具备绝缘劣化检测装置的电机控制装置及电机的绝缘劣化检测方法

专利名称：具备绝缘劣化检测装置的电机控制装置及电机的绝缘劣化检测方法
技术领域：
本发明涉及具备检测电机的绝缘劣化(绝缘电阻的异常下降)的绝缘劣化检测装置的电机控制装置及检测电机的绝缘劣化的方法。
背景技术：
伺服电机由电机控制装置驱动，该电机控制装置具备被进行PWM(脉冲宽度调制)控制的逆变器电路。即便在机床当中，对于使用切削液进行加工的机床而言，有时切削液也会附着在电机上。并且，根据切削液的性质，存在切削液进入电机内部、使得电机的电绝缘劣化的问题。随着电机的电绝缘劣化逐渐进行，最终会导致对地 短路。若电机出现对地短路，则会使得漏电断路器跳闸、或者使电机控制装置损坏，从而导致利用电机的系统出现停工。系统的停工对工场的生产线带来很大的影响。因此，基于预防性维护的观点，需要能够检测电机的绝缘劣化的装置。作为这种的检测电机的绝缘劣化的现有方法，存在如下方法等(I)采用电绝缘电阻计的方法；(2)被PWM控制的逆变器电路的一对直流输入部即正极及负极的双方或者任意一极与对地(地线)之间，插入电容器与电阻的串联电路，并设置检测该串联电路的电阻的两端的电位差的电路，从而在不停止电机的驱动的情况下检测电机的绝缘劣化的方法(专利文献I);(3)将被PWM控制的逆变器电路的直流输入部接地(连接于地线)，将利用逆变器电路中包含的半导体元件施加给逆变器装置的直流电压施加于电机，测量此时的逆变器装置的直流电压及直流电流，求出电机的电绝缘电阻的方法(专利文献2)；(4)在通过断路器连接于电源的PWM逆变器的负极与地线之间插入电阻和开关，在上述断路器处于断开状态时，使开关闭合，使PWM逆变器的正极的半导体开关处于导通状态，从而根据上述电阻的电压降来进行求取的方法(专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献I JP特开2005-201669号公报专利文献2 JP特开平6-94762号公报专利文献3 JP特开2009-204600号公报在上述(I)的采用绝缘电阻计的方法中，要取下电机与电机控制装置之间的布线，在电机的线圈与对地(地线)之间连接绝缘电阻计以测量电绝缘电阻，根据电绝缘电阻的值来检测绝缘的劣化。但是，在该方法中，必需取下电机的布线，存在需要过多的作业工序的问题。在上述(2)的方法中，由于通过电源而流过的漏电流，使得检测电路中流过的电流会受到影响，存在绝缘劣化检测中产生误差的问题。
在上述(3)的方法中，使逆变器电路的直流侧接地(连接于地线)，利用逆变器电路中的半导体元件将逆变器装置的直流电压施加于电机。并且，测量此时的逆变器电路的直流输入电压及直流输入电流以求得电机的电绝缘电阻。但是，在该方法中，在电机的电绝缘劣化而导致发生了对地短路时，因逆变器电路中的半导体元件的导通使得逆变器电路的直流电压短路。其结果，存在半导体元件将损坏的问题。此外，对于测量直流电流的检测器，在绝缘劣化检测时会流过微小电流，而在通常的电机控制时会流过较大的电流。因此，需要能够流过大电流、并且能够高精度检测微小电流的电流检测器。但是，对于一般的电流检测器而言，无法获得这样的精度，在提高检测精度方面存在问题。在(4)的方法中，作为噪声对策而在PWM逆变器的直流部与接地之间设置电容器时，由于该电容器使得在绝缘电阻检测用电阻的电压变得稳定之前需要一定时间。逆变器电路的正极的开关的电源对于能够始终使半导体开关处于导通的逆 变器电路来说不成问题。但是，对于逆变器电路的正极的半导体开关的电源如图5那样在逆变器电路的上级设置电容器和二极管从而使用自举电路的情况下，由于正极的电源仅在PWM动作的较短的时间内处于导通状态，因此存在在检测绝缘电阻之前要关断正极的半导体开关从而无法使用的问题。再者，图5的电路是自激式的逆变器电路，构成半导体开关的晶体管TRl至TR6的驱动信号(栅极信号)由针对晶体管信号TRl至TR6分别设置的驱动电路DCl DC6来提供。

发明内容
