特開 2024-82587 診断システム、電気駆動ユニット

(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】P2024082587

(43)【公開日】2024-06-20

(54)【発明の名称】診断システム、電気駆動ユニット

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/34 20200101AFI20240613BHJP

   H02P 29/024 20160101ALI20240613BHJP

【ＦＩ】

G01R31/34 A

H02P29/024

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022196540

(22)【出願日】2022-12-08

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(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】鳥越 圭介

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 以久也

【テーマコード（参考）】

2G116

5H501

【Ｆターム（参考）】

2G116BA03

2G116BB01

2G116BB02

2G116BB07

2G116BC02

2G116BC06

5H501AA22

5H501CC05

5H501DD03

5H501DD04

5H501GG03

5H501HA08

5H501HA09

5H501HB07

5H501JJ03

5H501JJ24

5H501LL08

5H501LL09

5H501LL22

5H501LL23

5H501LL32

5H501LL35

5H501LL39

5H501LL45

5H501LL47

5H501LL53

5H501MM04

5H501MM09

(57)【要約】

【課題】電動機の異常に関する診断をより適切に行うことが可能な技術を提供する。
【解決手段】本開示の一実施形態に係る診断システム１は、電動機１２０と、電動機１２０と一体化され、電動機１２０に駆動電力を供給する電力変換装置１１０と、一体化された電動機１２０及び電力変換装置１１０の筐体に内蔵され又は取り付けられ、電動機１２０の状態に関する第１の物理量を表すデータを取得する診断用センサ１４０と、筐体１００Ｈに内蔵され又は取り付けられ、第１の物理量を表すデータに基づき、電動機１２０の異常に関する診断を行う診断装置１５０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機と、
前記電動機と一体化され、前記電動機に駆動電力を供給する電力変換装置と、
一体化された前記電動機及び前記電力変換装置の筐体に内蔵され又は取り付けられ、前記電動機の状態に関する第１の物理量を表すデータを取得する第１のセンサと、
前記第１の物理量を表すデータに基づき、前記電動機の異常に関する診断を行う診断装置と、を備える、
診断システム。

【請求項2】

前記第１の物理量と異なる第２の物理量を表すデータを取得する第２のセンサと、
前記第２の物理量を表すデータに基づき、前記電力変換装置を用いて、前記電動機の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記診断装置は、前記第１の物理量を表すデータと、前記第２の物理量を表すデータ、及び前記制御装置により生成される制御用のデータの少なくとも一方とを組み合わせて、前記電動機の異常に関する診断を行う、
請求項１に記載の診断システム。

【請求項3】

前記診断装置は、前記第１の物理量に関するデータに基づき、前記電動機の異常に関する第１の特徴量を取得し、前記第２の物理量に関するデータ、及び前記制御用のデータの少なくとも一方に基づき、第２の特徴量を取得し、前記第１の特徴量及び前記第２の特徴量の組み合わせに基づき、前記電動機の異常に関する診断を行う、
請求項２に記載の診断システム。

【請求項4】

前記診断装置は、前記第１の特徴量及び前記第２の特徴量の相関関係に基づき、前記電動機の異常に関する診断を行う、
請求項３に記載の診断システム。

【請求項5】

前記診断装置は、前記第１の物理量に関するデータに基づき、前記電動機の異常に関する第１の分析を行い、前記第２の物理量に関するデータ及び前記制御用のデータの少なくとも一方に基づき、前記電動機の異常に関する第２の分析を行い、前記第１の分析及び前記第２の分析の結果の相関関係に基づき、前記電動機の異常に関する診断を行う、
請求項２に記載の診断システム。

【請求項6】

前記第１の物理量は、前記電動機の温度、前記電動機の音に関する物理量、又は前記電動機の振動に関する物理量であり、
前記第２の物理量は、前記電動機の電流又は電圧である、
請求項２乃至５の何れか一項に記載の診断システム。

【請求項7】

前記電動機と一体化され、前記電動機の回転軸と機械的に連結される変速機を備え、
前記第１の物理量は、前記電動機の振動に関する物理量であり、
前記第１のセンサは、一体化される前記電動機及び前記変速機の筐体に取り付けられる又は内蔵される、
請求項１乃至５の何れか一項に記載の診断システム。

【請求項8】

前記診断装置は、前記第１のセンサにより取得されるデータに基づき、前記変速機の機械的な異常に関する診断を行う、
請求項７に記載の診断システム。

【請求項9】

電動機と、
前記電動機と一体化され、前記電動機に駆動電力を供給する電力変換装置と、
一体化された前記電動機及び前記電力変換装置の筐体に内蔵され又は取り付けられ、前記電動機の状態に関する第１の物理量を表すデータを取得する第１のセンサと、
前記筐体に内蔵され又は取り付けられ、前記第１の物理量を表すデータに基づき、前記電動機の異常に関する診断を行う診断装置と、を備える、
電気駆動ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、診断システム等に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電動機の状態に関する物理量（例えば、電動機の電流）のデータに基づき、電動機の異常に関する診断（以下、「異常診断」）を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６８２４４９４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１では、電動機と電力変換装置との間の配線に電流センサが配置される。そのため、例えば、電動機と電力変換装置との間の３相の配線のインピーダンスにアンバランスがあると、その影響が電流センサの出力に反映される可能性がある。その結果、配線のインピーダンスのアンバランスの影響を電動機の３相のアンバランス（例えば、一部の相の断線やレアショート等）の異常と誤診断する可能性がある。

【0005】

本開示では、電動機の異常診断をより適切に行うことが可能な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本開示の一実施形態では、
電動機と、
前記電動機と一体化され、前記電動機に駆動電力を供給する電力変換装置と、
一体化された前記電動機及び前記電力変換装置の筐体に内蔵され又は取り付けられ、前記電動機の状態に関する第１の物理量を表すデータを取得する第１のセンサと、
前記第１の物理量を表すデータに基づき、前記電動機の異常に関する診断を行う診断装置と、を備える、
診断システムが提供される。

【0007】

また、本開示の他の実施形態では、
電動機と、
前記電動機と一体化され、前記電動機に駆動電力を供給する電力変換装置と、
一体化された前記電動機及び前記電力変換装置の筐体に内蔵され又は取り付けられ、前記電動機の状態に関する第１の物理量を表すデータを取得する第１のセンサと、
前記筐体に内蔵され又は取り付けられ、前記第１の物理量を表すデータに基づき、前記電動機の異常に関する診断を行う診断装置と、を備える、
電気駆動ユニットが提供される。

【発明の効果】

【0008】

上述の実施形態によれば、電動機の異常に関する診断をより適切に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】診断システムの一例を示す図である。

【図2】制御回路及び診断装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。

【図3】電動機の異常に関する特徴量の一例を説明する図である。

【図4】電動機の異常に関する特徴量の他の例を説明する図である。

【図5】第１の比較例に係る電気駆動システムを示す図である。

【図6】電気駆動ユニットの一例を示す図である。

【図7】第２の比較例に係る電気駆動ユニットを示す図である。

【図8】電気駆動ユニットの他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して実施形態について説明する。

