JPH11356036A - 直流電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平滑コンデンサの寿命による交換時期を検出
でき、さらには平滑コンデンサの寿命を予測することの
できる直流電源装置を提供する。 【解決手段】 寿命検出回路３５は、電圧検出回路２８
で検出した直流電圧に基づいてコンデンサ１９の電圧印
加時間を積算し、その１時間毎に温度検出回路２９から
周囲温度を入力し、リプル電流検出回路３０からリプル
電流値を入力する。パラメータ設定回路３４に記憶され
た寿命特性データから周囲温度とリプル電流値に対応し
た推定寿命時間係数を求め、その逆数を経過寿命時間に
加算する。経過寿命時間が期待寿命時間を超過した場合
に警報を出力する。寿命予測回路３６は、コンデンサ１
９の交換時または稼働途中において、その時点の周囲温
度、リプル電流値、寿命特性データ、期待寿命時間、経
過寿命時間に基づいて予測寿命時間を推定し表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源出力を整
流回路で整流しコンデンサで平滑して得た直流電圧を負
荷に供給する直流電源装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】この種の直流電源装置
が用いられたインバータ装置の構成を図５に示す。この
図５において、インバータ装置１は、直流電源装置２と
インバータ回路３とから構成されており、その直流電源
装置２は、交流リアクトル４、整流回路５、直流リアク
トル６、および平滑コンデンサ７から構成されている。
インバータ回路３はスイッチング素子を三相ブリッジ接
続して構成したもので、整流回路５は整流ダイオードを
三相ブリッジ接続して構成したものである。インバータ
装置１の入力は商用三相の交流電源８に接続され、出力
は誘導電動機９の巻線端子に接続されている。また、イ
ンバータ回路３は、図示しないインバータ制御回路から
各スイッチング素子に与えられる転流信号に従ってスイ
ッチング動作を行い、可変電圧、可変周波数の交流電圧
を出力することにより、誘導電動機９を可変速駆動する
ようになっている。

【０００３】交流電源８からインバータ装置１に流れ込
む入力電流の波形は、電源インピーダンスすなわち交流
電源８の有する系統インピーダンスと交流リアクトル４
の有するリアクタンスとの合成インピーダンス、および
入力電流値に応じて大きく変化する。図６（ａ）は交流
リアクトル４がない場合（電源インピーダンスが小さい
場合）の入力電流波形を示し、図６（ｂ）は交流リアク
トル４を挿入した場合（電源インピーダンスが大きい場
合）の入力電流波形を示している。また、図７は、交流
リアクトル４の挿入の有無による入力力率の特性を示し
ており、その横軸は直流電源装置２の定格出力電流に対
する出力電流割合［％］を表し、縦軸は入力力率を表し
ている。

【０００４】これらの図からも分かるように、一般に入
力電流が小さいときおよび電源インピーダンスが小さい
ときは入力電流は断続して流れ、逆に入力電流が大きい
ときおよび電源インピーダンスが大きいときは入力電流
は連続して流れる。つまり、電源インピーダンスが小さ
いと入力力率が低下し、整流回路５の整流ダイオードに
は高い波高値を有する電流が流れる。その結果、平滑コ
ンデンサ７に流れるリプル電流が増大し、直流電圧（平
滑コンデンサ７の両端電圧）のリプル電圧分も増大す
る。

【０００５】このとき、交流電源８の系統インピーダン
スや相電圧が不平衡状態にあると、入力電流は各相間で
アンバランスし相電流が特定の相に偏って流れるので、
整流ダイオードに流れる電流はさらに波高値が高くな
り、平滑コンデンサ７に流れるリプル電流や直流電圧の
リプル電圧分が一層増大する。

【０００６】このように、電源インピーダンスが小さい
場合には、リプル電流による平滑コンデンサ７の寿命低
下、リプル電圧分のインバータ出力電圧への重畳、整流
ダイオードの過熱等の問題を引き起こす。また、電源イ
ンピーダンスが小さいと入力力率が悪化し、直流電源装
置２から交流電源８に対し高調波の流出を招くことにな
る。そこで、多くの場合、機器の寿命や信頼性を向上さ
せ電源側への影響を低減する目的で、交流リアクトル４
や直流リアクトル６を用いている。

