絶縁劣化検出装置
【課題】スイッチングインバータを構成するスイッチング素子の状態に関わらず、駆動回路とボディシャーシとの絶縁劣化を検出する。
【解決手段】駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が発生していない場合には、両者の間にほとんど電流が流れず、コンデンサ３３の左端における電圧の振幅はしきい値Ｖｍ以上となっている。一方、絶縁劣化が発生すると、両者の間に電流が流れることで、抵抗３２において電圧降下が生じ、コンデンサ３３の左端における電圧の振幅がしきい値Ｖｍよりも小さくなる。また、コンデンサ３３の右端には、定電圧源３４から一定の正電位が付与されており、還流ダイオード２２ａのアノード端子の電位は、カソード端子の電位を基準として、常に、還流ダイオード２２ａの立ち上がり電圧よりも高い電位となっている。
【解決手段】駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が発生していない場合には、両者の間にほとんど電流が流れず、コンデンサ３３の左端における電圧の振幅はしきい値Ｖｍ以上となっている。一方、絶縁劣化が発生すると、両者の間に電流が流れることで、抵抗３２において電圧降下が生じ、コンデンサ３３の左端における電圧の振幅がしきい値Ｖｍよりも小さくなる。また、コンデンサ３３の右端には、定電圧源３４から一定の正電位が付与されており、還流ダイオード２２ａのアノード端子の電位は、カソード端子の電位を基準として、常に、還流ダイオード２２ａの立ち上がり電圧よりも高い電位となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動回路における絶縁劣化を検出するための絶縁劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の地絡検出回路は、電気自動車に設けられており、高電圧直流電源、複数のドライブ素子及びダイオードを含んでおり、高電圧直流電源から供給された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、及び、この交流電圧により駆動される交流モータを含む走行駆動回路における地絡（車体との間の絶縁劣化）を検出するためのものである。
【０００３】
この地絡検出回路においては、発振回路において生成された矩形波パルスがインピーダンス変換器から検出抵抗に出力される。ここで、検出抵抗の出力端子は、カップリングコンデンサを介して高電圧直流電源及びインバータの正極側の端子に接続されている。走行駆動回路に地絡が発生していないときには、検出抵抗の出力側の端子における矩形波パルスの高さが基準電圧Ｖ１よりも高くなっている。一方、走行駆動回路に地絡が発生すると、カップリングコンデンサ及び検出抵抗を含む経路に沿って電流が流れることにより、検出抵抗の出力側の端子における矩形波パルスの高さが、基準電圧Ｖ１よりも低くなる。
【０００４】
そして、比較器、平滑回路などを含む回路により、検出抵抗の出力側の端子における矩形波パルスの高さが基準電圧Ｖ１よりも低くなったことを検出することによって、走行駆動回路に地絡が発生していることを検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−７０５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、走行駆動回路において地絡が発生する場合として、特許文献１には、（ｉ）マイナス母線と車体との間に地絡が発生する場合、（ｉｉ）プラス母線又はバッテリ群（高電圧直流電源）と車体との間に地絡が発生する場合、（ｉｉｉ）交流給電線であるＵ相線、Ｖ相線、Ｗ相線あるいは交流モータと車体との間に地絡が発生する場合が記載されている。そして、上記（ｉ）、（ｉｉ）の場合には、電流が流れる経路にインバータのドライブ素子及びダイオードが含まれていないため、インバータのドライブ素子の状態に関わらず走行駆動回路における地絡を検出することができる。
【０００７】
これに対して、上記（ｉｉｉ）の場合、矩形波パルスがハイレベルのときには、インピーダンス変換器、検出抵抗、カップリングコンデンサ、バッテリ群、インバータ内のダイオード、交流給電線（Ｕ相線、Ｖ相線、Ｗ相線のいずれか）、交流モータ、地絡抵抗、車体、アースライン及びインピーダンス変換器の経路で電流が流れることになるため、インバータ内のドライブ素子がオンであってもオフであっても電流は流れる。一方、矩形波パルスがローレベルのときには、電流の向きが上述したのとは逆となり、インバータ内のダイオードには電流が流れず、インピーダンス変換器、アースライン、車体、地絡抵抗、交流モータ、交流給電線、インバータ内のドライブ素子、放電抵抗、バッテリ群、カップリングコンデンサ、検出抵抗及びインピーダンス変換器の経路で電流が流れることになるため、電流を流すためにはドライブ素子をオンにした状態に保持する必要がある。
【０００８】
このため、上記（ｉｉｉ）の場合も含めて地絡を確実に検出するためには、ドライブ素子をオンの状態に保持にしておく必要がある。しかしながら、走行駆動回路を駆動していないときに、ドライブ素子をオンにしようとしてドライブ素子に電源を接続すると、地絡が発生している箇所によってはドライブ素子を介して過電流が流れるなど危険な状態となる虞がある。さらに、走行駆動回路の駆動時にはドライブ素子においてオンとオフとの切り替えが繰り返し行われるため、ドライブ素子をオンにした状態に保持して地絡を検出する際には、走行駆動回路の駆動を停止させる必要がある。つまり、走行駆動回路を駆動しながら地絡を検出することができない。
【０００９】
本発明の目的は、インバータのスイッチング素子の状態に関わらず、駆動回路とボディシャーシとの絶縁劣化を検出することが可能な絶縁劣化検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明に係る絶縁劣化検出装置は、所定の基準電位に保持されたボディシャーシと絶縁された駆動回路であって、直流電源と、複数のスイッチング素子、及び、前記複数のスイッチング素子の両端をそれぞれ接続する複数の還流ダイオードとを有しており、前記直流電源から印加された直流電圧を交流電圧に変換するスイッチングインバータと、前記交流電圧により駆動される電動機とを有しており、前記複数のスイッチング素子が、前記スイッチングインバータの負極側の入力端子と前記スイッチングインバータの出力端子との間に接続された第１スイッチング素子を含み、前記複数の還流ダイオードが、前記スイッチングインバータの負極側の入力端子にアノード端子が接続されるとともに、前記スイッチングインバータの出力端子にカソード端子が接続されることで、前記第１スイッチング素子の両端を接続する第１還流ダイオードを含む駆動回路における、前記ボディシャーシとの間の絶縁劣化を検出するための絶縁劣化検出装置であって、所定の一定振幅の交流電圧信号を出力する交流電圧信号出力手段と、前記交流電圧信号出力手段に接続された第１抵抗と、一端が前記第１抵抗に接続されているとともに、他端が前記スイッチングインバータの負極側の入力端子に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの他端に、前記基準電位よりも高い所定の一定の正電位を付与する正電位付与手段と、前記コンデンサの一端における電圧の振幅を検出する振幅検出手段とを備えており、前記正電位付与手段は、前記駆動回路と前記ボディシャーシとの間の絶縁劣化の程度に関わらず、前記第１還流ダイオードのアノード端子の電位が、カソード端子の電位を基準として、常に前記還流ダイオードの立ち上がり電圧よりも高い電位となるような一定の正電位を付与することを特徴とするものである。
