(57)【要約】【課題】一般的な電源装置の寿命予測方法あるいは装置は、電解コンデンサの電圧と温度により予測診断しているが、温度センサ等を設置する必要があり、また電源に接続された負荷変動によって寿命の予測診断に影響を与えることがある。そのため、負荷変動にも影響を受けることなく、温度センサ等を不要とした簡易的でかつ不要な予測診断を防止することができる寿命予測診断機能を搭載した電源装置を提供することを目的とする。【解決手段】交流電源１を整流する整流手段であるダイオードブリッジ２と、整流された電圧を平滑化するコンデンサ３と、交流電源１の各位相における瞬時電圧の絶対値と交流電源１を整流した直流電圧との差異からコンデンサ３の寿命を判断する寿命判断手段４を備え、コンデンサ３の寿命を判断するための温度センサ等を必要とせず、ＡＣ−ＤＣコンバータに具備すべきセンサでコンデンサ３の寿命を検出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流する整流手段と、前記整流手段により整流された電圧を平滑化する平滑化手段と、前記交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧との差異から前記平滑化手段に備えたコンデンサの寿命を判断する寿命判断手段を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧は、前記交流電源周期とは異なる周期で検知することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
出力側に接続した負荷電力の変動量に応じて、寿命判断を中止することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
出力側に接続した負荷電力の変動量に応じて、寿命判断閾値を変更することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧との差異が、最大となる電源位相を検出する最大偏差角検出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項６】
最大偏差角を検出したことにより、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧の検出タイミングは、前記最大偏差角に固定することを特徴とする請求項５記載の電源装置。
【請求項７】
寿命判断手段あるいは最大偏差角検出手段は、マイクロコンピュータに備えたことを特徴とする請求項５あるいは６記載の電源装置。
【請求項８】
電源位相の跳躍を検出する位相跳躍検出手段を備え、前記電源位相が跳躍した際に寿命判断を中止することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項９】
寿命判断手段は、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源の整流した直流電圧との所定時間分の差異を蓄積する蓄積手段を備え、前記蓄積した差異により寿命を判断することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項１０】
寿命判断手段は、差異の閾値を少なくとも２段階以上有し、最も閾値の大きい前記差異の閾値を差異が超えた場合、寿命判断の時間間隔を短くしたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項１１】
寿命判断手段により判断した寿命判断結果に応じて運転を停止することを特徴とする請求項１から１０何れかに記載の電源装置を搭載した電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置寿命を予測する安全装置を備えた電源装置およびそれを搭載した電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の普及がさらに拡大傾向にあるが、同時に過去の生産物の寿命間際のトラブルが発生しており、社会的な問題と認識されつつある。このような社会的背景から、電子機器の安全面に係る保護機能は要求も高くなりつつある。また、電子機器の寿命に際しては、電子部品の中でも有寿命部品として電解コンデンサがあり、寿命を考える中では重要な部品と一般的に考えられている。
【０００３】
従来、この種の寿命を予測する安全装置あるいは機能としては、平滑するコンデンサの温度を検出して寿命を予測する手段を有したもの（例えば、特許文献１参照）や、電解コンデンサのリプル電圧を基準電圧と比較して寿命を予測する手段を有したもの（例えば、特許文献２参照）や、電解コンデンサのリプル電流とコンデンサ温度、自己発熱値から寿命を予測する手段を有したもの（例えば、特許文献３参照）や、残存寿命をアレニウスの法則を利用して予測したもの（例えば、特許文献４参照）や、電圧の脈動振幅値を検出し、振幅値が基準値を超えたときに寿命を判断するもの（例えば、特許文献５参照）や、物理的な現象、電解コンデンサの内圧上昇による変位で抵抗導体を切断するように配置することで寿命を判断するもの（例えば、特許文献６参照）があった。
【０００４】
以下、特許文献１における電源装置の寿命予報回路について、図２１を参照しながら説明する。
【０００５】
図に示すように、寿命予報回路は電源装置１４における電源回路１５を形成する電解コンデンサに取り付けられ、電解コンデンサの温度を測定する温度センサ１６と、温度センサ１６の検出値に基づいて温度と耐用時間との所定の関係から消耗指数の電圧値を演算する演算回路１７と、演算回路１７の電圧値に比例した周波数パルスを出力するＶ／Ｆコンバータ１８と、Ｖ／Ｆコンバータ１８の周波数パルスを積算する積算カウンタ１９と、積算カウンタ１９の積算値を表示する表示器２０を備えている。この構成により、１０℃２倍則の定義式を用いてカウントアップし、表示するようになっている。
【０００６】
しかし、このような構成では、環境温度を測定するための温度センサが必要となることから、より簡単な構成でかつ安価な検出方法が望まれる。
【０００７】
次に、特許文献２における電源装置の電解コンデンサの寿命検出装置について、図２２を参照しながら説明する。
【０００８】
