JP4508163B2 - 温度検出構造および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサなどの残存寿命を予測するのに好適な温度検出構造およびコンデンサを備える電源装置などの各種の電子機器に関する。

この種の電子機器、例えば、電源装置においては、それに使用される回路部品の中で寿命が最も短い電解コンデンサの寿命を予測して当該電源装置の寿命としている。

電解コンデンサの寿命は、アレニウスの法則に基づく下記の演算式によって算出できることが知られている。

Ｌｘ＝Ｌｏ×２^{（Ｔｏ−ｔｘ）/10}×ｋ
Ｌｘ：実使用時の推定寿命（時間）
Ｌｏ：最高使用温度における寿命（時間）
Ｔｏ：電解コンデンサの最高使用温度（°Ｃ）
ｔｘ：実使用温度（°Ｃ）
ｋ：寿命係数
なお、寿命係数ｋは、コンデンサメーカによって各種の式が提案されており、印加電圧、リプル電流、周囲温度等による換算係数である。

従来から、かかる演算式に基づく寿命予測についての種々の提案が為されている。

しかしながら、従来例では、アレニウスの法則に基づく演算式で推定寿命を算し、この推定寿命から実際の稼動時間より換算された値を減算し、予め定めた閾値に達したときに、寿命であると判定して警報を出力するといったものであって、実使用における残存寿命を報知できるようにしたものではない。

一般に、各種の生産設備などに利用されている電子機器の交換は、生産業務などに支障をきたさないように年間スケジュールに組み込まれている。従って、或る日突然に寿命到達の警報出力や表示が出るといった従来例では、使い勝手が悪く、寿命到達の警報出力や表示が、定期メンテナンス時期以外に出された場合には、機器交換のためにライン停止を行わねばならなくなるといった難点がある。

したがって、実使用における残存寿命、すなわち、稼動が可能な残り時間を、予測できるようにすること望まれる。

また、アレニウスの法則に基づく寿命の予測を精度よく行おうとすると、上述の演算式から明らかなように、電解コンデンサの実使用温度（ｔｘ）を正確に検出する必要がある。電解コンデンサの実使用温度を検出するために、温度センサが設置されるのであるが、その周囲の空気の対流などの影響を受けるために、電解コンデンサの正確な温度検出を行うのは容易でない。

特に、電源装置においては、トランスによって、一次側回路と二次側回路とが絶縁されており、寿命予知の対象となる電解コンデンサが一次側回路であるのに対して、温度センサからの検出温度に基づいて、寿命を演算する低電圧駆動のマイコンなどの演算回路は、二次側回路となるのが一般的である。したがって、電解コンデンサと温度センサとの絶縁をとりつつ、電解コンデンサの温度を正確に検出するのは、一層困難である。

本発明は、このような実情に着目してなされたものであって、実使用における残存寿命の予測精度を高めるのに好適な温度検出構造および残存寿命を報知できるようした電子機器を提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

（１）すなわち、本発明の温度検出構造は、コンデンサの温度を検出する構造であって、前記コンデンサの温度を検出する温度センサを、絶縁テープで巻回して前記コンデンサに密着させて配置するとともに、前記絶縁テープが巻回された温度センサおよび前記コンデンサを、熱収縮チューブ内に収納して一体化したものである。

本発明によると、絶縁テープとしては、極めて薄いテープが市販されているので、かかる絶縁テープを巻回してもその厚さは極めて薄く、所望の絶縁性能を確保しながらコンデンサに温度センサを極めて接近して配備することができ、コンデンサの温度を精度高く検出できる。

しかも、熱収縮チューブの収縮によってコンデンサに絶縁テープを介して温度センサが密着された状態で両者が一体化され、熱収縮チューブの熱伝導によってチューブ内温度が均等化され、コンデンサ温度とセンサ検出温度との差がほとんどなくなる。また、熱収縮チューブを介しての一体化によって熱容量が同じになり、外気風などにより温度センサだけが急峻に温度変動することが無くなる。

（２）本発明の更に他の実施態様においては、前記コンデンサは、トランスによって絶縁された一次側の回路部品であり、前記温度センサは、二次側の回路に組み込まれる部品であって、該温度センサは、リード線を介して二次側の回路に接続されるものである。

