電動機控制裝置及電動機的絕緣劣化檢測方法

電動機控制裝置及電動機的絕緣劣化檢測方法
【專利摘要】電動機控制裝置及電動機的絕緣劣化檢測方法。檢測動作控制部在收到電動機(M1)的絕緣電阻的檢測指示時，將斷路器(130)斷開，將逆變電路(140－1)的分離開關(148－1)閉合，將逆變電路(140－2)的分離開關(148－2)斷開，將檢測開關(155)閉合以形成絕緣電阻檢測用電流路徑，然后重復開關動作：向第一驅動電路(145)輸出A%占空比的PWM信號、向第二驅動電路(147)輸出在同一時間標記使所述PWM信號的高電平、低電平翻轉而成的100－A%占空比的PWM信號，以將橋臂電路(150A－150C)的一方晶體管(TR1－TR3)接通并將另一方晶體管(TR4－TR6)斷開，其后，將一方晶體管(TR1－TR3)斷開并將另一方晶體管(TR4－TR6)接通。絕緣電阻檢測部利用電阻器(160)的端子間電壓檢測電動機(M1)的絕緣電阻(R1i)。
【專利說明】電動機控制裝置及電動機的絕緣劣化檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及具備電動機的絕緣劣化檢測功能的電動機控制裝置及電動機的絕緣劣化檢測方法。
【背景技術】
[0002]通常，伺服電動機與電動機控制裝置連接，由設置于電動機控制裝置內的PWM逆變器進行驅動。伺服電動機大多由以機床為首的生產設備來使用。在機床中具有邊供給切削液邊加工工件的機械。在使用切削液的機械中，切削液會附著于伺服電動機，附著的切削液滲入伺服電動機的內部，使伺服電動機的絕緣逐漸劣化。
[0003]當伺服電動機的絕緣劣化時，伺服電動機內的繞組和大地之間的絕緣電阻就減小，最終導致繞組和大地電連接，直至接地。當產生接地時，就會使漏電斷路器跳閘，或使電動機控制裝置損壞，從而發生系統故障。系統故障的發生會使工廠的生產線強制停止，所以會給工廠的生產帶來很大的損害。
[0004]目前，從預防性維護保養的觀點出發，具有如下的呼聲，S卩，在直到接地之前，期望具有能夠容易檢測伺服電動機的絕緣劣化的裝置。特別是，在使用許多伺服電動機的多軸機床的工廠中，迫切期望具有能夠分別檢測伺服電動機的絕緣劣化的裝置。
[0005]作為檢測伺服電動機的絕緣劣化的現有方法，代表性地具有下述三種方法:
[0006]( I)利用絕緣電阻計的方法
[0007]該方法是由絕緣電阻計直接讀取伺服電動機的繞組和大地之間的絕緣電阻的方法。
[0008](2)利用PWM逆變器的電路和大地之間的電壓的方法
[0009]該方法是利用下述專利文獻I記載的發明的方法。簡明扼要地說就是如下的方法，即，在PWM逆變器的正極及負極雙方或任一極和大地之間，連接有將電容器和電阻器串聯連接而成的電路，通過檢測電阻器兩端的電壓，來運算絕緣電阻。
[0010](3)利用非供電狀態的PWM逆變器的電路和大地之間的電壓的方法
[0011]該方法是利用下述專利文獻2記載的發明的方法。簡明扼要地說就是如下的方法，即，在經由斷路器而與電源連接的PWM逆變器的負極和大地之間連接有電阻器和開關，將斷路器變成斷開狀態，將開關閉合，將PWM逆變器的正極的半導體開關變成導通狀態，通過檢測電阻器兩端的電壓，來運算絕緣電阻。該方法不同之處在于是在PWM逆變器上未連接有電源的狀態下運算絕緣電阻的。
[0012]專利文獻1:日本特開2005 - 201669號公報
[0013]專利文獻2:日本特開2009 - 204600號公報
[0014]但是，在檢測伺服電動機的絕緣劣化的現有方法中，存在如下問題。
[0015]在采用(I)方法的情況下，為了檢測絕緣電阻，需要將連接伺服電動機和電動機控制裝置的配線卸下來，然后在伺服電動機的繞組和大地之間連接絕緣電阻計的作業。為了檢測絕緣電阻，作業工時數過多，作為預防性維護保養，是不現實的。[0016]在采用(2)方法的情況下，雖然不像(I)方法那樣需要機床的分解，但會導致穿過PWM逆變器的電源而在將電容器和電阻器串聯連接而成的電路中流動漏電流，所以不能運算出正確的絕緣電阻。
[0017]在采用(3)方法的情況下，因為由斷路器將電源和PWM逆變器切斷，所以不存在
(2)方法那樣的問題。但是，在PWM逆變器采用自舉電路的情況下，從如下所述的理由出發，不能應用該方法。
[0018]如圖6的逆變電路所示，自舉電路是利用電容器15作為正極16側的晶體管17的電源的電路。自舉電路通過在PWM逆變器10的設置于負極11側的電源12上連接有二極管13、電阻器14、電容器15而構成。通過負極11側的晶體管18的通、斷，從負極11側的電源12經由電阻器14、二極管13，對電容器15進行充電。因此，電容器15成為正極16側的晶體管17的電源。因此，不能將正極16側的晶體管17變成常時接通，在PWM逆變器10采用自舉電路的情況下，不能進行絕緣電阻的檢測。
[0019]特別是，在使用許多伺服電動機的多軸機床中，如圖6那樣的逆變電路分別對于各伺服電動機進行設置，全部逆變電路并聯連接。在這種情況下，希望能夠檢測各自的伺服電動機的絕緣電阻，但從上述的理由出發，不能檢測各自的伺服電動機的絕緣電阻。

【發明內容】

