JP2017163672A - 電力変換装置および電力変換装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力用半導体素子の寿命値をより正確に取得することが可能な電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供する。
【解決手段】この電力変換装置１００は、電力変換を行うとともに、電力変換された電力を負荷装置１０２に供給する電力用半導体素子１３と、電力用半導体素子１３の駆動を制御する制御部３とを備え、制御部３は、負荷装置１０２を駆動させる速度の加減速パターン５１を設定する加減速パターン設定部３１と、設定された加減速パターン５１に基づいて、パワーサイクル寿命値ＰＣを取得する寿命取得部３３とを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力変換装置および電力変換装置の制御方法に関し、特に、寿命取得部を備える電力変換装置および電力変換装置の制御方法に関する。

従来、寿命取得部を備える電力変換装置および電力変換装置の制御方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、寿命監視装置を備えたインバータが開示されている。このインバータには、パワースイッチング素子と、パワースイッチング素子の駆動を制御する制御回路とが設けられている。また、寿命監視装置には、メモリと、入力回路と、基準値演算回路と、カウンタとが設けられている。そして、基準値演算回路は、入力回路により設定されたジャンクション温度差の値を取得するとともに、メモリからジャンクション温度差の値とパワーサイクルとの相関関係を示すテーブルを読み出すように構成されている。また、カウンタは、パワースイッチング素子に与えられる運転指令の回数（オンの回数）をカウントするように構成されている。そして、基準値演算回路は、カウンタによるカウント数が、ジャンクション温度差の値とテーブルとに基づく設定値を超えた時に、警報信号を制御回路に伝達するように構成されている。そして、制御回路は、警報信号を取得した場合には、パワースイッチング素子の駆動を停止するように構成されている。また、ジャンクション温度差の値は、１点の固定値であり操作者が選んだ値に設定されている。

特許第３２０９００４号公報

ここで、パワースイッチング素子のジャンクション温度差（温度上昇値）は、パワースイッチング素子の駆動パターン（負荷装置を駆動させる加減速パターン）に応じて異なる。たとえば、加速中の温度上昇値と減速中の温度上昇値とは、異なる場合がある。また、加速中または減速中においても、温度の上昇下降は繰り返され、温度上昇値は、１点の固定値とはならない。しかしながら、上記特許文献１に記載されたインバータでは、ジャンクション温度差の値（温度上昇値）は、１点の固定値（操作者が選んだ値）に設定されている。したがって、上記特許文献１のインバータでは、温度上昇値として１点の固定値を用いているため、負荷装置を駆動させる加減速パターンに対応して正確にパワースイッチング素子のパワーサイクル（寿命値）を演算することが困難である。すなわち、上記特許文献１のインバータ（電力変換装置）では、パワースイッチング素子（電力用半導体素子）の寿命値を正確に取得することが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電力用半導体素子の寿命値をより正確に取得することが可能な電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による電力変換装置は、電力変換を行うとともに、電力変換された電力を負荷装置に供給する電力用半導体素子と、電力用半導体素子の駆動を制御する制御部とを備え、制御部は、負荷装置を駆動させる速度の加減速パターンを設定する加減速パターン設定部と、設定された加減速パターンに基づいて、電力用半導体素子の寿命値を取得する寿命取得部とを含む。

この発明の第１の局面による電力変換装置では、上記のように、寿命取得部を、加減速パターンに基づいて、電力用半導体素子の寿命値を取得するように構成する。これにより、温度上昇値が操作者により１点の固定値が選択されるように構成する場合と異なり、負荷装置の加減速パターン（加速時の温度上昇値および減速時の温度上昇値）に応じた電力用半導体素子の寿命値を取得することができる。その結果、電力用半導体素子の寿命値をより正確に取得することができるので、寿命値が正確に取得されないことに起因して、予定した交換時期（予測した故障時期）以外の時期に電力用半導体素子が寿命を向かえる（故障する）ことを抑制することができる。また、加減速パターンに基づいて、電力用半導体素子の寿命値を取得することによって、温度上昇値を実測する必要がないので、電力用半導体素子（電力変換装置）を駆動させることなく、負荷装置の運転を行う前に、電力用半導体素子の寿命値を取得することができる。

上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、寿命取得部は、加減速パターンに基づいて、負荷装置の加減速トルク値を取得するトルク取得部と、加減速トルク値に基づいて、負荷装置に供給される電力の出力電流値および出力電圧値を取得する電流電圧取得部と、出力電流値および出力電圧値に基づいて、電力用半導体素子の電力損失を取得する損失取得部と、電力用半導体素子の電力損失に基づいて、電力用半導体素子の温度上昇値を取得する温度取得部と、温度上昇値に基づいて、電力用半導体素子の寿命値としてのパワーサイクル寿命値を取得するパワーサイクル寿命取得部とを含む。このように構成すれば、加減速パターンに基づいて、温度上昇値を取得することができるので、温度上昇値を実測することなく、電力用半導体素子の寿命値を取得することができる。その結果、温度上昇値を実測するための温度検出器を設ける必要がない分、電力変換装置の構成が複雑化することを抑制することができる。

上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、加減速パターン設定部は、取得された電力用半導体素子の寿命値に基づいて、加減速パターンを再設定するように構成されており、再設定される加減速パターンに基づく電力用半導体素子の寿命値が寿命取得部により取得された電力用半導体素子の寿命値よりも大きくなるように、加減速パターンを再設定するように構成されている。このように構成すれば、自動的に電力用半導体素子の寿命値を大きくすることができる。

この場合、好ましくは、加減速パターン設定部は、加減速パターンの加速または減速のうちの少なくとも一方の速度変化率を変更する再設定を行うことによって、再設定される加減速パターンに基づく電力用半導体素子の寿命値が寿命取得部により取得された電力用半導体素子の寿命値よりも大きくなるように、加減速パターンを再設定するように構成されている。ここで、加減速パターンの加速または減速のうちの少なくとも一方の速度変化率を変更する（たとえば、小さくする）再設定を行うことにより、電力用半導体素子の温度上昇値を再設定前よりも小さくすることができる。この点に着目して、本発明では、上記のように構成することにより、加速期間または減速期間の温度上昇値を小さくすることができるので、容易に電力用半導体素子の寿命値を大きくすることができる。

上記加減速パターンを再設定する加減速パターン設定部を備える電力変換装置において、好ましくは、寿命取得部は、加減速パターンに基づいて、電力用半導体素子の温度上昇値を取得する温度取得部を含むとともに、温度取得部により取得された温度上昇値に基づいて、電力用半導体素子の寿命値を取得するように構成されており、加減速パターン設定部は、温度取得部により取得された温度上昇値よりも再設定される加減速パターンによる温度上昇値が小さくなるように加減速パターンを再設定することにより、再設定される加減速パターンに基づく電力用半導体素子の寿命値が寿命取得部により取得された電力用半導体素子の寿命値よりも大きくするように構成されている。このように構成すれば、温度取得部により取得された温度上昇値よりも再設定される加減速パターンによる温度上昇値が小さくなるので、温度上昇値が小さくなる分、再設定される加減速パターンに基づく電力用半導体素子の寿命値を寿命取得部により取得された電力用半導体素子の寿命値よりも大きくすることができる。

