(57)【要約】【課題】車両に搭載される電力変換装置における半導体スイッチング素子の故障予兆を精度よく検出できる電力変換装置及び故障予兆検出方法を提供することである。【解決手段】実施形態の電力変換装置は、車両に搭載され、供給される直流または交流の電力を、半導体スイッチング素子によるスイッチング制御に基づいて交流または直流の電力に変換する。電力変換装置は、取得指示部と、電流値取得部と、故障予兆検出部と、を備える。取得指示部は、前記車両の制御状態を示す制御状態情報を取得するとともに、当該制御状態情報に基づいて特定の動作状態に至ったと判断した場合に、電流値の取得を指示する。電流値取得部は、前記取得指示部から前記取得の指示を受け付けたときに、前記半導体スイッチング素子を有する回路に設けられた電流センサを介して当該半導体スイッチング素子に流れる電流値を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、供給される直流または交流の電力を、半導体スイッチング素子によるスイッチング制御に基づいて交流または直流の電力に変換する電力変換装置であって、
前記車両の制御状態を示す制御状態情報を取得するとともに、当該制御状態情報に基づいて特定の動作状態に至ったと判断した場合に、電流値の取得を指示する取得指示部と、
前記取得指示部から前記取得の指示を受け付けたときに、前記半導体スイッチング素子を有する回路に設けられた電流センサを介して当該半導体スイッチング素子に流れる電流値を取得する電流値取得部と、
前記電流値取得部が取得する電流値に基づいて、前記半導体スイッチング素子の故障予兆を検出する故障予兆検出部と、
を備える電力変換装置。
【請求項２】
前記取得指示部は、少なくとも前記車両の力行状態から惰行状態への推移、または、回生状態から停止状態への推移の検知に応じて前記電流値の取得を指示する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記取得指示部は、前記車両に設けられた速度センサを介して当該車両の速度を取得し、当該速度の推移に基づいて前記電流値の取得を指示する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記半導体スイッチング素子の近傍に設けられた温度センサを介して温度を取得する温度取得部と、
前記温度取得部が取得する温度に基づいて、前記電流値取得部が取得する電流値を補正する補正部と、
を備える請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記取得指示部は、前記温度取得部が取得する温度が所定の温度範囲に属する場合に、前記電流値の取得を指示する
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電流センサは、前記直流又は交流の供給源と接地点との間において、前記半導体スイッチング素子に対し直列に接続されている
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
車両に搭載され、供給される直流または交流の電力を、半導体スイッチング素子によるスイッチング制御に基づいて交流または直流の電力に変換する電力変換装置の故障予兆検出方法であって、
取得指示部が、前記車両の制御状態を示す制御状態情報を取得するとともに、当該制御状態情報に基づいて特定の動作状態に至ったと判断した場合に、電流値の取得を指示し、
電流値取得部が、前記取得指示部から前記取得の指示を受け付けたときに、前記半導体スイッチング素子を有する回路に設けられた電流センサを介して当該半導体スイッチング素子に流れる電流値を取得し、
故障予兆検出部が、前記電流値取得部が取得する電流値に基づいて、前記半導体スイッチング素子の故障予兆を検出する
ことを特徴とする故障予兆検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置及び故障予兆検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電力変換装置においては半導体スイッチング素子（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor））が使用されているが、半導体スイッチング素子の劣化や故障予兆を精度よく判定することが困難のため、検査や実使用上において故障や不具合が発覚してから交換されることがある。このような問題に対し、従来技術では、例えば、電力変換装置を構成する半導体スイッチング素子ごとにスイッチング回数をカウントし、当該スイッチング回数に基づいて劣化度を推定する手法がある。しかし、半導体スイッチング素子の劣化の進行は個体差ばらつきが大きいため、予め定めたスイッチング回数のみでは、その劣化度を精度よく推定することはできない。
【０００３】
