特許 7039019 電子機器、ロボット制御装置、及び、電解コンデンサ寿命推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-11

(45)【発行日】2022-03-22

(54)【発明の名称】電子機器、ロボット制御装置、及び、電解コンデンサ寿命推定方法

(51)【国際特許分類】

   H01G 13/00 20130101AFI20220314BHJP

   G01R 31/00 20060101ALI20220314BHJP

【ＦＩ】

H01G13/00 361Z

G01R31/00

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018067554

(22)【出願日】2018-03-30

(65)【公開番号】P2019179821

(43)【公開日】2019-10-17

【審査請求日】2021-01-18

(73)【特許権者】

【識別番号】391008515

【氏名又は名称】株式会社アイエイアイ

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100147924

【弁理士】

【氏名又は名称】美恵 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100165489

【弁理士】

【氏名又は名称】榊原 靖

(72)【発明者】

【氏名】西 匡宏

(72)【発明者】

【氏名】増田 高宏

【審査官】田中 晃洋

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２１１４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１３１３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第３８５０３１１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開平０３－１６５２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０２７１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３２２１４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｇ １３／００

Ｇ０１Ｒ ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解コンデンサを有する電子機器であって、
前記電解コンデンサの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサにより検出された温度と、予め定められた最大温度で前記電解コンデンサを使用した場合の残りの使用可能期間である規定寿命とを用いて、アレニウスの法則に基づく演算式に従い、前記温度センサにより検出された温度で使用を継続した場合の前記電解コンデンサの残りの使用可能期間である推定寿命を算出する推定寿命算出手段と、
前記推定寿命算出手段により算出された推定寿命を新たな規定寿命に換算する換算手段と、
を備え、
前記推定寿命算出手段は、前記換算手段により取得された前記新たな規定寿命を用いて、再度、前記推定寿命を算出することを特徴とする電子機器。

【請求項2】

前記換算手段は、前記推定寿命算出手段により算出された推定寿命と、前記推定寿命算出手段により算出された推定寿命から前記温度センサにより検出された温度での前記電解コンデンサの使用期間を差し引いた期間との比率を、前記規定寿命と前記新たな規定寿命との比率に当てはめることにより、前記新たな規定寿命を取得することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。

【請求項3】

前記温度センサにより検出された温度を補正する補正手段を備え、
前記推定寿命算出手段は、前記補正手段により補正された温度を用いて、前記推定寿命を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。

【請求項4】

前記電解コンデンサの仕様に応じた前記規定寿命の初期値を設定する規定寿命設定手段を備えることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の電子機器。

【請求項5】

電解コンデンサを有し、ロボットを制御するロボット制御装置であって、
前記電解コンデンサの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサにより検出された温度と、予め定められた最大温度で前記電解コンデンサを使用した場合の残りの使用可能期間である規定寿命とを用いて、アレニウスの法則に基づく演算式に従い、前記温度センサにより検出された温度で使用を継続した場合の前記電解コンデンサの残りの使用可能期間である推定寿命を算出する推定寿命算出手段と、
前記推定寿命算出手段により算出された推定寿命を新たな規定寿命に換算する換算手段と、
を備え、
前記推定寿命算出手段は、前記換算手段により取得された前記新たな規定寿命を用いて、再度、前記推定寿命を算出することを特徴とするロボット制御装置。

【請求項6】

電解コンデンサの温度を検出する温度検出ステップと、
前記温度検出ステップにおいて検出された温度と、予め定められた最大温度で前記電解コンデンサを使用した場合の残りの使用可能期間である規定寿命とを用いて、アレニウスの法則に基づく演算式に従い、前記温度検出ステップにおいて検出された温度で使用を継続した場合の前記電解コンデンサの残りの使用可能期間である推定寿命を算出する推定寿命算出ステップと、
前記推定寿命算出ステップにおいて算出された推定寿命を新たな規定寿命に換算する換算ステップと、
を含み、
前記推定寿命算出ステップにおいて、前記換算ステップにおいて取得された前記新たな規定寿命を用いて、再度、前記推定寿命を算出することを特徴とする電解コンデンサ寿命推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子機器、ロボット制御装置、及び、電解コンデンサ寿命推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

