CN104508501A

CN104508501A - 功率因数计测装置

Info

Publication number: CN104508501A
Application number: CN201380036790.2A
Authority: CN
Inventors: 辻本浩章
Original assignee: Osaka University NUC
Current assignee: Osaka University NUC
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: JP6083690B2; US10120001B2; EP2848948B1; US20150219700A1; CN104508501B; EP2848948A1; JP2013238434A; EP2848948A4; WO2013168428A1

Abstract

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。

Description

功率因数计测装置

技术领域

本发明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。

背景技术

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

发明内容

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。

本发明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，本发明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。

发明效果

本发明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是表示本发明的功率因数计测装置的结构图。

图2是表示本发明的功率因数传感部的放大图。

图3是表示本发明的第一磁性元件的动作原理的图。

图4是表示本发明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's pole)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，参照附图说明本发明的功率因数计测装置。此外，以下说明例示本发明的一个实施方式，并不限定于以下实施方式。只要不脱离本发明的主旨，就能够变更以下实施方式。

(实施方式1)

图1表示本发明的功率因数计测装置的结构。本发明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，本发明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同样地与功率因数传感部10的传感端子10ta相连接。而且，与第一磁性元件21同样地，第二磁性元件22的另一端22b与第二计测电阻24串联连接。

第一计测电阻23及第二计测电阻24还与功率因数传感部10的传感端子10tb相连接。即，在功率因数传感部10的一端10ta与另一端10tb之间，第一磁性元件21与第一计测电阻23、第二磁性元件22与第二计测电阻24构成电桥电路。

计测端子13与第一磁性元件21和第二磁性元件22的一个元件端子21b、22b相连接。在此，第一计测电阻23与第二计测电阻24具有相同的电阻值，并且，与磁性元件21、22的元件端子(21a与21b及22a与22b)间的电阻Rmr相比是充分大的电阻。

因此，计测端子13a、13b间成为电桥电路的差动输出。另外，由于计测电阻23、24与磁性元件21、22的元件端子间的电阻Rmr相比充分大，所以视为无论在功率因数计测装置1的连结端12间施加的电压如何，均流动着固定的电流。

接着，使用图3、图4详细说明磁性元件21、22。在图3的(a)中仅示出第一磁性元件21。在第一磁性元件21中，磁性膜21j的易磁化轴形成在元件端子21a、21b间的轴21EA方向上。换言之，易磁化轴沿长度方向感生。图3的(b)示出此时的元件端子21a、21b间的电阻Rmr与向磁性膜21j的面内直角方向施加的磁场H之间的关系。

在图3的(b)中，横轴为面内直角方向的磁场H，纵轴为磁性膜21j的长度方向的电阻值Rmr(Ω)。此外，在此，面内直角方向是指在相对于轴21EA方向为磁性膜21j面内方向且为直角方向被从外部施加磁场这一情况。表示磁阻特性的曲线MRC成为将外部磁场为零的点作为对称轴的偶函数。

在第一磁性元件21中，通过偏转机构21c向与轴21EA成直角的方向施加有偏转磁场MF。通过该偏转磁场MF，磁性膜21j的磁化M从轴21EA仅倾斜角度θ(参照图3的(a))。当通过图3的(b)观察该情况时，偏转磁场MF的大小Hbais被施加到磁性膜21j，因此，动作点沿着曲线MRC仅变化Hbais量。此外，流动于第一磁性元件21的电流被施加到元件端子21a、21b间，因此大致沿着轴21EA(长度方向)流动。

通过该倾斜θ，磁性膜21j的电阻值降至Rm0。该点成为第一磁性元件21的动作点。换言之，动作点上的电阻值为Rm0。

在此，设为向图3的(a)的方向施加磁场H。通过该外部磁场H，使磁化M向轴21EA方向旋转，与电流I₂所成的角度小于θ。参照图3的(b)，当电流I₂与磁化M所成的角度变小时，第一磁性元件21的电阻值仅增加ΔRmr(+ΔRmr)。

在图4中与图3同样地仅记载第二磁性元件22。在第二磁性元件22中，偏转机构22c对电流I₂作用的方向与图3的第一磁性元件21的偏转机构21c对电流I₂作用的方向不同。首先，通过偏转磁场MF’，磁化M从轴22EA方向仅倾斜角度θ。但是，由于偏转磁场MF’与偏转磁场MF的方向不同，所以磁化M的倾斜方向也与图3的情况相反。