【0011】

［診断システムのハードウェア構成］
図１を参照して、本実施形態に係る診断システム１のハードウェア構成について説明する。

【0012】

図１は、診断システム１の一例を示す図である。

【0013】

図１に示すように、診断システム１は、電気駆動ユニット１００と、管理装置２００と、端末装置３００とを含む。

【0014】

電気駆動ユニット１００は、電力変換装置１１０と、電動機１２０と、変速機１３０と、診断用センサ１４０と、診断装置１５０と、表示部１６０と、通信部１７０とを含む。

【0015】

診断システム１は、電気駆動ユニット１００（診断装置１５０）において、電動機１２０の異常に関する診断（異常診断）を行う。

【0016】

診断システム１の診断対象の電動機１２０の異常には、一時的な原因により生じる電動機１２０の異常や電動機１２０の累積的な原因により生じる異常（劣化異常）が含まれる。また、診断システム１の診断対象の電動機１２０の異常には、機械的異常や電気的異常が含まれる。診断システム１の診断対象の電動機１２０の機械的な異常には、例えば、軸受異常、回転子異常、電動機１２０と負荷との間の接続不良（ミスアライメント）等が含まれる。軸受異常には、例えば、軸受摩耗や軸受損傷等が含まれる。回転子異常には、例えば、電動機１２０の回転子の偏心や回転子バーの損傷等が含まれる。診断システム１の診断対象の電動機１２０の電気的異常には、例えば、電動機１２０の巻線異常が含まれる。電動機１２０の巻線異常には、断線や部分放電や絶縁劣化（レアショート）等が含まれる。また、診断システム１の診断対象の電動機１２０の異常には、電動機１２０に接続される外部機器（負荷）に起因する異常（以下、「負荷異常」）が含まれてもよい。負荷異常には、例えば、負荷に起因する電動機１２０の過負荷、負荷との間の機械的な切断（例えば、ベルト破断）に起因する電動機１２０の軽負荷、負荷の異常振動に伴う電動機１２０の異常振動等が含まれる。

【0017】

電動機１２０の異常診断には、例えば、電動機１２０の異常の有無の診断が含まれる。また、電動機１２０の異常診断には、電動機１２０の異常の兆候の有無の診断が含まれてもよい。また、電動機１２０の異常診断には、電動機１２０の異常の度合いの診断が含まれてもよい。

【0018】

電気駆動ユニット１００は、商用電源ＰＳから供給される電力を用いて、電力変換装置１１０により電動機１２０を駆動し、変速機１３０を通じて電動機１２０の動力を外部機器に出力する。電気駆動ユニット１００は、例えば、電動機１２０の動力によって、工場に設置される生産設備や機械設備を駆動する。

【0019】

電気駆動ユニット１００の構成要素は、例えば、電気駆動ユニット１００の筐体に内蔵される。また、電気駆動ユニット１００の構成要素は、例えば、電気駆動ユニット１００の筐体の外側に取り付けられてもよい。

【0020】

電力変換装置１１０は、商用電源ＰＳから入力される３相交流電力（例えばＲ相、Ｓ相、及びＴ相）を所定の電圧や所定の周波数を有する３相交流電力（例えば、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）に変換し、電動機１２０を駆動する。

【0021】

電力変換装置１１０は、整流回路１０と、平滑回路２０と、インバータ回路３０と、電流センサ４０と、電圧センサ５０と、ゲート駆動回路６０と、回転状態センサ７０と、制御回路８０と、を含む。

【0022】

整流回路１０は、商用電源ＰＳから入力される３相交流電力を整流し、直流電力を出力可能に構成される。整流回路１０は、正側及び負側の出力端のそれぞれが正ラインＰＬ及び負ラインＮＬの一端に接続され、正ラインＰＬ及び負ラインＮＬを通じて、直流電力を平滑回路２０に出力することができる。例えば、図１に示すように、整流回路１０は、６つの半導体ダイオードＳＤを含み、上下アームを構成する２つの半導体ダイオードＳＤの直列接続体が３組並列接続されるブリッジ型全波整流回路である。この場合、Ｒ相、Ｓ相、及びＴ相の入力線は、それぞれ、３組の上下アームの中間点に接続される。

【0023】

平滑回路２０は、整流回路１０から出力される直流電力やインバータ回路３０から回生される直流電力の脈動を抑制し、平滑化する。

【0024】

例えば、図１に示すように、平滑回路２０は、平滑コンデンサ２１を含む。

【0025】

平滑コンデンサ２１は、整流回路１０やインバータ回路３０と並列に、正ラインＰＬ及び負ラインＮＬを繋ぐ経路に設けられてよい。

【0026】

平滑コンデンサ２１は、適宜、充放電を繰り返しながら、整流回路１０から出力される直流電力やインバータ回路３０から出力（回生）される直流電力を平滑化する。

【0027】

平滑コンデンサ２１は、一つであってよい。また、平滑コンデンサ２１は、複数配置されてもよく、複数の平滑コンデンサ２１が正ラインＰＬ及び負ラインＮＬの間に並列接続されてもよいし、直列接続されてもよい。また、複数の平滑コンデンサ２１は、２以上の平滑コンデンサの直列接続体が正ラインＰＬ及び負ラインＮＬの間に複数並列接続される形で構成されてもよい。

【0028】

また、平滑回路２０は、リアクトルを含んでもよい。

【0029】

リアクトルは、整流回路１０と平滑コンデンサ２１（具体的には、平滑コンデンサ２１が配置される経路との分岐点）との間の正ラインＰＬに設けられてよい。

【0030】

リアクトルは、適宜、電流の変化を妨げるように電圧を発生させながら、整流回路１０から出力される直流電力やインバータ回路３０から出力（回生）される直流電力を平滑化する。

【0031】

インバータ回路３０は、その正側及び負側の入力端が正ラインＰＬ及び負ラインＮＬの他端に接続される。インバータ回路３０は、平滑回路２０から供給される直流電力を半導体スイッチＳＷのスイッチ動作により、所定の周波数や所定の電圧を有する３相交流電力（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）に変換し電動機１２０に出力する。半導体スイッチＳＷは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）等である。半導体スイッチＳＷは、例えば、ケイ素（シリコン：Ｓｉ）を主材料として構成される。また、半導体スイッチＳＷは、ワイドバンドギャップ半導体材料を主材料として構成されてもよい。ワイドバンドギャップ半導体材料は、例えば、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ガリウムナイトライド：ＧａＮ）、酸化ガリウム（ガリウムオキサイド：Ｇａ_２Ｏ_３）、炭素（ダイヤモンド：Ｃ）等である。

【0032】

例えば、図１に示すように、インバータ回路３０は、６つの半導体スイッチＳＷを含む。具体的には、インバータ回路３０は、上下アームを構成する２つの半導体スイッチＳＷの直列接続体（スイッチレグ）が正ラインＰＬ及び負ラインＮＬの間に３組並列接続されるブリッジ回路を含んでよい。この場合、インバータ回路３０は、３組の上下アームの中間点から引き出される３本の出力線を通じて、３相交流電力を出力する。また、６つの半導体スイッチＳＷには、それぞれ、環流ダイオードが並列接続されてよい。

【0033】

電流センサ４０は、電力変換装置１１０の３相（３本）の出力線のそれぞれの電流、即ち、電動機１２０の３相のそれぞれの相電流を検出する。電流センサ４０は、例えば、ホール素子、シャント抵抗、磁気抵抗素子、フラックスゲート等を用いて電流を検出し、ＡＤ（Analog-Digital）コンバータを用いて電流の検出値（デジタル値）を得る。電流センサ４０は、電動機１２０の３相のそれぞれの電流の検出値に相当する信号を出力し、電流センサ４０の出力信号は、制御回路８０に取り込まれる。

【0034】

尚、電流センサ４０は、電力変換装置１１０の３相の出力線のうちの任意の二相の電流のみを検出してもよい。この場合、制御回路８０は、二相の電流の検出値から残りの一相の電流値を取得（演算）してよい。また、制御回路８０は、例えば、直流リンク（正ラインＰＬや負ラインＮＬ）の電流値と、半導体スイッチＳＷのスイッチングパターンとに基づき、電力変換装置１１０の３相の出力線の電流値を取得（演算）してもよい。この場合、制御回路８０は、電圧センサ５０の出力に基づき、直流リンクの電流値を取得（演算）してよい。

【0035】

電圧センサ５０は、電力変換装置１１０の正ラインＰＬ及び負ラインＮＬの間の電圧（直流リンク電圧）を検出する。電圧センサ５０は、正ラインＰＬ及び負ラインＮＬの間の電圧値に相当する信号を出力し、電圧センサ５０の出力信号は、制御回路８０に取り込まれる。

【0036】

ゲート駆動回路６０は、制御回路８０の制御下で、インバータ回路３０の６つの半導体スイッチＳＷをスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）するための駆動信号を６つの半導体スイッチＳＷのそれぞれのゲート端子に出力する。

【0037】

回転状態センサ７０は、電動機１２０の回転状態に関する物理量（例えば、回転位置や回転速度）を表すデータを取得する。例えば、回転状態センサ７０は、光学式や磁気式のエンコーダである。回転状態センサ７０は、電動機１２０の回転速度の検出値に相当する信号を出力し、回転状態センサ７０の出力信号は、電力変換装置１１０の制御回路８０に取り込まれる。これにより、制御回路８０は、回転状態センサ７０の検出信号に基づき、電動機１２０の回転子の磁極位置や回転速度を把握することができる。

【0038】

尚、回転状態センサ７０は、電動機１２０のセンサレス制御が行われる場合、省略されてもよい。

【0039】

以下、電流センサ４０、電圧センサ５０、及び回転状態センサ７０を包括的に「制御用センサ」と称する場合がある。また、制御用センサとして、更に、電動機１２０の電圧を検出する電圧センサが設けられてもよい。

【0040】

制御回路８０は、電力変換装置１１０を用いて、電動機１２０の制御を行う。

【0041】

制御回路８０の機能は、任意のハードウェア或いは任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ等により実現されてよい。制御回路８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ装置、補助記憶装置、及びインタフェース装置を含むコンピュータや半導体スイッチのゲート端子を駆動する駆動回路等によって構成される。メモリ装置は、例えば、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）である。補助記憶装置は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）やフラッシュメモリである。インタフェース装置は、例えば、外部の記録媒体と接続する外部インタフェースや他の機器と通信を行うための通信インタフェース等を含む。制御回路８０は、補助記憶装置にインストールされるプログラムをメモリ装置にロードしＣＰＵ上で実行することにより各種機能を実現することができる。また、制御回路８０は、外部インタフェースを通じて、記録媒体からプログラムを取り込みインストールしたり、通信インタフェースを通じて、他の機器からプログラムを取り込みインストールしたりすることができる。

【0042】

制御回路８０は、例えば、電動機１２０が所定の運転条件で動作するように、インバータ回路３０を制御し、電動機１２０を所定の運転条件下で駆動させる。

【0043】

尚、制御回路８０の機能は、電力変換装置１１０に搭載される複数の制御回路によって分散して実現されてもよい。

【0044】

電動機１２０は、例えば、上述の如く、工場に設置される生産設備や機械設備等の外部機器を駆動する。電動機１２０は、例えば、誘導電動機や同期電動機等の交流電動機である。

【0045】

電力変換装置１１０及び電動機１２０は、一体化される。これにより、電力変換装置１１０と電動機１２０との間を電気的に接続する３相の電力線の長さを比較的短くすることができる。例えば、電力変換装置１１０及び電動機１２０は、双方の筐体同士が機械的に連結されることにより一体化される。また、電力変換装置１１０及び電動機１２０は、１つの筐体の中の同じ空間に内蔵される形で一体化されてもよい。

【0046】

変速機１３０は、電動機１２０の出力軸と回転可能な態様で機械的に連結され、電動機１２０の出力を変速（増速或いは減速）して外部機器に出力する。

【0047】

電動機１２０及び変速機１３０は、一体化される。これにより、電動機１２０の出力軸と変速機１３０の入力軸との間の距離を非常に短くすることができ、電動機１２０の出力軸と変速機１３０の入力軸との間を直接接続することができる。例えば、電動機１２０及び変速機１３０は、双方の筐体同士が機械的に連結されることにより一体化される。また、電動機１２０及び変速機１３０は、１つの筐体の中の同じ空間に内蔵される形で一体化されてもよい。

【0048】

診断用センサ１４０は、電動機１２０の異常診断のために用いられる。診断用センサ１４０は、電動機１２０の状態に関する物理量を表すデータを取得する。診断用センサ１４０は、１つであってもよいし、複数であってもよい。後者の場合、複数の診断用センサ１４０は、互いに異なる種類の物理量を表すデータを取得する。電動機１２０の診断用センサ１４０の出力は、診断装置１５０に取り込まれる。

【0049】

診断用センサは、例えば、電動機１２０の振動状態に関する物理量を表すデータを取得する振動センサである。振動センサは、例えば、加速度センサである。振動センサの出力には、例えば、電動機１２０の軸受異常、ミスアライメント、負荷異常（負荷の異常振動）、回転子異常によって生じる、電動機１２０の振動状態が反映される。そのため、診断装置１５０は、振動センサの出力に基づき、これらの異常に関する診断を行うことができる。

【0050】

また、診断用センサ１４０は、音センサ（マイクロフォン）であってもよい。音センサには、電動機１２０の振動によって生じる音が反映されることから、診断装置１５０は、音センサの出力に基づき、振動センサと同様の種類の異常に関する診断を行うことができる。

【0051】

また、診断用センサ１４０は、電動機１２０の漏れ電流を表すデータを取得するＺＣＴ（Zero-phase Current Transformer：零相変流器）であってもよい。これにより、診断装置１５０は、ＺＣＴの出力に基づき、電動機１２０の巻線異常（例えば、部分放電やレアショート等）に関する診断を行うことができる。

【0052】

また、診断用センサ１４０は、電動機１２０の電圧を表すデータを取得する電圧センサであってもよい。電圧センサの出力には、例えば、電動機１２０の巻線異常、ミスアライメント、負荷異常、回転子異常等によって生じる、電動機１２０の電圧状態が反映される。そのため、診断装置１５０は、電圧センサの出力に基づき、これらの異常に関する診断を行うことができる。

【0053】

また、診断用センサ１４０は、電動機１２０のトルクを表すデータを取得するトルクセンサであってもよい。トルクセンサの出力には、例えば、電動機１２０の巻線異常、ミスアライメント、負荷異常、回転子異常等によって生じる、電動機１２０のトルク状態が反映される。そのため、診断装置１５０は、トルクセンサの出力に基づき、これらの異常に関する診断を行うことができる。

【0054】

また、診断用センサ１４０は、電動機１２０の温度を表すデータを取得する温度センサであってもよい。温度センサの出力には、例えば、電動機１２０の巻線異常（巻線の断線）、負荷異常（過負荷）、軸受異常（軸受摩耗）等によって生じる、電動機１２０の温度状態が反映される。そのため、診断装置１５０は、温度センサの出力に基づき、これらの異常に関する診断を行うことができる。

【0055】

また、診断用センサ１４０は、電流センサ４０とは別に設けられる、電動機１２０の電流に関するデータを取得可能な電流センサであってもよい。電流センサの出力には、例えば、電動機１２０の巻線異常、ミスアライメント、負荷異常、回転子異常等によって生じる、電動機１２０の電流状態が反映される。そのため、診断装置１５０は、電流センサの出力に基づき、これらの異常に関する診断を行うことができる。

【0056】

また、診断用センサ１４０は、回転状態センサ７０とは別に設けられる、電動機１２０の回転状態（回転位置や回転速度）に関するデータを取得可能な回転状態センサであってもよい。回転状態センサの出力には、例えば、電動機１２０の軸受異常、ミスアライメント、回転子異常（回転子の偏心）によって生じる、電動機１２０の回転速度や回転位置の状態が反映される。そのため、診断装置１５０は、回転状態センサの出力に基づき、これらの異常に関する診断を行うことができる。

【0057】

尚、トルクセンサの出力や温度センサの出力は、電動機１２０の制御に利用されてもよい。

【0058】

診断装置１５０は、電動機１２０の異常診断を行う。

【0059】

診断装置１５０の機能は、任意のハードウェア或いは任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ等により実現されてよい。診断装置１５０は、ＣＰＵ、メモリ装置、補助記憶装置、及びインタフェース装置を含むコンピュータ等によって構成される。メモリ装置は、例えば、ＳＲＡＭである。補助記憶装置は、例えば、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリである。インタフェース装置は、例えば、外部の記録媒体と接続する外部インタフェースや他の機器と通信を行うための通信インタフェース等を含む。診断装置１５０は、補助記憶装置にインストールされるプログラムをメモリ装置にロードしＣＰＵ上で実行することにより各種機能を実現することができる。また、診断装置１５０は、外部インタフェースを通じて、記録媒体からプログラムを取り込みインストールしたり、通信インタフェースを通じて、他の機器からプログラムを取り込みインストールしたりすることができる。

【0060】

尚、診断装置１５０の機能は、電気駆動ユニット１００に搭載される複数の診断装置によって分散して実現されてもよい。また、診断装置１５０の機能の一部又は全部は、制御回路８０に統合されてもよい。

【0061】

表示部１６０は、制御回路８０や診断装置１５０の制御下で、ユーザ（例えば、電動機１２０で駆動される生産設備や機械設備が設置される工場の作業者等）に向けて電力変換装置１１０に関する情報を表示する。表示部１６０は、例えば、警告灯、電光掲示板、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイ等を含む。

【0062】

通信部１７０は、所定の通信回線を通じて、電力変換装置１１０の外部装置と通信を行う。

【0063】

所定の通信回線は、例えば、一対一の通信線であってよい。また、所定の通信回線には、例えば、電動機１２０により駆動される生産設備や機械設備等が設置される施設（工場）内に構築されるフィールドネットワーク等のローカルネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network）が含まれてよい。ローカルネットワークは、有線で構築されていてもよいし、無線で構築されていてもよいし、その双方を含んでいてもよい。また、所定の通信回線には、例えば、電動機１２０により駆動される生産設備や機械設備等が設置される施設（工場）の外部の広域ネットワーク（ＷＡＮ：Wide Area Network）が含まれてもよい。広域ネットワークには、例えば、基地局を末端とする移動体通信網、通信衛星を利用する衛星通信網、インターネット網等が含まれてよい。また、所定の通信回線には、例えば、ブルートゥース（登録商標）やＷｉＦｉ等の所定の無線通信規格による近距離通信回線が含まれてもよい。

【0064】

尚、通信部１７０の機能は、インタフェース装置の一機能として、制御回路８０や診断装置１５０に内蔵されてもよい。

【0065】

管理装置２００は、電力変換装置１１０の外部に設けられる。管理装置２００は、電力変換装置１１０の上位装置として、電力変換装置１１０と通信可能に接続され、電力変換装置１１０及び電動機１２０に関する管理を行う。

【0066】

管理装置２００は、例えば、電力変換装置１１０から電力変換装置１１０や電動機１２０の状態に関するデータを取得し、電力変換装置１１０や電動機１２０の状態の監視機能に関する処理を行う。また、管理装置２００は、例えば、電力変換装置１１０及び電動機１２０が設置される工場の作業者や管理者等のユーザと、電力変換装置１１０との間のやり取りに関するインタフェース機能に関する処理を行う。具体的には、管理装置２００は、電動機１２０や電力変換装置１１０に関する情報を提供したり、ユーザからの入力を受け付け電力変換装置１１０に送信したりするための処理を行ってよい。

【0067】

管理装置２００は、例えば、電動機１２０で駆動される機械設備や生産設備が設置される工場等において、電力変換装置１１０を含むフィールドデバイスを管理するＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等のエッジコントローラである。また、管理装置２００は、例えば、工場の機械設備や生産設備等の管理用の端末装置である。管理用の端末装置は、例えば、工場等の事務所に設置されるデスクトップ型のＰＣ（Personal Computer）等の定置型のコンピュータ端末であってよい。また、管理用の端末装置は、例えば、タブレット端末、スマートフォン、ラップトップ型のＰＣ等の工場の管理者や作業者等が携帯可能な可搬型の端末装置（携帯端末）であってもよい。また、管理装置２００は、例えば、サーバ装置である。サーバ装置は、例えば、電動機１２０で駆動される生産設備や機械設備が設置される工場等の遠隔に設置されるオンプレミスサーバやクラウドサーバであってよい。また、サーバ装置は、電動機１２０で電気駆動される生産設備や機械設備が設置される工場等の敷地内やその近隣の施設に設置されるエッジサーバであってもよい。

【0068】

管理装置２００の機能は、任意のハードウェア或いは任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにより実現される。例えば、管理装置２００は、ＣＰＵ、メモリ装置、補助記憶装置、高速演算装置、インタフェース装置を含むコンピュータを中心に構成される。また、管理装置２００は、入力装置及び表示装置等のユーザインタフェース機器を有してもよい。メモリ装置は、例えば、ＳＲＡＭやＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等を含む。補助記憶装置は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）やＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ等を含む。高速演算装置は、例えば、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等を含む。インタフェース装置は、例えば、外部の記録媒体と接続する外部インタフェースや他の機器と通信を行うための通信インタフェース等を含む。管理装置２００は、補助記憶装置にインストールされるプログラムをメモリ装置にロードしＣＰＵ上で実行することにより各種機能を実現することができる。また、管理装置２００は、外部インタフェースを通じて、記録媒体からプログラムを取り込みインストールしたり、通信インタフェースを通じて、他の機器からプログラムを取り込みインストールしたりすることができる。入力装置は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等を含む。表示装置は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等を含む。

【0069】

端末装置３００は、電力変換装置１１０の外部に設けられ、診断システム１のユーザに利用されるユーザ端末である。診断システム１のユーザは、例えば、電動機１２０で駆動される生産設備や機械設備が設置される工場の管理者や作業者等である。端末装置３００は、例えば、ユーザに電力変換装置１１０や電動機１２０に関する各種情報を提供したり、ユーザから各種入力を受け付け、電力変換装置１１０に送信したりする。端末装置３００は、管理装置２００経由で電動機１２０や電力変換装置１１０に関する情報を取得してもよいし、電力変換装置１１０から電動機１２０や電力変換装置１１０に関する情報を直接取得してもよい。同様に、端末装置３００は、管理装置２００経由で電力変換装置１１０にユーザからの各種入力を送信してもよいし、電力変換装置１１０にユーザからの入力を直接送信してもよい。

【0070】

端末装置３００は、例えば、デスクトップ型のＰＣ等の定置型の端末装置であってもよいし、例えば、スマートフォン、タブレット端末、ラップトップ型のＰＣ等の可搬型の端末装置（携帯端末）であってもよい。

【0071】

端末装置３００の機能は、任意のハードウェア或いは任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにより実現される。例えば、端末装置３００は、ＣＰＵ、メモリ装置、補助記憶装置、インタフェース装置を含むコンピュータや入力装置及び表示装置等のユーザインタフェース機器を中心に構成される。メモリ装置は、例えば、ＳＲＡＭやＤＲＡＭ等を含む。補助記憶装置は、例えば、ＨＤＤやＳＳＤやＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ等を含む。インタフェース装置は、例えば、外部の記録媒体と接続する外部インタフェースや他の機器と通信を行うための通信インタフェース等を含む。端末装置３００は、補助記憶装置にインストールされるプログラムをメモリ装置にロードしＣＰＵ上で実行することにより各種機能を実現することができる。また、端末装置３００は、外部インタフェースを通じて、記録媒体からプログラムを取り込みインストールしたり、通信インタフェースを通じて、他の機器からプログラムを取り込みインストールしたりすることができる。入力装置は、例えば、ボタンスイッチ、キーボード、マウス、タッチパネル等を含む。表示装置は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等を含む。

【0072】

［制御回路及び診断装置の機能構成］
次に、図２～図４を参照して、制御回路８０及び診断装置１５０の機能構成について説明する。

【0073】

図２は、制御回路８０及び診断装置１５０の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。

【0074】

図２に示すように、制御回路８０は、センサデータ処理部８０１と、制御演算部８０２と、制御指令値生成部８０３と、電動機制御部８０４とを含む。

【0075】

センサデータ処理部８０１は、制御用センサから取り込まれるデータ（以下、「制御用センサデータ」）を取得し、電動機１２０の制御に関する所定の処理を行う。例えば、センサデータ処理部８０１は、電動機１２０がベクトル制御される場合、電流センサ４０の出力（３相の電流の検出値）に基づき、α軸及びβ軸の電流の検出値を演算し、α軸及びβ軸の電流の検出値に基づき、ｄ軸及びｑ軸の電流の検出値を演算する。

【0076】

制御演算部８０２は、センサデータ処理部８０１の出力に基づき、電動機１２０の制御に関する演算を行う。例えば、電動機１２０の速度フィードバック制御が行われる場合、制御演算部８０２は、電動機１２０の速度の検出値（或いは推定値）と速度指令値と偏差に基づき、電動機１２０の電流指令値を演算する。

【0077】

制御指令値生成部８０３は、制御演算部８０２の出力に基づき、電力変換装置１１０による、直接の制御対象の物理量（例えば、電動機１２０の電圧）に関する制御指令値を生成する。例えば、制御指令値生成部８０３は、制御演算部８０２により演算される、電動機１２０の電流指令値に基づき、電動機１２０のＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電圧に関する指令値（電圧指令値）等を生成する。

【0078】

電動機制御部８０４は、制御指令値生成部８０３により生成される制御指令値に基づき、電力変換装置１１０を用いて、電動機１２０を制御する。例えば、電動機制御部８０４は、電動機１２０の電圧が電圧指令値に近づくように、インバータ回路３０の制御に関する指令の信号（ゲート信号）をゲート駆動回路６０に出力する。

【0079】

センサデータ処理部１５０１は、診断用センサ１４０から取り込まれるデータ（以下、「診断用センサデータ」）を取得し、電動機１２０の異常診断に関する所定の処理を行う。例えば、センサデータ処理部１５０１は、診断用センサデータに対応する、電動機１２０の状態を表す物理量の検出値の時系列データ（波形データ）に基づき、周波数解析を行う。また、センサデータ処理部１５０１は、診断用センサデータに対応する、電動機１２０の状態を表す物理量の検出値の時系列データ（波形データ）に基づき、波形分析を行ってもよい。診断用センサデータに対応する、電動機１２０の状態を表す物理量は、振動センサ（加速度センサ）に対応する加速度、音センサ（マイクロフォン）に対応する音圧、温度センサに対応する温度等である。

【0080】

波形分析では、対象の波形データに含まれる特定周波数の成分の波形の振幅に関する分析が行われる。特定周波数は、電動機１２０の異常と相関を有する特定の周波数であり、例えば、電動機１２０の回転周波数の高調波成分（逓倍成分）である。対象の波形データに含まれる特定周波数の成分は、例えば、所定のフィルタによって抽出される。この際、電動機１２０の回転周波数が頻繁に変動する場合、所定のフィルタは、電動機１２０の回転周波数の変動に追従して特定周波数の成分を抽出可能なトラッキングフィルタであってもよい。また、ｄ軸及びｑ軸の電流や電圧の検出値を用いる場合、ｄ軸及びｑ軸の電流や電圧の検出値の波形データをそのまま用いて、波形分析が行われてもよい。ｄ軸及びｑ軸の電流や電圧では、電動機１２０の回転周波数の成分が直流成分となり、その波形データの振幅に回転周波数の高調波成分が現れるからである。例えば、センサデータ処理部１５０１は、対象の波形データについて、波形データに含まれる複数の波形ごとの振幅の度数分布を演算する。複数の波形とは、１周期分或いは半周期分に相当する複数の波形を意味する。対象の波形データに含まれる複数の波形ごとの振幅の度数分布は、例えば、振幅の大きさについての予め規定される全範囲が複数の小範囲に区分され、その小範囲ごとに対象の波形データの振幅の大きさの度数が集計されることにより得られる。対象の波形データに含まれる複数の波形ごとの振幅の大きさは、例えば、既知の波形計数法を用いて、対象の波形データから取得される。波形計数法は、例えば、極大極小法である。また、波形計数法は、最大値最小値法や振幅法やレベルクロッシング法やレンジベア法であってもよい。また、波形計数法は、レインフロー法であってもよい。

【0081】

特徴量取得部１５０２は、センサデータ処理部１５０１の出力に基づき、診断用センサデータに対応する、電動機１２０の状態を表す物理量について、電動機１２０の異常に関する特徴量を取得する。特徴量取得部１５０４により取得される特徴量は、１つであってもよいし複数であってもよい。

【0082】

例えば、図３に示すように、特徴量取得部１５０２は、センサデータ処理部１５０１の周波数解析の結果に基づき、電動機１２０の異常に関する特徴量を取得する。本例では、特徴量取得部１５０２は、電動機１２０の異常と相関を有する特定周波数ｆ１，ｆ２の成分のスペクトル値Ｓを特徴量として取得する。

【0083】

また、例えば、図４に示すように、特徴量取得部１５０２は、センサデータ処理部１５０１の波形分析の結果に基づき、電動機１２０の異常に関する特徴量を取得してもよい。本例では、特徴量取得部１５０２は、波形分析の結果の度数分布について、振幅値が所定の閾値Ａｔｈを超える範囲の度数の合計値を特徴量として取得する。電動機１２０が正常な場合（図４Ａ参照）、比較的大きい閾値Ａｔｈを超える振幅値が出現することはほとんどないものの、電動機１２０が異常な場合（図４Ｂ参照）、閾値Ａｔｈを超える振幅値が出現する頻度が相対的に高くなるからである。

【0084】

センサデータ処理部１５０３は、制御回路８０から制御用センサデータを取得し、電動機１２０の異常診断に関する所定の処理を行う。例えば、センサデータ処理部１５０３は、制御用センサデータに対応する、電動機１２０の状態を表す物理量の検出値の時系列データ（波形データ）に基づき、周波数解析を行う。また、センサデータ処理部１５０１は、診断用センサデータに対応する、電動機１２０の状態を表す物理量の検出値の時系列データ（波形データ）に基づき、波形分析を行ってもよい。

