特開 2022-187898 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022187898

(43)【公開日】2022-12-20

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20221213BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 C

H02M1/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021096126

(22)【出願日】2021-06-08

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(72)【発明者】

【氏名】西坂 太志

【テーマコード（参考）】

5H730

5H740

【Ｆターム（参考）】

5H730BB27

5H730DD02

5H730DD03

5H730DD04

5H730EE08

5H730FD26

5H730FD30

5H730FD51

5H730FD61

5H730XX04

5H730XX19

5H730XX35

5H730XX38

5H730XX40

5H730XX50

5H730ZZ07

5H730ZZ13

5H740AA10

5H740BA11

5H740BA12

5H740JA01

5H740JB01

5H740MM01

5H740MM08

5H740MM11

5H740PP02

5H740PP03

(57)【要約】

【課題】個別のスイッチング素子の故障を高い精度で判定できる電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置Ａ１において、スイッチング素子ＴＲ１と、スイッチング素子ＴＲ１に隣接配置されて素子温度を検出する温度検出部６１ｃと、スイッチング素子ＴＲ１の素子飽和電圧を検出するための回路を有する飽和電圧検出部６１ａと、スイッチング素子ＴＲ１に流れる素子電流を検出する電流検出部６１ｂと、少なくとも、素子温度、素子飽和電圧、および素子電流に基づいて、スイッチング素子ＴＲ１の故障を判定する故障判定部５２とを備えた。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

スイッチング素子と、
前記スイッチング素子に隣接配置されて素子温度を検出する温度検出部と、
前記スイッチング素子の素子飽和電圧を検出するための回路を有する飽和電圧検出部と、
前記スイッチング素子に流れる素子電流を検出する電流検出部と、
少なくとも、前記素子温度、前記素子飽和電圧、および前記素子電流に基づいて、前記スイッチング素子の故障を判定する故障判定部と、
を備えている電源装置。

【請求項2】

前記飽和電圧検出部は、前記スイッチング素子に並列接続された、抵抗、ダイオード、および定電圧ダイオードがこの順で直列接続された電圧クリップ回路を備えている、
請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記故障判定部は、
前記素子飽和電圧を前記素子電流で除算することでオン抵抗値を算出するオン抵抗算出部と、
前記素子温度の上昇と下降のサイクルであるパワーサイクルのサイクル数をカウントして積算するパワーサイクルカウント部と、
前記パワーサイクルの動作可能サイクル数から前記パワーサイクルカウント部が積算した第１積算回数を減算することで第１残存寿命を算出し、前記第１残存寿命に対応するオン抵抗閾値を設定する第１閾値調整部と、
前記オン抵抗値が前記オン抵抗閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子に故障が発生したと判定する第１判定部と、
を備えている、
請求項１または２に記載の電源装置。

【請求項4】

前記故障判定部は、
前記素子温度の所定期間の移動平均値である平均温度を算出する移動平均算出部と、
前記平均温度を前記素子電流で除算することで温度電流比を算出する温度電流比算出部と、
前記平均温度の上昇と下降のサイクルであるサーマルサイクルのサイクル数をカウントして積算するサーマルサイクルカウント部と、
前記サーマルサイクルの動作可能サイクル数から前記サーマルサイクルカウント部が積算した第２積算回数を減算することで第２残存寿命を算出し、前記第２残存寿命に対応する温度電流比閾値を設定する第２閾値調整部と、
前記温度電流比が前記温度電流比閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子に故障が発生したと判定する第２判定部と、
を備えている、
請求項１ないし３のいずれかに記載の電源装置。

【請求項5】

前記故障判定部は、
前記素子温度、前記素子飽和電圧、および前記素子電流を入力され、故障の判定結果を出力するように機械学習されたニューラルネットワークと、
前記素子温度、前記素子飽和電圧、および前記素子電流と、実際に前記スイッチング素子が故障した場合の故障情報とに基づいて、前記ニューラルネットワークに機械学習を行わせる学習処理部と、
を備えている、
請求項１または２に記載の電源装置。

【請求項6】

前記故障判定部は、通信部と、前記通信部と通信を行うサーバと、をさらに備え、
前記学習処理部は、前記サーバに配置されている、
請求項５に記載の電源装置。

【請求項7】

前記ニューラルネットワークは、前記サーバに配置されている、
請求項６に記載の電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

インバータ回路が直流電源から入力される直流電圧を高周波電圧に変換する電源装置が知られている。電源装置の動作中に、インバータ回路が備えるスイッチング素子が故障した場合、インバータ回路内の他の回路や、電源装置の他の装置にも影響が及ぶので、定期点検時に各スイッチング素子の点検が行われる。しかし、スイッチング素子の寿命は、周囲温度や使用条件により大きく左右され、劣化が急激に進むこともある。したがって、電源装置の動作中に、スイッチング素子の故障を推定して、作業者に知らせる機能が開発されている。このような機能として、スイッチング素子の温度変化による熱ストレスの回数からスイッチング素子の寿命を判断する方法がある。特許文献１には、このような方法が開示されている。

【0003】

特許文献１の発明は、放熱フィンでの検出温度とインバータ装置の出力電流とからトランジスタのジャンクション温度を推定し、推定されたジャンクション温度の変化に基づいて熱ストレス回数を演算し、熱ストレス回数が所定回数を超えた場合にトランジスタが寿命になったと判断する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８－１２６３３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の発明では、トランジスタのジャンクション温度を放熱フィンでの検出温度とインバータ装置の出力電流とから推定するので、推定による誤差が生じる。また、インバータ装置は複数のトランジスタを備えているが、トランジスタによって通電状況が異なる場合でも、同じ寿命で判断される。また、熱ストレス回数が寿命として規定された所定回数に達しただけであり、トランジスタに故障が生じたわけではない。つまり、当該発明では、故障を推定する精度が低い。

【0006】

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、個別のスイッチング素子の故障を高い精度で判定できる電源装置を提供することをその目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

【0008】

本発明の第１の側面によって提供される電源装置は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に隣接配置されて素子温度を検出する温度検出部と、前記スイッチング素子の素子飽和電圧を検出するための回路を有する飽和電圧検出部と、前記スイッチング素子に流れる素子電流を検出する電流検出部と、少なくとも、前記素子温度、前記素子飽和電圧、および前記素子電流に基づいて、前記スイッチング素子の故障を判定する故障判定部とを備えている。

【0009】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記飽和電圧検出部は、前記スイッチング素子に並列接続された、抵抗、ダイオード、および定電圧ダイオードがこの順で直列接続された電圧クリップ回路を備えている。