【０００７】ところで、平滑コンデンサ７は通常５年か
ら７年程度の設計寿命を有する保守部品であり、予め使
用途中における交換が予定されているものである。その
寿命時間は温度による影響が最も大きく、リプル電流の
大きさによっても変化する。しかし、インバータ装置１
の設置条件、例えば環境条件、交流電源８自体のインピ
ーダンス、交流リアクトル４や直流リアクトル６の有無
等は各使用者ごとに異なるので、平滑コンデンサ７の周
囲温度やリプル電流値もまた使用者ごとに異なり、その
結果、メンテナンスする上で平滑コンデンサ７の交換時
期を特定できないという問題があった。従って、メーカ
ーは設計寿命よりも短い３年から５年で交換すべきこと
を各使用者に連絡し、余寿命がある場合であっても短い
周期でのメンテナンスを強いられていた。また、インバ
ータ装置１の出荷台数の増加に伴い、そのメンテナンス
作業の手間の増大も深刻化している。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、平滑コンデンサの寿命に
よる交換時期を検出でき、さらには平滑コンデンサの寿
命を予測することのできる直流電源装置を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の直流電源装置は、交流電源出力を整流回路
で整流しコンデンサで平滑して得た直流電圧を負荷に供
給するようにした直流電源装置において、前記コンデン
サの寿命に影響を与える環境条件を検出して環境条件信
号を出力する環境条件検出手段と、前記コンデンサの期
待寿命時間および前記環境条件に対する前記コンデンサ
の寿命特性データを予め記憶した記憶手段と、前記コン
デンサの電圧印加時間を検出する印加時間検出手段と、
前記環境条件信号、前記寿命特性データ、および前記電
圧印加時間に基づいて前記コンデンサの経過寿命時間を
演算し、その経過寿命時間と前記期待寿命時間とに基づ
いて警報信号を出力する寿命検出手段と、この警報信号
に対応して警報を出力する警報出力手段とを備えて構成
されている（請求項１）。

【００１０】斯様に構成すれば、寿命検出手段は、環境
条件信号と寿命特性データとに基づいてその時々の環境
条件下におけるコンデンサの劣化の進行割合を推定で
き、その各時点における劣化の進行割合と電圧印加時間
とに基づいてコンデンサの経過寿命時間を精度良く演算
することができる。寿命検出手段は、この経過寿命時間
と期待寿命時間とに基づいて警報出力手段を介して警報
を出力するので、使用者はコンデンサの寿命到達時期を
知ることができる。

【００１１】この場合、経過寿命時間が期待寿命時間に
達する前に警報信号を出力したり（請求項２）、または
経過寿命時間が期待寿命時間を超過したときに警報信号
を出力する（請求項３）ように寿命検出手段を構成する
ことが好ましい。斯様に構成すれば、使用者は、コンデ
ンサが期待寿命に至る前に前もってコンデンサの交換時
期を知ることができ、メンテナンスの手配準備等の作業
を予め進めることができる（請求項２）。また、使用者
は、コンデンサが期待寿命を超過したことを知ることが
できるので、電源装置の使用を停止することができる
（請求項３）。

【００１２】また、コンデンサの設置時において、その
時の環境条件信号、前記コンデンサの寿命特性データ、
および期待寿命時間に基づいて、前記コンデンサの寿命
予測を行うとともにその寿命予測情報を出力する寿命予
測手段を備えると良い（請求項４）。

【００１３】斯様に構成すれば、寿命予測手段は、直流
電源装置設置時の試運転等において得られた環境条件に
基づいてコンデンサの寿命予測を行い、その寿命予測情
報を出力するので、使用者は、予めその直流電源装置の
メンテナンス時期を把握でき、また予測寿命が短い場合
には環境条件の改善を図ることが可能となる。この寿命
予測手段による寿命予測は、設置時のみならず直流電源
装置の稼働途中においても実施することができる（請求
項５）。

【００１４】これらの場合において、環境条件検出手段
は、環境条件信号としてコンデンサの近傍温度を出力す
るように構成すると良い（請求項６）。斯様に構成すれ
ば、寿命検出手段は、コンデンサの周囲温度と寿命との
関係（例えばアレニウスの法則）に基づいて経過寿命時
間を演算することができる。

【００１５】また、環境条件検出手段は、環境条件信号
としてコンデンサの側面温度および近傍温度を出力する
構成とすることが好ましい（請求項７）。斯様に構成す
れば、寿命検出手段は、コンデンサの側面温度および近
傍温度に基づいてリプル電流に起因するコンデンサの自
己発熱温度を求めることができ、この自己発熱温度を用
いて経過寿命時間をより正確に演算することができる。

