特開 2024-27420 モータ駆動制御装置及びモータ診断方法

(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】P2024027420

(43)【公開日】2024-03-01

(54)【発明の名称】モータ駆動制御装置及びモータ診断方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/024 20160101AFI20240222BHJP

【ＦＩ】

H02P29/024

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022130201

(22)【出願日】2022-08-17

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】寺岡 進

(72)【発明者】

【氏名】海津 浩之

(72)【発明者】

【氏名】青木 政人

【テーマコード（参考）】

5H501

【Ｆターム（参考）】

5H501AA08

5H501BB08

5H501GG03

5H501HA08

5H501HB07

5H501HB16

5H501JJ03

5H501JJ23

5H501JJ24

5H501LL07

5H501LL10

5H501LL22

5H501LL23

5H501LL35

5H501LL53

(57)【要約】

【課題】本開示は、モータの異常を検知可能なモータ駆動制御装置を提供する。
【解決手段】モータを駆動するモータ駆動制御装置であって、制御部を備え、前記制御部は、（ａ）前記モータの動作状態を示す複数の変数に基づいて分散共分散行列を求める手順と、（ｂ）前記分散共分散行列の逆行列である精度行列を求める手順と、（ｃ）前記精度行列を正則化して、正則化精度行列を求める手順と、（ｄ）前記正則化精度行列に基づいて、前記複数の変数から相関のある変数の組み合わせを求める手順と、（ｅ）前記組み合わせに基づいて、前記モータにおける異常の発生を推定する手順と、を実行するモータ駆動制御装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータを駆動するモータ駆動制御装置であって、
制御部を備え、
前記制御部は、
（ａ）前記モータの動作状態を示す複数の変数に基づいて分散共分散行列を求める手順と、
（ｂ）前記分散共分散行列の逆行列である精度行列を求める手順と、
（ｃ）前記精度行列を正則化して、正則化精度行列を求める手順と、
（ｄ）前記正則化精度行列に基づいて、前記複数の変数から相関のある変数の組み合わせを求める手順と、
（ｅ）前記組み合わせに基づいて、前記モータにおける異常の発生を推定する手順と、
を実行する、
モータ駆動制御装置。

【請求項2】

前記複数の変数は、前記モータに供給する電圧値と、前記モータに供給する電流値と、前記モータを駆動する制御値と、前記モータの回転速度と、を含む、
請求項１に記載のモータ駆動制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記（ｅ）手順において、前記電圧値と前記制御値との間に相関関係がある場合に、前記モータにおける異常の発生を推定する、
請求項２に記載のモータ駆動制御装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記（ｅ）手順において、前記電流値と前記制御値との間に相関関係がある場合に、前記モータにおける異常の発生を推定する、
請求項２に記載のモータ駆動制御装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記（ｅ）手順において、前記電圧値と前記制御値との間に相関関係があって、前記電流値と前記制御値との間に相関関係がある場合に、前記モータにおける異常の発生を推定する、
請求項２に記載のモータ駆動制御装置。

【請求項6】

モータの異常を診断するモータ診断方法であって、
（ａ）前記モータの動作状態を示す複数の変数に基づいて分散共分散行列を求める手順と、
（ｂ）前記分散共分散行列の逆行列である精度行列を求める手順と、
（ｃ）前記精度行列を正則化して、正則化精度行列を求める手順と、
（ｄ）前記正則化精度行列に基づいて、前記複数の変数から相関のある変数の組み合わせを求める手順と、
（ｅ）前記組み合わせに基づいて、前記モータにおける異常の発生を推定する手順と、
を実行する、
モータ診断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、モータ駆動制御装置及びモータ診断方法に関する。

【背景技術】

【0002】

モータの異常検知をする手段として、モータにセンサを取り付けて検知する手段が知られている。例えば、固定子と回転子の間に磁気センサを取り付けて、モータ周辺の電磁場を解析してモータの異常を検知する方法が知られている。また、ベアリング近辺や巻き線の近くにサーミスタ等の温度センサを取り付けて、モータの温度変化を解析してモータの異常を検出する方法が知られている。さらに、固定子や回転子に振動センサを取り付けて、モータの振動を解析してモータの異常を検出する方法が知られている。さらにまた、固定子や回転子に感音センサを取り付けて、モータ駆動時の音を解析してモータの異常を検出する方法が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、加速度センサを用いる余寿命診断方法が開示されている。

