(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータへ供給する主回路部と、
前記主回路部を制御する制御部と、
前記主回路部から前記モータへ供給される電流を検出する電流センサと、
前記電流センサから出力される電流検出信号を半波整流する半波整流部と、を備え、
前記制御部は、
前記半波整流部によって半波整流された電流検出信号の立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかに基づいて、前記電流の周波数である電流周波数を算出する電流周波数算出部と、
前記電流周波数算出部によって算出された電流周波数に基づいて、前記モータの速度を監視する監視部と、を備える
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記半波整流部によって半波整流された電流検出信号の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングとを異なる閾値で比較するヒステリシスコンパレータを有し、
前記電流周波数算出部は、
前記ヒステリシスコンパレータによる比較結果から得られる前記立ち上がりタイミングおよび前記立ち下がりタイミングに基づいて、前記電流周波数を算出する
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】
前記監視部は、
前記電流周波数算出部によって算出された電流周波数または前記電流周波数に正比例する値が規定速度制限値を超える場合、前記主回路部から前記モータへの電力供給を停止させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電流周波数算出部を複数備え、
前記監視部は、
複数の前記電流周波数算出部によって各々算出される前記電流周波数の差が予め設定された範囲外である場合に、前記主回路部から前記モータへの電力供給を停止させる
ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記主回路部をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記主回路部から前記モータへ出力される交流電圧の周波数である出力周波数を算出する出力周波数算出部と、を備え、
前記監視部は、
前記電流周波数算出部によって算出される前記電流周波数と前記出力周波数算出部によって算出される前記出力周波数との差が予め設定された範囲外である場合に、前記主回路部から前記モータへの電力供給を停止させる
ことを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電流周波数算出部は、
機械学習によって生成される計算モデルを用いて、前記電流周波数を算出する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記計算モデルは、
前記立ち上がりタイミングおよび前記立ち下がりタイミングの少なくともいずれかを示す信号と外部計測装置によって計測された前記電流の波形または前記モータの速度を示す計測値から得られる前記電流の周波数とに基づき機械学習によって生成され、
前記電流周波数算出部は、
前記計算モデルに前記立ち上がりタイミングおよび前記立ち下がりタイミングの少なくともいずれかを示す信号を入力することで、前記計算モデルに前記電流周波数を算出させる
ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記立ち上がりタイミングおよび前記立ち下がりタイミングの少なくともいずれかを示す信号を状態変数として取得する第１取得部と、
前記外部計測装置から前記計測値を取得し、取得した前記計測値に基づいて前記電流の周波数を算出する第２取得部と、
前記第１取得部によって取得された前記状態変数と前記第２取得部によって算出された前記電流の周波数との組み合わせによって作成されるデータセットに基づいて、機械学習によって前記計算モデルを生成する学習部と、を備える
ことを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
請求項７に記載の電力変換装置と、
前記計算モデルを生成する機械学習装置と、を備え、
前記機械学習装置は、
前記立ち上がりタイミングおよび前記立ち下がりタイミングの少なくともいずれかを示す信号を状態変数として取得する第１取得部と、
前記外部計測装置から前記計測値を取得し、取得した前記計測値に基づいて前記電流の周波数を算出する第２取得部と、
前記第１取得部によって取得された前記状態変数と前記第２取得部によって算出された前記電流の周波数との組み合わせによって作成されるデータセットに基づいて、機械学習によって前記計算モデルを生成する学習部と、を備える
ことを特徴とする駆動制御システム。
【請求項１０】
モータへ供給される電流を検出する電流センサから出力され半波整流された電流検出信号の立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかを示す信号を状態変数として取得する第１取得部と、
外部計測装置によって計測された前記電流の波形または前記モータの速度を示す計測値を取得し、取得した前記計測値に基づいて前記電流の周波数を算出する第２取得部と、
前記第１取得部によって取得された前記状態変数と前記第２取得部によって算出された前記電流の周波数との組み合わせによって作成されるデータセットに基づいて、機械学習によって計算モデルを生成する学習部と、を備える
ことを特徴とする機械学習装置。
【請求項１１】
直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータへ供給する主回路部から前記モータへ供給される電流を電流センサで検出するステップと、
前記電流センサから出力され半波整流部で半波整流された電流検出信号の立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかに基づいて、前記電流の周波数である電流周波数を算出するステップと、
前記算出された電流周波数に基づいて、前記モータの速度を監視するステップと、を含む
ことを特徴とするモータ監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータへの電力供給を行う電力変換装置、駆動制御システム、機械学習装置、およびモータ監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータへの電力供給を行う電力変換装置は、国際標準規格であるＩＥＣ（International  Electrotechnical  Commission）６１５０８またはＩＳＯ（International  Organization  for  Standardization）１３８４９などの機能安全規格に対応することが求められている。特に、機能安全規格の中の一つである安全速度監視（ＳＬＳ：Safety  Limited  Speed)への対応が電力変換装置に求められている。【０００３】
安全速度監視は、規定速度制限値を超えないことを監視する機能である。かかる安全速度監視に対応した電力変換装置では、モータの速度が規定速度制限値を超えた場合、電力変換装置のゲート駆動信号をオフすることで、モータへの電力供給を停止し、安全性を確保する。【０００４】
この種の電力変換装置において、エンコーダなどの外部検出器を使用してモータの速度を監視する場合、コストがアップしたり、外部検出器の接続配線が複雑になったりする。そのため、かかる電力変換装置に関し、電流センサによって検出される電流値に基づいて、モータの速度を監視する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、モータへ供給される電流の値である電流値を電流センサによって検出し、かかる電流値に基づいて、モータの速度を監視する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０５１５５２号
【発明の概要】
【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１では、電流センサによって検出される電流値に基づいてモータの速度を監視することが記載されていることに留まり、具体的な処理は提案されていない。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電流センサを用いて簡易な構成で安全速度監視を行うことができる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータへ供給する主回路部と、主回路部を制御する制御部と、主回路部からモータへ供給される電流を検出する電流センサと、電流センサから出力される電流検出信号を半波整流する半波整流部とを備える。制御部は、半波整流部によって半波整流された電流検出信号の立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかに基づいて、電流の周波数である電流周波数を算出する電流周波数算出部と、電流周波数算出部によって算出された電流周波数に基づいて、モータの速度を監視する監視部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる電力変換装置は、電流センサを用いて簡易な構成で安全速度監視を行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置を含む駆動制御システムの構成例を示す図
