JP7306093B2

JP7306093B2 - 静電容量測定装置、劣化診断装置、劣化診断方法及び静電容量測定プログラム

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Publication number: JP7306093B2
Application number: JP2019114629A
Authority: JP
Inventors: 洋成出口; 紀明松村; 正義藤根
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2023-07-11
Anticipated expiration: 2039-06-20
Also published as: JP2021001765A

Description

本発明は、静電容量測定装置、劣化診断装置、静電容量測定方法、劣化診断方法及び静電容量測定プログラムに関する。

コンデンサの静電容量を測定する静電容量測定装置が従来技術として知られている。例えば、特許文献１には、コンデンサの静電容量等の特性値を測定する測定器を備えた装置が開示されている。当該装置は、測定器によって測定されたコンデンサの特性値をデータベースに蓄積する。

特開２００４－３７２５８号公報（２００４年２月５日公開）

特許文献１には、コンデンサの静電容量を測定する方法の詳細については開示されていない。よって、特許文献１に開示されている装置は、コンデンサの静電容量を測定する方法について、さらなる改善の余地を有している。本発明の一態様は、コンデンサの静電容量を容易に算出することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る静電容量測定装置は、コンデンサに印加される電圧の電圧測定値と、前記コンデンサに流れる電流の電流測定値と、を入力する入力部と、前記入力部によって入力された前記電圧測定値から、所定時点での前記コンデンサに印加される電圧の第１電圧変化率を測定する電圧変化率測定部と、前記入力部によって入力された前記電圧測定値及び前記電流測定値を参照し、少なくとも、前記所定時点での前記電圧測定値及び前記電流測定値と、前記電圧変化率測定部によって測定された前記第１電圧変化率と、から前記コンデンサの静電容量を算出する算出部と、を備える。

前記構成によれば、コンデンサの電圧測定値、電流測定値及び電圧変化率を用いて、コンデンサの静電容量を容易に算出することができる。よって、コンデンサの静電容量を測定する静電容量測定装置を安価に実現することができる。

前記電圧変化率測定部は、前記所定時点としての２つの時点での前記第１電圧変化率を測定し、前記算出部は、前記２つの時点での前記電圧測定値及び前記電流測定値と、前記電圧変化率測定部によって測定された前記２つの時点での前記第１電圧変化率と、から前記コンデンサの静電容量を算出してもよい。前記構成によれば、２つの時点において、コンデンサの静電容量を算出するための各値を参照することによって、コンデンサの静電容量を容易に算出することができる。

前記２つの時点の間の期間は、所定期間以下であってもよい。前記構成によれば、例えば、２つの時点において、コンデンサの静電容量を算出するための各値の変化が小さくなるように、２つの時点の間の期間が所定期間以下に設定される。これにより、コンデンサの静電容量の算出の精度を向上することができる。

前記静電容量測定装置は、前記入力部によって入力された前記電流測定値から、前記所定時点での前記コンデンサに流れる電流の電流変化率を測定する電流変化率測定部をさらに備え、前記電圧変化率測定部は、前記第１電圧変化率が微分された値である第２電圧変化率をさらに測定し、前記算出部は、前記所定時点での前記電圧測定値及び前記電流測定値と、前記電圧変化率測定部によって測定された前記第１電圧変化率と、に加えて、前記電圧変化率測定部によって測定された前記第２電圧変化率と、前記電流変化率測定部によって測定された前記電流変化率と、から前記コンデンサの静電容量を算出してもよい。

前記構成によれば、第１電圧変化率が微分された値である第２電圧変化率を用いてコンデンサの静電容量を算出する。例えば、近似によって第２電圧変化率を求める場合、第１電圧変化率を求める場合に比べて、より多くの情報を用いる。このため、第２電圧変化率を用いてコンデンサの静電容量を算出することにより、コンデンサの静電容量の算出の精度を向上することができる。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る劣化診断装置は、コンデンサに印加される電圧の電圧測定値と、前記コンデンサに流れる電流の電流測定値と、を入力する入力部と、前記入力部によって入力された前記電圧測定値から、所定時点での前記コンデンサに印加される電圧の電圧変化率を測定する電圧変化率測定部と、前記入力部によって入力された前記電圧測定値及び前記電流測定値を参照し、少なくとも、前記所定時点での前記電圧測定値及び前記電流測定値と、前記電圧変化率測定部によって測定された前記電圧変化率と、から前記コンデンサの静電容量及び漏れ電流のアドミタンスを算出する算出部と、前記算出部によって算出された前記コンデンサの静電容量における初期値からの低下量と、前記算出部によって算出された前記コンデンサの漏れ電流の前記アドミタンスにおける初期値からの上昇量と、から前記コンデンサの劣化診断の結果を出力する結果出力部と、を備える。

