特許 7365225 絶縁監視装置及びそれを有する電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-11

(45)【発行日】2023-10-19

(54)【発明の名称】絶縁監視装置及びそれを有する電源装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/52 20200101AFI20231012BHJP

   G01R 27/02 20060101ALI20231012BHJP

【ＦＩ】

G01R31/52

G01R27/02 R

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019230044

(22)【出願日】2019-12-20

(65)【公開番号】P2021099226

(43)【公開日】2021-07-01

【審査請求日】2022-11-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082876

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 一幸

(74)【代理人】

【氏名又は名称】柿本 恭成

(74)【代理人】

【識別番号】100178906

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 充和

(72)【発明者】

【氏名】尾野 育未

【審査官】島田 保

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０８３３３４２９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４１０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１０２７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１８２５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２０３６０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０８７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５１２６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０３０３３７２９（ＣＮ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００４７４３７（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電圧が印加される第１電源線及び第２電源線間に、複数の抵抗及び複数のスイッチ手段がブリッジ接続された不平衡ブリッジ回路からなる絶縁監視回路と、
前記複数のスイッチ手段により前記複数の抵抗を切り替え、前記第１電源線とグランドとの間の第１絶縁抵抗値と、前記第２電源線と前記グランドとの間の第２絶縁抵抗値と、を演算により求めて監視する監視装置本体と、
を備える絶縁監視装置であって、
前記複数の抵抗として、第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗及び第４抵抗を有し、
前記複数のスイッチ手段として、第１スイッチ手段及び第２スイッチ手段を有し、
前記第１抵抗は、前記第１電源線と前記グランドとの間に接続され、
前記第２抵抗は、前記第２電源線と前記グランドとの間に接続され、
前記第３抵抗は、前記第１電源線と前記グランドとの間に接続され、前記第１スイッチ手段により導通／遮断状態が切り替えられ、
前記第４抵抗は、前記第２電源線と前記グランドとの間に接続され、前記第２スイッチ手段により導通／遮断状態が切り替えられ、
前記第１スイッチ手段及び前記第２スイッチ手段は、それぞれ直列接続された複数のフォトリレーを含む無接点リレーにより構成されており、
前記無接点リレーには、コンデンサからなる電圧分担手段が並列に接続され、
前記コンデンサには、前記コンデンサの放電電流制限用の抵抗が直列に接続されている、
ことを特徴とする絶縁監視装置。

【請求項2】

前記第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗及び第４抵抗は既知の抵抗であり、
前記第１絶縁抵抗値は、未知の第１絶縁抵抗の抵抗値であり、
前記第２絶縁抵抗値は、未知の第２絶縁抵抗の抵抗値であり、
前記絶縁監視回路は、前記第１抵抗と、前記第２抵抗と、前記第３抵抗と、前記第４抵抗と、前記第１絶縁抵抗と、前記第２絶縁抵抗と、がブリッジ接続されて構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の絶縁監視装置。

【請求項3】

前記監視装置本体は、
前記直流電圧を測定すると共に、前記第１スイッチ手段と前記第２スイッチ手段とを交互に切り替え、前記第１抵抗の一部に印加される第１電圧と、前記第２抵抗の一部に印加される第２電圧と、を交互に測定し、
前記第１絶縁抵抗値及び前記第２絶縁抵抗値を演算により求めて監視する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の絶縁監視装置。

【請求項4】

前記第２抵抗、前記第３抵抗、及び前記第４抵抗は、それぞれ、前記第１抵抗と同一の抵抗値を有し、
前記監視装置本体は、
前記第１スイッチ手段をオン状態且つ前記第２スイッチ手段をオフ状態にして、前記第１電圧を測定し、
前記第１スイッチ手段をオフ状態且つ前記第２スイッチ手段をオン状態にして前記第２電圧を測定する、
ことを特徴とする請求項３記載の絶縁監視装置。

【請求項5】

前記監視装置本体は、
前記第１スイッチ手段及び前記第２スイッチ手段をオン状態とオフ状態に切り替えるスイッチ制御部と、
前記直流電圧、前記第１電圧及び前記第２電圧を測定する電圧測定部と、
前記第１絶縁抵抗値及び前記第２絶縁抵抗値を演算により求めて監視する演算判定部と
、
を有することを特徴とする請求項３又は４記載の絶縁監視装置。

【請求項6】

前記コンデンサと、前記第３抵抗又は前記第４抵抗と、の直列回路によって時定数回路が構成されている、
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載の絶縁監視装置。

