(57)【要約】【課題】インバータ装置において、接続される負荷側の機器の異常検出を行う際に、異常検出の精度を低下させることなく、異常検出に必要なデータや処理量の増加を抑制すること。【解決手段】インバータ装置の出力側に接続される負荷１２を所定の運転パターンにてサイクル運転する際に、システムコントローラ７は、運転パターンの１サイクル中の一部の特定区間における出力電流のサンプリング値を記憶部８に記憶保持させるとともに、記憶部８に保持された出力電流のサンプリング値と既設定の出力電流基準値とに基づいてインバータ装置の出力側に接続される機器（駆動用モータ１１、負荷１２）の異常検出を行う。【選択図】        図５
2008011689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、
前記コンバータ部が出力する直流電力を交流電力に再変換するインバータ部と、
前記インバータ部の出力電流のサンプリング値を記憶保持する記憶部と、
前記コンバータ部、前記インバータ部および前記記憶部を制御する制御部と、
を備え、
前記インバータ部の出力側に接続される負荷を所定の運転パターンにてサイクル運転する際に、
前記制御部は、前記運転パターンの１サイクル中の一部の特定区間における出力電流のサンプリング値を前記記憶部に記憶保持させるととともに、当該出力電流のサンプリング値と既設定の出力電流基準値とに基づいて前記インバータ部の出力側に接続される機器の異常検出を行うことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記出力電流基準値は、１サイクル毎に更新されることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
１サイクル毎に更新される前記出力電流基準値が、直前に取得された出力電流のサンプリング値であることを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
１サイクル毎に更新される前記出力電流基準値が、判定時以前に取得された出力電流のサンプリング値の所定回数分の平均値または重み付け平均値であることを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項５】
負荷を所定の運転パターンにてサイクル運転する際に、該負荷に電力を供給するインバータ装置の出力電流に基づいて該インバータ装置の出力側に接続される機器の異常検出を行う異常検出方法において、
前記運転パターンの１サイクル中の一部の特定区間における出力電流のサンプリング値を記憶保持するステップと、
前記記憶保持された出力電流のサンプリング値と既設定の出力電流基準値とに基づいて前記インバータ装置の出力側に接続される機器の異常検出を行うステップと、
を含むことを特徴とする異常検出方法。
【請求項６】
前記出力電流基準値は、１サイクル毎に更新されることを特徴とする請求項５に記載の異常検出方法。
【請求項７】
１サイクル毎に更新される前記出力電流基準値が、直前に取得された出力電流の基準値であることを特徴とする請求項６に記載の異常検出方法。
【請求項８】
１サイクル毎に更新される前記出力電流基準値が、判定時以前に取得された出力電流の所定回数分の平均値または重み付け平均値であることを特徴とする請求項６に記載の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置に関するものであり、特に、運転中の負荷あるいは負荷を駆動する駆動用モータなどの異常検出を行うインバータ装置および異常検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、作動中の装置の振動値、温度、電流値等を監視し、その測定値に異常があったときに警報を発するようにしたものは多々存在する。この種の異常検出方式では、測定値はアナログ信号として伝達され、測定したアナログ信号に基づいて警報機を直接的に作動させるものが主流である。また、アナログ信号をディジタル信号に変換して行う方式も、周知である（例えば、特許文献１，２など）。
【０００３】
一方、特許文献１，２などに示される異常検出方式では、所定の事象の実測値を、あらかじめ定めた上限、下限の各単一レベルの設定値と比較して、実測値が設定値を越えたときには異常であると判断するようにしているため、機械の始動時や完了停止時の変動中の異常についての判断が困難であるといった問題点や、実測値が単に設定値を越えたか否かという判定のみでは原因の特定が困難であり、原因が加工物側や単なる調整ずれであっても、常に機械を止めた点検を余儀なくされるといった問題点もあった。
【０００４】
そこで、例えば下記特許文献３に示される異常検出方法では、異常の実態をより正確に捉えるようにするため、作業工程の１サイクル動作中のすべてにわたって、平常時（正常時）の値と実測値（現在値）とを比較する処理を行うようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−２３１１８号公報
【特許文献２】特開昭５８−１２０９号公報
