JP5615338B2

JP5615338B2 - コンデンサ劣化診断装置、インバータ装置、及び家電機器

Info

Publication number: JP5615338B2
Application number: JP2012246549A
Authority: JP
Inventors: 弘沼倉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2032-11-08
Also published as: JP2014095599A

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ー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ーを物理的に取り付けて、この温度センサー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ーを物理的に取り付ける際には、温度センサーを薄膜テープで絶縁被覆するとともに、温度センサー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ーを密着させている。このため、製造の手間と温度センサー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、電解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、前記電解コンデンサからの赤外線に対応して電圧を発生するサーモパイルを有する赤外線温度センサーと、前記赤外線温度センサーから出力された電圧に基づいて、前記電解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、前記赤外線温度センサーは、前記電解コンデンサからの赤外線によって加温される温接点と、当該赤外線温度センサーが搭載された基板に熱的に接続された冷接点との温度差に応じた電圧を発生し、前記基板、前記赤外線温度センサー、及び前記電解コンデンサは、同一の雰囲気中に配置され、前記劣化判定手段は、前記赤外線温度センサー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、前記電解コンデンサの劣化状態の異常を判定するものである。

本発明は、電解コンデンサからの赤外線に対応して発生した電圧に基づいて、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に係る赤外線温度センサーとアルミ電解コンデンサの配置関係を示す側面図である。実施の形態１に係る赤外線温度センサーと反射板とを示す拡大図である。実施の形態１に係る赤外線温度センサーの赤外線検知範囲を示す図である。実施の形態１に係る赤外線温度センサーの概略構成図である。実施の形態１に係るアルミ電解コンデンサの温度上昇と赤外線温度センサーの出力電圧との関係を示す図である。実施の形態２に係る赤外線温度センサーとアルミ電解コンデンサの配置関係を示す側面図である。実施の形態３に係る赤外線温度センサーとアルミ電解コンデンサの配置関係を示す側面図である。実施の形態３に係るセンサー基板の固定方法の一例を示す図である。実施の形態３に係るセンサー基板の固定方法の一例を示す図である。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３に係るセンサー基板の固定方法の一例を示す図である。実施の形態４に係るアルミ電解コンデンサの温度上昇と赤外線温度センサーの出力電圧との関係を示す図である。実施の形態５に係るインバータ装置の回路図である。実施の形態６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、赤外線温度センサー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「電解コンデンサ」に相当する。

赤外線温度センサー１０は、アルミ電解コンデンサ２００からの赤外線に対応して電圧を発生するサーモパイル１５（後述）を有しており、アルミ電解コンデンサ２００の表面温度Ｔｃと周囲温度Ｔａとの温度差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。

劣化判定手段２０は、赤外線温度センサー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に係る赤外線温度センサーとアルミ電解コンデンサの配置関係を示す側面図である。
図３は、実施の形態１に係る赤外線温度センサーと反射板とを示す拡大図である。
図４は、実施の形態１に係る赤外線温度センサーの赤外線検知範囲を示す図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は平面図である。
赤外線温度センサー１０は、アルミ電解コンデンサ２００が搭載された基板の同一面上に搭載されている。例えば図２に示すように、赤外線温度センサー１０は、アルミ電解コンデンサ２００が搭載されたコンデンサ搭載基板２１０の、アルミ電解コンデンサ２００と同一面上に搭載されている。
また、赤外線温度センサー１０は、検知視野がコンデンサ搭載基板２１０の面と略垂直方向に配置されている。赤外線温度センサー１０の上部には、アルミ電解コンデンサ２００からの赤外線を検知視野に導く反射板１１が設けられている。
この反射板１１は、開口部１２から入射した赤外線を、赤外線温度センサー１０へ向けて反射するものである。反射板１１及び開口部１２は、アルミ電解コンデンサ２００の側面から放射された赤外線が赤外線温度センサー１０へ入射するように構成されている。
このような構成によって、図４に示すように、赤外線温度センサー１０へ入射する赤外線の検知範囲が、アルミ電解コンデンサ２００の側面範囲となる。なお、赤外線温度センサー１０の検知範囲をアルミ電解コンデンサ２００の側面範囲より広くすると、アルミ電解コンデンサ２００以外からの赤外線が入射し易くなるため望ましくない。