【0085】

特徴量取得部１５０４は、センサデータ処理部１５０３の出力に基づき、診断用センサデータに対応する、電動機１２０の状態を表す物理量について、電動機１２０の異常に関する特徴量を取得する。特徴量取得部１５０４により取得される特徴量は、１つであってもよいし複数であってもよい。

【0086】

例えば、特徴量取得部１５０４は、特徴量取得部１５０２の場合と同様、センサデータ処理部１５０３の周波数解析の結果に基づき、電動機１２０の異常に関する特徴量を取得する。

【0087】

また、特徴量取得部１５０４は、特徴量取得部１５０２の場合と同様、センサデータ処理部１５０３の波形分析の結果に基づき、電動機１２０の異常に関する特徴量を取得してもよい。

【0088】

また、特徴量取得部１５０４は、センサデータ処理部１５０３の出力に代えて、制御回路８０で使用される、電動機１２０の制御用のデータ（以下、「制御用データ」）に基づき、電動機１２０の異常に関する特徴量を取得してもよい。電動機１２０の制御用のデータには、電動機１２０の状態が反映されているからである。制御用データには、例えば、電動機１２０の状態を表す物理量の指令値（速度指令値、トルク指令値、電流指令値、電圧指令値）やＰＩ（Proportional Integral）制御等で生成される制御用の可変されるパラメータ等が含まれる。

【0089】

例えば、特徴量取得部１５０４は、上記と同様、制御用データについての周波数解析の結果に基づき、電動機１２０の異常に関する特徴量を取得する。

【0090】

また、特徴量取得部１５０４は、上記と同様、制御用データの波形分析の結果に基づき、電動機１２０の異常に関する特徴量を取得してもよい。

【0091】

また、特徴量取得部１５０４は、センサデータ処理部１５０３の出力、及び制御用データの双方を組み合わせて、電動機１２０の異常に関する特徴量を抽出してもよい。

【0092】

例えば、特徴量取得部１５０４は、センサデータ処理部１５０３の出力に基づく特徴量と、制御用データに基づく特徴量とを組み合わせて、電動機１２０の異常に関する特徴量を抽出する。具体的には、特徴量取得部１５０４は、センサデータ処理部１５０３の出力、及び制御用データのそれぞれに基づく特徴量についての所定の演算を行うことにより、電動機１２０の異常に関する特徴量を抽出してよい。

【0093】

異常診断部１５０５は、特徴量取得部１５０２により取得される特徴量と、特徴量取得部１５０４により取得される特徴量とに基づき、電動機１２０の異常診断を行う。

【0094】

例えば、異常診断部１５０５は、特徴量取得部１５０２により取得される特徴量に基づき、電動機１２０の異常診断を行う。また、異常診断部１５０５は、特徴量取得部１５０４により取得される特徴量に基づき、電動機１２０の異常診断を行う。そして、異常診断部１５０５は、双方の診断結果の何れか一方で異常があると診断されている場合、電動機１２０に異常があるとの最終的な診断を行う。また、異常診断部１５０５は、双方の診断結果のうちの異常度合いが高い方の診断結果を、電動機１２０の異常度合いの最終的な診断結果として採用する。これにより、例えば、診断装置１５０は、何れか一方の特徴量からは異常の兆候を発見できない場合であっても、他方の特徴量から異常の発生や異常の兆候を発見することができる場合がある。そのため、診断装置１５０は、電動機１２０の異常に関する診断をより適切に行うことができる。

【0095】

また、異常診断部１５０５は、特徴量取得部１５０２により取得される特徴量と特徴量取得部１５０４により取得される特徴量との相関関係に基づき、電動機１２０の異常診断を行ってもよい。

【0096】

例えば、制御用センサ（電流センサ４０）の出力や制御用データには電動機１２０の軽負荷時の制御状態が現れているにも関わらず、診断用センサ（温度センサ）には、電動機１２０の想定外の温度上昇が現れる場合がある。その結果、特徴量取得部１５０４により取得される特徴量には軽負荷時の正常な制御状態が反映される一方、特徴量取得部１５０２により取得される特徴量には電動機１２０の異常な温度上昇が反映される。この場合、異常診断部１５０５は、特徴量取得部１５０２により取得される特徴量と、特徴量取得部１５０４により取得される特徴量との相関関係に対する背反から、電動機１２０に異常があると診断することができる。

【0097】

また、制御用センサ（電流センサ４０）の出力や制御用データには電動機１２０の重負荷時の制御状態が現れているにも関わらず、診断用センサ（温度センサ）には、電動機１２０の温度が変化しない或いは低下する状態が現れる場合がある。その結果、特徴量取得部１５０４により取得される特徴量には重負荷時の正常な制御状態が反映される一方、特徴量取得部１５０２により取得される特徴量には想定外の温度の維持や低下が反映される。この場合、異常診断部１５０５は、特徴量取得部１５０２により取得される特徴量と、特徴量取得部１５０４により取得される特徴量との相関関係に対する背反から、電動機１２０に異常があると診断することができる。

【0098】

また、異常診断部１５０５は、特徴量取得部１５０２により取得される特徴量に基づき、電動機１２０の異常に関する分析を行う。また、異常診断部１５０５は、特徴量取得部１５０４により取得される特徴量に基づき、電動機１２０の異常に関する分析を行う。それぞれの分析は、例えば、診断対象の異常の種類ごとに行われる、異常の有無に関する分析である。診断対象の異常は、例えば、制御用センサや制御用データや診断用センサの種類によって予め規定される。そして、異常診断部１５０５は、双方の分析結果に基づき、電動機１２０の異常に関する診断を行う。これにより、異常診断部１５０５は、一方の分析結果と、他方の分析結果との間の相関関係に基づき、電動機１２０に異常がある場合の電動機１２０の異常の原因を推定することができる。

【0099】

例えば、制御用センサ（電流センサ４０）の出力や制御用データには電動機１２０の異常が反映されていない一方で、診断用センサ１４０（振動センサ）には、電動機１２０の異常が反映される場合がある。その結果、特徴量取得部１５０４により取得される特徴量には異常の兆候が現れない一方、特徴量取得部１５０２により取得される特徴量には異常の発生や異常の兆候が現れる。この場合、異常診断部１５０５は、電動機１２０の異常の発生や異常の兆候が機械的な原因によるものであると推定することができる。

【0100】

また、診断用センサ１４０（振動センサ）には電動機１２０の異常が反映されていない一方で、制御用センサ（電流センサ４０）の出力や制御用データには電動機１２０の異常が反映される場合もある。その結果、特徴量取得部１５０２により取得される特徴量には異常の兆候が現れない一方、特徴量取得部１５０４により取得される特徴量には異常の発生や異常の兆候が現れる。この場合、異常診断部１５０５は、電動機１２０の異常の発生や異常の兆候が電気的な原因によるものであると推定することができる。

【0101】

また、異常診断部１５０５は、特徴量取得部１５０２により取得される特徴量と特徴量取得部１５０４により取得される特徴量とを組み合わせて、電動機１２０の異常診断を行ってもよい。

【0102】

例えば、異常診断部１５０５は、特徴量取得部１５０２により取得される特徴量と、特徴量取得部１５０４により取得される特徴量とを組み合わせた特徴量ベクトルに基づき、既知の多変量解析の手法を用いて、電動機１２０の異常診断を行う。これにより、例えば、異常診断部１５０５は、異常の種類ごとに規定される異常空間と特徴量ベクトルとの距離（例えば、マハラノビス距離）等によって、異常の度合いや異常の有無を診断することができる。