この実施態様によると、一次側の回路部品であるコンデンサと二次側の回路に組み込まれる温度センサとの間の所望の絶縁を、前記絶縁テープを巻回して確保することができる。また、コンデンサに密着して配置される温度センサは、二次側の回路に接続する必要があるが、コンデンサを含む一次側の回路部品が実装されている回路基板の配線パターンを介して接続するのでは、必要な絶縁距離を確保するのが困難である。そこで、リード線を用いることにより、前記回路基板を這わすことなく、その上方を、二次側の回路まで架け渡して所望の絶縁性能を確保しながら接続することができる。

（３）本発明の電子機器は、コンデンサを備える電子機器であって、前記コンデンサの温度を検出する温度センサと、前記温度センサからの検出温度を用いて、実使用における前記コンデンサの残存寿命を演算する演算手段と、演算された実使用における残存寿命を報知する報知手段とを備え、前記演算手段は、実使用を開始して予め定めた時間が経過する度に、アレニウスの法則に基づく演算式に従って、基準とする初期時点の総残存寿命が定まる所定温度における残存寿命を算出する算出部と、前記算出部で算出された前記所定温度における残存寿命を、前記所定温度における残存寿命と実使用における残存寿命との間の比例関係に基づいて、実使用における残存寿命に変換する変換部とを備え、前記コンデンサは、トランスによって絶縁された一次側の回路部品であり、前記温度センサは、二次側の回路に組み込まれる部品であって、該温度センサは、絶縁テープで巻回されて前記コンデンサに密着配置されるものである。

本発明によると、コンデンサの温度を検出する温度センサからの検出温度を用いて、アレニウスの法則に基づく演算式に従って、所定温度における残存寿命を算出するので、所定温度における残存寿命と実使用における残存寿命とがほぼ比例関係にあることから、前記所定温度における初期時点の総残存寿命と、前記演算式に従って算出された残存寿命との比率を、実使用における前記比率とみなすことができ、例えば、残存寿命が、総寿命（総残存寿命）の何％であるといった報知を行うことができ、これに基づいて、交換時期を把握してメンテナンス計画を立てることができる。

しかも、絶縁テープとしては、極めて薄いテープが市販されているので、かかる絶縁テープを巻回してもその厚さは極めて小さく、一次側のコンデンサと二次側の温度センサとの所望の絶縁性能を確保しながらコンデンサに温度センサを極めて接近して配備することができ、コンデンサの温度を精度高く検出できる。

（４）本発明の他の実施態様においては、前記絶縁テープが巻回された温度センサおよび前記コンデンサを、熱収縮チューブ内に収納して一体化するとともに、前記温度センサは、前記演算手段にリード線を介して接続されるものである。

この実施態様によると、熱収縮チューブの収縮によってコンデンサに絶縁テープを介して温度センサが密着された状態で両者が一体化され、熱収縮チューブの熱伝導によってチューブ内温度が均等化され、コンデンサ温度とセンサ検出温度との差がほとんどなくなる。また、熱収縮チューブを介しての一体化によって熱容量が同じになり、外気風などにより温度センサだけが急峻に温度変動することが無くなる。コンデンサに密着して配置される温度センサは、二次側の回路である演算手段に接続されるのであるが、コンデンサを含む一次側の回路部品が実装されている回路基板の配線パターンを介して接続するのでは、必要な絶縁距離を確保するのが困難である。そこで、リード線を用いることにより、前記回路基板を這わすことなく、その上方を、演算手段まで架け渡して所望の絶縁性能を確保しながら接続することができる。

（５）本発明の他の実施態様においては、前記報知手段は、演算された残存寿命を表示するものである。

この実施態様によると、アレニウスの法則に基づく演算式に従って、所定温度における残存寿命を算出し、それを実使用における残存寿命に変換して報知手段で表示するので、この残存寿命から交換時期を把握してメンテナンス計画を立てることができる。

（６）本発明の更に他の実施態様においては、前記算出部は、実使用における前記予め定めた時間の経過を、前記所定温度における経過時間に換算して残存寿命から減算するものである。