【0010】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記故障判定部は、前記素子飽和電圧を前記素子電流で除算することでオン抵抗値を算出するオン抵抗算出部と、前記素子温度の上昇と下降のサイクルであるパワーサイクルのサイクル数をカウントして積算するパワーサイクルカウント部と、前記パワーサイクルの動作可能サイクル数から前記パワーサイクルカウント部が積算した第１積算回数を減算することで第１残存寿命を算出し、前記第１残存寿命に対応するオン抵抗閾値を設定する第１閾値調整部と、前記オン抵抗値が前記オン抵抗閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子に故障が発生したと判定する第１判定部とを備えている。

【0011】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記故障判定部は、前記素子温度の所定期間の移動平均値である平均温度を算出する移動平均算出部と、前記平均温度を前記素子電流で除算することで温度電流比を算出する温度電流比算出部と、前記平均温度の上昇と下降のサイクルであるサーマルサイクルのサイクル数をカウントして積算するサーマルサイクルカウント部と、前記サーマルサイクルの動作可能サイクル数から前記サーマルサイクルカウント部が積算した第２積算回数を減算することで第２残存寿命を算出し、前記第２残存寿命に対応する温度電流比閾値を設定する第２閾値調整部と、前記温度電流比が前記温度電流比閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子に故障が発生したと判定する第２判定部とを備えている。

【0012】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記故障判定部は、前記素子温度、前記素子飽和電圧、および前記素子電流を入力され、故障の判定結果を出力するように機械学習されたニューラルネットワークと、前記素子温度、前記素子飽和電圧、および前記素子電流と、実際に前記スイッチング素子が故障した場合の故障情報とに基づいて、前記ニューラルネットワークに機械学習を行わせる学習処理部とを備えている。

【0013】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記故障判定部は、通信部と、前記通信部と通信を行うサーバと、をさらに備え、前記学習処理部は、前記サーバに配置されている。

【0014】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ニューラルネットワークは、前記サーバに配置されている。

【発明の効果】

【0015】

本発明によると、温度検出部がスイッチング素子に隣接配置されて、当該スイッチング素子の素子温度を直接検出する。したがって、故障判定部は、個別のスイッチング素子の素子温度に基づいて、当該スイッチング素子の故障を判定できる。また、飽和電圧検出部が個別のスイッチング素子の素子飽和電圧を検出し、電流検出部が個別のスイッチング素子の素子電流を検出する。故障判定部は、素子温度、素子飽和電圧、および素子電流に基づいて、スイッチング素子の故障を判定する。したがって、本発明に係る電源装置は、個別のスイッチング素子の故障を高い精度で判定できる。

【0016】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態に係る溶接電源装置の全体構成を示す図である。

【図2】検出部の一例を示す回路図である。

【図3】スイッチング素子を備えたモジュールの構造の一例を示す模式図である。

【図4】（ａ）はパワーサイクルの温度変化を示す波形図であり、（ｂ）はサーマルサイクルの温度変化を示す波形図である。

【図5】故障判定部の内部構成の一例を示す機能ブロック図である。

【図6】（ａ）は閾値調整部が設定するオン抵抗閾値を説明するための図であり、（ｂ）は閾値調整部が設定する温度電流比閾値を説明するための図である。

【図7】第２実施形態に係る溶接電源装置の一部の構成を示すブロック図である。

【図8】第３実施形態に係る溶接電源装置の一部の構成を示すブロック図である。

【図9】第４実施形態に係る溶接電源装置の一部の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る電源装置を溶接電源装置とした場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。

【0019】

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る溶接電源装置Ａ１を説明するための図であり、溶接電源装置Ａ１の全体構成を示す図である。

【0020】

溶接電源装置Ａ１は、溶接トーチＢの電極の先端と、被加工物Ｗとの間にアークを発生させ、アークに電力を供給するものである。図１に示すように、溶接電源装置Ａ１は、直流電源１、インバータ回路２、トランス３、整流回路４、制御回路５、検出部６１～６４、電流センサ７、および表示部８１を備えている。

【0021】

直流電源１は、直流電圧を出力するものであり、例えば、電力系統から入力される交流電圧を整流する整流回路と、平滑する平滑コンデンサとを備えている。なお、直流電源１の構成は限定されず、インバータ回路２に直流電圧を出力するものであればよい。

【0022】

インバータ回路２は、直流電源１から入力される直流電圧を高周波電圧に変換して、トランス３に出力する。インバータ回路２は、単相フルブリッジ型のインバータであり、４個のスイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４を備えている。本実施形態では、スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor : 絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）を使用している。なお、スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４はＩＧＢＴに限定されず、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、バイポーラトランジスタなどであってもよい。

【0023】

スイッチング素子ＴＲ１とスイッチング素子ＴＲ３とは、スイッチング素子ＴＲ１のエミッタ端子とスイッチング素子ＴＲ３のコレクタ端子とが接続されて、直列接続されている。スイッチング素子ＴＲ１のコレクタ端子は直流電源１の正極側に接続され、スイッチング素子ＴＲ３のエミッタ端子は直流電源１の負極側に接続されて、ブリッジ構造を形成している。スイッチング素子ＴＲ２とスイッチング素子ＴＲ４とは、スイッチング素子ＴＲ２のエミッタ端子とスイッチング素子ＴＲ４のコレクタ端子とが接続されて、直列接続されている。スイッチング素子ＴＲ２のコレクタ端子は直流電源１の正極側に接続され、スイッチング素子ＴＲ４のエミッタ端子は直流電源１の負極側に接続されて、ブリッジ構造を形成している。

【0024】

各スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４には、それぞれ逆並列に還流ダイオードが接続されている。また、各スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４のコレクタ端子とエミッタ端子との間には、それぞれスナバコンデンサが接続されている。各スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４のゲート端子には、制御回路５から出力される駆動信号がそれぞれ入力される。各スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４は、それぞれ駆動信号に基づいて、オンとオフとを切り替えられる。これにより、直流電圧が高周波電圧に変換される。なお、インバータ回路２の構成は限定されない。

【0025】

トランス３は、インバータ回路２が出力する高周波電圧を変圧して、整流回路４に出力する。トランス３は、一次巻線３１および二次巻線３２を備えている。一次巻線３１の一方の入力端子は、スイッチング素子ＴＲ１とスイッチング素子ＴＲ３との接続点に接続されている。他方の入力端子は、スイッチング素子ＴＲ２とスイッチング素子ＴＲ４との接続点に接続されている。また、二次巻線３２の一方の出力端子は整流回路４の一方の入力端子に接続され、他方の出力端子は整流回路４の他方の入力端子に接続されている。二次巻線３２には、２つの出力端子とは別にセンタタップが設けられている。一次巻線３１および二次巻線３２は、それぞれ図示しないコアに巻回されており、互いに磁気結合可能である。

