JP6777251B1 - 電力変換装置、診断装置及び診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異常診断性能の向上と、システム構成の簡素化との両立に有効な装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１は、モータ５と、モータ５による駆動対象４とを有する機器２のモータ５に対し、駆動電力を供給する電力変換回路１０と、電力変換回路１０とモータ５との間に流れる駆動電流に基づいてモータ５の発生トルクを算出する発生トルク算出部１１４と、モータ５の回転速度推定値を出力する速度推定部１１５と、回転速度推定値に基づいて機器２の慣性トルクを算出する慣性トルク算出部１１７と、発生トルクと慣性トルクとに基づいて、モータ５の回転軸６に作用する負荷トルクを算出する負荷トルク算出部１１８と、負荷トルクに基づいて機器に異常があるかを診断する異常診断部１１９と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、電力変換装置、診断装置及び診断方法に関する。

特許文献１には、センサで検知された電圧や電流及び騒音や振動等の波形に基づいて、電気設備の故障や劣化を診断するシステムが開示されている。

特開２００５−２５１１８５号公報

本開示は、異常診断性能の向上と、システム構成の簡素化との両立に有効な装置を提供する。

本開示の一側面に係る電力変換装置は、モータと、モータによる駆動対象とを有する機器のモータに対し、駆動電力を供給する電力変換回路と、電力変換回路とモータとの間に流れる駆動電流に基づいてモータの発生トルクを算出する発生トルク算出部と、モータの回転速度推定値を出力する速度推定部と、回転速度推定値に基づいて機器の慣性トルクを算出する慣性トルク算出部と、発生トルクと慣性トルクとに基づいて、モータの回転軸に作用する負荷トルクを算出する負荷トルク算出部と、負荷トルクに基づいて機器に異常があるかを診断する異常診断部と、を備える。

本開示の他の側面に係る診断装置は、モータと、モータによる駆動対象とを有する機器のモータに対し、駆動電力を供給する電力変換回路と、モータとの間に流れる駆動電流に基づいてモータの発生トルクを算出する発生トルク算出部と、モータの回転速度推定値を出力する速度推定部と、回転速度推定値に基づいて機器の慣性トルクを算出する慣性トルク算出部と、発生トルクと慣性トルクとに基づいて、モータの回転軸に作用する負荷トルクを算出する負荷トルク算出部と、負荷トルクに基づいて機器に異常があるかを診断する異常検知部と、を備える。

本開示の更に他の側面に係る診断方法は、モータと、モータによる駆動対象とを有する機器のモータに対し、駆動電力を供給する電力変換回路と、モータとの間に流れる駆動電流に基づいてモータの発生トルクを算出することと、モータの回転速度推定値を出力することと、回転速度推定値に基づいて機器の慣性トルクを算出することと、発生トルクと慣性トルクとに基づいて、モータの回転軸に作用する負荷トルクを算出することと、負荷トルクに基づいて機器に異常があるかを診断することと、を含む。

本開示の更に他の側面に係る電力変換装置は、モータと、モータによる駆動対象とを有する機器のモータに対し、駆動電力を供給する電力変換回路と、電力変換回路とモータとの間に流れる駆動電流と、電力変換回路がモータに印加する駆動電圧とに基づいて、電力変換回路とモータとの間に生じる無効電力を算出する無効電力算出部と、無効電力に基づいて機器に異常があるかを診断する異常検知部と、を備える。

本開示の更に他の側面に係る診断装置は、モータと、モータによる駆動対象とを有する機器のモータに対し、駆動電力を供給する電力変換回路と、モータとの間に流れる駆動電流と、電力変換回路がモータに印加する駆動電圧とに基づいて、電力変換回路とモータとの間に生じる無効電力を算出する無効電力算出部と、無効電力に基づいて機器の異常を検知する異常検知部と、を備える。

本開示の更に他の側面に係る診断方法は、モータと、モータによる駆動対象とを有する機器のモータに対し、駆動電力を供給する電力変換回路と、モータとの間に流れる駆動電流と、電力変換回路がモータに印加する駆動電圧とに基づいて、電力変換回路とモータとの間に生じる無効電力を算出することと、無効電力に基づいて機器に異常があるかを診断することと、を含む。

本開示によれば、異常診断性能の向上と、システム構成の簡素化との両立に有効な装置を提供することができる。

電力変換装置の構成を例示する模式図である。 制御回路の変形例を示すブロック図である。 制御回路のハードウェア構成を例示するブロック図である。 制御回路による電力変換回路の制御手順を例示するフローチャートである。 加速制御手順を例示するフローチャートである。 定常制御手順を例示するフローチャートである。 減速制御手順を例示するフローチャートである。 異常診断手順を例示するフローチャートである。 第１診断処理手順を例示するフローチャートである。 第２診断処理手順を例示するフローチャートである。 図１０における診断手順を例示するフローチャートである。 診断手順の変形例を示すフローチャートである。

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。

〔電力変換装置〕
図１に示す電力変換装置１は、機器２に駆動電力を供給する装置である。機器２は、モータ５と、モータ５による駆動対象４とを有し、電力変換装置１はモータ５に駆動電力を供給する。機器２の具体例としては、冷却用又は換気用等のファンが挙げられる。ファンにおいては、回転羽根が駆動対象４に相当する。機器２は、モータ５と、モータ５による駆動対象４とを有する限りいかなるものであってもよく、ファンには限られない。他の機器２の具体例としては、ポンプが挙げられる。モータ５は、回転電動機である。モータ５は、誘導電動機であってもよいし、同期電動機であってもよい。

電力変換装置１は、電源３の電力（一次側電力）を駆動電力（二次側電力）に変換してモータ５に供給する。電源３の電力は、交流電力であってもよく、直流電力であってもよい。駆動電力は交流電力である。一例として、電源３の電力及び駆動電力は、いずれも三相交流電力である。例えば電力変換装置１は、電力変換回路１０と、制御回路１００とを有する。

電力変換回路１０は、一次側電力を二次側電力に変換してモータ５に供給する。電力変換回路１０は、例えば電圧形インバータであり、電圧指令に従った駆動電圧をモータ５に印加する。

例えば電力変換回路１０は、コンバータ回路１１と、平滑コンデンサ１２と、インバータ回路１３と、電流センサ１４とを有する。コンバータ回路１１は、例えばダイオードブリッジ回路又はＰＷＭコンバータ回路であり、上記電源電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサ１２は、上記直流電力を平滑化する。インバータ回路１３は、上記直流電力と上記駆動電力との間の電力変換を行う。例えばインバータ回路１３は、複数のスイッチング素子１５を有し、複数のスイッチング素子１５のオン・オフを切り替えることによって上記電力変換を行う。スイッチング素子１５は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であり、ゲート駆動信号に応じてオン・オフを切り替える。

電流センサ１４は、インバータ回路１３とモータ５との間に流れる電流を検出する。例えば電流センサ１４は、三相交流の全相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の電流を検出するように構成されていてもよいし、三相交流のいずれか２相の電流を検出するように構成されていてもよい。零相電流が生じない限り、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の電流の合計はゼロなので、２相の電流を検出する場合にも全相の電流の情報が得られる。

以上に示した電力変換回路１０の構成はあくまで一例であり、モータ５に駆動電力を供給し得る限りにおいていかようにも変更可能である。例えば電力変換回路１０は、電流形インバータであってもよい。電流形インバータは、電流指令に従った駆動電流をモータ５に出力する。電力変換回路１０は、直流化を経ることなく電源電力と駆動電力との双方向の電力変換を行うマトリクスコンバータ回路であってもよい。電源電力が直流電力である場合に、電力変換回路１０はコンバータ回路１１を有していなくてもよい。

