特許 7366571 寿命予測装置、空調システム、寿命予測方法及びプログラム

(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】2023-10-13

(45)【発行日】2023-10-23

(54)【発明の名称】寿命予測装置、空調システム、寿命予測方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20231016BHJP

   F24F 11/88 20180101ALI20231016BHJP

   G01R 31/00 20060101ALI20231016BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

F24F11/88

G01R31/00

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019070436

(22)【出願日】2019-04-02

(65)【公開番号】P2020171100

(43)【公開日】2020-10-15

【審査請求日】2022-02-09

(73)【特許権者】

【識別番号】516299338

【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100210572

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 太一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 純一

(72)【発明者】

【氏名】高田 潤一

(72)【発明者】

【氏名】清水 健志

【審査官】東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－６９８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－６０８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－５０３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１８３１１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－１６６５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１４３１００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－２３５５９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／００－７／９８

Ｇ０１Ｒ ３１／００

Ｆ２４Ｆ １１／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

商用電源からの交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータとの間に設けられ、前記直流電力を平滑化する電解コンデンサの寿命を予測する装置であって、
前記整流器側から前記電解コンデンサに入力される第１のリプル電流を計測する第１リプル電流計測部と、
前記インバータ側から前記電解コンデンサに入力される第２のリプル電流を計測する第２リプル電流計測部と、
前記第１のリプル電流の計測値及び前記第２のリプル電流の計測値に基づいて前記電解コンデンサに入力される総リプル電流を演算する総リプル電流演算部と、
前記総リプル電流の演算結果を所定の寿命演算式に代入して前記電解コンデンサの寿命を演算する寿命演算部と、
を備え、
前記第１リプル電流計測部は、前記整流器と、前記電解コンデンサの上流側に接続されたリアクタとの間に設けられた第１の電流センサを通じて前記第１のリプル電流を取得する、
寿命予測装置。

【請求項2】

前記第１リプル電流計測部は、前記第１の電流センサを通じて前記整流器から前記インバータに流れる直流電流値を取得し、
取得した前記直流電流値から当該直流電流値の時間平均値を差し引くことで、前記第１のリプル電流の計測値を演算する
請求項１に記載の寿命予測装置。

【請求項3】

前記第２リプル電流計測部は、モータに流れるモータ電流を検出可能な第２の電流センサを通じてモータ電流値を取得し、
前記インバータの動作で適用されている変調率と、前記モータ電流値と、前記第２のリプル電流の値との関係が規定されてなるリプル電流テーブルを参照して、前記第２のリプル電流の計測値を特定する
請求項１または請求項２に記載の寿命予測装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の寿命予測装置を備える
空調システム。

【請求項5】

商用電源からの交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータとの間に設けられ、前記直流電力を平滑化する電解コンデンサの寿命を推定する方法であって、
前記整流器側から前記電解コンデンサに入力される第１のリプル電流を計測するステップと、
前記インバータ側から前記電解コンデンサに入力される第２のリプル電流を計測するステップと、
前記第１のリプル電流の計測値及び前記第２のリプル電流の計測値に基づいて前記電解コンデンサに入力される総リプル電流を演算するステップと、
前記総リプル電流の演算値を所定の寿命演算式に代入して前記電解コンデンサの寿命を演算するステップと、
を有し、
前記第１のリプル電流を計測するステップでは、前記整流器と、前記電解コンデンサの上流側に接続されたリアクタとの間に設けられた第１の電流センサを通じて前記第１のリプル電流を取得する、
寿命予測方法。

【請求項6】

商用電源からの交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータとの間に設けられ、前記直流電力を平滑化する電解コンデンサの寿命を推定するコンピュータに、
前記整流器側から前記電解コンデンサに入力される第１のリプル電流を計測するステップと、
前記インバータ側から前記電解コンデンサに入力される第２のリプル電流を計測するステップと、
前記第１のリプル電流の計測値及び前記第２のリプル電流の計測値に基づいて前記電解コンデンサに入力される総リプル電流を演算するステップと、
前記総リプル電流の演算値を所定の寿命演算式に代入して前記電解コンデンサの寿命を演算するステップと、
を実行させるプログラムであって、
前記第１のリプル電流を計測するステップでは、前記整流器と、前記電解コンデンサの上流側に接続されたリアクタとの間に設けられた第１の電流センサを通じて前記第１のリプル電流を取得する、
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、寿命予測装置、空調システム、寿命予測方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

空気調和システム（空調システム）は、入力電源（商用電源）から入力される三相交流電力をモータ駆動用の交流電力に変換する電力変換回路を備えている。この電力変換回路は、リアクタ（リアクトル）や電解コンデンサなどの受動素子の重量比が大きく、これら電装部品の小型化、軽量化が求められている。しかし、リアクタ、電解コンデンサの小型化を図ると、電解コンデンサの寿命低下につながる可能性がある。

【0003】

電解コンデンサの寿命は、電解コンデンサの周囲温度と、当該電解コンデンサに入力されるリプル電流に大きく依存することが知られている。このリプル電流は、特に、入力電源からの三相交流電力の電圧不平衡が発生した場合に大幅に増加する。

