WO2021111856A1 - 電力変換装置、診断装置及び診断方法 - Google Patents

電力変換装置、診断装置及び診断方法 Download PDF

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WO2021111856A1
WO2021111856A1 PCT/JP2020/042673 JP2020042673W WO2021111856A1 WO 2021111856 A1 WO2021111856 A1 WO 2021111856A1 JP 2020042673 W JP2020042673 W JP 2020042673W WO 2021111856 A1 WO2021111856 A1 WO 2021111856A1
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WO
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torque
motor
abnormality
power
power conversion
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/042673
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English (en)
French (fr)
Inventor
貞之 佐藤
善康 高瀬
Original Assignee
株式会社安川電機
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 株式会社安川電機 filed Critical 株式会社安川電機
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load

Definitions

  • This disclosure relates to a power conversion device, a diagnostic device, and a diagnostic method.
  • Patent Document 1 discloses a system for diagnosing a failure or deterioration of electrical equipment based on waveforms such as voltage, current, noise, and vibration detected by a sensor.
  • This disclosure provides a device that is effective in achieving both improvement in abnormality diagnosis performance and simplification of system configuration.
  • the power conversion device includes a power conversion circuit that supplies drive power to a motor and a motor of a device having a drive target by the motor, and a drive current that flows between the power conversion circuit and the motor.
  • a generated torque calculation unit that calculates the generated torque of the motor based on, a speed estimation unit that outputs the rotation speed estimation value of the motor, and an inertia torque calculation unit that calculates the inertial torque of the device based on the rotation speed estimation value. It includes a load torque calculation unit that calculates the load torque acting on the rotating shaft of the motor based on the generated torque and the inertial torque, and an abnormality diagnosis unit that diagnoses whether or not there is an abnormality in the device based on the load torque.
  • the diagnostic device is a motor based on a power conversion circuit that supplies drive power to a motor of a device having a motor and a drive target by the motor, and a drive current flowing between the motors.
  • the generated torque calculation unit that calculates the generated torque, the speed estimation unit that outputs the rotational speed estimation value of the motor, the inertial torque calculation unit that calculates the inertial torque of the equipment based on the rotational speed estimation value, and the generated torque and inertia. It includes a load torque calculation unit that calculates the load torque acting on the rotating shaft of the motor based on the torque, and an abnormality detection unit that diagnoses whether or not there is an abnormality in the device based on the load torque.
  • the diagnostic method is based on a power conversion circuit that supplies drive power to a motor of a device having a motor and a drive target by the motor, and a drive current flowing between the motors. Calculating the torque generated by the motor, outputting the estimated rotational speed of the motor, calculating the inertial torque of the equipment based on the estimated rotational speed, and the motor based on the generated torque and the inertial torque. It includes calculating the load torque acting on the rotating shaft of the device and diagnosing whether or not there is an abnormality in the device based on the load torque.
  • the power conversion device is a power conversion circuit that supplies drive power to a motor and a motor of a device having a drive target by the motor, and flows between the power conversion circuit and the motor.
  • There is an abnormality in the invalid power calculation unit that calculates the invalid power generated between the power conversion circuit and the motor based on the drive current and the drive voltage applied to the motor by the power conversion circuit, and the device based on the invalid power. It is provided with an abnormality detection unit for diagnosing the power.
  • the diagnostic device includes a power conversion circuit that supplies drive power to a motor and a motor of a device having a drive target by the motor, a drive current flowing between the motors, and electric power.
  • An ineffective power calculation unit that calculates the ineffective power generated between the power conversion circuit and the motor based on the drive voltage applied to the motor by the conversion circuit, and an abnormality detection unit that detects an abnormality in the device based on the ineffective power. , Equipped with.
  • a diagnostic method is a power conversion circuit that supplies drive power to a motor and a motor of a device having a drive target by the motor, a drive current flowing between the motors, and electric power. Calculate the ineffective power generated between the power conversion circuit and the motor based on the drive voltage applied to the motor by the conversion circuit, and diagnose whether there is an abnormality in the device based on the ineffective power. Including.
  • the power conversion device 1 shown in FIG. 1 is a device that supplies drive power to the device 2.
  • the device 2 has a motor 5 and a drive target 4 driven by the motor 5, and the power conversion device 1 supplies drive power to the motor 5.
  • Specific examples of the device 2 include fans for cooling or ventilation. In the fan, the rotary blade corresponds to the drive target 4.
  • the device 2 may be any device as long as it has a motor 5 and a drive target 4 driven by the motor 5, and is not limited to a fan.
  • a specific example of the other device 2 is a pump.
  • the motor 5 is a rotary motor.
  • the motor 5 may be an induction motor or a synchronous motor.
  • the power conversion device 1 converts the power of the power supply 3 (primary power) into drive power (secondary power) and supplies it to the motor 5.
  • the electric power of the power source 3 may be AC power or DC power.
  • the driving power is AC power.
  • the electric power and the driving electric power of the power source 3 are both three-phase AC electric power.
  • the power conversion device 1 has a power conversion circuit 10 and a control circuit 100.
  • the power conversion circuit 10 converts the primary side power into the secondary side power and supplies it to the motor 5.
  • the power conversion circuit 10 is, for example, a voltage inverter, and applies a drive voltage according to a voltage command to the motor 5.
  • the power conversion circuit 10 includes a converter circuit 11, a smoothing capacitor 12, an inverter circuit 13, and a current sensor 14.
  • the converter circuit 11 is, for example, a diode bridge circuit or a PWM converter circuit, and converts the power supply power into DC power.
  • the smoothing capacitor 12 smoothes the DC power.
  • the inverter circuit 13 performs power conversion between the DC power and the drive power.
  • the inverter circuit 13 has a plurality of switching elements 15 and performs the power conversion by switching on / off of the plurality of switching elements 15.
