功率因数计测装置制造方法及图纸

期望小型且能用一个元件计测功率因数的功率因数计测装置。其特征在于具有：一对连结端(12)，与上述负载并联地与上述电源连结；功率因数传感部(10)，包括基于同一外部磁场而电阻变化不同的两个磁性元件(21、22)、输出上述两个磁性元件的差动电压的一对计测端子(13)、与上述一对连结端(12)连接的一对传感端子(10t)；电压检测部(15)，计测上述计测端子(13)间电压；低通滤波器(16)，与上述电压检测部(15)输出连接；高通滤波器(17)，与上述电压检测部(15)输出连接；整流器(18)，与上述高通滤波器(17)连接；除法机构(19)，将上述低通滤波器(16)输出与上述整流器(18)输出相除。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率因数计测装置
本专利技术涉及一种对具有电感负载的电路中的消耗功率的功率因数进行计测的装置，尤其涉及一种利用了磁性膜的磁阻效应的功率因数计测装置。
技术介绍
在使用交流电源来驱动具有电抗成分的负载的情况下，电压与电流产生相位差。由于该相位差，所消耗的功率产生有功功率和无功功率。无功功率的增大导致不能有效利用电源，因此当然期望降低无功功率的增大而增加有功功率。相对于从电源供给的功率将有功功率的比例称为功率因数，通常以cosθ表示。在此，θ为电流-电压的相位差。为了尽可能增大有功功率，需要计测功率消耗电路中的功率因数，以功率因数增大的方式调整电路。尤其是，出于节能这种观点，对于功率因数的显示，直接显示当前的运转效率，提高功率因数而以有效运转为目标，并且期望直接计测功率因数。然而，在大多情况下通过计测无功功率来进行电路所消耗的功率的功率因数的计测。这是通过取相位彼此相差90°的电压、电流信号的积来求出。在该90°的相移中使用了变压器、积分电路等要素。但是，这种方法会产生在负载变动时无功功率的计算变得复杂这种问题。为了解决该问题，在专利文献1中，具备：采样机构，其对交流电路的电压及电流进行采样；存储机构，其按每个采样点而存储由上述采样机构采样得到的电压数据及电流数据；和模拟无功功率运算机构，其根据由上述存储机构存储的电压数据及电流数据来运算无功功率，上述存储机构将上述电压数据及电流数据以同相位存储一个周期量，上述模拟无功功率运算机构对由上述存储机构存储的规定周期量的电压数据及电流数据分别循环地乘以各采样点的电流数据和相位相差90°的采样点的电压数据，根据这些乘积值的平均来运算无功功率。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-074788号公报
技术实现思路
当出于节能的观点、将功率利用于驱动汽车等移动体时，需要在各种部位计测功率因数。为了应对这种需求，需要具有小型传感器和简单的计测部的功率因数计测装置。专利文献1中公开的功率因数测定装置能够以比较简单的结构运算无功功率，但需要对交流电路的电压及电流进行采样的采样机构，计测装置尤其是传感部分的大小无法变小。另外，当在电路连接之后要配置电流的采样机构时，需要夹持连接线，从而产生不容易对以埋入方式配设于壁等的槽中的连接线来配置采样机构的问题。而且，在专利文献1的方法中，还存在无法直接测定功率因数的问题。本专利技术是鉴于上述问题而考虑到的，是一种利用磁性膜所具有的磁阻效应的功率因数计测装置。