(57)【要約】【課題】現行のシステムに対して必要最小限な装置を付加するだけで、装置の信頼性を低下させることなくコンデンサの劣化検出や運転保護を行える装置を提供する。【解決手段】交流電源１は、整流部２に接続されており、その出力端には、平滑部３が、並列に接続されている。整流部２と平滑部３の間には、電流検出部１１が設けられている。平滑部３の一方の端から、負荷１３、電源検出部１４の順で接続されている。制御部９は、コンデンサ３ａ又は３ｂのコンデンサ容量を推定するコンデンサ容量推定手段１０１を有する。【選択図】図１
2010043959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を全波整流する整流部と、
コンデンサを有し、前記整流部によって整流された電圧を平滑する平滑部と、
前記平滑部に接続される負荷と、
前記平滑部に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出部と、
前記検出された電流及び電圧を入力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電圧検出部で検出される電圧及び前記電流検出部で検出される電流に基づいて、前記コンデンサのコンデンサ容量を推定するコンデンサ容量推定手段を備える
ことを特徴とする電源保護装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記負荷に定電流が流れるように制御する
ことを特徴とする請求項１記載の電源保護装置。
【請求項３】
前記平滑部は、複数の前記コンデンサにより構成される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電源保護装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記電流検出部によって検出される電流の方向に基づいて、前記コンデンサ容量推定手段によるコンデンサ容量の推定対象となる前記コンデンサを特定する
ことを特徴とする請求項３記載の電源保護装置。
【請求項５】
前記交流電源のゼロクロスを検出して電圧の極性を検出するゼロクロス検出手段を備え、
前記制御部は、前記電圧の極性に基づいて、前記コンデンサ容量推定手段によるコンデンサ容量の推定対象となる前記コンデンサを特定する
ことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の電源保護装置。
【請求項６】
前記コンデンサ容量推定手段は、前記電流検出部によって検出される電流の値を積分することによって前記コンデンサ容量を推定する
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電源保護装置。
【請求項７】
前記コンデンサの使用初期のコンデンサ容量を記憶する初期コンデンサ容量記憶手段を備える
ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の電源保護装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記推定されたコンデンサ容量と、前記記憶された使用初期のコンデンサ容量に基づいて、前記コンデンサが異常か否かを判定する異常判定手段を備える
ことを特徴とする請求項７記載の電源保護装置。
【請求項９】
所定期間ごとに、前記推定されたコンデンサ容量及び製品出荷時からの経過時間を記憶するコンデンサ容量・経過時間記憶手段を備える
ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の電源保護装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記記憶されたコンデンサ容量及び経過時間に基づいて、前記コンデンサ容量の時間変化を予測するコンデンサ容量予測手段を備える
ことを特徴とする請求項９記載の電源保護装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記予測されたコンデンサ容量の時間変化に基づいて、前記コンデンサの交換時期を予測するコンデンサ交換時期予測手段を備える
ことを特徴とする請求項１０記載の電源保護装置。
【請求項１２】
前記負荷として、モータと、前記モータを駆動するインバータを備える
ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の電源保護装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の電源保護装置を搭載したことを特徴とする冷凍空調装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の電源保護装置を搭載したことを特徴とする洗濯機。
【請求項１５】
請求項１２記載の電源保護装置を搭載したことを特徴とする電気掃除機。
【請求項１６】
交流電源を全波整流する工程と、
