JP5599486B1 - コンデンサ劣化診断装置、インバータ装置、及び家電機器 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサの劣化状態の異常を精度良く検出することができるコンデンサ劣化診断装置、インバータ装置、及び家電機器を得る。
【解決手段】回路基板５０に搭載されたアルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を検知するコンデンサ劣化診断装置１００であって、回路基板５０の、アルミ電解コンデンサ２００の搭載面とは反対面に設けられ、アルミ電解コンデンサ２００と熱的に結合した伝熱用導体パターン５３と、伝熱用導体パターン５３の温度を検出する温度センサ１０と、温度センサ１０の検出値に基づいて、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を判定する劣化判定手段２０と、を備えたものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、コンデンサの劣化状態を検知するコンデンサ劣化診断装置、及びそれを備えたインバータ装置、及び家電機器に関する。

従来の技術においては、コンデンサに密着配置された温度センサの検出温度を用いてコンデンサの残存寿命を演算する電子機器が提案されている（特許文献１参照）。
また、赤外線温度計測装置などの非接触式温度計測装置により、コンデンサの表面温度を計測するフィルムコンデンサの劣化診断装置が提案されている（特許文献２参照）。

特許第４５０８１６３号公報（請求項１） 特開２００４−３７２５８号公報（請求項１）

特許文献１に記載の技術では、コンデンサに温度センサを物理的に取り付けて、この温度センサの出力に基づいて劣化状態を判定しているため、熱抵抗のばらつきが出やすく検知精度が低い、という問題点があった。
また、コンデンサに温度センサを物理的に取り付ける際には、温度センサを薄膜テープで絶縁被覆するとともに、温度センサをコンデンサの外周面に当てつけた状態で熱収縮チューブに入れ、この熱収縮チューブを加熱収縮させることで、コンデンサと温度センサを密着させている。このため、製造の手間と温度センサを実装するための部品コストが高くなる、という問題点があった。

特許文献２に記載の技術は、フィルムコンデンサの表面温度を含む物性値を時系列データとしてデータベースに蓄積し、任意の経過時間毎に計測した温度特性値を比較、照合して、表面温度の時間的変化値である差分量ΔＴを求めて表面温度の差分量ΔＴの特性曲線を作る。そして、この特性曲線からデータベースに蓄積していた判定値を用いて劣化判定を行っている。このように、特許文献２に記載の技術では、コンデンサの劣化状態の異常を検出するための構成及び演算処理が複雑であり、コンデンサの劣化状態の異常の検出を安価な構成で実現することができない、という問題点があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コンデンサの劣化状態の異常を精度良く検出することができるコンデンサ劣化診断装置、インバータ装置、及び家電機器を得るものである。
また、コンデンサの劣化状態の異常の検出を安価な構成で実現することができるコンデンサ劣化診断装置、インバータ装置、及び家電機器を得るものである。

本発明に係るコンデンサ劣化診断装置は、回路基板に搭載されたコンデンサの劣化状態の異常を検知するコンデンサ劣化診断装置であって、前記回路基板の、前記コンデンサの搭載面とは反対面に設けられ、前記コンデンサと熱的に結合した伝熱用導体パターンと、前記伝熱用導体パターンの温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出値に基づいて、前記コンデンサの劣化状態の異常を判定する劣化判定手段と、を備えたものである。

本発明は、コンデンサと熱的に結合した伝熱用導体パターンの温度を検出する温度センサの検出値に基づいて、電解コンデンサの劣化状態の異常を判定するので、コンデンサの劣化状態の異常を精度良く検出することができる。また、コンデンサの劣化状態の異常の検出を安価な構成で実現することができる。

実施の形態１に係るコンデンサ劣化診断装置のブロック構成図である。 実施の形態１に係るアルミ電解コンデンサを模式的に示す斜視図である。 実施の形態１に係るアルミ電解コンデンサが回路基板に搭載された状態を模式的に示す側面図である。 実施の形態１に係る回路基板の導体パターン面の要部を模式的に示す平面図である。 実施の形態１に係る温度センサと導体パターンとの接続を説明する模式図である。 実施の形態１に係る温度センサの接続回路図である。 実施の形態１に係るアルミ電解コンデンサの温度上昇と温度センサの出力電圧との関係を示す図である。 実施の形態２に係る回路基板の導体パターン面の要部を模式的に示す平面図である。 実施の形態２に係る温度センサと導体パターンとの接続を説明する模式図である。 実施の形態２に係る温度センサと導体パターンとの接続を説明する模式図である。 実施の形態３に係るアルミ電解コンデンサの温度上昇と温度センサの出力電圧との関係を示す図である。 実施の形態４に係るインバータ装置の回路図である。 実施の形態５に係る空気調和機の構成を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るコンデンサ劣化診断装置のブロック構成図である。
図１において、コンデンサ劣化診断装置１００は、温度センサ１０、劣化判定手段２０、報知手段３０、及び、停止手段４０を備えている。このコンデンサ劣化診断装置１００は、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を検知するものである。
なお、アルミ電解コンデンサ２００は本発明における「コンデンサ」に相当する。