更具体地说，本专利技术的功率因数计测装置测定在经由连接线与电源相连接的负载中消耗的功率的功率因数，该功率因数计测装置的特征在于，具有：一对连结端，其用于与上述负载并联地连结于上述电源；功率因数传感部，其包括：基于同一外部磁场而产生的电阻变化不同的两个磁性元件、输出上述两个磁性元件的差动电压的一对计测端子、与上述一对连结端相连接的一对传感端子；电压检测部，其计测上述计测端子间的电压；低通滤波器，其与上述电压检测部的输出相连接；高通滤波器，其与上述电压检测部的输出相连接；整流器，其与上述高通滤波器相连接；以及除法机构，其将上述低通滤波器的输出与上述整流器的输出相除。专利技术效果本专利技术的功率因数计测装置具有非接触(原理)、容易设置(超小型、薄型)、节能(计测时的耗能小)等、磁性薄膜功率传感器的优点，在感应电动机的细节部分中能够直接计测功率因数。因此，能够使功率消耗状况可视化，通过将其应用于感应电动机等具有电抗要素的电路，能够与运转状况、负载状况相应地进行节能驱动控制。附图说明图1是表示本专利技术的功率因数计测装置的结构图。图2是表示本专利技术的功率因数传感部的放大图。图3是表示本专利技术的第一磁性元件的动作原理的图。图4是表示本专利技术的第二磁性元件的动作原理的图。图5是表示其他第一磁性元件的构造图。图6是表示其他第二磁性元件的构造图。图7是表示使用了螺旋条纹式(Barber'spole)的磁性元件的功率因数传感部的结构图。图8是表示使用了螺旋条纹式的磁性元件的功率因数计测装置的结构图。图9是表示使用了其他结构的磁性元件的功率因数计测装置的结构图。具体实施方式以下，参照附图说明本专利技术的功率因数计测装置。此外，以下说明例示本专利技术的一个实施方式，并不限定于以下实施方式。只要不脱离本专利技术的主旨，就能够变更以下实施方式。(实施方式1)图1表示本专利技术的功率因数计测装置的结构。本专利技术的功率因数计测装置1包括连结端12、功率因数传感部10、电压检测部15、低通滤波器16、高通滤波器17、整流器18和除法机构19。另外，本专利技术的功率因数计测装置1计测与电源7相连接的负载9(电阻值为R1)所消耗的功率的功率因数。在此，电源7为交流电源。此外，电源7与负载9之间通过连接线8(电阻值为Rcu)而连接。连结端12是用于与负载9并联地将功率因数计测装置1的功率因数传感部10与成为计测对象的电路的电源7进行连接的端子。因此，该连结端12具有一对，在各自区分的情况下，称为连结端12a、12b。在图2中仅示出功率因数传感部10和连结端12。功率因数传感部10设有将两个利用了磁性膜的磁阻效应的元件组合并取出各自的差动输出的端子(计测端子13：分别为13a、13b)。另外，设有与连结端12相连接的传感端子10t(10ta、10tb)。作为功率因数传感部10的结构，计测电阻23及24(电阻值分别为R2)分别与第一磁性元件21和第二磁性元件22串联连接而成的结构，并联地进行连接。第一磁性元件21在形成为短条状的磁性膜21j的两端形成有元件端子21a及21b，并配置有偏转机构21c。偏转机构21c是用于使在第一磁性元件21的磁性膜21j中形成的磁化相对于流动在元件端子21a、21b间的电流I2的朝向变化(旋转)至动作点的机构。例如在图2的第一磁性元件21的情况下，为向箭头MF的方向施加磁场的永磁铁。该箭头MF向磁性膜21j的面内方向施加。同样地，第二磁性元件22也在形成为短条状的磁性膜22j的两端形成有元件端子22a及22b，并配置有偏转机构22c。但是，在第二磁性元件22中，偏转机构22c对流动在元件端子22a、22b间的电流I2施加与偏转机构21c相反方向的偏转(箭头MF’)。此外，如后所述，偏转机构21c、22c不仅可以是这样如永磁铁那样对磁性膜21j、22j施加磁场的机构，且只要是能够改变磁性膜的磁化和流动于磁性膜的电流的朝向的结构即可。另外，将从元件端子21a(22a)朝向元件端子21b(22b)的方向称为磁性元件21(22)的长度方向。