接而成的电路中流动漏电流，所以不能运算出正确的绝缘电阻。
[0017]在采用(3)方法的情况下，因为由断路器将电源和PWM逆变器切断，所以不存在
(2)方法那样的问题。但是，在PWM逆变器采用自举电路的情况下，从如下所述的理由出发，不能应用该方法。
[0018]如图6的逆变电路所示，自举电路是利用电容器15作为正极16侧的晶体管17的电源的电路。自举电路通过在PWM逆变器10的设置于负极11侧的电源12上连接有二极管13、电阻器14、电容器15而构成。通过负极11侧的晶体管18的通、断，从负极11侧的电源12经由电阻器14、二极管13，对电容器15进行充电。因此，电容器15成为正极16侧的晶体管17的电源。因此，不能将正极16侧的晶体管17变成常时接通，在PWM逆变器10采用自举电路的情况下，不能进行绝缘电阻的检测。
[0019]特别是，在使用许多伺服电动机的多轴机床中，如图6那样的逆变电路分别对于各伺服电动机进行设置，全部逆变电路并联连接。在这种情况下，希望能够检测各自的伺服电动机的绝缘电阻，但从上述的理由出发，不能检测各自的伺服电动机的绝缘电阻。
【发明内容】
[0020]本发明是为解决如上所述的检测绝缘劣化的现有方法的问题点而创建的，其目的在于，提供一种电动机控制装置及电动机的绝缘劣化检测方法，其即使具有自举电路，也能够容易地检测绝缘电阻，能够分别正确掌握多个电动机的绝缘劣化的状态。
[0021]用于实现上述目的的本发明的电动机控制装置具有断路器、多个逆变电路、检测开关、电阻器、检测动作控制部、绝缘电阻检测部。各逆变电路具有开关部、第一驱动电路、第二驱动电路、分离开关。
[0022]断路器将具备平滑电容器的整流电路和交流电源的连接断开。多个逆变电路与平滑电容器并联连接，且分别驱动多个电动机中的一个。
[0023]各逆变电路具有的开关部将多个桥臂电路(H回路)并联连接，且将该多个桥臂电路与平滑电容器并联连接，所述桥臂电路将一对半导体开关串联连接，且将一对半导体开关彼此的连接线与电动机的绕组连接。
[0024]各逆变电路具有的第一驱动电路对桥臂电路的一对半导体开关中的具有自举电路的一方半导体开关进行驱动。各逆变电路具有的第二驱动电路对桥臂电路的一对半导体开关中的另一方半导体开关进行驱动。
[0025]各逆变电路具有的分离开关将向自举电路的通电断开，以将第一驱动电路和第二驱动电路分离。
[0026]检测开关形成从平滑电容器经由成为检测对象的电动机所连接的逆变电路的桥臂电路的半导体开关、电动机的绕组、大地到平滑电容器的绝缘电阻检测用电流路径。电阻器在平滑电容器和大地之间设置于绝缘电阻检测用电流路径内，且与检测开关串联连接。
[0027]检测动作控制部在接收到对电动机的绝缘电阻的检测指示时，将断路器断开，且将成为检测对象的电动机所连接的逆变电路的分离开关变成闭合，另一方面，将在成为检测对象的电动机所连接的逆变电路以外的全部逆变电路的分离开关变成断开，且将检测开关变成闭合，从而形成绝缘电阻检测用电流路径，然后重复进行如下的开关动作:向成为检测对象的电动机所连接的逆变电路的第一驱动电路输出A%的占空比的PWM信号、向逆变电路的第二驱动电路输出在同一时间标记(同一夕^ ^ >々'')将该PWM信号的高电平、低电平翻转而成的100 - A%的占空比的PWM信号，以将该逆变电路的开关部的至少一个桥臂电路的一对半导体开关中的一方变成接通状态，且将另一方变成断开状态，其后，将所述桥臂电路的一对半导体开关中的一方变成断开状态，且将另一方变成接通状态。绝缘电阻检测部利用电阻器的端子间电压，检测成为检测对象的电动机的绝缘电阻。
[0028]用于实现上述目的的本发明的电动机的绝缘劣化检测方法利用电动机控制装置，所述电动机控制装置具有断路器、多个逆变电路、检测开关、电阻器、检测动作控制部、绝缘电阻检测部，各逆变电路具有开关部、第一驱动电路、第二驱动电路、分离开关。
[0029]电动机的绝缘劣化检测方法包含如下阶段:接收对电动机的绝缘电阻的检测指示；由断路器将整流电路和交流电源的连接断开，将成为检测对象的电动机连接的逆变电路的分离开关变成闭合，从而将第一驱动电路和第二驱动电路连接，另一方面，将在成为检测对象的电动机连接的逆变电路以外的全部逆变电路的分离开关变成断开，从而将向自举电路的通电断开，并且将第一驱动电路和第二驱动电路分离，通过检测开关，形成绝缘电阻检测用电流路径；重复进行如下的开关动作，并且在绝缘电阻检测用电流路径内通以检测电流，所述开关动作为:向成为检测对象的电动机所连接的逆变电路的第一驱动电路输出A%的占空比的PWM信号、向所述逆变电路的第二驱动电路输出在同一时间标记使所述PWM信号的高电平、低电平翻转而成的100 - A%的占空比的PWM信号，以将该逆变电路的开关部的至少一个桥臂电路的一对半导体开关中的一方变成接通状态，并将另一方变成断开状态，其后，将所述桥臂电路的一对半导体开关中的一方变成断开状态，并将另一方变成接通状态；对通过检测电流流到电阻器而生成的电阻器的电压进行检测；以及根据检测到的电压的大小，来检测成为检测对象的电动机的绝缘电阻。
