JP6222362B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種の工場やビル等に設置された電動機等の負荷を駆動するサーボ装置やインバータ装置において、装置に故障や異常（以下、これらを故障等という）が生じたときに装置の運転を停止するための安全機能を備えた電力変換装置に関するものである。

各種の工場やビルにおいては、電動機を駆動するサーボ装置やインバータ装置等の電力変換装置を用いたドライブシステムが使用されている。これらのドライブシステムは、ファンやポンプ、エレベータ、各種の製造設備を駆動するために用いられているが、電力変換装置に故障等が発生すると、装置の破損や人体の損傷を招くおそれがある。

このような背景から、世界各国では、ドライブシステムが国際標準規格等の各種の規格に基づいた安全機能を備えることを要求している。
しかしながら、この種の安全機能を実現するためには、その安全機能が法令に基づいて各種規格に準拠しているだけでなく、安全機能が確実に果たされているか否かを診断するための診断機能や支援機能が必要となる。

ここで、電動機の安全停止を簡単な構成で実現可能とした従来の電力変換装置として、図１３に示すものが知られている。なお、この電力変換装置は、特許文献１に記載されている。
図１３において、５０１はインバータ装置、５０２は電動機であり、この従来技術では、電動機５０２の安全停止手段が以下のように構成されている。

すなわち、通常の運転状態では、安全停止信号５０３，５０４がオフしており、ＰＷＭ生成回路５０７から出力されたＰＷＭ信号が正側ゲート駆動回路５０８及び負側ゲート駆動回路５０９に入力される。このため、これらのゲート駆動回路５０８，５０９が動作してインバータ装置５０１の半導体スイッチング素子が制御され、電動機５０２が駆動される。

しかし、装置に故障等が発生して安全停止信号５０３または５０４が入力されると、オンゲート電源遮断回路５０５または５０６が動作してゲート駆動回路５０８または５０９内のフォトカプラへの電源供給が遮断される。これにより、ゲート信号がブロックされ、インバータ装置５０１が運転を停止することで電動機５０２をフリーラン状態とし、その後に回転を停止させるものである。

また、他の従来技術として、特許文献２に記載された安全制御システムが知られている。
この安全制御システム６０１は、図１４に示すように、ネットワーク６０６を介して外部コントローラ６０７に接続された通信装置６０２と、プロセッサユニット６０３，６０４とを備え、これらのプロセッサユニット６０３，６０４から、電動機６０８を駆動する電力変換装置６０５に制御信号及び安全信号が入力されるようになっている。なお、一方のプロセッサユニット６０３は制御機能及び安全機能を備え、他方のプロセッサユニット６０４は安全機能のみを備えている。

ここで、プロセッサユニット６０３は、外部コントローラ６０７から受信した通信データが制御データである場合には、その制御データに基づき制御指令を生成して電力変換装置６０５を制御する。また、通信データが安全データである場合には、他方のプロセッサユニット６０４にも安全データを転送し、両方のプロセッサユニット６０３，６０４が、運転停止やメモリ診断を含む安全処理を電力変換装置６０５に対して実行する。プロセッサユニット６０３，６０４による安全データの処理結果は、データ同期手段により一方のプロセッサユニット６０３にまとめられ、通信データに変換されて外部コントローラ６０７に送信される。
すなわち、このシステムでは、安全機能が二重化され、制御機能については単一化されている。

特開２０１３−２４７６９３号公報（段落［００１１］〜［００１７］、図１等） 特許第５４９４２５５号公報（段落［００１８］〜［００２４］、図１〜図３等）

電力変換装置等の稼働中に故障等が発生した場合には、速やかに動力を遮断して安全状態に移行することが必要である。しかしながら、例えば特許文献１（図１３）において、オンゲート電源遮断回路５０５，５０６等の安全回路が故障した場合には、これを正確に判定して安全な状態に移行し、動力を遮断することができなくなるおそれがある。
このため、安全回路の正常動作を確認するため、安全回路を定期的に動作させる検査が必要になるが、検査員による手順ミスや見落とし等のヒューマンエラーがあると、安全回路の故障を見過ごしてしまうことになる。