【００１６】さらに、環境条件検出手段は、環境条件信
号としてコンデンサに流れるリプル電流を出力する構成
とすることができる（請求項８）。斯様に構成すれば、
寿命検出手段は、リプル電流に起因するコンデンサの自
己発熱温度をも考慮に入れたより正確な経過寿命時間を
演算することができる。

【００１７】一方、寿命予測手段は、コンデンサの側面
温度に基づいて前記コンデンサの異常発熱を検出し不適
合信号を出力するように構成すると良い（請求項９）。
斯様に構成すれば、直流電源装置は、コンデンサの経過
寿命時間に基づく警報信号を出力するとともに、側面温
度に基づいて交流電源の欠相等に起因するコンデンサの
異常発熱を直接検出して不適合信号を出力するので、安
全性および信頼性が一層高まる。なお、直流電源装置の
負荷はインバータ回路とすることができる（請求項１
０）。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の直流電源装置をインバータ装置に適用した第１の実施
形態について、図１ないし図３を参照しながら説明す
る。インバータ装置の構成を示す図１において、インバ
ータ装置１１は、直流電源装置１２とインバータ回路１
３とから構成されている。この直流電源装置１２はさら
に以下のように構成されている。すなわち、例えば三相
２００［Ｖ］の商用電源である交流電源１４の各相出力
が、ＡＣリアクトル１５を介して整流回路１６に入力さ
れており、整流回路１６の出力である正側および負側の
直流電源線１７、１８の間には電解コンデンサである平
滑用のコンデンサ１９が接続されている。また、整流回
路１６の正側出力端子からコンデンサ１９の正側端子に
至る直流電源線１７には、直流リアクトル２０が介在さ
れている。ここで、整流回路１６は整流ダイオードを三
相ブリッジ接続した周知の回路構成を有している。

【００１９】さらに、コンデンサ１９の周囲（近傍）お
よび側面には、それぞれサーミスタ等の温度センサ２１
および２２が備えられている。また、コンデンサ１９に
流れるリプル電流を検出するため、コンデンサ１９の負
側端子に至る直流電源線１８には例えばホール素子を用
いて構成される電流検出器２３が設けられている。

【００２０】一方、直流電源装置１２の負荷としてのイ
ンバータ回路１３は、スイッチング素子例えばＩＧＢＴ
と還流ダイオードとを三相ブリッジ接続した周知の回路
構成をなしている。このインバータ回路１３の各相の出
力端子は、交流電動機例えば誘導電動機２４の各相巻線
端子に接続されている。このうち任意の１相例えばＷ相
の出力線には、相電流（出力電流）を検出するために、
例えばホール素子を用いて構成される電流検出器２５が
設けられている。

【００２１】インバータ装置１１に関する全制御を行う
インバータ制御手段としてのインバータ制御回路２６
は、マイクロコンピュータ２７（以下、マイコン２７と
称す）、印加時間検出手段としての電圧検出回路２８、
温度検出回路２９、リプル電流検出回路３０、出力電流
検出回路３１、警報出力手段としての警報出力回路３
２、および寿命表示回路３３から構成されている。ここ
で、温度検出回路２９およびリプル電流検出回路３０
は、温度センサ２１および電流検出器２３とともに環境
条件検出手段として機能する。

【００２２】さらに、マイコン２７は、記憶手段として
のパラメータ設定回路３４、寿命検出手段としての寿命
検出回路３５、寿命予測手段としての寿命予測回路３
６、不適合出力回路３７、および駆動制御手段としての
駆動制御回路３８から構成されている。

【００２３】電圧検出回路２８は、コンデンサ１９の両
端電圧（以下、直流電圧と称す）を例えば抵抗分圧回路
（図示せず）により検出し、その検出した直流電圧をＡ
／Ｄ変換器によりデジタル化してマイコン２７内の寿命
検出回路３５に出力するように構成されている。

【００２４】温度検出回路２９は、温度センサ２１と２
２により夫々検出したコンデンサ１９の周囲（近傍）温
度と側面温度とをＡ／Ｄ変換器によりデジタル化し、そ
の側面温度信号と環境条件信号としての周囲温度信号と
をマイコン２７内の寿命検出回路３５に出力するように
なっている。これら温度信号は、寿命検出回路３５を通
して寿命予測回路３６にも与えられる。