【請求項7】

前記第１抵抗は、第１抵抗要素と第２抵抗要素との直列抵抗により構成され、
前記第２抵抗は、前記第１抵抗要素と前記第２抵抗要素との直列抵抗により構成され、
前記第３抵抗は、前記第１抵抗要素と前記第２抵抗要素との合成抵抗により構成され、
前記第４抵抗は、前記第１抵抗要素と前記第２抵抗要素との合成抵抗により構成され、
前記第１抵抗の一部は、前記第２抵抗要素であり、
前記第２抵抗の一部は、前記第２抵抗要素である、
ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項記載の絶縁監視装置。

【請求項8】

前記時定数回路は、
前記無接点リレーの動作時間よりも大きい時定数を有する、
ことを特徴とする請求項６記載の絶縁監視装置。

【請求項9】

前記コンデンサは、
前記無接点リレーのオフ時の漏れ電流よりも大きい充電電流、及び、前記無接点リレーの端子間容量よりも大きい容量を有する、
ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項記載の絶縁監視装置。

【請求項10】

前記直流電圧を出力する直流電源と、
前記直流電源と負荷との間に接続された請求項１～９のいずれか１項記載の絶縁監視装置と、
を備えることを特徴とする電源装置。

【請求項11】

前記直流電源は、電気自動車用急速充電器を含む電源であり、
前記第１電源線及び前記第２電源線は、電力ケーブルであり、
前記負荷は、電気自動車用バッテリを含む負荷装置である、
ことを特徴とする請求項１０記載の電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流電源から出力される直流電圧を、電源線を介して、負荷へ供給する電源装置において、電源線とグランドとの間の絶縁抵抗値を測定し、その絶縁抵抗値が所定の抵抗値より小さくなった時に、絶縁劣化故障と判断して電源線の漏電事故を防止するための絶縁監視装置と、それを有する電源装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、直流電源から供給される直流電圧を、直列接続された複数のスイッチによりスイッチングして、パルス電圧を発生させるパルス電源が開示されている。特に、直列接続された複数のスイッチにおいて、電圧分担が所定値よりも大きなスイッチのみ、コンデンサを並列に接続して、印加される電圧を下げるようにしている。

【0003】

特許文献２には、電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置が開示されている。電気自動車用急速充電器は、制御装置によって出力電流や出力電圧が制御される直流電源を有している。直流電源の出力電流や出力電圧は、平滑コンデンサで平滑された後、充電ケーブルを介して自動車の高電圧バッテリへ供給され、その高電圧バッテリを急速充電するようになっている。制御装置は、高電圧バッテリが要求する電流値や電圧値等を満たすように直流電源を制御する。制御装置内には、充電ケーブル絶縁試験装置が設けられている。充電ケーブル絶縁試験装置は、高電圧バッテリの充電開始前に、充電ケーブルの短絡（地絡）の健全性を確認するために絶縁試験を行う装置である。この充電ケーブル絶縁試験装置は、充電ケーブルに電圧を印加して平滑コンデンサを充電した後、その平滑コンデンサの電圧を測定し、その測定電圧と、充電ケーブルの絶縁が正常であるときの電圧基準信号と、を比較し、充電ケーブルの絶縁が正常であるか否かを判定するようになっている。その充電ケーブル絶縁試験装置では、広範囲の測定可能な電流計や、追加部品を用いることなく、簡便に充電ケーブルの健全性を判定できる。

【0004】

更に、特許文献３には、非接地回路の絶縁監視装置が開示されている。絶縁監視装置は、複数の抵抗を有し、その抵抗をスイッチにより切り替え、非接地回路における電源線とグランドとの間の絶縁抵抗値を算出して、地絡事故を防止するための装置である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－３００７３２号公報

【文献】特開２０１１－３８８９８号公報

【文献】特開２０１４－１４５７５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

例えば、特許文献３の非接地回路の絶縁監視装置において、絶縁抵抗値の算出精度を向上させるために、その非接地回路（即ち、絶縁監視回路）を不平衡ブリッジ回路で構成することが考えられる。この不平衡ブリッジ回路では、例えば、既知の４つの抵抗と、２つのスイッチと、正極側電源線及びグランド間の未知の第１絶縁抵抗と、負極側電源線及びグランド間の未知の第２絶縁抵抗と、がブリッジ接続されて構成される。そして、２つのスイッチで不平衡ブリッジ回路を開閉して、既知の２つの抵抗の一部の端子間電圧を測定し、未知の第１及び第２絶縁抵抗の抵抗値を演算により求めて、その第１及び第２絶縁抵抗の絶縁状態を監視するようになっている。