一方、特許文献２（図１４）によれば、安全機能を二重化しているため、信頼性の向上が可能である。しかし、安全機能を担うプロセッサユニット６０３，６０４を冗長化し、両ユニット６０３，６０４間で外部割り込み信号線等を用いてデータを同期させる必要がある等、システムの構成やコストの面で改良の余地が残されていた。

そこで、本発明の解決課題は、ヒューマンエラーの発生を防ぎ、安全回路の動作を容易かつ低コストにて診断可能とした電力変換装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、駆動回路部から出力される駆動信号により、主回路部を構成する半導体スイッチング素子を制御して負荷に電力を供給する電力変換装置であって、外部からの指令に基づき前記駆動回路部を動作させて前記駆動信号を生成し、かつ、装置内部の故障発生時に前記駆動回路部に遮断信号を送出して前記主回路部の運転を停止する安全回路を備えた電力変換装置において、
前記主回路部の運転・停止を指令するための入力信号を生成する入力部と、前記入力信号を一方の入力とする論理部と、前記論理部の出力信号により前記遮断信号を生成する遮断停止部と、を前記安全回路に設け、
更に、前記遮断信号をフィードバック信号に用いて前記論理部の他方の入力となる遮断指令を生成する診断部と、
前記入力信号と前記遮断指令と前記フィードバック信号とに基づき、前記安全回路及び前記診断部の状態を監視して故障発生の有無及び故障発生箇所を推定し、故障発生と判定した時に遮断信号を生成して前記駆動回路部に送出し、前記主回路部の運転を停止させる監視手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した電力変換装置において、前記安全回路は、前記入力部，前記論理部及び前記遮断停止部からなるチャンネルを二組備えて二重化され、前記診断部には、両チャンネルの前記遮断停止部から前記フィードバック信号がそれぞれ入力されると共に、前記監視手段には、前記遮断指令のほかに、両チャンネルの前記入力部からの前記入力信号と、両チャンネルの前記遮断停止部からの前記フィードバック信号と、がそれぞれ入力されることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載した電力変換装置において、前記診断部を二組備えて二重化することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項２または３に記載した電力変換装置において、前記監視手段は、両チャンネルの前記入力信号及び前記フィードバック信号の論理レベルの組み合わせに基づいて故障発生箇所を推定することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載した電力変換装置において、前記監視手段は、少なくとも何れかのチャンネルにおける入力回路または出力回路を故障発生箇所として推定可能であることを特徴とする。

本発明によれば、安全回路への入力信号、遮断信号のフィードバック信号、及び、診断部からの遮断指令がＣＰＵ等の監視手段に入力され、監視手段は、安全回路及び診断部の動作を監視することができる。また、入力信号及び前記フィードバック信号の論理レベルの組み合わせに基づいて故障発生箇所の推定や駆動回路部の遮断処理等を行うことができる。これにより、安全機能の診断に伴うヒューマンエラーをなくし、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。
なお、本発明は、安全機能を実現するためにＣＰＵを二重化するものではないため、前述した特許文献２に係る従来技術と比べて、ハードウェア及びソフトウェアの簡略化によるコストの低減が可能である。

本発明の実施形態を示す機能ブロック図である。 図１の主要部を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態を示す全体構成図である。 図１〜図３における主要部の回路図である。 本発明の実施形態における駆動回路部の構成図である。 本発明の実施形態における診断部の構成図である。 本発明の実施形態における診断部の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における正常時の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態における故障発生時の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態における故障発生箇所の判定テーブルを示す図である。 本発明の実施形態における故障発生箇所の判定テーブルを示す図である。 本発明の実施形態における情報表示部の画面例を示す図である。 特許文献１に記載された従来技術の構成図である。 特許文献２に記載された従来技術の構成図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。まず、図１は本発明の実施形態を示す機能ブロック図である。
図１において、入力部２１には、２チャンネルに冗長化された入力信号Ａ，Ｂが指令として入力されている。これらの入力信号Ａ，Ｂは、電力変換装置を運転して負荷としての電動機を駆動する時には「Ｈｉｇｈ」レベル、電力変換装置を停止して電動機の駆動を停止する時には「Ｌｏｗ」レベルとなるものである。
なお、入力部２１は、後述するように入力信号Ａ，Ｂをフォトカプラにより絶縁したうえ所定のレベルに変換して伝達する機能を備えている。