各種の電子機器においては電解コンデンサが広く用いられている。電解コンデンサは、他の電子部品と比較して寿命が短いため、電解コンデンサの寿命を推定することは電子機器の寿命を推定することにつながり、重要である。このため、従来より、電解コンデンサの寿命を推定することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００２－２５８７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、電解コンデンサの寿命を推定する手法では、使用を開始した後の温度変化に応じた適切な寿命推定が行われていない。

【0005】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、温度変化に応じて電解コンデンサの寿命を適切に推定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る電子機器は、
電解コンデンサを有する電子機器であって、
前記電解コンデンサの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサにより検出された温度と、予め定められた最大温度で前記電解コンデンサを使用した場合の残りの使用可能期間である規定寿命とを用いて、アレニウスの法則に基づく演算式に従い、前記温度センサにより検出された温度で使用を継続した場合の前記電解コンデンサの残りの使用可能期間である推定寿命を算出する推定寿命算出手段と、
前記推定寿命算出手段により算出された推定寿命を新たな規定寿命に換算する換算手段と、
を備え、
前記推定寿命算出手段は、前記換算手段により取得された前記新たな規定寿命を用いて、再度、前記推定寿命を算出することを特徴とする。

【0007】

前記換算手段は、前記推定寿命算出手段により算出された推定寿命と、前記推定寿命算出手段により算出された推定寿命から前記温度センサにより検出された温度での前記電解コンデンサの使用期間を差し引いた期間との比率を、前記規定寿命と前記新たな規定寿命との比率に当てはめることにより、前記新たな規定寿命を取得するようにしてもよい。

【0008】

前記温度センサにより検出された温度を補正する補正手段を備え、
前記推定寿命算出手段は、前記補正手段により補正された温度を用いて、前記推定寿命を算出するようにしてもよい。

【0009】

前記電解コンデンサの仕様に応じた前記規定寿命の初期値を設定する規定寿命設定手段を備えるようにしてもよい。

【0010】

上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係るロボット制御装置は、
電解コンデンサを有し、ロボットを制御するロボット制御装置であって、
前記電解コンデンサの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサにより検出された温度と、予め定められた最大温度で前記電解コンデンサを使用した場合の残りの使用可能期間である規定寿命とを用いて、アレニウスの法則に基づく演算式に従い、前記温度センサにより検出された温度で使用を継続した場合の前記電解コンデンサの残りの使用可能期間である推定寿命を算出する推定寿命算出手段と、
前記推定寿命算出手段により算出された推定寿命を新たな規定寿命に換算する換算手段と、
を備え、
前記推定寿命算出手段は、前記換算手段により取得された前記新たな規定寿命を用いて、再度、前記推定寿命を算出することを特徴とする。

【0011】

上記目的を達成するために、本発明の第３の観点に係る電解コンデンサ寿命推定方法は、
電解コンデンサの温度を検出する温度検出ステップと、
前記温度検出ステップにおいて検出された温度と、予め定められた最大温度で前記電解コンデンサを使用した場合の残りの使用可能期間である規定寿命とを用いて、アレニウスの法則に基づく演算式に従い、前記温度検出ステップにおいて検出された温度で使用を継続した場合の前記電解コンデンサの残りの使用可能期間である推定寿命を算出する推定寿命算出ステップと、
前記推定寿命算出ステップにおいて算出された推定寿命を新たな規定寿命に換算する換算ステップと、
を含み、
前記推定寿命算出ステップにおいて、前記換算ステップにおいて取得された前記新たな規定寿命を用いて、再度、前記推定寿命を算出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、温度変化に応じて電解コンデンサの寿命を適切に推定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係るモータ制御システムの外観斜視図である。

【図2】実施形態に係るモータ制御システムの正面図である。

【図3】実施形態に係るドライバユニットの構成を示す図である。

【図4】実施形態に係る電解コンデンサの寿命の推移を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0015】

図１は、実施形態に係るモータ制御システムの外観斜視図であり、図２は、モータ制御システムの正面図（図１のＡ方向から見た図）である。図１及び図２に示すモータ制御システム１は、２つのドライバユニット１００と１つのゲートウェイ２００とを接続して構成される。