制御回路１００は、モータ５に駆動電力を供給するように電力変換回路１０を制御する。例えば制御回路１００は、電圧指令に従った駆動電圧をモータ５に印加するように電力変換回路１０を制御する。電圧指令は、例えば電圧指令ベクトルの大きさと位相とを含む。制御回路１００は、電力変換回路１０とモータ５との間に流れる駆動電流に基づいてモータ５の発生トルクを算出することと、モータ５の回転速度推定値を出力することと、回転速度推定値に基づいて機器２の慣性トルクを算出することと、発生トルクと慣性トルクとに基づいて、モータ５の回転軸６に作用する負荷トルクを算出することと、負荷トルクに基づいて機器２に異常があるかを診断することと、を更に実行するように構成されている。

機器２の慣性トルクは、上記回転軸６を含むモータ５のロータの慣性トルクと、駆動対象４の慣性トルクとを含む。負荷トルクは、駆動対象４からモータ５に作用する反力トルクと、モータ５の回転軸６の軸受７から回転軸６に作用するメカロストルクとを含む。反力トルクの大きさは、モータ５から駆動対象４に作用する駆動トルクの大きさに等しい。メカロストルクは、潤滑剤の粘性に起因する粘性トルクを含む。

例えば制御回路１００は、機能上の構成（以下、「機能ブロック」という。）として、速度制御部１１１と、ＰＷＭ制御部１１２と、電流情報取得部１１３と、発生トルク算出部１１４と、速度推定部１１５と、速度記憶部１１６と、慣性トルク算出部１１７と、負荷トルク算出部１１８と、異常診断部１１９とを有する。

速度制御部１１１は、モータ５の動作速度を、目標速度に追従させるように上記電圧指令を生成する。速度制御部１１１は、例えば上位コントローラ２００から目標速度（例えば周波数指令）を取得する。上位コントローラ２００の具体例としては、プログラマブルロジックコントローラが挙げられる。速度制御部１１１は、予め定められた目標速度を保持していてもよい。

例えば速度制御部１１１は、Ｖ／ｆ方式にて電圧指令を生成する。具体的に速度制御部１１１は、モータ５の回転速度（周波数）と電圧振幅との関係を定めたＶ／ｆプロファイルと、目標速度とに基づいて電圧指令ベクトルの大きさを算出し、目標速度に基づいて電圧指令ベクトルの位相を算出する。速度制御部１１１は、電圧指令ベクトルの算出を所定の制御周期で繰り返し実行する。

ＰＷＭ制御部１１２は、速度制御部１１１により算出された電圧指令に従った駆動電圧をモータ５に印加するように電力変換回路１０を制御する。例えばＰＷＭ制御部１１２は、電圧指令ベクトルに一致した駆動電圧をモータ５に印加するように、インバータ回路１３の複数のスイッチング素子１５のオン・オフを切り替える。

速度制御部１１１は、モータ５の起動後にモータ５の回転速度を目標速度まで上昇させ、モータ５の停止指令に応じてモータ５の回転速度をゼロまで低下させるように構成されていてもよい。例えば、速度制御部１１１は、ゼロから上記目標速度（以下、「定常時目標速度」という。）まで徐々に上昇する加速時目標速度にモータ５の回転速度を追従させるように電圧指令を生成する。ここで、徐々に変化させることは２以上の段階を経て階段状に変化させることを含む。また、速度制御部１１１は、モータ５の回転速度を定常時目標速度に維持するように電力変換回路１０を制御する。例えば電流情報取得部１１３は、上記Ｖ／ｆプロファイルと定常時目標速度とに基づいて電圧指令ベクトルの大きさを算出し、定常時目標速度に基づいて電圧指令ベクトルの位相を算出する。また、速度制御部１１１は、モータ５の回転速度を低下させ、モータ５を停止させる。例えば速度制御部１１１は、定常時目標速度からゼロまで徐々に低下する減速時目標速度にモータ５の回転速度を追従させるように電圧指令を生成する。例えば速度制御部１１１は、上記Ｖ／ｆプロファイルと減速時目標速度とに基づいて電圧指令ベクトルの大きさを算出し、減速時目標速度に基づいて電圧指令ベクトルの位相を算出する。

なお、電圧指令の生成方式はＶ／ｆ方式に限られない。例えば速度制御部１１１は、加速時目標速度、定常時目標速度又は減速時目標速度とモータ５の回転速度との偏差を算出し、当該偏差を縮小するように電圧指令を生成してもよい。一例として、速度制御部１１１は、上記偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施して電流指令を生成し、上記駆動電流を電流指令に追従させるように電圧指令を生成してもよい。

電流情報取得部１１３は、電流センサ１４から電流情報を取得する。例えば電流情報取得部１１３は、電流センサ１４から取得した電流情報に対し、３相２相変換と、座標変換とを施して、回転座標系における電流ベクトルを算出する。一例として、電流情報取得部１１３は、モータ５の誘起電圧ベクトルに平行な座標軸（δ軸）方向の電流成分であるδ軸電流と、δ軸に垂直な座標軸（γ軸）方向の電流成分であるγ軸電流とを算出する。なお、上述したＶ／ｆ方式において、誘起電圧ベクトルは電圧指令ベクトルと等しくてもよい。電圧指令の生成に上記誘起電圧オブザーバが用いられる場合、誘起電圧ベクトルは誘起電圧オブザーバにより算出される。

座標変換には、固定座標系に対する回転座標系の位相が必要となる。例えば電流情報取得部１１３は、回転座標系の位相として、速度制御部１１１が算出した電圧指令ベクトルの位相を用いる。電流情報取得部１１３は、電流情報の取得と、δ軸電流及びγ軸電流の算出とを、上記制御周期で繰り返し実行する。

発生トルク算出部１１４は、電力変換回路１０とモータ５との間に流れる駆動電流に基づいてモータ５の発生トルクを算出する。例えば発生トルク算出部１１４は、電流情報取得部１１３が算出したδ軸電流にモータ５のトルク定数を乗算することによって発生トルクを算出する（次式参照）。
Ｔ１＝Ｋｔ・Ｉδ・・・（１）
Ｔ１：発生トルク
Ｋｔ：トルク定数
Ｉδ：δ軸電流
発生トルク算出部１１４は、発生トルクの算出を上記制御周期で繰り返し実行する。

速度推定部１１５は、モータ５の回転速度推定値を出力する。例えば速度推定部１１５は、電力変換回路１０がモータ５に印加する駆動電圧と、モータ５の特性を表す少なくとも一つのパラメータと、上記駆動電流とに基づいてモータ５の回転速度推定値を算出する。速度推定部１１５は、上記駆動電圧を示す情報として、上記電圧指令を用いてもよい。一例として、電圧指令の生成方式が上記Ｖ／ｆ方式である場合、速度推定部１１５は次式によりモータ５の回転速度推定値を算出する。
ωｍ＝２・（Ｖδ−Ｒ・Ｉδ−ω・Ｌγ・Ｉγ）／Ｋｅ／Ｐ・・・（２）
ωｍ：回転速度推定値
Ｖδ：電圧指令ベクトルのδ軸成分
Ｒ：モータ５の巻き線抵抗
ω：目標速度
Ｌγ：γ軸電流に対するモータ５のインダクタンス
Ｋｅ：モータ５の逆起電力定数
Ｐ：モータ５の極数

電圧指令の生成に誘起電圧オブザーバが用いられる場合、速度推定部１１５は、誘起電圧オブザーバが算出する誘起電圧ベクトルに基づいてモータ５の回転速度推定値を算出してもよい。速度推定部１１５は、回転速度推定値の算出を上記制御周期で繰り返し実行する。速度記憶部１１６は、速度推定部１１５が算出した回転速度推定値を時系列で記憶する。