前記整流された電圧を平滑する工程と、
平滑部に流れる電流を検出する工程と、
前記平滑部を構成するコンデンサの電圧を検出する工程と、
前記検出された電圧及び前記検出された電流に基づいて、前記コンデンサのコンデンサ容量を推定する工程と、
を有する
ことを特徴とする電源保護方法。
【請求項１７】
前記検出された電流の方向に基づいて、前記平滑部を構成する複数の前記コンデンサのうち、前記コンデンサ容量を推定する対象となる前記コンデンサを特定する工程を有する
ことを特徴とする請求項１６記載の電源保護方法。
【請求項１８】
前記交流電源のゼロクロスを検出して電圧の極性を検出する工程と、
前記検出された電圧の極性に基づいて、前記平滑部を構成する複数の前記コンデンサのうち、前記コンデンサ容量を推定する対象となる前記コンデンサを特定する工程と、
を有する
ことを特徴とする請求項１６又は請求項１７記載の電源保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧の脈流を平滑するコンデンサの容量抜けによる劣化を検出し、電源保護機能を付加した電源保護装置、それを備えた冷凍空調装置、洗濯機及び電気掃除機、並びに、電源保護方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、家電機器等の電動機駆動等に利用される電源保護装置に関して、製品安全上及び信頼性向上の観点から、平滑コンデンサの劣化検出が高精度に行われる手法が求められてきている。
従来、直流電圧の脈流を平滑する平滑コンデンサの劣化検出は、簡易な劣化検出回路を付加することで行われていた。例えば、脈流を含む直流電圧が印加された平滑コンデンサに接続された負荷の負荷電流と、平滑コンデンサの両端の直流電圧のリップル（ＭＩＮ値及びＭＡＸ値）を検出し、平滑コンデンサの劣化を検出する回路等がある（例えば、特許文献１参照）。また、充電時間の上限値及び下限値を予め記憶しておき、実際に充電部の充電時間を測定し記憶値と比較することで、駆動電源の故障を検出する故障検出装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４０４５０号公報（第５、６頁、図１）
【特許文献２】ＷＯ２００５／１１５９０１号公報（第７頁、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の直流電圧の脈流を平滑する平滑コンデンサの劣化検出方法は、上記のような構成で実現されるので、外来ノイズに対する信頼性の確保が難しいという問題があった。
また、電圧や電流の瞬時値を利用することが多いため、高精度な検出が要求される装置においては、その性能確保が困難であるという問題もあった。
そして、負荷変動や電源変動に対して、検出ばらつきの発生を抑制するのが難しいという問題もあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、現行のシステムに対して必要最小限な装置を付加するだけで、装置の信頼性を低下させることなくコンデンサの劣化検出や電源保護を可能とする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】
【０００６】
本発明に係る電源保護装置は、交流電源を全波整流する整流部と、コンデンサを有し、前記整流部によって整流された電圧を平滑する平滑部と、前記平滑部に接続される負荷と、前記平滑部に流れる電流を検出する電流検出部と、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出部と、前記検出された電流及び電圧を取得する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電圧検出部で検出される電圧及び前記電流検出部で検出される電流に基づいて、前記コンデンサのコンデンサ容量を推定するコンデンサ容量推定手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る電源保護装置は、製品出荷時又は使用初期におけるコンデンサのコンデンサ容量を記憶させておくことにより、使用環境に左右されずに、信頼性高く平滑コンデンサの経年劣化の異常判定が可能となる。また、コンデンサに充電される電荷を、電流検出部によって検出される検出電流の積分によって求めることにより、瞬時値を扱う方法に比べて外乱やノイズに強くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る電源保護装置及び電源保護方法について図面を参照にしながら説明する。