[0020]本發明是為解決如上所述的檢測絕緣劣化的現有方法的問題點而創建的，其目的在于，提供一種電動機控制裝置及電動機的絕緣劣化檢測方法，其即使具有自舉電路，也能夠容易地檢測絕緣電阻，能夠分別正確掌握多個電動機的絕緣劣化的狀態。
[0021]用于實現上述目的的本發明的電動機控制裝置具有斷路器、多個逆變電路、檢測開關、電阻器、檢測動作控制部、絕緣電阻檢測部。各逆變電路具有開關部、第一驅動電路、第二驅動電路、分離開關。
[0022]斷路器將具備平滑電容器的整流電路和交流電源的連接斷開。多個逆變電路與平滑電容器并聯連接，且分別驅動多個電動機中的一個。
[0023]各逆變電路具有的開關部將多個橋臂電路(H回路)并聯連接，且將該多個橋臂電路與平滑電容器并聯連接，所述橋臂電路將一對半導體開關串聯連接，且將一對半導體開關彼此的連接線與電動機的繞組連接。
[0024]各逆變電路具有的第一驅動電路對橋臂電路的一對半導體開關中的具有自舉電路的一方半導體開關進行驅動。各逆變電路具有的第二驅動電路對橋臂電路的一對半導體開關中的另一方半導體開關進行驅動。
[0025]各逆變電路具有的分離開關將向自舉電路的通電斷開，以將第一驅動電路和第二驅動電路分離。
[0026]檢測開關形成從平滑電容器經由成為檢測對象的電動機所連接的逆變電路的橋臂電路的半導體開關、電動機的繞組、大地到平滑電容器的絕緣電阻檢測用電流路徑。電阻器在平滑電容器和大地之間設置于絕緣電阻檢測用電流路徑內，且與檢測開關串聯連接。
[0027]檢測動作控制部在接收到對電動機的絕緣電阻的檢測指示時，將斷路器斷開，且將成為檢測對象的電動機所連接的逆變電路的分離開關變成閉合，另一方面，將在成為檢測對象的電動機所連接的逆變電路以外的全部逆變電路的分離開關變成斷開，且將檢測開關變成閉合，從而形成絕緣電阻檢測用電流路徑，然后重復進行如下的開關動作:向成為檢測對象的電動機所連接的逆變電路的第一驅動電路輸出A%的占空比的PWM信號、向逆變電路的第二驅動電路輸出在同一時間標記(同一夕^ ^ >々'')將該PWM信號的高電平、低電平翻轉而成的100 - A%的占空比的PWM信號，以將該逆變電路的開關部的至少一個橋臂電路的一對半導體開關中的一方變成接通狀態，且將另一方變成斷開狀態，其后，將所述橋臂電路的一對半導體開關中的一方變成斷開狀態，且將另一方變成接通狀態。絕緣電阻檢測部利用電阻器的端子間電壓，檢測成為檢測對象的電動機的絕緣電阻。
[0028]用于實現上述目的的本發明的電動機的絕緣劣化檢測方法利用電動機控制裝置，所述電動機控制裝置具有斷路器、多個逆變電路、檢測開關、電阻器、檢測動作控制部、絕緣電阻檢測部，各逆變電路具有開關部、第一驅動電路、第二驅動電路、分離開關。
[0029]電動機的絕緣劣化檢測方法包含如下階段:接收對電動機的絕緣電阻的檢測指示；由斷路器將整流電路和交流電源的連接斷開，將成為檢測對象的電動機連接的逆變電路的分離開關變成閉合，從而將第一驅動電路和第二驅動電路連接，另一方面，將在成為檢測對象的電動機連接的逆變電路以外的全部逆變電路的分離開關變成斷開，從而將向自舉電路的通電斷開，并且將第一驅動電路和第二驅動電路分離，通過檢測開關，形成絕緣電阻檢測用電流路徑；重復進行如下的開關動作，并且在絕緣電阻檢測用電流路徑內通以檢測電流，所述開關動作為:向成為檢測對象的電動機所連接的逆變電路的第一驅動電路輸出A%的占空比的PWM信號、向所述逆變電路的第二驅動電路輸出在同一時間標記使所述PWM信號的高電平、低電平翻轉而成的100 - A%的占空比的PWM信號，以將該逆變電路的開關部的至少一個橋臂電路的一對半導體開關中的一方變成接通狀態，并將另一方變成斷開狀態，其后，將所述橋臂電路的一對半導體開關中的一方變成斷開狀態，并將另一方變成接通狀態；對通過檢測電流流到電阻器而生成的電阻器的電壓進行檢測；以及根據檢測到的電壓的大小，來檢測成為檢測對象的電動機的絕緣電阻。
[0030]發明效果
[0031]根據本發明，即使是具有自舉電路的電動機控制裝置，也能夠容易檢測絕緣電阻，并且能夠分別正確地掌握多個電 動機的絕緣劣化的狀態。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本實施方式的電動機控制裝置的構成圖；
[0033]圖2是供圖1所示的橋臂電路的動作說明的圖；
[0034]圖3是圖1所示的電動機控制裝置的絕緣電阻檢測時的動作流程圖；
[0035]圖4是供圖3的動作流程圖的動作說明的圖；
[0036]圖5是供圖3的動作流程圖的動作說明的圖；
[0037]圖6是表示設置于逆變電路的自舉電路的具體電路構成的圖；
[0038]符號說明
[0039]100電動機控制裝置
[0040]110整流電路
[0041]120交流電源(三相)
[0042]130斷路器[0043]140 - 1,140 - 2 逆變電路
[0044]145第一驅動電路
[0045]147第二驅動電路
[0046]148 — 1、148 — 2 分尚開關
[0047]150AU50BU50C橋臂電路(開關部)
[0048]152A、152B、152C 連接線
[0049]155檢測開關
[0050]160 電阻器
[0051]165保護電阻器
[0052]170檢測動作指示部
[0053]175 PWM控制電路
[0054]180 A / D 轉換器