入力部２１により絶縁された入力信号Ａ，Ｂは、論理部２２及びＣＰＵ１０に渡される。
論理部２２は、例えばＡＮＤゲートにより構成され、この論理部２２では、診断部２６から出力される遮断指令と入力部２１の出力信号（入力信号Ａ，Ｂ）との論理積をそれぞれとり、その結果を遮断停止部２３に出力する。なお、論理部２２は、ＡＮＤゲート以外のその他の論理ゲートを組み合わせて構成してもよい。

監視手段としてのＣＰＵ１０は、ソフトウェアの機能により、信号監視部１１、故障箇所推定部１２及び情報表示部１３として動作する。信号監視部１１には、入力部２１の出力信号のほかに、診断部２６からの遮断指令と、遮断停止部２３からの二重化された遮断信号（フィードバック（ＦＢ）信号）Ａ，Ｂとが入力されている。この信号監視部１１は、入力部２１、論理部２２及び遮断停止部２３からなる安全回路２７の状態と診断部２６の状態とを監視しており、これらの箇所に故障が発生したことを検出可能である。そして、故障箇所推定部１２は、信号監視部１１の出力に基づいて故障発生箇所を推定し、情報表示部１３は当該箇所を液晶モニタやＬＥＤ等の表示器に表示するものである。

前記遮断停止部２３は、論理部２２の出力に基づき、二重化された遮断信号Ａ，Ｂを出力する。この遮断停止部２３は、後述するゲート駆動回路が実装される制御基板側に形成されている。
遮断信号Ａ，Ｂは、駆動回路部２４を介して電力変換装置の主回路部２５に送られる。駆動回路部２４は、後述するようにフォトカプラ及びゲート駆動回路を備えており、電力変換装置の運転時にはフォトカプラの動作電源をオンしてゲート駆動回路を動作させ、電力変換装置の停止時には遮断信号Ａ，Ｂにより動作電源をオフしてゲート駆動回路の動作を停止させる。

主回路部２５は、例えばインバータを構成する半導体スイッチング素子のブリッジ回路からなり、その出力側に負荷としての電動機が接続されている。
なお、上述したように、電力変換装置の運転停止時には、遮断信号Ａ，Ｂを用いて駆動回路部２４の動作を停止させるほか、安全機能として、前記故障箇所推定部１２から出力させた遮断信号を駆動回路部２４に与えてその動作を停止させることが可能となっている。

図２は、図１における主要部（安全回路２７及びＣＰＵ１０）を示したものである。
前述したごとく、安全回路２７の構成要素は何れも二重化され、入力部２１Ａ，２１Ｂ、論理部２２Ａ，２２Ｂ及び遮断停止部２３Ａ，２３Ｂを備えている。診断部２６は、遮断停止部２３Ａ，２３Ｂから出力される遮断信号Ａ，ＢをＦＢ信号Ａ，Ｂとして入力し、これらのＦＢ信号Ａ，Ｂの一致不一致を判断して故障を診断する。この診断結果（遮断指令）は論理部２２Ａ，２２Ｂに送られ、入力部２１Ａ，２１Ｂの出力信号との論理積がそれぞれ求められと共に、上記診断結果はＣＰＵ１０にも送られている。

図３は、本発明の実施形態を示す全体構成図である。電力変換装置１００は、ＣＰＵ１０及び安全回路・診断部２８からなる制御部１４と、駆動回路部２４と、主回路部２５とを備えている。ここで、安全回路・診断部２８は、前述した安全回路２７及び診断部２６によって構成されており、安全回路・診断部２８には、外部安全コントローラ５０から入力信号（指令）が与えられる。
また、主回路部２５には三相交流電源等の電源３０及び電動機４０が接続され、電動機４０に取り付けられた速度／位置センサ４１の出力信号がＣＰＵ１０に入力されている。

次に、図４は、図１〜図３に対応する主要部の回路図であり、詳しくは、図２の機能ブロック図と図１，図３における駆動回路部２４及び主回路部２５の構成を具体化したものである。
図４において、２１１，２１２は入力部２１Ａ，２１Ｂにそれぞれ設けられたフォトカプラである。また、２３１〜２３４は、遮断停止部２３Ａ，２３Ｂをそれぞれ構成する半導体スイッチング素子である。
更に、２４１〜２４６は駆動回路部２４内のフォトカプラであり、２５１〜２５６は、主回路部２５を構成するＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子である。

