JP2019158779A - 診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源装置における故障や劣化の検出または推定を容易にすることができる診断装置を提供する。【解決手段】電源装置５０の入力側の電流および電圧を測定する入力側測定部１１と、電源装置５０の出力側の電流および電圧を測定する出力側測定部１２と、測定された入力側の電流および電圧、並びに、出力側の電流および電圧に基づいて電源装置５０における効率を算出する算出部２２と、電源装置５０における効率を記憶する記憶部２３と、記憶されている効率、および、算出された効率を比較して電源装置５０の故障または劣化を検出または推定する推定部２４と、が設けられていることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、電源装置の故障や劣化の推定に用いて好適な診断装置に関する。

従来、電源装置における劣化判断を行う手法としては、入力側の電流および電圧と、出力側の電流および電圧に基づいて劣化診断を行う手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

その他にも、装置の不調とともに大きくなるリプルの大きさに着目し、リプル電圧が一定値より大きくなった装置、もしくはその傾向により劣化診断を行う手法が提案されている。

特開２０１３−０３９０２５号公報

電源装置が配置される周囲の環境は一様ではないことが知られている。例えば電源装置が配置される同じ電力室であっても、北海道と沖縄では外気温が異なるし、沿岸地域と内陸地域では塩害や湿度の影響も異なる。更には電力室が設けられている建物の構造によっても、電源装置の周囲の環境は異なる。

しかし、電源装置の周囲における年間を通した環境の情報は通常わからない。そのため、設置場所がどこであっても同じ仕様の電源装置が設置される。この場合、以下に説明する問題が生じやすい。

まず、設置される環境が異なるため、異なる場所に設置された電源装置の間での故障や劣化しし易さ、および、電源装置の寿命の長さが異なりやすいという問題がある。言い換えると、電源装置における劣化の検出や劣化の予見が難しいという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、電源装置における故障や劣化の検出または推定を容易にすることができる診断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の診断装置は、電源装置の入力側の電流および電圧を測定する入力側測定部と、前記電源装置の出力側の電流および電圧を測定する出力側測定部と、測定された前記入力側の電流および電圧、並びに、前記出力側の電流および電圧に基づいて前記電源装置における効率を算出する算出部と、前記電源装置における効率を記憶する記憶部と、前記記憶されている効率、および、前記算出された効率を比較して前記電源装置の故障または劣化を検出または推定する推定部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明の診断装置によれば、電源装置における入力電力および出力電力の比でもある効率を算出し、算出された効率、および、電源装置に故障や劣化が生じていない状態における効率（記憶された効率）を比較して、電源装置の故障または劣化の検出または推定が行われる。そのため、周囲の環境にかかわらず、電源装置の故障または劣化を推定することが可能となる。

上記発明において前記推定部は、前記記憶されている効率と前記算出された効率との差に基づいて、前記電源装置における故障または劣化の時期を推定することが好ましい。

このように記憶されている効率と算出された効率との差に基づいて、電源装置における故障または劣化の時期を推定することにより、当該差に基づかない場合と比較して、推定の精度を高めやすい。

上記発明において前記電源装置には、内部に配置された電子部品の冷却を行う冷却用ファンが設けられ、前記推定部において、前記電源装置が故障または劣化した推定される場合、または、同じ時期に故障または劣化すると推定される場合の前記差の値は、前記出力側の電流が比較的大きい場合と比較して、前記出力側の電流が比較的小さい場合の方が小さいことが好ましい。

このように電源装置に冷却用ファンが設けられている場合に、電源装置の故障または劣化の推定がされる際の差の値を、出力側の電流が比較的大きい場合と比較して、出力側の電流が比較的小さい場合の方を小さくすることにより、推定の精度を高めやすい。

冷却用ファンは、入力側測定部により測定された後の電流および電圧、または、出力側測定部に測定される前の電流および電圧を用いて駆動されている。また、出力側の電流が比較的大きい場合と比較して、出力側の電流が比較的小さい場合には、電源装置における発熱量が小さい。

