KR20050109414A

KR20050109414A - 온도 검출구조 및 전자기기

Info

Publication number: KR20050109414A
Application number: KR1020050101582A
Authority: KR
Inventors: 마사시 이소즈미; 츠네토시 오바
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2005-11-21
Also published as: JP2003243269A; CN1439867A; TW200303424A; US20030185271A1; EP1338874B1; CN2630815Y; CN1181353C; KR100538070B1; JP3850311B2; US6880967B2; KR20030069806A; KR100656665B1; EP1338874A1; TWI259906B; EP1338874B2

Abstract

본 발명은, 잔존 수명을 용이하게 파악 인식할 수 있도록 함으로서, 생산 공정 등에 지장을 초래하는 일 없이 유지 보수 관리를 행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하며, 이를 위한 수단으로서, 기기 내에 조립된 전해 콘덴서(24)의 온도를 검출하고, 온도-수명 법칙에 의거하여 실사용에 있어서의 잔존 수명을 연산하고, 잔존 수명을 표시한다. 전해 콘덴서(24)와 박막 테이프(23)를 감아서 절연하는 온도 센서(22)를 열수축 튜브(25) 내에 수용하고, 1차측의 전해 콘덴서(24)에, 2차측의 온도 센서(22)를 밀착시켜 구성되어 있다.

Description

온도 검출구조 및 전자기기{STRUCTURE OF TEMPERATURE DETECTION AND ELECTRONIC EQUIPMENT HAVING THE SAME}

본 발명은, 콘덴서 등의 잔존 수명을 예측하는 방법 및 이 방법에 알맞는 온도 검출구조 및 이러한 콘덴서를 구비한 전원장치를 구비한 각종 전자기기에 관한 것이다.

(종래의 기술)

이와 같은 종류의 전자기기, 예를 들면, 전원장치에 있어서는, 그것에 사용되는 회로 부품 가운데에서 수명이 가장 짧은 전해 콘덴서의 수명을 예측하여 해당 전원장치의 수명으로 하고 있다.

전해 콘덴서의 수명은, 온도와 수명과의 관계를 나타내는 온도-수명 법칙인 아레니우스(Arrhenius)의 법칙에 의거한 하기의 연산식에 의해 산출할 수 있음이 알려져 있다.

Lx = Lo × 2^{(To - tx)/10} ×k

Lx : 실사용시의 추정 수명(시간)

Lo : 최고 사용 온도에 있어서의 보증 수명(시간)

To : 최고 사용 온도(℃)

tx : 실사용 온도(℃)

k : 수명 계수

또한, 수명 계수(k)는, 콘덴서 메이커에 의해 각종의 식이 제안되어 있고, 인가 전압, 리플 전류, 주위 온도 등에 의한 환산 계수이다.

종래로부터, 이러한 연산식에 의거한 수명 예측에 관해 여러가지의 제안이 이루어져 있다.

그러나, 종래예에서는, 아레니우스의 법칙에 의거한 연산식으로 추정 수명을 산출하고, 이 추정 수명에서 실제의 가동 시간을 감산하고, 미리 정한 임계치에 달하였을 때에 수명이라고 판정하여 경보를 출력한다는 것으로서, 실사용에 있어서의 잔존 수명을 통보할 수 있도록 한 것이 아니다.

일반적으로, 각종의 생산 설비 등에 이용되고 있는 전자기기의 교환은, 생산 업무 등에 지장을 초래하지 않도록 연간 스케줄에 편입되어 있다. 따라서, 어느날 돌연히 수명 도달의 경보 출력이나 표시가 나타나는 종래예에서는, 사용하기에 편리하지 않고, 수명 도달의 경보 출력이나 표시가 정기 유지보수 시기 이외에 나온 경우에는 기기 교환을 위해 라인 정지를 행하지 않으면 안되는 문제점이 있다.

따라서 실사용에 있어서의 잔존 수명, 즉 가동이 가능한 잔여 시간을 예측할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 아레니우스의 법칙에 의거한 수명의 예측을 정밀도 좋게 행하고자 하면, 상술한 연산식으로부터 분명한 바와 같이, 전해 콘덴서의 실사용 온도(tx)를 정확하게 검출할 필요가 있다. 전해 콘덴서의 실사용 온도를 검출하기 위해, 온도 센서가 설치되는 것이지만, 그 주위의 공기 대류 등의 영향을 받기 때문에 정확한 온도 검출을 행하는 것은 용이하지 않다.

특히, 전원장치에 있어서는, 트랜스에 의해, 1차측 회로와 2차측 회로가 절연되어 있고, 수명 예측의 대상이 되는 전해 콘덴서가 1차측 회로인 데 대해, 온도 센서로부터의 검출 온도에 의거하여 수명을 연산하는 저전압 구동의 마이크로 컴퓨터 등의 연산 회로는 2차측 회로이다. 따라서 전해 콘덴서와 온도 센서와의 절연을 취하면서, 전해 콘덴서의 온도를 정확하게 검출하는 것은 한층 곤란하다.

본 발명은, 이와 같은 실정에 착안하여 이루어진 것으로서, 실사용에 있어서의 잔존 수명을 예측할 수 있는 것을 주된 목적으로 하고, 또한 그 예측 정밀도를 높이는 데 알맞은 온도 검출구조 및 잔존 수명을 통보할 수 있는 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 다음과 같이 구성된다.

즉, 본 발명의 잔존 수명 예측 방법은, 대상물의 잔존 수명을 예측하는 방법으로서, 온도-수명 법칙에 의거한 연산식에 따라 소정 온도에 있어서의 잔존 수명을 산출하는 산출 스텝과, 산출한 잔존 수명을 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환하는 변환 스텝을 구비한다.

