(57)【要約】【課題】移動体の診断装置として、電子部品を主対象として適用範囲が広く、かつ不確定な負荷状態や周囲状況においても、精度の高い診断装置や診断端末を提供する。【解決手段】診断手段１４は、移動体１０に取り付けられたインバータ１１を診断対象としている。診断手段１４は、いくつかの下位手段により構成される。２１はサンプルホルダであり、状態量取得手段１２（１２ａ，１２ｂ）から得られる信号を時系列信号に変換する。２２はピーク抽出手段であり、時系列信号のピークを抽出して情報圧縮を行う。２３は波形一時記憶手段であり、時系列データを一時的に記憶する。２４はヒステリシスループ抽出手段であり、時系列データから損耗に関係する特徴量を抽出し、不要になった時系列データを消去する。２５は１ループ解析手段であり、損耗に関係する特徴量から切出された波形が診断対象に与える損耗を計算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体内の機器に関連するデータを測定または推定する機器データ取得手段と、この機器データ取得手段で取得された機器データに基いて当該機器および／またはその関連機器の損耗度を演算する損耗度演算手段と、前記移動体内の機器の寿命情報を保持する寿命情報保持手段と、前記損耗度と前記寿命情報とに基いて当該機器および／またはその関連機器の残存寿命を演算する残存寿命演算手段を備えた移動体の診断装置において、前記機器データ取得手段の出力データを時系列に保存する時系列データ保存手段を設け、前記損耗度演算手段は、前記時系列データ保存手段に保存された前記時系列データに基づいて前記損耗度を演算する手段を備えたことを特徴とする移動体の診断装置。
【請求項２】
請求項１において、前記時系列データ保存手段は、前記損耗度演算に必要な特徴量の抽出に応じて不要となったデータを破棄する破棄手段を備えたことを特徴とする移動体の診断装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記残存寿命を表示する残存寿命表示手段を備えたことを特徴とする移動体の診断装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記機器データ取得手段は、診断対象となる前記移動体内の機器の近傍に取り付けられた温度センサであることを特徴とする移動体の診断装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記機器データ取得手段は、前記移動体内の診断対象機器から離れた位置に取り付けられた振動センサと、前記振動センサの情報に基づいて前記診断対象機器の振動を推定する機器振動推定手段を備えたことを特徴とする移動体の診断装置。
【請求項６】
請求項５において、前記時系列データ保存手段は、前記機器振動推定手段の出力データを、時系列データとして保存することを特徴とする移動体の診断装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、前記機器データ取得手段は、前記移動体内の電気機器に取り付けられた電流センサと、この電流センサの情報を入力し、前記電流が流れる電流路と診断対象機器間の熱時定数とほぼ等価な時定数をもつローパスフィルタと、このローパスフィルタの出力信号を時系列信号として保存する前記時系列データ保存手段を備えたことを特徴とする移動体の診断装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかにおいて、タイヤの空気圧を検出するタイヤ圧センサと、このタイヤ圧センサの出力信号を時系列に保存する前記時系列データ保存手段と、この時系列データ保存手段の時系列データに基づいて診断対象機器の振動を推定する振動推定手段を備えたことを特徴とする移動体の診断装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、カーナビゲーション情報表示装置に、前記損耗度または前記残存寿命を表示することを特徴とする移動体の診断装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、前記寿命情報保持手段は、外部から送信された寿命情報を受信する受信手段と、この受信した寿命情報を記憶保持する記憶部とを備えたことを特徴とする移動体の診断装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかにおいて、前記損耗度に応じて対象機器の負荷を減少させるように制御仕様を変更する仕様変更手段を備えたことを特徴とする移動体の診断装置。
【請求項１２】