本发明是为了解决上述技术问题而提出的，其目的在于提供一种具备绝缘电阻检测功能的电机控制装置，其不需要取下电机的布线，即便电机对地短路也不会出现逆变器电路的半导体开关损坏，此外能够将自举电路应用于半导体开关的驱动器电路，并且不会受到来自电源的漏电流的影响。本发明的另一目的在于提供一种电机的绝缘劣化检测方法，其不会受到因逆变器电路的开动动作引起的漏电流的影响，即便电机对地短路，逆变器电路中的半导体开关也不会损坏，能够高精度地检测电机的绝缘劣化。本发明的具备绝缘劣化检测装置的电机控制装置具备整流电路、逆变器电路和绝缘劣化检测装置。整流电路经由断路器与交流电源连接，并且在正极直流输出部与负极直流输出部之间具有平滑用电容器。此外，I个以上的逆变器电路由多个桥臂电路并联连接而构成，并向I个以上的电机的多相的励磁线圈施加电压，其中该多个桥臂电路各自由一对半导体开关串联连接而构成且所述一对半导体开关的连接点成为交流输出部，所述多个桥臂电路中的上级的所述半导体开关的驱动器电路由自举电路构成。并且，绝缘劣化检测装置检测由逆变器电路进行驱动的电机的绝缘电阻，以检测绝缘电阻的劣化。在本发明中，使用具备电压分压电路、检测动作控制部和绝缘电阻检测部的绝缘劣化检测装置。电压分压电路经由常开开关电路配置在正极直流输出部及负极直流输出部中的一者与地线之间。检测动作控制部在断路器处于断开状态时使常开开关电路处于闭合状态。然后，检测动作控制部进行如下的检测动作，即利用相同占空比反复进行使多个桥臂电路的至少一个桥臂电路中的一对半导体开关的一个半导体开关处于导通状态而使另一个半导体开关处于截止状态，然后使一个半导体开关处于截止状态而使另一个半导体开关处于导通状态这样的驱动，从平滑用电容器向至少I相的励磁线圈交替施加正电压及负电压，并且在下级的半导体开关处于导通时使上级的半导体开关的自举电路变为充电动作状态。并且，绝缘电阻检测部在检测动作中，基于从电压分压电路输出的分压电压和输入至逆变器电路的直流电压来检测绝缘电阻。在此，所谓的“使用相同占空比的PWM信号反复进行驱动的检测动作”，是指利用脉冲宽度恒定的PWM信号，反复进行使成为对象的至少一个桥臂电路中的一对半导体开关(上级的半导体开关和下级的半导体开关)的一个半导体开关处于导通状态而另一个半导体开关处于截止状态，然后使一个半导体开关处于截止状态而使另一个半导体开关处于导通状态这样的驱动。根据本发明，通过进行这样的检测动作，在不使电机转动的情况下驱动在逆变器电路的上级所使用的半导体开关及下级的半导体开关，向励磁线圈施加电压，因此能够可靠地检测绝缘电阻。此外，在下级的半导体开关处于导通状态时 ，使上级的半导体开关的自举电路变为充电动作状态，因此能够将自举电路用于上级的半导体开关的驱动器电路。再者，在检测到绝缘电阻已下降的电机时，在判断是哪个励磁线圈引起的绝缘电阻下降的情况下，依次选择多个桥臂电路，使各桥臂电路中包含的一对半导体开关进行检测动作。这样一来，能够确定是哪一相的励磁线圈引起的绝缘电阻变小。根据本发明，停止电机的通常运转，使断路器处于截止(OFF)状态、切断交流电源来检测电机的绝缘电阻。因此，在绝缘电阻的检测中不会受到通过电源线流过的漏电流或电源噪声的影响。此外，由于使用从仅在检测绝缘电阻时通电的电压分压电路输出的分压电压来检测绝缘电阻，所以构成电压分压电路的绝缘电阻检测用的电阻能够设定为专用的电阻值。进而，在绝缘劣化检测时，由于电压分压电路相对于电机及平滑用电容器成为电阻负载，因此即便在电机侧发生了对地短路，过电流也不会在短时间内从平滑用电容器流过已导通的半导体开关。因此，能够防止在电机发生对地短路时逆变器电路中的半导体开关损坏。再者，使绝缘劣化检测装置动作时所需的控制电源既可以与连接断路器的电源分开准备，也可以使用不经由断路器连接于电源的电源电路。此外为了检测绝缘电阻，不需要取下电机的布线，也不需要特别的作业工序。特别是根据本发明能够采用下述结构，电压分压电路可构成为一端电连接于负极直流输出部的第I电阻器的另一端与一端电连接于接地部的第2电阻器的另一端被电连接。此时，优选第I电阻器的两端电压作为分压电压Vki被输入至绝缘电阻检测部，第2电阻器成为防止电机处于对地短路状态时流过过电流的保护电阻。这样一来，能够可靠地防止在电机处于对地短路状态时发生过电流。此外，优选在第I电阻器的另一端与第2电阻器的另一端之间配置常开开关电路。此外，也可以将常开开关电路设置在第2电阻器与地线之间。绝缘电阻检测部可构成为在将分压电压Vri和平滑用电容器的端子间电压Vdc作为输入，在将占空比设为D%，将第I电阻体的电阻值设为R1，将第2电阻体的电阻值设为R2时，通过以下的运算式求取绝缘电阻Rm，Rm = VdcX (D/100) X (R1Aei) - (R1+R2)。通过采用该运算式，不用从装置中取下电机，就能够求得绝缘电阻。在逆变器电路是针对2个以上的电机分别设置的2个以上的逆变器电路时，能够以如下方式构成检测动作控制部。即，可以使检测动作控制部构成为从多个逆变器电路中选择作为检测对象的I个逆变器电路，并且在所选择的I个逆变器电路中进行检测动作。这样一来，能够使用一个电压分压电路及一个绝缘电阻检测部检测2个以上的电机的绝缘电阻。此外，在逆变器电路是针对3个以上的电机分别设置的3个以上的逆变器电路时，能够使检测动作控制部构成为进行如下的动作。即，从3个以上的逆变器电路中决定由2个逆变器电路构成的多个组合，选择与所决定的多个组合分别对应的2个逆变器电路，并且针对所选择的2个逆变器电路同时进行检测动作。此时，基于绝缘电阻检测部检测的并联绝缘电阻来确定包括对绝缘电阻已下降的电机进行驱动的逆变器电路在内的2个逆变器电路。然后，在所确定的2个逆变器电路的各个逆变器电路中进行检测动作。检测动作控制部可以在进行了上述动作之后，基于所检测出的绝缘电阻来确定绝缘电阻已下降的电机。
