电力转换装置、驱动控制系统、机器学习装置以及电动机监视方法与流程

1.本发明涉及进行向电动机的电力供给的电力转换装置、驱动控制系统、机器学习装置以及电动机监视方法。


背景技术：

2.近年来，向电动机进行电力供给的电力转换装置被要求符合国际标准规格即iec(international electrotechnical commission)61508或者iso(international organization for standardization)13849等功能安全规格。特别地，电力转换装置被要求符合作为功能安全规格中的之一的安全速度监视(sls：safety limited speed)。
3.安全速度监视是对不超过规定速度限制值这一情况进行监视的功能。就与所述安全速度监视对应的电力转换装置而言，在电动机的速度超过了规定速度限制值的情况下，通过使电力转换装置的栅极驱动信号断开，从而停止向电动机的电力供给，确保安全性。
4.就这种电力转换装置而言，在使用编码器等外部检测器对电动机的速度进行监视的情况下，成本上升，或者外部检测器的连接配线变得复杂。因此，针对所述电力转换装置，提出了基于由电流传感器检测到的电流值而对电动机的速度进行监视的技术。例如，在专利文献1中公开了由电流传感器对向电动机供给的电流的值即电流值进行检测，基于所述电流值而对电动机的速度进行监视的技术。
5.专利文献1：国际公开第2016/051552号


技术实现要素：

6.但是，在上述专利文献1中，仅记载了基于由电流传感器检测出的电流值对电动机的速度进行监视的内容，未提出具体的处理。
7.本发明就是鉴于上述课题而提出的，其目的在于，得到能够使用电流传感器、通过简单的结构而进行安全速度监视的电力转换装置。
8.为了解决上述课题，达到目的，本发明的电力转换装置具有：主电路部，其将直流电力转换为交流电力，将转换后的交流电力向电动机供给；控制部，其对主电路部进行控制；电流传感器，其对从主电路部向电动机供给的电流进行检测；以及半波整流部，其对从电流传感器输出的电流检测信号进行半波整流。控制部具有：电流频率计算部，其基于由半波整流部进行了半波整流的电流检测信号的上升定时以及下降定时的至少任一者，对电流的频率即电流频率进行计算；以及监视部，其基于由电流频率计算部计算出的电流频率，对电动机的速度进行监视。
9.发明的效果
10.本发明涉及的电力转换装置具有下述效果，即，能够使用电流传感器、通过简单的结构而进行安全速度监视。
附图说明
11.图1是表示本发明的包含实施方式1涉及的电力转换装置的驱动控制系统的结构例的图。
12.图2是表示实施方式1涉及的电力转换装置中的控制部、栅极驱动部以及零交叉检测部的结构例的图。
13.图3是表示实施方式1涉及的电流符号信号生成部的结构例的图。
14.图4是表示从实施方式1涉及的电流传感器输出的电流检测信号、由半波整流部进行半波整流的电流检测信号、以及电流符号信号的关系的图。
15.图5是表示实施方式1涉及的控制部的驱动控制部的处理的一个例子的流程图。
16.图6是表示实施方式1涉及的栅极驱动部、零交叉检测部、驱动控制部以及安全功能部的硬件结构的一个例子的图。
17.图7是表示包含实施方式2涉及的电力转换装置的驱动控制系统的结构例的图。
18.图8是表示实施方式2涉及的电流频率计算部的结构例的图。
19.图9是表示实施方式2涉及的3层神经网络的一个例子的图。
20.图10是表示包含实施方式2涉及的电力转换装置的驱动控制系统的其它结构的例子的图。
21.图11是表示实施方式2涉及的机器学习装置的结构例的图。
具体实施方式
22.以下，基于附图，对本发明的实施方式涉及的电力转换装置、驱动控制系统、机器学习装置以及电动机监视方法详细地进行说明。此外，本发明不受本实施方式限定。
23.实施方式1.
24.图1是表示本发明的包含实施方式1涉及的电力转换装置的驱动控制系统的结构例的图。如图1所示，实施方式1涉及的驱动控制系统100具有电力转换装置1、电动机2、交流电源3和安全装置4。
25.电力转换装置1通过从交流电源3供给的交流电力而进行动作，对电动机2进行控制驱动。所述电力转换装置1将从交流电源3供给的3相交流电力转换为与从外部输入的指令信号相应的频率的交流电力，将所述交流电力向电动机2进行供给。例如，在电动机2为3相交流电动机的情况下，电力转换装置1能够将从交流电源3供给的3相交流电力转换为与指令信号相应的频率的3相交流电力，将所述3相交流电力向电动机2进行供给。此外，交流电源3可以是单相电源。
26.安全装置4在驱动控制系统100中将用于使电动机2处于安全的状态的安全信号向电力转换装置1输出。就安全信号的种类而言，例如包含请求安全转矩关断(sto：safe torque off)的信号、请求安全停止1(ss1：safe stop 1)的信号以及请求安全速度监视(sls)的信号等。以下，有时将请求安全转矩关断的信号记载为sto信号，将请求安全停止1的信号记载为ss1信号，将请求安全速度监视的信号记载为sls信号。
27.sto信号是向电力转换装置1请求停止从对电动机2进行驱动的电力转换装置1向电动机2的电力供给的信号。ss1信号是向电力转换装置1请求在开始电动机2的减速之后，在经过了指定时间之后，通过安全转矩关断而停止向电动机2的电力供给的信号。sls信号
是向电力转换装置1请求对电动机2的速度不超过规定速度限制值这一情况进行监视，在电动机2的速度超过了规定速度限制值的情况下，通过安全转矩关断而停止向电动机2的电力供给的信号。sto信号、ss1信号以及sls信号是请求例如执行由国际规格iec61508
‑5‑
1规定的安全功能的信号。
28.安全装置4例如在检测到作业者向电动机2接近等、或者进行了紧急停止按钮的操作的情况下等，向电力转换装置1输出安全信号。安全装置4例如是安全plc(programmable logic controller)或者安全继电器等。所述安全装置4例如与对作业者向电动机2接近等进行检测的检测装置以及紧急停止按钮等多个装置连接，在从这些装置的任一者接收到所述紧急情况的通知的情况下，输出安全信号。
29.电力转换装置1具有主电路部11、控制部12、栅极驱动部13、电流传感器14和零交叉检测部15。主电路部11基于从交流电源3供给的3相交流电力，将用于对电动机2进行驱动的交流电力向电动机2进行供给。所述主电路部11具有ac/dc转换器20和dc/ac转换器21。