移動体内の機器に関連するデータを測定または推定する機器データ取得手段と、この機器データ取得手段の出力データを時系列に保存する時系列データ保存手段とを搭載した移動体に対し、前記時系列データ保存手段から前記時系列データを受け取り、この時系列データに基いて診断対象機器および／またはその関連機器の損耗度を演算する損耗度演算手段と、この損耗度演算手段の出力である損耗度または損耗度に関連する情報を表示する情報表示手段とを備えたことを特徴とする移動体の診断端末。
【請求項１３】
直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であって、その筐体内に、移動体内の機器に関連するデータを測定または推定する機器データ取得手段、この機器データ取得手段で取得された機器データを時系列に保存する時系列データ保存手段、この時系列データ保存手段に保存された前記時系列データに基いて当該機器および／またはその関連機器の損耗度を演算する損耗度演算手段、前記移動体内の機器の寿命情報を保持する寿命情報保持手段、および、前記損耗度と前記寿命情報とに基いて当該機器および／またはその関連機器の残存寿命を演算する残存寿命演算手段を内蔵したことを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や鉄道車両などの移動体の診断装置、移動体の診断端末、およびインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
安全性、快適性を向上するため、近年、特に自動車に代表される移動体は、部品点数が大幅に増え、システムが複雑化している。また、制御も高度化しており、ひとつの部品の不具合がシステム全体の性能を下げることも珍しくない。したがって、移動体において、故障発生前に部品の交換、補修などのメンテナンスを行うことがますます重要になっている。
【０００３】
上記の要求に応える一手段として、特許文献１に開示されているように、部品交換時期を管理し、所定の期間が過ぎたときに警告を発することが考えられる。このシステムでは、車両のメンテナンスを行った時期を記憶する手段を設け、次回メンテナンス時期をユーザに告知することを特徴としている。
【０００４】
上記公知例よりさらに高精度に部品の交換、補修時期を判定するための手段としては、機器の内部状態をモニタして異常を検出し、使用者に通知する方法が知られている。このシステムは、例えば鉄道車両の軸受異常診断方法として特許文献２に開示されている。
【０００５】
また、機器に掛かるストレスを監視して蓄積疲労値を演算する方式も知られている。このシステムは、例えばターボチャージャの交換時期診断方法として特許文献３に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−７０７７７号公報
【特許文献２】特開２００４−１９８３８４号公報
【特許文献３】特開２００５−３５１１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された公知例のように、経過時間のみで交換、補修時期を判定する方法は、充分な精度が確保できないという問題がある。なぜなら、本発明が対象としている移動体は、使用状態、路面／軌道状況など多くの不確定要素を有し、部品にかかるダメージが状況によって大幅に異なるからである。特に、自動車の場合には、使用者によっても部品にかかるダメージが大幅に異なる。
【０００８】
また、特許文献２に記載の公知例においては、以下のような問題がある。まず、電気部品においては、極く微小な欠陥が発生してから実故障に到るまでの期間が短く、また故障原因も高価・精密な測定器を用いなければ検出できない場合が多いため、故障予兆の検出は非常に難しい。さらに、機械系部品であっても、応力集中の原因となる格子欠陥の発生箇所を特定することは非常に困難である。
【０００９】
特許文献３に記載の公知例では、ターボチャージャの回転数から疲労を演算している。ターボチャージャの回転数は、翼の引っ張り応力に直接関係する状態パラメータであるため、応力への換算が容易である。疲労は応力の蓄積によって生じるため、算出した応力変動幅の逐次加算を行うことで疲労の評価が可能である。
【００１０】
しかし、電気部品においては応力に直接関係するパラメータの抽出は困難である。また、機械部品であっても複雑な形状や組合せを有するものでは、応力に直接関係するパラメータを選定することは困難である。特に、特許文献３に開示された技術のように、データ入手毎に、損耗度を演算した場合、十分な精度が得られないことがあり、この方法では対応が難しい電気、機械部品は数多い。
【００１１】