そこで、半導体スイッチング素子の劣化診断を精度よく行う方法の一つとして、高圧端子に電圧を印加して漏れ電流（リーク電流）を測定する手法等が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１７２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鉄道車両に用いられる電力変換装置の場合、上記リーク電流の測定作業は、例えば、当該電動車両について定期的に行われる検査業務の一環として実施されることが想定される。しかしながら、電力変換装置に搭載される半導体スイッチング素子のリーク電流は、その運転状態、特に半導体スイッチング素子の温度に応じて大きく変動し得ることが知られている。したがって、実際の車両走行時（実動作時）においては半導体スイッチング素子の劣化が進行しているにもかかわらず、車両基地等に収容されながら検査が行われる段階において測定を行ったとしても、その劣化の傾向を適切に検出できない場合がある。したがって、リーク電流の測定によって精度よく故障予兆を検出することは困難であった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、車両に搭載される電力変換装置における半導体スイッチング素子の故障予兆を精度よく検出できる電力変換装置及び故障予兆検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の電力変換装置は、車両に搭載され、供給される直流または交流の電力を、半導体スイッチング素子によるスイッチング制御に基づいて交流または直流の電力に変換する。電力変換装置は、取得指示部と、電流値取得部と、故障予兆検出部と、を備える。取得指示部は、前記車両の制御状態を示す制御状態情報を取得するとともに、当該制御状態情報に基づいて特定の動作状態に至ったと判断した場合に、電流値の取得を指示する。電流値取得部は、前記取得指示部から前記取得の指示を受け付けたときに、前記半導体スイッチング素子を有する回路に設けられた電流センサを介して当該半導体スイッチング素子に流れる電流値を取得する。故障予兆検出部は、前記電流値取得部が取得する電流値に基づいて、前記半導体スイッチング素子の故障予兆を検出する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る電力変換装置の機能構成を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る故障予兆検出手段で実行される検出機能を説明する図。
【図３】第１の実施形態の変形例に係る電力変換装置の機能構成を示す図。
【図４】第１の実施形態の変形例に係る取得指示手段の処理を説明する図。
【図５】第２の実施形態に係る電力変換装置の機能構成を示す図。
【図６】第２の実施形態に係る補正部の機能を説明する図。
【図７】第１、第２の実施形態の他の変形例に係る電力変換装置の機能構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係る電力変換装置を、図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の機能構成を示す図である。図１に示す電力変換装置１は、鉄道などの路線を走行する車両に搭載される。
図１に示すように、電力変換装置１は、架線４０、パンタグラフ４１及び遮断器４２を介して直流電力を入力するとともに、半導体スイッチング素子によるスイッチング制御に基づいて、当該直流電力を交流電力に変換して電動機４３に供給する。電力変換装置１から出力された交流電力は電動機４３に供給され、車両の推進力に変換される。なお、電力変換装置１が搭載される車両としては、鉄道車両の他、電気自動車や電気バス等の車両であってもよい。
【００１０】
図１に示すように、電力変換装置１は、架線４０等を介して直流電位が印加される高電位線Ｈと、接地電位が与えられる低電位線Ｌの間に、電気的に直列に接続された半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２等で構成されている。なお本実施形態においては、例として、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子であるが、他の実施形態においては、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＳｉＣ（Silicon Carbide）等が用いられてもよい。
また、電力変換装置１は、半導体スイッチング素子Ｑ２の接地側に直列に接続された電流センサ１０を備えている。電流センサ１０は、設置された回路の配線における電流値に応じた信号を出力する。
また、図１に示すように、電力変換装置１は、上述した半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２並びに電流センサ１０の組を並列に３つ備えている。この場合、各組はＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応付けられ、互いに１２０°の位相差を有する交流電力を生成し、生成された交流電力は電動機４３に供給される。