[0030]发明效果
[0031]根据本发明，即使是具有自举电路的电动机控制装置，也能够容易检测绝缘电阻，并且能够分别正确地掌握多个电 动机的绝缘劣化的状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本实施方式的电动机控制装置的构成图；
[0033]图2是供图1所示的桥臂电路的动作说明的图；
[0034]图3是图1所示的电动机控制装置的绝缘电阻检测时的动作流程图；
[0035]图4是供图3的动作流程图的动作说明的图；
[0036]图5是供图3的动作流程图的动作说明的图；
[0037]图6是表示设置于逆变电路的自举电路的具体电路构成的图；
[0038]符号说明
[0039]100电动机控制装置
[0040]110整流电路
[0041]120交流电源(三相)
[0042]130断路器[0043]140 - 1,140 - 2 逆变电路
[0044]145第一驱动电路
[0045]147第二驱动电路
[0046]148 — 1、148 — 2 分尚开关
[0047]150AU50BU50C桥臂电路(开关部)
[0048]152A、152B、152C 连接线
[0049]155检测开关
[0050]160 电阻器
[0051]165保护电阻器
[0052]170检测动作指示部
[0053]175 PWM控制电路
[0054]180 A / D 转换器
[0055]185绝缘劣化判定计算机
[0056]C平滑电容器
[0057]TRl — TR6 晶体管
[0058]DPS直流电源
[0059]RO 电阻
[0060]DO 二极管
[0061]CO 电容器
【具体实施方式】
[0062]下面，对本发明的电动机控制装置及电动机的绝缘劣化检测方法的一个实施方式进行说明。
[0063]〔电动机控制装置的构成〕
[0064]图1是本实施方式的电动机控制装置的构成图。如图所示，本实施方式的电动机控制装置100能够驱动两台电动机M1、M2，且能够分别检测两台电动机M1、M2的绝缘电阻。在利用本实施方式的电动机控制装置检测电动机Ml、M2的绝缘电阻的情况下，不需要卸下成为检测对象的电动机的配线，且不会受到来自电源的漏电流的影响。另外，如下所述，即使由两个轴构成的电动机控制装置具备自举电路，也能够分别正确地检测两个电动机的绝缘电阻。
[0065]本实施方式例示的电动机是三相交流电动机，电动机Ml具有星形连接在一起的R相的绕组Wlr、S相的绕组Wls、T相的绕组Wit。在驱动电动机Ml时，例如，对绕组Wlr、Wls、Wlt通以以电角度错开120°相位的电流。另外，电动机Ml的绝缘电阻Rli记载为作为等效电路而表示绕组Wlr、Wls、Wlt的中性点和地之间的绝缘的电阻。当绝缘电阻Rli的电阻值达到预定的一定的值以下时，就可判断为电动机Ml的绝缘正在劣化。
[0066]同样，电动机M2具有星形连接在一起的R相的绕组W2r、S相的绕组W2s、T相的绕组W2t。在驱动电动机M2时，与电动机Ml同样，例如，对绕组W2r、W2s、W2t通以以电角度错开120°相位的电流。另外，当电动机M2的绝缘电阻R2i的电阻值达到预定的一定的值以下时，就可判断为电动机M2的绝缘正在劣化。[0067]电动机控制装置100具有将具备平滑电容器C的整流电路110和交流电源(三相)120的连接断开的断路器130。
[0068]如图所示，整流电路110具有桥接在一起的六个二极管Dl — D6，六个二极管Dl —D6对从交流电源120流来的交流电流进行全波整流。由六个二极管Dl - D6进行了全波整流的直流电流通过平滑电容器C而平滑化，并且降低全波整流后的直流电流的脉动。
[0069]在检测电动机Ml或M2的绝缘电阻时，断路器130的接点被分离，将整流电路110和交流电源120的连接断开。
[0070]在整流电路110上并联地连接有两个逆变电路140 -1和140 — 2。逆变电路140 一 I和140 — 2与平滑电容器C并联连接，分别驱动电动机M1、M2。逆变电路140 — I和140 - 2的构成相同，因此作为代表对逆变器140 -1的构成进行说明。
[0071]逆变器140 -1具有构成开关部的三个桥臂电路150A、150B、150C。
[0072]桥臂电路150A将一对晶体管(半导体开关)TR1和TR4串联连接，在一对晶体管TRl和TR4彼此的连接线152A上连接有电动机Ml的绕组Wlr。桥臂电路150B将一对晶体管TR2和TR5串联连接，在一对晶体管TR2和TR5彼此的连接线152B上连接有电动机Ml的绕组Wit。桥臂电路150C将一对晶体管TR3和TR6串联连接，在一对晶体管TR3和TR6彼此的连接线152C上连接有电动机Ml的绕组Wls。
