直流電容器的壽命判定裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種直流電容器的壽命判定裝置。具備：電流檢測單元(11)，其檢測正轉換器(2)所輸出的電流；電壓檢測單元(12)，其檢測直流電容器(5)的電壓；初始充電單元(13)，其利用正轉換器所輸出的電流對直流電容器進行初始充電直到其成為規定的電壓值；電流積分單元(14)，其對電流檢測單元在初始充電期間中檢測出的電流進行積分并輸出電流積分值；容量估計單元(15)，其基于上述電流積分值、上述規定的電壓值以及初始充電前的直流電容器的電壓來計算直流電容器的估計容量；以及壽命判定單元(16)，其基于預先測定出的未使用時的直流電容器的初始容量的值和由容量估計單元計算出的估計容量來判定直流電容器是否到壽命。
【專利說明】
直流電容器的壽命判定裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及一種連接于正轉換器的直流側的直流電容器的壽命判定裝置。
【背景技術】
[0002] 在對機床、產業設備、鍛壓設備、注射成型機或各種機器人內的電動機進行驅動的 電動機控制裝置中，將從交流電源側輸入的交流電力暫且轉換為直流電力之后再轉換為交 流電力，將該交流電力用作按每個驅動軸設置的電動機的驅動電力。
[0003] 圖4是表示一般的電動機控制裝置的結構的圖。電動機控制裝置100具備正轉換器 101和逆轉換器102,該電動機控制裝置100對連接于該逆轉換器102的交流側的電動機104 的速度、轉矩或轉子的位置進行控制，其中，該正轉換器101將來自商用三相交流電源（以下 簡稱為"交流電源"）103的交流電力轉換為直流電力，該逆轉換器102將從正轉換器101輸出 的直流電力轉換為要作為電動機104的驅動電力被供給的期望頻率的交流電力、或者將從 電動機104再生的交流電力轉換為直流電力。正轉換器101與逆轉換器102通過直流環節(DC link)而連接。在直流環節中設置有直流電容器(直流環節電容器)105。
[0004] -般地，已知直流電容器105是靜電容量（以下簡稱為"容量"）由于重復充放電而 減少的壽命有限的部件。當直流電容器105的容量下降時，發生流過直流環節的脈動電流增 加從而直流電壓的變動變大的問題。因此，準確地掌握直流電容器105的容量來判定壽命到 來與否是重要的。對于被判定為壽命到來的直流電容器105,需要進行更換。
[0005] 作為估計設置于正轉換器的直流環節的直流電容器的靜電容量的方法，例如像日 本特開2008-17613號公報所記載的那樣存在以下裝置:測定以固定電流對直流電容器進行 充電時的充電時間和充電電壓，將該測定結果與預先設定的充電時間和充電電壓的特性進 行對照來進行直流電容器的壽命判定。圖5是說明日本特開2008-17613號公報所記載的發 明的概要圖。此外，在圖5中，省略了經由直流環節中的直流電容器而與正轉換器101連接的 逆轉換器和由該逆轉換器驅動的電動機的圖示。在該裝置中，為了利用通過正轉換器101將 來自交流電源103的交流電流轉換為直流而得到的固定電流I對直流電容器進行充電而設 置有開關SW1和SW2、電感106以及直流電容器充電控制電路110,通過直流電容器容量估計 電路111將所測定出的充電時間和充電電壓與預先設定的充電時間和充電電壓的特性進行 對照來進行直流電容器的壽命判定。
