电流测定装置和电流测定方法制造方法及图纸

为了对电气设备、电子设备进行消耗电力的测定、电力的累积或消费管理，需要对被叠加多个频率的电流流过的导线检测哪些频率分量的电流流过了多少。一种电流测定装置，测定流过被测定电路中的导线中的电流，其特征在于，具备：设置有驱动电流端子和测定电压端子的磁性元件；固定所述磁性体和所述导线的位置关系的固定器；在所述驱动电流端子之间能够输出至少一个以上频率的交流电流的电流源；测定所述测定电压端子之间的电压的电压测定器；以及设置在所述测定电压端子和所述电压测定器之间的低通滤波器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及电流测定装置和电流测定方法，能够测定流过被测定电路中的电流的频谱。
技术介绍
近年，以环境问题为背景，太阳能发电、风力发电等自然能源的利用，燃料电池等新能源的开发，包括汽车、家电的各种节能措施正在积极地推进中。降低能源消耗、降低电力消耗是今后的日本和全世界的重要问题。其解决方法的一种是，对电气设备、电子设备各自的消耗电力进行测定和显示，对电力的蓄电、消耗进行管理控制。为此，需要小型轻量且价格便宜的测定装置。例如，接装到空调、电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)等中的逆变电源或将太阳能电池产生的直流电转换为商用频率的交流电的逆变器中会产生大量的高次谐波电流。该高次谐波电流的测量主要是通过电流计(CurrentTransformer：以下简称“CT”。)、分流电阻等转换为电压之后，由计算机进行解析(傅立叶分析)或利用由电子电路等的过滤功能进行测量。在高频谐波电流测量中的测量精度很大程度上依赖于测量使用的CT的频率特性(磁特性)，在高频领域中的测定精度、可靠性上存在较大问题。同时，高频特性优异的CT通常价格比较昂贵。另外，采用CT电流测量，CT其本身(框体)的大小成问题，成为阻碍装置的小型化、低价格化的主要因素。另外，使用分流电阻的测量方法中，作为流过大电流时产生的热而流失大量的能量成为问题，并且大多情况下需要绝缘对策。出于这种理由，与CT的情况相同，成为阻碍装置的小型化、低价格化的主要因素。另一方面，不使用分流电阻，并且作为比较廉价的电流测定装置，使用磁性元件是从以往技术中公知的事项。需要说明的是，包括本说明书和权利要求在内“磁性元件”是指，通过从元件外部的磁场改变电气特性的元件。因此，使用半导体的霍尔元件也被视为磁性元件。磁性元件检测电流产生的磁场。因此，利用磁性元件的电流测定是指，广义上成为叫做磁场检测的技术。代表性的有，钳式电流计。这是，将电流流过的导体夹持在由磁性体构成的磁路的环中，通过磁性元件检测电流产生的磁场(专利文献1)。另外，已经报告了通过磁性元件测量被测定电路中的消耗电力的专利技术(对比文件2)。此外还报告了利用磁阻效应的磁场测定装置(专利文献3)。磁阻效应是指，在磁性元件上流过交流电，通过趋肤效应仅在磁性元件的表面使电流的流动不均匀，则磁性元件的阻抗对外部磁场以较高的敏感度变化的效应。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平07-104011号公报专利文献2：WO2012/105459专利文献3：日本特开2007-322125号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题钳型电流计通常被利用在直流磁场的测定中，流过被测定电路的电流为交流的情况下，只能显示最大磁场或者有效值。另外，使用磁性元件的功率计需要接装到被测定电路中。也就是说，使用被测定电路的电流。但是，不容易测定已在某一电路中流过电流。利用磁阻效应的磁场测定装置，虽然具有较高的敏感度，但是还没有被报告过能够测定流过被测定电路中的交流电流。另外，这些所有测定装置，在被测定电路中叠置有多个频率的情况，或者不知道流过电流的频率时，都无法测量其频率和流过的电流。然而，如上所示，为了对电气设备、电子设备进行消耗电力的测定、电力的累积或消耗管理，需要对被叠加多个频率的电流流过的导线检测哪些频率分量的电流流过了多少。特别是，利用逆变器时，需要检测频率变化和每个频率的电流值。解决问题的手段本申请是鉴于上述问题想到的。更加具体地，本专利技术涉及的电流测定装置，测定流过被测定电路中的导线中的电流，其特征在于，具备：设置有驱动电流端子和测定电压端子的磁性元件；固定所述磁性元件和所述导线的位置关系的固定器；在所述驱动电流端子之间能够输出至少一个以上频率的交流电流的电流源；测定所述测定电压端子之间的电压的电压测定器；以及设置在所述测定电压端子和所述电压测定器之间的低通滤波器。另外，本专利技术的电流测定方法，其特征在于，具备：配置在被测定电路的电流流过的导线附近的磁性元件上流过交流电流的步骤；通过低通滤波器观测所述磁性元件的端子之间电压的步骤；改变所述交流电流的频率的步骤；以及记录通过所述低通滤波器观测的端子之间电压和所述交流电流的频率的步骤。专利技术效果本专利技术涉及的电流测定装置通过磁性元件、驱动电流源和电压测定器这样的简单结构能够求取流过被测定电路的电流的频谱。另外，测定原理虽然与外差或者超外差近似，但是不需要用于进行外差的专用电路。换个角度来看，可以说这也是磁性元件在进行计算。另外，测定可以获得低通滤波器截止频率的频带精度。例如，对于MHz级频率，能够以数Hz频带的精度进行测定。即，测定高频电流时，能够以非常高的Q值检测被测定电路的导线中的电流。附图说明图1是示出本专利技术涉及的电流测定装置的结构的图。图2是传感器部的部分放大图。图3是说明磁阻元件的原理的图。图4是说明偏压单元的图。图5是理发店转灯图案以两个相对形成的情况进行说明的图。图6是说明霍尔元件的原理的图。图7是说明本专利技术的电流测定的原理的图。图8是示出电流测定装置的处理流程图。图9是示出另一电流测定装置的结构的图。