【図２】実施の形態１にかかる電力変換装置における制御部、ゲート駆動部およびゼロクロス検出部の構成例を示す図
【図３】実施の形態１にかかる電流符号信号生成部の構成例を示す図
【図４】実施の形態１にかかる電流センサから出力される電流検出信号、半波整流部によって半波整流される電流検出信号、および電流符号信号の関係を示す図
【図５】実施の形態１にかかる制御部の駆動制御部の処理の一例を示すフローチャート
【図６】実施の形態１にかかるゲート駆動部、ゼロクロス検出部、駆動制御部、および安全機能部のハードウェア構成の一例を示す図
【図７】実施の形態２にかかる電力変換装置を含む駆動制御システムの構成例を示す図
【図８】実施の形態２にかかる電流周波数算出部の構成例を示す図
【図９】実施の形態２にかかる３層のニューラルネットワークの一例を示す図
【図１０】実施の形態２にかかる電力変換装置を含む駆動制御システムの構成の他の例を示す図
【図１１】実施の形態２にかかる機械学習装置の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかる電力変換装置、駆動制御システム、機械学習装置、およびモータ監視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この発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置を含む駆動制御システムの構成例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる駆動制御システム１００は、電力変換装置１と、モータ２と、交流電源３と、安全装置４とを備える。
【００１３】
電力変換装置１は、交流電源３から供給される交流電力により動作し、モータ２を制御駆動する。かかる電力変換装置１は、交流電源３から供給される３相交流電力を、外部から入力される指令信号に応じた周波数の交流電力へ変換し、かかる交流電力をモータ２へ供給する。例えば、モータ２が３相交流モータである場合、電力変換装置１は、交流電源３から供給される３相交流電力を指令信号に応じた周波数の３相交流電力へ変換し、かかる３相交流電力をモータ２へ供給することができる。なお、交流電源３は単相電源であってもよい。
【００１４】
安全装置４は、駆動制御システム１００においてモータ２を安全な状態にするための安全信号を電力変換装置１へ出力する。安全信号の種類には、例えば、安全トルクオフ（ＳＴＯ：Safe  Torque  Off）を要求する信号、安全停止１（ＳＳ１：Safe  Stop  1）を要求する信号、および安全速度監視（ＳＬＳ）を要求する信号などが含まれる。以下、安全トルクオフを要求する信号をＳＴＯ信号と記載し、安全停止１を要求する信号をＳＳ１信号と記載し、安全速度監視を要求する信号をＳＬＳ信号と記載する場合がある。
【００１５】
ＳＴＯ信号は、モータ２を駆動する電力変換装置１からモータ２への電力供給を停止することを電力変換装置１に要求する信号である。ＳＳ１信号は、モータ２の減速を開始させた後、指定時間が経過したら安全トルクオフによりモータ２への電力供給を停止することを電力変換装置１に要求する信号である。ＳＬＳ信号は、モータ２の速度が規定速度制限値を超えないことを監視し、モータ２の速度が規定速度制限値を超えた場合、安全トルクオフによりモータ２への電力供給を停止することを電力変換装置１に要求する信号である。ＳＴＯ信号、ＳＳ１信号、およびＳＬＳ信号は、例えば、国際規格ＩＥＣ６１５０８−５−１で規定されている安全機能の実行を要求する信号である。
【００１６】
安全装置４は、例えば、モータ２への作業者の接近などを検知したり、非常停止ボタンの操作が行われたりした場合などに、電力変換装置１へ安全信号を出力する。安全装置４は、例えば、安全ＰＬＣ（Programmable  Logic  Controller）または安全リレーなどである。かかる安全装置４は、例えば、モータ２への作業者の接近などを検知する検出装置および非常停止ボタンなどの複数の装置に接続され、これらの装置のいずれかから緊急事態の通知を受信した場合、安全信号を出力する。
【００１７】
電力変換装置１は、主回路部１１と、制御部１２と、ゲート駆動部１３と、電流センサ１４と、ゼロクロス検出部１５とを備える。主回路部１１は、交流電源３から供給される３相交流電力に基づき、モータ２を駆動するための交流電力をモータ２へ供給する。かかる主回路部１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０と、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１とを備える。
【００１８】
ＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、交流電源３から供給される交流電力を直流電力に変換する。かかるＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、３相ブリッジ接続された複数のダイオードから構成される３相ダイオードブリッジ２２と、３相ダイオードブリッジ２２によって整流された交流電圧を平滑する平滑コンデンサ２３とを有する。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、３相ダイオードブリッジ２２に代えて、３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有する構成であってもよい。
【００１９】
ＤＣ／ＡＣコンバータ２１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０から供給される直流電力を、指令信号に応じた周波数の交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ２へ出力する。ＤＣ／ＡＣコンバータ２１は、３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子３１，３２，３３，３４，３５，３６を有する。なお、スイッチング素子３１，３２，３３，３４，３５，３６は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）またはＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）などの半導体スイッチング素子である。
【００２０】
制御部１２は、モータ２を駆動するための制御信号を生成すると共に異常などの監視を行う駆動制御部４０と、異常などの監視を行う安全機能部５０とを備える。駆動制御部４０と安全機能部５０とによって、後述するように、安全信号に対する処理が二重化により冗長化される。
【００２１】
駆動制御部４０は、例えば、外部から入力される指令信号に基づいて制御信号を生成し、生成した制御信号をゲート駆動部１３へ出力する。かかる指令信号は、例えば、モータ２の速度を指定する速度指令を示す信号である。指令信号が速度指令である場合、駆動制御部４０は、モータ２の速度を速度指令に応じた速度にする制御信号を生成し、生成した制御信号をゲート駆動部１３へ出力する。
【００２２】
また、駆動制御部４０は、安全装置４から出力される安全信号に基づいて制御信号を生成し、生成した制御信号をゲート駆動部１３へ出力する。例えば、駆動制御部４０は、安全装置４から出力される安全信号がＳＬＳ信号である場合、モータ２の速度が規定速度制限値を超えないようにモータ２を制御すると共に、ゼロクロス検出部１５から出力される電流符号信号Ｉｓｉｇ１に基づいて、モータ２の速度が規定速度制限値を超えないことを監視する。そして、駆動制御部４０は、モータ２の速度が規定速度制限値を超えた場合、スイッチング素子３１，３２，３３，３４，３５，３６をオフさせる制御信号をゲート駆動部１３へ出力する。
【００２３】
安全機能部５０は、安全装置４から出力される安全信号に基づいて、駆動制御部４０を制御する。例えば、安全機能部５０は、安全装置４から出力される安全信号がＳＬＳ信号である場合、ゼロクロス検出部１５から出力される電流符号信号Ｉｓｉｇ２に基づいて、モータ２の速度が規定速度制限値を超えないことを監視する。そして、安全機能部５０は、モータ２の速度が規定速度制限値を超えた場合、駆動制御部４０に安全トルクオフの機能を実行させる。