[0006] 另外，例如像日本特開2002-98725號公報所記載的那樣存在以下裝置:不使用復 雜的充電控制電路而通過充電電路和放電電路對直流環節中的直流電容器進行充電和放 電，對此時的充電時間和放電時間進行測定、比較來進行直流電容器的壽命判定。圖6是說 明日本特開2002-98725號公報所記載的發明的概要圖。此外，在圖6中，省略了經由直流環 節中的直流電容器而與正轉換器101連接的逆轉換器和由該逆轉換器驅動的電動機的圖 示。在該裝置中，為了利用通過正轉換器101將來自交流電源103的交流電流轉換為直流而 得到的電流I對直流電容器進行充放電而設置有開關SW1和SW2、充電電阻10 7、放電電阻 108、電感106以及直流電容器充放電控制電路112,由此對直流電容器105進行充電和放電， 測量此時的充電時間和放電時間，通過直流電容器容量估計電路113將所測定出的充電時 間和放電時間相比較來進行直流電容器105的壽命判定。
[0007] 另外，例如像日本特開2000-152643號公報所記載的那樣存在以下裝置:不受對直 流環節中的直流電容器進行充電時的交流電源的變動、充電電路和放電電路的時間常數的 變化的影響，使用直流電容器充電時的充電電流的時間積分值和直流電容器的電壓值來進 行直流電容器的壽命判定。圖7是說明日本特開2000-152643號公報所記載的發明的概要 圖。此外，在圖7中，省略了經由直流環節中的直流電容器而與正轉換器101連接的逆轉換器 和由該逆轉換器驅動的電動機的圖示。在該裝置中，為了利用通過正轉換器101將來自交流 電源103的交流電流轉換為直流而得到的電流I對直流電容器進行充電而設置有開關SW1、 充電電阻107、直流電容器充電控制電路115。然后，通過充電電流積分電路116對直流電容 器105的充電期間中的充電電流I進行時間積分，直流電容器容量估計電路117根據所得到 的電流積分值和直流電容器105的電壓V，基于式1來計算直流電容器105的估計容量C。
[0008] C = jldt + V...(l)
[0009] 然后，通過壽命判定電路118將估計容量C與由基準值設定部119設定的基準容量 進行比較來判定直流電容器105的容量是否下降了。
[0010]如上所述，當設置于作為正轉換器的直流輸出側的直流環節的直流電容器的容量 由于重復充放電而減少時，發生流過直流環節的脈動電流增加從而直流電壓的變動變大的 問題，因此準確地測定直流電容器的容量是重要的。如果不能準確地測定直流電容器的容 量，則很可能會錯過更換直流電容器的時機而導致直流環節中產生大的脈動電流從而產生 大的直流電壓變動。或者，導致成為沒有必要地提早更換壽命尚存的直流電容器的情形。 [0011]例如，在日本特開2008-17613號公報所記載的發明中，為了利用通過正轉換器將 來自交流電源的交流電流轉換為直流而得到的固定電流對直流電容器進行充電，必須設置 多個開關、電感以及直流電容器充電控制電路，因此存在電路結構變得繁雜的問題。另外， 存在以下問題：當想要應用于包括正轉換器以及經由直流環節而與該正轉換器連接的逆轉 換器的現有的電動機控制裝置時，必須對現有的電路結構施加大幅變更。
[0012]另外，例如，根據日本特開2002-98725號公報所記載的發明，直流電容器充電控制 電路并不是那么復雜的結構，但是不僅要設置充電電路，還必須設置放電電路，因此存在以 下問題:當想要應用于現有的電動機控制裝置時，必須對電路結構施加大幅變更。
[0013]另外，根據日本特開2002-98725號公報所記載的發明，當交流電源103的電壓發生 變動時，充電時間發生變動，因此無法準確地進行直流電容器的壽命判定。另外，充電電路 和放電電路的時間常數發生變動也會導致充電時間和放電時間發生變動，因此無法準確地 進行直流電容器的壽命判定。圖8是說明日本特開2002-98725號公報所記載的發明中的充 電電阻與充電時間的關系的圖。當充電電阻107的值發生變動時，充電時間也發生變動。例 如，當與標準的值相比充電電阻107的電阻值下降時，充電電流與標準的情況相比變大，因 此充電時間11變得比標準的充電時間t短。另外，當與標準的值相比充電電阻10 7的電阻值 上升時，充電電流與標準的情況相比變小，因此充電時間t2變得比標準的充電時間t長。