慣性トルク算出部１１７は、回転速度推定値に基づいて機器２の慣性トルクを算出する。例えば慣性トルク算出部１１７は、速度記憶部１１６が記憶する最新の回転速度推定値の時間変化に基づいて機器２の慣性トルクを算出する。一例として、慣性トルク算出部１１７は、次式により慣性トルクを算出する。
Ｔ２＝（ωｍ［ｎ］−ωｍ［ｎ−１］）・（Ｊｍ＋Ｊｂ）／Δｔ・・・（３）
Ｔ２：慣性トルク
ωｍ［ｎ］：速度記憶部１１６が記憶する最新の回転速度推定値
ωｍ［ｎ−１］：速度記憶部１１６が記憶する１制御周期前の回転速度推定値
Ｊｍ：モータ５のロータの慣性モーメント
Ｊｂ：駆動対象４の慣性モーメント
Δｔ：サンプリング時間
慣性トルク算出部１１７は、慣性トルクの算出を上記制御周期で繰り返し実行する。

負荷トルク算出部１１８は、上記発生トルクと上記慣性トルクとに基づいて、モータ５の回転軸６に作用する負荷トルクを算出する。例えば負荷トルク算出部１１８は、次式により負荷トルクを算出する。
Ｔ３＝Ｔ１−Ｔ２・・・（４）
Ｔ３：負荷トルク
負荷トルク算出部１１８は、負荷トルクの算出を上記制御周期で繰り返し実行する。

異常診断部１１９は、負荷トルクに基づいて機器２に異常があるかを診断し、診断結果を出力する。例えば異常診断部１１９は、診断結果を表示デバイス（例えば後述の表示デバイス３００）に表示させてユーザに報知する。異常診断部１１９は、診断結果を上位コントローラ２００に出力してもよい。負荷トルクに基づいて機器２に異常があるかを診断することは、負荷トルクに直接的に基づいて機器２の異常を診断することと、負荷トルクに間接的に基づいて機器２に異常があるかを検知することとを含む。

負荷トルクに直接的に基づいて機器２の異常を検知する場合、異常診断部１１９は、例えば負荷トルクが所定のトルクレベル（以下、「負荷トルク上限レベル」という。）を超えた場合に機器２に異常があると診断する。負荷トルク上限レベルは、実機試験又はシミュレーション等に基づいて予め設定される。制御回路１００は、機器２に異常が生じていない場合に算出した複数の負荷トルクに対し統計処理を施すことで負荷トルク上限レベルを自動設定するように構成されていてもよい。例えば負荷トルク上限レベルは、複数の負荷トルクの標準偏差に所定倍率（例えば３倍）を乗算した値を、複数の負荷トルクの平均値に加算することで算出可能である。

負荷トルクに間接的に基づいて機器２に異常があるかを診断する場合、異常診断部１１９は、駆動対象４の駆動トルクを負荷トルクから減算したトルク偏差に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。なお、駆動トルクが上記メカロストルクを含まない場合、トルク偏差はメカロストルクに相当する。

例えば制御回路１００は、図２に示すように、トルク記憶部１３１と、駆動トルク算出部１３２と、トルク偏差算出部１３３とを更に有する。トルク記憶部１３１は、モータ５の回転速度と、駆動対象４の駆動トルクとの関係を表す駆動トルクプロファイルを記憶する。トルク記憶部１３１は、モータ５の回転速度と駆動対象４の駆動トルクとをそれぞれが含む複数の駆動トルクデータセットを駆動トルクプロファイルとして記憶してもよい。トルク記憶部１３１は、モータ５の回転速度と駆動対象４の駆動トルクとの関係を表す関数（以下、「駆動トルク関数」という。）を駆動トルクプロファイルとして記憶してもよい。駆動トルク関数の具体例としては、上記複数の駆動トルクデータセットに基づく近似関数等が挙げられる。

駆動トルク算出部１３２は、回転速度推定値と駆動トルクプロファイルとに基づいて駆動対象４の駆動トルクを算出する。例えば駆動トルクプロファイルが複数の駆動トルクデータセットである場合、駆動トルク算出部１３２は、複数の駆動トルクデータセットの補間（例えば線形補間）によって、回転速度推定値に対応する駆動トルクを算出する。駆動トルクプロファイルが上記駆動トルク関数である場合、駆動トルク算出部１３２は、駆動トルク関数に回転速度推定値を代入することによって、回転速度推定値に対応する駆動トルクを算出する。駆動トルク算出部１３２は、駆動トルクの算出を上記制御周期で繰り返し実行する。

トルク偏差算出部１３３は、負荷トルクと駆動トルクとに基づいて、上記トルク偏差を算出する。例えばトルク偏差算出部１３３は、次式によりトルク偏差を算出する。
Ｔｄ＝Ｔ３−Ｔｂ・・・（５）
Ｔｄ：トルク偏差
Ｔｂ：駆動トルク
トルク偏差算出部１３３は、トルク偏差の算出を上記制御周期で繰り返し実行する。

異常診断部１１９は、トルク偏差が所定のトルクレベル（以下、「トルク偏差上限レベル」という。）を超えた場合に機器２に異常があると診断する。トルク偏差上限レベルは、実機試験又はシミュレーション等に基づいて予め設定される。制御回路１００は、機器２に異常が生じていない場合に算出した複数のトルク偏差に対し統計処理を施すことでトルク偏差上限レベルを自動設定するように構成されていてもよい。例えばトルク偏差上限レベルは、複数のトルク偏差の標準偏差に所定倍率（例えば３倍）を乗算した値を、複数のトルク偏差の平均値に加算することで算出可能である。

異常診断部１１９は、トルク偏差にフィルタ処理を施した値に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。例えば制御回路１００は、第１フィルタ処理部１３４を更に有する。第１フィルタ処理部１３４は、トルク偏差にローパス型の第１フィルタ処理を施す。第１フィルタ処理のカットオフ周波数は、例えば１Ｈｚ以下である。

異常診断部１１９は、第１フィルタ処理が施されたトルク偏差（以下、「第１フィルタ後トルク」という。）に基づいて機器２に異常があるかを診断する。例えば異常診断部１１９は、第１フィルタ後トルクが所定のトルクレベル（以下、「第１トルク上限レベル」という。）を超えた場合に機器２に異常があると診断する。第１トルク上限レベルは、実機試験又はシミュレーション等に基づいて予め設定される。

制御回路１００は、機器２に異常が生じていない場合に算出した複数の第１フィルタ後トルクに対し統計処理を施すことで第１トルク上限レベルを自動設定するように構成されていてもよい。例えば第１トルク上限レベルは、複数の第１フィルタ後トルクの標準偏差に所定倍率（例えば３倍）を乗算した値を、複数の第１フィルタ後トルクの平均値に加算することで算出可能である。

制御回路１００は、第２フィルタ処理部１３５を更に有する。第２フィルタ処理部１３５は、トルク偏差にバンドパス型の第２フィルタ処理を施す。第２フィルタ処理部１３５は、第２フィルタ処理の下側のカットオフ周波数及び上側のカットオフ周波数をモータ５の回転速度に応じて変化させてもよい。

異常診断部１１９は、第２フィルタ処理が施されたトルク偏差（以下、「第２フィルタ後トルク」という。）に更に基づいて機器２に異常があるかを診断する。例えば異常診断部１１９は、第１フィルタ後トルクが上記第１トルク上限レベルを超えた場合に機器２に異常があると診断し、第２フィルタ後トルクが所定のトルクレベル（以下、「第２トルク上限レベル」という。）を超えた場合にも機器２に異常があると診断する。