ここで、予め定めた時間が経過する度とは、一定の時間が経過する度、すなわち、一定の時間間隔であってもよいし、一定でない時間間隔であってもよい。

この実施態様によると、予め定めた時間が経過すると、その経過時間を、所定温度における経過時間に換算し、所定温度における残存寿命から減算し、得られた所定温度における残存寿命を、比例関係を利用して実使用における残存寿命に変換して報知するので、予め定めた時間が経過する度に、その時点における残存寿命を報知できることになる。

（７）本発明の他の実施態様においては、前記算出部は、前記温度センサからの検出温度を用いてアレニウスの法則に基づいて前記換算を行うものであり、前記変換部は、前記所定温度における初期時点の総残存寿命を基準とし、前記所定温度における他の時点の残存寿命と、前記他の時点に対応する実使用における経過時間とに基づいて、実使用における残存寿命に変換するものである。

この実施形態によると、予め定めた時間が経過すると、その経過時間を、実際の使用時の温度を用いてアレニウスの法則に基づいて所定の温度における経過時間に換算するので、実際の使用時の温度が所定温度から変化しても正しく換算され、また、換算した経過時間を、所定温度における残存寿命から減算するので、算出される所定温度における残存寿命は、それまでの実使用温度を含む過去の履歴に基づくものとなり、残存寿命を精度よく予測できる。さらに、所定温度における初期時点の総残存寿命を基準として変換するので、実際の使用が開始された後の時点における残存寿命を基準とする場合に比べて、過渡的な温度変動の影響が少なく精度の高い実使用における残存寿命に変換できる。

（８）本発明の他の実施態様においては、前記変換部における変換の基準となる前記初期時点の総残存寿命を、別の時点における残存寿命に置き換える手段を備えるものである。

この実施態様によると、温度条件が大きく異なる環境で使用するような場合には、変換の基準点を、温度条件が変わった後の時点に置き換えることにより、精度の高い残存寿命の演算が可能となる。

（９）本発明の他の実施態様においては、前記報知手段は、演算された残存寿命を、キャラクタ表示と数値表示とに切換可能である。

この実施態様によると、寿命到達までに期間がありすぎる期間はキャラクタ表示によって凡その劣化状態を目安として把握することができ、寿命到達までの期間が短くなると、数値表示に切換えることで、管理に有効に活用することができる。

（１０）本発明の他の実施態様においては、前記演算手段は、前記算出部で算出される所定温度における残存寿命が、前記所定温度における初期時点の総残存寿命に占める割合を劣化度として算出する劣化度算出部を備え、前記報知手段は、算出された前記劣化度を表示するものである。

この実施態様によると、演算された残存寿命を、何年、何ヶ月、あるいは、何時間といった数値表示に限らず、例えば、総寿命（総残存寿命）の何割あるいは何％使用して劣化したか表示することが可能となり、この劣化度に基づいて、交換時期を管理することができる。

本発明によれば、薄い絶縁テープを温度センサに巻回して絶縁を確保しながら温度センサをコンデンサに密着して配置でき、精度の高い温度検出が可能となり、熱収縮チューブで温度センサと電解コンデンサとを一体化することにより、外気風などによって温度センサだけが急峻に温度変動するようなことがなく、精度の高い温度検出、したがって、精度の高い残存寿命の算出が可能になる。

また、本発明によれば、アレニウスの法則に基づく演算式に従って、所定温度における残存寿命を算出し、それを実使用における残存寿命に変換して報知するので、この残存寿命から交換時期を把握してメンテナンス計画を立てることができ、寿命の到達を報知する従来のように、突然の寿命到達によって設備のラインを停止するような事態を未然に回避することができ、特に、コンデンサを備える電源装置などの各種電子機器の交換時期の把握に有効である。

以下、本発明の実施の態様を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明に係る電子機器の一例にあげた電源装置１の全体斜視図が、また、図２および図３にその分解した斜視図が、図４に一部を切欠いた平面図がそれぞれ示されている。

この電源装置１は、電源施設に横架固定されたＤＩＮレールなどの支持レール２の前面に係脱自在に装着される箱型のユニット状に構成されたものであり、そのケーシング３は、前向きに開口した奥行きのある箱形に樹脂成形されたケース本体３ａと、その前面に係合連結される樹脂製のフロントカバー３ｂとからなり、このケーシング３の内部に図３に示される電源回路部４が組み込み支持されている。