圖9 是說明日本特開2002-98725號公報所記載的發明中的放電電阻與放電時間的關系的圖。當 放電電阻108的值發生變動時，放電時間也發生變動。例如，當與標準的值相比放電電阻108 的電阻值上升時，由放電電阻108消耗的電荷量與標準的情況相比變小，因此放電時間t4也 變得比標準的放電時間t長。另外，當與標準的值相比放電電阻10 8的電阻值下降時，由放電 電阻108消耗的電荷量與標準的情況相比變大，因此放電時間13變得比標準的放電時間t 短。這樣，根據日本特開2002-98725號公報所記載的發明，存在以下問題：當作為充電電流 的供給源的交流電源的電壓發生變動時，充電時間發生變動，另外，充電時間和放電時間也 會由于充電電路、放電電路的時間常數發生變動而發生變動，因此無法準確地進行直流電 容器的壽命判定。
[0014] 另外，例如，根據日本特開2000-152643號公報所記載的發明，能夠不受對直流環 節中的直流電容器進行充電時的交流電源的變動、充電電路和放電電路的時間常數的變化 的影響地進行直流電容器的壽命判定。然而，一般來說，直流電容器的容量相對于標稱值存 在幾十％的偏差，因此存在如下的根本性問題:利用單純地與固定的基準容量相比較來進 行壽命判定的方法無法得到準確的判定結果。另外，存在以下問題:在由于通過變更系統而 追加或刪除設備、或者更換設備等而直流環節中的直流電容器容量發生變化的情況下，利 用與固定的基準容量相比較來進行壽命判定的方法也無法得到準確的判定結果，而若要得 到準確的判定結果，則必須對壽命判定中使用的基準容量進行變更。
[0015] 圖1〇是說明在日本特開2000-152643號公報所記載的發明中新追加了搭載有直流 電容器的設備的情況下的壽命判定的概要圖。在對圖10所示的電路新追加了搭載有直流電 容器105-1的設備120的情況下，當將直流電容器105的容量設為&、將所追加的直流電容器 105-1的容量設為&時，通過式2來求出直流電容器105和直流電容器105-1的合成容量"&+ C2，，。
[0016] Ci+C2 = Jldt + V...(2)
[0017] 然而，僅根據通過式2得到的合成容量"&+C2"，無法獲知容量從初始狀態下降了多 少。考慮了將直流電容器105-1的標稱值與在進行直流電容器105的壽命判定時使用的此前 的基準容量相加并將其結果作為新的基準容量來進行壽命判定，但是如上所述那樣直流電 容器的容量相對于標稱值存在幾十％的偏差，因此相加后的標稱值也包含偏差，從而無法 進行準確的壽命判定。
【發明內容】
[0018] 鑒于上述問題，本發明的目的在于提供一種能夠準確地判定連接于正轉換器的直 流側的直流電容器的壽命的、小型且低成本的直流電容器的壽命判定裝置。
[0019] 為了實現上述目的，連接于正轉換器的直流側的直流電容器的壽命判定裝置具 備：電流檢測單元，其檢測正轉換器所輸出的電流；電壓檢測單元，其檢測施加于直流電容 器的電壓;初始充電單元，其利用正轉換器所輸出的電流對直流電容器進行初始充電直到 該直流電容器成為規定的電壓值；電流積分單元，其對在初始充電單元的初始充電期間中 由電流檢測單元檢測出的電流進行積分，將積分結果作為電流積分值來輸出；容量估計單 元，其根據所述電流積分值、所述規定的電壓值以及在初始充電前由電壓檢測單元檢測出 的直流電容器的電壓來計算直流電容器的估計容量；以及壽命判定單元，其基于預先測定 出的未使用時的直流電容器的初始容量的值和由容量估計單元計算出的估計容量來判定 直流電容器是否到壽命。
[0020] 也可以是，在估計容量相對于初始容量的比率為預先設定的基準比率以下的情況 下，壽命判定單元判定為直流電容器到壽命。