本発明は、適用範囲が広く、かつ移動体のような不確定な負荷状態にも対応できる高精度の診断装置、診断端末およびインバータ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、移動体内の機器に関連するデータを測定または推定する機器データ取得手段と、この機器データ取得手段で取得された機器データに基いて当該機器および／またはその関連機器の損耗度を演算する損耗度演算手段と、前記移動体内の機器の寿命情報を保持する寿命情報保持手段と、前記損耗度と前記寿命情報とに基いて当該機器および／またはその関連機器の残存寿命を演算する残存寿命演算手段を備えた移動体の診断装置において、前記機器データ取得手段の出力データを時系列に保存する時系列データ保存手段を設け、前記損耗度演算手段は、前記時系列データ保存手段に保存された前記時系列データに基づいて前記損耗度を演算する手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の望ましい実施態様においては、前記時系列データ保存手段は、前記損耗度演算に必要な特徴量の抽出に応じて不要となったデータを破棄する破棄手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、前記残存寿命を表示する残存寿命表示手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、機器データ取得手段として、診断対象となる前記移動体内の機器の近傍に取り付けられた温度センサを備える。
【００１６】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、機器データ取得手段として、移動体内の診断対象機器から離れた位置に取り付けられた振動センサと、前記振動センサの情報に基づいて前記診断対象機器の振動を推定する機器振動推定手段を備える。
【００１７】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、機器データ取得手段として、移動体内の電気機器に取り付けられた電流センサと、この電流センサの情報を入力し、前記電流が流れる電流路と診断対象機器間の熱時定数とほぼ等価な時定数をもつローパスフィルタと、このローパスフィルタの出力信号を時系列信号として保存する前記時系列データ保存手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、タイヤの空気圧を検出するタイヤ圧センサと、このタイヤ圧センサの出力信号を時系列に保存する前記時系列データ保存手段と、この時系列データ保存手段の時系列データに基づいて診断対象機器の振動を推定する振動推定手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、カーナビゲーション情報表示装置に、前記損耗度または前記残存寿命を表示することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、寿命情報保持手段として、外部から送信された寿命情報を受信する受信手段と、この受信した寿命情報を記憶保持する記憶部とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、損耗度に応じて対象機器の負荷を減少させるように制御仕様を変更する仕様変更手段を備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の望ましい実施態様における移動体の診断端末は、移動体内の機器に関連するデータを測定または推定する機器データ取得手段と、この機器データ取得手段の出力データを時系列に保存する時系列データ保存手段とを搭載した移動体に対し、前記時系列データ保存手段から前記時系列データを受け取り、この時系列データに基いて診断対象機器および／またはその関連機器の損耗度を演算する損耗度演算手段と、この損耗度演算手段の出力である損耗度または損耗度に関連する情報を表示する情報表示手段とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
さらに、本発明の望ましい実施態様における直流電力を交流電力に変換するインバータ装置は、その筐体内に、移動体内の機器に関連するデータを測定または推定する機器データ取得手段、この機器データ取得手段で取得された機器データを時系列に保存する時系列データ保存手段、この時系列データ保存手段に保存された前記時系列データに基いて当該機器および／またはその関連機器の損耗度を演算する損耗度演算手段、前記移動体内の機器の寿命情報を保持する寿命情報保持手段、および、前記損耗度と前記寿命情報とに基いて当該機器および／またはその関連機器の残存寿命を演算する残存寿命演算手段を内蔵したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の望ましい実施態様によれば、温度、振動などを測定または推定し、時系列データとして保存する時系列データ保存手段と、この時系列データに基いて対象機器の損耗度を演算する損耗度演算手段を備えるため、推定精度の高い寿命予測が可能となる。