前記ケーシング３の前面、つまり、フロントカバー３ｂの前壁における上下中間部位には、後ろ向きに開口した浅い箱形に樹脂成形された補助ケース５が係脱自在に係合連結されており、フロントカバー３ｂと補助ケース５との間に形成された空間に、後述のようにして残存寿命などの演算を行う演算回路部６が、図２及び図４に示されるように組み込み支持されている。

前記電源回路部４は、電源回路用の基板として、左右に面する主基板７とその前部に前後に面して連結された前部基板８とを備えており、主基板７に電源回路を構成する各種電子部品９が実装されるととともに、前部基板８に入出力用の端子台１０，１１などが装着されている。なお、端子ネジは、図示省略している。

前記演算回路部６は、演算回路用の基板として、フロントカバー３ｂの前面に平行に支持される補助基板１２を備えており、この補助基板１２には、残存寿命、電圧設定値、出力電圧現在値、出力電流現在値、ピーク電流値などを表示して報知する報知手段としてのＬＥＤ表示器１３、表示のモードを切換えるモード切換えスイッチ１４、ＣＰＵ１５、などが実装されている。そして、演算回路部６における補助基板１２の背面に装備されたコネクタ１６ａと電源回路部４の前部基板８に装備されたコネクタ１６ｂとが、フロントカバー３ｂに形成した開口１７を通して接続され、電源回路部４と演算回路部６とが電気的に接続されるようになっている。

上記構成によると、ケーシング３の前壁であるフロントカバー３ｂが電源回部４と演算回路部６とを隔絶する遮熱用の隔壁となり、電源回路部４からの熱を有効に遮断する。

図５は、この実施の形態の電源装置１のブロック図である。

電源回路部４は、交流入力を整流平滑する入力整流回路３１と、ＦＥＴなどのスイッチング素子を備えるスイッチング回路３２と、入力をスイッチング素子のオンオフ動作に応じて所定の出力に変換するトランス３３と、トランス３３からのは出力を整流する出力整流回路３４とを備えており、かかる構成は、基本的に従来例と同様である。

この実施の形態では、ＬＥＤ表示器１３に、出力電圧値、出力電流値、ピーク電流値などを表示するために、出力電圧検出回路３５、出力電流検出回路３６および電流／電圧変換器３７を備えており、出力電圧検出回路３５および電流／電圧変換器３７の出力が、上述のコネクタ１６ａ，１６ｂなどを介して演算回路部６に与えられる。演算回路部６は、図示しないオペアンプ、Ａ／Ｄ変換器および上述のＣＰＵ１５などを備えている。

また、この実施の形態では、当該電源装置１の交換時期を把握できるようにするために、トランス３３で絶縁された一次側の回路部品である図３に示される電解コンデンサ２４の残存寿命を、二次側の演算回路部６で後述のようにアレニウスの法則に基づく演算式に従って算出し、残存寿命をＬＥＤ表示器１３に表示するようにしている。

アレニウスの法則に基づいて、電解コンデンサ２４の寿命を演算するには、電解コンデンサ２４の温度を検出する必要があり、精度の高い残存寿命の演算を行うためには、電解コンデンサ２４の温度検出を高精度で行う必要がある。

この場合、電解コンデンサ２４は、一次側の回路部品であり、この電解コンデンサ２４の温度を検出する温度センサは、二次側の回路である演算回路部６に接続されることになり、電解コンデンサ２４と温度センサとは確実に絶縁しておく必要がある。代表的な安全規格であるＩＥＣ６０９５０によれば、１次−２次間の絶縁には、空間距離で４ｍｍ、沿面距離で５ｍｍ、固体絶縁で０．４ｍｍの距離を取る必要がある。これに対して、電解コンデンサ２４の温度を精度良く検出するためには、電解コンデンサ２４に温度センサをできるだけ接近させることが望ましい。

そこで、この実施の形態では、次のような温度検出構造としている。

すなわち、図６に示すように、電解コンデンサ２４の温度を検出する温度センサ２２としては、小形のセンサ基板２１に実装したサーミスタが利用されており、この温度センサ２２とセンサ基板２１とを、絶縁性の薄膜テープ２３で複数層巻き、この実施の形態では、厚さ０．０２５ｍｍのポリエステル薄膜テープで３層巻きにし、これによって、薄膜絶縁規定に適合させている。