図１は、実施の形態１に係る電源保護装置の構成図の一例である。交流電源１は、その交流電圧を全波整流する整流部２に接続されている。その整流部２は、整流ダイオード２ａ〜２ｄで構成されており、その出力端には、直列に接続された２つのコンデンサ３ａ及び３ｂで構成される平滑部３が、並列に接続されている。整流部２の一部を構成する整流ダイオード２ｃと２ｄの接続点と、コンデンサ３ａと３ｂの接続点の間には、電流検出部１１が設けられている。また、電圧検出部１２は、電圧検出手段１２ａ及び１２ｂで構成されている。その電圧検出手段１２ａは、コンデンサ３ａと３ｂの接続点に接続されており、電圧検出手段１２ｂは、コンデンサ３ａが接続されている直流母線４１ａに接続されている。平滑部３の一方の端から、負荷１３、電流検出部１４の順で接続され、電流検出部１４から直流母線４１ｂを介して平滑部３の他端に接続されている。また、交流電源１の両端から、並列にゼロクロス検出手段１６が接続されており、そのゼロクロス検出手段１６は、制御部９に接続されている。その他、電流検出部１１及び１４、並びに、電圧検出手段１２ａ及び１２ｂも、制御部９に接続されており、その制御部９は負荷１３に接続されている。また、制御部９は、コンデンサ３ａ又は３ｂのコンデンサ容量を推定するコンデンサ容量推定手段１０１、その異常の有無を判定する異常判定手段１０２、そのコンデンサ容量の時間変化を予測するコンデンサ容量予測手段１０３、及び、その交換時期を予測するコンデンサ交換時期予測手段１０４を有する。これらの動作については、図２で示される異常判定の動作フローにおいて後述する。また、記憶部１５は、データの送受信を行うため制御部９に接続されている。なお、記憶部１５は、制御部９内に内蔵される場合もある。ここで、電流検出部１１及び１４は、電流検出素子及びその両端電圧出力をＣＰＵ等に取り込み電流換算できるようにするＡ／Ｄ変換器及び増幅器等で構成されている。また、電圧検出部１２を構成する電圧検出手段１２ａ及び１２ｂは、直流母線４１ａ及びコンデンサ３ｂの電圧をＣＰＵ等に取り込み電圧換算出来るようにする抵抗、コンデンサ等から形成される分圧回路、Ａ／Ｄ変換器及び増幅器等で構成される。そして、記憶部１５は、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶手段で構成される。
制御部９は、電流検出部１４によって検出される負荷電流をモニタし、負荷１３に定電流が流れるようにフィードバック制御を実施する。この際、制御部９は、電流検出部１１によって検出される電流値、及び、電圧検出手段１２ａ及び１２ｂによって検出される電圧値に基づいて、コンデンサ３ａまたは３ｂのコンデンサ容量を推定して、その結果に基づいて電源回路の保護を行う。このコンデンサ容量の推定に関しては後述する。
【０００９】
図２は、実施の形態１に係る電源保護装置において、その異常を判定するための動作フローの一例である。この動作フローは、負荷１３への定電流の印加を開始するステップＳ１０１と、コンデンサ容量を推定する対象となるコンデンサを特定するステップＳ１０２と、電流検出部１１に流れる電流を積分し前記の特定されたコンデンサに蓄えられる電荷を求めるステップＳ１０３と、そのコンデンサの両端電圧を検出するステップＳ１１１と、そのコンデンサのコンデンサ容量を推定するステップＳ１０４と、そのコンデンサの容量抜け具合を把握し異常判定するステップＳ１０５と、負荷１３への定電流の印加を終了するステップＳ１０６から構成され、実施の形態１に係る電源保護装置における異常判定が行われる。
【００１０】
以下に、図２において上記で示した各ステップの動作の詳細について、図３〜図７を参照しながら説明する。
【００１１】
まず、ステップＳ１０１において、制御部９によって発せられる信号ＳＩＧがＯＮであるとき、負荷１３へ定電流が供給される。具体的には、制御部９は、信号ＳＩＧをＯＮにした後に、所定時間が経過した後、フィードバック制御等によって負荷１３に定電流が流れるように制御する。負荷１３としてモータ３１及びインバータ２４（後述の図８参照）を用いて定電流を流す具体的な実施例については、実施の形態２で述べる。
【００１２】
ステップＳ１０２において、制御部９は、電流検出部１１によって検出される検出電流Ｉａをモニタして、平滑部３を構成するコンデンサ３ａ及び３ｂの中からコンデンサ容量を推定する対象となるコンデンサを特定する。
図３（ａ）は、交流電源１の電源電圧の波形図であり、図３（ｂ）は、電流検出部１１の検出電流Ｉａの波形図の一例であり、そして、図３（ｃ）は、コンデンサ３ａ及び３ｂの推定コンデンサ容量Ｃ１及びＣ２の波形図の一例である。図３（ａ）で示されるような交流電源１による交流電圧が印加され、負荷１３に対して定電流が印加されている状態に、図３（ｂ）で示されるような検出電流Ｉａが検出される。ここで、区間１で観測される電流方向を正方向としている。