在本发明的电机的绝缘劣化检测方法中，首先使断路器处于断开状态。然后，在正极直流输出部及负极直流输出部中的一者与地线之间电连接电压分压电路。进行如下的检测动作，即利用相同占空比的PWM信号反复进行使多个桥臂电路中的至少一个桥臂电路中的一对半导体开关的一个半导体开关处于导通状态而使另一个半导体开关处于截止状态，然后使一个半导体开关处于截止状态而使另一个半导体开关处于导通状态这样的驱动，从平滑用电容器向至少I相的励磁线圈交替施加正电压及负电压，并且在下级的半导体开关处于导通时使上级的半导体开关的自举电路变为充电动作状态。然后，基于从电压分压电路输出的分压电压和输入至逆变器电路的直流电压来检测电机的绝缘电阻。在逆变器电路是针对2个以上的电机分别设置的2个以上的逆变器电路时，从2个以上的逆变器电路中选择作为检测对象的I个逆变器电路。然后，若在所选择的I个逆变器电路中进行检测动作，则能够检测2个以上的电机的绝缘电阻的劣化。在逆变器电路是针对3个以上的电机分别设置的3个以上的逆变器电路时，从3个以上的逆变器电路中决定由2个逆变器电路构成的多个组合。接着，选择与所决定的多个组合分别对应的2个逆变器电路，并且在所选择的2个逆变器电路中分别同时进行检测动作，来检测并联绝缘电阻。然后，确定包括对并联绝缘电阻已下降的电机进行驱动的逆变器电路在内的2个逆变器电路。之后，在所确定的2个逆变器电路的各个逆变器电路中进行检测动作，基于所检测的绝缘电阻来确定绝缘电阻已下降的电机。


图I (A)是表示由一个逆变器电路驱动I个电机的本发明的电机控制装置的实施方式的一例的结构的电路图，(B)是表示所使用的自举电路的一例的图。图2(A)至(C)是表示占空比小于100%并且脉冲宽度恒定的PWM信号的例子的图。图3是表示由2个逆变器电路驱动2个电机的本发明的电机控制装置的第2实施方式的一例的结构的电路图。图4是表示由3个逆变器电路驱动3个电机的本发明的电机控制装置的第3实施方式的一例的结构的电路图。图5是表示在用于驱动逆变器电路的上级所使用的半导体开关的驱动器电路中应用自举电路的例子的图。符号说明I电机控制装置2、102、202 断路器3、103、203全波整流电路4A、104A、204A正极直流输出部
4B、104B、204B负极直流输出部5、105、205、305、405 逆变器电路6,106,206绝缘劣化检测装置7、107、207 电压分压电路8、108、208检测动作控制部9、109、209绝缘电阻检测部10、110、210 PWM 控制电路TRl TR6晶体管(半导体开关)D 二极管C平滑用电容器Rl第I电阻器R2第2电阻器Sff常开开关电路
具体实施例方式以下，参照附图，详细说明实施本发明的具备绝缘劣化检测装置的电机控制装置及电机的绝缘劣化检测方法的实施方式。图I (A)是表示由I个逆变器电路5驱动I个三相交流电动机(电机)M的电机控制装置I的构成的一例的图，(B)是表示针对构成后述的上级的半导体开关的晶体管TRl至TR3所使用的自举电路的例子的图。电机控制装置I通过作为断路器2的电磁接触器连接于三相交流电源AC。在该电机控制装置I中，通过6个二极管Dl D6桥式连接而构成的全波整流电路3，对从三相交流电源AC输出的三相交流进行全波整流，从而得到直流电压。然后，通过由电解电容器构成的平滑用电容器C，对该直流电压进行平滑化。在本实施方式中，由全波整流电路3和平滑用电容器C构成整流电路。并且，平滑用电容器C的两端构成正极直流输出部4A和负极直流输出部4B。此外，逆变器电路5由桥电路构成，该桥电路是3个桥臂电路51 53并联连接而构成。3个桥臂电路51 53分别是由晶体管构成的一对半导体开关(TRl及TR4、TR2及TR5、TR3及TR6)串联连接而构成。并且，一对半导体开关(TRl及TR4、TR2及TR5、TR3及TR6)的连接点CPl CP3成为交流输出部。连接点CPl CP3与电机M的被星型接线的三相励磁线圈Wl W2连接。在图I中，在被星型接线的三相励磁线圈Wl W2的中性点与对地(地线)之间图示了因电机的电绝缘劣化而渐渐变小的电绝缘电阻RM。在逆变器电路5所使用的6个晶体管TRl TR6中，分别逆并联连接了二极管D。