JPH0627175A

JPH0627175A - コンデンサの寿命計算装置

Info

Publication number: JPH0627175A
Application number: JP4180069A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Nagase; 俊昭長瀬; Shoji Sugiyama; 昭司杉山; Junichi Hida; 淳一飛田; Kenji Suga; 健治須賀; Masamitsu Inaba; 正光稲葉
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】電力変換装置の入力部に使用されるコンデン
サの寿命を正確に計算して、コンデンサを無駄にするこ
とを無くすとともに、コンデンサの劣化による装置の故
障を回避する。【構成】バッテリ１とインバータ２との間に電解コン
デンサ４を並列に接続する。制御回路７は、タイマ８に
より電解コンデンサ４の作動時間を計測させるととも
に、温度センサ６により電解コンデンサ４の内部温度を
検出させる。制御回路７は、作動時間と内部温度とに基
づいて、その作動時間が規定周囲温度で作動された場合
の何時間分に相当するかを表す寿命消費時間を求め、そ
の求めた寿命消費時間を積算して記憶部１０に記憶す
る。制御回路７はその積算した寿命消費時間が、規定周
囲温度で作動された場合の電解コンデンサ４の規定保証
寿命以上になると、電解コンデンサ４が寿命に達したと
判断し、表示部９にその旨を表示させるとともに、イン
バータ２の駆動を停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ装置、チョ
ッパ装置等の電力変換装置の入力部に使用される電解コ
ンデンサの寿命計算装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インバータ装置、チョッパ装置等の電力
変換装置では、その電力変換装置と電源との間に入力コ
ンデンサが並列に接続され、この入力コンデンサによっ
て、電力変換装置のスイッチング素子がターンオフする
際に配線インダクタンスの影響で発生するサージ電圧を
抑えて電圧を安定化するようにしている。

【０００３】この入力コンデンサには通常電解コンデン
サが使用されるが、電解コンデンサはスイッチング素子
等の他の電子部品に比べて経時劣化が大きく、寿命が短
い。そして、電解コンデンサが寿命末期になると、その
静電容量が減少してスイッチング素子の両端にかかるサ
ージ電圧が大きくなり、放置するとスイッチング素子に
過電圧が印加されて、同スイッチング素子が破壊される
場合がある。

【０００４】従って、電解コンデンサが寿命に達する前
に、電解コンデンサを新品と交換する必要がある。そこ
で、従来では、装置の平均的な使われ方（例えば１日あ
たりの使用時間）を想定した上で、予め電解コンデンサ
の規定の交換時期が定められており、その交換時期に達
したときに電解コンデンサを定期的に交換するようにし
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、装置の使わ
れ方は使用者によって大幅に異なるとともに、電解コン
デンサは周囲の環境温度の影響で作動時における発熱温
度が変化するものであり、その発熱温度によって寿命が
大幅に異なってくる。そのため、電解コンデンサが規定
の交換時期に達しても、電解コンデンサが未だ充分使用
可能な場合や、或いは既に寿命に達してしまっている場
合もある。

【０００６】従って、電解コンデンサを規定の交換時期
に画一的に交換することは、未だ寿命に達していない電
解コンデンサを交換することにより、その電解コンデン
サが無駄となったり、或いは定期交換前に既に電解コン
デンサが寿命に達していて、スイッチング素子等が破壊
されたりするという問題がある。

【０００７】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたものであって、その目的は、電力変換装置の入力部
に使用されるコンデンサの寿命を正確に計算して、コン
デンサを無駄にすることを無くすことができるととも
に、コンデンサの劣化による装置の故障を回避すること
ができるコンデンサの寿命計算装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、電源とその電源から電圧が印加さ
れる電力変換装置との間、又は電力変換装置と負荷との
間に配置されたコンデンサの寿命計算装置であって、コ
ンデンサの作動時間を計測する作動時間計測手段と、そ
の作動時におけるコンデンサの温度を検出する温度検出
手段と、作動時間計測手段が計測した作動時間と温度検
出手段が検出した温度とに基づいて、コンデンサの寿命
を計算する寿命計算手段とよりなるものである。