前記構成によれば、多種多様のコンデンサのそれぞれについて、診断の基準となるコンデンサの特性及びコンデンサの劣化を診断するためのデータベースを構築することなく、コンデンサの劣化診断を容易に行うことができる。よって、前記データベースを構築する場合と比べて、コンデンサの劣化診断を行う劣化診断装置を安価に実現することができる。

前記結果出力部は、前記低下量及び前記上昇量から前記コンデンサの寿命予測の結果をさらに出力してもよい。前記構成によれば、コンデンサの劣化診断の結果に加えて、コンデンサの寿命予測の結果を確認することができる。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る静電容量測定方法は、コンデンサに印加される電圧を電圧測定値として測定する電圧測定工程と、前記コンデンサに流れる電流を電流測定値として測定する電流測定工程と、前記電圧測定工程にて測定された前記電圧測定値から、所定時点での前記コンデンサに印加される電圧の電圧変化率を測定する電圧変化率測定工程と、前記電圧測定工程及び前記電流測定工程のそれぞれにて測定された前記電圧測定値及び前記電流測定値を参照し、少なくとも、前記所定時点での前記電圧測定値及び前記電流測定値と、前記電圧変化率測定工程にて測定された前記電圧変化率と、から前記コンデンサの静電容量を算出する算出工程と、を含む。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る劣化診断方法は、コンデンサに印加される電圧を電圧測定値として測定する電圧測定工程と、前記コンデンサに流れる電流を電流測定値として測定する電流測定工程と、前記電圧測定工程にて測定された前記電圧測定値から、所定時点での前記コンデンサに印加される電圧の電圧変化率を測定する電圧変化率測定工程と、前記電圧測定工程及び前記電流測定工程のそれぞれにて測定された前記電圧測定値及び前記電流測定値を参照し、少なくとも、前記所定時点での前記電圧測定値及び前記電流測定値と、前記電圧変化率測定工程にて測定された前記電圧変化率と、から前記コンデンサの静電容量及び漏れ電流のアドミタンスを算出する算出工程と、前記算出工程にて算出された前記コンデンサの静電容量における初期値からの低下量と、前記算出工程にて算出された前記コンデンサの漏れ電流の前記アドミタンスにおける初期値からの上昇量と、から前記コンデンサの劣化診断の結果を出力する結果出力工程と、を含む。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る静電容量測定プログラムは、前記静電容量測定装置としてコンピュータを機能させるための静電容量測定プログラムであって、前記入力部、前記電圧変化率測定部及び前記算出部としてコンピュータを機能させるためのものであってもよい。

本発明の一態様によれば、コンデンサの静電容量を容易に算出することができる。

本発明の実施形態１に係る静電容量測定装置を備える車両の構成を示すブロック図である。図１に示す車両が備える電力変換装置に設けられたコンデンサに対する等価回路を示す図である。図１に示す車両が備える静電容量測定装置の算出部の処理に関する実験例において、コンデンサの電圧及び電流の測定結果を示すグラフである。算出部の処理に関する実験例において、コンデンサの静電容量及び漏れ電流のアドミタンスの算出結果を示すグラフである。図４に示すグラフから、横軸を時間から電界に変更したグラフである。本発明の実施形態１に係る静電容量測定装置を備える製品検査装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態２に係る静電容量測定装置を備える車両の構成を示すブロック図である。

〔実施形態１〕
（静電容量測定装置１０の構成）
静電容量測定装置１０の構成について、図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る静電容量測定装置１０を備える車両Ｖ１の構成を示すブロック図である。ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）またはＥＶ（Electric Vehicle）等のような車両Ｖ１は、図１に示すように、電力変換装置Ｅ１を備えている。

電力変換装置Ｅ１は、直流と交流との間で電力変換を行う装置である。電力変換装置Ｅ１は、劣化診断装置１と、コンデンサ２と、電圧計３と、電流計４と、記憶部５と、を備えている。劣化診断装置１は、コンデンサ２、電圧計３、電流計４及び記憶部５と接続されている。コンデンサ２は、電圧計３と並列に接続されており、電流計４と直列に接続されている。なお、電圧計３及び電流計４は、電力変換装置Ｅ１の外部にあり、かつ、車両Ｖ１に備えられてもよい。

