(57)【要約】【課題】半導体電力変換装置における冷却装置の異常の有無を容易に診断できる。【解決手段】温度センサ７は、冷却装置６で冷却するインバータ本体２内のベースプレート直近の温度を検出する。診断処理部８は、インバータ装置の運転停止後に、温度センサ７で検出する温度検出信号と、時計９が出力する時刻信号とによって、温度の時間変化率（傾き）を求め、この時間変化率の大小から冷却装置の異常有無を診断する。  冷却装置を停止状態にして時間変化率を求めること、運転状態にして時間変化率を求めること、停止と運転状態で時間変化率を求めて両者の大小比較をすることも含む。【選択図】図１
2008172938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体電力変換装置に搭載する冷却装置の異常の有無を診断する装置であって、
前記冷却装置で冷却する部位の温度を検出する温度センサと、
前記半導体電力変換装置の運転停止後に、前記温度センサで検出する温度の時間変化率（傾き）を求め、この時間変化率の大小から冷却装置の異常有無を診断する診断処理部と、
を備えたことを特徴とする冷却装置の異常診断装置。
【請求項２】
前記診断処理部は、前記半導体電力変換装置の運転停止後に、前記冷却装置を停止させた状態で前記時間変化率を求め、この時間変化率の大小から冷却装置の異常有無を診断することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置の異常診断装置。
【請求項３】
前記診断処理部は、前記半導体電力変換装置の運転停止後に、前記冷却装置を運転した状態で前記時間変化率を求め、この時間変化率の大小から冷却装置の異常有無を診断することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置の異常診断装置。
【請求項４】
前記診断処理部は、前記半導体電力変換装置の運転停止後に、前記冷却装置を運転した状態で求めた前記時間変化率が、前記冷却装置を停止させた状態で求めた前記時間変化率に比べて小さいときに冷却装置に異常が有ると診断することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体電力変換装置の冷却装置に係り、特に運転と停止を繰り返す半導体電力変換装置における冷却装置の異常の有無を診断する異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータなどの半導体電力変換装置は、主回路を構成する半導体素子でのスイッチングロスによる発熱があり、さらにスナバ回路を構成する抵抗器による発熱があるため、半導体素子を直接に冷却するヒートシンクの他、基板（ベースプレート）全体を冷却する装置が設けられる。この冷却装置としては、ファンによる強制空冷式または冷却液を循環させる水冷式がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、エレベータの駆動源になる電動機を駆動するインバータにおいては、空冷式の冷却装置が用いられている。この空冷式の冷却装置においては、冷却フィンの異物詰まりや、冷却ファンの能力低下等の異常があった場合、温度上昇による異常や故障を引き起こす場合がある。同様に、水冷式の冷却装置においては、放熱フィンの異物詰まりや、冷却水詰まり等の異常で故障を引き起こす場合がある。
【０００４】
上記のような冷却装置の異常による事故を防止するために、インバータの主回路を構成するスイッチング素子や該スイッチング素子を取り付けるべースプレート上に、温度をアナログ的に出力する温度センサを取り付け、常に温度を監視することによって異常を検知できるようにしている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−３１５７５７号公報
【特許文献２】特開２００６−１８７０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インバータを構成するスイッチング素子やスイッチング素子を取り付けるべースプレート上に温度をアナログ的に出力する温度センサを取り付け、常に温度を監視することによって、温度上昇によるスイッチング素子破損といった故障は防止できる。しかし、異常発生から温度上昇までの時間遅れがあり、冷却装置の異常を事前に診断することはできない。
【０００６】
この冷却装置の異常を診断する方法として、特許文献２のように、スイッチング素子に発熱量が一定になるように設定して通電させ、発熱継続時間の経過時間で異常を診断する方法もあるが、この診断には通電電流の設定、発熱継続時間を計測するための温度設定、スイッチング素子のスイッチング周波数の低下量設定など、各種設定値に適切な値を求めるのが難しく、多くの手間も必要となる。
【０００７】
本発明の目的は、運転と停止を繰り返す半導体電力変換装置における冷却装置の異常の有無を容易に診断できる冷却装置の異常診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記の課題を解決するため、診断対象となる半導体電力変換装置の温度を検出する温度センサを設け、半導体電力変換装置の運転停止後に温度センサで計測する温度の時間変化率（傾き）を求め、この時間変化率の大小から冷却装置の異常有無を診断するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【０００９】