図５は、駆動回路部２４の構成を詳細に説明したものである。フォトカプラ２４１〜２４３には、遮断信号Ａと、主回路部２５の上アームスイッチング素子２５１〜２５３に対するゲート信号Ｕ，Ｖ，Ｗとが入力され、フォトカプラ２４４〜２４６には、遮断信号Ｂと、下アームのスイッチング素子２５４〜２５６に対するゲート信号Ｘ，Ｙ，Ｚとが入力されている。
この駆動回路部２４は、「Ｌｏｗ」レベルの遮断信号Ａ，Ｂにより、フォトカプラ２４１〜２４６の電源を遮断すると共に、スイッチング素子２５１〜２５６に対するゲート信号Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚを停止することにより、遮断機能を実現している。

図４に戻って、診断部２６は、２チャンネル分のＦＢ信号Ａ，Ｂを遮断停止部２３Ａ，２３Ｂから受け取り、これらの信号の一致不一致を監視する。仮に、ＦＢ信号Ａ，Ｂが不一致である場合には、回路内に何らかの部品故障があると判定する。部品故障とは、例えば部品のピンの開放やピン間の短絡、信号の固着（５Ｖ電源配線とのショート、ＧＮＤとのショートなど）である。
ここで、診断部２６は図６に示すごとくロジックＩＣ等により構成されている。図６において、２６１はＸＯＲ（排他的論理和）ゲート、２６２，２６５はＲＣフィルタ、２６３はＮＡＮＤゲート、２６４，２６６はラッチ回路を構成するＮＡＮＤゲートである。

図７は、診断部２６の動作を示すフローチャートである。この診断部２６は、ＸＯＲゲート２６１がＦＢ信号Ａ，Ｂを取得し（図７のステップＳ１）、これらの信号が不一致の場合（ステップＳ２Ｙｅｓ）には、ＸＯＲゲート２６１の出力が「Ｈｉｇｈ」レベルとなり、一致する場合（ステップＳ２ Ｎｏ）には、「Ｌｏｗ」レベルとなる。
ＲＣフィルタ２６２，２６５は、前述した部品故障とみなすまでに一定時間、例えば１００[ｍｓ]が経過するのを待つためのもので、その時定数がロジックＩＣの「Ｈｉｇｈ」レベルのしきい値に合うように設定してある。

ＸＯＲゲート２６１の出力が「Ｈｉｇｈ」レベルの場合（ＦＢ信号Ａ，Ｂが不一致の場合）、ＲＣフィルタ２６２の出力は上記時定数経過後に「Ｈｉｇｈ」レベルとなる。この時点でＮＡＮＤゲート２６３の二入力が「Ｈｉｇｈ」レベルになり、その出力が「Ｌｏｗ」レベルになるので、ラッチ回路を構成するＮＡＮＤゲート２６６からは「Ｌｏｗ」レベルの遮断指令が出力され、この遮断指令は「Ｌｏｗ」レベルにて固定される（ステップＳ３）。つまり、ＦＢ信号Ａ，Ｂが不一致の場合には、「Ｌｏｗ」レベルの遮断指令がアクティブな状態として固定される。
これにより、図４の論理部２２Ａ，２２Ｂの出力は「Ｌｏｗ」レベルとなり、遮断信号Ａ，Ｂをアクティブにして駆動回路部２４のフォトカプラ２４１〜２４６の電源を遮断し、主回路部２５による電動機４０の運転を停止させる（ステップＳ４）。

また、ＸＯＲゲート２６１の出力が「Ｌｏｗ」レベルの場合（ＦＢ信号Ａ，Ｂが一致している場合）、ＮＡＮＤゲート２６３の二入力は「Ｌｏｗ」レベルであり、その出力は「Ｈｉｇｈ」レベルとなってＮＡＮＤゲート２６４の一方の入力端子に入力される。この時、ＮＡＮＤゲート２６４の他方の入力端子に入力されている遮断指令が「Ｈｉｇｈ」レベルであればＮＡＮＤゲート２６４の出力は「Ｌｏｗ」レベルとなり、この信号がＮＡＮＤゲート２６６の一方の入力端子に入力されるが、ＮＡＮＤゲート２６６の他方の入力端子の信号レベルは「Ｈｉｇｈ」レベルとなっており、これにより、ＮＡＮＤゲート２６６の出力は「Ｈｉｇｈ」レベルを維持し続ける。