【００１１】
これによると、駆動回路とボディシャーシとの間に絶縁劣化が生じると、コンデンサの一端（第１抵抗とコンデンサとの間の部分）における電圧の振幅が小さくなるため、当該電圧の振幅変化により、駆動回路とボディシャーシとの間の絶縁劣化を検出することができる。
【００１２】
また、正電位付与手段が、駆動回路とボディシャーシとの間の絶縁劣化の程度に関わらず、第１還流ダイオードのアノード端子の電位が、カソード端子の電位を基準として、還流ダイオードの立ち上がり電圧よりも高い電位となるような一定の正電位を付与しているため、インバータの出力端子と交流モータとの間の部分又は交流モータと、ボディシャーシとの間に絶縁劣化が発生した場合に、常に還流ダイオードに電流が流れる。したがって、スイッチング素子がオフの状態でも、当該絶縁劣化を検出することができる。
【００１３】
第２の発明に係る絶縁劣化検出装置は、第１の発明に係る絶縁劣化検出装置であって、前記正電位付与手段が、定電圧源と、前記定電圧源と記前コンデンサの他端との間に接続された第２抵抗と、前記コンデンサの他端と前記ボディシャーシとの間に接続された第３抵抗とを備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
これによると、定電圧源と第２抵抗及び第３抵抗により正電位付与手段を構成することができる。
【００１５】
第３の発明に係る絶縁劣化検出装置は、第１又は第２の発明に係る絶縁劣化検出装置であって、前記コンデンサの他端と前記スイッチングインバータの負極側の入力端子との接続及びその遮断を切り替えるスイッチをさらに備えていることを特徴とするものである。
【００１６】
これによると、絶縁劣化の検出を行わないときに、絶縁劣化検出回路を駆動回路から切り離すことができる。
【００１７】
第４の発明に係る絶縁劣化検出装置は、第３の発明に係る絶縁劣化検出装置であって、前記スイッチは、前記コンデンサの他端と前記スイッチングインバータの負極側の入力端子との接続が遮断されている状態で、前記直流電源と前記スイッチングインバータとを接続し、前記コンデンサの他端と前記スイッチングインバータの負極側の入力端子とが接続されている状態で、前記直流電源と前記スイッチングインバータとの接続を遮断するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
直流電源が高電圧であるときには、直流電源によりスイッチングインバータに電圧が印加された状態では、スイッチング素子におけるスイッチング時にノイズが発生するため、この状態で絶縁劣化を検出しようとすると、このノイズの影響により正確に絶縁劣化を検出することができない場合がある。
【００１９】
しかしながら、本発明では、駆動回路と絶縁劣化とを接続したときに、直流電源とインバータとの接続が遮断されるため、上述したようなノイズの影響を受けることなく、正確に駆動回路とボディシャーシとの絶縁劣化を検出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、駆動回路とボディシャーシとの間に絶縁劣化が生じると、コンデンサの一端（第１抵抗とコンデンサとの間の部分）における電圧の振幅が小さくなるため、当該電圧の振幅変化により、駆動回路とボディシャーシとの間の絶縁劣化を検出することができる。
【００２１】
また、正電位付与手段が、駆動回路とボディシャーシとの間の絶縁劣化の程度に関わらず、第１還流ダイオードのアノード端子の電位が、カソード端子の電位を基準として、還流ダイオードの立ち上がり電圧よりも高い電位となるような一定の正電位を付与しているため、インバータの出力端子と交流モータとの間の部分又は交流モータと、ボディシャーシとの間に絶縁劣化が発生した場合に、常に還流ダイオードに電流が流れる。したがって、スイッチング素子がオフの状態でも、当該絶縁劣化を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明における実施の形態に係る駆動回路及び絶縁劣化検出回路の構成を示す回路図である。
【図２】変形例１の図１相当の図である。
【図３】変形例２の図１相当の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る駆動回路及び絶縁劣化検出装置の構成を示す回路図である。ここで、本実施の形態に係る駆動回路２及び絶縁劣化検出装置３は、例えば建設機械などに設けられるものである。
【００２５】
図１に示すように、駆動回路２は、高電圧バッテリ１１（直流電源）、スイッチ１２、１３、スイッチングインバータ１４、平滑コンデンサ１５、三相交流モータ１６などを備えている。また、駆動回路２は、グランド電位に保持された、建設機械などのボディシャーシＢと絶縁されている。
【００２６】
スイッチングインバータ１４は、６つのトランジスタ２１（スイッチング素子）と６つの還流ダイオード２２とを有している。６つのトランジスタ２１は、それらのうち２つずつが、高電圧バッテリ１１に対して直列に接続されているとともに、このように直列に接続された、３組のトランジスタ２１の組が高電圧バッテリ１１に対して並列に接続されている。また、直列に接続された２つのトランジスタの間の部分が、それぞれ出力端子となっており、三相交流モータ１６のＵ相、Ｖ相及びＷ相に接続されている。
【００２７】
還流ダイオード２２は、各トランジスタ２１の２つの端子の間に接続されている。より詳細には、還流ダイオード２２のアノード端子が、トランジスタ２１の負極側の端子に接続されているとともに、カソード端子が、トランジスタの正極側の端子に接続されている。
【００２８】
なお、本実施の形態では、上記６つのトランジスタ２１のうち、図１において下側に配置されている、スイッチングインバータ１４の負極側の端子と出力端子との間に接続された３つのトランジスタ２１ａが、本発明に係る第１スイッチング素子に相当する。また、上記６つの還流ダイオード２２のうち、３つのトランジスタ２１ａの両端を接続する３つの還流ダイオード２２ａが、本発明に係る第１還流ダイオードに相当する。
【００２９】
そして、駆動回路２においては、高電圧バッテリ１１により供給される直流電圧が、スイッチングインバータ１４においてトランジスタ２１のオンとオフとが繰り返し切り替わることにより交流電圧に変換され、この交流電圧が、三相交流モータ１６のＵ層、Ｖ層及びＷ層に出力されることにより、三相交流モータ１６が回転する。なお、スイッチングインバータ１４の動作については、従来と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３０】
平滑コンデンサ１５は、高電圧バッテリ１１に対して、スイッチングインバータ１４と並列に接続されている。そして、平滑コンデンサ１５が設けられているため、スイッチングインバータ１４から出力される交流電圧が、滑らかな交流電圧となる。
【００３１】
絶縁劣化検出装置３は、駆動回路２とボディシャーシＢとの間の絶縁劣化を検出するための装置であって、交流電圧信号出力装置３１、抵抗３２（第１抵抗）、コンデンサ３３、定電圧源３４、抵抗３５（第２抵抗）、抵抗３６（第３抵抗）、スイッチ３７、アンプ３８、Ａ／Ｄ変換器３９、制御装置４０を有している。
【００３２】
交流電圧信号出力装置３１は、正弦波や矩形パルス波などの交流電圧信号を出力するものであり、互いに直列に接続された抵抗３２、コンデンサ３３、スイッチ３７を介して、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子に接続されている。ここで、絶縁劣化検出装置３には、スイッチ３７が設けられているため、駆動回路２とボディシャーシＢとの間の絶縁劣化を検出しないときなどには、絶縁劣化検出装置３を駆動回路２から切り離すことができる。