【００２５】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、移動体のように周囲環境が大きく変化する対象機器であっても、推定精度の高い寿命予測が可能である。
【００２６】
本発明の望ましい実施態様によれば、診断手段が残寿命情報を表示する残寿命表示手段を有するため、計算された残寿命を例えば運転中に参照できる。これにより、早めの故障箇所交換や修理といった対策をとることができる効果がある。現在、燃費に関係する部品の故障診断はＯＢＤ−ＩＩとして義務付けられているが、インバータはハイブリッド自動車の基幹部品であり、将来的に診断が義務付けられる可能性は高い。
【００２７】
本発明の望ましい実施態様によれば、前記移動体の周囲環境を測定する環境取得手段として、診断対象となる前記移動体構成部品に取り付けられた温度センサを有するため、診断対象の温度変化を直接取得することができる。これに伴い、熱応力の正確な評価が可能となる効果を有する。
【００２８】
本発明の望ましい実施態様によれば、前記移動体の周囲環境を測定する環境取得手段として振動センサを有し、前記振動センサの情報から移動体構成部品の振動を推定する振動情報変換手段を有する。振動を測定することは正確な寿命の推定に効果的であるが、一般に、高温・高湿環境下で使える振動センサは高価であり、直接振動を計測することは得策ではない。しかし、本発明では移動体構成部品とは別箇所の振動情報から移動体構成部品の振動を換算するため、耐久性の低い、安価な振動センサを利用可能である。例えば、北米では義務付けられているタイヤ圧センサを振動推定に用いることができるため、特別なハードウェアの追加なしで本発明を実施できる効果を有する。
【００２９】
本発明の望ましい実施態様によれば、診断端末が前記環境情報保存手段に蓄積された時系列から損耗度を演算する損耗演算手段を有し、前記診断端末が残寿命を表示する。そのため、整備工場での残寿命参照や、中古車の査定で本発明による診断手段を利用する場合には、必ずしも全車両に損耗演算手段と表示手段を備える必要は無く、安価に残寿命の把握が可能であるという効果がある。
【００３０】
本発明の望ましい実施態様によれば、カーナビゲーション情報表示装置が残寿命を表示することが可能なので、診断のための特別な表示手段が必要なく、低価格化が図れる。さらに、カーナビゲーションシステムはＧＰＳによる絶対位置や外気温、走行距離といった、移動体の外界環境情報へアクセスできるため、計算された損耗に対し、様々な補正を掛けることができるという効果を有する。
【００３１】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、信頼性試験情報を寿命情報保持手段に直接転送することが可能なので、診断手段の実装が容易であるという効果がある。
【００３２】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、診断手段によって計算された損耗度に応じて移動体構成部品の負荷が減少するように制御仕様を変更することができる。これによって、残寿命に応じて制御限界値を低下させ、無理の少ない運用を実現できる。その結果、移動体構成部品の寿命を延ばすことも可能となる効果がある。
【００３３】
本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の中で明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施例による移動体の診断装置の全体構成図である。１０は移動体、１１は、移動体内の診断対象機器であり、ここでは、ハイブリッド自動車のインバータを想定している。インバータは、環境温度や振動の状態によって寿命が大幅に変化するため、本発明の診断対象機器として好適である。なお、本発明の診断対象となる機器はインバータに限らず、他の電機部品、例えば、オルタネータなどの補機部品、電池、電解コンデンサやインダクタといった温度や振動に敏感な部品、また、高温によって劣化が進行する樹脂部材であってもよい。
【００３６】
１２は、移動体内の診断対象機器（インバータ）１１の状態を検出、または推定する状態量取得手段である。ここでは、１２ａが温度センサ、１２ｂが振動センサである。１３は、情報変換手段であり、車輪位置で振動センサ１２ｂで計測された振動情報をインバータ１１における振動情報に変換する。情報変換手段１３は、例えばインバータ１１に計測用振動センサ（図示せず）を取り付け、振動センサ１２ｂと前記計測用振動センサの伝達関数を同定することにより求められる。同定手法としては、回帰モデル同定や、サーボアナライザによる伝達関数の測定などを利用できる。これらの同定手法は、例えば、片山徹：システム同定入門：朝倉書店（１９９４）や、アルス制測：ＵＳＢサーボアナライザＡＳＡ−１０取扱説明書：http://www.als-ci.co.jp/に開示されているため、詳しい手法は省略する。