【0004】

特許文献１には、電源回路の出力電圧の降下量を用いることにより、コンデンサに対する延命措置が必要か否かを精度よく判定することができる延命装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－２１７９８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の空調システムにおいて、電力変換回路に実装される電解コンデンサの寿命を把握できる機能が求められている。

【0007】

本発明の目的は、電力変換回路に実装される電解コンデンサの寿命を把握可能な寿命予測装置、空調システム、寿命予測方法及びプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の態様によれば、寿命予測装置は、商用電源からの交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータとの間に設けられ、前記直流電力を平滑化する電解コンデンサの寿命を予測する装置であって、前記整流器側から前記電解コンデンサに入力される第１のリプル電流を計測する第１リプル電流計測部と、前記インバータ側から前記電解コンデンサに入力される第２のリプル電流を計測する第２リプル電流計測部と、前記第１のリプル電流の計測値及び前記第２のリプル電流の計測値に基づいて前記電解コンデンサに入力される総リプル電流を演算する総リプル電流演算部と、前記総リプル電流の演算結果を所定の寿命演算式に代入して前記電解コンデンサの寿命を演算する寿命演算部と、を備える。

【0009】

また、本発明の第２の態様によれば、前記第１リプル電流計測部は、前記整流器から前記インバータに流れる直流電流を検出可能な第１の電流センサを通じて直流電流値を取得し、取得した前記直流電流値から当該直流電流値の時間平均値を差し引くことで、前記第１のリプル電流の計測値を演算する。

【0010】

また、本発明の第３の態様によれば、前記第２リプル電流計測部は、前記モータに流れるモータ電流を検出可能な第２の電流センサを通じてモータ電流値を取得し、前記インバータの動作で適用されている変調率と、前記モータ電流値と、前記第２のリプル電流の値との関係が規定されてなるリプル電流テーブルを参照して、前記第２のリプル電流の計測値を特定する。

【0011】

また、本発明の第４の態様によれば、空調システムは、上述の寿命予測装置を備える。

【0012】

また、本発明の第５の態様によれば、寿命予測方法は、商用電源からの交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータとの間に設けられ、前記直流電力を平滑化する電解コンデンサの寿命を推定する方法であって、前記整流器側から前記電解コンデンサに入力される第１のリプル電流を計測するステップと、前記インバータ側から前記電解コンデンサに入力される第２のリプル電流を計測するステップと、前記第１のリプル電流の計測値及び前記第２のリプル電流の計測値に基づいて前記電解コンデンサに入力される総リプル電流を演算するステップと、前記総リプル電流の演算値を所定の寿命演算式に代入して前記電解コンデンサの寿命を演算するステップと、を有する。

【0013】

また、本発明の第６の態様によれば、プログラムは、商用電源からの交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータとの間に設けられ、前記直流電力を平滑化する電解コンデンサの寿命を推定するコンピュータに、前記整流器側から前記電解コンデンサに入力される第１のリプル電流を計測するステップと、前記インバータ側から前記電解コンデンサに入力される第２のリプル電流を計測するステップと、前記第１のリプル電流の計測値及び前記第２のリプル電流の計測値に基づいて前記電解コンデンサに入力される総リプル電流を演算するステップと、前記総リプル電流の演算値を所定の寿命演算式に代入して前記電解コンデンサの寿命を演算するステップと、を実行させる。

【発明の効果】

【0014】

上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、電力変換回路に実装される電解コンデンサの寿命を把握できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施形態に係る空調システムの全体構成を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係るシステム制御部の機能構成を示す図である。

【図3】第１の実施形態に係るモータ制御部の機能構成を示す図である。

【図4】第１の実施形態に係る低周波リプル電流計測部の機能を説明する図である。

【図5】第１の実施形態に係る高周波リプル電流計測部の機能を説明する図である。

【図6】第１の実施形態に係る累積寿命消費率演算部の機能を説明するための図である。

【図7】第１の実施形態に係る累積寿命消費率演算部の機能を説明するための図である。

【図8】第１の実施形態に係る回転数指令出力部の機能を説明するための図である。

【図9】第１の実施形態の変形例に係る回転数指令出力部の機能を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係る寿命予測装置、及び、これを備える空調システムについて、図１～図７を参照しながら説明する。

【0017】

（空調システムの全体構成）
図１は、第１の実施形態に係る空調システムの全体構成を示す図である。
図１に示す空調システム１は、室外機に搭載されて、圧縮機を回転駆動させるシステムである。なお、図１においては、圧縮機等の図示を省略している。

【0018】

本実施形態に係る空調システム１は、電力変換回路１０と、制御装置１１とを具備する。電力変換回路１０は、交流電源ＰＳに接続され、当該交流電源ＰＳから入力される三相交流電力を、モータ１０２の駆動用の交流電力に変換する回路である。交流電源ＰＳは、三相交流電力を出力する一般的な商用電力系統である。モータ１０２は、例えば、圧縮機を回転駆動させる三相交流モータである。
なお、以下の説明では、電力変換回路１０が具備する各構成において、交流電源ＰＳに近い側を「上流側」とも表記し、モータ１０２に近い側を「下流側」とも表記する。

