特許 6334993 監視装置

(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】6334993

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】監視装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 29/18 20060101AFI20180521BHJP

【ＦＩ】

   G01R29/18 Q

   G01R29/18 C

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-73315(P2014-73315)

(22)【出願日】2014年3月31日

(65)【公開番号】特開2015-194447(P2015-194447A)

(43)【公開日】2015年11月5日

【審査請求日】2016年11月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100114487

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 幸作

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100117411

【弁理士】

【氏名又は名称】串田 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100153947

【弁理士】

【氏名又は名称】家成 隆彦

(72)【発明者】

【氏名】木下 昇

【審査官】 小川 浩史

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−５６８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１０４６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−６８６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−１２７１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−３３１７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−１６２５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ２９／１８

Ｇ０１Ｒ ３１／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機に供給される電力を制御する制御装置に入力される入力交流電流又は前記制御装置から出力される出力交流電流の異常の有無を監視する監視装置であって、
前記制御装置に入力される入力交流電流又は前記制御装置から出力される出力交流電流を計測する電流センサによって計測された入力交流電流値又は出力交流電流値を受信する受信部と、
前記受信部によって受信された入力交流電流値又は出力交流電流値に対してフーリエ変換を実行し、実行結果に基づいて前記入力交流電流又は出力交流電流の欠相の有無を監視する監視部と、
を備えることを特徴とする監視装置。

【請求項2】

請求項１の監視装置において、
前記受信部は、商用電源から前記制御装置に入力される３相３線式の商用周波数の入力交流電流の２つの相の電流値、又は前記制御装置から出力される３相３線式の任意の周波数の出力交流電流の２つの相の電流値、を計測する電流センサによって計測された入力交流電流値又は出力交流電流値を受信し、
前記監視部は、前記受信部によって受信された同時刻の２つの相の電流値から直流成分を差し引いて瞬時交流電流値として、２つの相の瞬時交流電流値にマイナス１を乗じたものを加算することにより、電流センサの取り付けてない第３の相の瞬時交流電流値を求める、
ことを特徴とする監視装置。

【請求項3】

請求項２の監視装置において、
前記監視部は、前記フーリエ変換を実行することによって求められた前記入力交流電流又は前記出力交流電流の３相の基本周波数の振幅値を比較することによって、前記入力交流電流又は前記出力交流電流の３相の欠相状態の有無を監視する、
ことを特徴とする監視装置。

【請求項4】

請求項３の監視装置において、
前記監視部は、前記入力交流電流又は前記出力交流電流の３相の欠相状態の有無を監視した結果、欠相状態ではないことが検出された後、前記フーリエ変換を実行することによって求められた前記入力交流電流又は前記出力交流電流の３相の基本周波数の位相を比較することによって、前記入力交流電流又は前記出力交流電流の３相の逆相状態の有無を監視する、
ことを特徴とする監視装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項の監視装置において、
前記監視部は、前記フーリエ変換を実行することによって求められたフーリエ余弦係数及びフーリエ正弦係数を用いて逆正接関数の演算を行うことによって前記入力交流電流又は前記出力交流電流の３相の位相を求め、求めた位相を前記フーリエ余弦係数及び前記フーリエ正弦係数の正負の関係に基づいて補正する、
ことを特徴とする監視装置。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項の監視装置において、
前記入力交流電流又は前記出力交流電流に対して前記フーリエ変換を実行する際にサンプリングするデータ数に対応する正弦関数の値と余弦関数の値とが格納されたメモリを、さらに備え、
前記監視部は、前記メモリから、各サンプリング番号に対応する正弦関数の値と余弦関数の値とを読み出し、前記フーリエ変換を実行する際に前記読み出した正弦関数の値と余弦関数の値とを用いることによってフーリエ余弦係数及びフーリエ正弦係数を求める、
ことを特徴とする監視装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、監視装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、商用電源から電動機に供給される電流の欠相又は逆相などの異常の有無を監視する技術が知られている。例えば、電動機に３相３線式電源が供給される場合、従来技術の欠相の検出方式は、３つの相それぞれに取り付けられた電流センサによって各相の振幅値又は実効電流値を求め、求めた値の比から欠相を検出する。

【0003】

また、３つの相のうち２つの相に電流センサを取り付けて欠相を検出する方式も知られている。この方式では、２つの相の振幅値又は実効電流値を求め、求めた値の比から欠相を検出する。また、この方式においては、電流センサが設けられていない相については、欠相時に電流センサが設けられている２つの相の位相差が変化する性質を利用して欠相を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−２２７０７３号公報