【0007】

しかしながら、不平衡ブリッジ回路で構成された絶縁監視回路では、規格に準じたスイッチの開閉電極間の電位差に対する沿面距離を満足することが難しい、スイッチの省スペース化が難しい、更に、スイッチ箇所の製造工程数を抑制することが難しい、といった課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の絶縁監視装置は、直流電圧が印加される第１電源線及び第２電源線間に、複数の抵抗及び複数のスイッチ手段がブリッジ接続された不平衡ブリッジ回路からなる絶縁監視回路と、前記複数のスイッチ手段により前記複数の抵抗を切り替え、前記第１電源線とグランドとの間の第１絶縁抵抗値と、前記第２電源線と前記グランドとの間の第２絶縁抵値と、を演算により求めて監視する監視装置本体と、を備え、前記複数の抵抗として、第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗及び第４抵抗を有し、前記複数のスイッチ手段として、第１スイッチ手段及び第２スイッチ手段を有し、前記第１電源線と前記グランドとの間に接続された前記第１抵抗と、前記第２電源線と前記グランドとの間に接続された前記第２抵抗と、前記第１電源線と前記グランドとの間に接続され、前記第１スイッチ手段により導通／遮断状態が切り替えられる前記第３抵抗と、前記第２電源線と前記グランドとの間に接続され、前記第２スイッチ手段により導通／遮断状態が切り替えられる前記第４抵抗と、を、含み、前記無接点リレーには、コンデンサからなる電圧分担手段が並列に接続され、前記コンデンサには、前記コンデンサの放電電流制限用の抵抗が直列に接続されていることを特徴とする。

【0009】

更に、本発明の電源装置は、前記直流電圧を出力する直流電源と、前記直流電源と負荷との間に接続された前記絶縁監視装置と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の絶縁監視装置及び電源装置によれば、絶縁監視回路内のスイッチ手段を、小型部品のリレーを多数直列に接続して構成したので、特殊な製造工程なしに耐圧及び沿面距離規格を満足できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施例２における絶縁監視装置を示す概略の構成図

【図2】本発明の実施例１における電源装置を示す概略の構成図

【図3】実施例１の絶縁監視装置４を示す回路図

【図4】図３の絶縁監視装置４における動作説明図

【図5】図３の絶縁監視回路１０における問題点をまとめた図

【図6】図３のスイッチ手段１５の実装例を示す図

【図7】図３のスイッチ手段１５を、直列接続された例えば２つのフォトリレーにより構成した、寄生成分を含めた回路図

【図8】図７の２つのフォトリレー３１，３２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を示す波形図

【図9】図１（Ａ）の絶縁監視装置４Ａの動作を示すフローチャート

【図10】図１（Ｂ）のフォトリレー３１，３２の寄生成分を含めた時定数回路を示す回路図

【図11】図１０の２つのフォトリレー３１，３２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を示す波形図

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

【実施例1】

【0013】

（実施例１の電源装置の構成）
図２は、本発明の実施例１における電源装置を示す概略の構成図である。

【0014】

電源装置は、所定の直流電圧Ｖｏｕｔを出力する直流電源１を有している。直流電源１は、電気自動車用急速充電器等のスイッチング電源装置等により構成されている。直流電源１の出力側には、電力ケーブル２を介して、負荷３が接続される。電力ケーブル２は、正極側の第１電源線２ａと、負極側の第２電源線２ｂと、を有している。負荷３は、電力ケーブル２から供給される直流電圧Ｖｏｕｔにより駆動する電気自動車用バッテリ等の負荷装置である。

【0015】

直流電源１と負荷３との間の電力ケーブル２には、絶縁監視装置４が接続されている。絶縁監視装置４は、電力ケーブル２における第１電源線２ａ及びグランド間の絶縁抵抗値と、第２電源線２ｂ及びグランド間の絶縁抵抗値と、を演算により求め、それらの絶縁抵抗値が所定の値より小さくなった時に、絶縁劣化故障と判断してケーブル２の漏電事故を防止するための装置である。

【0016】

（実施例１の絶縁監視装置の構成）
図３は、実施例１の絶縁監視装置４を示す回路図である。

【0017】

本実施例１の絶縁監視装置４は、絶縁監視回路１０と監視装置本体２０とを備えている。絶縁監視回路１０は、第１電源線２ａ及びグランド（例えば、フレームグランド）ＦＧ間の絶縁状態と、第２電源線２ｂ及びフレームグランドＦＧ間の絶縁状態と、を検出する回路である。監視装置本体２０は、絶縁監視回路１０の制御等を行い、電力ケーブル２の絶縁状態を監視するものである。

【0018】

絶縁監視回路１０は、既知の複数の第１抵抗１１、第２抵抗１２、第３抵抗１３及び第４抵抗１４と、複数（例えば、２つ）の第１スイッチ手段１５及び第２スイッチ手段１６と、複数（例えば、２つ）の未知の第１絶縁抵抗１７及び第２絶縁抵抗１８と、を有し、それらがブリッジ接続された不平衡ブリッジ回路により構成されている。