본 발명에 의하면, 온도-수명 법칙에 의거한 연산식에 따라 소정 온도에 있어서의 잔존 수명을 산출하고, 그것을 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환함으로써, 실사용에 있어서의 잔존 수명을 예측할 수 있게 되고, 이 잔존 수명으로부터 교환 시기를 파악하여 유지보수 계획을 수립할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 있어서는, 미리 정한 시간이 경과 할 때마다 상기 산출 스텝 및 상기 변환 스텝을 행하고, 상기 산출 스텝에서는, 실사용에 있어서의 상기 미리 정한 시간의 경과를, 상기 소정 온도에 있어서의 경과 시간으로 환산하여 잔존 수명에서 감산하고, 상기 변환 스텝에서는, 상기 소정 온도에 있어서의 잔존 수명과 실사용에 있어서의 잔존 수명 간의 비례 관계에 의거하여 변환하는 것이다.

여기서, 미리 정한 시간이 경과 할 때마다란, 일정한 시간이 경과 할 때마다, 즉 일정한 시간 간격이라도 좋고, 일정하지 않은 시간 간격이라도 좋다.

본 발명에 의하면, 미리 정한 시간이 경과하면, 그 경과 시간을, 소정 온도에 있어서의 경과 시간으로 환산하고, 소정 온도에 있어서의 잔존 수명에서 감산하고, 얻어진 소정 온도에 있어서의 잔존 수명을, 비례 관계를 이용하여 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환하기 때문에, 미리 정한 시간이 경과할 때마다 그 시점에 있어서의 잔존 수명을 예측할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 실시 형태에 있어서는, 상기 산출 스텝에서는, 실사용시의 온도를 이용하여 온도-수명 법칙에 의거하여 상기 환산을 행하고, 상기 변환 스텝에서는, 상기 소정 온도에 있어서의 초기 시점의 총 잔존 수명을 기준으로 하여, 상기 소정 온도에 있어서의 다른 시점의 잔존 수명과, 상기 다른 시점에 대응하는 실사용에 있어서의 경과 시간에 의거하여, 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환하는 것이다.

본 발명에 의하면, 미리 정한 시간이 경과하면, 그 경과 시간을, 실제 사용시의 온도를 이용하여 온도-시간 법칙에 의거하여 소정의 온도에 있어서의 경과 시간으로 환산하기 때문에, 실제의 사용시의 온도가 소정 온도로부터 변화하더라도 올바르게 환산되고, 또한, 환산한 경과 시간을, 소정 온도에 있어서의 잔존 수명에서 감산하기 때문에, 산출되는 소정 온도에 있어서의 잔존 수명은, 그때까지의 실사용 온도를 포함한 과거의 이력에 의거하는 것이므로, 잔존 수명을 정밀도 좋게 예측할 수 있다. 또한, 소정 온도에 있어서의 초기 시점의 총 잔존 수명을 기준으로 하여 변환하기 때문에, 실제 사용이 시작된 후의 시점에 있어서의 잔존 수명을 기준으로 하는 경우에 비해, 정밀도 좋게 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환할 수 있다.

본 발명의 또다른 실시 형태에 있어서는, 잔존 수명의 예측 대상물이 콘덴서이다.

본 발명에 의하면, 콘덴서의 잔존 수명을 예측할 수 있기 때문에, 콘덴서를 구비하는 각종 기기의 잔존 수명을, 콘덴서의 잔존 수명으로서 예측할 수 있게 된다.

본 발명의 온도 검출구조는, 콘덴서의 온도를 검출하는 구조로서, 상기 콘덴서의 온도를 검출하는 온도 센서를, 절연 테이프로 감아서 상기 콘덴서에 밀착시켜 배치한 것이다.

본 발명에 의하면, 절연 테이프로서는, 매우 얇은 테이프가 시판되고 있기 때문에, 이러한 절연 테이프를 감더라도 그 두께는 극히 얇고, 소망하는 절연 성능을 확보하면서 콘덴서에 온도 센서를 매우 가깝게 접근하여 배치 구비할 수 있어서, 콘덴서의 온도를 정밀도 높게 검출할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 있어서는, 상기 절연 테이프가 감겨진 온도 센서 및 상기 콘덴서를 열수축 튜브 내에 수납하여 일체화 한 것이다.

본 발명에 의하면, 열수축 튜브의 수축에 의해 콘덴서에 절연 테이프를 사이에 두고 온도 센서가 밀착된 상태로 양자가 일체화 되고, 열수축 튜브의 열전도에 의해 튜브 내 온도가 균등화 되어, 콘덴서 온도와 센서 검출 온도와의 차가 거의 없게 된다. 또한, 열수축 튜브를 통하여서의 일체화에 의해 열용량이 같게 되어, 외기풍 등에 의해 온도 센서만이 급격하게 온도 변동하는 일이 없어진다.

본 발명의 또다른 실시 형태에 있어서는, 상기 콘덴서는 트랜스에 의해 절연된 1차측의 회로 부품이고, 상기 온도 센서는 2차측의 회로에 조립된 부품으로서, 해당 온도 센서는 리드선을 통하여 2차측의 회로에 접속된다.

본 발명에 의하면, 1차측 회로 부품인 콘덴서와 2차측 회로에 조립된 온도 센서 사이의 소망하는 절연을, 상기 절연 테이프를 감아 확보할 수 있다. 또한, 콘덴서에 밀착하여 배치되는 온도 센서는, 2차측 회로에 접속할 필요가 있지만, 콘덴서를 포함한 1차측 회로 부품이 실장되어 있는 회로 기판의 배선 패턴을 통하여 접속하는 것이라면, 필요한 절연 거리를 확보하는 것이 곤란하다. 그래서, 리드선을 이용함으로써, 상기 회로 기판에 붙어서 뻗어가지 않고, 그 윗쪽을, 2차측의 회로까지 가로 질러서 소망하는 절연 성능을 확보하여 접속할 수 있다.

본 발명의 전자기기는, 콘덴서를 구비하는 전자기기로서, 상기 콘덴서의 온도를 검출하는 온도 센서와, 상기 온도 센서로부터의 검출 온도를 이용하여, 상기 콘덴서의 잔존 수명을 연산하는 연산 수단과, 연산된 잔존 수명을 통보하는 통보 수단을 구비하고, 상기 연산 수단은, 콘덴서 온도-수명 법칙에 의거한 연산식에 따라 소정 온도에 있어서의 잔존 수명을 산출하는 산출부를 구비하는 것이다.