コンデンサ搭載基板２１０及びその搭載部品（赤外線温度センサー１０及びアルミ電解コンデンサ２００等）は、回路基板ケース１１０に収納されている。さらに、この回路基板ケース１１０は、アルミ電解コンデンサ２００が搭載された機器の製品筐体１２０に収納されている。
このように、アルミ電解コンデンサ２００、コンデンサ搭載基板２１０、及び赤外線温度センサー１０は、同一の雰囲気中に配置されており、各部品の周囲温度Ｔａは略一致している。

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Ｉ_Ｒ≫漏れ電流Ｉ_Ｌ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の周囲温度Ｔａに対するアルミ電解コンデンサ２００の表面温度Ｔｃの温度上昇ΔＴｃを求め、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、温度上昇ΔＴｃを検出する赤外線温度センサー１０の詳細について説明する。

図５は、実施の形態１に係る赤外線温度センサーの概略構成図である。
図５に示すように、赤外線温度センサー１０は、サーモパイル１５、及び赤外線吸収膜１８を備える。
サーモパイル１５は、温接点１６と冷接点１７とを有する熱電対を、直列に複数接続して構成されており、温接点１６と冷接点１７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）。温接点１６は、赤外線吸収膜１８上に配置されており、入射した赤外線によって加温される。冷接点１７は、サーモパイル１５を構成する素子（例えばＳｉ）を介して、コンデンサ搭載基板２１０と熱的に接続されている。
このような構成により、温接点１６は、アルミ電解コンデンサ２００の表面温度Ｔｃに起因する赤外線によって加温される。
また、アルミ電解コンデンサ２００と同一の雰囲気中に配置されているコンデンサ搭載基板２１０の温度は、アルミ電解コンデンサ２００の周囲温度Ｔａと略同一であるため、冷接点１７の温度は、周囲温度Ｔａと略同一となる。

したがって、温接点１６と冷接点１７との間の温度差によって発生した熱起電力の積算値（以下「出力電圧ΔＶ」という）は、アルミ電解コンデンサ２００の表面温度Ｔｃと周囲温度Ｔａとの温度差である温度上昇ΔＴｃに比例した値となる。
赤外線温度センサー１０は、この出力電圧ΔＶを劣化判定手段２０へ出力する。

なお、本実施の形態１における赤外線温度センサー１０は、アルミ電解コンデンサ２００の温度上昇ΔＴｃを検出している。つまり、周囲温度Ｔａに対する相対値を検出するものであり、アルミ電解コンデンサ２００の表面温度Ｔｃ自体の絶対値を検出していない。
一般に、サーモパイル型の赤外線温度センサーでは、周囲温度Ｔａ（冷接点温度）をサーミスタ等により検出し、温度補償回路等の演算回路を用いて、出力値を補償することで測定対象物の温度の絶対値を検出している。
このように、本実施の形態１における赤外線温度センサー１０は、温度上昇ΔＴｃを検出しているので、出力値を補償するための演算回路が不要となり、簡易な構成とすることができ、製品コストを低減することができる。

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６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赤外線温度センサーの出力電圧との関係を示す図である。
図６に示すように、アルミ電解コンデンサ２００の温度上昇ΔＴｃと赤外線温度センサー１０の出力電圧ΔＶ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６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、赤外線温度センサー１０の出力電圧ΔＶがこの劣化判定レベル（図６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６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６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、また赤外線温度センサー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からの赤外線に対応してサーモパイル１５で発生した電圧に基づいて、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を判定する。このため、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に温度センサー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、温度センサーを物理的に取る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、サーモパイル１５で発生した電圧に基づいて、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。

また本実施の形態１においては、赤外線温度センサー１０は、アルミ電解コンデンサ２００からの赤外線によって加温される温接点１６と、当該赤外線温度センサー１０が搭載された基板に熱的に接続された冷接点１７との温度差に応じた出力電圧ΔＶを発生する。そして、劣化判定手段２０は、赤外線温度センサー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、サーモパイル１５の出力値を補償するための演算回路が不要となり、簡易な構成とすることができ、製品コストを低減することができる。
また、アルミ電解コンデンサ２００の温度上昇ΔＴｃと比例関係となる赤外線温度センサー１０の出力電圧ΔＶ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。

また本実施の形態１においては、赤外線温度センサー１０は、アルミ電解コンデンサ２００が搭載された基板の同一面上に搭載されている。このため、サーモパイル１５の冷接点１７の温度が、アルミ電解コンデンサ２００の周囲温度Ｔａと略同一となり、アルミ電解コンデンサ２００の温度上昇ΔＴｃを精度良く検出することができる。よって、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を精度良く判定することができる。