さらに、薄膜テープ２３で絶縁被覆した温度センサ２２とセンサ基板２１とを、電解コンデンサ２４の外周面に当て付けた状態で熱収縮チューブ２５に入れ、熱収縮チューブ２５を加熱収縮させることで温度センサ２２を薄い絶縁層を介して電解コンデンサ２４に密着させている。熱収縮チューブ２５としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、フッ素系ポリマーあるいは熱可塑性エラストマーを材質としたものを使用することができる。

リード線２６は、２次回路部品であり、１次回路部品である電解コンデンサ２４に接触するため、先に記した絶縁距離が要求される。リード線の絶縁被覆が厚くなると、電解コンデンサ２４との密着性が阻害されるので、３層絶縁線を、ここでは使用している。

このように、薄膜テープ２３で温度センサ２２とセンサ基板２１とを絶縁被覆することで、所望の絶縁性能、すなわち、薄膜絶縁規定に適合させながら電解コンデンサ２４に温度センサ２２を極めて接近して配備することができた。上述のように薄膜テープ２３の厚さは、０．０２５ｍｍであるので、３層巻きした薄膜テープ２３の厚さは０．０７５ｍｍであって、上述のＩＥＣ６０９５０で定められた固体絶縁での必要距離０．４ｍｍに比較して各段に小さく、薄膜テープ２３による断熱の影響は極めて少なくできる。

そして、熱収縮チューブ２５を用いて電解コンデンサ２４と温度センサ２２およびセンサ基板２１とを一体化してあるので、電解コンデンサ２４と温度センサ２２との密着性が向上するとともに、熱収縮チューブ２５の熱伝導によってチューブ内温度が均等化され、電解コンデンサ温度とセンサ検出温度との差がほとんどなくなる。また、熱収縮チューブ２５を介しての一体化によって熱容量が同じになり、外気風などにより温度センサ２２だけが急峻に温度変動することが無くなる。

なお、薄膜テープ２３の厚みや幅あるいは熱収縮チューブ２５の長さあるいはリード線２６の引き出し方向などは、図６に限らず、適宜選択してもよいのは勿論である。

さらに、この実施の形態では、センサ基板２１から導出したリード線２６を、図３に示されるように、主基板７の上方を架け渡すようにして前部基板８に接続し、温度センサ２２からの検出出力を、図５に示される温度／電圧変換器３８および前記コネクタ１６ａ，１６ｂを介して演算回路部６に与えるように構成されている。これによって、電解コンデンサ４を含む一次側の回路部品が実装されている主基板７の配線パターンなどを用いることなく、温度センサ２２の検出出力を、演算回路部６に与えることができる。

次に、演算回路部６における電解コンデンサ２４の残存寿命の算出について詳細に説明する。

上述のように電解コンデンサの寿命は、アレニウスの法則に基づく下記の演算式によって算出できることが知られている。

Ｌｘ＝Ｌｏ×２^{（Ｔｏ−ｔｘ）/10}×ｋ ……（１）
Ｌｘ：実使用時の推定寿命（時間）
Ｌｏ：最高使用温度における寿命（時間）
Ｔｏ：電解コンデンサの最高使用温度（°Ｃ）
ｔｘ：実使用温度（°Ｃ）
ｋ：寿命係数
この実施の形態では、先ず、所定温度、例えば、標準的な使用条件で想定される電解コンデンサ２４の温度ｔ_０℃を決定し、その所定温度ｔ_０℃における初期時点の総残存寿命Ｌ_０を上記（１）式によって算出する。

すなわち、
Ｌ_０＝Ｌｏ×２^{（Ｔｏ−ｔ０）/10}×ｋ
次に電源装置１の実際の使用（実使用）が開始されると、一定時間ａ、例えば、１／６０時間（１分）が経過する度に、アレニウスの法則に基づく演算式である次式によって、所定温度ｔ_０℃における残存寿命を算出する。

Ｌ_ｎ＝Ｌ_ｎ−１−ａ×２^{（ｔｘ−ｔ０）／10}×ｋ ……（２）
ここで、ｎ＝１，２，３…であり、ｔｘは、予め定めた一定時間ａにおいて、温度センサ２２によって検出された温度の平均温度（℃）である。