본 발명에 의하면, 콘덴서의 온도를 검출하는 온도 센서로부터의 검출 온도를 이용하여, 콘덴서 온도-수명 법칙에 의거한 연산식에 따라, 소정 온도에 있어서의 잔존 수명을 산출하기 때문에, 소정 온도에 있어서의 잔존 수명과 실사용에 있어서의 잔존 수명이 거의 비례 관계에 있기 때문에, 상기 소정 온도에 있어서의 초기 시점의 총 잔존 수명과, 상기 연산식에 따라 산출된 잔존 수명과의 비율을, 실사용에 있어서의 상기 비율로 간주할 수 있고, 예를 들면, 잔존 수명이, 총수명(총 잔존 수명)의 몇 %라는 통보를 행할 수가 있고, 이에 의거하여, 교환 시기를 파악하여 유지보수 계획을 수립할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 있어서는, 상기 연산 수단은, 실사용에 있어서의 상기 콘덴서의 잔존 수명을 연산하는 것으로서, 상기 산출부에서 산출된 소정 온도에 있어서의 잔존 수명을, 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환하는 변환부를 구비하고, 상기 통보 수단은 연산된 잔존 수명을 표시하는 것이다.

본 발명에 의하면, 콘덴서 온도-수명 법칙에 의거한 연산식에 따라 소정 온도에 있어서의 잔존 수명을 산출하고, 그것을 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환하여 통보 수단에서 표시하기 때문에, 이 잔존 수명으로부터 교환 시기를 파악하여 유지보수 계획을 수립할 수 있다.

본 발명의 또다른 실시 형태에 있어서는, 상기 연산 수단은, 미리 정한 시간이 경과할 때마다 실사용에 있어서의 상기 콘덴서의 잔존 수명을 연산하는 것이고, 상기 산출부는, 실사용에 있어서의 상기 미리 정한 시간의 경과를, 상기 소정 온도에 있어서의 경과 시간으로 환산하여 잔존 수명에서 감산하는 것이고, 상기 변환부는, 상기 소정 온도에 있어서의 잔존 수명과 실사용에 있어서의 잔존 수명간의 비례 관계에 의거하여 변환하는 것이다.

본 발명에 의하면, 미리 정한 시간이 경과하면, 그 경과 시간을, 소정 온도에 있어서의 경과 시간으로 환산하고, 소정 온도에 있어서의 잔존 수명에서 감산하고, 얻어진 소정 온도에 있어서의 잔존 수명을, 비례 관계를 이용하여 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환하여 통보하기 때문에, 미리 정한 시간이 경과할 때마다 그 시점에 있어서의 잔존 수명을 통보할 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 상기 산출부는, 상기 온도 센서로부터의 검출 온도를 이용하여 콘덴서 온도-수명 법칙에 의거하여 상기 환산을 행하는 것이고, 상기 변환부는, 상기 소정 온도에 있어서의 초기 시점의 총 잔존 수명을 기준으로 하여, 상기 소정 온도에 있어서의 다른 시점의 잔존 수명과, 상기 다른 시점에 대응하는 실사용에 있어서의 경과 시간에 의거하여, 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환하는 것이다.

본 발명에 의하면, 미리 정한 시간이 경과하면, 그 경과 시간을, 실제의 사용시의 온도를 이용하여 콘덴서 온도-수명 법칙에 의거하여 소정의 온도에 있어서의 경과 시간으로 환산하기 때문에, 실제의 사용시의 온도가 소정 온도로부터 변화하더라도 올바르게 환산되고, 또한, 환산한 경과 시간을, 소정 온도에 있어서의 잔존 수명에서 감산하기 때문에, 산출되는 소정 온도에 있어서의 잔존 수명은, 그때까지의 실사용 온도를 포함하는 과거의 이력에 의거한 것으로 되어, 잔존 수명을 정밀도 좋게 예측할 수 있다. 또한, 소정 온도에 있어서의 초기 시점의 총 잔존 수명을 기준으로 하여 변환하기 때문에, 실제의 사용이 시작된 후의 시점에 있어서의 잔존 수명을 기준으로 하는 경우에 비해, 정밀도 좋게 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 있어서는, 상기 변환부에 있어서의 변환의 기준이 되는 상기 초기 시점의 총 잔존 수명을, 다른 시점에 있어서의 잔존 수명으로 치환하는 수단을 구비하고 있다.

본 발명에 의하면, 온도 조건이 크게 다른 환경에서 사용하는 경우에는, 변환의 기준점을, 온도 조건이 변한 후의 시점으로 치환함으로써, 정밀도가 높은 잔존 수명의 연산이 가능하게 된다.

본 발명의 다른 실시 형태에 있어서는, 상기 콘덴서는, 트랜스에 의해 절연된 1차측의 회로 부품이고, 상기 온도 센서는 2차측의 회로에 조립된 부품으로서, 해당 온도 센서는 절연 테이프로 감겨져서 상기 콘덴서에 밀착 배치되는 것이다.

본 발명에 의하면, 절연 테이프로서는, 극히 얇은 테이프가 시판되고 있기 때문에, 이러한 절연 테이프를 감더라도 그 두께는 극히 얇고, 1차측의 콘덴서와 2차측의 온도 센서와의 소망하는 절연 성능을 확보하면서 콘덴서에 온도 센서를 극히 접근하여 배치 구비할 수 있고, 콘덴서의 온도를 정밀도 높게 검출할 수 있다.

본 발명의 또다른 실시 형태에 있어서는, 상기 절연 테이프가 감겨진 온도 센서 및 상기 콘덴서를, 열수축 튜브 내에 수납하여 일체화 함과 함께, 상기 온도 센서는 상기 연산 수단에 리드선을 통하여 접속되는 것이다.

