(57)【要約】【課題】異常の自己診断を正確に行うことができる異常検出装置を有する電源システムを提供する。【解決手段】外部装置Ｍへ電力を供給するための主回路１０２と、カップリングコンデンサ１８を含み、主回路１０２とカップリングコンデンサ１８を介して接続され、主回路１０２の異常を検出する異常検出装置２０２とを備え、主回路１０２の動作状態を変化させることによって、異常検出装置２０２の異常を検出することを特徴とする電源装置２００によって上記課題を解決できる。【選択図】        図１
2004260883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部装置へ電力を供給するための主回路と、
カップリングコンデンサを含み、前記主回路と前記カップリングコンデンサを介して接続され、前記主回路の異常を検出する異常検出装置と、
を備える電源装置であって、
前記主回路の動作状態を変化させることによって、前記異常検出装置の異常を検出する自己診断手段を含むことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
外部装置へ電力を供給するための主回路と、
発振電源とカップリングコンデンサを含み、前記主回路と前記発振電源とが前記カップリングコンデンサを介して接続され、前記カップリングコンデンサの端子電圧の変化によって前記主回路の異常を検出する異常検出装置と、
を備える電源装置であって、
前記発振電源から所定の基準電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧と、前記発振電源から前記基準電圧以外の電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧と、の差によって前記異常検出装置の異常を検出する自己診断手段を含むことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
外部装置へ電力を供給するための主回路と、
発振電源とカップリングコンデンサを含み、前記主回路と前記発振電源とが前記カップリングコンデンサを介して接続され、前記カップリングコンデンサの端子電圧の変化によって前記主回路の異常を検出する異常検出装置と、
を備える電源装置であって、
前記発振電源から所定の基準周波数の電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧と、前記発振電源から前記基準周波数以外の電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧と、の差によって前記異常検出装置の異常を検出する自己診断手段を含むことを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電源装置において、
前記自己診断手段は、前記主回路の動作状態を変化させた後、所定基準時間内に前記カップリングコンデンサの端子電圧が所定の変化量以上変化した場合に前記異常検出装置が異常することを特徴とする電源装置。
【請求項５】
カップリングコンデンサを含み、主回路と前記カップリングコンデンサを介して接続されているときに前記主回路の異常を検出する異常検出装置であって、
前記主回路の動作状態を変化させることによって異常を検出する自己診断手段を含むことを特徴とする異常検出装置。
【請求項６】
発振電源とカップリングコンデンサを含み、主回路と前記発振電源とが前記カップリングコンデンサを介して接続されているときに前記カップリングコンデンサの端子電圧の変化によって前記主回路の異常を検出する異常検出装置であって、
前記発振電源から所定の基準電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧と、前記発振電源から前記基準電圧以外の電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧と、の差によって異常を検出する自己診断手段を含むことを特徴とする異常検出装置。
【請求項７】
発振電源とカップリングコンデンサを含み、主回路と前記発振電源とが前記カップリングコンデンサを介して接続されているときに前記カップリングコンデンサの端子電圧の変化によって前記主回路の異常を検出する異常検出装置であって、
前記発振電源から所定の基準周波数の電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧と、前記発振電源から前記基準周波数以外の電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧と、の差によって異常を検出する自己診断手段を含むことを特徴とする異常検出装置。
【請求項８】
請求項５に記載の異常検出装置において、
前記自己診断手段は、前記主回路の動作状態を変化させた後、所定基準時間内に前記カップリングコンデンサの端子電圧が所定の変化量以上変化した場合に異常とすることを特徴とする異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を駆動するために用いられる電源装置に関する。より詳しくは、異常の自己診断が可能な異常検出装置を有する電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車やハイブリッド自動車では、それらに搭載された交流駆動の電動機をバッテリや燃料電池等の直流電源によって駆動するために、インバータ回路を含む直交変換手段を備えた電源装置が必要とされる。