図に示すように、電源装置２１は、電解コンデンサ寿命検出装置２２が内蔵されており、電解コンデンサの周囲温度を検出する温度検出手段２３と、メモリ手段２４と、検出した周囲温度とメモリ手段２４のデータとによりアレニウスの１０度則の原理を用いて電解コンデンサの寿命残時間を算出する演算手段２５と、算出された寿命残時間に基づいてコンデンサ交換時期を検出する交換時期検出手段２６とを備えている。この構成により、電解コンデンサの残寿命を予測し、交換時期を検出するようになっている。
【０００９】
しかし、このような構成では、環境温度を測定するための温度センサが必要となることから、より簡単な構成でかつ安価な検出方法が望まれる。
【００１０】
次に、特許文献３における電源装置のアルミ電解コンデンサの寿命警報装置について、図２３を参照しながら説明する。
【００１１】
図に示すように、インバータ２７の出力電流、電圧からリプル電流演算器２８は、コンデンサ２９に流入するリプル電流を求め、自己発熱量演算回路３０は演算したリプル電流を入力してコンデンサ２９の中心部の発熱△Ｔと、環境温度Ｔａと、印加電圧Ｖ１とを入力して、コンデンサ２９の計算寿命時間Ｌを演算する。稼働時間検出器３１が検出するコンデンサ２９の稼働時間Ｌａがこの計算寿命時間Ｌに到達した時に警報回路３２より警報を発する構成となっている。
【００１２】
しかし、このような構成では、負荷側のオンオフさせた瞬間のコンデンサ２９の電圧が下落あるいは上昇することによるリプル電流変動の発生で、コンデンサ２９の正確な寿命時間の演算が困難となり、リプル電流の変動が発生しても的確な寿命予測が可能な検出方法が望まれる。また、環境温度を測定するための温度センサが必要となることから、より簡単な構成でかつ安価な検出方法が望まれる。また、電力会社の負荷アンバランスによる相の切り換えがあった場合などの電源事情によっては、リプル電流が変化することも想定されるため、汎用性を持たせるために冗長な判定方法が望まれる。
【００１３】
次に、特許文献４における残存寿命予測報知の方法について、図２４を参照しながら説明する。
【００１４】
図に示すように、機器内に組み込まれた電解コンデンサ３３の温度を検出し、アレニウスの法則に基づいて実使用における残存寿命を演算し、残存寿命を表示するようにしている。電解コンデンサ３３と薄膜テープ３４を巻回して絶縁した温度センサ３５とを熱収縮チューブ３６内に収容して、一次側の電解コンデンサ３３に、二次側の温度センサ３５を密着させるように構成している。
【００１５】
しかし、このような構成では先の特許文献３と同様に、負荷側のオンオフさせた瞬間の電解コンデンサ３３の電圧が下落あるいは上昇することによるリプル電流変動の発生で、電解コンデンサ３３の正確な寿命時間の演算が困難であり、また、薄膜テープ３４や温度センサ３５が必要となることから、より簡単な構成でかつ安価な検出方法が望まれる。さらに、予め定めた時間間隔毎に残存寿命を予測しているが、電解コンデンサ３３の負荷条件は一般に常時変動していると想定されるため、寿命に影響を及ぼす時間帯が連続した際には影響度が大きく、負荷条件によっては時間間隔の選定が合致せず、寿命演算の周期の中間にて寿命に到達する可能性がある。あるいは負荷条件によって、個別に時間間隔を設定する必要がある。また、電力会社の負荷アンバランスによる相の切り換えがあった場合などの電源事情によっては、リプル電流が変化することも想定されるため、汎用性を持たせるために冗長な判定方法が望まれる。
【００１６】
次に、特許文献５におけるコンデンサの寿命の予測方法について、図２５を参照しながら説明する。
【００１７】
図に示すように、電気二重層コンデンサ３７の内圧の上昇によって変形及び圧力破壊する被変形部３８の上部には、第１の導体３９と第２の導体４０が並列接続された回路パターンが配置されている。電気二重層コンデンサ３７の内圧上昇によって、被変形部３８が変形すると、第１の導体３９が切断される。このとき、端子４１によって抵抗値を測定すれば所定の内圧上昇値を検知することができ、さらに内圧が上昇すれば、被変形部３８が圧力破壊して抵抗体４２が切断される。この時、端子４１によって抵抗値を測定すれば、圧力弁の開放を検知することができる。また、複数の電気二重層コンデンサ３７の端子４１の抵抗値を加算することで、圧力上昇した電気二重層コンデンサ３７の個数を把握する構成としている。
【００１８】
しかし、電気二重層コンデンサ３７の内圧の上昇、すなわち変形を検知するための回路パターンや抵抗が必要となることから、より簡単な構成でかつ安価な検出方法が望まれる。また、負荷側のオンオフさせた瞬間の電気二重層コンデンサ３７の電圧が下落あるいは上昇する可能性があるという課題点もある。また、電力会社の負荷アンバランスによる相の切り換えがあった場合などの電源事情によっては、リプル電流が変化することも想定されるため、汎用性を持たせるために冗長な判定方法が望まれる。
【００１９】
次に、特許文献６におけるコンデンサ寿命予測装置について、図２６を参照しながら説明する。
【００２０】
図に示すように、フォワード型スイッチング電源装置にコンデンサ寿命予測装置を適用した一例を示している。コンデンサ４３の両端間に発生する直流出力電圧の脈動成分を脈動成分情報提供装置４４で検出し、コンデンサ寿命情報提供装置４５はコンデンサ４３が寿命に達したことを警報信号として出力することができる。しかも、コンデンサ４３の両端間の電圧検出は、コンデンサ４３への充電電流を遮断することなく、通常のコンデンサ４３の使用中に行なうことができ、外部から手を加えることなく、単独の検出情報だけで、コンデンサ４３の寿命をリアルタイムに且つ正確に診断することができる構成としている。
【００２１】
しかし、コンデンサ４３で平滑化された直流電圧から単に脈動振幅値を検出し、脈動限界基準電圧の電圧値と単純に比較するのみの場合、負荷側のオンオフさせた瞬間のコンデンサ４３の電圧が下落あるいは上昇する可能性があり、負荷変動時には正確な診断ができないという課題がある。また、電力会社の負荷アンバランスによる相の切り換えがあった場合などの電源事情によっては、リプル電流が変化することも想定されるため、電源事情に影響を受けない冗長な判定方法が望まれる。
【特許文献１】特開平０１−２６０３６９号公報
【特許文献２】特開平０３−２０２７８７号公報
【特許文献３】特開平１１−０６９８３４号公報
【特許文献４】特開２００３−２４３２６９号公報
【特許文献５】特開２００４−１９８２１７号公報
【特許文献６】特開２００６−１３３０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