【００３３】
また、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子に接続されたコンデンサ３３の図１における右端（他端）は、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子と接続されている。また、コンデンサ３３の右端は、抵抗３２を介して定電圧源３４に接続されているとともに、抵抗３６を介してボディシャーシＢに接続されている。なお、抵抗３５の抵抗値Ｒ２及び抵抗３６の抵抗値Ｒ３は、後述する駆動回路２とボディシャーシＢとの間の絶縁抵抗４１〜４４の抵抗値と比べて十分に大きなものとなっており、さらに、抵抗３６の抵抗値Ｒ３は、抵抗３２の抵抗値Ｒ１、抵抗３５の抵抗値Ｒ２と比べて十分に大きなものとなっている。
【００３４】
ここで、定電圧源３４から出力される直流電圧Ｖｃｃは、抵抗３５と、抵抗３６とに分圧されるため、コンデンサ３３の右端には、抵抗３５の抵抗値Ｒ２と抵抗３６の抵抗値Ｒ３との比によって決まる一定の正電位が付与される。また、抵抗３５の抵抗値Ｒ２及び抵抗３６の抵抗値Ｒ３を調整することにより、コンデンサ３３の右端に付与される正電圧の大きさを調整することができる。なお、本実施の形態においては、定電圧源３４及び抵抗３５、３６をあわせたものが、本発明に係る低電位付与手段に相当する。
【００３５】
さらに、定電圧源３４は、コンデンサ３３の右端に、交流電圧ではなく一定の電圧（直流電圧）を付与しているため、コンデンサ３３の右端に付与された電圧がコンデンサ３３の左端（一端）に伝達されることがない。したがって、後述するように駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が生じているか否かを示す、コンデンサ３３の左端における電圧の振幅が、コンデンサ３３の右端に付与された電圧の影響で変動してしまうことがない。
【００３６】
アンプ３８は、入力端子が抵抗３２とコンデンサ３３との間に接続されているとともに、出力端子がＡ／Ｄ変換器３９に接続されている。そして、アンプ３８は、コンデンサ３３の左端（抵抗３２とコンデンサ３３との間の部分）における電位を増幅させてＡ／Ｄ変換器３９に出力し、Ａ／Ｄ変換器３９は、入力された電位を対応するデジタル信号を制御装置４０に出力する。
【００３７】
制御装置４０は、交流電圧信号出力装置３１に交流電圧信号の出力を指示するとともに、スイッチ３７にそのオンとオフとを切り替えるための信号を出力する。また、制御装置４０は、Ａ／Ｄ変換器３９から入力されたコンデンサ３３の左端における電位に基づいて、駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が生じているか否かを判定する。具体的には、後述するように、Ａ／Ｄ変換器３９から入力される電圧の振幅が、所定のしきい値Ｖｍ以上のときには、絶縁劣化が生じていないと判定し、しきい値Ｖｍよりも小さいときに、絶縁劣化が生じていると判定する。また、絶縁劣化が生じていると判定した場合、制御装置４０は、絶縁劣化が生じたことを示す信号を出力して、例えば、駆動回路２のスイッチ１２、１３をオフにさせたり、絶縁劣化が生じていることを示す警告を出させたりする。
【００３８】
次に、絶縁劣化検出装置３により、駆動回路２とボディシャーシＢとの間の絶縁劣化を検出する方法について説明する。ここで、駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が生じる場合としては、図１に示すように、（ａ）スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子とボディシャーシＢとの間、（ｂ）スイッチングインバータ１４の陽極側の入力端子とボディシャーシＢとの間、（ｃ）高電圧バッテリ１１とボディシャーシＢとの間、及び、（ｄ）スイッチングインバータ１４の出力端子とボディシャーシＢとの間で、それぞれ、絶縁劣化が生じる（絶縁抵抗４１〜４４の抵抗値が低下する）場合がある。
【００３９】
絶縁劣化を検出するためには、スイッチ３７をオンにするとともに交流電圧信号出力装置３１から交流電圧信号を出力する。これにより、この交流電圧信号が駆動回路２に入力される。
【００４０】
駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が生じていなければ、駆動回路２とボディシャーシＢとの間（絶縁抵抗４１〜４４）にはほとんど電流が流れない。そして、このとき、抵抗３２とコンデンサ３３との間の電位は、所定のしきい値Ｖｍよりも高くなっている。
【００４１】
一方、駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が生じると、駆動回路２とボディシャーシＢとの間の絶縁抵抗４１〜４４の抵抗値が小さくなるため、交流電圧信号出力装置３１、抵抗３２、コンデンサ３３、及び絶縁抵抗を流れる電流の値が大きくなる。これにより、抵抗３２における電圧降下が大きくなり、その結果、コンデンサ３３の左端における電圧の振幅が小さくなる。そして、本実施の形態の絶縁劣化検出回路３では、抵抗３２とコンデンサとの間の部分における電圧の振幅が上記しきい値Ｖｍよりも小さくなったことを検出することにより、駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が生じていることを検出する。
【００４２】
ここで、上記（ａ）の場合には、交流電圧信号出力装置３１、抵抗３２、コンデンサ３３、スイッチ３７、絶縁抵抗４１及びボディシャーシＢの経路、上記（ｂ）の場合には、交流電圧信号出力装置３１、抵抗３２、コンデンサ３３、スイッチ３７、絶縁抵抗４２及びボディシャーシＢの経路、上記（ｃ）の場合には、交流電圧信号出力装置３１、抵抗３２、コンデンサ３３、スイッチ３７、絶縁抵抗４３及びボディシャーシＢの経路で、それぞれ電流が流れるが、いずれの経路にも還流ダイオード２２が含まれていないため、流れる電流の向きに関わらず、上述したようにして駆動回路２とボディシャーシＢとの絶縁劣化を検出することができる。
【００４３】
一方、上記（ｄ）の場合には、交流電圧信号出力装置３１、抵抗３２、コンデンサ３３、スイッチ３７、還流ダイオード２２ａ、絶縁抵抗４４及びボディシャーシＢの経路で電流が流れることになるが、還流ダイオード２２ａのカソード端子の電位を基準としたアノード端子の電位が、還流ダイオード２２ａの立ち上がり電圧Ｖｄよりも低くなるとすると、還流ダイオード２２ａに電流が流れないため、トランジスタ２１ａをオンの状態に保持しておかないと、絶縁劣化を検出することができない。
【００４４】
しかしながら、駆動回路２を駆動させていない状態で、駆動回路２とボディシャーシＢとの間の絶縁劣化を検出する場合に、トランジスタ２１ａをオンにするために電源を接続すると、絶縁劣化が生じている場合に、当該電源から過電流が流れるなど危険な場合がある。
【００４５】
また、駆動回路２の駆動中は、トランジスタ２１ａがオンとオフとを繰り返すため、トランジスタ２１ａをオンに保持しておく必要があるとすると、駆動回路２の駆動中に絶縁劣化を検出することができない。
【００４６】
そこで、本実施の形態では、定電圧源３４、抵抗３５及び抵抗３６を設けることにより、還流ダイオード２２ａのカソード端子の電位を基準としたアノード端子の電位が、絶縁抵抗４４の抵抗値（絶縁劣化の程度）に関わらず、常に還流ダイオード２２ａの立ち上がり電圧Ｖｄよりも高くなるように、コンデンサ３３の右端に一定の正電位を付与している。
【００４７】