コンデンサ２としては、例えば、フィルムコンデンサが用いられることが好ましい。フィルムコンデンサは、プラスチックフィルムに金属を蒸着させて巻回して構成されるものである。フィルムコンデンサは、セラミックコンデンサ及び電解コンデンサと比べて、高電圧に対応可能であり、高周波特性がよく、誘電体損失が少ないという特徴を有する。

このため、フィルムコンデンサは、電子用途、車載用途や産業用途に広く用いられている。このように、車両Ｖ１が備える電力変換装置Ｅ１のコンデンサ２としてフィルムコンデンサを用いることにより、高電圧に対応可能にし、高周波特性をよくし、誘電体損失を少なくすることができる。

電圧計３は、コンデンサ２に印加される電圧を電圧測定値として測定する（電圧測定工程）。電圧計３は、測定によって得られた電圧測定値を劣化診断装置１に提供する。電流計４は、コンデンサ２に流れる電流を電流測定値として測定する（電流測定工程）。電流計４は、測定によって得られた電流測定値を劣化診断装置１に提供する。

劣化診断装置１は、コンデンサ２の劣化診断を行う装置である。劣化診断装置１は、車両Ｖ１に設けられる場合、車両Ｖ１の動作中にコンデンサ２の劣化診断を行う。なお、劣化診断装置１は、車両Ｖ１以外の他の産業用機械に設けられてもよい。劣化診断装置１は、静電容量測定装置１０と、結果出力部１４０と、を備えている。静電容量測定装置１０は、コンデンサ２の静電容量を測定する装置である。静電容量測定装置１０は、入力部１１０と、電圧変化率測定部１２０と、算出部１３０と、を備えている。

入力部１１０は、電圧計３から劣化診断装置１に提供された電圧測定値と、電流計４から劣化診断装置１に提供された電流測定値と、を入力する。換言すると、入力部１１０は、コンデンサ２に印加される電圧の電圧測定値と、コンデンサ２に流れる電流の電流測定値と、を入力する。入力部１１０は、入力した電圧測定値及び電流測定値を記憶部５に記憶する。

電圧変化率測定部１２０は、入力部１１０によって入力された電圧測定値から、所定時点でのコンデンサ２に印加される電圧の第１電圧変化率（電圧変化率）を測定する（電圧変化率測定工程）。第１電圧変化率は、例えば、所定時点でのコンデンサ２に印加される電圧が１階微分された値である。このとき、電圧変化率測定部１２０は、記憶部５に記憶された電圧測定値を参照する。電圧変化率測定部１２０は、測定した第１電圧変化率を記憶部５に記憶する。前記所定時点は、劣化診断装置１を使用するユーザによって適宜決定される。前記所定時点についての詳細は後述する。

算出部１３０は、入力部１１０によって入力された電圧測定値及び電流測定値を参照する。また、算出部１３０は、前記所定時点での電圧測定値及び電流測定値と、電圧変化率測定部１２０によって測定された第１電圧変化率と、からコンデンサ２の静電容量及び漏れ電流のアドミタンスを算出する。このとき、算出部１３０は、記憶部５に記憶された電圧測定値、電流測定値及び第１電圧変化率を参照する。算出部１３０は、算出したコンデンサ２の静電容量及び漏れ電流のアドミタンスを記憶部５に記憶する。

なお、後述の実施形態２では、算出部１３０Ａは、前記所定時点での電圧測定値及び電流測定値と、第１電圧変化率と、に加えて、第２電圧変化率と、電流変化率と、からコンデンサ２の静電容量及び漏れ電流のアドミタンスを算出する。

よって、本発明の一態様に係る算出部は、少なくとも、前記所定時点での電圧測定値及び電流測定値と、電圧変化率測定部１２０によって測定された第１電圧変化率と、からコンデンサ２の静電容量及び漏れ電流のアドミタンスを算出する（算出工程）。前記構成によれば、コンデンサ２の電圧測定値、電流測定値及び第１電圧変化率を用いて、コンデンサ２の静電容量を容易に算出することができる。よって、コンデンサ２の静電容量を測定する静電容量測定装置１０を安価に実現することができる。

（算出部１３０の処理の詳細）
算出部１３０におけるコンデンサ２の静電容量及び漏れ電流のアドミタンスの算出処理では、劣化診断の対象であるコンデンサ２に対して、図２に示す等価回路を考慮している。図２は、図１に示す車両Ｖ１が備える電力変換装置Ｅ１に設けられたコンデンサ２に対する等価回路を示す図である。図２に示すように、コンデンサ２の外部からコンデンサ２に対して電流Ｉを流す場合を考える。