【００２４】
ゲート駆動部１３は、駆動制御部４０から出力される制御信号に基づいて、スイッチング素子３１，３２，３３，３４，３５，３６を駆動するための複数のＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）信号を生成する。ゲート駆動部１３は、生成した各ＰＷＭ信号をスイッチング素子３１，３２，３３，３４，３５，３６のうち対応するスイッチング素子へ出力する。かかるＰＷＭ信号は、スイッチング素子３１，３２，３３，３４，３５，３６のゲートを駆動するため、ゲート駆動信号とも呼ばれる。
【００２５】
電流センサ１４は、主回路部１１からモータ２へ供給される交流電流を検出し、主回路部１１からモータ２へ供給される交流電流のアナログ波形を示す電流検出信号Ｉｄｅｔを出力する。かかる電流センサ１４は、モータ２が３相交流モータである場合、３相のうち１相に供給される交流電流のアナログ波形を示す電流検出信号Ｉｄｅｔを出力する。
【００２６】
電流センサ１４は、例えば、磁気コア、ホール素子、およびオペアンプなどを含むホール素子式電流センサである。かかる電流センサ１４は、主回路部１１からモータ２へ駆動電流を供給する導体線の周りに生じる磁界を、ホール効果を利用して電圧に変換し、変換した電圧を電流検出信号Ｉｄｅｔとして出力する。なお、電流センサ１４は、例えば、磁気コア、２次巻線、および抵抗などを含むＣＴ（Current  Transformer）方式の電流センサであってもよい。また、電流センサ１４は、主回路部１１とモータ２との間に直列に接続されるシャント抵抗を含む構成であってもよい。
【００２７】
ゼロクロス検出部１５は、電流センサ１４から出力される電流検出信号Ｉｄｅｔに基づいて、電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２を生成する。そして、ゼロクロス検出部１５は、電流符号信号Ｉｓｉｇ１を駆動制御部４０へ出力し、電流符号信号Ｉｓｉｇ２を安全機能部５０へ出力する。電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２は、主回路部１１からモータ２へ供給される駆動電流の波形をサンプリングして得られる駆動電流の正負を示す符号の情報を時系列に含む時系列サンプル列の信号である。
【００２８】
次に、安全装置４から出力される安全信号がＳＬＳ信号である場合の処理を実行する電力変換装置１の構成例について説明する。図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置における制御部、ゲート駆動部およびゼロクロス検出部の構成例を示す図である。
【００２９】
図２に示すように、ゼロクロス検出部１５は、電流符号信号生成部６１，６２を備える。電流符号信号生成部６１は、電流センサ１４から出力される電流検出信号Ｉｄｅｔに基づいて、電流符号信号Ｉｓｉｇ１を生成する。同様に、電流符号信号生成部６２は、電流センサ１４から出力される電流検出信号Ｉｄｅｔに基づいて、電流符号信号Ｉｓｉｇ２を生成する。電流符号信号生成部６１と電流符号信号生成部６２とは互いに同じ構成である。
【００３０】
図３は、実施の形態１にかかる電流符号信号生成部の構成例を示す図である。図３に示すように、電流符号信号生成部６１は、半波整流部８０と、オペアンプ８１と、フィルタ８２と、ヒステリシスコンパレータ８３とを備える。
【００３１】
半波整流部８０は、電流センサ１４から出力される電流検出信号Ｉｄｅｔを半波整流し、半波整流後の電流検出信号Ｉｄｅｔである電流検出信号Ｉｄｅｔｒを出力する。半波整流部８０は、例えば、ダイオードによって構成される。
【００３２】
オペアンプ８１は、半波整流部８０から出力される電流検出信号Ｉｄｅｔｒを電圧増幅して出力する。フィルタ８２は、オペアンプ８１によって電圧増幅された電流検出信号Ｉｄｅｔｒのノイズを除去する。かかるフィルタ８２は、例えば、ＲＣローパスフィルタである。なお、フィルタ８２は、バンドパスフィルタであってもよい。
【００３３】
ヒステリシスコンパレータ８３は、フィルタ８２から出力される電流検出信号Ｉｄｅｔｒの立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングを検出し、かかる検出結果を示す信号である電流符号信号Ｉｓｉｇ１を出力する。オペアンプ８１、フィルタ８２、およびヒステリシスコンパレータ８３は、半波整流波形である電流検出信号Ｉｄｅｔｒを処理する。そのため、オペアンプ８１、フィルタ８２、およびヒステリシスコンパレータ８３は、負極性の電源が必要なく、片電源で駆動することができる。そのため、電流符号信号生成部６１を簡素な構成にすることができる。
【００３４】
ヒステリシスコンパレータ８３は、コンパレータ９１と、抵抗９２，９３，９４，９５，９６とを備える。かかるヒステリシスコンパレータ８３は、電流検出信号Ｉｄｅｔｒが符号反転閾値Ｔｈ１以上になった場合、電流符号信号Ｉｓｉｇ１を高位レベルにし、電流検出信号Ｉｄｅｔｒが符号反転閾値Ｔｈ２以下になった場合、電流符号信号Ｉｓｉｇ１を低位レベルにする。Ｔｈ１＞Ｔｈ２である。
【００３５】
図４は、実施の形態１にかかる電流センサから出力される電流検出信号、半波整流部によって半波整流される電流検出信号、および電流符号信号の関係を示す図である。図４に示すように、電流検出信号Ｉｄｅｔは、半波整流部８０によって半波整流され、半波整流された電流検出信号Ｉｄｅｔｒがヒステリシスコンパレータ８３へ出力される。
【００３６】
ヒステリシスコンパレータ８３は、半波整流部８０から出力される電流検出信号Ｉｄｅｔｒの立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングを検出する。例えば、ヒステリシスコンパレータ８３は、電流検出信号Ｉｄｅｔｒが符号反転閾値Ｔｈ１以上になったタイミングで電流検出信号Ｉｄｅｔｒの立ち上がりタイミングを検出し、電流符号信号Ｉｓｉｇ１を低位レベルから高位レベルへ変化させる。また、ヒステリシスコンパレータ８３は、電流検出信号Ｉｄｅｔｒが符号反転閾値Ｔｈ２以下になったタイミングで電流検出信号Ｉｄｅｔｒの立ち下がりタイミングを検出し、電流符号信号Ｉｓｉｇ１を高位レベルから低位レベルへ変化させる。
【００３７】
かかるヒステリシスコンパレータ８３は、符号反転閾値Ｔｈ１と符号反転閾値Ｔｈ２との差よりも小さい駆動電流のリップルは検出せず、耐ノイズ性が高い。そのため、電流符号信号生成部６１において、フィルタ８２を簡素な構成にすることができる。なお、電流符号信号生成部６１，６２は、図３に示す構成に限定されない。例えば、電流符号信号生成部６１，６２は、電流検出信号Ｉｄｅｔを電圧増幅しなくてもよい場合、オペアンプ８１を設けない構成であってもよい。
【００３８】
また、ヒステリシスコンパレータ８３は、図３に示す構成に限定されない。例えば、ヒステリシスコンパレータ８３は、電流検出信号Ｉｄｅｔｒが符号反転閾値Ｔｈ１以上になった場合、電流符号信号Ｉｓｉｇ１を低位レベルにし、電流検出信号Ｉｄｅｔｒが符号反転閾値Ｔｈ２以下になった場合、電流符号信号Ｉｓｉｇ１を高位レベルにする構成であってもよい。また、符号反転閾値Ｔｈ１と符号反転閾値Ｔｈ２との関係は、Ｔｈ１＜Ｔｈ２であってもよい。また、ヒステリシスコンパレータ８３は、アナログ回路に代えて、デジタル回路であってもよい。
【００３９】
図２に戻って、制御部１２の説明を続ける。図２に示すように、制御部１２は、駆動制御部４０と、安全機能部５０とを備える。駆動制御部４０は、制御信号生成部４１と、電流周波数算出部４２と、監視部４３とを備える。
【００４０】
制御信号生成部４１は、外部から入力される指令信号または安全装置４から入力される安全信号に基づいて制御信号を生成する。電力変換装置１には、電流センサ１４とは異なる電流センサであってモータ２へ供給される３相電流を検出する不図示の電流センサが設けられている。制御信号生成部４１は、かかる電流センサによって検出される３相電流に基づいて速度制御を行う不図示の速度制御部と、電流センサによって検出される３相電流に基づいて電流制御を行う不図示の電流制御部とを備える。
【００４１】
不図示の速度制御部は、例えば、電流センサによって検出される３相電流に基づいて、モータ２の速度を推定し、推定したモータ２の速度が速度指令と一致するように電流指令を生成することができる。また、不図示の電流制御部は、電流センサによって検出される３相電流から得られるｄｑ座標系のｑ軸電流と電流指令とが一致するように制御信号を生成することができる。
【００４２】