また本実施の形態１においては、赤外線温度センサー１０は、検知視野が基板の面と垂直方向に配置されている。そして、アルミ電解コンデンサ２００からの赤外線を検知視野に導く反射板１１を備えている。このため、アルミ電解コンデンサ２００からの赤外線を赤外線温度センサー１０へ効率よく入射させることができ、アルミ電解コンデンサ２００の温度上昇ΔＴｃを精度良く検出することができる。よって、アルミ電解コンデンサ２００の劣化状態の異常を精度良く判定することができる。

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７は、実施の形態２に係る赤外線温度センサーとアルミ電解コンデンサの配置関係を示す側面図である。
図７に示すように、本実施の形態２に係る赤外線温度センサー１０は、コンデンサ搭載基板２１０のアルミ電解コンデンサ２００と同一面上に搭載され、検知視野がコンデンサ搭載基板２１０の面と略水平方向に配置されている。そして、コンデンサ搭載基板２１０（導体パターン）と接続する出力リード１３をＬ字状に折り曲げている。
このような構成によって、赤外線温度センサー１０へ入射する赤外線の検知範囲が、アルミ電解コンデンサ２００の側面範囲となる。
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、上記実施の形態１で説明した反射板１１を設ける必要が無くなり、さらに簡易な構成とすることができ、製品コストを低減することができる。

実施の形態３．
以下、本実施の形態３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３に係る赤外線温度センサーとアルミ電解コンデンサの配置関係を示す側面図である。
図８に示すように、本実施の形態３に係る赤外線温度センサー１０は、センサー基板２２０に搭載され、センサー基板２２０は、アルミ電解コンデンサ２００が搭載されたコンデンサ搭載基板２１０に対して対向するように固定されている。アルミ電解コンデンサ２００、コンデンサ搭載基板２１０、赤外線温度センサー１０、及びセンサー基板２２０は、同一の雰囲気中に配置されており、各部品の周囲温度Ｔａは略一致している。
赤外線温度センサー１０は、検知視野がコンデンサ搭載基板２１０の面と略垂直方向に配置されている。
このような構成によって、赤外線温度センサー１０へ入射する赤外線の検知範囲が、アルミ電解コンデンサ２００の対向面範囲となる。
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。

なお、センサー基板２２０は、本発明における「第１基板」に相当する。また、コンデンサ搭載基板２１０は、本発明における「第２基板」に相当する。

本実施の形態３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３においては、上記実施の形態１で説明した反射板１１を設ける必要が無くなり、さらに簡易な構成とすることができ、製品コストを低減することができる。また、赤外線温度センサー１０の出力リード１３を折り曲げ加工する必要が無くなり、製造コストを低減することができる。

なお、センサー基板２２０をコンデンサ搭載基板２１０に対して固定する方法としては、たとえは図９及び図１０に示すような方法がある。
例えば図９に示すように、センサー基板２２０とコンデンサ搭載基板２１０との間に、例えばスペーサ２１１を配置し、各基板とスペーサ２１１とをネジ２１２で固定することで、コンデンサ搭載基板２１０にセンサー基板２２０を固定する。
また例えば図１０に示すように、回路基板ケース１１０に、センサー基板２２０をネジ２２１で固定する。
なお、センサー基板２２０の固定方法はこれに限るものではなく、センサー基板２２０に搭載した赤外線温度センサー１０が、コンデンサ搭載基板２１０に搭載したアルミ電解コンデンサ２００に対向して配置できるものであれば良い。

ここで、アルミ電解コンデンサ２００表面の放射率について説明する。

図１１はアルミ電解コンデンサを模式的に示す斜視図である。
図１１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。つまり、ケース２０１の上面２０２は、その外周部を除きアルミニウム等の金属が露出している。
アルミ電解コンデンサ２００を被覆する樹脂２０３の放射率は、アルミニウム等の金属の放射率より大きいものである。例えば、樹脂２０３の放射率は約０．９５、アルミニウム等の金属の放射率は約０．５〜０．６程度である。
したがって、アルミ電解コンデンサ２００の表面温度Ｔｃの検出には、樹脂２０３で覆われている部分から放射された赤外線を検出するのが望ましい。

