JP6587134B2 - コンバータ、モータ駆動装置、異常検出方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、コンバータ、モータ駆動装置、異常検出方法及びプログラムに関する。

圧縮機モータなどのモータを駆動するモータ駆動装置では、交流電力から直流電力を生成するコンバータが使用される場合がある。コンバータが交流電力から直流電力を生成する場合、コンバータにおいて高い力率が求められる。
特許文献１には、関連する技術として、図１０に示すようなモータ駆動装置におけるコンデンサインプット形の整流回路を有するコンバータにおいて、アクティブフィルタ（スイッチング回路）を用いてコンバータにおける力率を改善する際に、予め取得した正常動作時のコンバータの入力波形と現在のコンバータの入力波形とを比較し一致しているか否かに基づいて、アクティブフィルタが正常に動作しているか否かを判定する技術が記載されている。

特開２０１５−１２８３５２号公報

特許文献１に記載の技術を用いてモータ駆動装置のコンバータにおいてアクティブフィルタが正常に動作しているか否かを判定する場合、パターンマッチングの複雑な処理が必要となり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置の負荷が重くなるため、高性能な演算装置が必要となる。
そのため、モータ駆動装置のコンバータにおいてアクティブフィルタが正常に動作しているか否かを容易に判定する技術が求められていた。

本発明は、上記の課題を解決することのできるコンバータ、モータ駆動装置、異常検出方法及びプログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、コンバータは、交流電源に接続され、前記交流電源から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷に出力するコンバータにおいて、前記交流電源から供給された交流電力を整流して直流電力を生成する整流回路と、前記整流回路から供給された直流電力から、導通タイミングに応じた電圧を生成して出力するスイッチング回路と、前記スイッチング回路を制御するコンバータ制御部と、前記スイッチング回路が出力した電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記交流電源が前記整流回路に出力する交流電力の周期と、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の電流値と、前記スイッチング回路が正常に動作しているときに予め定めた電流値を示す第１異常判定しきい値と、前記スイッチング回路が正常に動作しているときに予め定めた第２異常判定しきい値であって、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の前記電流値が前記第１異常判定しきい値以下となる期間の前記交流電力の周期における割合を示す第２異常判定しきい値とに基づいて、前記スイッチング回路が正常に動作しているか否かを判定する異常検出部と、を備える。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様におけるコンバータにおいて、前記異常検出部は、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の瞬時値と、前記瞬時値に対応する時間とに基づいて、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の異なる実効値毎に前記第１異常判定しきい値と前記第２異常判定しきい値とを算出してもよい。

本発明の第３の態様によれば、第１の態様または第２の態様におけるコンバータにおいて、前記異常検出部は、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の瞬時値と、前記瞬時値に対応する時間とに基づいて、自コンバータの異なる負荷条件毎に前記第１異常判定しきい値と前記第２異常判定しきい値とを算出してもよい。

本発明の第４の態様によれば、第１の態様から第３の態様の何れかの態様におけるコンバータにおいて、前記スイッチング回路が正常に動作していないと判定した場合、前記スイッチング回路が正常に動作していないことを外部に報知してもよい。

本発明の第５の態様によれば、第１の態様から第４の態様の何れかの態様におけるコンバータにおいて、前記異常検出部は、前記スイッチング回路が正常に動作していないと判定した場合、自コンバータの動作を停止させてもよい。

本発明の第６の態様によれば、モータ駆動装置は、第１の態様から第５の態様の何れかの態様におけるコンバータと、前記コンバータが出力する直流電力からモータを駆動する交流電力を生成するインバータと、を備えていてもよい。

本発明の第７の態様によれば、第６の態様におけるモータ駆動装置において、前記コンバータが備える異常検出部は、スイッチング回路が正常に動作していないと判定した場合、自モータ駆動装置の動作を停止させてもよい。

本発明の第８の態様によれば、異常検出方法は、交流電源に接続され、前記交流電源から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷に出力するコンバータの異常検出方法であって、整流回路は、前記交流電源から供給された交流電力を整流して直流電力を生成し、コンバータ制御部は、スイッチング回路を制御し、前記スイッチング回路は、前記整流回路から供給された直流電力から、導通タイミングに応じた電圧を生成して出力し、平滑コンデンサは、前記スイッチング回路が出力した電圧を平滑化し、異常検出部は、前記交流電源が前記整流回路に出力する交流電力の周期と、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の電流値と、前記スイッチング回路が正常に動作しているときに予め定めた電流値を示す第１異常判定しきい値と、前記スイッチング回路が正常に動作しているときに予め定めた第２異常判定しきい値であって、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の前記電流値が前記第１異常判定しきい値以下となる期間の前記交流電力の周期における割合を示す第２異常判定しきい値とに基づいて、前記スイッチング回路が正常に動作しているか否かを判定する、ことを含む。

