絶縁抵抗測定装置搭載システムおよび車両駆動用システム
【課題】電気回路と、当該電気回路に対して電気的に絶縁されている部材との間の絶縁抵抗を測定する装置とを含む絶縁抵抗測定装置搭載システムにおいて、絶縁抵抗の測定誤差を低減したシステムを提供する
【解決手段】電源１０および電気機器１２−１〜１２−ｎは、導電性部材３４との間に電気的な絶縁を施された上で、当該導電性部材３４に固定される。機器回路１２ｂｉにはスイッチング素子１２ｃｉを制御するための制御信号Ｆｉが制御回路１２ａｉから入力される。スイッチング素子１２ｃｉは、制御信号Ｆｉが示す電圧の変化に従ってオン状態とオフ状態との間の切り換えが行われる。制御信号Ｆ１〜Ｆｎの周波数は、これらの相互間の差が所定の隔離周波数ｆｓ以上となるよう決定される。絶縁抵抗測定部２は、電力供給線１６ｂと導電性部材３４との間の絶縁抵抗を測定する。
【解決手段】電源１０および電気機器１２−１〜１２−ｎは、導電性部材３４との間に電気的な絶縁を施された上で、当該導電性部材３４に固定される。機器回路１２ｂｉにはスイッチング素子１２ｃｉを制御するための制御信号Ｆｉが制御回路１２ａｉから入力される。スイッチング素子１２ｃｉは、制御信号Ｆｉが示す電圧の変化に従ってオン状態とオフ状態との間の切り換えが行われる。制御信号Ｆ１〜Ｆｎの周波数は、これらの相互間の差が所定の隔離周波数ｆｓ以上となるよう決定される。絶縁抵抗測定部２は、電力供給線１６ｂと導電性部材３４との間の絶縁抵抗を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路と当該電気回路に対して電気的に絶縁されている部材との間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置とを備える絶縁抵抗測定装置搭載システム、およびそれを利用した車両駆動用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建造物、工場設備等へ電力を供給する電力供給設備、電動機の制御装置等に用いられる電力制御回路は、導電性部材に電気的な絶縁を施した上で固定されることが多い。
【０００３】
しかし、異物の存在等により電力制御回路と導電性部材との間の絶縁抵抗が低下すると、導電性部材に電流が漏洩し、電力制御回路の故障を惹き起こすおそれがある。そこで、電力制御回路と導電性部材との間の絶縁抵抗を随時測定し監視することが好ましい。
【０００４】
図５に電力制御装置５２と導電性部材５４との間の絶縁抵抗ｒを測定するための絶縁抵抗測定装置５を示す。絶縁抵抗測定装置５は、電圧発生器１８、分圧抵抗２０、絶縁コンデンサ２２、フィルタ２４、電圧測定器２６、絶縁抵抗算出部２８、表示部３０、導電性部材３４、測定端子Ｍｓを備えて構成される。導電性部材３４は、絶縁抵抗測定装置５を収納する筐体をなす。電圧発生器１８の片側の端子は、直列接続された分圧抵抗２０および絶縁コンデンサ２２を介して測定端子Ｍｓに接続され、他方の端子は導電性部材３４に接続される。フィルタ２４の入力端子Ｆｉｎは分圧抵抗２０および絶縁コンデンサ２２の接続点に接続される。電圧測定器２６は、フィルタ２４の出力端子Ｆｏｕｔと導電性部材３４との間に接続される。
【０００５】
絶縁抵抗測定装置５の測定端子Ｍｓは、測定対象となる電力制御回路５２に接続される。また、絶縁抵抗測定装置５の導電性部材３４は、電力制御回路５２を固定する導電性部材５４と同電位となるよう接続される。
【０００６】
電圧発生器１８は、所定の測定周波数の電圧を発生する。これによって、電力制御回路５２と導電性部材５４との間には有限の絶縁抵抗ｒを介して測定電流が流れ、絶縁抵抗測定装置５の測定端子Ｍｓと導電性部材５４との間には測定電流による電圧（以下、測定電圧ＶMとする。）が現れる。このようにして現れた測定電圧ＶMによって、フィルタ２４の端子Ｆｉｎと導電性部材３４との間にはフィルタ入力電圧Ｖｉｎが現れる。フィルタ２４は、フィルタ入力電圧Ｖｉｎに対して測定周波数以外の周波数の電圧を低減したフィルタ出力電圧Ｖｏｕｔをフィルタ出力端子Ｆｏｕｔと導電性部材３４との間に出力する。電圧測定器２６は端子Ｆｏｕｔと導電性部材３４との間の電圧を測定する。なお、絶縁コンデンサ２２は、電力制御回路５２と絶縁抵抗測定装置５との間で直流電流を遮断するために設けられている。
【０００７】
絶縁抵抗測定装置５においては、電圧発生器１８が発生する電圧の波高値Ｖ0、分圧抵抗２０の抵抗値Ｒ0、および絶縁コンデンサ２２のインピーダンスは既知である。そこで、絶縁抵抗算出部２８は、これらの既知の値と電圧測定器２６から読み込んだ電圧とに基づいて、絶縁抵抗ｒの測定値ｒｓを算出し表示部３０に入力する。表示部３０は入力された値を表示する。
【０００８】
なお、特開２００４−１０４９２３号公報には絶縁抵抗検出装置についての記載がある。また、特開２００３−２１９５５１号公報には漏電検出装置についての記載がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１０４９２３号公報
【特許文献２】特開２００３−２１９５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般に、電力制御回路は、昇圧コンバータ回路やインバータ回路等のスイッチング素子を備える。スイッチング素子は、所定の制御周波数の制御信号に従って電流の断続を繰り返す。それに伴い、電力制御回路と導電性部材との間には、制御周波数の電圧成分を含むコモンモード電圧が現れる。
【００１１】
絶縁抵抗測定装置５の電圧測定器２６で測定される電圧は、フィルタ２４によって周波数帯域制限が施されている。そのため、測定電圧ＶMにそのようなコモンモード電圧が重畳されたとしても、制御周波数がフィルタ２４の通過周波数帯域外であれば、測定値ｒｓに大きな誤差が現れることはない。ところが、電力制御回路５２が複数のスイッチング素子を備え、複数のスイッチング素子のそれぞれを制御する制御信号の周波数が近接している場合には次のような問題が生ずる。
【００１２】
電力制御回路と導電性筐体との間には、ある１つのスイッチング素子に対する制御信号の制御周波数と、そのスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子に対する制御信号の制御周波数との差であるビート周波数の電圧が現れる。そして、このビート周波数が、フィルタ２４の通過周波数帯域内の値である場合、ビート周波数の電圧が電圧測定器２６で測定される電圧に重畳され測定値ｒｓの誤差が増大する。
【００１３】