そのため、出力側の電流が比較的小さい場合には、冷却用ファンに消費される電流および電圧が小さくなり、効率の低下が小さくなる。つまり、出力側の電流が比較的大きい場合と比較して、出力側の電流が比較的小さい場合の方を小さくすることにより、出力側の電流の大小にかかわらず、電源装置の故障または劣化を同様に推定する、同じ時期に故障または劣化すると推定することが可能となる。

本発明の診断装置によれば、算出された効率、および、電源装置に故障や劣化が生じていない状態における効率を比較して、電源装置の故障または劣化の検出または推定を行うことにより、電源装置における故障や劣化の検出または推定が容易になるという効果を奏する。

本発明に係る診断装置の構成を説明する摸式図である。 図２（ａ）は冷却用ファンにおける塵埃量と回転数の関係を説明するグラフであり、図２（ｂ）は冷却用ファンの回転数と消費電力の関係を説明するグラフである。 図３（ａ）は冷却用ファンの塵埃量と消費電力の関係を説明するグラフであり、図３（ｂ）は電源装置の塵埃量と変換効率、損失との関係を説明するグラフである。 電源装置の故障や劣化を検出または推定する処理を説明するグラフである。

この発明の一実施形態に係る診断装置１０について、図１から図４を参照しながら説明する。本実施形態では、診断装置１０が電源装置５０における変換効率の低下である劣化を診断するものである例に適用して説明する。

電源装置５０は、入力された電流の値および電圧の値を、所望の電流の値および所望の電圧の値に変換するものである。交流電流を直流電流（または直流電流を交流電流）に変換するものであってもよい。電源装置５０には、変換に用いられる機器の冷却に用いられる空気を外部から内部に導入する冷却用ファン５１が設けられている。冷却用ファン５１の駆動には、電源装置５０に入力される電力の一部が用いられる。

診断装置１０には、図１に示すように、入力側測定部１１と、出力側測定部１２と、診断部２１とが主に設けられている。また診断部２１には、算出部２２と、記憶部２３と、推定部２４と、入出力部２５と、が主に設けられている。

入力側測定部１１および出力側測定部１２は、電流および電圧を測定するものである。また、測定された電流の値および電圧の値を、診断部２１に出力するものである。入力側測定部１１は、電源装置５０の入力側の電流および電圧を測定するものであり、出力側測定部１２は、電源装置５０の出力側の電流および電圧を測定するものである。なお、入力側測定部１１および出力側測定部１２としては、公知の測定機器を用いることができ特に限定するものではない。

診断部２１は、入力側測定部１１および出力側測定部１２により測定された電流の値および電圧の値に基づいて電源装置５０の劣化を診断するものである。診断部２１は、図１に示すように、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等を有するサーバなどの情報処理装置である。上述のＲＯＭ等の記憶装置に記憶されているプログラムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェースを協働させて、少なくとも算出部２２、記憶部２３、推定部２４、および、入出力部２５として機能させるものである。

算出部２２は、入力側測定部１１および出力側測定部１２により測定された入力側の電流および電圧、並びに、出力側の電流および電圧に基づいて電源装置５０における変換効率ＣＥを算出するものである。変換効率ＣＥは、電源装置５０に入力される電力に対する出力される電力の割合を表すものである。電源装置５０において電力の損失が大きくなると変換効率ＣＥが低くなり、電力の損失が小さくなると変換効率ＣＥが高くなる。

記憶部２３は、算出された電源装置５０における変換効率ＣＥを記憶するものである。また記憶部２３は、電源装置５０の故障または劣化を検出または推定する際の基準となる変換効率曲線ＳＬを記憶するものである。

推定部２４は、記憶されている変換効率曲線ＳＬ、および、算出された変換効率ＣＥを比較して電源装置５０の故障または劣化を検出または推定するものである。具体的な推定方法については後述する。

入出力部２５は、入力側測定部１１および出力側測定部１２から出力された電流の値および電圧の値が入力されるものである。また、推定部２４における推定内容を表す信号を、ディスプレイや他のサーバ等に出力するものでもある。

次に、上記の構成からなる診断装置１０における電源装置５０の故障または劣化を検出または推定する演算処理の内容について説明する。
ここで、電源装置５０の故障要因は主に、内蔵された電子基板上の部品の短絡であり、この短絡は塩害や塵埃により発生していると考えられる。塵埃は、冷却用ファン５１により電源装置５０に導かれる冷却用空気とともに、室内から電源装置５０の内部に入り込む。