30.ac/dc转换器20将从交流电源3供给的交流电力转换为直流电力。所述ac/dc转换器20具有由3相桥连接的多个二极管构成的3相二极管桥22和使由3相二极管桥22进行了整流的交流电压平滑的平滑电容器23。此外，ac/dc转换器20也可以是取代3相二极管桥22而具有3相桥连接的多个开关元件的结构。
31.dc/ac转换器21将从ac/dc转换器20供给的直流电力转换为与指令信号相应的频率的交流电力，将转换后的交流电力向电动机2输出。dc/ac转换器21具有3相桥连接的多个开关元件31、32、33、34、35、36。此外，开关元件31、32、33、34、35、36例如也可以是mosfet(metal oxide semiconductor field effect transistor)或者igbt(insulated gate bipolar transistor)等半导体开关元件。
32.控制部12具有驱动控制部40和安全功能部50，该驱动控制部40生成用于对电动机2进行驱动的控制信号，同时进行异常等的监视，该安全功能部50进行异常等的监视。如后面所述，利用驱动控制部40和安全功能部50对安全信号进行重复处理，由此冗余化。
33.驱动控制部40例如基于从外部输入的指令信号而生成控制信号，将生成的控制信号向栅极驱动部13输出。所述指令信号例如是表示对电动机2的速度进行指定的速度指令的信号。在指令信号是速度指令的情况下，驱动控制部40生成将电动机2的速度设为与速度指令相应的速度的控制信号，将生成的控制信号向栅极驱动部13输出。
34.另外，驱动控制部40基于从安全装置4输出的安全信号而生成控制信号，将生成的控制信号向栅极驱动部13输出。例如，驱动控制部40在从安全装置4输出的安全信号是sls信号的情况下，以电动机2的速度不超过规定速度限制值的方式对电动机2进行控制，同时基于从零交叉检测部15输出的电流符号信号i
sig1
，对电动机2的速度不超过规定速度限制值这一情况进行监视。并且，驱动控制部40在电动机2的速度超过了规定速度限制值的情况下，将使开关元件31、32、33、34、35、36断开的控制信号向栅极驱动部13输出。
35.安全功能部50基于从安全装置4输出的安全信号对驱动控制部40进行控制。例如，安全功能部50在从安全装置4输出的安全信号是sls信号的情况下，基于从零交叉检测部15输出的电流符号信号i
sig2
而对电动机2的速度不超过规定速度限制值这一情况进行监视。并且，安全功能部50在电动机2的速度超过了规定速度限制值的情况下，使驱动控制部40执行安全转矩关断的功能。
36.栅极驱动部13基于从驱动控制部40输出的控制信号而生成用于对开关元件31、32、33、34、35、36进行驱动的多个pwm(pulse width modulation)信号。栅极驱动部13将生成的各pwm信号向开关元件31、32、33、34、35、36中的对应的开关元件输出。所述pwm信号对开关元件31、32、33、34、35、36的栅极进行驱动，因此也称为栅极驱动信号。
37.电流传感器14对从主电路部11向电动机2供给的交流电流进行检测，输出表示从主电路部11向电动机2供给的交流电流的模拟波形的电流检测信号i
det
。所述电流传感器14在电动机2是3相交流电动机的情况下，输出表示向3相中的1相供给的交流电流的模拟波形的电流检测信号i
det
。
38.电流传感器14例如是包含磁芯、霍尔元件以及运算放大器等的霍尔元件式电流传感器。所述电流传感器14利用霍尔效应，将在从主电路部11向电动机2供给驱动电流的导体线的周边产生的磁场转换为电压，将转换后的电压作为电流检测信号i
det
而输出。此外，电流传感器14例如可以是包含磁芯、次级绕组以及电阻等的ct(current transformer)形式的电流传感器。另外，电流传感器14也可以包含在主电路部11与电动机2之间串联连接的分流电阻而构成。
39.零交叉检测部15基于从电流传感器14输出的电流检测信号i
det
而生成电流符号信号i
sig1
、i
sig2
。然后，零交叉检测部15将电流符号信号i
sig1
向驱动控制部40输出，将电流符号信号i
sig2
向安全功能部50输出。电流符号信号i
sig1
、i
sig2
是基于时序而包含表示驱动电流正负符号的信息的时序样本列信号，所述驱动电流是对从主电路部11向电动机2供给的驱动电流的波形进行采样而得到的。
40.接下来，对执行从安全装置4输出的安全信号是sls信号的情况下的处理的电力转换装置1的结构例进行说明。图2是表示实施方式1涉及的电力转换装置的控制部、栅极驱动部以及零交叉检测部的结构例的图。
41.如图2所示，零交叉检测部15具有电流符号信号生成部61、62。电流符号信号生成部61基于从电流传感器14输出的电流检测信号i
det
而生成电流符号信号i
sig1
。同样地，电流符号信号生成部62基于从电流传感器14输出的电流检测信号i
det
而生成电流符号信号i
sig2
。电流符号信号生成部61和电流符号信号生成部62是彼此相同的结构。
42.图3是表示实施方式1涉及的电流符号信号生成部的结构例的图。如图3所示，电流符号信号生成部61具有半波整流部80、运算放大器81、滤波器82和迟滞比较器83。
43.半波整流部80对从电流传感器14输出的电流检测信号i
det
进行半波整流，输出半波整流后的电流检测信号i
det
即电流检测信号i
detr
。半波整流部80例如由二极管构成。
44.运算放大器81对从半波整流部80输出的电流检测信号i
detr
进行电压放大而输出。滤波器82将由运算放大器81电压放大的电流检测信号i
detr
的噪声去除。所述滤波器82例如是rc低通滤波器。此外，滤波器82也可以是带通滤波器。
45.迟滞比较器83对从滤波器82输出的电流检测信号i
detr
的上升定时以及下降定时进行检测，输出表示所述检测结果的信号即电流符号信号i
sig1
。运算放大器81、滤波器82以及迟滞比较器83对半波整流波形即电流检测信号i
detr
进行处理。因此，运算放大器81、滤波器82以及迟滞比较器83不需要负极性的电源，能够由单电源进行驱动。因此，能够使电流符号信号生成部61为简单的结构。