なお、ＮＡＮＤゲート２６４の一方の入力が「Ｈｉｇｈ」レベルである時に遮断指令が「Ｌｏｗ」レベルであるとすると、ＮＡＮＤゲート２６４の出力は「Ｈｉｇｈ」レベルとなり、この信号がＮＡＮＤゲート２６６の一方の入力端子に入力される。この場合も、ＮＡＮＤゲート２６６の他方の入力端子の信号レベルは「Ｈｉｇｈ」レベルになっているので、ＮＡＮＤゲート２６６の出力は「Ｌｏｗ」レベルを維持し続ける。
つまり、診断部２６は、ＦＢ信号Ａ，Ｂが一致している場合には、特に動作せず、もとのままの状態を維持することになる（ステップＳ５）。

次に、図８，図９はこの実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
図８は、安全回路２７の正常時に電力変換装置１００の動作により電動機を運転または停止する場合の入力信号Ａ，Ｂ及びＦＢ信号Ａ，Ｂを示し、図９は、例えば入力部２１Ｂに故障が発生した時の入力信号Ａ，Ｂ及びＦＢ信号Ａ，Ｂをそれぞれ示している。これらの図において、「ｓｔｏｐ」（時刻ｔ_１），「ｒｕｎ」（時刻ｔ_２）は、電力変換装置１００の停止、運転のタイミングである。

図８の正常時において、入力信号Ａ，Ｂ同士、ＦＢ信号Ａ，Ｂ同士はそれぞれ一致しており、電力変換装置１００の停止期間（ｔ_１〜ｔ_２）は、図４の論理部２２Ａ，２２Ｂの出力が「Ｌｏｗ」レベルになるので、電動機４０への電力供給が遮断される。また、時刻ｔ_１以前及び時刻ｔ_２以後の電力変換装置１００の運転期間では、正常時であるため、安全回路が非アクティブ状態である。

一方、図９において、時刻ｔ_１で例えば入力部２１Ｂのフォトカプラ２１２に故障が発生したと仮定する。この場合、入力信号Ａ，Ｂ同士、ＦＢ信号Ａ，Ｂ同士がそれぞれ不一致になり、安全回路がアクティブになって電動機４０への電力供給が遮断される。なお、前述したように、安全回路が一旦、アクティブになると、診断部２６は遮断指令を出力し続けることになる。

次いで、図１におけるＣＰＵ１０内の信号監視部１１及び故障箇所推定部１２の動作を説明する。
図１０は、入力信号Ａ，Ｂ及びＦＢ信号Ａ，Ｂを用いて故障発生箇所（故障の可能性がある箇所）を推定するための判定テーブルである。信号監視部１１は入力信号Ａ，Ｂ及びＦＢ信号Ａ，ＢをＣＰＵ１０のディジタル入力（ＤＩ）端子経由で取得し、故障箇所推定部１２は、各ケース（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６）について、各信号のレベル（「Ｈｉｇｈ」レベル，「Ｌｏｗ」レベル）の組み合わせに基づいて故障発生箇所を推定する。なお、この判定テーブルにおいて、「異常」、「故障」の用語は特に意図的に使い分けたものではなく、何れも正常でない状態を意味している。
更に、「Ｃｈ（チャンネル）Ａ」は入力信号Ａの伝達経路（図１、図２における安全回路２７内の入力部２１Ａ→論理部２２Ａ→遮断停止部２３Ａの経路）であり、「Ｃｈ（チャンネル）Ｂ」は入力信号Ｂの伝達経路（同じく安全回路２７内の入力部２１Ｂ→論理部２２Ｂ→遮断停止部２３Ｂの経路）である。

以下、図１０におけるいくつかのケースについて説明する。
例えば、Ｎｏ.１，Ｎｏ.２は、入力信号Ａ，Ｂ及びＦＢ信号Ａ，Ｂのレベルが全て一致しているため、故障がなく正常であると判定する。ちなみに、Ｎｏ.１は電力変換装置１００の運転時、Ｎｏ.２は同じく停止時に相当する。