より詳細に説明すると、定電圧源３４から駆動回路２に供給される電流（供給電流）、すなわち、定電圧源３４から、抵抗３５、スイッチ３７、還流ダイオード２１及び絶縁抵抗４４を経てボディシャーシＢに流れる電流は、絶縁抵抗４４の抵抗値が０となったとき（完全に短絡したとき）に最大となる、すなわち、定電圧源３４から駆動回路２に供給可能な電流の最大値ＩＳＯＵＲＣＥは、還流ダイオード２２の立ち上がり電圧をＶｄとすると、
ＩＳＯＵＲＣＥ＝（Ｖｃｃ−Ｖｄ）／Ｒ２・・・・（１）
となる。
【００４８】
一方、このときの、駆動回路２から絶縁劣化検出装置３に流れる電流（吸い込み電流）、すなわち、駆動回路２の負極側の端子からスイッチ３７、コンデンサ３３及び抵抗３２を経て交流電圧信号出力装置３１に流れる電流は、交流電圧信号出力装置３１から出力される交流電圧信号の振幅をＶｓとすると、交流電圧出力装置３１からの出力される電位の値が−Ｖｓのときに最大となり、その最大値ＩＤＲＡＩＮは、
ＩＤＲＡＩＮ＝（Ｖｓ＋Ｖｄ）／Ｒ１・・・・（２）
となる。
【００４９】
そして、前述したように抵抗３６の抵抗値Ｒ３は抵抗３２の抵抗値Ｒ１よりも十分に大きいため、抵抗３６に流れる電流を無視すると、ＩＳＯＵＲＣＥ＞ＩＤＲＡＩＮとなるように定電圧源３４の電位Ｖｃｃ、及び、抵抗値Ｒ１〜Ｒ３を設定している。これにより、上記（ｄ）の場合に、常に還流ダイオード２２ａに電流が流れ、トランジスタ２１ａの状態に関わらず、駆動回路２とボディシャーシＢとの絶縁劣化を検出することができる。
【００５０】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００５１】
上述の実施の形態においては、高電圧バッテリ１１によりスイッチングインバータ１４に電圧が印加された状態で、駆動回路２とボディシャーシＢとの絶縁劣化を検出していたが、高電圧バッテリ１１によりスイッチングインバータ１４に電圧が印加された状態では、トランジスタ２１のスイッチング時にノイズが発生し、このノイズの影響により、絶縁劣化を正確に検出することができない場合がある。
【００５２】
そこで、一変形例（変形例１）では、スイッチ１３、３７の代わりに、スイッチ５１が設けられている。スイッチ５１は、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子を、高電圧バッテリ１１の負極側の端子及び絶縁劣化検出装置３の出力端子のいずれかに選択的に接続することができるように構成されている。
【００５３】
そして、駆動回路２を駆動させる際には、スイッチ１２をオンにするとともに、スイッチ５１によりスイッチングインバータ１４の負極側の入力端子を、高電圧バッテリ１１の負極側の端子と接続する。一方、駆動回路２とボディシャーシＢとの絶縁劣化を検出する際には、スイッチ５１により、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子を絶縁劣化検出装置３の出力端子と接続する。
【００５４】
この場合には、高電圧バッテリ１１によりスイッチングインバータ１４に電圧が印加されていない状態で駆動回路２とボディシャーシＢとの絶縁劣化が検出されるため、上述したようなスイッチングインバータ１４におけるスイッチング時のノイズの影響を受けず、絶縁劣化を正確に検出することができる。
【００５５】
また、上述の実施の形態では、定電圧源３４、抵抗３５、３６を設けることにより、コンデンサ３３の他端に一定の正電圧を付与していたが、これには限られない。別の一変形例（変形例２）では、図３に示すように、定電圧源３４、抵抗３５、３６が設けられる代わりに、一定電圧出力装置６１（正電位付与手段）がコンデンサ３３の他端に接続されている。一定電圧出力装置６１は、例えば、出力電圧が変化させることができる直流電源、及び、当該電源とコンデンサ３３の他端との間に設けられた抵抗を有しており、当該抵抗の出力端子における電位をフィードバックして直流電源からの出力電圧を調整することにより、コンデンサ３３の他端に、上述の実施の形態と同様の一定の正電位を付与する装置などである。
【００５６】
この場合でも、上述の実施の形態と同様、上記（ｄ）の場合に、常に還流ダイオード２２ａ電流が流れるため、トランジスタ２１ａの状態に関わらず、駆動回路２とボディシャーシＢとの絶縁劣化を検出することができる。
【００５７】
また、上述の実施の形態では、コンデンサ３３の他端と、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子との接続及びその遮断を切り替えるスイッチ３７が設けられていたが、スイッチ３７が設けられておらず、コンデンサ３３の他端と、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子とが常に接続されていてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
２ 駆動回路
３ 絶縁劣化検出装置
１４ インバータ
２１ トランジスタ
２２ 還流ダイオード
３１ 交流電圧信号出力装置
３２ 抵抗
３３ コンデンサ
３４ 定電圧源
３５ 抵抗
３６ 抵抗
３７ スイッチ
３８ アンプ
３９ Ａ／Ｄ変換器
４０ 制御装置
５１ スイッチ
６１ 一定電圧出力装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動回路における絶縁劣化を検出するための絶縁劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の地絡検出回路は、電気自動車に設けられており、高電圧直流電源、複数のドライブ素子及びダイオードを含んでおり、高電圧直流電源から供給された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、及び、この交流電圧により駆動される交流モータを含む走行駆動回路における地絡（車体との間の絶縁劣化）を検出するためのものである。
【０００３】
この地絡検出回路においては、発振回路において生成された矩形波パルスがインピーダンス変換器から検出抵抗に出力される。ここで、検出抵抗の出力端子は、カップリングコンデンサを介して高電圧直流電源及びインバータの正極側の端子に接続されている。走行駆動回路に地絡が発生していないときには、検出抵抗の出力側の端子における矩形波パルスの高さが基準電圧Ｖ１よりも高くなっている。一方、走行駆動回路に地絡が発生すると、カップリングコンデンサ及び検出抵抗を含む経路に沿って電流が流れることにより、検出抵抗の出力側の端子における矩形波パルスの高さが、基準電圧Ｖ１よりも低くなる。
【０００４】
そして、比較器、平滑回路などを含む回路により、検出抵抗の出力側の端子における矩形波パルスの高さが基準電圧Ｖ１よりも低くなったことを検出することによって、走行駆動回路に地絡が発生していることを検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−７０５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、走行駆動回路において地絡が発生する場合として、特許文献１には、（ｉ）マイナス母線と車体との間に地絡が発生する場合、（ｉｉ）プラス母線又はバッテリ群（高電圧直流電源）と車体との間に地絡が発生する場合、（ｉｉｉ）交流給電線であるＵ相線、Ｖ相線、Ｗ相線あるいは交流モータと車体との間に地絡が発生する場合が記載されている。そして、上記（ｉ）、（ｉｉ）の場合には、電流が流れる経路にインバータのドライブ素子及びダイオードが含まれていないため、インバータのドライブ素子の状態に関わらず走行駆動回路における地絡を検出することができる。
【０００７】