電流周波数算出部４２は、ゼロクロス検出部１５から出力される電流符号信号Ｉｓｉｇ１に基づいて、主回路部１１からモータ２へ供給される電流の周波数である電流周波数ωｃ１を算出する。具体的には、電流周波数算出部４２は、パルスカウンタ機能を有しており、電流符号信号Ｉｓｉｇ１の立ち上がりと立ち下がりの両エッジをカウントする。電流周波数算出部４２は、予め設定された周期でカウント値をサンプリングし、サンプリングしたカウント値から電流周波数ωｃ１を算出する。なお、電流周波数算出部４２は、電流符号信号Ｉｓｉｇ１の立ち上がりと立ち下がりを共にカウントした結果に基づいて、電流周波数ωｃ１を算出することに代えて、電流符号信号Ｉｓｉｇ１の立ち上がりまたは立ち下がりのみをカウントした結果に基づいて、電流周波数ωｃ１を算出する構成であってもよい。
【００４３】
監視部４３は、電流周波数算出部４２によって算出された電流周波数ωｃ１に基づいて、モータ２の速度を監視し、かかる監視結果に基づいて、例えば、安全トルクオフの実行の可否を決定する。具体的には、監視部４３は、電流周波数算出部４２によって算出された電流周波数ωｃ１に基づいて、安全信号に応じたモータ２の制御が制御部１２で行われていないと判定した場合、制御信号生成部４１に安全トルクオフを実行させる。かかる監視部４３は、電流周波数自己診断部４４と、電流周波数相互診断部４５と、出力周波数自己診断部４６とを備える。
【００４４】
電流周波数自己診断部４４は、電流周波数算出部４２によって算出された電流周波数ωｃ１または電流周波数ωｃ１に正比例する値をモータ２の速度とし、モータ２の速度が予め設定された規定速度制限値ωｔｈ以下であるか否かを判定する。電流周波数自己診断部４４は、電流周波数ωｃ１または電流周波数ωｃ１に正比例する値が規定速度制限値ωｔｈ以下ではないと判定した場合、制御信号生成部４１に、安全トルクオフを実行させるための制御信号をゲート駆動部１３へ出力させる。
【００４５】
なお、電流周波数ωｃ１は、モータ２におけるステータの極数当りのモータ２の速度に正比例する値であり、モータ２の速度の推定値として取り扱うことができる。電流周波数自己診断部４４において電流周波数ωｃ１が規定速度制限値ωｔｈ以下であるか否かが判定される場合、規定速度制限値ωｔｈは、モータ２におけるステータの極数当りのモータ２の速度に対応する制限値である。また、電流周波数ωｃ１に正比例する値は、例えば、電流周波数ωｃ１に２を掛けた値をモータ２におけるステータの極数で除した値であり、モータ２の速度［ｒｐｓ］の推定値として取り扱うことができる。電流周波数自己診断部４４において電流周波数ωｃ１に正比例する値が規定速度制限値ωｔｈ以下であるか否かが判定される場合、規定速度制限値ωｔｈは、モータ２の速度［ｒｐｓ］に対応する上限値である。
【００４６】
ゲート駆動部１３は、制御信号生成部４１から出力される制御信号に基づいて、スイッチング素子３１，３２，３３，３４，３５，３６へ出力するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部７１を有している。かかるＰＷＭ信号生成部７１は、安全トルクオフを実行させるための制御信号が制御信号生成部４１から出力された場合、スイッチング素子３１，３２，３３，３４，３５，３６へのＰＷＭ信号をオフにする。これにより、主回路部１１からのモータ２への電力供給が停止される。
【００４７】
なお、電流周波数自己診断部４４は、電流周波数ωｃ１または電流周波数ωｃ１に正比例する値が規定速度制限値ωｔｈ以下ではないと判定した場合、表示器１６にアラーム表示を行うことができる。表示器１６は、ＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）などのディスプレイまたはアラームランプなどである。電流周波数自己診断部４４は、表示器１６がＬＣＤである場合、電流周波数ωｃ１または電流周波数ωｃ１に正比例する値が規定速度制限値ωｔｈ以下ではない旨を示す文字の情報などを表示器１６に表示することができる。また、電流周波数自己診断部４４は、電流周波数ωｃ１または電流周波数ωｃ１に正比例する値の時間的偏移と規定速度制限値ωｔｈとを示すグラフの情報を表示器１６に表示することもできる。なお、電流周波数自己診断部４４は、電流周波数ωｃ１または電流周波数ωｃ１に正比例する値が規定速度制限値ωｔｈ以下ではないと判定した場合、不図示のスピーカにアラーム音を出力させることもできる。
【００４８】
また、電流周波数自己診断部４４は、電流周波数ωｃ１または電流周波数ωｃ１に正比例する値が規定速度制限値ωｔｈ以下ではないと判定した場合、制御信号生成部４１に、安全トルクオフを実行させるための制御信号に代えて、モータ２への電力供給を減少させるための制御信号をゲート駆動部１３へ出力させることもできる。これにより、モータ２へ供給される電力を減少させることができる。
【００４９】
電流周波数相互診断部４５は、電流周波数算出部４２によって算出された電流周波数ωｃ１と安全機能部５０によって算出される後述の電流周波数ωｃ２とに基づいて、相互判断処理を行う。具体的には、電流周波数相互診断部４５は、電流周波数ωｃ１と電流周波数ωｃ２との差が予め設定された規定範囲Ｒｔｈ１内であるか否かを判定する。電流周波数相互診断部４５は、電流周波数ωｃ１と電流周波数ωｃ２との差が規定範囲Ｒｔｈ１外であると判定した場合、制御信号生成部４１に、安全トルクオフを実行させるための制御信号をゲート駆動部１３へ出力させる。これにより、モータ２への電力供給が停止される。
【００５０】
出力周波数自己診断部４６は、電流周波数算出部４２によって算出された電流周波数ωｃ１と、ゲート駆動部１３によって算出された出力周波数ωｏｕｔとの差が予め設定された規定範囲Ｒｔｈ２内であるか否かを判定する。ゲート駆動部１３は、出力周波数ωｏｕｔを算出する出力周波数算出部７２を有しており、出力周波数自己診断部４６は、出力周波数算出部７２によって算出される出力周波数ωｏｕｔの情報を出力周波数算出部７２から取得する。
【００５１】
出力周波数ωｏｕｔは、スイッチング素子３１，３２，３３，３４，３５，３６のゲート駆動信号の制御によって主回路部１１のＤＣ／ＡＣコンバータ２１からモータ２へ出力させる駆動電圧の周波数である。出力周波数算出部７２は、制御信号生成部４１によって生成される制御信号に基づいて、出力周波数ωｏｕｔを算出する。例えば、制御信号が３相座標の電圧指令を含む場合、かかる電圧指令の周波数を出力周波数ωｏｕｔとして算出することができる。
【００５２】
出力周波数自己診断部４６は、電流周波数ωｃ１と出力周波数ωｏｕｔとの差が規定範囲Ｒｔｈ２外であると判定した場合、制御信号生成部４１に、安全トルクオフを実行させるための制御信号をゲート駆動部１３へ出力させる。これにより、モータ２への電力供給が停止される。
【００５３】
なお、電流周波数相互診断部４５および出力周波数自己診断部４６は、電流周波数自己診断部４４と同様に、制御信号生成部４１に安全トルクオフを実行させる際に、表示器１６にアラーム表示を行ったり、不図示のスピーカにアラーム音を出力させたりすることができる。また、電流周波数相互診断部４５および出力周波数自己診断部４６は、電流周波数自己診断部４４と同様に、制御信号生成部４１に、安全トルクオフを実行させるための制御信号に代えて、モータ２への電力供給を減少させるための制御信号をゲート駆動部１３へ出力させることもできる。
【００５４】
安全機能部５０は、電流周波数算出部５１と、監視部５２とを備える。電流周波数算出部５１は、ゼロクロス検出部１５から出力される電流符号信号Ｉｓｉｇ２に基づいて、主回路部１１からモータ２へ供給される電流の周波数である電流周波数ωｃ２を算出する。かかる電流周波数算出部５１は、電流周波数算出部４２と同様に、パルスカウンタ機能を有しており、電流符号信号Ｉｓｉｇ２の立ち上がりと立ち下がりの両エッジをカウントする。電流周波数算出部５１は、予め設定された周期でカウント値をサンプリングし、サンプリングしたカウント値から電流周波数ωｃ２をモータ２の速度として算出する。なお、電流周波数算出部５１は、電流符号信号Ｉｓｉｇ２の立ち上がりと立ち下がりを共にカウントした結果に基づいて、電流周波数ωｃ２を算出することに代えて、電流符号信号Ｉｓｉｇ２の立ち上がりまたは立ち下がりのみをカウントした結果に基づいて、電流周波数ωｃ２を算出する構成であってもよい。
【００５５】
監視部５２は、電流周波数算出部５１によって算出された電流周波数ωｃ２に基づいて、安全トルクオフの実行の可否を決定する。具体的には、監視部５２は、電流周波数算出部５１によって検出された電流周波数ωｃ２に基づいて、安全信号に応じたモータ２の制御が制御部１２で行われていないと判定した場合、制御信号生成部４１に安全トルクオフを実行させる。かかる監視部５２は、電流周波数自己診断部５３と、電流周波数相互診断部５４と、出力周波数自己診断部５５とを備える。
【００５６】