このような従来の一般的な電源装置の寿命予測方法においては、電解コンデンサの寿命を判定するために、電解コンデンサの温度を測定する温度センサや、内圧上昇を検知するための抵抗体などを付加することは、電子部品の点数を増加させることでコスト高となると同時に、より故障率を増すことに繋がる可能性がある。
【００２３】
また、電源周波数とコンデンサ電圧の監視タイミングの周期が同じ、あるいは整数倍であった場合、電源電圧の特定位相の時にコンデンサ電圧を確認するため、交流電源のピークポイントにコンデンサ電圧を確認するタイミングが合致した際には、コンデンサの容量抜けを判断できない可能性がある。
【００２４】
さらに、電源装置の出力に接続された負荷がオンあるいはオフされた瞬間にコンデンサ電圧が下落あるいは上昇することとなるため、下落あるいは上昇の瞬間にコンデンサ電圧の監視タイミングが同期した時には、不要に寿命と判断する、あるいは寿命に到達しているにも関わらず、注意を促す信号出力が遅れるといったことが発生する可能性がある。
【００２５】
また、予め定めた時間が経過する度に周期的に処理をする場合、コンデンサの寿命末期の際には、検出よりも実態の悪化が早くなり、課題が回避できない可能性がある。
【００２６】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、コンデンサの寿命予測のための特別な温度センサを用いることなく、簡単な構成で予測を可能とし、低コストでかつ故障率の低い寿命予測機能を付加した電源装置を提供することを目的としている。
【００２７】
また、交流電源の周期と寿命予測のためのコンデンサ電圧の監視タイミングが非同期となるように周期を設定し、交流電源のピークポイントにコンデンサ電圧の監視タイミングが固定されないようにすることができる寿命予測機能を付加した電源装置を提供することを目的としている。
【００２８】
さらに、電源装置の出力に接続された負荷の状態変化、すなわち負荷オフからオンへの切り換わり、あるいは負荷オンからオフへの切り換わり時に発生するコンデンサ電圧の低下、あるいは上昇した瞬間に寿命予測のためのコンデンサ電圧の監視タイミングが合致しないようにすることができる寿命予測機能を付加した電源装置を提供することを目的としている。
【００２９】
また、予め定めた時間経過毎に寿命予測をせず、コンデンサ電圧の低下、すなわちコンデンサの容量抜けの度合いに応じて予測周期を変更し、コンデンサの寿命末期における予測診断の実行周期を短くし、コンデンサの劣化状況に応じて予測判断することができる寿命予測機能を付加した電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明の電源装置は上記目的を達成するために、交流電源を整流する整流手段と、前記整流手段により整流された電圧を平滑化する平滑化手段と、前記交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧との差異から前記平滑化手段に備えたコンデンサの寿命を判断する寿命判断手段を備える構成としたものである。
【００３１】
この手段により、コンデンサの寿命は交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧との差異から判断するため、個別のセンサ等を必要とせず、通常のＡＣ−ＤＣコンバータに具備すべきアクチュエーターの範囲に構成を簡略化できると同時に、コンデンサの寿命を検出することができることとなる。
【００３２】
また、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧は、前記交流電源周期とは異なる周期で検知するように構成したものである。
【００３３】
この手段により、リプル電圧を検出する交流電源電圧の位相が逐次スライドするため、交流電源電圧の位相角固定による不要な寿命検出、あるいは必要な場合の寿命検知の不動作を防止することができることとなる。
【００３４】
さらに、出力側に接続した負荷電力の変動量に応じて、寿命判断を中止するように構成したものである。
【００３５】
この手段により、負荷電力の急激な変動時のコンデンサ電圧の下落による、不要な寿命判断を防止することができることとなる。
【００３６】
また、出力側に接続した負荷電力の変動量に応じて、寿命判断閾値を変更するように構成したものである。
【００３７】
この手段により、負荷電力の急激な変動時のコンデンサ電圧の下落による、不要な寿命判断を防止することができることとなる。
【００３８】
さらに、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧との差異が、最大となる電源位相を検出する最大偏差角検出手段を備える構成としたものである。
【００３９】
この手段により、劣化度合の非常に低い場合であっても、寿命の症状を的確に把握することができ、負荷の急激な変動による影響を排除した、電解コンデンサの容量抜けに関する的確な影響を把握することができることとなる。
【００４０】
また、最大偏差角を検出したことにより、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧の検出タイミングは、前記最大偏差角に固定するように構成したものである。
【００４１】
この手段により、電解コンデンサの寿命による電気特性への影響が最も大きく出るポイントを掴み、より高速に劣化傾向を認識できると同時に、不要な寿命判定を無くすことができることとなる。
【００４２】
さらに、寿命判断手段あるいは最大偏差角検出手段は、マイクロコンピュータに備える構成としたものである。
【００４３】
この手段により、負荷となる電気機器の制御部に判断部分を持たせているため、より安価に構成することができることとなる。
【００４４】
また、電源位相の跳躍を検出する位相跳躍検出手段を備え、前記電源位相が跳躍した際に寿命判断を中止するように構成したものである。
【００４５】
この手段により、電力会社側が柱上変圧器単位で相の切り替えを行なった際の電源位相の跳躍などにより、電源電圧が乱れた場合であっても、コンデンサ寿命の判断に左右しない寿命判断を行なうことができることとなる。
【００４６】
さらに、寿命判断手段は、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源の整流した直流電圧との所定時間分の差異を蓄積する蓄積手段を備え、前記蓄積した差異により寿命を判断するように構成したものである。
【００４７】
この手段により、寿命末期の特性を時系列で監視することが可能となり、時系列の差異データから寿命までの期間をより正確に検出することができることとなる。
【００４８】
また、寿命判断手段は、差異の閾値を少なくとも２段階以上有し、最も閾値の大きい前記差異の閾値を差異が下回った場合、寿命判断の時間間隔を短くするように構成したものである。
【００４９】
この手段により、コンデンサを設置した初期では不要な寿命判断回数を減らし、寿命末期に差し掛かった際に密度を上げて寿命判断を行なうため、より安定かつ安全な検出が可能となる。
【００５０】
さらに、電源装置の寿命判断手段により判断した寿命判断結果に応じて電気機器の運転を停止するように構成したものである。
【００５１】
この手段により、電気機器の設計に合致しない不良動作を防止し、より安定した動作を確保することができると同時に、電子部品の寿命に至った際に安全に停止させることができることとなる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明によれば、交流電源を整流する整流手段と、前記整流手段により整流された電圧を平滑化する平滑化手段と、前記交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧との差異から前記平滑化手段に備えたコンデンサの寿命を判断する寿命判断手段を備える構成とすることで、コンデンサの寿命を判断するために、個別のセンサ等を必要とせず、通常のＡＣ−ＤＣコンバータに具備すべきアクチュエーターの範囲に構成を簡略化できると同時に、コンデンサの寿命を検出することができるという効果のある電源装置が提供できる。
【００５３】
また、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧は、前記交流電源周期とは異なる周期で検知するように構成とすることで、リプル電圧を検出する交流電源電圧の位相が逐次スライドするため、交流電源電圧の位相角固定による不要な寿命検出、あるいは必要な場合の寿命検知の不動作を防止することができるという効果のある電源装置が提供できる。
【００５４】
さらに、出力側に接続した負荷電力の変動量に応じて、寿命判断を中止するように構成とすることで、負荷電力の急激な変動時のコンデンサ電圧の下落による、不要な寿命判断を防止することができるという効果のある電源装置が提供できる。
【００５５】
また、出力側に接続した負荷電力の変動量に応じて、寿命判断閾値を変更するように構成とすることで、負荷電力の急激な変動時のコンデンサ電圧の下落による、不要な寿命判断を防止することができるという効果のある電源装置が提供できる。
【００５６】
さらに、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧との差異が、最大となる電源位相を検出する最大偏差角検出手段を備える構成とすることで、劣化度合の非常に低い場合であっても、寿命の症状を的確に把握することができ、負荷の急激な変動による影響を排除した、電解コンデンサの容量抜けに関する的確な影響を把握することができるという効果のある電源装置が提供できる。
【００５７】
また、最大偏差角を検出したことにより、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧の検出タイミングは、前記最大偏差角に固定するように構成とすることで、電解コンデンサの寿命による電気特性への影響が最も大きく出るポイントを掴み、より高速に劣化傾向を認識できると同時に、不要な寿命判定を無くすことができるという効果のある電源装置が提供できる。
【００５８】
さらに、寿命判断手段あるいは最大偏差角検出手段は、マイクロコンピュータに備える構成とすることで、負荷となる電気機器の制御部に判断部分を持たせているため、より安価に構成することができるという効果のある電源装置が提供できる。
【００５９】
また、電源位相の跳躍を検出する位相跳躍検出手段を備え、前記電源位相が跳躍した際に寿命判断を中止するように構成とすることで、電力会社側が柱上変圧器単位で相の切り替えを行なった際の電源位相の跳躍などにより、電源電圧が乱れた場合であっても、コンデンサ寿命の判断に左右しない寿命判断を行なうことができるという効果のある電源装置が提供できる。
【００６０】
さらに、寿命判断手段は、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源の整流した直流電圧との所定時間分の差異を蓄積する蓄積手段を備え、前記蓄積した差異により寿命を判断するような構成とすることで、寿命末期の特性を時系列で監視することが可能となり、時系列の差異データから寿命までの期間をより正確に検出することができるという効果のある電源装置が提供できる。
【００６１】
また、寿命判断手段は、差異の閾値を少なくとも２段階以上有し、最も閾値の大きい前記差異の閾値を差異が下回った場合、寿命判断の時間間隔を短くするような構成とすることで、コンデンサを設置した初期では不要な寿命判断回数を減らし、寿命末期に差し掛かった際に密度を上げて寿命判断を行なうため、より安定かつ安全な検出をすることができるという効果のある電源装置が提供できる。
【００６２】
さらに、電源装置の寿命判断手段により判断した寿命判断結果に応じて電気機器の運転を停止するような構成とすることで、電気機器の設計に合致しない不良動作を防止し、より安定した動作を確保することができると同時に、電子部品の寿命に至った際に安全に停止させることができるという効果のある電気機器が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
本発明の請求項１記載の発明は、交流電源を整流する整流手段と、前記整流手段により整流された電圧を平滑化する平滑化手段と、前記交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧との差異から前記平滑化手段に備えたコンデンサの寿命を判断する寿命判断手段を備える構成としたものであり、コンデンサの寿命を判断するために、個別のセンサ等を必要とせず、通常のＡＣ−ＤＣコンバータに具備すべきアクチュエーターの範囲に構成を簡略化できると同時に、コンデンサの寿命を検出することができるという作用を有する。
【００６４】
また、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧は、前記交流電源周期とは異なる周期で検知するような構成としたものであり、リプル電圧を検出する交流電源電圧の位相が逐次スライドするため、交流電源電圧の位相角固定による不要な寿命検出、あるいは必要な場合の寿命検知の不動作を防止することができるという作用を有する。