46.迟滞比较器83具有比较器91和电阻92、93、94、95、96。所述迟滞比较器83在电流检
测信号i
detr
变得大于或等于符号反转阈值th1的情况下，使电流符号信号i
sig1
为高位电平，在电流检测信号i
detr
变得小于或等于符号反转阈值th2的情况下，使电流符号信号i
sig1
为低位电平。th1＞th2。
47.图4是表示从实施方式1涉及的电流传感器输出的电流检测信号、由半波整流部进行半波整流的电流检测信号、以及电流符号信号的关系的图。如图4所示，电流检测信号i
det
由半波整流部80进行半波整流，将进行了半波整流的电流检测信号i
detr
向迟滞比较器83输出。
48.迟滞比较器83对从半波整流部80输出的电流检测信号i
detr
的上升定时和下降定时进行检测。例如，迟滞比较器83在电流检测信号i
detr
变得大于或等于符号反转阈值th1的定时对电流检测信号i
detr
的上升定时进行检测，使电流符号信号i
sig1
从低位电平向高位电平变化。另外，迟滞比较器83在电流检测信号i
detr
变得小于或等于符号反转阈值th2的定时对电流检测信号i
detr
的下降定时进行检测，使电流符号信号i
sig1
从高位电平向低位电平变化。
49.所述迟滞比较器83不检测比符号反转阈值th1与符号反转阈值th2之差小的驱动电流的波纹，耐噪声性高。因此，就电流符号信号生成部61而言，能够使滤波器82为简单的结构。此外，电流符号信号生成部61、62不限定于图3所示的结构。例如，在可以不对电流检测信号i
det
进行电压放大的情况下，电流符号信号生成部61、62也可以是不设置运算放大器81的结构。
50.另外，迟滞比较器83不限定于图3所示的结构。例如，迟滞比较器83可以是如下结构，即，在电流检测信号i
detr
变得大于或等于符号反转阈值th1的情况下，使电流符号信号i
sig1
为低位电平，在电流检测信号i
detr
变得小于或等于符号反转阈值th2的情况下，使电流符号信号i
sig1
为高位电平。另外，符号反转阈值th1与符号反转阈值th2之间的关系可以是th1＜th2。另外，迟滞比较器83可以取代模拟电路而是数字电路。
51.返回图2，继续控制部12的说明。如图2所示，控制部12具有驱动控制部40和安全功能部50。驱动控制部40具有控制信号生成部41、电流频率计算部42和监视部43。
52.控制信号生成部41基于从外部输入的指令信号或者从安全装置4输入的安全信号而生成控制信号。在电力转换装置1设置有未图示的电流传感器，该电流传感器是与电流传感器14不同的电流传感器，对向电动机2供给的3相电流进行检测。控制信号生成部41具有基于由所述电流传感器检测出的3相电流而进行速度控制的未图示的速度控制部和基于由电流传感器检测出的3相电流而进行电流控制的未图示的电流控制部。
53.未图示的速度控制部例如能够基于由电流传感器检测出的3相电流而对电动机2的速度进行推定，以推定出的电动机2的速度与速度指令一致的方式而生成电流指令。另外，未图示的电流控制部能够以从由电流传感器检测出的3相电流得到的dq坐标系的q轴电流与电流指令一致的方式而生成控制信号。
54.电流频率计算部42基于从零交叉检测部15输出的电流符号信号i
sig1
而对从主电路部11向电动机2供给的电流的频率即电流频率ω
c1
进行计算。具体地说，电流频率计算部42具有脉冲计数功能，对电流符号信号i
sig1
的上升和下降这两个边沿进行计数。电流频率计算部42以预先设定的周期对计数值进行采样，根据采样出的计数值对电流频率ω
c1
进行计算。此外，电流频率计算部42也可以取代基于对电流符号信号i
sig1
的上升和下降共同进
行计数的结果对电流频率ω
c1
进行计算，而是如下结构，即，基于仅对流符号信号i
sig1
的上升或者下降进行计数的结果对电流频率ω
c1
进行计算。
55.监视部43基于由电流频率计算部42计算出的电流频率ω
c1
而对电动机2的速度进行监视，基于所述监视结果而决定例如可否执行安全转矩关断。具体地说，监视部43在基于由电流频率计算部42计算出的电流频率ω
c1
而判定为控制部12没有进行与安全信号相应的电动机2的控制的情况下，使控制信号生成部41执行安全转矩关断。所述监视部43具有电流频率自诊断部44、电流频率互诊断部45和输出频率自诊断部46。
56.电流频率自诊断部44将由电流频率计算部42计算出的电流频率ω
c1
或者与电流频率ω
c1
成正比的值设为电动机2的速度，对电动机2的速度是否小于或等于预先设定的规定速度限制值ω
th
进行判定。电流频率自诊断部44在判定为电流频率ω
c1
或者与电流频率ω
c1
成正比的值不小于或等于规定速度限制值ω
th
的情况下，使控制信号生成部41向栅极驱动部13输出用于执行安全转矩关断的控制信号。
57.此外，电流频率ω
c1
是与相应于电动机2中的定子极数的电动机2的速度成正比的值，能够作为电动机2的速度的推定值而进行处理。就电流频率自诊断部44而言，在对电流频率ω
c1
是否小于或等于规定速度限制值ω
th
进行判定的情况下，规定速度限制值ω
th
是与相应于电动机2中的定子极数的电动机2的速度对应的限制值。另外，与电流频率ω
c1
成正比的值例如是将对电流频率ω
c1
乘以2所得到的值除以电动机2中的定子极数而得到的值，能够作为电动机2的速度[rps]的推定值而进行处理。就电流频率自诊断部44而言，在对与电流频率ω
c1
成正比的值是否小于或等于规定速度限制值ω
th
进行判定的情况下，规定速度限制值ω
th
是与电动机2的速度[rps]对应的上限值。
[0058]
栅极驱动部13具有基于从控制信号生成部41输出的控制信号而生成向开关元件31、32、33、34、35、36输出的pwm信号的pwm信号生成部71。所述pwm信号生成部71在从控制信号生成部41输出了用于执行安全转矩关断的控制信号的情况下，将向开关元件31、32、33、34、35、36的pwm信号设为断开。由此，停止从主电路部11的向电动机2的电力供给。
[0059]
此外，电流频率自诊断部44在判定为电流频率ω
c1
或者与电流频率ω
c1
成正比的值不小于或等于规定速度限制值ω
th
的情况下，能够在显示器16进行警报显示。显示器16是lcd(liquid crystal display)等显示器或者警报灯等。电流频率自诊断部44在显示器16为lcd的情况下，能够将表示电流频率ω