【0004】

また、モータの異常検知をする手段として、センサを使わずに、モータ駆動時の電気信号を解析する電流兆候解析が知られている。例えば、モータの軸受けが損傷しミスアライメントが生じた時、エアギャップの変化、回転子の抵抗値の変化等が空間磁束線を通じて電流に影響を与える。したがって、異常のあるモータにおいて、電流信号を高速フーリエ変換解析すると、モータに流れる電流の低周波数帯の高調波成分が増加する。電流の低周波数帯における高調波成分の増加（変化）を異常の徴候として検出することにより、モータ異常を検知する。モータ駆動時の電気信号を解析する電流兆候解析では、モータ個々にセンサを取り付ける必要はない。

【0005】

例えば、特許文献２には、設定値以上の信号強度の側帯波が抽出されたときに警報出力を行う電動機の診断装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０－１９０９０１号公報

【特許文献2】特開２０１６－１９５５２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

センサを用いるモータ異常検知手段は、相互のデータを解析するため複数のセンサを使用するのが一般的である。産業機器用モータ等、大型で高価なモータの場合は、モータ価格に対するセンサ価格の割合が低いため、大幅な価格上昇率とはならない。しかしながら、サーバー用ファンモータ等の比較的安価なモータの場合は、センサ分の価格上昇率が大きくなり価格面で市場では受け入れ難くなると予想される。

【0008】

また、センサを用いないモータ異常検知手段は、電流波形を取得するためのオシロスコープを別途用意する必要があるため、やはり大型の産業機器用モータに対して、別途オシロスコープを用い電気室等から遠隔でデータを取得し解析することになる。また、高速フーリエ変換解析において計算量が多いため、リアルタイムでの検知は困難である。

【0009】

本開示は、モータの異常を検知可能なモータ駆動制御装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示の一態様では、モータを駆動するモータ駆動制御装置であって、制御部を備え、前記制御部は、（ａ）前記モータの動作状態を示す複数の変数に基づいて分散共分散行列を求める手順と、（ｂ）前記分散共分散行列の逆行列である精度行列を求める手順と、（ｃ）前記精度行列を正則化して、正則化精度行列を求める手順と、（ｄ）前記正則化精度行列に基づいて、前記複数の変数から相関のある変数の組み合わせを求める手順と、（ｅ）前記組み合わせに基づいて、前記モータにおける異常の発生を推定する手順と、を実行するモータ駆動制御装置が提供される。

【発明の効果】

【0011】

本開示のモータ駆動制御装置によれば、モータの異常を検知できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置が用いられるモータシステムの概略を示す図である。

【図2】図２は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における処理を説明するフロー図である。

【図3】図３は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置の動作結果について説明する図である。

【図4】図４は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。

【図5】図５は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。

【図6】図６は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。

【図7】図７は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。

【図8】図８は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。

【図9】図９は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。

【図10】図１０は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

≪モータシステム≫
以下、図面を参照して、本実施形態に係るモータ駆動制御装置が用いられるモータシステムについて説明する。

【0014】

図１は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置の一例であるモータ駆動制御装置１００が用いられるモータシステム１の概略を示す図である。

【0015】

モータシステム１は、モータ１０と、モータ駆動制御システム２０と、を備える。モータ１０は、例えば、ファンを回転させるために用いられる。モータ駆動制御システム２０は、モータ１０を駆動制御する。

【0016】

モータ駆動制御システム２０は、モータ駆動制御装置１００と、上位装置２００と、を備える。

【0017】

＜モータ駆動制御装置１００＞
モータ駆動制御装置１００は、モータ駆動回路１０１と、センサ部１０２と、ＦＧ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）信号生成部１０３と、を備える。また、モータ駆動制御装置１００は、電源電圧測定部１１０と、駆動制御信号生成部１２０と、通信部１３０と、電流計測部１４０と、回転速度計測部１５０と、異常検知制御部１６０と、データ管理部１７０と、を備える。

【0018】

なお、モータ駆動制御装置１００における駆動制御信号生成部１２０、回転速度計測部１５０、異常検知制御部１６０及びデータ管理部１７０は、例えば、プログラム処理装置（コンピュータ）によって実現される。より具体的には、プログラム処理装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサと、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の各種記憶装置を備える。また、プログラム処理装置は、カウンタ（タイマ）、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路、ＤＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ－ｔｏ－ａｎａｌｏｇ）変換回路、クロック発生回路及び入出力Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）回路等の周辺回路を備える。例えば、プロセッサ、記憶装置及び周辺回路のそれぞれは、バスや専用線を介して互いに接続される。プログラム処理装置は、例えば、マイクロコントローラである。プログラム処理装置において、ＣＰＵが、メモリに記憶されているプログラムに従って各種演算処理を実行することにより、処理を実現する。

【0019】

［モータ駆動回路１０１］
モータ駆動回路１０１は、駆動制御信号生成部１２０が生成する駆動制御信号Ｃｔｌに基づいてモータ１０を駆動する。モータ駆動回路１０１は、例えば、プリドライブ回路と、インバータ回路と、を備える。