この場合、電流Ｉは、電流計４によって測定される電流となる。また、コンデンサ２には漏れ電流Ｉ２が発生する。電流Ｉから漏れ電流Ｉ２が差し引かれた電流を電流Ｉ１とする。つまり、電流Ｉは、電流Ｉ１と電流Ｉ２との和に等しくなる。ここで、コンデンサ２の静電容量をＣ、コンデンサ２の漏れ電流Ｉ２のアドミタンスをＹとする。アドミタンスＹは、コンデンサ２との並列アドミタンスであり、漏れ電流Ｉ２をアドミタンスにしたものである。

また、ある時点（ｔ秒）からａ秒だけ後退した時点（ｔ－ａ秒）と、ある時点（ｔ秒）からａ秒だけ前進した時点（ｔ＋ａ秒）と、を前記所定時点としての２つの時点とする場合を考える。この場合、算出部１３０は、コンデンサ２の静電容量Ｃ及びアドミタンスＹを算出するために、ｔ－ａ秒での電圧測定値Ｖ（ｔ－ａ）、電流測定値Ｉ（ｔ－ａ）及び第１電圧変化率ｄＶ（ｔ－ａ）／ｄｔを用いる。

さらに、算出部１３０は、ｔ＋ａ秒での電圧測定値Ｖ（ｔ＋ａ）、電流測定値Ｉ（ｔ＋ａ）及び第１電圧変化率ｄＶ（ｔ＋ａ）／ｄｔを用いる。このとき、電圧変化率測定部１２０は、前記所定時点としての前記２つの時点での第１電圧変化率ｄＶ（ｔ－ａ）／ｄｔ，ｄＶ（ｔ＋ａ）／ｄｔを測定する。算出部１３０がこれらの値を用いた場合、図２に示す等価回路から以下の式（１）及び式（２）からなる連立方程式が得られる。

前記の連立方程式を、２次の線形の連立方程式と見なし、前記２つの時点での電圧測定値及び第１電圧変化率を連立方程式の係数と見なす。また、前記２つの時点での電流測定値を既知の変数と見なし、コンデンサ２の静電容量及びアドタンスを未知の変数と見なす。これにより、以下の式（３）が得られる。

このように連立方程式を構成すると、以下の式（４）に示すように、算出部１３０は、シンプルな２行２列の逆行列計算で、ある時点（ｔ秒）でのコンデンサ２の静電容量Ｃ及びアドミタンスＹを算出することができる。つまり、算出部１３０は、式（１）から式（４）の計算処理を行い、ある時点（ｔ秒）でのコンデンサ２の静電容量Ｃ及びアドミタンスＹを算出する。

このように、算出部１３０は、前記２つの時点での電圧測定値及び電流測定値と、電圧変化率測定部１２０によって測定された前記２つの時点での第１電圧変化率と、からコンデンサ２の静電容量Ｃ及び漏れ電流Ｉ２のアドミタンスＹを算出する。前記構成によれば、前記２つの時点において、コンデンサ２の静電容量Ｃ及び漏れ電流Ｉ２のアドミタンスＹを算出するための各値を参照することによって、コンデンサ２の静電容量Ｃ及び漏れ電流Ｉ２のアドミタンスＹを容易に算出することができる。

また、時点（ｔ－ａ秒）と時点（ｔ＋ａ秒）との間の期間（２ａ秒）は、所定期間以下であることが好ましい。換言すると、前記２つの時点の間の期間は、所定期間以下であることが好ましい。前記構成によれば、例えば、前記２つの時点において、コンデンサ２の静電容量Ｃ及び漏れ電流Ｉ２のアドミタンスＹを算出するための各値の変化が小さくなるように、前記２つの時点の間の期間が所定期間以下に設定される。これにより、コンデンサ２の静電容量Ｃ及び漏れ電流Ｉ２のアドミタンスＹの算出の精度を向上することができる。

結果出力部１４０は、記憶部５から、算出部１３０によって算出されたコンデンサ２の静電容量Ｃ及び漏れ電流Ｉ２のアドミタンスＹを参照する。結果出力部１４０は、コンデンサ２の静電容量Ｃにおける初期値からの低下量と、コンデンサ２の漏れ電流Ｉ２のアドミタンスＹにおける初期値からの上昇量と、からコンデンサ２の劣化診断の結果を出力する（結果出力工程）。

前記構成によれば、多種多様のコンデンサ２のそれぞれについて、診断の基準となるコンデンサ２の特性及びコンデンサ２の劣化を診断するためのデータベースを構築することなく、コンデンサ２の劣化診断を容易に行うことができる。よって、前記データベースを構築する場合と比べて、コンデンサ２の劣化診断を行う劣化診断装置１を安価に実現することができる。