なお、コンデンサ劣化診断装置１００が劣化状態の異常を検知する対象となるコンデンサはアルミ電解コンデンサに限らず、任意の種類のコンデンサを検知対象とすることができる。

温度センサ１０は、例えばサーミスタによって構成され、アルミ電解コンデンサ２００と熱的に結合した伝熱用導体パターン５３の温度を検出し、温度に応じた電圧を劣化判定手段２０へ出力する。詳細は後述する。
なお、本実施の形態１では、温度センサ１０をサーミスタで構成した場合を説明するが、本発明はこれに限定されない。例えば、ダイオード又はトランジスタ等の顕著な温度特性を有する電子部品、又はＩＣ温度センサなどの温度検出値を直接出力する素子など、温度を測定できる素子であれば任意のセンサを用いることができる。

劣化判定手段２０は、温度センサ１０から出力された電圧に基づいて、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を判定する。詳細は後述する。
報知手段３０は、例えばセグメントＬＥＤ又は液晶表示素子等からなり、劣化判定手段２０の出力に基づいてアルミ電解コンデンサ２００の劣化状態に関する所定の情報を使用者に報知する。
停止手段４０は、劣化判定手段２０の出力に基づいて、例えばアルミ電解コンデンサ２００が搭載された機器に対する停止信号などの、劣化状態に応じた所定の信号を出力する。
なお、報知手段３０及び停止手段４０の何れか一方を省略しても良い。

図２は、実施の形態１に係るアルミ電解コンデンサを模式的に示す斜視図である。
図２に示すように、アルミ電解コンデンサ２００は、電荷が蓄積される電解コンデンサ素子を収納し、アルミニウム等の金属から成るケース２０１の側面及び上面２０２の外周部が薄い樹脂２０３で覆われている。また、アルミ電解コンデンサ２００には、＋端子２１０及び−端子２１１が設けられている。

図３は、実施の形態１に係るアルミ電解コンデンサが回路基板に搭載された状態を模式的に示す側面図である。
図４は、実施の形態１に係る回路基板の導体パターン面の要部を模式的に示す平面図である。
図５は、実施の形態１に係る温度センサと導体パターンとの接続を説明する模式図である。
図３〜図５に示すように、アルミ電解コンデンサ２００は、その他の電子部品とともに回路基板５０の部品面に取り付けられる。回路基板５０の、アルミ電解コンデンサ２００の搭載面とは反対面（パターン面）には、コンデンサ用導体パターン５１、５２、伝熱用導体パターン５３、及び、温度センサ用導体パターン５４が設けられている。
コンデンサ用導体パターン５１には、アルミ電解コンデンサ２００の−端子２１１が接続され、コンデンサ用導体パターン５２には、アルミ電解コンデンサ２００の＋端子２１０が接続されている。
伝熱用導体パターン５３は、コンデンサ用導体パターン５２に接続されている。つまり、伝熱用導体パターン５３は、少なくとも一部が、アルミ電解コンデンサ２００が搭載された領域内に配置されている。
また、伝熱用導体パターン５３には、例えばサーミスタによって構成された温度センサ１０の端子の一方が接続されている。温度センサ用導体パターン５４には、温度センサ１０の端子の他方側が接続されている。

温度センサ１０は、伝熱用導体パターン５３及び温度センサ用導体パターン５４にはんだ接続されて、回路基板５０に固定される。
このように、温度センサ１０を回路基板５０のパターン面に設けることで、温度センサ１０を、アルミ電解コンデンサ２００が搭載された領域の近傍又は領域内に配置することが可能となる。
なお、温度センサ１０のパッケージに表面実装型を用いることで、温度センサ１０をリフローによるはんだ付けができる。また、他の部品のはんだ付け工程で同時に温度センサ１０の実装、固定が可能となり、製造コストが安価にできる。