본 발명에 의하면, 열수축 튜브의 수축에 의해 콘덴서에 절연 테이프를 사이에 두고 온도 센서가 밀착된 상태에서 양자가 일체화되고, 열수축 튜브의 열전도에 의해 튜브 내 온도가 균등화되고, 콘덴서 온도와 센서 검출 온도와의 차가 거의 없어진다. 또한, 열수축 튜브를 통하여서의 일체화에 의해 열용량이 같게 되어, 외기풍 등에 의해 온도 센서만이 급격하게 온도 변동하는 일이 없어진다. 콘덴서에 밀착하여 배치되는 온도 센서는, 2차측의 회로인 연산 수단에 접속되는 것이지만, 콘덴서를 포함한 1차측의 회로 부품이 실장되어 있는 회로 기판의 배선 패턴을 통하여 접속하는 것으로서는, 필요한 절연 거리를 확보하는 것이 곤란하다. 그래서, 리드선을 이용함으로써, 상기 회로 기판에 붙어서 뻗어가는 일 없이, 그 위쪽을, 연산 수단까지 가로 질러서 소망하는 절연 성능을 확보하면서 접속할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 상기 통보 수단은, 연산된 잔존 수명을, 문자 표시와 수치 표시로 전환 가능하다.

본 발명에 의하면, 수명 도달까지 기간이 너무 많은 기간은 문자 표시에 의해 개략적인 열화 상태를 대충기준으로서 파악할 수 있고, 수명 도달까지의 기간이 짧아지면, 수치 표시로 전환함으로써, 관리에 유효하게 활용할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 있어서는, 상기 연산 수단은, 상기 산출부에서 산출되는 소정 온도에 있어서의 잔존 수명이, 상기 소정 온도에 있어서의 초기 시점의 총 잔존 수명에 차지하는 비율을 열화도로서 산출하는 열화도 산출부를 구비하고, 상기 통보 수단은 산출된 상기 열화도를 표시하는 것이다.

본 발명에 의하면, 연산된 잔존 수명을, 몇년, 몇개월 또는 몇시간이라는 수치 표시에 한하지 않고, 예를 들면, 총수명(총 잔존 수명)의 몇할 또는 몇 % 사용하여 열화하였는지 표시하는 것이 가능하게 되고, 이 열화도에 의거하여 교환 시기를 관리할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의거하여 설명한다.

도 1에, 본 발명에 관한 전자기기의 한 예인 전원장치(1)의 전체 사시도가, 또한, 도 2 및 도 3에 그 분해한 사시도가, 도 4에 일부를 노치(notch)한 평면도가 각각 도시되어 있다.

본 전원장치(1)는, 전원 시설에 가로로 걸쳐서 고정된 DIN 레일 등의 지지 레일(2) 앞면에 결합 분리가 자유롭게 장착되는 상자형의 유닛 형상으로 구성된 것으로서, 그 케이싱(3)은, 앞을 향하게 개구된 속깊이가 있는 상자 모양으로 수지 성형된 케이스 본체(3a)와, 그 앞면에 결합 연결되는 수지제의 프론트 커버(3b)로 이루어지고, 이 케이싱(3)의 내부에 도 3에 도시된 전원 회로부(4)가 조립 지지되어 있다.

상기 케이싱(3)의 앞면, 즉, 프론트 커버(3b)의 앞벽에 있어서의 상하 중간 부위에는, 뒤를 향하게 개구된 얕은 상자 모양으로 수지 성형된 보조 케이스(5)가 결합 분리가 자유롭게 결합 연결되어 있고, 프론트 커버(3b)와 보조 케이스(5) 사이에 형성된 공간에, 후술하는 바와 같이 하여 잔존 수명 등의 연산을 행하는 연산 회로부(6)가, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 조립 지지되어 있다.

상기 전원 회로부(4)는, 전원 회로용의 기판으로서, 좌우에 면하는 주기판(7)과 그 앞부분에 전후로 면하여 연결된 앞부분 기판(8)을 구비하고 있고, 주기판(7)에 전원 회로를 구성하는 각종 전자 부품(9)이 실장됨과 함께, 앞부분 기판(8)에 입출력용의 단자대(10, 11) 등이 장착되어 있다. 또한, 단자 나사는, 도시 생략하고 있다.

상기 연산 회로부(6)는, 연산 회로용의 기판으로서, 프론트 커버(3b)의 앞면에 평행하게 지지되는 보조 기판(12)을 구비하고 있고, 이 보조 기판(12)에는, 잔존 수명, 전압 설정치, 출력 전압 현재치, 출력 전류 현재치, 피크 전류치 등을 표시하여 통보하는 통보 수단으로서의 LED 표시기(13), 표시의 모드를 전환하는 모드 전환 스위치(14), CPU(15) 등이 실장되어 있다. 그리고, 연산 회로부(6)에 있어서의 보조 기판(12)의 배면에 장비된 커넥터(16a)와 전원 회로부(4)의 앞부분 기판(8)에 장비된 커넥터(16b)가, 프론트 커버(3b)에 형성한 개구(17)를 통하여 접속되고, 전원 회로부(4)와 연산 회로부(6)가 전기적으로 접속되도록 되어 있다.

상기 구성에 의하면, 케이싱(3)의 앞벽인 프론트 커버(3b)가 전원 회로부(4)와 연산 회로부(6)를 격리하는 열차단용의 격벽으로 되어, 전원 회로부(4)로부터의 열을 유효하게 차단한다.

도 5는 본 실시의 형태의 전원장치(1)의 블록도이다.

전원 회로부(4)는, 교류 입력을 정류(整流) 평활하는 입력 정류 회로(31)와, FET 등의 스위칭 소자를 구비하는 스위칭 회로(32)와, 입력을 스위칭 소자의 온오프 동작에 따라 소정의 출력으로 변환하는 트랜스(33)와, 트랜스(33)로부터의 출력을 정류하는 출력 정류 회로(34)를 구비하며, 이러한 구성은, 기본적으로 종래예와 마찬가지이다.