【００３７】
なお、ここでは劣化に直接関係する温度、振動情報を取得する例を示したが、例えば、音センサを振動センサ１２ｂの代替とすることも可能である。この場合も同様に、音センサから得られた情報は情報変換手段１３によりインバータ１１における振動情報に変換される。
【００３８】
１４（１４ａ，１４ｂ）は本発明の実施形態の要部構成である診断手段であり、１４ａは温度損耗を診断する温度損耗診断手段、１４ｂは振動による損耗を診断する振動損耗診断手段である。温度損耗診断手段１４ａは、温度センサ１２ａの情報を受け、温度による損耗情報を出力する。また、振動損耗診断手段１４ｂは、情報変換手段１３によってインバータ１１における振動情報に変換された振動情報を受け、振動による損耗情報を出力する。１５は情報表示手段であり、診断手段１４（１４ａ，１４ｂ）からの出力を表示する。例えば、設計寿命に対する消費寿命の割合を表示し、ドライバにインバータ１１の状態を通知することも可能である。なお、前記消費寿命の計算方法については後述する。
【００３９】
診断手段１４は、いくつかの下位手段により構成される。２１はサンプルホルダであり、状態量取得手段１２から得られる信号を時系列信号に変換する。２２はピーク抽出手段であり、時系列信号のピークを抽出して情報圧縮を行う。２３は波形一時記憶手段であり、本発明の特徴のひとつとなる部分である。波形一時記憶手段２３は、例えば半導体メモリやハードディスクを用いて実現される。
【００４０】
２４はヒステリシスループ抽出手段であり、波形一時記憶手段２３から波形の一部分を切出し、その波形の一部分から損耗に関係する特徴量を抽出する。また、ヒステリシスループ抽出手段２４は計算結果に応じて波形一時記憶手段２３に対して操作を行い、波形一時記憶手段２３が記憶しているピークの時系列信号データの一部を消去する機能を有する。この操作をヒステリシスループ抽出手段２４から波形一時記憶手段２３へ向かう矢印として示している。
【００４１】
２５は、１ループ解析手段であり、前記損耗に関係する特徴量から切出された波形が診断対象に与える損耗を計算する。ヒステリシスループ抽出手段２４と、１ループ解析手段２５の動作については後述する。
【００４２】
２６は蓄積損耗保持手段であり、１ループ解析手段２５から時々刻々得られる損耗を加算し蓄積する。２７は寿命情報保持手段であり、信頼性試験により得られた全寿命情報を保持する。なお、寿命情報保持手段２７は信頼性試験結果によらず、設計寿命をその代替として使用することも可能である。２８は状態判定手段であり、例えば全寿命に対する消費寿命の割合、あるいは全寿命と消費寿命の差から残寿命を計算する。本図では、蓄積損耗と寿命情報の比から残り寿命割合を計算することを想定している。
【００４３】
本図において、計算された残寿命は情報表示手段１５に表示されるが、情報表示手段１５としてカーナビゲーションシステムの表示装置が好適である。なぜなら、カーナビゲーションシステムは、ＧＰＳによる絶対位置や外気温、走行距離といった、移動体の外界環境情報へアクセスできるため、計算された損耗に対し、様々な補正を掛けることができるからである。例えば、通信手段によって天気データにアクセスできる場合には、ＧＰＳによる移動体の位置とその地点での天気データを用いて湿度補正を掛けることができる。また、カーナビゲーションシステムと表示系を共用することでコストダウンも図れる。
【００４４】
また、本発明の実施例の一つとして、寿命診断の基準として寿命情報保持手段２７は、信頼性試験結果を利用することを想定しているが、信頼性試験情報を転送することを特徴とする信頼性試験装置によって、本発明による診断手段の実装が非常に省力化される。
【００４５】
図２は、本発明の一実施例によるピーク抽出手段２２の説明図である。図２（Ａ）がサンプルホルダ２１から得られる取得波形であり、図２（Ｂ）がピーク抽出手段２２により抽出される抽出波形である。サンプルホルダ２１により離散データ化されているため、ピーク抽出手段２２は、勾配の極性が切替わったときにピーク点と判断することできる。例えば、前回の傾きと今回の傾きの積が負になったときにピーク点と判断する。具体的には（ｙ（−２）−ｙ（−１））×（ｙ（−１）−ｙ（０））の符号が正または０のときに情報を捨て、符号が負のときに波形一時記憶手段２３に記憶する。なお、ｙ（−２）は、２回前の取得データ、ｙ（−１）は１回前の取得データ、ｙ（０）は今回の取得データである。このようにすることで、波形一時記憶手段２３の記憶容量を小さく設定することができ、安価に本発明による診断装置を実現できる。
【００４６】
