JP5428810B2 - 余寿命推定方法及び余寿命推定システム - Google Patents
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Description
すなわち、コンデンサの推定寿命は、コンデンサの電気的特性の経時的変化と周囲温度との関係を示すアレニウスの法則により、数式1によって表される。
L=L0×2(Tmax−T)/10
(L:コンデンサの推定寿命〔時間〕,L0:コンデンサの基準寿命〔時間〕,Tmax:コンデンサの最高使用温度〔℃〕,T:コンデンサの周囲温度〔℃〕)
なお、基準寿命L0及び最高使用温度Tmaxは、コンデンサメーカーによって与えられる数値である。
この従来技術は、アレニウスの法則に基づいて、まず初期時点の所定温度t0における電解コンデンサの総余寿命を計算し、次に、経過時間とその間の平均温度txとを考慮して、前記所定温度t0におけるある時点の余寿命に逐次、換算する。その後、この換算した余寿命と、前記総余寿命と、初期時点からの経過時間とに基いて、ある時点における実使用時(電解コンデンサを備えた電子機器の実使用時)の余寿命を計算するものである。
しかしながら、上記従来技術には、負荷率や機器の稼働率等をコンデンサの周囲温度に反映させて余寿命を推定するような着想が開示されておらず、余寿命推定をより高精度に行うためには、負荷率や稼働率等の周囲温度変動要因を考慮した推定手段の提供が望まれていた。
前記寿命推定演算に用いるコンデンサの周囲温度推定値として、
前記コンデンサが内蔵された電気・電子機器の吸気温度相当値と、前記電気・電子機器の負荷率、及び、前記電気・電子機器の吸気口における汚れ具合を示す状態係数に応じた前記コンデンサの周囲温度上昇推定値と、を加算した値を用い、
かつ、前記寿命推定演算により得た推定寿命を前記電気・電子機器の稼動係数により補正した推定寿命補正値と、前記電気・電子機器の使用開始時点と、現時点と、を用いて、前記コンデンサの余寿命を推定するものである。
また、請求項3に係る余寿命推定方法は、コンピュータシステムにより、請求項1に記載した余寿命推定方法により推定したコンデンサの余寿命と、前記電気・電子機器に設けられた冷却ファンの周囲温度から推定した冷却ファンの余寿命と、を用いて、前記電気・電子機器の余寿命を推定するものである。
前記コンピュータシステムは、
前記コンデンサが内蔵された電気・電子機器における前記コンデンサの最高使用温度及び周囲温度上昇係数を含む前記電気・電子機器の仕様データ、前記電気・電子機器の吸気温度を推定するための温度データが少なくとも記憶されているデータベースと、
アレニウスの法則に基づいて前記コンデンサの寿命を推定する第1の演算式と、第1の演算式により得た推定寿命を補正する第2の演算式と、第2の演算式により得た推定寿命補正値に基づいて前記コンデンサの余寿命を求める第3の演算式と、が少なくとも記憶された記憶手段と、
第1の演算式による寿命推定演算を行うための前記コンデンサの周囲温度推定値として、前記電気・電子機器の吸気温度の測定値または前記温度データと、前記電気・電子機器の負荷率、前記電気・電子機器の吸気口における汚れ具合を示す状態係数、及び前記電気・電子機器の仕様データから算出した前記コンデンサの周囲温度上昇推定値と、を加算した値を用い、
第2の演算式により、前記寿命推定演算によって得た推定寿命を前記電気・電子機器の稼動係数により補正して推定寿命補正値を求め、
第3の演算式により、前記推定寿命補正値と、前記電気・電子機器の使用開始時点と、現時点と、を用いて、前記コンデンサの余寿命を推定する余寿命演算手段と、
推定した前記コンデンサの余寿命を出力する出力手段と、を備えたものである。
また、請求項6に係る余寿命推定システムは、請求項4に記載した余寿命演算手段が、前記余寿命推定システムにより推定したコンデンサの余寿命と、前記電気・電子機器に設けられた冷却ファンの周囲温度から推定した冷却ファンの余寿命と、を用いて、前記電気・電子機器の余寿命を推定するものである。
図1は、この実施形態に係る電解コンデンサの余寿命推定手順を示すフローチャートである。ここで、本実施形態は、図2に示すようなインバータユニット10の主回路部11や電源・制御部12に内蔵された電解コンデンサの余寿命を推定し、更に、必要に応じてインバータユニット10の余寿命を推定するためのものである。なお、図2において、インバータユニット10には冷却ファン(図示せず)が内蔵されており、この冷却ファンの運転によって吸気口13→インバータユニット10の内部→排気口14という冷却空気の流路が形成されるようになっている。