  • the switching element 15 is, for example, a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and switches on / off according to a gate drive signal.
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the current sensor 14 detects the current flowing between the inverter circuit 13 and the motor 5.
  • the current sensor 14 may be configured to detect the currents of all three-phase alternating currents (U-phase, V-phase, and W-phase), or detect the currents of any two phases of three-phase alternating current. It may be configured as follows. Unless a zero-phase current is generated, the total of the U-phase, V-phase, and W-phase currents is zero, so information on the currents of all phases can be obtained even when two-phase currents are detected.
  • the configuration of the power conversion circuit 10 shown above is just an example, and can be changed in any way as long as the driving power can be supplied to the motor 5.
  • the power conversion circuit 10 may be a current type inverter.
  • the current type inverter outputs a drive current according to the current command to the motor 5.
  • the power conversion circuit 10 may be a matrix converter circuit that performs bidirectional power conversion between power supply power and drive power without going through electrification. When the power supply power is DC power, the power conversion circuit 10 does not have to have the converter circuit 11.
  • the control circuit 100 controls the power conversion circuit 10 so as to supply drive power to the motor 5.
  • the control circuit 100 controls the power conversion circuit 10 so as to apply a drive voltage according to a voltage command to the motor 5.
  • the voltage command includes, for example, the magnitude and phase of the voltage command vector.
  • the control circuit 100 calculates the torque generated by the motor 5 based on the drive current flowing between the power conversion circuit 10 and the motor 5, outputs the estimated rotation speed of the motor 5, and estimates the rotation speed.
  • the inertial torque of the device 2 is calculated based on the above, the load torque acting on the rotating shaft 6 of the motor 5 is calculated based on the generated torque and the inertial torque, and the device 2 is abnormal based on the load torque. It is configured to diagnose if there is and to do more.
  • the inertial torque of the device 2 includes the inertial torque of the rotor of the motor 5 including the rotating shaft 6 and the inertial torque of the drive target 4.
  • the load torque includes a reaction force torque acting on the motor 5 from the drive target 4 and a mechanical loss torque acting on the rotating shaft 6 from the bearing 7 of the rotating shaft 6 of the motor 5.
  • the magnitude of the reaction torque is equal to the magnitude of the drive torque acting on the drive target 4 from the motor 5.
  • Mechaloss torque includes viscous torque due to the viscosity of the lubricant.
  • the control circuit 100 has a speed control unit 111, a PWM control unit 112, a current information acquisition unit 113, a generated torque calculation unit 114, and a speed estimation as a functional configuration (hereinafter, referred to as “functional block”). It has a unit 115, a speed storage unit 116, an inertia torque calculation unit 117, a load torque calculation unit 118, and an abnormality diagnosis unit 119.
  • the speed control unit 111 generates the above voltage command so that the operating speed of the motor 5 follows the target speed.
  • the speed control unit 111 acquires a target speed (for example, a frequency command) from, for example, the host controller 200.
  • a programmable logic controller can be mentioned as a specific example of the host controller 200.
  • the speed control unit 111 may hold a predetermined target speed.
  • the speed control unit 111 generates a voltage command by the V / f method. Specifically, the speed control unit 111 calculates the magnitude of the voltage command vector based on the V / f profile that defines the relationship between the rotation speed (frequency) of the motor 5 and the voltage amplitude and the target speed, and calculates the target speed. Calculate the phase of the voltage command vector based on. The speed control unit 111 repeatedly executes the calculation of the voltage command vector in a predetermined control cycle.
  • the PWM control unit 112 controls the power conversion circuit 10 so as to apply a drive voltage according to the voltage command calculated by the speed control unit 111 to the motor 5. For example, the PWM control unit 112 switches on / off of a plurality of switching elements 15 of the inverter circuit 13 so as to apply a drive voltage corresponding to the voltage command vector to the motor 5.
  • the speed control unit 111 may be configured to increase the rotation speed of the motor 5 to a target speed after the start of the motor 5 and decrease the rotation speed of the motor 5 to zero in response to a stop command of the motor 5.
  • the speed control unit 111 generates a voltage command so as to make the rotation speed of the motor 5 follow the target speed during acceleration that gradually increases from zero to the target speed (hereinafter, referred to as “steady target speed”). ..
  • the gradual change includes a stepwise change through two or more steps.
  • the speed control unit 111 controls the power conversion circuit 10 so as to maintain the rotation speed of the motor 5 at the steady target speed.
  • the current information acquisition unit 113 calculates the magnitude of the voltage command vector based on the V / f profile and the steady-time target speed, and calculates the phase of the voltage command vector based on the steady-time target speed.
  • the speed control unit 111 reduces the rotational speed of the motor 5 and stops the motor 5.
  • the speed control unit 111 generates a voltage command so that the rotation speed of the motor 5 follows the target speed during deceleration, which gradually decreases from the target speed at steady time to zero.
  • the speed control unit 111 calculates the magnitude of the voltage command vector based on the V / f profile and the target speed during deceleration, and calculates the phase of the voltage command vector based on the target speed during deceleration.
  • the voltage command generation method is not limited to the V / f method.
  • the speed control unit 111 may calculate a deviation between the target speed during acceleration, the target speed during steady state, or the target speed during deceleration and the rotation speed of the motor 5, and generate a voltage command so as to reduce the deviation.
  • the speed control unit 111 performs a proportional calculation, a proportional / integral calculation, a proportional / integral / differential calculation, or the like on the deviation to generate a current command, and a voltage command so as to make the drive current follow the current command. May be generated.
  • the current information acquisition unit 113 acquires current information from the current sensor 14. For example, the current information acquisition unit 113 performs three-phase two-phase conversion and coordinate conversion on the current information acquired from the current sensor 14 to calculate the current vector in the rotating coordinate system.