本発明の第９の態様によれば、プログラムは、交流電源に接続され、前記交流電源から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷に出力するコンバータであって、前記交流電源から供給された交流電力を整流して直流電力を生成する整流回路と、前記整流回路から供給された直流電力から、導通タイミングに応じた電圧を生成して出力するスイッチング回路と、前記スイッチング回路を制御するコンバータ制御部と、前記スイッチング回路が出力した電圧を平滑化する平滑コンデンサと、を備えるコンバータのコンピュータに、前記交流電源が前記整流回路に出力する交流電力の周期と、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の電流値と、前記スイッチング回路が正常に動作しているときに予め定めた電流値を示す第１異常判定しきい値と、前記スイッチング回路が正常に動作しているときに予め定めた第２異常判定しきい値であって、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の前記電流値が前記第１異常判定しきい値以下となる期間の前記交流電力の周期における割合を示す第２異常判定しきい値とに基づいて、前記スイッチング回路が正常に動作しているか否かを判定すること、を実行させる。

本発明の実施形態によるコンバータによれば、モータ駆動装置のコンバータにおいてスイッチング回路が正常に動作しているか否かを容易に判定することができる。

本発明の第一の実施形態によるコンバータを備えるモータ駆動装置の構成を示す図である。 本実施形態に昇圧アクティブフィルタが正常に動作する場合に交流電源が整流回路に出力する電流の波形を示す図である。 本実施形態における昇圧アクティブフィルタが正常に動作しない場合に交流電源が整流回路に出力する電流の波形を示す図である。 本実施形態において交流電源が整流回路に出力する電流と電圧の波形を示す図である。 本実施形態において交流電源が整流回路に出力する電流の実効値に対応付けた、第１異常検出しきい値と、第２異常検出しきい値を示す第１の図である。 本実施形態によるコンバータが備える異常検出部の処理フローを示す第１の図である。 本実施形態によるコンバータが備える異常検出部の処理フローを示す第２の図である。 本実施形態において交流電源が整流回路に出力する電流の実効値に対応付けた、第１異常検出しきい値と、第２異常検出しきい値を示す第２の図である。 本発明の第二の実施形態によるコンバータを備えるモータ駆動装置の構成を示す図である。

＜第一の実施形態＞
以下、本発明の第一の実施形態によるコンバータを備えるモータ駆動装置の構成について説明する。
本実施形態によるモータ駆動装置１は、図１に示すように、コンバータ２と、インバータ３と、交流電源４と、モータ２０と、を備える。

コンバータ２は、整流回路５と、昇圧アクティブフィルタ１０（スイッチング回路）と、平滑コンデンサ１２と、コンバータ制御部１５と、周期検出部１７と、電流検出部２７と、記憶部３０と、異常検出部３１と、を備える。

交流電源４は、交流電力（電流、電圧）を生成し、コンバータ２に出力する。交流電源４が出力する交流電力の周波数は、例えば、５０ヘルツや６０ヘルツである。
整流回路５は、交流電源４から供給された交流電力を整流して直流電力を生成する。
周期検出部１７は、交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期を検出する。
電流検出部２７は、交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を検出する。

記憶部３０は、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているときに、交流電源４が整流回路５に出力した過去の電流の実効値に基づいて決定された異常判定しきい値を記憶している。異常判定しきい値は、モータ駆動装置１が正常に動作しているときに、コンバータのさまざまな負荷条件（例えば、異なる仕様のモータ２０のそれぞれに対するインバータ３の異なる入力電圧・電流条件）に対して行った実験に基づき、例えば、異常検出部３１により決定される。なお、異常判定しきい値は、モータ駆動装置１が正常に動作しているときに、コンバータのさまざまな負荷条件に対してオシロスコープなどの計測器を用いて行った実験に基づき、ユーザが決定してもよい。異常判定しきい値は、異常検出部３１が昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているか否かを判定する際に用いるしきい値である。異常判定しきい値は、電流値を示す第１異常判定しきい値と、第１異常判定しきい値以下の電流値となる期間の１周期における割合を示す第２異常判定しきい値を含む。本実施形態における異常判定しきい値の決定方法の詳細は、後述する。

異常検出部３１は、モータ駆動装置１が正常に動作しているときに、コンバータのさまざまな負荷条件（例えば、異なる仕様のモータ２０のそれぞれに対するインバータ３の異なる入力電圧・電流条件）に対して、交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値を算出する。また、異常検出部３１は、記憶部３０から読み出した異常判定しきい値と電流検出部２７が検出した交流電源４が整流回路５に出力した現在の電流の電流値との比較結果に基づいて、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているか否かを判定する。異常検出部３１は、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作していると判定した場合には、モータ駆動装置１の動作を継続させる。異常検出部３１は、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作していないと判定した場合には、モータ駆動装置１の動作を停止させるなどの処理を行う。異常検出部３１は、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作していないことを外部に報知する。本実施形態による異常検出部３１が行う昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているか否かの判定の詳細は、後述する。