第２トルク上限レベルは、実機試験又はシミュレーション等に基づいて予め設定される。制御回路１００は、機器２に異常が生じていない場合に算出した複数の第２フィルタ後トルクに対し統計処理を施すことで第２トルク上限レベルを自動設定するように構成されていてもよい。例えば第２トルク上限レベルは、複数の第２フィルタ後トルクの標準偏差に所定倍率（例えば３倍）を乗算した値を、複数の第２フィルタ後トルクの平均値に加算することで算出可能である。

異常診断部１１９は、電力変換回路１０とモータ５との間に生じる無効電力に更に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。例えば制御回路１００は、無効電力算出部１４１を更に有する。無効電力算出部１４１は、駆動電流と電力変換回路１０がモータ５に印加する駆動電圧とに基づいて、上記無効電力を算出する。例えば無効電力算出部１４１は、駆動電流と電圧指令とに基づいて上記無効電力を算出する。一例として、無効電力算出部１４１は、次式により上記無効電力を算出する。
Ｑ＝Ｖδ・ｉγ−Ｖγ・ｉδ・・・（６）
Ｖγ：電圧指令ベクトルのγ軸成分

異常診断部１１９は、無効電力算出部１４１が算出した無効電力に更に基づいて機器２に異常があるかを診断する。例えば異常診断部１１９は、トルク偏差が上記トルク偏差上限レベルを超えた場合に機器２に異常があると診断し、無効電力が所定の電力レベル（以下、「無効電力上限レベル」という。）を超えた場合にも機器２に異常があると診断し、トルク偏差がトルク偏差上限レベル未満であり且つ無効電力が無効電力上限レベル未満である場合には機器２に異常がないと診断する。

無効電力上限レベルは、実機試験又はシミュレーション等に基づいて予め設定される。制御回路１００は、機器２に異常が生じていない場合に算出した複数の無効電力に対し統計処理を施すことで無効電力上限レベルを自動設定するように構成されていてもよい。例えば無効電力上限レベルは、複数の無効電力の標準偏差に所定倍率（例えば３倍）を乗算した値を、複数の無効電力の平均値に加算することで算出可能である。

異常診断部１１９は、トルク偏差がトルク偏差上限レベルを超え、且つ無効電力が無効電力上限レベルを超えた場合に機器２に異常があると診断し、トルク偏差がトルク偏差上限レベル未満である場合には機器２に異常はないと診断し、無効電力が無効電力上限レベル未満である場合にも機器２に異常はないと診断してもよい。

異常診断部１１９は、トルク偏差には基づかずに、無効電力に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。例えば異常診断部１１９は、無効電力が無効電力上限レベルを超えた場合に機器２に異常があると診断し、無効電力が無効電力上限レベル未満である場合には機器２に異常はないと診断してもよい。

ここで、負荷トルクが増加した場合の無効電力は次式により表される。
Ｑ＝Ｖδ・（ｉγ＋Δｉγ）−Ｖγ・（ｉδ＋Δｉδ）・・・（７）
Δｉγ：負荷トルクの増加に伴うγ軸電流の変化
Δｉδ：負荷トルクの増加に伴うδ軸電流の変化

γ軸電流に対するインダクタンスＬγと、δ軸電流に対するインダクタンスＬδとが等しい場合、式（７）は、電圧電流方程式に基づいて次のように変形される。
Ｑ＝ω・Ｌ（ｉγ^２＋ｉδ^２）
＋ω・Ｋｅ・ｉγ・ｃｏｓΔθ−ω・Ｋｅ・ｉδ・ｓｉｎΔθ
＋Ｒ・ｉδ・Δｉγ−Ｒ・ｉγ・Δｉδ
＋ω・Ｌ・ｉγ・Δｉγ＋ω・Ｌ・ｉδ・Δｉδ
＋ω・Ｋｅ・Δｉγ・ｃｏｓΔθ−ω・Ｋｅ・Δｉδ・ｓｉｎΔθ・・・（８）
Ｌ＝Ｌγ＝Ｌδ・・・（９）
Δθ：γ軸と、モータ５の磁極方向とのなす角

式（８）において、Δｉγ、Δｉδを含む方向は全て正の値となる。このため、無効電力は、負荷トルクの増加に伴って増加するといえる。このため、無効電力に基づけば、負荷トルクの増加を高い感度で検知することが可能となる。

異常診断部１１９は、発生トルクに基づいて機器２の異常を検知する第１診断処理と、少なくともトルク偏差又は無効電力に基づいて機器２の異常を検知する第２診断処理とを選択的に実行してもよい。例えば異常診断部１１９は、より細分化された機能ブロックとして、第１診断部１５１と、第２診断部１５２とを有する。

第１診断部１５１は、速度制御部１１１がモータ５の目標速度を上昇させている期間において、発生トルクに基づいて機器２に異常があるかを診断する。第２診断部１５２は、速度制御部１１１がモータ５の回転速度を定常時目標速度に維持している期間において、上述のように少なくともトルク偏差又は無効電力に基づいて機器２に異常があるかを診断する。

第１診断部１５１は、加速期間における発生トルクのピーク値に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。また、第１診断部１５１は、上記ピーク値の変化（経時変化）に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。更に、第１診断部１５１は、上記ピーク値の変化の積算値に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。

例えば制御回路１００は、ピーク検出部１６１と、ピーク値記憶部１６２と、ピーク変化積算部１６３とを更に有する。ピーク検出部１６１は、加速期間における発生トルクのピーク値を検出する。例えばピーク検出部１６１は、モータ５の起動後における発生トルクの上昇が減少に転じた際に、減少直前の発生トルクを上記ピーク値として検出する。ピーク検出部１６１は、モータ５の起動後、所定のピーク予測時間が経過した時点の発生トルクを上記ピーク値として検出してもよい。ピーク予測時間は、実機試験又はシミュレーション等に基づいて予め設定されている。

ピーク値記憶部１６２は、モータ５の目標速度が上昇する度に、ピーク検出部１６１が算出したピーク値を記憶することで、複数のピーク値を時系列で記憶する。ピーク変化積算部１６３は、ピーク値記憶部１６２が記憶する最新のピーク値の変化の積算値（以下、「ピーク変化積算値」という。）を算出する。例えばピーク変化積算部１６３は、ピーク値記憶部１６２が記憶する最新のピーク値と、当該ピーク値の１つ前のピーク値との差分を積算することでピーク変化積算値を算出する。

第１診断部１５１は、ピーク変化積算値が所定の変化レベル（以下、「変化上限レベル」という。）を超えた場合に機器２に異常があると診断する。変化上限レベルは、実機試験又はシミュレーション等に基づいて予め設定される。

第１診断部１５１は、速度制御部１１１がモータ５の目標速度を下降させている減速期間においても、発生トルクに基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。この場合第１診断部１５１は、減速期間における負の発生トルクのピーク値（以下、「負のピーク値」という。）に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。また、第１診断部１５１は、負のピーク値の変化に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。更に、第１診断部１５１は、負のピーク値の変化の積算値に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。この場合、ピーク検出部１６１は、減速期間に負のピーク値を更に検出する。ピーク値記憶部１６２は、モータ５の目標速度が下降する度に、ピーク検出部１６１が算出した負のピーク値を記憶することで、複数の負のピーク値を時系列で記憶する。ピーク変化積算部１６３は、ピーク値記憶部１６２が記憶する最新の負のピーク値の変化の積算値（以下、「負のピーク変化積算値」という。）を算出する。例えば負のピーク変化積算部１６３は、ピーク値記憶部１６２が記憶する最新の負のピーク値と、当該ピーク値の１つ前の負のピーク値との差分を積算することで負のピーク変化積算値を算出する。第１診断部１５１は、負のピーク変化積算値が所定の変化レベルを超えた場合に機器２に異常があると診断する。