この（２）式に示されるように、一定時間ａが経過する度に、算出される残存寿命Ｌ_ｎは、前回算出された残存寿命Ｌ_ｎ−１よりも小さくなり、残存寿命は、次第に減少していく。

この（２）式において、右辺の第２項、すなわち、ａ×２^{（ｔｘ−ｔ０）／10}×ｋは、検出された実使用温度ｔｘにおける一定時間ａの経過を、所定温度ｔ_０における経過時間に換算するものである。例えば、検出された実使用温度ｔｘが所定温度ｔ_０に等しいときには、前記第２項は、寿命係数ｋを無視すると、ａとなり、実使用における経過時間ａに一致し、また、検出された実使用温度ｔｘが所定温度ｔ_０よりも１０℃高いときには、２ａとなり、実使用温度における経過時間ａの２倍となり、また、検出された実使用温度ｔｘが所定温度ｔ_０よりも１０℃低いときには、ａ／２となり、実使用温度における経過時間ａの１／２となる。

このようにして、一定時間ａ毎に、その間に検出された実使用温度ｔｘを用いてアレニウスの法則に基づき、所定温度ｔ_０における経過時間に換算し、それを前回の残存寿命Ｌ_ｎ−１から減算し、今回の所定温度ｔ_０における残存寿命Ｌ_ｎとするものである。

したがって、算出される所定温度ｔ_０における残存寿命Ｌ_ｎは、それまでの実使用における温度ｔｘおよび寿命係数ｋを含む過去の履歴全体に基づくものとなり、過渡的な温度変動の影響が少なく、精度の高い残存寿命の予測が可能となる。

このようして算出される所定温度ｔ_０における残存寿命Ｌ_ｎを、次のようにして実使用における残存寿命に変換している。

図７は、この変換の説明に供するための図である。同図において、縦軸は、所定温度ｔ_０における残存寿命を示すものであり、初期時点における総残存寿命（総寿命）Ｌ_０と、或る時点における残存寿命Ｌｎとを示している。また、横軸は、実使用における残存寿命に対応するものであり、前記或る時点までの実使用における経過時間Ｘｎと、寿命に達するまでの実使用における経過時間Ｘｘとを示している。

上述のように、一定時間ａが経過する度に、所定温度ｔ_０における残存寿命Ｌ_ｎが算出される一方、稼動開始からの経過時間もａ時間毎に積算されており、図７においては、残存寿命Ｌ_ｎが算出された或る時点までに稼動を開始してからＸｎ時間が経過していることを示している。

この実施の形態では、所定温度ｔ_０における残存寿命と実使用における残存寿命とは、ほぼ比例することを利用して、縦軸の初期時点の総残存寿命Ｌ_０の点Ａと、或る時点における残存寿命Ｌｎと前記或る時点までの実使用における経過時間Ｘｎとの交点Ｂとを結ぶ直線が、横軸と交わる点を、寿命に達するまでの経過時間Ｘｘとするものである。

したがって、前記或る時点ｎにおける残存寿命Ｌｒｅｓｔは、
Ｌｒｅｓｔ＝Ｘｘ−Ｘｎ＝｛Ｌ_ｎ/(Ｌ_０−Ｌ_ｎ）｝×Ｘｎ ……（３）
で演算できることになる。

つまり、初期時点の総残存寿命Ｌ_０と、一定時間ａが経過する度に、算出される所定温度ｔ_０における残存寿命Ｌ_ｎと、その時点までの稼動開始からの経過時間Ｘｎとから実使用における残存寿命Ｌｒｅｓｔが算出されることになる。

但し、稼動開始の初期には、直線の傾きが大きく変動する虞れがあるので、Ｘｘが予め定めたＸｍａｘ以上（Ｘｘ≧Ｘｍａｘ）になるときには、Ｘｘ＝Ｘｍａｘとしている。

以上のようにして算出される実使用における残存寿命Ｌｒｅｓｔは、何年、何ヶ月、何日あるいは何時間といった数値で表示してもよいが、電解コンデンサの寿命は、一般には、数年から十数年にもなる。したがって、残存寿命Ｌｒｅｓｔを、稼動開始当初から数値表示させても寿命到達まで時間があり過ぎるために有効利用し辛い。また、稼動開始からの経過時間Ｘｎが小さければ、小さいほど上述の直線の傾きの変動が大きくなるために、算出される実使用における残存寿命Ｌｒｅｓｔも変動が大きくなる。

そこで、この実施の形態では、算出される実使用における残存寿命Ｌｒｅｓｔを次のようにして表示している。

すなわち、図８は、電解コンデンサの残存寿命を表示する場合の表示タイミングの切換えが模擬的に示したものである。

電解コンデンサの寿命は、初期容量から２０〜３０％減少した時点と規定されているので、算出される実使用における残存寿命Ｌｒｅｓｔが一定値（この例では２年）以下になった時点から年数値表示とし、初期値から年数値表示に変わるまでの期間を等分して、「ＦＵＬＬ」，「ＨＡＬＦ」などのキャラクタ表示をＬＥＤ表示器１３で行わせるものである。具体的には、ＬＥＤ表示器１３では、「ＦＵＬ」、「ＨＡＦ」といったキャラクタ表示あるいは「２．０ｙ」といった年数値表示を行う。

また、この実施の形態では、設備の変更等により、温度や負荷などの使用条件が大きく変化して上述の図７の直線の傾きが途中で大きく変化した場合に、その変化に対応して精度の高い残存寿命の予測を行えるように次のようにしている。

図９は、上述の図７に対応する図であり、各時点の横軸の実使用における経過時間をＸ座標で、縦軸の所定温度における残存寿命をＹ座標で示している。

稼動開始からＸ１時間経過したＣ時点（Ｘ１，Ｙ２）での実使用における残存寿命Ｌｒｅｓｔは、破線で示されるように寿命限界で制限されるので、Ｘ１０−Ｘ１となる。ここで、Ｘ１０は、上述のＸｍａｘに対応するものであり、電解コンデンサの物性面からの寿命限界である。Ｃ時点（Ｘ１，Ｙ２）以降に、実使用温度ｔｘが大きくなって傾きが変わったＤ時点（Ｘ２，Ｙ３）での残存寿命Ｌｒｅｓｔは、１点鎖線で示されるようにＸ９−Ｘ２となる。本来、真の残存寿命Ｌｒｅｓｔは、新しい傾きの実線で示される直線の横軸との交点（ｘ６，０）のＸ６−Ｘ２となるはずである。

上述の（３）式は、稼動開始からｎ時点までの経過時間Ｘｎにおける直線の傾きが一定であると仮定して、初期時点の総残存寿命Ｌ_０の点を基準として演算している。このため、途中で傾きが変化した場合には、誤差が生じてしまう。しかし、この誤差は、時間の経過とともに、補正されて解消される。例えば、Ｅ時点（Ｘ３，Ｙ４）における残存寿命Ｌｒｅｓｔは、２点鎖線で示されるようにＸ８−Ｘ３となり、また、Ｆ時点（Ｘ４，Ｙ５）における残存寿命Ｌｒｅｓｔは、細い実線で示されるようにＸ７−Ｘ４となり、真の残存寿命Ｌｒｅｓｔとの誤差は、小さく補正されていき、Ｌｒｅｓｔ≒０となるＨ時点（ｘ６，０）近傍では、その誤差は解消される。

一方、傾きが変わったＣ（Ｘ１，Ｙ２）時点において、Ｘ１＝０、Ｌ０＝Ｙ２に置き換えてリセットすれば、基準としていた初期時点の総残存寿命Ｌ_０の点（０，Ｌ_０）が、Ｃ時点（Ｘ１，Ｙ２）に置き換えられることになり、これによって、誤差が生じるのを防ぐことができる。

そこで、この実施の形態では、設備の変更等により、温度や負荷などの使用条件が大きく変化したときには、その時点で、スイッチや外部信号によってリセットを行い、基準点を置き換えて誤差のない残存寿命を表示するようにしている。

また、この実施の形態では、初期時点における総残存寿命Ｌ_０に対して、現在の寿命がどの程度減少しているか、すなわち、劣化しているかを次式で算出して劣化度Ｅ（％）として表示することもできる。

Ｅ＝（Ｌ_ｎ/Ｌ_０）×１００
実使用の温度ｔｘが高い場合と低い場合とでは、図７に示される直線の傾きが異なるので、残存寿命Ｌｒｅｓｔが同じであっても、劣化度Ｅは、異なることになる。したがって、一定の残りマージンを基準にして交換時期を決定したい場合には、この劣化度による表示が有効である。