而且，设为从与图3同样的方向施加外部磁场H。由于磁化M原本向外部磁场H的施加方向倾斜，所以通过外部磁场H使磁化M向从轴22EA离开的方向倾斜。当在图4的(b)中观察时，通过向与偏转磁场Hbais相同的方向施加的外部磁场H，第二磁性元件22的电阻Rmr仅减小ΔRmr(-ΔRmr)。

即，这两个磁性元件21、22可以说是相对于来自同一方向的外部磁场H而电阻变化不同的磁性元件。换言之，可以说是具有不同的偏转机构。

再次参照图2，如既已说明那样，两个磁性元件21、22与计测电阻23、24一起形成电桥电路，计测端子13a、13b是将两个磁性元件21、22的电阻变化作为电压变化，而进行差分输出的端子。如图3、图4所说明那样，磁性元件21、22通过外部磁场H而电阻值仅变化(+ΔRmr)、(-ΔRmr)。

计测电阻23、24的电阻值与磁性元件21、22的电阻值相比充分大，并且计测电阻23、24为相同大小的电阻，因此，视为在磁性元件21、22中流动着相同的电流I₂。于是，计测端子13a、13b间的输出电压成为2×ΔRmr×I₂。

再次参照图3，对于输出使用算式详细地进行说明。首先，说明磁性元件为一个的情况(第一磁性元件21)。

将功率因数传感部10配置成与作为测定对象的电路的连接线8接近。而且，受到通过流动在连接线8中的电流而产生的磁场H作用。当将流动于连接线8中的电流设为I₁时，将比例常数设为α，如式(1)那样表示施加到磁性膜的磁场H。

H＝αI₁····(1)

如图3的(b)所示，第一磁性元件21的电阻变化ΔRmr与来自外部的施加磁场H成正比，因此将比例常数设为β，当考虑式(1)时，如式(2)那样表示。

ΔRmr＝βH＝β(αI₁)····(2)

当将不对磁性膜21j施加磁场时的电阻设为Rm0时，如式(3)那样表示施加有磁场H时的磁性膜整体的电阻Rm。

Rm＝Rm0+ΔRmr＝Rm0+αβI₁····(3)

也就是说，以与流动有电流I₁的连接线8接近的方式配置的功率因数传感部10的磁性膜21j具有式(3)那样的电阻特性。当在该磁性元件21的元件端子21a、21b间流动有电流I₂时，如式(4)那样表示元件端子21a、21b间的电压Vmr⁺。

Vmr⁺＝RmI₂＝(Rm0+ΔRm)I₂＝(Rm0+αβI₁)I₂····(4)

接着，当将振幅设为V₁、角频率设为ω时，如式(5)那样表示电源7(参照图1)的电压Vin。另外，由于在被测定电路中负载9为电抗，所以流动于负载9中的电流I₁与电源电压Vin产生相位偏差。将该相位偏差设为θ。另一方面，功率因数传感部10的第一磁性元件21为普通电阻，因此相位与电源电压Vin相同。因而，如式(6)、(7)那样表示电流I₁及I₂。

因此，当将式(6)和式(7)代入到式(4)中时，如式(8)那样变形。

[数1]

V_in＝V₁sinωt···(5)

I_{1} = \frac{V_{1}}{R_{1}} \sin (ωt - θ) \cdot \cdot \cdot (6)

I_{2} = \frac{V_{1}}{R_{2}} \sin ωt \cdot \cdot \cdot (7)

\begin{matrix} {V_{mr}}^{+} = (R_{m 0} - αβ I_{1}) I_{2} \\ = (R_{m 0} - αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \sin (ωt - θ)) \frac{V_{1}}{R_{2}} \sin ωt \\ = \frac{R_{m 0} V_{1}}{R_{2}} \sin ωt - αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \sin (ωt - θ) \frac{V_{1}}{R_{2}} \sin ωt \\ = \frac{R_{m 0} V_{1}}{R_{2}} \sin ωt - αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \frac{1}{2} {\cos θ + \cos (2 ωt - θ)} \\ = \frac{R_{m 0} V_{1}}{R_{2}} \sin ωt + αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \frac{1}{2} \cos (2 ωt - θ) - αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \frac{1}{2} \cos θ \end{matrix} \cdot \cdot \cdot (8)

