包含具有多个功率模块的功率转换装置的系统的控制装置及方法与流程

本发明总的来说涉及包含具有多个功率模块的功率转换装置的系统的控制。

背景技术：

已知有具有多个功率模块的功率转换装置。专利文献1中所公开的功率转换装置对多个功率模块的寿命进行均衡化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本专利特开2015－220778号公告

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

如专利文献1中所公开的功率转换装置那样，一般功率转换装置通过均等地使用多个功率模块从而使得多个功率模块的寿命均衡化。

但是，所有功率模块的品质未必都一样。因此，即使均等地使用多个功率模块，功率模块的寿命也会产生偏差。换言之，功率模块的寿命取决于该功率模块的品质。不容易正确地测定各个功率模块的品质。因此，难以预测出寿命较早耗尽的功率模块。

解决技术问题所采用的技术方案

控制装置控制对象系统，该对象系统包含具有n台(n是2以上的整数)功率模块的功率转换装置以及基于来自该功率转换装置的电力来驱动的负载设备，该控制装置具有与功率转换装置相连接的1个以上的接口即接口部、及与1个以上的接口相连接的1个以上的处理器即处理器部。处理器部将n台功率模块中的x台(x是1以上且小于n的整数)第1功率模块各自的工作量维持得比x台第1功率模块以外的功率模块即y台(y＝n-x)第2功率模块中的任一个的工作量都要多。

发明效果

根据本发明容易得知，x台第1功率模块比y台第2功率模块较早耗尽寿命的可能性要高。即，即使无法正确得知各功率模块的品质，也容易预测出所有功率模块的寿命是否较早耗尽。

附图说明

图1示出实施例1所涉及的控制装置的结构。

图2示出inv(逆变器模块)的寿命的考虑方式的一个示例。

图3关于inv，示出电流与温度的关系的一个示例。

图4关于inv，示出温度变化与寿命的关系的一个示例。

图5关于电梯系统的1次运行，示出电梯的轿厢速度、提供给电动机的电流，以及与inv的温度的关系的一个示例。

图6示出inv管理表格的结构。

图7示出寿命表格的结构。

图8示出运行控制处理的流程。

图9示出实施例1中的停止对象的inv的切换。

图10示出寿命预测处理的流程。

图11示出实施例2中的停止对象的inv的切换。

具体实施方式

以下的说明中，「接口部」可为1个以上的接口。该1个以上的接口也可为1个以上的同种的通信接口设备，也可为2个以上的不同种的通信接口设备。

另外，以下的说明中，「存储器部」是1个以上的存储器，典型地可为主存储设备。存储器部中的至少一个存储器可为易失性存储器，也可为非易失性存储器。

另外，以下的说明中，是1个以上的pdev，典型地可为辅助存储设备。「pdev」是指物理上的存储设备，典型地是非易失性存储设备。

另外，以下的说明中，「存储部」是存储器部以及pdev部中的至少存储器部。

另外，以下的说明中「处理器部」是1个以上的处理器。至少一个处理器典型地是如cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)那样的微处理器，但也可是如gpu(graphicsprocessingunit：图形处理单元)那样的其他种类的处理器。1个以上的处理器分别既可是单核，也可是多核。处理器也可包含进行一部分或者全部处理的硬件电路(例如fpga(field-programmablegatearray：现场可编程门阵列)或者asic(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路))。

另外，以下的说明中，有时以「xxx表格」的表现来说明信息，但是信息可以任意的数据结构来表现。即，为了示出信息不取决于数据结构，可以将「xxx表格」称为「xxx信息」。另外，在以下的说明中，各个表格的结构是一个示例，1个表格也可分割为2个以上的表格，2个以上的表格的全部或者一部分也可是1个表格。

另外，以下的说明中，有时将「程序」作为主语来说明处理，但是程序是由处理器部执行的，因而为了适当地使用存储器部以及/或者接口部等进行确定的处理，处理的主语也可是处理器部(或者如具有该处理器部的控制器那样的设备)。程序也可从程序源安装于计算机那样的装置中。程序源也可是例如程序发布服务器或者计算机可读取(例如非暂时性的)的记录介质。另外，以下的说明中，2个以上的程序也可作为1个程序来实现，1个程序也可作为2个以上的程序来实现。