【0019】

電力変換回路１０の構成について説明する。
図１に示すように、電力変換回路１０は、整流器１００と、インバータ１０１と、モータ１０２とを備えている。

【0020】

整流器１００は、例えばダイオードモジュールであって、交流電源ＰＳから入力された三相交流電力を直流電力に変換する。

【0021】

インバータ１０１は、例えばＩＰＭ（Intelligent Power Module）であって、内部のパワートランジスタのスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）動作により、直流電力からモータ駆動用の三相交流電力を生成する。インバータ１０１は、制御装置１１（後述するモータ制御部１１１）からの駆動指令（ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号）に従ってスイッチング動作する。

【0022】

図１に示すように、整流器１００の高電位側出力は、高電圧線Ｐを通じてインバータ１０１の高電位端子Ｔｐに接続される。また、整流器１００の低電位側出力は、低電圧線Ｎを通じてインバータ１０１の低電位端子Ｔｎに接続される。高電圧線Ｐ及び低電圧線Ｎには、整流器１００が出力する直流電力を平滑化するためのリアクタＬと平滑コンデンサＦＣとが接続されている。
リアクタＬは、整流器１００から出力される直流電力を平滑するための受動素子であって、高電圧線Ｐ上において、整流器１００の下流側、かつ、平滑コンデンサＦＣの上流側に接続される。
平滑コンデンサＦＣは、整流器１００から出力される直流電力を平滑するための受動素子であって、リアクタＬの下流側、かつ、インバータ１０１の上流側において、高電圧線Ｐと低電圧線Ｎとの間に接続される。平滑コンデンサＦＣは、電解コンデンサである。平滑コンデンサＦＣには、リプル電流が入力される。このリプル電流の大きさは、平滑コンデンサＦＣの寿命に大きな影響を与えることが知られている。平滑コンデンサＦＣに入力されるリプル電流には、整流器１００側から入力される低周波リプル電流ＩＬ（第１のリプル電流）と、インバータ１０１側から入力される高周波リプル電流ＩＨ（第２のリプル電流）とがある。低周波リプル電流ＩＬの周波数は、交流電源ＰＳの電源周波数に依存する周波数であって、例えば、３００Ｈｚ程度の周波数で変動する。高周波リプル電流ＩＨは、インバータ１０１のスイッチング動作の周波数に依存する周波数であって、例えば、数ｋＨｚ～数十ｋＨｚの周波数を有する。

【0023】

また、インバータ１０１の高電位端子Ｔｐと低電位端子Ｔｎとの間にはスナバコンデンサＳＣが接続される。スナバコンデンサＳＣは、インバータ１０１のスイッチング動作に起因して発生するスパイク電流を緩和する。

【0024】

電力変換回路１０は、更に、電流センサＳＥ１（第１の電流センサ）と、電流センサＳＥ２－１、ＳＥ２－２（第２の電流センサ）とを有している。
電流センサＳＥ１は、整流器１００とリアクタＬとを接続する高電圧線Ｐ上に設けられ、整流器１００からインバータ１０１に流れるリアクタ電流ＩＤＣ（直流電流）を検出する。
電流センサＳＥ２－１、ＳＥ２－２は、インバータ１０１とモータ１０２とを接続する配線のうちの２相（図１の例ではＵ相、Ｗ相）に設けられ、モータ電流ＩＭを検出する。
電流センサＳＥ１及び電流センサＳＥ２－１、ＳＥ２－２は、例えばクランプ式の電流センサであってもよい。電流センサＳＥ１及び電流センサＳＥ２－１、ＳＥ２－２から出力される各電流の検出信号は、制御装置１１（モータ制御部）に入力される。制御装置１１は、各電流センサから入力される検出信号に基づいて、リアクタ電流ＩＤＣの計測値であるリアクタ電流値、及び、モータ電流ＩＭの計測値であるモータ電流値を逐次サンプリングして取得する。

【0025】

制御装置１１の構成について説明する。
図１に示すように、制御装置１１は、システム制御部１１０と、インバータ１０１に駆動指令を出力しモータ１０２の駆動を制御するモータ制御部１１１とを有してなる。システム制御部１１０、モータ制御部１１１は、それぞれ、マイクロコントローラ等のプロセッサ等であってよい。
本実施形態に係る制御装置１１は、後述するように、平滑コンデンサＦＣの寿命を予測する寿命予測装置として機能する。

【0026】

システム制御部１１０は、空調システム１としての動作全体を制御する。システム制御部１１０は、外部（室内機コントローラ）から、空調システム１の利用者が設定した設定温度Ｔ＊と、温度センサを通じて取得される現在の観測温度Ｔとを入力し、これらの値に応じた回転数指令ＲＰＳ＊をモータ制御部１１１に出力する。

【0027】

モータ制御部１１１は、システム制御部１１０から入力する回転数指令ＲＰＳ＊に応じた回転数となるような駆動指令を、インバータ１０１に向けて出力する。モータ制御部１１１は、駆動指令を出力するにあたり、電流センサＳＥ２－１、ＳＥ２－２を通じて取得するモータ電流値も参照する。

【0028】

モータ制御部１１１は、電流センサＳＥ１を通じて取得されたリアクタ電流値、及び、電流センサＳＥ２－１、ＳＥ２－２を通じて取得されたモータ電流値をシステム制御部１１０に出力する。そして、システム制御部１１０は、モータ制御部１１１から入力されたこれらの電流値に基づいて保護動作を行う。「保護動作」とは、大電流に伴う発熱による回路部品の劣化や損傷を防止するための機能である。システム制御部１１０は、モータ制御部１１１から入力されたリアクタ電流値又はモータ電流値が、それぞれについて予め規定された閾値を上回った場合に、電力変換回路１０への負荷を低減させるべく、回転数指令ＲＰＳ＊を低減させる保護動作を実行する。