本発明はこのような課題に対してなされたものであり、複数のスイッチング素子を含む電気回路と、当該電気回路に対して電気的に絶縁されている部材との間の絶縁抵抗を測定する装置とを含む絶縁抵抗測定装置搭載システムにおいて、絶縁抵抗の測定誤差を低減したシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、電気回路と、前記電気回路に対して電気的に絶縁されている部材との間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置と、を備える絶縁抵抗測定装置搭載システムであって、前記電気回路は、第１の周波数で動作する第１のスイッチング素子と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で動作する第２のスイッチング素子と、を備え、前記絶縁抵抗測定装置は、前記電気回路と前記部材との間に所定の測定周波数の信号が重畳された測定電流を流す測定電流発生部と、前記測定周波数に対する通過率が、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数に対する通過率よりも大きいフィルタと、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る絶縁抵抗測定装置搭載システムにおいては、前記フィルタの透過率の周波数特性は、絶縁抵抗測定装置で測定される絶縁抵抗の許容誤差に基づいて決定することが好適である。
【００１６】
また、本発明に係る絶縁抵抗測定装置搭載システムにおいては、前記フィルタの透過率の周波数特性は、前記電気回路と前記部材との間に発生するコモンモード電圧に基づいて決定することが好適である。
【００１７】
また、本発明に係る車両駆動システムは、前記絶縁抵抗測定装置搭載システムを備え、前記電気回路は、前記第１のスイッチング素子を含む第１のインバータ回路と、前記第２のスイッチング素子を含む第２のインバータ回路と、を備え、前記第１のインバータ回路および前記第２のインバータ回路は、それぞれ電動機に接続されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る車両駆動用システムにおいては、前記絶縁抵抗測定装置における絶縁抵抗の測定値が所定の基準値以下である場合、前記電動機への電力の供給を停止させる構成とすることが好適である。
【００１９】
また、本発明に係る車両駆動用システムにおいては、前記絶縁抵抗測定装置における絶縁抵抗の測定値が所定の基準値以下である場合、ユーザへその旨を知らせる情報を呈示する情報呈示装置を備える構成とすることが好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、絶縁抵抗の測定誤差を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１に本発明の実施形態に係る電気機器システム１の構成を示す。電気機器システム１は、絶縁抵抗測定部２、電源１０、電気機器１２−１〜１２−ｎ（ｎは２以上の整数）、および導電性部材３４を備えて構成される。
【００２２】
電源１０は、出力端子ａおよびｂから電気機器１２−１〜１２−ｎに電力を供給する。電源１０としては、例えば、商用交流電力を直流電力に変換する直流安定化電源回路、燃料電池等を用いることができる。
【００２３】
電気機器１２−１〜１２−ｎは、それぞれ電動機の回転制御装置、電圧変換装置、空調装置、照明装置等である。電気機器１２−ｉ（ｉは１〜ｎの任意の整数）は、制御回路１２ａｉおよび機器回路１２ｂｉを備える。電気機器１２−ｉの電力供給端子１４ａｉは電力供給線１６ａを介して電源１０の出力端子ａに接続され、電力供給端子１４ｂｉは電力供給線１６ｂを介して電源１０の出力端子ｂに接続される。
【００２４】
制御回路１２ａｉは、機器回路１２ｂｉを制御するために設けられている。制御回路１２ａｉは、機器回路１２ｂｉに周波数ｆｉの矩形波の制御信号Ｆｉを入力する。機器回路１２ｂｉは少なくとも１つのスイッチング素子１２ｃｉを含んで構成される。スイッチング素子１２ｃｉは、制御信号Ｆｉの電圧の変化に従ってオン状態とオフ状態との間の切り換えが行われる。したがって、周波数ｆｉでオン状態とオフ状態との間の切り換えが繰り返され、それに伴って電流の断続が繰り返される。そして、スイッチング素子１２ｃｉにおける電流の断続に伴って、電気機器１２−ｉの電源供給端子１４ａｉおよび１４ｂｉには、周波数ｆｉで変化する電流が流れる。
【００２５】
制御信号Ｆ１〜Ｆｎのそれぞれの周波数ｆ１〜ｆｎは、これらの相互間の差が所定の隔離周波数ｆｓ以上となるよう決定される。すなわち、｜ｆｊ−ｆｋ｜≧ｆｓ（ｊおよびｋは互いに異なる１〜ｎまでの任意の整数）が成立するように周波数ｆ１〜ｆｎが決定される。
【００２６】
導電性部材３４は、絶縁抵抗測定部２、電源１０、電気機器１２−１〜１２−ｎを収納する筐体の一部である。電源１０および電気機器１２−１〜１２−ｎは、導電性部材３４との間の電気的な絶縁が施された上で、当該導電性部材３４に固定される。
【００２７】
絶縁抵抗測定部２は、電圧発生器１８、分圧抵抗２０、絶縁コンデンサ２２、フィルタ２４、電圧測定器２６、絶縁抵抗算出部２８、表示部３０、警告部３２を備えて構成される。図５の絶縁抵抗測定装置５と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。絶縁抵抗測定部２の測定点３６は電力供給線１６ｂに接続される。
【００２８】
電圧発生器１８は、測定周波数ｆｍの矩形波電圧を発生する。分圧抵抗２０の抵抗値Ｒ0および電圧発生器１８が発生する電圧の波高値Ｖ0は、フィルタ出力電圧Ｖｏｕｔが電圧測定器２６で測定可能な範囲となるよう決定することが好ましい。
【００２９】
具体的には、絶縁抵抗の予想値ｒｅ、周波数ｆｍにおける絶縁コンデンサ２２のインピーダンス、および周波数ｆｍにおけるフィルタ２４の透過率Ｐｍに基づいて、フィルタ出力電圧Ｖｏｕｔと抵抗値Ｒ0との関係、およびフィルタ出力電圧Ｖｏｕｔと波高値Ｖ0との関係を求め、フィルタ出力電圧Ｖｏｕｔが電圧測定器２６で測定することが可能な範囲となるよう抵抗値Ｒ0および波高値Ｖ0を決定すればよい。予想値ｒｅは、シミュレーションや経験値によって予め決定しておくことが好ましい。また、抵抗値Ｒ0の決定に際しては、絶縁抵抗ｒの十分な測定分解能が得られるよう、絶縁抵抗ｒに対するフィルタ出力電圧Ｖｏｕｔの変化率を考慮することが好ましい。
【００３０】
フィルタ２４は測定周波数ｆｍを通過周波数帯域の中心周波数とした図２のような周波数特性を有する。隔離周波数ｆｓでの透過率Ｐｓは、測定周波数ｆｍでの透過率Ｐｍに対して透過比Ａｓ倍（０＜Ａｓ＜１）となるよう設定される。すなわち、Ａｓ＝Ｐｓ／Ｐｍが成立する。また、隔離周波数ｆｓ以上の周波数帯域における透過率はＡｓ・Ｐｍ以下である。
【００３１】
透過率Ａｓは、絶縁抵抗測定部２で得られる測定値ｒｓの許容誤差ｅに基づいて決定することが好ましい。許容誤差ｅは、フィルタ入力電圧Ｖｉｎに含まれる測定周波数ｆｍの成分の波高値Ｖｍ、およびビート周波数｜ｆｊ−ｆｋ｜の成分の波高値Ｖｊｋに基づいて求めることができる。
【００３２】
波高値Ｖｍは、分圧抵抗２０の抵抗値Ｒ0、電圧発生器１８が発生する電圧の波高値Ｖ0、絶縁抵抗ｒの予想値ｒｅ、周波数ｆｍにおける絶縁コンデンサ２２のインピーダンスによって算出することができる。具体的には、絶縁抵抗ｒが予想値ｒｅであるとした図３に示す等価回路によって、フィルタ入力電圧Ｖｉｎのに含まれる測定周波数ｆｍの成分の波高値Ｖｍを算出すればよい。
【００３３】