[0073]三个桥臂电路150A、150B、150C (开关部)与整流电路110的平滑电容器C并联连接。在形成开关部的六个晶体管TR1、TR4、TR2、TR5、TR3、TR6的集电极一发射极间，反连接
有二极管D。
[0074]在形成各桥臂电路150A、150B、150C的一对晶体管TRl、TR4或TR2、TR5或TR3、TR6中，分别在一方晶体管TR1、TR2、TR3上连接有由电阻RO、电容器CO、二极管DO及直流电源DPS构成的自举电路。
[0075]分别在具有自举电路的一方晶体管TR1、TR2、TR3上连接有驱动晶体管TR1、TR2、TR3的第一驱动电路145。
[0076]在形成各桥臂电路150A、150B、150C的一对晶体管TR1、TR4或TR2、TR5或TR3、TR6中，分别在另一方的晶体管TR4、TR5、TR6上连接有驱动晶体管TR4、TR5、TR6的第二驱动电路147。
[0077]第一驱动电路145分别对于晶体管TR1、TR2、TR3中的每个进行设置。另外，第二驱动电路147分别对于晶体管TR4、TR5、TR6中的每个进行设置。
[0078]对驱动晶体管TR1、TR2、TR3的第一驱动电路145进行驱动的自举电路和驱动晶体管TR4、TR5、TR6的第二驱动电路147通过分离开关148 — I来连接。当分离开关148 — I变成断开时，驱动第一驱动电路145的自举电路和第二驱动电路147就分离。S卩，当分离开关148 — I变成断开时，向自举电路的通电就断开。反之，当分离开关148 -1变成闭合时，驱动第一驱动电路145的自举电路和第二驱动电路147就连接，能够实现向自举电路的通电。因此，电容器CO被充电，第一驱动电路145通过电容器CO的电压，来驱动晶体管TR1、TR2、TR3。
[0079]另外，在本实施方式中，将分离开关148 -1设置在电阻RO和直流电源DPS之间，通过将分离开关148 -1设为断开，来由一个分离开关148 -1将全部的第一驱动电路145和全部的第二驱动电路147集中分离，但分离开关148也可以设置在各自的电阻RO和电容器CO之间。
[0080]在检测开关155的一个端子上连接有电阻器160，所述电阻器160的一个端子与将平滑电容器C的一端和晶体管TR4、TR5、TR6的发射极连接的线连接。另外，在检测开关155的另一端子上连接有保护电阻器165的一端，所述保护电阻器165在电动机Ml或M2处于接地状态时，防止过电流流动。保护电阻器165的另一端与地连接。
[0081]在检测电动机Ml或M2的绝缘电阻时，当将检测开关155闭合时，就形成下述中的任一种绝缘电阻检测用电流路径。
[0082]S卩，在检测电动机Ml的绝缘电阻时，在逆变电路140 -1中，形成如下的绝缘电阻检测用电流路径，即，从平滑电容器C，经由桥臂电路150A的晶体管TR1、TR4、电动机Ml的绕组Wlr、桥臂电路150B的晶体管TR2、TR5、电动机Ml的绕组Wlt及桥臂电路150C的晶体管TR3、TR6、电动机Ml的绕组Wls这三个绕组，通过绝缘电阻Rl1、地，从保护电阻器165、检测开关155、电阻器160到平滑电容器C。
[0083]另外，绝缘电阻检测用电流路径也可以是不会如上所述地经由三个绕组而是各经由一个绕组的下述中的任一种路径。
[0084]即，也可以是如下的绝缘电阻检测用电流路径，即，从平滑电容器C，通过桥臂电路150A的晶体管TR1、TR4、电动机Ml的绕组Wlr、绝缘电阻Rl1、地，再从保护电阻器165、检测开关155、电阻器160到平滑电容器C。或者也可以是如下的绝缘电阻检测用电流路径，即，从平滑电容器C，通过桥臂电路150B的晶体管TR2、TR5、电动机Ml的绕组Wit、绝缘电阻Rl1、地，再从保护电阻器165、检测开关155、电阻器160到平滑电容器C。或者也可以是如下的绝缘电阻检测用电流路径，即，从平滑电容器C，通过桥臂电路150C的晶体管TR3、TR6、电动机Ml的绕组Wls、绝缘电阻Rl1、地，再从保护电阻器165、检测开关155、电阻器160到平滑电容器C。另外，也可以通过任意两个桥臂电路(例如，桥臂电路150A和150C)，来形成绝缘电阻检测用电流路径。
[0085]另外，在检测电动机M2的绝缘电阻时，在逆变电路140 — 2侦彳，与上述同样，以任一种路径形成绝缘电阻检测用电流路径。
[0086]断路器130、分离开关148 — 1、148 — 2、检测开关155由检测动作指示部170来驱动。