【0029】

また、第１の実施形態に係るモータ制御部１１１は、平滑コンデンサＦＣに入力される低周波リプル電流ＩＬと、インバータ１０１側から入力される高周波リプル電流ＩＨとをそれぞれ計測し、各計測値をシステム制御部１１０に出力する。低周波リプル電流ＩＬ、高周波リプル電流ＩＨの計測値を入力したシステム制御部１１０は、これらの計測値を用いて平滑コンデンサＦＣの寿命予測を行う。
以下、システム制御部１１０及びモータ制御部１１１が有する上記の機能について詳しく説明する。

【0030】

（制御装置の機能構成）
図２は、第１の実施形態に係るシステム制御部の機能構成を示す図である。

【0031】

システム制御部１１０の機能構成について、図２を参照しながら説明する。
図２に示すように、システム制御部１１０は、所定のプログラムに従って動作することで、回転数指令出力部１１００、寿命演算部１１０１、及び、累積寿命消費率演算部１１０２としての機能を発揮する。

【0032】

回転数指令出力部１１００は、設定温度Ｔ＊及び観測温度Ｔに基づく回転数指令ＲＰＳ＊を出力する。また、回転数指令出力部１１００は、寿命消費抑制動作に基づいて、回転数指令ＲＰＳ＊を低減させる機能を有する。ここで、「寿命消費抑制動作」とは、上述の保護動作とは別の動作であって、平滑コンデンサＦＣの寿命の過度の消費を抑えるための動作である。具体的には、累積寿命消費率が、累積運転時間ごとに事前に規定された上限値（累積寿命消費率上限値）を超過しないように、回転数指令ＲＰＳ＊に制限をかける動作のことを指す。この寿命消費抑制動作の詳細については後述する。
寿命演算部１１０１は、モータ制御部１１１から入力される総リプル電流値（総リプル電流の計測値）を所定の寿命演算式に代入して、平滑コンデンサＦＣの寿命を演算する。
累積寿命消費率演算部１１０２は、運転中において、寿命演算部１１０１によって逐次算出された寿命の演算結果（瞬時推定寿命）に基づいて、平滑コンデンサＦＣの累積寿命消費率を演算する。

【0033】

図３は、第１の実施形態に係るモータ制御部の機能構成を示す図である。
モータ制御部１１１の機能構成について、図３を参照しながら説明する。
図３に示すように、モータ制御部１１１は、所定のプログラムに従って動作することで、駆動指令出力部１１１０、低周波リプル電流計測部１１１１、高周波リプル電流計測部１１１２、及び、総リプル電流演算部１１１３としての機能を発揮する。

【0034】

駆動指令出力部１１１０は、システム制御部１１０から入力される回転数指令ＲＰＳ＊、及び、電流センサＳＥ２－１、ＳＥ２－２（図１）を通じて取得されるモータ電流ＩＭの計測値（モータ電流値）に基づいて、インバータ１０１に向けて駆動指令を出力する。本実施形態に係る駆動指令出力部１１１０は、インバータ１０１に向けて出力した駆動指令の結果、適用される変調率を高周波リプル電流計測部１１１２に出力する。ここで、「変調率」とは、高電圧線Ｐと低電圧線Ｎとの間に印加される直流電圧ＶＤＣ［Ｖ］（図１）に対する、インバータ１０１がモータ１０２の各相に印加させるモータ線間電圧ＶＭ［Ｖｒｍｓ］（図１）のピーク値（√２・ＶＭ）の比を意味する。例えば、モータ線間電圧ＶＭのピーク値（√２・ＶＭ）が直流電圧ＶＤＣと一致する場合、変調率は１００％となる。駆動指令出力部１１１０は、現在出力している駆動指令でインバータ１０１を駆動させた場合に達成される変調率を演算し、高周波リプル電流計測部１１１２に向けて出力する。

【0035】

低周波リプル電流計測部１１１１は、整流器１００側から平滑コンデンサＦＣに入力される低周波リプル電流ＩＬを計測する。

【0036】

高周波リプル電流計測部１１１２は、インバータ１０１側から平滑コンデンサＦＣに入力される高周波リプル電流ＩＨを計測する。具体的には、高周波リプル電流計測部１１１２は、電流センサＳＥ２－１、ＳＥ２－２を通じてモータ電流ＩＭの計測値であるモータ電流値を取得する。そして、高周波リプル電流計測部１１１２は、事前に用意されたリプル電流テーブルｔｂを参照して、高周波リプル電流ＩＨの計測値を特定する。ここで、リプル電流テーブルｔｂとは、駆動指令に基づくインバータ１０１の動作で適用されている変調率と、モータ電流値と、高周波リプル電流ＩＨの値との関係が規定されてなる情報テーブルである。

【0037】

総リプル電流演算部１１１３は、低周波リプル電流ＩＬの計測値及び高周波リプル電流ＩＨの計測値に基づいて平滑コンデンサＦＣに入力される総リプル電流を演算する。総リプル電流の具体的な演算方法については後述する。