[0055]185絕緣劣化判定計算機
[0056]C平滑電容器
[0057]TRl — TR6 晶體管
[0058]DPS直流電源
[0059]RO 電阻
[0060]DO 二極管
[0061]CO 電容器
【具體實施方式】
[0062]下面，對本發明的電動機控制裝置及電動機的絕緣劣化檢測方法的一個實施方式進行說明。
[0063]〔電動機控制裝置的構成〕
[0064]圖1是本實施方式的電動機控制裝置的構成圖。如圖所示，本實施方式的電動機控制裝置100能夠驅動兩臺電動機M1、M2，且能夠分別檢測兩臺電動機M1、M2的絕緣電阻。在利用本實施方式的電動機控制裝置檢測電動機Ml、M2的絕緣電阻的情況下，不需要卸下成為檢測對象的電動機的配線，且不會受到來自電源的漏電流的影響。另外，如下所述，即使由兩個軸構成的電動機控制裝置具備自舉電路，也能夠分別正確地檢測兩個電動機的絕緣電阻。
[0065]本實施方式例示的電動機是三相交流電動機，電動機Ml具有星形連接在一起的R相的繞組Wlr、S相的繞組Wls、T相的繞組Wit。在驅動電動機Ml時，例如，對繞組Wlr、Wls、Wlt通以以電角度錯開120°相位的電流。另外，電動機Ml的絕緣電阻Rli記載為作為等效電路而表示繞組Wlr、Wls、Wlt的中性點和地之間的絕緣的電阻。當絕緣電阻Rli的電阻值達到預定的一定的值以下時，就可判斷為電動機Ml的絕緣正在劣化。
[0066]同樣，電動機M2具有星形連接在一起的R相的繞組W2r、S相的繞組W2s、T相的繞組W2t。在驅動電動機M2時，與電動機Ml同樣，例如，對繞組W2r、W2s、W2t通以以電角度錯開120°相位的電流。另外，當電動機M2的絕緣電阻R2i的電阻值達到預定的一定的值以下時，就可判斷為電動機M2的絕緣正在劣化。[0067]電動機控制裝置100具有將具備平滑電容器C的整流電路110和交流電源(三相)120的連接斷開的斷路器130。
[0068]如圖所示，整流電路110具有橋接在一起的六個二極管Dl — D6，六個二極管Dl —D6對從交流電源120流來的交流電流進行全波整流。由六個二極管Dl - D6進行了全波整流的直流電流通過平滑電容器C而平滑化，并且降低全波整流后的直流電流的脈動。
[0069]在檢測電動機Ml或M2的絕緣電阻時，斷路器130的接點被分離，將整流電路110和交流電源120的連接斷開。
[0070]在整流電路110上并聯地連接有兩個逆變電路140 -1和140 — 2。逆變電路140 一 I和140 — 2與平滑電容器C并聯連接，分別驅動電動機M1、M2。逆變電路140 — I和140 - 2的構成相同，因此作為代表對逆變器140 -1的構成進行說明。
[0071]逆變器140 -1具有構成開關部的三個橋臂電路150A、150B、150C。
[0072]橋臂電路150A將一對晶體管(半導體開關)TR1和TR4串聯連接，在一對晶體管TRl和TR4彼此的連接線152A上連接有電動機Ml的繞組Wlr。橋臂電路150B將一對晶體管TR2和TR5串聯連接，在一對晶體管TR2和TR5彼此的連接線152B上連接有電動機Ml的繞組Wit。橋臂電路150C將一對晶體管TR3和TR6串聯連接，在一對晶體管TR3和TR6彼此的連接線152C上連接有電動機Ml的繞組Wls。
[0073]三個橋臂電路150A、150B、150C (開關部)與整流電路110的平滑電容器C并聯連接。在形成開關部的六個晶體管TR1、TR4、TR2、TR5、TR3、TR6的集電極一發射極間，反連接
有二極管D。
[0074]在形成各橋臂電路150A、150B、150C的一對晶體管TRl、TR4或TR2、TR5或TR3、TR6中，分別在一方晶體管TR1、TR2、TR3上連接有由電阻RO、電容器CO、二極管DO及直流電源DPS構成的自舉電路。
[0075]分別在具有自舉電路的一方晶體管TR1、TR2、TR3上連接有驅動晶體管TR1、TR2、TR3的第一驅動電路145。
[0076]在形成各橋臂電路150A、150B、150C的一對晶體管TR1、TR4或TR2、TR5或TR3、TR6中，分別在另一方的晶體管TR4、TR5、TR6上連接有驅動晶體管TR4、TR5、TR6的第二驅動電路147。
[0077]第一驅動電路145分別對于晶體管TR1、TR2、TR3中的每個進行設置。另外，第二驅動電路147分別對于晶體管TR4、TR5、TR6中的每個進行設置。
[0078]對驅動晶體管TR1、TR2、TR3的第一驅動電路145進行驅動的自舉電路和驅動晶體管TR4、TR5、TR6的第二驅動電路147通過分離開關148 — I來連接。當分離開關148 — I變成斷開時，驅動第一驅動電路145的自舉電路和第二驅動電路147就分離。S卩，當分離開關148 — I變成斷開時，向自舉電路的通電就斷開。反之，當分離開關148 -1變成閉合時，驅動第一驅動電路145的自舉電路和第二驅動電路147就連接，能夠實現向自舉電路的通電。因此，電容器CO被充電，第一驅動電路145通過電容器CO的電壓，來驅動晶體管TR1、TR2、TR3。
[0079]另外，在本實施方式中，將分離開關148 -1設置在電阻RO和直流電源DPS之間，通過將分離開關148 -1設為斷開，來由一個分離開關148 -1將全部的第一驅動電路145和全部的第二驅動電路147集中分離，但分離開關148也可以設置在各自的電阻RO和電容器CO之間。