図３は、図２（Ｂ）の波形に対応して描かれた応力−ひずみ線図である。図２（Ｂ）のＯ，Ａ，Ｂ，…，Ｊのそれぞれが図３のＯ，Ａ，Ｂ，…，Ｊに対応している。図２（Ｂ）では横軸が時間、縦軸を温度としていたが、図３では縦軸が温度変化によって生じる熱応力、横軸が応力によって生じるひずみである。図２（Ｂ）において、時間の経過に伴ってＯ，Ａ，Ｂ，…と推移するに従い、応力−ひずみ線上では図３のような曲線として表される。
【００４７】
一般的に、疲労が問題となる材料の場合、応力を次第に大きくしていく場合には上に凸な形状となり、応力を取り去っていく場合には下に凸な形状となる。これは材料のヒステリシスによるものであり、この曲線が他の曲線と交差したとき、ヒステリシスループが閉じると呼称する。ヒステリシスループが閉じたとき、疲労としてカウントするのがヒステリシスループ法と呼ばれる累積疲労計算手段であり、この技術は、岡村弘之：破壊力学と材料強度講座（１）：培風館（１９７６）に開示されている。
【００４８】
図３の例の場合、Ｏ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと推移する間はヒステリシスループは交差せず、ＤからＥに移る途中、応力がＣと等しくなったところでヒステリシスループを形成する。また、さらに、応力がＡとひとしくなったところで２つめのヒステリシスループが形成される。このようにして図３では全部で５個のヒステリシスループが抽出される。
【００４９】
図４は本発明の一実施例によるヒステリシスループとピーク抽出波形の対応図である。図４（Ａ）には、図３で１番目に抽出されたヒステリシスループを図２（Ｂ）と対応付けて示す。また、図３で２番目に抽出されたヒステリシスループを図２（Ｂ）と対応付けたものを図４（Ｂ）に示す。以後、図４（Ａ）、（Ｂ）に示した波形の一部分のことを１ループと記す。図４（Ａ）において、時間−温度領域では、Ｃ，Ｄ，Ｃ’の１ループが１番目に抽出されたヒステリシスループと対応付けられる。この１ループは疲労計算に必要な特徴量を抽出後、波形一時記憶手段２３に対して操作を行い、記憶データを変更する。ここでは、点Ｄを消去し、代わりにＣ’のデータを付加する。
【００５０】
また、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ’，Ａ’の１ループが抽出されたヒステリシスループと対応付けられる。なお、Ｃ，Ｄ，Ｃ’で形成される１ループは既に最初に抽出しているため、図４（Ｂ）では含まれていない。これも図４（Ａ）での説明と同様に、疲労計算に必要な特徴量を抽出後、波形一時記憶手段２３に対して操作を行い、記憶データを変更する。ここでは、点Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｃ’を消去し、Ａ’を付加する。
【００５１】
図４（Ｂ）において、図示した１ループはＡ，Ｂ，Ｃ，Ｃ’，Ａ’からなり、過去数点のデータ蓄積を必要とする。すなわち、疲労による損耗の計算のためにはある程度の大きさを持つ波形一時記憶手段２３、および、特徴量抽出後に波形一時記憶手段２３の内容を変更する仕組みが必要不可欠であることを示している。本実施例では、この両者を備えることを特徴とし、オンラインでの疲労による損耗の評価を可能としている。
【００５２】
図５は、本発明の一実施例による１ループと特徴量の関係を示す説明図であり、図４（Ｂ）に示した１ループを例示している。現在対象としているのはインバータ１１であり、疲労寿命は、はんだの寿命によって決定付けられることが多い。大野浩一ほか３名：鉛フリーはんだの熱疲労寿命の予測法：松下電工技報（２００３）によれば、鉛フリーはんだの疲労寿命Ｎは（１）式で表せる。
【００５３】
【数１】
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【００５４】
ここで、α１、α２はプリント配線基板および実装部品の線膨張係数、Ｌは実装部品のリードピッチ、Ｅａは活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｃ、λ、ｎは信頼性試験から決定される定数である。また、Ｔｍａｘは最大温度、ΔＴは使用温度範囲差、ｆは繰り返し周波数である。
【００５５】
これらのうち、移動体の運用状態によって変化しうるものは、Ｔｍａｘ、ΔＴ、ｆであり、抽出された１ループからこれらを算出すれば、（１）式に代入することにより、このヒステリシスループが与えた損耗を計算できる。
【００５６】
ΔＴは、１ループの最大値と最小値との差分で算出され、平均温度Ｔは、最大値と最小値の平均で求められる。最大温度Ｔｍａｘは、Ｔ＋ΔＴ／２で与えられ、繰り返し周波数ｆは、１ループの時間Δｔの逆数で求められる。
【００５７】