昇圧アクティブフィルタ１０は、インダクタ６と、ダイオード７と、スイッチング素子８と、を備える。スイッチング素子８は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｃｉｄｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などである。インダクタ６の第１端子は、整流回路５に接続されている。インダクタ６の第２端子は、ダイオード７のアノードとスイッチング素子８の第１端子（例えば、スイッチング素子８がＩＧＢＴである場合、コレクタ）に接続されている。
昇圧アクティブフィルタ１０は、整流回路５から直流電力が供給される。昇圧アクティブフィルタ１０は、スイッチング素子８の導通タイミングを決定するオン・オフ状態に応じた電圧をダイオード７のカソードから平滑コンデンサ１２に出力する。

コンバータ制御部１５は、周期検出部１７が検出した交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期と、電流検出部２７が検出した交流電源４が整流回路５に出力する電流の電流値とに基づいて、スイッチング素子８のオン・オフ状態を交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期に対して十分に短い時間間隔で制御して、交流電源４が整流回路５に出力する電流を、例えば、図２に示す正弦波に近い波形とする制御を行う。こうすることで、コンバータ制御部１５は、高調波を低減し、コンバータ２における力率を向上させることができる。なお、コンバータ制御部１５は、ブリッジ回路１８を制御するインバータ制御部１９の制御の状態に基づいてスイッチング素子８のオン・オフ状態を補正してもよい。

なお、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作せず、スイッチング素子８が開放状態の場合、交流電源４が整流回路５に出力する電流の波形は、昇圧アクティブフィルタ１０の代わりにインダクタ６とダイオード７とが直列接続された（スイッチング素子８を有さない）コンバータに対する電流の波形と同様の、例えば、図３に示す電流波形となる。

平滑コンデンサ１２は、昇圧アクティブフィルタ１０が出力した電圧により充電され、整流回路５が出力する直流電圧よりも電圧変化の小さい直流電圧をインバータ３に供給する。

インバータ３は、ブリッジ回路１８と、インバータ制御部１９と、直流電圧検出部２８と、モータ電流検出部２９と、を備える。

直流電圧検出部２８は、平滑コンデンサ１２からブリッジ回路１８に供給される直流電圧を検出する。
モータ電流検出部２９は、ブリッジ回路１８がモータ２０に出力するモータ電流を検出する。
インバータ制御部１９は、直流電圧検出部２８が検出した平滑コンデンサ１２から供給される直流電圧の値と、モータ電流検出部２９が検出したブリッジ回路１８がモータ２０に出力するモータ電流とに基づいて、ブリッジ回路１８のオン・オフ状態を制御して、モータ２０を回転させる制御を行う。
なお、インバータ制御部１９は、コンバータ２を制御するコンバータ制御部１５の制御の状態に基づいて、モータ２０の回転を補正する制御を行ってもよい。

本実施形態における異常判定しきい値の決定方法について説明する。
上述のように、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作し、コンバータ２における力率を向上させる目的で、コンバータ制御部１５がスイッチング素子８のオン・オフ状態を制御する場合、交流電源４が整流回路５に出力する電流は、図２で示した電流波形となる。
また、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作せず、スイッチング素子８が開放状態の場合、交流電源４が整流回路５に出力する電流は、図３で示した電流波形となる。

図２、図３で示した電流波形と共に交流電源４が整流回路５に出力する電圧の波形を示すと、図４に示すような波形となる。図４の部分（ａ）は、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作している場合の波形を示している。また、図４の部分（ｂ）は、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作していない場合の波形を示している。横軸は時間である。縦軸は電流、電圧である。なお、図４の部分（ａ）における電流波形は、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しており、理想的な正弦波となる制御が行われた場合の例を示している。

周期検出部１７は、モータ駆動装置１が正常に動作しているときに、コンバータのさまざまな負荷条件（例えば、異なる仕様のモータ２０のそれぞれに対するインバータ３の異なる入力電圧・電流条件）に対して、交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期Ｔを検出する。例えば、周期検出部１７は、想定される交流電源４が出力する交流電力の周期に対して十分に短い時間間隔で交流電源４が整流回路５に出力する電圧をサンプリングする。周期検出部１７は、ゼロクロス検出やピーク検出などの技術を用いてサンプリングした電圧の周期Ｔを検出する。周期検出部１７は、検出した周期Ｔを交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期とする。

電流検出部２７は、モータ駆動装置１が正常に動作しているときに、コンバータのさまざまな負荷条件（例えば、異なる仕様のモータ２０のそれぞれに対するインバータ３の異なる入力電圧・電流条件）に対して、交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を検出する。具体的には、電流検出部２７は、カレントトランスを用いて交流電源４が整流回路５に出力した電流に応じた電流を生成する。電流検出部２７は、生成した電流を既知の抵抗値を有する抵抗に流し、その抵抗の両端の電圧を検出する。電流検出部２７は、検出した電圧と、カレントトランスの巻き数比と、抵抗値とから、交流電源４が出力する電流を算出する。

異常検出部３１は、交流電源４が整流回路５に出力する電流の中心値から最大、または、最小までの変化分を算出し、交流電源４が整流回路５に出力する電流の最大振幅を特定する。