【００１１】
また、電力変換装置１は、電力変換装置制御部２０を備えている。電力変換装置制御部２０は、電力変換装置１が有する各半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート端子に制御信号を出力する。電力変換装置制御部２０は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御等に基づいて、電動機４３に供給すべき電力に応じた制御信号を出力する。
【００１２】
半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に対する制御は、例えば、車両の運転室に設けられたマスターコントローラ（主幹制御器）５０の操作によって入力される、力行指令、惰行指令、回生ブレーキ指令、などの制御指令に基づいて行われる。そして、このような指令を受信した電力変換装置制御部２０は、受信した指令に合ったトルクが電動機４３で発生されるように、半導体スイッチング素子に対する制御信号であるゲート指令を生成し、対応する半導体スイッチング素子に対して制御を行う。
以下、本実施形態に係る電力変換装置制御部２０の機能構成について説明する。
【００１３】
図１に示すように、電力変換装置制御部２０は、上述した半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に対する制御機能に加え、取得指示手段２００、電流値取得手段２０１及び故障予兆検出手段２０２を有している。なお、取得指示手段２００、電流値取得手段２０１、及び故障予兆検出手段２０２は、それぞれプロセッサ（電力変換装置制御部２０）が各プログラムを実行することで実現される機能である。
取得指示手段２００は、車両の制御状態を取得して、当該制御状態が所定の条件を満たしたときに、電流値取得手段２０１に電流値の取得を指示する。
具体的には、取得指示手段２００は、電力変換装置制御部２０がマスターコントローラ５０を介して入力される制御指令に基づいて車両の制御状態を認識する。
なお、取得指示手段２００の詳細な処理内容については後述する。
【００１４】
電流値取得手段２０１は、取得指示手段２００から取得の指示を受け付けたときに、電流センサ１０を介して半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に流れる電流値を取得する。ここで、電流値取得手段２０１は、後述するように、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２においてスイッチング処理がなされていないとき、つまり、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２がともにオフ状態となっているタイミングで電流値を取得する。したがって、電流値取得手段２０１は、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオフ状態においてコレクタ-エミッタ間に流れる電流値（リーク電流値）を取得する。
【００１５】
故障予兆検出手段２０２は、電流値取得手段２０１が取得する電流値（リーク電流値）に基づいて、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の故障予兆を検出する。具体的には、故障予兆検出手段２０２は、電流値取得手段２０１が逐次取得するリーク電流値を蓄積し、その傾向を解析して故障予兆の検出処理を行う。また、故障予兆検出手段２０２は、故障予兆が検出された場合には、そのことを通知する通知部３０を介してオペレータに通知する。
【００１６】
本実施形態に係る取得指示手段２００は、電力変換装置制御部２０が受信した制御指令に基づき、少なくとも車両の力行状態から惰行状態への推移、または、回生状態から停止状態への推移の検知し、電流値取得手段２０１に対し電流値の取得を指示する。具体的には、電力変換装置制御部２０が受信した制御指令が力行指令から惰行指令に切り替わったことを認識したとき、またはブレーキ指令（回生ブレーキ指令）から停止指令に切り替わったことを認識したときに、電流値取得手段２０１に対して取得指示を行う。
【００１７】
一般に、実動作中において、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のリーク電流値は、その動作履歴に応じて大きく変化する。具体的には、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作により発生する損失により温度が上昇する。そして、温度が上昇することでリーク電流値が増加する。したがって、故障予兆のためのリーク電流値の取得は、最も温度が高くなる状態、すなわち、通電された時間が長いほど半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の温度が上昇し、その故障予兆を精度よく検出することができる。