また、結果出力部１４０は、コンデンサ２の静電容量Ｃにおける初期値からの低下量と、コンデンサ２の漏れ電流Ｉ２のアドミタンスＹにおける初期値からの上昇量と、からコンデンサ２の寿命予測の結果をさらに出力してもよい。前記構成によれば、コンデンサ２の劣化診断の結果に加えて、コンデンサ２の寿命予測の結果を確認することができる。これに加えて、コンデンサ２の寿命予測を行うためのデータベースを構築することなく、コンデンサ２の寿命予測を容易に行うことができる。

コンデンサ２の静電容量Ｃにおける初期値は、コンデンサ２の定格値として決まっている。また、コンデンサ２のアドミタンスＹにおける初期値は、コンデンサ２の漏れ電流Ｉ２の定格値によって決まっている。よって、コンデンサ２が多種多様であっても、コンデンサ２の静電容量Ｃ及びアドミタンスＹにおける初期値が定格値で決まる。このため、静電容量Ｃにおける初期値からの低下量と、アドミタンスＹにおける初期値からの上昇量と、からコンデンサ２の劣化診断及び寿命予測を容易に行うことができる。

なお、結果出力部１４０は、コンデンサ２の静電容量Ｃにおける初期値からの低下量の割合と、コンデンサ２の漏れ電流Ｉ２のアドミタンスＹにおける初期値からの上昇量の割合と、からコンデンサ２の劣化診断の結果及び寿命予測の結果を出力してもよい。静電容量Ｃにおける初期値からの低下量の割合とは、当該初期値を１００％とする場合、前記低下量が占める割合である。アドミタンスＹにおける初期値からの上昇量の割合とは、当該初期値を１００％とする場合、前記上昇量が占める割合である。

結果出力部１４０は、静電容量Ｃにおける初期値からの低下量の割合が第１所定値以上であり、かつ、アドミタンスＹにおける初期値からの上昇量の割合が第２所定値以上であれば、コンデンサ２が劣化しているものとして劣化診断の結果を出力してもよい。結果出力部１４０は、車両Ｖ１の動作中に、コンデンサ２の劣化診断の結果及び寿命予測の結果を逐次出力してもよい。

（実験例）
次に、算出部１３０の処理に関する実験例について、図３から図５に基づいて説明する。この実験例では、高電圧の直流電源を用いてコンデンサに高電圧を印加し、コンデンサの電圧及び電流を測定した。評価対象のコンデンサについては、電極面積が１ｍ^２であり、かつ、厚さが４μｍであるポリプロピレンのフィルムにアルミニウムを蒸着させて巻回したフィルムコンデンサを用いている。電圧及び電流をロガーで測定し、測定したデータについて、表計算ソフトウェアとして、例えば、スプレッドシートを用いて計算することにより静電容量及びアドミタンスを計算した。

図３は、図１に示す車両Ｖ１が備える静電容量測定装置１０の算出部１３０の処理に関する実験例において、コンデンサ２の電圧及び電流の測定結果を示すグラフである。図３において、横軸は時間［秒］であり、左側の縦軸は電圧［Ｖ］であり、右側の縦軸は電流［Ａ］である。また、ＶＮは電圧を示しており、ＩＮは電流を示している。

図４は、算出部１３０の処理に関する実験例において、コンデンサ２の静電容量Ｃ及び漏れ電流Ｉ２のアドミタンスＹの算出結果を示すグラフである。具体的には、グラフＧ１は、コンデンサ２の静電容量Ｃの算出結果を示すグラフであり、グラフＧ２は、コンデンサ２の漏れ電流Ｉ２のアドミタンスＹの算出結果を示すグラフである。

グラフＧ１において、横軸は時間［秒］であり、縦軸は静電容量［Ｆ］である。グラフＧ２において、横軸は時間［秒］であり、縦軸はアドミタンス［Ｓ］である。グラフＧ１及びグラフＧ２は、前述した式（１）から（４）を用いて計算されることにより作成されたグラフである。

図５は、図４に示すグラフから、横軸を時間から電界に変更したグラフである。具体的には、グラフＧ３は、グラフＧ１から、横軸を時間から電界に変更したグラフであり、グラフＧ４は、グラフＧ２から、横軸を時間から電界に変更したグラフである。グラフＧ３において、横軸は電界［Ｖ／μｍ］であり、縦軸は静電容量［Ｆ］である。グラフＧ４において、横軸は電界［Ｖ／μｍ］であり、縦軸はアドミタンス［Ｓ］である。