【0019】

即ち、第１電源線２ａとフレームグランドＦＧとの間には、第１抵抗１１と、直列に接続された第３抵抗１３及び第１スイッチ手段１５と、第１絶縁抵抗１７と、が並列に接続されている。更に、第２電源線２ｂとフレームグランドＦＧとの間には、第２抵抗１２と、直列に接続された第４抵抗１４及び第２スイッチ手段１６と、第２絶縁抵抗１８と、が並列に接続されている。

【0020】

第１抵抗１１及び第２抵抗１２は、それぞれ、抵抗要素Ｒ１及び抵抗要素Ｒ２の直列回路により構成されている。第３抵抗１３及び第４抵抗１４は、それぞれ、抵抗要素Ｒ１及び抵抗要素Ｒ２の合成抵抗により構成されている。そのため、各抵抗１１，１２，１３，１４は、同一の抵抗値を有している。第１スイッチ手段１５は、監視装置本体２０から供給されるスイッチ駆動信号Ｓ１によりオン状態／オフ状態が切り替えられる。同様に、第２スイッチ手段１６も、監視装置本体２０から供給されるスイッチ駆動信号Ｓ２によりオン状態／オフ状態が切り替えられる。

【0021】

監視装置本体２０は、直流電圧Ｖｏｕｔを測定すると共に、スイッチ駆動信号Ｓ１，Ｓ２を出力して第１スイッチ手段１５と第２スイッチ手段１６とを交互に切り替え、第１抵抗１１の一部の抵抗要素Ｒ２に印加される第１電圧Ｖｒｐと、第２抵抗１２の一部の抵抗要素Ｒ２に印加される第２電圧Ｖｒｎと、を交互に測定し、第１絶縁抵抗１７の絶縁抵抗値Ｒｆｐ及び第２絶縁抵抗１８の絶縁抵抗値Ｒｆｎを演算により求め、その第１絶縁抵抗１７及び第２絶縁抵抗１８の絶縁状態を監視するものである。

【0022】

（実施例１の絶縁監視装置の動作）
図４（Ａ），（Ｂ）は、図３の絶縁監視装置４における動作説明図である。

【0023】

図４（Ａ）に示すように、監視装置本体２０から供給されるスイッチ駆動信号Ｓ１，Ｓ２により、スイッチ手段１５をオン状態且つスイッチ手段１６をオフ状態にし、その監視装置本体２０にて、抵抗１１の一部の抵抗要素Ｒ２に印加される第１電圧Ｖｒｐを測定する。更に、図４（Ｂ）に示すように、監視装置本体２０から供給されるスイッチ駆動信号Ｓ１，Ｓ２により、スイッチ手段１５をオフ状態且つスイッチ手段１６をオン状態にし、その監視装置本体２０にて、抵抗１２の一部の抵抗要素Ｒ２に印加される第２電圧Ｖｒｎを測定する。

【0024】

監視装置本体２０は、電圧Ｖｒｐ，Ｖｒｎ、直流電源１の直流電圧Ｖｏｕｔ、及び抵抗１１の値を用い、演算により、電源線２ａ及びフレームグランドＦＧ間の未知の絶縁抵抗値Ｒｆｐと、電源線２ｂ及びフレームグランドＦＧ間の未知の絶縁抵抗値Ｒｆｎと、を求める。そして、監視装置本体２０は、絶縁抵抗値Ｒｆｐ，Ｒｆｎが設定値Ｒｔｈよりも小さいか否かを判定し、絶縁抵抗値Ｒｆｐ，Ｒｆｎが設定値Ｒｔｈよりも小さい時には、絶縁劣化故障を報知する。

【0025】

（実施例１の絶縁監視回路の問題点）
図５は、図３の絶縁監視回路１０における問題点をまとめた図である。

【0026】

絶縁監視回路１０の目的は、図５のステップＳＴ１に示すように、規格に準じたスイッチ手段１５，１６の開閉電極間の沿面距離を満足すること、スイッチ手段１５，１６の省スペース化を図ること、更に、スイッチ手段１５，１６の製造工程数を抑制すること、である。

【0027】

この目的を達成するために、スイッチ手段１５，１６を、高耐圧、小電流、広沿面距離の素子により構成することが望ましい。例えば、図５のステップＳＴ２に示すように、スイッチ手段１５，１６として、有接点リレー（「メカニカルリレー」とも言う。）を使用する場合、利点として、開閉電極間の沿面距離が長いこと、高耐圧品が多く市販されていること、が挙げられる。しかし、欠点として、大型化するので、採用が難しい。