異常検出部３１は、モータ駆動装置１が正常に動作しているときに、コンバータのさまざまな負荷条件に対して、交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値を算出する。例えば、異常検出部３１は、周期検出部１７から周期Ｔを取得する。異常検出部３１は、モータ駆動装置１が正常に動作しているときに、コンバータのさまざまな負荷条件に対して、電流検出部２７から交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を取得する。異常検出部３１は、周期Ｔの間に取得した交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値の２乗を積算する。異常検出部３１は、積算した電流値を周期Ｔで除算した値の平方根を算出することにより、交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値を算出する。なお、異常検出部３１は、交流電源４の整流回路５に出力する電流の波形が正弦波とみなせる場合には、交流電源４が整流回路５に出力する電流の中心値から最大、または、最小までの変化分を算出し、交流電源４が整流回路５に出力する電流の最大振幅を特定する。異常検出部３１は、交流電源４が整流回路５に出力する電流の最大振幅を２の平方根で除算して実効値を算出してもよい。

異常検出部３１は、コンバータのさまざまな負荷条件に対して、交流電源４が整流回路５に出力する電流の最大振幅の半分の振幅を第１異常検出しきい値ｉｔｈ（上限：ｉｔｈａ、下限：ｉｔｈｂ）として算出する。異常検出部３１は、コンバータのさまざまな負荷条件に対して、第１異常検出しきい値ｉｔｈと、交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値とを対応付ける。

コンバータのさまざまな負荷条件に対して、予め行った実験により、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているときに交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値と、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作していないときに交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値は、ほぼ同一であることがわかっている。したがって、図４に示すように、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているときに交流電源４が整流回路５に出力する電流の最大振幅は、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作していないときに交流電源４が整流回路５に出力する電流の最大振幅に比べて小さい。また、図４に示すように、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているときに交流電源４が整流回路５に出力する電流が中心値から変化する期間は、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作していないときに交流電源４が整流回路５に出力する電流が中心値から変化する期間に比べて長い。すなわち、図４の部分（ａ）において交流電源４が整流回路５に出力する電流が第１異常判定しきい値の範囲内となる期間（ｔ１ａ＋ｔ３ａ＋ｔ５ａ）は、図４の部分（ｂ）において交流電源４が整流回路５に出力する電流が第１異常判定しきい値の範囲内となる期間（ｔ１ｂ＋ｔ３ｂ＋ｔ５ｂ）よりも短くなる。
この理由により、異常検出部３１は、コンバータのさまざまな負荷条件に対して、交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値と、その瞬時値に対応する時間とに基づいて、図４の部分（ａ）において交流電源４が整流回路５に出力する電流が第１異常判定しきい値の範囲内となる期間の周期Ｔにおける割合（（ｔ１ａ＋ｔ３ａ＋ｔ５ａ）÷Ｔ）と、図４の部分（ｂ）において交流電源４が整流回路５に出力する電流が第１異常判定しきい値の範囲内となる期間の周期Ｔにおける割合（（ｔ１ｂ＋ｔ３ｂ＋ｔ５ｂ）÷Ｔ）との間の、例えば、割合（（ｔ１ａ＋ｔ３ａ＋ｔ５ａ＋ｔ１ｂ＋ｔ３ｂ＋ｔ５ｂ）÷２÷Ｔ）を第２異常判定しきい値と算出する。

異常検出部３１は、コンバータのさまざまな負荷条件に対して、第２異常検出しきい値ｔｔｈと、交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値とを対応付ける。

異常検出部３１は、コンバータ２のさまざまな負荷条件に対して、交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値に対応付けた、第１異常検出しきい値ｉｔｈと、第２異常検出しきい値ｔｔｈとを、例えば、図５に示すデータテーブルＴＢＬ１のように、記憶部３０に書き込む。

本実施形態によるコンバータ２が備える異常検出部３１の処理について説明する。
まず、異常検出部３１が第１異常判定しきい値ｉｔｈと、第２異常判定しきい値ｔｔｈを記憶部３０に書き込む図６に示す処理フローについて説明する。

周期検出部１７は、モータ駆動装置１が正常に動作しているときに、コンバータ２のさまざまな負荷条件（例えば、異なる仕様のモータ２０のそれぞれに対するインバータ３の異なる入力電圧・電流条件）に対して、交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期Ｔを検出する。例えば、周期検出部１７は、想定される交流電源４が出力する交流電力の周期に対して十分に短い時間間隔で交流電源４が整流回路５に出力する電圧をサンプリングする。周期検出部１７は、ゼロクロス検出やピーク検出などの技術を用いて周期Ｔを検出する。周期検出部１７は、検出した周期Ｔを交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期とする。
周期検出部１７は、周期Ｔを異常検出部３１に出力する。

電流検出部２７は、モータ駆動装置１が正常に動作しているときに、コンバータのさまざまな負荷条件に対して、交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を検出する。
電流検出部２７は、交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を異常検出部３１に出力する。