【００２５】リプル電流検出回路３０は、電流検出器２
３により検出したコンデンサ１９に流入するリプル電流
をＡ／Ｄ変換器によりデジタル化し、そのリプル電流信
号を環境条件信号としてマイコン２７内の寿命検出回路
３５に出力するようになっている。このリプル電流信号
は、寿命検出回路３５を通して寿命予測回路３６にも与
えられる。

【００２６】出力電流検出回路３１は、電流検出器２５
により検出した誘導電動機２４のＷ相の相電流（出力電
流）をＡ／Ｄ変換器によりデジタル化し、その出力電流
信号をマイコン２７内の駆動制御回路３８に出力するよ
うに構成されている。

【００２７】パラメータ設定回路３４は、マイコン２７
内における不揮発性メモリ例えばＥＥＰＲＯＭとして構
成されるもので、検出される環境条件（周囲温度、リプ
ル電流値）に対するコンデンサ１９の寿命特性データ
と、一定の条件下におけるコンデンサ１９の期待寿命時
間すなわちコンデンサメーカの保証する定格寿命時間と
が予め記憶されている。

【００２８】寿命検出回路３５は、電圧検出回路２８か
らの検出直流電圧値、温度検出回路２９からの周囲温度
と側面温度、およびリプル電流検出回路３０からのリプ
ル電流値を入力するとともに、パラメータ設定回路３４
から期待寿命時間と必要な寿命特性データとを入力し、
コンデンサ１９の設置時（交換時）からの経過寿命時間
を後述する演算により求める。ただし、側面温度は演算
に使用されず、そのまま寿命予測回路３６に出力され
る。演算結果である経過寿命時間は、マイコン２７内に
おけるメモリ例えばＥＥＰＲＯＭに一時記憶されるよう
になっている。さらに、この経過寿命時間と期待寿命時
間とを比較することにより、所定時期において警報信号
を出力するように構成されている。なお、図には示して
いないが、コンデンサ１９の交換時に前記ＥＥＰＲＯＭ
の経過寿命時間を０にクリアするための例えばリセット
スイッチが設けられている。

【００２９】警報出力回路３２は、例えば警報ランプま
たは警報ブザーから構成されており、寿命検出回路３５
から出力される上記警報信号に従って、使用者に対しコ
ンデンサ１９の交換時期が来たことを報知するようにな
っている。

【００３０】寿命予測回路３６は、寿命検出回路３５か
ら入力した経過寿命時間と、寿命検出回路３５を通して
得たコンデンサ１９の周囲温度およびリプル電流値と、
パラメータ設定回路３４から入力した必要な寿命特性デ
ータおよび期待寿命時間とに基づいて、コンデンサ１９
の予測寿命時間を後述する演算により求める。さらに、
寿命予測回路３６は、コンデンサ１９の側面温度を常時
監視しており、側面温度が所定の上限温度以上になった
時に不適合信号を出力するように構成されている。

【００３１】不適合出力回路３７は、例えばマイコン２
７の出力ポートとして構成されるもので、寿命予測回路
３６からの上記不適合信号を外部回路に対して出力する
ようになっている。また、寿命表示回路３３は、例えば
ＬＣＤ表示器やＬＥＤ表示器等から構成されるもので、
寿命予測回路３６から入力した予測寿命時間を表示する
ようになっている。

【００３２】駆動制御回路３８は、インバータ回路１３
内の各スイッチング素子の制御端子（ゲート端子）に対
し、ＰＷＭ制御された転流信号を出力するように構成さ
れている。インバータ回路１３は、この転流信号に従っ
て直流−交流変換動作を行い、誘導電動機２４に対して
外部から与えられる指令信号（図示せず）に基づいて可
変電圧、可変周波数の交流電圧を出力する。この交流電
圧により誘導電動機２４は回転駆動される。

【００３３】次に、本実施形態の作用について図２およ
び図３も参照して説明する。コンデンサ１９の寿命に影
響を与える環境条件としては、温度、リプル電流、印加
電圧、湿度、気圧、振動等がある。このうち温度による
影響が最も大きく、温度が１０［℃］高くなると寿命が
略半減するという実験結果（アレニウスの法則）が知ら
れている。また、コンデンサ１９にリプル電流が流れる
と自己発熱が発生し寿命の低下をもたらす。その他の環
境条件については、各環境条件の許容値以内において使
用される限り寿命への影響は小さい。そこで、一般には
コンデンサ１９の寿命時間は次式により計算することが
できる。