【特許文献2】特開平１０−６２４７０号公報

【特許文献3】特開２００１−３０９６６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、３つの電流センサを取り付けて欠相を検出する方式では、１つの電流センサ分のコストアップが生じ、また、電動機に供給される電力を制御するための制御装置のサイズアップの要因となる。

【0006】

また、２つの電流センサを取り付けて欠相を検出する方式では、２つ相の位相差を求めるために、ハードウェアのコンパレータ回路を設けている場合がある。したがって、この方式もコストアップ及び制御装置のサイズアップの要因となる。また、２つの相の位相差をソフトウェアのみで計測する場合には、例えば１つの相が０クロスした時などの計測開始点から、他の相が０クロスした時などの計測終了点までを時間計測する必要があるが、計測開始点と計測終了点は瞬時的なものなので、電流の歪みやノイズなどの影響で０クロスを精度よく検出できないおそれがある。そのために移動平均を用いることも考えられるが、その分サンプリング周期が短くなり、演算装置に負荷がかかる。また、移動平均を用いた場合であっても０クロスを精度よく検出できないおそれがあるので、万全を期すためにはハードウェアのコンパレータを用意しなくてはならない。

【0007】

そこで、本願発明は、商用電源から電動機に供給される電流の異常の有無を簡易な構成で精度よく監視することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願発明の一形態の監視装置は、電動機に供給される電力を制御する制御装置に入力される入力電流又は前記制御装置から出力される出力電流の異常の有無を監視する監視装置であって、前記制御装置に入力される入力交流電流又は前記制御装置から出力される出力交流電流を計測する電流センサによって計測された入力交流電流又は出力交流電流を受信する受信部と、前記受信部によって受信された入力交流電流又は出力交流電流に対してフ
ーリエ変換を実行し、実行結果に基づいて前記入力電流又は出力電流の異常の有無を監視する監視部と、を備えることを特徴とする。

【0009】

また、一形態の監視装置において、前記受信部は、商用電源から前記制御装置に入力される３相３線式の商用周波数の入力交流電流の２つの相の電流値、又は前記制御装置から出力される３相３線式の任意の周波数の出力交流電流の２つの相の電流値、を計測する電流センサによって計測された入力交流電流又は出力交流電流を受信し、前記監視部は、前記受信部によって受信された同時刻の２つの相の電流値から直流成分を差し引いて瞬時交流電流値として、２つの相の瞬時交流電流値にマイナス１を乗じたものを加算することにより、電流センサの取り付けてない第３の相の瞬時交流電流値を求める、ことができる。

【0010】

また、一形態の監視装置において、前記監視部は、前記フーリエ変換を実行することによって求められた前記入力交流電流又は前記出力交流電流の３相の基本周波数の振幅を比較することによって、前記入力交流電流又は前記出力交流電流の３相の欠相状態の有無を監視する、ことができる。

【0011】

また、一形態の監視装置において、前記監視部は、前記入力交流電流又は前記出力交流電流の３相の欠相状態の有無を監視した結果、欠相状態ではないことが検出された後、前記フーリエ変換を実行することによって求められた前記入力交流電流又は前記出力交流電流の３相の基本周波数の位相を比較することによって、前記入力交流電流又は前記出力交流電流の３相の逆相状態の有無を監視する、ことができる。

【0012】

また、一形態の監視装置において、前記監視部は、前記フーリエ変換を実行することによって求められたフーリエ余弦係数及びフーリエ正弦係数を用いて逆正接関数の演算を行うことによって前記入力交流電流又は前記出力交流電流の３相の位相を求め、求めた位相を前記フーリエ余弦係数及び前記フーリエ正弦係数の正負の関係に基づいて補正する、ことができる。

【0013】

また、一形態の監視装置において、前記入力交流電流又は前記出力交流電流に対して前記フーリエ変換を実行する際にサンプリングするデータ数に対応する正弦関数の値と余弦関数の値とが格納されたメモリを、さらに備え、前記監視部は、前記メモリから、各サンプリング番号に対応する正弦関数の値と余弦関数の値とを読み出し、前記フーリエ変換を実行する際に前記読み出した正弦関数の値と余弦関数の値とを用いることによってフーリエ余弦係数及びフーリエ正弦係数を求める、ことができる。