在本实施例中，该逆变器电路5基于从未图示的逆变器控制电路中包含的PWM控制电路10所输出的PWM控制信号进行PWM控制，将直流电力变换成交流电力进行输出。并且，PWM控制电路10基于来自在电机M的输出轴所固定的未图示的编码器等的位置检测器的输出来检测电机M的转子位置，并基于该检测信息进行电机M的转子位置或速度控制。此外，在上级的晶体管TRl TR3中，分别设置图I(B)中例示的具有代表性的、由电阻&、电容器Ctl、二极管Dtl及直流电源DPS构成的自举电路BSC。再者，在晶体管TRl及TR4的基极，配置将PWM信号提供给晶体管的驱动电路DCl及DC4。在晶体管TR2及TR5、晶体管TR3及TR6，也配置与图I (B)的构成同样的自举电路及驱动电路。该自举电路BSC在下级的晶体管TR4处于导通的期间，由流过直流电源DPS —电阻Rtl — 二极管Dtl —电容器Ctl —晶体管TR4的电路的电流，对电容器Ctl进行充电。其结果，由于电容器Ctl的电荷，能够使得晶体管TRl的基极发射极间电压上升。因此，如后面叙述那样，即便在断路器2断开之后，根据经由驱动电路DCl对上级的晶体管TRl TR3的基极所施加的PWM驱动信号，也 能够确保上级的晶体管TRl TR3的导通状态。在电机控制装置I中内置了绝缘劣化检测装置6，该绝缘劣化检测装置6检测被逆变器电路5驱动的电机M的电绝缘劣化(绝缘电阻RM的下降)。绝缘劣化检测装置6具备电压分压电路7、检测动作控制部8、绝缘电阻检测部9。电压分压电路7经由以继电器触点构成的常开开关电路SW而配置在负极直流输出部4B的一端与地线之间。具体而言，电压分压电路7具有如下结构，即在作为一端电连接于负极直流输出部4B的绝缘劣化检测用电阻的第I电阻器Rl的另一端、与一端电连接于地线的第2电阻器R2的另一端之间，配置了平时处于断开状态而输入指令时变为闭合状态的常开开关电路SW。第I电阻器Rl的两端电压作为分压电压被输入至电压比较部9内的AD转换器。第2电阻器R2构成保护电阻，该保护电阻具有在电机M处于对地短路状态时防止流过过电流的电阻值。若这样构成电压分压电路7，则能够可靠地防止在电机M处于对地短路状态时发生过电流。检测动作控制部8在由电磁接触器构成的断路器2处于断开状态时，使常开开关电路SW处于闭合状态。检测动作控制部8进行以下的检测动作。如下使用相同占空比的PWM信号反复进行驱动，即首先使3个桥臂电路51 53中的至少一个桥臂电路(以下，作为代表以桥臂电路51为例进行说明)中的一对半导体开关(以下，作为代表以晶体管TRl及TR4为例进行说明)的一个半导体开关处于导通状态而使另一个处于截止状态，然后使一个半导体开关处于截止状态而使另一个处于导通状态。例如，进行在使晶体管TRl导通的期间使晶体管TR4截止、而在使晶体管TR4导通的期间使晶体管TRl截止的导通/截止动作。通过该导通/截止动作，从平滑用电容器C向I相的励磁线圈Wl交替施加正电压及负电压。并且，如上述那样，使与上级的晶体管TRl相应的自举电路BSC在下级的晶体管TR4处于导通时进行对电容器Ctl充电的充电动作。所谓“使用相同占空比的PWM信号反复进行驱动”，是指如图2(A)至(C)例示那样，采用进行PWM控制时所使用的PWM信号的占空比是小于100 %的占空比(例如50 % )、并且脉冲宽度恒定的相同的PWM信号，使成为对象的一对晶体管TRl及TR4的一个处于导通状态而另一个处于截止状态，然后采用具有相同的占空比的PWM信号使一个处于截止状态而另一个处于导通状态，重复进行如上述的驱动。如图2的右图所示，通过使用这样的PWM信号，能够将施加于励磁线圈的电压的平均值设定为与占空比相应的电压值。若假设占空比例如为60%，则晶体管TRl在60%的占空比期间处于导通状态(该期间晶体管TR4处于截止状态)，晶体管TR4在其余的40%的占空比期间处于导通状态(该期间晶体管TRl处于截止状态)。占空比只要是能够通过下级的晶体管使自举电路处于充电动作状态、并且将绝缘电阻RM的检测所需的电压施加于励磁线圈的占空比即可。即，优选占空比的上限值是能够通过例如图2(B)所示的自举电路对逆变器电路5的上侧的晶体管TRl至TR3的栅极电源进行充电的值。并且，优选占空比的下限值是即便施加于电机的平均电压下降但也能够阻止绝缘电阻的检测精度下降的值。再有，绝缘电阻检测部9在检测动作中基于从电压分压电路输出的分压电压和输入至逆变器电路的直流电压来检测绝缘电阻。绝缘电阻检测部9由模数转换器AD和中央运算装置CPU构成。模数转换器AD将从电压分压电路7输出的分压电压Vri和输入至逆变器电路5的直流电压(平滑用电容器的端子间电压)VD。变换为数字数据。再者，中央运算装置CPU按照后面说明的运算式来计算绝缘电阻Rm。 