【0016】

ドライバユニット１００は、図示しないアクチュエータ等のロボットに内蔵されるモータを接続し、当該モータを制御する。ドライバユニット１００によりモータが制御されることにより、ロボット内の可動部の位置が制御される。ゲートウェイ２００は、モータ制御システム１と図示しない外部の装置との間の通信を行うものである。

【0017】

図３は、ドライバユニット１００の構成を示す図である。図３に示すドライバユニット１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、不揮発性メモリ１０４、温度センサ１０６、制御電源生成回路１１０、モータドライブ回路１１２、モータコネクタ１１４、電源１１６、１２０、左側連結コネクタ１２２、右側連結コネクタ１２４、電解コンデンサ１５０を含んで構成される。

【0018】

ＣＰＵ１０２は、不揮発性メモリ１０４に記憶されたプログラムに従ってソフトウェア処理を実行することにより、各種処理を行うことが可能である。

【0019】

本実施形態では、ＣＰＵ１０２は、温度センサ１０６により検出された電解コンデンサ１５０の温度と、予め定められた電解コンデンサ１５０が使用可能な最大温度で電解コンデンサ１５０を使用した場合の残りの使用可能期間である規定寿命とを用いて、アレニウスの法則に基づく演算式に従い、温度センサ１０６により検出された電解コンデンサ１５０の温度で使用を継続した場合の電解コンデンサ１５０の残りの使用可能期間である推定寿命を算出する。更に、ＣＰＵ１０２は、算出された推定寿命を新たな規定寿命に換算する処理を行う。

【0020】

また、本実施形態では、ＣＰＵ１０２は、モータドライブ回路１１２からモータの駆動に伴うロボット内の可動部の位置情報を取得する。更に、ＣＰＵ１０２は、位置情報に基づいて、モータを制御するための制御情報を生成し、モータドライブ回路１１２へ出力する。

【0021】

不揮発性メモリ１０４は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）である。不揮発性メモリ１０４は、プログラムや各種のデータを記憶する。

【0022】

本実施形態では、不揮発性メモリ１０４は、電解コンデンサ１５０の仕様に応じた規定寿命の初期値と、予め定められた最大温度とを記憶するとともに、ＣＰＵ１０２によって算出された新たな規定寿命を記憶する。

【0023】

温度センサ１０６は、電解コンデンサ１５０の近傍に取り付けられ、当該電解コンデンサ１５０の温度を検出する。

【0024】

制御電源生成回路１１０は、電源１２０に接続され、ドライバユニット１００内の制御に用いる電力を生成する。

【0025】

モータドライブ回路１１２は、ＣＰＵ１０２からのモータを制御するための制御情報を取得し、当該制御情報に基づいて、電源１１６からの電力をモータコネクタ１１４に接続されているモータへ供給し、当該モータを制御する。また、モータドライブ回路１１２は、モータの駆動に伴うロボット内の可動部の位置情報を生成し、ＣＰＵ１０２へ出力する。

【0026】

モータコネクタ１１４は、モータを接続する。左側連結コネクタ１２２は、ドライバユニット１００の左側の他のドライバユニット１００又はゲートウェイ２００内の図示しないコネクタと接続される。右側連結コネクタ１２４は、ドライバユニット１００の右側の他のドライバユニット１００内の図示しないコネクタと接続される。

【0027】

電解コンデンサ１５０は、電源１１６から供給される電荷を蓄積する。

【0028】

次に、電解コンデンサ１５０の寿命の推定について説明する。

【0029】

本実施形態では、電解コンデンサ１５０の推定寿命は、アレニウスの法則に基づいて算出される。ここで、予め定められた最大温度で電解コンデンサ１５０を使用した場合の残りの使用可能期間である規定寿命をＬ０、最大温度をＴｍａｘ、温度センサ１０６により検出された電解コンデンサ１５０の温度をＴｃａｐとすると、電解コンデンサ１５０の推定寿命Ｌは、アレニウスの法則に基づく演算式により、Ｌ＝Ｌ０×２＾（（Ｔｍａｘ－Ｔｃａｐ）／１０）で算出される。アレニウスの法則に基づく演算式を用いることにより、電解コンデンサ１５０の温度が１０［度］低下すると、推定寿命はおおよそ２倍になる。電解コンデンサ１５０の温度が１０［度］低下すると、推定寿命はおおよそ２倍になることは、電解コンデンサの寿命についての経験則から導かれるものである。