内部に入り込んだ塵埃は、冷却用ファン５１や、電子基板上の部品に付着する。その後室内の湿度が高くなると、部品に付着した塵埃に水分が含まれる。すると、水分を含んだ塵埃が原因となり、電子基板上の部品の短絡が発生すると推定される。

その一方で、塵埃が付着した冷却用ファン５１は、付着した塵埃によって羽根の重量が増加する。羽根を回転させる駆動力が一定の場合、重量が増加することにより回転速度が低下して電源装置５０に導かれる冷却用空気の流量が低下する。また、部品に付着した塵埃により当該部品の熱が冷却用空気に放熱されにくくなる。これらのことから、電源装置５０の内部の温度が上昇する。

電源装置５０は、故障を回避するために内部の温度を所定値以下に維持するように制御を行っている。この場合には、低下した冷却用ファン５１の回転速度を回復させる、または、さらに増加させるために、回転速度を増す制御（言い換えると、羽根を回転させる駆動力を増す制御）を行う（図２（ａ）および図２（ｂ）参照。）。

その結果、冷却用ファン５１において消費される電力は、図３（ａ）に示すように、冷却用ファン５１に付着する塵埃の量や、電子基板上の部品に付着する塵埃の量に応じて増加するように制御される。

冷却用ファン５１の駆動に用いられる電力は、電源装置５０に入力された電力の一部である。そのため、塵埃の量に応じて冷却用ファン５１の駆動に用いられる電力が増加することは、図３（ｂ）に示すように、電源装置５０における損失が増加することとなり、変換効率が低下することになる。

診断装置１０における電源装置５０の故障または劣化を検出または推定する演算処理では、まず、診断部２１の入出力部２５により、入力側測定部１１および出力側測定部１２により測定された入力側の電流および電圧と、出力側の電流および電圧とを取得する処理が行われる。

次いで、診断部２１の算出部２２は、電源装置５０における変換効率ＣＥを算出する演算処理を行う。具体的には、入力側測定部１１および出力側測定部１２により測定された入力側の電流および電圧、並びに、出力側の電流および電圧に基づいて変換効率ＣＥを算出する処理を行う。

算出された変換効率ＣＥは、算出された時刻情報と紐付けされて記憶部２３に記憶される。変換効率ＣＥの算出および記憶の処理は、所定のタイミングで繰り返し行われる。所定のタイミングは、予め定められた間隔を有するものであってもよいし、入出力部２５を介して入力されるものであってもよい。

推定部２４は、記憶部２３に記憶されている基準となる変換効率曲線ＳＬ、および、算出された変換効率ＣＥに基づいて、電源装置５０の故障または劣化を検出または推定する演算処理を行う。当該演算処理は、予め定められた所望の間隔をあけて定期的に行われてもよいし、入出力部２５を介して入力される演算処理を開始する指示に基づいて行われてもよい。

電源装置５０の故障または劣化を検出または推定する演算処理は、図４に示すように、記憶されている基準となる変換効率曲線ＳＬと、算出された変換効率ＣＥとの差に基づいて行われる。つまり、基準となる変換効率曲線ＳＬと、算出された変換効率ＣＥとの差が大きくなると、電源装置５０の故障の可能性が高くなる、または、劣化が進んでいると推定される。

また、推定部２４は、当該差の大きさが所定の閾値Ｔ１以上となった場合に、電源装置５０が故障したとして検出する処理を行う。さらに、推定部２４は、当該差を継続的に算出することにより、当該差が所定の閾値Ｔ１以上となる時期を推定する処理を行う。推定部２４における処理の結果は、例えば、入出力部２５を介してディスプレイや他のサーバ等に出力される。

ここで、閾値の値は予め記憶部２３に記憶されているものであり、故障した電源装置５０や、劣化した電源装置５０に基づく実測値であってもよいし、理論値であってもよい。また、出力側の電流が比較的大きい場合の閾値Ｔ１と比較して、出力側の電流が比較的小さい場合の閾値Ｔ２は値が小さい。