【発明の効果】

【0014】

かかる本願発明によれば、電動機に供給される電流の異常の有無を簡易な構成で精度よく監視することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、第１実施形態の監視装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、横軸がフーリエ余弦係数（ａ_ｋ）、縦軸がフーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）の直交座標を示す図である。

【図3】図３は、第２実施形態の監視装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本願発明の一実施形態に係る監視装置を図面に基づいて説明する。

【0017】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の監視装置の構成を示す図である。図１に示すように、監視シス
テムは、制御装置２０、モータ（電動機）３０、電流センサ４０，５０、直流重畳回路６０，７０、及び監視装置１００を備える。

【0018】

制御装置２０には、商用電源１０から出力されるＲ相、Ｓ相、及びＴ相の３相３線式の商用周波数の電力が入力される。制御装置２０は、電磁接触器、リレー、又はトライアック等によって形成されるスイッチ２２を備える。スイッチ２２は、外部からの信号によりスイッチをオン／オフできるものである。スイッチ２２は、商用電源１０から供給された各相の電力をスイッチングして出力する。制御装置２０は、商用電源１０から供給された各相の電力をスイッチ２２によってスイッチングすることにより、モータ３０に供給される電力を制御する。なお、スイッチ２２がオンのときに、監視装置１００は、制御装置２０からの出力交流電流の異常の有無を監視することができる。

【0019】

電流センサ４０は、制御装置２０からモータ３０へ出力されるＲ相の任意の周波数の出力交流電流を計測するカレントトランス等のセンサである。電流センサ５０は、制御装置２０からモータ３０へ出力されるＴ相の任意の周波数の出力交流電流を計測する。すなわち、本実施形態では、３相の出力交流電流のうち２相の出力交流電流の電流値を計測することになる。なお、監視装置１００は、制御装置２０からの２相の出力交流電流の電流値を検出することにより、出力交流電流の異常の有無のみならず、入力交流電流の異常の有無を検出することができる。

【0020】

直流重畳回路６０は、電流センサ４０によって計測された出力交流電流に直流電圧を重畳する（直流バイアスを印加する）回路である。直流重畳回路７０は、電流センサ５０によって計測された出力交流電流に直流電圧を重畳する（直流バイアスを印加する）回路である。直流重畳回路６０，７０は、例えば監視装置１００（マイクロコンピュータ）のＡＤ入力ポートのＡＤ入力範囲が０Ｖから５Ｖまでの場合、半分の直流２．５Ｖを電流信号に重畳する。このため、監視装置１００の入力ポートが直流電圧の重畳を要しないポートである場合には、直流重畳回路６０，７０を設けなくてもよい。

【0021】

監視装置１００は、制御装置２０から出力される出力電流の異常の有無を監視するための装置である。監視装置１００は、例えば、マイクロコンピュータなどによって実現することができる。監視装置１００は、受信部１１０と監視部１２０とを備える。

【0022】

受信部１１０は、電流センサ４０，５０によって計測された出力交流電流を受信する。

【0023】

＜異常監視の第１の態様＞
監視部１２０は、受信部１１０によって受信された出力交流電流に対してフーリエ変換を実行し、実行結果に基づいて出力電流の異常の有無を監視する。

【0024】

すなわち、時刻ｔにおける、任意の交流電流波形をｉ（ｔ）、直流電流成分をＩ_０、次数ｎの時の振幅をＩ_ｎ、位相をθ_ｎ、２πｆ_ｎ＝ω_ｎとすると、ｉ（ｔ）は以下の数１式で表される。

【0025】

【数1】

【0026】

数１式におけるａ_ｋはフーリエ余弦係数と呼ばれ、ｂ_ｋはフーリエ正弦係数と呼ばれる。フーリエ余弦係数及びフーリエ正弦係数は、フーリエ変換により求められる。また、振幅Ｉ_ｋと位相θ_Ｋとフーリエ余弦係数ａ_ｋ、フーリエ正弦係数ｂ_ｋとの関係は以下の数２式で表される。

【0027】

【数2】

【0028】

さらに、任意の次数をｎ、基本周期期間中に取得したデータ数をｍとした時の、次数ｎのフーリエ余弦係数ａ_ｎ、フーリエ正弦係数ｂ_ｎは以下の数３式によって求められる。

【0029】

【数3】

【0030】

したがって、監視部１２０は、受信部１１０によって受信された出力交流電流に対してフーリエ変換を実行することによって、２つの相（Ｒ相，Ｔ相）のそれぞれの出力交流電流の振幅値又は実効電流値を求めることができる。監視部１２０は、求めた値の比からＲ相又はＴ相の欠相を検出することができる。

【0031】

また、監視部１２０は、受信部１１０によって受信された出力交流電流に対してフーリエ変換を実行することによって、２つの相（Ｒ相，Ｔ相）の出力交流電流の位相をそれぞれ求めることができる。したがって、監視部１２０は、２つの相（Ｒ相，Ｔ相）の出力交流電流の位相差を求めることができる。監視部１２０は、電流センサが設けられていないＳ相については、求めた２相の出力交流電流の位相差が変化する性質を利用して欠相を検出することができる。

【0032】

第１実施形態によれば、商用電源から電動機に供給される電流の異常の有無を簡易な構
成で精度よく監視することができる。すなわち、従来、フーリエ変換は、画像データや音声データの処理など高周波の領域で多用されていた。また、取り扱う周波数が高いために高速で高価な演算装値が必要とされていた。しかしながら、モータ３０を駆動するための電力を制御する制御装置２０で商用周波数程度の電流や電圧をフーリエ変換するには、監視装置１００のような、最近の安価なマイクロコンピュータでも充分な性能が得られる。

【0033】

そこで、本実施形態では、制御装置２０からの出力交流電流に対してフーリエ変換を実行する。フーリエ変換を実行することによって、サンプリング周期を比較的長く取ることができ（サンプリング理論では基本周期に対して、求めたい次数×４個のデータ数でフーリエ変換が可能と説明されている。）、電流要素の１周期分の積分から位相を求めることができる。したがって、本実施形態では、従来技術のように、１つの相の出力交流電流が０クロスした計測開始点と他の１つの相の出力交流電流が０クロスした計測終了点を検出する必要がない。その結果、本実施形態によれば、ノイズや歪みの影響を受けない電流要素を用いて電流の異常の有無を精度よく監視することができる。また、本実施形態では、従来技術のように、２つ相の位相差を求めるためにハードウェアのコンパレータ回路を設けなくてよいので、簡易な構成で電流の異常の有無を監視することができる。

【0034】

＜異常監視の第２の態様＞
監視部１２０は、受信部１１０によって受信された同時刻の２つの相（Ｒ相，Ｔ相）の電流値から直流成分を差し引いて瞬時交流電流値として、２つの相の瞬時交流電流値にマイナス１を乗じたものを加算することにより、電流センサの取り付けてない第３の相の瞬時交流電流値を求めることができる。

【0035】

すなわち、従来の電流計測手段では取り込んだ電流値を即時、振幅値や実効電流値に変換するので、電流センサの設けられていない相の振幅値又は実効電流値を求めることができなかった。これに対して本実施形態では、３相の瞬時電流値の総和が０であることに着目して、前処理として電流センサが設けられている２つの相（Ｒ相，Ｔ相）の電流値を同時刻に計測し、計測した値から直流成分を差し引いて、瞬時交流電流値として、２つの相の瞬時交流電流値にマイナス１を乗じたものを加算することにより、電流センサの設けられていないＳ相の瞬時交流電流値を求めることができる。言い換えれば、電流センサの取り付けてある、第１の相（Ｒ相）の計測した電流値から直流成分を減じた瞬時交流電流値をＩ１（ｔ）、電流センサの取り付けてある、第２の相（Ｔ相）の計測した電流値から直流成分を減じた瞬時交流電流値をＩ２（ｔ）とすると、電流センサの取り付けてない、第３の相（Ｓ相）の瞬時交流電流値Ｉ３（ｔ）は、以下の数４式で求めることができる。

【0036】

［数４］
Ｉ３（ｔ）＝−Ｉ１（ｔ）−Ｉ２（ｔ）

【0037】

このようにして一定のサンプリング周期で基本周波数の１周期期間、３相分の瞬時交流電流値を求めた後、フーリエ変換を行うことにより、３相分の基本周波数又は任意の次数の振幅と位相を求めることができる。

【0038】

＜異常監視の第３の態様＞
また、監視部１２０は、フーリエ変換を実行することによって求められた出力交流電流の３相の基本周波数の振幅を比較することによって、出力交流電流の３相の欠相状態の有無を監視することができる。