【0026】

整流回路４は、トランス３のセンタタップを用いた両波整流回路であり、トランス３が出力する高周波電流を整流して、直流電流として出力する。整流回路４は、２個の整流用ダイオード４１，４２と、直流リアクトル４３とを備えている。整流用ダイオード４１，４２は、トランス３の二次巻線３２の各出力端子に、それぞれアノード端子が接続されて、それぞれのカソード端子が互いに接続されている。直流リアクトル４３は、整流用ダイオード４１，４２のカソード端子側での接続点と、溶接電源装置Ａ１の出力端子ａとの間に直列接続されており、出力電流を安定させる。トランス３のセンタタップは、溶接電源装置Ａ１の出力端子ｂに接続されている。整流回路４が出力する直流電流が、溶接電流として溶接トーチＢに流れる。なお、整流回路４の構成は限定されない。

【0027】

電流センサ７は、トランス３のセンタタップと出力端子ｂとの間の接続線に配置されており、溶接電源装置Ａ１の出力電流を検出して、電流信号Ｉとして制御回路５に出力する。

【0028】

検出部６１は、スイッチング素子ＴＲ１のエミッタ端子を流れる素子電流、コレクタ－エミッタ間の素子飽和電圧、および素子温度を検出する。同様に、検出部６２～６４は、それぞれ、スイッチング素子ＴＲ２～ＴＲ４の素子電流、素子飽和電圧、および素子温度を検出する。検出部６１～６４がそれぞれ検出した検出信号は、制御回路５に出力される。

【0029】

図２は、検出部６１の一例を示す回路図である。検出部６１は、飽和電圧検出部６１ａ、電流検出部６１ｂ、および温度検出部６１ｃを備えている。

【0030】

飽和電圧検出部６１ａは、スイッチング素子ＴＲ１のコレクタ－エミッタ間の素子飽和電圧を検出する。飽和電圧検出部６１ａは、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１、および定電圧ダイオードＤ２がこの順で直列接続された電圧クリップ回路を備えている。電圧クリップ回路において、ダイオードＤ１のカソード端子は定電圧ダイオードＤ２のカソード端子に接続され、ダイオードＤ１のアノード端子は、抵抗Ｒ１の一方の端子に接続されている。当該電圧クリップ回路は、抵抗Ｒ１の他方の端子がスイッチング素子ＴＲ１のコレクタ端子に接続され、定電圧ダイオードＤ２のアノード端子がスイッチング素子ＴＲ１のエミッタ端子に接続されている。定電圧ダイオードＤ２は、ツェナー電圧が５Ｖ程度のものが使用される。例えば、ダイオードＤ１および定電圧ダイオードＤ２は、スイッチング素子ＴＲ１を備えるモジュール内に内蔵され、損失および発熱の多い抵抗Ｒ１は、当該モジュールに外付けされる。なお、飽和電圧検出部６１ａの構成は限定されない。

【0031】

飽和電圧検出部６１ａは、ダイオードＤ１のアノード端子と定電圧ダイオードＤ２のアノード端子との間の電圧を電圧検出信号として出力する。スイッチング素子ＴＲ１のコレクタ－エミッタ間電圧は、オフ時には数百Ｖになるが、オン時の飽和電圧は数Ｖ程度である。飽和電圧検出部６１ａは、スイッチング素子ＴＲ１がオフの時には、検出される電圧を定電圧ダイオードＤ２によって約５Ｖに抑えることで、スイッチング素子ＴＲ１がオンの時の飽和電圧を精度よく検出できる。

【0032】

電流検出部６１ｂは、スイッチング素子ＴＲ１のエミッタ端子を流れる素子電流を検出する。電流検出部６１ｂは、スイッチング素子ＴＲ１のエミッタ端子に直列接続されたシャント抵抗Ｒ２を備え、シャント抵抗Ｒ２の端子間電圧を電流検出信号として出力する。温度検出部６１ｃは、スイッチング素子ＴＲ１の素子温度を検出する。温度検出部６１ｃは、スイッチング素子ＴＲ１に隣接配置された例えばダイオードＤ３を備え、定電流が流れるダイオードＤ３の端子間電圧を温度検出信号として出力する。なお、温度検出部６１ｃは、ダイオードＤ３の代わりに、サーミスタなどを使用してもよい。なお、図２は、検出部６１の一例であって、飽和電圧検出部６１ａ、電流検出部６１ｂ、および温度検出部６１ｃの各構成は限定されない。検出部６２～６４も、検出部６１と同様の構成である。

【0033】

制御回路５は、インバータ回路２を制御する構成であり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路５は、インバータ回路２を制御するための駆動信号を生成して、各スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４に出力する。制御回路５は、出力電流制御を行っており、電流センサ７より入力される電流信号Ｉに基づいて、溶接電源装置Ａ１の出力電流をフィードバック制御する。また、制御回路５は、各スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４の故障を検出して、表示部８１に表示させる。制御回路５は、機能構成として、駆動信号生成部５１および故障判定部５２を備えている。

【0034】

駆動信号生成部５１は、駆動信号を生成する機能構成である。駆動信号生成部５１は、電流センサ７より入力される電流信号Ｉと、溶接電源装置Ａ１の出力電流の目標値とに基づいて、駆動信号を生成して、スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４にそれぞれ出力する。駆動信号生成部５１の構成は限定されず、詳細な説明は省略する。

【0035】

故障判定部５２は、各スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４の故障を判定する機能構成である。故障判定部５２は、検出部６１～６４から入力される各検出信号に基づいて、各スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４の故障を判定し、判定結果を表示部８１に出力する。表示部８１は、表示画面を有し、故障判定部５２から入力される判定結果を表示する。本実施形態では、故障判定部５２は、判定結果が「故障」を示す場合にだけ、判定結果を表示部８１に出力する。表示部８１は、警告表示として、故障と判定されたスイッチング素子を示す表示と、故障が発生したことを示す表示を、表示画面に表示する。なお、表示部８１による表示方法は限定されない。また、溶接電源装置Ａ１は、音声出力部を備え、表示部８１による警告表示と合わせて、音声による報知を行ってもよい。

【0036】

図３は、スイッチング素子ＴＲ１を備えたモジュールの構造の一例を示す模式図である。スイッチング素子ＴＲ１は、絶縁基板２１に配置された配線２２上に、はんだ２４を介して接合されている。スイッチング素子ＴＲ１の一部の電極は、ワイヤ２５を介して、配線２３に導通接続されている。スイッチング素子ＴＲ１およびワイヤ２５は、図示しない封止樹脂によって覆われている。また、絶縁基板２１は、はんだ２７を介して、放熱部材２６に接合されている。