その一方で、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２におけるリーク電流値を取得するためには、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２がオフ状態（ゲート端子Ｇが０Ｖ）のときに電流値を取得する必要がある。例えば力行中は、電動機４３へ交流電力を電力供給するために頻繁にスイッチングが行われている状態にある。同様に、回生中においても、回生電力の送電のためにスイッチングが行われる。したがって、電流値取得手段２０１は、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング制御が実施される力行中、回生中にはオフ電流を取得することができない。
【００１８】
よって、上述したように、電力変換装置制御部２０に力行指令が入力され、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２がスイッチング動作で温度が上昇した直後、すなわち、力行指令から惰行指令に切り替わりを認識した後、例えば認識した直後に取得指示を行う。このようにすることで、電流値取得手段２０１は、特定の動作状態、すなわち、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の温度が十分に上昇し、さらにスイッチング動作が行われていない状態（オフ状態）でリーク電流値を取得することができる。また、電力変換装置制御部２０に入力される制御指令が、回生ブレーキ指令から停止指令に切り替わったことを認識した後でも同様である。
【００１９】
図２は、第１の実施形態に係る故障予兆検出手段で実行される検出機能を説明する図である。
故障予兆検出手段２０２は、電流センサ１０を介して電流値取得手段２０１が取得する電流値Ｉ（半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のリーク電流値）と、その取得時刻と、を関連付けて蓄積し、当該蓄積した電流値Ｉに基づいて半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の故障予兆を検出する。
ここで、図２に示すグラフは、故障予兆検出手段２０２が図示しないメモリに蓄積する電流値Ｉとその取得時刻ｔとの関係を示している。
【００２０】
本実施形態に係る故障予兆検出手段２０２は、図３に示すように、Δｔに対する経時的な増加傾向を検出する。具体的には、故障予兆検出手段２０２は、Δｔの期間中に取得された電流値Ｉの傾きｓ（＝ｄＩ／ｄｔ）を取得する。例えば、最新の過去１０日間（＝Δｔ）の電流値Ｉの傾きｓ１が所定の判定閾値ｓｔｈ以下の場合、故障予兆検出手段２０２は、故障予兆を検出しない。一方、過去１０日間の電流値Ｉの傾きｓ２が所定の判定閾値ｓｔｈを上回った場合（時刻ｔａ）、故障予兆検出手段２０２は、故障予兆を検出して通知部３０を介してオペレータに通知する。このようにすることで、故障予兆検出手段２０２は、ノイズ等に基づく電流値Ｉの異常値による誤検出を抑制し、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のリーク電流の経時的な増加に基づいて、故障予兆を精度よく検出することができる。
【００２１】
また、故障予兆検出手段２０２は、蓄積した電流値Ｉ（リーク電流値）が所定の判定閾値Ｉｔｈを上回ったときに、故障の予兆があると判定してもよい。このようにすることで、急峻にリーク電流が増大した場合に、早急にその傾向を検出して通知することができる。
なお、故障予兆検出手段２０２は、傾きｓに対する判定閾値ｓｔｈ、または、電流値Ｉに対する判定閾値Ｉｔｈのいずれか一方に基づいて故障予兆を検出してもよい。また、故障予兆検出手段２０２は、蓄積したリーク電流値に基づいて故障予兆を検出可能であれば、上記以外の他の検出方法に基づいて故障予兆を検出するものであってもよい。
【００２２】
以上、第１の実施形態に係る電力変換装置１によれば、電力変換装置の実動作上において最も動作ストレスが蓄積される状態に近いタイミングでリーク電流値を取得しているので、半導体スイッチング素子の故障予兆を精度よく検出できる。
【００２３】
なお、上述の電力変換装置１の変形例として、電流値取得手段２０１は、さらに、力行指令、回生指令が入力される継続時間を計時するとともに、その継続時間が所定時間（判定閾値ｔ＿ｔｈ）以上継続した場合にのみ、取得指示信号を出力するようにしてもよい。このようにすることで、例えば、傾斜面等に応じて力行や回生を短期的に行う場合には、電流取得指示信号を出力しないようにすることができる。
【００２４】
＜第１の実施形態の変形例＞
図３は、第１の実施形態の変形例に係る電力変換装置の機能構成を示す図である。