如图2中说明那样，磁性元件21及22以差动放大的方式连接，相对于同一磁场而各自输出不同。即，当设为将第一磁性元件21相对于外部磁场H的电阻变化量表示为用式(2)表示的ΔRmr时，第二磁性元件22的情况下相对于外部磁场H的电阻变化量成为(-ΔRmr)。于是，如式(9)那样表示第二磁性元件22的情况下的输出Vmr^-。

[数2]

\begin{matrix} {V_{mr}}^{-} = (R_{m 0} - αβ I_{1}) I_{2} \\ = (R_{m 0} - αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \sin (ωt - θ)) \frac{V_{1}}{R_{2}} \sin ωt \\ = \frac{R_{m 0} V_{1}}{R_{2}} \sin ωt - αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \sin (ωt - θ) \frac{V_{1}}{R_{2}} \sin ωt \\ = \frac{R_{m 0} V_{1}}{R_{2}} \sin ωt - αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \frac{1}{2} {\cos θ + \cos (2 ωt - θ)} \\ = \frac{R_{m 0} V_{1}}{R_{2}} \sin ωt + αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \frac{1}{2} \cos (2 ωt - θ) - αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \frac{1}{2} \cos θ \end{matrix} \cdot \cdot \cdot (9)

功率因数传感部10的输出为差动输出(Vmr⁺-Vmr^-)，因此根据式(8)及式(9)，如式(10)那样表示。

[数3]

\begin{matrix} {V_{mr}}^{+} - {V_{mr}}^{-} = (R_{m 0} + αβ I_{1}) I_{2} - (R_{m 0} - αβ I_{1}) I_{2} \\ = {\frac{R_{m 0} V_{1}}{R_{2}} \sin ωt - αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \frac{1}{2} \cos (2 ωt - θ) + αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \frac{1}{2} \cos θ} \\ - {\frac{R_{m 0} V_{1}}{R_{2}} \sin ωt + αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \frac{1}{2} \cos (2 ωt - θ) - αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \frac{1}{2} \cos θ} \\ = - αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \cos (2 ωt - θ) + αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \cos θ \end{matrix} \cdot \cdot \cdot (10)

A = αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \cos θ = \frac{αβ}{R_{1}} I_{1} V_{1} \cos θ \cdot \cdot \cdot (11)

\begin{matrix} B = - αβ \frac{V_{1}}{R_{1}} \frac{V_{1}}{R_{2}} \cos (2 ωt - θ) = - \frac{αβ}{R_{2}} I_{1} V_{1} \cos (2 ωt - θ) \\ = k (t) * I_{1} V_{1} \end{matrix} \cdot \cdot \cdot (12)

在此，当将式(10)的右项如式(11)那样设为A、将左项如式(12)那样设为B时，A为磁性元件21、22的差分输出的直流成分，B为差分输出的交流成分。另外，A与对负载9的消耗功率I₁V₁乘以cosθ得到的值成正比。即，A与由负载9消耗的功率的有功功率成正比。另外，B与由负载9消耗的消耗功率的视在功率成正比。

即，参照图2，在计测端子13a、13b的端子间作为直流成分而能够得到与负载9的有功功率成正比的电压，作为交流成分而能够得到与负载9的视在功率成正比的电压。

众所周知，视在功率以复数表示，将其实数成分定义为有功功率，将其虚数成分定义为无功功率。而且，将功率因数定义为有功功率相对于视在功率的比例。因此，如式(13)所示，功率因数(cosθ)以有功功率/视在功率、即A/B表示。

[数4]

\frac{A}{B} = \frac{\frac{αβ}{R_{2}} I_{1} V_{1} \cos θ}{k (t) * I_{1} V_{1}} = K \cos θ \cdot \cdot \cdot (13)

总结上述说明，在计测端子13a与13b之间作为直流成分而产生与负载9的有功功率成正比的电压(A)，作为交流成分而产生与负载9的视在功率成正比的电压(B)。而且，作为与功率因数成正比的电压而得到对A与B相除的结果的电压。