これに対して、上記（ｉｉｉ）の場合、矩形波パルスがハイレベルのときには、インピーダンス変換器、検出抵抗、カップリングコンデンサ、バッテリ群、インバータ内のダイオード、交流給電線（Ｕ相線、Ｖ相線、Ｗ相線のいずれか）、交流モータ、地絡抵抗、車体、アースライン及びインピーダンス変換器の経路で電流が流れることになるため、インバータ内のドライブ素子がオンであってもオフであっても電流は流れる。一方、矩形波パルスがローレベルのときには、電流の向きが上述したのとは逆となり、インバータ内のダイオードには電流が流れず、インピーダンス変換器、アースライン、車体、地絡抵抗、交流モータ、交流給電線、インバータ内のドライブ素子、放電抵抗、バッテリ群、カップリングコンデンサ、検出抵抗及びインピーダンス変換器の経路で電流が流れることになるため、電流を流すためにはドライブ素子をオンにした状態に保持する必要がある。
【０００８】
このため、上記（ｉｉｉ）の場合も含めて地絡を確実に検出するためには、ドライブ素子をオンの状態に保持にしておく必要がある。しかしながら、走行駆動回路を駆動していないときに、ドライブ素子をオンにしようとしてドライブ素子に電源を接続すると、地絡が発生している箇所によってはドライブ素子を介して過電流が流れるなど危険な状態となる虞がある。さらに、走行駆動回路の駆動時にはドライブ素子においてオンとオフとの切り替えが繰り返し行われるため、ドライブ素子をオンにした状態に保持して地絡を検出する際には、走行駆動回路の駆動を停止させる必要がある。つまり、走行駆動回路を駆動しながら地絡を検出することができない。
【０００９】
本発明の目的は、インバータのスイッチング素子の状態に関わらず、駆動回路とボディシャーシとの絶縁劣化を検出することが可能な絶縁劣化検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明に係る絶縁劣化検出装置は、所定の基準電位に保持されたボディシャーシと絶縁された駆動回路であって、直流電源と、複数のスイッチング素子、及び、前記複数のスイッチング素子の両端をそれぞれ接続する複数の還流ダイオードとを有しており、前記直流電源から印加された直流電圧を交流電圧に変換するスイッチングインバータと、前記交流電圧により駆動される電動機とを有しており、前記複数のスイッチング素子が、前記スイッチングインバータの負極側の入力端子と前記スイッチングインバータの出力端子との間に接続された第１スイッチング素子を含み、前記複数の還流ダイオードが、前記スイッチングインバータの負極側の入力端子にアノード端子が接続されるとともに、前記スイッチングインバータの出力端子にカソード端子が接続されることで、前記第１スイッチング素子の両端を接続する第１還流ダイオードを含む駆動回路における、前記ボディシャーシとの間の絶縁劣化を検出するための絶縁劣化検出装置であって、所定の一定振幅の交流電圧信号を出力する交流電圧信号出力手段と、前記交流電圧信号出力手段に接続された第１抵抗と、一端が前記第１抵抗に接続されているとともに、他端が前記スイッチングインバータの負極側の入力端子に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの他端に、前記基準電位よりも高い所定の一定の正電位を付与する正電位付与手段と、前記コンデンサの一端における電圧の振幅を検出する振幅検出手段とを備えており、前記正電位付与手段は、前記駆動回路と前記ボディシャーシとの間の絶縁劣化の程度に関わらず、前記第１還流ダイオードのアノード端子の電位が、カソード端子の電位を基準として、常に前記還流ダイオードの立ち上がり電圧よりも高い電位となるような一定の正電位を付与することを特徴とするものである。
【００１１】
これによると、駆動回路とボディシャーシとの間に絶縁劣化が生じると、コンデンサの一端（第１抵抗とコンデンサとの間の部分）における電圧の振幅が小さくなるため、当該電圧の振幅変化により、駆動回路とボディシャーシとの間の絶縁劣化を検出することができる。
【００１２】
また、正電位付与手段が、駆動回路とボディシャーシとの間の絶縁劣化の程度に関わらず、第１還流ダイオードのアノード端子の電位が、カソード端子の電位を基準として、還流ダイオードの立ち上がり電圧よりも高い電位となるような一定の正電位を付与しているため、インバータの出力端子と交流モータとの間の部分又は交流モータと、ボディシャーシとの間に絶縁劣化が発生した場合に、常に還流ダイオードに電流が流れる。したがって、スイッチング素子がオフの状態でも、当該絶縁劣化を検出することができる。
【００１３】
第２の発明に係る絶縁劣化検出装置は、第１の発明に係る絶縁劣化検出装置であって、前記正電位付与手段が、定電圧源と、前記定電圧源と記前コンデンサの他端との間に接続された第２抵抗と、前記コンデンサの他端と前記ボディシャーシとの間に接続された第３抵抗とを備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
これによると、定電圧源と第２抵抗及び第３抵抗により正電位付与手段を構成することができる。
【００１５】
第３の発明に係る絶縁劣化検出装置は、第１又は第２の発明に係る絶縁劣化検出装置であって、前記コンデンサの他端と前記スイッチングインバータの負極側の入力端子との接続及びその遮断を切り替えるスイッチをさらに備えていることを特徴とするものである。
【００１６】
これによると、絶縁劣化の検出を行わないときに、絶縁劣化検出回路を駆動回路から切り離すことができる。
【００１７】
第４の発明に係る絶縁劣化検出装置は、第３の発明に係る絶縁劣化検出装置であって、前記スイッチは、前記コンデンサの他端と前記スイッチングインバータの負極側の入力端子との接続が遮断されている状態で、前記直流電源と前記スイッチングインバータとを接続し、前記コンデンサの他端と前記スイッチングインバータの負極側の入力端子とが接続されている状態で、前記直流電源と前記スイッチングインバータとの接続を遮断するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
直流電源が高電圧であるときには、直流電源によりスイッチングインバータに電圧が印加された状態では、スイッチング素子におけるスイッチング時にノイズが発生するため、この状態で絶縁劣化を検出しようとすると、このノイズの影響により正確に絶縁劣化を検出することができない場合がある。
【００１９】
しかしながら、本発明では、駆動回路と絶縁劣化とを接続したときに、直流電源とインバータとの接続が遮断されるため、上述したようなノイズの影響を受けることなく、正確に駆動回路とボディシャーシとの絶縁劣化を検出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、駆動回路とボディシャーシとの間に絶縁劣化が生じると、コンデンサの一端（第１抵抗とコンデンサとの間の部分）における電圧の振幅が小さくなるため、当該電圧の振幅変化により、駆動回路とボディシャーシとの間の絶縁劣化を検出することができる。
【００２１】
また、正電位付与手段が、駆動回路とボディシャーシとの間の絶縁劣化の程度に関わらず、第１還流ダイオードのアノード端子の電位が、カソード端子の電位を基準として、還流ダイオードの立ち上がり電圧よりも高い電位となるような一定の正電位を付与しているため、インバータの出力端子と交流モータとの間の部分又は交流モータと、ボディシャーシとの間に絶縁劣化が発生した場合に、常に還流ダイオードに電流が流れる。したがって、スイッチング素子がオフの状態でも、当該絶縁劣化を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明における実施の形態に係る駆動回路及び絶縁劣化検出回路の構成を示す回路図である。
【図２】変形例１の図１相当の図である。