このような各導体パターンの構成により、アルミ電解コンデンサ２００で発生した熱は、アルミ電解コンデンサ２００の＋端子２１０、コンデンサ用導体パターン５２、伝熱用導体パターン５３、温度センサ１０の順で伝熱する。即ち、伝熱用導体パターン５３は、アルミ電解コンデンサ２００と熱的に結合しており、温度センサ１０は、伝熱用導体パターン５３の温度を計測することで、間接的にアルミ電解コンデンサ２００の温度を検出する。

なお、発明者らの実験によって、アルミ電解コンデンサ２００の内部発熱による温度上昇が、−端子２１１側より＋端子２１０側が大きくなる結果が得られた。このため本実施の形態１では、伝熱用導体パターン５３を、アルミ電解コンデンサ２００の−端子２１１より＋端子２１０に近い位置に設けている。これにより、後述する自己温度上昇ΔＴをより精度良く検出することでき、劣化状態異常の検出精度をより向上できる。

なお、本実施の形態１では、伝熱用導体パターン５３をコンデンサ用導体パターン５２に接続した場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。伝熱用導体パターン５３は、少なくとも一部が、アルミ電解コンデンサ２００が搭載された領域内に配置されていれば良く、任意の形状及び位置とすることができる。例えば、−端子２１１が接続されたコンデンサ用導体パターン５１側に伝熱用導体パターン５３を設けても良いし、コンデンサ用導体パターン５１とコンデンサ用導体パターン５２との間に設けても良い。

図６は、実施の形態１に係る温度センサの接続回路図である。
図６に示すように、サーミスタによって構成された温度センサ１０は、一方の端子がアルミ電解コンデンサ２００の＋端子２１０と接続されている。また、温度センサ１０の他方の端子は、分圧抵抗Ｒ２に直列に接続されている。
したがって、アルミ電解コンデンサ２００の温度に応じてサーミスタの抵抗値が変化し、サーミスタと分圧抵抗Ｒ２との接続点における出力電圧Ｖが温度に応じた値となる。この出力電圧Ｖは劣化判定手段２０へ入力される。

なお、図６に示した接続回路は一例であり、本発明はこれに限定されない。例えばアルミ電解コンデンサ２００とサーミスタとを電気的に接続しない構成としても良い。
また、劣化判定手段２０へ入力する検出値は出力電圧Ｖに限らず、温度センサ１０の構成に応じた任意の物理量とすることができる。

次に、アルミ電解コンデンサ２００の寿命と温度との関係について説明する。

アルミ電解コンデンサ２００は、リプル電流により内部発熱する。この発熱量（消費電力Ｗ）は、次式（１）で表すことができる。
Ｗ＝Ｉ_Ｒ ^２Ｒ＋ＶＩ_Ｌ …（１）
Ｉ_Ｒ：リプル電流
Ｒ ：内部抵抗（等価直列抵抗）
Ｖ ：印加電圧
Ｉ_Ｌ：漏れ電流

ここで、リプル電流ＩＲ≫漏れ電流ＩＬであるため、式（１）は以下の式（２）で近似できる。
Ｗ≒Ｉ_Ｒ ^２Ｒ …（２）

アルミ電解コンデンサ２００における発熱による温度と放熱による温度とが平衡する条件を求めると、次式（３）となる。
Ｉ_Ｒ ^２Ｒ＝βＡΔＴ …（３）
β：放熱定数
Ａ：アルミ電解コンデンサの表面積
ΔＴ：リプル電流による自己温度上昇

上記式（３）からアルミ電解コンデンサ２００のリプル電流による自己温度上昇ΔＴは、次式（４）となる。
ΔＴ＝Ｉ_Ｒ ^２Ｒ／βＡ …（４）

アルミ電解コンデンサ２００は、その劣化によって内部抵抗Ｒが上昇することが知られている。つまり、劣化によって内部抵抗が上昇すると、リプル電流による自己温度上昇ΔＴが上昇することとなる。

リプル電流による自己温度上昇と周囲温度とを考慮した実使用時の推定寿命Ｌｘは、次式（５）で表すことができる。

Ｌｘ：実使用時の推定寿命［ｈ］
Ｌｒ：カテゴリ上限温度において、定格リプル電流重畳時の規定寿命［ｈ］
Ｔｏ：カテゴリ上限温度（最高使用温度）［℃］
Ｔａ：実使用時の周囲温度［℃］
ΔＴｏ：定格リプル電流印加時の自己温度上昇［℃］
ΔＴ：リプル電流印加時による自己温度上昇［℃］