본 실시 형태에서, LED 표시기(13)에, 출력 전압치, 출력 전류치, 피크 전류치 등을 표시하기 위해, 출력 전압 검출 회로(35), 출력 전류 검출 회로(36) 및 전류/전압 변환기(37)를 구비하며, 출력 전압 검출 회로(35) 및 전류/전압 변환기(37)의 출력이, 상술한 커넥터(16a, 16b) 등을 통하여 연산 회로부(6)에 주어진다. 연산 회로부(6)는, 도시하지 않은 OP 앰프[연산 증폭기], A/D 변환기 및 상술한 CPU(15) 등을 구비한다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 해당 전원장치(1)의 교환 시기를 파악할 수 있도록 하기 위해, 트랜스(33)로 절연된 1차측의 회로 부품인 도 3에 도시된 전해 콘덴서(24)의 잔존 수명을, 2차측의 연산 회로부(6)에서 후술하는 바와 같이 아레니우스의 법칙에 의거한 연산식에 따라 산출하고, 잔존 수명을 LED 표시기(13)에 표시하도록 하고 있다.

아레니우스의 법칙에 의거하여, 전해 콘덴서(24)의 수명을 연산하는데는, 전해 콘덴서(24)의 온도를 검출할 필요가 있고, 정밀도가 높은 잔존 수명의 연산을 행하기 위해서는, 전해 콘덴서(24)의 온도 검출을 고정밀도로 행할 필요가 있다.

이 경우, 전해 콘덴서(24)는, 1차측의 회로 부품이고, 이 전해 콘덴서(24)의 온도를 검출하는 온도 센서는 2차측의 회로인 연산 회로부(6)에 접속되게 되고, 전해 콘덴서(24)와 온도 센서는 확실하게 절연하여 둘 필요가 있다. 대표적인 안전 규격인 IEC60950에 의하면, 1차 - 2차간의 절연에는, 공간 거리로서 4mm, 연면(沿面) 거리로서 5mm, 고체 절연으로서 0.4mm의 거리를 취할 필요가 있다. 이에 대해, 전해 콘덴서(24)의 온도를 정밀도 좋게 검출하기 위해서는, 전해 콘덴서(24)에 온도 센서를 가능한 한 접근시키는 것이 바람직하다.

그래서, 본 실시의 형태에서는, 다음과 같은 온도 검출구조로 하고 있다.

즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 전해 콘덴서(24)의 온도를 검출하는 온도 센서(22)로서는, 소형의 센서 기판(21)에 실장한 서미스터가 이용되고 있고, 이 온도 센서(22)와 센서 기판(21)을, 절연성의 박막 테이프(23)로 복수층 감고, 본 실시의 형태에서는, 두께 0.025mm의 폴리에스테르 박막 테이프로 3층 감기로 하고, 이로써, 박막 절연 규정에 적합하게 하고 있다.

또한, 박막 테이프(23)로 절연 피복한 온도 센서(22)와 센서 기판(21)을, 전해 콘덴서(24)의 외주면에 맞붙인 상태에서 열수축 튜브(25)에 넣고, 열수축 튜브(25)를 가열 수축시킴으로써 온도 센서(22)를 얇은 절연층을 사이에 두고 전해 콘덴서(24)에 밀착시키고 있다. 열수축 튜브(25)로서는, 예를 들면, 폴리올레핀 수지, 불소계 폴리머 또는 열가소성 일래스토머[탄성중합체]를 재질로 한 것을 사용할 수 있다.

이와 같이, 박막 테이프(23)로 온도 센서(22)와 센서 기판(21)을 절연 피복함으로써, 소망하는 절연 성능, 즉, 박막 절연 규정에 적합하도록 하면서 전해 콘덴서(24)에 온도 센서(22)를 극히 접근하여 배열 구비할 수 있었다. 상술한 바와 같이 박막 테이프(23)의 두께는, 0.025mm이기 때문에, 3층 감기한 박막 테이프(23)의 두께는 0.075mm로서, 상술한 IEC6O950에서 정해진 고체 절연에서의 필요 거리 0.4mm에 비교하여 각별히 작고, 박막 테이프(23)에 의한 단열의 영향은 극히 적게 할 수 있다.

그리고, 열수축 튜브(25)를 이용하여 전해 콘덴서(24)와 온도 센서(22) 및 센서 기판(21)을 일체화 하고 있기 때문에, 전해 콘덴서(24)와 온도 센서(22)와의 밀착성이 향상됨과 함께, 열수축 튜브(25)의 열전도에 의해 튜브 내 온도가 균등화 되고, 전해 콘덴서 온도와 센서 검출 온도와의 차가 거의 없게 된다. 또한, 열수축 튜브(25)를 통한 일체화에 의해 열용량이 같게 되어, 외기풍 등에 의해 온도 센서(22)만이 급격하게 온도 변동하는 일이 없어진다.

또한, 박막 테이프(23)의 두께나 폭 또는 열수축 튜브(25)의 길이 등은, 도 6에 한하지 않고, 적절히 선택하여도 좋음은 물론이다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 센서 기판(21)으로부터 도출한 리드선(26)을, 도 3에 도시된 바와 같이, 주기판(7)의 윗쪽을 건너지르도록 하여 앞부분 기판(8)에 접속하고, 온도 센서(22)로부터의 검출 출력을, 도 5에 도시된 온도/전압 변환기(38) 및 상기 커넥터(16a, 16b)를 통하여 연산 회로부(6)에 주도록 구성되어 있다. 이로써, 전해 콘덴서(24)를 포함하는 1차측의 회로 부품이 실장되어 있는 주기판(7)의 배선 패턴 등을 이용하는 일 없이, 온도 센서(22)의 검출 출력을, 연산 회로부(6)에 줄 수 있다.

다음에, 연산 회로부(6)에 있어서의 전해 콘덴서(24)의 잔존 수명의 산출에 관해 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이 전해 콘덴서의 수명은, 아레니우스의 법칙에 의거한 하기와 같은 연산식에 의해 산출할 수 있음이 알려져 있다.

