(57)【要約】【課題】保護機能付き冷却ファン複数台を用いて装置を冷却させる電力変換装置において、冷却ファンが異常となったことを安価でかつ容易に検出する。【解決手段】直流電力を供給する直流電力供給手段４、５と、直流電力供給手段４、５から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ６を備えた電力変換装置において、電力変換装置を冷却するための保護機能付きファン１０複数台と、この複数台の保護機能付きファン１０の各々の駆動モータの電流を夫々検出する電流検出手段１１と、前記電流検出手段の出力により保護機能付きファン１０の異常を判定するファン異常判定手段２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を供給する直流電力供給手段と、前記直流電力供給手段から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた電力変換装置において、
装置冷却用の保護機能付きファン複数台と、
前記複数台の保護機能付きファンの各々の駆動モータの電流を夫々検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の出力により前記保護機能付きファンの異常を判定するファン異常判定手段と
を具備したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記ファン異常判定手段は、
前記電流検出手段が検出した各々の駆動モータの電流のピーク値を得るための第１の処理手段を有し、この第１の処理手段の出力が第１の所定値を超えたとき、当該駆動モータに駆動される前記保護機能付きファンが異常であると判定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】
前記ファン異常判定手段は、
前記電流検出手段が検出した各々の駆動モータの電流が漸次増加することを検出するための第２の処理手段を有し、この第２の処理手段の出力が第２の所定値を超えたとき、当該駆動モータに駆動される前記保護機能付きファンが異常であると判定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４】
前記保護機能付きファンは２台であり、
前記ファン異常判定手段は、
前記電流検出手段が検出した２台の駆動モータの電流の差分のピーク値を得るための第１の処理手段を有し、この第１の処理手段の出力が第３の所定値を超えたとき、何れかの前記保護機能付きファンが異常であると判定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５】
前記保護機能付きファンは２台であり、
前記ファン異常判定手段は、
前記電流検出手段が検出した２台の駆動モータの電流の差分が漸次増加することを検出するための第２の処理手段を有し、この第２の処理手段の出力が第４の所定値を超えたとき、何れかの前記保護機能付きファンが異常であると判定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６】
前記第２の処理手段は、
各々の駆動モータの電流を所定時間分平均する平均値演算であることを特徴とする請求項３または請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
直流電力を供給する直流電力供給手段と、前記直流電力供給手段から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた電力変換装置において、
装置冷却用の保護機能付きファン２台と、
前記２台の保護機能付きファンの各々の駆動モータの差電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の出力により前記保護機能付きファンの異常を判定するファン異常判定手段と
を具備したことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台の冷却ファンを用いた電力変換装置に係り、特に冷却ファン異常判定手段を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置の構成の一例として、無停電電源装置がある。この無停電電源装置は、直流電源より供給される直流電力を入力とするインバータが所望の交流電圧を出力することによってインバータから負荷へ電力を供給するように構成されている。直流電源としては、交流電源とコンバータの組み合わせ、蓄電池、あるいはコンデンサ等が考えられる。
【０００３】
このような電力変換装置において、発熱体としてはインバータやコンバータのような変換器、変圧器、リアクトル、コンデンサなどがある。これらの発熱体を冷却する方法として、強制的に装置の中に外気（風）を通すことによって冷却を行う強制風冷方式がある。例えば、盤上部に冷却ファンを複数台配置し、盤下部から外気を取り込み盤上部の冷却ファンで風を盤外に排出することによって盤内を冷却する。通常、電力変換装置を冷却できる風量を保持するため冷却ファンを複数台配置し、常時これらの冷却ファンを運転して使用することによって電力変換装置の冷却性能を維持している。
【０００４】
これらの冷却ファンには、冷却ファンの内部に、冷却ファンの故障を検出するための故障検出回路を有しているものと、故障検出回路を有していないものがあった。故障検出回路を有している冷却ファンを使用する場合は、この故障検出回路の故障信号によって警報出力を行い、操作員や監視員に警報として理解できる信号を発していた。
【０００５】
一方、故障検出回路を有していない冷却ファンを使用する場合、その故障検出を行なうため温度検出、回転数検出、電流検出などが考えられており、温度検出と回転数検出を組み合わせて冷却ファンの異常と装置の異常を区別しようとする提案が為されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００７−２０２２９６号公報（第４−７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電力変換装置において、電気部品に対して、機械系の用品である冷却ファンは磨耗部分を有するため寿命が短い。従って、電力変換装置の装置設計寿命に対して、冷却ファンについては装置設計寿命内での交換が必要であった。故障検出回路付きの冷却ファンを用いた場合であっても、冷却ファンの経年寿命経過時にはその故障検出回路の信頼性が低下する。更に、故障検出としてサーマルプロテクタを使用した冷却ファンの場合、故障検出と同時に自ら回路を遮断する保護機能が付属し、しかも自動復帰型と呼ばれる自己回復機能付きのものが一般的であるため、冷却ファンがオンオフを繰り返すような異常な状況が生じても、故障検出回路が誤動作する恐れ、また作動しない恐れがあるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、保護機能付き冷却ファン複数台を用いて装置を冷却させる電力変換装置において、冷却ファンが異常となったことを確実に且つ容易に検出することが可能な電力変換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】