電流周波数自己診断部５３は、電流周波数算出部５１によって算出された電流周波数ωｃ２または電流周波数ωｃ２に正比例する値をモータ２の速度とし、モータ２の速度が予め設定された規定速度制限値ωｔｈ以下であるか否かを判定する。電流周波数自己診断部５３は、電流周波数ωｃ２または電流周波数ωｃ２に正比例する値が規定速度制限値ωｔｈ以下ではないと判定した場合、制御信号生成部４１に、安全トルクオフを実行させるための制御信号をゲート駆動部１３へ出力させる。これにより、モータ２への電力供給が停止される。
【００５７】
また、電流周波数自己診断部５３は、電流周波数自己診断部４４と同様に、電流周波数ωｃ２または電流周波数ωｃ２に正比例する値が規定速度制限値ωｔｈ以下ではないと判定した場合、表示器１６にアラーム表示を行ったり、不図示のスピーカにアラーム音を出力させたりすることができる。また、電流周波数自己診断部５３は、電流周波数自己診断部４４と同様に、電流周波数ωｃ２または電流周波数ωｃ２に正比例する値が規定速度制限値ωｔｈ以下ではないと判定した場合、制御信号生成部４１に、安全トルクオフを実行させるための制御信号に代えて、モータ２への電力供給を減少させるための制御信号をゲート駆動部１３へ出力させることもできる。
【００５８】
なお、電流周波数ωｃ２は、モータ２におけるステータの極数当りのモータ２の速度に正比例する値であり、電流周波数ωｃ１と同様に、モータ２の速度の推定値として取り扱うことができる。電流周波数自己診断部５３において電流周波数ωｃ２が規定速度制限値ωｔｈ以下であるか否かが判定される場合、規定速度制限値ωｔｈは、モータ２におけるステータの極数当りのモータ２の速度に対応する制限値である。また、電流周波数ωｃ２に正比例する値は、例えば、電流周波数ωｃ２に２を掛けた値をモータ２におけるステータの極数で除した値であり、モータ２の速度［ｒｐｓ］の推定値として取り扱うことができる。電流周波数自己診断部５３において電流周波数ωｃ２に正比例する値が規定速度制限値ωｔｈ以下であるか否かが判定される場合、規定速度制限値ωｔｈは、モータ２の速度［ｒｐｓ］に対応する上限値である。
【００５９】
電流周波数相互診断部５４は、電流周波数相互診断部４５と同様に、電流周波数ωｃ１，ωｃ２に基づいて、相互判断処理を行う。具体的には、電流周波数相互診断部５４は、電流周波数ωｃ１と電流周波数ωｃ２との差が予め設定された規定範囲Ｒｔｈ１内であるか否かを判定する。電流周波数相互診断部５４は、電流周波数ωｃ１と電流周波数ωｃ２との差が規定範囲Ｒｔｈ１外であると判定した場合、制御信号生成部４１に、安全トルクオフを実行させるための制御信号をゲート駆動部１３へ出力させる。これにより、モータ２への電力供給が停止される。
【００６０】
出力周波数自己診断部５５は、電流周波数ωｃ２と出力周波数ωｏｕｔとの差が予め設定された規定範囲Ｒｔｈ２内であるか否かを判定する。出力周波数自己診断部５５は、電流周波数ωｃ２と出力周波数ωｏｕｔとの差が規定範囲Ｒｔｈ２外であると判定した場合、制御信号生成部４１に、安全トルクオフを実行させる制御信号をゲート駆動部１３へ出力させる。これにより、モータ２への電力供給が停止される。
【００６１】
なお、電流周波数相互診断部５４および出力周波数自己診断部５５は、電流周波数自己診断部５３と同様に、制御信号生成部４１に安全トルクオフを実行させる際に、表示器１６にアラーム表示を行ったり、不図示のスピーカにアラーム音を出力させたりすることができる。また、電流周波数相互診断部５４および出力周波数自己診断部５５は、電流周波数自己診断部５３と同様に、制御信号生成部４１に、安全トルクオフを実行させるための制御信号に代えて、モータ２への電力供給を減少させるための制御信号をゲート駆動部１３へ出力させることもできる。
【００６２】
つづいて、制御部１２における安全速度監視および安全トルクオフの動作を、フローチャートを用いて説明する。図５は、実施の形態１にかかる制御部の駆動制御部の処理の一例を示すフローチャートである。
【００６３】
図５に示すように、駆動制御部４０は、安全装置４からＳＬＳ信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ１０）。駆動制御部４０は、ＳＬＳ信号を受信したと判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、電流周波数ωｃ１を算出する（ステップＳ１１）。駆動制御部４０は、電流周波数ωｃ１が規定速度制限値ωｔｈ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。駆動制御部４０は、電流周波数ωｃ１が規定速度制限値ωｔｈ以下であると判定した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、電流周波数ωｃ１と電流周波数ωｃ２との差が規定範囲Ｒｔｈ１外であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００６４】
駆動制御部４０は、電流周波数ωｃ１と電流周波数ωｃ２との差が規定範囲Ｒｔｈ１外ではないと判定した場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、電流周波数ωｃ１と出力周波数ωｏｕｔとの差が規定範囲Ｒｔｈ２外であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。駆動制御部４０は、電流周波数ωｃ１が規定速度制限値ωｔｈ以下ではないと判定した場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、電流周波数ωｃ１と電流周波数ωｃ２との差が規定範囲Ｒｔｈ１外であると判定した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、または電流周波数ωｃ１と出力周波数ωｏｕｔとの差が規定範囲Ｒｔｈ２外であると判定した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、安全トルクオフの実行を決定し、制御部１２に安全トルクオフを実行させる（ステップＳ１５）。
【００６５】
駆動制御部４０は、ステップＳ１５の処理が終了した場合、ＳＬＳ信号を受信していないと判定した場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、または電流周波数ωｃ１と出力周波数ωｏｕｔとの差が規定範囲Ｒｔｈ２外ではないと判定した場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、図５に示す処理を終了する。なお、制御部１２の安全機能部５０の処理は、図５に示す駆動制御部４０の処理と同様であり、図５に示すステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４において、電流周波数ωｃ１に代えて電流周波数ωｃ２を用いる点で、図５に示す駆動制御部４０の処理と異なる。
【００６６】
図６は、実施の形態１にかかるゲート駆動部、ゼロクロス検出部、駆動制御部、および安全機能部のハードウェア構成の一例を示す図である。図６に示すように、ゲート駆動部１３、ゼロクロス検出部１５、駆動制御部４０、および安全機能部５０の各々は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２と、インタフェース回路１０３とを備えるコンピュータを含む。プロセッサ１０１、メモリ１０２、およびインタフェース回路１０３は、バス１０４によって互いにデータの送受信が可能である。
【００６７】
ゲート駆動部１３のＰＷＭ信号生成部７１の一部は、インタフェース回路１０３によって実現される。ゲート駆動部１３におけるプロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、ＰＷＭ信号生成部７１および出力周波数算出部７２の機能を実行する。ゼロクロス検出部１５におけるプロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、電流符号信号生成部６１，６２の機能を実行する。駆動制御部４０におけるプロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御信号生成部４１、電流周波数算出部４２、および監視部４３の機能を実行する。また、安全機能部５０におけるプロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、電流周波数算出部５１および監視部５２の機能を実行する。なお、上述した電流周波数算出部４２，５１における電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２の立ち上がりと立ち下がりの両エッジのカウントは、プロセッサ１０１のパルスカウンタ機能によって実行される。また、電流周波数算出部４２，５１は、インタフェース回路１０３の入力ポートを使用して電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２の反転回数をプロセッサ１０１がカウントする構成であってもよい。
