TWI657724B

TWI657724B - 易於更換電容器之物品構造及電容器更換警示系統

Info

Publication number: TWI657724B
Application number: TW107116690A
Authority: TW
Inventors: 李岳翰
Original assignee: 李岳翰
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2019-04-21
Also published as: EP3570650A1; US10861646B2; TW201948021A; US20190355515A1; EP3570650B1

Abstract

本發明所提供易於更換電容器之物品構造者，其主要之技術特徵即係使一具有電容器之電容單元被設置在一承載單元上而成為一模組，當電容器發生損壞時即以更換模組之手段達到更新電容器之目的，因非就電容器元件進行更換，無需進行將損壞電容器引腳自所在電路中拆除後，再將更新之電容器引腳重新與電路結合之繁瑣作業。

Description

易於更換電容器之物品構造及電容器更換警示系統

本發明係與電機技術有關，特別是關於一種易於更換電容器之物品構造及電容器更換警示系統。

電容器係為電路中被廣泛使用之電子元件，因應不同電路之需求，電容器在電路中即有不同之用途，惟，無論其用途為何，由於電容在電路中的實質工作內容即為充電與放電之過程，而重覆地進行充電與放電工作即造成電容器經常先於電路中之其他電子元件發生故障，且一旦電容故障，隨即影響電路之正常運作。

而在一般的電路設計上，電容器係隨著電路之設計而存在於電路整體之不同位置上，雖然，故障之電容器可以被進行更換，使電路之運作回復正常，但由於電容器在結合於電路板上時，經常採用SMD或THD之元件安裝技術，引此，在更換故障電容器時，即需藉由對應之工具先卸除故障之電容器後，再將替換之電容器以原有之安裝技術再進行安裝，此等維修作業並非一般使用者可以自行實施，仍需交由專業之維修人員進行更換。

因此，本發明之主要目的即係在提供一種易於更換電容器之物品構造，其可在電容器發生損換時，易於進行電容器之更換作業。

而為達成上述目的，本發明所提供易於更換電容器之物品構造者，其主要之技術特徵即係使一具有電容器之電容單元被設置在一承載單元上而成為一模組，當電容器發生損壞時即以更換模組之手段達到更新電容器之目的，因非就電容器元件進行更換，無需進行將損壞電容器引腳自所在電路中拆除後，再將更新之電容器引腳重新與電路結合之繁瑣作業。

為便於電容器與該物品之預設電路進行電性連接，係使該電容單元具有一與該電容器引腳電性連接之電連接部，並以該電連接部之一端形成一第一連接端，用以與該預設電路電性連接。

其中，該預設電路係為一導電電路。

為便於拆卸及組裝之更換作業進行，該易於更換電容器之物品構造係更包含有一結合部，除可連接該第一連接端與該導電電路外，並可提供該模組固接於一被附著單元上之結合力。

另外，為讓使用者獲悉電容器之狀態是否已經達到需加以更換之程度，本發明係更進一步地提供了一種電容器更換警示系統，以人類感官可感知之訊息警示電容器已達需更換之程度。

該電容器更換警示系統係以一偵測單元，獲取該模組之電流、電壓、時間或溫度之值，並以一判斷運算單元依據該偵測單元所獲取之數據進行計算及比對，當計算之值已達預設之警示值時，即透過一警示單元以人類感官可感知之形式產生警示訊息。

其中，該判斷運算單元除可依據該偵測單元所獲取之電壓、電流及時間，計算出電容量值，並以之與電容器之額定容量值進行比對，以決定是否由該警示單元產生該警示訊息外；亦可依據該偵測單元所獲取之溫度值，計算電容器之使用壽命，而以該偵測單元所獲取之時間值，判斷電容器之使用壽命是否屆至，若行將屆至時即以該警示單元產生該警示訊息。

首先，請參閱第一圖至第三圖所示，在本發明第一較佳實施例中所提供的易於更換電容器之物品構造(10)中，其所稱之物品係以馬達驅動器為例，而其構成則主要包含了有一承載單元(20)、一電容單元(30)、一被附著單元(40)以及一結合部(50)。

該承載單元(20)係具有一概呈四邊形之容器(21)，一位於該容器(21)內部可供收納之容室(22)，一對孔狀並分設於該容器(21)底部之第一開口(23)係與容室(22)連通，一對孔狀並分設於該容器(21)頂部之第二開口(24)亦與該容室(22)連通，一電路板(25)係固設於該容器(21)上，二以長條銅片為構成之電連接部(26)分別固設於該電路板(31)上，且以各自之長軸的一端分別形成一第一連接端(261)且對應位於該些第一開口(23)之孔空間上方，二塊狀之第二連接端(262)係分別嵌設於該些第二開口(24)中，並與該電路板(31)電性連接（圖上未示其電性連接），是等未示於圖上之電性連接技術手段乃屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者所知悉之先前技術，於此遂不予冗陳；