[0021] 也可以是，在估計容量為對初始容量乘以預先設定的基準比率而得到的值以下的 情況下，壽命判定單元判定為直流電容器到壽命。
[0022] 另外，也可以是，直流電容器的壽命判定裝置還具備基準比率設定單元，該基準比 率設定單元設定基準比率。
[0023] 另外，也可以是，直流電容器的壽命判定裝置還具備警報信號輸出單元，在壽命判 定單元判定為直流電容器到壽命時，該警報信號輸出單元輸出警報信號。
[0024] 另外，也可以是，直流電容器的壽命判定裝置還具備初始容量存儲單元，該初始容 量存儲單元存儲有預先測定出的未使用時的直流電容器的初始容量的值。
【附圖說明】
[0025]通過參照以下的附圖會更明確地理解本發明。
[0026] 圖1是表示實施例的直流電容器的壽命判定裝置的原理框圖。
[0027] 圖2是表示使用實施例的直流電容器的壽命判定裝置1進行的壽命判定處理的流 程圖。
[0028] 圖3是說明在實施例中對圖1所示的電路新追了加搭載有直流電容器的設備的情 況下的容量估計的圖。
[0029]圖4是表示一般的電動機控制裝置的結構的圖。
[0030]圖5是說明日本特開2008-17613號公報所記載的發明的概要圖。
[0031]圖6是說明日本特開2002-98725號公報所記載的發明的概要圖。
[0032]圖7是說明日本特開2000-152643號公報所記載的發明的概要圖。
[0033]圖8是說明日本特開2002-98725號公報所記載的發明中的充電電阻與充電時間的 關系的圖。
[0034]圖9是說明日本特開2002-98725號公報所記載的發明中的放電電阻與放電時間的 關系的圖。
[0035]圖10是說明在日本特開2000-152643號公報所記載的發明中新追加了搭載有直流 電容器的設備的情況下的壽命判定的概要圖。
【具體實施方式】
[0036]下面，參照附圖來說明連接于正轉換器的直流側的直流電容器的壽命判定裝置。 然而，需要理解的是，本發明并不限定于附圖或下面說明的實施方式。
[0037] 本發明應用于正轉換器與逆轉換器經由設置有直流電容器的直流環節而連接的 系統。關于本發明，只要具有這種系統結構即可，能夠不限于應用為電動機控制裝置。設置 于逆轉換器的交流側的負載不限定于電動機。
[0038]圖1是表示實施例的直流電容器的壽命判定裝置的原理框圖。此后，在不同的附圖 中被標注了相同參照標記的結構要素表示它們是具有相同功能的結構要素。
[0039 ]下面，說明通過本實施例的直流電容器的壽命判定裝置1來判定將來自交流電源3 的交流轉換為直流的正轉換器2的直流輸出側的直流環節中設置的直流電容器5的壽命的 情況。在正轉換器2上，經由直流環節而連接有逆轉換器，該逆轉換器上例如連接有電動機 作為負載，但是在圖1中，為了使附圖簡明而省略了這些逆轉換器和電動機的圖示。在正轉 換器2的交流輸入側設置有電磁接觸器8。此外，關于正轉換器2的種類，并未特別對本發明 進行限定，既可以是二極管整流方式的整流器，或者也可以是PWM控制方式的整流器。
[0040] 首先，說明本實施例的直流電容器的壽命判定裝置1的電路結構。
[0041] 直流電容器的壽命判定裝置1具備電流檢測單元11、電壓檢測單元12、初始充電單 元13、電流積分單元14、容量估計單元15、壽命判定單元16、基準比率設定單元17以及警報 信號輸出單元18。
[0042]電流檢測單元11檢測正轉換器2所輸出的電流。
[0043]電壓檢測單元12檢測施加于直流電容器5的電壓。