１ループ解析手段２５は、上記のように疲労計算に必要な特徴量を抽出し、（１）式にしたがって損耗を計算する働きを有する。計算された損耗情報は、後続の蓄積損耗保持手段に送出される。
【００５８】
図６は、本発明の一実施例の作用効果を表す損耗度抽出方法説明図である。本実施例は、ヒステリシスループが閉じる条件を満足するまで、損耗度の計算を遅延できる損耗度診断手段を提供できることに特徴がある。
【００５９】
図６の（Ａ）は、特許文献３による従来の損耗度抽出方法を示しており、応力振幅のみに注目する損耗度評価の例であり、（Ｂ）は、本発明の実施例による損耗度評価の例である。従来の評価では、極大値と極小値の差（実太線）を抽出し、時々刻々損耗度に換算して加算する。これに対し、本発明の実施例では、ヒステリシスループが閉じて損耗度換算の条件が整うまで、取得波形を保存し続ける。図６（Ｂ）では、表示上の分かり易さのため、最初の４ループのみを示している。これにより、ヒステリシスループが閉じるまでの波形情報を時系列データとして保存するので、ヒステリシスループ情報を正確に抽出することができ、応力振幅、平均値に加え、周期または周波数情報まで、損耗度算出に考慮することが可能となる。
【００６０】
図７は、本発明の別の実施例による移動体の診断装置の部分構成図であり、振動による損耗を診断するものである。ここで、振動を計測する振動センサ１２ｂは、車両のタイヤ圧センサを用いている。タイヤ圧センサは米国で使用が義務付けられているため、追加の振動センサ１２ｂを付加することなく、本発明の実施例による診断手段を実現可能である。
【００６１】
一般的に、タイヤ圧センサはタイヤ３０に取り付けられており、車体とは無線で情報の授受を行う。そのため、図７では受信手段２９により振動センサ１２ｂの取得情報を受け取る。受け取った情報はサンプルホルダ２１で離散化され、情報変換手段１３に送られる。図１の実施例においては、情報変換手段１３は振動センサ１２ｂの直後に配置したが、本図のように、診断手段１４ｂの内部に配置してもよい。特に、デジタルフィルタにより情報変換手段１３を実現する場合には、本図による配置が適している。
【００６２】
情報変換手段１３により、タイヤ３０における振動情報から、インバータ１１における振動情報に変換された後、ピーク抽出手段２２に送られる。ピーク抽出手段２２以降は、図１で説明した実施例と同様な手順に従い、診断を行う。
【００６３】
図８は、本発明の別の実施例による移動体の診断装置の全体構成図であり、情報の表示に診断端末３１を用いる例を示している。本実施例の特徴は、波形一時記憶手段２３までの装置・手段のみ移動体１０の内部に搭載し、波形抽出手段３３以降の装置・手段を移動体外部の診断端末３１内に備えて実現することにある。本図においては、移動体１０の内部に搭載した前段の装置・手段を、波形蓄積手段３２と記し、それ以降の装置・手段を診断手段１４と記している。
【００６４】
３１は診断端末であり、必要に応じて有線、または無線で移動体１０と接続され、波形一時記憶手段２３の情報を抽出する。３３が前記波形一時記憶手段２３の情報を抽出するための波形抽出手段であり、例えば、波形一時記憶手段２３を構成するハードディスクやメモリデバイスなどの読み込み装置によって実現される。その後、診断手段１４（１４ａ，１４ｂ）を経て、診断端末３１内に備えられた表示手段１５に診断情報が表示される。診断手段１４は、温度情報に関する後段処理である温度損耗診断手段１４ａと振動情報に関する後段処理である振動損耗診断手段１４ｂとに分けられている。診断手段１４ａと１４ｂは、それぞれヒステリシスループ抽出手段２４、１ループ解析手段２５、蓄積損耗保持手段２６、寿命情報保持手段２７、および状態判定手段２８を備えている。これら個々の手段については、図１で説明したため、重複説明は避ける。
【００６５】
本実施例を、図１に示すような１台につき１つずつ診断手段を設ける方法と比較すると、本実施例は、１台の診断端末で複数台の移動体の診断に対応でき、整備工場や査定業界においては、安価に本発明の利点を享受することが可能である。
【００６６】
これまで、温度、振動履歴を用いて診断を行う方法について説明したが、これに電流履歴を組合せて、さらに精度よく劣化を推定することもできる。この考え方に立脚した本発明の実施例を図９に示す。
【００６７】
図９は、本発明の他の実施例による移動体の診断装置の全体構成図であり、温度センサ１２ａと電流センサ１２ｃの情報よりインバータ１１の劣化状態を判定する。温度センサ１２ａの情報は、図１と同様の経路により、温度情報のヒステリシスループ抽出手段２４ａに送られる。一方、電流センサ１２ｃの情報は、サンプルホルダ２１ｃ、ローパスフィルタ３４、ピーク抽出手段２２ｃ、波形一次記憶手段２３ｃを通って、電流情報のヒステリシスループ抽出手段２４ｃに送られる。なお、電流が直接的に機械的応力やひずみを与える量は、温度変化が与える量と比較して小さいため、厳密な意味では電流情報からヒステリシスループを抽出することはできない。しかし、ここでは計算の方法が類似しているという意味で区別せず、両者ともヒステリシスループと称する。