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、直流電力を供給する直流電力供給手段と、前記直流電力供給手段から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた電力変換装置において、装置冷却用の保護機能付きファン複数台と、前記複数台の保護機能付きファンの各々の駆動モータの電流を夫々検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の出力により前記保護機能付きファンの異常を判定するファン異常判定手段とを具備したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、保護機能付き冷却ファン複数台を用いて装置を冷却させる電力変換装置において、冷却ファンが異常となったことを確実に且つ容易に検出することが可能な電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の実施例１に係る電力変換装置を図１及び図２を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施例１に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図である。
【００１２】
交流電源によって２台の冷却ファン１０ａ及び１０ｂが駆動されており、各々の入力電流は電流検出器１１ａ、１１ｂによって夫々検出されファン異常判定回路２０に与えられている。ここで、例えば冷却ファン１０ａは、図１（ｂ）に示すように冷却ファン本体１２ａの入力側にサーマルプロテクタ１３ａが設けられている。サーマルプロテクタ１３ａは冷却ファン１０ａの所定部が第１の所定の温度を超えると電源をオフして冷却ファン１０ａの過熱保護を行なう。また、通常は自動復帰型の動作を行い、第１の所定の温度より低い第２の所定の温度以下になると再び電源をオンする。また、冷却ファン本体１２ａは、冷却ファン駆動電動機とこの電動機によって駆動されるブレード部より構成されているが、ここでは簡単のため一体構成として図示している。
【００１３】
以下、ファン異常判定回路２０の内部構成を説明する。
【００１４】
電流検出器１１ａ、１１ｂの出力はＡ／Ｄ変換回路２１ａ、２１ｂに夫々入力される。そしてＡ／Ｄ変換回路２１ａ、２１ｂの出力は差分回路２２に与えられ、各々の電流の差分が絶対値回路２３に与えられる。絶対値回路２３の出力はピーク・ホールド回路２４に入力され、ピーク値が保持される。そしてピーク・ホールド回路２４の出力は比較回路２５において設定器２６で設定された異常レベルと比較され、異常レベルを超えたとき、比較回路２５はファン異常の警告信号を出力する。
【００１５】
図２は、図１（ａ）の冷却ファン異常検出部が適用される電力変換装置の一例を示す主回路構成図である。交流電源１から与えられる交流電力は電力変換装置２を介して負荷３に供給される。電力変換装置２はコンバータ５で交直変換を行ない、インバータ６で直流を交流に変換し、インバータトランス７、フィルタコンデンサ８を介して負荷３に交流電力を供給する。インバータ６の入力には蓄電池１が接続され、交流電源１が停電したときにこの蓄電池１がインバータ６に直流電力を供給する。
【００１６】
図２の構成において発熱体はコンバータ５、インバータ６、インバータトランス７及びフィルタコンデンサ８でありこれらを盤内に収納して図１に示した２台の冷却ファン１０ａ及び１０ｂによって冷却する。尚、特に発熱の多いコンバータ５とインバータ６だけを冷却する構造とする場合もある。
【００１７】
上記構成における作用、効果について以下説明する。
【００１８】
冷却ファン１０ａ及び１０ｂのうち一方の冷却ファンがベアリングの異常などによって拘束状態で故障すると、故障電流としてファン拘束電流が流れるため、電流検出器１１及び差分回路２２の出力に拘束電流分が検出される。この拘束電流を絶対値回路２３及びピーク・ホールド回路２４を用いてそのピーク値を直流量化する。そして、比較回路２５において設定器２６で設定された異常レベルとの比較を行えば、一方の冷却ファンの故障検出が可能となる。ファン拘束電流は正弦波と考えられるので、ピーク・ホールド回路２４はピーク電流を約１サイクル間ホールドする程度の回路構成で構わない。
【００１９】
また、冷却ファン１０ａ及び１０ｂのうち一方の冷却ファンが断線した場合を考える。断線した相の電流を検出した場合には電流がゼロになるため差分回路２２の出力の絶対値が増大し、異常検出が可能となる。断線した相でない相の電流を検出した場合は、単相運転電流のピークが通常時より増大するのでやはり差分回路２２の出力の絶対値が増大し、異常検出が可能となる。
【実施例２】
【００２０】
図３は本発明の実施例２に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、ファン異常判定回路２０Ａにおいて、絶対値回路２３の出力の平均値を検出する平均値回路２７、この平均値回路２７の出力が設定器２９で設定された異常レベルを超えたとき異常信号を出力する比較回路２８、及び比較回路２５と比較回路２８の出力を入力とするＯＲ回路３０を設け、ＯＲ回路３０の出力により警報を与える構成とした点である。
【００２１】
この構成において、平均値回路２７は冷却ファン１０ａ及び１０ｂの駆動モータの電流の差分が漸次増加することを検出することが可能となる。冷却ファン１０のベアリング等が磨耗してくると負荷電流が増大するので、これを平均値回路２７によって検出する。尚、平均値検出に代えて実効値を検出しても良い。また、ＯＲ回路３０をＡＮＤ回路に代えても良い。
【００２２】
平均値回路２７は、ファン拘束電流も基本的に検出可能であるので、この実施例２によれば、検出方式を多重化することによって、ファン異常判定回路の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【実施例３】
【００２３】
図４は本発明の実施例３に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図である。この実施例３の各部について、図１の本発明の実施例１に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、冷却ファン１０ｃ、電流検出器１１ｃを追加して３台の冷却ファンの構成とした点、ファン異常判定回路２０Ｂにおいて、差分回路２２を省略し、各々のＡＤ変換回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃに対応して絶対値変換回路２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、ピーク・ホールド回路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、及び設定器２６ａ、２６ｂ、２６ｃを夫々設け、ピーク・ホールド回路２４ａ、２４ｂ、２４ｃの夫々の出力が設定器２６ａ、２６ｂ、２６ｃで設定された異常レベルを超えたとき、比較回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃが夫々異常信号を出力するようにした点、また比較回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃの出力信号を入力とするＯＲ回路３１を設け、このＯＲ回路３１の出力を警報出力とした点である。