其中，該容器(21)係為盒，而具有一盒身(211)及一可蓋接於該盒身(211)上之盒蓋(212)，從而得於該盒蓋(212)蓋合於該盒身(211)之際，於該盒身(211)與該盒蓋(212)間界定出位於盒內部之該容室(22)，並使該些第一開口(23)分別貫設於該盒身(211)之底部，而該些第二開口(24)則分別貫設於該盒蓋(212)上，而該盒蓋(212)與該盒身(211)間之結合狀態則可藉由習知如螺接、嵌接等固定技術手段（圖上未示）使其彼此間維持結合之狀態，惟是等固定技術手段乃屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者所知悉之先前技術，於此遂不予冗陳。

該電容單元(30)包含有多數之電容器(31)，係分別固設且電性連接於該電路板(25)上，且可經由該電連接部(26)與進行電性連接。

該被附著單元(40)係供作為由該電容單元(30)與該承載單元(20)所構成之模組的附著基礎，其在構成上係包含了有呈中空且底端透空之一基座(41)，二通孔(42)係分別貫設於該基座(41)上，並得以分別與該些第一開口(23)同軸連通，一主電路板(43)係受定位地位於該基座(41)中，二以長條銅片構成之導電電路(44)係分別受定位地位於該基座(41)內，並與該主電路板(43)電性連接，且分別使長軸之一端(441)位於對應之通孔(42)中，三相之相線連接端(45)係分別嵌置於該基座(41)上，並與該主電路板(43)電性連接（圖上未示其電性連接），是等未示於圖上之電性連接技術手段乃屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者所知悉之先前技術，於此遂不予冗陳。。

該結合部(50)係用以提供該承載單元(20)結合於該被附著單元(40)上、或與外部線路間連接時所需之結合力者，而包含了以可導電之螺栓為存在形式之二第一結合元件(51)、二第二結合元件(52)與三第三結合元件(53)；

其中，該容器(21)係以該盒身(211)之底面貼接於該基座(41)上，並以如習知的螺接、嵌卡等結合手段（圖上未示）將該容器(21)可易於被拆卸地結合於該基座(41)上，當該容器(21)結合於該基座(41)上時，係同時使該電容單元(30)藉由該電路板(25)及該電連接部(26)，電性地連接該些導電電路(44)，而當該容器(21)與該基座(41)分離時，則可將該電容單元(30)與該些導電電路(44)分離，以中斷其彼此間之電性連接；

更進一步來說，該電容單元(30)與該些導電電路(44)間之電性連接，係可藉以該些第一結合元件(51)分別螺接於該些第一連接端(261)，並穿經該些第一開口(23)後與該些導電電路(44)之一端(441)螺接結合，據以使該些第一連接端(261)與該些導電電路(44)之一端(441)電性連接；

另外，由於本實施例中所稱之物品乃係指馬達驅動器物品而言，而習知之馬達驅動器所需與電源與三相間之電性連接，則可藉由該些第二結合元件(52)分別將外部電源導線電性連接於該些第二連接端(262)上，以及以該些第三結合元件(53)將U、V與W三相之相線分別與該相線連接端(45)電性連接。

而由上述構件之組成，當該些電容器(31)有需進行更換時，係可將由該電容單元(30)與該承載單元(20)所構成之模組，從該被附著單元(40)上被分離，再更換新的模組，而可快速簡便地完成損壞電容器之更換，相較於習知技術而言，其無需進行繁瑣的操作即可完成，其快速、簡便之效果甚為顯著，況且，當電子設備中發生故障時，雖然大部分的情況都是由於電容器損壞所導致的，但因為習知技術並不具備如同本發明般將電容器於電子設備其他構成外獨立為一可被更換之模組，因此，先前技術僅能更換整個電子設備，而難以僅更換損換之電容器元件。

另外，為令使用者獲悉電容器是否已經損壞或即將發生損壞，本發明在如第四圖所示之第二較佳實施例中，即提供可對為使用者進行警示的電容器更換警示系統，其係以電動交通工具為例，在構成上除包含了具有如前述實施例中所揭技術之一馬達驅動器(10’)外，更包含了有一馬達(61)、一整車控制器(VCU, 62)、一電池管理單元(BMS, 63)與一油門控制單元(64)，以及圖上未示之一偵測單元、一判斷運算單元、一記錄單元與一警示單元。