【０００９】

【作用】従って、本発明によれば、作動時間計測手段に
より、コンデンサの作動時間が計測されるとともに、温
度検出手段により、その作動時におけるコンデンサの温
度が検出される、そして、作動時間計測手段が計測した
作動時間と温度検出手段が検出した温度とに基づいて、
寿命計算装置によりコンデンサの寿命が計算される。従
って、使用者により装置の使われ方が異なったり、コン
デンサの周囲の環境温度が異なって同コンデンサの作動
時における発熱温度が異なっても、コンデンサの寿命を
正確に計算することができる。

【００１０】

【第１実施例】以下、本発明を具体化した第１実施例を
図１及び図２に基づいて説明する。図１に示すように、
電源としてのバッテリ１は電力変換装置としてのインバ
ータ２に接続され、このバッテリ１とインバータ２との
間には電解コンデンサ４が並列に接続されている。又、
インバータ２には誘導電動機等の交流負荷３が接続され
ている。電源スイッチ５はバッテリ１とインバータ２と
の間に配置されている。

【００１１】熱電対等よりなる温度検出手段としての温
度センサ６は電解コンデンサ４の内部に配置され、電解
コンデンサ４の内部温度ｔi を検出してその検出信号を
寿命計算手段としての制御回路７に出力する。制御回路
７は記憶部１０を有し、同制御回路７には作動時間計測
手段としてのタイマ８、及び各種情報を表示するための
表示部９が接続されている。

【００１２】そして、電源スイッチ５が投入された後、
制御回路７はインバータ２を作動させて、交流負荷３を
駆動させる。このとき、電解コンデンサ４によって、イ
ンバータ２のスイッチング素子（トランジスタ）２ａが
ターンオフする際に発生するサージ電圧が抑えられて電
圧が安定化される。又、制御回路７はインバータ２を作
動させて交流負荷３を駆動させると同時にタイマ８を作
動させて、電解コンデンサ４の作動時間Ｌを計測させ
る。尚、電解コンデンサ４の作動時間Ｌとは、インバー
タ２が作動されている時間である。又、制御回路７は、
温度センサ６からの検出信号に基づいて、前記作動時に
おける電解コンデンサ４の内部温度ｔi を求める。

【００１３】そして、制御回路７は前記作動時間Ｌと内
部温度ｔi とに基づいて、電解コンデンサ４の寿命を計
算する。即ち、制御回路７の記憶部１０には、下記の２
つの式（１），（２）が記憶されている。

【００１４】

【数１】

【００１５】

【数２】

【００１６】ここで、式（１）において、ｔn は電解コ
ンデンサ４の周囲近傍の温度である。又、Δｔはその周
囲温度ｔn を算出するために使用される偏差の値であ
る。この偏差Δｔ、電解コンデンサ４の周囲温度ｔn 、
及び温度センサ６により検出された電解コンデンサ４の
内部温度ｔi の間には次式（３）のような関係が設定さ
れている。

【００１７】Δｔ＝ｔi −ｔn …（３）尚、偏差Δｔは、予め実験により最適な値が求められて
記憶部１０に記憶されており、この第１実施例では１０
℃に設定されている。従って、電解コンデンサ４の周囲
温度ｔn （＝ｔi −Δｔ）は、温度センサ６による検出
温度ｔi と偏差Δｔとに基づいて容易に求められる。
尚、この実施例では、ｔn ≦４０℃となった場合は、ｔ
n ＝４０℃として以後の計算を行う。

【００１８】又、ｔo は電解コンデンサ４の周囲温度ｔ
n が予め規定された所定温度（本実施例では４０℃）の
場合の値であり、以後、規定周囲温度という。そして、
この規定周囲温度ｔo は記憶部１０に記憶されている。

【００１９】又、Ａo 及びＡn は図２に示すグラフより
求められる寿命係数であり、同図に示すように寿命係数
は、周囲温度ｔn が４５〜１０５℃の範囲では、その周
囲温度ｔn が上昇するにつれて大きくなる。そして、寿
命係数Ａo は、周囲温度ｔnを前記の規定周囲温度ｔo
と同一の温度４０℃とした場合の値であり、この値は図
２より規定寿命係数Ａo ＝１．４１として求められて、
予め記憶部１０に記憶されている。尚、ｔn ＞１０５℃
となるような場合は、電解コンデンサ４自体が破壊され
ると考えられるので、このような場合には、制御回路７
は表示部９に警告表示を行わせるとともに、インバータ
２の駆動を停止させる。

【００２０】又、式（１）により求められるＬn は、電
解コンデンサ４が周囲温度ｔn でＬ時間作動された場合
に、その作動時間Ｌが規定周囲温度ｔo ＝４０℃で作動
された場合の何時間分に相当するかを表すものであり、
以後、この時間Ｌn を寿命消費時間という。即ち、電解
コンデンサ４の周囲温度ｔn と規定周囲温度ｔo との偏
差、及び周囲温度ｔn に基づいて設定される寿命計数Ａ
n と規定寿命係数Ａoとの偏差等に基づいて、電解コン
デンサ４の実際の作動時間Ｌを所定倍した時間を、寿命
消費時間Ｌn としている。

【００２１】例えば、温度センサ６により検出された電
解コンデンサ４の内部温度ｔi が５０℃の場合は、偏差
Δｔが１０℃であるので、周囲温度ｔn は規定周囲温度
ｔoと同一の４０℃となる。又、図２より求められる寿
命係数Ａn も規定寿命係数Ａo と同一の１．４１とな
る。そして、この状態で電解コンデンサ４の作動時間Ｌ
が１００時間であったとすると、式（１）より明らかな
ように、寿命消費時間Ｌn は実際の作動時間Ｌと同一の
１００時間となる。

【００２２】又、例えば、温度センサ６により検出され
た電解コンデンサ４の内部温度ｔiが７０℃の場合は、
偏差Δｔが１０℃であるので周囲温度ｔn は６０℃とな
り、図２より求められる寿命係数Ａn は２．００とな
る。そして、この状態で電解コンデンサ４の作動時間Ｌ
が１００時間であったとすると、式（１）より寿命消費
時間Ｌn は６０４時間となる。即ち、電解コンデンサ４
は規定周囲温度ｔo より高い温度で作動されると、寿命
消費時間Ｌn として算出される時間が、実際の作動時間
Ｌより長い時間となる。

【００２３】又、式（２）において、Ｌo は電解コンデ
ンサ４が前記規定周囲温度ｔo で作動された場合の規定
の保証寿命であり、各種の電解コンデンサ毎に規格され
ているものである。そして、この実施例では、規定周囲
温度ｔo ＝４０℃で規定保証寿命Ｌo ＝80,000時間とい
う電解コンデンサ４を使用するものとして、この値Ｌo
＝80,000時間はｔo ＝４０℃とともに予め記憶部１０に
記憶されている。

【００２４】そして、制御回路７は、装置の使用毎に前
記式（１）に基づいて寿命消費時間Ｌn を求めるととも
に、その求めた寿命消費時間Ｌn を積算した状態で記憶
部１０に記憶していく。そして、制御回路７は式（２）
に基づいて、その積算した寿命消費時間ΣＬn が前記の
規定保証寿命Ｌo 以上になったか否かを判断して、規定
保証寿命Ｌo 以上になると電解コンデンサ４が寿命に達
したと判断し、表示部９にその旨を表示させるととも
に、インバータ２の駆動を停止させる。

【００２５】次に、前記のように構成されたコンデンサ
の寿命計算装置の作用を説明する。さて、電源スイッチ
５が投入された後、制御回路７はインバータ２を作動さ
せて、交流負荷３を駆動させる。又、インバータ２を作
動させて交流負荷３を駆動させるのと同時に、制御回路
７は、タイマ８を作動させて電解コンデンサ４の実際の
作動時間Ｌを計測するとともに、温度センサ６からの検
出信号に基づいて、その作動時における電解コンデンサ
４の内部温度ｔi を求める。

【００２６】そして、制御回路７は、前記実際の作動時
間Ｌと内部温度ｔi とに基づいて、式（１）より、その
実際の作動時間Ｌが規定周囲温度ｔo で作動された場合
の何時間分に相当するかを表す寿命消費時間Ｌn を求
め、その求めた寿命消費時間Ｌn を装置の使用毎に順次
積算して記憶部１０に記憶していく。そして、制御回路
７は式（２）に基づいて、その積算した寿命消費時間Σ
Ｌn が、規定周囲温度ｔo で作動された場合の規定保証
寿命Ｌo （本実施例では80,000時間) 以上になったか否
かを判断して、規定保証寿命Ｌo 以上になると電解コン
デンサ４が寿命に達したと判断し、表示部９にその旨を
表示させるとともに、インバータ２の駆動を停止させ
る。

【００２７】以上のように、この第１実施例では、タイ
マ８により計測された電解コンデンサ４の実際の作動時
間Ｌと温度センサ６により検出された電解コンデンサ４
の内部温度ｔi とに基づいて寿命消費時間Ｌn を求めて
いる。そして、その寿命消費時間Ｌn の積算値が規定保
証寿命Ｌo 以上になったか否かを判断することにより、
電解コンデンサ４が寿命に達したか否かを判断してい
る。

【００２８】つまり、使用者により装置の使われ方が異
なったり、電解コンデンサ４の周囲の環境温度が異なっ
て同コンデンサ４の作動時における発熱温度が異なった
りしても、その使われ方や周囲の環境温度に応じて電解
コンデンサ４の寿命が計算される。従って、前記従来の
ように電解コンデンサの交換時期が画一的に規定されて
いる場合とは異なり、その寿命を正確に判断して、最適
な時期に交換を行うことができる。そのため、未だ寿命
に達していない電解コンデンサを交換することにより、
その電解コンデンサが無駄となったり、或いは交換前に
既に電解コンデンサが寿命に達していて、スイッチング
素子等が破壊されたりするという問題が生じるおそれが
ない。

【００２９】

【第２実施例】次に、この発明の第２実施例を図３に基
づいて説明する。さて、この第２実施例においては、図
３に示すように、前記第１実施例と比較して、温度セン
サ６が設けられておらず、代わりにバッテリ１と電解コ
ンデンサ４との間に電流検出器１１が配置されている。
そして、この電流検出器１１にて、バッテリ１とインバ
ータ２との間のリプル分を含む電流値が検出され、その
検出信号が制御回路７に出力される。制御回路７は、電
流検出器１１から入力した検出信号に基づいて、電解コ
ンデンサ４に流れるリプル分のみの電流値を計算し、こ
の求めたリプル電流値、電解コンデンサ４の内部抵抗、
及び同コンデンサ４の放熱量等に基づいて電解コンデン
サ４の内部温度ｔi を計算する。尚、インバータ２側へ
流れる直流分の電流と電解コンデンサ４側へ流れるリプ
ル分の電流との比率、電解コンデンサ４の内部抵抗、及
び同コンデンサ４の放熱量等は、予め求められて記憶部
１０に記憶されている又、この第２実施例では、電解コ
ンデンサ４の周囲近傍に温度センサ１２が配置され、こ
の温度センサ１２にて検出された電解コンデンサ４の周
囲温度ｔn の検出信号は制御回路７に出力される。この
第２実施例では、制御回路７、電流検出器１１、及び温
度センサ１２により温度検出手段が構成されている。

【００３０】そして、制御回路７は、前記求めた電解コ
ンデンサ４の内部温度ｔi と温度センサ１２にて検出さ
れた電解コンデンサ４の周囲温度ｔn と、タイマ８にて
計測した実際の作動時間Ｌとに基づいて、式（１）より
寿命消費時間Ｌn を求める。その後、制御回路７は、前
記第１実施例と同じく、その求めた寿命消費時間Ｌnの
積算値が、規定保証寿命Ｌo 以上になったか否かを判断
することにより、電解コンデンサ４が寿命に達したか否
かを判断する。

【００３１】即ち、この第２実施例においては、電解コ
ンデンサ４の内部温度ｔi だけでなく、電解コンデンサ
４の周囲温度ｔn も実際に求めるようにしているので、
前記第１実施例のように、両温度ｔi ，ｔn の偏差Δｔ
を画一的に設定する場合と比較して、式（１）による寿
命消費時間Ｌn の算出をより正確に行うことができる。

【００３２】尚、この発明は前記各実施例に限定される
ものではなく、例えば以下のような態様で具体化するこ
とも可能である。（１）図４に示すように、電流検出器１１を電解コンデ
ンサ４と直列に接続すること。このように構成すると、
電流検出器１１により、電解コンデンサ４側へ流れるリ
プル分の電流値を直接検出することができるので、前記
第２実施例とは異なり、インバータ２側へ流れる直流分
の電流と電解コンデンサ４側へ流れるリプル分の電流と
の比率を考慮する必要がない。（２）第２実施例において、第１実施例と同じように、
温度センサ６により電解コンデンサ４の内部温度ｔi を
直接検出するようにすること。（３）第１及び第２実施例において、電解コンデンサ４
の内部温度ｔi を検出することなく、温度センサ１２に
より電解コンデンサ４の周囲温度ｔn のみ検出するよう
にして、偏差Δｔを１０℃等のように画一的に設定して
内部温度ｔi を算出するようにすること。（４）電解コンデンサ４の内部温度ｔi が所定の設定値
（例えば７０℃）を越えた場合のみの時間を計測して、
その計測時間を単に所定倍（例えば６倍）した時間を寿
命消費時間Ｌn として寿命計算を行うようにすること。（５）電解コンデンサ４の種類に応じて、偏差Δｔ、規
定周囲温度ｔo 、規定保証寿命Ｌo 等の値を適宜変更し
たり、寿命係数を求めるための図２のグラフにおいて、
前記実施例とは異なった傾きのデータを格納したりする
こと。（６）安全のために、寿命消費時間Ｌn の積算値が規定
保証寿命Ｌo より小さな値、例えばＬo ＝80,000の場合
でも72,000時間に達したら、電解コンデンサ４が寿命に
達したと判断するようにすること。（７）制御回路７は、電解コンデンサ４が寿命に達した
と判断したとき、インバータ２の駆動を停止させる代わ
りにインバータ２の出力を絞って、例えば交流負荷３が
誘導電動機の場合はその回転数を低下させるように制御
すること。（８）交流電源からの電流を電力変換装置としての整流
回路にて直流に変換して直流負荷を駆動するようにした
装置において、整流回路と直流負荷との間に配置された
電解コンデンサの寿命計算を行うように構成すること。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、電
力変換装置の入力部に使用されるコンデンサの寿命を正
確に計算することができ、コンデンサを無駄にすること
を無くすことができるとともに、コンデンサの劣化によ
る装置の故障を回避することができるという優れた効果
を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化したコンデンサの寿命計算装置
の第１実施例を示すブロック回路図である。

【図２】周囲温度と寿命係数との関係を示すグラフであ
る。

【図３】本発明の第２実施例を示すブロック回路図であ
る。

【図４】本発明の別例を示すブロック回路図である。

【符号の説明】

１…電源としてのバッテリ、２…電力変換装置としての
インバータ、４…電解コンデンサ、６…温度検出手段と
しての温度センサ、７…温度検出手段を構成する寿命計
算手段としての制御回路、８…作動時間計測手段として
のタイマ、１１…温度検出手段を構成する電流検出器、
１２…温度検出手段を構成する温度センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須賀健治愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者稲葉正光愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源とその電源から電圧が印加される電
力変換装置との間、又は電力変換装置と負荷との間に配
置されたコンデンサの寿命計算装置であって、コンデンサの作動時間を計測する作動時間計測手段と、その作動時におけるコンデンサの温度を検出する温度検
出手段と、作動時間計測手段が計測した作動時間と温度検出手段が
検出した温度とに基づいて、コンデンサの寿命を計算す
る寿命計算手段とよりなるコンデンサの寿命計算装置。