（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、予め定めた一定時間毎に残存寿命を算出したけれども、本発明の他の実施の形態として、操作などに応答して残存寿命を演算して表示するようにしてもよい。

上述の実施の形態では、２点を結ぶ直線の横軸との交点を、寿命に到達するまでの経過時間Ｘｘとしたけれども、２点に限らず、３点以上の点を用いて最小二乗法などによって直線を求めてよい。

本発明は、電源装置などの電子機器に有用である。

本発明の一つの実施の形態に係る電源装置の全体斜視図である。 図１の電源装置の分解斜視図である。 図１の電源装置の分解斜視図である。 図１の電源装置の一部を横断した平面図である。 電源装置の概略構成を示すブロック図である。 電解コンデンサの温度検出構造を示す説明図である。 残存寿命の算出を説明するための図である。 表示タイミングの切換えを模擬的に示す説明図である。 リセット機能を説明するための図である。

符号の説明

４ 電源回路部
６ 演算回路部
１３ ＬＥＤ表示器
２１ センサ基板
２２ 温度センサ
２３ 絶縁テープ
２４ 電解コンデンサ
２５ 熱収縮チューブ

Claims (10)

1. コンデンサを備える電子機器であって、
   前記コンデンサの温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサからの検出温度を用いて、実使用における前記コンデンサの残存寿命を演算する演算手段と、
   演算された実使用における残存寿命を報知する報知手段とを備え、
   前記演算手段は、実使用を開始して予め定めた時間が経過する度に、アレニウスの法則に基づく演算式に従って、基準とする初期時点の総残存寿命が定まる所定温度における残存寿命を算出する算出部と、前記算出部で算出された前記所定温度における残存寿命を、前記所定温度における残存寿命と実使用における残存寿命との間の比例関係に基づいて、実使用における残存寿命に変換する変換部とを備え、
   前記コンデンサは、トランスによって絶縁された一次側の回路部品であり、前記温度センサは、二次側の回路に組み込まれる部品であって、該温度センサは、絶縁テープで巻回されて前記コンデンサに密着配置されることを特徴とする電子機器。
2. 前記絶縁テープが巻回された温度センサおよび前記コンデンサを、熱収縮チューブ内に収納して一体化するとともに、前記温度センサは、前記演算手段にリード線を介して接続される請求項１記載の電子機器。
3. 前記報知手段は、演算された残存寿命を表示するものである請求項１または２記載の電子機器。
4. 前記算出部は、実使用における前記予め定めた時間の経過を、前記所定温度における経過時間に換算して残存寿命から減算するものである請求項１または２記載の電子機器。
5. 前記算出部は、前記温度センサからの検出温度を用いてアレニウスの法則に基づいて前記換算を行うものであり、
   前記変換部は、前記所定温度における初期時点の総残存寿命を基準とし、前記所定温度における他の時点の残存寿命と、前記他の時点に対応する実使用における経過時間とに基づいて、実使用における残存寿命に変換するものである請求項４記載の電子機器。
6. 前記変換部における変換の基準となる前記初期時点の総残存寿命を、別の時点における残存寿命に置き換える手段を備える請求項５記載の電子機器。
7. 前記報知手段は、演算された残存寿命を、キャラクタ表示と数値表示とに切換可能である請求項１〜６のいずれかに記載の電子機器。
8. 前記演算手段は、前記算出部で算出される所定温度における残存寿命が、前記所定温度における初期時点の総残存寿命に占める割合を劣化度として算出する劣化度算出部を備え、
   前記報知手段は、算出された前記劣化度を表示する請求項１〜７のいずれかに記載の電子機器。
9. 請求項１の電子機器におけるコンデンサの温度を検出する構造であって、
   前記コンデンサの温度を検出する温度センサを、絶縁テープで巻回して前記コンデンサに密着させて配置するとともに、前記絶縁テープが巻回された温度センサおよび前記コンデンサを、熱収縮チューブ内に収納して一体化したことを特徴とする温度検出構造。
10. 前記コンデンサは、トランスによって絶縁された一次側の回路部品であり、前記温度センサは、二次側の回路に組み込まれる部品であって、該温度センサは、リード線を介して二次側の回路に接続される請求項９記載の温度検出構造。

Images