[数2]
L=L0×2(Tmax−T4)/10
(L:電解コンデンサの推定寿命〔時間〕,L0:電解コンデンサの基準寿命〔時間〕,Tmax:電解コンデンサの最高使用温度〔℃〕,T4:電解コンデンサの周囲温度推定値〔℃〕)
ここで、本実施形態では、以下に述べるように、数式2における周囲温度推定値T4の求め方に特徴がある。
温度T1は、吸気口13に温度センサを取り付けることによって測定可能であり、スペース上の制約等によって吸気口13の温度測定が不可能な場合を除き、温度T1が優先的に論理和手段21の出力T11となるものである。
このように、空調設備の有無に応じて第2の論理和手段22から出力された推定温度T10は、第1の論理和手段21を介し、吸気温度相当値T11として出力される。
ここで、状態係数kは、例えばインバータユニット10の吸気口13に取り付けられたフィルタの汚れ具合を1.0〜1.5等の範囲で数値化した係数であり、汚れ具合が顕著なほど放熱効果が低下することを考慮して設けられている。
また、コンデンサ周囲温度上昇推定値T2は、インバータユニット10の内部における電解コンデンサ周囲温度の温度上昇を反映させたパラメータであり、図3に示すような部品仕様、実験、シミュレーションにより求められるインバータユニット10ごとの仕様データにおける温度上昇係数Ctと負荷率とを用いて、数式3により演算されるものである。
[数3]
T2=Ct×(負荷率)1.6
演算ステップ25では、周囲温度推定値T4と他のパラメータとを用いて前述した数式2を演算し、電解コンデンサの推定寿命Lを出力する。
[数4]
M=L/S
ここで、Sは稼動係数〔%〕であり、余寿命の推定対象となる電解コンデンサが主回路部11内のコンデンサである場合には装置稼働率(インバータユニット10の稼働率)Skを用い、電解コンデンサが電源・制御部12内のコンデンサである場合には制御電源投入率Smを用いる。
すなわち、推定寿命補正値Mは、装置稼働率や電源投入率に依存する電解コンデンサの劣化度合いを考慮して推定寿命Lを補正した値という意味を持つものである。
[数5]
R=(Pa+M)−Pr
ここで、Paはインバータユニット10の設置時点(使用開始時点)、Prは電解コンデンサの余寿命を推定する現時点を示し、(Pa+M)>Pr、つまりR>0であれば将来にわたって余寿命(通常の余寿命)Rがあり、(Pa+M)<Pr、つまりR<0であれば既に寿命を経過していることになる。
上記の機械的余寿命Rmとは、電解コンデンサの端子の樹脂封止部分が機械的振動その他の原因によって劣化することによる余寿命であり、周囲温度に基いて推定した余寿命よりも機械的余寿命Rmの方が早く到来する場合もあるため、図4に示すフローチャートによって余寿命Rを求めることもできる。
これに加えて、以下に述べるようにインバータユニット10に設けられた冷却ファンの余寿命Fを推定し、この余寿命Fと電解コンデンサの余寿命Rとの双方を考慮してインバータユニット10の余寿命を推定しても良く、例えば、余寿命Rと余寿命Fとを比較して何れか短い方をインバータユニット10の余寿命とすることができる。
[数6]
F=Pa+Lf/Sk−Pr
ここで、Lfは冷却ファンの推定寿命であり、前記同様にSkは装置稼働率(インバータユニット10の稼働率)、Paはインバータユニット10の設置時点(使用開始時点)、Prは現時点である。また、冷却ファンの推定寿命Lfは、所定の故障率(例えば10〔%〕)のもとで、冷却ファンの周囲温度(軸受の周囲温度)の関数として周知の近似式により求めることができる。
この場合、冷却ファンの周囲温度は、電解コンデンサと同様に、インバータユニット10の吸気温度、または、「空調設備あり」の場合の空調設備設定温度と電装ボックス内温度上昇値、「空調設備なし」の場合の電装ボックスの設置地域の年間平均気温、設置場所(屋内または屋外)等に応じて設定すればよい。
この余寿命推定システムは、データベース101、統括制御手段102、余寿命演算手段104、記憶手段105、入出力インタフェース106、入力手段107及び出力手段108を備え、パソコン等のコンピュータシステムのハードウェア及びソフトウェアにより構成されている。
統括制御手段102及び余寿命演算手段104は、主としてCPU等の演算処理装置からなっている。ここで、統括制御手段102は、データベース101を含むシステム全体を統括的に制御する。
以上のようにして、余寿命演算手段104では、主回路部11や電源・制御部12内のコンデンサの余寿命Rを推定する。従って、余寿命演算手段104は、推定された余寿命Rをもって、インバータユニット10の余寿命とすることができる。