  • the current information acquisition unit 113 includes a ⁇ -axis current which is a current component in the coordinate axis ( ⁇ -axis) direction parallel to the induced voltage vector of the motor 5 and a current component in the coordinate axis ( ⁇ -axis) direction perpendicular to the ⁇ -axis. Calculate a certain ⁇ -axis current.
  • the induced voltage vector may be equal to the voltage command vector. When the induced voltage observer is used to generate a voltage command, the induced voltage vector is calculated by the induced voltage observer.
  • Coordinate transformation requires the phase of the rotating coordinate system with respect to the fixed coordinate system.
  • the current information acquisition unit 113 uses the phase of the voltage command vector calculated by the speed control unit 111 as the phase of the rotating coordinate system.
  • the current information acquisition unit 113 repeatedly executes the acquisition of current information and the calculation of the ⁇ -axis current and the ⁇ -axis current in the above control cycle.
  • the speed estimation unit 115 outputs an estimated rotation speed of the motor 5. For example, the speed estimation unit 115 calculates the rotation speed estimation value of the motor 5 based on the drive voltage applied to the motor 5 by the power conversion circuit 10, at least one parameter representing the characteristics of the motor 5, and the drive current. .. The speed estimation unit 115 may use the voltage command as information indicating the drive voltage. As an example, when the voltage command generation method is the above V / f method, the speed estimation unit 115 calculates the rotation speed estimation value of the motor 5 by the following formula.
  • the speed estimation unit 115 may calculate the rotation speed estimated value of the motor 5 based on the induced voltage vector calculated by the induced voltage observer.
  • the speed estimation unit 115 repeatedly executes the calculation of the rotation speed estimation value in the above control cycle.
  • the speed storage unit 116 stores the rotation speed estimation value calculated by the speed estimation unit 115 in time series.
  • T2 Moment of inertia torque ⁇ m [n]: Latest rotation speed estimated value stored in the speed storage unit 116 ⁇ m [n-1]: Rotation speed estimated value stored in the speed storage unit 116 one control cycle before Jm: Motor 5 Rotor moment of inertia Jb: Moment of inertia of drive target 4 ⁇ t: Sampling time
  • the inertia torque calculation unit 117 repeatedly executes the calculation of the inertia torque in the above control cycle.
  • the abnormality diagnosis unit 119 diagnoses whether there is an abnormality in the device 2 based on the load torque, and outputs the diagnosis result. For example, the abnormality diagnosis unit 119 displays the diagnosis result on a display device (for example, a display device 300 described later) and notifies the user. The abnormality diagnosis unit 119 may output the diagnosis result to the host controller 200. Diagnosing whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the load torque is to diagnose the abnormality in the device 2 based directly on the load torque and to diagnose the abnormality in the device 2 based indirectly on the load torque. Includes detecting the torque.
  • the abnormality diagnosis unit 119 may, for example, when the load torque exceeds a predetermined torque level (hereinafter, referred to as “load torque upper limit level”), the device 2 Diagnose that there is an abnormality in.
  • the load torque upper limit level is set in advance based on an actual machine test, a simulation, or the like.
  • the control circuit 100 may be configured to automatically set the load torque upper limit level by performing statistical processing on a plurality of load torques calculated when no abnormality has occurred in the device 2. For example, the load torque upper limit level can be calculated by multiplying the standard deviation of a plurality of load torques by a predetermined magnification (for example, 3 times) and adding the value to the average value of the plurality of load torques.
  • the abnormality diagnosis unit 119 determines whether the device 2 has an abnormality based on the torque deviation obtained by subtracting the drive torque of the drive target 4 from the load torque. May be diagnosed.
  • the torque deviation corresponds to the mechanical loss torque.
  • the control circuit 100 further includes a torque storage unit 131, a drive torque calculation unit 132, and a torque deviation calculation unit 133.
  • the torque storage unit 131 stores a drive torque profile that represents the relationship between the rotation speed of the motor 5 and the drive torque of the drive target 4.
  • the torque storage unit 131 may store a plurality of drive torque data sets each including the rotation speed of the motor 5 and the drive torque of the drive target 4 as a drive torque profile.
  • the torque storage unit 131 may store a function (hereinafter, referred to as “drive torque function”) representing the relationship between the rotational speed of the motor 5 and the drive torque of the drive target 4 as a drive torque profile.
  • Specific examples of the drive torque function include an approximation function based on the above-mentioned plurality of drive torque data sets.
  • the drive torque calculation unit 132 calculates the drive torque of the drive target 4 based on the rotation speed estimated value and the drive torque profile. For example, when the drive torque profile is a plurality of drive torque data sets, the drive torque calculation unit 132 calculates the drive torque corresponding to the rotation speed estimated value by interpolation (for example, linear interpolation) of the plurality of drive torque data sets. When the drive torque profile is the drive torque function, the drive torque calculation unit 132 calculates the drive torque corresponding to the rotation speed estimated value by substituting the rotation speed estimated value into the drive torque function. The drive torque calculation unit 132 repeatedly executes the calculation of the drive torque in the above control cycle.
  • interpolation for example, linear interpolation
  • the abnormality diagnosis unit 119 diagnoses that there is an abnormality in the device 2 when the torque deviation exceeds a predetermined torque level (hereinafter, referred to as "torque deviation upper limit level").
  • the torque deviation upper limit level is set in advance based on an actual machine test, a simulation, or the like.
  • the control circuit 100 may be configured to automatically set the torque deviation upper limit level by performing statistical processing on a plurality of torque deviations calculated when no abnormality has occurred in the device 2. For example, the torque deviation upper limit level can be calculated by multiplying the standard deviation of a plurality of torque deviations by a predetermined magnification (for example, 3 times) and adding the value to the average value of the plurality of torque deviations.
  • the abnormality diagnosis unit 119 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the value obtained by filtering the torque deviation.