【0037】

スイッチング素子ＴＲ１は、スイッチングに応じて流れる電流により、短い時間（例えば数秒から数十秒程度）のサイクル（以下では、「パワーサイクル」と記載します）の温度変化がある。図４（ａ）は、パワーサイクルの温度変化を示す波形図である。横軸は時間を示し、縦軸はスイッチング素子ＴＲ１の素子温度Ｔｊを示す。図４（ａ）に示すように、素子温度Ｔｊは、第１温度幅ΔＴｊ１での上昇と下降とを比較的短いサイクルで繰り返す。スイッチング素子ＴＲ１とワイヤ２５との接合部分には、この温度変化によって、スイッチング素子ＴＲ１、ワイヤ２５、および封止樹脂の線膨張係数が異なることによる応力がかかるので、亀裂が発生し、亀裂が進展して剥離が発生する。故障判定部５２は、このパワーサイクルの温度変化に基づく故障を判定する。

【0038】

また、スイッチング素子ＴＲ１は、溶接電源装置Ａ１の稼働と停止により、比較的穏やかな温度変化がある。この温度変化のサイクル（以下では、「サーマルサイクル」と記載します）は、パワーサイクルと比較すると十分長い（例えば数分以上）。図４（ｂ）は、サーマルサイクルの温度変化を示す波形図である。横軸は時間を示し、縦軸はスイッチング素子ＴＲ１の素子温度Ｔｊを示す。図４（ｂ）に示すように、素子温度Ｔｊは、第２温度幅ΔＴｊ２での上昇と下降とを比較的長いサイクルで繰り返す。スイッチング素子ＴＲ１と絶縁基板２１とを接合するはんだ２４には、この温度変化によって、スイッチング素子ＴＲ１と絶縁基板２１との線膨張係数が異なることによる応力歪みが生じるので、亀裂が発生する。また、絶縁基板２１と放熱部材２６とを接合するはんだ２７にも、この温度変化によって、絶縁基板２１と放熱部材２６との線膨張係数が異なることによる応力歪みが生じるので、亀裂が発生する。はんだ２４またははんだ２７に亀裂が発生すると、熱抵抗が増加して、スイッチング素子ＴＲ１が発する熱を適切に放熱できなくなる。故障判定部５２は、このサーマルサイクルの温度変化に基づく故障も判定する。

【0039】

図５は、故障判定部５２の内部構成の一例を示す機能ブロック図である。故障判定部５２は、第１故障判定部５２１、第２故障判定部５２２、第３故障判定部５２３、第４故障判定部５２４、および出力部５２５を備えている。第１故障判定部５２１、第２故障判定部５２２、第３故障判定部５２３、および第４故障判定部５２４は、それぞれ、スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４の故障を判定する機能構成である。出力部５２５は、第１故障判定部５２１、第２故障判定部５２２、第３故障判定部５２３、および第４故障判定部５２４による判定結果を、表示部８１に出力する。

【0040】

第１故障判定部５２１は、検出部６１から入力される検出信号に基づいて、スイッチング素子ＴＲ１の故障を判定する。検出部６１から入力される検出信号には、電流検出信号、電圧検出信号、および温度検出信号が含まれる。なお、検出信号には、その他の検出信号が含まれてもよい。第１故障判定部５２１は、情報取得部１１、パワーサイクル故障判定部１２、およびサーマルサイクル故障判定部１３を備えている。情報取得部１１は、検出部６１から入力される各検出信号から、それぞれ対応する情報を取得し、パワーサイクル故障判定部１２およびサーマルサイクル故障判定部１３に出力する。具体的には、情報取得部１１は、電流検出信号に応じた電流値Ｉ１を取得する。当該電流値Ｉ１は、スイッチング素子ＴＲ１のエミッタ端子を流れる電流の電流値である。情報取得部１１は、電圧検出信号に応じた電圧値Ｖ１を取得する。当該電圧値Ｖ１は、スイッチング素子ＴＲ１のコレクタ－エミッタ間の飽和電圧の電圧値である。情報取得部１１は、温度検出信号に応じた素子温度Ｔ１を取得する。当該素子温度Ｔ１は、スイッチング素子ＴＲ１の素子温度である。

【0041】

パワーサイクル故障判定部１２は、スイッチング素子ＴＲ１のパワーサイクルの温度変化に基づく故障を判定する。パワーサイクル故障判定部１２は、オン抵抗算出部１２１、第１温度幅検出部１２２、素子寿命検出部１２３、パワーサイクルカウント部１２４、閾値調整部１２５、および判定部１２６を備えている。

【0042】

オン抵抗算出部１２１は、情報取得部１１から電流値Ｉ１および電圧値Ｖ１を入力され、電圧値Ｖ１を電流値Ｉ１で除算することで、オン抵抗値を算出する。パワーサイクルの温度変化によりスイッチング素子ＴＲ１とワイヤ２５との接合部分に亀裂や剥離が発生すると、オン抵抗値が上昇する。したがって、オン抵抗算出部１２１が算出したオン抵抗値に基づいて、パワーサイクルの温度変化に基づく故障を判定できる。オン抵抗算出部１２１は、算出したオン抵抗値を判定部１２６に出力する。

【0043】

第１温度幅検出部１２２は、情報取得部１１から素子温度Ｔ１を入力され、パワーサイクルでの温度の変化幅である第１温度幅ΔＴｊ１（図４（ａ）参照）を検出する。第１温度幅検出部１２２は、入力される素子温度Ｔ１から、所定期間（パワーサイクルの１サイクル以上の期間）での最高温度と最低温度とを検出し、最高温度から最低温度を減算することで、第１温度幅ΔＴｊ１を算出する。第１温度幅検出部１２２は、検出した第１温度幅ΔＴｊ１を素子寿命検出部１２３に出力する。また、第１温度幅検出部１２２は、検出した最高温度をパワーサイクルカウント部１２４に出力する。

【0044】

素子寿命検出部１２３は、第１温度幅検出部１２２から入力される第１温度幅ΔＴｊ１に基づいて、スイッチング素子ＴＲ１の素子寿命を検出する。当該素子寿命は、パワーサイクルのサイクル数で示すスイッチング素子ＴＲ１の寿命であり、スイッチング素子ＴＲ１が使用開始から故障するまでのパワーサイクルの動作可能サイクル数を示している。スイッチング素子の素子寿命は、使用される環境によって異なり、パワーサイクルでの温度の変化幅と関係性がある。例えば、パワーサイクルでの温度の変化幅の対数と素子寿命（パワーサイクルの動作可能サイクル数）の対数とは比例関係にあることが知られている。素子寿命検出部１２３は、この関係性を用いて、入力された第１温度幅ΔＴｊ１に対応する素子寿命を検出する。なお、第１温度幅ΔＴｊ１が変動する場合は、最初に検出した素子寿命に対して、変動後の第１温度幅ΔＴｊ１に対応する素子寿命に応じた調整を行えばよい。素子寿命検出部１２３は、検出した素子寿命を閾値調整部１２５に出力する。なお、素子寿命の検出方法は限定されない。また、素子寿命があらかじめ判っている場合は、素子寿命検出部１２３で検出する必要はなく、当該素子寿命が直接、閾値調整部１２５に入力される。