另外，第一磁性元件21与第二磁性元件22配置成使长度方向在连接线8的电流I1方向(参照图1)上一致。这是为了使连接线8的电流I1所产生的磁场H作用于磁性膜的面内。另外，期望各磁性元件21、22从连接线8的表面起等距离地配置。这是由于，由流动于连接线8的电流I1产生的磁场H是通过从连接线8的中心起的距离而决定的。相反，如果连接线8的截面呈圆形且从连接线8的中心起的距离相等，则第一磁性元件21和第二磁性元件22不必配置成一条直线的形状。第一磁性元件21的一端21a与功率因数传感部10的传感端子10ta相连接。而且，第一磁性元件21的另一端21b与第一计测电阻23串联连接。第二磁性元件22的一端22a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率因数计测装置，测定在经由连接线与电源相连接的负载中消耗的功率的功率因数，其特征在于，具有：一对连结端，其用于与所述负载并联地连结于所述电源；功率因数传感部，其包括：基于同一外部磁场而产生的电阻变化不同的两个磁性元件、输出所述两个磁性元件的差动电压的一对计测端子、与所述一对连结端相连接的一对传感端子；电压检测部，其计测所述计测端子间的电压；低通滤波器，其与所述电压检测部的输出相连接；高通滤波器，其与所述电压检测部的输出相连接；整流器，其与所述高通滤波器相连接；以及除法机构，其将所述低通滤波器的输出与所述整流器的输出相除。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.11 JP 2012-1101161.一种功率因数计测装置，测定在经由连接线与电源相连接的负载中消耗的功率的功率因数，其特征在于，具有：功率因数传感部，其与所述负载并联地连结，且包括第1磁性元件及第2磁性元件，相对于外部磁场，在所述第1磁性元件的电阻增加的情况下，所述第2磁性元件的电阻减少；电压检测部，其计测所述第1磁性元件及第2磁性元件间的差动电压；以及功率因数计算部，其基于所述差动电压，计算所述功率因数。2.根据权利要求1所述的功率因数计测装置，其特征在于，相对于所述外部磁场的、所述第1磁性元件的电阻增加量与所述第2磁性元件的电阻减少量大致相等。3.根据权利要求1或2所述的功率因数计测装置，其特征在于，所述功率因数计算部具有：低通滤波器，其与所述电压检测部的输出相连接；高通滤波器，其与所述电压检测部的输出相连接；整流器，其与所述高通滤波器的输出相连接；以及除法机构，其将所述低通滤波器的输出与所述整流器的输出相除。4.根据权利要求1或2所述的功率因数计测装置，其特征在于，所述第1磁性元件具有：短条状的第1磁性膜；设置在所述第1磁性膜的两端的一对第1元件端子；和第1偏转部，其与所述第1磁性膜的膜面平行并施加磁场，所述第2磁性元件具有：短条状的第2磁性膜；设置在所述第2磁性膜的两端的一对第2元件端子；和第2偏转部，其与所述第2磁性膜的膜面平行并施加磁场，所述第1偏转部相对于在所述第1磁性元件中流动的电流的方向而向所述第1磁性元件的面内方向施加的磁场方向，与所述第2偏转部相对于在所述第2磁性元件中流动的电流的方向而向所述第2磁性元件的面内方向施加的磁场方向不同。5.根据权利要求1或2所述的功率因数计测装置，其特征在于，所述第1磁性元件具有：短条状的第1磁性膜；设置在所述第1磁性膜的两端的第1元件端子；和多个第1导体，其形成在所述第1磁性膜的表面，所述第2磁性元件具有：短条状的第2磁性膜；设置在所述第2磁性膜的两端的第2元件端子；和多个第2导体，其形成在所述第2磁性膜的表面，所述第1导体相对于在所述第1磁性元件中流动的电流的方向的倾斜方向，与所述第2导体相对于在所述第2磁性元件中流动的电流的方向的倾斜方向不同。6.