なお、以上に例示した各機能ブロックは制御回路１００の構成要素であるから、各機能ブロックが上述した処理内容を実行することは、制御回路１００が上述した処理内容を実行することに相当する。

図３は、制御回路１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図３に示すように、制御回路１００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、通信ポート１９４と、入出力ポート１９５と、スイッチング制御回路１９６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。ストレージ１９３は、電力変換回路１０とモータ５との間に流れる駆動電流に基づいてモータ５の発生トルクを算出することと、モータ５の回転速度推定値を出力することと、回転速度推定値に基づいて機器２の慣性トルクを算出することと、発生トルクと慣性トルクとに基づいて、モータ５の回転軸６に作用する負荷トルクを算出することと、負荷トルクに基づいて機器２に異常があるかを診断することと、を電力変換装置１に実行させる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、制御回路１００の各機能ブロックを構成する。通信ポート１９４は、プロセッサ１９１からの指令に従って、上位コントローラ２００との間で情報通信を行う。入出力ポート１９５は、プロセッサ１９１からの指令に従って、電流センサ１４、表示デバイス３００及び入力デバイス４００との間で電気信号の入出力を行う。スイッチング制御回路１９６は、プロセッサ１９１からの指令に従って、電力変換回路１０に、スイッチング素子１５のオン・オフを切り替えるための駆動信号を出力する。

表示デバイス３００及び入力デバイス４００は、電力変換装置１のユーザインタフェースとして機能する。表示デバイス３００は、例えば液晶モニタ等を含み、ユーザに対する情報表示に用いられる。入力デバイス４００は、例えばキーパッド等であり、ユーザによる入力情報を取得する。表示デバイス３００及び入力デバイス４００は、所謂タッチパネルのように一体化されていてもよい。表示デバイス３００及び入力デバイス４００は、電力変換装置１に接続される外部機器に設けられていてもよいし、電力変換装置１に組み込まれていてもよい。

なお、制御回路１００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１００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。

〔電力変換手順〕
続いて、電力変換方法の一例として、制御回路１００が実行する電力変換回路１０の制御手順と、制御回路１００が実行する機器２の異常診断手順（診断方法）とを例示する。

（制御手順）
図４に示すように、制御回路１００は、ステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３を実行する。ステップＳ０１では、速度制御部１１１が、モータ５の起動後に、モータ５の回転速度を目標速度まで上昇させる。ステップＳ０２では、速度制御部１１１が、モータ５の回転速度を定常時目標速度に維持するように電力変換回路１０を制御する。ステップＳ０３では、速度制御部１１１が、モータ５の回転速度を低下させ、モータ５を停止させる。以下、各手順を詳細に例示する。

図５は、ステップＳ０１におけるモータ５の加速手順を例示するフローチャートである。この加速手順において、制御回路１００は、モータ５の目標速度を上記定常時目標速度まで段階的に上昇させる。以下においては、１段階分の速度の上昇量を「１ピッチ」という。１ピッチの値は、制御周期と加速時間の設定値とに基づいて定まる。

図５に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４を実行する。ステップＳ１１では、速度制御部１１１が、目標速度をゼロに設定する。ステップＳ１２では、速度制御部１１１が、目標速度に１ピッチを加算する。ステップＳ１３では、速度制御部１１１が、モータ５の回転速度を目標速度に追従させるように電圧指令を生成する。ステップＳ１４では、ＰＷＭ制御部１１２が、速度制御部１１１により算出された電圧指令に従った駆動電圧をモータ５に印加するように、複数のスイッチング素子１５のオン・オフ切り替えを開始する。ステップＳ１５では、目標速度が定常時目標速度であるかを速度制御部１１１が確認する。

ステップＳ１５において目標速度が定常時目標速度でないと判定した場合、制御回路１００は、ステップＳ１６を実行する。ステップＳ１６では、速度制御部１１１が制御周期の経過を待機する。その後、制御回路１００は処理をステップＳ１２に戻す。以後、目標速度が定常時目標速度となるまで、目標速度への１ピッチの加算と、モータ５の回転速度を目標速度に追従させるように電力変換回路１０を制御することとが繰り返される。ステップＳ１５において目標速度が定常時目標速度であると判定した場合、ステップＳ０１の加速手順が完了する。

図６は、ステップＳ０２におけるモータ５の定常速度制御手順を例示するフローチャートである。図６に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３を実行する。ステップＳ２１では、速度制御部１１１が、モータ５の回転速度を定常時目標速度に追従させるように電圧指令を生成する。ステップＳ２２では、ＰＷＭ制御部１１２が、速度制御部１１１により算出された電圧指令に従った駆動電圧をモータ５に印加するように、複数のスイッチング素子１５のオン・オフ切り替えを開始する。ステップＳ２３では、停止指令が入力されたかを速度制御部１１１が確認する。停止指令は、例えば入力デバイス４００に入力される。ステップＳ２３において停止指令が入力されていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ２４を実行する。ステップＳ２４では、速度制御部１１１が制御周期の経過を待機する。その後、制御回路１００は処理をステップＳ２１に戻す。以後、停止指令が入力されるまで、モータ５の回転速度を定常時目標速度に追従させるように電力変換回路１０を制御することが繰り返される。ステップＳ２４において停止指令が入力されたと判定した場合、ステップＳ０２の定常速度制御手順が完了する。

図７は、ステップＳ０３におけるモータ５の減速手順を例示するフローチャートである。この減速手順において、制御回路１００は、モータ５の目標速度をゼロまで段階的に低下させる。以下においては、１段階分の速度の下降量を「１ピッチ」という。１ピッチの値は、制御周期と減速時間の設定値とに基づいて定まる。

図７に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４を実行する。ステップＳ３１では、速度制御部１１１が、現在の目標速度から１ピッチを減算して次の目標速度を算出する。ステップＳ３２では、速度制御部１１１が、モータ５の回転速度を目標速度に追従させるように電圧指令を生成する。ステップＳ３３では、ＰＷＭ制御部１１２が、速度制御部１１１により算出された電圧指令に従った駆動電圧をモータ５に印加するように、複数のスイッチング素子１５のオン・オフ切り替えを開始する。ステップＳ３４では、目標速度がゼロであるかを速度制御部１１１が確認する。

ステップＳ３４において目標速度がゼロでないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ３５を実行する。ステップＳ３５では、速度制御部１１１が制御周期の経過を待機する。その後、制御回路１００は処理をステップＳ３１に戻す。以後、目標速度がゼロとなるまで、目標速度からの１ピッチの減算と、モータ５の回転速度を目標速度に追従させるように電力変換回路１０を制御することとが繰り返される。ステップＳ３４において目標速度がゼロであると判定した場合、ステップＳ０３の減速手順が完了する。

（異常診断手順）
異常診断手順は、電力変換回路１０とモータ５との間に流れる駆動電流に基づいてモータ５の発生トルクを算出することと、モータ５の回転速度推定値を出力することと、回転速度推定値に基づいて機器２の慣性トルクを算出することと、発生トルクと慣性トルクとに基づいて、モータ５の回転軸６に作用する負荷トルクを算出することと、負荷トルクに基づいて機器２の異常を検知することと、を含む。

図８に示すように、制御回路１００は、発生トルクに基づく上記第１診断処理（ステップＳ４１）と、少なくともトルク偏差又は無効電力に基づく上記第２診断処理（ステップＳ４２）とを順に実行する。以下、各診断処理の手順を例示する。