上記加減速パターンを再設定する加減速パターン設定部を備える電力変換装置において、好ましくは、加減速パターン設定部は、再設定される加減速パターンに基づく電力用半導体素子の寿命値が所定の寿命値に略一致するように、加減速パターンを再設定するように構成されている。このように構成すれば、たとえば、所定の寿命値を定期メンテナンス期間に対応するように設定することができるので、電力用半導体素子が定期メンテナンス期間（時期）とは異なる時期に破損する場合が生じるのを抑制することができる。その結果、定期メンテナンス以外の時期にメンテナンスを行う回数を減少させることができるので、メンテナンスの回数を削減することができる。

上記加減速パターンを再設定する加減速パターン設定部を備える電力変換装置において、好ましくは、電力変換装置は、複数設けられており、寿命取得部は、複数の電力変換装置のそれぞれの加減速パターンに基づいて、複数の電力変換装置のそれぞれの電力用半導体素子の寿命値を取得するように構成されており、加減速パターン設定部は、再設定される複数の電力変換装置のそれぞれの電力用半導体素子の寿命値同士が略一致するように、加減速パターンを再設定するように構成されている。このように構成すれば、複数の電力変換装置のそれぞれの電力用半導体素子の寿命値同士を略一致することができるため、複数の電力変換装置のメンテナンス（交換）を同時に行う場合に、寿命値が小さい電力用半導体素子を有する電力変換装置の交換に合わせて、寿命値が大きい電力用半導体素子を有する電力変換装置の交換が行われることを抑制することができる。また、複数の電力変換装置をそれぞれ個別にメンテナンス（交換）することが可能な場合でも、複数の電力変換装置の寿命値同士を略一致することができるので、１回のメンテナンスの際に互いに寿命値が略一致する複数の電力変換装置を同時に交換することができる。その結果、メンテナンス回数を削減することができる。

この発明の第２の局面による電力変換装置の制御方法は、電力変換された電力を負荷装置に供給する電力用半導体素子と、電力用半導体素子の駆動を制御する制御部とを備える電力変換装置の制御方法であって、負荷装置を駆動させる速度の加減速パターンを設定し、設定された加減速パターンに基づいて、電力用半導体素子の寿命値を取得する。

この発明の第２の局面による電力変換装置の制御方法では、上記のように、加減速パターンに基づいて、電力用半導体素子の寿命値を取得する。このように構成すれば、電力用半導体素子の寿命値をより正確に取得することが可能な電力変換装置の制御方法を提供することができる。

本発明によれば、上記のように、電力用半導体素子の寿命値をより正確に取得することができる。

本発明の第１実施形態および第２実施形態による電力変換装置の全体構成を示す電気回路図（ブロック図）である。 本発明の第１実施形態および第２実施形態による電力変換装置の制御部および記憶部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置の加減速パターンの設定を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置のトルク値の取得を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置の出力電流値の取得を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置の電力損失値および温度上昇値の取得を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置の温度上昇値を説明するための熱回路図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置の温度上昇値とパワーサイクル寿命値との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置の制御処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態による電力変換装置の再設定された加減速パターンを説明するための図である。 本発明の第２実施形態による電力変換装置の再設定された加減速パターンに基づくトルク値を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による電力変換装置の再設定された加減速パターンに基づく出力電流値を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による電力変換装置の再設定された加減速パターンに基づく電力損失値および温度上昇値を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による電力変換装置の制御処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第３実施形態による電力変換システムの全体構成を示すブロック図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１〜図８を参照して、第１実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。図１では、電力変換装置１００の電気回路図を示している。

（電力変換装置の構成）
図１に示すように、電力変換装置１００は、直流出力回路１０１からの直流の電力を交流の電力に電力変換するとともに、電力変換された電力を負荷装置１０２に供給するように構成されている。すなわち、電力変換装置１００は、インバータとして構成されている。たとえば、直流出力回路１０１は、直流電源、または、交流電源および整流回路のいずれか一方を含む。また、負荷装置１０２は、たとえば、交流電動機（たとえば、モータ）として構成されており、電力変換装置１００からの電力により駆動（たとえば、回転駆動）するように構成されている。

電力変換装置１００には、スイッチング回路１とコンデンサ２とが設けられている。スイッチング回路１は、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆと、ダイオード１２ａ〜１２ｆとを含む。なお、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆおよびダイオード１２ａ〜１２ｆは、特許請求の範囲の「電力用半導体素子」の一例である。また、以下の記載において、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆと、ダイオード１２ａ〜１２ｆとを、特に区別せずに説明する場合には、「電力用半導体素子１３」として記載している。

スイッチング素子１１ａ〜１１ｆは、たとえば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、または、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子により構成されている。そして、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆは、図１に示すように、３相ブリッジを形成するように接続されている。すなわち、電力変換装置１００は、３相ブリッジインバータとして構成されている。

そして、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆは、制御部３からの制御信号に基づいて、オンオフするように構成されており、直流出力回路１０１からの直流の電力（電圧）をオンオフすることにより、交流の電力に電力変換を行うとともに、電力変換された電力を負荷装置１０２に供給するように構成されている。

ダイオード１２ａ〜１２ｆは、たとえば、ファーストリカバリーダイオード（ＦＲＤ）またはショットキーバリアダイオードなどの半導体素子により構成されている。そして、ダイオード１２ａ〜１２ｆは、それぞれ、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆに並列（逆並列）に接続されている。

コンデンサ２は、平滑コンデンサとして機能する。そして、コンデンサ２は、スイッチング回路１の両端の間に接続されており、直流出力回路１０１からの電流波形（整流波形）を平滑して、平滑された電力を、スイッチング回路１に供給するように構成されている。

また、電力変換装置１００には、制御部３と操作部４と記憶部５とが設けられている。制御部３は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等からなり、電力変換装置１００のスイッチング回路１（スイッチング素子１１ａ〜１１ｆ）の駆動を制御することにより、負荷装置１０２の駆動を制御するように構成されている。

操作部４は、操作者からの設定操作を受け付けるように構成されており、たとえば、キーボードや表示部等により構成されている。記憶部５は、たとえば、不揮発性メモリ等により構成されており、後述する加減速パターン５１、温度パワーサイクルの情報５２、負荷装置の情報５３および定期メンテナンス期間の情報５４などを記憶可能に構成されている。

ここで、第１実施形態では、図２に示すように、制御部３は、加減速パターン設定部３１と、駆動制御部３２と、寿命取得部３３とを含む。なお、図２では、制御部３の各部を、機能ブロックとして図示しているが、それぞれ別々のハードウェアとして構成されていてもよいし、複数の機能ブロックを含むハードウェアとして構成されていてもよい。

加減速パターン設定部３１は、図３に示すように、負荷装置１０２を駆動させる速度の加減速パターン５１を設定する制御を行うように構成されている。具体的には、加減速パターン設定部３１は、操作部４により受け付けた操作者の設定操作に基づいて、加減速パターン５１を生成するか、または、記憶部５から加減速パターン５１を読み出すことにより、加減速パターン５１を設定するように構成されている。

ここで、図３に示すように、加減速パターン５１は、時間ｔと速度ωとの関係を示す情報を含む。なお、「速度ω」とは、負荷装置１０２が回転電機からなるモータとして構成されている場合には、たとえば、回転速度ω［ｒ／ｓ］である。また、「位置Ｎ」は、たとえば、回転位置［ｒ（回転数）］または［ｒａｄ］の情報として表すことが可能である。

