(57)【要約】  電動機制御装置は、互いに並列に接続される複数の電動機に電圧を供給する電力変換装置と、複数の電動機に対応して設けられ、電力変換装置との接続状態および切断状態を切り替える複数のリレーと、電力変換装置および複数のリレーを制御するコントローラと、を有し、コントローラは、複数の電動機の運転履歴を記憶する情報保持手段と、情報保持手段が記憶する各電動機の運転履歴に基づいて、各電動機の負荷が均等になるように複数のリレーを制御する切替制御手段と、を有するものである。
2020202469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列に接続される複数の電動機に電圧を供給する電力変換装置と、
前記複数の電動機に対応して設けられ、前記電力変換装置との接続状態および切断状態を切り替える複数のリレーと、
前記電力変換装置および前記複数のリレーを制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記複数の電動機の運転履歴を記憶する情報保持手段と、
前記情報保持手段が記憶する前記各電動機の運転履歴に基づいて、各電動機の負荷が均等になるように前記複数のリレーを制御する切替制御手段と、
を有する電動機制御装置。
【請求項２】
前記情報保持手段は、前記各電動機の運転履歴として、前記各電動機の駆動時間を記憶し、
前記切替制御手段は、
前記各電動機の駆動時間が均等になるように、前記複数のリレーを制御する、請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記各電動機に流れる電流および前記各電動機の回転数を検出する測定部を有し、
前記コントローラは、前記各電動機の運転履歴に基づいて、前記各電動機の負荷を示す値を算出する計算手段をさらに有し、
前記情報保持手段は、前記各電動機の運転履歴として、前記各電動機の駆動時間、前記電流および前記回転数を記憶し、
前記計算手段は、前記各電動機について、前記駆動時間と前記電流とを乗算した値を時間積分した電流積分値と、前記駆動時間と前記回転数とを乗算した値を時間積分した回転数積分値とを算出し、
前記切替制御手段は、
前記計算手段によって算出された、前記電流積分値および前記回転数積分値のうち、一方または両方に基づいて、前記各電動機の負荷が均等になるように前記複数のリレーを制御する、請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記測定部は、前記各電動機の音、温度および湿度を測定し、
前記計算手段は、前記測定部が検出した前記各電動機に流れる前記電流に基づいて前記各電動機の巻線抵抗値および消費電力を算出し、
前記情報保持手段は、前記各電動機の疲労度を算出する疲労度算出式と、前記各電動機について、前記駆動時間、前記電流、前記回転数、前記音、前記巻線抵抗値、前記温度、前記湿度および前記消費電力を含む複数の状態変数とを記憶し、
前記計算手段は、前記各電動機について、前記情報保持手段が記憶する前記複数の状態変数のうち、１つ以上の状態変数と前記疲労度算出式とを用いて疲労度を算出し、
前記切替制御手段は、
前記各電動機の前記疲労度が均等になるように前記複数のリレーを制御する、請求項３に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記計算手段は、前記複数の電動機について経年疲労度を示す基準疲労度と、前記各電動機について前記疲労度算出式から算出された疲労度とを比較し、算出された疲労度が前記基準疲労度に近づくように前記疲労度算出式を更新する機械学習手段を有する、請求項４に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記計算手段の算出結果を外部に出力する通信手段を有し、
前記計算手段が、前記各電動機について前記疲労度に基づいて寿命までの残り時間を算出し、
前記通信手段は、前記残り時間が決められた閾値時間以下である場合、警報を外部に出力し、前記複数の電動機のうち、いずれかの電動機に異常が発生した場合、異常が発生した電動機を示す異常情報を外部に出力する、請求項５に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記通信手段は、ネットワークを介してサーバと接続され、前記警報および前記異常情報のうち、一方または両方を前記サーバに出力する、請求項６に記載の電動機制御装置。
【請求項８】
前記切替制御手段は、
前記複数の電動機のうち、一部の電動機が起動する際、前記複数の電動機のうち、負荷が小さい方の前記一部の電動機の台数に相当する電動機に対応する前記リレーを接続状態にし、他の電動機に対応する前記リレーを切断状態に制御する、請求項２〜７のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項９】
前記切替制御手段は、前記複数の電動機のうち、いずれかの電動機に異常が発生すると、異常が発生した電動機に対応する前記リレーを前記切断状態にし、正常に運転する電動機に対応する前記リレーを前記接続状態にする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電動機を制御する電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータの駆動装置では、モータが自由に回転できる状態になっていると、自由に回転するモータが回生充電を行ったり、他のモータの負荷になったりすることで、基板に破損が生じることがあった。その対策の一例として、インバータと各モータとがスイッチを介して接続され、モータ毎にインバータと接続および切断することで、自由な回転状態のモータを他のモータから切り離す駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５９５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された駆動装置では、複数のモータのうち、一部のモータに負荷が集中してしまうことがある。そのため、他のモータに比べて負荷が大きいモータは、通常の寿命よりも早い段階で使用できなくなってしまう。負荷の小さい他のモータは使用できるのに、早い段階で寿命に達してしまったモータを交換しなければならない。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の電動機の全てをより長く運転できるようにした電動機制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電動機制御装置は、互いに並列に接続される複数の電動機に電圧を供給する電力変換装置と、前記複数の電動機に対応して設けられ、前記電力変換装置との接続状態および切断状態を切り替える複数のリレーと、前記電力変換装置および前記複数のリレーを制御するコントローラと、を有し、前記コントローラは、前記複数の電動機の運転履歴を記憶する情報保持手段と、前記情報保持手段が記憶する前記各電動機の運転履歴に基づいて、各電動機の負荷が均等になるように前記複数のリレーを制御する切替制御手段と、を有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の電動機について負荷が分散することで、電動機の負荷を均等化できる。そのため、複数の電動機が均等により長く運転することができ、全ての電動機の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示した電力変換装置の一構成例を示す図である。
【図３】図１に示したコントローラの一構成例を示す機能ブロック図である。
【図４】図３に示した切替制御手段が行う切り替え制御の一例を示すテーブルである。
【図５】図１に示した電動機制御装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】図１に示した電動機制御装置の動作手順について別の例を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２に係る電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。
【図８】図７に示したコントローラの一構成例を示す機能ブロック図である。
【図９】図７に示した電動機制御装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示したリレー切り替え制御の一例を説明するための図である。
【図１１】実施の形態３に係る電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示したコントローラの一構成例を示す機能ブロック図である。