另外，以下的说明中，在不区分同种要素进行说明的情况下使用参照标号，在区分同种要素的情况下使用要素的id。例如在不区分逆变器模块(以下inv)的情况下，称为「inv111」，在区分inv的情况下，有如称为「inv1」、「inv2」。

以下，基于附图说明本发明的几个实施例。另外，本发明并不限于以下说明的实施例。

实施例1

图1示出实施例1所涉及的控制装置的结构。

作为通过控制装置101来控制的对象系统的一个示例，采用电梯系统102。电梯系统102具有轿厢121、对重122、将轿厢121以及对重122按吊瓶状悬挂的主绳索124、具有n台(n是2以上的整数)逆变器模块(以下inv)111的功率转换装置110、通过基于功率转换装置110所供给的电力来驱动从而经由主绳索124使得轿厢121升降的电动机123、检测电动机123的旋转速度的速度传感器125、以及使得电动机123的旋转速度减弱(例如成为0)的制动器126。inv111是功率模块的一个示例。inv111是例如igbt(insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极晶体管)模块。

控制装置101具有接口部151、存储部152、以及与接口部151和存储部152相连接的处理器部153。

接口部151包含与电梯系统102相连接的1个以上的接口设备。具体而言，例如接口部151包含与功率转换装置110相连接的接口设备、与速度传感器125相连接的接口设备、与响应于轿厢121的开闭门(未图示)的开闭指令来使开闭门开闭的设备(未图示)相连接的接口设备、以及与电梯系统102的管理系统181相连接的接口设备。另外，管理系统181也可由一个以上的计算机所构成。控制装置101的处理器部153可以经由接口部151将显示用信息显示在管理系统181上。

存储部152存储程序、信息。作为程序有例如控制电梯系统102的运行的运行控制程序161、以及预测inv111的寿命的寿命预测程序162。作为信息有例如保存与各inv111相关的信息的inv管理表格171、以及表示inv111与寿命的关系的寿命表格172。

处理器部153通过执行存储部152中的程序，从而参照存储部152中的信息，或控制电梯系统102。

图2示出inv111的寿命的考虑方式的一个示例。

功率转换装置110具有的inv111的台数n是比由下述的(p)以及(q)所确定的inv台数要小的值，(p)inv111的负载与inv111的推定寿命的关系、以及(q)在假设均等地使用所有inv111的情况下的各inv111的目标寿命。由此，容易将特定的x台inv111的工作量维持得较多。具体而言，例如如下所述。

例如如参照标号201所示出的那样，定义为在将inv111的负载维持在10％时的该inv111的推定寿命为10年。此时，为了向电动机123提供100％的负载，n＝10(＝100％÷10％)。

以该前提为基准，若将inv111的负载设为m倍，则inv111的寿命成为1/m倍。

例如，如参照标号202所示出的那样，将inv111的负载维持在12.5％。m＝1.25(＝12.5％÷10％)，因此inv111的推定寿命为8年(＝10×1/1.25)。另外，n的值也为8(100％÷12.5％)。

另外，例如，如参照标号203所示出的那样，将inv111的负载维持在20％。m＝2(＝20％÷10％)，因此inv111的推定寿命为5年(＝10×1/2)。另外，n的值也为5(100％÷20％)。

以这样的考虑方式作为一个示例，可以决定n。本实施例中，将inv111的目标寿命考虑为8年以上，因此采用n＝8(参照标号202)。n越小，在假设均等地使用n台inv111的情况下，各inv111的负载必然变高，其结果是各inv111的寿命变得越短。

若inv111的负载较大，则来自ivn111的电流值也变高，其结果是inv111的温度变化变大。如inv111这样的功率模块包含半导体元件，因此温度、温度变化对于寿命有影响。

图3对于inv111，示出电流与温度的关系的一个示例。

例如，若在某一时间内开关元件处于导通状态(若在某一时间内电流ic流过)，壳体温度tc以及连接部温度tj在该时间内上升。若开关元件切断，则tc以及tj下降。这里，以散热翅片温度tf为基准，tf与tc的峰的差为δtc，tf与tj的峰的差为δtj。

图4对于inv111，示出温度变化与寿命的关系的一个示例。

如图4所例示的那样，若温度变化(δtj)较大，则inv111的寿命(这里，由热应力所形成的寿命即动力循环寿命)减少。另外，若使用温度较高，则inv111的寿命减少。另外，tjmin是tj的最低值。tjmax是tj的最大值。