Lx = Lo × 2^{(To - tx)/10} ×k ……(1)

Lx : 실사용시의 추정 수명(시간)

Lo : 최고 사용 온도에 있어서의 보증 수명(시간)

To : 최고 사용 온도(℃)

tx : 실사용 온도(℃)

k : 수명 계수

본 실시의 형태에서는, 우선, 소정 온도, 예를 들면, 표준적인 사용 조건에서 상정되는 전해 콘덴서(24)의 온도 to℃를 결정하고, 그 소정 온도 to℃에 있어서의 초기 시점의 총 잔존 수명(L₀)을 상기 (1)식에 의해 산출한다.

즉,

L₀ = Lo ×2^{(To - to)/10} ×k

다음에 전원장치(1)의 실제의 사용(실사용)이 시작되면, 일정 시간(a), 예를 들면, 1/60시간(1분)이 경과할 때마다, 아레니우스의 법칙에 의거한 연산식인 다음 식에 의해, 소정 온도 to℃에 있어서의 잔존 수명을 산출한다.

L_n =L_n _-1 - a ×2^{(tx - to)/10} ×k ……(2)

여기서, n= 1, 2, 3 …이고, tx는, 미리 정한 일정 시간(a)에 있어서, 온도 센서(22)에 의해 검출된 온도의 평균 온도(℃)이다,

이 (2)식에 표시되는 바와 같이, 일정 시간(a)이 경과할 때마다 산출되는 잔존 수명(L_n)은, 전회에서 산출된 잔존 수명(L_n _-1)보다 작게 되고, 잔존 수명은, 점점 감소하여 간다.

이 (2)식에 있어서, 우변의 제 2항, 즉, a ×2^{(tx - to)/10} ×k는, 검출된 실사용 온도(tx)에 있어서의 일정 시간(a)의 경과를, 소정 온도(t₀)에 있어서의 경과 시간으로 환산하는 것이다. 예를 들면, 검출된 실사용 온도(tx)가 소정 온도(t₀)와 같은 때에는, 상기 제 2항은, 수명 계수(k)를 무시하면, a로 되고, 실사용에 있어서의 경과 시간(a)에 일치하고, 또한, 검출된 실사용 온도(tx)가 소정 온도(t₀)보다도 10℃ 높은 때에는 2a로 되고, 실사용 온도에 있어서의 경과 시간(a)의 2배로 되고, 또한, 검출된 실사용 온도(tx)가 소정 온도(t₀)보다도 10℃ 낮은 때에는 a/2로 되고, 실사용 온도에 있어서의 경과 시간(a)의 1/2로 된다.

이렇게 하여, 일정 시간(a)마다, 그 동안에 검출된 실사용 온도(tx)를 이용하여 아레니우스의 법칙에 의거하여, 소정 온도(t₀)에 있어서의 경과 시간으로 환산하고, 그것을 전회의 잔존 수명(L_n _-1)에서 감산하여, 금회의 소정 온도(t₀)에 있어서의 잔존 수명(L_n)으로 하는 것이다.

따라서 산출되는 소정 온도(t₀)에 있어서의 잔존 수명(L_n)은, 그때까지의 실사용에 있어서의 온도(tx) 및 수명 계수(k)를 포함한 과거의 이력 전체에 의거한 것으로 되고, 정밀도가 높은 잔존 수명의 예측이 가능하게 된다.

이렇게 하여 산출되는 소정 온도(t₀)에 있어서의 잔존 수명(L_n)을, 다음과 같이 하여 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환하고 있다.

도 7은, 이 변환의 설명에 제공하기 위한 도면이다. 동 도면에 있어서, 종축은, 소정 온도(t₀)에 있어서의 잔존 수명을 나타낸 것이고, 초기 시점에 있어서의 총 잔존 수명(총수명)(L₀)과, 어떤 시점에 있어서의 잔존 수명(L_n)을 나타낸다. 또한, 횡축은, 실사용에 있어서의 잔존 수명에 대응하는 것으로서, 상기 어떤 시점까지의 실사용에 있어서의 경과 시간(Xn)과, 수명에 달할 때까지의 실사용에 있어서의 경과 시간(Xx)을 나타낸다.

상술한 바와 같이, 일정 시간(a)이 경과할 때마다 소정 온도(t₀)에 있어서의 잔존 수명(L_n)이 산출되는 한편, 가동 시작으로부터의 경과 시간도 a시간마다 적산되고 있고, 도 7에 있어서는, 잔존 수명(L_n)이 산출된 어떤 시점까지에 가동을 시작하고 부터 Xn시간이 경과하고 있는 것을 나타내고 있다.

본 실시의 형태에서는, 소정 온도(t₀)에 있어서의 잔존 수명과 실사용에 있어서의 잔존 수명은, 거의 비례하는 것을 이용하여, 종축의 초기 시점의 총 잔존 수명(L₀)의 점 A와, 어떤 시점에 있어서의 잔존 수명(L_n)과 상기 어떤 시점까지의 실사용에 있어서의 경과 시간(Xn)과의 교점 B를 연결한 직선이, 횡축과 교차하는 점을, 수명에 달할 때까지의 경과 시간(Xx)으로 하는 것이다.

따라서 상기 어떤 시점(n)에 있어서의 잔존 수명(Lrest)은,

Lrest = Xx - Xn = {L_n/(L₀ - L_n)}×Xn ……(3)

으로 연산할 수 있게 된다.

즉, 초기 시점의 총 잔존 수명(L₀)과, 일정 시간(a)이 경과할 때마다 산출되는 소정 온도(t₀)에 있어서의 잔존 수명(L_n)과, 그 시점까지의 가동 시작으로부터의 경과 시간(Xn)으로부터 실사용에 있어서의 잔존 수명(Lrest)이 산출되게 된다.

단, 가동 시작의 초기에는, 직선의 경사가 크게 변동할 우려가 있기 때문에, Xx가 미리 정한 Xmax 이상(Xx ≥Xmax)으로 되는 때에는, Xx = Xmax로 하고 있다.