図４（ａ）は、図３（ａ）で示される交流電源１の電源電圧の区間１におけるコンデンサ３ａへの充電経路を示した図であり、図４（ｂ）は、その電源電圧の区間２におけるコンデンサ３ｂへの充電経路を示した図である。図４（ａ）において、交流電源１が正（図４（ａ）中では電流方向上向き）のとき、交流電源１、整流ダイオード２ａ、コンデンサ３ａ、電流検出部１１、交流電源１の順で電流が流れ、区間１における電流経路５１が形成される。また、図４（ｂ）において、交流電源１が負（図４（ｂ）中では電流方向下向き）のとき、交流電源１、電流検出部１１、コンデンサ３ｂ、整流ダイオード２ｂ、交流電源１の順で電流が流れ、区間２における電流経路５２が形成される。すなわち、区間１と２において、電流経路が異なるため、電流検出部１１によって検出される検出電流Ｉａも異なる。従って、制御部９は、電流検出部１１によって検出される検出電流Ｉａをモニタすることにより、各区間においての電流経路に含まれるコンデンサを特定することが可能となる。つまり、電流検出部１１によって、図４（ａ）で示される経路における検出電流Ｉａが検出されれば、コンデンサ３ａに電流が流れていると特定できる。また、電流検出部１１によって、図４（ｂ）で示される経路における検出電流Ｉａが検出されれば、コンデンサ３ｂに電流が流れていると特定できる。
このようにして、ステップＳ１０２において、コンデンサ容量を推定する対象となるコンデンサを特定することができる。
なお、上記のように、検出される検出電流Ｉａの方向又は極性によりコンデンサの特定を行うこともできるが、ゼロクロス検出手段１６が交流電源１の電源電圧のゼロクロスを検出（電源電圧の立ち上がり又は立ち下がりを検出）することによって、コンデンサの特定を行っても良い。
また、制御部９が、コンデンサの特定を、上記のゼロクロス検出手段１６によって検出される電源電圧のゼロクロスが検出されることによって実施するのではなく、電流検出部１１によって検出される検出電流Ｉａによって実施するのであれば、ゼロクロス検出手段１６は設けなくてもよいのは言うまでもない。
また、コンデンサの特定を、上記のような電流検出部１１を用いて実施する方法と、ゼロクロス検出手段１６を用いて実施する方法とを併用すると、ノイズに強いシステムを構築することが可能である。
【００１３】
上記のようにステップＳ１０２においてコンデンサを特定した後、ステップＳ１１１において、電圧検出部１２は、その特定されたコンデンサの両端電圧を検出する。例えば、図３（ａ）の区間１の状態にあるとすると、コンデンサ３ａの電圧検出を行う場合、電圧検出手段１２ｂによって求められる直流母線４１ａの母線電圧Ｖｄｃ（ｔ）及び電圧検出手段１２ａによって求められるコンデンサ３ｂの両端電圧Ｖ２（ｔ）から、式（１）のようにコンデンサ３ａの両端電圧Ｖ１（ｔ）が求められる。また、図３（ａ）の区間２の状態にあるとすると、電圧検出手段１２ａによって、コンデンサ３ｂの両端電圧Ｖ２（ｔ）が検出される。以下では、検出電流Ｉａの積算値を利用して各コンデンサ容量を求める。
【００１４】
【数１】
2010043959.tif 000003
【００１５】
その際、各コンデンサの両端電圧の瞬時値を利用しても良いが、通常はフィルタを通過した値を利用する。図５は、実施の形態１に係る電源保護装置における電圧検出部１２の出力に対してフィルターを通過させるブロックの一例を示した図である。上記で求めたＶ１（ｔ）及びＶ２（ｔ）が、デジタルフィルタ等であるローパスフィルタ２１ａ及び２１ｂに通されることによってフィルタ出力Ｖ１及びＶ２が求められる。フィルタを用いることで、外乱ノイズを受けにくく、電圧検出の信頼性を高くできる。
なお、コンデンサ３ａ及び３ｂの両端電圧Ｖ１（ｔ）及びＶ２（ｔ）は、図１で示されるような構成によって検出されるものに限られるものではなく、他の構成によって検出されるものとしてもよい。
【００１６】
ステップＳ１０２においてコンデンサを特定した後、ステップＳ１１１が実施されるのと同じタイミングでステップＳ１０３が実施される。ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２において特定されたコンデンサに流れ込む電荷を求める。ここで、負荷１３に定電流が印加されて安定を保っている場合を考える。図３（ａ）における区間１のスタート時点を０［ｓ］とすると、そこから任意の時間ｔ［ｓ］経過時のコンデンサ３ａの電荷、コンデンサ容量、両端電圧を各々ｑ１（ｔ）、Ｃ１、Ｖ１（ｔ）とおく。ここで時間ｔにおける各関係式は式（２）で示される。同様に、コンデンサ３ｂの電荷、コンデンサ容量、両端電圧を各々ｑ２（ｔ）、Ｃ２、Ｖ２（ｔ）とする。ここで時間ｔにおける各関係式は式（３）で示される。
【００１７】
【数２】
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【数３】
2010043959.tif 000005
【００１８】
また、区間１において電流検出部１１に流れる検出電流Ｉａ（ｔ）とコンデンサ３ａの電荷ｑ１（ｔ）の関係は式（４）で示される。そして、区間２において電流検出部１１に流れる検出電流Ｉａ（ｔ）とコンデンサ３ｂの電荷ｑ２（ｔ）の関係は式（５）で示される。
【００１９】
【数４】
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【数５】
2010043959.tif 000007
【００２０】
交流電源１の電源周期をＴ［ｓ］とし、式（４）の両辺を積分すると、式（６）で表される。同様に、式（５）の両辺を積分すると、式（７）で表される。
【００２１】
【数６】