根据权利要求1或2所述的功率因数计测装置，其特征在于，所述第1磁性元件的易磁化轴相对于在所述第1磁性元件中流动的电流的方向的倾斜方向，与所述第2磁性元件的易磁化轴相对于在所述第2磁性元件中流动的电流的方向的倾斜方向不同。7.根据权利要求1或2所述的功率因数计测装置，其特征在于，所述第1磁性元件及第2磁性元件各自的第1端与所述负载的第1端相连接，所述第1磁性元件及第2磁性元件各自的第2端与所述电压检测部的输入相连接。8.根据权利要求7所述的功率因数计测装置，其特征在于，所述第1磁性元件及第2磁性元件各自的第2端经由计测电阻而与所述负载的第2端相连接。9.根据权利要求1或2所述的功率因数计测装置，其特征在于，所述功率因数传感部还包括分别与所述第1磁性元件及第2磁性元件连接的第1计测电阻及第2计测电阻，所述第1磁性元件及第2磁性元件和所述第1计测电阻及第2计测电阻形成与所述负载并联的电桥电路。10.一种功率因数计测装置，测定在经由连接线与电源相连接的负载中消耗的功率的功率因数，其特征在于，具有：功率因数传感部，其与所述负载并联地连结，包括配置成长度方向与所述连接线大致平行、且相对于同一外部磁场的电阻变化彼此不同的第1磁性元件及第2磁性元件；电压检测部，其计测所述第1磁性元件及第2磁性元件间的差动电压；以及功率因数计算部，其基于所述差动电压，计算所述功率因数。11.根据权利要求10所述的功率因数计测装置，其特征在于，所述功率因数计算部具有：低通滤波器，其与所述电压检测部的输出相连接；高通滤波器，其与所述电压检测部的输出相连接；整流器，其与所述高通滤波器的输出相连接；以及除法机构，其将所述低通滤波器的输出与所述整流器的输出相除。12.根据权利要求10所述的功率因数计测装置，其特征在于，所述第1磁性元件具有：短条状的第1磁性膜；设置在所述第1磁性膜的两端的一对第1元件端子；和第1偏转部，其与所述第1磁性膜的膜面平行并施加磁场，所述第2磁性元件具有：短条状的第2磁性膜；设置在所述第2磁性膜的两端的一对第2元件端子；和第2偏转部，其与所述第2磁性膜的膜面平行并施加磁场，所述第1偏转部相对于在所述第1磁性元件中流动的电流的方向而向所述第1磁性元件的面内方向施加的磁场方向，与所述第2偏转部相对于在所述第2磁性元件中流动的电流的方向而向所述第2磁性元件的面内方向施加的磁场方向不同。13.根据权利要求10所述的功率因数计测装置，其特征在于，所述第1磁性元件具有：短条状的第1磁性膜；设置在所述第1磁性膜的两端的第1元件端子；和多个第1导体，其形成在所述第1磁性膜的表面，所述第2磁性元件具有：短条状的第2磁性膜；设置在所述第2磁性膜的两端的第2元件端子；和多个第2导体，其形成在所述第2磁性膜的表面，所述第1导体相对于在所述第1磁性元件中流动的电流的方向的倾斜方向，与所述第2导体相对于在所述第2磁性元件中流动的电流的方向的倾斜方向不同。14.根据权利要求10所述的功率因数计测装置，其特征在于，所述第1磁性元件的易磁化轴相对于在所述第1磁性元件中流动的电流的方向的倾斜方向，与所述第2磁性元件的易磁化轴相对于在所述第2磁性元件中流动的电流的方向的倾斜方向不同。15.根据权利要求10所述的功率因数计测装置，其特征在于，所述第1磁性元件及第2磁性元件各自的第1端与所述负载的第1端相连接，所述第1磁性元件及第2磁性元件各自的第2端与所述电压检测部的输入相连接。16.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：辻本浩章，
申请(专利权)人：公立大学法人大阪市立大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP