特許 7031757 電力変換装置、圧送装置、制御方法、診断装置及び診断方法

(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】2022-02-28

(45)【発行日】2022-03-08

(54)【発明の名称】電力変換装置、圧送装置、制御方法、診断装置及び診断方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20220301BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20220301BHJP

   H02P 27/08 20060101ALI20220301BHJP

   H02P 29/024 20160101ALI20220301BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

H02M1/00 C

H02P27/08

H02P29/024

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020555596

(86)(22)【出願日】2019-11-07

(86)【国際出願番号】 JP2019043723

(87)【国際公開番号】W WO2020096007

(87)【国際公開日】2020-05-14

【審査請求日】2021-05-19

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2018/041719

(32)【優先日】2018-11-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(74)【代理人】

【識別番号】100171099

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】池 英昭

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】実開昭６０－１８５０７８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０６－１６５５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２０３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１１７８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ １／００

Ｈ０２Ｐ ２７／０８

Ｈ０２Ｐ ２９／０２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動式の駆動対象に電力を供給する電力変換部と、
前記駆動対象の駆動速度に対応する速度データと、前記駆動対象の駆動力に対応する力データとを取得するデータ取得部と、
前記力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定する閾値設定部と、
前記振幅指標値が前記閾値を超えるのに応じて前記駆動対象の異常を検出する異常検出部と、を備え、
前記閾値設定部は、前記速度データが大きくなるにつれて前記閾値を大きくする、電力変換装置。

【請求項2】

前記閾値設定部は、前記速度データが大きくなるにつれて、前記閾値と、平常時における前記振幅指標値との差を大きくする、請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記速度データと前記閾値との関係を示すように予め設定された閾値ラインを記憶する閾値保持部を更に備え、
前記閾値設定部は、前記速度データと前記閾値ラインとに基づいて前記閾値を設定する、請求項１又は２記載の電力変換装置。

【請求項4】

平常時における前記速度データと前記力データとに基づいて前記閾値ラインを設定するライン設定部を更に備える、請求項３記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記ライン設定部は、前記平常時における前記速度データと前記力データとに基づいて、前記平常時における前記速度データと前記振幅指標値との関係を示す基準ラインを導出し、前記基準ラインに基づいて前記閾値ラインを設定する、請求項４記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記電力変換部から前記駆動対象にテスト運転用の前記電力を供給させるスキャン制御部を更に備え、
前記ライン設定部は、前記テスト運転中に取得された前記速度データ及び前記力データに基づいて前記閾値ラインを設定する、請求項４又は５記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記力データの取得時よりも所定期間前から当該取得時までの間に取得された複数の前記力データに基づき前記振動成分の振幅を前記振幅指標値として導出する指標値導出部を更に備える、請求項１～６のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記力データと、当該力データの取得時よりも所定期間前から当該取得時までの間に取得された過去の前記力データに基づく前記力データのトレンド値との差を前記振幅指標値として導出する指標値導出部を更に備える、請求項１～６のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか一項記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置から供給された前記電力により駆動される電動式のポンプと、を備える圧送装置。

【請求項10】

前記ポンプに固定され、前記電力変換装置を保持する電装保持部を更に備える、請求項９記載の圧送装置。

【請求項11】

電動式の駆動対象に電力を供給することと、
前記駆動対象の駆動速度に対応する速度データと、前記駆動対象の駆動力に対応する力データとを取得することと、
前記力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定することと、
前記振幅指標値が前記閾値を超えるのに応じて前記駆動対象の異常を検出することと、を含み、
前記速度データが大きくなるにつれて前記閾値を大きくする、制御方法。

【請求項12】

電力変換部が電動式の駆動対象に供給する電力に基づいて、前記駆動対象の駆動力に対応する力データを取得するデータ取得部と、
前記力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定する閾値設定部と、
前記振幅指標値が前記閾値を超えるのに応じて前記駆動対象の異常を検出する異常検出部と、を備え、
前記閾値設定部は、前記駆動対象の駆動速度が大きくなるにつれて前記閾値を大きくする、診断装置。

【請求項13】

電力変換部が電動式の駆動対象に供給する電力に基づいて、前記駆動対象の駆動力に対応する力データを取得することと、
前記力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定することと、
前記振幅指標値が前記閾値を超えるのに応じて前記駆動対象の異常を検出することと、を含み、
前記駆動対象の駆動速度が大きくなるにつれて前記閾値を大きくする、診断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換装置、圧送装置、制御方法、診断装置及び診断方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ポンプの駆動用の電動機に出力する電動機電流が、あらかじめ設定した電動機無負荷電流値に低下して到達し、かつ、あらかじめ設定した時間が経過しても電動機電流が増加しない場合には、速やかにインバータ装置を停止させると共に、警報を出力する手段を備えるインバータ装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平６－１６５５２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、駆動対象の異常検出機能を容易に構築可能な電力変換装置、圧送装置、制御方法、診断装置及び診断方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係る電力変換装置は、電動式の駆動対象に電力を供給する電力変換部と、駆動対象の駆動速度に対応する速度データと、駆動対象の駆動力に対応する力データとを取得するデータ取得部と、力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定する閾値設定部と、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて駆動対象の異常を検出する異常検出部と、を備え、閾値設定部は、速度データが大きくなるにつれて閾値を大きくする。

【0006】

本開示の他の側面に係る圧送装置は、上記電力変換装置と、電力変換装置から供給された電力により駆動される電動式のポンプと、を備える。

【0007】

本開示の更に他の側面に係る制御方法は、電動式の駆動対象に電力を供給することと、駆動対象の駆動速度に対応する速度データと、駆動対象の駆動力に対応する力データとを取得することと、力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定することと、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて駆動対象の異常を検出することと、を含み、速度データが大きくなるにつれて閾値を大きくする。

【0008】

本開示の更に他の側面に係る診断装置は、電力変換部が電動式の駆動対象に供給する電力に基づいて、駆動対象の駆動力に対応する力データを取得するデータ取得部と、力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定する閾値設定部と、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて駆動対象の異常を検出する異常検出部と、を備え、閾値設定部は、駆動対象の駆動速度が大きくなるにつれて閾値を大きくする。

【0009】

本開示の更に他の側面に係る診断方法は、電力変換部が電動式の駆動対象に供給する電力に基づいて、駆動対象の駆動力に対応する力データを取得することと、力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定することと、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて駆動対象の異常を検出することと、を含み、駆動対象の駆動速度が大きくなるにつれて閾値を大きくする。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、駆動対象の異常検出機能を容易に構築可能な装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】圧送装置の側面図である。

【図2】電力変換装置の機能的な構成を示すブロック図である。

【図3】閾値ラインを例示するグラフである。

【図4】電力変換装置のハードウェア構成図である。

【図5】閾値ラインの設定手順を示すフローチャートである。

【図6】運転状態監視手順を示すフローチャートである。

【図7】閾値ラインの設定手順の変形例を示すフローチャートである。

【図8】診断装置の変形例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0013】

〔圧送装置〕
（全体構成）
図１に示す圧送装置１は、液体を圧送するポンプ２０と、ポンプ２０を駆動するポンプ駆動装置１０と、これらを一体的に保持するユニットベース２とを備える。

【0014】

ポンプ２０は、非容積型の回転式ポンプである。例えばポンプ２０は、渦巻ポンプ等の遠心ポンプであり、遠心力により液体を圧送するインペラ２１を有する。なお、ポンプ２０は、容積型のポンプであってもよいし、ダイヤフラム式又はベローズ式等の往復式ポンプであってもよい。ポンプ２０は、定常運転時における駆動速度と駆動力との関係が定まるものであればいかなるポンプであってもよい。

【0015】

ポンプ駆動装置１０は、モータ１１と、電力変換装置１００と、電装保持部１３とを有する。モータ１１は、ポンプ２０の駆動用の動力源である。モータ１１の具体例としては、回転型の同期電動機又は誘導電動機等が挙げられる。

【0016】

電力変換装置１００は、上位コントローラ３００（図２参照）から受信した周波数指令（速度指令）にモータ１１の回転速度を追従させるための交流電力を生成する。なお、電力変換装置１００は、上位コントローラ３００からの受信に代えて周波数指令を内部演算で生成してもよいし、予め設定された周波数指令を内部に保持していてもよい。電力変換装置１００の構成については後に詳述する。

【0017】

電装保持部１３は、モータ１１に固定され、電力変換装置１００を保持する。例えば電装保持部１３は、モータ１１のフレーム外周に固定されたケースであり、その内部に電力変換装置１００を保持する。

【0018】

（電力変換装置）
電力変換装置１００は、圧送装置１（電動式の駆動対象）に電力を供給することと、圧送装置１の駆動速度に対応する速度データと、圧送装置１の駆動力に対応する力データとを取得することと、力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定することと、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて圧送装置１の異常を検出することと、を実行するように構成されている。例えば図２に示すように、電力変換装置１００は、機能上の構成（以下、「機能モジュール」という。）として、電力変換部１１１と、速度制御部１１２と、電流制御部１１３と、電流検出部１１４と、データ取得部１２１と、運転データ保持部１２２と、指標値導出部１２３と、閾値保持部１２４と、閾値設定部１２５と、異常検出部１２６とを有する。

【0019】

電力変換部１１１は、圧送装置１のモータ１１に駆動電力を出力する。例えば電力変換部１１１は、電圧指令に応じた電圧振幅にて、モータ１１の磁極に追従可能な周波数の交流電圧をモータ１１に出力する。例えば電力変換部１１１は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式により上記交流電圧を生成する。電力変換部１１１は、直流母線の直流電力を交流電力に変換して駆動電力を生成するインバータであってもよいし、交流電源側の交流電力とモータ１１側の交流電力との間で双方向の電力変換を行うマトリクスコンバータであってもよい。

【0020】

速度制御部１１２は、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に追従するように、電力変換部１１１に駆動電力を出力させる。目標速度は、例えば上位コントローラ３００から受信した周波数指令である。目標速度は、電力変換装置１００の内部演算により生成された周波数指令であってもよいし、予め設定され電力変換装置１００の内部に保持された周波数指令であってもよい。速度制御部１１２は、速度偏差を縮小するための電流指令（トルク指令）を算出する。

【0021】

電流制御部１１３は、速度制御部１１２により算出された電流指令と、モータ１１に出力中の電流（以下、「出力電流」という。）との偏差を縮小するための電圧指令を算出し、電力変換部１１１に出力する。これにより、電力変換部１１１は、ポンプ２０の駆動速度を目標速度に追従させる駆動電力をモータ１１に出力する。電流検出部１１４は、電力変換部１１１からモータ１１への出力電流を検出する。

【0022】

データ取得部１２１は、圧送装置１の駆動速度に対応する速度データと、圧送装置１の駆動力に対応する力データとを取得する。速度データは、圧送装置１の駆動速度（例えばモータ１１の回転速度）に対応する限りいかなるデータであってもよい。ここでの「対応」は、駆動速度の増減に応じて速度データが増減することを意味する。速度データの具体例としては、モータ１１の回転速度の指令値、モータ１１に供給される交流電力の周波数指令値等が挙げられる。速度データは、パルスジェネレータ等のセンサにより検出されるモータ１１の回転速度の検出値であってもよい。

【0023】

力データは、圧送装置１の駆動力（例えばモータ１１のトルク）に対応する限りいかなるデータであってもよい。ここでの「対応」は、駆動力の増減に応じて力データが増減する相関関係を意味する。力データの具体例としては、モータ１１に供給される電流の検出値（例えば電流検出部１１４による検出値）が挙げられる。力データは、モータ１１に供給される電流の指令値であってもよいし、力センサによるトルク検出値であってもよい。

【0024】

運転データ保持部１２２は、データ取得部１２１により取得された速度データ及び力データを時系列で記憶する。

【0025】

指標値導出部１２３は、運転データ保持部１２２が記憶する力データに基づいて、上記振幅指標値を導出する。上記振幅指標値は、力データの振動成分の振幅に対応していればいかなるデータであってもよい。ここでの「対応」は、振幅の増減に応じて振幅指標値が増減する相関関係を意味する。

【0026】

例えば指標値導出部１２３は、力データの取得時よりも所定期間前から当該取得時までの間に取得された複数の力データに基づき、力データの振動成分の振幅を振幅指標値として導出する。振幅は、負側のピークから正側のピークまでの幅であってもよいし、負側のピークから正側のピークまでの幅の半分であってもよい。振動成分は、圧送装置１の定常運転における力データの振動成分である。定常運転とは、圧送対象の液体（以下、単に「液体」という。）がポンプ２０内に充填され、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に実質的に一致した運転状態を意味する。実質的に一致とは、駆動速度と目標速度との差異が無視可能な誤差範囲内であることを意味する。振幅は、例えば所定時間内の最大値と最小値の差から求めてもよいし、そのほか高速フーリエ変換（ＦＦＴ）でも導出可能である。例えば指標値導出部１２３は、ＦＦＴにより所定の周波数成分の振幅を振幅指標値として導出してもよいし、所定帯域の周波数成分における振幅の平均値又は最大値等を振幅指標値として導出してもよい。

【0027】

指標値導出部１２３は、力データと、当該力データの取得時よりも所定期間前から当該取得時までの間に取得された過去の力データに基づく力データのトレンド値との差を振幅指標値として導出してもよい。例えば指標値導出部１２３は、運転データ保持部１２２内の最新の力データに対して、過去の力データを用いたローパス型のフィルタリングを施してトレンド値を算出する。

【0028】

ローパス型のフィルタリングの具体例としては、有限インパルス応答方式のフィルタリングが挙げられる。有限インパルス応答方式の一次フィルタリングを用いる場合、トレンド値は次式により導出される。
Ｙ＝Ａ・Ｘ［ｋ］＋（１－Ａ）・Ｘ［ｋ－１］・・・（１）
Ｙ：トレンド値
Ｘ［ｋ］：最新の力データ
Ｘ［ｋ－１］：一つ前に取得された力データ
Ａ：フィルタ係数

【0029】

有限インパルス応答方式の二次フィルタリングを用いる場合、トレンド値は次式により導出される。
Ｙ＝Ａ・Ｘ［ｋ］＋Ｂ・Ｘ［ｋ－１］＋（１－Ａ－Ｂ）・Ｘ［ｋ－２］・・・（２）
Ｙ：トレンド値
Ｘ［ｋ］：最新の力データ
Ｘ［ｋ－１］：一つ前に取得された力データ
Ｘ［ｋ－２］：二つ前に取得された力データ
Ａ，Ｂ：フィルタ係数

【0030】

なお、指標値導出部１２３は、必ずしも最新の力データをトレンド値の算出に用いなくてもよく、過去の力データのみに基づいてトレンド値を算出してもよい。例えば、上記Ｘ［ｋ］が、最新に対していくつか（例えば一つ）前に取得された力データであってもよい。

【0031】

閾値保持部１２４は、速度データと振幅指標値の閾値との関係を示すように予め設定された閾値ラインを記憶する。以下、振幅指標値の閾値を「振幅閾値」という。振幅閾値は、例えばその値を超えたら正常ではないと判断できる程度の大きさに設定された上限値である。閾値保持部１２４は、閾値ラインを当該ライン上に並ぶ点列のデータとして記憶していてもよいし、閾値ラインを関数として記憶していてもよい。

【0032】

図３は、閾値ラインを例示するグラフであり、横軸は速度データの大きさを示し、縦軸は振幅指標値の大きさを示している。ラインＬ２１は、平常時における速度データと振幅指標値との関係を模式的に示している。平常時とは、装置の故障又は圧送対象の流体（例えば液体）不足等の異常が生じていない時、あるいは、軸受が劣化・損傷せず、または、回転軸の軸心がずれていない時等を意味する。以下、ラインＬ２１を「平常ラインＬ２１」という。ラインＬ１１は閾値ラインを示している。図３の（ａ）に示すように、閾値ラインＬ１１は、速度データの値ごとの振幅閾値が平常時における振幅指標値よりも大きくなるように設定されている。換言すると、閾値ラインＬ１１は、平常ラインＬ２１よりも高位に設定されている。

【0033】

また、図３に示すように、ラインＬ１１は、速度データが大きくなるにつれて振幅閾値が大きくなるように設定されている。図３の（ｂ）に示すように、閾値ラインＬ１１は、速度データが大きくなるにつれて、振幅閾値と、平常時における振幅指標値との差が大きくなるように設定されていてもよい。換言すると、速度データが大きくなるにつれて、閾値ラインＬ１１と平常ラインＬ２１との間隔が大きくなっていてもよい。図３の（ｃ）に示すように、閾値ラインは、速度データとの関係が曲線状となるように設定されていてもよい。

【0034】

閾値設定部１２５は、速度データに基づいて振幅閾値を設定する。閾値設定部１２５は、速度データが大きくなるにつれて振幅閾値を大きくする。閾値設定部１２５は、速度データが大きくなるにつれて、振幅閾値と、平常時における振幅指標値との差を大きくしてもよい。例えば閾値設定部１２５は、データ取得部１２１が取得した最新の速度データと、閾値保持部１２４が記憶する閾値ラインとに基づいて、当該最新の速度データに対応する振幅閾値を設定する。

【0035】

異常検出部１２６は、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて圧送装置１の異常を検出する。ここでの異常検出は、あくまで振幅閾値が平常とは異なっていることを判定することを意味するに過ぎず、必ずしも実際の異常発生の検出を意味するわけではない。異常検出部１２６は、異常を検出したことを上位コントローラ３００に報知してもよいし、電力変換装置１００に設けられた表示部（例えば液晶モニタ又は警告灯等）に表示してもよい。

【0036】

電力変換装置１００は、ユーザの入力に基づいて閾値ラインを設定することを更に実行するように構成されていてもよい。例えば電力変換装置１００は、図２に示すように、入力データ取得部１３１と、入力データ保持部１３２と、ライン設定部１３３とを更に有してもよい。入力データ取得部１３１は、一つの速度データとこれに対応する振幅閾値との対応を示す入力データ（以下、「閾値入力データ」という。）を設定用コンピュータ２００から取得する。入力データ取得部１３１は、互いに速度データの異なる複数（例えば三つ以上）の閾値入力データを取得するように構成されていてもよい。入力データ取得部１３１は、入力可能な速度データの範囲を制限するように構成されていてもよい。入力データ保持部１３２は、入力データ取得部１３１が取得した閾値入力データを記憶する。