【００６８】
プロセッサ１０１は、処理回路の一例であり、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）、およびシステムＬＳＩ（Large  Scale  Integration）のうち１つ以上を含む。メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）のうち１つ以上を含む。また、メモリ１０２は、コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体を含む。かかる記録媒体は、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルメモリ、光ディスク、コンパクトディスク、およびＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）のうち１つ以上を含む。なお、制御部１２は、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）およびＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）などの集積回路を含んでいてもよい。
【００６９】
このように、駆動制御部４０および安全機能部５０は、プロセッサ１０１およびプロセッサ１０１上で動作するプログラムを各々含み、かかる駆動制御部４０と安全機能部５０とは互いに独立して機能する。
【００７０】
以上のように、実施の形態１にかかる電力変換装置１は、主回路部１１と、制御部１２と、電流センサ１４と、半波整流部８０とを備える。主回路部１１は、直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ２へ供給する。制御部１２は、主回路部１１を制御する。電流センサ１４は、主回路部１１からモータ２へ供給される電流を検出する。半波整流部８０は、電流センサ１４から出力される電流検出信号Ｉｄｅｔを半波整流する。制御部１２は、電流周波数算出部４２，５１と、監視部４３，５２とを備える。電流周波数算出部４２，５１は、半波整流部８０によって半波整流された電流検出信号Ｉｄｅｔである電流検出信号Ｉｄｅｔｒの立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかに基づいて、電流周波数ωｃ１，ωｃ２を検出する。監視部４３，５２は、電流周波数算出部４２，５１によって算出された電流周波数ωｃ１，ωｃ２に基づいて、モータ２の速度を監視する。これにより、電力変換装置１は、エンコーダなどの外部検出器を使用することなく安全速度監視を行うことができ、また、電力変換装置１は、半波整流波形である電流検出信号Ｉｄｅｔｒを処理するため、負極性の電源が必要なく、簡易な構成で安全速度監視を行うことができる。
【００７１】
また、電力変換装置１は、半波整流部８０によって半波整流された電流検出信号Ｉｄｅｔｒの立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングとを異なる閾値で比較するヒステリシスコンパレータ８３を有する。電流周波数算出部４２，５１は、ヒステリシスコンパレータ８３による比較結果から得られる立ち上がりタイミングに基づいて、電流周波数ωｃ１，ωｃ２を算出する。これにより、電力変換装置１は、例えば、上述した符号反転閾値Ｔｈ１と符号反転閾値Ｔｈ２との差よりも小さい駆動電流のリップルは検出しないことから、耐ノイズ性を高めることができる。そのため、例えば、電流符号信号生成部６１，６２において、フィルタ８２を簡素な構成にすることができる。
【００７２】
また、監視部４３，５２は、電流周波数算出部４２，５１によって算出された電流周波数ωｃ１，ωｃ２または電流周波数ωｃ１，ωｃ２に正比例する値が規定速度制限値ωｔｈを超える場合、主回路部１１からモータ２への交流電力の供給を停止させることができる。これにより、電力変換装置１は、モータ２の速度が規定速度制限値を超える場合に、モータ２を停止させることができる。
【００７３】
また、監視部４３，５２は、複数の電流周波数算出部４２，５１によって各々算出される電流周波数ωｃ１，ωｃ２の差が予め設定された規定範囲Ｒｔｈ１外である場合に、主回路部１１からモータ２への電力供給を停止させる。これにより、電力変換装置１は、冗長化された監視部４３，５２間で相互診断を行うことができ、安全信号に応じたモータ２の制御が制御部１２で行われていないことを精度よく検出することができる。
【００７４】
また、電力変換装置１は、主回路部１１をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部７１と、主回路部１１からモータ２へ出力される交流電圧の周波数である出力周波数ωｏｕｔを算出する出力周波数算出部７２とを備える。監視部４３，５２は、電流周波数算出部４２，５１によって算出される電流周波数ωｃ１，ωｃ２と出力周波数算出部７２によって算出される出力周波数ωｏｕｔとの差が予め設定された規定範囲Ｒｔｈ２外である場合に、主回路部１１からモータ２への電力供給を停止させる。これにより、電力変換装置１は、安全信号に応じたモータ２の制御が制御部１２で行われていないことを精度よく検出することができる。
【００７５】
実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換装置は、機械学習によって生成された計算モデルを用いて電流周波数を算出する点で実施の形態１にかかる電力変換装置１と異なる。以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１の駆動制御システム１００と異なる点を中心に説明する。
【００７６】
図７は、実施の形態２にかかる電力変換装置を含む駆動制御システムの構成例を示す図である。図７に示すように、実施の形態２にかかる駆動制御システム１００Ａは、電力変換装置１Ａと、モータ２と、交流電源３と、安全装置４と、計測装置５とを備える。計測装置５は、外部計測装置の一例である。
【００７７】
電力変換装置１Ａは、駆動制御部４０および安全機能部５０を有する制御部１２に代えて、駆動制御部４０Ａおよび安全機能部５０Ａを有する制御部１２Ａを備える点で電力変換装置１と異なる。駆動制御部４０Ａは、電流周波数算出部４２に代えて、電流周波数算出部４２Ａを備える点で、駆動制御部４０と異なる。電流周波数算出部４２Ａは、機械学習によって生成された計算モデルを用いて電流符号信号Ｉｓｉｇ１から電流周波数ωｃ１を算出する。
【００７８】
また、安全機能部５０Ａは、電流周波数算出部５１に代えて、電流周波数算出部５１Ａを備える点で、安全機能部５０と異なる。電流周波数算出部５１Ａは、機械学習によって生成された計算モデルを用いて電流符号信号Ｉｓｉｇ２から電流周波数ωｃ２を算出する。電流周波数算出部４２Ａと電流周波数算出部５１Ａとは同じ構成であるため、以下においては、電流周波数算出部４２Ａの構成を具体的に説明し、電流周波数算出部５１Ａの構成についての説明は省略する。
【００７９】
計測装置５は、電力変換装置１Ａからモータ２へ供給される交流電流またはモータ２の速度を予め設定された周期で計測し、計測した結果を示すデータである計測値を電力変換装置１Ａへ出力する。計測装置５は、例えば、電流検出機能を有するデータロガーなどの計測器である。計測装置５は、例えば、電力変換装置１Ａからモータ２へ供給される交流電流の波形を示す電流波形データを計測値として電力変換装置１Ａへ出力する。電流波形データは、例えば、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１が電力半導体チップで構成される場合、電力半導体チップに直接計測装置５のプローブなどを付けて得られるデータであって計測によるノイズの影響を受けていない実電流波形を示すデータである。
【００８０】
また、計測装置５は、モータ２に取り付けられたエンコーダであってもよい。この場合、計測装置５は、モータ２の速度を検出する。モータ２の速度は、モータ２の機械角速度であるが、モータ２の電気角速度であってもよい。計測装置５は、例えば、モータ２の回転軸の回転位置を検出し、検出した回転位置の変化からモータ２の速度を検出する。計測装置５は、検出したモータ２の速度を示す速度データを計測値として電力変換装置１Ａへ出力する。
【００８１】
図８は、実施の形態２にかかる電流周波数算出部の構成例を示す図である。図８に示すように、電流周波数算出部４２Ａは、第１取得部６３と、第２取得部６４と、学習部６５と、周波数算出部６６とを備える。
【００８２】
第１取得部６３は、ゼロクロス検出部１５から出力される電流符号信号Ｉｓｉｇ１を状態変数として取得する。第２取得部６４は、有線通信または無線通信によってネットワークを介して予め設定された周期で計測装置５から計測値を取得する。例えば、第２取得部６４は、計測装置５から速度データまたは電流波形データを計測値として取得する。