【図１３】図１２に示した機械学習手段の一構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１１に示した電動機制御装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【図１５】図１４に示したステップＳ３０４の処理の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【図１６】実施の形態４に係る電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。
【図１７】図１６に示したコントローラの一構成例を示す機能ブロック図である。
【図１８】図１６に示した電動機制御装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【図１９】図１６に示した電動機制御装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
本実施の形態１の電動機制御装置の構成を説明する。図１は、実施の形態１に係る電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。図１に示すように、電動機制御装置１は、直流電圧を三相交流電圧に変換する電力変換装置３と、電力変換装置３と並列に接続されるリレー４ａおよび４ｂと、電力変換装置３とリレー４ａおよび４ｂとを制御するコントローラ１０とを有する。電力変換装置３の出力側に接続される三相電力線２１は２つに分岐され、分岐した一方の三相電力線２１ａはリレー４ａに接続され、分岐した他方の三相電力線２１ｂはリレー４ｂに接続されている。
【００１０】
リレー４ａには三相電力線２２ａを介して電動機６ａが接続されている。リレー４ｂには三相電力線２２ｂを介して電動機６ｂが接続されている。電動機６ａの回転軸にファン５ａが取り付けられている。電動機６ｂの回転軸にファン５ｂが取り付けられている。電動機６ａおよび６ｂは、同等の仕様および性能の電動機である。そのため、電動機６ａおよび６ｂは使用耐用年数である寿命が同等である。
【００１１】
リレー４ａは、コントローラ１０から受信する切替指示信号ＳＷにしたがって、電動機６ａを電力変換装置３と電気的に接続するオン状態と、電動機６ａを電力変換装置３と電気的に切断するオフ状態との２つの状態を相互に切り替える。リレー４ｂは、コントローラ１０から受信する切替指示信号ＳＷにしたがって、電動機６ｂを電力変換装置３と電気的に接続するオン状態と、電動機６ｂを電力変換装置３と電気的に切断するオフ状態との２つの状態を相互に切り替える。
【００１２】
電動機６ａおよび６ｂのそれぞれは、図に示さない回転子および固定子を有する。固定子は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相の巻線を有する。回転子には永久磁石が設けられている。電力変換装置３から各電動機に三相電圧が印加され、巻線に電流が流れることで、固定子は、回転子の周囲に回転磁界を発生させる。なお、図に示していないが、電動機６ａおよび６ｂの各電動機に、回転子の位置を検出する磁気センサが設けられていてもよい。また、磁気センサの代わりに、三相電力線２２ａおよび２２ｂのそれぞれに電流センサが設けられていてもよい。これらのセンサは、図に示さない信号線を介してコントローラ１０と接続される。
【００１３】
コントローラ１０には、図に示さない、上位の制御装置から電動機６ａおよび６ｂの動作に関する指令ＣＳが入力される。指令ＣＳは、例えば、電動機６ａおよび６ｂに対する単独駆動または両方駆動についての停止命令および開始命令である。指令ＣＳは、駆動対象の電動機に対する回転速度の指令値である速度指令値を含んでいてもよい。
【００１４】
本実施の形態１では、電動機６ａおよび６ｂは、例えば、熱交換器を含む冷媒回路を有する空気調和装置に設けられている。電動機６ａおよび６ｂは、１つの熱交換器に空気を供給する役目を果たす。空気調和装置を制御する制御装置（不図示）が、コントローラ１０に指令ＣＳを送る上位の制御装置に相当する。
【００１５】
図２は、図１に示した電力変換装置の一構成例を示す図である。図２は、図１に示した電力変換装置３がインバータ２５の場合を示す。以下では、電力変換装置３がインバータ２５の場合で説明する。図２に示す構成例では、インバータ２５に電源７が接続されている。インバータ２５は電源７から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換する。インバータ２５は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相に対応して、一対のスイッチング素子を３組備えている。
【００１６】
図２に示すように、インバータ２５は、Ｕ相に関して、電源７の正極側に接続されるスイッチング素子５１と、電源７の負極側に接続されるスイッチング素子５２とを有する。スイッチング素子５１には逆流防止素子６１が並列に接続され、スイッチング素子５２には逆流防止素子６２が並列に接続されている。また、インバータ２５は、Ｖ相に関して、電源７の正極側に接続されるスイッチング素子５３と、電源７の負極側に接続されるスイッチング素子５４とを有する。スイッチング素子５３に逆流防止素子６３が並列に接続され、スイッチング素子５４に逆流防止素子６４が並列に接続されている。インバータ２５は、Ｗ相に関して、電源７の正極側に接続されるスイッチング素子５５と、電源７の負極側に接続されるスイッチング素子５６とを有する。スイッチング素子５５に逆流防止素子６５が並列に接続され、スイッチング素子５６に逆流防止素子６６が並列に接続されている。
【００１７】
次に、図１に示したコントローラ１０の構成を説明する。図３は、図１に示したコントローラの一構成例を示す機能ブロック図である。図１に示すように、コントローラ１０は、プログラムを記憶するメモリ１２と、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１とを有する。図３に示すように、コントローラ１０は、インバータ２５の出力を制御する電力制御手段１３と、電動機６ａおよび６ｂの運転履歴を記憶する情報保持手段１４と、リレー４ａおよび４ｂを制御する切替制御手段１５と、時間を計測するタイマー１６とを有する。情報保持手段１４はメモリ１２に設けられている。ＣＰＵ１１がプログラムを実行することで、電力制御手段１３および切替制御手段１５が構成される。
【００１８】
電力制御手段１３は、指令ＣＳに含まれる速度指令値に対応する三相電圧指令値を生成してインバータ２５に出力することで、インバータ２５に対してＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行う。電動機６ａおよび６ｂの各電動機に回転子の位置を検出する磁気センサが設けられている場合、電力制御手段１３は、各電動機の磁気センサの検出値に基づいて、駆動する電動機の回転速度を把握する。三相電力線２２ａおよび２２ｂのそれぞれに電流センサが設けられている場合、電力制御手段１３は、これらの電流センサの検出値を用いてセンサレスベクトル制御を行うことで、駆動する電動機の回転速度を把握する。電力制御手段１３は、指令ＣＳの情報を切替制御手段１５に通知する。
【００１９】
切替制御手段１５は、リレー４ａおよび４ｂの各リレーについて、オン状態の時間をタイマー１６で計測し、計測結果を情報保持手段１４に記録する。リレー４ａのオン状態の計測時間は電動機６ａの駆動時間Ｔｄａに相当し、リレー４ｂのオン状態の計測時間は電動機６ｂの駆動時間Ｔｄｂに相当する。本実施の形態１では、情報保持手段１４は、電動機６ａおよび６ｂの運転履歴として、電動機６ａおよび６ｂの駆動時間を記憶する。情報保持手段１４が記憶する各電動機の駆動時間は、電動機６ａおよび６ｂの各電動機の運転状態に対応して随時、更新される。
【００２０】
切替制御手段１５は、情報保持手段１４が記憶する、各電動機の運転履歴に基づいて、各電動機の負荷が均等になるように、リレー４ａおよび４ｂを制御する。図４は、図３に示した切替制御手段が行う切り替え制御の一例を示すテーブルである。このテーブルは情報保持手段１４に記憶されている。切替制御手段１５は、指令ＣＳが単独駆動の指示である場合、電動機６ａの駆動時間Ｔｄａと電動機６ｂの駆動時間Ｔｄｂとを比較する。比較の結果、Ｔｄａ＞Ｔｄｂである場合、切替制御手段１５は、オフ状態を指示する切替指示信号ＳＷをリレー４ａに送信し、オン状態を指示する切替指示信号ＳＷをリレー４ｂに送信する。この場合、リレー４ａがオフ状態になり、リレー４ｂがオン状態になるため、インバータ２５から電力が電動機６ｂに供給され、電動機６ｂが単独で駆動する。
【００２１】