【0037】

ライン設定部１３３は、入力データ取得部１３１により取得された複数の閾値入力データの間を補間するように閾値ラインを設定する。例えばライン設定部１３３は、複数の閾値入力データ同士の間を、線形関数、多項式関数、又はスプライン関数等により関数化してもよいし、これらの関数を用いて閾値入力データ同士の間に点列を補ってもよい。また、ライン設定部１３３は、複数の閾値入力データの範囲外を、線形関数、多項式関数、又はスプライン関数等により外挿してもよい。外挿とは、複数の閾値入力データの範囲内の関数を拡張して関数化するか、拡張した関数を用いて点列を補うことを意味する。

【0038】

電力変換装置１００は、平常時における速度データと力データとに基づいて閾値ラインを設定することを更に実行するように構成されていてもよい。この場合、電力変換装置１００は、モータ１１にテスト運転用の電力を供給し、テスト運転中に取得された速度データと力データとに基づいて閾値ラインを設定するように構成されていてもよい。例えば電力変換装置１００は、スキャン指令保持部１４１と、スキャン制御部１４２と、テストデータ保持部１４４と、ライン設定部１４５とを更に有する。

【0039】

スキャン指令保持部１４１は、閾値ラインを設定するための上記テスト運転用の速度指令を記憶する。速度指令は、複数の速度指令値を含んでいる。スキャン制御部１４２は、電力変換部１１１からモータ１１にテスト運転用の電力を供給させる。例えばスキャン制御部１４２は、スキャン指令保持部１４１が記憶する速度指令に従ってモータ１１を動作させるための電力を電力変換部１１１からモータ１１に供給させる。テストデータ保持部１４４は、テスト運転中に取得された速度データと、テスト運転中に取得された力データに基づき指標値導出部１２３が導出した振幅指標値とを、上記複数の速度指令値ごとに記憶する。

【0040】

ライン設定部１４５は、平常時における速度データと力データとに基づいて閾値ラインを設定する。例えばライン設定部１４５は、平常時にテストデータ保持部１４４に保存された速度データと振幅指標値とに基づいて、平常時における速度データと振幅指標値との関係を示す基準ライン（例えば図３のラインＬ２１）を導出し、基準ラインに基づいて閾値ラインを設定する。例えばライン設定部１４５は、基準ラインに所定のマージンを加算したラインを閾値ラインとする。ライン設定部１４５は、速度データが大きくなるにつれて上記マージンを大きくしてもよい。これにより、速度データが大きくなるにつれて、振幅閾値と、平常時における振幅指標値との差が大きくなる。

【0041】

図４は、電力変換装置１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図４に示すように、電力変換装置１００は、制御回路１９０と、スイッチング回路１８１と、電流センサ１８２とを有する。

【0042】

制御回路１９０は、一つ又は複数のプロセッサ１９１と、メモリ１９２と、ストレージ１９３と、入出力ポート１９４と、通信ポート１９５とを含む。ストレージ１９３は、例えば不揮発性の半導体メモリ等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。記憶媒体は、上述した電力変換装置１００の各機能モジュールを構成するためのプログラムを記憶している。メモリ１９２は、ストレージ１９３の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ１９１による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ１９１は、メモリ１９２と協働して上記プログラムを実行することで、電力変換装置１００の各機能モジュールを構成する。入出力ポート１９４は、入力電源の端子台があるほか、プロセッサ１９１からの指令に従って、スイッチング回路１８１及び電流センサ１８２との間で電気信号の入出力を行う。通信ポート１９５は、プロセッサ１９１からの指令に従って、設定用コンピュータ２００及び上位コントローラ３００との間で情報通信を行う。

【0043】

なお、制御回路１９０は、必ずしもプログラムにより各機能を構成するものに限られない。例えば制御回路１９０は、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により少なくとも一部の機能を構成してもよい。

【0044】

スイッチング回路１８１は、制御回路１９０からの指令（例えば入出力ポート１９４からの電気信号）に従って動作し、上記電力変換部１１１として機能する。例えばスイッチング回路１８１は、入出力ポート１９４からの電気信号（例えばゲート信号）に従って複数のスイッチング素子のオン、オフを切り替えることにより、上記駆動電力をモータ１１に出力する。スイッチング素子は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等である。

【0045】

電流センサ１８２は、制御回路１９０からの指令（例えば入出力ポート１９４からの電気信号）に従って動作し、上述した電流検出部１１４として機能する。電流センサ１８２は、スイッチング回路１８１からモータ１１への出力電流を検出する。