時間から電界への変更は、時間と電界との関係を用いて行われる。図３に示すグラフの電圧を、前記ポリプロピレンのフィルムの厚さ（４μｍ）で割ることにより、図５に示すグラフの電界となる。よって、時間と電界との関係は、図３に示すグラフ及び前記ポリプロピレンのフィルムの厚さから得られる。図５に示す電界は、コンデンサへのストレスとなる。

結果出力部１４０は、図５に示すようなグラフを参照して、コンデンサ２の劣化診断の結果及び寿命予測の結果を出力する。つまり、結果出力部１４０は、コンデンサ２の電界と静電容量Ｃとの関係と、コンデンサ２の電界とアドミタンスＹとの関係と、を参照して、コンデンサ２の劣化診断の結果及び寿命予測の結果を出力する。

図３に示すような簡単な電圧波形及び電流波形から、静電容量及びアドミタンスを計算することができ、静電容量の低下量及びアドミタンスの上昇量でコンデンサの劣化診断及び寿命予測を容易に行うことができる。

ここで、前記所定時点は、前述した通り、劣化診断装置１を使用するユーザによって適宜決定される。例えば、ユーザが、コンデンサへのストレスとしての電界が４５０Ｖ／μｍである場合を想定しているものとする。この場合、前記ポリプロピレンのフィルムの厚さが４μｍであるため、電界が４５０Ｖとなる電圧ＶＮは、４５０×４＝１８００Ｖとなる。

図３に示すように、電圧ＶＮが１８００Ｖとなる時間は、１６秒である。よって、ユーザは、１６秒からａ秒だけ後退した時点（１６－ａ秒）と、１６秒からａ秒だけ前進した時点（１６＋ａ秒）と、を前記所定時点として決定する。なお、後述する実施形態２では、ユーザは、１６秒の時点を前記所定時点として決定する。

（変形例）
次に、劣化診断装置１の適用の変形例について、図６に基づいて説明する。図６は、本発明の実施形態１に係る静電容量測定装置１０を備える製品検査装置Ａ１の構成を示すブロック図である。製品検査装置Ａ１は、製品としての車両Ｖ２の検査を行う装置である。製品検査装置Ａ１は、例えば、車両Ｖ２が備える電力変換装置Ｅ２に設けられたコンデンサ２の性能を検査する。

車両Ｖ２は、車両Ｖ１と比べて、電力変換装置Ｅ１が電力変換装置Ｅ２に変更されている点が異なる。電力変換装置Ｅ２は、電力変換装置Ｅ１と比べて、劣化診断装置１を備えていない点が異なる。電圧計３、電流計４及び記憶部５については、電力変換装置Ｅ２に備えられていてもよい。

製品検査装置Ａ１は、図６に示すように、劣化診断装置１と、電圧計３と、電流計４と、記憶部５と、を備えている。車両Ｖ２が備える電力変換装置Ｅ２に設けられたコンデンサ２は、製品検査装置Ａ１に備えられる劣化診断装置１、電圧計３及び電流計４と接続されている。

劣化診断装置１は、製品検査装置Ａ１に設けられる場合、製品検査装置Ａ１が車両Ｖ２の検査を行う際に、車両Ｖ２に設けられたコンデンサ２の劣化診断を行う。なお、劣化診断装置１は、車両Ｖ２以外の他の産業用機械の検査を行う製品検査装置に設けられてもよく、この場合、当該他の産業用機械に設けられたコンデンサ２の劣化診断を行う。

つまり、劣化診断装置１は、製品としての車両ではなく、製品検査装置に備えられてもよい。したがって、本発明は、コンデンサ２を備える製品としての車両Ｖ１に備えられる劣化診断装置に適用範囲が限定されるものではなく、製品としての車両Ｖ２の検査を行う製品検査装置Ａ１に備えられる劣化診断装置にも適用されるものである。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図７に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。図７は、本発明の実施形態２に係る静電容量測定装置１０Ａを備える車両Ｖ３の構成を示すブロック図である。

車両Ｖ３は、図７に示すように、車両Ｖ１と比べて、静電容量測定装置１０が静電容量測定装置１０Ａに変更されている点が異なる。これにより、車両Ｖ３では、車両Ｖ１と比べて、劣化診断装置１が劣化診断装置１Ａに変更され、電力変換装置Ｅ１が電力変換装置Ｅ３に変更される。

静電容量測定装置１０Ａは、静電容量測定装置１０と比べて、電圧変化率測定部１２０が電圧変化率測定部１２０Ａに変更されている点と、算出部１３０が算出部１３０Ａに変更されている点と、電流変化率測定部１５０を備えている点と、が異なる。