其中，該偵測單元係以習知之感測技術對於可用來判斷電容器狀態之環境因子進行感測並獲取其值，諸如電壓、電流、時間與溫度等，記錄於該記錄單元中，並由該判斷運算單元將該偵測單元所獲取之值進行運算，以與一預設的警示值進行比對，判斷是否是否已達到該警示值，以決定是否由該警示單元產生警示訊息，使人類得以感官感知該警示單元所發出之警示訊息，達到警示之效果者。

具體而言，該偵測單元係可獲得該馬達驅動器(10’)中之電流、電壓以及時間，而以下列電容算式：

Q=CV=IT，

式中之Q為電荷量、C為電容、V為電壓、I為電流、T為時間，

計算電容量值(C)，當計算所得之電容量值低於電容器之額定容量值或達到一預設的警示值時，即得以該警示單元發出警示訊息，警示電容器已有異常，需進行更換。

除此以外，該偵測單元亦可獲取該電容單元所在環境之溫度之值與電容器之使用時間之值，並以該記錄單元予以保存，再由該判斷運算單元計算電容器之使用時間，以判斷其使用時間之累計是否已趨近於其使用壽命，如已達到預設的警示值時，即以該警示單元產生警示訊息進行警示；因電容器在不同溫度下有不同之使用壽命，舉例來說，電容器之額定使用壽命為攝式50度下可供作6000小時，在攝式50度至60度下則可供作2500小時，但在更高溫度的攝式60度至70度下則僅可供作1250小時，若電容器之實際工作時間為：攝式50度下工作3000小時、攝式50度至60度間工作500小時、攝式60度至70度間工作100小時，則其實際工作時間相對於額定之使用壽命即為3000/6000=0.5、500/2500=0.2、100/1250=0.125，合計為0.825，換言之，即其實際工作時間已達額定使用壽命的82.5%，若將預設之警示值設定為90%時，即尚未達到以該警示單元產生警示訊息之程度。

藉由該電容器更換警示系統，使用者即可被動地獲悉電容器是否已需進行更換，在接收警示訊息後再進行更換即可，當可避免因電容器突生故障造成該電動交通工具無法使用及產生交通安全之危害，且電容器之更換更可由前述實施例所提供之技術進行快速之更換，相較於習知技術而言，本發明所提供之技術內容當具有顯著的功效，同時，該警示單元所產生之警示訊息除可以人體感官可感知之光、聲、圖像或震動等方式向外傳遞外，亦可經由一網路單元連接網路進行遠端之警示，從而達到雲端警示之效果者。

另外，本實施例基於該偵測單元持續擷取獲得之資訊，在監測電容器狀態之同時，更可控制並穩定單位時間內之電流量，使之滿足一預設之限制基準，避免瞬間壓降過大造成周邊電路之損壞，其中，該預設之限制基準係可在該馬達驅動器出廠前檢測電流(i)、時間(t)及壓降(v)，透過式Ⅰ：di/dt*k=v，獲得一標準常數(k)作為該預設之限制基準。

爾後，本實施例在被使用時，透過該偵測單元所持續擷取獲得之電流(i)、時間(t)及壓降(v)之資訊，亦由該判斷運算單元依據式Ⅰ進行運算，以獲得一實際常數(kt)，再控制持該實際常數(kt)與該標準常數(k)間之比值，維持於一預設的比例上，而使k*n= kt，其中，n係小於1，並可依據實際之需求設定n之值為0.9、0.8、0.7、0.6、0.5或其以下。

藉此，該電容器更換警示系統即可控制其電流變化之斜率或最大電流，以保護周邊之電路，達到主動保護之功效。

最後所需特別加以強調說明者係，本發明主要之訴求係為電容元件可以被容易、簡便地進行更換之功效，是以，除前揭實施例所揭使該承載單元具有獨立之容器作為模組化之被更換標的外，亦可如第五圖及第六圖所示之第三較佳實施例與第四較佳實施例般，使承載單元(20’)(20”)之容器(21’)(21”)一體成型於被附著單元(40’)(40”)之基座(41’)(41”)上，其中，第三較佳實施例與第四較佳實施例間之不同，僅在於其容室(22’)(22”)是否與基座(41’)(42”)之中空內部直接連通，但其功效及使用，則與第一較佳實施例中所揭者相同，除此之外，亦可使承載單元為不具有容器之元件，從而使電容單元及所直接結合之電路板，直接設置於該被附著單元之主電路板所在之空間中，在此構造下，若遇有電容損壞之情事時，亦得以進行習知技術所無法達成之電容更換功效。