【0046】

〔制御方法〕
続いて、制御方法の一例として、電力変換装置１００が実行する制御手順を例示する。この制御手順は、を含む。以下、この制御手順を、閾値ラインの設定手順と、運転状態監視手順とに分けて詳細に例示する。

【0047】

（閾値ラインの設定手順）
図５に示すように、電力変換装置１００は、まずステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３を実行する。ステップＳ０１では、入力データ取得部１３１が、上記閾値入力データの取得用の画面（以下、「閾値入力画面」という。）を設定用コンピュータ２００に表示させる。ステップＳ０２では、入力データ取得部１３１が、閾値入力画面に入力された閾値入力データの登録指示を待機する。この登録指示は、例えば設定用コンピュータ２００において、閾値入力画面のボタンの操作（例えばクリック又はタップ）により入力される。ステップＳ０３では、入力データ取得部１３１が、閾値入力画面に入力された閾値入力データを設定用コンピュータ２００から取得して入力データ保持部１３２に保存する。

【0048】

次に、電力変換装置１００はステップＳ０４を実行する。ステップＳ０４では、閾値ラインの設定に必要な数の閾値入力データが取得されたか否かをライン設定部１３３が確認する。

【0049】

ステップＳ０４において、閾値ラインの設定に必要な数の閾値入力データは取得されていないと判定した場合、電力変換装置１００は処理をステップＳ０１に戻す。以後、閾値ラインの設定に必要な数の閾値入力データが取得されるまで、入力データ取得部１３１による閾値入力データの取得が繰り返される。

【0050】

ステップＳ０４において、閾値ラインの設定に必要な数の閾値入力データが取得されたと判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ０５を実行する。ステップＳ０５では、ライン設定部１３３が、入力データ取得部１３１により取得された複数の閾値入力データの間を補間するように閾値ラインを設定し、設定した閾値ラインを閾値保持部１２４に保存する。以上で閾値ラインの設定手順が完了する。

【0051】

（運転状態監視手順）
図６に示すように、電力変換装置１００は、ステップＳ１１，Ｓ１２を実行する。ステップＳ１１では、速度制御部１１２が、上位コントローラ３００等からのモータ１１の運転開始指令を待機する。ステップＳ１２では、速度制御部１１２が、上位コントローラ３００からの指令等に応じて電力変換部１１１を制御して、モータ１１を起動させる。例えば速度制御部１１２は、電力変換部１１１からモータ１１への駆動電力の出力を開始させる。以後、速度制御部１１２は、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に追従するように、電力変換部１１１に駆動電力を出力させる。

【0052】

次に、電力変換装置１００は、ステップＳ１３，Ｓ１４を実行する。ステップＳ１３では、データ取得部１２１が上記速度データと上記力データとを取得し、運転データ保持部１２２に保存する。ステップＳ１４では、振幅指標値の導出に必要な数（以下、単に「必要数」という。）のデータが運転データ保持部１２２に蓄積されたか否かを指標値導出部１２３が確認する。運転データ保持部１２２に蓄積されたデータの数が必要数に達していないと判定した場合、電力変換装置１００は処理をステップＳ１３に戻す。以後、必要数のデータが運転データ保持部１２２に蓄積されるまでは、速度データ及び力データの取得と保存が繰り返される。

【0053】

ステップＳ１４において、必要数のデータが運転データ保持部１２２に蓄積されたと判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ１５，Ｓ１６を実行する。ステップＳ１５では、指標値導出部１２３が、運転データ保持部１２２に蓄積された力データに基づいて振幅指標値を導出する。ステップＳ１６では、データ取得部１２１が取得した最新の速度データと、閾値保持部１２４が記憶する閾値ラインとに基づいて、当該最新の速度データに対応する振幅閾値を閾値設定部１２５が設定する。

【0054】

次に、電力変換装置１００はステップＳ１７を実行する。ステップＳ１７では、異常検出部１２６が、ステップＳ１５において導出された振幅指標値がステップＳ１６において設定された振幅閾値を超えているか否かを確認する。振幅指標値が振幅閾値を超えていると判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ１８を実行する。ステップＳ１８では、異常検出部１２６が、異常を検出したことを上位コントローラ３００に報知する。

【0055】

次に、電力変換装置１００はステップＳ１９を実行する。ステップＳ１７において振幅指標値が振幅閾値を超えていないと判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ１８を実行することなくステップＳ１９を実行する。ステップＳ１９では、上位コントローラ３００等からのモータ１１の停止指令があるか否かを速度制御部１１２が確認する。ステップＳ１９において停止指令はないと判定した場合、電力変換装置１００は処理をステップＳ１３に戻す。以後、モータ１１の停止指令があるまでは、圧送装置１の運転状態の監視が継続される。ステップＳ１９において停止指令があると判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ２１を実行する。ステップＳ２１では、速度制御部１１２が電力変換部１１１にモータ１１を停止させる。例えば速度制御部１１２は、電力変換部１１１からモータ１１への駆動電力の出力を停止させる。以上で運転状態監視手順が完了する。