異常検出部３１は、周期検出部１７から周期Ｔを取得する。また、異常検出部３１は、電流検出部２７から交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を取得する。
異常検出部３１は、周期Ｔにおける交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値の平均値を算出し、交流電源４が整流回路５に出力する電流の中心値を算出する。異常検出部３１は、交流電源４が整流回路５に出力する電流の中心値と、交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を用いて、交流電源４が整流回路５に出力する電流の中心値から最大、または、最小までの変化分を算出し、交流電源４が整流回路５に出力する電流の最大振幅を特定する（ステップＳ１）。

異常検出部３１は、モータ駆動装置１が正常に動作しているときに、コンバータのさまざまな負荷条件に対して、交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値を算出する（ステップＳ２）。例えば、異常検出部３１は、周期検出部１７から周期Ｔを取得する。異常検出部３１は、モータ駆動装置１が正常に動作しているときに、コンバータ２のさまざまな負荷条件に対して、電流検出部２７から交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を取得する。異常検出部３１は、周期Ｔの間に取得した交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値の２乗を積算する。異常検出部３１は、積算した電流値を周期Ｔで除算した値の平方根を算出することにより、交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値を算出する。

異常検出部３１は、コンバータ２のさまざまな負荷条件に対して、交流電源４が整流回路５に出力する電流の最大振幅の半分の振幅を第１異常検出しきい値ｉｔｈ（上限：ｉｔｈａ、下限：ｉｔｈｂ）として算出する（ステップＳ３）。異常検出部３１は、算出した交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値と対応付ける。

異常検出部３１は、交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値と、その瞬時値に対応する時間とに基づいて、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているときに交流電源４が整流回路５に出力する電流が第１異常検出しきい値ｉｔｈの範囲内（ｉｔｈｂ〜ｉｔｈａ）となる期間の周期Ｔにおける割合（例えば、図４の部分（ａ）で示した、（ｔ１ａ＋ｔ３ａ＋ｔ５ａ）÷Ｔ）と、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作していないときに交流電源４が整流回路５に出力する電流が第１異常検出しきい値ｉｔｈの範囲内（ｉｔｈｂ〜ｉｔｈａ）となる期間の周期Ｔにおける割合（例えば、図４の部分（ｂ）で示した、（ｔ１ｂ＋ｔ３ｂ＋ｔ５ｂ）÷Ｔ）との間の割合（例えば、（ｔ１ａ＋ｔ３ａ＋ｔ５ａ＋ｔ１ｂ＋ｔ３ｂ＋ｔ５ｂ）÷２÷Ｔ）を第２異常判定しきい値と算出する（ステップＳ４）。

異常検出部３１は、コンバータ２のさまざまな負荷条件に対して、第２異常検出しきい値ｔｔｈと、算出した交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値とを対応付ける。

異常検出部３１は、コンバータ２のさまざまな負荷条件に対して、交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値に対応付けた、第１異常検出しきい値ｉｔｈと、第２異常検出しきい値ｔｔｈとを、例えば、図５に示すデータテーブルＴＢＬ１のように、記憶部３０に書き込む（ステップＳ５）。

次に、異常検出部３１が昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているか否かを判定する図７に示す処理フローについて説明する。

周期検出部１７は、現在のコンバータ２の負荷条件に対して、交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期Ｔを検出する。
周期検出部１７は、周期Ｔを異常検出部３１に出力する。

電流検出部２７は、現在のコンバータ２の負荷条件に対して、交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を検出する。
電流検出部２７は、交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を異常検出部３１に出力する。

異常検出部３１は、周期検出部１７から周期Ｔを取得する。また、異常検出部３１は、電流検出部２７から交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を取得する。
異常検出部３１は、周期Ｔにおける交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値の平均値を算出し、交流電源４が整流回路５に出力する電流の中心値を算出する。異常検出部３１は、交流電源４が整流回路５に出力する電流の中心値と、交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を用いて、交流電源４が整流回路５に出力する電流の中心値から最大、または、最小までの変化分を算出し、交流電源４が整流回路５に出力する電流の最大振幅を特定する（ステップＳ１１）。

異常検出部３１は、現在のコンバータ２の負荷条件に対して、交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値を算出する（ステップＳ１２）。例えば、異常検出部３１は、周期検出部１７から周期Ｔを取得する。異常検出部３１は、現在のコンバータ２の負荷条件に対して、電流検出部２７から交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値を取得する。異常検出部３１は、周期Ｔの間に取得した交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値の２乗を積算する。異常検出部３１は、積算した電流値を周期Ｔで除算した値の平方根を算出することにより、交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値を算出する。

異常検出部３１は、現在のコンバータ２の負荷条件に対して算出した交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値と、データテーブルＴＢＬ１における電流の実効値とが所定の誤差範囲内で一致するか否かを判定する（ステップＳ１３）。具体的には、異常検出部３１は、現在のコンバータ２の負荷条件に対して算出した交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値と、データテーブルＴＢＬ１における電流の実効値とをＮＯ．１から順に比較し、所定の誤差の範囲内に入るか否かを判定する。

異常検出部３１は、両方の電流の実効値が所定の誤差範囲内で一致しないと判定した場合（ステップＳ１３においてＮＯ）、現在のコンバータ２の負荷条件に対して図６で示した処理を行い、交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値に対応付けた、第１異常検出しきい値、第２異常検出しきい値を記憶部３０のデータテーブルＴＢＬ１に書き込む（ステップＳ１４）。異常検出部３１は、ステップＳ１１の処理に戻す。

異常検出部３１は、両方の電流の実効値が所定の誤差範囲内で一致すると判定した場合（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、一致した電流の実効値に対応する第１異常判定しきい値ｉｔｈと、第２異常判定しきい値ｔｔｈを記憶部３０のデータテーブルＴＢＬ１から読み出す（ステップＳ１５）。

異常検出部３１は、周期Ｔにおいて、電流検出部２７から取得した、交流電源４が整流回路５に出力する電流の瞬時値と、第１異常判定しきい値とを比較する。異常検出部３１は、この比較結果に基づいて、周期Ｔにおいて、交流電源４の整流回路５に出力する電流の瞬時値が第１異常判定しきい値ｉｔｈの範囲内（ｉｔｈｂ〜ｉｔｈａ）となる期間を特定する。異常検出部３１は、特定した期間を周期Ｔで除算して、交流電源４の整流回路５に出力する電流の瞬時値が第１異常判定しきい値ｉｔｈの範囲内（ｉｔｈｂ〜ｉｔｈａ）となる期間の周期Ｔにおける割合を算出する（ステップＳ１６）。

異常検出部３１は、交流電源４の整流回路５に出力する電流の瞬時値が第１異常判定しきい値ｉｔｈの範囲内となる期間の周期Ｔにおける割合が第２異常判定しきい値ｔｔｈ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。

異常検出部３１は、交流電源４の整流回路５に出力する電流の瞬時値が第１異常判定しきい値ｉｔｈの範囲内となる期間の周期Ｔにおける割合が第２異常判定しきい値ｔｔｈ以下ではないと判定した場合（ステップＳ１７においてＮＯ）、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作していると判定する（ステップＳ１８）。異常検出部３１は、ステップＳ１６の処理に戻す。

異常検出部３１は、交流電源４の整流回路５に出力する電流の瞬時値が第１異常判定しきい値ｉｔｈの範囲内となる期間の周期Ｔにおける割合が第２異常判定しきい値ｔｔｈ以下であると判定した場合（ステップＳ１７においてＹＥＳ）、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作していないと判定する（ステップＳ１９）。
異常検出部３１は、モータ駆動装置１の動作を停止させるなどの処理を行う（ステップＳ２０）。
異常検出部３１は、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作していないことを外部に報知する（ステップＳ２１）。

なお、異常検出部３１は、ステップＳ２０及びステップＳ２１の処理のうち何れか一方のみを行ってもよい。異常検出部３１がステップＳ２０及びステップＳ２１の処理のうちステップＳ２１の処理のみを行う場合、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作していないことを外部装置を介して知ったユーザがモータ駆動装置１を停止するなどの処理を行えばよい。

また、異常検出部３１が行う交流電源４の整流回路５に出力する電流の瞬時値が第１異常判定しきい値ｉｔｈの範囲内となる期間の周期Ｔにおける割合が第２異常判定しきい値ｔｔｈ以下（ステップＳ１７においてＹＥＳ）であると判定する判定は、所定回数連続した場合に有効になるものであってもよい。例えば、異常検出部３１は、周期Ｔ毎の判定が３回（すなわち、３周期）連続して、交流電源４の整流回路５に出力する電流の瞬時値が第１異常判定しきい値ｉｔｈの範囲内となる期間の周期Ｔにおける割合が第２異常判定しきい値ｔｔｈ以下であると判定した場合に、初めてステップＳ２０またはステップＳ２１の処理を行ってもよい。

なお、モータ２０の仕様が異なりインバータ３の入力電圧・電流条件が異なるなどの異なる負荷条件に対して、交流電源４の整流回路５に出力する電流の実効値が同一となる場合がある。この場合、実効値が同一であっても、負荷条件が異なるため、電流の最大値が異なり、交流電源４の整流回路５に出力する電流の瞬時値が第１異常判定しきい値ｉｔｈの範囲内となる期間の周期Ｔにおける割合（例えば、図４の部分（ｂ）における期間（ｔ２ｂ＋ｔ４ｂ）の周期Ｔにおける割合）が異なる可能性がある。したがって、負荷条件が異なる場合には、記憶部３０のデータテーブルＴＢＬ１において、交流電源４の整流回路５に出力する電流の実効値が同一であっても、異常判定しきい値が異なる可能性がある。このような場合、異常検出部３１は、データテーブルＴＢＬ１において交流電源４が整流回路５に出力する電流の実効値のみで判定に使用する異常判定しきい値を特定することができず、判定ができない。そこで、異常検出部３１は、例えば、図８に示すように、予め各負荷条件に応じた識別子を付与し、ユーザが識別子を入力する操作を行い現在の負荷条件に応じた識別子を異常検出部３１に供給する。そして、異常検出部３１は、記憶部３０のデータテーブルＴＢＬ１において、供給された識別子に一致する負荷条件を特定し、その負荷条件において電流の実効値が所定の誤差の範囲内で一致するか否かを判定すればよい。