【0020】

プリドライブ回路は、駆動制御信号Ｃｔｌに基づいて、インバータ回路を駆動するための出力信号を生成する。プリドライブ回路は、生成した出力信号をインバータ回路に出力する。プリドライブ回路は、例えば、駆動制御信号Ｃｔｌに基づいて、インバータ回路の各スイッチ素子を駆動する駆動信号を生成して出力する。

【0021】

インバータ回路は、プリドライブ回路から出力された出力信号に基づいてモータ１０に駆動信号を出力する。インバータ回路が出力した駆動信号は、モータ１０が備えるコイルに通電する。インバータ回路は、例えば、直流電源の両端に設けられた２つのスイッチ素子、例えば、電界効果トランジスタ等のトランジスタの直列回路の対が、各相のコイルに接続される。２つのスイッチ素子の各対において、スイッチ素子同士の接続点に、モータ１０の各相の端子が接続される。

【0022】

プリドライブ回路が生成した駆動信号が、インバータ回路を構成する各スイッチ素子をオン及びオフさせることにより、モータ１０の各相に電力が供給されてモータ１０のロータが回転する。

【0023】

モータ駆動回路１０１は、上位装置２００が備える電源２１０から電力が供給される。モータ駆動回路１０１は、上位装置２００が備える電源２１０に接続する。モータ駆動回路１０１は、電源２１０から供給される電力を、駆動制御信号Ｃｔｌに基づいて変換する。そして、モータ駆動回路１０１は、変換した電力をモータ１０に供給する。

【0024】

［センサ部１０２］
センサ部１０２は、モータ１０のロータの回転位置を検出する。センサ部１０２は、例えば、位置センサを備える。センサ部１０２は、例えば、ホール素子を備える。センサ部１０２のホール素子は、ロータの磁極を検出する。そして、センサ部１０２のホール素子は、ロータの回転に応じて電圧が変化するホール信号を出力する。

【0025】

なお、センサ部１０２の位置センサは、ホール素子に限らない。位置センサは、モータのロータの回転位置を検出することができるセンサであればよい。位置センサとして、例えば、エンコーダ等を適用してもよい。位置センサとしてエンコーダを用いる場合、センサ部１０２は、モータ駆動制御装置１００の構成要素の一つとしてではなく、モータ駆動制御装置１００とは互いに独立した装置として、モータ駆動制御装置１００の外部に設けられていてもよい。

【0026】

［ＦＧ信号生成部１０３］
ＦＧ信号生成部１０３は、モータ１０の回転速度を示す回転速度信号としてのＦＧ信号を生成する。ＦＧ信号生成部１０３は、例えば、センサ部１０２のホール素子から出力された検出信号（ホール信号）に基づいて、モータ１０の回転速度に比例する周期（周波数）を有する信号（ＦＧ信号）を生成する。ＦＧ信号生成部１０３から出力されたＦＧ信号は、上位装置２００に入力される。なお、ＦＧ信号生成部１０３は、例えば、モータ１０が搭載される基板（プリント基板）上に形成されたＦＧパターンによって実現してもよい。

【0027】

［電源電圧測定部１１０］
電源電圧測定部１１０は、上位装置２００から供給される電力の電圧Ｖを測定する。言い換えると、電源電圧測定部１１０は電源電圧を測定する。電源電圧測定部１１０は、測定した電圧値Ｖｍを異常検知制御部１６０に出力する。

【0028】

［駆動制御信号生成部１２０］
駆動制御信号生成部１２０は、モータ１０の駆動を制御するための駆動制御信号Ｃｔｌを生成する。駆動制御信号生成部１２０は、例えば、上位装置２００から駆動指令として出力された駆動指令信号である速度指令信号Ｓｖを受信する。駆動制御信号生成部１２０は、速度指令信号Ｓｖを受信した場合に、モータ１０の回転速度が速度指令信号Ｓｖによって指定された目標回転速度と一致するように、駆動制御信号Ｃｔｌを生成する。

【0029】

駆動制御信号Ｃｔｌは、例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である。

【0030】

駆動制御信号生成部１２０は、速度指令解析部１２１と、デューティ比決定部１２２と、通電制御部１２３と、を備える。

【0031】

（速度指令解析部１２１）
速度指令解析部１２１は、上位装置２００から出力された速度指令信号Ｓｖを受信する。そして、速度指令解析部１２１は、速度指令信号Ｓｖによって指定された目標回転速度を解析する。例えば、速度指令信号Ｓｖが目標回転速度に対応するデューティ比を有するＰＷＭ信号である場合、速度指令解析部１２１は、速度指令信号Ｓｖのデューティ比を解析し、そのデューティ比に対応する回転速度の情報を目標回転速度として出力する。

【0032】

（デューティ比決定部１２２）
デューティ比決定部１２２は、速度指令解析部１２１から出力された目標回転速度と回転速度計測部１５０によって計測されたモータ１０の回転速度の計測値とに基づいて、駆動制御信号ＣｔｌとしてのＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。

【0033】

具体的には、デューティ比決定部１２２は、目標回転速度とモータ１０の回転速度の計測値との差が小さくなるようにモータ１０の制御値を算出する。そして、デューティ比決定部１２２は、算出した制御値に応じたＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。例えば、デューティ比決定部１２２は、目標回転速度とモータ１０の回転速度の計測値との差が小さくなるように、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御、ＰＤ制御及びＰＩ制御のいずれかにより制御値を算出する。そして、デューティ比決定部１２２は、制御値に応じたＰＷＭ信号のデューティ比Ｄｔｙを決定する。

【0034】

デューティ比決定部１２２は、決定したデューティ比Ｄｔｙを、異常検知制御部１６０に出力する。

【0035】

（通電制御部１２３）
通電制御部１２３は、デューティ比決定部１２２によって決定したデューティ比を有するＰＷＭ信号を生成する。そして、通電制御部１２３は、生成したＰＷＭ信号を駆動制御信号Ｃｔｌとしてモータ駆動回路１０１に出力する。

【0036】

［通信部１３０］
通信部１３０は、外部と通信を行う。通信部１３０は、上位装置２００と通信を行う。具体的には、通信部１３０は、制御装置としての上位装置２００との間でデータの送受信を行う。通信部１３０は、送信部１３１と、受信部１３２と、通信制御部１３３と、を備える。

【0037】

送信部１３１は、上位装置２００にデータを送信する。受信部１３２は、上位装置２００からデータを受信する。送信部１３１及び受信部１３２のそれぞれは、通信制御部１３３により制御される。送信部１３１は、例えば、所定のシリアル信号を生成して通信線路に送信するシリアル通信用インタフェイス回路である。また、受信部１３２は、例えば、所定のシリアル信号を生成して通信線路からシリアル信号を受信するシリアル通信用インタフェイス回路である。

【0038】

通信制御部１３３は、送信部１３１及び受信部１３２のそれぞれを制御する。通信制御部１３３は、送信部１３１にエンコードしたデータを送る。また、通信制御部１３３は、受信部１３２から受信したデータをデコードする。通信制御部１３３が、送信部１３１及び受信部１３２を制御することにより、上位装置２００との間でデータの送受信を行う。通信制御部１３３は、例えば、モータ駆動制御装置１００が備えるプロセッサによるプログラム処理によって実現される。

【0039】

通信制御部１３３は、上位装置２００から駆動指令として出力された速度指令信号Ｓｖを受信する。そして、通信制御部１３３は、受信した速度指令信号Ｓｖを、速度指令解析部１２１に送信する。

【0040】

［電流計測部１４０］
電流計測部１４０は、モータ駆動回路１０１からモータ１０に供給される電力の電流を測定する。電流計測部１４０は、例えば、カレントトランスを備える。電流計測部１４０は、モータ駆動回路１０１からモータ１０に供給される電力の電流を測定した電流値Ｉｍを、異常検知制御部１６０に出力する。

【0041】

［回転速度計測部１５０］
回転速度計測部１５０は、モータ１０の回転速度を計測する。回転速度計測部１５０は、例えば、センサ部１０２におけるホール素子の検出信号（ホール信号）に基づいて、モータ１０の回転速度を計測する。回転速度計測部１５０は、計測した回転速度Ｒｍを異常検知制御部１６０に出力する。

【0042】

［異常検知制御部１６０］
異常検知制御部１６０は、モータ１０の異常を検知する。異常検知制御部１６０は、電圧値Ｖｍ、電流値Ｉｍ、回転速度Ｒｍ及びデューティ比Ｄｔｙに基づいて、モータ１０の異常の発生を推定して、検知する。

【0043】

［データ管理部１７０］
データ管理部１７０は、データを管理する。

【0044】

＜上位装置２００＞
次に、上位装置２００について説明する。上位装置２００は、モータ駆動制御装置１００に電源を供給する。また、上位装置２００は、モータ駆動制御装置１００に回転速度を指示する。上位装置２００は、電源２１０と、データ処理制御部２２０と、通信部２３０と、を備える。

【0045】

［電源２１０］
電源２１０は、モータ駆動制御装置１００に、モータ１０を動作させるための電源を供給する。電源２１０は、直流電源である。電源２１０は、例えば、１２Ｖ（ボルト）の電力を、モータ駆動制御装置１００に供給する。

【0046】

［データ処理制御部２２０］
データ処理制御部２２０は、モータ駆動制御装置１００に、モータ１０の目標となる回転速度（目標回転速度）を指示する。データ処理制御部２２０は、通信部２３０を介して、モータ駆動制御装置１００に、速度指令信号Ｓｖを送信する。データ処理制御部２２０は、モータ駆動制御装置１００に、速度指令信号Ｓｖを送信することにより、モータ駆動制御装置１００に目標となる回転速度（目標回転速度）を指示する。

【0047】

［通信部２３０］
通信部２３０は、モータ駆動制御装置１００との間で通信を行う。通信部２３０は、モータ駆動制御装置１００における通信部１３０と通信する。通信部２３０は、通信部１３０における送信部１３１から送信された信号を受信信号Ｒｘとして受信する。また、通信部２３０は、送信信号Ｔｘを、通信部１３０における受信部１３２に送信する。通信部２３０は、例えば、所定のシリアル信号を生成して通信線路からシリアル信号を送受信するシリアル通信用インタフェイス回路である。

【0048】

＜異常検知制御部における処理＞
次に、異常検知制御部１６０が行う処理について説明する。異常検知制御部１６０が行う処理を説明することにより、モータ駆動制御装置１００が行うモータ１０の異常を診断するモータ診断方法が含む手順について説明する。図２は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置の一例であるモータ駆動制御装置１００における処理を説明するフロー図である

【0049】

発明者らは、モータ１０の異常を検出するために、モータ１０の動作状態を示す変数単体では、異常の検出が困難であることを見いだした。そして、モータ１０の動作状態を示す複数の変数における変数間の関係性に注目し、複数の変数間の関係性を示す指標をスパース化することによって、より精度よくモータ１０の異常を検出できることを見いだした。

【0050】

（ステップＳ１０）
最初に、異常検知制御部１６０は、所定の期間におけるモータ１０の動作状態を示す複数の変数に関するデータを取得する。具体的には、異常検知制御部１６０は、電源電圧である電圧値Ｖｍ、モータ１０に供給される電流の電流値Ｉｍ、モータ１０の回転速度Ｒｍ及びデューティ比Ｄｔｙのそれぞれのデータを取得する。異常検知制御部１６０は、例えば、所定の期間における電圧値Ｖｍ、電流値Ｉｍ、回転速度Ｒｍ及びデューティ比Ｄｔｙのそれぞれをデータ管理部１７０に保存する。そして、データ管理部１７０から電圧値Ｖｍ、電流値Ｉｍ、回転速度Ｒｍ及びデューティ比Ｄｔｙのそれぞれを読み出して取得する。

【0051】

（ステップＳ２０）
次に、異常検知制御部１６０は、取得した所定の期間における電圧値Ｖｍ、電流値Ｉｍ、回転速度Ｒｍ及びデューティ比Ｄｔｙについて分散共分散行列Ｓを算出する。

【0052】

分散共分散行列Ｓは、式１に基づいて算出される。なお、Ｘ^ｄは、多変数ベクトルである入力データ、μは平均を表す。

【0053】

【数1】

【0054】

（ステップＳ３０）
次に、異常検知制御部１６０は、求めた分散共分散行列Ｓから、精度行列Λを求める。精度行列Λは、分散共分散行列Ｓの逆行列である。精度行列Λは、式２に基づいて算出される。

【0055】

【数2】

【0056】

（ステップＳ４０）
次に、異常検知制御部１６０は、正則化項を加えた精度行列を算出する。複数のデータにおけるデータ相互間の特徴を見る手段として相関係数が挙げられる。しかしながら、相関係数を用いた場合、見かけの相関が存在するため、相関係数の数値では明確に判別しにくい。例えば、相関係数が０．３から０．７までの範囲にある場合は弱い相関があると考えられ、相関があるかどうか曖昧さが残る場合がある。

【0057】

そこで、異常検知制御部１６０は、見かけの相間を排除するために、複数のデータから分散共分散行列Ｓを求め、その分散共分散行列Ｓから精度行列Λを求める。そして、精度行列Λに正則化項を加えることで曖昧さを排除する。

【0058】

すなわち、異常検知制御部１６０は、精度行列Λに正則化項を加えることで精度行列Λをスパース化し、重要でない変数を間引き、重要な変数のみ抽出する。

【0059】

正則化項を加えた精度行列を正則化精度行列という場合がある。正則化項を加えた精度行列は、推定値問題を解く過程で求められる。言い換えると、正則化項を加えた精度行列及び分散共分散行列のそれぞれは、対数尤度関数から精度行列及び分散共分散行列のそれぞれの最尤推定値を求めることにより求める。

【0060】

式３は、多次元正規分布の対数尤度関数である。

【0061】

【数3】

【0062】

なお、ｄｅｔは行列式を表す。ｃｏｎｓｔは定数を表す。式３を変形すると式４となる。

【0063】

【数4】

【0064】

なお、ｔｒは行列のトレースを表す。

【0065】

式４の対数尤度関数に対して、正則化項を加えた最適化問題を解き、精度行列及び分散共分散行列のそれぞれのパラメータを推定する。尤度を最大にするには、式４の括弧内を最小化する。

【0066】

式５は、正則化項を加えた最適化問題を示す。Λ^＊は、正則化項を加えた精度行列（正則化精度行列）である。

【0067】

【数5】

【0068】

なお、ρ||Λ||_１は正則化項を示す。ρは、ハイパーパラメータを示す。

【0069】

式５により求める精度行列Λ^＊が、正則化項を加えた最尤推定の解である精度行列である。すなわち、精度行列Λ^＊が、正則化精度行列である。

【0070】

（ステップＳ５０）
次に、異常検知制御部１６０は、異常の有無を判定する。異常検知制御部１６０は、正則化精度行列Λ^＊における電圧値Ｖｍ、電流値Ｉｍ、回転速度Ｒｍ及びデューティ比Ｄｔｙのそれぞれについて、他の変数との間の係数について調べる。すなわち、異常検知制御部１６０は、正則化精度行列Λ^＊における非対角成分について調べる。

【0071】

正則化精度行列Λ^＊において、相関関係のない組み合わせに対応する非対角成分は、零となる。一方、正則化精度行列Λ^＊において、相関関係のある組み合わせに対応する非対角成分は、零以外の数値となる。零以外の数値となる非対角成分から、複数の変数から相関のある変数の組み合わせを求める。

【0072】

後述するように、正則化精度行列Λ^＊において、電圧値Ｖｍと電流値Ｉｍとの間にのみ相関関係がある場合、言い換えると、相関関係にある組み合わせが電圧値Ｖｍと電流値Ｉｍのみである場合、異常検知制御部１６０は、モータ１０は正常であると推定する。一方、正則化精度行列Λ^＊において、デューティ比Ｄｔｙに対して、電圧値Ｖｍ及び電流値Ｉｍの少なくともいずれか一方と相関関係がある場合、異常検知制御部１６０は、モータ１０は異常の発生の可能性があると推定する。言い換えると、正則化精度行列Λ^＊において、相関関係にある組み合わせが、デューティ比Ｄｔｙと電圧値Ｖｍとの組み合わせ及びデューティ比Ｄｔｙと電流値Ｉｍとの組み合わせのいずれか一方を含む場合、異常検知制御部１６０は、モータ１０は異常の発生を推定する。

【0073】

上述のように、異常検知制御部１６０は、相関のある変数の組み合わせに基づいて、モータにおける異常の発生を推定する。より具体的に説明すると、異常検知制御部１６０は、正常動作しているときの相関のある変数の組み合わせと異なる相関のある変数の組み合わせが検出されたときに、異常の発生を推定する。

【0074】

（ステップＳ６０）
次に、異常検知制御部１６０は、処理を終了するかどうか判定する。処理を終了する場合（ステップＳ６０のＹｅｓ）、異常検知制御部１６０は、処理を終了する。処理を終了しない場合、言い換えると、処理を継続する場合（ステップＳ６０のＮｏ）、異常検知制御部１６０は、ステップＳ１０に戻って処理を繰り返す。

【0075】

＜モータ駆動制御装置の動作結果＞
次に、本実施形態に係るモータ駆動制御装置の一例であるモータ駆動制御装置１００を動作させたときの動作結果について説明する。

【0076】

図３は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置の一例であるモータ駆動制御装置１００の動作結果について説明する図である。図３は、モータ１０にファンを取り付けて、モータシステム１をファンモータとして使用した際の動作結果について示す図である。図３は、モータシステム１を動作させて、モータ１０が停止するまでのデータを示す。

【0077】

図３の横軸はモータ１０の運転を開始してからの時間、縦軸は推定に用いる変数の強度を示す。なお、横軸の時間は、１単位２０秒である。すなわち、横軸の２０，０００が約５日を示す。縦軸は、同じグラフ上に複数の変数の値を表示するために、複数の変数のそれぞれを０から１までの範囲の数値になるように規格化した値を示している。

【0078】

線Ｌｖは、電圧値Ｖｍを規格化した結果を示す。線Ｌｉは、電流値Ｉｍを規格化した結果を示す。線Ｌｄは、デューティ比Ｄｔｙを規格化した結果を示す。線Ｌｒは回転速度Ｒｍを規格化した結果を示す。回転速度Ｒｍは、例えば、１３０００回転毎分である。電圧値Ｖｍは、約１２Ｖ（ボルト）である。