【0038】

（低周波リプル電流計測部の機能）
図４は、第１の実施形態に係る低周波リプル電流計測部の機能を説明する図である。
図４を参照しながら、モータ制御部１１１の低周波リプル電流計測部１１１１の機能について詳しく説明する。

【0039】

図４は、交流電源ＰＳから入力される交流電力が平衡である場合（電源平衡時）、及び、交流電源ＰＳから入力される交流電力が不平衡である場合（電源不平衡時）のそれぞれの場合におけるリアクタ電流ＩＤＣ、リアクタ電流ＩＤＣの時間平均値ＩＤＣ＿ａｖｇ、及び、低周波リプル電流ＩＬの波形を示している。

【0040】

低周波リプル電流計測部１１１１の処理の手順について説明する。
まず、低周波リプル電流計測部１１１１は、電流センサＳＥ１を通じてリアクタ電流ＩＤＣの計測値［Ａ］（リアクタ電流値）を逐次サンプリングして取得、蓄積する（ステップＳ１）。このリアクタ電流ＩＤＣは、交流電源ＰＳからの三相交流電力が整流器１００によって整流された直後の電流である。したがって、リアクタ電流ＩＤＣの波形は、図４に示すとおり、ＡＣ成分とＤＣ成分の両方を含む。

【0041】

次に、低周波リプル電流計測部１１１１は、ステップＳ１で取得、蓄積したリアクタ電流ＩＤＣの計測値のうちの直近の所定時間分の平均値である時間平均値ＩＤＣ＿ａｖｇ［Ａ］を演算する（ステップＳ２）。平均値を演算するための上記所定時間は、例えば、図４右側に示すような電源不平衡時（ＡＣ成分が大きく増加する場合）においても、リアクタ電流の時間平均値ＩＤＣ＿ａｖｇが時間に対してほぼ一定となる時間（例えば、１００ｍｓｅｃ以上）であることが好ましい。このように算出された時間平均値ＩＤＣ＿ａｖｇ［Ａ］は、リアクタ電流ＩＤＣのＤＣ成分とほぼ同等の波形となる。即ち、演算によって得られた時間平均値ＩＤＣ＿ａｖｇを、リアクタ電流ＩＤＣのＤＣ成分とみなすことができる。

【0042】

次に、低周波リプル電流計測部１１１１は、ステップＳ１で取得、蓄積したリアクタ電流ＩＤＣの計測値［Ａ］から、ステップＳ２で算出した時間平均値ＩＤＣ＿ａｖｇ［Ａ］を逐次差し引く演算を行う（ステップＳ３）。このようにして算出された値は、図４に示すように、リアクタ電流ＩＤＣのＡＣ成分と同等となり、低周波リプル電流ＩＬとみなすことができる。したがって、低周波リプル電流計測部１１１１は、リアクタ電流ＩＤＣの計測値から時間平均値ＩＤＣ＿ａｖｇを差し引いて得られた電流値［Ａｒｍｓ］を、低周波リプル電流ＩＬの計測値として出力する。

【0043】

低周波リプル電流計測部１１１１は、以上のステップＳ１～ステップＳ３の処理を繰り返しながら、逐次、低周波リプル電流ＩＬの計測値を出力する。

【0044】

（高周波リプル電流計測部の機能）
図５は、第１の実施形態に係る高周波リプル電流計測部の機能を説明する図である。
図５を参照しながら、モータ制御部１１１の高周波リプル電流計測部１１１２の機能について詳しく説明する。

【0045】

図５は、リプル電流テーブルｔｂの一例を示す図である。
リプル電流テーブルｔｂは、インバータ１０１の動作に適用されている変調率（横軸）と、高周波リプル電流［Ａｒｍｓ］（縦軸）と、モータ電流ＩＭ［Ａｒｍｓ］（グラフの各系列）との関係を示す図である。このようなリプル電流テーブルｔｂは、実測や回路シミュレーション等によって事前に作成される。

【0046】

高周波リプル電流計測部１１１２は、駆動指令出力部１１１０から変調率を取得する。また、高周波リプル電流計測部１１１２は、電流センサＳＥ２－１、ＳＥ２－２を通じてモータ電流値を取得する。そして、高周波リプル電流計測部１１１２は、得られた変調率及びモータ電流値を用いて、リプル電流テーブルｔｂから高周波リプル電流値［Ａｒｍｓ］を特定する。高周波リプル電流計測部１１１２は、このようにして特定した高周波リプル電流値をその計測値として出力する。

【0047】

（総リプル電流演算部の機能）
モータ制御部１１１の総リプル電流演算部１１１３は、低周波リプル電流計測部１１１１から入力した低周波リプル電流の計測値［Ａｒｍｓ］と、高周波リプル電流計測部１１１２から入力した高周波リプル電流の計測値［Ａｒｍｓ］とを用いて総リプル電流の計測値［Ａｒｍｓ］（総リプル電流値）を演算する。具体的には、総リプル電流演算部１１１３は、以下の式（１）を演算する。

【0048】

【数1】

【0049】

式（１）において、符号“Ｉｎ”は、総リプル電流値［Ａｒｍｓ］であり、符号“ＩＬ”、“ＩＨ”は、それぞれ、低周波リプル電流の計測値［Ａｒｍｓ］、高周波リプル電流の計測値［Ａｒｍｓ］である。