【００３４】

【数１】

【００３５】ここで、Ｌはコンデンサメーカの保証する
定格寿命時間すなわち期待寿命時間であり、一般には、
周囲温度８５［℃］において２０００時間保証のタイプ
と、周囲温度１０５［℃］において５０００時間保証の
タイプとがある。この期待寿命時間は、上述したよう
に、予めパラメータ設定回路３４としてのＥＥＰＲＯＭ
に記憶されている。また、リプル加速係数Ｂｎは、リプ
ル電流の寿命へ与える影響を表した寿命特性データの１
つであり、具体的には図示しないが、リプル電流の増加
に従って大きくなる特性を有している。

【００３６】図２は、周囲温度をパラメータとしたコン
デンサ１９の静電容量の時間変化を示したものである。
その横軸は電圧印加時間を表し、縦軸は静電容量の変化
率［％］を表している。ここに示した特性は、上述の１
０５［℃］／５０００時間タイプのもので、周囲温度の
上昇に従って静電容量の低下割合が大きくなっているこ
とが分かる。

【００３７】さて、寿命検出回路３５における経過寿命
時間の演算方法について以下に説明する。寿命検出回路
３５は、電圧検出回路２８から入力した直流電圧値を予
め設定された印加判定電圧値と比較することにより、コ
ンデンサ１９への電圧印加の有無を検出する。すなわ
ち、直流電圧値がこの印加判定電圧値以上の場合にコン
デンサ１９に電圧が印加されていると判断し、マイコン
２７内に有する印加時間カウンタにより、コンデンサ１
９の交換時以降コンデンサ１９が電圧印加状態にあった
時間を電圧印加時間として積算する。

【００３８】そして、寿命検出回路３５は、積算した前
記電圧印加時間の一定周期毎例えば１時間毎に、温度検
出回路２９からコンデンサ１９の周囲温度を入力し、さ
らにリプル電流検出回路３０からリプル電流値を入力す
る。この時、寿命検出回路３５は、周囲温度、リプル電
流値、およびパラメータ設定回路３４に記憶された寿命
特性データに基づいて得られる加算時間を経過寿命時間
に加算（すなわち積分）する。この加算時間は、基準環
境条件例えば周囲温度１０５［℃］において定格リプル
電流が流れている場合には加算周期と同じ１時間となる
が、周囲温度およびリプル電流値がこの基準環境条件と
異なる場合にはそれに応じて以下に述べるように増減す
る。

【００３９】図３は、上述した（１）式の演算結果を示
したもので、横軸は定格リプル電流値に対する実際に流
れるリプル電流値の割合（電流倍数）を表し、縦軸は定
格寿命時間Ｌに対する（１）式による寿命時間Ｌｎの割
合（推定寿命時間係数）を対数として表している。この
図３に示すデータは寿命特性データとして、予めパラメ
ータ設定回路３４に記憶されている。そして、上述の加
算時間は、図３において周囲温度１０５［℃］、電流倍
数１のときの推定寿命時間係数を基準（＝１）として、
実際の周囲温度およびリプル電流値における推定寿命時
間係数の逆数として求めることができる。この場合、図
３に示す寿命特性データを使わずに、（１）式を用いて
直接演算により求めることも可能である。

【００４０】このようにして得られたコンデンサ１９の
経過寿命時間は、インバータ制御回路２６が断電状態に
あっても失われないように、マイコン２７内のＥＥＰＲ
ＯＭに記憶される。また、コンデンサ１９を交換した場
合には、リセットスイッチ（図示せず）の操作により経
過寿命時間が０にクリアされる。

【００４１】さらに、寿命検出回路３５は、１時間毎の
経過寿命時間の演算後、その経過寿命時間をパラメータ
設定回路３４に記憶されている期待寿命時間（例えば５
０００時間）と比較し、経過寿命時間が期待寿命時間を
超過した場合には警報信号を出力する。従って、インバ
ータ装置１１の使用者は、警報出力回路３２の警報ラン
プまたは警報ブザーにより、コンデンサ１９の交換時期
を知ることができる。この場合、経過寿命時間が期待寿
命時間に近付いた場合に事前に警報信号を出力するよう
に構成することもできる。