【0045】

パワーサイクルカウント部１２４は、パワーサイクルによる温度の変化のサイクル数をカウントして積算する。パワーサイクルカウント部１２４は、情報取得部１１から素子温度Ｔ１を入力され、第１温度幅検出部１２２から入力された最高温度に基づいて、パワーサイクルのサイクル数をカウントする。例えば、最高温度より少し低い温度を設定し、情報取得部１１から連続的に入力される素子温度Ｔ１が設定された温度を上回ったときにカウントを行う。なお、パワーサイクルのサイクル数のカウント方法は限定されない。例えば、第１温度幅検出部１２２がパワーサイクルでの温度の変化の最低温度をパワーサイクルカウント部１２４に出力し、パワーサイクルカウント部１２４が当該最低温度に基づいて、パワーサイクルのサイクル数をカウントしてもよい。パワーサイクルカウント部１２４は、スイッチング素子ＴＲ１が交換されたときに、積算回数を「０」に初期化し、その後はカウントした回数を積算する。パワーサイクルカウント部１２４は、積算回数を閾値調整部１２５に出力する。

【0046】

閾値調整部１２５は、オン抵抗算出部１２１が算出したオン抵抗値と比較するためのオン抵抗閾値を設定する。閾値調整部１２５は、素子寿命検出部１２３から入力された素子寿命（パワーサイクルの動作可能サイクル数）とパワーサイクルカウント部１２４から入力される積算回数とから、残存寿命を算出する。具体的には、閾値調整部１２５は、素子寿命から積算回数を減算することで残存寿命を算出する。そして、閾値調整部１２５は、残存寿命に対応するオン抵抗閾値を設定する。閾値調整部１２５は、残存寿命が小さい場合に、オン抵抗閾値が小さくなるように設定する。図６（ａ）は、閾値調整部１２５が設定するオン抵抗閾値を説明するための図であり、残存寿命と設定されるオン抵抗閾値との関係の一例を示している。残存寿命がある程度大きい場合には、パワーサイクルに基づく故障の故障率がかなり低いので、オン抵抗閾値は、大きな値が設定される。残存寿命がある程度小さくなると、故障率が急激に大きくなることが解っている。したがって、閾値調整部１２５は、残存寿命の低下に応じて、オン抵抗閾値が急減するように設定する。なお、図６に示す関係は一例であって限定されない。残存寿命に対して、オン抵抗閾値をどのように設定するかは、実験やシミュレーションなどに基づいて適宜設定される。閾値調整部１２５は、設定したオン抵抗閾値を判定部１２６に出力する。

【0047】

判定部１２６は、オン抵抗算出部１２１から入力されるオン抵抗値と、閾値調整部１２５から入力されるオン抵抗閾値とを比較する。判定部１２６は、オン抵抗値がオン抵抗閾値以上になった場合に、スイッチング素子ＴＲ１にパワーサイクルの温度変化に基づく故障が発生したと判定して、出力部５２５に当該判定結果を出力する。閾値調整部１２５は残存寿命が小さいほどオン抵抗閾値が小さくなるように設定するので、判定部１２６は、残存寿命が小さいほど、オン抵抗値の上昇をより厳しく判定する。

【0048】

サーマルサイクル故障判定部１３は、スイッチング素子ＴＲ１のサーマルサイクルの温度変化に基づく故障を判定する。サーマルサイクル故障判定部１３は、移動平均算出部１３０、温度電流比算出部１３１、第２温度幅検出部１３２、素子寿命検出部１３３、サーマルサイクルカウント部１３４、閾値調整部１３５、および判定部１３６を備えている。

【0049】

移動平均算出部１３０は、情報取得部１１から素子温度Ｔ１を入力され、所定期間の素子温度Ｔ１の移動平均値である平均温度を算出する。所定期間は、パワーサイクルでの温度変化の影響を受けないようにするために、パワーサイクルの１サイクルの期間より長い時間が設定される。移動平均算出部１３０は、算出した平均温度を、温度電流比算出部１３１、第２温度幅検出部１３２、およびサーマルサイクルカウント部１３４に出力する。

【0050】

温度電流比算出部１３１は、情報取得部１１から電流値Ｉ１を入力され、移動平均算出部１３０から平均温度を入力され、平均温度を電流値Ｉ１で除算することで、温度電流比を算出する。サーマルサイクルの温度変化により、はんだ２４またははんだ２７に亀裂が発生すると、熱抵抗が増加して、スイッチング素子ＴＲ１の放熱が適切にできなくなる。このため、スイッチング素子ＴＲ１に流れる電流に対するスイッチング素子ＴＲ１の温度が上昇する。したがって、温度電流比算出部１３１が算出した温度電流比に基づいて、サーマルサイクルの温度変化に基づく故障を判定できる。温度電流比算出部１３１は、算出した温度電流比を判定部１３６に出力する。

【0051】

第２温度幅検出部１３２は、移動平均算出部１３０から平均温度を入力され、サーマルサイクルでの温度の変化幅である第２温度幅ΔＴｊ２（図４（ｂ）参照）を検出する。第２温度幅検出部１３２は、入力される平均温度から所定期間（サーマルサイクルの１サイクル以上の期間）での最高温度と最低温度とを検出し、最高温度から最低温度を減算することで、第２温度幅ΔＴｊ２を算出する。第２温度幅検出部１３２は、検出した第２温度幅ΔＴｊ２を素子寿命検出部１３３に出力する。また、第２温度幅検出部１３２は、検出した最高温度をサーマルサイクルカウント部１３４に出力する。

【0052】

素子寿命検出部１３３は、第２温度幅検出部１３２から入力される第２温度幅ΔＴｊ２に基づいて、スイッチング素子ＴＲ１の素子寿命を検出する。当該素子寿命は、サーマルサイクルのサイクル数で示すスイッチング素子ＴＲ１の寿命であり、スイッチング素子ＴＲ１が使用開始から故障するまでのサーマルサイクルの動作可能サイクル数を示している。スイッチング素子の素子寿命は、使用される環境によって異なり、サーマルサイクルでの温度の変化幅と関係性がある。例えば、サーマルサイクルでの温度の変化幅の対数と素子寿命（サーマルサイクルの動作可能サイクル数）の対数とは比例関係にあることが知られている。素子寿命検出部１３３は、この関係性を用いて、入力された第２温度幅ΔＴｊ２に対応する素子寿命を検出する。なお、第２温度幅ΔＴｊ２が変動する場合は、最初に検出した素子寿命に対して、変動後の第２温度幅ΔＴｊ２に対応する素子寿命に応じた調整を行えばよい。素子寿命検出部１３３は、検出した素子寿命を閾値調整部１３５に出力する。なお、素子寿命の検出方法は限定されない。また、素子寿命があらかじめ判っている場合は、素子寿命検出部１３３で検出する必要はなく、当該素子寿命が直接、閾値調整部１３５に入力される。