切替制御手段１５は、駆動時間Ｔｄａと駆動時間Ｔｄｂとを比較した結果、Ｔｄａ≦Ｔｄｂである場合、オン状態を指示する切替指示信号ＳＷをリレー４ａに送信し、オフ状態を指示する切替指示信号ＳＷをリレー４ｂに送信する。この場合、リレー４ａがオン状態になり、リレー４ｂがオフ状態になるため、インバータ２５から電力が電動機６ａに供給され、電動機６ａが単独で駆動する。なお、図４は、Ｔｄａ＝Ｔｄｂである場合、切替制御手段１５は、リレー４ａをオン状態にし、リレー４ｂをオフ状態にすることを示しているが、リレー４ａをオフ状態にし、リレー４ｂをオン状態にしてもよい。Ｔｄａ＝Ｔｄｂである場合、切替制御手段１５は、リレー４ａおよび４ｂのうち、いずれか一方をオン状態にし、他方をオフ状態にすればよい。
【００２２】
一方、指令ＣＳが両方駆動の指示である場合、切替制御手段１５は、オン状態を指示する切替指示信号ＳＷをリレー４ａおよび４ｂに送信する。この場合、リレー４ａおよび４ｂの両方のリレーがオン状態になるので、インバータ２５から電力が電動機６ａおよび６ｂに並列に供給され、電動機６ａおよび６ｂの両方が駆動する。
【００２３】
なお、図１では、制御対象の電動機が電動機６ａおよび６ｂの２台の場合を示しているが、制御対象の電動機の台数は２台に限らず、３台以上であってもよい。電動機が３台以上の場合、電動機が２台の場合と同様に、各電動機と電力変換装置３と接続する三相電力線のそれぞれにリレーが設けられる。３台以上の電動機のうち、一部の電動機が起動する場合、切替制御手段１５は、３台以上の電動機のうち、負荷が小さい方から順に一部の電動機の台数に相当する電動機に対応するリレーをオン状態にし、他の電動機に対応するリレーをオフ状態に制御すればよい。例えば、３台以上の電動機のうち、２台の電動機が起動する場合、切替制御手段１５は、３台の電動機のうち、負荷が小さい方の２台の電動機に対応するリレーをオン状態にし、残りの１台の電動機に対応するリレーをオフ状態に制御する。
【００２４】
次に、本実施の形態１の電動機制御装置１の動作を説明する。電動機６ａおよび６ｂが停止している状態で、２台の電動機のうち、一方または両方を起動する場合について説明する。図５は、図１に示した電動機制御装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【００２５】
切替制御手段１５は、電力制御手段１３がインバータ２５を動作させようとしているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。電力制御手段１３がインバータ２５を動作しようとしている場合、切替制御手段１５は、電力制御手段１３から通知される指令ＣＳの情報から、電力制御手段１３が電動機６ａまたは６ｂを単独で駆動させようとしているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００２６】
電動機６ａまたは６ｂが単独で駆動する場合、切替制御手段１５は、駆動時間Ｔｄａと駆動時間Ｔｄｂとを比較する（ステップＳ１０３）。比較の結果、Ｔｄａ＞Ｔｄｂである場合（ステップＳ１０４）、切替制御手段１５は、リレー４ａをオフ状態にし、リレー４ｂをオン状態にする（ステップＳ１０５）。その後、電力制御手段１３がインバータ２５に動作を開始させると、電動機６ｂが駆動を開始するが、電動機６ａは停止した状態を維持する。
【００２７】
ステップＳ１０４の判定の結果、Ｔｄａ≦Ｔｄｂである場合、切替制御手段１５は、リレー４ａをオン状態にし、リレー４ｂをオフ状態にする（ステップＳ１０６）。その後、電力制御手段１３がインバータ２５に動作を開始させると、電動機６ａが駆動を開始するが、電動機６ｂは停止した状態を維持する。一方、ステップＳ１０１の判定の結果、インバータ２５が動作しない場合、切替制御手段１５は、リレー４ａおよび４ｂの両方をオフ状態に維持する（ステップＳ１０８）。また、ステップＳ１０２の判定の結果、切替制御手段１５は、電力制御手段１３が電動機６ａおよび６ｂの両方を駆動させようとしている場合、リレー４ａおよび４ｂの各リレーをオン状態にする。
【００２８】
このようにして、電動機制御装置１は、電動機６ａおよび６ｂのうち、一方を起動する際、運転履歴を参照して、駆動時間の短い電動機を起動させることで、電動機６ａおよび６ｂに負荷を分散する。その結果、電動機６ａおよび６ｂの各電動機の長寿命化を図ることができる。
【００２９】
次に、電動機６ａおよび６ｂのうち、一方または両方が運転している状態における、電動機制御装置１の動作を説明する。図６は、図１に示した電動機制御装置の動作手順について別の例を示すフローチャートである。図６では、電動機６ａおよび６ｂのいずれもが動作していない場合の動作も示している。
【００３０】
切替制御手段１５は、周期Ｔ１で、図６に示す手順にしたがって動作する。周期Ｔ１は、例えば、３０分〜１時間である。切替制御手段１５は、インバータ２５が動作中か否かを判定する（ステップＳ１２１）。インバータ２５が動作中の場合、切替制御手段１５は、電動機６ａまたは６ｂが単独で駆動しているか否かを判定する（ステップＳ１２２）。切替制御手段１５は、現在のリレー４ａおよび４ｂの状態から、電動機６ａまたは６ｂが単独駆動であるか否かを判定できる。
【００３１】
電動機６ａまたは６ｂが単独で駆動している場合、切替制御手段１５は、駆動時間Ｔｄａと駆動時間Ｔｄｂとを比較する（ステップＳ１２３）。比較の結果、Ｔｄａ＞Ｔｄｂである場合（ステップＳ１２４）、切替制御手段１５は、電力制御手段１３がインバータ２５の動作を停止させるタイミングに合わせて、リレー４ａをオフ状態にし、リレー４ｂをオン状態にする（ステップＳ１２５）。その後、電力制御手段１３がインバータ２５に動作を開始させると、電動機６ａの代わりに、電動機６ｂが駆動を開始する。
【００３２】
ステップＳ１２４の判定の結果、Ｔｄａ≦Ｔｄｂである場合、切替制御手段１５は、電力制御手段１３がインバータ２５の動作を停止させるタイミングに合わせて、リレー４ａをオン状態にし、リレー４ｂをオフ状態にする（ステップＳ１２６）。その後、電力制御手段１３がインバータ２５に動作を開始させると、電動機６ｂの代わりに、電動機６ａが駆動を開始する。なお、インバータ２５が動作していない場合、切替制御手段１５は、リレー４ａおよび４ｂの両方をオフ状態に維持する（ステップＳ１２８）。また、切替制御手段１５は、電動機６ａおよび６ｂの両方が駆動している場合、リレー４ａおよび４ｂの各リレーをオン状態に維持する（ステップＳ１２７）。
【００３３】
このようにして、インバータ２５が動作中であっても、インバータ２５が出力を一旦、停止した後、インバータ２５が出力を再開するタイミングで、切替制御手段１５が、駆動する電動機を、駆動時間の短い電動機に切り替える。その結果、電動機６ａおよび６ｂに負荷が分散し、電動機６ａおよび６ｂの各電動機の長寿命化を図ることができる。
【００３４】
本実施の形態１の電動機制御装置１は、互いに並列に接続される電動機６ａおよび６ｂに電圧を供給する電力変換装置３と、電力変換装置３との接続状態および切断状態を切り替える複数のリレー４ａおよび４ｂと、コントローラ１０とを有する。コントローラ１０は、電動機６ａおよび６ｂの運転履歴を記憶する情報保持手段１４と、情報保持手段１４が記憶する各電動機の運転履歴に基づいて、各電動機の負荷が均等になるように複数のリレー４ａおよび４ｂを制御する切替制御手段１５と、を有する。
【００３５】
本実施の形態１によれば、複数の電動機６ａおよび６ｂについて負荷に関係する駆動時間が分散することで、電動機の負荷を均等化できる。そのため、電動機６ａおよび６ｂが均等により長く運転することができ、全ての電動機６ａおよび６ｂの長寿命化を図れる。また、複数の電動機６ａおよび６ｂが負荷を分散して駆動することで、負荷の大きい一部の電動機が無理に駆動することが抑制され、駆動効率が低下することを防げる。その結果、省エネルギー効果が向上する。
【００３６】
従来、複数の電動機の制御方法の一例として、複数の電動機を主電動機と副電動機とに分類し、通常時は主電動機を単独駆動させ、大きな駆動力が必要な場合に主電動機および副電動機の両方を駆動する方法がある。この場合、主電動機は、副電動機よりも長寿命な電動機が選択される。例えば、主電動機の仕様は寿命が１５年であり、副電動機の仕様は寿命が１０年である。
【００３７】
一方、複数の電動機が搭載される装置の制約および製造コストなどを理由に、複数の電動機の性能が同じでなければならないことがある。例えば、電動機のメーカから、性能の異なる２種類の電動機を種類毎に購入するよりも、同じ性能の電動機を多く購入した方が、量産効果で購入コストが小さくなることがある。複数の電動機の性能が同じである場合、電動機の寿命が１５年という仕様が課せられた場合、どの電動機の負荷が大きくなっても、１５年間以上駆動という条件を満たすには、全ての電動機を寿命が１５年以上のものを選択する必要がある。
【００３８】