【００８３】
第２取得部６４は、取得した計測値に基づいて電流周波数ωを算出する。電流周波数ωは、電力変換装置１Ａからモータ２へ供給される交流電流の周波数である。第２取得部６４は、取得した計測値が電流波形データである場合、電流波形データに対して高速フーリエ変換処理を施すことによって、電流周波数ωを算出する。第２取得部６４は、取得した計測値が速度データである場合、速度データとモータ２の極数とに基づいて電流周波数ωを算出する。
【００８４】
学習部６５は、第１取得部６３によって取得された電流符号信号Ｉｓｉｇ１と第２取得部６４で算出された電流周波数ωの組み合わせに基づいて作成されるデータセットに従って、学習処理を行い、計算モデルＭを生成する。学習部６５によって生成される計算モデルは、電流符号信号Ｉｓｉｇ１を入力として、電流周波数ωｃ１を出力する計算モデルである。
【００８５】
学習部６５は、例えば、ニューラルネットワークモデルに従って、いわゆる教師あり学習により、学習処理を行い、ニューラルネットワークで構成される計算モデルＭを生成する。ここで、教師あり学習とは、ある入力と結果のデータセットを大量に学習装置に与えることで、それらのデータセットにある特徴を学習し、入力から結果を推定する計算モデルを機械学習によって生成する手法である。
【００８６】
ニューラルネットワークは、複数のニューロンからなる入力層、複数のニューロンからなる中間層、および複数のニューロンからなる出力層で構成される。中間層は、１層、または３層以上でもよい。また、中間層は、隠れ層とも呼ばれる。
【００８７】
図９は、実施の形態２にかかる３層のニューラルネットワークの一例を示す図である。学習部６５によって図９に示す３層のニューラルネットワークが用いられる場合、複数の入力が複数の入力層Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３へ入力されると、入力された値に重みＷ１が乗算されて中間層Ｙ１，Ｙ２へ入力される。さらに、中間層Ｙ１，Ｙ２へ入力された値にさらに重みＷ２が乗算されて出力層Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３から出力される。この出力結果は、重みＷ１とＷ２の値によって変わる。
【００８８】
重みＷ１は、重みｗ１１〜ｗ１６であり、重みＷ２は、重みｗ２１〜ｗ２６である。入力層Ｘ１へ入力された値は、重みｗ１１が乗算されて中間層Ｙ１へ入力され、重みｗ１２が乗算されて中間層Ｙ２へ入力される。入力層Ｘ２へ入力された値は、重みｗ１３が乗算されて中間層Ｙ１へ入力され、重みｗ１４が乗算されて中間層Ｙ２へ入力される。入力層Ｘ３へ入力された値は、重みｗ１５が乗算されて中間層Ｙ１へ入力され、重みｗ１６が乗算されて中間層Ｙ２へ入力される。中間層Ｙ１へ入力された値は、重みｗ２１が乗算されて出力層Ｚ１へ入力され、重みｗ２３が乗算されて出力層Ｚ２へ入力され、重みｗ２５が乗算されて出力層Ｚ３へ入力される。中間層Ｙ２へ入力された値は、重みｗ２２が乗算されて出力層Ｚ１へ入力され、重みｗ２４が乗算されて出力層Ｚ２へ入力され、重みｗ２６が乗算されて出力層Ｚ３へ入力される。
【００８９】
計算モデルＭに用いられるニューラルネットワークは、電流符号信号Ｉｓｉｇ１と電流周波数ωとの組み合わせを含むデータセットに従って、いわゆる教師あり学習により、周波数検出方法を学習する。すなわち、計算モデルＭに用いられるニューラルネットワークは、入力層に電流符号信号Ｉｓｉｇ１が入力されて出力層から出力された結果が、計測値から得られる電流周波数ωに近づくように重みＷ１とＷ２を調整することで学習処理を行い、計算モデルＭを生成する。
【００９０】
また、学習部６５は、いわゆる教師なし学習によって、計算モデルＭを生成することもできる。教師なし学習とは、入力データのみを大量に機械学習装置に与えることで、入力データがどのような分布をしているか機械学習装置に学習させ、入力データに対応する教師データを与えなくても、入力データに対して圧縮、分類、および整形などを行う計算モデルを機械学習によって生成する手法である。教師なし学習では、データセットにある特徴を似た者どうしにクラスタリングすることなどができる。そして、教師なし学習では、クラスタリングの結果を用いて、何らかの基準を設けてそれを最適にするような出力の割り当てを行うことで、出力を予測することができる。また、教師なし学習と教師あり学習の中間的な問題設定として、半教師あり学習と呼ばれるものもある。半教師あり学習では、一部のみ入力と出力のデータの組が学習に用いられ、それ以外は入力のみのデータが学習に用いられる。
【００９１】
また、計算モデルＭに用いられる学習アルゴリズムとして、ニューラルネットワークに代えて、特徴量そのものの抽出を学習する、深層学習（Deep  Learning）を用いることもでき、他の公知の方法、例えば遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。
【００９２】
図８に戻って、電流周波数算出部４２Ａの説明を続ける。学習部６５は、生成した計算モデルＭを周波数算出部６６に設定する。周波数算出部６６は、電流符号信号Ｉｓｉｇ１を計算モデルＭに入力することで、計算モデルＭに電流周波数ωｃ１を算出させる。
【００９３】
電流周波数算出部４２Ａのハードウェア構成は、図６に示すハードウェア構成と同様である。第１取得部６３、第２取得部６４、および周波数算出部６６の各々の一部は、インタフェース回路１０３によって実現される。第１取得部６３、第２取得部６４、学習部６５、および周波数算出部６６の機能は、プロセッサ１０１がメモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって実行される。なお、第１取得部６３、第２取得部６４、学習部６５、および周波数算出部６６は、それぞれ一部または全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のハードウェアで構成されてもよい。
【００９４】
上述した例では、電力変換装置１Ａの内部で計算モデルを算出したが、計算モデルＭは電力変換装置１Ａとは異なる機械学習装置で生成されてもよい。図１０は、実施の形態２にかかる電力変換装置を含む駆動制御システムの構成の他の例を示す図である。図１０に示す例では、実施の形態２にかかる駆動制御システム１００Ａは、電力変換装置１Ａと、モータ２と、交流電源３と、安全装置４と、計測装置５と、機械学習装置６とを備える。
【００９５】
図１０に示す電力変換装置１Ａの電流周波数算出部４２Ａは、図８に示す第１取得部６３、第２取得部６４、および学習部６５を有していない点で、図７に示す電流周波数算出部４２Ａと異なる。図１０に示す電流周波数算出部５１Ａは、図１０に示す電流周波数算出部４２Ａと同様の構成である。
【００９６】
図１１は、実施の形態２にかかる機械学習装置の構成例を示す図である。図１１に示すように、機械学習装置６は、第１取得部１１１と、第２取得部１１２と、学習部１１３と、記憶部１１４と、出力部１１５とを備える。機械学習装置６は、例えば、不図示のネットワークを介して電力変換装置１Ａと通信可能に接続される。なお、機械学習装置６は、クラウドサーバ上に配置されてもよい。
【００９７】
第１取得部１１１は、電力変換装置１Ａから電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２を状態変数として有線通信または無線通信によってネットワークを介して予め設定された周期で取得する。第２取得部１１２は、計測装置５から計測値を有線通信または無線通信によってネットワークを介して予め設定された周期で取得する。例えば、第２取得部１１２が取得する計測値は、第２取得部６４によって取得される計測値と同じである。第２取得部１１２は、第２取得部６４と同様に、取得した計測値に基づいて電流周波数ωを算出する。
【００９８】
学習部１１３は、第１取得部１１１によって取得された電流符号信号Ｉｓｉｇ１と第２取得部１１２によって算出された電流周波数ωの組み合わせに基づいて作成されるデータセットに従って、学習部６５と同一の学習処理を行い、計算モデルＭを生成する。また、学習部１１３は、第１取得部１１１によって取得された電流符号信号Ｉｓｉｇ２と第２取得部１１２によって算出された電流周波数ωの組み合わせに基づいて作成されるデータセットに従って、学習部６５と同一の学習処理を行い、計算モデルＭを生成する。
【００９９】
学習部１１３は、生成した計算モデルＭを記憶部１１４に記憶する。出力部１１５は、記憶部１１４に記憶された計算モデルＭの情報を有線通信または無線通信によってネットワークを介して電力変換装置１Ａへ送信する。電力変換装置１Ａの制御部１２Ａは、機械学習装置６から送信される計算モデルＭの情報を電流周波数算出部４２Ａおよび電流周波数算出部５１Ａに設定する。例えば、制御部１２Ａは、電流符号信号Ｉｓｉｇ１を用いて生成された計算モデルＭを電流周波数算出部４２Ａに設定し、電流符号信号Ｉｓｉｇ２を用いて生成された計算モデルＭを電流周波数算出部５１Ａに設定する。