図３では、加減速パターン５１の一例を示しており、横軸を時間ｔ［ｓ］、縦軸を速度ω［ｒ／ｓ］（および位置Ｎ［ｒ］）として図示している。具体的には、時間ｔ（時刻）が０ｓから０．０１ｓまでの間は、速度ωが０［ｒ／ｓ］の期間の（停止期間ＴＳ１）である。そして、時間ｔが０．０１ｓから０．０６ｓまでの間は、速度ωが０［ｒ／ｓ］から５０［ｒ／ｓ］まで一定の速度変化率で加速する期間（加速期間ＴＳ２）である。そして、時間ｔ（時刻）が０．０６ｓから０．１１ｓまでの間は、速度ωが５０［ｒ／ｓ］の等速度となる期間（等速期間ＴＳ３）である。そして、時間ｔが０．１１ｓから０．１６ｓまでの間は、速度ωが５０［ｒ／ｓ］から０［ｒ／ｓ］まで一定の速度変化率で減速する期間（減速期間ＴＳ４）である。そして、時間ｔが０．１６ｓから０．２ｓまでの間は、速度ωが０［ｒ／ｓ］の期間（停止期間ＴＳ５）である。この動作により、負荷装置１０２の位置Ｎが０［ｒ］から５［ｒ］まで移動される（負荷が５回転する）。

また、加減速パターン５１は、制御部５が位置決め制御することが可能に構成する場合には、時間ｔと位置Ｎとの対応関係を示す情報（点線）も含んでいる。

そして、加減速パターン設定部３１は、実効トルク値τ_RMSが定格トルクτ_rate以下になるように、加減速パターン５１を設定するように構成されている。ここで、実効トルク値τ_RMSは、加減速パターン５１の１サイクル期間をｔ₀、τ_nを発生トルク値、ｔ_nをｎ番目（ｎは自然数）のトルク発生時間（なお、図４には、ｔ₀、ｔ₁およびｔ₂を図示している）として、以下の式（１）に表すことが可能である。なお、発生トルク値τ_nの取得方法は、後述する。

したがって、加減速パターン設定部３１は、実効トルク値τ_RMSを取得（推定、演算）して、実効トルク値τ_RMSが定格トルクτ_rate以下で、かつ、所望の実効トルク値τ_RMSになるように、加速および減速の期間を増大または減少させるか、１サイクル期間ｔ₀を増大または減少させるように構成されている。そして、加減速パターン設定部３１は、実効トルクτ_RMSが、所望の実効トルク値τ_RMSになった状態で、加減速パターン５１を設定するように構成されている。

図２に示すように、駆動制御部３２は、スイッチング回路１のスイッチング素子１１ａ〜１１ｆのそれぞれに、制御信号を伝達して、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆをそれぞれオンオフさせるように構成されている。具体的には、駆動制御部３２は、たとえば、操作部４からの負荷装置１０２の運転を開始させるための入力操作を受け付けた場合に、加減速パターン５１および負荷装置の情報５３に基づいて、スイッチング回路１に制御信号を伝達するように構成されている。これにより、負荷装置１０２では、加減速パターン５１に沿った駆動が行われる。

ここで、第１実施形態では、寿命取得部３３は、加減速パターン設定部３１により設定された加減速パターン５１に基づいて、電力用半導体素子１３の寿命値（パワーサイクル寿命値ＰＣ）を取得するように構成されている。具体的には、第１実施形態では、寿命取得部３３は、トルク取得部３４と、電流電圧取得部３５と、損失取得部３６と、温度取得部３７と、パワーサイクル取得部３８とを含む。

トルク取得部３４は、図４に示すように、加減速パターン５１に基づいて、負荷装置１０２の加減速トルク値τを取得するように構成されている。具体的には、トルク取得部３４は、加減速パターン５１と負荷装置の情報５３とに基づくとともに、負荷装置１０２の慣性モーメントをＪ［ｋｇ・ｍ²］および負荷装置１０２の回転速度をω［ｒａｄ／ｓ］として、以下の式（２）を用いて、加減速トルク値τを取得（演算、推定）するように構成されている。なお、回転速度ωは、数式中では、［ｒａｄ／ｓ］、図中では［ｒ（回転数）／ｓ］として表している。

また、負荷装置１０２を等加速度運転させる場合には、トルク取得部３４は、以下の式（３）により加減速トルク値τを取得するように構成されている。また、トルク取得部３４は、上記式（１）を用いることにより、実効トルク値τ_RMSを取得（算出）することが可能に構成されている。

電流電圧取得部３５は、図５に示すように、トルク取得部３４により取得された加減速トルク値τに基づいて、負荷装置１０２に供給される電力の出力電流値ｉ（ｉ_u、ｉ_vおよびｉ_w）を取得するように構成されている。たとえば、負荷装置１０２がＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）同期モータを含んでいる場合には、電流電圧取得部３５は、以下の式（４）および（５）を用いて、出力電流値ｉを取得（算出）することが可能である。なお、ｉｑは、モータをｄ−ｑ座標で表した場合のｑ軸電流、Ｋ_Tはトルク定数である。また、図３に示す例の加減速パターン５１に基づく出力電流値ｉの波形は、図５に示される。

また、電流電圧取得部３５は、トルク取得部３４により取得された加減速トルク値τに基づいて、負荷装置１０２に供給される電力の出力電圧値（端子電圧）Ｖ（Ｖ_u、Ｖ_vおよびＶ_w）を取得するように構成されている。具体的には、電流電圧取得部３５は、Ｒをモータ（負荷装置１０２）の１次巻線抵抗値、Ｌをインダクタンス、ω_eを界磁の角速度、θ_eを界磁の角度、および、Ｋ_eを誘起電圧定数として、以下の式（６）および（７）を用いて、出力電圧値Ｖを取得（算出）するように構成されている。

すなわち、Ｋ_T、Ｒ、Ｌ、Ｋ_eは、モータ（負荷装置１０２）の固有の値であるとともに、負荷装置の情報５３に含まれている情報である。これにより、電流電圧取得部３５は、加減速パターン５１（加減速トルク値τ）と、選択された負荷装置１０２の情報（負荷装置の情報５３）とに基づいて、出力電流値ｉと、出力電圧値Ｖとを取得することが可能に構成されている。

損失取得部３６は、図６に示すように、電流電圧取得部３５により取得された出力電流値ｉおよび出力電圧値Ｖに基づいて、電力用半導体素子１３の電力損失値Ｐ（Ｐ_loss）を取得するように構成されている。ここで、電力損失値Ｐ（Ｐ_loss）は、ターンオン、ターンオフ、または、逆回復動作に伴い発生するスイッチング損失Ｐ_swと、オン状態で電力用半導体素子１３に電流が流れることにより発生する導通損失Ｐ_staとを含む。

具体的には、損失取得部３６は、１回のスイッチング動作で発生する損失値Ｅ_sw［Ｊ］を、たとえば、ａ_sw、ｂ_sw、および、ｃ_swを定数とし、電力用半導体素子１３を流れる電流ｉの関数として、以下の式（８）を用いて、取得（算出）するように構成されている。なお、電流値ｉと損失値Ｅ_swとの関係式は、以下の式（８）に限らず、指数関数や対数関数などを用いた関係式としてもよい。