[0080]在檢測開關155的一個端子上連接有電阻器160，所述電阻器160的一個端子與將平滑電容器C的一端和晶體管TR4、TR5、TR6的發射極連接的線連接。另外，在檢測開關155的另一端子上連接有保護電阻器165的一端，所述保護電阻器165在電動機Ml或M2處于接地狀態時，防止過電流流動。保護電阻器165的另一端與地連接。
[0081]在檢測電動機Ml或M2的絕緣電阻時，當將檢測開關155閉合時，就形成下述中的任一種絕緣電阻檢測用電流路徑。
[0082]S卩，在檢測電動機Ml的絕緣電阻時，在逆變電路140 -1中，形成如下的絕緣電阻檢測用電流路徑，即，從平滑電容器C，經由橋臂電路150A的晶體管TR1、TR4、電動機Ml的繞組Wlr、橋臂電路150B的晶體管TR2、TR5、電動機Ml的繞組Wlt及橋臂電路150C的晶體管TR3、TR6、電動機Ml的繞組Wls這三個繞組，通過絕緣電阻Rl1、地，從保護電阻器165、檢測開關155、電阻器160到平滑電容器C。
[0083]另外，絕緣電阻檢測用電流路徑也可以是不會如上所述地經由三個繞組而是各經由一個繞組的下述中的任一種路徑。
[0084]即，也可以是如下的絕緣電阻檢測用電流路徑，即，從平滑電容器C，通過橋臂電路150A的晶體管TR1、TR4、電動機Ml的繞組Wlr、絕緣電阻Rl1、地，再從保護電阻器165、檢測開關155、電阻器160到平滑電容器C。或者也可以是如下的絕緣電阻檢測用電流路徑，即，從平滑電容器C，通過橋臂電路150B的晶體管TR2、TR5、電動機Ml的繞組Wit、絕緣電阻Rl1、地，再從保護電阻器165、檢測開關155、電阻器160到平滑電容器C。或者也可以是如下的絕緣電阻檢測用電流路徑，即，從平滑電容器C，通過橋臂電路150C的晶體管TR3、TR6、電動機Ml的繞組Wls、絕緣電阻Rl1、地，再從保護電阻器165、檢測開關155、電阻器160到平滑電容器C。另外，也可以通過任意兩個橋臂電路(例如，橋臂電路150A和150C)，來形成絕緣電阻檢測用電流路徑。
[0085]另外，在檢測電動機M2的絕緣電阻時，在逆變電路140 — 2偵彳，與上述同樣，以任一種路徑形成絕緣電阻檢測用電流路徑。
[0086]斷路器130、分離開關148 — 1、148 — 2、檢測開關155由檢測動作指示部170來驅動。
[0087]檢測動作控制部170在接收到電動機Ml或M2的絕緣電阻的檢測指示時,識別其檢測指示是對哪個電動機的檢測指示。如果絕緣電阻的檢測指示是針對電動機Ml的檢測指示，則如圖4所示，將斷路器130變成斷開，將分離開關148 -1變成閉合，將分離開關148 一 2變成斷開，同時將檢測開關155變成閉合，從而在逆變電路140 — I側，形成上述的絕緣電阻檢測用電流路徑。
[0088]另一方面，如果絕緣電阻的檢測指示是針對電動機M2的檢測指示，則將斷路器130變成斷開，將分離開關148 — I變成斷開，將分離開關148 — 2變成閉合，同時將檢測開關155變成閉合，從而在逆變電路140 - 2側，形成上述的絕緣電阻檢測用電流路徑。
[0089]分離開關148 — I和148 — 2不會同時成為閉合，而是通過絕緣電阻的檢測指示是針對電動機Ml的還是針對電動機M2的檢測指示擇一地開閉。因此，在逆變電路140 —I側形成絕緣電阻檢測用電流路徑時，能夠不會受到逆變電路140 - 2側的影響，而測定電動機Ml的絕緣電阻Rli。另外，在逆變電路140 - 2側形成絕緣電阻檢測用電流路徑時，能夠不會受到逆變電路140 -1側的影響，而測定電動機M2的絕緣電阻R2i。
[0090]PWM控制電路175接受來自檢測動作控制部170的指示，向第一驅動電路145輸出A%的占空比的PWM信號，向第二驅動電路147輸出在同一時間標記使PWM信號的高電平、低電平翻轉而成的100 - A%的占空比的PWM信號。
[0091]由此，重復進行如下的開關動作，即，將開關部的至少一個橋臂電路(例如，如果是三個，則為橋臂電路150A - 150C)的一對晶體管中的TR1、TR2、TR3變成接通狀態，并將晶體管TR4、TR5、TR6變成斷開狀態，其后，將晶體管TR1、TR2、TR3變成斷開狀態，并將晶體管TR4、TR5、TR6變成接通狀態。另外，重復進行如下的開關動作，即，將開關部的至少一個橋臂電路(例如，如果是一個，則為橋臂電路150A)的一對晶體管中的TRl變成接通狀態，并將晶體管TR4變成斷開狀態，其后，將晶體管TRl變成斷開狀態，并將晶體管TR4變成接通狀態。
[0092]PWM控制電路175能夠以使脈沖的相位一致的方式將上述占空比的PWM信號同步地輸出到橋臂電路150A - 150C的第一驅動電路145和第二驅動電路147，并檢測電動機Ml或M2的繞組的絕緣電阻。
[0093]另外，PWM控制電路175能夠將上述占空比的PWM信號輸出到橋臂電路150A的第一驅動電路145和第二驅動電路147，并檢測電動機Ml或M2的繞組Wlr或繞組W2r的絕緣電阻。或者，能夠將上述占空比的PWM信號輸出到橋臂電路150B的第一驅動電路145和第二驅動電路147，并檢測電動機Ml或M2的繞組Wlt或繞組W2t的絕緣電阻。或者，能夠將上述占空比的PWM信號輸出到橋臂電路150C的第一驅動電路145和第二驅動電路147，并檢測電動機Ml或M2的繞組Wls或繞組W2s的絕緣電阻。