【0039】

すなわち、工場などの現場では、３相３線式の電源には３相不平衡状態があり、またモータ各相のインピーダンスの違いなどから、欠相していない定常状態であっても、各相の振幅や位相は理想状態とかなり異なっている。また、モータ３０を駆動することにより電
流波形には歪み成分を持つ。加えてインバータでモータ３０を駆動する場合には、電流波形にはノイズが重畳されることになる。ノイズには、インダクタンス成分に流れる電流のオン／オフ時のスパイク成分、又はＰＷＭインバータのスイッチング出力をＲＣフィルタで商用周波数に変換する時に残ってしまう三角波状のリップル電流などが含まれる。従来の電流計測手段で求めた振幅値や実効電流値及び位相は、上記３相不平衡状態や電流の歪みやノイズの影響を受けやすく欠相の誤検出の要因となっていた。また３相整流回路及び平滑コンデンサを有する回路への３相入力交流電流は、３相の線間電圧が平滑電圧を超えるまでは電流は流れず、平滑電圧を超えると急峻に電流が流れるため、電流の導通角が狭く、応分に歪んだ電流波形となる。また電流の流れない長い期間があるために、電流の０クロスを検出して時間計測するのは困難である。そのため、欠相の誤検出を避けるためには、精度の高い欠相検出が必要である。

【0040】

これに対して本実施形態では、欠相検出に「基本周波数」の振幅値を使用するので、ノイズや歪み成分を除去した値で各相の振幅の比較を行うことができる。比較の結果、各相の振幅の関係が、欠相が発生していないときの各相の振幅の関係とは異なる状態になっていれば、欠相の有を検出することができる。その結果、精度の高い欠相検出を行うことができる。なお、実際に試験を行った所、クロック周波数３２ＭＨｚのマイクロコンピュータを使用して基本周期に対して２０個のデータをサンプリングしてフーリエ変換を行った際に、振幅及び位相の精度１％以下の良好な結果が得られた。

【0041】

＜異常監視の第４の態様＞
また、監視部１２０は、交流電流の３相の欠相状態の有無を監視した結果、欠相状態ではないことが検出された後、フーリエ変換を実行することによって求められた出力交流電流の３相の基本周波数の位相を比較することによって、出力交流電流の３相の逆相状態の有無を監視することができる。

【0042】

すなわち、従来の電流検出手段では、前述したとおり、従来の電流計測手段で求めた振幅値や実効電流値および位相は、３相不平衡状態や電流の歪みやノイズの影響を受けやすい。このため、位相差のずれを検出して逆相を検出する手段では、特にデルタ結線のモータ内部で欠相した場合に位相差のずれが大きく、欠相による位相差のずれなのか、逆相による位相差のずれなのかを判別できない場合がある。

【0043】

これに対して本実施形態では、まず基本波の振幅の比を見て欠相状態でないことを確認した後、基本波の各相の位相を見て逆相の判別を行う。比較の結果、各相の位相の関係が、逆相状態が発生していないときの各相の位相の関係とは異なる状態になっていれば、逆相状態の有を検出することができる。その結果、歪みやノイズの影響を受けることなく、欠相、逆相の違いを明確に判別することができる。

【0044】

＜異常監視の第５の態様＞
監視部１２０は、フーリエ変換を実行することによって求められたフーリエ余弦係数及びフーリエ正弦係数を用いて逆正接関数の演算を行うことによって出力交流電流の３相の位相を求め、求めた位相をフーリエ余弦係数及びフーリエ正弦係数の正負の関係に基づいて補正することができる。

【0045】

すなわち、図２は、横軸がフーリエ余弦係数（ａ_ｋ）、縦軸がフーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）の直交座標を示す図である。図２において、Ｉは、フーリエ余弦係数（ａ_ｋ）がａであり、フーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）がｂであるときの振幅を示している（数２式参照）。また、図２において、θは、フーリエ余弦係数（ａ_ｋ）がａであり、フーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）がｂであるときの位相を示している（数２式参照）。図２に示すように、横軸をフーリエ余弦係数（ａ_ｋ）、縦軸をフーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）の直交座標を考えると、電流ベク
トルの位置は、フーリエ余弦係数（ａ_ｋ）が正、フーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）が正の時は、第１象限Ｑ１にあることになる。同様に、フーリエ余弦係数（ａ_ｋ）が負、フーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）が正の時は、第２象限Ｑ２にあり、フーリエ余弦係数（ａ_ｋ）が負、フーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）が負の時は、第３象限Ｑ３にあり、フーリエ余弦係数（ａ_ｋ）が正、フーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）が負の時は、第４象限Ｑ４にあることになる。

