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公開番号2025111057
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-30
出願番号2024005209
出願日2024-01-17
発明の名称キャパシタの劣化評価方法、キャパシタの劣化評価装置、インバータの劣化評価方法及びインバータの劣化評価装置
出願人国立大学法人九州工業大学
代理人個人,個人
主分類G01R 31/00 20060101AFI20250723BHJP(測定;試験)
要約【課題】入力側にキャパシタを有し、直流を入力して単相交流または3相交流を出力するインバータにおいて、センサレスでキャパシタの劣化の程度を評価する劣化評価方法及び劣化評価装置を提供する。
【解決手段】入力側にキャパシタCを有し、直流を入力して単相交流または3相交流を出力するインバータ10のキャパシタCの劣化の程度を評価する際に、インバータ10の出力電圧信号と出力電流信号を用いて瞬時出力電力信号を生成し、この瞬時出力電力信号を、キャパシタの両端の電圧信号であるキャパシタ電圧信号で除してリプル電流信号を生成し、このリプル電流信号を用いることでキャパシタCの劣化の程度を評価する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
入力側にキャパシタを有し、直流を入力して単相交流または３相交流を出力するインバータの前記キャパシタの劣化の程度を評価するキャパシタの劣化評価方法において、
前記インバータの出力電圧信号と出力電流信号を用いて瞬時出力電力信号を生成する瞬時出力電力信号生成ステップと、
前記瞬時出力電力信号を、前記キャパシタの両端の電圧の信号であるキャパシタ電圧信号で除してリプル電流信号を生成するリプル電流信号生成ステップと
を有するキャパシタの劣化評価方法。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
高速フーリエ変換した前記キャパシタ電圧信号を、高速フーリエ変換した前記リプル電流信号で除してインピーダンス信号を生成するインピーダンス信号生成ステップと、
前記インピーダンス信号の周波数特性の曲線から等価直列抵抗とキャパシタンスとを特定する等価直列抵抗・キャパシタンス特定ステップと、
あらかじめ検出しておいた初期等価直列抵抗と前記等価直列抵抗とを比較して劣化を評価する、またはあらかじめ検出しておいた初期キャパシタンスと前記キャパシタンスとを比較して劣化の程度を評価する劣化評価ステップと
を有する請求項１に記載のキャパシタの劣化評価方法。
【請求項３】
前記劣化評価ステップで、前記キャパシタの劣化が検出された場合に、前記インバータ内のスイッチング素子とダイオードの劣化の程度を評価するスイッチング素子劣化評価ステップを実行する請求項２に記載のキャパシタの劣化評価方法。
【請求項４】
入力側にキャパシタを有し、直流を入力して単相交流または３相交流を出力するインバータの前記キャパシタの劣化の程度を評価するキャパシタの劣化評価装置において、
前記インバータの出力電圧信号と出力電流信号を用いて瞬時出力電力信号を生成する瞬時出力電力信号生成部と、
前記瞬時出力電力信号を、前記キャパシタの両端の電圧の信号であるキャパシタ電圧信号で除してリプル電流信号を生成するリプル電流信号生成部と
を有するキャパシタの劣化評価装置。
【請求項５】
高速フーリエ変換した前記キャパシタ電圧信号を、高速フーリエ変換した前記リプル電流信号で除してインピーダンス信号を生成するインピーダンス信号生成部と、
前記インピーダンス信号の周波数特性の曲線から等価直列抵抗とキャパシタンスとを特定する等価直列抵抗・キャパシタンス特定部と、
あらかじめ検出しておいた初期等価直列抵抗と前記等価直列抵抗とを比較して劣化を評価する、またはあらかじめ検出しておいた初期キャパシタンスと前記キャパシタンスとを比較して劣化を評価する評価部と
を有する請求項４に記載のキャパシタの劣化評価装置。
【請求項６】
前記評価部で前記キャパシタの劣化が検出された場合に、前記インバータ内のスイッチング素子とダイオードの劣化の程度を評価するスイッチング素子劣化評価部を有する請求項５に記載のキャパシタの劣化評価装置。
【請求項７】
入力側にキャパシタを有し、直流を入力して単相交流または３相交流を出力するインバータの劣化の程度を評価するインバータの劣化評価方法において、
前記インバータに稼働電圧よりも小さい電圧の検査用電圧を入力して得られる前記インバータの出力電圧信号の振幅から、前記インバータ内のスイッチング素子及びダイオードの劣化の程度を評価するスイッチング素子評価ステップを有するインバータの劣化評価方法。
【請求項８】
前記インバータへの前記検査用電圧の入力は、前記インバータを起動させた際に実行する起動モードでの入力とし、前記起動モードの終了後に稼働モードとして前記インバータに前記稼働電圧を入力する請求項７に記載のインバータの劣化評価方法。