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【数７】
2010043959.tif 000009
【００２２】
実際上は、式（６）や式（７）で表される積分を、離散値を用いて実現しても良い。電流検出部１１で検出された検出電流Ｉａは、図１で示される制御部９によって、離散値として取得される。連続値の離散化は、サンプルホールド回路等を用いて実現される。
図６は、電流検出部１１の検出電流Ｉａのサンプルホールド回路の一例を示した図である。図６で示されるサンプルホールド回路は、アナログスイッチ６１とホールド用コンデンサ６２により構成され、アナログスイッチ６１がＯＮにされて入力信号をホールド用コンデンサ６２に充電した後、アナログスイッチ６１がＯＦＦにされて充電電圧が保持される。 
図７は、電流検出部１１の検出電流Ｉａの積算値（連続値及び離散値）の一例を示した図である。図７（ａ）に連続値の場合の例を、図７（ｂ）に離散値の場合の例が示されている。図７（ｂ）において、サンプリング周期をｔｃ［ｓ］としている。
図３（ａ）における区間１及び区間２について、制御部９は、上記の検出電流Ｉａの離散値にサンプリング周期ｔｃが乗じられた値を積算することにより、各区間の電流波形で囲まれる面積を算出することにより各コンデンサに充電された電荷を求める。従って、検出電流Ｉａの離散値が用いられた場合でも、各コンデンサに充電された電荷量の算出が可能となる。
以上のように、交流電源１の電源電圧の半波区間において、ステップＳ１０２で特定されたコンデンサに充電される電荷を、電流検出部１１によって検出される検出電流Ｉａの積分によって求めることにより、瞬時値を扱う方法に比べて外乱やノイズに強くなる。
【００２３】
ステップＳ１０４においては、制御部９におけるコンデンサ容量推定手段１０１によって、ステップＳ１０２で特定されたコンデンサのコンデンサ容量が推定される。式（２）〜式（７）をまとめると、式（８）及び（９）が得られる。これらの式によって、各コンデンサの容量の算出が可能である。従って、各コンデンサの両端電圧が検出できれば、各コンデンサのコンデンサ容量の推定が可能である。
【００２４】
【数８】
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【数９】
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【００２５】
次に、ステップＳ１０５において、制御部９における異常判定手段１０２によって、ステップＳ１０４において推定されたコンデンサ容量から、各コンデンサの容量抜けについての異常判定が実施される。このとき、上記までのコンデンサ容量の推定方法又は製品出荷時の実測等によって、製品出荷時又はユーザによる使用初期の各コンデンサ容量Ｃ１’及びＣ２’を求め、記憶部１５に書き込んでおく。使用開始から、所定期間経過後、必要に応じて前述した方法によってコンデンサ容量を推定する。制御部９は、推定された各コンデンサ容量Ｃ１及びＣ２と、製品出荷時又はユーザによる使用初期の各コンデンサ容量Ｃ１’及びＣ２’との差分が所定値α以上である時、そのコンデンサは劣化していると判断し、異常を出力する。判定式の一例を式（１０）及び（１１）に示す。
なお、これらの式では上記の差分が判定に用いられているが、各コンデンサ容量Ｃ１及びＣ２と、製品出荷時又はユーザによる使用初期の各コンデンサ容量Ｃ１’及びＣ２’との比率等が判定に用いられるものとしてもよい。
【００２６】
【数１０】
2010043959.tif 000012
【数１１】
2010043959.tif 000013
【００２７】
最後に、ステップＳ１０６において、制御部９によって出力される信号ＳＩＧをＯＦＦとし、負荷１３への電流供給を停止する。
以上のステップＳ１０１〜Ｓ１０６及びＳ１１１で構成される動作フローを、必要に応じて実施する。
【００２８】
図８は、実施の形態１に係る電源保護装置の使用開始からの経過時間とコンデンサ容量の一例を示した図である。制御部９は、上記の動作フローを任意の時間間隔で実施し、各実施のタイミングで推定したコンデンサ容量及び使用開始からの経過時間を、記憶部１５に記憶する。このとき、制御部９におけるコンデンサ容量予測手段１０３は、記憶部１５に記憶されたコンデンサ容量及び使用開始からの経過時間から、図８で示されるような直線補間等を用いることによって、そのコンデンサ容量の時間変化を予測する。また、制御部９におけるコンデンサ交換時期予測手段１０４は、予測されたそのコンデンサの時間変化に基づいて、ステップＳ１０２で特定されたコンデンサの交換時期を予測する。
【００２９】
以上のような構成と動作フローによって、実施の形態１に係る電源保護装置の製造段階でコンデンサ容量の推定を実施することで、初期不良を検出することができ、良品・不良品の判別が容易になる。
また、制御部９が負荷１３に対して定電流が流れるように制御することによって、外乱や負荷変動の影響が少なくなるので、電流検出部１１や電圧検出部１２による検出の精度が高くなり、さらにはコンデンサ容量の推定の精度も高まる。