[0094]另外，PWM控制電路175也可以對任意兩個橋臂電路(例如，橋臂電路150A和150C)的第一驅動電路145和第二驅動電路147同步地以使脈沖的相位一致的方式同時輸出上述占空比的PWM信號。
[0095]另外，由檢測動作指示部170和PWM控制電路175形成檢測動作控制部。
[0096]此時的輸出到第一驅動電路145的PWM信號的占空比A選定30%?70%范圍的值，使得能夠生成用于對絕緣電阻檢測用電流路徑通以檢測電動機Ml或M2的絕緣電阻Rli或R2i所需要的電流的電壓，且能夠將自舉電路的電容器CO充電到可進行晶體管TRl的開關動作的程度。
[0097]在檢測開關155和電阻160之間連接有A / D轉換器180。A / D轉換器180將電阻160的端子間電壓轉換為數字化值。在A / D轉換器180連接有絕緣劣化判定計算機185，所述絕緣劣化判定計算機185根據數字化后的電阻160的端子間電壓，檢測電動機Ml、M2的絕緣電阻Rli或R2i，并利用檢測到的絕緣電阻的值，判定絕緣劣化狀態。
[0098]另外，由A / D轉換器180和絕緣劣化判定計算機185形成絕緣電阻檢測部。
[0099]圖2是供圖1所示的橋臂電路150A的動作說明的圖。如圖2 (a)所示，在橋臂電路150A的晶體管TRl上連接有自舉電路。
[0100]在自舉電路中，在分離開關148 — I閉合且晶體管TR4接通期間，對由直流電源DSP、電阻RO、二極管DO、電容器CO、晶體管TR4構成的封閉電路通以電流，通過該電流，電容器CO被充電。
[0101]充電到電容器CO的電荷變成使晶體管TRl的基極一發射極間電壓上升的電源。通過從第一驅動電路145輸出的開關信號，能夠確保晶體管TRl的導通狀態。
[0102]在分離開關148 -1成為閉合期間，如圖2 (b)所示的PWM信號施加于晶體管TRl和TR4。PWM信號I和PWM信號2是高電平和低電平的狀態翻轉而成的信號。因此，當PWM信號I施加于晶體管TRl且PWM信號2施加于晶體管TR4時，重復進行如下的開關動作，即，晶體管TRl成為接通狀態，另一方面，晶體管TR4成為斷開狀態，其后，晶體管TRl變成斷開狀態，另一方面，晶體管TR4變成接通狀態。
[0103]〔電動機控制裝置的動作〕
[0104]接著，對圖1所示的電動機控制裝置100的動作進行說明。在對檢測絕緣電阻的動作進行說明之前，先對驅動電動機Ml、M2的通常的動作進行說明。
[0105](通常動作)
[0106]在驅動電動機Ml和M2的情況下，檢測動作指示部170不工作，所以斷路器130如圖1所示變成閉合狀態。由交流電源120施加的電壓通過整流電路110而轉換為直流，然后供給到驅動電動機Ml的逆變電路140 -1和驅動電動機M2的逆變電路140 — 2。另外，在通常動作中，如圖1所示，分離開關148 — I和148 — 2都是閉合狀態，檢測開關155成為斷開狀態。
[0107]PWM控制電路175將逆變電路140 — I和140 — 2的橋臂電路150A的晶體管TRl和橋臂電路150B的晶體管TR5接通，對電動機Ml的繞組Wlr、Wlt通以電流，并對電動機M2的繞組W2r、W2t通以電流。接著，PWM控制電路175將逆變電路140 — I和140 — 2的橋臂電路150B的晶體管TR2和橋臂電路150C的晶體管TR6接通，對電動機Ml的繞組Wit、Wls通以電流，并對電動機M2的繞組W2t、W2s通以電流。接著，PWM控制電路175將逆變電路140 — I和140 — 2的橋臂電路150C的晶體管TR3和橋臂電路150A的晶體管TR4接通，對電動機Ml的繞組Wls、Wlr通以電流，并對電動機M2的繞組W2s、W2r通以電流。
[0108]通過按照上述的順序重復進行PWM控制電路175實現的橋臂電路150A — 150C的晶體管TRl - TR6的開關，來對電動機M1、M2的繞組Wlr — Wlt、W2r — W2t通以電流，使得電動機Ml、M2進行旋轉。在變更轉速的情況下，對施加于橋臂電路150A - 150C的晶體管TRl - TR6的PWM信號的占空比進行變更。
[0109]PWM控制電路175實現的以上的控制基于來自安裝于電動機M1、M2的編碼器的信號而進行。為了檢測電動機M1、M2的旋轉位置，并進行定位，而通過來自編碼器的信號控制電動機Ml、M2的速度。
[0110](絕緣電阻檢測動作)
[0111]除如上所述的通常動作以外，在檢測電動機Ml或M2的絕緣電阻時，電動機控制裝置100還如下所述地動作。
[0112]圖3是圖1所示的電動機控制裝置100的絕緣電阻檢測時的動作流程圖。該動作流程圖所示的處理順序也表示電動機的絕緣劣化檢測方法的順序。
[0113]參照圖2、圖4、圖5對圖3的動作流程圖的處理進行說明。
[0114]絕緣電阻檢測動作通過檢測動作指示部170從外部輸入電動機Ml或M2的絕緣電阻的檢測指示開始。