【0056】

（閾値ラインの設定手順の変形例）
続いて閾値ラインの設定手順の変形例を示す。図７に示すように、電力変換装置１００は、まずステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３を実行する。ステップＳ３１では、スキャン制御部１４２が、上位コントローラ３００等からのモータ１１のテスト運転開始指令を待機する。ステップＳ３２では、スキャン制御部１４２がモータ１１の目標速度を初期速度に設定する。例えばスキャン制御部１４２は、スキャン指令保持部１４１が記憶する上記複数の速度指令値の最小値を目標速度とする。ステップＳ３３では、スキャン制御部１４２が、モータ１１の速度制御の開始を速度制御部１１２に要求する。速度制御部１１２は、電力変換部１１１からモータ１１への駆動電力の出力を開始させる。以後、速度制御部１１２は、ポンプ２０の駆動速度が目標速度に追従するように、電力変換部１１１に駆動電力を出力させる。

【0057】

次に、電力変換装置１００は、上記必要数のデータが運転データ保持部１２２に蓄積されるまで、ステップＳ１３，Ｓ１４と同様のステップＳ３４，Ｓ３５を繰り返す。次に、電力変換装置１００はステップＳ３６を実行する。ステップＳ３６では、指標値導出部１２３が、運転データ保持部１２２に蓄積された力データに基づいて振幅指標値を導出する。

【0058】

次に、電力変換装置１００はステップＳ３７を実行する。ステップＳ３７では、所定のサンプリング期間が経過したか否かをスキャン制御部１４２が確認する。サンプリング期間は経過していないと判定した場合、電力変換装置１００は処理をステップＳ３４に戻す。以後、サンプリング期間が経過するまでは、一定の目標速度においてデータの取得と振幅指標値の導出とが繰り返される。

【0059】

次に、電力変換装置１００はステップＳ３８を実行する。ステップＳ３８では、指標値導出部１２３が、サンプリング期間中に算出した振幅指標値の最大値と、速度データとを対応付けてテストデータ保持部１４４に保存する。

【0060】

次に、電力変換装置１００はステップＳ３９を実行する。ステップＳ３９では、モータ１１の目標速度が最終速度に達しているか否かをスキャン制御部１４２が確認する。最終速度は、例えばスキャン指令保持部１４１が記憶する上記複数の速度指令値の最大値である。モータ１１の目標速度は最終速度に達していないと判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ４１を実行する。ステップＳ４１では、スキャン制御部１４２が目標速度を変更する。例えばスキャン制御部１４２は、現在目標速度とされている速度指令値の次に大きな速度指令値を次の目標速度とする。その後、電力変換装置１００は処理をステップＳ３４に戻す。以後、目標速度が最終速度に達したと判定されるまで、振幅指標値と速度データとが速度指令値ごとにテストデータ保持部１４４に保存される。

【0061】

ステップＳ４１において、目標速度が最終速度に達していると判定した場合、電力変換装置１００はステップＳ４２，Ｓ４３を実行する。ステップＳ４２では、スキャン制御部１４２がモータ１１の停止を速度制御部１１２に要求する。速度制御部１１２は、電力変換部１１１からモータ１１への駆動電力の出力を停止させる。ステップＳ４３では、ライン設定部１４５が、テストデータ保持部１４４に保存された速度データと振幅指標値とに基づいて上記基準ラインを導出し、基準ラインに基づいて閾値ラインを設定する。ライン設定部１４５は、設定した閾値ラインを閾値保持部１２４に保存する。以上で閾値ラインの設定が完了する。

【0062】

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、電力変換装置１００は、圧送装置１に電力を供給する電力変換部１１１と、圧送装置１の駆動速度に対応する速度データと、圧送装置１の駆動力に対応する力データとを取得するデータ取得部１２１と、力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定する閾値設定部１２５と、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて駆動対象の異常を検出する異常検出部１２６と、を備え、閾値設定部１２５は、速度データが大きくなるにつれて閾値を大きくする。

【0063】

この電力変換装置１００によれば、力データの振動成分の振幅に基づいて異常が検出される。速度データと力データとの関係は、圧送装置１の設置環境等に応じて大きく変わり得る。これに対し、速度データと振動成分の振幅との関係には、圧送装置１の設置環境等によらない法則性を見出しやすい。例えば、平常時においては、速度データが大きくなるにつれて振動成分の振幅が大きくなる傾向がある。これに応じ、閾値設定部１２５は、速度データが大きくなるにつれて振幅閾値を大きくする。これにより、高速域における異常の誤検出を抑制しつつ、低速域における異常の検出感度を高めることができる。このように、設置環境等によらない汎用的なロジックが予め組み込まれることによって、設置環境等に応じた個別の設定作業を削減することができる。従って、異常検出機能を容易に構築可能である。