[0087]检测动作控制部170在接收到电动机Ml或M2的绝缘电阻的检测指示时,识别其检测指示是对哪个电动机的检测指示。如果绝缘电阻的检测指示是针对电动机Ml的检测指示，则如图4所示，将断路器130变成断开，将分离开关148 -1变成闭合，将分离开关148 一 2变成断开，同时将检测开关155变成闭合，从而在逆变电路140 — I侧，形成上述的绝缘电阻检测用电流路径。
[0088]另一方面，如果绝缘电阻的检测指示是针对电动机M2的检测指示，则将断路器130变成断开，将分离开关148 — I变成断开，将分离开关148 — 2变成闭合，同时将检测开关155变成闭合，从而在逆变电路140 - 2侧，形成上述的绝缘电阻检测用电流路径。
[0089]分离开关148 — I和148 — 2不会同时成为闭合，而是通过绝缘电阻的检测指示是针对电动机Ml的还是针对电动机M2的检测指示择一地开闭。因此，在逆变电路140 —I侧形成绝缘电阻检测用电流路径时，能够不会受到逆变电路140 - 2侧的影响，而测定电动机Ml的绝缘电阻Rli。另外，在逆变电路140 - 2侧形成绝缘电阻检测用电流路径时，能够不会受到逆变电路140 -1侧的影响，而测定电动机M2的绝缘电阻R2i。
[0090]PWM控制电路175接受来自检测动作控制部170的指示，向第一驱动电路145输出A%的占空比的PWM信号，向第二驱动电路147输出在同一时间标记使PWM信号的高电平、低电平翻转而成的100 - A%的占空比的PWM信号。
[0091]由此，重复进行如下的开关动作，即，将开关部的至少一个桥臂电路(例如，如果是三个，则为桥臂电路150A - 150C)的一对晶体管中的TR1、TR2、TR3变成接通状态，并将晶体管TR4、TR5、TR6变成断开状态，其后，将晶体管TR1、TR2、TR3变成断开状态，并将晶体管TR4、TR5、TR6变成接通状态。另外，重复进行如下的开关动作，即，将开关部的至少一个桥臂电路(例如，如果是一个，则为桥臂电路150A)的一对晶体管中的TRl变成接通状态，并将晶体管TR4变成断开状态，其后，将晶体管TRl变成断开状态，并将晶体管TR4变成接通状态。
[0092]PWM控制电路175能够以使脉冲的相位一致的方式将上述占空比的PWM信号同步地输出到桥臂电路150A - 150C的第一驱动电路145和第二驱动电路147，并检测电动机Ml或M2的绕组的绝缘电阻。
[0093]另外，PWM控制电路175能够将上述占空比的PWM信号输出到桥臂电路150A的第一驱动电路145和第二驱动电路147，并检测电动机Ml或M2的绕组Wlr或绕组W2r的绝缘电阻。或者，能够将上述占空比的PWM信号输出到桥臂电路150B的第一驱动电路145和第二驱动电路147，并检测电动机Ml或M2的绕组Wlt或绕组W2t的绝缘电阻。或者，能够将上述占空比的PWM信号输出到桥臂电路150C的第一驱动电路145和第二驱动电路147，并检测电动机Ml或M2的绕组Wls或绕组W2s的绝缘电阻。
[0094]另外，PWM控制电路175也可以对任意两个桥臂电路(例如，桥臂电路150A和150C)的第一驱动电路145和第二驱动电路147同步地以使脉冲的相位一致的方式同时输出上述占空比的PWM信号。
[0095]另外，由检测动作指示部170和PWM控制电路175形成检测动作控制部。
[0096]此时的输出到第一驱动电路145的PWM信号的占空比A选定30%?70%范围的值，使得能够生成用于对绝缘电阻检测用电流路径通以检测电动机Ml或M2的绝缘电阻Rli或R2i所需要的电流的电压，且能够将自举电路的电容器CO充电到可进行晶体管TRl的开关动作的程度。
[0097]在检测开关155和电阻160之间连接有A / D转换器180。A / D转换器180将电阻160的端子间电压转换为数字化值。在A / D转换器180连接有绝缘劣化判定计算机185，所述绝缘劣化判定计算机185根据数字化后的电阻160的端子间电压，检测电动机Ml、M2的绝缘电阻Rli或R2i，并利用检测到的绝缘电阻的值，判定绝缘劣化状态。
[0098]另外，由A / D转换器180和绝缘劣化判定计算机185形成绝缘电阻检测部。
[0099]图2是供图1所示的桥臂电路150A的动作说明的图。如图2 (a)所示，在桥臂电路150A的晶体管TRl上连接有自举电路。
[0100]在自举电路中，在分离开关148 — I闭合且晶体管TR4接通期间，对由直流电源DSP、电阻RO、二极管DO、电容器CO、晶体管TR4构成的封闭电路通以电流，通过该电流，电容器CO被充电。
[0101]充电到电容器CO的电荷变成使晶体管TRl的基极一发射极间电压上升的电源。通过从第一驱动电路145输出的开关信号，能够确保晶体管TRl的导通状态。