所使用的运算式按照如下方式确定。首先，在将电机M的绝缘电阻RM的电阻值设为RM，将平滑用电容器的端子间电压设为VD。，将第I电阻体Rl的两端的电压设为Vki，将占空比设为D%，将第I电阻体Rl的电阻值设为R1，将第2电阻体R2的电阻值设为R2时，第I电阻体Rl的两端的电压Vki能够由以下的公式表示。Vei = VdcX (D/100) / ( + + ) X R1再者，在此，与Vdc相比逆变器元件的电压降是较小的值，从而被忽略。绝缘电阻Rm能够按照以下的运算式进行计算。Rm = VdcX (D/100) X (R1Aei) - (R1+R2)由中央运算装置CPU来执行基于上述运算式的运算。再者，在本实施方式中，中央运算装置CPU监视所检测到的绝缘电阻，若绝缘电阻为预先规定的值以上，则向使用电机控制装置的用户发出警报。在发出了警报的情况下，用户在绝缘电阻较低时更换电机，防止电机出现对地短路从而系统停工。再者，在本实施方式中，对桥臂电路51 53中的至少一个桥臂电路中的一对晶体管TRl及TR4等进行PWM驱动，交替地使其导通/截止。具体而言，利用50%占空比的PWM信号使向各励磁线圈施加电压的一对晶体管TRl及TR4等的一个晶体管处于导通状态而使另一个晶体管处于截止状态，然后利用50%占空比的PWM信号使另一个晶体管处于导通状态而使一个晶体管处于截止状态，反复进行如上述的驱动。若使用50%占空比的PWM信号，则施加于励磁线圈的正电压及负电压的绝对值相等，能够平衡地执行绝缘电阻的检测和自举电路的充电动作这两个动作。再者，在本实施方式中，在经由晶体管TRl向励磁线圈Wl施加正电压并检测出绝缘电阻之后，在经由晶体管TR4向励磁线圈Wl施加负电压的期间，进行晶体管TRl的自举电路的充电动作。接着，在经由晶体管TR3向励磁线圈W2施加正电压并检测出绝缘电阻之后，在经由晶体管TR6向励磁线圈W2施加负电压的期间，进行晶体管TR3的自举电路的充电动作。然后，在经由晶体管TR2向励磁线圈W3施加正电压并检测出绝缘电阻之后，在经由晶体管TR5向励磁线圈W3施加负电压的期间，进行晶体管TR2的自举电路的充电动作。再者，检测动作控制部8所指定的、向励磁线圈施加电压的顺序并不限于本实施方式。此外，检测动作控制部8也可以针对多个励磁线圈同时执行与上述同样的检测动作，向各励磁线圈施加电压，同时检测绝缘电阻。再者，在检测动作中，若PWM控制电路10从检测动作控制部8接收到用于检测动作的PWM信号发生指令，则向所指定的桥臂中的一对晶体管的一个晶体管的驱动电路提供规定占空比的PWM信号，向另一个晶体管的驱动电路提供反转之后的规定占空比的PWM信号。在上述实施方式中，利用上述运算式通过运算求得绝缘电阻，但在检测绝缘电阻时，并不限定于采用上述运算式，也可以使用比较器相对地检测绝缘电阻。例如，在绝缘电阻Rm较高的情况下分压电压Vki较低，而在绝缘电阻Rm较低的情况下分压电压Vki高。因此，将相当于绝缘电阻Rm劣化到某种程度时的分压电压Vki的电压作为电压基准电压Vref，通过比较分压电压Vri和电压基准电压Vref，能够相对地检测绝缘电阻Rm。 此外，整流电路3也可以是像PWM转换器等那样能 够将电力再生成三相交流电源AC的电路。在该情况下，在检测绝缘劣化时，使PWM转换器停止，以进行绝缘劣化的检测。再者，使绝缘劣化检测装置6动作时所需的控制电源及上述的直流电源DPS、断路器2所连接的三相交流电源AC单独准备。此外，也可以构成为将控制电源不经由断路器2而连接于三相交流电源AC。图3表示本发明的电机控制装置的第2实施方式的电路构成。在图3所示的电路构成中，对于与构成图I所示的电路结构的部件相同的部件，赋予在对图I所示的部件所赋予的符号的数值上加上100或者200之后的数值符号，并省略其详细的说明。在图3的实施方式中，全波整流电路103连接2个逆变器电路105及205。并且，2个逆变器电路105及205分别与2个电机Ml及M2连接。在本实施方式中，能够针对2个电机分别利用一个绝缘劣化检测装置106来检测其绝缘电阻。因此，在该实施方式中，将绝缘劣化检测装置106的检测动作控制部108构成为在断路器102处于断开状态时，使常开开关电路SW处于闭合状态，从2个逆变器电路105及205中顺序选择成为检测对象的I个逆变器电路，并且针对所选择的逆变器电路中的多相的励磁线圈进行上述的检测动作。具体而言，例如检测动作控制部108最初在以50%的占空比使逆变器电路105的桥臂151 153中包含的一对晶体管(TRl及TR4、TR2及TR5、TR3及TR6)的上级的晶体管处于导通状态的期间，检测电机Ml的绝缘电阻RMl的电阻Rmi，之后在以50%的占空比使下级的晶体管处于导通状态的期间，进行上级的晶体管的自举电路的充电动作。