これに対して、本実施の形態１の電動機制御装置１は、複数の電動機の負荷を分散する制御を行う。そのため、本実施の形態１では、寿命が１０年の複数の電動機の負荷を分散して駆動する制御を行うことで、見かけ上、複数の電動機の全ての寿命を１５年にすることができる。その結果、複数の電動機の全てに寿命が１５年のものを選択する場合に比べて、複数の電動機が搭載される装置にかかる原価コストを低減できる。
【００３９】
実施の形態２．
本実施の形態２は、電動機６ａおよび６ｂの負荷判定に用いるパラメータが実施の形態１の場合と異なるものである。本実施の形態２では、実施の形態１で説明した構成と同様な構成について同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４０】
本実施の形態２の電動機制御装置の構成を説明する。図７は、実施の形態２に係る電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。図８は、図７に示したコントローラの一構成例を示す機能ブロック図である。
【００４１】
図７に示す電動機制御装置１ａには、図１に示した構成と比較すると、電流センサ３１ａおよび３１ｂと、回転検出器３２ａおよび３２ｂとがさらに設けられている。電流センサ３１ａは三相電力線２２ａに設けられ、電流センサ３１ｂは三相電力線２２ｂに設けられている。回転検出器３２ａは電動機６ａに設けられ、回転検出器３２ｂは電動機６ｂに設けられている。図８に示す測定部３０は、電流センサ３１ａおよび３１ｂと、回転検出器３２ａおよび３２ｂとを含む構成である。
【００４２】
電流センサ３１ａは三相電力線２２ａに流れる電流を検出する。電流センサ３１ｂは三相電力線２２ｂに流れる電流を検出する。回転検出器３２ａは電動機６ａの回転数［ｒｐｍ］を検出する。回転検出器３２ｂは電動機６ｂの回転数［ｒｐｍ］を検出する。回転検出器３２ａおよび３２ｂは、例えば、フォトインタラプタを有する。例えば、スリットを有する円板が電動機６ａの回転軸に設けられ、フォトインタラプタはスリットを通過する光を検出する。回転検出器３２ａは、１分間にフォトインタラプタによって光が検出される回数をカウントすることで、電動機６ａの回転数を算出する。
【００４３】
電流センサ３１ａおよび３１ｂのそれぞれが信号線を介してコントローラ１０ａと接続され、回転検出器３２ａおよび３２ｂのそれぞれが信号線を介してコントローラ１０ａと接続されているが、図７では、信号線を図に示すことを省略している。電流センサ３１ａおよび３１ｂのそれぞれは、検出する電流値をコントローラ１０ａに出力する。回転検出器３２ａおよび３２ｂのそれぞれは、検出する回転数をコントローラ１０ａに出力する。
【００４４】
図８に示すように、コントローラ１０ａは、図３に示した構成の他に、電動機６ａおよび６ｂの各電動機の運転履歴に基づいて、各電動機の負荷を示す値を算出する計算手段１７を有する。計算手段１７は、電動機６ａについて、駆動時間Ｔｄａと電流センサ３１ａによって検出される電流とを乗算した値を時間積分して電流積分値ＩＮＴｉａを算出する。計算手段１７は、電動機６ａについて、駆動時間Ｔｄａと回転検出器３２ａによって検出される回転数とを乗算した値を時間積分して回転数積分値ＩＮＴｒａを算出する。また、計算手段１７は、電動機６ｂについても電動機６ａと同様に、駆動時間Ｔｄｂ、電流センサ３１ｂによって検出される電流値および回転検出器３２ｂによって検出される回転数を用いて、電流積分値ＩＮＴｉｂおよび回転数積分値ＩＮＴｒｂを算出する。
【００４５】
切替制御手段１５は、電動機６ａおよび６ｂについて、電流積分値および回転数積分値のうち、一方または両方に基づいて、各電動機の負荷が均等になるように、リレー４ａおよび４ｂを制御する。例えば、負荷の判定に電流積分値を用いる場合、切替制御手段１５は、電流積分値ＩＮＴｉａと電流積分値ＩＮＴｉｂとを比較し、ＩＮＴｉａ＞ＩＮＴｉｂである場合、リレー４ａをオフ状態にし、リレー４ｂをオン状態にする。
【００４６】
本実施の形態２では、図８に示すように、電力制御手段１３は、電流センサ３１ａおよび３１ｂの検出値を用いてセンサレスベクトル制御を行うことで、電動機６ａおよび６ｂの回転速度を把握してもよい。
【００４７】
なお、本実施の形態２では、回転検出器３２ａおよび３２ｂが回転数を検出する場合で説明したが、回転検出器３２ａおよび３２ｂがフォトインタラプタであってもよい。この場合、計算手段１７が、１分間にフォトインタラプタによって光が検出される回数をカウントすることで回転数を算出すればよい。
【００４８】
次に、本実施の形態２の電動機制御装置１ａの動作を説明する。図９は、図７に示した電動機制御装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。図９に示すステップＳ２０７およびＳ２０８は、図６を参照して説明したステップＳ１２７およびＳ１２８の動作と同様になるため、本実施の形態２では、その詳細な説明を省略する。
【００４９】
切替制御手段１５は、周期Ｔ１で、図９に示す手順にしたがって動作する。切替制御手段１５は、インバータ２５が動作中か否かを判定する（ステップＳ２０１）。インバータ２５が動作中の場合、切替制御手段１５は、電動機６ａまたは６ｂが単独で駆動しているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。切替制御手段１５は、現在のリレー４ａおよび４ｂの状態から、電動機６ａまたは６ｂが単独駆動であるか否かを判定できる。
【００５０】
電動機６ａまたは６ｂが単独で駆動している場合、切替制御手段１５は、計算手段１７によって算出される、電流積分値ＩＮＴｉａと電流積分値ＩＮＴｉｂとを比較する（ステップＳ２０３）。比較の結果、ＩＮＴｉａ＞ＩＮＴｉｂである場合（ステップＳ２０４）、切替制御手段１５は、電力制御手段１３がインバータ２５の動作を停止させるタイミングに合わせて、リレー４ａをオフ状態にし、リレー４ｂをオン状態にする（ステップＳ２０５）。その後、電力制御手段１３がインバータ２５に動作を開始させると、電動機６ａの代わりに、電動機６ｂが駆動を開始する。
【００５１】
ステップＳ２０４の判定の結果、ＩＮＴｉａ≦ＩＮＴｉｂである場合、切替制御手段１５は、電力制御手段１３がインバータ２５の動作を停止させるタイミングに合わせて、リレー４ａをオン状態にし、リレー４ｂをオフ状態にする（ステップＳ２０６）。その後、電力制御手段１３がインバータ２５に動作を開始させると、電動機６ｂの代わりに、電動機６ａが駆動を開始する。
【００５２】
なお、本実施の形態２では、図６に示したフローをベースにして、切替制御手段１５の動作手順を説明したが、図５に示したフローをベースにした制御を行ってもよい。また、図９を参照して、電動機６ａおよび６ｂの負荷判定に用いる値が電流積分値の場合の制御について説明したが、負荷判定に用いる値は、回転数積分値であってもよく、電流積分値および回転数積分値の両方であってもよい。
【００５３】
電流積分値および回転数積分値の両方を用いて、電動機の負荷を判定した方が望ましい。その理由を説明する。電動機は、三相電力線に電流が流れていても、流れる電流通りに回転していないこともある。また、外風で電動機が回転しているような場合には、三相電力線に電流が流れていないこともある。そのため、算出される電流積分値だけでは、実際の負荷と異なる場合がある。電流積分値および回転数積分値の両方を負荷判定の値に用いることで、電動機６ａおよび６ｂの各電動機の負荷の算出精度が向上する。その結果、負荷分散がより適切に行われる。
【００５４】
図１０は、図９に示したリレー切り替え制御の一例を説明するための図である。図１０に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は電動機６ａおよび６ｂの電流値または回転数である。ここでは、グラフの縦軸が電動機６ａおよび６ｂの電流値の場合で説明する。実線が電動機６ａの電流値を示し、破線が電動機６ｂの電流値を示す。
【００５５】
はじめに、切替制御手段１５がリレー４ａをオン状態にし、リレー４ｂをオフ状態にする。時刻ｔ０から時刻ｔ１まで、電動機６ａが単独で駆動する。時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間において、時間軸と実線とで囲まれた面積が電流積分値ＩＮＴｉａとなる。続いて、停止期間ｔｏｆｆ１に、切替制御手段１５がリレー４ｂもオン状態にする。時刻ｔ２から電動機６ａおよび６ｂの両方が駆動する。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、時間軸と実線とで囲まれた面積が電流積分値ＩＮＴｉａとなり、時間軸と破線とで囲まれた面積が電流積分値ＩＮＴｉｂとなる。
【００５６】