【０００３】
電源装置には高電圧大容量の直流電源が組み込まれ、その内部回路のインピーダンスも小さいため、漏電によって誤動作を引き起こし易い。そのため、電源装置には漏電を検出するための異常検出装置が設けられることが多い（例えば、特開平１０−２９０５２９号公報）。
【０００４】
電源装置１００は、図５に示すように、主回路１０２及び異常検出回路１０４から構成される。主回路１０２は、直流電源１０やインバータ回路１２を含み、直流電源１０から供給される直流電圧をインバータ回路１２によって直交変換して交流電圧を電動機に供給する。
【０００５】
異常検出回路１０４は、発振電源１４、検出抵抗１６、カップリングコンデンサ１８、差動アンプ２０、フィルタ２２及び自己診断手段２４から構成される。カップリングコンデンサ１８の一方の端子ａは主回路１０２に含まれる直流電源１０の出力端に接続され、他方の端子ｂは検出抵抗１６の一方の端子ｃに接続される。発振電源１４は、検出抵抗１６の端子ｄと接地点（接地電位に維持されている箇所）との間に接続され、端子ｄに対して低周波ｆ０の電圧Ｖ（ｆ０）を供給する。
【０００６】
差動アンプ２０の反転入力端子は検出抵抗１６の端子ｃに接続され、非反転入力端子に入力される閾値電圧Ｖｓと端子ｃの電圧との電位差に比例する電圧がフィルタ２２に供給される。フィルタ２２は、基準周波数ｆ０付近の通過帯域を有し、差動アンプ２０からの出力から基準周波数ｆ０近傍の周波数成分を抽出して検出信号Ｓ（ｆ０）として出力する。
【０００７】
この検出信号Ｓ（ｆ０）は、主回路１０２のインピーダンスの変化に応じて変動する。従って、図６に示すように、主回路１０２に漏電が生じた場合、主回路１０２が定常動作下にあるときの検出信号Ｓ（ｆ０）の値よりも低い値に低下する。この検出信号Ｓ（ｆ０）の低下によって主回路１０２の漏電を検出することができる。
【０００８】
また、異常検出装置１０４には、異常検出装置１０４自体の異常を検出するための自己診断手段２４も設けられている。自己診断手段２４は、高耐圧フォトトランジスタ２６、保護抵抗２８及び制御手段３０で構成されている。高耐圧フォトトランジスタ２４のコレクタは端子ｃに接続され、エミッタは保護抵抗２８の一端に接続されている。保護抵抗２８の他端は接地されている。高耐圧フォトトランジスタ２６のベースは制御手段３０に接続される。
【０００９】
制御手段３０から高耐圧フォトトランジスタ２６のベースに信号を入力すると、コレクタ−エミッタ間が接続され、発振電源１４からみた入力インピーダンスが主回路１０２に漏電が生じたときのインピーダンスに近くなる。このとき、検出信号Ｓ（ｆ０）が低下すれば、異常検出装置１０４が正常に動作していると判断する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−２９０５２９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
自己診断手段２４では保護抵抗２８を介して検出抵抗１６の端子ｄを接地することによって、検出抵抗１６の端子ｄからみた主回路１０２側のインピーダンスを主回路１０２に漏電が生じたときのインピーダンスに近似的に近づけることによって異常検出装置１０４の異常を自己診断している。従って、経時劣化等によって絶縁が低下する等のカップリングコンデンサ１８の異常が生じた場合、その異常を検出することができない問題があった。
【００１２】
また、従来の自己診断手段２４は素子単価が高い高耐圧フォトトランジスタ２６が含まれるために製造コストが高くなる問題もある。
【００１３】
本発明は、上記問題を鑑み、上記課題の少なくとも１つを解決できる電源装置及び異常検出装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決できる本発明は、外部装置へ電力を供給するための主回路と、カップリングコンデンサを含み、前記主回路と前記カップリングコンデンサを介して接続され、前記主回路の異常を検出する異常検出装置とを備える電源装置であって、前記主回路の動作状態を変化させることによって、前記異常検出装置の異常を検出する自己診断手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記自己診断手段は、前記主回路の動作状態を変化させた後、所定基準時間内に前記カップリングコンデンサの端子電圧が所定の変化量以上変化した場合に前記異常検出装置が異常することが好適である。
【００１６】
また、外部装置へ電力を供給するための主回路と、発振電源とカップリングコンデンサを含み、前記主回路と前記発振電源とが前記カップリングコンデンサを介して接続され、前記カップリングコンデンサの端子電圧の変化によって前記主回路の異常を検出する異常検出装置とを備える電源装置であって、前記発振電源から所定の基準電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧と、前記発振電源から前記基準電圧以外の電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧との差によって前記異常検出装置の異常を検出する自己診断手段を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、外部装置へ電力を供給するための主回路と、発振電源とカップリングコンデンサを含み、前記主回路と前記発振電源とが前記カップリングコンデンサを介して接続され、前記カップリングコンデンサの端子電圧の変化によって前記主回路の異常を検出する異常検出装置とを備える電源装置であって、前記発振電源から所定の基準周波数の電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧と、前記発振電源から前記基準周波数以外の電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧との差によって前記異常検出装置の異常を検出する自己診断手段を含むことを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決できる本発明は、カップリングコンデンサを含み、主回路と前記カップリングコンデンサを介して接続されているときに前記主回路の異常を検出する異常検出装置であって、前記主回路の動作状態を変化させることによって異常を検出する自己診断手段を含むことを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記自己診断手段は、前記主回路の動作状態を変化させた後、所定基準時間内に前記カップリングコンデンサの端子電圧が所定の変化量以上変化した場合に異常とすることが好適である。
【００２０】
また、発振電源とカップリングコンデンサを含み、主回路と前記発振電源とが前記カップリングコンデンサを介して接続されているときに前記カップリングコンデンサの端子電圧の変化によって前記主回路の異常を検出する異常検出装置であって、前記発振電源から所定の基準電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧と、前記発振電源から前記基準電圧以外の電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧との差によって異常を検出する自己診断手段を含むことを特徴とする。
【００２１】
また、発振電源とカップリングコンデンサを含み、主回路と前記発振電源とが前記カップリングコンデンサを介して接続されているときに前記カップリングコンデンサの端子電圧の変化によって前記主回路の異常を検出する異常検出装置であって、前記発振電源から所定の基準周波数の電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧と、前記発振電源から前記基準周波数以外の電圧を出力しているときの前記カップリングコンデンサの端子電圧との差によって異常を検出する自己診断手段を含むことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図を参照して、以下に詳細に説明する。
【００２３】
本発明の実施の形態における電源装置２００は、図１に示すように、主回路１０２及び異常検出回路２０２から構成される。主回路１０２は、直流電源１０やインバータ回路１２を含み、直流電源から供給される直流電圧をインバータ回路１２によって直交変換して交流電圧を電動機に供給する。
【００２４】
異常検出回路２０２は、発振電源１４、検出抵抗１６、カップリングコンデンサ１８、差動アンプ２０、フィルタ２２及び制御手段４０から基本的に構成される。カップリングコンデンサ１８の一方の端子Ａは主回路１０２に含まれる直流電源１０の出力端に接続され、他方の端子Ｂは検出抵抗１６の一方の端子Ｃに接続される。発振電源１４は、検出抵抗１６のカップリングコンデンサ１８が接続されていない側の端子Ｄと接地点（接地電位に維持されている箇所）との間に接続される。
【００２５】
発振電源１４は端子Ｄに対して基準周波数ｆ０の電圧Ｖ（ｆ０）を供給する。発振電源の出力の基準周波数ｆ０は、例えば、２．５Ｈｚとすることができる。差動アンプ２０の反転入力端子は検出抵抗１６の端子Ｄに接続され、非反転入力端子に入力される閾値電圧Ｖｓとカップリングコンデンサ１８の端子Ｂ（検出抵抗の端子Ｃと共通）の電圧との電位差に比例する電圧がフィルタ２２に供給される。フィルタ２２は、基準周波数ｆ０付近の通過帯域を有し、差動アンプ２０からの出力から基準周波数ｆ０近傍の周波数成分を抽出して検出信号Ｓ（ｆ０）として出力する。この検出信号Ｓ（ｆ０）の低下によって主回路１０２の漏電等の異常を検出することができる。
【００２６】
また、異常検出装置２００は制御手段４０を含む。制御手段４０は、マイクロコンピュータを備え、発振電源１４に対して制御信号ＳＣを出力する。また、検出信号Ｓ（ｆ０）や開放信号ＳＲを受けて、異常検出装置の異常を自己診断する。
【００２７】
まず、発信電源１４は制御信号ＳＣを受けると出力を停止するものとする。発振電源１４が停止すると、図２のように、カップリングコンデンサ１８の端子Ｂは検出抵抗１６を介して接地される。発振電源１４、検出抵抗１６、差動アンプ２０及びフィルタ２２が正常に動作しているなら、カップリングコンデンサ１８の端子Ｂの電圧に重畳していた基準周波数ｆ０の周波数成分が低下する。それに伴って、図３に示すように、フィルタ２２を通過する基準周波数ｆ０付近の周波数成分を示す検出信号Ｓ（ｆ０）の電圧は変化する。従って、制御手段４０からの制御信号ＳＣの出力開始時間から所定の基準時間経過後に検出信号Ｓ（ｆ０）が予め定められた基準変化量以上だけ変化していれば、発振電源１４、検出抵抗１６、差動アンプ２０及びフィルタ２２が正常であると判断することができる。反対に、制御信号ＳＣの出力開始時間から所定の基準時間経過後に検出信号Ｓ（ｆ０）が予め定められた基準変化量以上だけ変化しない場合には、発振電源１４、検出抵抗１６、差動アンプ２０又はフィルタ２２が異常であると判断することができる。