【0103】

また、異常診断部１５０５は、特徴量ベクトルに基づき、例えば、サポートベクターマシーン（ＳＶＭ：Support Vector Machine）等の既知の識別器を用いて、電動機１２０の異常診断を行ってもよい。これにより、例えば、異常診断部１５０５は、異常の種類ごとに規定される、特徴ベクトル空間上での超平面との関係に基づき、電動機の異常の度合いや異常の有無を診断することができる。

【0104】

通知部１５０６は、異常診断部１５０５による診断結果をユーザに通知する。

【0105】

例えば、通知部１５０６は、表示部１６０に診断結果に関する情報を表示する。また、通知部１５０６は、通信部１７０を通じて、診断結果に関する情報を含む信号を管理装置２００や端末装置３００に送信してもよい。これにより、通知部１５０６は、管理装置２００や端末装置３００を通じて、ユーザに診断結果を通知することができる。

【0106】

［電気駆動ユニットの構造］
次に、図１に加えて、図５～図８を参照して、電気駆動ユニット１００の構造について説明する。

【0107】

以下、第１の比較例及び第２の比較例の電気駆動システムについて、本実施形態に係る電気駆動ユニット１００と同じ構成には同じ符号を付して説明を行う。

【0108】

＜電力変換装置及び電動機の構造＞
図５は、第１の比較例に係る電気駆動システムを示す図である。図６は、電気駆動ユニット１００の一例を示す図である。

【0109】

図５に示すように、第１の比較例に係る電気駆動システムは、電力変換装置１１０と電動機１２０とが別体で構成され、その間は、３相（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）の電力線に対応するケーブル等で電気的に接続される。

【0110】

電力変換装置１１０と電動機１２０との間の３相の電力線には、配線インピーダンスＩＭＰがあるため、電力変換装置１１０と電動機１２０との間の電力線の電流を検出する電流センサ４０の出力には、配線インピーダンスＩＭＰの影響が反映される可能性がある。また、電流センサ４０に加えて、電動機１２０の電圧を検出する電圧センサが設けられる場合についても同様である。特に、第１の比較例では、電力変換装置１１０と電動機１２０とが別体で構成されることから、電力変換装置１１０と電動機１２０との間の３相の電力線の長さが相対的に長くなる可能性がある。その結果、３相の取り回しの差異等によって、３相の電力線の間で配線インピーダンスＩＭＰのアンバランスが顕著になる可能性がある。よって、診断装置１５０は、３相の配線インピーダンスＩＭＰのアンバランスの影響が反映された電流センサ４０や電圧センサの出力に基づき、巻線異常による電動機１２０の３相の電流や電圧のアンバランスが生じていると誤った診断を行ってしまう可能性がある。

【0111】

これに対して、図６に示すように、本実施形態では、電力変換装置１１０及び電動機１２０は、一体化され筐体１００Ｈに内蔵される。これにより、電力変換装置１１０と電動機１２０との間を接続する３相の電力線の長さを非常に短くすることができる。そのため、３相の配線インピーダンスＩＭＰを非常に小さくすることができ、その結果、配線インピーダンスＩＭＰの電流センサ４０や電圧センサの出力への影響を抑制することができる。よって、診断装置１５０は、より適切に電動機１２０の異常に関する診断を行うことができる。

【0112】

＜電動機及び変速機の構造＞
図７は、第２の比較例に係る電気駆動システムを示す図である。図８は、電気駆動ユニット１００の他の例を示す図である。

【0113】

図７に示すように、第２の比較例に係る電気駆動システムでは、電動機１２０と変速機１３０とが別体に構成され、電動機１２０の出力軸から延びるシャフトＳＦＴ１と変速機１３０の入力軸から延びるシャフトＳＦＴ２とがカップリングＣＰにより連結される。そのため、シャフトＳＦＴ１及びシャフトＳＦＴ２の連結体がカップリングＣＰにおいてたわみが生じたり、カップリングＣＰにミスアライメント（接続不良）が生じたりする可能性がある。その結果、電動機１２０に取り付けられる診断用センサ１４０（振動センサや温度センサ）にカップリングＣＰでのたわみの影響やカップリングＣＰでのミスアライメントの影響が反映される可能性がある。よって、診断装置１５０は、診断用センサ１４０の出力に基づき、電動機１２０の機械的異常（軸受異常）と変速機１３０の機械的な異常とを区別することができず、誤った診断を行ってしまう可能性がある。

【0114】

また、電動機１２０と変速機１３０との間の距離が特に長くなると、カップリングＣＰの長さも長くなり、その結果、カップリングＣＰでの非常に小さいミスアライメントであっても、大きな振動の原因になってしまう可能性がある。

【0115】

また、電動機１２０と変速機１３０とが別体に設けられることから、変速機１３０の機械的な異常を診断するための診断用センサ（振動センサや温度センサ）を診断用センサ１４０とは別に変速機１３０に設ける必要がある。

【0116】

これに対して、図８に示すように、本実施形態では、電動機１２０及び変速機１３０が一体化され筐体１００Ｈに内蔵される。これにより、電動機１２０の出力軸と変速機１３０の入力軸との間の距離を非常に小さくし、電動機１２０の出力軸と変速機１３０の入力軸とを直接接続することができる。そのため、カップリングＣＰによるたわみやカップリングＣＰでのミスアライメントの影響を抑制し、診断装置１５０は、電動機１２０及び変速機１３０の機械的異常を区別し、電動機１２０の異常診断をより適切に行うことができる。また、カップリングＣＰでのミスアライメントに起因するような大きな振動を抑制することができる。

【0117】

また、本実施形態では、診断用センサ１４０が筐体１００Ｈに取り付けられ、電動機１２０及び変速機１３０の振動状態や温度状態を測定することができる。そのため、診断装置１５０は、１つの診断用センサ１４０を用いて、電動機１２０の機械的な異常に関する診断に加え、変速機１３０の機械的な異常に関する診断を行うことができる。

【0118】

尚、例えば、電動機１２０と変速機１３０とでは、固有振動数や熱容量等が異なる。そのため、診断装置１５０は、これらを考慮することで、１つの診断用センサ１４０の出力に基づき、電動機１２０の機械的な異常と変速機１３０の機械的な異常とを区別することができる。また、診断用センサ１４０は、筐体１００Ｈの内側に取り付けられてもよい。

【0119】

［他の実施形態］
次に、他の実施形態について説明する。

【0120】

上述の実施形態には、適宜変形や変更が加えられてもよい。

【0121】

例えば、上述の実施形態では、電力変換装置１１０は、商用電源ＰＳから入力される３相交流電力に代えて、直流電源から入力される電力を用いて、電動機１２０の駆動電力を生成し出力してもよい。この場合、例えば、直流電源から入力される直流電圧は、正ラインＰＬ及び負ラインＮＬの間に印加される。また、この場合、整流回路１０は省略されてもよい。

【0122】

また、上述の実施形態では、電力変換装置１１０は、Ｒ相、Ｓ相、及びＴ相の３相交流の電力を、直接、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３相交流の電力に変換可能なマトリクスコンバータであってもよい。

【0123】

また、例えば、上述の実施形態や変形例では、診断装置１５０の機能の一部又は全部は、電気駆動ユニット１００の外部に移管されてもよい。例えば、診断装置１５０の機能の一部又は全部は、管理装置２００や端末装置３００に移管されてもよい。この場合、電動機１２０の異常に関する診断のために必要なデータは、通信部１７０を通じて、管理装置２００や端末装置３００等の外部装置に送信（アップロード）される。