時刻ｔ３が経過した後、電動機６ａおよび６ｂのうち、いずれかの電動機が時刻ｔ４から単独で駆動する場合、切替制御手段１５は、時刻ｔ０から時刻ｔ３までの期間について、電流積分値ＩＮＴｉａと電流積分値ＩＮＴｉｂとを比較する。図１０に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの電流積分値の分だけ、電動機６ａの方が電動機６ｂよりも負荷が大きい。そのため、停止期間ｔｏｆｆ２に、切替制御手段１５は、リレー４ａをオフ状態にし、リレー４ｂをオン状態にする。電動機６ｂが時刻ｔ４から時刻ｔ５まで単独で駆動する。
【００５７】
本実施の形態２の電動機制御装置１ａは、電動機６ａおよび６ｂについて、計算手段１７によって算出された、電流積分値および回転数積分値のうち、一方または両方に基づいて、各電動機の負荷が均等になるようにリレー４ａおよび４ｂを制御するものである。本実施の形態２によれば、複数の電動機について、負荷に関連する電流積分値および回転数積分値のうち、一方または両方が均等になるように負荷を分散することで、複数の電動機の長寿命化を図ることができる。
【００５８】
実施の形態３．
本実施の形態３は、電動機６ａおよび６ｂの負荷判定に用いるパラメータの種類を実施の形態２の場合よりも増やしたものである。本実施の形態３では、実施の形態１および２で説明した構成と同様な構成について同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５９】
実施の形態１および２で説明した、駆動時間、電流積分値および回転数積分値は、電動機にかかる負荷が大きいか否かを判定するパラメータとして主要なものであるが、これらのパラメータでは検出できない負荷もある。例えば、電動機の駆動時間が短くても、電動機に生じる音が大きいと、ユーザは、電動機に異常があり、電動機にかかる負荷が大きいと判断することができる。
【００６０】
また、複数の電動機が近接して配置されていても、複数の電動機を含む空間の環境に偏りがあると、電動機の寿命に及ぼす影響が電動機毎に異なることがある。例えば、電動機６ａおよび６ｂが部屋の中に設置され、電動機６ａが窓に近い位置にあるが、電動機６ｂが窓から離れた位置にある場合を考える。この場合、電動機６ａは電動機６ｂに比べて外気温度の変化の影響を受けやすい。部屋が密閉されておらず、窓の隙間から外気が部屋に入り込む場合、電動機６ａは電動機６ｂに比べて外気の湿度の変化の影響も受けやすくなる。
【００６１】
本実施の形態３では、電動機が発生する音と、電動機の巻線抵抗値と、電動機の消費電力と、電動機を囲む空気の温度および湿度と、実施の形態１で説明した電動機の電流値、回転数および駆動時間とを合わせて、これらを負荷に関する状態変数とする。そして、本実施の形態３の電動機制御装置は、各電動機について、状態変数から疲労度を算出する。さらに、電動機制御装置は、疲労度算出式について機械学習を行うことで、電動機の疲労度の算出精度を向上させるものである。
【００６２】
本実施の形態３の電動機制御装置の構成を説明する。図１１は、実施の形態３に係る電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。図１２は、図１１に示したコントローラの一構成例を示す機能ブロック図である。
【００６３】
図１１に示す電動機制御装置１ｂには、図７に示した構成と比較すると、温度センサ３３ａおよび３３ｂと、湿度センサ３４ａおよび３４ｂと、音センサ３５ａおよび３５ｂとがさらに設けられている。温度センサ３３ａ、湿度センサ３４ａおよび音センサ３５ａは、電動機６ａに設けられている。温度センサ３３ｂ、湿度センサ３４ｂおよび音センサ３５ｂは、電動機６ｂに設けられている。図１１では、図に示すことを省略しているが、温度センサ３３ａおよび３３ｂと、湿度センサ３４ａおよび３４ｂと、音センサ３５ａおよび３５ｂの各センサが、信号線を介してコントローラ１０ｂと接続されている。
【００６４】
温度センサ３３ａおよび３３ｂは、温度を検出し、検出値をコントローラ１０ｂに出力する。湿度センサ３４ａおよび３４ｂは、湿度を検出し、検出値をコントローラ１０ｂに出力する。音センサ３５ａおよび３５ｂは、音の大きさおよび周波数を検出し、検出値をコントローラ１０ｂに出力する。図１２に示す測定部３０ａは、電流センサ３１ａおよび３１ｂと、回転検出器３２ａおよび３２ｂと、温度センサ３３ａおよび３３ｂと、湿度センサ３４ａおよび３４ｂと、音センサ３５ａおよび３５ｂとを含む構成である。
【００６５】
本実施の形態３では、情報保持手段１４は、電動機６ａおよび６ｂの各電動機について、負荷に関する状態変数を用いて各電動機の疲労度を算出する疲労度算出式を記憶する。情報保持手段１４は、電動機６ａおよび６ｂの性能毎に異なる経年疲労度を示す基準疲労度を複数、記憶している。基準疲労度は、経年疲労度なので、例えば、駆動時間または使用期間を横軸とし、疲労度を縦軸とする、疲労度の時系列変化を示すグラフの情報である。本実施の形態３では、情報保持手段１４は、単位時間当たりの疲労度の変化を示す傾きが異なる複数の基準疲労度を記憶している。
【００６６】
基準疲労度は、電動機６ａおよび６ｂが設置される環境によって異なっていてもよい。例えば、同じ性能の電動機であっても、一年中温暖な環境で使用される場合の基準疲労度と、一年中寒冷な環境で使用される場合の基準疲労度とが異なっていてもよい。電動機６ａおよび６ｂが設置される環境に対応して、候補となる複数の基準疲労度が情報保持手段１４に格納される。複数の基準疲労度は、電動機６ａおよび６ｂが設置される環境に合わせて、電動機制御装置１ｂの製造過程で情報保持手段１４に格納されてもよく、電動機６ａおよび６ｂが設置される際に情報保持手段１４に格納されてもよい。
【００６７】
また、情報保持手段１４は、電動機６ａおよび６ｂの各電動機について、実施の形態１および２で説明した、駆動時間、電流および回転数を、状態変数として時系列で記憶する。情報保持手段１４は、音センサ３５ａおよび３５ｂによって検出される音の情報、温度センサ３３ａおよび３３ｂによって検出される温度、および湿度センサ３４ａおよび３４ｂによって検出される湿度を、状態変数として時系列で記憶する。さらに、情報保持手段１４は、電動機６ａおよび６ｂの各電動機について、計算手段１７ａによって算出される、巻線抵抗値および消費電力を、状態変数として時系列で記憶する。
【００６８】
本実施の形態３の計算手段１７ａは、測定部３０ａによって検出された、電動機６ａおよび６ｂの各電動機の電流に基づいて、各電動機の巻線抵抗値および消費電力を算出する。例えば、計算手段１７ａは、電動機６ａの消費電力を算出する場合、電力制御手段１３から電動機６ａに印加される電圧値を取得し、電流センサ３１ａが検出した電流値を情報保持手段１４から読み出し、電圧値および電流値を用いて消費電力を算出する。
【００６９】
また、計算手段１７ａは、例えば、電動機６ａおよび６ｂが使用されていない時間帯を利用して、電動機６ａおよび６ｂの巻線抵抗値を算出する計測モードを実行する。電動機６ａの巻線抵抗値を算出する計測モードにおいて、計算手段１７ａは、切替制御手段１５にリレー４ａをオン状態にさせ、リレー４ｂをオフ状態にさせる。続いて、計算手段１７ａは、切替制御手段１５を介して、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相のうち、２つの相の組み合わせを順次変え、各組の２つの相の両端に一定時間、決められた電圧を印加するように電力制御手段１３に通知する。計算手段１７ａは、各組の２つの相に流れる電流を情報保持手段１４から読み出し、電圧、電流および巻線抵抗値を含む３組の連立方程式を解いて、三相の巻線抵抗値を算出する。
【００７０】
また、計算手段１７ａは、電動機６ａおよび６ｂについて、情報保持手段１４が記憶する複数の状態変数のうち、１つ以上の状態変数と疲労度算出式とを用いて、電動機６ａの疲労度ＦＡＴａと電動機６ｂの疲労度ＦＡＴｂとを算出する。また、計算手段１７ａは、疲労度計算式を更新する機械学習手段１８を有する。
【００７１】
図１３は、図１２に示した機械学習手段の一構成例を示すブロック図である。図１３において、入力は状態変数であり、出力は疲労度である。機械学習手段１８は、状態変数取得部８１と、関数更新部８２と、意思検定部８３と、報酬計算部８４とを有する。
【００７２】
状態変数取得部８１は、計算手段１７ａを介して情報保持手段１４から状態変数を取得し、取得した状態変数を関数更新部８２に渡す。関数更新部８２は、更新された状態変数を疲労度算出式に代入して疲労度を算出して意思検定部８３に出力する。また、関数更新部８２は、報酬計算部８４から受け取る報酬が小さい場合、現在の疲労度算出式を、算出される疲労度が基準疲労度に近づくように更新する。意思検定部８３は、関数更新部８２から受け取る疲労度を出力するとともに、疲労度に基づいて電動機の寿命を予測する。また、意思検定部８３は、予測した寿命と基準疲労度から求まる基準寿命との誤差を算出する。報酬計算部８４は、算出された誤差に反比例した報酬を算出し、算出した報酬を疲労度に設定して関数更新部８２に出力する。