图5对于电梯系统的102的1次运行，示出电梯的轿厢速度、提供给电动机123的电流、与inv111的温度之间的关系的一个示例。另外，图5示出装载量100％的上升方向运行时的关系。典型地，若运行方向不同，则电流波形也不同。

电梯系统102的1次运行是轿厢121从开始升降到停止升降。具体而言，例如1次运行中，有开始期间p1、匀速期间p2、以及停止期间p3。轿厢121的开闭门进行开闭后，在开始期间p1中轿厢121逐渐加速(电动机123的旋转速度逐渐变快)，当达到一定的速度时成为匀速期间p2。匀速期间p2中，轿厢121的速度是一定的(电动机123的旋转速度是一定的)。到停止为止的剩余距离到达某一距离时，进入停止期间p3。停止期间p3中，轿厢121逐渐减速，不久后停止(电动机123的旋转速度逐渐减速，不久后停止)。然后，再次发生开闭门的开闭。根据移动距离(移动起始的楼层与移动目标的楼层的距离)，也可没有匀速期间p2，加速以及减速中的斜率(每单位时间内的加速量或减速量)也可不同。

在期间p1～p3中，开始期间p1中需要最大的电流值。匀速期间p2中，所需的电流值减少，停止期间p3中，所需的电流值进一步减少。

在期间p1～p3中，在开始期间p1中接收大电流，温度(例如tj)达到峰值。此后，在匀速期间p2以及停止期间p3的过程中，温度逐渐下降。

图5所例示的运行控制是通过运行控制程序161进行的。具体而言，例如运行控制程序161切换功率转换装置110中作为停止对象的inv111，控制流向电动机123的电流值，从而控制电动机123的旋转速度。

图6示出inv管理表格171的结构。

inv管理表格171保存inv111和与运行相关的信息之间的关系。具体而言，例如inv管理表格171对于各个inv111，示出inv编号(inv111的编号)和inv111所使用的运行次数。

图7示出寿命表格172的结构。

寿命表格172保存inv111的负载、inv111所使用的运行次数、与inv111的寿命之间的关系。根据图7的示例，inv111的实质负载是20％的情形下，若运行次数是c3次，则寿命是l3。

图8示出运行控制处理的流程。

运行控制程序161每运行k次(k是自然数，本实施例中k＝1)时，就进行停止对象的inv111的切换(s801)以及表格更新(s802)。s802中，运行控制程序161对于inv管理表格171中管理的inv1～8中所使用的各个inv(即作为停止对象的inv以外的inv)，在运行次数中加上k。

即，运行控制程序161将n台inv111中x台(x是1以上且小于n的整数)inv111各自的工作量维持得比y台(y＝n-x)inv111中的任一个的工作量都要多。工作量的一个示例是运行次数。即，本实施例中，对于x台inv111，分别将计数的运行次数维持得比对于y台inv111中的任一台计数的运行次数都要多。由此，可以容易地预测出x台inv111比y台inv111要更早地耗尽寿命。因此，能够预测出寿命较早耗尽的inv111，从而可以在寿命耗尽前采取对该inv111进行更换的措施。

图9示出本实施例中的停止对象的inv111的切换。

本实施例中，n＝8，因此存在有inv1～8。

本实施例中，x＝1。x台inv111为inv1。因而，y＝7(＝8-1)。y台inv111为inv2～8。inv1是x台第1功率模块的一个示例。inv2～8是y台第2功率模块的一个示例。

运行控制程序161定期地或者不定期地执行下述(a)以及(b)：(a)从inv2～8中选择与前次的(a)中所选择的p台(p是1以上且小于y的整数)停止对象的inv至少一部分不同的p台(本次的p＝前次的p、或者本次的p≠前次的p)停止对象的inv、(b)使本次的(a)中所选择的p台停止对象的inv停止，从而将对于inv1的运行次数维持得比inv2～8各自的运行次数都要多。

另外，运行控制程序161将inv1的停止量(例如inv1作为停止对象的运行次数)维持为0，或者维持得比inv2～8中的任一个的inv的停止量都要少。即，本实施例中，inv1没有作为停止对象，但是也可以比inv2～8中的任一个的功率模块都要小的频度作为停止对象。

如上所述，每使电梯系统102运行k次时(k为自然数)，运行控制程序161就进行(a)以及(b)。如图4所示，各次的运行中会产生温度变化，因此认为从inv111的寿命控制这一点出发优选每运行k次就进行(a)以及(b)。

