図面 (/)

技術 絶縁劣化診断装置

出願人 三菱電機株式会社
発明者 津田剛志長岡弘太朗田辺章渡邊佳正
出願日 2011年6月17日 (9年8ヶ月経過) 出願番号 2011-135346
公開日 2013年1月7日 (8年1ヶ月経過) 公開番号 2013-003004
状態 特許登録済
技術分野 遮断器と発電機・電動機と電池等の試験
主要キーワード モータ台数 一括チェック インバータ制御モータ 検出抵抗素子 M系列 共振フィルタ 複数モータ 健全状態
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年1月7日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

電路切り替えずに絶縁劣化軸を特定できるとともにモータ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。

概要

背景

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絶縁劣化診断を行う技術として、外部から電圧印加して流れる電流により絶縁劣化診断する方法や、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バッテリとの間の電路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。

概要

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。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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

複数のモータ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

請求項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。

請求項3

前記軸特定用動作指令は、商用電源周波数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。

請求項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。

技術分野

0001

本発明は、絶縁劣化診断装置に関する。

背景技術

0002

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絶縁劣化診断を行う技術として、外部から電圧印加して流れる電流により絶縁劣化診断する方法や、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。

0003

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絶縁抵抗劣化検出が可能となるとされている。

0004

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バッテリとの間の電路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。

先行技術

0005

特許第4565036号公報
特許第4098069号公報

発明が解決しようとする課題

0006

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。

0007

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。

0008

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。

0009

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。

0010

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。

0011

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。

課題を解決するための手段

0012

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。

発明の効果

0013

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。

図面の簡単な説明

0014

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。

実施例

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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NC−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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

次に、絶縁劣化診断装置10の構成について説明する。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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。

0047

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。

0048

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。

0049

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。

0050

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。

0051

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。

0052

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。

0053

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。

0054

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。

0055

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。

0056

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。

0057

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。

0058

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。

0059

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。

0060

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。

0061

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。

0062

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。

0063

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。

0064

例えば、商用電源周波数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。

0065

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。

0066

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。

0067

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。

0068

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。

0069

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。

0070

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。

0071

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。

0072

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

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社日立製作所の「 二次電池システム」が 公開されました。( 2019/07/11)

    【課題】本発明は、電池システム内における劣化ばらつきの加速を抑制し、電池システムを長寿命化させることを目的とする。【解決手段】 複数の二次電池を直列、並列接続した二次電池システムにおいて、前記二次電... 詳細

  • 株式会社日立製作所の「 リチウムイオン電池」が 公開されました。( 2019/04/18)

    【課題】本発明により、電池内部の部分的な劣化を考慮して、制御することで電池の寿命を延ばすことができる。【解決手段】リチウムイオン二次電池は、正極外部端子と負極との間の抵抗を算出する第一の抵抗算出手段を... 詳細

  • パナソニックIPマネジメント株式会社の「 電圧検出回路および蓄電システム」が 公開されました。( 2018/11/29)

    【課題】直列接続された複数のセルと電圧検出回路間の電圧計測線の断線をより早期に検出する。【解決手段】電圧検出回路(11)は、直列接続された複数の蓄電セル(B1〜B5)間の各ノードと複数の電圧計測線(L... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