【００６５】
さらに、出力側に接続した負荷電力の変動量に応じて、寿命判断を中止するように構成としたものであり、負荷電力の急激な変動時のコンデンサ電圧の下落による、不要な寿命判断を防止することができるという作用を有する。
【００６６】
また、出力側に接続した負荷電力の変動量に応じて、寿命判断閾値を変更するように構成としたものであり、負荷電力の急激な変動時のコンデンサ電圧の下落による、不要な寿命判断を防止することができるという作用を有する。
【００６７】
さらに、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧との差異が、最大となる電源位相を検出する最大偏差角検出手段を備える構成としたものであり、劣化度合の非常に低い場合であっても、寿命の症状を的確に把握することができ、負荷の急激な変動による影響を排除した、電解コンデンサの容量抜けに関する的確な影響を把握することができるという作用を有する。
【００６８】
また、最大偏差角を検出したことにより、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源を整流した直流電圧の検出タイミングは、前記最大偏差角に固定するように構成としたものであり、電解コンデンサの寿命による電気特性への影響が最も大きく出るポイントを掴み、より高速に劣化傾向を認識できると同時に、不要な寿命判定を無くすことができるという作用を有する。
【００６９】
さらに、寿命判断手段あるいは最大偏差角検出手段は、マイクロコンピュータに備える構成としたものであり、負荷となる電気機器の制御部に判断部分を持たせているため、より安価に構成することができるという作用を有する。
【００７０】
また、電源位相の跳躍を検出する位相跳躍検出手段を備え、前記電源位相が跳躍した際に寿命判断を中止するように構成としたものであり、電力会社側が柱上変圧器単位で相の切り替えを行なった際の電源位相の跳躍などにより、電源電圧が乱れた場合であっても、コンデンサ寿命の判断に左右しない寿命判断を行なうことができるという作用を有する。
【００７１】
さらに、寿命判断手段は、交流電源の各位相における瞬時電圧の絶対値と前記交流電源の整流した直流電圧との所定時間分の差異を蓄積する蓄積手段を備え、前記蓄積した差異により寿命を判断するような構成としたものであり、寿命末期の特性を時系列で監視することが可能となり、時系列の差異データから寿命までの期間をより正確に検出することができるという作用を有する。
【００７２】
また、寿命判断手段は、差異の閾値を少なくとも２段階以上有し、最も閾値の大きい前記差異の閾値を差異が下回った場合、寿命判断の時間間隔を短くするような構成としたものであり、コンデンサを設置した初期では不要な寿命判断回数を減らし、寿命末期に差し掛かった際に密度を上げて寿命判断を行なうため、より安定かつ安全な検出をすることができるという作用を有する。
【００７３】
さらに、電源装置の寿命判断手段により判断した寿命判断結果に応じて電気機器の運転を停止するような構成としたものであり、電気機器の設計に合致しない不良動作を防止し、より安定した動作を確保することができると同時に、電子部品の寿命に至った際に安全に停止させることができるという作用を有する。
【００７４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００７５】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態１における電源装置の構成図を示す。図に示すように、電源装置は、交流電源１を整流する整流手段としてのダイオードブリッジ２と、ダイオードブリッジ２により整流された電圧を平滑化する平滑化手段としてのコンデンサ３と、寿命判断手段４としてのコンデンサ３の両端電圧を検出する第一電圧検出器４ａと、交流電源１の各位相における瞬時電圧の絶対値を検出するための第二ダイオードブリッジ４ｂと、第二ダイオードブリッジ４ｂの出力電圧を検出する第二電圧検出器４ｃと交流電源１を整流、平滑した直流電圧、すなわちコンデンサ３の両端電圧との差異からコンデンサ３の寿命を常時判断する寿命判断部４ｄを備えている。
【００７６】
次に、寿命判断部４ｄのフローチャートを図２に示し、および寿命判断の説明図について図３に示す。図２に示すように、寿命判断部４ｄは、コンデンサ３の電圧、瞬時電圧の絶対値（全波整流した電圧）を入力する。入力したコンデンサ３の電圧と瞬時電圧の絶対値から偏差を算出し、偏差の最大値を更新する。所定時間（例えば、ノイズ等の影響を加味した時間として５０Ｈｚの５サイクル分：１００ｍｓ）経過した時の最大値を規定値（例えば、設計値としての負荷電力に見合ったリプル許容値よりも大きい電圧値：７０Ｖ）と比較して、リプル電圧が規定値を下回っていれば、コンデンサ３の寿命と判断する。図３では、寿命判断部４ｄが寿命を判断するタイミングについて示している。図に示すように、判断するタイミングが電源周波数、あるいは電源周波数の整数倍とならないような判断周期となっている。判断するタイミングによっては、交流電源１のピークポイントとなるが、時間が推移すると共に、交流電源１のピークポイントと位相角がずれるような判断周期となっている。
【００７７】
以上のように、本実施の形態１によれば、コンデンサ３の電圧と瞬時電圧の絶対値の偏差とリプル電圧の規定値とを常時比較することで、温度センサ等を用いずに寿命検知が行なえ、かつ検出タイミングを交流電源電圧の特定位相に固定せず、位相を逐次スライドするため、不要な寿命検出、あるいは必要な場合の寿命検知の不動作を防止し、より高速に寿命検出を可能とすることができる。
【００７８】
なお、本実施の形態において、瞬時電圧の絶対値検知のためにダイオードブリッジを用いた簡単な構成としたが、ダイオードの順方向電圧による歪みを考慮し、ＯＰアンプ等を用いた構成としてもよい。
【００７９】
また、所定時間は電源周期５サイクル分としたが、ノイズ等の影響を受けないように配慮したその他の検出時間であってもよい。
【００８０】
さらに、許容リプル電圧は一例として１０Ｖとしたが、負荷電力の変動により発生するリプル電圧を考慮したその他の電圧値であってもよい。
【００８１】
また、コンデンサ３の寿命は瞬時に悪化する特性ではないため、電源周期の倍数にならない周期であれば、その他の周期であっても作用効果に差異はよい。