ここで、上記の定数ａ_sw、ｂ_sw、および、ｃ_swは、電力用半導体素子１３の固有の値であり、予め、電力用半導体素子１３に流れる電流値とスイッチング損失との関係から算出（取得）されている値である。なお、定数ａ_sw、ｂ_sw、および、ｃ_swは、記憶部５に記憶されている。たとえば、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆの場合には、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆに流れる電流値と、ターンオン損失およびターンオフ損失との関係から定数ａ_sw、ｂ_sw、および、ｃ_swが取得されている。また、ダイオード１２ａ〜１２ｆの場合には、ダイオード１２ａ〜１２ｆに流れる電流値と、逆回復損失との関係から定数ａ_sw、ｂ_sw、および、ｃ_swが設定されている。

そして、損失取得部３６は、取得した１回（スイッチング動作）当たりの損失値Ｅ_swに、スイッチング周波数ｆ_swを乗じることにより、スイッチング動作の１周期（１秒）あたりの損失値Ｐ_sw［Ｗ］を取得するように構成されている。すなわち、損失取得部３６は、以下の式（９）を用いて、Ｐ_sw［Ｗ］を取得するように構成されている。

また、損失取得部３６は、導通損失Ｐ_staを、オン電圧値Ｖ_on（スイッチング素子１１ａ〜１１ｆの場合はコレクタ‐エミッタ間の飽和電圧であり、ダイオード１２ａ〜１２ｆの場合は順方向電圧）と、電流値ｉと導通期間Ｔ_staの積として取得するように構成されている。すなわち、損失取得部３６は、以下の式（１０）を用いて、Ｐ_sta［Ｗ］を取得するように構成されている。

また、損失取得部３６は、オン電圧値Ｖ_onを、たとえば、ａ_on、ｂ_on、および、ｃ_onを定数とし、電力用半導体素子１３を流れる電流ｉの関数として、以下の式（１１）を用いて、取得（算出）するように構成されている。なお、電流値ｉとオン電圧値Ｖ_onとの関係式は、以下の式（１１）に限らず、指数関数や対数関数などを用いた関係式としてもよい。

ここで、上記の定数ａ_on、ｂ_on、および、ｃ_onは、電力用半導体素子１３の固有の値であり、予め、電力用半導体素子１３に流れる電流値とオン電圧値との関係から算出（設定）されている値である。なお、定数ａ_on、ｂ_on、および、ｃ_onは、記憶部５に記憶されている。

また、導通期間Ｔ_staは、直流電圧Ｖ_dcとの出力電圧値（端子電圧）Ｖ（Ｖ_u、Ｖ_v、Ｖ_w）の比率で定まり、スイッチング素子１１ａ〜１１ｆの場合には、下記の式（１２）となり、ダイオード１２ａ〜１２ｆの場合には、下記の式（１３）となる。

そして、温度取得部３７は、電力用半導体素子１３の電力損失値Ｐ_loss（Ｐ_sw＋Ｐ_sta）に基づいて、電力用半導体素子１３の温度上昇値ΔＴを取得するように構成されている。たとえば、温度取得部３７は、電力用半導体素子１３の温度上昇値ΔＴを、電力損失値Ｐ_swおよびＰ_staと過渡熱抵抗Ｒ_th［℃／Ｗ］との積として取得するように構成されている。

図７に示すように、電力用半導体素子１３の温度上昇値ΔＴは、過渡熱抵抗Ｒ_th1〜_nと熱容量Ｃ_th1〜_nの直並列回路モデルとして表すことが可能である。すなわち、温度上昇値ΔＴ_n=1の状態方程式は、過渡熱抵抗Ｒ_th1と、熱容量Ｃ_th1と、電力損失値Ｐ_lossとを用いて、以下の式（１４）となる。

上記の式（１４）における微分を数値計算により算出するために差分で表し変形すると、以下の式（１５）となる。なお、Δｔは、サンプリング周期であり、ΔＴ_n=1（ｎ−１）は、１サンプル前の温度上昇値である。

これにより、温度取得部３７は、ΔＴ_n=1〜ΔＴ_n=nを取得（算出）するとともに、それらの和算することにより、温度上昇値ΔＴを取得することが可能に構成されている。したがって、制御部３は、加減速パターン５１（位置の情報および速度の情報）に基づいて、電力用半導体素子１３の温度上昇値ΔＴを取得することが可能に構成されている。

パワーサイクル取得部３８は、図８に示すように、温度取得部３７により取得された温度上昇値ΔＴに基づいて、電力用半導体素子１３の寿命値としてのパワーサイクル寿命値ＰＣ（パワーサイクル数）を取得するように構成されている。具体的には、記憶部５には、温度上昇値ΔＴとパワーサイクル寿命値ＰＣとの対応関係を示す情報（たとえば、テーブル）としての温度パワーサイクルの情報５２（図２参照）が予め記憶されている。そして、パワーサイクル取得部３８は、温度上昇値ΔＴと温度パワーサイクルの情報５２とに基づいて、温度上昇値ΔＴに対応するパワーサイクル寿命値ＰＣを取得するように構成されている。

たとえば、図８に示すように、パワーサイクル取得部３８は、温度取得部３７により取得された温度上昇値ΔＴが８．５℃（Ｋ）の場合、パワーサイクル寿命値ＰＣを３．８６×１０¹²回として取得する。

詳細には、図６に示すように、パワーサイクル取得部３８は、加減速パターン５１の１サイクル中の温度上昇および温度下降の数をカウントするように構成されている。たとえば、図６の例の場合では、加速期間ＴＳ２に５回の温度上昇および温度下降が生じ、減速期間ＴＳ４に５回の温度上昇および温度下降が生じる。パワーサイクル取得部３８は、これらのそれぞれの温度上昇値ΔＴを取得して、取得した温度上昇値ΔＴと温度パワーサイクルの情報５２（図８参照）とに基づいて、それぞれの温度上昇値ΔＴに対応するパワーサイクル寿命値ＰＣ（ｋ）を取得するように構成されている。なお、ｋは自然数であり、ｋの最大値は、図６の例の場合、１０である。

そして、パワーサイクル取得部３８は、取得したパワーサイクル寿命値ＰＣ（ｋ）に基づくとともに、以下の式（１６）を用いて、加減速パターン５１の１サイクル（０ｓから０．２ｓまで）のパワーサイクル寿命値ＰＣを取得（算出、演算、推定）するように構成されている。

また、制御部３は、パワーサイクル寿命値ＰＣから故障予測時期（運転寿命期間）を推定するように構成されている。その結果、操作者により、故障予測時期に応じて定期メンテナンスの時期を設定することが可能となる。

（電力変換装置の制御方法）
次に、図９を参照して、第１実施形態による電力変換装置１００の制御方法について説明する。図９では、電力変換装置１００の制御処理フローを示している。なお、図９に示す処理は、制御部３により実行されている。

ここで、第１実施形態では、制御部３により、負荷装置１０２を駆動させる速度の加減速パターン５１が設定され、設定された加減速パターン５１に基づいて、電力用半導体素子１３の寿命値としてのパワーサイクル寿命値ＰＣが取得される。