[0102]在分离开关148 -1成为闭合期间，如图2 (b)所示的PWM信号施加于晶体管TRl和TR4。PWM信号I和PWM信号2是高电平和低电平的状态翻转而成的信号。因此，当PWM信号I施加于晶体管TRl且PWM信号2施加于晶体管TR4时，重复进行如下的开关动作，即，晶体管TRl成为接通状态，另一方面，晶体管TR4成为断开状态，其后，晶体管TRl变成断开状态，另一方面，晶体管TR4变成接通状态。
[0103]〔电动机控制装置的动作〕
[0104]接着，对图1所示的电动机控制装置100的动作进行说明。在对检测绝缘电阻的动作进行说明之前，先对驱动电动机Ml、M2的通常的动作进行说明。
[0105](通常动作)
[0106]在驱动电动机Ml和M2的情况下，检测动作指示部170不工作，所以断路器130如图1所示变成闭合状态。由交流电源120施加的电压通过整流电路110而转换为直流，然后供给到驱动电动机Ml的逆变电路140 -1和驱动电动机M2的逆变电路140 — 2。另外，在通常动作中，如图1所示，分离开关148 — I和148 — 2都是闭合状态，检测开关155成为断开状态。
[0107]PWM控制电路175将逆变电路140 — I和140 — 2的桥臂电路150A的晶体管TRl和桥臂电路150B的晶体管TR5接通，对电动机Ml的绕组Wlr、Wlt通以电流，并对电动机M2的绕组W2r、W2t通以电流。接着，PWM控制电路175将逆变电路140 — I和140 — 2的桥臂电路150B的晶体管TR2和桥臂电路150C的晶体管TR6接通，对电动机Ml的绕组Wit、Wls通以电流，并对电动机M2的绕组W2t、W2s通以电流。接着，PWM控制电路175将逆变电路140 — I和140 — 2的桥臂电路150C的晶体管TR3和桥臂电路150A的晶体管TR4接通，对电动机Ml的绕组Wls、Wlr通以电流，并对电动机M2的绕组W2s、W2r通以电流。
[0108]通过按照上述的顺序重复进行PWM控制电路175实现的桥臂电路150A — 150C的晶体管TRl - TR6的开关，来对电动机M1、M2的绕组Wlr — Wlt、W2r — W2t通以电流，使得电动机Ml、M2进行旋转。在变更转速的情况下，对施加于桥臂电路150A - 150C的晶体管TRl - TR6的PWM信号的占空比进行变更。
[0109]PWM控制电路175实现的以上的控制基于来自安装于电动机M1、M2的编码器的信号而进行。为了检测电动机M1、M2的旋转位置，并进行定位，而通过来自编码器的信号控制电动机Ml、M2的速度。
[0110](绝缘电阻检测动作)
[0111]除如上所述的通常动作以外，在检测电动机Ml或M2的绝缘电阻时，电动机控制装置100还如下所述地动作。
[0112]图3是图1所示的电动机控制装置100的绝缘电阻检测时的动作流程图。该动作流程图所示的处理顺序也表示电动机的绝缘劣化检测方法的顺序。
[0113]参照图2、图4、图5对图3的动作流程图的处理进行说明。
[0114]绝缘电阻检测动作通过检测动作指示部170从外部输入电动机Ml或M2的绝缘电阻的检测指示开始。
[0115]当检测动作指示部170从外部接收到绝缘电阻的检测指示时(S100),如图4所示，检测动作指示部170将断路器130从闭合状态变成断开状态，使整流电路110脱离交流电源120(S101)。由此，不向逆变电路140 -1和140 — 2供给电力，电动机控制装置100从通常动作过渡到绝缘电阻检测动作。另外，在绝缘电阻的检测指示中，包含成为检测对象的电动机Ml或M2的信息。
[0116]该步骤SlOO的处理相当于绝缘劣化检测方法的第一阶段。
[0117]检测动作指示部170从绝缘电阻的检测指示所包含的成为检测对象的电动机的信息，识别其检测指示是对哪个电动机的检测指示。通过识别出的检测指示，来选择要变成断开状态的分离开关148 — I或148 - 2，然后将所选择的分离开关变成断开状态。
[0118]例如，如果绝缘电阻的检测指示是对电动机Ml的检测指示，则成为绝缘电阻的检测对象的电动机所连接的逆变电路是140 - 1，所以如图4所示，检测动作指示部170仅将分离开关148 -1变成闭合状态。S卩，分离开关148 -1维持闭合状态，绝缘电阻的检测对象之外的电动机所连接的逆变电路140 — 2的分尚开关148 — 2从闭合状态变为断开状态。
[0119]将分离开关148 — 2变成断开状态的理由是，在万一电动机M2的绝缘电阻R2i正在下降的情况下，会导致电流从逆变电路140 - 2的直流电源DPS穿过自举电路的电阻R0、二极管D0、电容器CO、绝缘电阻R2i而流动。该电流会招致绝缘电阻Rli的误检测。