図９は、第１診断処理手順を例示するフローチャートである。図９に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ５１，Ｓ５２，Ｓ５３，Ｓ５４を実行する。ステップＳ５１では、第１診断部１５１がモータ５の起動を待機する。例えば第１診断部１５１は、速度制御部１１１がモータ５の加速を開始するのを待機する。ステップＳ５２では、電流情報取得部１１３が、電流センサ１４から電流情報を取得する。ステップＳ５３では、発生トルク算出部１１４が、電力変換回路１０とモータ５との間に流れる駆動電流に基づいてモータ５の発生トルクを算出する。ステップＳ５４では、モータ５の起動後における発生トルクの上昇が減少に転じたかをピーク検出部１６１が確認する。例えばピーク検出部１６１は、ステップＳ５３において算出された発生トルクが前回算出された発生トルクよりも低いか否かを確認する。

ステップＳ５４において発生トルクの上昇が減少に転じていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ５５，Ｓ５６を実行する。ステップＳ５５では、ピーク検出部１６１が、ステップＳ５２において算出された発生トルクをピーク値として保持する。ステップＳ５６では、電流情報取得部１１３が、制御周期の経過を待機する。その後、制御回路１００は処理をステップＳ５２に戻す。以後、ステップＳ５４において発生トルクの上昇が減少に転じるまでは、発生トルクを算出し、算出結果をピーク値として保持することが繰り返される。

ステップＳ５４において発生トルクの上昇が減少に転じたと判定した場合、制御回路１００はステップＳ６１，Ｓ６２，Ｓ６３を実行する。ステップＳ６１では、ピーク検出部１６１がピーク値をピーク値記憶部１６２に記憶させる。ステップＳ６２では、ピーク値記憶部１６２が記憶する最新のピーク値の変化の積算値（上記ピーク変化積算値）をピーク変化積算部１６３が算出する。ステップＳ６３では、ピーク変化積算値が上記変化上限レベルを超えたか否かを第１診断部１５１が確認する。

ステップＳ６３においてピーク変化積算値が変化上限レベルを超えたと判定した場合、制御回路１００はステップＳ６４を実行する。ステップＳ６４では、第１診断部１５１が、機器２に異常があると診断し、診断結果を表示デバイス３００又は上位コントローラ２００等に出力する。以上で、制御回路１００は第１診断処理を完了する。ステップＳ６３においてピーク変化積算値が変化上限レベルを超えていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ６４を実行することなく第１診断処理を完了する。

図１０は、第２診断処理手順を例示するフローチャートである。図１０に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ７１，Ｓ７２，Ｓ７３，Ｓ７４，Ｓ７５，Ｓ７６，Ｓ７７，Ｓ７８，Ｓ７９，Ｓ８１，Ｓ８２，Ｓ８３を実行する。ステップＳ７１では、速度制御部１１１が電力変換回路１０の制御を開始するのを第２診断部１５２が待機する。ステップＳ７２では、電流情報取得部１１３が、電流センサ１４から電流情報を取得する。ステップＳ７３では、発生トルク算出部１１４が、電力変換回路１０とモータ５との間に流れる駆動電流に基づいてモータ５の発生トルクを算出する。

ステップＳ７４では、速度推定部１１５が、モータ５の回転速度推定値を出力する。例えば速度推定部１１５は、上記電圧指令と、上記駆動電流とに基づいてモータ５の回転速度推定値を算出し、速度記憶部１１６に保存する。ステップＳ７５では、慣性トルク算出部１１７が、回転速度推定値に基づいて機器２の慣性トルクを算出する。例えば慣性トルク算出部１１７は、速度記憶部１１６が記憶する最新の回転速度推定値の時間変化に基づいて機器２の慣性トルクを算出する。

ステップＳ７６では、負荷トルク算出部１１８が、上記発生トルクと上記慣性トルクとに基づいて、モータ５の回転軸６に作用する負荷トルクを算出する。ステップＳ７７では、駆動トルク算出部１３２が、ステップＳ７４で算出された回転速度推定値と上記駆動トルクプロファイルとに基づいて駆動対象４の駆動トルクを算出する。ステップＳ７８では、トルク偏差算出部１３３が、負荷トルクと駆動トルクとに基づいて、トルク偏差を算出する。

ステップＳ７９では、第１フィルタ処理部１３４が、トルク偏差にローパス型の第１フィルタ処理を施す。以下、トルク偏差に第１フィルタ処理を施した結果を「第１フィルタ値」という。また、ステップＳ７９では、第２フィルタ処理部１３５が、トルク偏差にバンドパス型の第２フィルタ処理を施す。以下、トルク偏差に第２フィルタ処理を施した結果を「第２フィルタ値」という。

ステップＳ８１では、駆動電流と電力変換回路１０がモータ５に印加する駆動電圧とに基づいて、無効電力算出部１４１が無効電力を算出する。例えば無効電力算出部１４１は、駆動電流と電圧指令とに基づいて無効電力を算出する。ステップＳ８２では、第２診断部１５２が、第１フィルタ値、第２フィルタ値及び無効電力に基づいて、機器２に異常があるかを診断する。ステップＳ８２の具体的な処理内容については後述する。ステップＳ８３では、速度制御部１１１による電力変換回路１０の制御が開始されたかを第２診断部１５２が確認する。

ステップＳ８３において速度制御部１１１による電力変換回路１０の制御が開始されていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ８４を実行する。ステップＳ８４では、電流情報取得部１１３が制御周期の経過を待機する。その後、制御回路１００は処理をステップＳ７２に戻す。以後、速度制御部１１１による電力変換回路１０の制御が開始されるまでは、第１フィルタ値、第２フィルタ値及び無効電力に基づいて機器２に異常があるかを診断することが繰り返される。ステップＳ８３において速度制御部１１１による電力変換回路１０の制御が開始されたと判定した場合、制御回路１００は第２診断処理を完了する。

なお、ステップＳ７１〜Ｓ８４の実行順序は適宜変更可能である。例えば、ステップＳ７４における回転速度推定値の出力と、ステップＳ７５における慣性トルクの算出とを、ステップＳ７３における発生トルクの算出よりも前に実行してもよいし、発生トルクの算出と並行して実行してもよい。また、ステップＳ７７における駆動トルクの算出を、ステップＳ７６における負荷トルクの算出よりも前に実行してもよいし、ステップＳ７５における慣性トルクの算出よりも前に実行してもよい。また、駆動トルクの算出を、少なくとも負荷トルクの算出又は慣性トルクの算出と並行して実行してもよい。更に、ステップＳ８１における無効電力の算出は、ステップＳ７２における電流情報の取得と、ステップＳ８２における診断処理との間であればいずれのタイミングで実行してもよい。

図１１は、ステップＳ８２における診断手順を例示するフローチャートである。図１１に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ９１を実行する。ステップＳ９１では、第１フィルタ値が上記第１トルク上限レベルを超えているかを第２診断部１５２が確認する。

ステップＳ９１において第１フィルタ値が第１トルク上限レベルを超えていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ９２を実行する。ステップＳ９２では、第２フィルタ値が上記第２トルク上限レベルを超えているかを第２診断部１５２が確認する。ステップＳ９２において第２フィルタ値が第２トルク上限レベルを超えていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ９３を実行する。ステップＳ９３では、無効電力が上記無効電力上限レベルを超えているかを第２診断部１５２が確認する。