[0115]當檢測動作指示部170從外部接收到絕緣電阻的檢測指示時(S100),如圖4所示，檢測動作指示部170將斷路器130從閉合狀態變成斷開狀態，使整流電路110脫離交流電源120(S101)。由此，不向逆變電路140 -1和140 — 2供給電力，電動機控制裝置100從通常動作過渡到絕緣電阻檢測動作。另外，在絕緣電阻的檢測指示中，包含成為檢測對象的電動機Ml或M2的信息。
[0116]該步驟SlOO的處理相當于絕緣劣化檢測方法的第一階段。
[0117]檢測動作指示部170從絕緣電阻的檢測指示所包含的成為檢測對象的電動機的信息，識別其檢測指示是對哪個電動機的檢測指示。通過識別出的檢測指示，來選擇要變成斷開狀態的分離開關148 — I或148 - 2，然后將所選擇的分離開關變成斷開狀態。
[0118]例如，如果絕緣電阻的檢測指示是對電動機Ml的檢測指示，則成為絕緣電阻的檢測對象的電動機所連接的逆變電路是140 - 1，所以如圖4所示，檢測動作指示部170僅將分離開關148 -1變成閉合狀態。S卩，分離開關148 -1維持閉合狀態，絕緣電阻的檢測對象之外的電動機所連接的逆變電路140 — 2的分尚開關148 — 2從閉合狀態變為斷開狀態。
[0119]將分離開關148 — 2變成斷開狀態的理由是，在萬一電動機M2的絕緣電阻R2i正在下降的情況下，會導致電流從逆變電路140 - 2的直流電源DPS穿過自舉電路的電阻R0、二極管D0、電容器CO、絕緣電阻R2i而流動。該電流會招致絕緣電阻Rli的誤檢測。
[0120]另外，具體而言，在對電動機Ml進行了 PWM驅動的情況下，相對于大地電位而言的負極電位就會受PWM信號的影響而波動。因此，在負極電位比大地電位高時，電流就會穿過絕緣電阻R2i而流到電阻器160和保護電阻器165。由此，雖然要檢測絕緣電阻Pli，但受在絕緣電阻P2i中流動的電流的影響，絕緣電阻Pli的電阻值檢測得比實際電阻值小。
[0121]為了避免以上的誤檢測，在檢測電動機Ml的絕緣電阻時，將分離開關148 — 2變成斷開狀態。另外，在檢測電動機M2的絕緣電阻時，將分離開關148 — I變成斷開狀態(S102)。
[0122]接著，如圖4所示，檢測動作指示部170將檢測開關155變成閉合狀態(S103)。
[0123]該步驟SlOl?步驟S103的動作相當于絕緣劣化檢測方法的第二階段。
[0124]PWM控制電路175接受來自檢測動作指示部170的動作指示，向逆變電路140 — I的橋臂電路150A - 150C的第一驅動電路145輸出A%的占空比的PWM信號。A%的占空比的PWM信號是圖2 (b)的上側所示的脈沖狀的信號。另外，絕緣劣化檢測動作時所使用的PWM信號和上述的通常動作時所使用的PWM信號不同。在絕緣劣化檢測動作時，使用適合絕緣劣化檢測的獨自的PWM信號。
[0125]通過該PWM信號，晶體管TRl、TR2、TR3進行開關動作。在晶體管TRl、TR2、TR3接通期間，晶體管TR4、TR5、TR6斷開，如圖4所示，電流在從平滑電容器C通過晶體管TR1、電動機Ml的繞組Wlr、及晶體管TR2、電動機Ml的繞組Wlt及晶體管TR3、電動機Ml的繞組Wls、絕緣電阻Rl1、大地、保護電阻器165、檢測開關155、電阻器160到平滑電容器C的絕緣電阻檢測用電流路徑中流動。
[0126]另一方面，PWM控制電路175接受來自檢測動作指示部170的動作指示，向逆變電路140 -1的橋臂電路150A - 150C的第二驅動電路147輸出100 — A%的占空比的PWM信號，所述100 — A%的占空比的PWM信號是在同一時間標記將輸出到第一驅動電路145的PWM信號的高電平、低電平翻轉而成的PWM信號。100 — A%的占空比的PWM信號是圖2(b)的下側所示的脈沖狀的信號。
[0127]通過該PWM信號，晶體管TR4、TR5、TR6進行開關動作。在晶體管TR4、TR5、TR6接通期間，晶體管TR1、TR2、TR3斷開，如圖5所示，電流在從直流電源DPS通過電阻R0、電容器CO、二極管DO、晶體管TR4到直流電源DPS的自舉電路中流動。由該電流對電容器CO進行充電。充電后的電容器CO的電壓成為下一次晶體管TR1、TR2、TR3進行開關動作時的電源。
[0128]另外，也可以不如上所述地使晶體管TR1、TR2、TR3及晶體管TR4、TR5、TR6同時交替地開關，而是使每個橋臂電路150A - 150C的晶體管(例如，橋臂電路150A的晶體管TRl和TR4)進行開關。
[0129]因此，通過輸出到第一驅動電路145和第二驅動電路147的PWM信號，晶體管TRl、TR2、TR3和晶體管TR4、TR5、TR6交替地重復通、斷。晶體管TR1、TR2、TR3接通的時間由輸出到第一驅動電路145的PWM信號的占空比來決定，所以當設置平滑電容器C的充電電壓為VDC時，施加于絕緣電阻Rl1、保護電阻器165、電阻器160這個串聯電路的平均電壓V就變成V = VDCXA / 100伏特。
[0130]因此，當將在絕緣電阻檢測用電流路徑中流動的檢測電流設為I，且將絕緣電阻Rli的電阻值設為RRl1、將保護電阻器165的電阻值設為R165、將電阻器160的電阻值設為R160 時，
[0131]I = V / (RRli + R165 + R160)
[0132]= VDCXA / 100 (RRli + R165 + R160)安培。
[0133]因而，電阻器160的端子間電壓V160為
[0134]V160 = VDCXAXR160 / 100 (RRli + R165 + R160)伏特。另外，在此，電動機Ml的繞組Wlr、繞組Wit、繞組Wls的合成電阻值和晶體管TRl的壓降極小，所以忽略不計。
[0135]電阻器160的端子間電壓V160的大小與絕緣電阻Rli的大小RRli成比例。因此，通過檢測電阻器160的端子間電壓V160的大小，能夠得知絕緣電阻Rli的電阻值RRli。
[0136]如上所述，晶體管TR1、TR2、TR3通過輸出到第一驅動電路145的PWM信號進行開關。PWM信號的占空比越大，施加于包含電動機Ml的繞組Wlr、繞組Wit、繞組Wls在內的絕緣電阻Rl1、保護電阻器165、電阻器160這個串聯電路的平均電壓V越大，所以很方便用于絕緣電阻Rl i的檢測。
[0137]另一方面，晶體管TR4、TR5、TR6接通的時間依賴于輸出到第一驅動電路145的PWM信號的占空比。由于僅在晶體管TR4、TR5、TR6接通期間，電流在自舉電路中流動，所以輸出到第一驅動電路145的PWM信號的占空比越大，電容器CO的充電時間越短，電容器CO的電壓上升越小。
[0138]因此，輸出到第一驅動電路145的PWM信號的占空比A選定30%?70%的范圍的值，使得能夠生成用于對絕緣電阻檢測用電流路徑通以檢測絕緣電阻Rli所需要的電流的電壓，且能夠將自舉電路的電容器CO充電到可進行晶體管TRl、TR2、TR3的開關動作的程度(S104)。
[0139]該步驟S104相當于絕緣劣化檢測方法的第三階段。
[0140]接著，A / D轉換器180對通過檢測電流I流到電阻器160而生成的電阻器160的電壓V160進行A / D轉換(S105)。
[0141]該步驟S105相當于絕緣劣化檢測方法的第四階段。
[0142]最后，絕緣劣化判定計算機185從A / D轉換后的電壓V160，檢測電動機Ml的絕緣電阻值RRli (S106)。在對檢測到的絕緣電阻值RRli進行監測而絕緣電阻值RRli正在下降的情況下，更換電動機M1，將由接地引起的系統故障的發生防患于未然。另外，也可以在絕緣劣化判定計算機185上設置利用檢測到的電動機的絕緣電阻來判定電動機的絕緣劣化的絕緣劣化判定功能。
[0143]該步驟S106相當于絕緣劣化檢測方法的第五階段。
[0144]在上述的絕緣電阻檢測動作中，以使脈沖的相位一致的方式同步地對逆變電路140 — I或140 - 2的橋臂電路150A、150B、150C賦予同一占空比的PWM信號，所以不會在使電動機Ml、M2旋轉的方向上有力的作用，電動機Ml、M2不會旋轉。反過來說，在絕緣劣化檢測動作時，以電動機Ml、M2不旋轉的方式對逆變電路140 — I或140 — 2的各橋臂電路150A、150B、150C賦予同一占空比的PWM信號。
[0145]如上所述，根據本實施方式的電動機控制裝置100，通過使電動機M1、M2的通常運轉停止且將斷路器130變成斷開狀態，能夠測定電動機M1、M2的絕緣電阻。因此，不需要卸下電動機Ml、M2的配線，且在絕緣電阻的測定時，不會受到穿過電源線而流動的漏電流及交流電源的噪音的影響。
[0146]另外，在絕緣電阻的檢測時，利用僅在檢測時進行通電的專用電阻器160，來測定絕緣電阻。因此，絕緣電阻的電阻值能夠采用適合絕緣電阻的檢測的值。并且，因為以使脈沖的相位一致的方式同步地(也可以不必使脈沖的相位完全一致)對各橋臂電路賦予同一占空比的PWM信號，所以電動機不會旋轉。
[0147]另外，僅設置一個絕緣電阻檢測部，就能夠分別檢測多個電動機的絕緣電阻。
[0148]而且，由于在可將向自舉電路的電流斷開的位置設有分離開關，且在另一軸的電動機的絕緣電阻測定時將該分離開關設為斷開，所以在使用自舉電源構成逆變電路的情況下，即使與該逆變電路連接的電動機的絕緣電阻下降，也能夠正確地檢測電動機的絕緣電阻。
[0149]在上述的實施方式中，對具有兩臺逆變電路的情況進行了例示，但即使是具有三臺以上的逆變電路的電動機控制裝置，也能夠應用本申請發明的思想。另外，對設置于逆變電路的橋臂電路設有三個的情況進行了例示，但即使是通過電動機的繞組構成而具有例如六個橋臂電路的電動機控制裝置，也能夠應用本申請發明的思想。另外，在上述的實施方式中，對全部逆變電路都具有自舉電路的情況進行了例示，但即使是至少一個逆變電路具備自舉電路的電動機控制裝置，也能夠應用本申請發明的思想。在這種情況下，在具備自舉電路的逆變電路上設置分離開關。
【權利要求】