[0120]另外，具体而言，在对电动机Ml进行了 PWM驱动的情况下，相对于大地电位而言的负极电位就会受PWM信号的影响而波动。因此，在负极电位比大地电位高时，电流就会穿过绝缘电阻R2i而流到电阻器160和保护电阻器165。由此，虽然要检测绝缘电阻Pli，但受在绝缘电阻P2i中流动的电流的影响，绝缘电阻Pli的电阻值检测得比实际电阻值小。
[0121]为了避免以上的误检测，在检测电动机Ml的绝缘电阻时，将分离开关148 — 2变成断开状态。另外，在检测电动机M2的绝缘电阻时，将分离开关148 — I变成断开状态(S102)。
[0122]接着，如图4所示，检测动作指示部170将检测开关155变成闭合状态(S103)。
[0123]该步骤SlOl?步骤S103的动作相当于绝缘劣化检测方法的第二阶段。
[0124]PWM控制电路175接受来自检测动作指示部170的动作指示，向逆变电路140 — I的桥臂电路150A - 150C的第一驱动电路145输出A%的占空比的PWM信号。A%的占空比的PWM信号是图2 (b)的上侧所示的脉冲状的信号。另外，绝缘劣化检测动作时所使用的PWM信号和上述的通常动作时所使用的PWM信号不同。在绝缘劣化检测动作时，使用适合绝缘劣化检测的独自的PWM信号。
[0125]通过该PWM信号，晶体管TRl、TR2、TR3进行开关动作。在晶体管TRl、TR2、TR3接通期间，晶体管TR4、TR5、TR6断开，如图4所示，电流在从平滑电容器C通过晶体管TR1、电动机Ml的绕组Wlr、及晶体管TR2、电动机Ml的绕组Wlt及晶体管TR3、电动机Ml的绕组Wls、绝缘电阻Rl1、大地、保护电阻器165、检测开关155、电阻器160到平滑电容器C的绝缘电阻检测用电流路径中流动。
[0126]另一方面，PWM控制电路175接受来自检测动作指示部170的动作指示，向逆变电路140 -1的桥臂电路150A - 150C的第二驱动电路147输出100 — A%的占空比的PWM信号，所述100 — A%的占空比的PWM信号是在同一时间标记将输出到第一驱动电路145的PWM信号的高电平、低电平翻转而成的PWM信号。100 — A%的占空比的PWM信号是图2(b)的下侧所示的脉冲状的信号。
[0127]通过该PWM信号，晶体管TR4、TR5、TR6进行开关动作。在晶体管TR4、TR5、TR6接通期间，晶体管TR1、TR2、TR3断开，如图5所示，电流在从直流电源DPS通过电阻R0、电容器CO、二极管DO、晶体管TR4到直流电源DPS的自举电路中流动。由该电流对电容器CO进行充电。充电后的电容器CO的电压成为下一次晶体管TR1、TR2、TR3进行开关动作时的电源。
[0128]另外，也可以不如上所述地使晶体管TR1、TR2、TR3及晶体管TR4、TR5、TR6同时交替地开关，而是使每个桥臂电路150A - 150C的晶体管(例如，桥臂电路150A的晶体管TRl和TR4)进行开关。
[0129]因此，通过输出到第一驱动电路145和第二驱动电路147的PWM信号，晶体管TRl、TR2、TR3和晶体管TR4、TR5、TR6交替地重复通、断。晶体管TR1、TR2、TR3接通的时间由输出到第一驱动电路145的PWM信号的占空比来决定，所以当设置平滑电容器C的充电电压为VDC时，施加于绝缘电阻Rl1、保护电阻器165、电阻器160这个串联电路的平均电压V就变成V = VDCXA / 100伏特。
[0130]因此，当将在绝缘电阻检测用电流路径中流动的检测电流设为I，且将绝缘电阻Rli的电阻值设为RRl1、将保护电阻器165的电阻值设为R165、将电阻器160的电阻值设为R160 时，
[0131]I = V / (RRli + R165 + R160)
[0132]= VDCXA / 100 (RRli + R165 + R160)安培。
[0133]因而，电阻器160的端子间电压V160为
[0134]V160 = VDCXAXR160 / 100 (RRli + R165 + R160)伏特。另外，在此，电动机Ml的绕组Wlr、绕组Wit、绕组Wls的合成电阻值和晶体管TRl的压降极小，所以忽略不计。
[0135]电阻器160的端子间电压V160的大小与绝缘电阻Rli的大小RRli成比例。因此，通过检测电阻器160的端子间电压V160的大小，能够得知绝缘电阻Rli的电阻值RRli。
[0136]如上所述，晶体管TR1、TR2、TR3通过输出到第一驱动电路145的PWM信号进行开关。PWM信号的占空比越大，施加于包含电动机Ml的绕组Wlr、绕组Wit、绕组Wls在内的绝缘电阻Rl1、保护电阻器165、电阻器160这个串联电路的平均电压V越大，所以很方便用于绝缘电阻Rl i的检测。