  • the control circuit 100 further includes a first filter processing unit 134.
  • the first filter processing unit 134 applies a low-pass type first filter process to the torque deviation.
  • the cutoff frequency of the first filtering process is, for example, 1 Hz or less.
  • the abnormality diagnosis unit 119 diagnoses whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the torque deviation subjected to the first filter processing (hereinafter, referred to as “torque after the first filter”). For example, the abnormality diagnosis unit 119 diagnoses that the device 2 has an abnormality when the torque after the first filter exceeds a predetermined torque level (hereinafter, referred to as “first torque upper limit level”).
  • the first torque upper limit level is set in advance based on an actual machine test, a simulation, or the like.
  • the control circuit 100 may be configured to automatically set the first torque upper limit level by performing statistical processing on a plurality of torques after the first filter calculated when an abnormality has not occurred in the device 2.
  • the first torque upper limit level can be calculated by multiplying the standard deviation of a plurality of first filter torques by a predetermined magnification (for example, 3 times) and adding the value to the average value of the plurality of first filter torques. is there.
  • the control circuit 100 further includes a second filter processing unit 135.
  • the second filter processing unit 135 applies a bandpass type second filter process to the torque deviation.
  • the second filter processing unit 135 may change the lower cutoff frequency and the upper cutoff frequency of the second filter processing according to the rotation speed of the motor 5.
  • the abnormality diagnosis unit 119 diagnoses whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the torque deviation subjected to the second filter processing (hereinafter, referred to as “torque after the second filter”). For example, the abnormality diagnosis unit 119 diagnoses that there is an abnormality in the device 2 when the torque after the first filter exceeds the upper limit level of the first torque, and the torque after the second filter becomes a predetermined torque level (hereinafter, "second”. Even if the torque upper limit level is exceeded, it is diagnosed that there is an abnormality in the device 2.
  • the second torque upper limit level is set in advance based on an actual machine test or simulation.
  • the control circuit 100 may be configured to automatically set the second torque upper limit level by performing statistical processing on a plurality of second-filtered torques calculated when an abnormality has not occurred in the device 2.
  • the second torque upper limit level can be calculated by multiplying the standard deviation of a plurality of second filter torques by a predetermined magnification (for example, 3 times) and adding the value to the average value of the plurality of second filter torques. is there.
  • the abnormality diagnosis unit 119 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the ineffective power generated between the power conversion circuit 10 and the motor 5.
  • the control circuit 100 further includes an ineffective power calculation unit 141.
  • the ineffective power calculation unit 141 calculates the ineffective power based on the drive current and the drive voltage applied to the motor 5 by the power conversion circuit 10.
  • the reactive power calculation unit 141 calculates the reactive power based on the drive current and the voltage command.
  • the negative power calculation unit 141 calculates the negative power by the following formula.
  • Q V ⁇ ⁇ i ⁇ -V ⁇ ⁇ i ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (6)
  • the abnormality diagnosis unit 119 diagnoses whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the invalid power calculated by the invalid power calculation unit 141. For example, the abnormality diagnosis unit 119 diagnoses that there is an abnormality in the device 2 when the torque deviation exceeds the torque deviation upper limit level, and sets the invalid power to a predetermined power level (hereinafter, referred to as "invalid power upper limit level"). If it exceeds the limit, it is diagnosed that there is an abnormality in the device 2, and if the torque deviation is less than the torque deviation upper limit level and the ineffective power is less than the ineffective power upper limit level, it is diagnosed that there is no abnormality in the device 2.
  • invalid power upper limit level a predetermined power level
  • the invalid power upper limit level is set in advance based on an actual machine test or simulation.
  • the control circuit 100 may be configured to automatically set the invalid power upper limit level by performing statistical processing on a plurality of invalid powers calculated when an abnormality has not occurred in the device 2.
  • the disabled power upper limit level can be calculated by multiplying the standard deviation of a plurality of disabled powers by a predetermined magnification (for example, 3 times) and adding the value to the average value of the plurality of disabled powers.
  • the abnormality diagnosis unit 119 diagnoses that there is an abnormality in the device 2 when the torque deviation exceeds the torque deviation upper limit level and the invalid power exceeds the invalid power upper limit level, and when the torque deviation is less than the torque deviation upper limit level. It may be diagnosed that there is no abnormality in the device 2 and that there is no abnormality in the device 2 even when the invalid power is less than the invalid power upper limit level.
  • the abnormality diagnosis unit 119 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the ineffective power, not based on the torque deviation. For example, the abnormality diagnosis unit 119 diagnoses that there is an abnormality in the device 2 when the invalid power exceeds the invalid power upper limit level, and diagnoses that there is no abnormality in the device 2 when the invalid power is less than the invalid power upper limit level. You may.
  • the abnormality diagnosis unit 119 selectively executes the first diagnosis process of detecting the abnormality of the device 2 based on the generated torque and the second diagnosis process of detecting the abnormality of the device 2 based on at least the torque deviation or the ineffective power. You may.
  • the abnormality diagnosis unit 119 has a first diagnosis unit 151 and a second diagnosis unit 152 as more subdivided functional blocks.
  • the first diagnosis unit 151 diagnoses whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the generated torque during the period when the speed control unit 111 is increasing the target speed of the motor 5.
  • the second diagnostic unit 152 during the period in which the speed control unit 111 maintains the rotational speed of the motor 5 at the steady target speed, is there an abnormality in the device 2 based on at least the torque deviation or the ineffective power as described above? To diagnose.
  • the first diagnostic unit 151 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the peak value of the generated torque during the acceleration period. In addition, the first diagnosis unit 151 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the change in the peak value (change with time). Further, the first diagnosis unit 151 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the integrated value of the change of the peak value.
  • the control circuit 100 further includes a peak detection unit 161, a peak value storage unit 162, and a peak change integration unit 163.