【0079】

図３において、時間が約１６５０００である時間Ｔｓにおいて、モータ１０が停止した。モータ１０の停止時（時間Ｔｓ）、モータ１０の軸受が損傷していた。

【0080】

図３におけるデータを一見しただけでは、どこから異常の徴候が出始めているか判別できない。また、図３におけるデータにおいて、停止直前には電圧が上昇していることが確認できるが、寿命予測するには遅すぎる。

【0081】

そこで、モータ駆動制御装置１００は、電圧値Ｖｍ、電流値Ｉｍ、デューティ比Ｄｔｙ及び回転速度Ｒｍの４つのパラメータの相互関係からデータマイニングを行う。複数のデータにおけるデータ相互間の特徴を見る手段として相関係数が挙げられる。しかしながら、相関係数を用いた場合、見かけの相関が存在するため、相関係数の数値では明確に判別しにくい。例えば、相関係数が０．３から０．７までの範囲にある場合は弱い相関があると考えられ、相関があるかどうか曖昧さが残る場合がある。

【0082】

そこで、モータ駆動制御装置１００は、見かけの相間を排除するために、複数のデータから分散共分散行列Ｓを求め、その分散共分散行列Ｓから精度行列Λを求める。そして、精度行列Λに正則化項を加えることで曖昧さを排除する。

【0083】

図３において、時間２００００から時間４００００までを期間ＰＲＤ１、時間４００００から時間６００００までを期間ＰＲＤ２、時間６００００から時間８００００までを期間ＰＲＤ３、時間８００００から時間１０００００までを期間ＰＲＤ４、とする。また、時間１０００００から時間１２００００までを期間ＰＲＤ５、時間１２００００から時間１４００００までを期間ＰＲＤ６、時間１４００００から時間１６００００までを期間ＰＲＤ７とする。

【0084】

４つのパラメータ、すなわち、電圧値Ｖｍ、電流値Ｉｍ、デューティ比Ｄｔｙ及び回転速度Ｒｍ、について、各期間における分散共分散行列Ｓ及び正則化項を加えた精度行列（正則化精度行列Λ^＊）を表１から表７に示す。また、正則化項を加えた精度行列（正則化精度行列Λ^＊）について、パラメータ間の相関を示すグラフを図４から図１０に示す。

【0085】

なお、表１から表７及び図４から図１０において、「Ｖｏｌｔａｇｅ」は電圧値Ｖｍ、「Ｃｕｒｒｅｎｔ」は電流値Ｉｍ、「Ｄｕｔｙ」はデューティ比Ｄｔｙ、「Ｒｏｔａｔｉｏｎ」は回転速度Ｒｍをそれぞれ示す。

【0086】

表１、表２、表３、表４、表５、表６、表７は、それぞれ期間ＰＲＤ１、期間ＰＲＤ２、期間ＰＲＤ３、期間ＰＲＤ４、期間ＰＲＤ５、期間ＰＲＤ６、期間ＰＲＤ７における演算結果を示す。図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０は、それぞれ期間ＰＲＤ１、期間ＰＲＤ２、期間ＰＲＤ３、期間ＰＲＤ４、期間ＰＲＤ５、期間ＰＲＤ６、期間ＰＲＤ７における正則化項を加えた精度行列（正則化精度行列Λ^＊）における非対角成分が零以外の変数同士を線で結んだ図を示す。

【0087】

図４から図１０のそれぞれにおいて、４つのパラメータのそれぞれ、すなわち、電圧値Ｖｍ（「Ｖｏｌｔａｇｅ」）、電流値Ｉｍ（「Ｃｕｒｒｅｎｔ」）、デューティ比Ｄｔｙ（「Ｄｕｔｙ」）及び回転速度Ｒｍ（「Ｒｏｔａｔｉｏｎ」）のそれぞれを楕円で示す。そして、楕円と楕円をつなぐ線は、当該楕円と楕円との間に相関関係があることを示す。なお、数値は、正則化項を加えた精度行列（正則化精度行列Λ^＊）における対応する非対角成分を示す。