(10)‧‧‧易於更換電容器之物品構造

(20)(20’)(20”)‧‧‧承載單元

(21)(21’)(21”)‧‧‧容器

(211)‧‧‧盒身

(212)‧‧‧盒蓋

(22)(22’)(22”)‧‧‧容室

(23)‧‧‧第一開口

(24)‧‧‧第二開口

(25)‧‧‧電路板

(26)‧‧‧電連接部

(261)‧‧‧第一連接端

(262)‧‧‧第二連接端

(30)‧‧‧電容單元

(31)‧‧‧電容器

(40)(40’)(40”)‧‧‧被附著單元

(41)(41’)(41”)‧‧‧基座

(42)‧‧‧通孔

(43)‧‧‧主電路板

(44)‧‧‧導電電路

(441)‧‧‧長軸一端

(45)‧‧‧相線連接端

(50)‧‧‧結合部

(51)‧‧‧第一結合元件

(52)‧‧‧第二結合元件

(53)‧‧‧第三結合元件

(10’)‧‧‧馬達驅動器

(61)‧‧‧馬達

(62)‧‧‧整車控制器

(63)‧‧‧電池管理單元

(64)‧‧‧油門控制單元

第一圖係本發明第一較佳實施例之立體分解圖。第二圖係本發明第一較佳實施例之立體組合圖。第三圖係本發明第一較佳實施例沿第二圖3-3割面線之剖視圖。第四圖係本發明第二較佳實施例之系統示意圖。第五圖係本發明第三較佳實施例之立體分解圖。第六圖係本發明第四較佳實施例之立體分解圖。

Claims

一種易於更換電容器之物品構造，包含有：一承載單元，具有一電路板；一電容單元，具有至少一電容器，係固著並電性連接於該電路板上；一被附著單元，具有一主電路板，一導電電路係電性連接該電路板與該主電路板；一結合部，連接該承載單元與該被附著單元，據以將該承載單元結合於該被附著單元上；該承載單元更包含有一容器，係可藉由該結合部而結合於該被附著單元上，一位於該容器內部之容室，係用以收納該電容單元，一設於該容器上之第一開口，係連通該容室與該容器之外部；該電容單元更包含有一第一連接端，並使該第一連接端與該導電電路係經由該第一開口而彼此電性連接；該結合部更包含有一第一結合元件，係結合該導電電路之一端與該第一連接端。
如請求項1所述易於更換電容器之物品構造，其中，該第一結合元件係為螺栓。
如請求項1所述易於更換電容器之物品構造，其中，該容器係具有一盒身及一蓋於該盒身上之盒蓋，並於該盒蓋蓋接於該盒身之際，於該盒身及該盒蓋間界定出該容納空間，以及使該第一開口貫設於該盒身上。
如請求項1所述易於更換電容器之物品構造，其中，該承載單元具有一容器，係一體成型於該被附著單元之一基座上。
如請求項1所述易於更換電容器之物品構造，其中，該被附著單元係更包含有一中空之基座，並使該電容單元及該承載單元位於該基座之中空空間中。
如請求項1至5中任一項所述易於更換電容器之物品構造，其所稱之物品係為馬達驅動器。
一種電容器更換警示系統，包含有：一如請求項1至6中任一項所述易於更換電容器之物品構造；一偵測單元，獲取該易於更換電容器之物品構造中之電容單元之電壓、電流、時間或溫度之值；一判斷運算單元，將該偵測單元所獲取之值與預設之一警示值進行比對，當達到該警示值時，即判斷該電容單元已達需更換之損壞程度；一警示單元，當該判斷運算單元判斷該電容單元已達需更換之損壞程度時，以人類感官可感知之形式提供警示訊息。
如請求項7所述電容器更換警示系統，其中，該判斷運算單元係以該偵測單元所獲取之電壓、電流及時間之值計算電容量值。
如請求項7所述電容器更換警示系統，其係更包含有一記錄單元，記錄該偵測單元所獲取之數據，並以該判斷運算單元基於該偵測單元所獲取之溫度及時間之值，計算該電容單元之使用時間，並判斷該使用時間是否已趨近於該電容單元之額定使用壽命。
如請求項7所述電容器更換警示系統，其係更包含有一限制基準建立步驟，以及一電流控制步驟，其中，該限制基準建立步驟係在該易於更換電容器之物品構造出廠前，在單位時間內進行電流與壓降之檢測，並以該出廠前之檢測值作為限制基準；該電流控制步驟則係以該判斷運算單元基於該偵測單元所獲得之電流、壓降與時間之資訊，進行運算以獲取電流變化之斜率或最大電流之運算結果，再基於該運算結果，使電流變化之斜率或最大電流受限於該限制基準所形成之限制範圍內。
如請求項10所述電容器更換警示系統，其中，該限制基準係以式I：di/dt*k=v計算所得之k為標準，並以該電流控制步驟控制該物品在使用時之kt與該k維持於預設之比值範圍內；式I中之i為電流、t為時間、v為壓降、k為出廠前之標準常數、kt為使用時之常數。