  • the peak detection unit 161 detects the peak value of the generated torque during the acceleration period. For example, when the increase in the generated torque after the start of the motor 5 starts to decrease, the peak detection unit 161 detects the generated torque immediately before the decrease as the peak value.
  • the peak detection unit 161 may detect the generated torque at a time when a predetermined peak prediction time has elapsed after the motor 5 is started as the peak value.
  • the peak predicted time is set in advance based on an actual machine test, a simulation, or the like.
  • the peak value storage unit 162 stores a plurality of peak values in time series by storing the peak value calculated by the peak detection unit 161 each time the target speed of the motor 5 increases.
  • the peak change integration unit 163 calculates an integrated value of the latest peak value change stored in the peak value storage unit 162 (hereinafter, referred to as “peak change integrated value”). For example, the peak change integration unit 163 calculates the peak change integration value by integrating the difference between the latest peak value stored in the peak value storage unit 162 and the peak value immediately before the peak value.
  • the first diagnostic unit 151 diagnoses that there is an abnormality in the device 2 when the integrated peak change value exceeds a predetermined change level (hereinafter referred to as "change upper limit level").
  • the change upper limit level is set in advance based on an actual machine test, a simulation, or the like.
  • the first diagnostic unit 151 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the generated torque even during the deceleration period in which the speed control unit 111 lowers the target speed of the motor 5. In this case, the first diagnosis unit 151 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the peak value of the negative generated torque during the deceleration period (hereinafter, referred to as “negative peak value”). Further, the first diagnosis unit 151 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the change in the negative peak value. Further, the first diagnosis unit 151 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the integrated value of the change of the negative peak value.
  • the peak detection unit 161 further detects a negative peak value during the deceleration period.
  • the peak value storage unit 162 stores a plurality of negative peak values in time series by storing the negative peak values calculated by the peak detection unit 161 each time the target speed of the motor 5 decreases.
  • the peak change integration unit 163 calculates the integration value of the latest negative peak value change stored in the peak value storage unit 162 (hereinafter, referred to as “negative peak change integration value”). For example, the negative peak change integration unit 163 integrates the difference between the latest negative peak value stored in the peak value storage unit 162 and the negative peak value immediately before the peak value, thereby integrating the negative peak change. Calculate the integrated value.
  • the first diagnosis unit 151 diagnoses that there is an abnormality in the device 2 when the integrated negative peak change value exceeds a predetermined change level.
  • each functional block illustrated above is a component of the control circuit 100, executing the above-mentioned processing contents by each functional block corresponds to executing the above-mentioned processing contents by the control circuit 100.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating the hardware configuration of the control circuit 100.
  • the control circuit 100 includes one or more processors 191 and a memory 192, a storage 193, a communication port 194, an input / output port 195, and a switching control circuit 196.
  • the storage 193 has a computer-readable storage medium, such as a non-volatile semiconductor memory.
  • the storage 193 calculates the torque generated by the motor 5 based on the drive current flowing between the power conversion circuit 10 and the motor 5, outputs the estimated rotation speed of the motor 5, and uses the estimated rotation speed as the rotation speed estimation value.
  • the inertial torque of the device 2 is calculated based on this, the load torque acting on the rotating shaft 6 of the motor 5 is calculated based on the generated torque and the inertial torque, and the device 2 has an abnormality based on the load torque. It stores a program for diagnosing the existence and causing the power converter 1 to execute.
  • the memory 192 temporarily stores the program loaded from the storage medium of the storage 193 and the calculation result by the processor 191.
  • the processor 191 constitutes each functional block of the control circuit 100 by executing the above program in cooperation with the memory 192.
  • the communication port 194 performs information communication with the host controller 200 in accordance with a command from the processor 191.
  • the input / output port 195 inputs / outputs an electric signal to / from the current sensor 14, the display device 300, and the input device 400 in accordance with a command from the processor 191.
  • the switching control circuit 196 outputs a drive signal for switching on / off of the switching element 15 to the power conversion circuit 10 according to a command from the processor 191.
  • the display device 300 and the input device 400 function as a user interface of the power conversion device 1.
  • the display device 300 includes, for example, a liquid crystal monitor and is used for displaying information to the user.
  • the input device 400 is, for example, a keypad or the like, and acquires input information by the user.
  • the display device 300 and the input device 400 may be integrated like a so-called touch panel.
  • the display device 300 and the input device 400 may be provided in an external device connected to the power conversion device 1, or may be incorporated in the power conversion device 1.
  • control circuit 100 is not necessarily limited to the one that configures each function by a program.
  • control circuit 100 may have at least a part of its functions configured by a dedicated logic circuit or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) that integrates the logic circuit.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • step S01 the speed control unit 111 increases the rotational speed of the motor 5 to the target speed after the motor 5 is started.
  • the speed control unit 111 controls the power conversion circuit 10 so as to maintain the rotational speed of the motor 5 at the steady target speed.
  • step S03 the speed control unit 111 reduces the rotational speed of the motor 5 and stops the motor 5.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating the acceleration procedure of the motor 5 in step S01.
  • the control circuit 100 gradually increases the target speed of the motor 5 to the steady-state target speed.
  • the amount of increase in speed for one step is referred to as “1 pitch”.
  • the value of one pitch is determined based on the control cycle and the set value of the acceleration time.
  • the control circuit 100 first executes steps S11, S12, S13, and S14.
  • step S11 the speed control unit 111 sets the target speed to zero.
  • step S12 the speed control unit 111 adds one pitch to the target speed.
  • step S13 the speed control unit 111 generates a voltage command so that the rotation speed of the motor 5 follows the target speed.
  • step S14 the PWM control unit 112 starts on / off switching of the plurality of switching elements 15 so as to apply the drive voltage according to the voltage command calculated by the speed control unit 111 to the motor 5.