【００８２】
（実施の形態２）
図４に、本実施の形態２における電源装置の構成図を示す。
【００８３】
なお、実施の形態１と同一のものは同一記号を付し、詳細な説明は省略する。
【００８４】
図に示すように、電源装置は、出力側に接続した負荷電力の変動、あるいは負荷の入り切り信号に応じて寿命判断を中止する寿命判断中止手段５を備えている。
【００８５】
次に寿命診断中止手段５のフローチャートについて、図５を参照しながら説明する。
【００８６】
図に示すように、寿命診断中止手段５は、負荷の入り切り信号を負荷の制御側より入力する。負荷の入り切り信号の入力があった際には、コンデンサ３の電圧検出、瞬時電圧の絶対値検出を中止するように指令する。
【００８７】
以上のように、本実施の形態２によれば、電源装置の出力に接続された負荷がオンあるいはオフされた瞬間にコンデンサ３の電圧が下落あるいは上昇した際に、寿命診断を中止するため、不要な寿命判断を抑制することができる。また、コンデンサ３の容量を直流電圧のリプル成分を最小限抑制する容量とした場合においても、寿命判断に影響を及ぼすことを抑制し、不要な検出を防止することができる。
【００８８】
なお、本実施の形態において、瞬時電圧の絶対値検知のためにダイオードブリッジを用いた簡単な構成としたが、ダイオードの順方向電圧による歪みを考慮し、ＯＰアンプ等を用いた構成としてもよい。
【００８９】
また、コンデンサ３の電圧検出、瞬時電圧の絶対値検出を中止するように構成したが、電圧検出は実施し、偏差の演算以降の寿命判断部分を中止するような構成としてもよい。
【００９０】
（実施の形態３）
図６に、本実施の形態３における電源装置の構成図を示す。
【００９１】
なお、実施の形態１あるいは２と同一のものは同一記号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９２】
図に示すように、電源装置は、出力側に接続した負荷電力の変動量に応じて、寿命判断閾値を変更する閾値変更手段６を備えている。閾値変更手段６は、負荷側の電流を計測する電流センサ６ａと、計測した負荷側の電流値に応じて閾値の補正値を判定する閾値補正部６ｂと、演算した閾値の補正値を出力する出力部６ｃを備えている。
【００９３】
次に、閾値補正部６ｂの演算フローチャートについて、図７を参照しながら説明する。
【００９４】
図に示すように、閾値補正部６ｂは、負荷電流を入力する。入力した負荷電流から補正テーブルを参照し、閾値の補正値を演算する。図８に補正テーブルの一例を示す。補正テーブルは、コンデンサ３の容量マージンから負荷電流の小さい領域では補正値をゼロとしており、負荷電流の大きい領域でのみ補正するように決定している。従って、電流検出のノイズ等により安定性が損なわれた場合や、微小な変化で補正値は変動せず、実質負荷の投入遮断による変動時に更新されることとなる。演算した補正値を閾値より減算する。
【００９５】
以上のように、本実施の形態３によれば、コンデンサ３の容量を直流電圧のリプル成分を最小限抑制する容量とした場合においても、また、負荷が変動した場合においても逐次閾値に補正を加えることが可能となり、安定した寿命診断を行なうことができることとなる。
【００９６】
なお、本実施の形態において、瞬時電圧の絶対値検知のためにダイオードブリッジを用いた簡単な構成としたが、ダイオードの順方向電圧による歪みを考慮し、ＯＰアンプ等を用いた構成としてもよい。
【００９７】
また、補正テーブルで補正値を決定するような構成としたが、数式を利用して補正値を決定するような構成としてもよい。
【００９８】
（実施の形態４）
図９に、本実施の形態４における電源装置の構成図を示す。
【００９９】
なお、実施の形態１から３と同一のものは同一記号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１００】
図に示すように、電源装置は、交流電源１の各位相における瞬時電圧の絶対値と交流電源１をダイオードブリッジ２により整流した直流電圧との差異が、最大となる電源位相を検出する最大偏差角検出手段７と、最大偏差角検出手段７により検出した最大偏差角に検出タイミングを固定する検出タイミング固定手段８をマイクロコンピュータ９の内部に備えている。
【０１０１】
次に最大偏差角検出手段７のフローチャートについて、図１０を参照しながら説明する。
【０１０２】
図に示すように、最大偏差角検出手段７は、交流電源１の瞬時電圧の絶対値を入力する。さらに、コンデンサ３により平滑化した直流電圧を入力する。また、交流電源１の瞬時電圧の絶対値から交流電源１の位相０〜π、π〜２πの位相を入力する。ここで、全波整流しているため、０〜π、π〜２πの区別はされないが、交流電源１の各位相における瞬時電圧の絶対値と交流電源１をダイオードブリッジ２により整流した直流電圧との差異が最大となる電源位相を検出する目的のため、問題とはならない。最大偏差角検出手段７は、交流電源１の半周期の中で交流電源１の瞬時電圧の絶対値とコンデンサ３の電圧の偏差が最大となる位相角（最大偏差角）を検出する。
【０１０３】
次に、検出タイミング固定手段８のフローチャートについて、図１１を参照しながら説明する。
【０１０４】
図に示すように、検出タイミング固定手段８は、最大偏差角検出手段７により検出した最大偏差角を入力する。また、交流電源１の周波数を入力し、初期の周期を決定する。さらに、１周期内（電源周期の半周期分）の絶対値検出個数から検出割り込み周期を決定する。例えば、１周期内の絶対値検出個数が３２個の場合、割り込み周期は３２と設定する。さらに、最大偏差角が位相角０から何番目の絶対値検出値に相当するかを入力し、最大偏差角に相当する検出値番号を新たに３２にセットする。検出値番号から検出サイクル毎に番号を１ずつ減算してゼロとなった際に３２をセットする。ゼロとなった瞬間に最大偏差角としての偏差を演算することとなる。
【０１０５】
以上のように、本実施の形態４によれば、交流電源１の瞬時電圧の絶対値とコンデンサ３により平滑化した直流電圧の偏差が最大となる位相角を検出し、劣化度合の非常に低い場合であっても、寿命の症状を的確に把握することができ、より高速に劣化傾向を認識できると同時に、不要な寿命判定を無くし、負荷の急激な変動による影響を排除した、電解コンデンサの容量抜けに関する的確な影響を把握することができることとなる。
【０１０６】
（実施の形態５）
図１２に、本実施の形態５における電源装置の構成図を示す。
【０１０７】