接着，检测动作控制部108停止向逆变器电路105中的晶体管提供PWM信号，从而在以50%的占空比使逆变器电路205的桥臂251 253中包含的一对晶体管(TRl及TR4、TR2及TR5、TR3及TR6)的上级的晶体管处于导通状态的期间，检测电机M2的绝缘电阻RM2的电阻Rm2，之后在以50%的占空比使下级的晶体管处于导通状态的期间，进行上级的晶体管的自举电路的充电动作。这样，在通过I个电机的绝缘电阻的检测而完成了绝缘劣化的判定之后，若在与其余的I个电机对应的逆变器电路中也执行同样的检测动作，则能够针对多个电机顺序进行绝缘电阻的检测，能够降低成本，能够检测多个电机的绝缘电阻以判断绝缘劣化。图4表示本发明的电机控制装置的第3实施方式的电路构成。在图4所示的电路构成中，对于与构成图I所示的电路(除了逆变器电路以外)的部件相同的部件，赋予与对图I所示的部件所赋予的符号的数值上加上200之后的数值符号，并省略其详细说明。在图4的实施方式中，全波整流电路203连接着4个逆变器电路105、205、305及405。并且，4个逆变器电路105 405分别与4个电机Ml M4连接。在本实施方式中，与图3的实施方式同样地，针对4个电机分别利用I个绝缘劣化检测装置206来检测其绝缘电阻。在一个一个地检测电机的绝缘劣化时，使绝缘劣化检测装置206的检测动作控制部208构成为在断路器202处于断开状态时，使常开开关电路SW处于闭合状态，从4个逆变器电路105 405中顺序选择作为检测对象的I个逆变器电路，在所选择的I个逆变器电路中与图I的实施方式同样地进行检测动作。具体而言，只要首先检测由逆变器电路105驱动的电机Ml的绝缘电阻RMl的电阻Rmi，接着检测由逆变器电路205驱动的电机M2的绝缘电阻RM2的电阻RM2，然后检测由逆变器电路305驱动的电机M3的绝缘电阻RM3的电阻Rm3，最后检测由逆变器电路405驱动的电机M4的绝缘电阻RM4的电阻Rm4即可。也可以按照并不是这样一个一个地选择逆变器电路，而是同时选择多个逆变器电路并同时检测多个电机的绝缘电阻的方式，构成检测动作控制部208。例如，从4个逆变器电路105 405中选择2个逆变器电路105及205作为第I组合。然后，检测由所选择的2个逆变器电路105及205(第I组合)所驱动的电机Ml及 M2的绝缘电阻。接着，选择其余的2个逆变器电路305及405 (第2组合)。然后，检测由其余的2个逆变器电路305及405(第2组合)所驱动的电机M3及M4的绝缘电阻。根据本实施方式，能够将所选择的2个逆变器电路作为一个组合，顺序检测电机的绝缘劣化。如果一次所选择的逆变器电路的个数为相同个数，则检测动作控制部208的结构变得简单。再者，在同时将多个逆变器电路作为一个组合来进行检测动作时，要判断在哪一个组合内的哪个电机中发生了绝缘劣化。但是，具体而言，因为还无法直接判断在哪个电机中发生了绝缘劣化，因此，针对驱动已发生绝缘电阻劣化的电机的2个逆变器电路，单独地与最初的实施方式同样地检测绝缘电阻，并确定发生了绝缘劣化的电机即可。再者，像逆变器电路为5个那样，无法分成相同个数的组合的情况下，只要使所选择的逆变器电路的个数不固定，而使其变动即可。即，可以最初针对由3个逆变器电路构成的第I组合进行检测动作，接着针对由2个逆变器电路构成的第2组合进行检测动作。为了在4个电机Ml至M4之中确定绝缘电阻下降的电机，如图4中虚线所示那样，在中央运算装置CPU中采用将运算结果返回至检测动作控制部208的结构。并且，检测动作控制部208从多个逆变器电路中选择适当的2个逆变器电路，在这些逆变器电路中同时进行检测动作。S卩，针对2个逆变器电路的每一个逆变器电路，向一个桥臂电路中的一对晶体管提供上述的规定占空比的PWM信号。这样一来，在由2个逆变器电路驱动的2个电机的绝缘电阻处于并联连接的状态下，绝缘电阻检测部209检测绝缘电阻(并联绝缘电阻)。中央运算装置CPU计算并联绝缘电阻，并将用于对并联绝缘电阻大于预先规定的基准值的2个逆变器电路进行确定的信息返回至检测动作控制部208。得到该信息的检测动作控制部208针对确定的2个逆变器电路与上述同样地分别进行检测动作。然后，由中央运算装置CPU分别计算2个电机的绝缘电阻，并判断绝缘电阻的劣化。具体进行说明，首先针对逆变器电路105及205同时进行检测动作，在进行电机Ml和M2的并联绝缘电阻的检测之后，停止逆变器电路105及205中的检测动作。接下来，在逆变器电路305及405中进行上述的检测动作，在进行了电机M3、M4的并联绝缘电阻的检测之后，停止逆变器电路305、405中的检测动作。