Ｎｏ.５は、入力信号Ａ，Ｂのレベルは「Ｌｏｗ」レベルで一致しているが、ＦＢ信号Ａ，Ｂのレベルが不一致であり、かつ、ＦＢ信号Ａのレベルが入力信号Ａ，Ｂのレベルと不一致であるため、Ｃｈ（チャンネル）Ａの出力回路（例えば、遮断停止部２３Ａ）が異常である可能性が高い。また、Ｎｏ.８は、ＦＢ信号Ａ，Ｂのレベルは「Ｈｉｇｈ」レベルで一致しているが、入力信号Ａ，Ｂのレベルが不一致であり、かつ、入力信号ＢのレベルがＦＢ信号Ａ，Ｂのレベルと不一致であるため、Ｃｈ（チャンネル）Ｂの入力回路（例えば、入力部２１Ｂ）が異常である可能性が高い。
その他のＮｏ.３，４，６，７，９，１０についても、同様の手法により、ＣｈＡまたはＣｈＢの入力回路または出力回路の異常を推定することができる。

Ｎｏ.１１は、入力信号Ａ，Ｂのレベルが「Ｌｏｗ」レベルで一致し、かつＦＢ信号Ａ，Ｂのレベルは「Ｈｉｇｈ」レベルで一致しているが、入力信号Ａ，ＢのレベルとＦＢ信号Ａ，Ｂのレベルとは不一致である。
この場合、ＣｈＡ，ＣｈＢの入力回路が同時に異常となる可能性は低いから、入力信号Ａ，Ｂの「Ｌｏｗ」レベルは正常、つまりＣｈＡ，ＣｈＢの入力回路は正常と考えることができる。すると、入力信号Ａ，Ｂとは異なるレベルのＦＢ信号Ａ，Ｂが異常である可能性が高くなり、言い換えれば、ＣｈＡ，ＣｈＢの出力回路（例えば、遮断停止部２３Ａ，２３Ｂ）が異常である可能性が高い。

この場合には、診断部２６の入力信号（ＦＢ信号Ａ，Ｂ）が「Ｈｉｇｈ」レベルで一致しているから、診断部２６の出力信号（遮断指令）は「Ｈｉｇｈ」レベルのはずである。しかし、診断部２６の故障によってその出力信号（遮断指令）が「Ｌｏｗ」レベルになったとすれば、論理部２２Ａ，２２Ｂの出力が「Ｌｏｗ」レベルとなり、上述したように、ＣｈＡ，ＣｈＢの出力回路（例えば、遮断停止部２３Ａ，２３Ｂ）の異常によりＦＢ信号Ａ，Ｂが「Ｈｉｇｈ」レベルになったと考えることができる。
従って、Ｎｏ.１１のケースは、ＣｈＡ，ＣｈＢの出力回路が異常であり、かつ、診断部２６が故障している可能性が高い。

更に、Ｎｏ.１２は、入力信号Ａ，Ｂのレベルが「Ｈｉｇｈ」レベルで一致し、かつＦＢ信号Ａ，Ｂのレベルは「Ｌｏｗ」レベルで一致しているが、入力信号Ａ，ＢのレベルとＦＢ信号Ａ，Ｂのレベルとは不一致である。
この場合も、ＣｈＡ，ＣｈＢの入力回路が同時に異常となる可能性は低いから、入力信号Ａ，Ｂの「Ｈｉｇｈ」レベルは正常、つまりＣｈＡ，ＣｈＢの入力回路は正常と考えられる。すると、入力信号Ａ，Ｂとは異なるレベルのＦＢ信号Ａ，Ｂが異常である可能性が高くなり、言い換えれば、ＣｈＡ，ＣｈＢの出力回路が異常である可能性が高い。

また、診断部２６の入力信号（ＦＢ信号Ａ，Ｂ）が「Ｌｏｗ」レベルで一致しているので、診断部２６の出力信号（遮断指令）は「Ｈｉｇｈ」レベルである。つまり、診断部２６の入力信号（ＦＢ信号Ａ，Ｂ）が「Ｌｏｗ」レベル、出力信号（遮断指令）が「Ｈｉｇｈ」レベルであるのは、診断部２６がラッチ状態であると考えられる。
従って、Ｎｏ.１２のケースは、ＣｈＡ，ＣｈＢの出力回路が異常であり、かつ、診断部２６がラッチ状態である可能性が高い。