【図３】変形例２の図１相当の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る駆動回路及び絶縁劣化検出装置の構成を示す回路図である。ここで、本実施の形態に係る駆動回路２及び絶縁劣化検出装置３は、例えば建設機械などに設けられるものである。
【００２５】
図１に示すように、駆動回路２は、高電圧バッテリ１１（直流電源）、スイッチ１２、１３、スイッチングインバータ１４、平滑コンデンサ１５、三相交流モータ１６などを備えている。また、駆動回路２は、グランド電位に保持された、建設機械などのボディシャーシＢと絶縁されている。
【００２６】
スイッチングインバータ１４は、６つのトランジスタ２１（スイッチング素子）と６つの還流ダイオード２２とを有している。６つのトランジスタ２１は、それらのうち２つずつが、高電圧バッテリ１１に対して直列に接続されているとともに、このように直列に接続された、３組のトランジスタ２１の組が高電圧バッテリ１１に対して並列に接続されている。また、直列に接続された２つのトランジスタの間の部分が、それぞれ出力端子となっており、三相交流モータ１６のＵ相、Ｖ相及びＷ相に接続されている。
【００２７】
還流ダイオード２２は、各トランジスタ２１の２つの端子の間に接続されている。より詳細には、還流ダイオード２２のアノード端子が、トランジスタ２１の負極側の端子に接続されているとともに、カソード端子が、トランジスタの正極側の端子に接続されている。
【００２８】
なお、本実施の形態では、上記６つのトランジスタ２１のうち、図１において下側に配置されている、スイッチングインバータ１４の負極側の端子と出力端子との間に接続された３つのトランジスタ２１ａが、本発明に係る第１スイッチング素子に相当する。また、上記６つの還流ダイオード２２のうち、３つのトランジスタ２１ａの両端を接続する３つの還流ダイオード２２ａが、本発明に係る第１還流ダイオードに相当する。
【００２９】
そして、駆動回路２においては、高電圧バッテリ１１により供給される直流電圧が、スイッチングインバータ１４においてトランジスタ２１のオンとオフとが繰り返し切り替わることにより交流電圧に変換され、この交流電圧が、三相交流モータ１６のＵ層、Ｖ層及びＷ層に出力されることにより、三相交流モータ１６が回転する。なお、スイッチングインバータ１４の動作については、従来と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３０】
平滑コンデンサ１５は、高電圧バッテリ１１に対して、スイッチングインバータ１４と並列に接続されている。そして、平滑コンデンサ１５が設けられているため、スイッチングインバータ１４から出力される交流電圧が、滑らかな交流電圧となる。
【００３１】
絶縁劣化検出装置３は、駆動回路２とボディシャーシＢとの間の絶縁劣化を検出するための装置であって、交流電圧信号出力装置３１、抵抗３２（第１抵抗）、コンデンサ３３、定電圧源３４、抵抗３５（第２抵抗）、抵抗３６（第３抵抗）、スイッチ３７、アンプ３８、Ａ／Ｄ変換器３９、制御装置４０を有している。
【００３２】
交流電圧信号出力装置３１は、正弦波や矩形パルス波などの交流電圧信号を出力するものであり、互いに直列に接続された抵抗３２、コンデンサ３３、スイッチ３７を介して、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子に接続されている。ここで、絶縁劣化検出装置３には、スイッチ３７が設けられているため、駆動回路２とボディシャーシＢとの間の絶縁劣化を検出しないときなどには、絶縁劣化検出装置３を駆動回路２から切り離すことができる。
【００３３】
また、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子に接続されたコンデンサ３３の図１における右端（他端）は、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子と接続されている。また、コンデンサ３３の右端は、抵抗３２を介して定電圧源３４に接続されているとともに、抵抗３６を介してボディシャーシＢに接続されている。なお、抵抗３５の抵抗値Ｒ２及び抵抗３６の抵抗値Ｒ３は、後述する駆動回路２とボディシャーシＢとの間の絶縁抵抗４１〜４４の抵抗値と比べて十分に大きなものとなっており、さらに、抵抗３６の抵抗値Ｒ３は、抵抗３２の抵抗値Ｒ１、抵抗３５の抵抗値Ｒ２と比べて十分に大きなものとなっている。
【００３４】
ここで、定電圧源３４から出力される直流電圧Ｖｃｃは、抵抗３５と、抵抗３６とに分圧されるため、コンデンサ３３の右端には、抵抗３５の抵抗値Ｒ２と抵抗３６の抵抗値Ｒ３との比によって決まる一定の正電位が付与される。また、抵抗３５の抵抗値Ｒ２及び抵抗３６の抵抗値Ｒ３を調整することにより、コンデンサ３３の右端に付与される正電圧の大きさを調整することができる。なお、本実施の形態においては、定電圧源３４及び抵抗３５、３６をあわせたものが、本発明に係る低電位付与手段に相当する。
【００３５】
さらに、定電圧源３４は、コンデンサ３３の右端に、交流電圧ではなく一定の電圧（直流電圧）を付与しているため、コンデンサ３３の右端に付与された電圧がコンデンサ３３の左端（一端）に伝達されることがない。したがって、後述するように駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が生じているか否かを示す、コンデンサ３３の左端における電圧の振幅が、コンデンサ３３の右端に付与された電圧の影響で変動してしまうことがない。
【００３６】
アンプ３８は、入力端子が抵抗３２とコンデンサ３３との間に接続されているとともに、出力端子がＡ／Ｄ変換器３９に接続されている。そして、アンプ３８は、コンデンサ３３の左端（抵抗３２とコンデンサ３３との間の部分）における電位を増幅させてＡ／Ｄ変換器３９に出力し、Ａ／Ｄ変換器３９は、入力された電位を対応するデジタル信号を制御装置４０に出力する。
【００３７】
制御装置４０は、交流電圧信号出力装置３１に交流電圧信号の出力を指示するとともに、スイッチ３７にそのオンとオフとを切り替えるための信号を出力する。また、制御装置４０は、Ａ／Ｄ変換器３９から入力されたコンデンサ３３の左端における電位に基づいて、駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が生じているか否かを判定する。具体的には、後述するように、Ａ／Ｄ変換器３９から入力される電圧の振幅が、所定のしきい値Ｖｍ以上のときには、絶縁劣化が生じていないと判定し、しきい値Ｖｍよりも小さいときに、絶縁劣化が生じていると判定する。また、絶縁劣化が生じていると判定した場合、制御装置４０は、絶縁劣化が生じたことを示す信号を出力して、例えば、駆動回路２のスイッチ１２、１３をオフにさせたり、絶縁劣化が生じていることを示す警告を出させたりする。
【００３８】
次に、絶縁劣化検出装置３により、駆動回路２とボディシャーシＢとの間の絶縁劣化を検出する方法について説明する。ここで、駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が生じる場合としては、図１に示すように、（ａ）スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子とボディシャーシＢとの間、（ｂ）スイッチングインバータ１４の陽極側の入力端子とボディシャーシＢとの間、（ｃ）高電圧バッテリ１１とボディシャーシＢとの間、及び、（ｄ）スイッチングインバータ１４の出力端子とボディシャーシＢとの間で、それぞれ、絶縁劣化が生じる（絶縁抵抗４１〜４４の抵抗値が低下する）場合がある。
【００３９】