接着，在电机M1、M2的并联绝缘电阻较低的情况下，针对逆变器电路105进行检测动作，在进行了电机Ml的绝缘电阻的检测之后，停止逆变器电路105中的检测动作。接着，针对逆变器电路205进行检测动作，在进行了电机M2的绝缘电阻的检测之后，停止逆变器电路205中的检测动作。在电机M3或者M4出现故障的情况下，针对逆变器电路305进行检测动作，在进行了电机M3的绝缘电阻检测之后，停止逆变器电路305中的检测动作。接下来，针对逆变器电路405进行检测动作，在进行了电机M4的绝缘电阻的检测之后，停止逆变器电路405中的检测动作。由此，能够用一个绝缘电阻检测部209有效地检测4个电机的绝缘劣化。在上述各实施方式中，停止电机的通常运转，使电磁接触器处于截止(OFF)状态、切断三相交流电源来检测电机的绝缘电阻。因此，不会受到通过电源线流过的漏电流或电源的噪声的影响。此外，由于使用仅在检测绝缘电阻时通电的检测电阻来检测绝缘电阻，因此绝缘电阻检测用电阻体能够设定为具有专用的电阻值的电阻体。此外，即便电机对地短路，由于也存在保护电阻，因此不会流过过大的电流。再有， 根据各实施方式，不需要取下电机的布线，也不需要特别的作业工序。再者，在驱动多个电机的电机控制装置中，只要针对多个电机构成一个绝缘电阻检测部即可，故可实现低成本化。此外，能够由一个绝缘电阻检测部检测各个电机的绝缘电阻。此外，通过使其形成组合需要时间，即便在有多个电机时，也能够迅速地发现出现故障的电机。此外，还能够弄清楚在电机的哪一相发生了绝缘劣化。在上述的三个实施方式中，在检测绝缘电阻时，在负极直流输出部4B、104B连接了分压电阻电路7、107，但是也可以在正极直流输出部4A、104A连接分压电阻电路7、107。在上述实施方式中，电机具有被星型接线的三相励磁线圈，当然在检测具有被三角接线的三相励磁线圈的电机的绝缘电阻时也能够应用本发明。产业上的可利用性根据本发明，在不使电机转动的情况下能交替驱动在逆变器电路的上级使用的半导体开关及下级的半导体开关从而向励磁线圈施加电压，因此能够可靠地检测绝缘电阻。此外，因为在下级的半导体开关处于导通状态时，使上级的半导体开关的自举电路处于充电动作状态，所以能够将自举电路用于上级的半导体开关的驱动器电路。
权利要求
1.一种电机控制装置，其特征在于具备 整流电路，其经由断路器与交流电源连接，并且在正极直流输出部与负极直流输出部之间具有平滑用电容器； I个以上的逆变器电路，其由多个桥臂电路并联连接而构成，并向I个以上的电机的多相的励磁线圈施加电压，其中该多个桥臂电路各自由一对半导体开关串联连接而构成且所述一对半导体开关的连接点成为交流输出部，所述多个桥臂电路中的上级的所述半导体开关的驱动器电路由自举电路构成；和 绝缘劣化检测装置，其检测所述电机的绝缘劣化， 所述绝缘劣化检测装置具备 电压分压电路，其经由常开开关电路配置在所述正极直流输出部及负极直流输出部中的一者与地线之间； 检测动作控制部，其在所述断路器处于断开状态时使所述常开开关电路处于闭合状态，并进行如下的检测动作，即利用相同占空比的脉冲宽度调制信号反复进行使所述多个桥臂电路的至少一个所述桥臂电路中的所述一对半导体开关的一个半导体开关处于导通状态而使另一个半导体开关处于截止状态，然后使一个半导体开关处于截止状态而使另一个半导体开关处于导通状态这样的驱动，从所述平滑用电容器向至少I相的所述励磁线圈交替施加正电压及负电压，并且在下级的所述半导体开关处于导通时使上级的所述半导体开关的所述自举电路变为充电动作状态；和 绝缘电阻检测部，其在所述检测动作中，基于从所述电压分压电路输出的分压电压和输入至所述逆变器电路的直流电压来检测绝缘电阻。
2.根据权利要求I所述的电机控制装置，其特征在于， 所述I个以上的逆变器电路是针对2个以上的电机分别设置的2个以上的逆变器电路， 所述检测动作控制部构成为从所述多个逆变器电路中选择作为检测对象的I个所述逆变器电路，在所选择的所述I个逆变器电路中进行所述检测动作。
3.根据权利要求I所述的电机控制装置，其特征在于， 所述I个以上的逆变器电路是针对3个以上的电机分别设置的3个以上的逆变器电路， 所述检测动作控制部构成为从所述3个以上的逆变器电路中决定由2个所述逆变器电路构成的多个组合，选择与所决定的多个组合分别对应的2个所述逆变器电路，并且针对所选择的所述2个逆变器电路同时进行所述检测动作，基于此时所述绝缘电阻检测部检测的并联绝缘电阻来确定包括对绝缘电阻已下降的所述电机进行驱动的所述逆变器电路在内的所述2个逆变器电路，进而在所确定的所述2个逆变器电路的各个逆变器电路中进行所述检测动作， 所述绝缘电阻检测部基于所检测出的多个所述绝缘电阻来确定绝缘电阻已下降的所述电机。