更に、Ｎｏ.１３，Ｎｏ.１４のケースは、入力信号Ａ，Ｂのレベルが不一致、ＦＢ信号Ａ，Ｂのレベルが不一致であると共に、入力信号ＡとＦＢ信号Ａのレベル、入力信号ＢとＦＢ信号Ｂのレベルがそれぞれ一致する場合である。
この場合、ＣｈＡ，ＣｈＢともに入力信号に対するＦＢ信号の関係は妥当であるから、ＣｈＡ，ＣｈＢの出力回路の異常は考えられず、入力信号Ａ，Ｂのレベルが不一致であることに着目してＣｈＡ，ＣｈＢの入力回路が異常である可能性が高い。

また、Ｎｏ.１５，Ｎｏ.１６のケースは、入力信号Ａ，Ｂのレベルが不一致、ＦＢ信号Ａ，Ｂのレベルが不一致であると共に、入力信号ＡとＦＢ信号Ａのレベル、入力信号ＢとＦＢ信号Ｂのレベルもそれぞれ不一致の場合である。
この場合、ＣｈＡ，ＣｈＢともに入力信号に対するＦＢ信号の関係は異常であり、かつ、入力信号Ａ，Ｂのレベルも不一致であるため、ＣｈＡ，ＣｈＢの入力回路、出力回路がともに異常である可能性が高い。

以上のようにして、信号監視部１１及び故障箇所推定部１２は、入力信号Ａ，Ｂ及びＦＢ信号Ａ，Ｂのレベルの組み合わせから故障発生箇所を推定する。そして、故障箇所推定部１２が図１の情報表示部１３を介して、図１２に示すごとく、液晶モニタ１３１等の表示器に故障発生箇所を例えば、「ＣｈＡ ニュウリョク」のように表示する。

次いで、図１１は、前述の診断部２６も二重化した場合を想定したときの判定テーブルである。
すなわち、図示されていないが、遮断停止部２３Ａ，２３Ｂから出力されるＦＢ信号Ａ，Ｂを二つの同一構成の診断部（診断部Ａ，Ｂとする）に入力し、これらの診断部Ａ，Ｂによる診断信号（遮断指令）Ａ，Ｂを得る。つまり、図１１の判定テーブルは、信号監視部１１及び故障箇所推定部１２が、入力信号Ａ，Ｂ及び上記診断信号Ａ，Ｂを用いて故障発生箇所を推定するためのものである。

以下、図１１におけるいくつかのケースについて説明する。
例えば、Ｎｏ.２１，Ｎｏ.２２は、レベルが互いに一致している入力信号Ａ，Ｂに対して、診断信号Ａ，Ｂが何れも「Ｈｉｇｈ」レベルの場合であり、正常と判定する。
Ｎｏ.２３，Ｎｏ.２４は、レベルが互いに一致している入力信号Ａ，Ｂに対して、診断信号Ａ，Ｂが何れも「Ｌｏｗ」レベルの場合である。この場合は、入力信号Ａ，Ｂのレベルが互いに一致しているにも関わらず、診断信号Ａ，Ｂが「Ｌｏｗ」レベル、つまり遮断指令が出力されていることになるので、安全機能がロック中（自己診断中止）である可能性が高い。

また、Ｎｏ.２５〜Ｎｏ.２８は、入力信号Ａ，Ｂのレベルが不一致であるため、診断信号Ａ，Ｂが何れも「Ｌｏｗ」レベルとなるべきものが、「Ｈｉｇｈ」レベルとなっている場合である。この場合、診断部Ａ，Ｂの両方が故障している可能性は少ないため、診断信号Ａ，Ｂの「Ｈｉｇｈ」レベルは正常と見なすことができ、結果として、ＣｈＡまたはＣｈＢの入力回路が異常である可能性が高い。

Ｎｏ.２９〜Ｎｏ.３２は、入力信号Ａ，Ｂのレベルが一致しているにも関わらず、診断信号Ａ，Ｂのレベルが互いに不一致の場合である。この場合、入力部２１Ａ，２１Ｂの両方が故障している可能性は少ないため、入力信号Ａ，Ｂのレベルは正常と見なすことができ、結果として、診断部Ａまたは診断部Ｂが故障している可能性が高い。