【特許文献３】特開平６−２０１３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献３に示される異常検出方法では、作業工程の１サイクル動作中のすべてにわたって、平常時（正常時）の値と実測値（現在値）とを比較する処理を行うようにしているので、記憶すべきサンプリングデータが膨大な量となり、また、記憶すべきサンプリングデータの増加に応じて異常の有無を判定するための基準データとの比較処理量も増加するといった問題点があった。
【０００７】
一方、サンプリング間隔を粗くして、記憶すべきサンプリングデータ数を減少させることも考えられるが、サンプリング数の減少を過度に行うと異常検出の精度が低下して、異常ではないのにもかかわらず異常と判定してしまう誤警報が増加するため、サンプリング数の減少にもある制限が存在する。特に、インバータ装置に接続される駆動用モータや、駆動される負荷が長年にわたって使用される場合、これらの駆動用モータや負荷の経年変化の影響で、インバータ装置の出力電流にも、この経年変化の影響が少なからず現れる。したがって、負荷あるいは負荷を駆動する駆動用モータなどの異常検出を行う場合であり、特に経年変化の影響を考慮する場合には、記憶すべきサンプリング数を減少させて検出精度を低下させるような手法を採用することは得策ではない。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、経年変化の影響を考慮した上で、異常検出の精度を低下させることなく、かつ、異常検出に必要なデータや処理量の増加を抑制することができるインバータ装置および異常検出方法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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるインバータ装置は、入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部が出力する直流電力を交流電力に再変換するインバータ部と、前記インバータ部の出力電流のサンプリング値を記憶保持する記憶部と、前記コンバータ部、前記インバータ部および前記記憶部を制御する制御部と、を備え、前記インバータ部の出力側に接続される負荷を所定の運転パターンにてサイクル運転する際に、前記制御部は、前記運転パターンの１サイクル中の一部の特定区間における出力電流のサンプリング値を前記記憶部に記憶保持させるとともに、当該出力電流のサンプリング値と既設定の出力電流基準値とに基づいて前記インバータ部の出力側に接続される機器の異常検出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかるインバータ装置によれば、インバータ部の出力側に接続される負荷を所定の運転パターンにてサイクル運転する際に、運転パターンの１サイクル中の一部の特定区間における出力電流のサンプリング値を記憶保持し、記憶保持された出力電流のサンプリング値と既設定の出力電流基準値とに基づいて前記インバータ部の出力側に接続される機器の異常検出を行うようにしているので、異常検出の精度を低下させることなく、かつ、異常検出に必要なデータや処理量の増加を抑制することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかるインバータ装置の好適な実施の形態およびインバータ装置における異常検出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の好適な実施の形態にかかるインバータ装置の構成を示す図である。同図に示すインバータ装置は、例えば３相の交流電源である交流電源１０に接続され、交流電源１０の交流電力を直流電力に変換するコンバータ部１と、コンバータ部１の出力側に接続された平滑コンデンサ２と、所定数のスイッチング素子を有し、コンバータ部１が出力する直流電力を可変電圧および可変周波数の交流電力に再変換するインバータ部３と、インバータ部３の出力側に接続され、例えば３相交流電力で運転される負荷１２を駆動する駆動用モータ１１と、インバータ部３の出力電流を検出する電流検出器５と、電流検出器５が検出した電流（負荷電流）のサンプリングデータを記憶保持する記憶部８と、記憶部８に記憶された負荷電流のサンプリングデータに基づいて負荷１２や駆動用モータ１１の異常検出を行うシステムコントローラ７と、を備えて構成される。なお、システムコントローラ７は、負荷１２や駆動用モータ１１の異常検出機能に加えて、インバータ装置全体の動作を監視／制御する機能も有している。また、電流検出器５は、負荷１２に流れる電流を検出するために駆動用モータ１１と負荷１２との間に接続されていてもよい。
【００１３】
図２は、負荷を運転する際の運転パターンの一例を示す図である。同図において、横軸は時間（Ｔ：１サイクルの周期）を、縦軸は速度（駆動用モータであれば回転速度）をそれぞれ示している。また、運転パターンの各制御区間は、以下に示す９つの区間を有している。
（１）区間Ａ：加速運転区間（停止→第１の高速度）