【0053】

サーマルサイクルカウント部１３４は、サーマルサイクルによる平均温度の変化のサイクル数をカウントして積算する。サーマルサイクルカウント部１３４は、移動平均算出部１３０から平均温度を入力され、第２温度幅検出部１３２から入力された最高温度に基づいて、サーマルサイクルのサイクル数をカウントする。例えば、最高温度より少し低い温度を設定し、移動平均算出部１３０から連続的に入力される平均温度が設定された温度を上回ったときにカウントを行う。なお、サーマルサイクルのサイクル数のカウント方法は限定されない。例えば、第２温度幅検出部１３２がサーマルサイクルでの平均温度の変化の最低温度をサーマルサイクルカウント部１３４に出力し、サーマルサイクルカウント部１３４が当該最低温度に基づいて、サーマルサイクルのサイクル数をカウントしてもよい。サーマルサイクルカウント部１３４は、スイッチング素子ＴＲ１が交換されたときに、積算回数を「０」に初期化し、その後はカウントした回数を積算する。サーマルサイクルカウント部１３４は、積算回数を閾値調整部１３５に出力する。

【0054】

閾値調整部１３５は、温度電流比算出部１３１が算出した温度電流比と比較するための温度電流比閾値を設定する。閾値調整部１３５は、素子寿命検出部１３３から入力された素子寿命（サーマルサイクルの動作可能サイクル数）とサーマルサイクルカウント部１３４から入力される積算回数とから、残存寿命を算出する。そして、閾値調整部１３５は、残存寿命に対応する温度電流比閾値を設定する。閾値調整部１３５は、残存寿命が小さい場合に、温度電流比閾値が小さくなるように設定する。図６（ｂ）は、閾値調整部１３５が設定する温度電流比閾値を説明するための図であり、残存寿命と設定される温度電流比閾値との関係の一例を示している。残存寿命がある程度大きい場合には、サーマルサイクルに基づく故障の故障率がかなり低いので、温度電流比閾値は、大きな値が設定される。残存寿命がある程度小さくなると、故障率が急激に大きくなることが解っている。したがって、閾値調整部１３５は、残存寿命の低下に応じて、温度電流比閾値が急減するように設定する。なお、図６（ｂ）に示す関係は一例であって限定されない。残存寿命に対して温度電流比閾値をどのように設定するかは、実験やシミュレーションなどに基づいて適宜設定される。閾値調整部１３５は、設定した温度電流比閾値を判定部１３６に出力する。

【0055】

判定部１３６は、温度電流比算出部１３１から入力される温度電流比と、閾値調整部１３５から入力される温度電流比閾値とを比較する。判定部１３６は、温度電流比が温度電流比閾値以上になった場合に、スイッチング素子ＴＲ１にサーマルサイクルの温度変化に基づく故障が発生したと判定して、出力部５２５に当該判定結果を出力する。閾値調整部１３５は残存寿命が小さいほど温度電流比閾値が小さくなるように設定するので、判定部１３６は、残存寿命が小さいほど、温度電流比の上昇をより厳しく判定する。

【0056】

なお、第１故障判定部５２１は、パワーサイクル故障判定部１２またはサーマルサイクル故障判定部１３のいずれか一方だけを備えてもよい。

【0057】

第２故障判定部５２２、第３故障判定部５２３、および第４故障判定部５２４の構成は、第１故障判定部５２１と同様である。出力部５２５は、第１故障判定部５２１、第２故障判定部５２２、第３故障判定部５２３、および第４故障判定部５２４から入力された判定結果を、表示部８１に出力する。このとき、出力部５２５は、どこから判定結果が入力されたかを示す情報も表示部８１に出力する。出力部５２５は、例えば、第１故障判定部５２１のパワーサイクル故障判定部１２から判定結果（故障の判定結果）を入力された場合、当該判定結果を表示部８１に出力する。表示部８１は、警告表示として、スイッチング素子ＴＲ１においてパワーサイクルの温度変化に基づく故障が発生したことを示す表示を、表示画面に表示する。なお、表示部８１は、故障の種類を表示せず、故障が発生したスイッチング素子を示す表示だけを、表示画面に表示してもよい。

【0058】

次に、溶接電源装置Ａ１の作用効果について説明する。

【0059】

本実施形態によると、検出部６１の温度検出部６１ｃは、スイッチング素子ＴＲ１に隣接配置されて、スイッチング素子ＴＲ１の素子温度を直接検出する。同様に、検出部６２～６４の温度検出部は、それぞれ、スイッチング素子ＴＲ２～ＴＲ４の素子温度を直接検出する。したがって、故障判定部５２は、個別のスイッチング素子の素子温度に基づいて、当該スイッチング素子の故障を判定できる。

【0060】

また、検出部６１の飽和電圧検出部６１ａは、電圧クリップ回路を備え、スイッチング素子ＴＲ１のコレクタ－エミッタ間の素子飽和電圧を検出する。同様に、検出部６２～６４の飽和電圧検出部は、それぞれ、スイッチング素子ＴＲ２～ＴＲ４の素子飽和電圧を検出する。スイッチング素子のオフ時の電圧を検出するための電圧検出部は、飽和電圧を精度よく検出できない。したがって、故障判定部５２は、個別のスイッチング素子の精度の高い素子飽和電圧に基づいて、当該スイッチング素子の故障を判定できる。

【0061】

また、検出部６１の電流検出部６１ｂは、スイッチング素子ＴＲ１のエミッタ端子を流れる素子電流を検出する。同様に、検出部６２～６４の電流検出部は、それぞれ、スイッチング素子ＴＲ２～ＴＲ４の素子電流を検出する。したがって、故障判定部５２は、個別のスイッチング素子の素子温度、素子飽和電圧、および素子電流に基づいて、当該スイッチング素子の故障を判定できる。これにより、溶接電源装置Ａ１は、個別のスイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４の故障を高い精度で判定できる。

【0062】

また、本実施形態によると、第１故障判定部５２１のパワーサイクル故障判定部１２は、スイッチング素子ＴＲ１の素子飽和電圧および素子電流に基づいてオン抵抗値を算出し、オン抵抗値がオン抵抗閾値以上になった場合に、スイッチング素子ＴＲ１のパワーサイクルの温度変化に基づく故障を判定する。このとき、パワーサイクル故障判定部１２は、スイッチング素子ＴＲ１の素子温度に基づいてカウントされたパワーサイクルのサイクル数の積算回数と、素子寿命（パワーサイクルの動作可能サイクル数）とから残存寿命を算出し、残存寿命が小さいほどオン抵抗閾値が小さくなるように設定する。これにより、パワーサイクル故障判定部１２は、残存寿命が小さいほど、オン抵抗値の上昇をより厳しく判定する。したがって、パワーサイクル故障判定部１２は、オン抵抗値を固定の閾値と比較する場合や、パワーサイクルのサイクル数が素子寿命以上になったことで故障を判定する場合と比較して、高い精度で故障の判定ができる。