【００７３】
機械学習手段１８は、電動機６ａおよび６ｂが使用されている環境に合わせて、複数の基準疲労度から１つの基準疲労度を選択し、疲労度算出式から算出される疲労度が、選択した基準疲労度に近づくように疲労度算出式を更新する。例えば、機械学習手段１８は、複数の状態変数のうち、電動機６ａおよび６ｂの疲労度に大きな影響を及ぼす特徴変数を抽出し、抽出した特徴変数の重み付けを大きくする。特徴変数ではない状態変数の重み付けがゼロに設定されてもよい。疲労度算出式には、複数の状態変数のうち、機械学習手段１８が特徴変数として抽出した変数が少なくとも１つ残ればよい。
【００７４】
次に、本実施の形態３の電動機制御装置１ｂの動作を説明する。図１４は、図１１に示した電動機制御装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。図１４に示すステップＳ３０９およびＳ３１０は、図６を参照して説明したステップＳ１２７およびＳ１２８の動作と同様になるため、本実施の形態３では、その詳細な説明を省略する。
【００７５】
切替制御手段１５は、周期Ｔ１で、図１４に示す手順にしたがって動作する。切替制御手段１５は、インバータ２５が動作中か否かを判定する（ステップＳ３０１）。インバータ２５が動作中の場合、切替制御手段１５は、電動機６ａまたは６ｂが単独で駆動しているか否かを判定する（ステップＳ３０２）。切替制御手段１５は、現在のリレー４ａおよび４ｂの状態から、電動機６ａまたは６ｂが単独駆動であるか否かを判定できる。
【００７６】
電動機６ａまたは６ｂが単独で駆動している場合、計算手段１７ａは、情報保持手段１４から状態変数を読み出す（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０３で読み出される状態変数は、電動機６ａおよび６ｂに対応した疲労度算出式で用いられる状態変数であり、その数は制御対象の電動機によって異なってもよい。ここでは、説明を簡単にするために、電動機に生じる音、巻線抵抗値、消費電力、温度、湿度、電動機の電流値、回転数および駆動時間の状態変数のうち、読み出される状態変数が１つであるものとする。
【００７７】
計算手段１７ａが状態変数を情報保持手段１４から読み出すと、機械学習手段１８が機械学習処理を実行する（ステップＳ３０４）。ステップＳ３０４の過程で、機械学習手段１８は電動機６ａおよび６ｂの各電動機の疲労度を算出する（ステップＳ３０５）。図１４では、説明のために、機械学習処理（ステップＳ３０４）および疲労度算出処理（ステップＳ３０５）を別々のステップで示しているが、これらの処理を、状態変数に対する処理として１つのステップで示してもよい。ステップＳ３０４の処理の詳細は後述する。
【００７８】
また、機械学習手段１８は、図１４に示す機械学習処理（ステップＳ３０４）を、周期Ｔ１とは異なる周期Ｔ２で実行してもよい。この場合、ステップＳ３０４は図１４に示す手順に組み込まれていなくてもよい。ステップＳ３０５において、計算手段１７ａが、機械学習手段１８によって更新された疲労度算出式を用いて、電動機６ａの疲労度ＦＡＴａと電動機６ｂの疲労度ＦＡＴｂとを算出してもよい。
【００７９】
切替制御手段１５は、計算手段１７ａによって算出された、疲労度ＦＡＴａと疲労度ＦＡＴｂとを比較する（ステップＳ３０６）。比較の結果、ＦＡＴａ＞ＦＡＴｂである場合、切替制御手段１５は、電力制御手段１３がインバータ２５の動作を停止させるタイミングに合わせて、リレー４ａをオフ状態にし、リレー４ｂをオン状態にする（ステップＳ３０７）。その後、電力制御手段１３がインバータ２５に動作を開始させると、電動機６ａの代わりに、電動機６ｂが駆動を開始する。
【００８０】
ステップＳ３０６の判定の結果、ＦＡＴａ≦ＦＡＴｂである場合、切替制御手段１５は、電力制御手段１３がインバータ２５の動作を停止させるタイミングに合わせて、リレー４ａをオン状態にし、リレー４ｂをオフ状態にする（ステップＳ３０８）。その後、電力制御手段１３がインバータ２５に動作を開始させると、電動機６ｂの代わりに、電動機６ａが駆動を開始する。
【００８１】
電動機制御装置１ｂが、電動機の負荷に関する複数の状態変数のうち、電動機６ａおよび６ｂの性能および運転状況に対応した１以上の状態変数を含む疲労度算出式を用いて疲労度を算出することで、各電動機の疲労度をより適切に算出できる。なお、本実施の形態３では、図６に示したフローをベースにして、切替制御手段１５の動作手順を説明したが、図５に示したフローをベースにした制御を行ってもよい。
【００８２】
図１５は、図１４に示したステップＳ３０４の処理の動作手順の一例を示すフローチャートである。図１５に示すフローは強化学習の一例である。状態変数取得部８１が情報保持手段１４から最新の状態変数を取得して関数更新部８２に渡す（ステップＳ３５１）。関数更新部８２は、状態変数取得部８１から受け取った状態変数の処理が終了しているか否かを判定する（ステップＳ３５２）。状態変数の処理が終了していない場合、関数更新部８２は、更新された状態変数を疲労度算出式に代入して疲労度を算出する（ステップＳ３５３）。関数更新部８２は、更新された状態変数によって算出された疲労度を意思検定部８３に渡す。
【００８３】
意思検定部８３は、関数更新部８２から渡された疲労度について処理が終了しているか否かを判定する（ステップＳ３５４）。疲労度について処理が終了していない場合、意思検定部８３は、関数更新部８２から受け取った疲労度を出力する。また、意思検定部８３は、受け取った疲労度に基づいて電動機の寿命を予測する（ステップＳ３５５）。続いて、意思検定部８３は、予測した寿命と基準疲労度から求まる基準寿命との誤差を算出する。報酬計算部８４は、算出された誤差に反比例した報酬を算出する（ステップＳ３５６）。続いて、報酬計算部８４は、意思検定の割り付けとして、算出した報酬を疲労度に設定して関数更新部８２に出力する（ステップＳ３５７）。
【００８４】
関数更新部８２は、報酬が設定された疲労度を報酬計算部８４から受け取り、報酬が大きい場合、疲労度算出式をそのまま維持する（ステップＳ３５２）。一方、関数更新部８２は、報酬計算部８４から受け取った報酬が小さい場合、算出される疲労度が基準疲労度に近づくように現在の疲労度算出式を更新する。
【００８５】
このようにして、機械学習手段１８が強化学習を行うことで、疲労度算出式によって予測される疲労度が電動機６ａおよび６ｂの実際の疲労度に近づくように、疲労度算出式が最適化される。
【００８６】
本実施の形態３の電動機制御装置１ｂは、電動機６ａおよび６ｂについて、複数の状態変数のうち、１つ以上の状態変数と疲労度算出式とを用いて疲労度を算出し、各電動機の疲労度が均等になるようにリレー４ａおよび４ｂを制御するものである。本実施の形態３によれば、機械学習で最適化された疲労度算出式を用いて、電動機６ａおよび６ｂの各電動機の疲労度が算出されるため、各電動機の疲労度の算出精度が向上する。そのため、実際の疲労度に近い値に基づいて電動機６ａおよび６ｂの負荷が分散されるため、電動機６ａおよび６ｂをより均等に長寿命化を図ることができる。
【００８７】
実施の形態４．
本実施の形態４は、実施の形態３で算出される、電動機６ａおよび６ｂの疲労度に基づいて、電動機６ａおよび６ｂの異常および交換時期を発報するものである。本実施の形態４では、実施の形態１〜３で説明した構成と同様な構成について同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施の形態４では、電動機６ａおよび６ｂが空気調和装置に設けられている場合で説明する。
【００８８】
本実施の形態４の電動機制御装置の構成を説明する。図１６は、実施の形態４に係る電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。図１７は、図１６に示したコントローラの一構成例を示す機能ブロック図である。
【００８９】
コントローラ１０ｃは、空気調和装置のリモートコントローラ７１と通信接続される。コントローラ１０ｃとリモートコントローラ７１との通信接続手段は、有線であってもよく、無線であってもよい。リモートコントローラ７１は表示部７２を有する。リモートコントローラ７１は、図に示していないが、マイクロコンピュータと、操作部とを備えている。リモートコントローラ７１は、ユーザによって入力される設定温度および風量等の空調パラメータを空気調和装置の制御装置（不図示）に送信する。リモートコントローラ７１は、空気調和装置の運転状態を表示部７２に表示する。
【００９０】
