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公開番号2025076762
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-16
出願番号2023188590
出願日2023-11-02
発明の名称診断装置および診断方法
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人サンネクスト国際特許事務所
主分類G01R 31/00 20060101AFI20250509BHJP(測定;試験)
要約【課題】電力変換器の電源周波数と回転機の駆動周波数の特定の運転条件によらず、診断精度の高い平滑コンデンサの診断装置を提供する。
【解決手段】電源10から供給される電力を変換して回転機2を駆動する電力変換器1の状態を診断する診断装置1Sは、電力変換器1から回転機2へ流れる駆動電流を計測する計測部4を有する。そして計測部4によって計測された駆動電流の時間波形の周波数解析を実行し、周波数解析の結果に基づいて駆動電流の周波数である駆動周波数を算出する周波数解析部5を有する。そして、電源の周波数である電源周波数と駆動周波数とに基づく特定周波数における駆動電流の振幅を抽出する振幅抽出部12と、振幅抽出部によって抽出された振幅に基づいて電力変換器の状態を診断する診断部7とを有する。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
電源から供給される電力を変換して回転機を駆動する電力変換器の状態を診断する診断装置であって、
前記電力変換器から前記回転機へ流れる駆動電流を計測する計測部と、
前記計測部によって計測された前記駆動電流の時間波形の周波数解析を実行し、該周波数解析の結果に基づいて前記駆動電流の周波数である駆動周波数を算出する周波数解析部と、
前記電源の周波数である電源周波数と前記駆動周波数とに基づく特定周波数における該駆動電流の振幅を抽出する振幅抽出部と、
前記振幅抽出部によって抽出された前記振幅に基づいて前記電力変換器の状態を診断する診断部と
を有することを特徴とする診断装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の診断装置において、
前記振幅抽出部は、
式（１）で表される前記特定周波数における前記振幅を抽出することを特徴とする診断装置。
前記特定周波数＝|前記駆動周波数の１次成分±２ｎ×前記電源周波数の１次成分|
・・・（１）
（但し、前記電源が２相の交流電力を供給する場合にはｎ＝２、前記電源が３相の交流電力を供給する場合にはｎ＝３である）
【請求項３】
請求項１に記載の診断装置において、
前記駆動電流の時間波形は、前記回転機の回転が一定速度かつ前記回転機が駆動する負荷装置の負荷が一定負荷である場合における波形であることを特徴とする診断装置。
【請求項４】
請求項１に記載の診断装置において、
前記診断部は、
前記回転機の運転状態が特定の状態である場合において前記計測部によって計測された前記駆動電流の時間波形が前記周波数解析部によって前記周波数解析が実行された結果から抽出された前記振幅に基づいて、前記電力変換器の状態を診断することを特徴とする診断装置。
【請求項５】
請求項１に記載の診断装置において、
前記診断部は、
前記駆動電流の基本波成分及び該基本波成分の高調波成分の周波数と、前記特定周波数とが所定以上だけ離れた条件であることを確認した上で、前記電力変換器の状態を診断することを特徴とする診断装置。
【請求項６】
請求項１に記載の診断装置において、
前記電源から前記電力変換器へ流れる電源電流を計測する電源電流計測部と、
前記電源電流計測部によって計測された前記電源電流の時間波形の周波数解析を実行し、該周波数解析の結果に基づいて前記電源周波数を算出する電源電流周波数解析部と
を有することを特徴とする診断装置。
【請求項７】
電源から供給される電力を変換して回転機を駆動する電力変換器の状態を診断する診断装置が実行する診断方法であって、
前記電力変換器から前記回転機へ流れる駆動電流を計測し、
計測された前記駆動電流の時間波形の周波数解析を実行し、
前記周波数解析の結果に基づいて前記駆動電流の周波数である駆動周波数を算出し、
前記電源の周波数である電源周波数と前記駆動周波数とに基づく特定周波数における該駆動電流の振幅を抽出し、
抽出された前記振幅に基づいて前記電力変換器の状態を診断する
各処理を有することを特徴とする診断方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、診断装置および診断方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
生産設備の特定の機器が突発的に故障すると、計画外の修理作業や置換作業が必要となり、生産設備の稼働率が低下したり、生産計画の見直しが必要となったりする。そのため、故障の兆候を調べ、故障する可能性が高い装置に対して予め交換部品を用意する、または修理の予定を計画しておくことができれば、生産設備の稼働率低下や生産計画の見直しを最低限に抑えることが可能となる。
【０００３】
また、生産設備に電力を供給するインバータ（以下「電力変換器」と称す）に関しても同様である。電力変換器の故障の兆候を調べ、故障する可能性が高い部品に対して予め交換部品を用意する、または修理の予定を計画しておくことができれば、生産設備の稼働率低下や生産計画の見直しを最低限に抑えることが可能となる。
【０００４】
ここで電力変換器では、平滑コンデンサの劣化が代表的な故障モードであり、平滑コンデンサが劣化すると最終的には電力変換器が故障する。そこで、平滑コンデンサの劣化を検知する方法として、平滑コンデンサの容量を計測する方法が提案されている。
【０００５】
平滑コンデンサの容量を計測する方法としては、電力変換器の制御用の既設の電流センサを用いて、充電時の電流の挙動から容量を推定する方法がある。しかしながら、その方法の実施には、電力変換器を停止させる必要がある。稼働率が高い機器、または高い稼働率が求められる機器などでは、機器を停止させることが困難な場合も存在するため、特にそれらの機器では突発的な故障を常時監視する用途としては使うことができない。
【０００６】
そこで他の方法として、平滑コンデンサに流れる電流を計測するための電流センサを追加設置する方法が考案されている。しかし、その方法は、電流センサの追加設置が必要であり、一般的に電力変換器の平滑コンデンサは基板に接続されており、電流センサを追加するスペースが存在しないことが多い。基板から平滑コンデンサを一度取り外してから基板を改造する方法も考えられるが、電力変換器の改造となり、メーカの保証などが受けられなくなる可能性があったり、また、故障を招く危険があったりする。
【０００７】
そこで、電力変換器の作動中の診断技術として、特許文献１には、電力変換器が電力を供給するモータ（以下「回転機」と称す）と電力変換器の間に電流センサを設置して電流を計測し、特定周波数の電流成分の増減から平滑コンデンサの容量低下を検知することで、平滑コンデンサの劣化を診断する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
国際公開第２００４／０７０４０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示の従来技術では、電力変換器に電力を供給する電源の周波数（以下「電源周波数」と称す）と、回転機の駆動電流の周波数（以下「駆動周波数」と称す）とを組み合わせた運転条件が特定の条件である場合に診断の精度が低下し、誤報または失報に繋がるといった課題があった。
【００１０】
そこで、本発明では、電力変換器の電源周波数と回転機の駆動周波数の特定の運転条件によらず、診断精度の高い平滑コンデンサの診断装置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】
（【００１１】以降は省略されています）

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