本实施例中，p＝1且k＝1。具体而言，本实施例中，如图9所示，每次运行时，在inv2～8的范围内，作为停止对象的inv的编号就增加1。即，用轮询调度来改变停止对象。这是均等地维持inv2～8的工作量的一个示例。因此，对于inv2～8，可以使寿命均衡化。

本实施例中，如上所述，x＝1以及p＝1，但是x以及p各自的值是基于n台inv111中寿命相对较早耗尽的inv的目标寿命和作为决定n值的根据的目标寿命所确定的。具体而言，例如对于inv的负载f％，inv的推定寿命为g年的情况下，上述的示例中f＝10时g＝10。另外，上述示例中，若将f设为m倍则g为1/m倍。因此，在将inv1的目标寿命设为5年的情况下(g＝5)，inv1的负载为20％(f＝20)。另一方面，对于剩余的各个inv2～8，作为n＝8的根据的目标寿命为8年以上，而p＝1时，可期待达到该目标寿命。若p＝1，则inv2～8中在运行中所使用的inv为6台，6台inv各自的负载l成为(100％-20％)÷6≒13.3％(「l＝{100％-(x*f％)}÷(y-p)」的一个示例)，但这是由于实质负载u为13.3％×6/7≒11.4％(「u＝l*{(y-p)/y}」的一个示例)，成为12.5％(＝目标寿命8年时的inv负载(参照图2))以下。即，作为结果，inv2～8各自的推定寿命约为8.7年。由此，本实施例中，能够期待如下两者的实现：容易预测出寿命相对较早耗尽的inv111、以及使剩余的inv111的寿命成为目标寿命以上。

另外，本实施例中，运行控制程序161在电梯系统102的维护期间中、或者inv1发生故障时，停止inv1并且维持inv2～8的工作。即，在电梯系统102的维修期间中，或者inv1发生故障的情况下，也可以维持电梯102的运行。作业员可以在inv1停止的期间对inv1进行更换。另外，例如功率转换装置110具有将inv1电气切断的机构(例如开关)901，作为inv1的停止，运行控制程序161可利用该机构901进行将inv1电气切断的处理。

另外，本实施例中，inv1是相比于inv2～8设置于靠近取出作业侧(具体而言，例如，inv的更换作业侧)的位置的inv111。本实施例中，inv1的寿命相对较早耗尽的可能性较高，剩余的inv2～8在同时期寿命耗尽的可能性较高。因此，只有inv1作为独立的更换对象，inv2～8的更换作为功率转换装置110的更换的可能性较高。因此，通过使位于最靠近取出作业的位置的inv1作为高负载的inv，从而容易进行inv1的更换作业。即，能够期待可在短时间内对inv1进行更换。

另外，本实施例中，对于inv1(x台第1功率模块中的至少一个的一个示例)，相比于inv2～8，成为设置有更多的传感器、设置有更多种类的传感器、以及设置有对于该剩余的功率模块未设置的种类的传感器这些情况中的至少一种。具体而言，例如对于inv1的传感器群(1个以上的传感器)902a与对于inv2～8各自的传感器群902b相比较，则相当于传感器的个数较多、传感器的种类较多，以及包含传感器群902b中所没有的传感器这些情况中的至少一种。即，传感器群902a相比于传感器群902b，是用于更详细地分析inv111的传感器群。inv1比inv2～8要负载更高，因此通过使传感器群902a针对inv1进行设置，从而可期待能够更详细地分析inv。另外，这样的传感器群902a仅针对高负载的inv1进行设置即可，因此也可以实现资源的节约。

另外，本实施例中，如参照图2以及图9所说明的那样，虽然可根据inv负载来获知推定寿命，但是根据inv负载和运行次数之间的关系可以更正确地预测寿命。具体而言，例如寿命预测程序162定期地(或者每当1次运行结束时)开始图10所例示的寿命预测处理。寿命预测程序162对于各inv111(例如在前次的寿命预测处理之后运行次数被更新后的各inv111)，从寿命表格172来确定与inv111所对应的运行次数(记录在inv管理表格中的运行次数)和该inv111的负载相对应的寿命(s1001)。当有确定的寿命(预测寿命)快耗尽(例如到预测寿命为止的运行次数小于规定运行次数)的inv111(s1002:是)时，则寿命预测程序162将包含该inv111编号的警告通知(输出)至管理系统181(s1003)。由此，可以提高寿命在耗尽前对inv1进行更换的可靠性。