波高値Ｖｊｋは、フィルタ入力電圧Ｖｉｎに含まれるビート周波数｜ｆｊ−ｆｋ｜の成分の波高値Ｖｊｋを測定することによって取得することができる。測定は、電圧発生器１８の出力を停止したときのフィルタ入力電圧Ｖｉｎをシンクロスコープ等によって観測することによって行うことができる。ただし、透過率Ａｓの決定には、波高値Ｖｊｋをそのまま用いるのではなく、周波数範囲がｆｓ≦｜ｆｊ−ｆｋ｜≦ｆｍａｘであるｊおよびｋの組み合わせに係る波高値Ｖｊｋを加算合計した加算合計波高値Ｖｂを用いる。ここでｆｍａｘは、設計において考慮する任意の周波数上限値である。このように考慮する周波数範囲を定めず、すべてのｊおよびｋの組み合わせに係る波高値ｊｋを加算合計して加算合計波高値Ｖｂを求めることとしてもよい。また、加算合計波高値Ｖｂを測定によって取得する代わりに、経験的にその値を見積もることとしてもよい。
【００３４】
許容誤差ｅを比率で定義するものとすれば、透過比Ａｓ、波高値Ｖｍ、加算合計波高値Ｖｂおよび許容誤差ｅは次の（１）式の関係を満たすことが好適である。
（数１） Ａｓ・Ｖｂ／（Ｖｍ＋Ａｓ・Ｖｂ）＜ｅ （１）
【００３５】
これをＡｓについて解くことにより、次の（２）式に示す透過比Ａｓに対する条件が定まる。
（数２） Ａｓ＜ｅＶｍ／（Ｖｂ−ｅＶｂ） （２）
【００３６】
フィルタ２４の周波数特性は、上記（２）式が成立するよう決定すればよい。すなわち、絶縁抵抗ｒの値が予想値ｒｅであるという条件の下、波高値Ｖｍ、加算合計波高値Ｖｂ、および許容誤差ｅを与えることで透過比Ａｓの上限値を算出し、その上限値を満足するようフィルタ２４を構成すればよい。
【００３７】
例えば、フィルタ入力電圧Ｖｉｎに含まれる測定周波数ｆｍの成分の波高値Ｖｍ、および波高値Ｖｂの大きさが同一である場合、許容誤差ｅを０．０１未満に抑えるためには透過比Ａｓを０．０１未満とすればよい。隔離周波数ｆｓを測定周波数ｆｍの１００倍とした場合、透過比Ａｓが０．０１未満の特性を有するフィルタは、阻止周波数帯域で−２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの減衰特性を有する１次のフィルタで実現することが可能である。
【００３８】
なお、上記の説明では、｜ｆｊ−ｆｋ｜≧ｆｓが成立するよう、先に周波数ｆ１〜ｆｎを決定しておき、その後にフィルタ２４の周波数特性を定めることとした。これとは逆に、先にフィルタ２４の周波数特性を定めておき、その後に周波数ｆ１〜ｆｎを決定することも可能である。この場合、周波数範囲がｆｓ≦｜ｆｊ−ｆｋ｜≦ｆｍａｘを満たすｊおよびｋの組み合わせについて（１）式が成立するという条件の下、周波数ｆ１〜ｆｎを決定すればよい。
【００３９】
次に、絶縁抵抗測定部２の動作について説明する。絶縁抵抗測定部２は、電源供給線１６ｂと導電性部材３４との間の絶縁抵抗ｒを測定し、表示部３０に表示する。また、警告部３２は、絶縁抵抗算出部２８が算出した測定値ｒｓを読み込む。そして、異物の混入等により、電源供給線１６ｂと導電性部材３４との間の絶縁抵抗ｒが低下し、測定値ｒｓが所定値未満となったときには、警告音を鳴動する鳴動手段や警告内容を表示する表示手段等によって絶縁抵抗ｒが低下した旨を警告する。
【００４０】
電気機器システム１では、電気機器１２−１〜１２−ｎが共通の電力供給線１６ａおよび１６ｂで接続されている。したがって、電気機器１２−１〜１２−ｎの回路内の節点と導電性部材３４との間、ならびに電力供給線１６ａおよび１６ｂと導電性部材３４との間には、周波数ｆ１〜ｆｎの相互間の差の周波数｜ｆｊ−ｆｋ｜のコモンモード電圧が現れる。しかし、上述のように周波数ｆ１〜ｆｎおよびフィルタ２４の透過率Ｐを決定することで、測定値ｒｓの誤差の増大を回避することができる。
【００４１】
また、電気機器システム１では、絶縁抵抗ｒが低下し、測定値ｒｓが所定値未満となったときは警告部３２が絶縁抵抗ｒが低下した旨を警告するため、導電性部材３４へ電流が漏洩することによる故障を迅速に発見することができる。
【実施例】
【００４２】
本発明の実施例として、図４に示す車両駆動用システム３について説明する。車両駆動用システム３は、電気エネルギーによって車両を駆動するシステムである。一般に、電気エネルギーによって走行する車両は、直流電圧を交流電圧に変換して電動機を駆動するインバータ回路を備える。インバータ回路では、ジュール熱による損失を極力低減しつつ車両を走行するのに必要な高電圧が用いられる。そこで、インバータ回路は、安全対策を万全にするため、ボデーとの間の電気的な絶縁が施された上で、当該ボデーに取り付けられる。そして車両には、インバータ回路と車両のボデ−との間の絶縁抵抗ｒを測定するための手段が設けられることが一般的である。
【００４３】
また、電気エネルギーによって走行する車両には複数の電動機が備えられることが一般的である。この場合、複数のインバータ回路が動作することにより、複数のスイッチング素子の制御周波数の相互の差の周波数を示すコモンモード電圧が各インバータ回路に現れ、絶縁抵抗ｒの測定値ｒｓの誤差が増大してしまうというおそれがある。本実施例は、このような問題を解決するものである。
【００４４】
車両駆動用システム３は、絶縁抵抗測定部４、ボデー３８、スイッチ４０ａおよび４０ｂ、電池４２、インバータ回路４６−１，４６−２、制御部５０−１，５０−２、電動機Ｍ１，Ｍ２を備えて構成される。車両駆動用システム３は、車両のボデー３８との間の絶縁を施した上で当該ボデー３８に固定される。図５の絶縁抵抗測定装置５、図１の電気機器システム１と同一の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
インバータ回路４６−１の電力供給端子４８ａ１およびインバータ回路４６−２の電力供給端子４８ａ２は、スイッチ４０ａを介して電池４２の正極端子＋に接続される。また、インバータ回路４６−１の電力供給端子４８ｂ１およびインバータ回路４６−２の電力供給端子４８ｂ２は、スイッチ４０ｂを介して電池４２の負極端子−に接続される。スイッチ４０ａおよび４０ｂは制御部５０−１によって制御される。インバータ回路４６−１の出力端子ｕ１，ｖ１，およびｗ１は電動機Ｍ１に接続される。また、インバータ回路４６−２の出力端子ｕ２，ｖ２，およびｗ２は電動機Ｍ２に接続される。
【００４６】
インバータ回路４６−１は、スイッチング素子Ｓ１−１〜Ｓ６−１を備えて構成される。スイッチング素子Ｓ１−１〜Ｓ３−１のそれぞれは電力供給端子４８ａ１に接続される。また、スイッチング素子Ｓ４−１〜Ｓ６−１のそれぞれは電力供給端子４８ｂ１に接続される。さらに、スイッチング素子Ｓ１−１〜Ｓ３−１の電力供給端子４８ａ１に接続されている端子とは反対側の端子は、それぞれＳ４−１〜Ｓ６−１に接続される。スイッチング素子Ｓ１−１とＳ４−１の接続点は出力端子ｕ１に、スイッチング素子Ｓ２−１とＳ５−１の接続点は出力端子ｖ１に、スイッチング素子Ｓ３−１とＳ６−１の接続点は出力端子ｗ１に、それぞれ接続される。スイッチング素子Ｓ１−１〜Ｓ６−１には、制御部５０−１から引き出された制御線Ｔ１−１〜Ｔ１−６がそれぞれ接続される。スイッチング素子Ｓ１−１〜Ｓ６−１は、それぞれ制御線Ｔ１−１〜Ｔ６−１によって供給される制御信号Ｃ１−１〜Ｃ６−１によって制御される。
【００４７】
インバータ回路４６−２は、スイッチング素子Ｓ１−２〜Ｓ６−２を備えて構成される。インバータ回路４６−２はインバータ回路４６−１と同一の構成であるため、各構成部の末尾の符号「−２」を以てインバータ回路４６−１が備える構成部と区別し、説明を省略する。