ステップＳ９１において第１フィルタ値が第１トルク上限レベルを超えていると判定した場合、ステップＳ９２において第２フィルタ値が第２トルク上限レベルを超えていると判定した場合、及びステップＳ９３において無効電力が無効電力上限レベルを超えていると判定した場合、制御回路１００はステップＳ９４を実行する。ステップＳ９４では、第２診断部１５２が、機器２に異常があると診断し、診断結果を表示デバイス３００又は上位コントローラ２００等に出力する。以上で、制御回路１００は診断処理を完了する。ステップＳ９３において無効電力が無効電力上限レベルを超えていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ９４を実行することなく診断処理を完了する。

なお、以上においては、第１フィルタ値、第２フィルタ値、無効電力の順で確認を行う例を示したが、確認順序はこれに限られない。また、第２診断部１５２は、少なくとも第１フィルタ値が第１トルク上限レベルを超え又は第２フィルタ値が第２トルク上限レベルを超え、且つ無効電力が無効電力上限レベルを超えた場合に機器２に異常があると診断してもよい。

この場合、例えば図１２に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ１０１を実行する。ステップＳ１０１では、第１フィルタ値が上記第１トルク上限レベルを超えているかを第２診断部１５２が確認する。ステップＳ１０１において第１フィルタ値が第１トルク上限レベルを超えていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ１０２を実行する。ステップＳ１０２では、第２フィルタ値が上記第２トルク上限レベルを超えているかを第２診断部１５２が確認する。

ステップＳ１０１において第１フィルタ値が第１トルク上限レベルを超えていると判定した場合及びステップＳ１０２第２フィルタ値が第２トルク上限レベルを超えていると判定した場合、制御回路１００はステップＳ１０３を実行する。ステップＳ１０３では、無効電力が上記無効電力上限レベルを超えているかを第２診断部１５２が確認する。

ステップＳ１０３において無効電力が無効電力上限レベルを超えていると判定した場合、制御回路１００はステップＳ１０４を実行する。ステップＳ１０４では、第２診断部１５２が、機器２に異常があると診断し、診断結果を表示デバイス３００又は上位コントローラ２００等に出力する。以上で、制御回路１００は診断処理を完了する。ステップＳ１０２において第２フィルタ値が第２トルク上限レベルを超えていないと判定した場合及びステップＳ１０３において無効電力が無効電力上限レベルを超えていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ９４を実行することなく診断処理を完了する。

なお、以上においても、第１フィルタ値、第２フィルタ値、無効電力の順で確認を行う例を示したが、確認順序はこれに限られない。

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、電力変換装置１は、モータ５と、モータ５による駆動対象４とを有する機器２のモータ５に対し、駆動電力を供給する電力変換回路１０と、電力変換回路１０とモータ５との間に流れる駆動電流に基づいてモータ５の発生トルクを算出する発生トルク算出部１１４と、モータ５の回転速度推定値を出力する速度推定部１１５と、回転速度推定値に基づいて機器２の慣性トルクを算出する慣性トルク算出部１１７と、発生トルクと慣性トルクとに基づいて、モータ５の回転軸６に作用する負荷トルクを算出する負荷トルク算出部１１８と、負荷トルクに基づいて機器２に異常があるかを診断する異常診断部１１９と、を備える。

電力変換装置１によれば、駆動電流に基づいて、発生トルクが算出され、モータ５の回転速度推定値に基づいて慣性トルクが算出され、発生トルクと慣性トルクとに基づいて負荷トルクが算出される。これにより、負荷センサを用いることなく負荷トルクが適切に算出される。負荷トルクが算出されると、算出結果に基づいて機器の異常が検知される。機器２の異常は、負荷トルクの値に現れ易いので、適切に算出された負荷トルクに基づくことによって、機器２の異常を適切に検知できる。このように、負荷センサを用いることなく、駆動電流と回転速度推定値とに基づいて機器２の異常が適切に検知されるので、本電力変換装置１は、異常診断性能の向上と、システム構成の簡素化との両立に有効である。

電力変換装置１は、モータ５の回転速度と、駆動対象４の駆動トルクとの関係を表す駆動トルクプロファイルを記憶するトルク記憶部１３１と、回転速度推定値と駆動トルクプロファイルとに基づいて駆動対象の駆動トルクを算出する駆動トルク算出部１３２と、負荷トルクと駆動トルクとのトルク偏差を算出するトルク偏差算出部１３３と、を更に備え、異常診断部１１９は、トルク偏差に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。機器２の異常は、主として摺動部（例えば軸受７）又は回転伝達部等に生じ易い。摺動部又は回転伝達部等の異常は、メカロストルクに変化を生じるため、上記トルク偏差に現れやすいので、トルク偏差に基づくことによって機器２に異常があるかをより適切に診断できる。

電力変換装置１は、駆動電流と電力変換回路１０がモータ５に印加する駆動電圧とに基づいて、電力変換回路１０とモータ５との間に流れる無効電力を算出する無効電力算出部１４１を更に備え、異常診断部１１９は、無効電力に更に基づいて機器に異常があるかを診断してもよい。機器２の異常は無効電力にも現れやすい。このため、トルク偏差と無効電力の両方に基づいて機器２の異常を検知することによって、機器２に異常があるかをより適切に検知できる。

異常診断部１１９は、トルク偏差が所定のトルクレベルを超えた場合に機器２に異常があると診断し、無効電力が所定の電力レベルを超えた場合にも機器２に異常があると診断してもよい。この場合、機器２に異常があるかをより高い感度で診断できる。

異常診断部１１９は、トルク偏差が所定のトルクレベルを超え、且つ無効電力が所定の電力レベルを超えた場合に機器２に異常があると診断してもよい。この場合、機器２に異常があるかをより高い信頼性で検知できる。

電力変換装置１は、トルク偏差にローパス型の第１フィルタ処理を施す第１フィルタ処理部１３４を更に備え、異常診断部１１９は、第１フィルタ処理が施されたトルク偏差に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。この場合、定常的な摩擦上昇をより高い信頼性で検知できる。

電力変換装置１は、トルク偏差にバンドパス型の第２フィルタ処理を施す第２フィルタ処理部１３５を更に備え、異常診断部１１９は、第２フィルタ処理が施されたトルク偏差に更に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。この場合、定常的な摩擦上昇によるメカロストルク増加に至る前のトルク偏差の脈動に基づくことによって、機器２の異常をより早期に検知できる。

異常診断部１１９は、速度制御部１１１がモータ５の目標速度が変化する期間において、発生トルクに基づいて機器２に異常があるかを診断する第１診断部１５１と、速度制御部１１１がモータ５の回転速度を目標速度に維持している期間において、トルク偏差に基づいて機器２に異常があるかを診断する第２診断部１５２とを有していてもよい。この場合、トルク偏差に基づくメカロストルク変化の推定精度が低下する加速中には、トルク偏差に代えて発生トルクに基づき異常を検知することによって、異常の誤検知を抑制しつつ、加速中においても異常を検知することができる。

第１診断部１５１は、速度制御部１１１がモータ５の目標速度が変化する期間における発生トルクのピーク値に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。この場合、発生トルクに基づく異常検知の信頼性を更に向上させることができる。

電力変換装置１は、モータ５の目標速度が変化する度に、発生トルクのピーク値を記憶することで、複数のピーク値を時系列で記憶するピーク値記憶部１６２を更に備え、第１診断部１５１は、ピーク値記憶部１６２が記憶する最新のピーク値の変化に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。この場合、発生トルクに基づく異常検知の信頼性を更に向上させることができる。

第１診断部１５１は、最新のピーク値の変化の積算値に基づいて機器２に異常があるかを診断してもよい。この場合、発生トルクに基づく異常検知の信頼性を更に向上させることができる。