上記の構成の診断装置１０によれば、電源装置５０における入力電力および出力電力の比でもある変換効率ＣＥを算出し、算出された変換効率ＣＥ、および、電源装置５０に故障や劣化が生じていない状態における変換効率曲線ＳＬ（記憶された効率）を比較して、電源装置５０の故障または劣化の検出または推定が行われる。

そのため、周囲の環境にかかわらず、電源装置５０の故障または劣化を推定することが可能となり、電源装置５０から電力が供給されるシステムのダウンを防ぎやすくなり、当該システムによるサービスの提供を維持しやすくなる。

また、電源装置５０の内部の温度（例えば基板の温度）を監視する方法と比較して、電源装置５０の入力電力および出力電力を監視する方法であるため、診断装置１０の後付けが容易となる。

さらに、入力側測定部１１および出力側測定部１２から出力される電流および電圧の情報を、公知の情報通信網を介して診断部２１に送信することが可能となる。つまり、電流および電圧の情報を送受信する手段を確保することにより、遠隔に配置された電源装置５０の故障または劣化を推定することが可能となる。その結果、故障または劣化を診断する都度、電源装置５０が設置する現場に出向く必要がなくなり、電源装置５０の運用、診断コストの低減を図りやすくなる。

記憶されている変換効率曲線ＳＬと算出された変換効率ＣＥとの差に基づいて、電源装置５０における故障または劣化の時期を推定することにより、当該差に基づかない場合と比較して、推定の精度を高めやすい。

電源装置５０に冷却用ファン５１が設けられている場合に、電源装置５０の故障または劣化の推定がされる際の差の値を、出力側の電流が比較的大きい場合と比較して、出力側の電流が比較的小さい場合の方を小さくすることにより、推定の精度を高めやすい。

冷却用ファン５１は、入力側測定部１１により測定された後の電流および電圧、または、出力側測定部１２に測定される前の電流および電圧を用いて駆動されている。また、出力側の電流が比較的大きい場合と比較して、出力側の電流が比較的小さい場合には、電源装置５０における発熱量が小さい。

そのため、出力側の電流が比較的小さい場合には、冷却用ファン５１に消費される電流および電圧が小さくなり、変換効率ＣＥの低下が小さくなる。つまり、出力側の電流が比較的大きい場合と比較して、出力側の電流が比較的小さい場合の方を小さくすることにより、出力側の電流の大小にかかわらず、電源装置５０の故障または劣化を同様に推定する、同じ時期に故障または劣化すると推定することが可能となる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の実施の形態においては、電源装置５０の近傍に診断部２１が配置されている例に適用して説明したが、診断部２１が電源装置５０から離れた遠隔の地に配置されていてもよい。

１０…診断装置、１１…入力側測定部、１２…出力側測定部、２２…算出部、２３…記憶部、２４…推定部、５０…電源装置、５１…冷却用ファン、ＣＥ…変換効率（算出された効率）、ＳＬ…変換効率曲線（記憶されている効率）

Claims (3)

1. 電源装置の入力側の電流および電圧を測定する入力側測定部と、
   前記電源装置の出力側の電流および電圧を測定する出力側測定部と、
   測定された前記入力側の電流および電圧、並びに、前記出力側の電流および電圧に基づいて前記電源装置における効率を算出する算出部と、
   前記電源装置における効率を記憶する記憶部と、
   前記記憶されている効率、および、前記算出された効率を比較して前記電源装置の故障または劣化を検出または推定する推定部と、
   が設けられていることを特徴とする診断装置。
2. 前記推定部は、前記記憶されている効率と前記算出された効率との差に基づいて、前記電源装置における故障または劣化の時期を推定することを特徴とする請求項１記載の診断装置。
3. 前記電源装置には、内部に配置された電子部品の冷却を行う冷却用ファンが設けられ、
   前記推定部において、前記電源装置が故障または劣化した推定される場合、または、同じ時期に故障または劣化すると推定される場合の前記差の値は、前記出力側の電流が比較的大きい場合と比較して、前記出力側の電流が比較的小さい場合の方が小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の診断装置。