（２）区間Ｂ：定速運転区間（第１の高速度）
（３）区間Ｃ：減速運転区間（第１の高速度→中速度）
（４）区間Ｄ：定速運転区間（中速度）
（５）区間Ｅ：減速区間（中速度→低速度）
（６）区間Ｆ：定速運転区間（低速度）
（７）区間Ｇ：加速運転区間（低速度→第２の高速度）
（８）区間Ｈ：定速運転区間（第２の高速度）
（９）区間Ｉ：減速区間（第２の高速度→停止）
なお、図２に示す各区間の運転パターンは、その一例を示すものであり、任意の運転パターンを設定することができることはいうまでもない。
【００１４】
図３は、所定の負荷に対して図２に示した運転パターンでサイクル運転を行ったときの出力電流波形を示す図であり、複数回繰り返される運転パターンを上段部に示し、上段部の運転パターンによってサイクル運転したときに電流検出器５にて検出される出力電流波形を下段部に示している。
【００１５】
負荷や駆動用モータ等の状態が正常であれば、図３の下段部に示すように、各サイクルごとに検出される出力電流間には、異常判定のための判定基準（基準状態における出力電流）との間で有意性のある差異は存在しない。逆に、負荷や駆動用モータ等の状態が異常であれば、異常状態に陥ったときの出力電流は、基準状態における出力電流との間で有意性のある差異が存在する。したがって、出力電流波形のすべてにわたり、判定時における出力電流と基準状態における出力電流との差異に関する有意性を判定することができれば、負荷や駆動用モータ等の異常状態の検出がオンラインで可能となる。
【００１６】
一方、判定時の出力電流と基準状態の出力電流との差異を各サイクルの各区間における出力電流波形のすべてにわたって判定するような手法では、記憶すべきサンプリングデータや、異常の有無判定のための基準データとの比較処理量も増加するといった問題点が存在することについては、上述したとおりである。
【００１７】
そこで、この実施の形態では、例えば図３に示すように、サイクル毎に繰り返される運転パターンのうち、図２の区間Ｂで示される定速運転区間において検出される出力電流のみを検出する一方で、その他の区間においては、出力電流の検出を行わないようにしている。その結果、各サイクル毎の区間Ｂ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，……）の検出結果のみが記憶部８に時系列的に記憶保持されることになり、記憶部８の記憶容量を削減することができる。また、基準データおよび比較対象のデータが削減されることにより、システムコントローラ７における異常判定のための処理負荷を大幅に低減させることができる。
【００１８】
つぎに、本発明の好適な実施の形態にかかるインバータ装置における異常判定処理について図４および図５を参照して説明する。ここで、図４は、異常検出処理のメインフローを示すフローチャートであり、図５は、図４に示したメインフローにおける異常判定処理のフローを示すフローチャートである。
【００１９】
図４において、まず、出力電流の検出区間が設定され（ステップＳ１０１）、設定された検出区間を対象とする異常判定処理が実行される（ステップＳ１０２）。ここで、ステップ１０１にて行われる設定処理は、一般的なシステムコントローラなどに具備される入力手段（例えば、パラメータ入力用の表示パネルなど）を用いて行われる。前述の図３の例では、定速運転区間である区間Ｂを出力電流の検出区間として設定している。なお、一連のサイクル運転の実行中は、この異常判定処理の実行が継続される（ステップＳ１０２、ステップＳ１０３の繰り返し）。一方、出力電流の検出区間を変更する場合には（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１の処理を行った後にステップＳ１０２の異常判定処理が継続的に実行される。
【００２０】
また、ステップＳ１０２の異常判定処理は、図５に示すフローに基づいて実行される。まず、ステップＳ１０１の処理で設定された検出区間における出力電流が検出され（ステップＳ２０１）、検出された出力電流のサンプリング値は記憶部８に記憶保持される（ステップＳ２０２）。システムコントローラ７では、検出された出力電流のサンプリング値と、予め設定されあるいは適宜更新された当該設定区間における出力電流の基準値（以下「出力電流基準値」という）とを比較する（ステップＳ２０３）。つぎに、今回のサイクルで取得した電流波形（出力電流のサンプリング値に基づいて形成される電流波形）が出力電流基準波形と同等であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。
【００２１】
ここで、今回のサイクルで取得した電流波形が出力電流基準波形と同等とであると判定された場合（ステップＳ２０４、Ｙｅｓ）には、負荷あるいは駆動用モータの動作は正常であると判定し、正常である旨の表示を行うとともに（ステップＳ２０５）、必要に応じて当該設定区間における出力電流基準値を更新する（ステップＳ２０６）。一方、今回のサイクルで取得した電流波形が出力電流基準波形と同等とではないと判定された場合（ステップＳ２０４、Ｎｏ）には、負荷や駆動用モータには何らかの異常の可能性があるため、異常である旨の表示を行ったり、正常である旨の表示を保留したりする（ステップＳ２０７）。なお、正常である旨の表示を保留する場合の処理では、例えば異常が３回続けて生じた場合には異常である旨の表示を行うとか、あるいは連続する５回の異常判定処理のうち３回以上の異常判定がなされた場合には異常である旨の表示を行うようにすることで、例えば入力電源の瞬時変動による出力電流の乱れなどの突発的な変動要素を排除することができる。
