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電力計測装置 NEW コモンズ

国内特許コード P170013694
整理番号 (2012-007)
掲載日 2017年2月2日
出願番号 特願2014-549805
出願日 平成25年11月21日(2013.11.21)
国際出願番号 JP2013006856
国際公開番号 WO2014083812
国際出願日 平成25年11月21日(2013.11.21)
国際公開日 平成26年6月5日(2014.6.5)
優先権データ
  • 特願2012-260734 (2012.11.29) JP
発明者
  • 辻本 浩章
出願人
  • 公立大学法人大阪市立大学
発明の名称 電力計測装置 NEW コモンズ
発明の概要 磁性薄膜を用いた電力計には、すでに設置された状態の配線に後からでも取付が可能であって、配線のどこに設置しても、配線と磁性薄膜との位置関係を確定できることが必要である。
前記電源に前記負荷と並列に接続するための一対の接続端子と、磁性膜の両端に素子端子を設けた磁性素子と、前記磁性素子に直列に接続された計測抵抗と、前記磁性素子の電圧変化を検出し所定の成分を出力する検出手段とを有し、前記一対の接続端子を介して前記被計測回路に接続されるセンサ部と、複数の前記センサ部からなるセンサユニットと、すべての前記センサ部の前記検出手段の出力を加算する加算手段と、前記センサ部の前記磁性素子を、一方の前記電線が配置される位置基準となる仮想軸から等距離の位置に、前記仮想軸に対向する向きに固定する固定手段を有することを特徴とする電力計測装置。
従来技術、競合技術の概要


近年、インターネット等を利用する環境が整ってきた中で、電力の遠隔検針を含めた計測システムの開発が進められている。従来から電力の計測においては、使用した電力量を円盤の回転数に変換し積算演算を行うという積算電力量計が使用されている。最近ではこの積算電力量計に、回転を検出するセンサや電流計(CT)、電圧計(PT)を新たに付加し、電子回路やマイクロプロセッサによる乗算計算を行うことで電力を計測している。



しかしながら、積算電力量計は、装置構成が複雑であり、装置が大型化する。さらに、積算電力量計は、電力が機械的に出力されるためデジタル管理できないといった課題があった。また、使用した電力を円盤の回転に変換するため、ロスが生じ、余分なエネルギーを消費しかねない。



そこで、消費電力をそのまま電気量として測定することができるとともに、小型化および集積化の可能な電力計の開発が望まれている。



小型化および集積化の可能な電力計としては、例えば、磁性薄膜の磁気抵抗効果を利用し、消費電力を電気量のまま測定することの可能な電力計測装置や磁界センサが提案されている(非特許文献1、2)。これは、交流が流れる一次導体に対し、平行に置かれた(基板上に構成された)磁性薄膜を用い、この磁性薄膜の両端に抵抗を介して一次電圧が印加され、磁性薄膜の両端から出力を取り出すようにした電力計測装置や磁界センサである。この電力計測装置等では、2倍周波数成分の振幅値から電力IVを取り出す方式を採用するものである。



この電力計測装置等では、磁性薄膜からなる強磁性体内において、電流と磁化のなす角度によりその磁性体の電気抵抗値が変わる現象であるプレナーホール効果(Planar Hall effect(PHE))を利用し、バイアス磁界なしで線形特性を得ることができる点に着目し、電力に比例する信号成分を取り出すようにしている(この電力計測装置を「プレナーホール型電力計測装置」または「PHE型電力計測装置」と称する。)。



なお、ここで用いられる磁界センサは、外部磁界の変化を電気信号に変換する素子であり、強磁性薄膜や半導体薄膜等の磁性薄膜をパターニングし、その磁性薄膜のパターンに電流を流し電圧変化として外部磁界の変化を電気信号に変換するものである。



しかしながら、PHE型電力計測装置では、磁性薄膜から検出する電圧出力を一次導体の負荷電流に直交する方向にとらなければならない。すなわち、磁性薄膜の幅方向の両端で電圧を出力させなければならない。したがって、PHE型電力計測装置では、磁性薄膜がある程度の幅太である必要があり、幅細形状(ここでは例えば直線形状・長方形状の長手方向に細い形状を意味する)の磁性薄膜を使用することはできない。