まず、ステップＳ１において、加減速パターン設定部３１により、加減速パターン５１（図３参照）が設定される。具体的には、操作部４により受け付けた操作者の設定操作に基づいて、生成された加減速パターン５１か、または、記憶部５から読み出された加減速パターン５１が設定される。その後、ステップＳ２に進む。

そして、ステップＳ２において、トルク取得部３４により、加減速トルク値τ（上記（２）参照および図４参照）が取得されるとともに、実効トルク値τ_RMS（上記（１）参照）が取得される。その後、ステップＳ３に進む。

そして、ステップＳ３において、実効トルク値τ_RMSに基づいて、電力変換装置１００および負荷装置１０２の選定が行われ、選定された負荷装置１０２の情報（負荷装置１０２の情報５３）が記憶部５から読み出される。なお、電力変換装置１００の選定は、電力変換装置１００が複数設けられている場合に実行され、実効トルク値τ_RMSよりも大きい値の定格トルク値τ_rateを有する電力変換装置１００が選定される。その後、ステップＳ４に進む。

そして、ステップＳ４において、操作者からの設定操作に基づいて、加減速パターン５１の設定が完了したか否かが判断される。たとえば、操作者が一旦設定された加減速パターン５１を修正することを望む場合には、加減速パターン５１の設定が完了していないとする設定操作がなされ、ステップＳ１に戻る。また、操作者が、加減速パターン５１の設定が完了されているとする場合には、加減速パターン５１の設定が完了したとする設定操作がなされ、ステップＳ５に進む。

そして、ステップＳ５において、電流電圧取得部３５により、加減速トルク値τに基づいて、負荷装置１０２に供給される電力の出力電流値ｉ（ｉ_u、ｉ_vおよびｉ_w）（上記式（４）および（５）および図５参照）および出力電圧値（端子電圧）Ｖ（Ｖ_u、Ｖ_vおよびＶ_w）（上記式（６）および（７）参照）が取得される。その後、ステップＳ６に進む。

そして、ステップＳ６において、損失取得部３６により、出力電流値ｉおよび出力電圧値Ｖに基づいて、電力用半導体素子１３の電力損失値Ｐ_loss（Ｐ_sw＋Ｐ_sta）（上記式（８）〜（１０）および図６参照）が取得される。その後、ステップＳ７に進む。

そして、ステップＳ７において、温度取得部３７により、電力用半導体素子１３の電力損失値Ｐ_lossに基づいて、電力用半導体素子１３の温度上昇値ΔＴ（上記式（１１）〜（１５）参照および図６参照）が取得される。その後、ステップＳ８に進む。

そして、ステップＳ８において、パワーサイクル取得部３８により、加減速パターン５１に基づくパワーサイクル寿命値ＰＣ（上記式（１６）および図８参照）が取得される。なお、この後、制御部３により、パワーサイクル寿命値ＰＣに基づいて、故障予測時期や運転寿命期間等が取得（推定、算出）されてもよい。その後、第１実施形態による電力変換装置１００の制御処理フローが終了される。

［第１実施形態の効果］
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、制御部３に、加減速パターン５１に基づいて、電力用半導体素子１３の寿命値としてのパワーサイクル寿命値ＰＣを取得する寿命取得部２２を設ける。これにより、加減速パターン５１に基づいて、電力用半導体素子１３の寿命値を取得することができるので、温度上昇値ΔＴが操作者により１点の固定値が選択されるように構成する場合に比べて、負荷装置１０２の加減速パターン５１（加速期間ＴＳ２の温度上昇値ΔＴおよび減速期間ＴＳ４の温度上昇値ΔＴ）に応じた電力用半導体素子１３の寿命値を取得することができる。その結果、電力用半導体素子１３の寿命値をより正確に取得することができる。そして、電力用半導体素子１３の寿命値をより正確に取得することができることにより、寿命値が正確に取得されないことに起因して、予定した交換時期（予測した故障時期）以外の時期に電力用半導体素子１３が寿命を向かえる（故障する）ことを抑制することができる。また、加減速パターン５１に基づいて、電力用半導体素子の寿命値を取得することによって、温度上昇値を実測する必要がないので、電力用半導体素子１３（電力変換装置１００）を駆動することなく、電力用半導体素子１３の寿命値を取得することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、寿命取得部３３に、加減速パターン５１に基づいて、負荷装置１０２の加減速トルク値τを取得するトルク取得部３４と、加減速トルク値τに基づいて、負荷装置１０２に供給される電力の出力電流値ｉおよび出力電圧値Ｖを取得する電流電圧取得部３５と、出力電流値ｉおよび出力電圧値Ｖに基づいて、電力用半導体素子１３の電力損失値Ｐ_lossを取得する損失取得部３６と、電力用半導体素子の電力損失値Ｐ_lossに基づいて、電力用半導体素子１３の温度上昇値ΔＴを取得する温度取得部３７と、温度上昇値ΔＴに基づいて、電力用半導体素子１３の寿命値としてのパワーサイクル寿命値ＰＣを取得するパワーサイクル取得部３８とを設ける。これにより、加減速パターン５１に基づいて、温度上昇値ΔＴを取得することができるので、温度上昇値を実測することなく、電力用半導体素子１３の寿命値を取得することができる。その結果、温度上昇値を実測するための温度検出器を設ける必要がない分、電力変換装置１００の構成が複雑化することを抑制することができる。

[第２実施形態]
次に、図１および図２を参照して、第２実施形態による電力変換装置２００の構成について説明する。第２実施形態では、第１実施形態による電力変換装置１００と異なり、パワーサイクル寿命値ＰＣ１に基づいて、加減速パターン５１を加減速パターン５１ａに再設定するように構成されている。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

（第２実施形態による電力変換装置の構成）
図１および図２に示すように、第２実施形態による電力変換装置２００には、制御部２０３が設けられている。制御部２０３は、加減速パターン設定部２３１を含む。ここで、第２実施形態では、加減速パターン設定部２３１は、寿命取得部２３３により取得された電力用半導体素子１３の寿命値（パワーサイクル寿命値ＰＣ１）に基づいて、加減速パターン５１を加減速パターン５１ａに再設定するように構成されている。そして、加減速パターン設定部２３１は、再設定される加減速パターン５１ａに基づくパワーサイクル寿命値ＰＣ２が寿命取得部２３３により取得されたパワーサイクル寿命値ＰＣ１よりも大きくなるように、加減速パターン５１を加減速パターン５１ａに再設定するように構成されている。

なお、第２実施形態の説明では、加減速パターン５１を初期値の加減速パターンとし、加減速パターン５１ａを再設定された（再設定される）加減速パターンとして示している。また、パワーサイクル寿命値ＰＣ１を加減速パターン５１に基づくパワーサイクル寿命値ＰＣとして、パワーサイクル寿命値ＰＣ２を加減速パターン５１ａに基づくパワーサイクル寿命値ＰＣとして示している。また、温度上昇値ΔＴ１を加減速パターン５１に基づく温度上昇値ΔＴとして、温度上昇値ΔＴ２を加減速パターン５１ａに基づく温度上昇値ΔＴとして示している。

ここで、図３に示す加減速パターン５１が設定された場合、温度取得部３７は、図６に示す温度上昇値ΔＴ１を取得する。図６に示す例の場合では、加速期間ＴＳ２における温度上昇値ΔＴ１は８．５℃であり、減速期間ＴＳ４における温度上昇値ΔＴ１の６．２℃よりも大きくなる。