[0044] 初始充電單元13利用正轉換器2所輸出的電流對直流電容器5進行初始充電直到 該直流電容器5成為規定的電壓值。初始充電單元13具有充電電阻21、開關SW1以及直流電 容器充電控制電路22。直流電容器充電控制電路22基于電壓檢測單元12所檢測出的直流電 容器5的電壓來指示開關SW1的接通和斷開，從而控制直流電容器5的初始充電動作。上述的 "規定的電壓值"是為了直流電容器5的初始充電而預先設定的電壓值，即，初始充電完成后 的直流電容器5的電壓值為上述"規定的電壓值"。直流電容器充電控制電路22使開關SW1斷 開來使初始充電動作開始，在電壓檢測單元12所檢測出的直流電容器5的電壓達到"規定的 電壓值"時，直流電容器充電控制電路22使開關SW1接通來使初始充電動作結束，在后面敘 述詳情。
[0045] 電流積分單元14對在初始充電單元13的初始充電期間中由電流檢測單元12檢測 出的電流進行積分，將其結果作為電流積分值來輸出。
[0046] 容量估計單元15基于從電流積分單元14輸出的電流積分值、上述規定的電壓值以 及在初始充電前由電壓檢測單元12檢測出的直流電容器5的電壓來計算直流電容器5的估 計容量。在后面敘述容量估計單元15計算直流電容器5的估計容量的具體計算方法。
[0047] 壽命判定單元16基于預先測定出的未使用時的直流電容器5的初始容量值和由容 量估計單元15計算出的估計容量來判定直流電容器5是否到壽命。此外，在此雖未進行圖 示，但是也可以還設置存儲有預先測定出的未使用時的所述直流電容器的初始容量值的初 始容量存儲單元，例如還可以存儲在EE0R0M中。在后面敘述壽命判定單元16判定直流電容 器5的壽命的具體判定方法。
[0048] 基準比率設定單元17設定在壽命判定單元16進行的壽命判定處理中使用的基準 比率。基準比率設定單元17具有供用戶能夠從外部任意地改寫基準比率的個人計算機、鍵 盤、觸摸面板、鼠標等用戶接口的功能。或者，也可以利用可變電阻器和用于變更其電阻值 的機械式電位器來構成基準比率設定單元17。由基準比率設定單元17設定的基準比率存儲 于存儲部(未圖示）。由壽命判定單元16從存儲部讀出基準比率并在壽命判定處理中使用該 基準比率。
[0049] 在壽命判定單元判定為直流電容器5到壽命（即壽命已到）時，警報信號輸出單元 18輸出警報信號。
[0050] 接著，說明直流電容器的壽命判定裝置1進行的壽命判定處理的動作原理。
[0051] 圖2是表示使用實施例的直流電容器的壽命判定裝置1進行的壽命判定處理的流 程圖。
[0052] 首先，在步驟S101中，在對直流電容器5進行初始充電之前，通過電壓檢測單元12 來檢測直流電容器5的電壓Vo。
[0053] 接著，開始初始充電單元13對直流電容器5的初始充電動作。即，在步驟S102中，初 始充電單元13內的直流電容器充電控制電路22指示開關SW1的斷開并使電磁接觸器8接通。 由此，正轉換器2將從交流電源3輸入的交流電流轉換為直流電流后輸出該直流電流，所輸 出的直流電流經由充電電阻22而流入直流電容器5，對直流電容器5進行初始充電。另外，與 此同時，直流電容器充電控制電路22向電流積分單元14通知初始充電已開始。
[0054] 電流積分單元14從直流電容器充電控制電路22接收初始充電的開始的通知，并在 步驟S103中對電流檢測單元11所檢測出的電流進行積分。下面，將在直流電容器5的初始充 電期間中由電流積分單元14檢測出的電流特別地稱為"充電電流Γ。
[0055]在步驟S104中，初始充電單元13內的直流電容器充電控制電路22判別電壓檢測單 元12所檢測出的電壓是否達到為了直流電容器5的初始充電而預先設定的規定的電壓值 Vi。在電壓檢測單元12所檢測出的電壓未達到規定的電壓值％的情況下，返回到步驟S103， 繼續初始充電單元13的初始充電動作。另一方面，在電壓檢測單元12所檢測出的電壓達到 規定的電壓值情況下，進入步驟S105。
[0056]在步驟S105中，直流電容器充電控制電路22指示開關SW1的接通。由此，使初始充 電單元13對直流電容器5的初始充電動作結束。