図３に示すように、この変形例では、図１の構成に加えて電動機４３に車両速度センサ４３ａが取り付けられており、電力変換装置１の取得指示手段２００は、車両速度センサ４３ａからの速度検知信号を入力することで、車両の制御状態を認識することを特徴としている。ここで、車両速度センサ４３ａは、例えば、ＰＧ（Pulse Generator）を用いた速度センサである。
【００２５】
図４は、この変形例に係る取得指示手段の処理を説明する図である。
図４に示すグラフは、車両速度センサ４３ａを介して取得される車両の走行速度の時間変化の例を表している。図４に示すように、一般に、鉄道車両は、その制御状態として力行、惰行、回生（制動）、停止の状態に移行しながら加減速して走行する。
【００２６】
この変形例に係る取得指示手段２００は、少なくとも車両の力行状態から惰行状態への推移、または、回生状態から停止状態への推移の検知し、電流値取得手段２０１に対し電流値の取得を指示する。
具体的には、取得指示手段２００は、力行状態から惰行状態に推移した時点（ｔ１）の直後（ｔｍ後）、または、回生状態から停止状態に推移した時点（ｔ１）の直後（ｔｍ後）に、電流値取得手段２０１に向けて取得指示信号を出力する。時間ｔｍは、状態の推移が発生してからのマージン時間であり、例えば、１秒などと設定する。
【００２７】
ここで、取得指示手段２００は、上述したように、車両速度センサ４３ａを介して車両速度を取得している。取得指示手段２００は、取得する車両速度の推移を参照して制御状態の推移のタイミングを特定する。例えば、取得指示手段２００は、加速（速度の上昇）が続く期間から所定の走行速度ｖで加速が終了するタイミングを検出することで、力行状態から惰行状態への推移を特定する。同様に、減速が続く期間から速度０で減速が終了するタイミングを検出することで、回生状態から停止状態への推移を特定する。
【００２８】
図４で示したように、この変形例に係る取得指示手段２００は、力行状態（電動機４３への交流電力の供給）が持続されることで、スイッチング動作でスイッチング素子の温度が上昇した直後、すなわち、力行状態から惰行状態に移行した直後に取得指示信号を出力する。このようにすることで、電流値取得手段２０１は、特定の動作状態として、力行の制御状態が継続されることでスイッチング素子の温度が上昇し、なおかつ、スイッチング制御がなされてない状態（オフ状態）に至ったと判断されるタイミングでリーク電流値を取得することができる。また、回生状態から停止状態に移行した直後の場合も同様である。
【００２９】
なお、この変形例に係る電流値取得手段２０１は、惰行中（図４に示した時刻ｔ１＋ｔｍ）、停止中（時刻ｔ２＋ｔｍ）の両方のタイミングで取得指示信号を出力してもよいし、何れか一方のみのタイミングで取得指示信号を出力してもよい。また、電流値取得手段２０１は、取得指示信号を出力する条件として、状態の推移以外の条件が設定されていてもよい。例えば、電流値取得手段２０１は、上記条件を満たし、かつ、前回の取得時間から１時間が経過している場合に、取得指示信号を出力するようにしてもよい。
なお、故障予兆検出手段については、第１の実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００３０】
なお、電流値取得手段２０１は、マスターコントローラ５０から受け付ける運転制御信号と、車両速度センサ４３ａを介して取得する車両速度ｖの両方に基づいて制御状態の推移を特定してもよい。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係る電力変換装置を、図面を参照しながら説明する。
図５は、第２の実施形態に係る電力変換装置の機能構成を示す図である。図５に示す電力変換装置１Ａは、第１の実施形態およびその変形例の場合と同様、鉄道などの路線を走行する電動車両に搭載される。なお、図５に示す各種機能構成のうち、第１の実施形態（図１）及びその変形例（図３）と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。つまり、第２の実施形態においても、マスターコントローラ５０からの制御指令、または車両速度センサ４３ａからの速度検知信号により認識した車両の制御状態に基づき、取得指示手段２００から電流値取得手段２０１に対して電流値の取得指示が行われる。
【００３２】
図５に示すように、電力変換装置１Ａは、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２各々の近傍に温度センサ１１を備えている。温度センサ１１は、具体的にはサーミスタ等であって、例えば、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が取り付けられている冷却板の裏面側等に設置される。