【0050】

（寿命演算部の機能）
次に、システム制御部１１０の寿命演算部１１０１の機能について詳しく説明する。
システム制御部１１０の寿命演算部１１０１は、モータ制御部１１１（総リプル電流演算部１１１３）から入力されたリプル電流の計測値［Ａｒｍｓ］に基づいて、平滑コンデンサＦＣの寿命を演算する。具体的には、寿命演算部１１０１は、モータ制御部１１１から入力されたリプル電流の計測値を式（２）、式（３）に代入する。

【0051】

【数2】

【0052】

式（２）は、平滑コンデンサＦＣ（電解コンデンサ）についての寿命演算式の一例である。式（２）における符号“Ｌｎ”は、平滑コンデンサＦＣの寿命［Ｈｏｕｒ］であり、平滑コンデンサＦＣの周囲温度である“Ｔｎ”と、リプル電流に依存する変数である“Δｔｎ”とに基づいて定まる。なお、“α”は一定値である。周囲温度Ｔｎは、空調システム１が具備する温度センサを通じて取得される。

【0053】

変数“Δｔｎ”は、式（３）で示される。

【0054】

【数3】

【0055】

式（３）において、“Ｉｎ”は総リプル電流値［Ａｒｍｓ］であり、モータ制御部１１１からの計測値が代入される。また、式（３）において、“Δｔ０”は定格リプル時の温度上昇値、“Ｉｍ”は定格リプル電流、“Ｋ（ｆ）”はリプル電流周波数補正係数、“Ｋ（ｒ）”は温度補正係数であり、いずれも定数であってよい。

【0056】

寿命演算部１１０１は、モータ制御部１１１から逐次入力される総リプル電流値を式（３）に代入し、その総リプル電流値に基づく寿命Ｌｎ［Ｈｏｕｒ］を逐次算出する。このようにして逐次算出される寿命Ｌｎを瞬時推定寿命とも表記する。

【0057】

（累積寿命消費率演算部の機能）
図６、図７は、第１の実施形態に係る累積寿命消費率演算部の機能を説明するための図である。
以下、図６、図７を参照しながら、システム制御部１１０の累積寿命消費率演算部１１０２の機能について詳しく説明する。

【0058】

図６は、寿命演算部１１０１が逐次算出する瞬時推定寿命の推移を示すグラフＧ１を示している。以下、瞬時推定寿命を瞬時推定寿命Ｇ１と表記して説明する。
図６に示すように、累積寿命消費率演算部１１０２は、空調システム１の累積運転時間を所定の単位時間（例えば、１時間）ごとの区間に区切るとともに、当該区間（Ａ区間、Ｂ区間、Ｃ区間、Ｄ区間、・・）ごとの寿命消費率［％］を演算する。累積寿命消費率演算部１１０２は、当該区間で観測された瞬時推定寿命Ｇ１の最小値を当該区間における平滑コンデンサＦＣの代表寿命とする。図６に示す例の場合、Ａ区間で観測された瞬時推定寿命Ｇ１の最小値は３万時間であるから、Ａ区間における平滑コンデンサＦＣの代表寿命は３万時間となる。同様に、Ｂ区間で観測された瞬時推定寿命Ｇ１の最小値は６万時間であるから、Ｂ区間における平滑コンデンサＦＣの代表寿命は６万時間となる。同様に、Ｃ区間で観測された瞬時推定寿命Ｇ１の最小値は２万時間であるから、Ｃ区間における平滑コンデンサＦＣの代表寿命は２万時間となる。同様に、Ｄ区間で観測された瞬時推定寿命Ｇ１の最小値は７万時間であるから、Ｄ区間における平滑コンデンサＦＣの代表寿命は７万時間となる。

【0059】

次に、累積寿命消費率演算部１１０２は、各区間（Ａ区間、Ｂ区間、Ｃ区間、Ｄ区間、・・）における寿命消費率［％］を演算する。寿命消費率とは、平滑コンデンサＦＣが有する総寿命（区間ごとの代表寿命）のうち消費された寿命の比率である。例えば、Ａ区間では、代表寿命３万時間のうちの１時間が使用されたので、平滑コンデンサＦＣの寿命消費率は、１［Ｈｏｕｒ］／３００００［Ｈｏｕｒ］×１００＝０．００３３３％となる。同様に、Ｂ区間では、代表寿命６万時間のうちの１時間が使用されたので、平滑コンデンサＦＣの寿命消費率は、１［Ｈｏｕｒ］／６００００［Ｈｏｕｒ］×１００＝０．００１６７％となる。同様に、Ｃ区間では、代表寿命２万時間のうちの１時間が使用されたので、平滑コンデンサＦＣの寿命消費率は、１［Ｈｏｕｒ］／２００００［Ｈｏｕｒ］×１００＝０．００５％となる。同様に、Ｄ区間では、代表寿命７万時間のうちの１時間が使用されたので、平滑コンデンサＦＣの寿命消費率は、１［Ｈｏｕｒ］／７００００［Ｈｏｕｒ］×１００＝０．００１４３％となる。