【００４２】次に、寿命予測回路３６における寿命予測
方法について以下に説明する。寿命予測回路３６は、コ
ンデンサ１９の設置時（交換時）またはインバータ装置
１１の稼働中における任意時点（現時点）において、そ
の時点における環境条件すなわちコンデンサ１９の周囲
温度とリプル電流値とに基づいて、コンデンサ１９の残
存する寿命時間（予測寿命時間）を予測する。例えばコ
ンデンサ１９の交換時においてインバータ装置１１の試
運転を行った場合、寿命予測回路３６は、パラメータ設
定回路３４から前述した推定寿命時間係数に関するデー
タ（図３参照）を入力し、試運転時の周囲温度およびリ
プル電流値に対する推定寿命時間係数を求める。そし
て、期待寿命時間（例えば５０００時間）にこの推定寿
命時間係数を乗ずることにより予測寿命時間を推定す
る。この場合、図３に示す寿命特性データを使わずに、
（１）式を用いて直接演算により求めることも可能であ
る。

【００４３】また、インバータ装置１１の稼働途中にお
いては、上述の方法により推定した予測寿命時間から、
寿命検出回路３５で演算された経過寿命時間にその時点
における推定寿命時間係数を乗じた時間を引くことによ
り、予測寿命時間を推定することができる。このように
して予測した寿命時間情報は、寿命表示回路３３を構成
するＬＣＤ表示器またはＬＥＤ表示器により表示され
る。

【００４４】さらに、寿命予測回路３６は、寿命検出回
路３５を通してコンデンサ１９の側面温度を入力し、側
面温度が所定の上限温度以上になった時に不適合信号を
出力するように動作する。従って、インバータ装置１１
の入力に欠相が生じた場合等において、リプル電流の増
加によりコンデンサ１９の劣化が異常な速さで進行した
ような場合であっても、使用者は、不適合出力回路３７
を介してコンデンサ１９の過熱を知ることができる。

【００４５】なお、出力電流検出回路３１において検出
された出力電流値は、駆動制御回路３８においてインバ
ータ回路１３および誘導電動機２４に対する過電流保護
のために用いられる。この場合、出力電流の増大に対し
てコンデンサ１９に流れるリプル電流が増える傾向を有
するので、寿命検出回路３５は、電流センサ２３および
リプル電流検出回路３０を用いて検出したリプル電流値
に代えて出力電流値を入力し、その出力電流値からリプ
ル電流値を推定するように構成しても良い。

【００４６】以上述べたように、本実施形態のインバー
タ装置１１は、その直流電源装置１２に用いられるコン
デンサ１９の寿命検出を行うために、寿命検出回路３５
において、１時間毎に環境条件すなわちコンデンサ１９
の周囲温度とリプル電流値を検出し、予めパラメータ設
定回路３４に記憶された推定寿命時間係数を参照するこ
とにより、これら１時間毎の環境条件を考慮した経過寿
命時間を演算する点に特徴を有する。そして、寿命検出
回路３５は、その経過寿命時間とメーカーの保証する期
待寿命時間とを比較することにより、コンデンサ１９の
交換時期に達したことまたは交換時期に近いことを使用
者に警報するので、使用者はその警報に従ってコンデン
サ１９を交換すればよく、メンテナンス時期の管理が簡
易化されるとともに誤って交換時期を逃す虞が減少する
という効果を奏する。特に、本寿命検出は１時間毎の環
境条件が反映されて行われるので、その寿命検出精度が
高く、警報時期の信頼性が高いという優れた特徴を有す
る。

【００４７】また、インバータ装置１１の寿命予測回路
３６は、コンデンサ１９の交換時またはその後の稼働時
において、その時点の周囲温度とリプル電流値を検出
し、推定寿命時間係数を参照することにより予測寿命時
間を演算し、それを寿命表示回路３３に表示する。従っ
て、使用者は、予めそのコンデンサ１９のメンテナンス
時期を把握することができ、予測寿命時間が短い場合に
は温度やリプル電流等の環境条件の改善を図ることが可
能となる。

【００４８】さらに、上記寿命予測回路３６は、コンデ
ンサ１９の側面温度が所定の上限温度以上になった時に
不適合出力回路３７を介して不適合信号を出力するの
で、インバータ装置１１の信頼性および安全性が一層向
上する。この場合、不適合信号を駆動制御回路３８に入
力し、不適合信号が出力されると同時にインバータ回路
１３を停止するように構成することも可能である。