【0064】

閾値設定部１２５は、速度データが大きくなるにつれて、閾値と、平常時における振幅指標値との差を大きくしてもよい。この場合、高速域における異常の誤検出抑制と、低速域における検出感度向上との両立をより確実に図ることができる。

【0065】

電力変換装置１００は、速度データと閾値との関係を示すように予め設定された閾値ラインを記憶する閾値保持部１２４を更に備え、閾値設定部１２５は、速度データと閾値ラインＬ１１とに基づいて閾値を設定してもよい。この場合、閾値ラインに基づくことによって、小さな演算負荷で迅速に振幅閾値を設定することができる。

【0066】

電力変換装置１００は、平常時における速度データと力データとに基づいて閾値ラインＬ１１を設定するライン設定部１４５を更に備えていてもよい。この場合、閾値ラインＬ１１の設定も電力変換装置１００により実行される。このため、異常検出機能を更に容易に構築可能である。

【0067】

ライン設定部１４５は、平常時における速度データと力データとに基づいて、平常時における速度データと振幅指標値との関係を示す基準ラインＬ２１を導出し、基準ラインＬ２１に基づいて閾値ラインＬ１１を設定してもよい。この場合、各速度域において、異常の誤検出抑制と、検出感度向上との両立をより確実に図ることができる。

【0068】

電力変換装置１００は、電力変換部１１１から駆動対象にテスト運転用の電力を供給させるスキャン制御部１４２を更に備え、ライン設定部１４５は、テスト運転中に取得された速度データ及び力データに基づいて閾値ラインＬ１１を設定してもよい。この場合、閾値ラインＬ１１の設定用に予め設定されたテスト運転が電力変換装置１００によって自動実行される。このため、異常検出機能を更に容易に構築可能である。

【0069】

電力変換装置１００は、力データの取得時よりも所定期間前から当該取得時までの間に取得された複数の力データに基づき振動成分の振幅を振幅指標値として導出する指標値導出部１２３を更に備えていてもよい。この場合、振幅自体を導出した上で振幅閾値との関係が確認される。従って、駆動対象の異常をより高い信頼性で検出可能である。

【0070】

電力変換装置１００は、力データと、当該力データの取得時よりも所定期間前から当該取得時までの間に取得された過去の力データに基づく力データのトレンド値との差を振幅指標値として導出する指標値導出部１２３を更に備えていてもよい。この場合、異常が突発した状況等においても、駆動対象の異常を迅速に検出し得る。

【0071】

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。上述の実施形態においては、電力変換部１１１が圧送装置１に供給する電力に基づいて、圧送装置１の駆動力に対応する力データを取得することと、力データの振動成分の振幅に対応する振幅指標値の閾値を設定することと、振幅指標値が閾値を超えるのに応じて圧送装置１の異常を検出することと、を含み、圧送装置１の駆動速度が大きくなるにつれて閾値を大きくする診断手順を実行する診断装置が、圧送装置１の電力変換装置１００に組み込まれた構成を例示したが、診断装置は圧送装置１の外部に設けられていてもよい。例えば、図８に示す診断装置４００は、圧送装置１の外部に構成されており、データ取得部１２１と、運転データ保持部１２２と、指標値導出部１２３と、閾値保持部１２４と、閾値設定部１２５と、異常検出部１２６と、入力データ取得部１３１と、入力データ保持部１３２と、ライン設定部１３３と、スキャン指令保持部１４１と、スキャン制御部１４２と、テストデータ保持部１４４とを有する。診断装置は上位コントローラ３００に組み込まれていてもよい。また、電動式の駆動対象は圧送装置１に限られない。電動式の駆動対象は、ファン及び撹拌機等、電動式のモータを動力源とするものであればよい。また、モータ自体が電動式の駆動対象であってもよい。この場合、モータ自体の軸受の劣化・損傷等の異常検出が可能である。

【符号の説明】

【0072】

１…圧送装置（電動式の駆動対象）、１３…電装保持部、２０…ポンプ、１００…電力変換装置、１１１…電力変換部、１２１…データ取得部、１２３…指標値導出部、１２４…閾値保持部、１２５…閾値設定部、１２６…異常検出部、１４５…ライン設定部、１４２…スキャン制御部、４００…診断装置、Ｌ１１…閾値ライン、Ｌ２１…平常ライン（基準ライン）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】