【００４８】
制御信号Ｃ１−１〜Ｃ６−１は周波数がｆ１の矩形波電圧である。制御信号Ｃ１−１〜Ｃ６−１のデューティ比および制御信号Ｃ１−１〜Ｃ６−１の相互間の位相差は、電動機Ｍ１を制御するための最適な値に、制御部５０−１によって設定される。同様に、制御信号Ｃ１−２〜Ｃ６−２は周波数がｆ２の矩形波電圧であり、これらの信号のデューティ比および相互間の位相差は、電動機Ｍ２を制御するための最適な値に、制御部５０−２によって設定される。また、周波数ｆ１と周波数ｆ２は、これらの差が所定の値ｆｓ以上となるように決定される。
【００４９】
絶縁抵抗測定部４は、電圧発生器１８、分圧抵抗２０、絶縁コンデンサ２２、フィルタ２４、電圧測定器２６、絶縁抵抗算出部２８、表示部３０、警告部３２を備えて構成される。図１の絶縁抵抗測定部２と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。絶縁抵抗測定部４の測定点３６は電力供給線４４ｂに接続される。絶縁抵抗算出部２８が算出した測定値ｒｓは、表示部３０および警告部３２のみならず制御部５０−１にも入力される。制御部５０−１は測定値ｒｓに基づいて、スイッチ４０ａおよび４０ｂを制御する。
【００５０】
電圧発生器１８が発生する矩形波電圧の波高値Ｖ0、分圧抵抗２０の抵抗値Ｒ0、透過比Ａｓ、および周波数ｆ１と周波数ｆ２との差の周波数ｆｓは、上述の電気機器システム１と同様にして決定することができる。
【００５１】
次に、車両駆動用システム３の動作について説明する。インバータ回路４６−１は、電力供給端子４８ａ１と電力供給端子４８ｂ１との間に電池４２によって印加された直流電圧を交流電圧に変換し、出力端子ｕ１，ｖ１，およびｗ１から出力する。電動機Ｍ１は出力端子ｕ１，ｖ１，およびｗ１から出力された交流電圧に従って回転する。制御部５０−１は、車両の走行に応じて制御信号Ｃ１−１〜Ｃ６−１のデューティ比を変化させて電動機Ｍ１を制御する。この動作は、インバータ回路４６−２、電動機Ｍ２、および制御部５０−２についても同様である。
【００５２】
インバータ回路４６−１および４６−２とボデー３８との間の絶縁抵抗ｒは、絶縁抵抗測定部４によって測定される。測定値ｒｓは、表示部３０、警告部３２、および制御部５０−１に入力される。
【００５３】
電源供給線４４ｂとボデー３８との間の絶縁抵抗ｒが低下し、絶縁抵抗算出部２８で算出された測定値ｒｓが所定値未満となると、前述のように警告部３２は絶縁抵抗ｒが低下した旨の警告を行う。また、制御部５０−１は絶縁抵抗算出部２８から入力された測定値ｒｓが所定値未満となると、スイッチ４０ａおよび４０ｂをオフ状態とし、インバータ回路４６−１および４６−２への電力の供給を遮断する。
【００５４】
車両駆動用システム３においては、インバータ回路４６−１および４６−２が共通の電力供給線４４ａおよび４４ｂで接続されている。したがって、インバータ回路４６−１および４６−２の各節点とボデー３８との間には、周波数｜ｆ１−ｆ２｜のコモンモード電圧が現れる。しかし、上述のように周波数ｆ１およびｆ２、ならびにフィルタ２４の透過率Ｐを決定することで、測定値ｒｓの誤差の増大を回避することができる。
【００５５】
また、車両駆動用システム３では、絶縁抵抗ｒが低下し、測定値ｒｓが所定値未満となったときには、警告部３２が絶縁抵抗ｒが低下した旨を警告するため、ボデー３８に電流が漏洩することによる故障を迅速に発見することができる。さらに、制御部５０−１は、測定値ｒｓが所定値未満となったときには、スイッチ４０ａおよび４０ｂをオフ状態とし、インバータ回路４６−１および４６−２への電力の供給を遮断するため、ボデー３８に電流が漏洩することに対する安全対策を万全なものとすることができる。
【００５６】
なお、車両にはインバータ回路の他、電池の電圧を変換する昇圧コンバータ回路が用いられることが一般的である。昇圧コンバータ回路はインバータ回路と同様、特定の周波数の制御信号によって制御されるスイッチング素子を備える。したがって、昇圧コンバータ回路についても本発明を適用することができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】電気機器システムを示す図である。
【図２】フィルタの周波数特性を示す図である。
【図３】フィルタ入力電圧Ｖｉｎに含まれる測定周波数ｆｍの成分の波高値Ｖｍを算出するための等価回路を示す図である。
【図４】車両駆動用システムを示す図である。
【図５】絶縁抵抗測定装置、電力制御回路、および導電性部材を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 電気機器システム、２，４ 絶縁抵抗測定部、３ 車両駆動用システム、５ 絶縁抵抗測定装置、１０ 電源、１２−１〜１２−ｎ 電気機器、１２ａ１〜１２ａｎ 制御回路、１２ｂ１〜１２ｂｎ 機器回路、１２ｃ１〜１２ｃｎ，Ｓ１−１〜Ｓ６−１，Ｓ１−２〜Ｓ６−２ スイッチング素子、１４ａ１〜１４ａｎ，１４ｂ１〜１４ｂｎ，４８ａ１，４８ｂ１，４８ａ２，４８ｂ２ 電力供給端子、１６ａ，１６ｂ，４４ａ，４４ｂ 電力供給線、１８ 電圧発生器、２０ 分圧抵抗、２２ 絶縁コンデンサ、２４ フィルタ、２６ 電圧測定器、２８ 絶縁抵抗算出部、３０ 表示部、３２ 警告部、３４，５４ 導電性部材、３６ 測定点、３８ ボデー、４０ａ，４０ｂ スイッチ、４２ 電池、４６−１，４６−２ インバータ回路、５０−１，５０−２ 制御部、５２ 電力制御回路、Ｔ１−１〜Ｔ６−１，Ｔ１−２〜Ｔ６−２ 制御線、ｕ１，ｖ１，ｗ１，ｕ２，ｖ２，ｗ２ 出力端子、Ｍ１，Ｍ２ 電動機。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路と当該電気回路に対して電気的に絶縁されている部材との間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置とを備える絶縁抵抗測定装置搭載システム、およびそれを利用した車両駆動用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建造物、工場設備等へ電力を供給する電力供給設備、電動機の制御装置等に用いられる電力制御回路は、導電性部材に電気的な絶縁を施した上で固定されることが多い。
【０００３】
しかし、異物の存在等により電力制御回路と導電性部材との間の絶縁抵抗が低下すると、導電性部材に電流が漏洩し、電力制御回路の故障を惹き起こすおそれがある。そこで、電力制御回路と導電性部材との間の絶縁抵抗を随時測定し監視することが好ましい。
【０００４】
図５に電力制御装置５２と導電性部材５４との間の絶縁抵抗ｒを測定するための絶縁抵抗測定装置５を示す。絶縁抵抗測定装置５は、電圧発生器１８、分圧抵抗２０、絶縁コンデンサ２２、フィルタ２４、電圧測定器２６、絶縁抵抗算出部２８、表示部３０、導電性部材３４、測定端子Ｍｓを備えて構成される。導電性部材３４は、絶縁抵抗測定装置５を収納する筐体をなす。電圧発生器１８の片側の端子は、直列接続された分圧抵抗２０および絶縁コンデンサ２２を介して測定端子Ｍｓに接続され、他方の端子は導電性部材３４に接続される。フィルタ２４の入力端子Ｆｉｎは分圧抵抗２０および絶縁コンデンサ２２の接続点に接続される。電圧測定器２６は、フィルタ２４の出力端子Ｆｏｕｔと導電性部材３４との間に接続される。