[0057]接著，在步驟S106中，容量估計單元15基于從電流積分單元14輸出的電流積分值、 上述規定的電壓值V:以及在初始充電前由電壓檢測單元12檢測出的直流電容器5的電壓Vo 來計算直流電容器5的估計容量Q。在此，說明容量估計單元15計算直流電容器5的估計容 量&的計算方法。
[0058] 基于初始充電單元13的初始充電動作開始前的時間點的步驟S101的時間點的直 流電容器5的估計容量&和在步驟S101中由電壓檢測單元12檢測出的直流電容器5的電壓 Vo，通過式3來表示在進行初始充電動作前直流電容器5中蓄積的殘存電荷量Q〇。
[0059] Q〇 = CiV〇---(3)
[0060] 通過式4來表示初始充電單元13的初始充電動作結束后的步驟S105的時間點的直 流電容器5中蓄積的電荷量&。
[0061] Qi = CiVr--(4)
[0062] 通過式5來表示在初始充電單元13的初始充電動作的前后直流電容器5的增加電 荷量AQ。
[0063] AQ = Qi-Q〇---(5)
[0064]另外，通過在初始充電期間中在步驟S103中由電流積分單元14對充電電流I進行 積分而得到的電流積分值表示由于充電電流I流入直流電容器5而蓄積的電荷量，即，所蓄 積的電荷量與通過式4表示的直流電容器5的增加電荷量AQ相等。因而，式6成立。
[0065] A Q = Qi-Q〇 = Jldt··· (6)
[0066] 另外，當將式3和式4代入到式6時，成為式7。
[0067]
[0068] 因此，容量估計單元15根據從電流積分單元14輸出的電流積分值、在初始充電單 元13的初始充電中使用的"規定的電壓值"以及在初始充電前由電壓檢測單元12檢測出的 直流電容器5的電壓，基于式5來計算直流電容器5的估計容量&(步驟S106)。此外，例如也 可以將容量估計單元15的計算結果顯示于顯示器(未圖示)或者保存于存儲單元(未圖示）。 由此，作業從業者能夠獲知直流電容器5的估計容量。
[0069] 返回到圖2,在步驟S107中，壽命判定單元16基于預先測定出的未使用時的直流電 容器5的初始容量值Co和由容量估計單元15計算出的估計容量&來判定直流電容器5是否到 壽命。在判定為直流電容器5到壽命(即壽命已到）的情況下，進入步驟S108。在此，說明壽命 判定單元16判定直流電容器5的壽命的判定方法。
[0070] -般來說，直流電容器5的容量由于重復充放電而減少，因此，在本實施例中，將直 流電容器5的估計容量(^相對于初始容量Co的比率即"Q/Co"用作直流電容器5是否到壽命 的判斷因素。具體地說，存在下面兩個方法。
[0071 ]首先，作為第一方法，在估計容量(^相對于初始容量Co的比率"Q/Co"為由基準比 率設定單元17預先設定的基準比率以下的情況下，壽命判定單元16判定為直流電容器到壽 命（即壽命已到）。另外，作為第二方法，在估計容量Q為對初始容量Co乘以預先設定的基準 比率而得到的值以下的情況下，壽命判定單元16判定為直流電容器5到壽命(即壽命已到）。 第一方法與第二方法實質上相同，即，第一方法是對直流電容器的容量的比率進行比較，第 二方法是對直流電容器的容量自身進行比較。
[0072] 返回到圖2,在步驟S108中，警報信號輸出單元18輸出表示直流電容器5到壽命（即 壽命已到）的警報信號。能夠如下那樣靈活運用該警報信號。例如，也可以是，在正轉換器與 逆轉換器經由設置有直流電容器的直流環節而連接的系統中，對該系統的動作進行統一控 制的主控制部在從警報信號輸出單元18接收到警報信號時，使該系統的整體的動作停止。 另外，例如也可以是，發出聲音的揚聲器、蜂鳴器在接收到警報信號時發出用于對用戶進行 通知的聲音。另外，例如也可以是，在個人計算機、便攜式終端接收到警報信號時，在這些設 備的顯示器上通過字符、圖案來顯示直流電容器到壽命。另外，例如也可以是，使存儲裝置 存儲發出了警報信號的日期和時間，使得能夠在之后的維護作業時利用該日期和時間。 [0073] 此外，用戶能夠通過基準比率設定單元17來任意地設定基準比率，但是，例如也可 以設置多個基準比率，與此對應地設置多個警報信號，將壽命判定的結果例如分為"警示水 平"、"警報水平"之類的多個水平。