また、任意の時間間隔に上記の動作フローが実施されることで、外部からの調査等によらずに、電源保護装置側で、コンデンサのコンデンサ容量の時間変化を予測し、コンデンサの寿命を予測することができ、その交換時期の予測をすることができる。
また、コンデンサ容量の推定は、実施の形態１に係る電源保護装置が組み込まれたシステムへの影響が最小となるような使用時間帯に実施されるようにすれば、ユーザ側にストレスをかけずにコンデンサの容量抜け検出が可能となる。
また、１つの電流検出部１１によって、複数のコンデンサに流れる電流を検出して、そのコンデンサ容量の推定及びその異常判定が可能なので、コスト低減が図られる。
また、製品出荷時又は使用初期におけるコンデンサのコンデンサ容量を記憶部１５に記憶させておくことにより、使用環境に左右されずに、信頼性高くコンデンサの経年劣化の異常判定が可能となる。
また、複数のコンデンサに対して、個別に容量抜けによる劣化が検出可能であり、その劣化したコンデンサのみ交換を行うことができるので、部品交換を最小限に抑制することができる。
そして、所定のコンデンサの雰囲気温度が高いシステム環境においては、そのシステム内に空冷ファン等が設けられている場合、容量抜けの顕著なコンデンサの周囲を冷却するように空冷ファン等の送風角度を調整することで、その寿命を延ばすことができる。
【００３０】
なお、図１で示される回路では、制御部９は、電流検出部１４によって検出される負荷電流をモニタし、負荷１３に定電流が流れるようにフィードバック制御を実施しているが、このフィードバック制御を実施しなくても、図２〜図７で示された動作フローの実施、及び、図８で示されるコンデンサ容量の時間変化及びコンデンサの交換時期の予測は可能である。この場合、電流検出部１４は特に設けなくてもよいことは言うまでもない。
また、図２で示される動作フローにおいて、特定されたコンデンサに蓄えられる電荷を求めるステップＳ１０３と、そのコンデンサの両端電圧を検出するステップＳ１１１が同じタイミングで動作するものと記載しているが、これに限られるものではなく、ステップＳ１０３の実施後、ステップＳ１１１が実施されるものでもよく、あるいは、その逆の順序でもよい。
【００３１】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る電源保護装置及び電源保護方法について図面を参照にしながら説明する。
図９は、実施の形態２に係る電源保護装置の構成図の一例である。図９で示される電源保護装置は、負荷１３をインバータ２４及びモータ３１で置き換えたものである。インバータ装置１１１は、交流電源１から電源供給される実施の形態１に係る電源保護装置と、インバータ２４によって構成されている。それ以外の回路構成は、実施の形態１における図１の回路構成と同様である。
【００３２】
図１０は、負荷１３としてインバータ２４及びモータ３１に置き換えた場合の構成図の一例である。インバータ２４は、スイッチング素子２２ａ〜２２ｆ及びダイオード２３ａ〜２３ｆで構成される。また、インバータ２４は直流母線４１ａ及び４１ｂに接続され、制御信号を受信するため制御部９にも接続されており（図９参照）、そして、その出力側はモータ３１に接続されている。
インバータ２４は、制御部９から出力される６つのＰＷＭ信号を受信し、そのＰＷＭ信号に基づいて、モータ３１に対して駆動電流を出力し、それを受けたモータ３１は回転を行う。図１０で示されるインバータ２４及びモータ３１以外についての動作については、実施の形態１と同様である。
【００３３】
以下、インバータ２４に対する定電流印加時の動作について説明する。
制御部９は、電流検出部１４が検出したモータ３１に流れる電流情報及び電圧検出手段１２ｂが検出した直流母線４１ａの電圧情報に基づいて、インバータ２４を介してモータ３１の制御を行う。インバータ２４は、制御部９からの指令によって、通電角を固定して励磁すれば、モータ３１の特定相に定電流を印加することが可能である。はじめに電流検出について説明する。インバータ２４のスイッチング素子２２ａ〜２２ｆは、上下アームについていずれか一方がＯＮされるものであるので、スイッチング素子２２ａ〜２２ｆによるスイッチング状態は２×２×２＝８通り存在する。ここでは、スイッチング素子２２ａ〜２２ｃを上アームと称し、スイッチング素子２２ｄ〜２２ｆを下アームと称するものとし、モータ３１の各相の上アームを基準としたスイッチング状態の表記として、各スイッチング素子のＯＮ状態を１、そして、そのＯＦＦ状態を０とし、各スイッチング状態の基本電圧ベクトルを次のように定義する。すなわち、（Ｕ相上アーム状態Ｕｐ、Ｖ相上アーム状態Ｖｐ、Ｗ相上アーム状態Ｗｐ）＝（０，０，１）の場合をＶ１、（０，１，０）の場合をＶ２、（０，１，１）の場合をＶ３、（１，０，０）の場合をＶ４、（１，０，１）の場合をＶ５、（１，１，０）の場合をＶ６と称することにする。また、ベクトル長を持たないゼロベクトルを次のように称する。（Ｕ相上アーム状態Ｕｐ、Ｖ相上アーム状態Ｖｐ、Ｗ相上アーム状態Ｗｐ）＝（０，０，０）の場合をＶ０、（１，１，１）の場合をＶ７と称する。ここで、Ｖ１〜Ｖ６の６モードの基本電圧ベクトルについては、モータ３１の巻線に流れる電流は直流母線４１ｂ経路に挿入された電流検出部１４により、直流母線電流Ｉｄｃとして検出される。Ｖ０及びＶ７のゼロベクトルについては、電流検出部１４による直流母線電流Ｉｄｃの検出は不可である。