【０１００】
機械学習装置６のハードウェア構成は、図６に示すハードウェア構成と同様である。第１取得部１１１、第２取得部１１２、および出力部１１５の各々の一部は、インタフェース回路１０３によって実現される。記憶部１１４は、メモリ１０２によって実現される。第１取得部１１１、第２取得部１１２、学習部１１３、および出力部１１５の機能は、プロセッサ１０１がメモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって実行される。なお、第１取得部１１１、第２取得部１１２、学習部１１３、および出力部１１５は、それぞれ一部または全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のハードウェアで構成されてもよい。
【０１０１】
なお、学習部１１３は、複数の電力変換装置１Ａに対して作成されるデータセットに従って、計算モデルＭを生成することもできる。また、機械学習装置６は、同一の現場で使用される複数の電力変換装置１Ａから電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２を取得することもでき、異なる現場で独立して稼働する複数の電力変換装置１Ａから電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２を取得することもできる。さらに、機械学習装置６は、電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２の取得対象となる電力変換装置１Ａを途中で追加したり、取得対象としていた電力変換装置１Ａを取得対象から除去することもできる。また、ある電力変換装置１Ａに関して機械学習によって計算モデルＭを生成した機械学習装置６を、これとは別の電力変換装置１Ａに取り付け、かかる別の電力変換装置１Ａに関して計算モデルＭを再学習によって更新することもできる。
【０１０２】
駆動制御部４０Ａおよび安全機能部５０Ａのハードウェア構成は、駆動制御部４０および安全機能部５０のハードウェア構成と同様である。駆動制御部４０Ａおよび安全機能部５０Ａの機能は、プロセッサ１０１がメモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって実行される。なお、駆動制御部４０Ａおよび安全機能部５０Ａは、それぞれ一部または全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のハードウェアで構成されてもよい。
【０１０３】
以上のように、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａの電流周波数算出部４２Ａ，５１Ａは、機械学習によって生成される計算モデルを用いて、電流周波数ωｃ１，ωｃ２を算出する。これにより、電流周波数ωｃ１，ωｃ２を精度よく算出することができる。
【０１０４】
また、電流周波数算出部４２Ａ，５１Ａは、電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２と計測装置５によって計測された電流の波形またはモータ２の速度を示す計測値から得られる電流周波数ωとに基づき機械学習によって生成される計算モデルＭを有する。電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２の各々は、立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかを示す信号の一例である。電流周波数算出部４２Ａ，５１Ａは、計算モデルＭに電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２を入力することで、計算モデルＭに電流周波数ωｃ１，ωｃ２を算出させる。電流センサ１４は、モータ２の低速動作時またはモータ２へ供給される電流が低い時などにノイズの影響を受けやすい。電流周波数算出部４２Ａ，５１Ａは、計算モデルＭに電流周波数ωｃ１，ωｃ２を算出させることによって電流センサ１４がノイズの影響を受けた場合であっても、電流周波数ωｃ１，ωｃ２を精度よく算出することができる。
【０１０５】
また、電流周波数算出部４２Ａ，５１Ａは、第１取得部６３と、第２取得部６４と、学習部６５とを備える。第１取得部６３は、電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２を状態変数として取得する。第２取得部６４は、計測装置５から計測値を取得し、取得した計測値に基づいて電流周波数ωを算出する。学習部６５は、第１取得部６３によって取得された状態変数と第２取得部６４によって算出された電流周波数ωとの組み合わせによって作成されるデータセットに基づいて、機械学習によって計算モデルＭを生成する。これにより、電力変換装置１Ａは、計算モデルＭを生成することができるため、電力変換装置１Ａ毎に個体差がある場合であっても、電流周波数ωｃ１，ωｃ２を精度よく算出することができる。
【０１０６】
また、実施の形態２にかかる駆動制御システム１００Ａは、計算モデルＭを生成する機械学習装置６を備える。機械学習装置６は、第１取得部１１１と、第２取得部１１２と、学習部１１３とを備える。第１取得部１１１は、電流符号信号Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２を状態変数として取得する。第２取得部１１２は、計測装置５から計測値を取得し、取得した計測値に基づいて電流周波数ωを算出する。学習部１１３は、第１取得部１１１によって取得された状態変数と第２取得部１１２によって算出された電流周波数ωとの組み合わせによって作成されるデータセットに基づいて、機械学習によって計算モデルＭを生成する。これにより、機械学習装置６は、例えば、複数の電力変換装置１Ａに共通の計算モデルＭを生成することができるため、電力変換装置１Ａ毎の計算モデルＭを生成する場合に比べ、計算モデルＭを容易に生成することができる。
【０１０７】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１，１Ａ  電力変換装置、２  モータ、３  交流電源、４  安全装置、５  計測装置、６  機械学習装置、１１  主回路部、１２，１２Ａ  制御部、１３  ゲート駆動部、１４  電流センサ、１５  ゼロクロス検出部、１６  表示器、２０  ＡＣ／ＤＣコンバータ、２１  ＤＣ／ＡＣコンバータ、２２  ３相ダイオードブリッジ、２３  平滑コンデンサ、３１，３２，３３，３４，３５，３６  スイッチング素子、４０，４０Ａ  駆動制御部、４１  制御信号生成部、４２，４２Ａ，５１，５１Ａ  電流周波数算出部、４３，５２  監視部、４４，５３  電流周波数自己診断部、４５，５４  電流周波数相互診断部、４６，５５  出力周波数自己診断部、５０，５０Ａ  安全機能部、６１，６２  電流符号信号生成部、６３，１１１  第１取得部、６４，１１２  第２取得部、６５，１１３  学習部、６６  周波数算出部、７１  ＰＷＭ信号生成部、７２  出力周波数算出部、８０  半波整流部、８１  オペアンプ、８２  フィルタ、８３  ヒステリシスコンパレータ、９１  コンパレータ、９２，９３，９４，９５，９６  抵抗、１００，１００Ａ  駆動制御システム、１１４  記憶部、１１５  出力部、Ｉｄｅｔ，Ｉｄｅｔｒ  電流検出信号、Ｉｓｉｇ１，Ｉｓｉｇ２  電流符号信号、Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２  規定範囲、Ｔｈ１，Ｔｈ２  符号反転閾値、ωｃ１，ωｃ２  電流周波数、ωｏｕｔ  出力周波数、ωｔｈ  規定速度制限値。
【要約】
電力変換装置は、主回路部と、制御部（１２）と、電流センサと、半波整流部とを備える。制御部（１２）は、電流周波数算出部（４２，５１）と、監視部（４３，５２）とを備える。電流周波数算出部（４２，５１）は、半波整流部によって半波整流された電流検出信号である電流検出信号の立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの少なくともいずれかに基づいて、電流周波数（ωｃ１，ωｃ２）を算出する。監視部（４３，５２）は、電流周波数算出部（４２，５１）によって算出された電流周波数（ωｃ１，ωｃ２）に基づいて、モータの速度を監視する。【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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