【0060】

図７に示すように、累積寿命消費率演算部１１０２は、区間ごとに算出された寿命消費率を積算していき、累積寿命消費率を演算する。図７に示すグラフＧ２は、累積寿命消費率の推移を示している。以下、累積寿命消費率を累積寿命消費率Ｇ２とも表記する。

【0061】

（回転数指令出力部の機能）
図８は、第１の実施形態に係る回転数指令出力部の機能を説明するための図である。
以下、図８を参照しながら、回転数指令出力部１１００による寿命消費抑制動作について詳しく説明する。

【0062】

システム制御部１１０の回転数指令出力部１１００は、寿命消費抑制動作に基づいて、回転数指令ＲＰＳ＊を決定する。ここで、回転数指令出力部１１００は、事前に規定された累積寿命消費率上限値Ｇｔｈを有している。累積寿命消費率上限値Ｇｔｈは、累積運転時間ごとに定められた累積寿命消費率Ｇ２の上限値である。累積寿命消費率上限値Ｇｔｈは、故障なく運転できる累積運転時間の目標値である目標寿命に基づき、その傾き（即ち、単位運転時間当たりの累積寿命消費率上限値Ｇｔｈの上昇率）が「１００％／目標寿命」となるような直線によって規定される。例えば、目標寿命を「３万時間」と定める場合、累積寿命消費率上限値Ｇｔｈは、図８に示すような、傾きが「１００％／３万時間」の直線で規定される。

【0063】

回転数指令出力部１１００は、累積寿命消費率演算部１１０２から入力される累積寿命消費率Ｇ２が累積寿命消費率上限値Ｇｔｈを上回らないように回転数指令ＲＰＳ＊を抑制（低減）して出力する。回転数指令ＲＰＳ＊が抑制されることで、モータ１０２の回転数が低減され、これに伴い、リアクタ電流ＩＤＣ及びモータ電流ＩＭが低減される。更に、リアクタ電流ＩＤＣ及びモータ電流ＩＭが低減されることで、総リプル電流Ｉｎも低減される。これにより、累積寿命消費率の上昇ペースも抑えられる。

【0064】

ただし、空調システム１は、累積寿命消費率Ｇ２が累積寿命消費率上限値Ｇｔｈを上回らない限度において、利用者の要求（設定温度Ｔ＊）を満たす運転を行うべきである。そこで、回転数指令出力部１１００は、現在の区間までに積算された累積寿命消費率Ｇ２と、次の区間に適用される累積寿命消費率上限値Ｇｔｈとを考慮して、次の区間までに許容される累積寿命消費率Ｇ２の上昇ペースを上回らない最大の回転数指令ＲＰＳ＊を出力する。

【0065】

また、式（２）によれば、平滑コンデンサＦＣの瞬時推定寿命は、周囲温度Ｔｎにも依存する。そのため、運転中に周囲温度Ｔｎが下がった場合には、その分だけ総リプル電流を上昇できる余裕が生まれることになる。そこで、この場合、回転数指令出力部１１００は、累積寿命消費率Ｇ２が累積寿命消費率上限値Ｇｔｈを上回らない限度で、周囲温度Ｔｎの低下に応じて、回転数指令ＲＰＳ＊の抑制を緩和させる。

【0066】

（作用、効果）
以上の通り、第１の実施形態に係る制御装置１１（寿命予測装置）は、商用電源である交流電源ＰＳからの交流電力を直流電力に変換する整流器１００と、当該直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ１０１との間に設けられ、当該直流電力を平滑化する電解コンデンサ（平滑コンデンサＦＣ）の寿命を予測する装置として機能する。
制御装置１１は、整流器１００側から平滑コンデンサＦＣに入力される低周波リプル電流ＩＬを計測する低周波リプル電流計測部１１１１と、インバータ１０１側から平滑コンデンサＦＣに入力される高周波リプル電流ＩＨを計測する高周波リプル電流計測部１１１２と、低周波リプル電流ＩＬの計測値及び高周波リプル電流ＩＨの計測値に基づいて平滑コンデンサＦＣに入力される総リプル電流Ｉｎを演算する総リプル電流演算部１１１３と、総リプル電流Ｉｎの演算値を所定の寿命演算式（式（２）、式（３））に代入して平滑コンデンサＦＣの寿命を演算する寿命演算部１１０１と、を備えている。
このようにすることで、整流器１００側から入力される低周波リプル電流と、インバータ１０１側から入力される高周波リプル電流との両方を考慮して平滑コンデンサＦＣの寿命を予測するので、低周波リプル電流ＩＬ及び高周波リプル電流ＩＨのいずれか一方のみを考慮して予測する場合に比べて予測精度を高めることができる。