【００３４】
図１１は、電圧ベクトルの概念図を示した図である。図１１においては、Ｖ４方向を基準（初期位相）とし、インバータ回転角θと電圧指令ベクトルＶ＊の関係が示されている。各基本電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６はπ／３の位相差を持つ。各基本電圧ベクトルの発生期間において、電流検出部１４によりモータ電流が検出されることにより、制御部９は、各相電流Ｉｕ〜Ｉｗの情報を、制御部９内で処理できる数値として取得することができる。実施の形態２では、モータ制御に用いる電流検出手段として直流母線４１ｂ経路に挿入される電流検出部１４を利用する方法が示されているが、モータ３１とインバータ２４の接続線等にカレントトランスを挿入してモータ電流検出が行われることで、制御部９は各相電流情報を取得するものとしても良い。
【００３５】
図１２は、通電角固定時のＰＷＭ信号の一例を示した図である。図１２（ａ）は、周知の空間ベクトルを用いた３相変調アルゴリズムを用いてＵＶ相に通電する時の上アーム論理を示し、図１２（ｂ）は、電圧ベクトルの様子の一例を示し、Ｕ相方向をＶ４、Ｖ相方向をＶ２、そして、Ｗ相方向をＶ１とした場合で、上アームが全てＯＮであるゼロベクトルをＶ７、そして、全てＯＦＦであるゼロベクトルをＶ０と定義した場合を示す。この場合、Ｕ（＋）相とＶ（−）相に出力すれば良いことが図１２（ｂ）から分かる。すなわち、基本電圧ベクトルＶ４及びＶ５の中間である３３０［ｄｅｇ］近傍に出力ベクトルＥ＊を構成して通電角を固定して通電が行われれば、ＵＶ相に通電が可能である。
【００３６】
図１３は、図１２で示されるＰＷＭ信号を発生した際の相電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗの様子を示した図である。図２で示される動作フローにおいて、ステップＳ１０１でＳＩＧがＯＮとなった時、制御部９は、定電流の印加開始によりＰＷＭ信号を出力し、所定時間経過後、ＰＷＭ信号のデューティを固定（通電角固定）し、図１３のような一定電流が流れるようにする。ここで、電流検出部１４で検出される電流値が制御部９にフィードバックされ、制御部９は、予定している定電流が流れるようにＰＷＭ信号のデューティを調整する。このようにして、制御部９は、一定時間経過後、負荷１３（インバータ２４及びモータ３１）に定電流を流すことが可能である。
【００３７】
以上の構成により、制御部９が負荷１３（インバータ２４及びモータ３１）に対して定電流が流れるように制御することによって、外乱や負荷変動の影響が少なくなるので、コンデンサ容量の推定の精度を高めることが可能となる。
【００３８】
図１４は、実施の形態２に係る電源保護装置を冷凍空調装置に搭載した構成図の例である。インバータ装置１１１は、交流電源１が接続されており、その出力側にはモータ３１が接続されており、そのモータ３１には、圧縮要素１２４に連結されている。圧縮機１２３は、モータ３１と圧縮要素１２４から構成されている。冷凍空調装置内を循環する冷媒の流路は、圧縮要素１２４から、四方弁１２５、室外熱交換機１２６、室外膨張装置１２７、室内膨張装置１２８、室内熱交換機１２９を経由し、再び四方弁１２５を経由して、圧縮要素１２４へ戻る態様で構成されている。室外熱交換機１２６近傍には、室外送風装置１３０が設置され、室内熱交換機１２９近傍には、室内送風装置１３１が設置されている。なお、インバータ装置１１１、圧縮機１２３、四方弁１２５、室外熱交換機１２６、室外膨張装置１２７及び室外送風装置１３０から、室外機１２１が構成されている。また、室内膨張装置１２８、室内熱交換機１２９及び室内送風装置１３１から室内機１２２が構成されている。
インバータ装置１１１は、交流電源１から交流電圧の供給を受け、モータ３１を回転させる。圧縮要素１２４は、モータ３１が回転することによって、冷媒の圧縮動作を実行し、冷媒を冷凍空調装置内で循環させる。
【００３９】
図１５は、実施の形態２に係る電源保護装置を洗濯機に搭載した構成図の例である。水槽１４２は、洗濯機１４１内に設置され、その内部に洗濯槽１４３が回転自在に設置されている。その洗濯槽１４３の底部には、攪拌翼１４４が回転自在に設置されている。水槽１４２の底部に設置されたモータ３１の回転軸は、洗濯槽１４３及び攪拌翼１４４に連結されている。図示はしていないが、インバータ装置１１１が、洗濯機１４１の内部に搭載されており、モータ３１に接続されている。
インバータ装置１１１が、モータ３１を回転制御することによって、洗濯槽１４３及び攪拌翼１４４が回転し、洗濯動作が実施される。