また、コントローラ１０ｃは、有線および無線のうち、一方または両方を介して、ネットワーク１００と接続される。ネットワーク１００には、空気調和装置のメンテナンス会社が運営するサーバ９０が接続されている。サーバ９０は、記憶部９２と、制御部９１とを有する。制御部９１は、図に示さないメモリおよびＣＰＵを有し、メモリが記憶するプログラムにしたがってＣＰＵが処理を実行する。記憶部９２は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）装置である。図に示していないが、サーバ９０は、メンテナンス会社の作業員が操作するための操作部と、記憶部９２が記憶する情報を表示する表示部とを備えていてもよい。
【００９１】
図１７に示すように、コントローラ１０ｃは、図１２に示した構成の他に、計算手段１７ａの算出結果を外部に出力する通信手段１９を有する。計算手段１７ａは、電動機６ａについて、予測した疲労度と基準寿命とを比較し、電動機６ａの基準寿命までの残り時間ＲＥＭｔａを算出する。計算手段１７ａは、電動機６ｂについて、予測した疲労度と基準寿命とを比較し、電動機６ｂの基準寿命までの残り時間ＲＥＭｔｂを算出する。計算手段１７ａは、残り時間ＲＥＭｔａおよびＲＥＭｔｂの各残り時間ＲＥＭｔと決められた閾値時間ＴＰｔｈとを比較する。残り時間ＲＥＭｔａよびＲＥＭｔｂのうち、少なくとも一方の残り時間ＲＥＭｔが閾値時間ＴＰｔｈ以下である場合、計算手段１７ａは、その結果を通信手段１９に通知する。情報保持手段１４が閾値時間ＴＰｔｈを記憶している。
【００９２】
通信手段１９は、残り時間ＲＥＭｔａおよびＲＥＭｔｂのうち、少なくとも一方が閾値時間ＴＰｔｈ以下である場合、リモートコントローラ７１およびサーバ９０に警報を出力する。また、通信手段１９は、電動機６ａおよび６ｂのうち、いずれかの電動機に異常が発生した場合、異常が発生した電動機を示す異常情報をリモートコントローラ７１およびサーバ９０に出力する。
【００９３】
次に、本実施の形態４の電動機制御装置１ｃの動作を説明する。図１８および図１９は、図１６に示した電動機制御装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。図１８に示すステップＳ４１０およびＳ４１１は、図６を参照して説明したステップＳ１２８およびＳ１２７の動作と同様になるため、本実施の形態４では、その詳細な説明を省略する。また、図１８に示すステップＳ４０１〜Ｓ４０５およびＳ４１６〜Ｓ４１８は、図１４を参照して説明したステップＳ３０１〜Ｓ３０８の動作と同様になるため、本実施の形態４では、その詳細な説明を省略する。
【００９４】
ステップＳ４０６において、計算手段１７ａは、電動機６ａおよび６ｂについて予測した疲労度に基づいて、電動機６ａの基準寿命までの残り時間ＲＥＭｔａおよび電動機６ｂの基準寿命までの残り時間ＲＥＭｔｂを算出する（ステップＳ４０６）。計算手段１７ａは、算出した残り時間ＲＥＭｔａおよびＲＥＭｔｂに基づいて、電動機６ａおよび６ｂに異常があるか否かを判定する（ステップＳ４０７）。例えば、計算手段１７ａは、算出する残り時間ＲＥＭｔａを情報保持手段１４に時系列で記憶させ、情報保持手段１４に最後に記憶させた残り時間ＲＥＭｔａよりも、最新の残り時間ＲＥＭｔａの方が長い場合、電動機６ａに異常があると判定する。
【００９５】
また、ステップＳ４０７における、電動機６ａおよび６ｂの異常の有無の判定基準となる値は、残り時間ＲＥＭｔａおよびＲＥＭｔｂに限らない。ステップＳ４０７において、計算手段１７ａは、例えば、電流センサ３１ａに流れる電流が異常値を示しているとき、電動機６ａに異常があると判定してもよい。さらに、計算手段１７ａは、電力制御手段１３から切替制御手段１５を介して、電動機６ａおよび６ｂの一方または両方について異常を示す情報が通知されてもよい。
【００９６】
ステップＳ４０７において、計算手段１７ａが電動機６ａおよび６ｂのうち、一方または両方に異常があると判定すると、通信手段１９は、異常が発生した電動機を示す異常情報をリモートコントローラ７１およびサーバ９０に出力する（ステップＳ４０８）。以下では、電動機６ａに異常が発生した場合で説明する。リモートコントローラ７１は、コントローラ１０ｃから異常情報を受信すると、電動機６ａに異常が発生したことを表示部７２に表示させる。この場合、空気調和装置のユーザは、電動機６ａの異常を調べ、より早く対処できる。さらに、ユーザは、自分で対処できないと判断した場合、メンテナンス会社に電動機６ａの修理を依頼することができる。
【００９７】
サーバ９０はコントローラ１０ｃからネットワーク１００を介して異常情報を受信すると、制御部９１は異常情報を記憶部９２に格納する。そして、制御部９１は、空気調和装置に設置された電動機６ａに異常が発生したことを表示部（不図示）に表示させる。メンテナンス会社の作業員は、サーバ９０に表示された内容を見ることで、電動機６ａに異常が発生したことを認識する。この場合、作業員は、空気調和装置のユーザから連絡がなくても、電動機６ａの修理の準備をすることができる。その結果、作業員は電動機６ａに発生した異常に対して、より早く対処できる。
【００９８】
ステップＳ４０８の後、コントローラ１０ｃは応急運転モードに移行する（ステップＳ４０９）。具体的には、切替制御手段１５は、電動機６ａに異常が発生すると、電動機６ａに対応するリレー４ａをオフ状態にし、正常に運転する電動機６ｂに対応するリレー４ｂをオン状態にする。この場合、電動機６ａの修理が行われるまでの間、電動機６ｂが駆動することで、空気調和装置は空調運転を継続できる。
【００９９】
一方、ステップＳ４０７の判定の結果、電動機６ａおよび６ｂに異常がない場合、計算手段１７ａは、電動機６ａの残り時間ＲＥＭｔａが閾値時間ＴＰｔｈより大きいか否かを判定する（ステップＳ４１２）。判定の結果、ＲＥＭｔａ≦ＴＰｔｈである場合、計算手段１７ａは残り時間ＲＥＭｔａが閾値時間ＴＰｔｈ以下であることを通信手段１９に通知する。通信手段１９は、残り時間ＲＥＭｔａの情報を含む警報をリモートコントローラ７１およびサーバ９０に出力する（ステップＳ４１３）。
【０１００】
リモートコントローラ７１は、コントローラ１０ｃから警報を受け取ると、電動機６ａの寿命まで閾値時間ＴＰｔｈ以下になったことを表示部７２に表示させる。この場合、空気調和装置のユーザは、電動機６ａの寿命が近いことを知り、電動機６ａの交換の準備をすることができる。サーバ９０がコントローラ１０ｃからネットワーク１００を介して警報を受け取ると、制御部９１は警報に含まれる情報を記憶部９２に格納する。そして、制御部９１は、電動機６ａの寿命まで閾値時間ＴＰｔｈ以下になったことを表示部（不図示）に表示させる。メンテナンス会社の作業員は、サーバ９０に表示された内容を見ることで、電動機６ａの寿命が近いことを知り、電動機６ａの交換の準備をすることができる。
【０１０１】
続いて、計算手段１７ａは、電動機６ｂの残り時間ＲＥＭｔｂが閾値時間ＴＰｔｈより大きいか否かを判定する（ステップＳ４１４）。判定の結果、ＲＥＭｔｂ≦ＴＰｔｈである場合、計算手段１７ａは残り時間ＲＥＭｔｂが閾値時間ＴＰｔｈ以下であることを通信手段１９に通知する。通信手段１９は、残り時間ＲＥＭｔｂの情報を含む警報をリモートコントローラ７１およびサーバ９０に出力する（ステップＳ４１５）。
【０１０２】
リモートコントローラ７１は、コントローラ１０ｃから警報を受け取ると、電動機６ｂの寿命まで閾値時間ＴＰｔｈ以下になったことを表示部７２に表示させる。サーバ９０がコントローラ１０ｃからネットワーク１００を介して警報を受け取ると、制御部９１は、電動機６ｂの寿命まで閾値時間ＴＰｔｈ以下になったことを表示部（不図示）に表示させる。空気調和装置のユーザおよびメンテナンス会社の作業員は、電動機６ｂの寿命が近いことを認識し、電動機６ｂの交換の準備をすることができる。
【０１０３】
本実施の形態４の電動機制御装置１ｃは、電動機６ａおよび６ｂについて、疲労度に基づいて寿命までの残り時間ＲＥＭｔを算出し、残り時間ＲＥＭｔが閾値時間ＴＰｔｈ以下である場合、警報を外部に出力する。電動機制御装置１ｃが警報を電動機６ａおよび６ｂが設置された空気調和装置のリモートコントローラ７１に出力すれば、ユーザは、電動機６ａおよび６ｂのうち、一方または両方が寿命に近いことを知ることができる。ユーザは、寿命予測の情報を活用することで、安定して電動機６ａおよび６ｂを稼動させることができ、電動機６ａおよび６ｂが搭載されたユニットの稼働率が向上する。
【０１０４】
電動機制御装置１ｃが警報を電動機６ａおよび６ｂのメンテナンス会社が運営するサーバ９０に出力すれば、メンテナンス会社の作業員は、電動機６ａおよび６ｂのうち、一方または両方が寿命に近いことを知ることができる。作業員が、残り時間ＲＥＭｔを含む警報を時系列で監視することで、電動機６ａおよび６ｂの故障の発生を事前に予測することもできる。この場合、電動機６ａおよび６ｂのうち、一方または両方が故障で完全に動かなくなってしまう前に、メンテナンス会社からユーザに電動機のメンテナンスを提案することができる。ユーザは、安定したメンテナンス計画を立案できる。その結果、予定外のメンテナンスが発生することが抑制され、緊急対応にかかる費用を抑制し、管理コストを低減することができる。