【０００５】
絶縁抵抗測定装置５の測定端子Ｍｓは、測定対象となる電力制御回路５２に接続される。また、絶縁抵抗測定装置５の導電性部材３４は、電力制御回路５２を固定する導電性部材５４と同電位となるよう接続される。
【０００６】
電圧発生器１８は、所定の測定周波数の電圧を発生する。これによって、電力制御回路５２と導電性部材５４との間には有限の絶縁抵抗ｒを介して測定電流が流れ、絶縁抵抗測定装置５の測定端子Ｍｓと導電性部材５４との間には測定電流による電圧（以下、測定電圧ＶMとする。）が現れる。このようにして現れた測定電圧ＶMによって、フィルタ２４の端子Ｆｉｎと導電性部材３４との間にはフィルタ入力電圧Ｖｉｎが現れる。フィルタ２４は、フィルタ入力電圧Ｖｉｎに対して測定周波数以外の周波数の電圧を低減したフィルタ出力電圧Ｖｏｕｔをフィルタ出力端子Ｆｏｕｔと導電性部材３４との間に出力する。電圧測定器２６は端子Ｆｏｕｔと導電性部材３４との間の電圧を測定する。なお、絶縁コンデンサ２２は、電力制御回路５２と絶縁抵抗測定装置５との間で直流電流を遮断するために設けられている。
【０００７】
絶縁抵抗測定装置５においては、電圧発生器１８が発生する電圧の波高値Ｖ0、分圧抵抗２０の抵抗値Ｒ0、および絶縁コンデンサ２２のインピーダンスは既知である。そこで、絶縁抵抗算出部２８は、これらの既知の値と電圧測定器２６から読み込んだ電圧とに基づいて、絶縁抵抗ｒの測定値ｒｓを算出し表示部３０に入力する。表示部３０は入力された値を表示する。
【０００８】
なお、特開２００４−１０４９２３号公報には絶縁抵抗検出装置についての記載がある。また、特開２００３−２１９５５１号公報には漏電検出装置についての記載がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１０４９２３号公報
【特許文献２】特開２００３−２１９５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般に、電力制御回路は、昇圧コンバータ回路やインバータ回路等のスイッチング素子を備える。スイッチング素子は、所定の制御周波数の制御信号に従って電流の断続を繰り返す。それに伴い、電力制御回路と導電性部材との間には、制御周波数の電圧成分を含むコモンモード電圧が現れる。
【００１１】
絶縁抵抗測定装置５の電圧測定器２６で測定される電圧は、フィルタ２４によって周波数帯域制限が施されている。そのため、測定電圧ＶMにそのようなコモンモード電圧が重畳されたとしても、制御周波数がフィルタ２４の通過周波数帯域外であれば、測定値ｒｓに大きな誤差が現れることはない。ところが、電力制御回路５２が複数のスイッチング素子を備え、複数のスイッチング素子のそれぞれを制御する制御信号の周波数が近接している場合には次のような問題が生ずる。
【００１２】
電力制御回路と導電性筐体との間には、ある１つのスイッチング素子に対する制御信号の制御周波数と、そのスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子に対する制御信号の制御周波数との差であるビート周波数の電圧が現れる。そして、このビート周波数が、フィルタ２４の通過周波数帯域内の値である場合、ビート周波数の電圧が電圧測定器２６で測定される電圧に重畳され測定値ｒｓの誤差が増大する。
【００１３】
本発明はこのような課題に対してなされたものであり、複数のスイッチング素子を含む電気回路と、当該電気回路に対して電気的に絶縁されている部材との間の絶縁抵抗を測定する装置とを含む絶縁抵抗測定装置搭載システムにおいて、絶縁抵抗の測定誤差を低減したシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、電気回路と、前記電気回路に対して電気的に絶縁されている部材との間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置と、を備える絶縁抵抗測定装置搭載システムであって、前記電気回路は、第１の周波数で動作する第１のスイッチング素子と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で動作する第２のスイッチング素子と、を備え、前記絶縁抵抗測定装置は、前記電気回路と前記部材との間に所定の測定周波数の信号が重畳された測定電流を流す測定電流発生部と、前記測定周波数に対する通過率が、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数に対する通過率よりも大きいフィルタと、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る絶縁抵抗測定装置搭載システムにおいては、前記フィルタの透過率の周波数特性は、絶縁抵抗測定装置で測定される絶縁抵抗の許容誤差に基づいて決定することが好適である。
【００１６】
また、本発明に係る絶縁抵抗測定装置搭載システムにおいては、前記フィルタの透過率の周波数特性は、前記電気回路と前記部材との間に発生するコモンモード電圧に基づいて決定することが好適である。
【００１７】
また、本発明に係る車両駆動システムは、前記絶縁抵抗測定装置搭載システムを備え、前記電気回路は、前記第１のスイッチング素子を含む第１のインバータ回路と、前記第２のスイッチング素子を含む第２のインバータ回路と、を備え、前記第１のインバータ回路および前記第２のインバータ回路は、それぞれ電動機に接続されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る車両駆動用システムにおいては、前記絶縁抵抗測定装置における絶縁抵抗の測定値が所定の基準値以下である場合、前記電動機への電力の供給を停止させる構成とすることが好適である。
【００１９】
また、本発明に係る車両駆動用システムにおいては、前記絶縁抵抗測定装置における絶縁抵抗の測定値が所定の基準値以下である場合、ユーザへその旨を知らせる情報を呈示する情報呈示装置を備える構成とすることが好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、絶縁抵抗の測定誤差を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１に本発明の実施形態に係る電気機器システム１の構成を示す。電気機器システム１は、絶縁抵抗測定部２、電源１０、電気機器１２−１〜１２−ｎ（ｎは２以上の整数）、および導電性部材３４を備えて構成される。
【００２２】
電源１０は、出力端子ａおよびｂから電気機器１２−１〜１２−ｎに電力を供給する。電源１０としては、例えば、商用交流電力を直流電力に変換する直流安定化電源回路、燃料電池等を用いることができる。
【００２３】
電気機器１２−１〜１２−ｎは、それぞれ電動機の回転制御装置、電圧変換装置、空調装置、照明装置等である。電気機器１２−ｉ（ｉは１〜ｎの任意の整数）は、制御回路１２ａｉおよび機器回路１２ｂｉを備える。電気機器１２−ｉの電力供給端子１４ａｉは電力供給線１６ａを介して電源１０の出力端子ａに接続され、電力供給端子１４ｂｉは電力供給線１６ｂを介して電源１０の出力端子ｂに接続される。