【0028】

そこで、図５のステップＳＴ３に示すように、スイッチ手段１５，１６として、無接点リレー（「半導体リレー」とも言う。）を使用することが考えられる。無接点リレーには、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等を用いたフォトリレーや、ソリッドステートリレー（以下「ＳＳＲ」という。）等がある。例えば、フォトリレーを使用する場合、利点として、高耐圧且つ小型であること、高耐圧且つ小電流品が多く市販されていること、が挙げられる。しかし、欠点として、開閉電極間の沿面距離が狭いために、沿面距離が不足する。これを解決するためには、図５のステップＳＴ４に示す沿面距離を長くする方法か、あるいは、図５のステップＳＴ５に示す沿面距離を分散する方法（本実施例１の方法）が考えられる。

【0029】

図５のステップＳＴ４に示す沿面距離を長くする方法について考える。

【0030】

図６（Ａ），（Ｂ）は、図３のスイッチ手段１５の実装例を示す図である。図６（Ａ）は、端子間に充填物（例えば、シリコン等の絶縁樹脂の充填物）を施したスイッチング部品の正面図、及び、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の側面図である。

【0031】

図３のスイッチング手段１５は、図６（Ａ）に示すように、例えば、パッケージに収納されたスイッチング部品２１により構成されている。スイッチング部品２１の側面からは、２つの端子２１ａ，２１ｂが突出している。２つの端子２１ａ，２１ｂ間には、絶縁樹脂２２が充填されている。

【0032】

図５のステップＳＴ４に示す沿面距離を長くする方法として、図６（Ａ）の２つの端子２１ａ，２１ｂ間に空間を設ける、あるいは、絶縁樹脂２２を充填する、ことが考えられる。しかし、欠点として、対策用部品の追加や、製造工程数等が増加する。例えば、絶縁樹脂２２を充填する場合、製造工程時に絶縁樹脂２２の充填工程が増え、絶縁樹脂２２の硬化のための工程数増や、空隙の無い絶縁樹脂２２の充填の施工及びその充填状態の検査が困難になる。このような欠点があるので、図５のステップＳＴ４の方法を採用し難い。そのため、図５のステップＳＴ５に示す沿面距離を分散する方法（本実施例１の方法）が望ましい。

【0033】

図５のステップＳＴ５に示す沿面距離を分散する方法としては、部品を多直列で使用することが考えられる。

【0034】

図７は、図３のスイッチ手段１５を、直列接続された例えば２つのフォトリレーにより構成した、寄生成分を含めた回路図である。

【0035】

スイッチ手段１５は、直列接続された２つのフォトリレー３１，３２により構成されている。フォトリレー３１は、発光ダイオード３１ａと、この発光ダイオード３１ａに対向する受光トランジスタ３１ｂと、により構成されている。同様に、フォトリレー３２は、発光ダイオード３２ａと、この発光ダイオード３２ａに対向する受光トランジスタ３２ｂと、により構成されている。なお、各受光トランジスタ３１ｂ，３２ｂは、オフ状態の時に、図７の破線で示されるように、寄生容量Ｃｏｆｆ１，Ｃｏｆｆ２と寄生抵抗Ｒｏｆｆ１，Ｒｏｆｆ２とが存在する。

【0036】

電圧の印加によって発光ダイオード３１ａ，３２ａが発光すると、これらと対向する受光トランジスタ３１ｂ，３２ｂがオン状態になる。抵抗１３とフレームグランドＦＧとの間に直流電圧Ｖｏｕｔが印加されると、フォトリレー３１の端子間に端子間電圧Ｖ１が掛かり、フォトリレー３２の端子間に端子間電圧Ｖ２が掛かる。

【0037】

このように、２つフォトリレー３１，３２を直列接続して使用することで、沿面距離を加算して対処することができる。フォトリレー３１，３２の数を増やせば、沿面距離をより多く加算できる。そのため、本発明の実施例１として、各スイッチ手段１５，１６を、直列接続された複数のフォトリレー３１，３２，・・・によりそれぞれ構成することが望ましい。なお、有接点リレーが小型化できれば、これを多直列にて使用しても良い。

【0038】

しかし、図５のステップＳＴ５の方法でも、図８（Ａ），（Ｂ）のような問題が生じる。

【0039】

図８（Ａ），（Ｂ）は、図７の２つのフォトリレー３１，３２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を示す波形図である。

【0040】

図８（Ａ），（Ｂ）の横軸は時間ｔ、及び、縦軸は電圧Ｖである。図８（Ａ）には、図７のフォトリレー３１，３２の動作が（１）と（２）にばらついた時の、フォトリレー３１の端子電圧Ｖ１と、フォトリレー３２の端子間電圧Ｖ２と、の動作波形が示されている。図８（Ｂ）には、図７のフォトリレー３１，３２の寄生容量Ｃｏｆｆ１，Ｃｏｆｆ２や寄生抵抗Ｒｏｆｆ１，Ｒｏｆｆ２がばらついた時の、フォトリレー３１の端子間電圧Ｖ１と、フォトリレー３２の端子間電圧Ｖ２と、の動作波形が示されている。