この場合、パワーサイクル取得部３８は、８．５℃に対応するパワーサイクル寿命値ＰＣ１を、３．８６×１０¹²回として取得するとともに、６．２℃に対応するパワーサイクル寿命値ＰＣ１を、４．３６×１０¹³回として取得する。すなわち、温度上昇値ΔＴ１が約２℃大きいことにより、パワーサイクル寿命値ＰＣ１は、１桁大きくなることを示している。さらに、上記式（１６）を用いることにより、この加減速パターン５１の１サイクルのパワーサイクル寿命値ＰＣ１は、３．５５×１０¹²回となる。したがって、加減速パターン５１のうちの最大の温度上昇値ΔＴ１となる温度上昇値ΔＴ１の大きさが、加減速パターン５１（全体）の１サイクルのパワーサイクル寿命値ＰＣ１の大きさに最も影響を与える。

ここで、第２実施形態では、加減速パターン設定部２３１は、温度取得部３７により取得された温度上昇値ΔＴ１よりも加速度パターン５１ａによる温度上昇値ΔＴ２が小さくなるように加減速パターン５１を加減速パターン５１ａに再設定することにより、加減速パターン５１ａに基づくパワーサイクル寿命値ＰＣ２がパワーサイクル寿命値ＰＣ１よりも大きくするように構成されている。

具体的には、第２実施形態では、加減速パターン設定部２３１は、加減速パターン５１の加速期間ＴＳ２または減速期間ＴＳ４のうちの少なくとも一方の速度変化率を変更する再設定を行うことによって、パワーサイクル寿命値ＰＣ２がパワーサイクル寿命値ＰＣ１よりも大きくなるように、加減速パターン５１を加減速パターン５１ａに再設定するように構成されている。

たとえば、図３に示す加減速パターン５１が初期値として（たとえば、操作者による操作部４の設定操作により）設定された場合、加減速パターン設定部２３１は、図１０に示す加減速パターン５１ａに再設定するように構成されている。これにより、図４〜図６に示す波形は、図１１〜図１３にそれぞれ変化する。

ここで、温度上昇値ΔＴの大きさは、速度変化率の大きさが大きい程大きく、速度変化率の大きさが小さい程小さくなる。したがって、加減速パターン設定部２３１は、温度上昇値ΔＴを小さくするために、加速期間ＴＳ２を加速期間ＴＳ１２（図１０参照）のように速度変化率を小さくするように構成されている。そして、図３に示す加減速パターン５１の例の場合、加速期間ＴＳ２を加速期間ＴＳ１２（図１０参照）のように速度変化率を小さくすることにより、温度上昇値ΔＴ１をΔＴ２に小さくすることが可能であるとともに、パワーサイクル寿命値ＰＣ１をＰＣ２に小さくすることが可能になる。

そして、制御部２０３により負荷装置１０２の位置決め制御を行う場合には、加減速パターン設定部２３１は、温度上昇値ΔＴ１が比較的小さい減速期間ＴＳ４の速度変化率の大きさを大きくして（減速期間ＴＳ４を小さくして）加速期間ＴＳ２が延長された分を短縮する（減速期間ＴＳ１４にする）ように構成されている。この場合、温度上昇値ΔＴ１が比較的小さい減速期間ＴＳ４の速度変化率の大きさを大きくしているので、パワーサイクル寿命値ＰＣ２（合計値）は、パワーサイクル寿命値ＰＣ１（合計値）よりも小さくなる。

具体的な数値を用いて示すと、図３および図１０に示すように、加減速パターン設定部２３１は、到達速度ωを５０［ｒ／ｓ］に維持した状態で、加速期間ＴＳ２（０．０５ｓ）から加速期間ＴＳ１２（０．０６ｓ）に大きくする設定を行う。これにより、加速期間ＴＳ２における速度変化率５０／０．０５［ｒ／ｓ²］から速度変化率５０／０．０６［ｒ／ｓ²］に小さく変更される。一方、加減速パターン設定部２３１は、速度ωを５０［ｒ／ｓ］から０［ｒ／ｓ］まで減速する減速期間ＴＳ４を０．０５ｓから、０．０４２９ｓに短縮する設定を行う。これにより、減速期間ＴＳ４における速度変化率５０／０．０５［ｒ／ｓ²］から速度変化率５０／０．０４２９［ｒ／ｓ²］に変更される。

これにより、図１３に示すように、加減速パターン５１による減速期間ＴＳ４における温度上昇値ΔＴ１の最大値が６．２℃である状態から、加減速パターン５１ａによる減速期間ＴＳ１４における温度上昇値ΔＴ２の最大値が７．０℃に大きくなる一方、加減速パターン５１による加速期間ＴＳ２における温度上昇値ΔＴ１の最大値が８．５℃である状態から、加減速パターン５１ａによる加速期間ＴＳ１２における温度上昇値ΔＴ２の最大値が７．０℃に小さくなる。すなわち、第２実施形態では、加速度パターン設定部２３１は、加速期間ＴＳ１２の温度上昇値ΔＴ２の最大値と減速期間ＴＳ１４の温度上昇値ΔＴ２の最大値とを略等しくなるように、加減速パターン５１ａを設定（再設定）するように構成されている。

上記の加減速パターン５１ａの例の場合、上記の式（１６）を用いて、取得されたパワーサイクル寿命値ＰＣ２は、８．５５×１０¹²回となり、３．５５×１０¹²回（パワーサイクル寿命値ＰＣ１）よりも２倍以上大きくなる。

また、第２実施形態では、加減速パターン設定部２３１は、取得されたパワーサイクル寿命値ＰＣ１（およびＰＣ２）に基づいて、加減速パターン５１を加減速パターン５１ａに再設定するように構成されており、再設定される加減速パターン５１ａに基づくパワーサイクル寿命値ＰＣ２が定期メンテナンス期間ＴＭに略一致するように、加減速パターン５１を加減速パターン５１ａに再設定するように構成されている。なお、定期メンテナンス期間ＴＭは、特許請求の範囲の「所定の寿命値」の一例である。

具体的には、記憶部５には、予め定期メンテナンス期間ＴＭの情報５４が記憶されている。なお、電力変換装置２００では、定期メンテナンス期間ＴＭの長さは、たとえば、操作者の操作部４の設定操作等により変更可能に構成されている。そして、加減速パターン設定部２３１は、定期メンテナンス期間ＴＭとパワーサイクル寿命値ＰＣ２とに基づいて、パワーサイクル寿命値ＰＣ２が定期メンテナンス期間ＴＭに略一致するように、加減速パターン５１ａを設定するように構成されている。

（第２実施形態の電力変換装置の制御方法）
次に、図１４を参照して、第２実施形態による電力変換装置２００の制御方法について説明する。図１４では、電力変換装置２００の制御処理フローを示している。なお、図１４に示す処理は、制御部２０３により実行される。なお、上記第１実施形態の制御処理と同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。

ここで、第２実施形態では、制御部２０３により、取得されたパワーサイクル寿命値ＰＣ１に基づいて、加減速パターン５１が加減速パターン５１ａに再設定される。そして、再設定される加減速パターン５１ａに基づくパワーサイクル寿命値ＰＣ２が寿命取得部２３３により取得されたパワーサイクル寿命値ＰＣ１よりも大きくなるように、加減速パターン５１が加減速パターン５１ａに再設定される。