4.根据权利要求I至3任意一项所述的电机控制装置，其特征在于， 所述电压分压电路构成为一端电连接于所述负极直流输出部的第I电阻器的另一端与一端电连接于所述地线的第2电阻器的另一端被电连接，所述第I电阻器的两端电压作为所述分压电压Vki被输入至所述绝缘电阻检测部，所述第2电阻器是防止在所述电机处于对地短路状态时流过过电流的保护电阻。
5.根据权利要求4所述的电机控制装置，其特征在于， 所述绝缘电阻检测部将所述分压电压Vki和所述平滑用电容器的端子间电压VD。作为输入，在将所述占空比设为D%，将第I电阻体的电阻值设为R1，将第2电阻体的电阻值设为R2时，通过以下运算式求取绝缘电阻Rm，Rm = VdcX (D/100) X (R1Aei)-(R^R2)。
6.一种电机的绝缘劣化检测方法，其检测由电机控制装置驱动的I个以上的电机的电绝缘电阻的劣化，该电机控制装置具备 整流电路，其经由断路器与交流电源连接，并且在正极直流输出部与负极直流输出部之间具备平滑用电容器；和 I个以上的逆变器电路，其由多个桥臂电路并联连接而构成，并向I个以上的电机的多相的励磁线圈施加电压，其中该多个桥臂电路各自由一对半导体开关串联连接而构成且所述一对半导体开关的连接点成为交流输出部，所述多个桥臂电路中的上级的所述半导体开关的驱动器电路由自举电路构成， 所述电机的绝缘劣化检测方法的特征在于， 使所述断路器处于断开状态， 之后，在所述正极直流输出部及负极直流输出部中的一者与地线之间电连接电压分压电路，并进行如下的检测动作，即利用相同占空比的脉冲宽度调制信号反复进行使所述多个桥臂电路中的至少一个所述桥臂电路中的所述一对半导体开关的一个半导体开关处于导通状态而使另一个半导体开关处于截止状态，然后使一个半导体开关处于截止状态而使另一个半导体开关处于导通状态这样的驱动，从所述平滑用电容器向至少I相的所述励磁线圈交替施加正电压及负电压，并且在下级的所述半导体开关处于导通时使上级的所述半导体开关的所述自举电路变为充电动作状态， 在所述检测动作中，基于从所述电压分压电路输出的分压电压和输入至所述逆变器电路的直流电压来检测所述绝缘电阻， 基于所述绝缘电阻，检测所述电机的所述绝缘电阻的劣化。
7.根据权利要求6所述的电机的绝缘劣化检测方法，其特征在于， 所述I个以上的逆变器电路是针对2个以上的电机分别设置的2个以上的逆变器电路， 从所述多个逆变器电路中选择作为检测对象的I个所述逆变器电路，在所选择的所述I个逆变器电路中进行所述检测动作，由此检测所述2个以上的电机的所述绝缘电阻的劣化。
8.根据权利要求6所述的电机的绝缘劣化检测方法，其特征在于， 所述I个以上的逆变器电路是针对3个以上的电机分别设置的3个以上的逆变器电路， 从所述3个以上的逆变器电路中决定由2个所述逆变器电路构成的多个组合，选择与所决定的多个组合分别对应的2个所述逆变器电路，并且针对所选择的所述2个逆变器电路分别进行所述检测动作，检测并联绝缘电阻，确定包括对并联绝缘电阻已下降的所述电机进行驱动的所述逆变器电路在内的所述2个逆变器电路， 在所确定的所述2个逆变器电路的各个逆变器电路中进行所述检测动作， 基于所检测出的所述绝缘电阻来确定绝缘电阻已下降的所述电机。
9.根据权利要求6所述的电机的绝缘劣化检测方法，其特征在于， 所述电压分压电路构成为一端电连接于所述负极直流输出部的第I电阻器的另一端与一端电连接于所述地线的第2电阻器的另一端被电连接， 在将所述第I电阻器的两端电压设为所述分压电压Vki，将所述分压电压Vki与所述平滑用电容器的端子间电压设为VD。，将所述占空比设为D%，将第I电阻体的电阻值设为R1,将第2电阻体的电阻值设为R2时，通过以下的运算式求取绝缘电阻Rm，Rm = VdcX (D/100) X (R1Aei)-(R^R2)。
全文摘要
本发明提供一种具备绝缘劣化检测装置的电机控制装置及电机的绝缘劣化检测方法，该装置具备能将自举电路应用于半导体开关的驱动器电路的绝缘电阻检测功能。电压分压电路经由以继电器触点构成的常开开关电路配置在负极直流输出部的一端与地线之间。在断路器处于断开状态时，检测动作控制部使常开开关电路处于闭合状态。并且，检测动作控制部进行如下检测动作利用相同占空比的PWM信号反复进行使逆变器电路中的一个桥臂电路的一对晶体管的一个处于导通状态而使另一个处于截止状态，然后使一个处于截止状态而使另一个处于导通状态这样的驱动。然后，绝缘电阻检测部基于从电压分压电路输出的分压电压和输入至逆变器电路的直流电压来检测绝缘电阻。
文档编号H02P27/08GK102769428SQ201210136098
公开日2012年11月7日 申请日期2012年5月4日 优先权日2011年5月6日
发明者井出勇治 申请人:山洋电气株式会社