图10是图9所示电流测定装置的处理流程图。图11是示出具有中间频率放大器的电流测定装置的结构的图。图12是示出图11的电流测定装置的测定原理的图。图13是示出图11的电流测定装置测定流程的图。图14是示出进行复杂处理的电路测定装置的结构的图。图15是示出另一传感器部的结构的图。具体实施方式以下，参照本专利技术涉及的电流测定装置的附图进行说明。以下的说明是对本专利技术一实施方式的示例，但不限于此。只要不脱离本专利技术的宗旨，可以变更以下的实施例。(实施例1)图1示出了本实施例涉及的电流测定装置1的结构。被测定电路90由电源(PowerSupply：记为“PS”)91、负载(Load)93、以及连接电源91和负载93的导线92构成。电流测定装置1包括：传感器部10、电流源(CurrentGenerator：记为“CG”。)12、低通滤波器(LowPassFilter：记为“LPF”。)16、电压测定器(VoltageMeter：记为“VM”。)18。另外，还可以具备：控制整个装置的控制器(MicroProcessorUnit：记为“MPU”。)20、存储器(记为“MM”。)22、A/D转换器(记为“A/D”。)24、输入输出设备(记为“I/O”。)26。传感器部10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流测定装置，测定流过被测定电路中的导线中的电流，其特征在于，具备：设置有驱动电流端子和测定电压端子的磁性元件；固定所述磁性元件和所述导线的位置关系的固定器；在所述驱动电流端子之间能够输出至少一个以上频率的交流电流的电流源；测定所述测定电压端子之间的电压的电压测定器；以及设置在所述测定电压端子和所述电压测定器之间的低通滤波器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.17 JP 2013-2168521.一种电流测定装置，测定流过被测定电路中的导线中的电流，其特征在于，具备：
设置有驱动电流端子和测定电压端子的磁性元件；
固定所述磁性元件和所述导线的位置关系的固定器；
在所述驱动电流端子之间能够输出至少一个以上频率的交流电流的电流源；
测定所述测定电压端子之间的电压的电压测定器；以及
设置在所述测定电压端子和所述电压测定器之间的低通滤波器。
2.根据权利要求1所述的电流测定装置，其特征在于，具备：
至少与所述电压测定器和存储器相连的控制器。
3.根据权利要求2所述的电流测定装置，其特征在于，所述存储器中存储有用于修正由
所述电压测定器测定的值的修正值。
4.根据权利要求2或3所述的电流测定装置，其特征在于，所述控制器还与所述电流源
相连，所述控制器控制所述电流源的频率。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述控制器还与所述
低通滤波器相连，控制所述低通滤波器的截止频率或衰减率。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述磁性元件为具有
偏压单元的磁阻元件。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述磁性元件为霍尔
元件。
8.一种电流测定装置，测定流过被测定电路中的导线中的电流，其特征在于，具备：
设置有第一驱动电流端子和第一测定电压端子的第一磁性元件；
设置有第二驱动电流端子和第二测定电压端子的第二磁性元件；
固定所述第一磁性元件和所述第二磁性元件与所述导线的位置关系的固定器；
在所述第一驱动电流端子之间能够输出至少一个以上频率的交流电流的第一电流源；
在所述第二驱动电流端子之间输出相对于所述第一电流源输出的所述交流电流相位
偏移π/2的交流电流的相位变换器；
连接在所述第一测定电压端子之间的第一低通滤波器；
连接在所述第二测定电压端子之间的第二低通滤波器；以及
与所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器相连接，计算所述第一低通滤波器和所
述第二低通滤波器各自的输出的平方之和的平方根的振幅矢量计算器。
9.根据权利要求8所述的电流测定装置，其特征在于，具备：
配置在所述第一测定电压端子之间和所述第一低通滤波器之间的第一电压放大器；
配置在所述第二测定电压端子之间和所述第二低通滤波器之间的第二电压放大器。
10.根据权利要求8或9所述的电流测定装置，其特征在于，具备：
连接所述所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器，并求取所述第一低通滤波器和
所述第二低通滤波器各自输出的反正切值的相位矢量计算器。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，具备：
与所述振幅矢量计算器和存储器相连的控制器。
12.根据权利要求11所述的电流测定装置，其特征在于，所述存储器中存储有用于修正
由所述电压测定器测定的值的修正值。
13.根据权利要求11或12所述的电流测定装置，其特征在于，所述控制器还与所述第一
电流源相连，控制所述第一电流源的频率。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述控制器还与
所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器相连，控制所述第一低通滤波器和第二低通滤
波器的截止频率或衰减率。
15.根据权利要求8-14中任一项所述的电流测定装置，其特征在于，所述磁性元件和所
述第二磁性元件中的至少一个为具有偏压单元的磁阻元件。
16.根据权利要求8-1...

【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