c1
或者与电流频率ω
c1
成正比的值不小于或等于规定速度限制值ω
th
的内容的文字信息等显示于显示器16。另外，电流频率自诊断部44也能够将表示电流频率ω
c1
或者与电流频率ω
c1
成正比的值的时间偏移和规定速度限制值ω
th
的图形信息显示于显示器16。此外，电流频率自诊断部44在判定为电流频率ω
c1
或者与电流频率ω
c1
成正比的值不小于或等于规定速度限制值ω
th
的情况下，也能够使未图示的扬声器输出警报音。
[0060]
另外，电流频率自诊断部44在判定为电流频率ω
c1
或者与电流频率ω
c1
成正比的值不小于或等于规定速度限制值ω
th
的情况下，也能够使控制信号生成部41向栅极驱动部13输出用于减少向电动机2的电力供给的控制信号，而取代用于执行安全转矩关断的控制信号。由此，能够减少向电动机2供给的电力。
[0061]
电流频率互诊断部45基于由电流频率计算部42计算出的电流频率ω
c1
和由安全功能部50计算出的后述的电流频率ω
c2
而进行互判断处理。具体地说，电流频率互诊断部45对
电流频率ω
c1
与电流频率ω
c2
之差是否处于预先设定的规定范围r
th1
内进行判定。电流频率互诊断部45在判定为电流频率ω
c1
与电流频率ω
c2
之差处于规定范围r
th1
外的情况下，使控制信号生成部41向栅极驱动部13输出用于执行安全转矩关断的控制信号。由此，停止向电动机2的电力供给。
[0062]
输出频率自诊断部46对由电流频率计算部42计算出的电流频率ω
c1
与由栅极驱动部13计算出的输出频率ω
out
之差是否处于预先设定的规定范围r
th2
内进行判定。栅极驱动部13具有对输出频率ω
out
进行计算的输出频率计算部72，输出频率自诊断部46从输出频率计算部72取得由输出频率计算部72计算出的输出频率ω
out
的信息。
[0063]
输出频率ω
out
是根据开关元件31、32、33、34、35、36的栅极驱动信号的控制而从主电路部11的dc/ac转换器21向电动机2输出的驱动电压的频率。输出频率计算部72基于由控制信号生成部41生成的控制信号而对输出频率ω
out
进行计算。例如，在控制信号包含3相坐标的电压指令的情况下，能够将所述电压指令的频率作为输出频率ω
out
而进行计算。
[0064]
输出频率自诊断部46在判定为电流频率ω
c1
与输出频率ω
out
之差处于规定范围r
th2
外的情况下，使控制信号生成部41向栅极驱动部13输出用于执行安全转矩关断的控制信号。由此，停止向电动机2的电力供给。
[0065]
此外，电流频率互诊断部45以及输出频率自诊断部46与电流频率自诊断部44同样地，能够在使控制信号生成部41执行安全转矩关断时，在显示器16进行警报显示，或者使未图示的扬声器输出警报音。另外，电流频率互诊断部45以及输出频率自诊断部46与电流频率自诊断部44同样地，也能够使控制信号生成部41向栅极驱动部13输出用于减少向电动机2的电力供给的控制信号，而取代用于执行安全转矩关断的控制信号。
[0066]
安全功能部50具有电流频率计算部51和监视部52。电流频率计算部51基于从零交叉检测部15输出的电流符号信号i
sig2
而对从主电路部11向电动机2供给的电流的频率即电流频率ω
c2
进行计算。所述电流频率计算部51与电流频率计算部42同样地，具有脉冲计数功能，对电流符号信号i
sig2
的上升和下降这两个边沿进行计数。电流频率计算部51以预先设定的周期对计数值进行采样，根据采样出的计数值，将电流频率ω
c2
作为电动机2的速度而进行计算。此外，电流频率计算部51也可以取代基于对电流符号信号i
sig2
的上升和下降共同进行计数的结果对电流频率ω
c2
进行计算，而是如下结构，即，基于仅对电流符号信号i
sig2
的上升或者下降进行计数的结果对电流频率ω
c2
进行计算。
[0067]
监视部52基于由电流频率计算部51计算出的电流频率ω
c2
而决定可否执行安全转矩关断。具体地说，监视部52在基于由电流频率计算部51检测出的电流频率ω
c2
而判定为控制部12没有进行与安全信号相应的电动机2的控制的情况下，使控制信号生成部41执行安全转矩关断。所述监视部52具有电流频率自诊断部53、电流频率互诊断部54和输出频率自诊断部55。
[0068]
电流频率自诊断部53将由电流频率计算部51计算出的电流频率ω
c2
或者与电流频率ω
c2
成正比的值设为电动机2的速度，对电动机2的速度是否小于或等于预先设定的规定速度限制值ω
th
进行判定。电流频率自诊断部53在判定为电流频率ω
c2
或者与电流频率ω
c2
成正比的值不小于或等于规定速度限制值ω
th
的情况下，使控制信号生成部41向栅极驱动部13输出用于执行安全转矩关断的控制信号。由此，停止向电动机2的电力供给。
[0069]
另外，电流频率自诊断部53与电流频率自诊断部44同样地，在判定为电流频率ω
c2
或者与电流频率ω
c2
成正比的值不小于或等于规定速度限制值ω
th
的情况下，能够在显示器16进行警报显示，或者使未图示的扬声器输出警报音。另外，电流频率自诊断部53与电流频率自诊断部44同样地，在判定为电流频率ω
c2
或者与电流频率ω
c2
成正比的值不小于或等于规定速度限制值ω
th
的情况下，能够使控制信号生成部41向栅极驱动部13输出用于减少向电动机2的电力供给的控制信号，而取代执行安全转矩关断的控制信号。
[0070]
此外，电流频率ω
c2
是与相应于电动机2中的定子极数的电动机2的速度成正比的值，与电流频率ω
c1
同样地，能够作为电动机2的速度的推定值而进行处理。就电流频率自诊断部53而言，在对电流频率ω
c2
是否小于或等于规定速度限制值ω
th
进行判定的情况下，规定速度限制值ω
th
是与相应于电动机2中的定子极数的电动机2的速度对应的限制值。另外，与电流频率ω
c2
成正比的值例如是将对电流频率ω
c2
乘以2所得到的值除以电动机2中的定子极数而得到的值，能够作为电动机2的速度[rps]的推定值而进行处理。就电流频率自诊断部53而言，在对与电流频率ω
c2
成正比的值是否小于或等于规定速度限制值ω
th
进行判定的情况下，规定速度限制值ω
th
是与电动机2的速度[rps]对应的上限值。
[0071]
电流频率互诊断部54与电流频率互诊断部45同样地，基于电流频率ω
c1
、ω
c2
而进行互判断处理。具体地说，电流频率互诊断部54对电流频率ω
c1
与电流频率ω
c2
之差是否处于预先设定的规定范围r
th1
内进行判定。电流频率互诊断部54在判定为电流频率ω
c1
与电流频率ω
c2
之差处于规定范围r
th1
外的情况下，使控制信号生成部41向栅极驱动部13输出用于执行安全转矩关断的控制信号。由此，停止向电动机2的电力供给。
[0072]
输出频率自诊断部55对电流频率ω
c2
与输出频率ω
out
之差是否处于预先设定的规定范围r
th2
内进行判定。输出频率自诊断部55在判定为电流频率ω
c2
与输出频率ω
out
之差处于规定范围r
th2
外的情况下，使控制信号生成部41向栅极驱动部13输出用于执行安全转矩关断的控制信号。由此，停止向电动机2的电力供给。
[0073]
此外，电流频率互诊断部54以及输出频率自诊断部55与电流频率自诊断部53同样地，能够在使控制信号生成部41执行安全转矩关断时，在显示器16进行警报显示，或者使未图示的扬声器输出警报音。另外，电流频率互诊断部54以及输出频率自诊断部55与电流频率自诊断部53同样地，也能够使控制信号生成部41向栅极驱动部13输出用于减少向电动机2的电力供给的控制信号，而取代用于执行安全转矩关断的控制信号。
[0074]
接下来，使用流程图，对控制部12的安全速度监视以及安全转矩关断的动作进行说明。图5是表示实施方式1涉及的控制部的驱动控制部的处理的一个例子的流程图。
[0075]
如图5所示，驱动控制部40对是否从安全装置4接收到sls信号进行判定(步骤s10)。驱动控制部40在判定为接收到sls信号的情况下(步骤s10：yes)，对电流频率ω
c1
进行计算(步骤s11)。驱动控制部40对电流频率ω
c1
是否小于或等于规定速度限制值ω
th
进行判定(步骤s12)。驱动控制部40在判定为电流频率ω
c1
小于或等于规定速度限制值ω
th
的情况下(步骤s12：yes)，对电流频率ω
c1
与电流频率ω
c2
之差是否处于规定范围r
th1
外进行判定(步骤s13)。
[0076]
驱动控制部40在判定为电流频率ω
c1
与电流频率ω
c2
之差不处于规定范围r
th1
外的情况下(步骤s13：no)，对电流频率ω
c1
与输出频率ω
out
之差是否处于规定范围r
th2
外进行判定(步骤s14)。驱动控制部40在判定为电流频率ω
c1
不小于或等于规定速度限制值ω
th
的情况下(步骤s12：no)，在判定为电流频率ω
c1
与电流频率ω
c2
之差处于规定范围r
th1
外的情
况下(步骤s13：yes)，或者在判定为电流频率ω
c1
与输出频率ω
out
之差处于规定范围r
th2
外的情况下(步骤s14：yes)，决定安全转矩关断的执行，使控制部12执行安全转矩关断(步骤s15)。
[0077]
驱动控制部40在步骤s15的处理结束了的情况下，在判定为未接收到sls信号的情况下(步骤s10：no)，或者在判定为电流频率ω
c1
与输出频率ω
out
之差不处于规定范围r
th2
外的情况下(步骤s14：no)，结束图5所示的处理。此外，控制部12的安全功能部50的处理与图5所示的驱动控制部40的处理相同，与图5所示的驱动控制部40的处理不同的点在于，在图5所示的步骤s11、s12、s14中使用电流频率ω
c2
而取代电流频率ω
c1
。
[0078]
图6是表示实施方式1涉及的栅极驱动部、零交叉检测部、驱动控制部以及安全功能部的硬件结构的一个例子的图。如图6所示，栅极驱动部13、零交叉检测部15、驱动控制部40以及安全功能部50各自包含具有处理器101、存储器102和接口电路103的计算机。处理器101、存储器102以及接口电路103能够经由母线104而实现彼此数据的收发。
[0079]
栅极驱动部13的pwm信号生成部71的一部分由接口电路103实现。栅极驱动部13中的处理器101通过读取、执行在存储器102存储的程序而执行pwm信号生成部71以及输出频率计算部72的功能。零交叉检测部15中的处理器101通过读取、执行在存储器102存储的程序而执行电流符号信号生成部61、62的功能。驱动控制部40中的处理器101通过读取、执行在存储器102存储的程序而执行控制信号生成部41、电流频率计算部42以及监视部43的功能。另外，安全功能部50中的处理器101通过读取、执行在存储器102存储的程序而执行电流频率计算部51以及监视部52的功能。此外，上述电流频率计算部42、51的电流符号信号i
sig1
、i
sig2
的上升和下降这两个边沿的计数通过处理器101的脉冲计数功能而执行。另外，电流频率计算部42、51也可以是使用接口电路103的输入端口而由处理器101对电流符号信号i
sig1
、i
sig2
的反转次数进行计数的结构。
[0080]
处理器101是处理电路的一个例子，包含cpu(central processing unit)、dsp(digital signal processor)以及系统lsi(large scale integration)中的1个或多个。存储器102包含ram(random access memory)、rom(read only memory)、闪存、eprom(erasable programmable read only memory)以及eeprom(注册商标)(electrically erasable programmable read only memory)中的1个或多个。另外，存储器102包含记录了计算机可读取程序的记录介质。所述记录介质包含非易失性或者易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、压缩盘以及dvd(digital versatile disc)中的1个或多个。此外，控制部12可以包含asic(application specific integrated circuit)以及fpga(field programmable gate array)等集成电路。
[0081]
这样，驱动控制部40以及安全功能部50各自包含处理器101以及在处理器101上进行动作的程序，所述驱动控制部40与安全功能部50彼此独立地起作用。
[0082]
如上所述，实施方式1涉及的电力转换装置1具有主电路部11、控制部12、电流传感器14和半波整流部80。主电路部11将直流电力转换为交流电力，将转换后的交流电力向电动机2进行供给。控制部12对主电路部11进行控制。电流传感器14对从主电路部11向电动机2供给的电流进行检测。半波整流部80对从电流传感器14输出的电流检测信号i
det
进行半波整流。控制部12具有电流频率计算部42、51和监视部43、52。电流频率计算部42、51基于由半波整流部80进行了半波整流的电流检测信号i
det
即电流检测信号i
detr
的上升定时以及下降
定时的至少任一者而对电流频率ω
c1
、ω
c2
进行检测。监视部43、52基于由电流频率计算部42、51计算出的电流频率ω
c1
、ω
c2
而对电动机2的速度进行监视。由此，电力转换装置1能够不使用编码器等外部检测器而进行安全速度监视，另外，电力转换装置1对半波整流波形即电流检测信号i
detr
进行处理，因此，能够通过简单的结构进行安全速度监视，而不需要负极性的电源。
[0083]
另外，电力转换装置1具有迟滞比较器83，该迟滞比较器83通过不同的阈值而对由半波整流部80进行了半波整流的电流检测信号i
detr
的上升定时和下降定时进行比较。电流频率计算部42、51基于根据迟滞比较器83的比较结果而得到的上升定时而对电流频率ω
c1
、ω
c2
进行计算。由此，电力转换装置1例如不检测比上述符号反转阈值th1与符号反转阈值th2之差小的驱动电流的波纹，所以能够提高耐噪声性。因此，例如，就电流符号信号生成部61、62而言，能够使滤波器82为简单的结构。
[0084]
另外，监视部43、52在由电流频率计算部42、51计算出的电流频率ω
c1
、ω
c2
或者与电流频率ω
c1
、ω
c2
成正比的值超过了规定速度限制值ω
th
的情况下，能够使从主电路部11向电动机2的交流电力的供给停止。由此，电力转换装置1在电动机2的速度超过了规定速度限制值的情况下，能够使电动机2停止。
[0085]
另外，监视部43、52在由多个电流频率计算部42、51各自计算出的电流频率ω
c1
、ω
c2
之差处于预先设定的规定范围r
th1
外的情况下，使从主电路部11向电动机2的电力供给停止。由此，电力转换装置1能够在冗余化的监视部43、52之间进行互诊断，能够高精度地对控制部12没有进行与安全信号相应的电动机2的控制这一情况进行检测。
[0086]
另外，电力转换装置1具有生成对主电路部11进行pwm控制的pwm信号的pwm信号生成部71和对从主电路部11向电动机2输出的交流电压的频率即输出频率ω
out
进行计算的输出频率计算部72。监视部43、52在由电流频率计算部42、51计算出的电流频率ω
c1
、ω
c2
与由输出频率计算部72计算出的输出频率ω
out
之差处于预先设定的规定范围r
th2
外的情况下，使从主电路部11向电动机2的电力供给停止。由此，电力转换装置1能够高精度地对控制部12没有进行与安全信号相应的电动机2的控制这一情况进行检测。
[0087]
实施方式2.
[0088]
实施方式2涉及的电力转换装置与实施方式1涉及的电力转换装置1的不同点在于，使用通过机器学习而生成的计算模型对电流频率进行计算。下面，对具有与实施方式1相同的功能的结构要素标注相同的标号而省略说明，以与实施方式1的驱动控制系统100不同的点为中心进行说明。
[0089]
图7是表示包含实施方式2涉及的电力转换装置的驱动控制系统的结构例的图。如图7所示，实施方式2涉及的驱动控制系统100a具有电力转换装置1a、电动机2、交流电源3、安全装置4和测量装置5。测量装置5是外部测量装置的一个例子。
[0090]
电力转换装置1a与电力转换装置1的不同点在于，取代具有驱动控制部40以及安全功能部50的控制部12，而具备具有驱动控制部40a以及安全功能部50a的控制部12a。驱动控制部40a与驱动控制部40的不同点在于，取代电流频率计算部42而具有电流频率计算部42a。电流频率计算部42a使用通过机器学习而生成的计算模型，根据电流符号信号i
sig1
，对电流频率ω
c1
进行计算。
[0091]
另外，安全功能部50a与安全功能部50的不同点在于，取代电流频率计算部51而具
有电流频率计算部51a。电流频率计算部51a使用通过机器学习而生成的计算模型，根据电流符号信号i
sig2
，对电流频率ω
c2
进行计算。电流频率计算部42a和电流频率计算部51a为相同的结构，因此，下面，具体说明电流频率计算部42a的结构，省略关于电流频率计算部51a的结构的说明。
[0092]
测量装置5以预先设定的周期对从电力转换装置1a向电动机2供给的交流电流或者电动机2的速度进行测量，将表示测量的结果的数据即测量值向电力转换装置1a输出。测量装置5例如是具有电流检测功能的数据记录器等测量器。测量装置5例如将表示从电力转换装置1a向电动机2供给的交流电流的波形的电流波形数据作为测量值而向电力转换装置1a输出。例如在dc/ac转换器21由电力半导体芯片构成的情况下，电流波形数据是对电力半导体芯片附加直接测量装置5的探测等而得到的数据，是表示不受由测量引起的噪声的影响的实际电流波形的数据。
[0093]
另外，测量装置5也可以是安装于电动机2的编码器。在这种情况下，测量装置5对电动机2的速度进行检测。电动机2的速度是电动机2的机械角速度，但也可以是电动机2的电角速度。测量装置5例如对电动机2的旋转轴的旋转位置进行检测，根据检测到的旋转位置的变化而对电动机2的速度进行检测。测量装置5将表示检测到的电动机2的速度的速度数据作为测量值而向电力转换装置1a输出。
[0094]
图8是表示实施方式2涉及的电流频率计算部的结构例的图。如图8所示，电流频率计算部42a具有第1取得部63、第2取得部64、学习部65和频率计算部66。
[0095]
第1取得部63取得从零交叉检测部15输出的电流符号信号i
sig1
作为状态变量。第2取得部64通过有线通信或者无线通信，经由网络以预先设定的周期从测量装置5取得测量值。例如，第2取得部64从测量装置5取得速度数据或者电流波形数据作为测量值。
[0096]
第2取得部64基于取得的测量值而对电流频率ω进行计算。电流频率ω是从电力转换装置1a向电动机2供给的交流电流的频率。第2取得部64在取得的测量值是电流波形数据的情况下，通过对电流波形数据实施高速傅里叶变换处理，从而对电流频率ω进行计算。第2取得部64在取得的测量值是速度数据的情况下，基于速度数据和电动机2的极数而对电流频率ω进行计算。
[0097]
学习部65按照基于由第1取得部63取得的电流符号信号i
sig1
和由第2取得部64计算出的电流频率ω的组合而创建的数据组，进行学习处理，生成计算模型m。由学习部65生成的计算模型是将电流符号信号i
sig1
作为输入而将电流频率ω
c1
输出的计算模型。
[0098]
学习部65例如按照神经网络模型，通过所谓的监督式学习而进行学习处理，生成由神经网络构成的计算模型m。这里，监督式学习是指通过机器学习而生成根据输入对结果进行推定的计算模型的方法，该机器学习通过将某个输入和结果的数据组大量地赋予学习装置，对在这些数据组存在的特征进行学习。
[0099]
神经网络由由多个神经元构成的输入层、由多个神经元构成的中间层以及由多个神经元构成的输出层构成。中间层可以是1层或者大于或等于3层。另外，中间层也被称为隐藏层。
[0100]
图9是表示实施方式2涉及的3层神经网络的一个例子的图。在学习部65使用图9所示的3层神经网络的情况下，如果多个输入被向输入层x1、x2、x3输入，则对输入的值乘以权重w1而向中间层y1、y2输入。然后，对向中间层y1、y2输入的值再乘以权重w2而从输出层z1、
z2、z3输出。该输出结果根据权重w1和w2的值而变化。
[0101]
权重w1是权重w11～w16，权重w2是权重w21～w26。向输入层x1输入的值被乘以权重w11而向中间层y1输入，乘以权重w12而向中间层y2输入。向输入层x2输入的值被乘以权重w13而向中间层y1输入，乘以权重w14而向中间层y2输入。向输入层x3输入的值被乘以权重w15而向中间层y1输入，乘以权重w16而向中间层y2输入。向中间层y1输入的值被乘以权重w21而向输出层z1输入，乘以权重w23而向输出层z2输入，乘以权重w25而向输出层z3输入。向中间层y2输入的值被乘以权重w22而向输出层z1输入，乘以权重w24而向输出层z2输入，乘以权重w26而向输出层z3输入。
[0102]
计算模型m所使用的神经网络按照包含电流符号信号i
sig1
与电流频率ω的组合的数据组，通过所谓的监督式学习而对频率检测方法进行学习。即，计算模型m所使用的神经网络通过对权重w1和w2进行调整，使向输入层输入电流符号信号i
sig1
而从输出层输出的结果接近根据测量值得到的电流频率ω，从而进行学习处理，生成计算模型m。
[0103]
另外，学习部65也能够通过所谓的无监督式学习而生成计算模型m。无监督式学习是指通过机器学习而生成计算模型的方法，该机器学习通过仅将输入数据大量地赋予机器学习装置，从而使机器学习装置学习输入数据是什么样的分布，即使不赋予与输入数据对应的监督数据，也对输入数据进行压缩、分类以及整形等。在无监督式学习中，能够将某种特征相似的数据聚类在数据组中。并且，在无监督式学习中，能够使用聚类的结果，通过设置某种基准并进行使其最优化这样的输出的分配，从而对输出进行预测。另外，作为无监督式学习与监督式学习的中间的问题设定，有时称为半监督式学习。在半监督式学习中，输入和输出的数据组被用于仅一部分的学习，除此以外的学习仅使用输入的数据。
[0104]
另外，作为计算模型m所使用的学习算法，还能够取代神经网络而使用对特征量本身的提取进行学习的深度学习(deep learning)，也可以按照其它公知的方法，例如遗传编程、功能逻辑编程、支持向量机等而执行机器学习。
[0105]
返回图8，继续电流频率计算部42a的说明。学习部65将生成的计算模型m设定于频率计算部66。频率计算部66通过将电流符号信号i
sig1
输入至计算模型m，从而使计算模型m对电流频率ω
c1
进行计算。
[0106]
电流频率计算部42a的硬件结构与图6所示的硬件结构相同。第1取得部63、第2取得部64以及频率计算部66的各自的一部分由接口电路103实现。第1取得部63、第2取得部64、学习部65以及频率计算部66的功能通过由处理器101读取、执行在存储器102存储的程序而得到执行。此外，第1取得部63、第2取得部64、学习部65以及频率计算部66也可以其一部分或者全部由asic或fpga等硬件构成。
[0107]
在上述例子中，在电力转换装置1a的内部对计算模型进行了计算，但计算模型m也可以在与电力转换装置1a不同的机器学习装置中生成。图10是表示包含实施方式2涉及的电力转换装置的驱动控制系统的结构的其它例子的图。在图10所示的例子中，实施方式2涉及的驱动控制系统100a具有电力转换装置1a、电动机2、交流电源3、安全装置4、测量装置5和机器学习装置6。
[0108]
图10所示的电力转换装置1a的电流频率计算部42a与图7所示的电流频率计算部42a的不同点在于，不具有图8所示的第1取得部63、第2取得部64以及学习部65。图10所示的电流频率计算部51a是与图10所示的电流频率计算部42a相同的结构。
[0109]
图11是表示实施方式2涉及的机器学习装置的结构例的图。如图11所示，机器学习装置6具有第1取得部111、第2取得部112、学习部113、存储部114和输出部115。机器学习装置6例如经由未图示的网络而与电力转换装置1a可通信地连接。此外，机器学习装置6也可以配置于云服务器上。
[0110]
第1取得部111通过有线通信或者无线通信，经由网络以预先设定的周期而从电力转换装置1a取得电流符号信号i
sig1
、i
sig2
作为状态变量。第2取得部112通过无线通信，经由网络以预先设定的周期而从测量装置5取得测量值。例如，第2取得部112所取得的测量值与由第2取得部64取得的测量值相同。第2取得部112与第2取得部64同样地，基于取得的测量值而对电流频率ω进行计算。
[0111]
学习部113按照基于由第1取得部111取得的电流符号信号i
sig1
和由第2取得部112计算出的电流频率ω的组合而创建的数据组，进行与学习部65相同的学习处理，生成计算模型m。另外，学习部113按照基于由第1取得部111取得的电流符号信号i
sig2
和由第2取得部112计算出的电流频率ω的组合而创建的数据组，进行与学习部65相同的学习处理，生成计算模型m。
[0112]
学习部113将生成的计算模型m存储于存储部114。输出部115通过有线通信或者无线通信，经由网络而将在存储部114存储的计算模型m的信息向电力转换装置1a发送。电力转换装置1a的控制部12a将从机器学习装置6发送的计算模型m的信息设定于电流频率计算部42a以及电流频率计算部51a。例如，控制部12a将使用电流符号信号i
sig1
而生成的计算模型m设定于电流频率计算部42a，将使用电流符号信号i
sig2
而生成的计算模型m设定于电流频率计算部51a。
[0113]
机器学习装置6的硬件结构与图6所示的硬件结构相同。第1取得部111、第2取得部112以及输出部115的各自的一部分由接口电路103实现。存储部114由存储器102实现。第1取得部111、第2取得部112、学习部113以及输出部115的功能通过由处理器101读取、执行在存储器102存储的程序而得到执行。此外，第1取得部111、第2取得部112、学习部113以及输出部115也可以其一部分或者全部由asic或fpga等硬件构成。
[0114]
此外，学习部113也能够按照针对多个电力转换装置1a创建的数据组而生成计算模型m。另外，机器学习装置6能够从在同一现场中使用的多个电力转换装置1a取得电流符号信号i
sig1
、i
sig2
，也能够从在不同现场中独立运行的多个电力转换装置1a取得电流符号信号i
sig1
、i
sig2
。并且，机器学习装置6也能够在中途追加成为电流符号信号i
sig1
、i
sig2
的取得对象的电力转换装置1a，或者将作为取得对象的电力转换装置1a从取得对象去除。另外，也能够将针对某个电力转换装置1a、通过机器学习而生成计算模型m的机器学习装置6安装于另外的电力转换装置1a，针对所述另外的电力转换装置1a，通过再学习而对计算模型m进行更新。
[0115]
驱动控制部40a以及安全功能部50a的硬件结构与驱动控制部40以及安全功能部50的硬件结构相同。驱动控制部40a以及安全功能部50a的功能是通过由处理器101读取并执行在存储器102存储的程序而执行的。此外，驱动控制部40a以及安全功能部50a也可以其一部分或者全部由asic或fpga等硬件构成。
[0116]
如上所述，实施方式2涉及的电力转换装置1a的电流频率计算部42a、51a能够使用通过机器学习而生成的计算模型对电流频率ω
c1
、ω
c2
进行计算。由此，能够高精度地对电
流频率ω
c1
、ω
c2
进行计算。
[0117]
另外，电流频率计算部42a、51a具有计算模型m，该计算模型m是基于电流符号信号i
sig1
、i
sig2
和根据由测量装置5测量出的、表示电流的波形或者电动机2的速度的测量值而得到的电流频率ω，通过机器学习而生成的。电流符号信号i
sig1
、i
sig2
各自是表示上升定时以及下降定时的至少任一者的信号的一个例子。电流频率计算部42a、51a通过向计算模型m输入电流符号信号i
sig1
、i
sig2
，从而使计算模型m对电流频率ω
c1
、ω
c2
进行计算。电流传感器14在电动机2低速动作时或者向电动机2供给的电流低时等，容易受到噪声的影响。电流频率计算部42a、51a通过使计算模型m对电流频率ω
c1
、ω
c2
进行计算，从而即使在电流传感器14受到了噪声的影响的情况下，也能够高精度地对电流频率ω
c1
、ω
c2
进行计算。
[0118]
另外，电流频率计算部42a、51a具有第1取得部63、第2取得部64和学习部65。第1取得部63取得电流符号信号i
sig1
、i
sig2
作为状态变量。第2取得部64从测量装置5取得测量值，基于取得的测量值对电流频率ω进行计算。学习部65基于数据组，通过机器学习而生成计算模型m，该数据组是利用由第1取得部63取得的状态变量和由第2取得部64计算出的电流频率ω的组合而创建的。由此，电力转换装置1a能够生成计算模型m，因此即使在每个电力转换装置1a存在个体差异的情况下，也能够高精度地对电流频率ω
c1
、ω
c2
进行计算。
[0119]
另外，实施方式2涉及的驱动控制系统100a具有生成计算模型m的机器学习装置6。机器学习装置6具有第1取得部111、第2取得部112和学习部113。第1取得部111取得电流符号信号i
sig1
、i
sig2
作为状态变量。第2取得部112从测量装置5取得测量值，基于取得的测量值对电流频率ω进行计算。学习部113基于数据组，通过机器学习而生成计算模型m，该数据组是利用由第1取得部111取得的状态变量和由第2取得部112计算出的电流频率ω的组合而创建的。由此，机器学习装置6例如能够对多个电力转换装置1a生成共通的计算模型m，因此与对每个电力转换装置1a生成计算模型m的情况相比，能够容易地生成计算模型m。
[0120]
以上的实施方式所示的结构表示的是本发明的内容的一个例子，也能够与其它的公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围也能够省略、变更结构的一部分。
[0121]
标号的说明
[0122]
1、1a电力转换装置，2电动机，3交流电源，4安全装置，5测量装置，6机器学习装置，11主电路部，12、12a控制部，13栅极驱动部，14电流传感器，15零交叉检测部，16显示器，20ac/dc转换器，21dc/ac转换器，22 3相二极管桥，23平滑电容器，31、32、33、34、35、36开关元件，40、40a驱动控制部，41控制信号生成部，42、42a、51、51a电流频率计算部，43、52监视部，44、53电流频率自诊断部，45、54电流频率互诊断部，46、55输出频率自诊断部，50、50a安全功能部，61、62电流符号信号生成部，63、111第1取得部，64、112第2取得部，65、113学习部，66频率计算部，71pwm信号生成部，72输出频率计算部，80半波整流部，81运算放大器，82滤波器，83迟滞比较器，91比较器，92、93、94、95、96电阻，100、100a驱动控制系统，114存储部，115输出部，i
det
、i
detr
电流检测信号，i
sig1
、i
sig2
电流符号信号，r
th1
、r
th2
规定范围，th1、th2符号反转阈值，ω
c1
、ω
c2
电流频率，ω
out
输出频率，ω
th
规定速度限制值。