【００４９】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について、図４を参照して第１の実施形態と異
なる部分について説明する。図１において、温度センサ
２３およびリプル電流検出回路３０を除き、代わりにコ
ンデンサ１９の側面温度を環境条件として使用するよう
に構成する。この場合、温度センサ２１、２２および温
度検出回路２９が環境条件検出手段となる。この構成に
おいて、寿命検出回路３５における経過寿命時間の演算
は以下のようにして行われる。

【００５０】前述したように、コンデンサ１９の寿命に
影響を与える最大の要因は温度であり、リプル電流もま
たコンデンサ１９内部に発生する自己発熱による中心温
度の上昇として寿命を低下させる。この場合、コンデン
サ１９の中心温度を検出し、その中心温度と周囲温度と
の差分を自己発熱温度とするのが最も正確である。しか
し、中心温度を直接検出することは困難であるため、コ
ンデンサ１９の周囲温度と側面温度とから中心温度を推
定する。

【００５１】図４は、コンデンサ１９の外形寸法である
直径φ［ｍｍ］と温度差係数との関係を示した図であ
る。この温度差係数とは、側面温度から周囲温度を引い
た温度差と、中心温度から周囲温度を引いた温度差すな
わち自己発熱温度との比であり、寿命特性データとして
予めパラメータ設定回路３４に記憶されているものであ
る。

【００５２】マイコン２７は、初期化の際にコンデンサ
１９の外形に応じた温度差係数をパラメータ設定回路３
４例えばＥＥＰＲＯＭから読み出して、寿命検出回路３
５として構成されるＲＡＭに書き込む。その後、寿命検
出回路３５は、積算して得た電圧印加時間の一定周期毎
例えば１時間毎に周囲温度と側面温度とを環境条件信号
として入力し、周囲温度と側面温度との差分（＞０）に
温度差係数を乗じた値として自己発熱温度を求める。そ
して、具体的には図示しないが、周囲温度をパラメータ
として自己発熱温度と推定寿命時間係数との関係を示す
寿命特性データに基づいて推定寿命時間係数を求める。
この寿命特性データは予めパラメータ設定回路３４に記
憶されるものである。経過寿命時間のその後の演算方法
は第１の実施形態と同様である。なお、寿命予測回路３
６における予測寿命時間についても、上述した自己発熱
温度に基づいた推定寿命時間係数を用いて、第１の実施
形態と同様にして演算可能である。

【００５３】以上述べたように、本実施形態のインバー
タ装置１１は、寿命検出回路３５において、１時間毎に
コンデンサ１９の周囲温度と側面温度との差分に温度差
係数を乗じて自己発熱温度を求め、その自己発熱温度と
推定寿命時間係数との関係を示す寿命特性データに基づ
いて推定寿命時間係数を得て経過寿命時間を求めること
を特徴とする。また、寿命予測回路３６における予測寿
命時間についても上記自己発熱温度に基づいて推定す
る。

【００５４】従って、本実施形態においても寿命検出お
よび寿命予測について第１の実施形態と同様の効果を奏
する他、リプル電流を検出するための電流センサ２３お
よびリプル電流検出回路３０が不要となり、より簡単な
構成とすることができる。

【００５５】（その他の実施形態）なお、本発明は上記
し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、
例えば以下のように構成しても良い。寿命検出回路３５
および寿命予測回路３６において用いる環境条件は、コ
ンデンサ１９の周囲温度だけであっても良い。この場
合、パラメータ設定回路３４には、（１）式においてリ
プル加速係数Ｂｎを１として計算した寿命特性データを
記憶しておけば良い。第１および第２の実施形態におい
て、寿命検出手段３５の演算周期は１時間に限らずイン
バータ装置１１の設置環境、稼働条件等に応じて適宜決
めれば良い。

【００５６】

【発明の効果】本発明の直流電源装置は、以上説明した
ように、平滑用コンデンサの寿命に影響を与える環境条
件に対する寿命特性データを予め記憶しておき、検出し
た環境条件、寿命特性データ、およびコンデンサの電圧
印加時間に基づいてコンデンサの経過寿命時間を演算
し、その経過寿命時間と期待寿命時間とに基づいて警報
信号を出力するように構成される。この場合、経過寿命
時間の演算には、電圧印加時間の経過に対しその時々の
環境条件が寿命特性データに基づいて反映されるので、
寿命検出精度が良く、警報時期の信頼性が高いという優
れた効果を奏する。従って、メンテナンス時期の管理が
簡易化され、誤って交換時期を逃す虞が減少する。