【0067】

なお、低周波リプル電流と高周波リプル電流との両方を考慮して平滑コンデンサＦＣの寿命を予測しようとする場合、高電圧線Ｐ（又は低電圧線Ｎ）と平滑コンデンサＦＣとを接続する配線上に電流センサを設けて直接的に総リプル電流を計測する方法も考えられる。しかしながら、このようにすると、当該配線上に電流センサを追設する必要が生じ、製造コストが増大する。
これに対し、本実施形態に係る空調システム１では、整流器１００とリアクタＬとを接続する高電圧線Ｐ上に設けられた電流センサＳＥ１を通じて、低周波リプル電流ＩＬを計測する。また、本実施形態に係る空調システム１では、インバータ１０１とモータ１０２とを接続する配線のうちの一相（図１の例ではＷ相）に設けられた電流センサＳＥ２－１、ＳＥ２－２を通じて、高周波リプル電流ＩＨを計測する。
ここで、電流センサＳＥ１は、もともと、ダイオードモジュールである整流器１００やリアクタＬを保護するための保護動作用として設けられている電流センサである。また、電流センサＳＥ２－１、ＳＥ２－２は、もともと、インバータ１０１の制御用、及び、保護動作用として設けられている電流センサである。したがって、本実施形態に係る空調システム１によれば、低周波リプル電流ＩＬと高周波リプル電流ＩＨの両方を考慮して平滑コンデンサＦＣの寿命を予測するに際し、新たな電流センサを追設する必要がない。

【0068】

また、第１の実施形態に係る空調システム１は、平滑コンデンサＦＣに入力されるリプル電流の計測値に基づいて、運転中における平滑コンデンサＦＣの瞬時推定寿命を演算する寿命演算部１１０１と、寿命演算部１１０１によって算出された瞬時推定寿命に基づいて、平滑コンデンサＦＣの累積寿命消費率を演算する累積寿命消費率演算部１１０２と、利用者によって設定される設定温度に応じて回転数指令を出力する回転数指令出力部１１００と、を備え、回転数指令出力部１１００は、累積寿命消費率が所定の上限値（累積寿命消費率上限値Ｇｔｈ）を上回らないように回転数指令ＲＰＳ＊を制限する。
このようにすることで、平滑コンデンサＦＣの累積寿命消費率が、事前に規定された上限値を上回らないように回転数指令ＲＰＳ＊が制限されるので、平滑コンデンサＦＣの寿命が目標寿命よりも短い運転時間で故障することを抑制することができる。

【0069】

また、第１の実施形態に係る空調システム１によれば、累積寿命消費率上限値Ｇｔｈは、累積運転時間に対して所定の係数（１００％／目標寿命）で比例するように定められている。
このようにすることで、累積寿命消費率の上昇ペースを目標寿命までの運転時間全体で均一化することができる。これにより、回転数指令ＲＰＳ＊の抑制の度合いを目標寿命までの運転時間全体で均一化させることができる。

【0070】

以上、第１の実施形態に係る制御装置１１（寿命予測装置）及びこれを備える空調システム１について詳細に説明したが、制御装置１１及び空調システム１の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。

【0071】

（変形例）
図９は、第１の実施形態の変形例に係る回転数指令出力部の機能を説明するための図である。
第１の実施形態に係る空調システム１によれば、累積寿命消費率上限値Ｇｔｈは、傾き（単位運転時間当たりの累積寿命消費率上限値Ｇｔｈの上昇率）が「１００％／目標寿命」となる直線で定められているものとして説明した（図８参照）。
しかし、他の実施形態に係る空調システム１においてはこの態様に限定されない。例えば、変形例に係る空調システム１では、図９に示すように、累積寿命消費率上限値Ｇｔｈは、第１の傾きで規定される範囲と、第２の傾き（≠第１の傾き）で規定される範囲とを有するものであってもよい。図９に示す例では、累積寿命消費率上限値Ｇｔｈは、累積運転時間が０時間から１万時間までの範囲において「第１の傾き＝１００％／２万時間」が適用され、累積運転時間が１万時間から３万時間までの範囲において「第２の傾き＝１００％／４万時間」が適用される。この例では、累積運転時間が１万時間を超えた後、回転数指令ＲＰＳ＊の制限を受ける度合いが大きくなる。
また、他の実施形態に係る空調システム１においては、累積寿命消費率上限値Ｇｔｈを変更（編集）できる機能を有してもよい。これにより、利用者は、空調システム１の利用形態として、能力を優先するか、寿命を優先するかを、運転時間ごとに自由に定めることができる。

【0072】

また、第１の実施形態に係る制御装置１１（寿命予測装置）は、低周波リプル電流ＩＬと高周波リプル電流ＩＨとの両方を考慮して平滑コンデンサＦＣの寿命を予測するものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。即ち、他の実施形態に係る制御装置１１は、低周波リプル電流ＩＬ及び高周波リプル電流ＩＨのいずれか一方のみを考慮して平滑コンデンサＦＣの寿命を予測するものであってもよい。

【0073】

以上のとおり、本発明に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。上述の実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述の実施形態及びその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0074】

１ 空調システム
１０ 電力変換回路
１００ 整流器
１０１ インバータ
１０２ モータ
１１ 制御装置（寿命予測装置）
１１０ システム制御部
１１００ 回転数指令出力部
１１０１ 寿命演算部
１１０２ 累積寿命消費率演算部
１１１ モータ制御部
１１１０ 駆動指令出力部
１１１１ 低周波リプル電流計測部（第１リプル電流計測部）
１１１２ 高周波リプル電流計測部（第２リプル電流計測部）
１１１３ 総リプル電流演算部
ＳＥ１ 電流センサ（第１の電流センサ）
ＳＥ２－１、ＳＥ２－２ 電流センサ（第２の電流センサ）
Ｌ リアクタ
ＦＣ 平滑コンデンサ
ＳＣ スナバコンデンサ
ＰＳ 交流電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】