【0063】

また、本実施形態によると、第１故障判定部５２１のサーマルサイクル故障判定部１３は、スイッチング素子ＴＲ１の素子温度および素子電流に基づいて温度電流比を算出し、温度電流比が温度電流比閾値以上になった場合に、スイッチング素子ＴＲ１のサーマルサイクルの温度変化に基づく故障を判定する。このとき、サーマルサイクル故障判定部１３は、スイッチング素子ＴＲ１の素子温度に基づいてカウントされたサーマルサイクルのサイクル数の積算回数と、素子寿命（サーマルサイクルの動作可能サイクル数）とから残存寿命を算出し、残存寿命が小さいほど温度電流比閾値が小さくなるように設定する。これにより、サーマルサイクル故障判定部１３は、残存寿命が小さいほど、温度電流比の上昇をより厳しく判定する。したがって、サーマルサイクル故障判定部１３は、温度電流比を固定の閾値と比較する場合や、サーマルサイクルのサイクル数が素子寿命以上になったことで故障を判定する場合と比較して、高い精度で故障の判定ができる。

【0064】

図７～図９は、本開示の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0065】

〔第２実施形態〕
図７は、本開示の第２実施形態に係る溶接電源装置Ａ２を説明するための図であり、溶接電源装置Ａ２の一部の構成を示すブロック図である。図７においては、直流電源１、インバータ回路２、トランス３、整流回路４、検出部６１～６４、電流センサ７、および表示部８１の記載を省略している。本実施形態に係る溶接電源装置Ａ２は、故障判定部５２の内部構成が、第１実施形態に係る溶接電源装置Ａ１と異なる。本実施形態の他の部分の構成および動作は、第１実施形態と同様である。

【0066】

本実施形態では、第１故障判定部５２１は、パワーサイクル故障判定部１２およびサーマルサイクル故障判定部１３の代わりに、故障判定ニューラルネットワーク１５（以下では、「故障判定ＮＮ１５」と記載する）を備えている。故障判定ＮＮ１５は、情報取得部１１から、スイッチング素子ＴＲ１の素子電流の電流値Ｉ１、素子飽和電圧の電圧値Ｖ１、および素子温度Ｔ１を入力され、故障の判定結果を出力する。故障判定ＮＮ１５は、入力層、複数の中間層、および出力層を有する学習済みの再帰型ニューラルネットワークである。入力層は、時系列データである素子電流、素子飽和電圧、および素子温度が入力される複数のニューロンを備える。出力層は、故障が発生した確率を示した情報を出力する第１ニューロンと、故障が発生していない確率を示した情報を出力する第２ニューロンとを備える。この場合、故障の判定結果は、第１ニューロンおよび第２ニューロンから出力された情報である。出力部５２５は、第１ニューロンおよび第２ニューロンから出力された情報に基づいて、判定結果を表示部８１に出力する。出力部５２５は、例えば、第１ニューロンから出力された情報（故障が発生した確率を示した情報）が、第２ニューロンから出力された情報（故障が発生していない確率を示した情報）より大きい場合に、スイッチング素子ＴＲ１に故障が発生したとする判定結果を出力する。なお、出力部５２５による判定方法は、これに限られない。

【0067】

なお、故障判定ＮＮ１５は、故障の判定結果を故障が発生したか否かの２値で出力するニューロンを出力層に備えても良い。また、故障判定ＮＮ１５は、故障の判定結果を故障の可能性を示すアナログ値を出力するニューロンを出力層に備えても良い。また、故障判定ＮＮ１５の中間層の層数、各層のニューロン数等、その構造は特に限定されない。また、故障判定ＮＮ１５は、再帰型ニューラルネットワークに限定されず、他の種類のニューラルネットワークで構成されてもよい。

【0068】

故障判定ＮＮ１５は、素子電流、素子飽和電圧、素子温度と、実際にスイッチング素子ＴＲ１が故障した場合の故障情報とを教師データとして、学習前の再帰型深層ニューラルネットワークに与えることにより、あらかじめ機械学習が行われている。また、故障判定ＮＮ１５は、学習処理部５２６によってさらに機械学習を行われることで、故障判定の精度が向上する。第２故障判定部５２２、第３故障判定部５２３、および第４故障判定部５２４の構成は、第１故障判定部５２１と同様である。

【0069】

学習処理部５２６は、故障判定ＮＮ１５の機械学習を行う。学習処理部５２６は、第１故障判定部５２１の情報取得部１１から、電流値Ｉ１、電圧値Ｖ１、および素子温度Ｔ１を入力され、図示しない記憶部に記憶する。学習処理部５２６は、第２故障判定部５２２、第３故障判定部５２３、および第４故障判定部５２４からも同様に、電流値、電圧値、および素子温度を入力され、記憶部に記憶する。また、学習処理部５２６は、入力部８２から、実際にスイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４が故障した場合の故障情報を入力され、記憶部に記憶する。学習処理部５２６は、記憶部に蓄積された情報を教師データとして、故障判定ＮＮ１５に機械学習を行う。学習処理部５２６は、第２故障判定部５２２、第３故障判定部５２３、および第４故障判定部５２４の故障判定ＮＮにも同様に機械学習を行う。

【0070】

本実施形態においても、検出部６１の温度検出部６１ｃは、スイッチング素子ＴＲ１に隣接配置されて、スイッチング素子ＴＲ１の素子温度を直接検出する。また、検出部６１の飽和電圧検出部６１ａは、電圧クリップ回路を備え、スイッチング素子ＴＲ１のコレクタ－エミッタ間の素子飽和電圧を検出する。また、検出部６１の電流検出部６１ｂは、スイッチング素子ＴＲ１のエミッタ端子を流れる素子電流を検出する。検出部６２～６４も同様である。したがって、故障判定部５２は、個別のスイッチング素子の素子温度、精度の高い素子飽和電圧、および素子電流に基づいて、当該スイッチング素子の故障を判定できる。これにより、溶接電源装置Ａ２は、個別のスイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４の故障を高い精度で判定できる。