Ｎｏ.３３〜Ｎｏ.３５は、Ｎｏ.３３（Ｎｏ.２２と同様に正常と判定されるケース）の状態から入力信号ＡまたはＢのレベルがＮｏ.３４またはＮｏ.３５のように変化した場合に、それぞれＮｏ.３４，Ｎｏ.３５に示す診断信号Ａ，Ｂが得られるか否かによって故障または正常を判定するケースである。
これらのケースＮｏ.３３〜Ｎｏ.３５は、主として診断信号Ａ，Ｂの故障判定に有効である。

以上説明したように、この実施形態によれば、電力変換装置１００の安全機能を担う安全回路２７（入力部２１Ａ，２１Ｂ，論理部２２Ａ，２２Ｂ，遮断停止部２３Ａ，２３Ｂ）や診断部２６の状態を監視し、異常または故障が発生した箇所をほぼ正確に推定することが可能である。

本発明は、装置の故障時に運転を停止する安全機能を備えたインバータ装置、コンバータ装置、チョッパ装置等の電力変換装置、及び、この種の電力変換装置を含む各種のドライブシステムに利用することができる。

１０：ＣＰＵ（監視手段）
１１：信号監視部
１２：故障箇所推定部
１３：情報表示部
１４：制御部
２１，２１Ａ，２１Ｂ：入力部
２２，２２Ａ，２２Ｂ：論理部
２３，２３Ａ，２３Ｂ：遮断停止部
２４：駆動回路部
２５：主回路部
２６：診断部
２７：安全回路
２８：安全回路・診断部
３０：電源
４０：電動機
４１：速度／位置センサ
５０：外部安全コントローラ
１３１：液晶モニタ
２１１，２１２，２４１〜２４６：フォトカプラ
２３１〜２３４，２５１〜２５６：半導体スイッチング素子
２６１：ＸＯＲ（排他的論理和）ゲート
２６２，２６５：ＲＣフィルタ
２６３，２６４，２６６：ＮＡＮＤゲート

Claims (5)

1. 駆動回路部から出力される駆動信号により、主回路部を構成する半導体スイッチング素子を制御して負荷に電力を供給する電力変換装置であって、外部からの指令に基づき前記駆動回路部を動作させて前記駆動信号を生成し、かつ、装置内部の故障発生時に前記駆動回路部に遮断信号を送出して前記主回路部の運転を停止する安全回路を備えた電力変換装置において、
   前記主回路部の運転・停止を指令するための入力信号を生成する入力部と、前記入力信号を一方の入力とする論理部と、前記論理部の出力信号により前記遮断信号を生成する遮断停止部と、を前記安全回路に設け、
   更に、前記遮断信号をフィードバック信号に用いて前記論理部の他方の入力となる遮断指令を生成する診断部と、
   前記入力信号と前記遮断指令と前記フィードバック信号とに基づき、前記安全回路及び前記診断部の状態を監視して故障発生の有無を推定し、故障発生と判定した時に遮断信号を生成して前記駆動回路部に送出し、前記主回路部の運転を停止させる監視手段と、
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載した電力変換装置において、
   前記安全回路は、前記入力部，前記論理部及び前記遮断停止部からなるチャンネルを二組備えて二重化され、
   前記診断部には、両チャンネルの前記遮断停止部から前記フィードバック信号がそれぞれ入力されると共に、
   前記監視手段には、前記遮断指令のほかに、両チャンネルの前記入力部からの前記入力信号と、両チャンネルの前記遮断停止部からの前記フィードバック信号と、がそれぞれ入力されることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項２に記載した電力変換装置において、
   前記診断部を二組備えて二重化することを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項２または３に記載した電力変換装置において、
   前記監視手段は、両チャンネルの前記入力信号及び前記フィードバック信号の論理レベルの組み合わせに基づいて故障発生箇所を推定することを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項４に記載した電力変換装置において、
   前記監視手段は、少なくとも何れかのチャンネルにおける入力回路または出力回路を故障発生箇所として推定可能であることを特徴とする電力変換装置。

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