【0041】

図３の各スイッチ手段１５，１６を構成する複数のフォトリレーを直列接続して使用する場合、図７のような２つのフォトリレー３１，３２の２直列接続を例にとると、部品のばらつきや、動作タイミングのずれによって、直列接続された各フォトリレー３１，３２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２に、図８の（Ａ）や（Ｂ）のような差が出てしまう。結果として、沿面距離決定時に想定していた想定電圧を保証できない、更に、その想定電圧を超過してしまい、沿面距離規格を満足できない、といった問題が生じる。

【0042】

そこで、多直列部品の電圧制限・電圧制御を行う図５のステップＳＴ６，ＳＴ７を検討することがより望ましい。

【0043】

図５のステップＳＴ６は、多直列部品の電圧制限方法を示している。

【0044】

端子間電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧値を制限するために、電子部品（例えば、バリスタ等）で、その端子間電圧Ｖ１，Ｖ２をクランプさせることが考えられる。しかし、欠点として、フォトリレー３１，３２のオフ電流よりも、クランプ部品の漏れ電流が大きくなる可能性があるため、採用し難い。

【0045】

これに対して、図５のステップＳＴ７は、多直列部品の電圧制御方法（実施例２の方法）を示している。

【0046】

端子間電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧値を制御するために、多直列部品より大きな電圧分担手段（例えば、コンデンサ等）を追加し、回路インピーダンスとその追加の電圧分担手段とにより、端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を制御する。この電圧制御方法では、回路の動作速度が遅くなるものの、最良の方法であるので、本発明の実施例２として下記にて説明する。

【0047】

（実施例１の効果）
本実施例１によれば、絶縁監視回路１０内のスイッチ手段１５，１６を、直列接続された複数のフォトリレー３１，３２で、それぞれ構成したので、開閉電極間の電圧が分散されることにより、沿面距離も分散できる。これにより、特殊な製造工程なしに耐圧・沿面規格を満足できる。

【実施例2】

【0048】

（実施例２の構成）
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施例２における絶縁監視装置を示す概略の構成図である。

【0049】

図１（Ａ）は絶縁監視装置の全体の図、及び、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のスイッチ手段を示す図である。なお、図１（Ａ），（Ｂ）において、実施例１を示す図３、図４及び図７中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

【0050】

図１（Ａ）に示すように、本実施例２の絶縁監視装置４Ａは、図３の実施例１と同様の絶縁監視回路１０と、図３の実施例１の監視装置本体２０とは異なる構成の監視装置本体２０Ａと、を備えている。

【0051】

本実施例２の監視装置本体２０Ａは、絶縁監視回路１０の制御等を行い、電力ケーブル２の絶縁状態を監視するものである。この監視装置本体２０Ａは、スイッチ制御部４１、電圧測定部４２、及び演算判定部４３を有している。

【0052】

スイッチ制御部４１は、第１スイッチ手段１５及び第２スイッチ手段１６を切り替えるためのスイッチ駆動信号Ｓ１，Ｓ２を生成するものである。電圧測定部４２は、直流電圧Ｖｏｕｔ、第１電圧Ｖｒｐ及び第２電圧Ｖｒｎを測定するものである。更に、演算判定部４３は、第１電圧Ｖｒｐ、第２電圧Ｖｒｎ、直流電圧Ｖｏｕｔ、第１抵抗１１、この第１抵抗１１の一部の抵抗要素Ｒ２、及び第２抵抗１２の一部の抵抗要素Ｒ２の値に基づいて、第１絶縁抵抗１７の絶縁抵抗値Ｒｆｐ及び第２絶縁抵抗１８の絶縁抵抗値Ｒｆｎを演算により求め、その第１絶縁抵抗１７及び第２絶縁抵抗１８の絶縁状態を監視するものである。

【0053】

この監視装置本体２０Ａは、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）を用いたデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）等のプロセッサや、半導体個別回路等により構成されている。

【0054】

図１（Ｂ）に示すように、第１スイッチ手段１５は、実施例１と同様に、直列に接続された２つのフォトリレー３１，３２により構成されている。一方のフォトリレー３１は、発光ダイオード３１ａと、この発光ダイオード３１ａに対向する受光トランジスタ３１ｂと、により構成されている。同様に、他方のフォトリレー３２も、発光ダイオード３２ａと、この発光ダイオード３２ａに対向する受光トランジスタ３２ｂと、により構成されている。