本実施形態に係る電力変換装置制御部２０Ａは、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に設置されている温度センサ１１の各々から温度検知信号を受け付けて、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の温度を取得する温度取得手段２０３を有している。
また、電力変換装置制御部２０Ａは、温度取得手段２０３が取得する半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の温度に基づいて、電流値取得手段２０１が取得する電流値Ｉを補正する補正手段２０４を備えている。
【００３３】
図６は、第２の実施形態に係る補正部の機能を説明する図である。
図６（ａ）は、補正係数αと、温度センサ１１を介して温度取得手段２０３が取得した温度Ｔとの相関性Ｘを示す図である。
本実施形態に係る補正手段２０４は、図６（ａ）に示すような、補正係数αと温度Ｔとの相関性Ｘ（温度特性）を予め記憶している。補正手段２０４が記憶する補正係数αと温度Ｔとの相関性Ｘは、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２におけるリーク電流の温度依存性を排除するように定められている。具体的には、通常、半導体スイッチング素子におけるリーク電流値は、温度Ｔの上昇に応じて増大する。したがって、補正係数αは、その温度依存性が排除されるように、温度Ｔが上昇するにしたがって減少するような傾向を有する。この相関性Ｘは、例えば、作業者等が予め使用する半導体スイッチング素子のリーク電流値の温度特性を計測することで、その計測された温度特性に基づいて、温度Ｔごとの補正係数αを定めることができる。また、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を構成する半導体デバイスの一般的な温度依存性を示す理論式によって求めてもよい。
補正手段２０４は、相関性Ｘを参照して、温度取得手段２０３から取得した温度Ｔに応じた補正係数αを特定する。例えば、あるタイミングで電流値取得手段２０１が取得した電流値ＩがＩｉであった場合、補正手段２０４は、同じくそのタイミングで温度取得手段２０３が取得した温度Ｔｉに基づいて補正係数αｉを取得する。
そして、補正手段２０４は、電流値取得手段２０１が取得した電流値Ｉに、特定した補正係数αを乗算することで、補正電流値Ｉｃを算出する。
【００３４】
図６（ｂ）は、本実施形態に係る故障予兆検出手段２０２が蓄積する補正電流値Ｉｃ（半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のリーク電流値Ｉに補正係数αが乗算された値）と、その取得時刻と、の関係を示すグラフ図である。
本実施形態に係る故障予兆検出手段２０２は、図６（ｂ）に示すように、補正手段２０４が算出した補正電流値Ｉｃを蓄積し、その傾向に基づいて故障予兆を検知する。例えば、故障予兆検出手段２０２は、電流値取得手段２０１が取得した電流値Ｉ１、Ｉ２、・・・それぞれに対して補正手段２０４が算出した補正電流値Ｉｃ１（＝Ｉ１×α１）、Ｉｃ２（＝Ｉ２×α２）、・・・を蓄積して記憶する。そして、故障予兆検出手段２０２は、Δｔの期間中に取得された補正電流値Ｉｃの傾きｓ（＝ｄＩｃ／ｄｔ）や、補正電流値Ｉｃについての判定閾値Ｉｃ＿ｔｈに基づいて故障予兆の検出を行う。
【００３５】
ここで、車両の走行する場所や環境によって外気温度等がばらつくため、同じような制御状態（またはその推移の後）であっても、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２等が常に一定の温度にあるとは限らない。したがって、電流値取得手段２０１が特定の車両の制御状態の推移に基づいて電流値Ｉを取得させるようにしても、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２ごとの温度は大きくばらついている可能性が有る。しかし上述のように、本実施形態に係る電力変換装置制御部２０Ａにおいては、電流値取得手段２０１が電流値Ｉを取得する度に、補正手段２０４がその時点における温度による変動要素を排するように電流値Ｉの補正を行う。
このようにすることで、故障予兆検出手段２０２は、温度によるばらつきを除外した補正電流値Ｉｃに基づいて、一層精度よく故障予兆の検出を行うことができる。
【００３６】
＜第２の実施形態の変形例＞
また、第２の実施形態に係る電力変換装置１は、以下のようにも変形可能である。
例えば、当該変形例に係る取得指示手段２００は、温度取得手段２０３から常時、温度情報を取得する。そして、取得指示手段２００は、取得する温度情報に基づく温度が、予め定められた所定の温度範囲に属することとなった場合に、電流値取得手段２０１に取得指示信号を出力するようにしてもよい。このようにすることで、電流値取得手段２０１が電流値Ｉを取得する際における半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の温度のばらつきを一定範囲内に低減することができる。