即ち、アルミ電解コンデンサ２００の推定寿命は、上記式（５）の第３因子から、リプル電流印加時による自己温度上昇ΔＴに比例していることが解る。

このようなことから本実施の形態１においては、アルミ電解コンデンサ２００の温度上昇ΔＴｃを検出し、この温度上昇ΔＴｃに基づいて、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を判定する。

次に、本実施の形態１におけるコンデンサ劣化診断装置１００の劣化判定動作を説明する。

図７は、実施の形態１に係るアルミ電解コンデンサの温度上昇と温度センサの出力電圧との関係を示す図である。
図７に示すように、アルミ電解コンデンサ２００の温度上昇ΔＴｃと温度センサ１０の出力電圧Ｖは比例関係となる。
また、上述したように、アルミ電解コンデンサ２００に異常の兆候として現れる温度上昇ΔＴｃの上昇の程度を検知することによって、結果としてアルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を判定することができる。

そこで、本実施の形態１においては、図７に示すように、劣化判定レベルを劣化判定手段２０に予め設定する。そして、劣化判定手段２０は、温度センサ１０の出力電圧Ｖがこの劣化判定レベル（図７のｂ点）を超えたとき、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を判定する。即ち、アルミ電解コンデンサ２００の温度上昇ΔＴｃが小さい場合（図７のａ点以下の場合）には、劣化判定手段２０は劣化状態が正常と判定するが、温度上昇ΔＴｃが大きい場合（図７のａ点を超えた場合）には、劣化判定手段２０は劣化状態が異常と判定する。

なお、温度上昇ΔＴｃはアルミ電解コンデンサ２００の形状及び種類によって異なり、また温度センサ１０とアルミ電解コンデンサ２００との位置関係によっても異なるため、劣化判定レベルは、劣化発生時の実際の温度変化量等を計測した実験値などで設定するのがよい。

劣化判定手段２０は、劣化状態の判定結果を報知手段３０に対して出力する。報知手段３０は、例えばセグメントＬＥＤ又は液晶表示素子等に判定された劣化状態に関する情報（例えば、エラーコードなど）を表示させる。なお、この表示の際、所定のメンテナンス内容の情報（例えば、部品交換を促すメッセージなど）を表示させるようにしても良い。また、スピーカー等により、当該劣化状態に関する情報を音により報知するようにしても良い。
また、劣化判定手段２０は、劣化状態の判定結果を停止手段４０に対して出力する。停止手段４０は、例えばアルミ電解コンデンサ２００が搭載された機器に対して停止信号を出力し、当該機器の動作を停止させる。なお、停止手段４０からの出力はこれに限らず、例えば当該機器の出力電力の低下を指示する信号を出力するなど、任意の操作信号を出力するようにしても良い。

以上のように本実施の形態１においては、アルミ電解コンデンサ２００と熱的に結合した伝熱用導体パターン５３の温度を検出し、この検出値に基づいてアルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を判定する。
このため、アルミ電解コンデンサ２００の温度を精度良く検出することができ、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態異常の検出を精度良く実現することができる。
また、アルミ電解コンデンサ２００に温度センサ１０を物理的に取り付ける必要が無いので、製造の手間と製造コストを低減することができる。また、従来の技術に比べ、取り付け誤差による検知精度の低下を回避できる。また、アルミ電解コンデンサ２００に温度センサ１０を物理的に取り付ける際の絶縁及び耐熱温度も考慮する必要が無い。

また本実施の形態１においては、伝熱用導体パターン５３は、コンデンサ用導体パターン５２に接続されている。
このため、アルミ電解コンデンサ２００で発生した熱が、コンデンサ用導体パターン５２、伝熱用導体パターン５３、温度センサ１０の順で伝熱し、アルミ電解コンデンサ２００の温度を精度よく検出することができる。即ち、回路基板５０の材質よりも熱伝導性がよい導体を介して熱が伝導することとなり、伝熱用導体パターン５３がない場合と比較して、伝熱による温度低下が少なくなると共に、温度変化の応答性が向上する。

また本実施の形態１においては、伝熱用導体パターン５３を、アルミ電解コンデンサ２００の−端子２１１より＋端子２１０に近い位置に設けている。
このため、アルミ電解コンデンサ２００の内部発熱による温度上昇が、より大きい＋端子２１０側の温度を検出することができ、アルミ電解コンデンサ２００の自己温度上昇ΔＴをより精度良く検出することができ、劣化状態異常の検出精度をより向上できる。

また、回路基板５０の、アルミ電解コンデンサ２００の搭載面とは反対面（パターン面）に、温度センサ１０を設けている。
このため、温度センサ１０を回路基板５０の部品面に設ける場合と比較して、アルミ電解コンデンサ２００の直下（配置領域内）又は近傍に配設し易くなる。よって、温度センサ１０を回路基板５０の部品面に設けるよりも、より効果的に高感度で温度測定が可能となる。
また、温度センサ１０を回路基板５０のパターン面に設けることで、温度センサ１０が部品面の面積を占有しないため、結果的に回路基板５０の面積を小さくすることができ、回路基板５０の価格コストを低減することができる。
また、温度センサ１０を回路基板５０のパターン面に設けることで、アルミ電解コンデンサ２００の＋端子２１０及び−端子２１１をはじめとする他の部品のフローはんだ工程において、同時に温度センサ１０の実装及び固定が可能となり、製造コストが安価にできる。よって、コンデンサ劣化診断装置１００を簡便、容易な構成で、かつ、低コストで実現できる。

また本実施の形態１においては、サーミスタによって構成した温度センサ１０からの出力電圧Ｖに基づいて、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を判定するので、コンデンサ劣化診断装置１００を安価な構成で実現できる。
また、アルミ電解コンデンサ２００の温度上昇ΔＴｃと比例関係となる温度センサ１０の出力電圧Ｖに基づいて、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を判定するので、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態異常の検出を、精度良く実現することができる。また、従来の技術に比べ、コンデンサ劣化診断装置１００を安価な構成で実現できる。

また、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の判定結果を、報知手段３０により報知することにより、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態に関する情報を使用者に報知することができる。これにより、使用者は例えばアルミ電解コンデンサ２００が搭載された機器の運転を停止させ、アルミ電解コンデンサ２００の劣化故障による発煙及び異臭の発生を防止することができる。

また、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の判定結果に応じて、停止手段４０は、例えばアルミ電解コンデンサ２００が搭載された機器に対して停止信号を出力し、当該機器の動作を停止させる。これにより、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態が異常の際に、アルミ電解コンデンサ２００が搭載された機器の運転を停止させることができ、アルミ電解コンデンサ２００の劣化故障による発煙及び異臭の発生を防止することができる。

実施の形態２．
以下、本実施の形態２について、上記実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１と同一部分については同一符号を付して、その説明を省略する。

図８は、実施の形態２に係る回路基板の導体パターン面の要部を模式的に示す平面図である。
図８に示すように、伝熱用導体パターン５５は、回路基板５０の、アルミ電解コンデンサ２００の搭載面とは反対面に設けられている。この伝熱用導体パターン５５は、回路基板５０のうちアルミ電解コンデンサ２００が搭載された領域内（直下）に設けられたランドによって構成されている。即ち、本実施の形態２における伝熱用導体パターン５５は、回路基板５０を介して、アルミ電解コンデンサ２００と熱的に結合されている。

図９は、実施の形態２に係る温度センサと導体パターンとの接続を説明する模式図である。
図９に示すように、本実施の形態２における温度センサ１０ｂは、温接点１１と冷接点１２とを有する熱電対、及びアンプ１３を備えている。
熱電対は、温接点１１が伝熱用導体パターン５５に接続され、温接点１１と冷接点１２との間の温度差に応じた熱起電力を発生させる（ゼーベック効果）。
アンプ１３は、熱電対の熱起電力を増幅して、出力電圧Ｖを劣化判定手段２０へ入力する。

また、温度センサ１０は、熱電対の温接点１１が伝熱用導体パターン５５にはんだ接続されて、回路基板５０に固定される。つまり、温度センサ１０のパッケージに表面実装型を用いる場合には、伝熱用導体パターン５５は、温度センサ１０の実装固定用のパッドとしても機能する。

なお、温接点１１と冷接点１２とを有する熱電対を、直列に複数接続してサーモパイルを構成しても良い。また、周囲温度を検出して冷接点１２の温度を補償する回路を設けても良い。また、アンプ１３は省略しても良い。

このような構成により、アルミ電解コンデンサ２００で発生した熱は、アルミ電解コンデンサ２００が搭載された領域内（直下）に設けられた伝熱用導体パターン５５に伝熱する。そして、温度センサ１０は、アルミ電解コンデンサ２００が搭載された領域内（直下）における伝熱用導体パターン５５の温度を計測することで、間接的にアルミ電解コンデンサ２００の温度を検出する。
なお、コンデンサ劣化診断装置１００のその他の構成及び劣化判定動作は実施の形態１と同様である。

本実施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
また、本実施の形態２においては、伝熱用導体パターン５５は、回路基板５０のうちアルミ電解コンデンサ２００が搭載された領域内（直下）に設けられたランドによって構成されている。
このため、回路基板５０のうちアルミ電解コンデンサ２００が搭載された領域内（直下）の温度を検出することができ、アルミ電解コンデンサ２００の温度を精度よく検出することができる。

また本実施の形態２においては、温度センサ１０は、熱電対によって構成され、温接点１１が伝熱用導体パターン５５によって加温され、温接点１１と冷接点１２との温度差に応じた出力電圧Ｖを発生する。そして、劣化判定手段２０は、温度センサ１０から出力された電圧が、予め設定した劣化判定レベルを超えたとき、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を判定する。
このため、アルミ電解コンデンサ２００の温度上昇ΔＴｃと比例関係となる温度センサ１０の出力電圧Ｖに基づいて、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を判定するので、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態異常の検出を、精度良く実現することができる。また、従来の技術に比べ、コンデンサ劣化診断装置１００を安価な構成で実現できる。
また、温度センサ１０は、伝熱用導体パターン５５にはんだ接続されて、回路基板５０に固定されるので、熱電対で構成した温度センサ１０を回路基板５０に搭載するために、別途、固定用のパッド等を設ける必要がなくなり、製品コストを低減することができる。

（変形例）
上記の説明では温度センサ１０ｂが熱電対によって構成された場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＩＣ温度センサを用いても良い。一例を図１０に示す。
図１０において、温度センサ１０ｃは、チップ内に温度センサ、定電流回路、オペアンプ等が集積されたＩＣ温度センサである。一般に、ＩＣ温度センサの端子の少なくとも１つ（例えばＧＮＤ端子）は、ＩＣ温度センサを構成するフレームに接続されている。つまり、フレームに接続されている端子に伝熱した熱は、チップ内部に伝熱し易く、検出温度に与える影響が大きくなる。
このようなことから、図１０に示すように、ＩＣ温度センサによって構成された温度センサ１０ｃは、フレームに接続された端子（例えばＧＮＤ端子）が、伝熱用導体パターン５５に接続される。これにより、アルミ電解コンデンサ２００が搭載された領域内（直下）の温度を検出することができ、アルミ電解コンデンサ２００の温度を精度よく検出することができる。

なお、本実施の形態２においても、サーミスタによって構成された温度センサ１０を、ランドによって構成された伝熱用導体パターン５５に接続しても良い。なお、この場合には、別途、伝熱用導体パターン５５に電圧を供給する導体パターンを形成する。

なお、上述した実施の形態１の温度センサ１０に代えて、本実施の形態２で説明した温度センサ１０ｂ又は１０ｃを設けるようにしても良い。

実施の形態３．
本実施の形態３における劣化判定手段２０は、劣化判定レベルが予め複数設定され、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常の程度を多段階に判定する。
以下、本実施の形態４について、上記実施の形態１又は２との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１又は２と同一部分については同一符号を付して、その説明を省略する。

図１１は、実施の形態３に係るアルミ電解コンデンサの温度上昇と温度センサの出力電圧との関係を示す図である。
本実施の形態３における劣化判定手段２０には、劣化判定レベルが予め複数設定されている。例えば図１１に示すように、温度上昇ΔＴｃの各点ａ１〜ａ３に対応して、劣化判定レベル１〜３（ｂ１〜ｂ３）が設定されている。
劣化判定手段２０は、温度センサ１０の出力電圧Ｖと、劣化判定レベル１〜３とを比較して、各劣化判定レベルに応じて、劣化状態の異常程度を判定する。
なお、温度上昇ΔＴｃはアルミ電解コンデンサ２００によって異なるため、複数の劣化判定レベルは実際の温度変化量等を計測した実験値などで設定するのが良い。

例えば劣化判定手段２０は、出力電圧Ｖがｂ１までは、劣化状態が正常状態であると判定する。
一方、出力電圧Ｖがｂ１を上回った場合は、劣化状態が異常であり、劣化判定レベル１〜３に応じて、所定の異常の程度を判定する。劣化判定手段２０は、劣化状態の判定結果を報知手段３０に対して出力する。
例えば劣化判定レベル１を上回った場合は、異常の程度が注意状態であると判定する。また、劣化判定レベル２を上回った場合は、異常の程度が警告状態であると判定する。また、劣化判定レベル３を上回った場合は、異常の程度が遮断状態であると判定する。
そして、報知手段３０は、異常の程度に応じて、例えばセグメントＬＥＤ又は液晶表示素子等に判定された劣化状態の程度に関する情報（例えば、注意、警告、遮断など）を表示させる。なお、この表示の際、所定のメンテナンス内容の情報を表示させるようにしても良い。例えば、注意の警告の際には部品寿命が近いことを注意喚起し、警告の際には部品交換を促すメッセージを表示し、遮断の際には部品寿命により運転不可である表示などを行う。

また、劣化判定手段２０は、劣化状態の異常程度の判定結果を停止手段４０に対して出力する。停止手段４０は、例えばアルミ電解コンデンサ２００が搭載された機器に対して、判定された異常の程度に応じた出力を行う。
例えば、異常の程度が注意状態である場合は機器に対する出力は行わない。異常の程度が警告状態である場合は、機器の出力電力の低下を指示する信号を出力する。また、異常の程度が遮断状態である場合は、停止信号を出力し、当該機器の動作を停止させる。
なお、劣化判定レベルの数は３つに限らず任意の数を設定することができる。

以上のように本実施の形態３においては、劣化判定手段２０は、劣化判定レベルが予め複数設定され、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常の程度を多段階に判定する。このため、上記実施の形態１又は２の効果に加え、アルミ電解コンデンサ２００の劣化の程度に応じた判定を行うことができる。

なお、本実施の形態３における劣化判定動作は、上記実施の形態１又は２の何れにも適用することができる。

実施の形態４．
図１２は、実施の形態４に係るインバータ装置の回路図である。
図１２において、インバータ装置３００は、整流回路３と、直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路５と、アルミ電解コンデンサ２００と、上記実施の形態１〜３の何れかに記載のコンデンサ劣化診断装置１００と、インバータ回路５の駆動を制御する制御手段６とにより構成されている。このインバータ装置３００は、商用電源１から供給される電力により駆動されるモータ７（負荷）の運転を制御するものである。

整流回路３は、例えば全波整流回路となっており、商用電源１の交流電圧を直流電圧に変換する。この整流回路３は、４個の半導体スイッチ素子の整流ダイオード３ａ〜３ｄをブリッジ接続して構成される。
整流回路３の出力側には平滑用のコンデンサとして、上述したアルミ電解コンデンサ２００が接続されている。

インバータ回路５は、アルミ電解コンデンサ２００により平滑された直流電圧が入力され、制御手段６からの制御により例えばＰＷＭ制御を行い、入力された直流電圧を任意電圧、任意周波数の交流に変換する。このインバータ回路５は、例えばトランジスタ等の半導体によるスイッチング素子５ａ〜５ｆを各々ブリッジ接続して構成される。また、各々のスイッチング素子５ａ〜５ｆには並列に逆電流方向にダイオードが設けられている。

制御手段６は、インバータ回路５のスイッチング素子５ａ〜５ｆのスイッチング時間を決定することでＰＷＭ（パルス幅変調：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を行い、モータ７の各巻線に電圧を印加することでモータ７を駆動制御する。

コンデンサ劣化診断装置１００は、上述した実施の形態１〜４の何れかと同様に、整流回路３の出力側に設けられたアルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を検知する。
また、コンデンサ劣化診断装置１００の停止手段４０は、劣化状態に応じた所定の信号を制御手段６に出力する。
例えば、停止手段４０は、劣化判定手段２０の出力に基づいて、制御手段６に対して停止信号又は負荷（モータ７）の出力電力の低下を指示する信号を出力する。

制御手段６は、コンデンサ劣化診断装置１００の判定結果に応じて、インバータ回路５を制御してモータ７を駆動制御する。
例えば、停止信号が入力された場合には、モータ７の駆動を停止させる。また、出力電力の低下を指示する信号が入力された場合には、モータ７の回転数を低減するなどして、インバータ回路５からの出力電力を低下させる。

以上のように本実施の形態４においては、劣化判定手段２０の判定結果に応じて、インバータ回路５の運転を制御するので、アルミ電解コンデンサ２００の劣化故障による発煙及び異臭の発生を防止することができる。

実施の形態５．
本実施の形態５では、家電機器として例えば空気調和機にコンデンサ劣化診断装置１００を搭載した場合の形態について説明する。
図１３は、実施の形態５に係る空気調和機の構成を示す図である。
図１３において、本実施の形態５における空気調和機は、室外機３１０、室内機３２０を備え、室外機３１０には、図示しない冷媒回路に接続され冷凍サイクルを構成する冷媒圧縮機３１１、図示しない熱交換機を送風する室外機用の送風機３１２を備えている。そして、この冷媒圧縮機３１１及び室外機用の送風機３１２の少なくとも一方は、上述したインバータ装置３００により制御されるモータ７により駆動される。
このような構成においても、上記実施の形態１〜４と同様の効果が得られることはいうまでもない。

なお、本実施の形態５では、家電機器の一例として空気調和機を説明したが、本発明はこれに限るものではなく、インバータ装置３００により駆動される負荷を備えた家電機器であれば良く、例えば冷蔵庫、手乾燥機、ＩＨクッキングヒータ、炊飯器、照明器具などでも良い。

１ 商用電源、３ 整流回路、３ａ〜３ｄ 整流ダイオード、５ インバータ回路、５ａ〜５ｆ スイッチング素子、６ 制御手段、７ モータ、１０ 温度センサ、１０ｂ 温度センサ、１０ｃ 温度センサ、１１ 温接点、１２ 冷接点、１３ アンプ、２０ 劣化判定手段、３０ 報知手段、４０ 停止手段、５０ 回路基板、５１ コンデンサ用導体パターン、５２ コンデンサ用導体パターン、５３ 伝熱用導体パターン、５４ 温度センサ用導体パターン、５５ 伝熱用導体パターン、１００ コンデンサ劣化診断装置、２００ アルミ電解コンデンサ、２０１ ケース、２０２ 上面、２０３ 樹脂、２１０ 端子、２１１ 端子、３００ インバータ装置、３１０ 室外機、３１１ 冷媒圧縮機、３１２ 送風機、３２０ 室内機。

Claims (13)

1. 回路基板に搭載されたコンデンサの劣化状態の異常を検知するコンデンサ劣化診断装置であって、
   前記回路基板の、前記コンデンサの搭載面とは反対面に設けられ、前記コンデンサと熱的に結合した伝熱用導体パターンと、
   前記伝熱用導体パターンの温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの検出値に基づいて、前記コンデンサの劣化状態の異常を判定する劣化判定手段と、を備えた
   ことを特徴とするコンデンサ劣化診断装置。
2. 前記回路基板は、前記コンデンサの搭載面とは反対面に、前記コンデンサの端子が接続されるコンデンサ用導体パターンが設けられ、
   前記伝熱用導体パターンは、前記コンデンサ用導体パターンに接続された
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ劣化診断装置。
3. 前記伝熱用導体パターンは、前記回路基板のうち前記コンデンサが搭載された領域内に設けられたランドである
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ劣化診断装置。
4. 前記温度センサは、サーミスタによって構成され、
   前記サーミスタの端子の一方が、前記伝熱用導体パターンに接続された
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のコンデンサ劣化診断装置。
5. 前記温度センサは、熱電対によって構成され、
   前記熱電対の温接点が、前記伝熱用導体パターンに接続された
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のコンデンサ劣化診断装置。
6. 前記温度センサは、前記伝熱用導体パターンにはんだ接続されて、前記回路基板に固定された
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のコンデンサ劣化診断装置。
7. 前記コンデンサは、電解コンデンサによって構成され、
   前記伝熱用導体パターンは、前記電解コンデンサのマイナス端子よりプラス端子に近い位置に設けられた
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のコンデンサ劣化診断装置。
8. 前記劣化判定手段は、
   前記温度センサの検出値が、予め設定した劣化判定レベルを超えたとき、前記コンデンサの劣化状態の異常を判定する
   ことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のコンデンサ劣化診断装置。
9. 前記劣化判定手段は、
   前記劣化判定レベルが予め複数設定され、前記コンデンサの劣化状態の異常の程度を多段階に判定する
   ことを特徴とする請求項８に記載のコンデンサ劣化診断装置。
10. 前記劣化判定手段が判定した劣化状態に関する情報を報知する報知手段を備えた
    ことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載のコンデンサ劣化診断装置。
11. 整流された電源電圧を平滑する電解コンデンサと、
    複数のスイッチング素子を有し、前記電解コンデンサによって平滑された直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、
    請求項１〜１０の何れか一項に記載のコンデンサ劣化診断装置と
    を備えたことを特徴とするインバータ装置。
12. 前記インバータ回路の駆動を制御する制御手段を備え、
    前記制御手段は、
    前記劣化判定手段の判定結果に応じて、前記インバータ回路の運転を制御する
    ことを特徴とする請求項１１に記載のインバータ装置。
13. 請求項１１又は１２に記載のインバータ装置と、
    前記インバータ回路によって駆動される負荷と
    を備えたことを特徴とする家電機器。

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