なお、測定温度T1、状態係数k、負荷率及び稼動係数Sについては、それぞれ温度センサ、汚れセンサ、負荷率センサ、装置稼働率センサまたは制御電源投入率センサを用いて自動的に検出し、オンラインにて余寿命演算手段104に取り込んでも良い。
更に、余寿命演算手段104は、必要に応じて冷却ファンの余寿命Fを数式6により演算すると共に、これらの電解コンデンサの余寿命R及び冷却ファンの余寿命Fに基づいてインバータユニット10の余寿命を推定する。
そして、余寿命演算手段104は、推定した各種の余寿命を出力手段108としてのディスプレイに表示するべく、所定の表示データを作成する。
11:主回路部
12:電源・制御部
13:吸気口
14:排気口
21,22:論理和手段
23:乗算手段
24:加算手段
25〜32:ステップ
101:データベース
102:統括制御手段
104:余寿命演算手段
105:記憶手段
106:入出力インタフェース
107:入力手段
108:出力手段
Claims (6)
- コンピュータシステムにより、アレニウスの法則に基づく寿命推定演算を行ってコンデンサの寿命を推定し、かつ、その推定寿命を用いて現時点から寿命終期までのコンデンサの余寿命を推定する余寿命推定方法において、
前記寿命推定演算に用いるコンデンサの周囲温度推定値として、
前記コンデンサが内蔵された電気・電子機器の吸気温度相当値と、前記電気・電子機器の負荷率、及び、前記電気・電子機器の吸気口における汚れ具合を示す状態係数に応じた前記コンデンサの周囲温度上昇推定値と、を加算した値を用い、
かつ、前記寿命推定演算により得た推定寿命を前記電気・電子機器の稼動係数により補正した推定寿命補正値と、前記電気・電子機器の使用開始時点と、現時点と、を用いて、前記コンデンサの余寿命を推定することを特徴とする余寿命推定方法。 - コンピュータシステムにより、請求項1に記載した余寿命推定方法により推定したコンデンサの余寿命を、前記電気・電子機器の余寿命として同定することを特徴とする余寿命推定方法。
- コンピュータシステムにより、請求項1に記載した余寿命推定方法により推定したコンデンサの余寿命と、前記電気・電子機器に設けられた冷却ファンの周囲温度から推定した冷却ファンの余寿命と、を用いて、前記電気・電子機器の余寿命を推定することを特徴とする余寿命推定方法。
- コンピュータシステムにより、アレニウスの法則に基づく寿命推定演算を行ってコンデンサの寿命を推定し、かつ、その推定寿命を用いて現時点から寿命終期までのコンデンサの余寿命を推定する余寿命推定システムにおいて、
前記コンピュータシステムは、
前記コンデンサが内蔵された電気・電子機器における前記コンデンサの最高使用温度及び周囲温度上昇係数を含む前記電気・電子機器の仕様データ、前記電気・電子機器の吸気温度を推定するための温度データが少なくとも記憶されているデータベースと、
アレニウスの法則に基づいて前記コンデンサの寿命を推定する第1の演算式と、第1の演算式により得た推定寿命を補正する第2の演算式と、第2の演算式により得た推定寿命補正値に基づいて前記コンデンサの余寿命を求める第3の演算式と、が少なくとも記憶された記憶手段と、
第1の演算式による寿命推定演算を行うための前記コンデンサの周囲温度推定値として、前記電気・電子機器の吸気温度の測定値または前記温度データと、前記電気・電子機器の負荷率、前記電気・電子機器の吸気口における汚れ具合を示す状態係数、及び前記電気・電子機器の仕様データから算出した前記コンデンサの周囲温度上昇推定値と、を加算した値を用い、
第2の演算式により、前記寿命推定演算によって得た推定寿命を前記電気・電子機器の稼動係数により補正して推定寿命補正値を求め、
第3の演算式により、前記推定寿命補正値と、前記電気・電子機器の使用開始時点と、現時点と、を用いて、前記コンデンサの余寿命を推定する余寿命演算手段と、
推定した前記コンデンサの余寿命を出力する出力手段と、
を備えたことを特徴とする余寿命推定システム。 - 請求項4に記載した余寿命演算手段が、前記余寿命推定システムにより推定したコンデンサの余寿命を、前記電気・電子機器の余寿命として同定することを特徴とする余寿命推定システム。
- 請求項4に記載した余寿命演算手段が、前記余寿命推定システムにより推定したコンデンサの余寿命と、前記電気・電子機器に設けられた冷却ファンの周囲温度から推定した冷却ファンの余寿命と、を用いて、前記電気・電子機器の余寿命を推定することを特徴とする余寿命推定システム。
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