实施例2

对实施例2进行说明。此时，以与实施例1的不同点为主进行说明，对于与实施例1的共同点省略说明或者简略说明。

图11示出在实施例2中的停止对象的inv111的切换。

本实施例中，x＝2。x台inv111为inv1及2。因而，y＝6(＝8-2)。y台inv111为inv3～8。inv1及2是x台第1功率模块的一个示例。inv3～8是y台第2功率模块的一个示例。

本实施例中，各次运行中停止对象的inv的个数p是3。具体而言，运行控制程序161从inv3～8中选择与前次所选择的3台停止对象的inv至少一部分(图11的示例是全部)不同的3台停止对象的inv，并使所选择的3台停止对象的inv停止。即，inv3～5与inv6～8交替成为停止对象。另外，3台inv没有必要是连续排列的3台inv，例如，如inv3、5及7和inv4、6及8那样，隔开至少一个inv111的2台以上的inv111也可是p台inv111。

本实施例中，x＝2以及p＝3，但是x以及p各自的值与实施例1相同，基于n台inv111中寿命相对较早耗尽的inv的目标寿命和作为决定n值的根据的目标寿命所确定。具体而言，例如在inv1及2各自的目标寿命为5年的情况下，inv1及2各自的负载为20％。另一方面，对于剩余的各个inv3～8，作为n＝8的根据的目标寿命为8年以上，而p＝3时，可期待达到该目标寿命。若设p＝3，则inv3～8中在运行中所使用的inv为3台，3台inv各自的负载为(100％-2*20％)÷3＝20％，这是由于实质负载为20％×3/6＝10％，成为12.5％(＝目标寿命8年时的inv负载(参照图2))以下。即，作为结果，inv3～8各自的推定寿命为10年。

如上所述，即使作为高负载的inv111的个数x、以及作为停止对象inv的个数p中的任一个都要比1大，也可期待实现如下两者：容易预测出寿命相对地较早耗尽的inv111、以及使剩余的inv111的寿命成为目标寿命以上。

实施例3

对实施例3进行说明。此时，以与实施例1以及2的不同点为主进行说明，对于与实施例1以及2的共同点省略说明或者简略说明。

实施例3中，对于n台inv111的各个inv，作为取代电梯系统102的运行次数或者在电梯系统102的运行次数的基础上，该inv111的工作量包含电梯系统102的运行时间(例如运行时间的累加值或平均值)以及运行频度(例如运行和下一次运行为止的时间间隔的累加值或平均值)中的至少一个。

本实施例中，inv管理表格171对于每个inv111，作为取代运行次数或者在运行次数的基础上，例如保存运行方向(是上升和下降中的哪一个)、轿厢121内的重量、运行时间、运行频度、期间p1～p3各自的电流值、inv111的温度(例如tj)、以及inv111的温度变化(例如δtj)中的至少一个。每运行k次时，将上述的信息通过运行控制程序161记录在inv管理表格171中。另外，寿命表格172作为取代运行次数或者在运行次数的基础上，对于运行次数以外的上述信息，表示寿命。寿命预测程序162对于各inv111，基于该inv的负载(实质负载)和上述的inv管理表格171以及寿命表格172来预测该inv111的寿命。

以上是对本实施例进行的说明。另外，本实施例中，运行控制程序161可在1次运行的期间p1～p3中的至少一个期间内，进行使停止对象的inv11增加或减少的处理。例如，期间p1中，停止对象的inv111的台数p最少，而随着期间p2以及p3的推进，p的值也可变大。

以上，对本发明的几个实施例进行了说明，但这些是为了说明本发明的示例，并不旨在将本发明的范围仅局限于这些实施例。本发明利用其他各种方式也可实施。

例如，本发明也可适用于作为逆变器模块的功率模块以外的功率模块(例如转换器模块)来代替逆变器模块。

另外，例如也可不一定由控制装置101的存储部152来存放寿命表格172。例如，也可为，控制装置101(运行控制程序161)将运行日志存储于存储部152中并将所存储的运行日志输出至管理系统181那样的外部系统。可期待基于运行日志进行详细的分析。

标号说明

101控制装置