【００４０】
図１６は、実施の形態２に係る電源保護装置を電気掃除機に搭載した図の例である。電気掃除機本体１５１の前面側（図１６の左側）にホース１５２が接続されており、そのホース１５２の他端には、手元ハンドル１５６が設けられている。そして、手元ハンドル１５６には、伸縮自在の延長管１５３の一端が着脱可能に接続され、その他端には吸い込み具１５４が着脱可能に接続されている。また、電気掃除機本体１５１内部の前部には、塵埃が収集される集塵室１５５が設置されており、その集塵室１５５の後部側に、モータ３１が設置され、さらに、そのモータ３１の下部には、インバータ装置１１１が設置されており、そのインバータ装置１１１は、モータ３１に接続されている。
ユーザが手元ハンドル１５６に設けられている電源スイッチをＯＮすることによって、インバータ装置１１１に電源が供給され、そのインバータ装置１１１はモータ３１を回転させる。その回転に伴う吸い込み力によって、吸い込み具１５４から塵埃が吸い込まれる。吸い込まれた塵埃は、延長管１５３及びホース１５２を経由して、電気掃除機本体１５１に到達し、その内部に設置されている集塵室１５５に収集される。
【００４１】
以上の構成により、使用環境に左右されずに、信頼性の高いコンデンサの経年劣化の異常判定が可能な電源保護機能を備えた冷凍空調装置、洗濯機及び電気掃除機を得ることができる。
【００４２】
なお、図１４〜図１６で示したものは、あくまで、実施の形態２に係る電源保護装置が、冷凍空調装置、洗濯機及び電気掃除機に搭載される場合の構成の例であり、他の構成によって搭載されるものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態１に係る電源保護装置の構成図の一例である。
【図２】実施の形態１に係る電源保護装置において、その異常を判定するための動作フローの一例である。
【図３】実施の形態１に係る電源保護装置における交流電源の電源電圧、図１の電流検出部１１の検出電流及びコンデンサの推定コンデンサ容量の波形の一例を示した図である。
【図４】実施の形態１における図３（ａ）で示される電源電圧の区間１及び区間２におけるコンデンサへの充電経路を示した図である。
【図５】実施の形態１に係る電源保護装置における電圧検出部の出力に対してフィルターを通過させるブロックの一例を示した図である。
【図６】実施の形態１に係る電源保護装置の電流検出部の検出電流のサンプルホールド回路の一例を示した図である。
【図７】実施の形態１に係る電源保護装置の電流検出部の検出電流の積算値（連続値及び離散値）の一例を示した図である。
【図８】実施の形態１に係る電源保護装置の使用開始からの経過時間とコンデンサ容量の一例を示した図である。
【図９】実施の形態２に係る電源保護装置の構成図の一例である。
【図１０】実施の形態２に係る電源保護装置の負荷としてインバータ及びモータに置き換えた場合の構成図の一例である。
【図１１】実施の形態２による電圧ベクトルの概念図を示した図である。
【図１２】実施の形態２による通電角固定時のＰＷＭ信号の一例を示した図である。
【図１３】実施の形態２による図１２のＰＷＭ信号を発生した際の相電流の様子を示した図である。
【図１４】実施の形態２に係る電源保護装置を冷凍空調装置に搭載した構成図の例である。
【図１５】実施の形態２に係る電源保護装置を洗濯機に搭載した構成図の例である。
【図１６】実施の形態２に係る電源保護装置を電気掃除機に搭載した構成図の例である。
【符号の説明】
【００４４】
１  交流電源、２  整流部、２ａ〜２ｄ  整流ダイオード、３  平滑部、３ａ、３ｂ  コンデンサ、６  変換部、９  制御部、１１、１４  電流検出部、１２  電圧検出部、１２ａ、１２ｂ  電圧検出手段、１３  負荷、１５  記憶部、１６  ゼロクロス検出手段、２１ａ、２１ｂ  ローパスフィルタ、２２ａ〜２２ｆ  スイッチング素子、２３ａ〜２３ｆ  ダイオード、２４  インバータ、３１  モータ、４１ａ、４１ｂ  直流母線、５１  区間１における電流経路、５２  区間２における電流経路、６１  アナログスイッチ、６２  ホールド用コンデンサ、１０１  コンデンサ容量推定手段、１０２  異常判定手段、１０３  コンデンサ容量予測手段、１０４  コンデンサ交換時期予測手段、１１１  インバータ装置、１２１  室外機、１２２  室内機、１２３  圧縮機、１２４  圧縮要素、１２５  四方弁、１２６  室外熱交換機、１２７  室外膨張装置、１２８  室内膨張装置、１２９  室内熱交換機、１３０  室外送風装置、１３１  室内送風装置、１４１  洗濯機、１４２  水槽、１４３  洗濯槽、１４４  攪拌翼、１５１  電気掃除機本体、１５２  ホース、１５３  延長管、１５４  吸い込み具、１５５  集塵室、１５６  手元ハンドル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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