【0046】

このことにより逆正接関数（アークタンジェント、ＡＴａｎ（））の値が、−９０度（−π／２）から＋９０度（π／２）までの範囲までしか取らないとしても、上記性質を利用してフーリエ余弦係数とフーリエ正弦係数の正負の関係から、位相を０度から３６０度の範囲に変換することができる。

【0047】

一例として位相を０度から３６０度までに変換するためには、監視部１２０は、フーリエ余弦係数（ａ_ｋ）が正（例えばａ）でフーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）が正（例えばｂ）の時は、ＡＴａｎ（ｂ／ａ）で求めた値が第１象限の正の値になっているので、何も補正しない。一方、監視部１２０は、フーリエ余弦係数（ａ_ｋ）が負（例えば−ａ）でフーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）が正（例えばｂ）の時は、ＡＴａｎ（ｂ／−ａ）で求めた値が負の値（第４象限Ｑ４）になるので、求めた値に１８０度を加算することによって補正する。

【0048】

また、監視部１２０は、フーリエ余弦係数（ａ_ｋ）が負（例えば−ａ）でフーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）が負（例えば−ｂ）の時はＡＴａｎ（−ｂ／−ａ）で求めた値が正の値（第１象限Ｑ１）になるので、求めた値に１８０度を加算することによって補正する。さらに、監視部１２０は、フーリエ余弦係数（ａ_ｋ）が正（例えばａ）でフーリエ正弦係数（ｂ_ｋ）が負（例えば−ｂ）の時はＡＴａｎ（−ｂ／ａ）で求めた値が負の値（第４象限Ｑ４）になるので、求めた値に３６０度を加算することによって補正する。また、監視部１２０は、求めた３相の位相に対して、第１の相の位相を差し引くことによって、第１の相を基準とした相対的な位相を求めることができる。監視部１２０は、第１の相を基準とした相対的な位相に基づいて、逆相を検出することができる。

【0049】

＜異常監視の第６の態様＞
図１に示すように、監視装置１００は、出力交流電流に対してフーリエ変換を実行する際にサンプリングするデータ数に対応する正弦関数の値と余弦関数の値とが格納されたメモリ１３０を備える。

【0050】

この場合、監視部１２０は、メモリ１３０から、各サンプリング番号に対応する正弦関数の値と余弦関数の値とを読み出し、フーリエ変換を実行する際に、読み出した正弦関数の値と余弦関数の値と用いることによってフーリエ余弦係数及びフーリエ正弦係数を求めることができる。

【0051】

すなわち、フーリエ変換でフーリエ余弦係数とフーリエ正弦係数を求める際に、正弦関数であるｓｉｎ（）と余弦関数であるｃｏｓ（）の値が必要であるが、基本周期期間のサンプリングするデータ数が固定であれば、任意のサンプリング番号のｓｉｎ（）とｃｏｓ（）の値は常に等しく、逐次演算する必要はない。上述のように、任意の次数をｎ、基本周期期間中に取得したデータ数をｍとした時の、次数ｎのフーリエ余弦係数ａ_ｎ、フーリエ正弦係数ｂ_ｎは以下の数３式によって求められる。そこで、データ数ｍが固定であるならば、数３式におけるｃｏｓの括弧の中と、ｓｉｎの括弧の中の変数はｎとｋのみになり、サンプリング番号ｋ＝０からｋ＝ｍ−１までのｓｉｎ（）とｃｏｓ（）の計算結果を代入した１次元の配列定数をあらかじめ用意してメモリ１３０に格納しておく。そして、監視部１２０は、フーリエ余弦係数及びフーリエ正弦係数を求める際に、逐次ｓｉｎ（）とｃｏｓ（）の演算を行う代わりに、１次元の配列定数の中から対応する値を参照してフーリエ変換を行う。