[0074]在此，說明新追加了搭載有直流電容器的設備的情況下的容量估計。圖3是說明在 實施例中對圖1所示的電路新追加了搭載有直流電容器的設備的情況下的容量估計的圖。 如圖3所示，在存在對直流電容器5-1新追加了搭載有直流電容器5-2的設備19之類的系統 變更的情況下，當假設直流電容器5-1的容量為心、所追加的直流電容器5-2的容量為(： 2時， 由于直流電容器5-1與直流電容器5-2并聯連接，因此直流電容器5-1與直流電容器5-2的合 成容量為" Cl+C2"。另外，由于直流電容器5-1與直流電容器5-2并聯連接，因此初始充電單元 13對直流電容器5-1和直流電容器5-2進行初始充電時使用的"規定的電壓值"是相同的（即 初始充電完成后的電壓值相同），直流電容器5-1和直流電容器5-2的在初始充電前由電壓 檢測單元12檢測出的電壓也是相同的。因此，直流電容器5-2的容量C 2與表示直流電容器5-1的容量&的式7的右邊相同。因此，通過式8求出直流電容器5-1與直流電容器5-2的合成容 量 "&+C2"。
[0075]
[0076] 根據式8可知，即使對容量為&的直流電容器5-1新追加了容量為(：2的直流電容器 5-2,也與單獨存在容量為Q的直流電容器5-1的情況同樣地，容量估計單元15能夠基于從 電流積分單元14輸出的電流積分值、在初始充電單元13的初始充電中使用的"規定的電壓 值"以及在初始充電前由電壓檢測單元12檢測出的直流電容器5的電壓來估計直流電容器 5-1和直流電容器5-2的合成容量"&+C2"。這樣，根據本實施例，即使在新追加了搭載有直流 電容器的設備的情況下，也能夠容易地估計合成容量。另外，在該情況下，壽命判定單元16 基于預先測定出的未使用時的直流電容器5-1的初始容量值C Q1與直流電容器5-2的初始容 量值CQ2的合成容量"CQ1+C Q2"以及由容量估計單元15計算出的合成容量的估計容量"C1+C2"， 來判定直流電容器5-1和5-2是否到壽命。
[0077] 此外，說明了對上述的容量為Q的直流電容器5-1和容量為(：2的直流電容器5-2這 兩個直流電容器進行并聯的情況，但是在對三個以上的直流電容器進行并聯的情況下，合 成容量的估計處理和壽命判定處理也是同樣的原理。在刪除多個直流電容器中的幾個直流 電容器的情況下，也能夠根據同樣的原理容易地估計容量。
[0078] 但是，根據本發明，對于并聯的多個直流電容器，雖然能夠估計其合成容量，但是 無法通過一次計算處理來估計各個直流電容器的容量。在該情況下，例如只要在每次新追 加或刪除搭載有直流電容器的設備時計算估計容量并求出在進行該計算前后得到的估計 容量的差，就能夠得到所追加或刪除的該直流電容器的估計容量，因此對于所追加或刪除 的該直流電容器也能夠判定壽命。
[0079] 此外，上述的電流積分單元14、容量估計單元15、壽命判定單元16、基準比率設定 單元17、警報信號輸出單元18以及直流電容器充電控制電路22既可以例如通過軟件程序形 式來構建，或者也可以通過各種電子電路與軟件程序的組合來構建。例如在通過軟件程序 形式來構建這些單元和電路的情況下，通過使處于正轉換器與逆轉換器經由設置有直流電 容器的直流環節而連接的系統內的運算處理裝置按照該軟件程序進行動作來實現上述的 各部的功能。另外，也能夠通過在現有的系統中對該系統內的運算處理裝置追加地安裝與 這些單元和電路有關的軟件程序來應用本發明。
[0080] 根據本發明，能夠實現能夠準確地判定連接于正轉換器的直流側的直流電容器的 壽命的、小型且低成本的直流電容器的壽命判定裝置。