絶縁劣化を検出するためには、スイッチ３７をオンにするとともに交流電圧信号出力装置３１から交流電圧信号を出力する。これにより、この交流電圧信号が駆動回路２に入力される。
【００４０】
駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が生じていなければ、駆動回路２とボディシャーシＢとの間（絶縁抵抗４１〜４４）にはほとんど電流が流れない。そして、このとき、抵抗３２とコンデンサ３３との間の電位は、所定のしきい値Ｖｍよりも高くなっている。
【００４１】
一方、駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が生じると、駆動回路２とボディシャーシＢとの間の絶縁抵抗４１〜４４の抵抗値が小さくなるため、交流電圧信号出力装置３１、抵抗３２、コンデンサ３３、及び絶縁抵抗を流れる電流の値が大きくなる。これにより、抵抗３２における電圧降下が大きくなり、その結果、コンデンサ３３の左端における電圧の振幅が小さくなる。そして、本実施の形態の絶縁劣化検出回路３では、抵抗３２とコンデンサとの間の部分における電圧の振幅が上記しきい値Ｖｍよりも小さくなったことを検出することにより、駆動回路２とボディシャーシＢとの間に絶縁劣化が生じていることを検出する。
【００４２】
ここで、上記（ａ）の場合には、交流電圧信号出力装置３１、抵抗３２、コンデンサ３３、スイッチ３７、絶縁抵抗４１及びボディシャーシＢの経路、上記（ｂ）の場合には、交流電圧信号出力装置３１、抵抗３２、コンデンサ３３、スイッチ３７、絶縁抵抗４２及びボディシャーシＢの経路、上記（ｃ）の場合には、交流電圧信号出力装置３１、抵抗３２、コンデンサ３３、スイッチ３７、絶縁抵抗４３及びボディシャーシＢの経路で、それぞれ電流が流れるが、いずれの経路にも還流ダイオード２２が含まれていないため、流れる電流の向きに関わらず、上述したようにして駆動回路２とボディシャーシＢとの絶縁劣化を検出することができる。
【００４３】
一方、上記（ｄ）の場合には、交流電圧信号出力装置３１、抵抗３２、コンデンサ３３、スイッチ３７、還流ダイオード２２ａ、絶縁抵抗４４及びボディシャーシＢの経路で電流が流れることになるが、還流ダイオード２２ａのカソード端子の電位を基準としたアノード端子の電位が、還流ダイオード２２ａの立ち上がり電圧Ｖｄよりも低くなるとすると、還流ダイオード２２ａに電流が流れないため、トランジスタ２１ａをオンの状態に保持しておかないと、絶縁劣化を検出することができない。
【００４４】
しかしながら、駆動回路２を駆動させていない状態で、駆動回路２とボディシャーシＢとの間の絶縁劣化を検出する場合に、トランジスタ２１ａをオンにするために電源を接続すると、絶縁劣化が生じている場合に、当該電源から過電流が流れるなど危険な場合がある。
【００４５】
また、駆動回路２の駆動中は、トランジスタ２１ａがオンとオフとを繰り返すため、トランジスタ２１ａをオンに保持しておく必要があるとすると、駆動回路２の駆動中に絶縁劣化を検出することができない。
【００４６】
そこで、本実施の形態では、定電圧源３４、抵抗３５及び抵抗３６を設けることにより、還流ダイオード２２ａのカソード端子の電位を基準としたアノード端子の電位が、絶縁抵抗４４の抵抗値（絶縁劣化の程度）に関わらず、常に還流ダイオード２２ａの立ち上がり電圧Ｖｄよりも高くなるように、コンデンサ３３の右端に一定の正電位を付与している。
【００４７】
より詳細に説明すると、定電圧源３４から駆動回路２に供給される電流（供給電流）、すなわち、定電圧源３４から、抵抗３５、スイッチ３７、還流ダイオード２１及び絶縁抵抗４４を経てボディシャーシＢに流れる電流は、絶縁抵抗４４の抵抗値が０となったとき（完全に短絡したとき）に最大となる、すなわち、定電圧源３４から駆動回路２に供給可能な電流の最大値ＩＳＯＵＲＣＥは、還流ダイオード２２の立ち上がり電圧をＶｄとすると、
ＩＳＯＵＲＣＥ＝（Ｖｃｃ−Ｖｄ）／Ｒ２・・・・（１）
となる。
【００４８】
一方、このときの、駆動回路２から絶縁劣化検出装置３に流れる電流（吸い込み電流）、すなわち、駆動回路２の負極側の端子からスイッチ３７、コンデンサ３３及び抵抗３２を経て交流電圧信号出力装置３１に流れる電流は、交流電圧信号出力装置３１から出力される交流電圧信号の振幅をＶｓとすると、交流電圧出力装置３１からの出力される電位の値が−Ｖｓのときに最大となり、その最大値ＩＤＲＡＩＮは、
ＩＤＲＡＩＮ＝（Ｖｓ＋Ｖｄ）／Ｒ１・・・・（２）
となる。
【００４９】
そして、前述したように抵抗３６の抵抗値Ｒ３は抵抗３２の抵抗値Ｒ１よりも十分に大きいため、抵抗３６に流れる電流を無視すると、ＩＳＯＵＲＣＥ＞ＩＤＲＡＩＮとなるように定電圧源３４の電位Ｖｃｃ、及び、抵抗値Ｒ１〜Ｒ３を設定している。これにより、上記（ｄ）の場合に、常に還流ダイオード２２ａに電流が流れ、トランジスタ２１ａの状態に関わらず、駆動回路２とボディシャーシＢとの絶縁劣化を検出することができる。
【００５０】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００５１】
上述の実施の形態においては、高電圧バッテリ１１によりスイッチングインバータ１４に電圧が印加された状態で、駆動回路２とボディシャーシＢとの絶縁劣化を検出していたが、高電圧バッテリ１１によりスイッチングインバータ１４に電圧が印加された状態では、トランジスタ２１のスイッチング時にノイズが発生し、このノイズの影響により、絶縁劣化を正確に検出することができない場合がある。
【００５２】
そこで、一変形例（変形例１）では、スイッチ１３、３７の代わりに、スイッチ５１が設けられている。スイッチ５１は、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子を、高電圧バッテリ１１の負極側の端子及び絶縁劣化検出装置３の出力端子のいずれかに選択的に接続することができるように構成されている。
【００５３】
そして、駆動回路２を駆動させる際には、スイッチ１２をオンにするとともに、スイッチ５１によりスイッチングインバータ１４の負極側の入力端子を、高電圧バッテリ１１の負極側の端子と接続する。一方、駆動回路２とボディシャーシＢとの絶縁劣化を検出する際には、スイッチ５１により、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子を絶縁劣化検出装置３の出力端子と接続する。
【００５４】
この場合には、高電圧バッテリ１１によりスイッチングインバータ１４に電圧が印加されていない状態で駆動回路２とボディシャーシＢとの絶縁劣化が検出されるため、上述したようなスイッチングインバータ１４におけるスイッチング時のノイズの影響を受けず、絶縁劣化を正確に検出することができる。
【００５５】
また、上述の実施の形態では、定電圧源３４、抵抗３５、３６を設けることにより、コンデンサ３３の他端に一定の正電圧を付与していたが、これには限られない。別の一変形例（変形例２）では、図３に示すように、定電圧源３４、抵抗３５、３６が設けられる代わりに、一定電圧出力装置６１（正電位付与手段）がコンデンサ３３の他端に接続されている。一定電圧出力装置６１は、例えば、出力電圧が変化させることができる直流電源、及び、当該電源とコンデンサ３３の他端との間に設けられた抵抗を有しており、当該抵抗の出力端子における電位をフィードバックして直流電源からの出力電圧を調整することにより、コンデンサ３３の他端に、上述の実施の形態と同様の一定の正電位を付与する装置などである。
【００５６】
この場合でも、上述の実施の形態と同様、上記（ｄ）の場合に、常に還流ダイオード２２ａ電流が流れるため、トランジスタ２１ａの状態に関わらず、駆動回路２とボディシャーシＢとの絶縁劣化を検出することができる。
【００５７】