[0137]另一方面，晶体管TR4、TR5、TR6接通的时间依赖于输出到第一驱动电路145的PWM信号的占空比。由于仅在晶体管TR4、TR5、TR6接通期间，电流在自举电路中流动，所以输出到第一驱动电路145的PWM信号的占空比越大，电容器CO的充电时间越短，电容器CO的电压上升越小。
[0138]因此，输出到第一驱动电路145的PWM信号的占空比A选定30%?70%的范围的值，使得能够生成用于对绝缘电阻检测用电流路径通以检测绝缘电阻Rli所需要的电流的电压，且能够将自举电路的电容器CO充电到可进行晶体管TRl、TR2、TR3的开关动作的程度(S104)。
[0139]该步骤S104相当于绝缘劣化检测方法的第三阶段。
[0140]接着，A / D转换器180对通过检测电流I流到电阻器160而生成的电阻器160的电压V160进行A / D转换(S105)。
[0141]该步骤S105相当于绝缘劣化检测方法的第四阶段。
[0142]最后，绝缘劣化判定计算机185从A / D转换后的电压V160，检测电动机Ml的绝缘电阻值RRli (S106)。在对检测到的绝缘电阻值RRli进行监测而绝缘电阻值RRli正在下降的情况下，更换电动机M1，将由接地引起的系统故障的发生防患于未然。另外，也可以在绝缘劣化判定计算机185上设置利用检测到的电动机的绝缘电阻来判定电动机的绝缘劣化的绝缘劣化判定功能。
[0143]该步骤S106相当于绝缘劣化检测方法的第五阶段。
[0144]在上述的绝缘电阻检测动作中，以使脉冲的相位一致的方式同步地对逆变电路140 — I或140 - 2的桥臂电路150A、150B、150C赋予同一占空比的PWM信号，所以不会在使电动机Ml、M2旋转的方向上有力的作用，电动机Ml、M2不会旋转。反过来说，在绝缘劣化检测动作时，以电动机Ml、M2不旋转的方式对逆变电路140 — I或140 — 2的各桥臂电路150A、150B、150C赋予同一占空比的PWM信号。
[0145]如上所述，根据本实施方式的电动机控制装置100，通过使电动机M1、M2的通常运转停止且将断路器130变成断开状态，能够测定电动机M1、M2的绝缘电阻。因此，不需要卸下电动机Ml、M2的配线，且在绝缘电阻的测定时，不会受到穿过电源线而流动的漏电流及交流电源的噪音的影响。
[0146]另外，在绝缘电阻的检测时，利用仅在检测时进行通电的专用电阻器160，来测定绝缘电阻。因此，绝缘电阻的电阻值能够采用适合绝缘电阻的检测的值。并且，因为以使脉冲的相位一致的方式同步地(也可以不必使脉冲的相位完全一致)对各桥臂电路赋予同一占空比的PWM信号，所以电动机不会旋转。
[0147]另外，仅设置一个绝缘电阻检测部，就能够分别检测多个电动机的绝缘电阻。
[0148]而且，由于在可将向自举电路的电流断开的位置设有分离开关，且在另一轴的电动机的绝缘电阻测定时将该分离开关设为断开，所以在使用自举电源构成逆变电路的情况下，即使与该逆变电路连接的电动机的绝缘电阻下降，也能够正确地检测电动机的绝缘电阻。
[0149]在上述的实施方式中，对具有两台逆变电路的情况进行了例示，但即使是具有三台以上的逆变电路的电动机控制装置，也能够应用本申请发明的思想。另外，对设置于逆变电路的桥臂电路设有三个的情况进行了例示，但即使是通过电动机的绕组构成而具有例如六个桥臂电路的电动机控制装置，也能够应用本申请发明的思想。另外，在上述的实施方式中，对全部逆变电路都具有自举电路的情况进行了例示，但即使是至少一个逆变电路具备自举电路的电动机控制装置，也能够应用本申请发明的思想。在这种情况下，在具备自举电路的逆变电路上设置分离开关。
【权利要求】
1.一种电动机控制装置，包括: 断路器，其将交流电源和具备平滑电容器的整流电路的连接断开； 多个逆变电路，其与所述平滑电容器并联连接分别驱动多个电动机中的各电动机， 各逆变电路具有: 开关部，其将多个桥臂电路并联连接，且将所述多个桥臂电路与所述平滑电容器并联连接，所述桥臂电路将一对半导体开关串联连接，且将所述一对半导体开关彼此的连接线与电动机的绕组连接； 第一驱动电路，其对所述桥臂电路的一对半导体开关中的具有自举电路的一个半导体开关进行驱动； 第二驱动电路，其对所述桥臂电路的一对半导体开关中的另一个半导体开关进行驱动；以及 分离开关，其将向所述自举电路的通电断开，且将所述第一驱动电路和所述第二驱动电路分离， 所述电动机控制装置还具有: 检测开关，其形成从所述平滑电容器，流经成为检测对象的电动机所连接的逆变电路的桥臂电路的半导体开关、该电动机的绕组、大地到达所述平滑电容器的绝缘电阻检测用电流路径； 电阻器，其设置于所述平滑电容器和所述大地之间的绝缘电阻检测用电流路径内，且与所述检测开关串联连接； 