【0030】

ＣＰＵ１０２は、所定の周期（例えば１秒周期）で温度センサ１０６により検出された電解コンデンサ１５０の温度を取得する。更に、ＣＰＵ１０２は、アレニウスの法則に基づく演算式において、不揮発性メモリ１０４に記憶された規定寿命の初期値をＬ０に代入し、不揮発性メモリ１０４に記憶された最大温度をＴｍａｘ代入し、温度センサ１０６により検出された電解コンデンサ１５０の温度をＴｃａｐに代入することにより、推定寿命Ｌを算出する。

【0031】

なお、温度センサ１０６により検出された電解コンデンサ１５０の温度は、実際の電解コンデンサ１５０の温度との間に誤差が生じる可能性がある。このような場合、不揮発性メモリ１０４に補正値が記憶される。ＣＰＵ１０２は、温度センサ１０６により検出された電解コンデンサ１５０の温度に、不揮発性メモリ１０４に記憶された補正値を加算して、電解コンデンサ１５０の温度Ｔｃａｐとして用いる。

【0032】

次に、ＣＰＵ１０２は、算出した推定寿命Ｌを新たな規定寿命Ｌ０に換算する。具体的には、ＣＰＵ１０２は、算出した推定寿命Ｌと、算出した推定寿命Ｌから温度センサ１０６により検出された温度での電解コンデンサ１５０の使用期間を差し引いた期間との比率を、規定寿命Ｌ０と新たな規定寿命Ｌ０’との比率に当てはめることにより、新たな規定寿命Ｌ０’を取得する。新たな規定寿命Ｌ０’は、不揮発性メモリ１０４に記憶される。ＣＰＵ１０２は、次に推定寿命Ｌを算出する際には、新たな規定寿命Ｌ’０を用い、Ｌ＝Ｌ０’×２＾（（Ｔｍａｘ－Ｔｃａｐ）／１０）により算出する。ＣＰＵ１０２は、このような処理を温度センサ１０６により検出された温度を取得する毎に繰り返す。

【0033】

以下、電解コンデンサ１５０の寿命の推定の一例を説明する。ここでは、電解コンデンサ１５０の仕様（定格）は、最大温度Ｔｍａｘが１０５［度］で規定寿命Ｌ０が７０００［時間］とする。

【0034】

電解コンデンサ１５０を温度７８．５［度］で８７６０［時間］使用する。また、電解コンデンサ１５０を温度７８．５［度］で使用する場合の推定寿命Ｌは、Ｌ＝７０００×２＾（（１０５－７８．５）／１０）により４３９３７［時間］となる。ここで、既に温度７８．５［度］で８７６０［時間］使用しているため、実際の推定寿命は、４３９３７－８７６０＝３５１７７［時間］となる。更に、算出した推定寿命Ｌである４３９３７［時間］と、実際の推定寿命である３５１７７［時間］との比率を、規定寿命Ｌ０である７０００［時間］と新たな規定寿命Ｌ０’との比率に当てはめることにより、新たな規定寿命Ｌ０’は、Ｌ０’＝７０００×３５１７７／４３９４７＝５６０４［時間］となる。すなわち、電解コンデンサ１５０は、最大温度１０５［度］で規定寿命である５６０４［時間］使用可能である仕様に変化したことになる。

【0035】

その後、最大温度１０５［度］で規定寿命である５６０４［時間］使用可能である仕様となった電解コンデンサ１５０を温度４０［度］で２６２８０［時間］使用する。また、電解コンデンサ１５０を温度４０［度］で使用する場合の推定寿命Ｌは、Ｌ＝５６０４×２＾（（１０５－４０）／１０）により５０７２５２［時間］となる。ここで、既に温度４０［度］で２６２８０［時間］使用しているため、実際の推定寿命は、Ｌ＝５０７２５２－２６２８０＝４８０９７２［時間］となる。更に、算出した推定寿命Ｌである５０７２５２［時間］と、実際の推定寿命である４８０９７２［時間］との比率を、算出した規定寿命Ｌ０である５６０４［時間］と新たな規定寿命Ｌ０’との比率に当てはめることにより、新たな規定寿命Ｌ０’は、Ｌ０’＝５６０４×４８０９３６／５０７２１６＝５３１４［時間］となる。すなわち、電解コンデンサ１５０は、最大温度１０５［度］で規定寿命である５３１４［時間］使用可能である仕様に変化したことになる。