以上、本発明の第一の実施形態による異常検出部３１を備えるコンバータ２について説明した。本実施形態によるコンバータ２は、交流電源４と、負荷となるインバータ３との間に設けられる。コンバータ２は、交流電源４から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷となるインバータ３に出力する。コンバータ２において、整流回路５は、交流電源４から供給された交流電力を整流して直流電力を生成する。昇圧アクティブフィルタ１０は、インダクタ６と、ダイオード７と、スイッチング素子８と、を有する。昇圧アクティブフィルタ１０は、整流回路５から供給された直流電力から、スイッチング素子８のオン・オフ状態に応じた電圧を生成して平滑コンデンサ１２に出力する。コンバータ制御部１５は、スイッチング素子８のオン・オフ状態を制御する。平滑コンデンサ１２は、昇圧アクティブフィルタ１０が出力した電圧を平滑化する。異常検出部３１は、交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期と、交流電源４が整流回路５に出力する電流の電流値と、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているときに予め定めた電流値を示す第１異常判定しきい値と、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているときに予め定めた現在の電流値が第１異常判定しきい値以下となる期間の交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期における割合を示す第２異常判定しきい値とに基づいて、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているか否かを判定する。
このようにすれば、異常検出部３１を備えるコンバータ２は、モータ駆動装置のコンバータにおいてアクティブフィルタが正常に動作しているか否かを容易に判定することができる。

＜第二の実施形態＞
本発明の第二の実施形態によるコンバータを備えるモータ駆動装置の構成について説明する。
本実施形態によるモータ駆動装置１は、図９に示すように、コンバータ２と、インバータ３と、交流電源４と、モータ２０と、を備える。
本実施形態によるモータ駆動装置１は、並列に接続された昇圧アクティブフィルタ１０をコンバータ２が複数備える点で、本発明の第一の実施形態によるモータ駆動装置１と異なる。

コンバータ制御部１５は、周期検出部１７が検出した交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期と、電流検出部２７が検出した交流電源４が整流回路５に出力する電流の電流値とに基づいて、交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期に対して十分に短い時間間隔で、並列に接続された各昇圧アクティブフィルタ１０の各スイッチング素子８のオン・オフ状態を所定の順序で制御する。

異常検出部３１は、複数の昇圧アクティブフィルタ１０のうち、何れか１つを動作させる。そして、異常検出部３１は、その動作させた昇圧アクティブフィルタ１０に対して、本発明の実施形態によるコンバータ２が備える異常検出部３１と同様の処理を行うことで、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているか否かを判定することができる。

以上、本発明の第二の実施形態による異常検出部３１を備えるコンバータ２について説明した。本実施形態によるコンバータ２は、交流電源４と、負荷となるインバータ３との間に設けられる。コンバータ２は、交流電源４から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷となるインバータ３に出力する。コンバータ２において、整流回路５は、交流電源４から供給された交流電力を整流して直流電力を生成する。昇圧アクティブフィルタ１０は、インダクタ６と、ダイオード７と、スイッチング素子８と、を有する。各昇圧アクティブフィルタ１０は、並列に複数接続される。各昇圧アクティブフィルタ１０は、整流回路５から供給された直流電力から、スイッチング素子８のオン・オフ状態に応じた電圧を生成して平滑コンデンサ１２に出力する。コンバータ制御部１５は、並列に接続された各昇圧アクティブフィルタ１０の各スイッチング素子８のオン・オフ状態を所定の順序で制御する。平滑コンデンサ１２は、昇圧アクティブフィルタ１０が出力した電圧を平滑化する。異常検出部３１は、複数の昇圧アクティブフィルタ１０のうち、何れか１つを動作させる。異常検出部３１は、交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期と、交流電源４が整流回路５に出力する電流の電流値と、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているときに予め定めた電流値を示す第１異常判定しきい値と、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているときに予め定めた現在の電流値が第１異常判定しきい値以下となる期間の交流電源４が整流回路５に出力する交流電力の周期における割合を示す第２異常判定しきい値とに基づいて、昇圧アクティブフィルタ１０が正常に動作しているか否かを判定する。
このようにすれば、異常検出部３１を備えるコンバータ２は、モータ駆動装置のコンバータにおいて並列に複数接続されたアクティブフィルタが正常に動作しているか否かを容易に判定することができる。

なお、本発明の一実施形態における処理フローは、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。

本発明における記憶部３０は、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部３０は、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。

実施形態について説明したが、上述のコンバータ２、インバータ３のそれぞれは内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータがそのプログラムを実行するようにしてもよい。