  • step S15 the speed control unit 111 confirms whether the target speed is the steady target speed.
  • step S15 If it is determined in step S15 that the target speed is not the steady target speed, the control circuit 100 executes step S16.
  • step S16 the speed control unit 111 waits for the elapse of the control cycle. After that, the control circuit 100 returns the process to step S12. After that, until the target speed reaches the steady target speed, the addition of one pitch to the target speed and the control of the power conversion circuit 10 so that the rotation speed of the motor 5 follows the target speed are repeated. If it is determined in step S15 that the target speed is the steady target speed, the acceleration procedure in step S01 is completed.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating the steady-state speed control procedure of the motor 5 in step S02.
  • the control circuit 100 first executes steps S21, S22, and S23.
  • step S21 the speed control unit 111 generates a voltage command so that the rotation speed of the motor 5 follows the steady target speed.
  • step S22 the PWM control unit 112 starts on / off switching of the plurality of switching elements 15 so as to apply the drive voltage according to the voltage command calculated by the speed control unit 111 to the motor 5.
  • step S23 the speed control unit 111 confirms whether or not the stop command has been input.
  • the stop command is input to, for example, the input device 400.
  • step S24 the speed control unit 111 waits for the elapse of the control cycle. After that, the control circuit 100 returns the process to step S21. After that, the power conversion circuit 10 is repeatedly controlled so as to make the rotation speed of the motor 5 follow the steady target speed until a stop command is input. If it is determined in step S24 that the stop command has been input, the steady speed control procedure in step S02 is completed.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating the deceleration procedure of the motor 5 in step S03.
  • the control circuit 100 gradually reduces the target speed of the motor 5 to zero.
  • the amount of decrease in speed for one step is referred to as "1 pitch”.
  • the value of one pitch is determined based on the control cycle and the set value of the deceleration time.
  • step S31 the speed control unit 111 subtracts one pitch from the current target speed to calculate the next target speed.
  • step S32 the speed control unit 111 generates a voltage command so that the rotation speed of the motor 5 follows the target speed.
  • step S33 the PWM control unit 112 starts on / off switching of the plurality of switching elements 15 so as to apply the drive voltage according to the voltage command calculated by the speed control unit 111 to the motor 5.
  • step S34 the speed control unit 111 confirms whether the target speed is zero.
  • step S34 If it is determined in step S34 that the target speed is not zero, the control circuit 100 executes step S35.
  • step S35 the speed control unit 111 waits for the elapse of the control cycle. After that, the control circuit 100 returns the process to step S31. After that, until the target speed becomes zero, subtraction of one pitch from the target speed and control of the power conversion circuit 10 so that the rotation speed of the motor 5 follows the target speed are repeated. If it is determined in step S34 that the target speed is zero, the deceleration procedure in step S03 is completed.
  • the abnormality diagnosis procedure includes calculating the torque generated by the motor 5 based on the drive current flowing between the power conversion circuit 10 and the motor 5, outputting the estimated rotation speed of the motor 5, and estimating the rotation speed.
  • the inertial torque of the device 2 is calculated based on the above, the load torque acting on the rotating shaft 6 of the motor 5 is calculated based on the generated torque and the inertial torque, and the abnormality of the device 2 is calculated based on the load torque. Detecting and including.
  • control circuit 100 sequentially executes the first diagnostic process (step S41) based on the generated torque and the second diagnostic process (step S42) based on at least the torque deviation or the ineffective power.
  • step S41 the first diagnostic process
  • step S42 the second diagnostic process
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating the first diagnostic processing procedure.
  • the control circuit 100 first executes steps S51, S52, S53, and S54.
  • step S51 the first diagnostic unit 151 waits for the motor 5 to start.
  • the first diagnostic unit 151 waits for the speed control unit 111 to start accelerating the motor 5.
  • step S52 the current information acquisition unit 113 acquires current information from the current sensor 14.
  • step S53 the generated torque calculation unit 114 calculates the generated torque of the motor 5 based on the drive current flowing between the power conversion circuit 10 and the motor 5.
  • the peak detection unit 161 confirms whether the increase in the generated torque after the start of the motor 5 has started to decrease. For example, the peak detection unit 161 confirms whether or not the generated torque calculated in step S53 is lower than the previously calculated generated torque.
  • step S54 If it is determined in step S54 that the increase in the generated torque has not started to decrease, the control circuit 100 executes steps S55 and S56.
  • step S55 the peak detection unit 161 holds the generated torque calculated in step S52 as a peak value.
  • step S56 the current information acquisition unit 113 waits for the elapse of the control cycle. After that, the control circuit 100 returns the process to step S52. After that, until the increase in the generated torque starts to decrease in step S54, the generated torque is calculated and the calculated result is held as the peak value repeatedly.
  • step S61 the peak detection unit 161 stores the peak value in the peak value storage unit 162.
  • step S62 the peak change integration unit 163 calculates the integrated value of the latest peak value change (the peak change integrated value) stored in the peak value storage unit 162.
  • step S63 the first diagnostic unit 151 confirms whether or not the peak change integrated value exceeds the change upper limit level.
  • step S63 When it is determined in step S63 that the peak change integrated value exceeds the change upper limit level, the control circuit 100 executes step S64.
  • step S64 the first diagnosis unit 151 diagnoses that there is an abnormality in the device 2, and outputs the diagnosis result to the display device 300, the host controller 200, or the like. With the above, the control circuit 100 completes the first diagnostic process. If it is determined in step S63 that the peak change integrated value does not exceed the change upper limit level, the control circuit 100 completes the first diagnostic process without executing step S64.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating the second diagnostic processing procedure.
  • the control circuit 100 first executes steps S71, S72, S73, S74, S75, S76, S77, S78, S79, S81, S82, and S83.