電圧変化率測定部１２０Ａは、第１電圧変化率測定部に加えて、当該第１電圧変化率が微分された値である第２電圧変化率をさらに測定する。第２電圧変化率は、例えば、前記所定時点でのコンデンサ２に印加される電圧が２階微分された値であり、第１電圧変化率が１階微分された値である。このとき、電圧変化率測定部１２０Ａは、記憶部５に記憶された第１電圧変化率を参照する。電圧変化率測定部１２０Ａは、測定した第２電圧変化率を記憶部５に記憶する。

電流変化率測定部１５０は、入力部１１０によって入力された電流測定値から、前記所定時点でのコンデンサ２に流れる電流の電流変化率を測定する。電流変化率は、例えば、前記所定時点でのコンデンサ２に流れる電流が１階微分された値である。このとき、電流変化率測定部１５０は、記憶部５に記憶された電流測定値を参照する。電流変化率測定部１５０は、測定した電流変化率を記憶部５に記憶する。

算出部１３０Ａは、入力部１１０によって入力された電圧測定値及び電流測定値を参照する。また、算出部１３０Ａは、前記所定時点での電圧測定値及び電流測定値と、電圧変化率測定部１２０Ａによって測定された第１電圧変化率と、に加えて、電圧変化率測定部１２０Ａによって測定された第２電圧変化率と、電流変化率測定部１５０によって測定された電流変化率と、からコンデンサ２の静電容量及び漏れ電流のアドミタンスを算出する。

このとき、算出部１３０Ａは、記憶部５に記憶された電圧測定値、電流測定値、第１電圧変化率、第２電圧変化率及び電流変化率を参照する。算出部１３０Ａは、算出したコンデンサ２の静電容量及び漏れ電流のアドミタンスを記憶部５に記憶する。

（算出部１３０Ａの処理の詳細）
算出部１３０Ａにおけるコンデンサ２の静電容量及び漏れ電流のアドミタンスの算出処理では、算出部１３０の算出処理と同様に、図２に示す等価回路を考慮している。ここで、ある時点（ｔ秒）を前記所定時点とする場合を考える。この場合、算出部１３０Ａは、コンデンサ２の静電容量Ｃ及びアドミタンスＹを算出するために、下記の値を用いる。

具体的には、算出部１３０Ａは、ｔ秒での電圧測定値Ｖ（ｔ）、電流測定値Ｉ（ｔ）、第１電圧変化率ｄＶ（ｔ）／ｄｔ、第２電圧変化率ｄ^２Ｖ（ｔ）／ｄｔ^２及び電流変化率ｄＩ（ｔ）／ｄｔを用いる。算出部１３０Ａがこれらの値を用いた場合、図２に示す等価回路から以下の式（５）及び式（６）からなる連立方程式が得られる。

また、前記の式（５）及び式（６）から以下の式（７）が得られる。そして、式（７）から以下の式（８）が得られる。

さらに、コンデンサ２の電圧測定値、電流測定値、第１電圧変化率、第２電圧変化率及び電流変化率は、アナログ信号をΔｔ秒のサンプリング周期でＡＤ（Analog-Digital）変換することによって得られる。これらの値の計算は、デジタル信号処理で行われる。このため、電圧及び電流の時間微分の処理は、差分法が適用されることにより、以下の式（９）及び式（１０）に置き換えられる。

前記の式（９）及び式（１０）において、ある時点（ｔ秒）より所定の微小時間（Δｔ秒）だけ前進した時点（ｔ＋Δｔ秒）での電圧及び電流をそれぞれ、Ｖｉ，Ｉｉとし、ある時点（ｔ秒）での電圧及び電流をそれぞれ、Ｖｊ，Ｉｊとする。また、ある時点（ｔ秒）より所定の微小時間（Δｔ秒）だけ後退した時点（ｔ－Δｔ秒）での電圧をＶｋとする。

このように、算出部１３０Ａは、ある時点（ｔ秒）でのコンデンサ２の静電容量Ｃ及びアドミタンスＹを算出することができる。つまり、算出部１３０Ａは、式（５）から式（１０）の計算処理を行い、ある時点（ｔ秒）でのコンデンサ２の静電容量Ｃ及びアドミタンスＹを算出する。