【００２４】
前述したように冷却ファン１０が故障する場合、ファン拘束電流が流れる。従って、個々のファン拘束電流そのものが所定値を超えたかどうかを判定するようにしても冷却ファン１０の故障を検出することが可能となる。この実施例３によれば、複数台の冷却ファンが同時に故障してもその検出が可能になる。またＯＲ回路３１の入力信号を監視すれば、どの冷却ファンが異常となったかを判別することもできる。
【実施例４】
【００２５】
図５は本発明の実施例４に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図である。この実施例４の各部について、図４の本発明の実施例３に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例４が実施例３と異なる点は、ファン異常判定回路２０Ｃにおいて、絶対値回路２３ａ、２３ｂ、２３ｃの出力の平均値を検出する平均値回路２７ａ、２７ｂ、２７ｃを設けた点、この平均値回路２７ａ、２７ｂ、２７ｃの各々の出力が設定器２９ａ、２９ｂ、２９ｃで夫々設定された異常レベルを超えたとき異常信号を出力する比較回路２８ａ、２８ｂ、２８ｃを設けた点、また比較回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃと比較回路２８ａ、２８ｂ、２８ｃの出力を夫々入力とするＯＲ回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃを設け、ＯＲ回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃの出力により警報を与える構成とした点、更に、ＯＲ回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃの出力をＯＲ回路３１に与え、ＯＲ回路３１の出力を警報出力とした点である。
【００２６】
このように構成することによって、個々の冷却ファンの負荷電流そのものの平均値が所定値を超えたかどうかを判定するようにしても冷却ファン１０の故障を検出することが可能となる。この実施例４によれば、複数台の冷却ファンが同時に故障してもその検出が可能になる。またＯＲ回路３１Ａの入力信号を監視すれば、どの冷却ファンが異常となったかを判別することもできる。
【実施例５】
【００２７】
図６は本発明の実施例５に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図である。この実施例５の各部について、図１の本発明の実施例１に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例５が実施例１と異なる点は、電流検出器１１ａ、１１ｂに代えて冷却ファン１０ａと冷却ファン１０ｂの電流の差分を直接検出する電流検出器１１を設けた点、ファン異常判定回路２０Ｄにおいて、Ａ／Ｄ変換回路２１ａ、２１ｂに代えて電流検出器１１の検出電流を入力とするＡ／Ｄ変換回路２１を設けるとともに差分回路２２を省略した点である。
【００２８】
このように、一方のファン電流の入力方向と他方のファン電流の入力方向が逆方向となるように電流検出器１１を構成し、ファン電流の差分を直接検出するようにすれば、ファン異常判定回路を更に簡単な構成とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図。
【図２】電力変換装置の一例を示す主回路構成図。
【図３】本発明の実施例２に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図。
【図４】本発明の実施例３に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図
【図５】本発明の実施例４に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図。
【図６】本発明の実施例２に係る電力変換装置の冷却ファン異常検出部のブロック構成図。
【符号の説明】
【００３０】
１  交流電源
２  電力変換装置
３  負荷
４  蓄電池
５  コンバータ
６  インバータ
７  インバータトランス
８  フィルタコンデンサ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  冷却ファン
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  電流検出器
１２ａ  冷却ファン本体
１３ａ  サーマルプロテクタ
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  ファン異常判定回路
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  Ａ／Ｄ変換回路
２２  差分回路
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ  絶対値回路
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ  ピーク・ホールド回路
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ  比較回路
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ  設定器
２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ  平均値回路
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ  比較回路
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ  設定器
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ  ＯＲ回路
３１  ＯＲ回路
【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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