また、PHE型電力計測装置では磁性薄膜をブリッジ回路構成で構成しなければならないという形状的な制限も存在する。これらのことはPHE型電力計測装置では、高周波回路で用いられるマイクロストリップ線路やコプレナー線路等の特殊な線路上に設置することが困難であることを意味する。



この他に高周波用の電力測定装置としてはボロメータ計測器や精密計測器も存在するが、それらは複雑大型な構成で、かつ非常に高価なものであり、各デバイスや各施設ごとの電力測定・検出に耐え得るものではない。

産業上の利用分野


本発明は、高周波回路や電池で消費する電力を簡易でかつ小さな構成で測定することが可能な種々の薄膜センサ型の電力計測装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
電源と、負荷と、前記電源および前記負荷の間を接続する一対の電線からなる被計測回路で消費される電力を計測する電力計測装置であって、
前記電源に前記負荷と並列に接続するための一対の接続端子と、
磁性膜の両端に素子端子を設けた磁性素子と、前記磁性素子に直列に接続された計測抵抗と、前記磁性素子の電圧変化を検出し所定の成分を出力する検出手段とを有し、前記一対の接続端子を介して前記被計測回路に接続されるセンサ部と、
複数の前記センサ部からなるセンサユニットと、
すべての前記センサ部の前記検出手段の出力を加算する加算手段と、
前記センサ部の前記磁性素子を、一方の前記電線が配置される位置基準となる仮想軸から等距離の位置に、前記仮想軸に対向する向きに固定する固定手段を
有することを特徴とする電力計測装置。

【請求項2】
前記センサユニットは、2セットの前記センサ部で構成され、
前記固定手段は、前記2セットのセンサ部を前記仮想軸に対して軸対称の位置に固定し、
一方の前記センサ部が配置される平面上に、他方の前記電線を配置する平面部が延設されたことを特徴とする請求項1に記載された電力計測装置。

【請求項3】
前記センサユニットは、2セットの前記センサ部で構成され、
前記固定手段は、前記一方の電線の中心を前記仮想軸上に配置し、他方の前記電線を前記一方の電線と隣接固定した時に、
前記他方の電線の中心から前記一方の電線の表面に向かう接線を含む一対の傾斜面のそれぞれに前記磁性素子を固定することを特徴とする請求項1に記載された電力計測装置。

【請求項4】
前記固定手段は、前記センサ部の前記磁性素子を前記仮想軸に対して軸対称の位置に固定し、
さらに、前記仮想軸から前記磁性素子までの距離と同じ距離であって、前記磁性素子間の位置に磁性体を固定することを特徴とする請求項1に記載された電力計測装置。

【請求項5】
前記磁性体は、硬磁性体であることを特徴とする請求項4に記載された電力計測装置。

【請求項6】
前記磁性体は、軟磁性体であることを特徴とする請求項4に記載された電力計測装置。

【請求項7】
前記センサ部は、
前記磁性素子の前記計測抵抗に接続していない側の前記素子端子を一方の前記接続端子に接続し、
前記計測抵抗の前記磁性素子に接続していない側の端子を他方の前記接続端子に接続し、
前記素子端子間を計測端子としたことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載された電力計測装置。

【請求項8】
前記センサ部は、
前記磁性素子の前記計測抵抗に接続していない前記素子端子と第2の磁性素子の一方の素子端子を接続し、
前記第2の磁性素子の他方端を一方の前記接続端子に接続し、
前記計測抵抗の前記磁性素子に接続していない側の端子を他方の前記接続端子に接続し
、さらに前記第2の磁性素子の前記一方の素子端子を接地したことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載された電力計測装置。

【請求項9】
前記センサ部は、
前記磁性素子の前記計測抵抗に接続していない側の前記素子端子を一方の前記接続端子に接続し、
前記計測抵抗の前記磁性素子に接続していない側の端子を他方の前記接続端子に接続し、
前記一方の接続端子に一方端を接続した疑似抵抗と、前記疑似抵抗の他方端に一方端が接続され、他方端が前記他方の接続端子に接続された疑似計測抵抗とを有し、
前記磁性素子と前記計測抵抗の接続点と、前記疑似抵抗と前記疑似計測抵抗の接続点を計測端子としたことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載された電力計測装置。

【請求項10】
前記加算手段の結果を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項1に記載された電力計測装置。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2014549805thum.jpg
出願権利状態 公開


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