【0055】

一方の受光トランジスタ３１ｂには、電圧分担手段（例えば、容量Ｃｓ１のコンデンサ）３３ａが並列に接続されている。コンデンサ３３ａと第３抵抗１３とは、直列に接続され、この直列回路によって時定数回路が構成されている。その時定数回路は、フォトリレー３１の動作時間よりも大きい時定数を有している。コンデンサ３３ａは、フォトリレー３１のオフ時の漏れ電流よりも大きい充電電流、及びそのフォトリレー３１の端子間容量よりも大きい容量Ｃｓ１を有している。コンデンサ３３ａには、抵抗値Ｒｓ１の抵抗３３ｂが直列に接続されている。抵抗３３ｂは、コンデンサ３３ａの放電電流を制限するためのものである。

【0056】

同様に、他方の受光トランジスタ３２ｂにも、電圧分担手段（例えば、容量Ｃｓ２のコンデンサ）３４ａが並列に接続されている。コンデンサ３４ａと第３抵抗１３とは、直列に接続され、この直列回路によって時定数回路が構成されている。その時定数回路は、フォトリレー３２の動作時間よりも大きい時定数を有している。コンデンサ３４ａは、フォトリレー３２のオフ時の漏れ電流よりも大きい充電電流、及びそのフォトリレー３２の端子間容量よりも大きい容量Ｃｓ２を有している。コンデンサ３４ａには、抵抗３４ｂが直列に接続されている。抵抗３４ｂは、コンデンサ３４ａの放電電流を制限するためのものである。

【0057】

図１（Ｂ）に示されていないが、第２スイッチ手段１６も、第１スイッチ手段１５と同様の構成である。

【0058】

（実施例２の動作）
図９は、図１（Ａ）の絶縁監視装置４Ａの動作を示すフローチャートである。

【0059】

図２の電力ケーブル２における電源線２ａ，２ｂの絶縁監視は、以下のステップＳＴ１１～ＳＴ１６により行われる。

【0060】

先ず、電源線２ａ，２ｂの絶縁監視が開始されると、ステップＳＴ１１において、監視装置本体２０Ａ内のスイッチ制御部４１から供給されるスイッチ駆動信号Ｓ１，Ｓ２により、図１のスイッチ手段１５がオン状態且つスイッチ手段１６がオフ状態になる。ステップＳＴ１２において、電圧測定部４２は、抵抗１１の一部の抵抗要素Ｒ２に印加される電圧Ｖｒｐを測定する。ステップＳＴ１３において、スイッチ制御部４１から供給されるスイッチ駆動信号Ｓ１，Ｓ２により、スイッチ手段１５がオフ状態且つスイッチ手段１６がオン状態になる。ステップＳＴ１４において、電圧測定部４２は、抵抗１２の一部の抵抗要素Ｒ２に印加される電圧Ｖｒｎを測定する。

【0061】

次に、ステップＳＴ１５において、演算判定部４３は、電圧Ｖｒｐ，Ｖｒｎ、直流電源１の直流電圧Ｖｏｕｔ、及び抵抗１１の値を用い、次式（１）の演算により、電源線２ａ及びフレームグランドＦＧ間の未知の絶縁抵抗１７の絶縁抵抗値Ｒｆｐと、電源線２ｂ及びフレームグランドＦＧ間の未知の絶縁抵抗１８の絶縁抵抗値Ｒｆｎと、を求める。

【数1】

【0062】

その後、ステップＳＴ１６において、演算判定部４３は、絶縁抵抗値Ｒｆｐ，Ｒｆｎが設定値Ｒｔｈよりも小さいか否かを判定し、絶縁抵抗値Ｒｆｐ，Ｒｆｎが設定値Ｒｔｈよりも小さい（Ｒｆｐ，Ｒｆｎ≦Ｒｔｈ）時には、絶縁劣化故障を報知して、絶縁監視の処理を終了する。これにより、電力ケーブル２の漏洩事故を防止できる。

【0063】

図１０は、図１（Ｂ）のフォトリレー３１，３２の寄生成分を含めた時定数回路を示す回路図である。

【0064】

抵抗１３とフレームグランドＦＧとの間に直流電圧Ｖｏｕｔが印加されると、フォトリレー３１の端子間に端子間電圧Ｖ１が掛かり、フォトリレー３２の端子間に端子間電圧Ｖ２が掛かる。各受光トランジスタ３１ｂ，３２ｂは、オフ状態の時に、図１０の破線で示されるように、寄生容量Ｃｏｆｆ１，Ｃｏｆｆ２と寄生抵抗Ｒｏｆｆ１，Ｒｏｆｆ２とが存在する。

【0065】

図１１（Ａ），（Ｂ）は、図１０の２つのフォトリレー３１，３２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を示す波形図である。