以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施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更が可能である。例えば、以上においては、発生トルク算出部１１４と、速度推定部１１５と、慣性トルク算出部１１７と、負荷トルク算出部１１８と、異常診断部１１９とを備える診断装置が電力変換装置１に組み込まれた例を示したが、必ずしもこれに限られない。例えば、診断装置は、電力変換装置１とは別体の他の装置に組み込まれていてもよい。例えば診断装置は、上位コントローラ２００に組み込まれていてもよい。

１…電力変換装置、２…機器、４…駆動対象、５…モータ、６…回転軸、１０…電力変換回路、１１４…発生トルク算出部、１１５…速度推定部、１１７…慣性トルク算出部、１１８…負荷トルク算出部、１１９…異常診断部、１３１…トルク記憶部、１３２…駆動トルク算出部、１３３…トルク偏差算出部、１３４…第１フィルタ処理部、１３５…第２フィルタ処理部、１４１…無効電力算出部、１５１…第１診断部、１５２…第２診断部、１６２…ピーク値記憶部。

Claims (17)

1. モータと、前記モータによる駆動対象とを有する機器の前記モータに対し、駆動電力を供給する電力変換回路と、
   前記電力変換回路と前記モータとの間に流れる駆動電流に基づいて前記モータの発生トルクを算出する発生トルク算出部と、
   前記モータの回転速度推定値を出力する速度推定部と、
   前記回転速度推定値に基づいて前記機器の慣性トルクを算出する慣性トルク算出部と、
   前記発生トルクと前記慣性トルクとに基づいて、前記モータの回転軸に作用する負荷トルクを算出する負荷トルク算出部と、
   前記負荷トルクに基づいて前記機器に異常があるかを診断する異常診断部と、を備える電力変換装置。
2. 前記モータの回転速度と、前記駆動対象の駆動トルクとの関係を表す駆動トルクプロファイルを記憶するトルク記憶部と、
   前記回転速度推定値と前記駆動トルクプロファイルとに基づいて前記駆動対象の駆動トルクを算出する駆動トルク算出部と、
   前記負荷トルクと前記駆動トルクとのトルク偏差を算出するトルク偏差算出部と、を更に備え、
   前記異常診断部は、前記トルク偏差に基づいて前記機器に異常があるかを診断する、請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記駆動電流と前記電力変換回路が前記モータに印加する駆動電圧とに基づいて、前記電力変換回路と前記モータとの間に流れる無効電力を算出する無効電力算出部を更に備え、
   前記異常診断部は、前記無効電力に更に基づいて前記機器に異常があるかを診断する、請求項２記載の電力変換装置。
4. 前記異常診断部は、前記トルク偏差が所定のトルクレベルを超えた場合に前記機器に異常があると診断し、前記無効電力が所定の電力レベルを超えた場合にも前記機器に異常があると診断する、請求項３記載の電力変換装置。
5. 前記異常診断部は、前記トルク偏差が所定のトルクレベルを超え、且つ前記無効電力が所定の電力レベルを超えた場合に前記機器に異常があると診断する、請求項３記載の電力変換装置。
6. 前記トルク偏差にローパス型の第１フィルタ処理を施す第１フィルタ処理部を更に備え、
   前記異常診断部は、前記第１フィルタ処理が施されたトルク偏差に基づいて前記機器に異常があるかを診断する、請求項２〜５のいずれか一項記載の電力変換装置。
7. 前記トルク偏差にバンドパス型の第２フィルタ処理を施す第２フィルタ処理部を更に備え、
   前記異常診断部は、前記第２フィルタ処理が施されたトルク偏差に更に基づいて前記機器に異常があるかを診断する、請求項６記載の電力変換装置。
8. 前記異常診断部は、
   前記モータの目標速度が変化する期間において、前記発生トルクに基づいて前記機器に異常があるかを診断する第１診断部と、
   前記モータの回転速度を前記目標速度に維持している期間において、前記トルク偏差に基づいて前記機器に異常があるかを診断する第２診断部とを有する、請求項２〜７のいずれか一項記載の電力変換装置。
9. 前記第１診断部は、前記モータの目標速度が変化する期間における前記発生トルクのピーク値に基づいて前記機器に異常があるかを診断する請求項８記載の電力変換装置。
10. 前記モータの目標速度が変化する度に、前記発生トルクのピーク値を記憶することで、複数のピーク値を時系列で記憶するピーク値記憶部を更に備え、
    前記第１診断部は、前記ピーク値記憶部が記憶する最新のピーク値の変化に基づいて前記機器に異常があるかを診断する、請求項９記載の電力変換装置。
11. 前記第１診断部は、前記最新のピーク値の変化の積算値に基づいて前記機器に異常があるかを診断する、請求項１０記載の電力変換装置。
12. 前記速度推定部は、前記電力変換回路が前記モータに印加する駆動電圧と、前記モータの特性を表す少なくとも一つのパラメータと、前記駆動電流とに基づいて前記回転速度推定値を出力する、請求項１〜１１のいずれか一項記載の電力変換装置。
13. モータと、前記モータによる駆動対象とを有する機器の前記モータに対し、駆動電力を供給する電力変換回路と、前記モータとの間に流れる駆動電流に基づいて前記モータの発生トルクを算出する発生トルク算出部と、
    前記モータの回転速度推定値を出力する速度推定部と、
    前記回転速度推定値に基づいて前記機器の慣性トルクを算出する慣性トルク算出部と、
    前記発生トルクと前記慣性トルクとに基づいて、前記モータの回転軸に作用する負荷トルクを算出する負荷トルク算出部と、
    前記負荷トルクに基づいて前記機器に異常があるかを診断する異常診断部と、を備える診断装置。
14. モータと、前記モータによる駆動対象とを有する機器の前記モータに対し、駆動電力を供給する電力変換回路と、前記モータとの間に流れる駆動電流に基づいて前記モータの発生トルクを算出することと、
    前記モータの回転速度推定値を出力することと、
    前記回転速度推定値に基づいて前記機器の慣性トルクを算出することと、
    前記発生トルクと前記慣性トルクとに基づいて、前記モータの回転軸に作用する負荷トルクを算出することと、
    前記負荷トルクに基づいて前記機器に異常があるかを診断することと、を含む診断方法。
15. モータと、前記モータによる駆動対象とを有する機器の前記モータに対し、駆動電力を供給する電力変換回路と、
    前記電力変換回路と前記モータとの間に流れる駆動電流と、前記電力変換回路が前記モータに印加する駆動電圧とに基づいて、前記電力変換回路と前記モータとの間に生じる無効電力を算出する無効電力算出部と、
    前記モータの回転速度が目標速度に追従した状態において、前記無効電力に基づいて機器に異常があるかを診断する異常診断部と、を備える電力変換装置。
16. モータと、前記モータによる駆動対象とを有する機器の前記モータに対し、駆動電力を供給する電力変換回路と、前記モータとの間に流れる駆動電流と、前記電力変換回路が前記モータに印加する駆動電圧とに基づいて、前記電力変換回路と前記モータとの間に生じる無効電力を算出する無効電力算出部と、
    前記モータの回転速度が目標速度に追従した状態において、前記無効電力に基づいて前記機器の異常を検知する異常診断部と、を備える診断装置。
17. モータと、前記モータによる駆動対象とを有する機器の前記モータに対し、駆動電力を供給する電力変換回路と、前記モータとの間に流れる駆動電流と、前記電力変換回路が前記モータに印加する駆動電圧とに基づいて、前記電力変換回路と前記モータとの間に生じる無効電力を算出することと、
    前記モータの回転速度が目標速度に追従した状態において、前記無効電力に基づいて前記機器に異常があるかを診断することと、を含む診断方法。

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