【００２８】
すなわち、発振電源１４を停止させることによって、発振電源１４、検出抵抗１６、差動アンプ２０又はフィルタ２２の異常を検出することができる。
【００２９】
また、発振電源１４を完全に停止させる代わりに、発振電源１４からの出力を定常の基準電圧から変化させ、その電圧の変化に伴う検出信号Ｓ（ｆ０）の電圧の変化に基づいて発振電源１４、検出抵抗１６、差動アンプ２０又はフィルタ２２の異常を検出することもできる。
【００３０】
さらに、発振電源１４を完全に停止させる代わりに、発信電源１４は制御信号ＳＣを受けると出力電圧の基準周波数ｆ０をフィルタ２２の通過帯域外の周波数ｆ１に変更するものとしても良い。この場合も、発振電源１４、検出抵抗１６、差動アンプ２０及びフィルタ２２が正常に動作しているなら、カップリングコンデンサ１８の端子Ｂの電圧に重畳していた基準周波数ｆ０の周波数成分が低下し、それに伴って、フィルタ２２を通過する基準周波数ｆ０付近の周波数成分を示す検出信号Ｓ（ｆ０）の電圧は変化する。一方、発振電源１４、検出抵抗１６、差動アンプ２０又はフィルタ２２に異常があれば、検出信号Ｓ（ｆ０）の電圧は大きく変化しない。従って、検出信号Ｓ（ｆ０）の変化に基づいて、発振電源１４、検出抵抗１６、差動アンプ２０又はフィルタ２２の異常を検出することができる。
【００３１】
以上の方法では、発振電源１４、検出抵抗１６、差動アンプ２０又はフィルタ２２に発生した異常の検出は可能であるが、絶縁特性の劣化等のカップリングコンデンサ１８の異常の検出はできない。そこで、次に、カップリングコンデンサ１８の異常の検出について説明する。
【００３２】
主回路１０２のメインリレー４２の投入時又は開放時は、主回路１０２に直接接続されているカップリングコンデンサ１８の蓄積電荷が大きく変動する。また、主回路１０２において短時間での昇圧又は降圧を行った場合にもカップリングコンデンサ１８の蓄積電荷が大きく変動する。カップリングコンデンサ１８の異常は、このように主回路１０２の動作状態を変化させたときのカップリングコンデンサ１８の端子電圧の変化から検出することができる。
【００３３】
例えば、主回路１０２のメインリレー４２が投入状態から開放状態に変化した場合にメインリレー４２から制御手段４０へ開放信号ＳＲが送られるようにする。制御手段４０では、図４に示すように、開放信号ＳＲを受けた時点から所定の基準時間経過後に検出信号Ｓ（ｆ０）が予め定められた基準変化量以上だけ変化していれば、カップリングコンデンサ１８が正常であると判断することができる。反対に、開放信号ＳＲを受けた時点から所定の基準時間経過後に検出信号Ｓ（ｆ０）が予め定められた基準変化量以上だけ変化しない場合には、カップリングコンデンサ１８が異常であると判断することができる。
【００３４】
すなわち、主回路１０２のメインリレー４２を開放し、主回路１０２の動作状態を変化させることによって、カップリングコンデンサ１８の異常を検出することができる。
【００３５】
同様に、主回路１０２のメインリレー４２の投入時、短時間での昇圧時又は降圧時にも、検出信号Ｓ（ｆ０）の変化に基づいて、カップリングコンデンサ１８の異常を検出することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、カップリングコンデンサを含む異常検出装置の異常の自己診断を正確に行うことができる。また、高耐圧フォトトランジスタのような高価な素子を用いずに異常検出装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における電動機システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における異常検出装置の作用を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態における異常検出装置の検出電圧Ｓ（ｆ０）の変化を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における異常検出装置の検出電圧Ｓ（ｆ０）の変化を示す図である。
【図５】従来の電動機システムの構成を示すブロック図である。
【図６】従来の異常検出装置の検出電圧Ｓ（ｆ０）の変化を示す図である。
【符号の説明】
１０  直流電源、１２  インバータ回路、１４  発振電源、１６  検出抵抗、１８  カップリングコンデンサ、２０  差動アンプ、２２  フィルタ、２４  自己診断手段、３０，４０  制御手段、４２  メインリレー、１００  電動機システム、１０２  主回路、１０４  異常検出装置、２００  電動機システム、２０２  異常検出装置。
【図１】
2004260883.tif 000003
【図２】
2004260883.tif 000004
【図３】
2004260883.tif 000005
【図４】
2004260883.tif 000006
【図５】
2004260883.tif 000007
【図６】
2004260883.tif 000008