まず、ステップＳ１０１において、加減速パターン設定部２３１により、加減速パターン５１（５１ａ）が設定（再設定）される。具体的には、初期値として加減速パターン５１が設定される場合には、たとえば、操作部４により受け付けた操作者の設定操作に基づいて加減速パターン５１が設定される。また、後述するステップＳ１０２の後に実行する場合には、加減速パターン５１ａの再設定が行われる。その後、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２、Ｓ３、および、Ｓ５〜Ｓ８が実行された後、ステップＳ１０２に進む。

そして、ステップＳ１０２において、加減速パターン５１ａの設定が完了したか否かが判断される。たとえば、加速期間ＴＳ１２の温度上昇値ΔＴ２と減速期間ＴＳ１４の温度上昇値ΔＴ２とが略一致する場合に、加減速パターン５１ａの設定が完了したと判断される。また、別の例としては、パワーサイクル寿命値ＰＣ２と定期メンテナンス期間ＴＭとが略一致する場合に、加減速パターン５１ａの設定が完了したと判断される。そして、加減速パターン５１ａの設定が完了していないと判断された場合には、ステップＳ１０１に戻り、加減速パターン５１ａの設定が完了したと判断された場合、第２実施形態による電力変換装置２００の制御処理フローは終了する。

また、第２実施形態による電力変換装置２００のその他の構成は、第１実施形態における電力変換装置１００と同様である。

［第２実施形態の効果］
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、加減速パターン設定部２３１を、取得されたパワーサイクル寿命値ＰＣ１に基づいて、加減速パターン５１を加減速パターン５１ａに再設定するように構成するとともに、パワーサイクル寿命値ＰＣ２がパワーサイクル寿命値ＰＣ１よりも大きくなるように、加減速パターン５１を加減速パターン５１ａに再設定するように構成する。これにより、自動的にパワーサイクル寿命値ＰＣ１をＰＣ２により大きくすることができる。

また、第２実施形態では、上記のように、加減速パターン設定部２３１を、加減速パターン５１の加速（加速期間ＴＳ２）または減速（減速期間ＴＳ４）のうちの少なくとも一方の速度変化率を変更する再設定を行うことによって、パワーサイクル寿命値ＰＣ２がパワーサイクル寿命値ＰＣ１よりも大きくなるように、加減速パターン５１を加減速パターン５１ａに再設定するように構成する。ここで、加減速パターン５１の加速または減速のうちの少なくとも一方の速度変化率を小さくする再設定を行うことにより、電力用半導体素子１３の温度上昇値ΔＴ２を再設定前（ΔＴ１）よりも小さくすることができる。この点に着目して、第２実施形態では、上記のように構成することにより、加速期間ＴＳ１２または減速期間ＴＳ１４の温度上昇値ΔＴ２を小さくすることができるので、容易に電力用半導体素子１３の寿命値（パワーサイクル寿命値ＰＣ２）を大きくすることができる。

また、第２実施形態では、上記のように、寿命取得部２３３に、加減速パターン５１に基づいて、電力用半導体素子１３の温度上昇値ΔＴ１を取得する温度取得部３７を設けて、寿命取得部２３３を、温度取得部３７により取得された温度上昇値ΔＴ１に基づいて、パワーサイクル寿命値ＰＣ１を取得するように構成する。また、加減速パターン設定部２３１を、温度取得部２３３により取得された温度上昇値ΔＴ１よりも再設定される加減速パターン５１ａによる温度上昇値ΔＴ２が小さくなるように加減速パターン５１ａを再設定することにより、再設定される加減速パターン５１ａに基づくパワーサイクル寿命値ＰＣ２がパワーサイクル寿命値ＰＣ１よりも大きくするように構成する。これにより、温度取得部３７により取得された温度上昇値ΔＴ１よりも再設定される加減速パターン５１ａによる温度上昇値ΔＴ２を小さくなるので、温度上昇値ΔＴ２が小さくなる分、より確実に、再設定される加減速パターン５１ａに基づくパワーサイクル寿命値ＰＣ２をパワーサイクル寿命値ＰＣ１よりも大きくすることができる。

また、第２実施形態では、上記のように、加減速パターン設定部２３１を、再設定される加減速パターン５１ａに基づくパワーサイクル寿命値ＰＣ１が定期メンテナンス期間ＴＭに略一致するように、加減速パターン５１を加減速パターン５１ａに再設定するように構成する。これにより、電力用半導体素子１３が定期メンテナンス期間ＴＭとは異なる時期に破損する場合が生じるのを抑制することができる。その結果、定期メンテナンス以外の時期にメンテナンスを行う回数を減少させることができるので、メンテナンスの回数を削減することができる。

また、第２実施形態による電力変換装置２００のその他の効果は、第１実施形態における電力変換装置１００と同様である。

[第３実施形態]
次に、図１５を参照して、第３実施形態による電力変換装置３００ａの構成について説明する。第３実施形態では、複数の電力変換装置３００ａのパワーサイクル寿命値ＰＣ２同士が略一致するように、加減速パターン５１が加減速パターン５１ａに再設定される。なお、上記第１実施形態および上記第２実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

（第３実施形態による電力変換装置の構成）
図１５に示すように、第３実施形態による電力変換システム３００には、電力変換装置３００ａが複数設けられている。また、電力変換システム３００には、複数の電力変換装置３００ａを制御する制御装置３００ｂが設けられている。なお、制御装置３００ｂは、特許請求の範囲の「制御部」、「寿命取得部」および「加減速パターン設定部」の一例である。

ここで、第３実施形態では、制御装置３００ｂは、複数の電力変換装置３００ａのそれぞれの加減速パターン５１に基づいて、複数の電力変換装置３００ａのそれぞれのパワーサイクル寿命値ＰＣ１を取得するように構成されている。そして、制御装置３００ｂは、取得されたパワーサイクル寿命値ＰＣ１に基づいて、加減速パターン５１を加減速パターン５１ａに再設定するように構成する。そして、制御装置３００ｂは、再設定される複数の電力変換装置３００ａのそれぞれのパワーサイクル寿命値ＰＣ２同士が略一致するように、加減速パターン５１ａを再設定するように構成されている。

具体的には、制御装置３００ｂは、パワーサイクル寿命値ＰＣ２同士が略一致するとともに、パワーサイクル寿命値ＰＣ２が定期メンテナンス期間ＴＭに略一致するように、それぞれの加減速パターン５１を、それぞれ加減速パターン５１ａに設定するように構成されている。

また、第３実施形態による電力変換装置３００ａのその他の構成は、第１実施形態における電力変換装置１００と同様である。

［第３実施形態の効果］
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、電力変換装置３００ａを、複数設ける。そして、制御装置３００ｂを、複数の電力変換装置３００ａのそれぞれの加減速パターン５１に基づいて、複数の電力変換装置３００ａのそれぞれのパワーサイクル寿命値ＰＣ１を取得するように構成する。また、制御装置３００ｂを、再設定される複数の電力変換装置３００ａのそれぞれのパワーサイクル寿命値ＰＣ２同士が略一致するように、加減速パターン５１ａを再設定するように構成する。これにより、複数の電力変換装置３００ａのメンテナンス（交換）を同時に行う場合に、寿命値が小さい電力用半導体素子１３を有する電力変換装置３００ａの交換に合わせて、寿命値が大きい電力用半導体素子１３を有する電力変換装置３００ａの交換が行われることを抑制することができる。また、複数の電力変換装置３００ａをそれぞれ個別にメンテナンス（交換）することが可能な場合でも、複数のパワーサイクル寿命値ＰＣ２同士を略一致することができるので、１回のメンテナンスの際に互いに寿命値が略一致する複数の電力変換装置３００ａを同時に交換することができる。その結果、メンテナンス回数を削減することができる。