1.一種電動機控制裝置，包括: 斷路器，其將交流電源和具備平滑電容器的整流電路的連接斷開； 多個逆變電路，其與所述平滑電容器并聯連接分別驅動多個電動機中的各電動機， 各逆變電路具有: 開關部，其將多個橋臂電路并聯連接，且將所述多個橋臂電路與所述平滑電容器并聯連接，所述橋臂電路將一對半導體開關串聯連接，且將所述一對半導體開關彼此的連接線與電動機的繞組連接； 第一驅動電路，其對所述橋臂電路的一對半導體開關中的具有自舉電路的一個半導體開關進行驅動； 第二驅動電路，其對所述橋臂電路的一對半導體開關中的另一個半導體開關進行驅動；以及 分離開關，其將向所述自舉電路的通電斷開，且將所述第一驅動電路和所述第二驅動電路分離， 所述電動機控制裝置還具有: 檢測開關，其形成從所述平滑電容器，流經成為檢測對象的電動機所連接的逆變電路的橋臂電路的半導體開關、該電動機的繞組、大地到達所述平滑電容器的絕緣電阻檢測用電流路徑； 電阻器，其設置于所述平滑電容器和所述大地之間的絕緣電阻檢測用電流路徑內，且與所述檢測開關串聯連接； 檢測動作控制部，其在接收到對所述電動機的絕緣電阻的檢測指示時，由所述斷路器將所述整流電路和所述交流電源的連接斷開，將成為檢測對象的電動機所連接的逆變電路的分離開關變成閉合以將所述第一驅動電路和所述第二驅動電路連接，另一方面，將成為檢測對象的電動機所連接的逆變電路以外的全部逆變電路的分離開關變成斷開以將所述第一驅動電路和所述第二驅動電路分離，將所述檢測開關變成閉合，從而形成絕緣電阻檢測用電流路徑，然后重復進行如下的開關動作:向成為檢測對象的電動機所連接的逆變電路的第一驅動電路輸出八％的占空比的PWM信號、向所述逆變電路的第二驅動電路輸出將所述PWM信號的高電平、低電平在同一時間標記翻轉而成的100 - A%的占空比的PWM信號，以將該逆變電路的開關部的至少一個橋臂電路的一對半導體開關中的一方變成接通狀態，且將另一方變成斷開狀態，其后，將所述橋臂電路的一對半導體開關中的一方變成斷開狀態，且將另一方變成接通狀態；以 及 絕緣電阻檢測部，其利用所述電阻器的端子間電壓檢測所述電動機的絕緣電阻。
2.如權利要求1所述的電動機控制裝置，其中， 輸出到所述第一驅動電路的PWM信號的占空比A%選定30%~70%的范圍的值，使得能夠生成用于對所述絕緣電阻檢測用電流路徑通以檢測所述電動機的絕緣電阻所需要的電流的電壓，且能夠將所述自舉電路的電容器充電到可實現所述一方的半導體開關的開關動作的程度。
3.如權利要求1或2所述的電動機控制裝置，其中， 所述第一驅動電路分別對于形成各橋臂電路的一對半導體開關中的一個半導體開關進行設置，所述第二驅動電路分別對于形成各橋臂電路的一對半導體開關中的另一個半導體開關進行設置， 所述分離開關能夠將全部的所述第一驅動電路和全部的所述第二驅動電路集中地分離，且成為設置于可將向所述自舉電路的通電斷開的位置的單獨的開關。
4.如權利要求1或2所述的電動機控制裝置，其中， 所述檢測動作控制部具有如下功能:在接收到對所述電動機的絕緣電阻的檢測指示時，識別所述檢測指示是針對哪個電動機的檢測指示。
5. 如權利要求1或2所述的電動機控制裝置，其中， 在所述檢測開關的一個端子上連接有所述電阻器的一端，進一步在所述檢測開關的另一端子上連接有在所述電動機處于接地狀態時防止在所述絕緣電阻檢測用電流路徑中流動過電流的保護電阻器的一端，所述電阻器的另一端與所述平滑電容器連接，所述保護電阻器的另一端與大地連接。
6.如權利要求1或2所述的電動機控制裝置，其中， 所述絕緣電阻檢測部還具有絕緣劣化判定功能，所述絕緣劣化判定功能利用所檢測的所述電動機的絕緣電阻來判定該電動機的絕緣劣化。
7.一種電動機的絕緣劣化檢測方法，其利用根據權利要求1或2所述的電動機控制裝置，其中，所述電動機的絕緣劣化檢測方法包括以下階段: 第一階段:接收對所述電動機的絕緣電阻的檢測指示； 第二階段:由所述斷路器將所述整流電路和所述交流電源的連接斷開，將成為檢測對象的電動機所連接的逆變電路的分離開關變成閉合，從而將所述第一驅動電路和所述第二驅動電路連接；另一方面，將成為檢測對象的電動機所連接的逆變電路以外的全部逆變電路的分離開關變成斷開，從而將向所述自舉電路的通電斷開，并且將所述第一驅動電路和所述第二驅動電路分離；通過所述檢測開關形成絕緣電阻檢測用電流路徑； 第三階段:重復進行如下的開關動作并且在所述絕緣電阻檢測用電流路徑內通以檢測電流，所述開關動作為:向成為檢測對象的電動機所連接的逆變電路的第一驅動電路輸出A%的占空比的PWM信號、向所述逆變電路的第二驅動電路輸出使所述PWM信號的高電平、低電平在同一時間標記翻轉而成的100 - A%的占空比的PWM信號，以將該逆變電路的開關部的至少一個橋臂電路的一對半導體開關中的一方變成接通狀態，并將另一方變成斷開狀態，其后，將所述橋臂電路的一對半導體開關中的一方變成斷開狀態，并將另一方變成接通狀態； 第四階段:對通過所述檢測電流流到所述電阻器而生成的電阻器的電壓進行檢測；以及 第五階段:根據檢測到的電壓的大小，來檢測成為檢測對象的電動機的絕緣電阻。
8.如權利要求7所述的電動機的絕緣劣化檢測方法，其中， 在所述第三階段中，輸出到所述第一驅動電路的PWM信號的占空比A%選定30%~70%的范圍的值，使得能夠生成用于對所述絕緣電阻檢測用電流路徑通以檢測所述電動機的絕緣電阻所需要的電流的電壓，且能夠將所述自舉電路的電容器充電到可實現所述一方的半導體開關的開關動作的程度。
9.如權利要求7所述的電動機的絕緣劣化檢測方法，其中，在所述第一階段中，包括識別對所述電動機的絕緣電阻的檢測指示是針對哪個電動機的指示的階段。
【文檔編號】H02P5/74GK103580556SQ201310325466
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月30日 優先權日:2012年8月2日
【發明者】井出勇治 申請人:山洋電氣株式會社