이상과 같이 하여 산출되는 실사용에 있어서의 잔존 수명(Lrest)은, 몇년, 몇개월, 몇일 또는 몇시간이라는 수치로 표시하여도 좋지만, 전해 콘덴서의 수명은, 일반적으로는, 몇년으로부터 십수년으로도 된다. 따라서 잔존 수명(Lrest)을, 가동 시작 당초부터 수치 표시시키더라도 수명 도달까지 시간이 너무 길기 때문에 유효 이용하기 어렵다. 또한, 가동 시작으로부터의 경과 시간(Xn)이 작으면, 작을수록 상술한 직선의 경사의 변동이 커지기 때문에, 산출되는 실사용에 있어서의 잔존 수명(Lrest)도 변동이 커진다.

여기서, 본 실시의 형태에서는, 산출되는 실사용에 있어서의 잔존 수명(Lrest)을 다음과 같이 하여 표시하고 있다.

즉, 도 8은, 전해 콘덴서의 잔존 수명을 표시하는 경우의 표시 타이밍의 전환이 모의적으로 도시된 것이다.

전해 콘덴서의 수명은, 초기 용량으로부터 20 내지 30% 감소한 시점으로 규정되어 있기 때문에, 산출되는 실사용에 있어서의 잔존 수명(Lrest)이 일정치(이 예에서는 2년) 이하로 된 시점부터 년수치 표시로 하고, 초기치로부터 년수치 표시로 변하기까지의 기간을 등분하여, 「FULL」, 「HALF」 등의 문자 표시를 LED 표시기(13)에서 행하도록 한 것이다. 구체적으로는, LED 표시기(13)에서는, 「FUL」, 「HAF」라는 문자 표시 또는「2. 0y」라는 년수치 표시를 행한다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 설비의 변경 등에 의해, 온도나 부하 등의 사용 조건이 크게 변화하여 상술한 도 7의 직선의 경사가 도중에서 크게 변화한 경우에, 그 변화에 대응하여 정밀도가 높은 잔존 수명의 예측을 행할 수 있도록 다음과 같이 하고 있다.

도 9는, 상술한 도 7에 대응하는 도면으로서, 각 시점의 횡축의 실사용에 있어서의 경과 시간을 X좌표로, 종축의 소정 온도에 있어서의 잔존 수명을 Y좌표로 도시하고 있다.

가동 시작으로부터 X1시간 경과한 C시점(X1, Y2)에서의 실사용에 있어서의 잔존 수명(Lrest)은, 파선으로 도시된 바와 같이 수명 한계로 제한되기 때문에, X10 - Xt로 된다. 여기서, X10은, 상술한 Xmax에 대응하는 것으로서, 전해 콘덴서의 물성면으로부터의 수명 한계이다. C시점(XI, Y2) 이후에, 실사용 온도(tx)가 커져서 경사가 변한 D시점(X2, Y3)에서의 잔존 수명(Lrest)은, 1점 쇄선으로 도시된 바와 같이 X9 - X2로 된다. 본래, 진정한 잔존 수명(Lrest)은, 새로운 경사의 실선으로 도시되는 직선 횡축과의 교점(x6, 0)의 X6 - X2로 되어야 할 것이다.

상술한 (3)식은, 가동 시작으로부터 n시점까지의 경과 시간(Xn)에 있어서의 직선의 경사가 일정하다고 가정하고, 초기 시점의 총 잔존 수명(L₀)의 점을 기준으로 하여 연산하고 있다. 이 때문에, 도중에 경사가 변화한 경우에는, 오차가 생겨 버린다. 그러나, 이 오차는, 시간의 경과와 함께 보정되어 해소된다. 예를 들면, E시점(x3, Y4)에 있어서의 잔존 수명(Lrest)은, 2점 쇄선으로 도시된 바와 같이 X8 - X3으로 되고, 또한, F시점(X4, Y5)에 있어서의 잔존 수명(Lrest)은, 가는 실선으로 도시된 바와 같이 X7 - X4로 되고, 진정한 잔존 수명(Lrest)과의 오차는, 작게 보정되어 가고, Lrest ≒ 0으로 되는 H시점(x6, 0) 부근에서는, 그 오차는 해소된다.

한편, 경사가 변한 C(XI Y2)시점에 있어서, X1 = 0, LO = Y2로 치환하여 리셋하면, 기준으로 하고 있던 초기 시점의 총 잔존 수명(L₀)의 점(0, L₀)이, C시점(X1, Y2)으로 치환되게 되어, 이로써, 오차가 생기는 것을 방지할 수 있다.

그래서, 본 실시의 형태에서는, 설비의 변경 등에 의해, 온도나 부하 등의 사용 조건이 크게 변화한 때에는, 그 시점에서, 스위치나 외부 신호에 의해 리셋을 행하고, 기준점을 치환하여 오차가 없는 잔존 수명을 표시하도록 하고 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 초기 시점에 있어서의 총 잔존 수명(L₀)에 대해, 현재의 수명이 어느 정도 감소하고 있는지, 즉, 열화하고 있는지를 다음 식에서 산출하여 열화도(E)(%)로서 포시할 수도 있다.

E = (L_n/L₀) ×100

실사용 온도(tx)가 높은 경우와 낮은 경우에서는, 도 7에 도시된 직선의 경사가 다르기 때문에, 잔존 수명(Lrest)이 동일하더라도, 열화도(E)는, 다르게 된다. 따라서 일정한 잔존 마진을 기준으로 하여 교환 시기를 결정하고 싶은 경우에는, 이 열화도에 의한 표시가 유효하다.

(그 외의 실시의 형태)

상술한 실시의 형태에서는, 미리 정한 일정 시간마다 잔존 수명을 산출하였지만, 본 발명의 다른 실시의 형태로서, 조작 등에 응답하여 잔존 수명을 연산하여 표시하도록 하여도 좋다.