なお、実施の形態１から４と同一のものは同一記号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１０８】
図に示すように、電源装置は、交流電源１の送電側の相切換時や重負荷が投入された場合などに発生する電源位相の跳躍を検出する位相跳躍検出手段１０と、電源位相が跳躍した際に寿命判断を中止する第二寿命診断中止手段１１を備えている。
【０１０９】
次に、位相跳躍検出手段１０のフローチャートについて図１３を参照しながら説明する。
【０１１０】
図に示すように、位相跳躍検出手段１０は、計数カウンタをスタートさせる。交流電源１の各位相における瞬時電圧の絶対値を入力する。入力した絶対値がゼロとなった瞬間の計数カウンタ値をゼロにクリアする。次に絶対値がゼロとなった瞬間の計数カウンタを読み込み、その後、計数カウンタ値をリセットする。本操作を反復して読み込んだ前回の計数カウンタ値と今回の計数カウンタ値との差異を演算する。そのカウンタの偏差分が所定値（例えば、交流電源１の半周期分の標準カウンタ値を３２とした場合、所定値は±４とする）と比較して演算した差異が所定値以上であれば、位相跳躍が発生したと判定する。
【０１１１】
次に、第二寿命診断中止手段１１のフローチャートについて図１４を参照しながら説明する。
【０１１２】
図に示すように、第二寿命診断中止手段１１は、位相跳躍検出手段１０で判定した位相跳躍が発生したか否かの結果を入力する。位相跳躍が発生したことを示す入力があった際には、寿命診断手段４に対して寿命の診断を中止するように指令を送信する。
【０１１３】
以上のように、本実施の形態５によれば、送電側の相切換時や重負荷が投入された場合などに発生する電源位相の跳躍によるコンデンサ３の充放電サイクルのズレによって、不要に寿命判定することを防止し、コンデンサ３の寿命判断を行なうこととなる。
【０１１４】
（実施の形態６）
図１５に、本実施の形態６における電源装置の構成図を示す。
【０１１５】
なお、実施の形態１から５と同一のものは同一記号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１１６】
図に示すように、電源装置は、寿命判断手段４Ｂを有し、交流電源１の各位相における瞬時電圧の絶対値と交流電源１の整流した直流電圧との所定時間分の差異を蓄積する蓄積手段４Ｂａと、蓄積した電圧差異の所定時間内の積分値により寿命判断する第二寿命判断部４Ｂｂを備えている。
【０１１７】
次に蓄積手段４Ｂａのフローチャートについて、図１６を参照しながら説明する。
【０１１８】
図に示すように、蓄積手段４Ｂａは、交流電源１の各位相における瞬時電圧の絶対値と交流電源１の整流した直流電圧（コンデンサ３の電圧）を入力する。入力したそれぞれの電圧値の差異を演算、積算する。所定時間（例えば電源周波数が５０Ｈｚの場合は２０ｍｓ）経過したか否かを判断し、所定時間経過していれば蓄積した電圧の差異（電圧偏差積算値）は、第二寿命判断部４Ｂｂに出力する。また、出力した後に、積算値をクリアする。
【０１１９】
次に第二寿命判断部４Ｂｂのフローチャートについて、図１７を参照しながら説明する。
【０１２０】
図に示すように、第二寿命判断部４Ｂｂは、蓄積手段４Ｂａから電圧偏差積算値を入力する。入力した電圧偏差積算値は、コンデンサ３の容量が減少により小さな値となるため、電圧偏差積算値がコンデンサ３の標準容量と負荷容量で決定される閾値を超えていれば、寿命に至っていないと判断する。また、閾値を下回っていれば、寿命であると判断することとなる。
【０１２１】
以上のように、本実施の形態６によれば、交流電源１の各位相における瞬時電圧の絶対値と交流電源１の整流した直流電圧との所定時間分の差異を蓄積する蓄積手段４Ｂａを備え、蓄積した差異により寿命を判断するため、寿命末期の特性を時系列で監視することが可能となり、時系列の差異データから寿命までの期間をより正確に検出することができることとなる。
【０１２２】
なお、本実施の形態において、蓄積手段４Ｂａの蓄積の所定時間は２０ｍｓとしたが、ノイズ等の影響を考慮してさらに長期間の蓄積データとするような構成としてもよい。
【０１２３】
（実施の形態７）
図１８に、本実施の形態７における寿命判断手段４Ｃのフローチャートを示す。
【０１２４】
なお、実施の形態１から６と同一のものは同一記号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１２５】
図に示すように、寿命判断手段４Ｃは、交流電源１の各位相における瞬時電圧の絶対値と交流電源１の整流した直流電圧（コンデンサ３の電圧）との差異の閾値を２段階有している。大きい差異の閾値を交流電源１の各位相における瞬時電圧の絶対値と交流電源１の整流した直流電圧との差異が下回った場合、寿命判断の時間間隔を短くするようになっている。例えば、寿命判断の時間間隔（初期値）が１分であった場合、次回は３０秒というタイマー設定を行い、時間を短縮する。
【０１２６】
以上のように、本実施の形態７によれば、寿命判断手段４Ｃは、交流電源１の各位相における瞬時電圧の絶対値と交流電源１の整流した直流電圧との差異の閾値を２段階有し、大きい差異の閾値を実際の差異が下回った場合、寿命判断の時間間隔を短くするような構成とし、コンデンサ３を設置した初期では不要な寿命判断回数を減らし、寿命末期に差し掛かった際に密度を上げて寿命判断を行なうため、より安定かつ安全な検出を高速に行なうことができることとなる。
【０１２７】
なお、本実施の形態において、寿命判断の時間間隔（初期値）を１分、次回の設定を３０秒としたが、初期時間間隔はその他の時間であってもよい。
【０１２８】
また、次回の設定時間間隔を半減するようにしたが、短縮する方向であれば、その他の比率でもよく、また絶対時間を短縮（例えば２０秒短縮して４０秒間隔とする）してもよい。
【０１２９】
（実施の形態８）
図１９に、本実施の形態８における電源装置を搭載した電気機器としての空気清浄機１２の構成図を示す。
【０１３０】
なお、実施の形態１から７と同一のものは同一記号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１３１】
図に示すように、空気清浄機１２は、寿命判断手段４Ｄを有し、寿命判断手段４Ｄにより判断した寿命判断結果に応じて運転を停止する機器運転制御手段１３を備えている。また、寿命判断手段４Ｄは、コンデンサ３の両端電圧を検出する第一電圧検出器４ａと、交流電源１の各位相における瞬時電圧の絶対値を検出するための第二ダイオードブリッジ４ｂと、第二ダイオードブリッジ４ｂの出力電圧を検出する第二電圧検出器４ｃと交流電源１を整流、平滑した直流電圧、すなわちコンデンサ３の両端電圧との差異からコンデンサ３の寿命を常時判断する寿命判断部４ｄと、寿命判断部４ｄにより検出した判断結果を機器運転制御手段１３に出力する運転出力部４Ｄａを備えている。