【００２２】
ところで、上記のステップＳ２０６の処理の説明では、当該設定区間における出力電流基準値の更新処理は、必要に応じて行うものとして説明した。この趣旨は、つぎのとおりである。例えば、交流電源１０の立ち上げ直後では、インバータ装置に入力される交流電力が安定していない場合も考えられ、このような場合に、今回取得した出力電流のデータによって出力電流基準値が更新されることは好ましくないからである。したがって、インバータ装置の直流母線の電圧あるいは交流電源の電圧を検出する電圧検出手段を設け、この電圧検出手段の検出結果に基づいて出力電流基準値の更新処理を行うか否かを判定するようにしてもよい。
【００２３】
また、インバータ装置に接続される駆動用モータや負荷の経年変化、あるいは自身の経年変化の影響等も考慮する必要がある。例えば、駆動用モータや負荷を長期間使用していると、負荷の動作が重くなり、インバータ装置から供給される電流も増大する傾向にある。極端な話ではあるが、出力電流基準値の変更を頻繁に行っておらず、設定された出力電流基準値が過去（例えば数ヶ月あるいは数年前）のものである場合に、この出力電流基準値に基づいて出力電流を判定した場合には、異常ではないにもかかわらず異常と判定してしまう誤警報が多発してしまう可能性がある。一方、例えば、出力電流基準値を今回取得した出力電流データ（無論、正常と判定された場合のデータを使用することが好ましい）に基づいて更新するようにすれば、このような経年変化の影響の除去に効果的である。なお、出力電流基準値を更新処理では、今回取得した出力電流データをそのまま出力電流基準値として使用したり、あるいは今回取得した出力電流データにみではなく、過去数回分のデータの全体を平均化したりしてもよい。また、過去数回分のデータの全体を平均化する場合に、新しいデータに対する重み付けを大きくする忘却係数の概念を取り入れた平均化手法を用いるようにしてもよい。
【００２４】
以上説明したように、この実施の形態では、サイクル毎に繰り返される運転パターンのうち、一部の特定区間における出力電流のみを検出する一方で、特定区間以外の区間においては、出力電流の検出を行わないようにしているので、記憶すべきサンプリングデータや、異常の有無判定のための基準データとの比較処理量を効果的に減少させることができる。なお、この手法では、記憶すべきサンプリングデータ量を減少させるためにサンプリング間隔を粗くするといった手法をとる必要がないので、異常検出精度の低下や誤警報の増加を抑制することができる。
【００２５】
また、この実施の形態では、今回取得した出力電流データや、過去数回の分の出力電流データに基づいて出力電流基準値を適宜更新するようにしているので、負荷、負荷を駆動する駆動用モータ、あるいはインバータ装置自身の経年変化の影響を効果的に除去することができる。
【００２６】
また、この実施の形態では、異常判定のための出力電流基準値を適宜更新するとともに、異常判定に必要なデータや基準データのサイズを限定することができるので、異常判定の処理量の削減が可能であり、異常判定処理の短縮化に効果的である。
【００２７】
また、この実施の形態では、負荷や駆動用モータの監視を常時行うことができるので、システムのメンテナンス性の向上、システムの寿命延命およびシステムで生産する製品への品質安定化に寄与することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、異常検出の精度を低下させることなく、かつ、異常検出に必要なデータや処理量の増加を抑制することに有用であり、特に、経年変化の影響の除去に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるインバータ装置の構成を示す図である。
【図２】負荷を運転する際の運転パターンの一例を示す図である。
【図３】図２に示す運転パターンでサイクル運転を行ったときの出力電流波形を示す図である。
【図４】異常検出処理のメインフローを示すフローチャートである。
【図５】図４に示したメインフローにおける異常判定処理のフローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
１  コンバータ部
２  平滑コンデンサ
３  インバータ部
５  電流検出器
７  システムコントローラ
８  記憶部
１０  交流電源
１１  駆動用モータ
１２  負荷
【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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