  • step S71 the second diagnostic unit 152 waits for the speed control unit 111 to start controlling the power conversion circuit 10.
  • step S72 the current information acquisition unit 113 acquires current information from the current sensor 14.
  • the generated torque calculation unit 114 calculates the generated torque of the motor 5 based on the drive current flowing between the power conversion circuit 10 and the motor 5.
  • step S74 the speed estimation unit 115 outputs the rotation speed estimation value of the motor 5.
  • the speed estimation unit 115 calculates the rotation speed estimation value of the motor 5 based on the voltage command and the drive current, and stores it in the speed storage unit 116.
  • the inertia torque calculation unit 117 calculates the inertia torque of the device 2 based on the rotation speed estimated value.
  • the inertia torque calculation unit 117 calculates the inertia torque of the device 2 based on the time change of the latest rotation speed estimated value stored in the speed storage unit 116.
  • step S76 the load torque calculation unit 118 calculates the load torque acting on the rotating shaft 6 of the motor 5 based on the generated torque and the inertial torque.
  • step S77 the drive torque calculation unit 132 calculates the drive torque of the drive target 4 based on the rotation speed estimated value calculated in step S74 and the drive torque profile.
  • step S78 the torque deviation calculation unit 133 calculates the torque deviation based on the load torque and the drive torque.
  • step S79 the first filter processing unit 134 applies a low-pass type first filter process to the torque deviation.
  • first filter value the result of applying the first filter processing to the torque deviation
  • second filter processing unit 135 applies a bandpass type second filter process to the torque deviation.
  • second filter value the result of applying the second filter processing to the torque deviation
  • step S81 the invalid power calculation unit 141 calculates the invalid power based on the drive current and the drive voltage applied to the motor 5 by the power conversion circuit 10.
  • the reactive power calculation unit 141 calculates the reactive power based on the drive current and the voltage command.
  • step S82 the second diagnostic unit 152 diagnoses whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the first filter value, the second filter value, and the ineffective power. The specific processing content of step S82 will be described later.
  • step S83 the second diagnostic unit 152 confirms whether the control of the power conversion circuit 10 by the speed control unit 111 has started.
  • step S84 the current information acquisition unit 113 waits for the elapse of the control cycle. After that, the control circuit 100 returns the process to step S72. After that, until the control of the power conversion circuit 10 by the speed control unit 111 is started, it is repeated to diagnose whether the device 2 has an abnormality based on the first filter value, the second filter value, and the ineffective power.
  • step S83 the control of the power conversion circuit 10 by the speed control unit 111 has started, the control circuit 100 completes the second diagnostic process.
  • steps S71 to S84 can be changed as appropriate.
  • the output of the rotation speed estimated value in step S74 and the calculation of the inertial torque in step S75 may be executed before the calculation of the generated torque in step S73, or may be executed in parallel with the calculation of the generated torque.
  • the calculation of the drive torque in step S77 may be executed before the calculation of the load torque in step S76, or may be executed before the calculation of the inertial torque in step S75.
  • the calculation of the drive torque may be executed at least in parallel with the calculation of the load torque or the calculation of the inertial torque.
  • the calculation of the reactive power in step S81 may be executed at any timing between the acquisition of the current information in step S72 and the diagnostic process in step S82.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating the diagnostic procedure in step S82. As shown in FIG. 11, the control circuit 100 first executes step S91. In step S91, the second diagnostic unit 152 confirms whether the first filter value exceeds the first torque upper limit level.
  • step S92 the second diagnostic unit 152 confirms whether the second filter value exceeds the second torque upper limit level. If it is determined in step S92 that the second filter value does not exceed the second torque upper limit level, the control circuit 100 executes step S93. In step S93, the second diagnostic unit 152 confirms whether the disabled power exceeds the above-mentioned disabled power upper limit level.
  • step S91 When it is determined in step S91 that the first filter value exceeds the first torque upper limit level, when it is determined in step S92 that the second filter value exceeds the second torque upper limit level, and in step S93, the ineffective power If it is determined that the power exceeds the invalid power upper limit level, the control circuit 100 executes step S94.
  • step S94 the second diagnosis unit 152 diagnoses that there is an abnormality in the device 2, and outputs the diagnosis result to the display device 300, the host controller 200, or the like. With the above, the control circuit 100 completes the diagnostic process. If it is determined in step S93 that the ineffective power does not exceed the ineffective power upper limit level, the control circuit 100 completes the diagnostic process without executing step S94.
  • the second diagnostic unit 152 is a device when at least the first filter value exceeds the first torque upper limit level, the second filter value exceeds the second torque upper limit level, and the ineffective power exceeds the ineffective power upper limit level. It may be diagnosed that there is an abnormality in 2.
  • step S101 the control circuit 100 first executes step S101.
  • step S101 the second diagnostic unit 152 confirms whether the first filter value exceeds the first torque upper limit level. If it is determined in step S101 that the first filter value does not exceed the first torque upper limit level, the control circuit 100 executes step S102. In step S102, the second diagnostic unit 152 confirms whether the second filter value exceeds the second torque upper limit level.
  • step S101 When it is determined in step S101 that the first filter value exceeds the first torque upper limit level and when it is determined that the second filter value in step S102 exceeds the second torque upper limit level, the control circuit 100 performs step S103. Execute. In step S103, the second diagnostic unit 152 confirms whether the disabled power exceeds the above-mentioned disabled power upper limit level.
  • step S104 the second diagnosis unit 152 diagnoses that there is an abnormality in the device 2, and outputs the diagnosis result to the display device 300, the host controller 200, or the like.
  • the control circuit 100 completes the diagnostic process.
  • step S94 Complete the diagnostic process without any.
  • the confirmation order is not limited to this.