【0124】

［作用］
次に、本実施形態に係る診断システム及び電気駆動ユニットの作用について説明する。

【0125】

本実施形態では、診断システムは、電動機と、電力変換装置と、第１のセンサと、診断装置と、を備える。診断システムは、上述の診断システム１である。電動機は、上述の電動機１２０である。電力変換装置は、上述の電力変換装置１１０である。第１のセンサは、診断用センサ１４０である。診断装置は、例えば、診断装置１５０である。具体的には、電力変換装置は、電動機と一体化され、電動機に駆動電力を供給する。また、第１のセンサは、一体化された電動機及び電力変換装置の筐体に内蔵され又は取り付けられ、電動機の状態に関する第１の物理量を表すデータを取得する。筐体は、例えば、上述の筐体１００Ｈである。第１の物理量は、例えば、上述の振動に関する物理量、音に関する物理量、電流、電圧、トルク、回転状態に関する物理量等である。そして、診断装置は、第１の物理量を表すデータに基づき、電動機の異常に関する診断を行う。

【0126】

また、本実施形態では、電気駆動ユニットは、電動機と、電力変換装置と、第１のセンサと、診断装置と、を備えてもよい。電気駆動ユニットは、例えば、上述の電気駆動ユニット１００である。

【0127】

これにより、電動機と電力変換装置と間の距離を非常に短くすることができる。そのため、例えば、電力変換装置と電動機との間の３相の電力線のインピーダンスのアンバランスを抑制し、そのアンバランスによる第１のセンサの出力への影響を抑制することができる。よって、診断システムは、電動機の異常に関する診断をより適切に行うことができる。また、電動機と電力変換装置の一体化に伴う第１のセンサの筐体への内蔵或いは取付によって、第１のセンサから第１のセンサの出力が取り込まれるインタフェース（例えば、制御回路）までの配線を短くすることができる。そのため、第１のセンサの出力へのノイズ等の影響を抑制し、その結果、電動機の異常に関する診断をより適切に行うことができると共に、電動機の異常に関する診断に用いられる構成の省スペース化及びコンパクト化を図ることができる。

【0128】

また、本実施形態では、診断システムは、第２のセンサと、制御装置と、を備えてもよい。第２のセンサは、例えば、上述の電流センサ４０や回転状態センサ７０である。制御装置は、例えば、上述の制御回路８０である。具体的には、第２のセンサは、第１の物理量と異なる第２の物理量を表すデータを取得してもよい。第２の物理量は、例えば、上述の電流、電圧、トルク、回転状態に関する物理量等である。また、制御装置は、第２の物理量を表すデータに基づき、電力変換装置を用いて、電動機の動作を制御してもよい。そして、診断装置は、第１の物理量を表すデータと、第２の物理量を表すデータ、及び制御装置により生成される制御用のデータの少なくとも一方とを組み合わせて、電動機の異常に関する診断を行ってもよい。

【0129】

これにより、診断システム等は、データの組み合わせによって、電動機の電気的な異常や機械的な異常の別を問わず、多種に亘る電動機の異常に関する診断を行うことができる。

【0130】

また、本実施形態では、診断装置は、第１の物理量に関するデータに基づき、電動機の異常に関する第１の特徴量を取得し、第２の物理量に関するデータ、及び制御用のデータの少なくとも一方に基づき、第２の特徴量を取得し、第１の特徴量及び第２の特徴量の組み合わせに基づき、電動機の異常に関する診断を行ってもよい。第１の特徴量は、例えば、上述の特徴量取得部１５０２により取得される特徴量である。第２の特徴量は、例えば、上述の特徴量取得部１５０４により取得される特徴量である。

【0131】

これにより、診断システム等は、異なる種類の第１の特徴量及び第２の特徴量を組み合わせることによって、多種に亘る電動機の異常に関する診断を行うことができる。

【0132】

また、本実施形態では、診断装置は、第１の特徴量及び第２の特徴量の相関関係に基づき、電動機の異常に関する診断を行ってもよい。

【0133】

これにより、診断システム等は、異なる種類の第１の特徴量と第２の特徴量との相関関係に基づき、異常の発生や異常の兆候を見出すことができる。

【0134】

また、本実施形態では、診断装置は、第１の物理量に関するデータに基づき、電動機の異常に関する第１の分析を行い、第２の物理量に関するデータ及び制御用のデータの少なくとも一方に基づき、電動機の異常に関する第２の分析を行い、第１の分析及び第２の分析の結果の相関関係に基づき、電動機の異常に関する診断を行ってもよい。

【0135】

これにより、診断システム等は、例えば、異なる種類の第１の特徴量及び第２の特徴量のそれぞれに基づく分析結果同士の相関関係を用いて、異常の原因（種類）を推定することができる。

【0136】

また、本実施形態では、第１の物理量は、電動機の温度、電動機の音に関する物理量、又は電動機の振動に関する物理量であってもよい。そして、第２の物理量は、電動機の電流又は電圧であってもよい。

【0137】

これにより、診断システム等は、第１の物理量を表すデータと、第２の物理量を表すデータとを組み合わせて、電動機の電気的な異常や機械的な異常の別を問わず、多種に亘る電動機の異常に関する診断を行うことができる。

【0138】

また、本実施形態では、診断システムは、変速機を備えてもよい。変速機は、例えば、上述の変速機１３０である。具体的には、変速機は、電動機と一体化され、電動機の回転軸と機械的に連結されてもよい。また、第１の物理量は、電動機の振動に関する物理量であってもよい。そして、第１のセンサは、一体化される電動機及び変速機の筐体に取り付けられる又は内蔵されてもよい。

【0139】

これにより、例えば、電動機と変速機との間の距離を非常に短く設定することができ、電動機の出力軸と変速機の入力軸との間を直接連結することができる。そのため、電動機の出力軸から延びるシャフトと変速機の入力軸から延びるシャフトとをカップリングで連結する場合のように、カップリングでのたわみやカップリングでのミスアライメントを抑制することができる。その結果、カップリングでのたわみやカップリングでのミスアライメントの影響が第１のセンサの出力に反映され、電動機の機械的な異常と変速機の機械的な異常を区別できないような事態を抑制することができる。よって、診断システムは、電動機の異常に関する診断をより適切に行うことができる。

【0140】

また、本実施形態では、診断装置は、第１のセンサにより取得されるデータに基づき、変速機の機械的な異常に関する診断を行ってもよい。

【0141】

これにより、第１のセンサの出力によって、電動機及び変速機の双方の機械的な異常に関する診断を行うことができる。

【0142】

以上、実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0143】

１ 診断システム
１０ 整流回路
２０ 平滑回路
２１ 平滑コンデンサ
３０ インバータ回路
４０ 電流センサ
５０ 電圧センサ
６０ ゲート駆動回路
７０ 回転状態センサ
８０ 制御回路
１００ 電気駆動ユニット
１００Ｈ 筐体
１１０ 電力変換装置
１２０ 電動機
１３０ 変速機
１４０ 診断用センサ
１５０ 診断装置
１６０ 表示部
１７０ 通信部
２００ 管理装置
３００ 端末装置
８０１ センサデータ処理部
８０２ 制御演算部
８０３ 制御指令値生成部
８０４ 電動機制御部
１５０１ センサデータ処理部
１５０２ 特徴量取得部
１５０３ センサデータ処理部
１５０４ 特徴量取得部
１５０５ 異常診断部
１５０６ 通知部
ＩＭＰ 配線インピーダンス
ＮＬ 負ライン
ＰＬ 正ライン
ＰＳ 商用電源
ＳＤ 半導体ダイオード
ＳＦＴ１，ＳＦＴ２ シャフト
ＳＷ 半導体スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】