【0052】

シミュレーションツールを用いて実際に試験した際には、浮動小数点演算を避けるためにｓｉｎ（）とｃｏｓ（）の１次元の配列定数には、ｓｉｎ（）とｃｏｓ（）の計算結果を１万倍した整数の値を代入した。３相３線式２台のモータの電流を想定して６箇所の電流をフーリエ変換して６つの基本周波数の振幅と位相を求めるのに、逐次ｓｉｎ（）とｃｏｓ（）の演算を行った場合のフーリエ変換の処理時間が１５．４ｍｓｅｃであったのに対して、１次元の配列定数を参照する方式に変更したところ、フーリエ変換の処理時間が１．９ｍｓｅｃに改善された。

【0053】

＜第２実施形態＞
次に、図３は、第２実施形態の監視装置の構成を示す図である。第２実施形態は、第１実施形態と比較して、制御装置２０が制御装置２２０に置き換わる点が異なる。また、第２実施形態は、第１実施形態と比較して、商用電源１０から制御装置２２０へ入力される入力交流電流を計測する電流センサ８０，９０が設けられる点が異なる。また、第２実施形態は、第１実施形態と比較して、電流センサ８０，９０に対応して直流重畳回路６５，７５が設けられる点が異なる。これら以外は第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同様の部分については説明を省略する。

【0054】

制御装置２２０は、３相平滑回路２２２と、平滑コンデンサ２２４と、３相出力インバータ２２６と、を備える。制御装置２２０は、商用電源１０から供給される３相３線式の商用周波数の入力交流電流を３相平滑回路２２２及び平滑コンデンサ２２４によって平滑化し、３相出力インバータ２２６によって３相３線式の任意の周波数の交流電流を出力する。これにより、制御装置２２０は、モータ３０に供給される電力を制御する。

【0055】

電流センサ８０は、商用電源１０から制御装置２２０に入力されるＲ相の商用周波数の入力交流電流を計測するカレントトランス等のセンサである。電流センサ９０は、商用電源１０から制御装置２２０に入力されるＴ相の商用周波数の入力交流電流を計測するカレントトランス等のセンサである。すなわち、本実施形態では、３相の入力交流電流のうち２相の出力交流電流の電流値を計測することになる。

【0056】

直流重畳回路６５は、電流センサ８０によって計測された入力交流電流に直流電圧を重畳する（直流バイアスを印加する）回路である。直流重畳回路７５は、電流センサ９０によって計測された入力交流電流に直流電圧を重畳する（直流バイアスを印加する）回路である。直流重畳回路６５，７５は、例えば監視装置３００（マイクロコンピュータ）のＡＤ入力ポートのＡＤ入力範囲が０Ｖから５Ｖまでの場合、半分の直流２．５Ｖを電流信号に重畳する。このため、監視装置３００の入力ポートが直流電圧の重畳を要しないポートである場合には、直流重畳回路６５，７５を設けなくてもよい。

【0057】

監視装置３００は、商用電源１０から制御装置２２０へ入力される入力電流の異常の有無を監視し、かつ、制御装置２２０からモータ３０へ出力される出力電流を異常の有無を監視するための装置である。監視装置３００は、例えば、マイクロコンピュータなどによって実現することができる。

【0058】

監視装置３００は、受信部３１０と、監視部３２０と、メモリ３３０と、を備える。監視装置３００は、第１実施形態における監視装置１００に対応する。受信部３１０は、第１実施形態における受信部１１０に対応する。監視部３２０は、第１実施形態における監視部１２０に対応する。メモリ３３０は、第１実施形態におけるメモリ１３０に対応する。監視装置３００は、第１実施形態における第１〜第６の態様と同様の方法で、商用電源１０から制御装置２２０へ入力される入力電流の異常の有無を監視し、かつ、制御装置２２０からモータ３０へ出力される出力電流の異常の有無を監視する。

【0059】

なお、第２実施形態は、商用電源１０から制御装置２２０へ入力される入力電流、及び、制御装置２２０からモータ３０へ出力される出力電流、の両方の異常の有無を監視する例を示したが、これに限らず、商用電源１０から制御装置２２０へ入力される入力電流の異常の有無のみを監視することができる。

【符号の説明】

【0060】

１０ 商用電源
２０，２２０ 制御装置
２２ スイッチ
３０ モータ
４０，５０，８０，９０ 電流センサ
６０，６５，７０，７５ 直流重畳回路
１００，３００ 監視装置
１１０，３１０ 受信部
１２０，３２０ 監視部
１３０，３３０ メモリ
２２２ ３相平滑回路
２２４ 平滑コンデンサ
２２６ ３相出力インバータ

【図1】

【図2】

【図3】