このようなことから、アルミ電解コンデンサ２００の上面側（コンデンサ搭載基板２１０と反対面側）が、樹脂２０３で覆われていない場合には、図１２に示すように、赤外線温度センサー１０を搭載したセンサー基板２２０を、アルミ電解コンデンサ２００の側面方向に固定して、赤外線温度センサー１０は、検知視野がコンデンサ搭載基板２１０の側面方向と成るように配置するようにする。
これによって、アルミ電解コンデンサ２００の上面側が、樹脂２０３で覆われていない場合にも、アルミ電解コンデンサ２００の温度上昇ΔＴｃ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。

なお、ケース２０１の金属が露出した上面からの赤外線を検出する場合であっても、測定箇所の金属の放射率を考慮して劣化判断レベルを設定することで、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。
一般に、赤外線温度センサーにおいては測定対象の放射率を考慮して補正を行う必要があるが、本実施の形態におけるコンデンサ劣化診断装置１００は、温度上昇ΔＴｃに比例する出力電圧ΔＶと劣化判定レベルとを比較することで、劣化状態の異常を判定しているため、放射率を考慮した補正等を行う必要が無く、簡易な構成とすることができ、製品コストを低減することができる。

実施の形態４．
本実施の形態４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１３は、実施の形態４に係るアルミ電解コンデンサの温度上昇と赤外線温度センサーの出力電圧との関係を示す図である。
本実施の形態４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１３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、赤外線温度センサー１０の出力電圧ΔＶ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ΔＶ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ΔＶ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４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４における劣化判定動作は、上記実施の形態１〜３の何れにも適用することができる。

なお、上記実施の形態１〜３では、サーモパイル１５を有する赤外線温度センサー１０について説明したが、赤外線を用いた非接触で温度を検知する温度センサーには他に焦電型及び量子型がある。このような、非接触型の温度センサーにおいても本発明の技術思想を適用して、アルミ電解コンデンサ２００の温度上昇ΔＴｃを検出することで、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。

実施の形態５．
図１４は、実施の形態５に係るインバータ装置の回路図である。
図１４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１〜４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：ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）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５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６．
本実施の形態６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１５は、実施の形態６に係る空気調和機の構成を示す図である。
図１５において、本実施の形態６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１〜５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６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赤外線温度センサー、１１反射板、１２開口部、１３出力リード、１５サーモパイル、１６温接点、１７冷接点、１８赤外線吸収膜、２０劣化判定手段、３０報知手段、４０停止手段、１００コンデンサ劣化診断装置、１１０回路基板ケース、１２０製品筐体、２００アルミ電解コンデンサ、２０１ケース、２０２上面、２０３樹脂、２１０コンデンサ搭載基板、２１１スペーサ、２１２ネジ、２２０センサー基板、２２１ネジ、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

電解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、
前記電解コンデンサからの赤外線に対応して電圧を発生するサーモパイルを有する赤外線温度センサーと、
前記赤外線温度センサーから出力された電圧に基づいて、前記電解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、
前記赤外線温度センサーは、
前記電解コンデンサからの赤外線によって加温される温接点と、当該赤外線温度センサーが搭載された基板に熱的に接続された冷接点との温度差に応じた電圧を発生し、
前記基板、前記赤外線温度センサー、及び前記電解コンデンサは、同一の雰囲気中に配置され、
前記劣化判定手段は、
前記赤外線温度センサー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、前記電解コンデンサの劣化状態の異常を判定する
ことを特徴とするコンデンサ劣化診断装置。
前記赤外線温度センサーは、
前記電解コンデンサが搭載された基板の同一面上に搭載された
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。
前記赤外線温度センサーは、
検知視野が前記基板の面と垂直方向に配置され、
前記電解コンデンサからの赤外線を前記検知視野に導く反射板を備えた
ことを特徴とする請求項２に記載のコンデンサ劣化診断装置。
前記赤外線温度センサーは、
検知視野が前記基板の面と水平方向に配置され、
前記基板と接続する出力リードをＬ字状に折り曲げた
ことを特徴とする請求項２に記載のコンデンサ劣化診断装置。
前記赤外線温度センサーは、第１基板に搭載され、
前記第１基板は、
前記電解コンデンサが搭載された第２基板に対して固定された
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。
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、前記電解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１〜５の何れか一項に記載のコンデンサ劣化診断装置。
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１〜６の何れか一項に記載のコンデンサ劣化診断装置。
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１〜７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。
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８に記載のインバータ装置。
請求項８又は９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。