また、上述の実施の形態では、コンデンサ３３の他端と、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子との接続及びその遮断を切り替えるスイッチ３７が設けられていたが、スイッチ３７が設けられておらず、コンデンサ３３の他端と、スイッチングインバータ１４の負極側の入力端子とが常に接続されていてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
２ 駆動回路
３ 絶縁劣化検出装置
１４ インバータ
２１ トランジスタ
２２ 還流ダイオード
３１ 交流電圧信号出力装置
３２ 抵抗
３３ コンデンサ
３４ 定電圧源
３５ 抵抗
３６ 抵抗
３７ スイッチ
３８ アンプ
３９ Ａ／Ｄ変換器
４０ 制御装置
５１ スイッチ
６１ 一定電圧出力装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基準電位に保持されたボディシャーシと絶縁された駆動回路であって、
直流電源と、
複数のスイッチング素子、及び、前記複数のスイッチング素子の両端をそれぞれ接続する複数の還流ダイオードとを有しており、前記直流電源から印加された直流電圧を交流電圧に変換するスイッチングインバータと、
前記交流電圧により駆動される電動機とを有しており、
前記複数のスイッチング素子が、前記スイッチングインバータの負極側の入力端子と前記スイッチングインバータの出力端子との間に接続された第１スイッチング素子を含み、
前記複数の還流ダイオードが、前記スイッチングインバータの負極側の入力端子にアノード端子が接続されるとともに、前記スイッチングインバータの出力端子にカソード端子が接続されることで、前記第１スイッチング素子の両端を接続する第１還流ダイオードを含む駆動回路における、
前記ボディシャーシとの間の絶縁劣化を検出するための絶縁劣化検出装置であって、
所定の一定振幅の交流電圧信号を出力する交流電圧信号出力手段と、
前記交流電圧信号出力手段に接続された第１抵抗と、
一端が前記第１抵抗に接続されているとともに、他端が前記スイッチングインバータの負極側の入力端子に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの他端に、前記基準電位よりも高い所定の一定の正電位を付与する正電位付与手段と、
前記コンデンサの一端における電圧の振幅を検出する振幅検出手段とを備えており、
前記正電位付与手段は、前記駆動回路と前記ボディシャーシとの間の絶縁劣化の程度に関わらず、前記第１還流ダイオードのアノード端子の電位が、カソード端子の電位を基準として、常に前記還流ダイオードの立ち上がり電圧よりも高い電位となるような一定の正電位を付与することを特徴とする絶縁劣化検出装置。
【請求項２】
前記正電位付与手段が、
定電圧源と、
前記定電圧源と記前コンデンサの他端との間に接続された第２抵抗と、
前記コンデンサの他端と前記ボディシャーシとの間に接続された第３抵抗とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁劣化検出装置。
【請求項３】
前記コンデンサの他端と前記スイッチングインバータの負極側の入力端子との接続及びその遮断を切り替えるスイッチをさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁劣化検出装置。
【請求項４】
前記スイッチは、
前記コンデンサの他端と前記スイッチングインバータの負極側の入力端子との接続が遮断されている状態で、前記直流電源と前記スイッチングインバータとを接続し、
前記コンデンサの他端と前記スイッチングインバータの負極側の入力端子とが接続されている状態で、前記直流電源と前記スイッチングインバータとの接続を遮断するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の絶縁劣化検出装置。
【請求項１】
所定の基準電位に保持されたボディシャーシと絶縁された駆動回路であって、
直流電源と、
複数のスイッチング素子、及び、前記複数のスイッチング素子の両端をそれぞれ接続する複数の還流ダイオードとを有しており、前記直流電源から印加された直流電圧を交流電圧に変換するスイッチングインバータと、
前記交流電圧により駆動される電動機とを有しており、
前記複数のスイッチング素子が、前記スイッチングインバータの負極側の入力端子と前記スイッチングインバータの出力端子との間に接続された第１スイッチング素子を含み、
前記複数の還流ダイオードが、前記スイッチングインバータの負極側の入力端子にアノード端子が接続されるとともに、前記スイッチングインバータの出力端子にカソード端子が接続されることで、前記第１スイッチング素子の両端を接続する第１還流ダイオードを含む駆動回路における、
前記ボディシャーシとの間の絶縁劣化を検出するための絶縁劣化検出装置であって、
所定の一定振幅の交流電圧信号を出力する交流電圧信号出力手段と、
前記交流電圧信号出力手段に接続された第１抵抗と、
一端が前記第１抵抗に接続されているとともに、他端が前記スイッチングインバータの負極側の入力端子に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの他端に、前記基準電位よりも高い所定の一定の正電位を付与する正電位付与手段と、
前記コンデンサの一端における電圧の振幅を検出する振幅検出手段とを備えており、
前記正電位付与手段は、前記駆動回路と前記ボディシャーシとの間の絶縁劣化の程度に関わらず、前記第１還流ダイオードのアノード端子の電位が、カソード端子の電位を基準として、常に前記還流ダイオードの立ち上がり電圧よりも高い電位となるような一定の正電位を付与することを特徴とする絶縁劣化検出装置。
【請求項２】
前記正電位付与手段が、
定電圧源と、
前記定電圧源と記前コンデンサの他端との間に接続された第２抵抗と、
前記コンデンサの他端と前記ボディシャーシとの間に接続された第３抵抗とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁劣化検出装置。
【請求項３】
前記コンデンサの他端と前記スイッチングインバータの負極側の入力端子との接続及びその遮断を切り替えるスイッチをさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁劣化検出装置。
【請求項４】
前記スイッチは、
前記コンデンサの他端と前記スイッチングインバータの負極側の入力端子との接続が遮断されている状態で、前記直流電源と前記スイッチングインバータとを接続し、
前記コンデンサの他端と前記スイッチングインバータの負極側の入力端子とが接続されている状態で、前記直流電源と前記スイッチングインバータとの接続を遮断するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の絶縁劣化検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２７６２９（Ｐ２０１１−２７６２９Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７５５０４（Ｐ２００９−１７５５０４）
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００２４６２７３）コベルコ建機株式会社 (644)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００２４６２７３）コベルコ建機株式会社 (644)
【Ｆターム（参考）】
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