【0071】

さらに、本実施形態によると、第１故障判定部５２１の故障判定ＮＮ１５は、素子電流、素子飽和電圧、素子温度と、実際にスイッチング素子ＴＲ１が故障した場合の故障情報とを教師データとして、あらかじめ機械学習が行われている。第２故障判定部５２２、第３故障判定部５２３、および第４故障判定部５２４も同様である。したがって、故障判定部５２は、検出部６１～６４から入力される各スイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４の素子温度、素子飽和電圧、および素子電流に基づいて、各スイッチング素子の故障を判定できる。また、故障判定ＮＮ１５は、学習処理部５２６によってさらに機械学習を行われることで、故障判定の精度が向上する。

【0072】

なお、本実施形態においては、故障判定部５２が学習処理部５２６を備える場合について説明したが、これに限られない。故障判定部５２は、学習処理部５２６を備えず、最初に学習された状態で使用されてもよい。

【0073】

〔第３実施形態〕
図８は、本開示の第３実施形態に係る溶接電源装置Ａ３を説明するための図であり、溶接電源装置Ａ３の一部の構成を示すブロック図である。図８においては、直流電源１、インバータ回路２、トランス３、整流回路４、検出部６１～６４、電流センサ７、および表示部８１の記載を省略している。本実施形態に係る溶接電源装置Ａ３は、学習処理部が外部のサーバに配置されている点で、第２実施形態に係る溶接電源装置Ａ２と異なる。本実施形態の他の部分の構成および動作は、第２実施形態と同様である。

【0074】

第３実施形態に係る溶接電源装置Ａ３は、サーバ９を備えている。本実施形態では、故障判定部５２は、学習処理部５２６を備えておらず、通信部５２７を備えている。通信部５２７は、サーバ９と通信を行い、第１故障判定部５２１の情報取得部１１が取得したスイッチング素子ＴＲ１の素子電流の電流値Ｉ１、素子飽和電圧の電圧値Ｖ１、および素子温度Ｔ１を、サーバ９に送信する。同様に、通信部５２７は、各スイッチング素子ＴＲ２～ＴＲ４の素子電流の電流値、素子飽和電圧の電圧値、および素子温度も、サーバ９に送信する。また、通信部５２７は、入力部８２から入力されるスイッチング素子ＴＲ１～ＴＲ４の故障情報も、サーバ９に送信する。なお、サーバ９の配置場所は限定されない。また、通信部５４とサーバ９との通信方法も限定されない。

【0075】

サーバ９は、溶接電源装置Ａ３の故障判定部５２と通信を行う。サーバ９は、学習処理部９１を備えている。学習処理部９１は、第２実施形態に係る溶接電源装置Ａ２の故障判定部５２が備える学習処理部５２６と同様の機能を有する。学習処理部９１は、溶接電源装置Ａ３の故障判定部５２から受信した情報を図示しない記憶部に記憶する。学習処理部９１は、記憶部に蓄積された情報を教師データとして、図示しない故障判定ＮＮに機械学習を行う。サーバ９は、学習後の故障判定ＮＮを規定するパラメータを溶接電源装置Ａ３に送信する。故障判定ＮＮ１５は、通信部５２７がサーバ９から受信したパラメータを用いて再構成される。なお、学習処理部９１は、故障判定ＮＮ１５などに直接、機械学習を行ってもよい。溶接電源装置Ａ３は、溶接電源装置Ａ２では制御回路５に配置されていた学習処理部５２６の機能を、外部のサーバ９に配置したものである。本実施形態では、サーバ９も故障判定部５２の一部であると考えることができる。

【0076】

また、本実施形態では、サーバ９は、複数の溶接電源装置Ａ３と通信を行い、各溶接電源装置Ａ３から情報を収集する。学習処理部９１は、各溶接電源装置Ａ３から収集した情報を教師データとして、故障判定ＮＮに機械学習を行う。

【0077】

本実施形態においても、第２実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によると、学習処理部９１は、複数の溶接電源装置Ａ３から収集した情報を教師データとして、故障判定ＮＮに機械学習を行う。したがって、各溶接電源装置Ａ３は、大量の情報を用いて機械学習されるので、故障判定の精度がより向上する。

【0078】

〔第４実施形態〕
図９は、本開示の第４実施形態に係る溶接電源装置Ａ４を説明するための図であり、溶接電源装置Ａ４の一部の構成を示すブロック図である。図９においては、直流電源１、インバータ回路２、トランス３、整流回路４、検出部６１～６４、電流センサ７、および表示部８１の記載を省略している。本実施形態に係る溶接電源装置Ａ４は、外部のサーバが故障の判定を行う点で、第３実施形態に係る溶接電源装置Ａ３と異なる。本実施形態の他の部分の構成および動作は、第３実施形態と同様である。

【0079】

第４実施形態に係る溶接電源装置Ａ４では、第１故障判定部５２１は、故障判定ＮＮ１５を備えていない。第２故障判定部５２２、第３故障判定部５２３、および第４故障判定部５２４も同様である。一方、サーバ９は、故障判定ＮＮ９２を備えている。故障判定ＮＮ９２は、第３実施形態に係る溶接電源装置Ａ３の故障判定ＮＮ１５と同様の機能を有する。故障判定ＮＮ９２は、各溶接電源装置Ａ４から受信した、素子電流の電流値、素子飽和電圧の電圧値、および素子温度に基づいて故障の判定を行う。サーバ９は、判定結果を当該溶接電源装置Ａ４に送信する。故障判定ＮＮ９２は、学習処理部９１によって機械学習が行われる。つまり、溶接電源装置Ａ４は、溶接電源装置Ａ３では第１故障判定部５２１に配置されていた故障判定ＮＮ１５などの機能を、外部のサーバ９に配置したものである。本実施形態では、サーバ９も故障判定部５２の一部であると考えることができる。

【0080】

本実施形態においても、第３実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によると、サーバ９に故障判定の機能を集約することができる。

【0081】

なお、第１～４実施形態においては、本発明を溶接電源装置に適用した場合について説明したが、これに限られない。本発明は、インバータ回路またはチョッパ回路などの半導体スイッチング素子を備えるすべての電源装置に適用可能である。

【0082】

本発明に係る電源装置は、上記した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る電源装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0083】

Ａ１～Ａ４：溶接電源装置、２：インバータ回路、ＴＲ１～ＴＲ４：スイッチング素子、５２：故障判定部、１２１：オン抵抗算出部、１２４：パワーサイクルカウント部、１２５，１３５：閾値調整部、１２６，１３６：判定部、１３０：移動平均算出部、１３１：温度電流比算出部、１３４：サーマルサイクルカウント部、１５：故障判定ニューラルネットワーク、５２６：学習判定部、５２７：通信部、９：サーバ、９１：学習処理部、９２：故障判定ニューラルネットワーク、６１ａ：飽和電圧検出部、Ｒ１:抵抗、Ｄ１：ダイオード、Ｄ２：定電圧ダイオード、６１ｂ：電流検出部、６１ｃ：温度検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】