また、この場合、取得指示手段２００は、上記温度に基づく電流値Ｉの取得条件、制御状態の推移に基づく取得条件、経過時間に基づく取得条件、の各々を組み合わせてもよい。具体的には、例えば、力行状態から惰行状態に推移した後、その惰行中において、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の温度が所定範囲内に属した場合に、電流値Ｉの取得指示信号を出力するようにしてもよい。
【００３７】
なお、図５において、上述の第２の実施形態及びその変形例に係る取得指示手段２００は、電動機４３に設けられた車両速度センサ４３ａを介して取得する車両速度ｖに基づいて制御状態の推移を特定する場合を示しているが、第１の実施形態の変形例で説明したように、取得指示手段２００は、マスターコントローラ５０から受け付ける運転制御信号に基づいて、車両の制御状態の推移を特定してもよい。
【００３８】
また、上述の各実施形態に係る電力変換装置１（１Ａ）においては、いずれも、一組の半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に対し直列に一つの電流センサ１０が接続される態様としているが、電力供給源（架線４０）と接地点との間の短絡の予兆を検知する上ではこのような接続で十分である。しかし、このような態様では、半導体スイッチング素子Ｑ１と半導体スイッチング素子Ｑ２各々のリーク電流値を分離して取得することはできない。
そこで、電力変換装置制御部２０は、半導体スイッチング素子Ｑ１または半導体スイッチング素子Ｑ２のいずれか一方のみをオフ（他方の半導体スイッチング素子はオン）にしながら、電流値Ｉの取得をするようにしてもよい。具体的には、電力変換装置制御部２０は、取得指示手段２００の取得指示信号に応じて、半導体スイッチング素子Ｑ１又は半導体スイッチング素子Ｑ２の何れか片方のみをオフ状態とするように制御するリーク電流計測制御部を備えていてもよい。このようにすることで、電力変換装置制御部２０は、オフ状態となっている何れか一方の半導体スイッチング素子のみのリーク電流を計測することができる。
【００３９】
＜各実施形態の他の変形例＞
図７は、第１、第２の実施形態の他の変形例に係る電力変換装置の機能構成を示す図である。
第１、第２の実施形態に係る電力変換装置１は、架線４０（図１）から直流電力を入力し、当該直流電力を交流電力に変換して電動機４３に供給するインバータとして機能している。一方、図７に示す電力変換装置１Ｂは、架線４０Ｂからパンタグラフ４１、主トランス４４及び遮断器４２を介して交流電力を入力し、当該交流電力を直流電力に変換するコンバータとして機能する。図７に示すように、当該変形例においても、第１、第２の実施形態と同様に、半導体スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と直列に電流センサ１０が備えられる。
このように、直流電力を交流電力に変換するインバータのみならず、交流電力を直流電力に変換するコンバータに対しても、第１、第２の実施形態及びその変形例で説明した電力変換装置制御部２０（２０Ａ）を適用可能である。
また、電力変換装置１Ｂは、架線４０Ｂから交流電力を入力する態様ではなく、供給される動力に基づいて交流電力を生成する発電機から交流電力を入力する態様であってもよい。
【００４０】
以上に述べた少なくとも一つの実施形態に係る電力変換装置によれば、上述した取得指示部を持つことにより、電力変換装置の実動作上において動作ストレスが蓄積された状態におけるリーク電流値に基づいて故障予兆の検出を行うので、半導体スイッチング素子の故障予兆を精度よく検出できる。
【００４１】
なお、上述の電力変換装置制御部２０（２０Ａ）は、内部にコンピュータシステムを有している態様であってもよい。そして、上述した電力変換装置制御部２０（取得指示手段２００、電流値取得手段２０１、故障予兆検出手段２０２、温度取得手段２０３及び補正手段２０４）の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）または半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００４２】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００４３】
１、１Ａ、１Ｂ・・・電力変換装置
１０・・・電流センサ
２０、２０Ａ・・・電力変換装置制御部
２００・・・取得指示手段
２０１・・・電流値取得手段
２０２・・・故障予兆検出手段
２０３・・・温度取得手段
２０４・・・補正手段
４０、４０Ｂ・・・架線
４１・・・パンタグラフ
４２・・・遮断器
４３・・・電動機
４３ａ・・・車両速度センサ
４４・・・主トランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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