（１）半導体電力変換装置に搭載する冷却装置の異常の有無を診断する装置であって、
前記冷却装置で冷却する部位の温度を検出する温度センサと、
前記半導体電力変換装置の運転停止後に、前記温度センサで検出する温度の時間変化率（傾き）を求め、この時間変化率の大小から冷却装置の異常有無を診断する診断処理部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
（２）前記診断処理部は、前記半導体電力変換装置の運転停止後に、前記冷却装置を停止させた状態で前記時間変化率を求め、この時間変化率の大小から冷却装置の異常有無を診断することを特徴とする。
【００１１】
（３）前記診断処理部は、前記半導体電力変換装置の運転停止後に、前記冷却装置を運転した状態で前記時間変化率を求め、この時間変化率の大小から冷却装置の異常有無を診断することを特徴とする。
【００１２】
（４）前記診断処理部は、前記半導体電力変換装置の運転停止後に、前記冷却装置を運転した状態で求めた前記時間変化率が、前記冷却装置を停止させた状態で求めた前記時間変化率に比べて小さいときに冷却装置に異常が有ると診断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のとおり、本発明によれば、半導体電力変換装置の運転停止後に温度センサで計測する温度の時間変化率（傾き）を求め、この時間変化率の大小から冷却装置の異常有無を診断するため、冷却装置の異常の有無を容易に診断できる。
【００１４】
具体的には、温度センサによる温度検出は、異常発生から温度上昇までの時間遅れがあるが、半導体電力変換装置の停止後に診断するため、この時間遅れにより診断不能となることはない。
【００１５】
また、半導体電力変換装置の停止状態での診断になるため、従来の診断方法で必要となる、スイッチング素子に発熱量が一定になるように設定して通電させ、発熱継続時間の経過時間で異常を診断する方法に比べて、通電電流の設定、温度設定、スイッチング素子のスイッチング周波数の低下量設定など、各種設定値に適切な値を求めることが不要になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示す全体構成図であり、モータを可変速駆動するインバータ装置に適用した場合である。
【００１７】
インバータ装置の主回路は整流器１とインバータ本体２で構成され、インバータ本体２から電動機３に周波数と電圧を可変にした交流電流を供給することで、電動機３を可変速駆動する。制御装置４は速度指令と速度検出器５の検出速度との比較によってインバータ本体２を構成する半導体スイッチング素子のゲート制御を行う。この種のインバータ装置の制御方式はＶ／ｆ一定方式やベクトル制御方式など種々のものがあり、適用するシステムに応じて適宜変更される。
【００１８】
このようなインバータ装置において、インバータ本体２は、内部の温度上昇でスイッチング素子が熱破損するのを防止するため、強制空冷式や水冷式の冷却装置６を搭載しておく。この冷却装置６による冷却装置の異常の有無を診断する装置は、温度センサ７と診断処理部８と時計９および警報器１０で構成する。
【００１９】
温度センサ７は、インバータ本体２内のスイッチング素子を搭載するべースプレート上に配置し、ベースプレート直近の温度をアナログ的に検出する。なお、この温度検出部位は装置構成に応じて適宜変更されるものであり、例えば半導体素子の冷却フィンなど温度が最も高くなる部位やベースプレート部位に設ける。
【００２０】
診断処理部８は、制御用コンピュータとそれに搭載するソフトウェアで構成され、温度センサ７で検出する温度検出信号（ディジタル値に変換した温度データ）と、時計９が出力する時刻信号（ディジタル値）と、ディジタルスイッチ等で外部入力される設定値とを入力データとして冷却装置６の冷却装置の異常の有無を診断し、この診断で異常有りの場合には警報器１０による警報出力および制御装置４への停止指令出力を得る。なお、制御装置４がコンピュータを利用したディジタル演算で実現する場合は、このコンピュータを診断処理部８の処理手段として利用することができる。
【００２１】
図２は診断処理部８の診断処理フローを示す。インバータ装置を運転停止したときに診断を開始し（Ｓ１）、最初に異常有無の判定ための基準となる温度変化率（傾き）を求める（Ｓ２〜Ｓ６）。この判定基準値の算出は、インバータ装置の運転停止直後における温度センサ７の検出温度Ｔ０（０）として記憶しておき（Ｓ３）、この時点から時計９による経過時間ｔ１に達するまで待ち（Ｓ４）、このときの温度センサ７の検出温度Ｔ１（０）として記憶する（Ｓ５）。そして、検出温度Ｔ０（０）と温度Ｔ１（０）の偏差ΔＴ（０）を求め（Ｓ６）、この温度変化率ΔＴ（０）／ｔ１を判定基準値として求める。なお、実際には温度変化率に代えて、温度変化量ΔＴ（０）として求め、時間ｔ１による割り算を省く。また、温度変化率は複数回の計測値から求め、その平均値を判定基準値とすることでもよい。
【００２２】