检测动作控制部，其在接收到对所述电动机的绝缘电阻的检测指示时，由所述断路器将所述整流电路和所述交流电源的连接断开，将成为检测对象的电动机所连接的逆变电路的分离开关变成闭合以将所述第一驱动电路和所述第二驱动电路连接，另一方面，将成为检测对象的电动机所连接的逆变电路以外的全部逆变电路的分离开关变成断开以将所述第一驱动电路和所述第二驱动电路分离，将所述检测开关变成闭合，从而形成绝缘电阻检测用电流路径，然后重复进行如下的开关动作:向成为检测对象的电动机所连接的逆变电路的第一驱动电路输出八％的占空比的PWM信号、向所述逆变电路的第二驱动电路输出将所述PWM信号的高电平、低电平在同一时间标记翻转而成的100 - A%的占空比的PWM信号，以将该逆变电路的开关部的至少一个桥臂电路的一对半导体开关中的一方变成接通状态，且将另一方变成断开状态，其后，将所述桥臂电路的一对半导体开关中的一方变成断开状态，且将另一方变成接通状态；以 及 绝缘电阻检测部，其利用所述电阻器的端子间电压检测所述电动机的绝缘电阻。
2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其中， 输出到所述第一驱动电路的PWM信号的占空比A%选定30%~70%的范围的值，使得能够生成用于对所述绝缘电阻检测用电流路径通以检测所述电动机的绝缘电阻所需要的电流的电压，且能够将所述自举电路的电容器充电到可实现所述一方的半导体开关的开关动作的程度。
3.如权利要求1或2所述的电动机控制装置，其中， 所述第一驱动电路分别对于形成各桥臂电路的一对半导体开关中的一个半导体开关进行设置，所述第二驱动电路分别对于形成各桥臂电路的一对半导体开关中的另一个半导体开关进行设置， 所述分离开关能够将全部的所述第一驱动电路和全部的所述第二驱动电路集中地分离，且成为设置于可将向所述自举电路的通电断开的位置的单独的开关。
4.如权利要求1或2所述的电动机控制装置，其中， 所述检测动作控制部具有如下功能:在接收到对所述电动机的绝缘电阻的检测指示时，识别所述检测指示是针对哪个电动机的检测指示。
5. 如权利要求1或2所述的电动机控制装置，其中， 在所述检测开关的一个端子上连接有所述电阻器的一端，进一步在所述检测开关的另一端子上连接有在所述电动机处于接地状态时防止在所述绝缘电阻检测用电流路径中流动过电流的保护电阻器的一端，所述电阻器的另一端与所述平滑电容器连接，所述保护电阻器的另一端与大地连接。
6.如权利要求1或2所述的电动机控制装置，其中， 所述绝缘电阻检测部还具有绝缘劣化判定功能，所述绝缘劣化判定功能利用所检测的所述电动机的绝缘电阻来判定该电动机的绝缘劣化。
7.一种电动机的绝缘劣化检测方法，其利用根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其中，所述电动机的绝缘劣化检测方法包括以下阶段: 第一阶段:接收对所述电动机的绝缘电阻的检测指示； 第二阶段:由所述断路器将所述整流电路和所述交流电源的连接断开，将成为检测对象的电动机所连接的逆变电路的分离开关变成闭合，从而将所述第一驱动电路和所述第二驱动电路连接；另一方面，将成为检测对象的电动机所连接的逆变电路以外的全部逆变电路的分离开关变成断开，从而将向所述自举电路的通电断开，并且将所述第一驱动电路和所述第二驱动电路分离；通过所述检测开关形成绝缘电阻检测用电流路径； 第三阶段:重复进行如下的开关动作并且在所述绝缘电阻检测用电流路径内通以检测电流，所述开关动作为:向成为检测对象的电动机所连接的逆变电路的第一驱动电路输出A%的占空比的PWM信号、向所述逆变电路的第二驱动电路输出使所述PWM信号的高电平、低电平在同一时间标记翻转而成的100 - A%的占空比的PWM信号，以将该逆变电路的开关部的至少一个桥臂电路的一对半导体开关中的一方变成接通状态，并将另一方变成断开状态，其后，将所述桥臂电路的一对半导体开关中的一方变成断开状态，并将另一方变成接通状态； 第四阶段:对通过所述检测电流流到所述电阻器而生成的电阻器的电压进行检测；以及 第五阶段:根据检测到的电压的大小，来检测成为检测对象的电动机的绝缘电阻。
8.如权利要求7所述的电动机的绝缘劣化检测方法，其中， 在所述第三阶段中，输出到所述第一驱动电路的PWM信号的占空比A%选定30%~70%的范围的值，使得能够生成用于对所述绝缘电阻检测用电流路径通以检测所述电动机的绝缘电阻所需要的电流的电压，且能够将所述自举电路的电容器充电到可实现所述一方的半导体开关的开关动作的程度。
9.如权利要求7所述的电动机的绝缘劣化检测方法，其中，在所述第一阶段中，包括识别对所述电动机的绝缘电阻的检测指示是针对哪个电动机的指示的阶段。
【文档编号】H02P5/74GK103580556SQ201310325466
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2012年8月2日
【发明者】井出勇治 申请人:山洋电气株式会社