  • the power conversion device 1 includes a power conversion circuit 10 that supplies drive power to the motor 5 of the device 2 having the motor 5 and the drive target 4 by the motor 5, and the power conversion circuit 10. Based on the generated torque calculation unit 114 that calculates the generated torque of the motor 5 based on the drive current flowing between the motor 5 and the speed estimation unit 115 that outputs the rotation speed estimation value of the motor 5, and the rotation speed estimation value. Based on the inertial torque calculation unit 117 that calculates the inertial torque of the device 2, the load torque calculation unit 118 that calculates the load torque acting on the rotating shaft 6 of the motor 5 based on the generated torque and the inertial torque, and the load torque. It is provided with an abnormality diagnosis unit 119 for diagnosing whether or not there is an abnormality in the device 2.
  • the generated torque is calculated based on the drive current
  • the inertia torque is calculated based on the estimated rotation speed of the motor 5
  • the load torque is calculated based on the generated torque and the inertia torque.
  • the load torque is appropriately calculated without using the load sensor.
  • an abnormality in the device is detected based on the calculation result. Since the abnormality of the device 2 tends to appear in the value of the load torque, the abnormality of the device 2 can be appropriately detected based on the appropriately calculated load torque. In this way, since the abnormality of the device 2 is appropriately detected based on the drive current and the estimated rotation speed without using the load sensor, the power conversion device 1 improves the abnormality diagnosis performance and the system configuration. It is effective for both simplification and simplification.
  • the power conversion device 1 has a torque storage unit 131 that stores a drive torque profile that represents the relationship between the rotation speed of the motor 5 and the drive torque of the drive target 4, and a drive target based on the rotation speed estimated value and the drive torque profile.
  • the drive torque calculation unit 132 for calculating the drive torque of the above and the torque deviation calculation unit 133 for calculating the torque deviation between the load torque and the drive torque are further provided, and the abnormality diagnosis unit 119 is attached to the device 2 based on the torque deviation.
  • the abnormality of the device 2 is likely to occur mainly in the sliding portion (for example, the bearing 7) or the rotation transmitting portion. Since an abnormality in the sliding portion or the rotation transmitting portion causes a change in the mechanical loss torque, it tends to appear in the torque deviation. Therefore, it is possible to more appropriately diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the torque deviation.
  • the power conversion device 1 further includes an invalid power calculation unit 141 that calculates the invalid power flowing between the power conversion circuit 10 and the motor 5 based on the drive current and the drive voltage applied to the motor 5 by the power conversion circuit 10.
  • the abnormality diagnosis unit 119 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device based on the ineffective power.
  • the abnormality of the device 2 is likely to appear in the invalid power. Therefore, by detecting the abnormality of the device 2 based on both the torque deviation and the ineffective power, it is possible to more appropriately detect whether or not there is an abnormality in the device 2.
  • the abnormality diagnosis unit 119 diagnoses that the device 2 has an abnormality when the torque deviation exceeds a predetermined torque level, and also diagnoses that the device 2 has an abnormality when the invalid power exceeds the predetermined power level. You may. In this case, it is possible to diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 with higher sensitivity.
  • the abnormality diagnosis unit 119 may diagnose that there is an abnormality in the device 2 when the torque deviation exceeds the predetermined torque level and the ineffective power exceeds the predetermined power level. In this case, it is possible to detect whether or not there is an abnormality in the device 2 with higher reliability.
  • the power conversion device 1 further includes a first filter processing unit 134 that applies a low-pass type first filter process to the torque deviation, and an abnormality diagnosis unit 119 attaches the device 2 to the device 2 based on the torque deviation that has been subjected to the first filter process. You may diagnose if there is an abnormality. In this case, a steady increase in friction can be detected with higher reliability.
  • the power conversion device 1 further includes a second filter processing unit 135 that applies a bandpass type second filter process to the torque deviation, and the abnormality diagnosis unit 119 further bases the device based on the torque deviation that has been subjected to the second filter process. You may diagnose whether there is an abnormality in 2. In this case, the abnormality of the device 2 can be detected earlier by based on the pulsation of the torque deviation before the mechanical loss torque increases due to the steady increase in friction.
  • the abnormality diagnosis unit 119 includes a first diagnosis unit 151 in which the speed control unit 111 diagnoses whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the generated torque during a period in which the target speed of the motor 5 changes, and the speed control unit 111 is a motor. It may have a second diagnostic unit 152 for diagnosing whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the torque deviation during the period in which the rotation speed of 5 is maintained at the target speed.
  • the abnormality is detected based on the generated torque instead of the torque deviation, thereby suppressing the false detection of the abnormality and even during the acceleration. Abnormality can be detected.
  • the first diagnosis unit 151 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the peak value of the generated torque during the period when the target speed of the motor 5 changes by the speed control unit 111. In this case, the reliability of abnormality detection based on the generated torque can be further improved.
  • the power conversion device 1 further includes a peak value storage unit 162 that stores a plurality of peak values in a time series by storing the peak value of the generated torque each time the target speed of the motor 5 changes, and the first diagnosis
  • the unit 151 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the latest change in the peak value stored in the peak value storage unit 162. In this case, the reliability of abnormality detection based on the generated torque can be further improved.
  • the first diagnostic unit 151 may diagnose whether or not there is an abnormality in the device 2 based on the integrated value of the latest changes in the peak value. In this case, the reliability of abnormality detection based on the generated torque can be further improved.
  • a diagnostic device including a generated torque calculation unit 114, a speed estimation unit 115, an inertial torque calculation unit 117, a load torque calculation unit 118, and an abnormality diagnosis unit 119 is incorporated in the power conversion device 1.
  • the diagnostic device may be incorporated in another device separate from the power conversion device 1.
  • the diagnostic device may be incorporated in the host controller 200.

Abstract

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。

Description

電力変換装置、診断装置及び診断方法
　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（ｉγ２＋ｉδ２）
　　＋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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