前記構成によれば、第１電圧変化率が微分された値である第２電圧変化率を用いてコンデンサ２の静電容量Ｃ及び漏れ電流Ｉ２のアドミタンスＹを算出する。例えば、近似によって第２電圧変化率を求める場合、第１電圧変化率を求める場合に比べて、より多くの情報を用いる。このため、第２電圧変化率を用いてコンデンサ２の静電容量及びアドミタンスＹを算出することにより、コンデンサ２の静電容量及びアドミタンスＹの算出の精度を向上することができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
劣化診断装置１，１Ａの制御ブロック（特に入力部１１０、電圧変化率測定部１２０，１２０Ａ、算出部１３０，１３０Ａ、結果出力部１４０及び電流変化率測定部１５０）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、劣化診断装置１，１Ａは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、前記コンピュータにおいて、前記プロセッサが前記プログラムを前記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。前記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。前記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、前記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、前記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して前記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、前記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１、１Ａ劣化診断装置
２コンデンサ
１０、１０Ａ静電容量測定装置
１１０入力部
１２０、１２０Ａ電圧変化率測定部
１３０、１３０Ａ算出部
１４０結果出力部
１５０電流変化率測定部

Claims

コンデンサに印加される電圧の電圧測定値と、前記コンデンサに流れる電流の電流測定値と、を入力する入力部と、
前記入力部によって入力された前記電圧測定値から、所定時点での前記コンデンサに印加される電圧の第１電圧変化率を測定する電圧変化率測定部と、
前記入力部によって入力された前記電圧測定値及び前記電流測定値を参照し、少なくとも、前記所定時点での前記電圧測定値及び前記電流測定値と、前記電圧変化率測定部によって測定された前記第１電圧変化率と、から前記コンデンサの静電容量を算出する算出部と、
前記入力部によって入力された前記電流測定値から、前記所定時点での前記コンデンサに流れる電流の電流変化率を測定する電流変化率測定部と、を備え、
前記電圧変化率測定部は、前記第１電圧変化率が微分された値である第２電圧変化率をさらに測定し、
前記算出部は、
前記所定時点での前記電圧測定値及び前記電流測定値と、前記電圧変化率測定部によって測定された前記第１電圧変化率と、に加えて、
前記電圧変化率測定部によって測定された前記第２電圧変化率と、前記電流変化率測定部によって測定された前記電流変化率と、から前記コンデンサの静電容量を算出することを特徴とする静電容量測定装置。
コンデンサに印加される電圧の電圧測定値と、前記コンデンサに流れる電流の電流測定値と、を入力する入力部と、
前記入力部によって入力された前記電圧測定値から、所定時点での前記コンデンサに印加される電圧の電圧変化率を測定する電圧変化率測定部と、
前記入力部によって入力された前記電圧測定値及び前記電流測定値を参照し、少なくとも、前記所定時点での前記電圧測定値及び前記電流測定値と、前記電圧変化率測定部によって測定された前記電圧変化率と、から前記コンデンサの静電容量及び漏れ電流のアドミタンスを算出する算出部と、
前記算出部によって算出された前記コンデンサの静電容量における初期値からの低下量と、前記算出部によって算出された前記コンデンサの漏れ電流の前記アドミタンスにおける初期値からの上昇量と、から前記コンデンサの劣化診断の結果を出力する結果出力部と、を備えることを特徴とする劣化診断装置。
前記結果出力部は、前記低下量及び前記上昇量から前記コンデンサの寿命予測の結果をさらに出力することを特徴とする請求項２に記載の劣化診断装置。
コンデンサに印加される電圧を電圧測定値として測定する電圧測定工程と、
前記コンデンサに流れる電流を電流測定値として測定する電流測定工程と、
前記電圧測定工程にて測定された前記電圧測定値から、所定時点での前記コンデンサに印加される電圧の電圧変化率を測定する電圧変化率測定工程と、
前記電圧測定工程及び前記電流測定工程のそれぞれにて測定された前記電圧測定値及び前記電流測定値を参照し、少なくとも、前記所定時点での前記電圧測定値及び前記電流測定値と、前記電圧変化率測定工程にて測定された前記電圧変化率と、から前記コンデンサの静電容量及び漏れ電流のアドミタンスを算出する算出工程と、
前記算出工程にて算出された前記コンデンサの静電容量における初期値からの低下量と、前記算出工程にて算出された前記コンデンサの漏れ電流の前記アドミタンスにおける初期値からの上昇量と、から前記コンデンサの劣化診断の結果を出力する結果出力工程と、を含むことを特徴とする劣化診断方法。
請求項１に記載の静電容量測定装置としてコンピュータを機能させるための静電容量測定プログラムであって、前記入力部、前記電圧変化率測定部、前記算出部及び前記電流変化率測定部としてコンピュータを機能させるための静電容量測定プログラム。