[0081] 例如，根據日本特開2008-17613號公報所記載的發明，為了對直流電容器進行充 電而需要設置多個開關、電感以及直流電容器充電控制電路之類的復雜的充電控制電路， 但是根據本發明，不追加復雜的充電控制電路而通過使用一般的充電電阻來進行充電就能 夠判定直流電容器的壽命，小型且低成本。另外，在將本發明應用于包括正轉換器以及經由 直流環節而與該正轉換器連接的逆轉換器的現有裝置的情況下，也不需要對現有的電路結 構進行大幅變更。
[0082]另外，根據本發明，與例如日本特開2002-98725號公報所記載的發明不同，不使用 充電時間和放電時間來進行直流電容器的壽命判定，因此，即使充電電路和放電電路的時 間常數發生變動，也能夠準確地進行直流電容器的壽命判定。
[0083]另外，例如日本特開2000-152643號公報所記載的發明基于標稱值來進行壽命判 定，直流電容器的容量相對于該標稱值具有幾十％的偏差，因此無法得到準確的判定結果。 與此相對，根據本發明，基于從電流積分單元輸出的電流積分值、在初始充電單元的初始充 電中使用的規定的電壓值(初始充電后的電壓值）以及在初始充電前由電壓檢測單元檢測 出的直流電容器的電壓來估計直流電容器的容量，基于該估計容量和直流電容器的初始容 量值來判定直流電容器的壽命，因此能夠不受直流電容器的標稱值的偏差的影響地準確地 進行壽命判定。
[0084]另外，根據本發明，即使在進行了新追加或刪除搭載有直流電容器的設備之類的 系統變更的情況下，也無需進行特別的設計變更就能夠準確地進行直流電容器的壽命判 定。
【主權項】
1. 一種直流電容器的壽命判定裝置，該直流電容器連接于正轉換器的直流側，該直流 電容器的壽命判定裝置的特征在于，具備： 電流檢測單元，其檢測所述正轉換器所輸出的電流； 電壓檢測單元，其檢測施加于所述直流電容器的電壓； 初始充電單元，其利用所述正轉換器所輸出的電流對所述直流電容器進行初始充電直 到該直流電容器成為規定的電壓值； 電流積分單元，其對在所述初始充電單元的初始充電期間中由所述電流檢測單元檢測 出的電流進行積分，將積分結果作為電流積分值來輸出； 容量估計單元，其根據所述電流積分值、所述規定的電壓值以及在初始充電前由所述 電壓檢測單元檢測出的所述直流電容器的電壓來計算所述直流電容器的估計容量;以及 壽命判定單元，其基于預先測定出的未使用時的所述直流電容器的初始容量的值和由 所述容量估計單元計算出的所述估計容量來判定所述直流電容器是否到壽命。2. 根據權利要求1所述的直流電容器的壽命判定裝置，其特征在于， 在所述估計容量相對于所述初始容量的比率為預先設定的基準比率以下的情況下，所 述壽命判定單元判定為所述直流電容器到壽命。3. 根據權利要求1所述的直流電容器的壽命判定裝置，其特征在于， 在所述估計容量為對所述初始容量乘以預先設定的基準比率而得到的值以下的情況 下，所述壽命判定單元判定為所述直流電容器到壽命。4. 根據權利要求2或3所述的直流電容器的壽命判定裝置，其特征在于， 還具備基準比率設定單元，該基準比率設定單元設定所述基準比率。5. 根據權利要求2或3所述的直流電容器的壽命判定裝置，其特征在于， 還具備警報信號輸出單元，在所述壽命判定單元判定為所述直流電容器到壽命時，該 警報信號輸出單元輸出警報信號。6. 根據權利要求1~5中的任一項所述的直流電容器的壽命判定裝置，其特征在于， 還具備初始容量存儲單元，該初始容量存儲單元存儲有預先測定出的未使用時的所述 直流電容器的初始容量的值。
【文檔編號】G01R31/00GK105974218SQ201610136909
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月10日
【發明人】吉田友和
【申請人】發那科株式會社