【0088】

【表1】

【0089】

【表2】

【0090】

【表3】

【0091】

【表4】

【0092】

【表5】

【0093】

【表6】

【0094】

【表7】

【0095】

期間ＰＲＤ１、期間ＰＲＤ２、期間ＰＲＤ３及び期間ＰＲＤ４において、電流値Ｉｍ（「Ｃｕｒｒｅｎｔ」）と電圧値Ｖｍ（「Ｖｏｌｔａｇｅ」）が結びついている。すなわち、電流値Ｉｍ（「Ｃｕｒｒｅｎｔ」）と電圧値Ｖｍ（「Ｖｏｌｔａｇｅ」）とは、相関があると推定される。一方、デューティ比Ｄｔｙ（「Ｄｕｔｙ」）及び回転速度Ｒｍ（「Ｒｏｔａｔｉｏｎ」）のそれぞれは、他のいずれとも結びついておらず、相関はないと推定される。

【0096】

一方、期間ＰＲＤ５になると、デューティ比Ｄｔｙ（「Ｄｕｔｙ」）が電圧値Ｖｍ（「Ｖｏｌｔａｇｅ」）と結びつく。すなわち、期間ＰＲＤ５では、電圧値Ｖｍ（「Ｖｏｌｔａｇｅ」）が、電流値Ｉｍ（「Ｃｕｒｒｅｎｔ」）及びデューティ比Ｄｔｙ（「Ｄｕｔｙ）のそれぞれと相関があると推定される。さらに、期間ＰＲＤ６になると、デューティ比Ｄｔｙ（「Ｄｕｔｙ」）が電流値Ｉｍ（「Ｃｕｒｒｅｎｔ」）と更に結びつく。すなわち、期間ＰＲＤ６では、電圧値Ｖｍ（「Ｖｏｌｔａｇｅ」）、電流値Ｉｍ（「Ｃｕｒｒｅｎｔ」）及びデューティ比Ｄｔｙ（「Ｄｕｔｙ）のそれぞれが互いに相関があると推定される。期間ＰＲＤ７においても同様である。

【0097】

したがって、期間ＰＲＤ６のように、電流値Ｉｍ（「Ｃｕｒｒｅｎｔ」）とデューティ比Ｄｔｙ（「Ｄｕｔｙ」）との間で正則化精度行列に関係性が現れたことをトリガーとして、異常検知制御部１６０は、モータ１０の異常の発生を推定する。具体的には、異常検知制御部１６０は、期間ＰＲＤ１から期間ＰＲＤ５において、スパース化により関係性が無いとされていた正則化精度行列における電流値Ｉｍ（「Ｃｕｒｒｅｎｔ」）とデューティ比Ｄｔｙ（「Ｄｕｔｙ」）の非対角成分に相関が現れたことをトリガーとして、モータ１０の異常の発生を推定する。期間ＰＲＤ６において異常を予測することにより、図３では、モータが停止する約６日まえに、寿命を予測できる。なお、期間ＰＲＤ５のように、電圧値Ｖｍ（「Ｖｏｌｔａｇｅ」）とデューティ比Ｄｔｙ（「Ｄｕｔｙ」）との間で相関が現れたことをトリガーとして、異常検知制御部１６０は、モータ１０の異常の発生を推定してもよい。さらに、電圧値Ｖｍとデューティ比Ｄｔｙとの間に相関がなくても、電流値Ｉｍ（「Ｃｕｒｒｅｎｔ」）とデューティ比Ｄｔｙ（「Ｄｕｔｙ」）との間で相関が現れたことをトリガーとして、異常検知制御部１６０は、モータ１０の異常の発生を推定してもよい。

【0098】

なお、分散共分散行列Ｓを求めるための複数の変数については、上記の電圧値Ｖｍ、電流値Ｉｍ、デューティ比Ｄｔｙ及び回転速度Ｒｍに限らず、他の変数を使用してもよい。また、回転速度Ｒｍのように、故障前後で相関関係がない変数は分散共分散行列Ｓの演算に用いる変数から削除してもよい。

【0099】

なお、異常検知制御部１６０は、制御部の一例である。

【0100】

＜作用・効果＞
本実施形態に係るモータ駆動装置によれば、モータの異常を検知できる。

【0101】

以上、モータ駆動制御装置を実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

【符号の説明】

【0102】

１ モータシステム
１０ モータ
２０ モータ駆動制御システム
１００ モータ駆動制御装置
１０１ モータ駆動回路
１０２ センサ部
１０３ ＦＧ信号生成部
１１０ 電源電圧測定部
１２０ 駆動制御信号生成部
１２１ 速度指令解析部
１２２ デューティ比決定部
１２３ 通電制御部
１３０ 通信部
１３１ 送信部
１３２ 受信部
１３３ 通信制御部
１４０ 電流計測部
１５０ 回転速度計測部
１６０ 異常検知制御部
１７０ データ管理部
２００ 上位装置
２１０ 電源
ＰＲＤ１、ＰＲＤ２、ＰＲＤ３、ＰＲＤ４、ＰＲＤ５、ＰＲＤ６、ＰＲＤ７ 期間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】