【0066】

図１１（Ａ），（Ｂ）の横軸は時間ｔ、及び、縦軸は電圧Ｖである。図１１（Ａ）には、図１０のフォトリレー３１，３２の動作が（１）と（２）にばらついた時の、フォトリレー３１の端子電圧Ｖ１と、フォトリレー３２の端子間電圧Ｖ２と、の動作波形が示されている。図１１（Ｂ）には、図１０のフォトリレー３１，３２の寄生容量Ｃｏｆｆ１，Ｃｏｆｆ２の動作がばらついた時の、フォトリレー３１の端子間電圧Ｖ１と、フォトリレー３２の端子間電圧Ｖ２と、の動作波形が示されている。

【0067】

本実施例２では、各フォトリレー３１，３２に対し、電圧分担手段としてコンデンサ３３ａ，３４ａ及び抵抗３３ｂ，３４ｂのＣＲ直列回路が並列に接続されている。そのため、（ＣＲ直列回路の容量Ｃｓ１，Ｃｓ２≫フォトリレー３１，３２の端子間容量Ｃｏｆｆ１，Ｃｏｆｆ２）とすれば、フォトリレー３１，３２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２は、（抵抗１３の抵抗値と容量Ｃｓ１，Ｃｓ２による電圧Ｖ１，Ｖ２の変化≫フォトリレー３１，３２の動作・駆動ばらつきによる電圧Ｖ１，Ｖ２の変化）となり、端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を想定できる。従って、任意の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２になるようなタイミングと、それに合った部品選定を行うことにより、沿面距離決定時の想定電圧を保証でき、更に、その想定電圧の超過を防止することにより、沿面距離規格を満足させることができる。

【0068】

なお、抵抗３３ｂ，３４ｂは、フォトリレー３１，３２がオンした時に、コンデンサ３３ａ，３４ａの放電電流を制限するものであるから、省略しても良い。又、フォトリレー３１，３２は２直列のみでなく、２直列以上の多直列でも適用できる。

【0069】

（実施例２の効果）
本実施例２によれば、絶縁監視回路１０内の各スイッチ手段１５，１６を、直列接続された複数のフォトリレー３１，３２と、その各フォトリレー３１，３２に対して並列接続された電圧分担手段（例えば、コンデンサ３３ａ，３４ａ、あるいは、コンデンサ３３ａ，３４ａ及び抵抗３３ｂ，３４ｂのＣＲ直列回路）と、により構成したので、各直列フォトリレー３１，３２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を制御できる。それにより、以下の（ａ）～（ｃ）の効果がある。

【0070】

（ａ） 各直列フォトリレー３１，３２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を予測できるので、電圧分担によっては定格電圧が直流電圧Ｖｏｕｔ以下のフォトリレー３１，３２を多直列で使用することができる。

【0071】

（ｂ） 前記（ａ）で予測した電圧により、各フォトリレー端子間に必要な沿面距離を算出できるため、挟ピッチのフォトリレー３１，３２でも、多直列で使用することにより、沿面距離規定を満足することができる。

【0072】

（ｃ） 前記（ｂ）により、従来の挟ピッチ部品の沿面距離対策として必要な絶縁樹脂２２の充填・硬化待ち・充填状態の検査等の特殊な製造工程が不要になり、製造工程数を減らすことができる。

【0073】

（実施例１，２の変形例）
本発明は、上記実施例１，２に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ｉ）～（ｉｉｉ）のようなものがある。

【0074】

（ｉ） 絶縁監視回路１０は、図１以外の他の不平衡ブリッジ回路で構成しても良い。これに対応して、未知の絶縁抵抗値Ｒｆｐ，Ｒｆｎを求めるための前記式（１）を、他の演算式に変更すれば良い。又、フレームグランドＦＧは、接地であるグランドでも良い。

【0075】

（ｉｉ） フォトリレー３１，３２は、ＳＳＲ等の他の無接点リレーを使用しても良い。

【0076】

（ｉｉｉ） 監視装置本体２０Ａは、図１以外の他の機能ブロックにより構成しても良い。

【符号の説明】

【0077】

１ 直流電源
２ 電力ケーブル
２ａ，２ｂ 第１、第２電源線
３ 負荷
４，４Ａ 絶縁監視装置
１０ 絶縁監視回路
１１，１２，１３，１４ 第１、第２、第３、第４抵抗
１５，１６ 第１、第２スイッチ手段
１７，１８ 第１、第２絶縁抵抗
２０，２０Ａ 監視装置本体
３１，３２ フォトリレー
３３ａ，３４ａ コンデンサ
３３ｂ、３４ｂ 抵抗
４１ スイッチ制御部
４２ 電圧測定部
４３ 演算判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】