【００５７】また、本直流電源装置は、コンデンサの設
置時または稼働時において、その時点の環境条件、寿命
特性データ、期待寿命時間、および経過寿命時間に基づ
いてコンデンサの寿命予測を行うので、使用者は予めコ
ンデンサのメンテナンス時期を把握することができ、予
測寿命が短い場合には環境条件の改善を図ることが可能
となる。さらに、本直流電源装置は、コンデンサの側面
温度に基づいてコンデンサの異常発熱を検出し不適合信
号を出力するので、その信頼性および安全性が一層向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示すインバータ装置
の電気的構成図

【図２】コンデンサの静電容量の時間変化を示す図

【図３】周囲温度およびコンデンサの電流倍数に対する
推定寿命時間係数を示す図

【図４】本発明の第２の実施形態におけるコンデンサの
外形寸法（直径）に対する温度差係数を示す図

【図５】従来構成における図１相当図

【図６】交流リアクトルがない場合（ａ）とある場合
（ｂ）の入力電流波形図

【図７】出力電流に対する入力力率の特性を示す図

【符号の説明】

１１はインバータ装置、１２は直流電源装置、１３はイ
ンバータ回路（負荷）、１４は交流電源、１６は整流回
路、１９はコンデンサ、２１、２３、２９、３０は環境
条件検出手段、２８は電圧検出回路（印加時間検出手
段）、３２は警報出力回路（警報出力手段）、３４はパ
ラメータ設定回路（記憶手段）、３５は寿命検出回路
（寿命検出手段）、３６は寿命予測回路（寿命予測手
段）である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源出力を整流回路で整流しコンデ
   ンサで平滑して得た直流電圧を負荷に供給するようにし
   た直流電源装置において、 前記コンデンサの寿命に影響を与える環境条件を検出し
   て環境条件信号を出力する環境条件検出手段と、 前記コンデンサの期待寿命時間および前記環境条件に対
   する前記コンデンサの寿命特性データを予め記憶した記
   憶手段と、 前記コンデンサの電圧印加時間を検出する印加時間検出
   手段と、 前記環境条件信号、前記寿命特性データ、および前記電
   圧印加時間に基づいて前記コンデンサの経過寿命時間を
   演算し、その経過寿命時間と前記期待寿命時間とに基づ
   いて警報信号を出力する寿命検出手段と、 この警報信号に対応して警報を出力する警報出力手段と
   を備えて構成されていることを特徴とする直流電源装
   置。
2. 【請求項２】 寿命検出手段は、経過寿命時間が期待寿
   命時間に達する前に警報信号を出力することを特徴とす
   る請求項１記載の直流電源装置。
3. 【請求項３】 寿命検出手段は、経過寿命時間が期待寿
   命時間を超過したときに警報信号を出力することを特徴
   とする請求項１記載の直流電源装置。
4. 【請求項４】 コンデンサの設置時において、その時の
   環境条件信号、前記コンデンサの寿命特性データ、およ
   び期待寿命時間に基づいて、前記コンデンサの寿命予測
   を行うとともにその寿命予測情報を出力する寿命予測手
   段を備えたことを特徴とする請求項１記載の直流電源装
   置。
5. 【請求項５】 現時点において、その時の環境条件信
   号、コンデンサの寿命特性データ、期待寿命時間、およ
   び経過寿命時間に基づいて、前記コンデンサの寿命予測
   を行うとともにその寿命予測情報を出力する寿命予測手
   段を備えたことを特徴とする請求項１記載の直流電源装
   置。
6. 【請求項６】 環境条件検出手段は、環境条件信号とし
   てコンデンサの近傍温度を出力することを特徴とする請
   求項１ないし５の何れかに記載の直流電源装置。
7. 【請求項７】 環境条件検出手段は、環境条件信号とし
   てコンデンサの側面温度および近傍温度を出力すること
   を特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の直流電
   源装置。
8. 【請求項８】 環境条件検出手段は、環境条件信号とし
   てコンデンサに流れるリプル電流を出力することを特徴
   とする請求項１ないし６の何れかに記載の直流電源装
   置。
9. 【請求項９】 寿命予測手段は、コンデンサの側面温度
   に基づいて前記コンデンサの異常発熱を検出し不適合信
   号を出力することを特徴とする請求項４または５記載の
   直流電源装置。
10. 【請求項１０】 負荷はインバータ回路であることを特
    徴とする請求項１ないし９の何れかに記載の直流電源装
    置。