【０１０５】
また、本実施の形態４の電動機制御装置１ｃは、電動機６ａおよび６ｂのうち、いずれかの電動機に異常が発生した場合、異常が発生した電動機を示す異常情報を外部に出力してもよい。電動機制御装置１ｃが異常情報をリモートコントローラ７１に出力すれば、ユーザは、電動機６ａおよび６ｂのうち、一方または両方に異常が発生したことを、より早く知ることができる。電動機制御装置１ｃが異常情報をサーバ９０に出力すれば、メンテナンス会社の作業員は、電動機６ａおよび６ｂのうち、一方または両方に異常が発生したことを知ることができる。その結果、作業員は、電動機に発生した異常により早く対処でき、早急にメンテナンスすることができる。
【０１０６】
さらに、電動機制御装置１ｃは、電動機６ａおよび６ｂのうち、いずれか一方の電動機に異常が発した場合、応答運転モードに移行してもよい。この場合、異常のある電動機の修理が行われるまでの間、正常な電動機が駆動することで、電動機６ａおよび６ｂが搭載された空気調和装置は、空調運転を継続できる。
【０１０７】
なお、上述の実施の形態１〜４では、電動機の駆動対象がファンの場合で説明したが、駆動対象はファンに限らない。また、実施の形態４において、図１８のステップＳ４０７〜Ｓ４０９で説明した、電動機６ａおよび６ｂの異常判定処理は、実施の形態１〜３のいずれの実施の形態にも適用できる。実施の形態１〜４のうち、２以上の実施の形態を組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１、１ａ〜１ｃ  電動機制御装置、３  電力変換装置、４ａ、４ｂ  リレー、５ａ、５ｂ  ファン、６ａ、６ｂ  電動機、７  電源、１０、１０ａ〜１０ｃ  コントローラ、１１  ＣＰＵ、１２  メモリ、１３  電力制御手段、１４  情報保持手段、１５  切替制御手段、１６  タイマー、１７、１７ａ  計算手段、１８  機械学習手段、１９  通信手段、２１、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ  三相電力線、２５  インバータ、３０、３０ａ  測定部、３１ａ、３１ｂ  電流センサ、３２ａ、３２ｂ  回転検出器、３３ａ、３３ｂ  温度センサ、３４ａ、３４ｂ  湿度センサ、３５ａ、３５ｂ  音センサ、５１〜５６  スイッチング素子、６１〜６６  逆流防止素子、７１  リモートコントローラ、７２  表示部、８１  状態変数取得部、８２  関数更新部、８３  意思検定部、８４  報酬計算部、９０  サーバ、９１  制御部、９２  記憶部、１００  ネットワーク。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年5月6日(2021.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係る電動機制御装置は、互いに並列に接続される複数の電動機に電圧を供給する電力変換装置と、前記複数の電動機に対応して設けられ、前記電力変換装置との接続状態および切断状態を切り替える複数のリレーと、前記電力変換装置および前記複数のリレーを制御するコントローラと、前記各電動機に流れる電流および前記各電動機の回転数を検出する測定部と、を有し、前記コントローラは、前記複数の電動機の運転履歴を記憶する情報保持手段と、前記情報保持手段が記憶する前記各電動機の運転履歴に基づいて、各電動機の負荷が均等になるように前記複数のリレーを制御する切替制御手段と、前記各電動機の運転履歴に基づいて、前記各電動機の負荷を示す値を算出する計算手段と、を有し、前記情報保持手段は、前記各電動機の運転履歴として、前記各電動機の駆動時間、前記電流および前記回転数を記憶し、前記計算手段は、前記測定部が検出した前記各電動機に流れる前記電流に基づいて前記各電動機の消費電力を算出し、前記情報保持手段は、前記各電動機の疲労度を算出する疲労度算出式と、前記各電動機について、前記駆動時間、前記電流、前記回転数および前記消費電力を含む複数の状態変数とを記憶し、前記計算手段は、前記各電動機について、前記情報保持手段が記憶する前記複数の状態変数のうち、１つ以上の状態変数と前記疲労度算出式とを用いて疲労度を算出し、前記切替制御手段は、前記各電動機の前記疲労度が均等になるように前記複数のリレーを制御するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列に接続される複数の電動機に電圧を供給する電力変換装置と、
前記複数の電動機に対応して設けられ、前記電力変換装置との接続状態および切断状態を切り替える複数のリレーと、
前記電力変換装置および前記複数のリレーを制御するコントローラと、
前記各電動機に流れる電流および前記各電動機の回転数を検出する測定部と、を有し、
前記コントローラは、
前記複数の電動機の運転履歴を記憶する情報保持手段と、
前記情報保持手段が記憶する前記各電動機の運転履歴に基づいて、各電動機の負荷が均等になるように前記複数のリレーを制御する切替制御手段と、
前記各電動機の運転履歴に基づいて、前記各電動機の負荷を示す値を算出する計算手段と、を有し、
前記情報保持手段は、前記各電動機の運転履歴として、前記各電動機の駆動時間、前記電流および前記回転数を記憶し、
前記計算手段は、前記測定部が検出した前記各電動機に流れる前記電流に基づいて前記各電動機の消費電力を算出し、
前記情報保持手段は、前記各電動機の疲労度を算出する疲労度算出式と、前記各電動機について、前記駆動時間、前記電流、前記回転数および前記消費電力を含む複数の状態変数とを記憶し、
前記計算手段は、前記各電動機について、前記情報保持手段が記憶する前記複数の状態変数のうち、１つ以上の状態変数と前記疲労度算出式とを用いて疲労度を算出し、
前記切替制御手段は、
前記各電動機の前記疲労度が均等になるように前記複数のリレーを制御する、
電動機制御装置。
【請求項２】
前記測定部は、さらに前記各電動機の音、温度および湿度を測定し、
前記計算手段は、さらに前記測定部が検出した前記各電動機に流れる前記電流に基づいて前記各電動機の巻線抵抗値を算出し、
前記情報保持手段は、前記複数の状態変数として、前記各電動機について、前記音、前記巻線抵抗値、前記温度および前記湿度をさらに記憶する、請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記計算手段は、前記複数の電動機について経年疲労度を示す基準疲労度と、前記各電動機について前記疲労度算出式から算出された疲労度とを比較し、算出された疲労度が前記基準疲労度に近づくように前記疲労度算出式を更新する機械学習手段を有する、請求項１または２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記計算手段の算出結果を外部に出力する通信手段を有し、
前記計算手段が、前記各電動機について前記疲労度に基づいて寿命までの残り時間を算出し、
前記通信手段は、前記残り時間が決められた閾値時間以下である場合、警報を外部に出力し、前記複数の電動機のうち、いずれかの電動機に異常が発生した場合、異常が発生した電動機を示す異常情報を外部に出力する、請求項３に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記通信手段は、ネットワークを介してサーバと接続され、前記警報および前記異常情報のうち、一方または両方を前記サーバに出力する、請求項４に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記切替制御手段は、
前記複数の電動機のうち、一部の電動機が起動する際、前記複数の電動機のうち、負荷が小さい方の前記一部の電動機の台数に相当する電動機に対応する前記リレーを接続状態にし、他の電動機に対応する前記リレーを切断状態に制御する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記切替制御手段は、前記複数の電動機のうち、いずれかの電動機に異常が発生すると、異常が発生した電動機に対応する前記リレーを前記切断状態にし、正常に運転する電動機に対応する前記リレーを前記接続状態にする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【国際調査報告】
2020202469.tif 000022
2020202469.tif 000023
2020202469.tif 000024
2020202469.tif 000025