【００２４】
制御回路１２ａｉは、機器回路１２ｂｉを制御するために設けられている。制御回路１２ａｉは、機器回路１２ｂｉに周波数ｆｉの矩形波の制御信号Ｆｉを入力する。機器回路１２ｂｉは少なくとも１つのスイッチング素子１２ｃｉを含んで構成される。スイッチング素子１２ｃｉは、制御信号Ｆｉの電圧の変化に従ってオン状態とオフ状態との間の切り換えが行われる。したがって、周波数ｆｉでオン状態とオフ状態との間の切り換えが繰り返され、それに伴って電流の断続が繰り返される。そして、スイッチング素子１２ｃｉにおける電流の断続に伴って、電気機器１２−ｉの電源供給端子１４ａｉおよび１４ｂｉには、周波数ｆｉで変化する電流が流れる。
【００２５】
制御信号Ｆ１〜Ｆｎのそれぞれの周波数ｆ１〜ｆｎは、これらの相互間の差が所定の隔離周波数ｆｓ以上となるよう決定される。すなわち、｜ｆｊ−ｆｋ｜≧ｆｓ（ｊおよびｋは互いに異なる１〜ｎまでの任意の整数）が成立するように周波数ｆ１〜ｆｎが決定される。
【００２６】
導電性部材３４は、絶縁抵抗測定部２、電源１０、電気機器１２−１〜１２−ｎを収納する筐体の一部である。電源１０および電気機器１２−１〜１２−ｎは、導電性部材３４との間の電気的な絶縁が施された上で、当該導電性部材３４に固定される。
【００２７】
絶縁抵抗測定部２は、電圧発生器１８、分圧抵抗２０、絶縁コンデンサ２２、フィルタ２４、電圧測定器２６、絶縁抵抗算出部２８、表示部３０、警告部３２を備えて構成される。図５の絶縁抵抗測定装置５と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。絶縁抵抗測定部２の測定点３６は電力供給線１６ｂに接続される。
【００２８】
電圧発生器１８は、測定周波数ｆｍの矩形波電圧を発生する。分圧抵抗２０の抵抗値Ｒ0および電圧発生器１８が発生する電圧の波高値Ｖ0は、フィルタ出力電圧Ｖｏｕｔが電圧測定器２６で測定可能な範囲となるよう決定することが好ましい。
【００２９】
具体的には、絶縁抵抗の予想値ｒｅ、周波数ｆｍにおける絶縁コンデンサ２２のインピーダンス、および周波数ｆｍにおけるフィルタ２４の透過率Ｐｍに基づいて、フィルタ出力電圧Ｖｏｕｔと抵抗値Ｒ0との関係、およびフィルタ出力電圧Ｖｏｕｔと波高値Ｖ0との関係を求め、フィルタ出力電圧Ｖｏｕｔが電圧測定器２６で測定することが可能な範囲となるよう抵抗値Ｒ0および波高値Ｖ0を決定すればよい。予想値ｒｅは、シミュレーションや経験値によって予め決定しておくことが好ましい。また、抵抗値Ｒ0の決定に際しては、絶縁抵抗ｒの十分な測定分解能が得られるよう、絶縁抵抗ｒに対するフィルタ出力電圧Ｖｏｕｔの変化率を考慮することが好ましい。
【００３０】
フィルタ２４は測定周波数ｆｍを通過周波数帯域の中心周波数とした図２のような周波数特性を有する。隔離周波数ｆｓでの透過率Ｐｓは、測定周波数ｆｍでの透過率Ｐｍに対して透過比Ａｓ倍（０＜Ａｓ＜１）となるよう設定される。すなわち、Ａｓ＝Ｐｓ／Ｐｍが成立する。また、隔離周波数ｆｓ以上の周波数帯域における透過率はＡｓ・Ｐｍ以下である。
【００３１】
透過率Ａｓは、絶縁抵抗測定部２で得られる測定値ｒｓの許容誤差ｅに基づいて決定することが好ましい。許容誤差ｅは、フィルタ入力電圧Ｖｉｎに含まれる測定周波数ｆｍの成分の波高値Ｖｍ、およびビート周波数｜ｆｊ−ｆｋ｜の成分の波高値Ｖｊｋに基づいて求めることができる。
【００３２】
波高値Ｖｍは、分圧抵抗２０の抵抗値Ｒ0、電圧発生器１８が発生する電圧の波高値Ｖ0、絶縁抵抗ｒの予想値ｒｅ、周波数ｆｍにおける絶縁コンデンサ２２のインピーダンスによって算出することができる。具体的には、絶縁抵抗ｒが予想値ｒｅであるとした図３に示す等価回路によって、フィルタ入力電圧Ｖｉｎのに含まれる測定周波数ｆｍの成分の波高値Ｖｍを算出すればよい。
【００３３】
波高値Ｖｊｋは、フィルタ入力電圧Ｖｉｎに含まれるビート周波数｜ｆｊ−ｆｋ｜の成分の波高値Ｖｊｋを測定することによって取得することができる。測定は、電圧発生器１８の出力を停止したときのフィルタ入力電圧Ｖｉｎをシンクロスコープ等によって観測することによって行うことができる。ただし、透過率Ａｓの決定には、波高値Ｖｊｋをそのまま用いるのではなく、周波数範囲がｆｓ≦｜ｆｊ−ｆｋ｜≦ｆｍａｘであるｊおよびｋの組み合わせに係る波高値Ｖｊｋを加算合計した加算合計波高値Ｖｂを用いる。ここでｆｍａｘは、設計において考慮する任意の周波数上限値である。このように考慮する周波数範囲を定めず、すべてのｊおよびｋの組み合わせに係る波高値ｊｋを加算合計して加算合計波高値Ｖｂを求めることとしてもよい。また、加算合計波高値Ｖｂを測定によって取得する代わりに、経験的にその値を見積もることとしてもよい。
【００３４】
許容誤差ｅを比率で定義するものとすれば、透過比Ａｓ、波高値Ｖｍ、加算合計波高値Ｖｂおよび許容誤差ｅは次の（１）式の関係を満たすことが好適である。
（数１） Ａｓ・Ｖｂ／（Ｖｍ＋Ａｓ・Ｖｂ）＜ｅ （１）
【００３５】
これをＡｓについて解くことにより、次の（２）式に示す透過比Ａｓに対する条件が定まる。
（数２） Ａｓ＜ｅＶｍ／（Ｖｂ−ｅＶｂ） （２）
【００３６】
フィルタ２４の周波数特性は、上記（２）式が成立するよう決定すればよい。すなわち、絶縁抵抗ｒの値が予想値ｒｅであるという条件の下、波高値Ｖｍ、加算合計波高値Ｖｂ、および許容誤差ｅを与えることで透過比Ａｓの上限値を算出し、その上限値を満足するようフィルタ２４を構成すればよい。
【００３７】
例えば、フィルタ入力電圧Ｖｉｎに含まれる測定周波数ｆｍの成分の波高値Ｖｍ、および波高値Ｖｂの大きさが同一である場合、許容誤差ｅを０．０１未満に抑えるためには透過比Ａｓを０．０１未満とすればよい。隔離周波数ｆｓを測定周波数ｆｍの１００倍とした場合、透過比Ａｓが０．０１未満の特性を有するフィルタは、阻止周波数帯域で−２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅの減衰特性を有する１次のフィルタで実現することが可能である。
【００３８】
なお、上記の説明では、｜ｆｊ−ｆｋ｜≧ｆｓが成立するよう、先に周波数ｆ１〜ｆｎを決定しておき、その後にフィルタ２４の周波数特性を定めることとした。これとは逆に、先にフィルタ２４の周波数特性を定めておき、その後に周波数ｆ１〜ｆｎを決定することも可能である。この場合、周波数範囲がｆｓ≦｜ｆｊ−ｆｋ｜≦ｆｍａｘを満たすｊおよびｋの組み合わせについて（１）式が成立するという条件の下、周波数ｆ１〜ｆｎを決定すればよい。
【００３９】
次に、絶縁抵抗測定部２の動作について説明する。絶縁抵抗測定部２は、電源供給線１６ｂと導電性部材３４との間の絶縁抵抗ｒを測定し、表示部３０に表示する。また、警告部３２は、絶縁抵抗算出部２８が算出した測定値ｒｓを読み込む。そして、異物の混入等により、電源供給線１６ｂと導電性部材３４との間の絶縁抵抗ｒが低下し、測定値ｒｓが所定値未満となったときには、警告音を鳴動する鳴動手段や警告内容を表示する表示手段等によって絶縁抵抗ｒが低下した旨を警告する。
【００４０】
電気機器システム１では、電気機器１２−１〜１２−ｎが共通の電力供給線１６ａおよび１６ｂで接続されている。したがって、電気機器１２−１〜１２−ｎの回路内の節点と導電性部材３４との間、ならびに電力供給線１６ａおよび１６ｂと導電性部材３４との間には、周波数ｆ１〜ｆｎの相互間の差の周波数｜ｆｊ−ｆｋ｜のコモンモード電圧が現れる。しかし、上述のように周波数ｆ１〜ｆｎおよびフィルタ２４の透過率Ｐを決定することで、測定値ｒｓの誤差の増大を回避することができる。
【００４１】
また、電気機器システム１では、絶縁抵抗ｒが低下し、測定値ｒｓが所定値未満となったときは警告部３２が絶縁抵抗ｒが低下した旨を警告するため、導電性部材３４へ電流が漏洩することによる故障を迅速に発見することができる。
【実施例】
【００４２】
本発明の実施例として、図４に示す車両駆動用システム３について説明する。車両駆動用システム３は、電気エネルギーによって車両を駆動するシステムである。一般に、電気エネルギーによって走行する車両は、直流電圧を交流電圧に変換して電動機を駆動するインバータ回路を備える。インバータ回路では、ジュール熱による損失を極力低減しつつ車両を走行するのに必要な高電圧が用いられる。そこで、インバータ回路は、安全対策を万全にするため、ボデーとの間の電気的な絶縁が施された上で、当該ボデーに取り付けられる。そして車両には、インバータ回路と車両のボデ−との間の絶縁抵抗ｒを測定するための手段が設けられることが一般的である。
【００４３】
また、電気エネルギーによって走行する車両には複数の電動機が備えられることが一般的である。この場合、複数のインバータ回路が動作することにより、複数のスイッチング素子の制御周波数の相互の差の周波数を示すコモンモード電圧が各インバータ回路に現れ、絶縁抵抗ｒの測定値ｒｓの誤差が増大してしまうというおそれがある。本実施例は、このような問題を解決するものである。
【００４４】
車両駆動用システム３は、絶縁抵抗測定部４、ボデー３８、スイッチ４０ａおよび４０ｂ、電池４２、インバータ回路４６−１，４６−２、制御部５０−１，５０−２、電動機Ｍ１，Ｍ２を備えて構成される。車両駆動用システム３は、車両のボデー３８との間の絶縁を施した上で当該ボデー３８に固定される。図５の絶縁抵抗測定装置５、図１の電気機器システム１と同一の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
インバータ回路４６−１の電力供給端子４８ａ１およびインバータ回路４６−２の電力供給端子４８ａ２は、スイッチ４０ａを介して電池４２の正極端子＋に接続される。また、インバータ回路４６−１の電力供給端子４８ｂ１およびインバータ回路４６−２の電力供給端子４８ｂ２は、スイッチ４０ｂを介して電池４２の負極端子−に接続される。スイッチ４０ａおよび４０ｂは制御部５０−１によって制御される。インバータ回路４６−１の出力端子ｕ１，ｖ１，およびｗ１は電動機Ｍ１に接続される。また、インバータ回路４６−２の出力端子ｕ２，ｖ２，およびｗ２は電動機Ｍ２に接続される。
【００４６】
インバータ回路４６−１は、スイッチング素子Ｓ１−１〜Ｓ６−１を備えて構成される。スイッチング素子Ｓ１−１〜Ｓ３−１のそれぞれは電力供給端子４８ａ１に接続される。また、スイッチング素子Ｓ４−１〜Ｓ６−１のそれぞれは電力供給端子４８ｂ１に接続される。さらに、スイッチング素子Ｓ１−１〜Ｓ３−１の電力供給端子４８ａ１に接続されている端子とは反対側の端子は、それぞれＳ４−１〜Ｓ６−１に接続される。スイッチング素子Ｓ１−１とＳ４−１の接続点は出力端子ｕ１に、スイッチング素子Ｓ２−１とＳ５−１の接続点は出力端子ｖ１に、スイッチング素子Ｓ３−１とＳ６−１の接続点は出力端子ｗ１に、それぞれ接続される。スイッチング素子Ｓ１−１〜Ｓ６−１には、制御部５０−１から引き出された制御線Ｔ１−１〜Ｔ１−６がそれぞれ接続される。スイッチング素子Ｓ１−１〜Ｓ６−１は、それぞれ制御線Ｔ１−１〜Ｔ６−１によって供給される制御信号Ｃ１−１〜Ｃ６−１によって制御される。
【００４７】
インバータ回路４６−２は、スイッチング素子Ｓ１−２〜Ｓ６−２を備えて構成される。インバータ回路４６−２はインバータ回路４６−１と同一の構成であるため、各構成部の末尾の符号「−２」を以てインバータ回路４６−１が備える構成部と区別し、説明を省略する。
【００４８】
制御信号Ｃ１−１〜Ｃ６−１は周波数がｆ１の矩形波電圧である。制御信号Ｃ１−１〜Ｃ６−１のデューティ比および制御信号Ｃ１−１〜Ｃ６−１の相互間の位相差は、電動機Ｍ１を制御するための最適な値に、制御部５０−１によって設定される。同様に、制御信号Ｃ１−２〜Ｃ６−２は周波数がｆ２の矩形波電圧であり、これらの信号のデューティ比および相互間の位相差は、電動機Ｍ２を制御するための最適な値に、制御部５０−２によって設定される。また、周波数ｆ１と周波数ｆ２は、これらの差が所定の値ｆｓ以上となるように決定される。
【００４９】
絶縁抵抗測定部４は、電圧発生器１８、分圧抵抗２０、絶縁コンデンサ２２、フィルタ２４、電圧測定器２６、絶縁抵抗算出部２８、表示部３０、警告部３２を備えて構成される。図１の絶縁抵抗測定部２と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。絶縁抵抗測定部４の測定点３６は電力供給線４４ｂに接続される。絶縁抵抗算出部２８が算出した測定値ｒｓは、表示部３０および警告部３２のみならず制御部５０−１にも入力される。制御部５０−１は測定値ｒｓに基づいて、スイッチ４０ａおよび４０ｂを制御する。
【００５０】
電圧発生器１８が発生する矩形波電圧の波高値Ｖ0、分圧抵抗２０の抵抗値Ｒ0、透過比Ａｓ、および周波数ｆ１と周波数ｆ２との差の周波数ｆｓは、上述の電気機器システム１と同様にして決定することができる。
【００５１】
次に、車両駆動用システム３の動作について説明する。インバータ回路４６−１は、電力供給端子４８ａ１と電力供給端子４８ｂ１との間に電池４２によって印加された直流電圧を交流電圧に変換し、出力端子ｕ１，ｖ１，およびｗ１から出力する。電動機Ｍ１は出力端子ｕ１，ｖ１，およびｗ１から出力された交流電圧に従って回転する。制御部５０−１は、車両の走行に応じて制御信号Ｃ１−１〜Ｃ６−１のデューティ比を変化させて電動機Ｍ１を制御する。この動作は、インバータ回路４６−２、電動機Ｍ２、および制御部５０−２についても同様である。
【００５２】
インバータ回路４６−１および４６−２とボデー３８との間の絶縁抵抗ｒは、絶縁抵抗測定部４によって測定される。測定値ｒｓは、表示部３０、警告部３２、および制御部５０−１に入力される。
【００５３】
電源供給線４４ｂとボデー３８との間の絶縁抵抗ｒが低下し、絶縁抵抗算出部２８で算出された測定値ｒｓが所定値未満となると、前述のように警告部３２は絶縁抵抗ｒが低下した旨の警告を行う。また、制御部５０−１は絶縁抵抗算出部２８から入力された測定値ｒｓが所定値未満となると、スイッチ４０ａおよび４０ｂをオフ状態とし、インバータ回路４６−１および４６−２への電力の供給を遮断する。
【００５４】
車両駆動用システム３においては、インバータ回路４６−１および４６−２が共通の電力供給線４４ａおよび４４ｂで接続されている。したがって、インバータ回路４６−１および４６−２の各節点とボデー３８との間には、周波数｜ｆ１−ｆ２｜のコモンモード電圧が現れる。しかし、上述のように周波数ｆ１およびｆ２、ならびにフィルタ２４の透過率Ｐを決定することで、測定値ｒｓの誤差の増大を回避することができる。
【００５５】
また、車両駆動用システム３では、絶縁抵抗ｒが低下し、測定値ｒｓが所定値未満となったときには、警告部３２が絶縁抵抗ｒが低下した旨を警告するため、ボデー３８に電流が漏洩することによる故障を迅速に発見することができる。さらに、制御部５０−１は、測定値ｒｓが所定値未満となったときには、スイッチ４０ａおよび４０ｂをオフ状態とし、インバータ回路４６−１および４６−２への電力の供給を遮断するため、ボデー３８に電流が漏洩することに対する安全対策を万全なものとすることができる。
【００５６】
なお、車両にはインバータ回路の他、電池の電圧を変換する昇圧コンバータ回路が用いられることが一般的である。昇圧コンバータ回路はインバータ回路と同様、特定の周波数の制御信号によって制御されるスイッチング素子を備える。したがって、昇圧コンバータ回路についても本発明を適用することができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】電気機器システムを示す図である。
【図２】フィルタの周波数特性を示す図である。
【図３】フィルタ入力電圧Ｖｉｎに含まれる測定周波数ｆｍの成分の波高値Ｖｍを算出するための等価回路を示す図である。
【図４】車両駆動用システムを示す図である。
【図５】絶縁抵抗測定装置、電力制御回路、および導電性部材を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 電気機器システム、２，４ 絶縁抵抗測定部、３ 車両駆動用システム、５ 絶縁抵抗測定装置、１０ 電源、１２−１〜１２−ｎ 電気機器、１２ａ１〜１２ａｎ 制御回路、１２ｂ１〜１２ｂｎ 機器回路、１２ｃ１〜１２ｃｎ，Ｓ１−１〜Ｓ６−１，Ｓ１−２〜Ｓ６−２ スイッチング素子、１４ａ１〜１４ａｎ，１４ｂ１〜１４ｂｎ，４８ａ１，４８ｂ１，４８ａ２，４８ｂ２ 電力供給端子、１６ａ，１６ｂ，４４ａ，４４ｂ 電力供給線、１８ 電圧発生器、２０ 分圧抵抗、２２ 絶縁コンデンサ、２４ フィルタ、２６ 電圧測定器、２８ 絶縁抵抗算出部、３０ 表示部、３２ 警告部、３４，５４ 導電性部材、３６ 測定点、３８ ボデー、４０ａ，４０ｂ スイッチ、４２ 電池、４６−１，４６−２ インバータ回路、５０−１，５０−２ 制御部、５２ 電力制御回路、Ｔ１−１〜Ｔ６−１，Ｔ１−２〜Ｔ６−２ 制御線、ｕ１，ｖ１，ｗ１，ｕ２，ｖ２，ｗ２ 出力端子、Ｍ１，Ｍ２ 電動機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路と、
前記電気回路に対して電気的に絶縁されている部材との間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置と、を備える絶縁抵抗測定装置搭載システムであって、
前記電気回路は、
第１の周波数で動作する第１のスイッチング素子と、
前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で動作する第２のスイッチング素子と、
を備え、
前記絶縁抵抗測定装置は、
前記電気回路と前記部材との間に所定の測定周波数の信号が重畳された測定電流を流す測定電流発生部と、
前記測定周波数に対する通過率が、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数に対する通過率よりも大きいフィルタと、
を備えることを特徴とする絶縁抵抗測定装置搭載システム。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁抵抗測定装置搭載システムを備え、
前記電気回路は、
前記第１のスイッチング素子を含む第１のインバータ回路と、
前記第２のスイッチング素子を含む第２のインバータ回路と、を備え、
前記第１のインバータ回路および前記第２のインバータ回路は、それぞれ電動機に接続されていることを特徴とする車両駆動用システム。
【請求項３】
請求項２に記載の車両駆動用システムであって、
前記絶縁抵抗測定装置における絶縁抵抗の測定値が所定の基準値以下である場合、前記電動機への電力の供給を停止させることを特徴とする車両駆動用システム。
【請求項４】
請求項２に記載の車両駆動用システムであって、
前記絶縁抵抗測定装置における絶縁抵抗の測定値が所定の基準値以下である場合、ユーザへその旨を知らせる情報を呈示する情報呈示装置を備えることを特徴とする車両駆動用システム。
【請求項１】
電気回路と、
前記電気回路に対して電気的に絶縁されている部材との間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置と、を備える絶縁抵抗測定装置搭載システムであって、
前記電気回路は、
第１の周波数で動作する第１のスイッチング素子と、
前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で動作する第２のスイッチング素子と、
を備え、
前記絶縁抵抗測定装置は、
前記電気回路と前記部材との間に所定の測定周波数の信号が重畳された測定電流を流す測定電流発生部と、
前記測定周波数に対する通過率が、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差の周波数に対する通過率よりも大きいフィルタと、
を備えることを特徴とする絶縁抵抗測定装置搭載システム。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁抵抗測定装置搭載システムを備え、
前記電気回路は、
前記第１のスイッチング素子を含む第１のインバータ回路と、
前記第２のスイッチング素子を含む第２のインバータ回路と、を備え、
前記第１のインバータ回路および前記第２のインバータ回路は、それぞれ電動機に接続されていることを特徴とする車両駆動用システム。
【請求項３】
請求項２に記載の車両駆動用システムであって、
前記絶縁抵抗測定装置における絶縁抵抗の測定値が所定の基準値以下である場合、前記電動機への電力の供給を停止させることを特徴とする車両駆動用システム。
【請求項４】
請求項２に記載の車両駆動用システムであって、
前記絶縁抵抗測定装置における絶縁抵抗の測定値が所定の基準値以下である場合、ユーザへその旨を知らせる情報を呈示する情報呈示装置を備えることを特徴とする車両駆動用システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１０１４２４（Ｐ２００７−１０１４２４Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９３１１４（Ｐ２００５−２９３１１４）
【出願日】平成１７年１０月６日（２００５．１０．６）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月６日（２００５．１０．６）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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