【0036】

その後、最大温度１０５［度］で規定寿命である５３１４［時間］使用可能である仕様となった電解コンデンサ１５０を温度６０［度］で１７５２０［時間］使用する。また、電解コンデンサ１５０を温度６０［度］で使用する場合の推定寿命Ｌは、Ｌ＝５３１４×２＾（（１０５－６０）／１０）により１２０２４２［時間］となる。ここで、既に温度６０［度］で１７５２０［時間］使用しているため、実際の推定寿命Ｌは、Ｌ＝１２０２４２－１７５２０＝１０２７２２［時間］となる。更に、算出した推定寿命Ｌである１２０２４２［時間］と、実際の推定寿命である１０２７２２［時間］との比率を、規定寿命Ｌ０である５３１４［時間］と新たな規定寿命Ｌ０’との比率に当てはめることにより、新たな規定寿命Ｌ０’は、Ｌ０’＝５３１４×１０２７２２／１２０２４２＝４５４０［時間］となる。すなわち、電解コンデンサ１５０は、最大温度１０５［度］で規定寿命である４５４０［時間］使用可能である仕様に変化したことになる。

【0037】

図４は、電解コンデンサ１５０の寿命の推移を示す図である。図４では、最大温度で使用を継続した場合の電解コンデンサ１５０の寿命の推移を点線で示し、温度が変化する場合の電解コンデンサ１５０の寿命の推移を実線で示す。

【0038】

このように本実施形態では、温度センサ１０６により検出された温度での電解コンデンサ１５０の使用期間を考慮して、規定寿命を随時算出、更新する。

【0039】

より具体的には、電解コンデンサ１５０の推定寿命はアレニウスの法則に基づく演算式により算出される。その後、算出された推定寿命と、算出された推定寿命から温度センサ１０６により検出された温度での電解コンデンサ１５０の使用期間を差し引いた期間との比率を、規定寿命と新たな規定寿命との比率に当てはめることにより、新たな規定寿命が取得される。更に、新たな規定寿命が用いられて、アレニウスの法則に基づく演算式により新たな電解コンデンサ１５０の推定寿命が算出される。これにより、電解コンデンサ１５０の温度変化が規定寿命に反映されて、当該電解コンデンサ１５０の寿命を適切に推定することが可能となる。

【0040】

以上、実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

【0041】

例えば、複数種類の電解コンデンサ１５０の仕様に対応可能なように、不揮発性メモリ１０４に電解コンデンサ１５０の仕様に応じた規定寿命の初期値を記憶させておく。ＣＰＵ１０２は、実使用している電解コンデンサ１５０の仕様に応じた規定寿命の初期値を選択する。また、規定寿命の初期値である各パラメータは、作業者によって自由に設定、変更が可能であるようにしてもよい。

【0042】

また、上述した演算により算出された推定寿命や規定寿命は、ゲートウェイ２００を介して、図示しない表示部等に表示されたり、警報音が鳴動するようにしてもよい。また、上述した演算により算出された規定寿命が０あるいは所定期間以下になった場合には、図示しない表示部等に表示されたり、警報音が鳴動するようにしてもよい。

【0043】

また、モータ制御システムの構成は図１や図２に示すものに限定されず、ドライバユニット１００の数も限定されない。

【0044】

また、上述した実施形態では、モータ制御システムについて説明したが、これに限定されず、電解コンデンサを内装する電子機器であれば、本発明を適用することができる。

【0045】

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

【符号の説明】

【0046】

１ モータ制御システム
１００ ドライバユニット
１０２ ＣＰＵ
１０４ 不揮発性メモリ
１０６ 温度センサ
１１０ 制御電源生成回路
１１２ モータドライブ回路
１１４ モータコネクタ
１１６、１２０電源
１２２ 左側連結コネクタ
１２４ 右側連結コネクタ
１５０ 電解コンデンサ
２００ ゲートウェイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】