【０１３２】
次に機器運転制御手段１３のフローチャートについて、図２０を参照しながら説明する。
【０１３３】
図に示すように、機器運転制御手段１３は、運転出力部４Ｄａより入力した寿命判断結果から、寿命であるとの信号入力の場合は、ファンモータ１２ａ、表示部１２ｂの順に停止させ、寿命ではないとの信号入力の場合は処理を抜ける。
【０１３４】
以上のように、本実施の形態８によれば、電源装置の寿命判断手段４Ｄにより判断した寿命判断結果に応じて電気機器としての空気清浄機１２の運転を停止することとなり、機器の設計に合致しない不良動作を防止し、より安定した動作を確保することができると同時に、電子部品の寿命に至った際に安全に停止させることができることとなる。
【０１３５】
なお、本実施の形態において、電気機器は空気清浄機１２としたが、交流電力から直流電力に変換する際の平滑化のためのコンデンサ３を備える機器であれば、その他の機器であってもよい。
【０１３６】
また、ファンモータ１２ａ、表示部１２ｂの順に停止したが、機器構成や外形によっては使用者の安全面を考慮したその他の順であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の実施例１の電源装置の構成図
【図２】同寿命判断部４ｄのフローチャート
【図３】同寿命判断の説明図
【図４】本実施の形態２における電源装置の構成図
【図５】同寿命診断中止手段５のフローチャート
【図６】本実施の形態３における電源装置の構成図
【図７】同閾値補正部６ｂの演算フローチャート
【図８】同補正テーブルの一例を示す図
【図９】本実施の形態４における電源装置の構成図
【図１０】同最大偏差角検出手段７のフローチャート
【図１１】同検出タイミング固定手段８のフローチャート
【図１２】本実施の形態５における電源装置の構成図
【図１３】同位相跳躍検出手段１０のフローチャート
【図１４】同第二寿命診断中止手段１１のフローチャート
【図１５】本実施の形態６における電源装置の構成図
【図１６】同蓄積手段４Ｂａのフローチャート
【図１７】同第二寿命判断部４Ｂｂのフローチャート
【図１８】本実施の形態７における寿命判断手段４Ｃのフローチャート
【図１９】本実施の形態８における電源装置を搭載した電気機器としての空気清浄機１２の構成図
【図２０】同機器運転制御手段１３のフローチャート
【図２１】従来の特許文献１における電源装置の寿命予報回路の構成図
【図２２】従来の特許文献２における電源装置の電解コンデンサの寿命検出装置の構成図
【図２３】従来の特許文献３における電源装置のアルミ電解コンデンサの寿命警報装置の構成図
【図２４】従来の特許文献４における残存寿命予測報知の方法についての説明図
【図２５】従来の特許文献５におけるコンデンサの寿命の予測方法についての説明図
【図２６】従来の特許文献６におけるコンデンサ寿命予測装置の説明図
【符号の説明】
【０１３８】
１      交流電源
２      ダイオードブリッジ
３      コンデンサ
４      寿命判断手段
４ａ    第一電圧検出器
４ｂ    第二ダイオードブリッジ
４ｃ    第二電圧検出器
４ｄ    寿命判断部
４Ｂ    寿命判断手段
４Ｂａ  蓄積手段
４Ｂｂ  第二寿命判断部
４Ｃ    寿命判断手段
４Ｄ    寿命判断手段
４Ｄａ  運転出力部
５      寿命判断中止手段
６      閾値変更手段
６ａ    電流センサ
６ｂ    閾値補正部
６ｃ    出力部
７      最大偏差角検出手段
８      検出タイミング固定手段
９      マイクロコンピュータ
１０    位相跳躍検出手段
１１    第二寿命診断中止手段
１２    空気清浄機
１２ａ  ファンモータ
１２ｂ  表示部
１３    機器運転制御手段
１４    電源装置
１５    電源回路
１６    温度センサ
１７    演算回路
１８    Ｖ／Ｆコンバータ
１９    積算カウンタ
２０    表示器
２１    電源装置
２２    電解コンデンサ寿命検出装置
２３    温度検出手段
２４    メモリ手段
２５    演算手段
２６    交換時期検出手段
２７    インバータ
２８    リプル電流演算器
２９    コンデンサ
３０    自己発熱量演算回路
３１    稼働時間検出器
３２    警報回路
３３    電解コンデンサ
３４    薄膜テープ
３５    温度センサ
３６    熱収縮チューブ
３７    電気二重層コンデンサ
３８    被変形部
３９    第１の導体
４０    第２の導体
４１    端子
４２    抵抗体
４３    コンデンサ
４４    脈動成分情報提供装置
【図１】
2009014428.tif 000003
【図２】
2009014428.tif 000004
【図３】
2009014428.tif 000005
【図４】
2009014428.tif 000006
【図５】
2009014428.tif 000007
【図６】
2009014428.tif 000008
【図７】
2009014428.tif 000009
【図８】
2009014428.tif 000010
【図９】
2009014428.tif 000011
【図１０】
2009014428.tif 000012
【図１１】
2009014428.tif 000013
【図１２】
2009014428.tif 000014
【図１３】
2009014428.tif 000015
【図１４】
2009014428.tif 000016
【図１５】
2009014428.tif 000017
【図１６】
2009014428.tif 000018
【図１７】
2009014428.tif 000019
【図１８】
2009014428.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
2009014428.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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