また、第３実施形態による電力変換装置３００ａのその他の効果は、第１実施形態における電力変換装置１００と同様である。

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、電力変換装置をインバータとして構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電力変換装置をコンバータとして構成してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、寿命取得部３３（２３３）に、トルク取得部３４と、電流電圧取得部３５と、損失取得部３６と、温度取得部３７とを設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、加減速パターン５１が比較的単純なパターンであれば、寿命取得部３３を、テーブル等を用いて、加減速パターン５１の情報（速度変化率等）から直接、パワーサイクル寿命値ＰＣを取得するように構成してもよい。

また、上記第２実施形態では、加減速パターン設定部２３１を、加減速パターン５１の加速期間ＴＳ２および減速期間ＴＳ４の両方の速度変化率を変更する再設定を行うように構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、加減速パターン設定部２３１を、加減速パターン５１の加速期間ＴＳ２または減速期間ＴＳ４のいずれか一方の速度変化率を変更する再設定を行うように構成してもよい。たとえば、負荷装置１０２の位置Ｎを制御せずに、到達速度ωを制御する場合には、減速期間ＴＳ４の速度変化率は変更しないで、加速期間ＴＳ２の速度変化率を小さくすることにより、パワーサイクル寿命値ＰＣ２をＰＣ１よりも大きくすることが可能である。

また、上記第２実施形態では、加減速パターン設定部２３１を、加減速パターン５１の加速期間ＴＳ２の温度上昇値ΔＴ２と減速期間ＴＳ４の温度上昇値ΔＴ２と略一致させてパワーサイクル寿命値ＰＣ２をＰＣ１よりも大きくするように加減速パターン５１ａを再設定する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、加速期間ＴＳ２の温度上昇値ΔＴ２と減速期間ＴＳ４の温度上昇値ΔＴ２と略一致させずに、パワーサイクル寿命値ＰＣ２をＰＣ１よりも大きくするように加減速パターン５１ａを再設定してもよい。

また、上記第２実施形態および上記第３実施形態では、所定の寿命値の例として、定期メンテナンス期間ＴＭとする例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、所定の寿命値として、定期メンテナンス期間ＴＭ以外の操作者の所望の期間を設定してもよい。

また、上記第３実施形態では、複数の電力変換装置３００ａとは別個に制御装置３００ｂを配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の電力変換装置３００ａが互いに情報を通信することにより、電力変換装置３００ａの制御部が、第３実施形態による制御装置３００ｂとしての機能を発揮するように構成してもよい。

３、２０３ 制御部
１１ａ〜１１ｆ スイッチング素子（電力用半導体素子）
１２ａ〜１２ｆ ダイオード（電力用半導体素子）
１３ 電力用半導体素子
３１、２３１ 加減速パターン設定部
３３、２３３ 寿命取得部
３４ トルク取得部
３５ 電流電圧取得部
３６ 損失取得部
３７ 温度取得部
３８ パワーサイクル取得部（パワーサイクル寿命取得部）
５１、５１ａ 加減速パターン
１００、２００、３００ａ 電力変換装置
１０２ 負荷装置
３００ｂ 制御装置（制御部、寿命取得部、パワーサイクル寿命取得部）

Claims (8)

1. 電力変換を行うとともに、電力変換された電力を負荷装置に供給する電力用半導体素子と、
   前記電力用半導体素子の駆動を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記負荷装置を駆動させる速度の加減速パターンを設定する加減速パターン設定部と、設定された前記加減速パターンに基づいて、前記電力用半導体素子の寿命値を取得する寿命取得部とを含む、電力変換装置。
2. 前記寿命取得部は、前記加減速パターンに基づいて、前記負荷装置の加減速トルク値を取得するトルク取得部と、前記加減速トルク値に基づいて、前記負荷装置に供給される電力の出力電流値および出力電圧値を取得する電流電圧取得部と、前記出力電流値および前記出力電圧値に基づいて、前記電力用半導体素子の電力損失を取得する損失取得部と、前記電力用半導体素子の電力損失に基づいて、前記電力用半導体素子の温度上昇値を取得する温度取得部と、前記温度上昇値に基づいて、前記電力用半導体素子の寿命値としてのパワーサイクル寿命値を取得するパワーサイクル寿命取得部とを含む、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記加減速パターン設定部は、取得された前記電力用半導体素子の寿命値に基づいて、前記加減速パターンを再設定するように構成されており、再設定される前記加減速パターンに基づく前記電力用半導体素子の寿命値が前記寿命取得部により取得された前記電力用半導体素子の寿命値よりも大きくなるように、前記加減速パターンを再設定するように構成されている、請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記加減速パターン設定部は、前記加減速パターンの加速または減速のうちの少なくとも一方の速度変化率を変更する再設定を行うことによって、再設定される前記加減速パターンに基づく前記電力用半導体素子の寿命値が前記寿命取得部により取得された前記電力用半導体素子の寿命値よりも大きくなるように、前記加減速パターンを再設定するように構成されている、請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記寿命取得部は、前記加減速パターンに基づいて、前記電力用半導体素子の温度上昇値を取得する温度取得部を含むとともに、前記温度取得部により取得された前記温度上昇値に基づいて、前記電力用半導体素子の寿命値を取得するように構成されており、
   前記加減速パターン設定部は、前記温度取得部により取得された前記温度上昇値よりも再設定される前記加減速パターンによる前記温度上昇値が小さくなるように前記加減速パターンを再設定することにより、再設定される前記加減速パターンに基づく前記電力用半導体素子の寿命値が前記寿命取得部により取得された前記電力用半導体素子の寿命値よりも大きくするように構成されている、請求項３または４に記載の電力変換装置。
6. 前記加減速パターン設定部は、再設定される前記加減速パターンに基づく前記電力用半導体素子の寿命値が所定の寿命値に略一致するように、前記加減速パターンを再設定するように構成されている、請求項３〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記電力変換装置は、複数設けられており、
   前記寿命取得部は、前記複数の電力変換装置のそれぞれの前記加減速パターンに基づいて、前記複数の電力変換装置のそれぞれの前記電力用半導体素子の寿命値を取得するように構成されており、
   前記加減速パターン設定部は、再設定される前記複数の電力変換装置のそれぞれの前記電力用半導体素子の寿命値同士が略一致するように、前記加減速パターンを再設定するように構成されている、請求項３〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 電力変換された電力を負荷装置に供給する電力用半導体素子と、前記電力用半導体素子の駆動を制御する制御部とを備える電力変換装置の制御方法であって、
   前記負荷装置を駆動させる速度の加減速パターンを設定し、
   設定された前記加減速パターンに基づいて、前記電力用半導体素子の寿命値を取得する、電力変換装置の制御方法。

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