【請求項９】
入力側にキャパシタを有し、直流を入力して単相交流または３相交流を出力するインバータの劣化の程度を評価するインバータの劣化評価装置において、
前記インバータに稼働電圧よりも小さい電圧の検査用電圧を入力して得られる前記インバータの出力電圧信号の振幅から、前記インバータ内のスイッチング素子及びダイオードの劣化の程度を評価するスイッチング素子評価部を有するインバータの劣化評価装置。
【請求項１０】
前記インバータへの前記検査用電圧の入力は、前記インバータを起動させた際に実行する起動モードでの入力とし、前記起動モードの終了後に稼働モードとして前記インバータに前記稼働電圧を入力する請求項７に記載のインバータの劣化評価装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータの入力側に設けたキャパシタの劣化評価方法及びキャパシタの劣化評価装置、さらには、インバータの劣化評価方法及びインバータの劣化評価装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
昨今、温暖化対策として太陽光発電や風力発電が大規模に行われている。これらの発電システムでは、パワーコンディショナや無効電力保障装置等が用いられ、それらは各種のインバータで構成されている。また、利用が拡大している電気自動車ではモータ駆動システムが必要であって、このモータ駆動システムにも、各種のインバータが用いられている。
【０００３】
これらのインバータは、トランジスタ等のスイッチング素子と、整流素子のダイオードと、平滑化のために設けられるキャパシタとを組み合わせて構成している。キャパシタは、充放電が繰り返されることで最も劣化しやすいことが知られており、指定された交換条件に達したキャパシタの交換を行うことで、インバータの性能を維持している。
【０００４】
しかしながら、キャパシタでは想定外の劣化が生じ、比較的高頻度で故障することが知られている。このような交換前の故障の発生を防止するために、キャパシタの劣化の監視が必要だと考えられている。キャパシタの劣化を監視する方法としては、キャパシタに流れる電流を、電流センサ等を用いて監視する方法が知られている。この方法では、電流センサで検出された電流値から、等価直列抵抗やキャパシタンスを評価することで、キャパシタの劣化の程度を評価している。
【０００５】
この電流センサによる監視を常に行う場合には、インバータを構成している回路内に電流センサを設ける必要がある。しかし、インバータを構成している回路内に電流センサを設けることは、既存のインバータ回路の全面改修が必要であって、かつコスト増を招くことから、費用対効果の観点から実施されることはほとんどなかった。
【０００６】
本発明者は、このような状況で、電流センサを用いないで所望の電流情報を取得して、キャパシタの等価直列抵抗やキャパシタンスを特定し、キャパシタの寿命を診断する方法を発明した（例えば、特許文献１参照。）。ここで、インバータは、産業機械や各種ロボット等に用いられるモータの駆動用インバータであり、３相の入力電源から入力された交流電力を、インバータ内の整流器で直流電力に整流し、その後、その直流電力をインバータ内のインバータ回路で交流電力に変換している。整流器で整流された電圧の変動を平滑化するために、整流器とインバータ回路との間にはキャパシタを設けており、このキャパシタの寿命を監視している。また、このキャパシタと整流器との間には、高調波を抑制するために、フィルタインダクタを設けている。
【０００７】
このようなインバータにおいては、整流器電圧と、インバータ内のフィルタインダクタのインピーダンスとからキャパシタに流れるリプル電流を算出することができる。なお、整流器電圧は、入力電源の電源電圧と、インバータの出力電力とから算出できることを利用している。
【０００８】
このリプル電流と、キャパシタの両端の電圧であるキャパシタ電圧とを用いて、キャパシタの等価直列抵抗やキャパシタンスを評価する方法を発明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０２２－０７６１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、フィルタインダクタを有していないインバータにおいては、リプル電流を算出することができず、利用が限られるという問題があった。本発明者は、他の形態のインバータにおいても同様にセンサレスとしてキャパシタの劣化の程度の評価を行うべく研究開発を行ったところ、直流を入力して単相交流または３相交流を出力するインバータにおいてリプル電流の算出を可能とすることができ、本発明をなすに至ったものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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