상술한 실시의 형태에서는, 2점을 연결하는 직선의 횡축과의 교점을, 수명에 도달하기 까지의 경과 시간(Xx)으로 하였지만, 2점에 한하지 않고, 3점 이상의 점을 이용하여 최소제곱법 등에 의해 직선을 구하여도 좋다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 온도-수명 법칙에 의거한 연산식에 따라, 소정 온도에 있어서의 잔존 수명을 산출하고, 그것을 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환하여 통보하기 때문에, 이 잔존 수명으로부터 교환 시기를 파악하여 유지보수 계획을 수립할 수 있고, 수명의 도달을 통보하는 종래와 같이, 돌연한 수명 도달에 의해 설비의 라인을 정지하는 사태를 미연에 회피할 수 있고, 특히, 콘덴서를 구비하는 전원장치 등의 각종 전자기기의 교환 시기의 파악에 유효하다,

또한, 본 발명에 의하면, 얇은 절연 테이프를 온도 센서에 감아서 절연을 확보하면서 온도 센서를 콘덴서에 밀착하여 배치할 수 있고, 정밀도가 높은 온도 검출이 가능하게 되고, 열수축 튜브로 온도 센서와 전해 콘덴서를 일체화 함으로써, 외기풍 등에 의해 온도 센서만이 급격하게 온도 변동되는 일이 없이, 정밀도가 높은 온도 검출을 행하며, 따라서 정밀도가 높은 잔존 수명의 산출이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 전원장치의 전체 사시도.

도 2는 도 1의 전원장치의 분해 사시도.

도 3은 도 1의 전원장치의 분해 사시도.

도 4는 도 1의 전원장치의 일부 횡단면도.

도 5는 전원장치의 개략 구성을 도시한 블록도.

도 6은 전해 콘덴서의 온도 검출구조를 도시한 설명도.

도 7은 잔존 수명의 산출을 설명하기 위한 도면.

도 8은 표시 타이밍의 전환을 모식적으로 도시한 설명도.

도 9는 리셋 기능을 설명하기 위한 도면.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

4 : 전원 회로부 6 : 연산 회로부

13 : LED 표시기 21 : 센서 기판

22 : 온도 센서 23 : 절연 테이프

24 : 전해 콘덴서 25 : 열수축 튜브

Claims

콘덴서의 온도를 검출하는 구조에 있어서,

상기 콘덴서의 온도를 검출하는 온도 센서를 절연 테이프로 감아 상기 콘덴서에 밀착시켜 배치한 것을 특징으로 하는 온도 검출구조.
제 1항에 있어서,

상기 절연 테이프가 감겨진 온도 센서 및 상기 콘덴서를 열수축 튜브 내에 수납하여 일체화 한 것을 특징으로 하는 온도 검출구조.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 콘덴서는 트랜스에 의해 절연된 1차측 회로 부품이고, 상기 온도 센서는 2차측 회로에 조립된 부품으로서, 해당 온도 센서는 리드선을 통하여 2차측 회로에 접속되는 것을 특징으로 하는 온도 검출구조.
콘덴서를 구비한 전자기기에 있어서,

상기 콘덴서의 온도를 검출하는 온도 센서와,

상기 온도 센서로부터의 검출 온도를 이용하여 상기 콘덴서의 잔존 수명을 연산하는 연산 수단과,

연산된 잔존 수명을 통보하는 통보 수단을 구비하고,

상기 연산 수단은 콘덴서 온도-수명 법칙에 의거한 연산식에 따라, 소정 온도에 있어서의 잔존 수명을 산출하는 산출부를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
제 4항에 있어서,

상기 연산 수단은 실사용에 있어서의 상기 콘덴서의 잔존 수명을 연산하는 것으로서, 상기 산출부에서 산출된 소정 온도에 있어서의 잔존 수명을 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환하는 변환부를 구비하고,

상기 통보수단은 연산된 잔존 수명을 표시하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
제 5항에 있어서,

상기 연산 수단은 미리 정한 시간이 경과할 때마다 실사용에 있어서의 상기 콘덴서의 잔존 수명을 연산하는 것으로서,

상기 산출부는 실사용에 있어서의 상기 미리 정한 시간의 경과를 상기 소정 온도에 있어서의 경과 시간으로 환산하여 잔존 수명에서 감산하는 것이며,

상기 변환부는 상기 소정 온도에 있어서의 잔존 수명과 실사용에 있어서의 잔존 수명간의 비례 관계에 의거하여 변환하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
제 6항에 있어서,

상기 산출부는, 상기 온도 센서로부터의 검출 온도를 이용하여 콘덴서 온도-수명 법칙에 의거하여 상기 환산을 행하는 것이고,

상기 변환부는, 상기 소정 온도에 있어서의 초기 시점의 총 잔존 수명을 기준으로 하여, 상기 소정 온도에 있어서의 다른 시점의 잔존 수명과, 상기 다른 시점에 대응하는 실사용에 있어서의 경과 시간에 의거하여, 실사용에 있어서의 잔존 수명으로 변환하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
제 7항에 있어서,

상기 변환부에 있어서의 변환의 기준이 되는 상기 초기 시점의 총 잔존 수명을, 다른 시점에 있어서의 잔존 수명으로 치환하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전자기기.
제 4항에 있어서,

상기 콘덴서는 트랜스에 의해 절연된 1차측의 회로 부품이고, 상기 온도 센서는 2차측의 회로에 조립된 부품으로서, 해당 온도 센서는 절연 테이프로 감겨져 상기 콘덴서에 밀착 배치되는 것을 특징으로 하는 전자기기.
제 9항에 있어서,

상기 절연 테이프가 감겨진 온도 센서 및 상기 콘덴서를, 열수축 튜브 내에 수납하여 일체화 함과 함께, 상기 온도 센서는, 상기 연산 수단에 리드선을 통하여 접속되는 것을 특징으로 하는 전자기기.
제 4항에 있어서,

상기 통보 수단은, 연산된 잔존 수명을, 문자 표시와 수치 표시로 전환 가능한 것을 특징으로 하는 전자기기.
제 4항에 있어서,

상기 연산 수단은, 상기 산출부에서 산출되는 소정 온도에 있어서의 잔존 수명이, 상기 소정 온도에 있어서 초기 시점의 총 잔존 수명에서 차지하는 비율을 열화도로서 산출하는 열화도 산출부를 구비하고,

상기 통보 수단은, 산출된 상기 열화도를 표시하는 것을 특징으로 하는 전자기기.