また、上述のコンバータ２、インバータ３のそれぞれが有するコンピュータシステムは、コンバータ２、インバータ３とで一部または全部が共通であってもよい。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行ってよい。

１・・・モータ駆動装置
２・・・コンバータ
３・・・インバータ
４・・・交流電源
５・・・整流回路
６・・・インダクタ
７・・・ダイオード
８・・・スイッチング素子
１０・・・昇圧アクティブフィルタ
１２・・・平滑コンデンサ
１５・・・コンバータ制御部
１７・・・周期検出部
１８・・・ブリッジ回路
１９・・・インバータ制御部
２０・・・モータ
２７・・・電流検出部
２９・・・モータ電流検出部
３０・・・記憶部
３１・・・異常検出部

Claims (9)

1. 交流電源に接続され、前記交流電源から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷に出力するコンバータにおいて、
   前記交流電源から供給された交流電力を整流して直流電力を生成する整流回路と、
   前記整流回路から供給された直流電力から、導通タイミングに応じた電圧を生成して出力するスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路を制御するコンバータ制御部と、
   前記スイッチング回路が出力した電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
   前記交流電源が前記整流回路に出力する交流電力の周期と、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の電流値と、前記スイッチング回路が正常に動作しているときに予め定めた電流値を示す第１異常判定しきい値と、前記スイッチング回路が正常に動作しているときに予め定めた第２異常判定しきい値であって、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の前記電流値が前記第１異常判定しきい値以下となる期間の前記交流電力の周期における割合を示す第２異常判定しきい値とに基づいて、前記スイッチング回路が正常に動作しているか否かを判定する異常検出部と、
   を備えるコンバータ。
2. 前記異常検出部は、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の瞬時値と、前記瞬時値に対応する時間とに基づいて、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の異なる実効値毎に前記第１異常判定しきい値と前記第２異常判定しきい値とを算出する、
   請求項１に記載のコンバータ。
3. 前記異常検出部は、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の瞬時値と、前記瞬時値に対応する時間とに基づいて、自コンバータの異なる負荷条件毎に前記第１異常判定しきい値と前記第２異常判定しきい値とを算出する、
   請求項１または請求項２に記載のコンバータ。
4. 前記異常検出部は、
   前記スイッチング回路が正常に動作していないと判定した場合、前記スイッチング回路が正常に動作していないことを外部に報知する、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載のコンバータ。
5. 前記異常検出部は、
   前記スイッチング回路が正常に動作していないと判定した場合、自コンバータの動作を停止させる、
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載のコンバータ。
6. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載のコンバータと、
   前記コンバータが出力する直流電力からモータを駆動する交流電力を生成するインバータと、
   を備える、モータ駆動装置。
7. 前記コンバータが備える異常検出部は、
   スイッチング回路が正常に動作していないと判定した場合、自モータ駆動装置の動作を停止させる、
   請求項６に記載のモータ駆動装置。
8. 交流電源に接続され、前記交流電源から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷に出力するコンバータの異常検出方法であって、
   整流回路は、前記交流電源から供給された交流電力を整流して直流電力を生成し、
   コンバータ制御部は、スイッチング回路を制御し、
   前記スイッチング回路は、前記整流回路から供給された直流電力から、導通タイミングに応じた電圧を生成して出力し、
   平滑コンデンサは、前記スイッチング回路が出力した電圧を平滑化し、
   異常検出部は、前記交流電源が前記整流回路に出力する交流電力の周期と、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の電流値と、前記スイッチング回路が正常に動作しているときに予め定めた電流値を示す第１異常判定しきい値と、前記スイッチング回路が正常に動作しているときに予め定めた第２異常判定しきい値であって、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の前記電流値が前記第１異常判定しきい値以下となる期間の前記交流電力の周期における割合を示す第２異常判定しきい値とに基づいて、前記スイッチング回路が正常に動作しているか否かを判定する、ことを含む異常検出方法。
9. 交流電源に接続され、前記交流電源から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷に出力するコンバータであって、前記交流電源から供給された交流電力を整流して直流電力を生成する整流回路と、前記整流回路から供給された直流電力から、導通タイミングに応じた電圧を生成して出力するスイッチング回路と、前記スイッチング回路を制御するコンバータ制御部と、前記スイッチング回路が出力した電圧を平滑化する平滑コンデンサと、を備えるコンバータのコンピュータに、
   前記交流電源が前記整流回路に出力する交流電力の周期と、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の電流値と、前記スイッチング回路が正常に動作しているときに予め定めた電流値を示す第１異常判定しきい値と、前記スイッチング回路が正常に動作しているときに予め定めた第２異常判定しきい値であって、前記交流電源が前記整流回路に出力する電流の前記電流値が前記第１異常判定しきい値以下となる期間の前記交流電力の周期における割合を示す第２異常判定しきい値とに基づいて、前記スイッチング回路が正常に動作しているか否かを判定すること、
   を実行させるプログラム。

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