【００６８】
ヒステリシスループ抽出手段２４ａ及び２４ｃで同時刻に抽出した温度変化量ΔＴ、および電流変化量ΔＩの比の変化をもって、劣化度の判定パラメータとして使用する。
【００６９】
一般的に、インバータの発熱は電流に比例し、比例定数が熱抵抗である。インバータの劣化は、主にスイッチング素子とケース間のはんだ接合部で起こり、劣化と共に熱抵抗が増加する現象となって現れる。したがって、原理的には熱抵抗の増加分を監視すればよいことになる。
【００７０】
図１０は、図９の移動体の診断装置における状態判定の模式図である。図１０（Ａ）は電流の原波形である。同図（Ｂ）は、同図（Ａ）で示した電流の原波形をローパスフィルタを用いて加工した電流の加工波形である。電流は熱抵抗によって熱量に変化し、熱量は熱抵抗によって温度勾配として表われる。熱量から温度勾配への変換には熱時定数分の遅れがあるため、同図（Ｂ）で用いるローパスフィルタの時定数を熱時定数と概等価にすれば、温度変化とほぼ同期した加工波形が得られる。同図（Ｃ）が温度の原波形である。同図（Ｂ）を元に抽出した電流１ループと、同図（Ｃ）を元に抽出した温度１ループは同時刻でほぼ対応しているため、両１ループから得られる電流変化量ΔＩと温度変化量ΔＴの比が熱抵抗となる。この熱抵抗を監視することにより、劣化の進行度合いが推定できる。
【００７１】
図１１は、インバータ１１の筐体内に本発明の実施例による移動体の診断装置を内蔵した構成図である。
【００７２】
ここで、４０は半導体モジュール、４１は制御コンソールである。制御コンソール４１が、図１における情報表示手段１５の役目を果たす。また、この図では、１２ｂは電流センサであり、その後に、ローパスフィルタ３４を挿入している。その他の符号は、これまでの実施例と同じであり、重複説明は避ける。
【００７３】
これまで、本発明を診断手段として用いる実施例について説明してきたが、本発明の主旨を変えずに、制御手段として用いることも可能である。
【００７４】
例えば、インバータでは、疲労によって半導体スイッチング素子のはんだ接合部分に亀裂が生じ、内部抵抗が上昇するという現象がある。これに伴って、発熱量が増加し、さらに劣化が進む。これに対して、本発明の実施例によれば、劣化状態を精度よく推定できるため、内部抵抗や発熱量をあらかじめ見積もることができる。累積損耗の増加に伴って、電流リミッタの限界値を下げる可変リミッタの使用により、寿命の近づいたインバータであっても発熱量の増加を抑制できる制御系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施例による移動体の診断装置の全体構成図。
【図２】本発明の一実施例によるピーク抽出手段２２の説明図。
【図３】本発明の一実施例によるヒステリシスループを図２（Ｂ）の波形に対応して描いた応力−ひずみ線図。
【図４】本発明の一実施例によるヒステリシスループとピーク抽出波形の対応図。
【図５】本発明の一実施例による１ループと特徴量の関係を示す説明図。
【図６】本発明の一実施例の作用効果を表す損耗度抽出方法説明図。
【図７】振動による損耗を診断する本発明の別の実施例による移動体の診断装置の部分構成図。
【図８】情報の表示に診断端末３１を用いる本発明の別の実施例による移動体の診断装置の全体構成図。
【図９】電流履歴を組合せて劣化を推定する本発明の他の実施例による移動体の診断装置の全体構成図。
【図１０】図９の移動体の診断装置における状態判定の模式図。
【図１１】インバータ１１の筐体内に本発明の実施例による移動体の診断装置を内蔵した構成図。
【符号の説明】
【００７６】
１０…移動体、１１…インバータ、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…状態量取得手段、１３…情報変換手段、１４，１４ａ，１４ｂ…診断手段、１５…情報表示手段、２１，２１ａ〜２１ｃ…サンプルホルダ、２２，２２ａ〜２２ｃ…ピーク抽出手段、２３，２３ａ，２３ｃ…波形一時記憶手段、２４，２４ａ，２４ｃ…ヒステリシスループ抽出手段、２５…１ループ解析手段、２６…蓄積損耗保持手段、２７…寿命情報保持手段、２８…状態判定手段、２９…受信手段、３０…タイヤ、３１…診断端末、３２…波形蓄積手段、３３…波形抽出手段、３４…ローパスフィルタ、４０…半導体モジュール、４１…制御コンソール。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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