判定基準値の計測を終えた後、任意の計測タイミング（運転回数又は時間で規定する計測タイミング）になったとき（Ｓ７）、温度センサ７で計測された運転停止直後の温度計測値をＴ０（ｎ）を取り込んで記憶しておき（Ｓ８）、この時点から時計９による経過時間ｔ１（基準値を求めるときと同じ時間）に達するまで待ち（Ｓ９）、このときの温度センサ７の検出温度Ｔ１（ｎ）として記憶する（Ｓ１０）。そして、検出温度Ｔ０（ｎ）と温度Ｔ１（ｎ）の偏差ΔＴ（ｎ）から今回の温度変化率（傾き）ΔＴ（ｎ）／ｔ１を求める（Ｓ１１）。この場合も温度変化率に代えて、温度変化量ΔＴ（ｎ）として求める。次いで、温度変化量ΔＴ（ｎ）と判定基準値になる温度変化量ΔＴ（０）との偏差ΔＴを求め（Ｓ１２）、このΔＴが予め決めた値（閾値）よりも大きいか否かを判定し（Ｓ１３）、大きい場合には冷却装置に異常なしとし、小さい場合には冷却装置に異常有りの判定を得る（Ｓ１４）。
【００２３】
以上のように、本実施形態では冷却装置の異常の有無判定には、冷却装置が正常にある状態、例えばインバータ装置の試運転時や定期的（例えば、数週間毎）に判定基準値ΔＴ（０）を求めておき、任意の計測タイミングで温度変化率ΔＴ（ｎ）を求め、これらの比較によって冷却装置の異常有無を判定する。
【００２４】
図３はインバータ装置の運転／停止時のベースプレートの温度変化の例を示す。インバータの運転開始で、ベースプレートの温度が常温レベルから指数関数的に上昇し、ある程度の時間後に一定の温度に落ち着く。この状態からインバータ装置の運転を停止したとき、冷却ファンの運転を一定時間だけ継続する場合には急速に常温レベルまで指数関数的に低下する特性Ａを呈し、インバータ装置の運転停止と同時に冷却ファンの運転を停止する場合には自然冷却によって緩やかに常温レベルまで低下する特性Ｂを呈する。これら特性Ａ，Ｂに対し、冷却フィンの目詰まりなど冷却装置に異常が有る場合には、冷却ファンの運転または停止で異なるが、特性Ｂよりもさらに緩やかな傾斜で常温レベルまで低下する特性Ｃを呈する。
【００２５】
このように、インバータ装置に使用している冷却フィン等の放熱は、周囲条件が同じであれば、同じ傾きで放熱するため、本実施形態では今回値ΔＴ（ｎ）と基準値ΔＴ（０）の傾きの差ΔＴを求め、これと予め決めた値との大小を比較し、該当した場合は冷却装置に何らかの異常が発生したと判断する。
【００２６】
なお、図３ではインバータ装置の運転停止時点でのＴ０（０）、Ｔ０（ｎ）計測と、時間ｔ１後のＴ１（０）、Ｔ１（ｎ）計測から傾きを求める場合を示すが、運転停止時点から少しの時間を経過した時点からＴ０（０）、Ｔ０（ｎ）計測と、この時点から時間ｔ１後にＴ１（０）、Ｔ１（ｎ）を計測することでもよい。また、傾きは装置運転停止後に複数の時刻タイミングで前回値と今回値を求めて、対応する時間別に個々に大小を比較し、多数決などの手法で正常／異常を判定することでもよい。
【００２７】
（実施形態２）
本実施形態は、図４に示す診断処理部８の診断処理フローにより異常有無を診断する。同図が図２と異なる部分は、冷却装置の冷却ファンを運転した状態で判定基準値ΔＴ（０）と温度変化率ΔＴ（ｎ）をそれぞれ求める点にある。
【００２８】
この冷却ファンの運転／停止は図４中のＳ１５〜Ｓ１８で行う。この場合、図３における特性Ａの傾きを判定基準値ΔＴ（０）として求めることになり、例えば特性Ｃの傾きが温度変化率ΔＴ（ｎ）として求めることになる。
【００２９】
したがって、本実施形態では、実施形態１の作用効果に加えて、冷却装置がもつ冷却ファンの運転状態での診断になり、冷却装置を実運転させた状態での診断になって診断精度を一層高めることができる。また、冷却装置の運転により早期の冷却を得ることができ、時間ｔ１を短縮することで診断時間を短縮できる。
【００３０】
（実施形態３）
本実施形態では、インバータ装置の運転停止後の冷却ファン運転状態と停止状態の温度の傾きを算出し、冷却ファン運転状態の温度の傾きがファン停止状態に比べて小さい場合は、冷却装置に何らかの異常が発生したと判断する。
【００３１】
このための診断処理は、図２と図４の処理をそれぞれ実行することで実現される。
【００３２】
本実施形態においては、冷却ファンの冷却能力の低下をも含めた異常の有無診断ができる。また、時間変化率の差ΔＴの大小を判定するための値（閾値）の設定が不要となる。
【００３３】
以上までの実施形態では、エレベータ用インバータ装置の異常診断を行う場合を示したが、電気鉄道の車両、工場の交流／直流モータの駆動装置など、運転と停止を繰り返す装置を駆動する半導体電力変換装置の冷却装置の診断に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１を示す全体構成図。
【図２】実施形態１における診断処理部８の診断処理フロー。
【図３】インバータ装置の運転／停止時の温度変化の例。
【図４】実施形態２における診断処理部８の診断処理フロー。
【符号の説明】
【００３５】
１  整流器
２  インバータ本体
３  電動機
４  制御装置
５  速度検出器
６  冷却装置
７  温度センサ
８  診断処理部
９  時計
１０  警報器
【図１】
2008172938.tif 000003
【図２】
2008172938.tif 000004
【図３】
2008172938.tif 000005
【図４】
2008172938.tif 000006