因此，再次参照图1，由电压检测部(放大器)15检测计测端子13a与13b的输出，并由低通滤波器16提取出直流成分(A：相当于有效电压)。另一方面，由高通滤波器17提取出交流成分(B：相当于视在功率)，并由整流器18转换为直流电压。通过该操作，式(13)的比例常数K被视为不依赖于电源角频率ω的常数。这些通过除法机构19求出A/B。结果是，得到与功率因数(cosθ)成正比的电压。

如上所述，能够由具有图1所示的结构的功率因数计测装置1求出电感性的负载9所消耗的功率的功率因数。

(实施方式2)

在图5中说明磁性元件的变形例。如上述说明那样，在本发明的功率因数计测装置1中，根据相对于同一外部磁场H具有不同电阻变化率的一对磁性元件的差分输出来求出直流电压(与有功功率成正比)和交流电压(与视在功率成正比)并进行相除，由此，能够得到与功率因数成正比的电压。

同时如图3的(b)、图4的(b)所示，磁性元件的磁性膜本身相对于从外部作用的磁场为偶函数，这样无法得到与施加磁场成正比的电阻值。因此，在磁性元件21、22中，通过将永磁铁那样的磁场产生源作为偏转机构21c、22c而配置于磁性膜21j、22j附近，生成偏转磁场，从而得到动作点。但是，存在不使用磁铁那样的磁场产生源也能够得到动作点的方法。

在图5中示出第一磁性元件21的其他方式(第一磁性元件31)。此外，在磁性膜31j上形成有条纹图案的导体35。另外，使磁性膜31j的易磁化轴31EA在长度方向感生。导体35优选使用与磁性膜31j的电阻相比充分低的材料。具体地说，优选使用铜或铝、银、金等导电性良好的材料。导体35相对于长度方向而向固定方向倾斜并形成有多个。

与图3对应地说明这样的磁性元件31的动作。在元件端子31a及31b之间流动有电流I₂。从元件端子31a输入的电流I₂在从条纹图案的导体35流向导体35时必须流过磁性膜31j上。这是由于导电部分仅为磁性膜31j。

磁性膜31j的电阻大于导体35，因此电流I₂流动于导体35间的最短距离。当从磁性膜31j的长度方向观察时，电流沿倾斜的方向流动。在此，由于磁性膜31j的易磁化轴31EA在第一磁性元件31的长度方向上感生，所以磁化M与电流I₂的朝向形成倾斜。

在此，当从纸面上方向下方对磁性膜31j施加有磁场H时，磁化M随着该磁场H而旋转(实线白色箭头)。于是，旋转的磁化M与电流I₂所成的角度变小，因此磁性膜31j的电阻增加。即，与图3的情况同样地示出+ΔRmr的电阻变化。

在图6中示出条纹图案的导体35以与图5的情况相反的朝向形成的情况。电流I₂的朝向、易磁化轴32EA的朝向及从外部施加的磁场H的朝向与图5的情况相同。在图6的情况下，通过从纸面上方向下方施加的磁场H，磁化M(实线箭头)向从电流I₂离开的方向旋转。这与图4的情况同样地向电阻减少的方向变化。即，与图4的情况同样地示出(-ΔRmr)的电阻变化。

这样，当预先以不从外部施加磁场的状态使电流I₂的流动方向与磁化M的方向附有角度时，在表观上成为与施加偏转磁场的情况相同的状态。即，能够通过这样的磁性膜31j(或32j)和导体35的结构来形成偏转机构31c(或32c)。

此外，在图5及图6中，设为电流I₂的流动方向变为易磁化轴31EA、32EA的方向的结构，但是，例如也可以预先使易磁化轴31EA、32EA相对于磁性膜31j(或32j)的长度方向带有角度而感生(参照实施方式3)。

在图7中示出将图5及图6组合得到的磁性元件30。另外，用附图标记51表示包括磁性元件30的功率因数传感部。磁性元件30具有与功率因数传感部10的传感端子51ta相连接的元件端子30a、与第一计测电阻23相连接的元件端子30b以及与第二计测电阻24相连接的元件端子30b’。

元件端子30a也可以称为中心抽头(center tap)。在磁性元件30中，在从元件端子30a朝向元件端子30b的方向(将该方向称为“b方向”)和从元件端子30a朝向30b’的方向(将该方向称为“b’方向”)上配置的条纹图案的导体35的形成方向不同。因此，关于流动于磁性膜30j上的电流I₂的朝向，在b方向和b’方向上向不同方向流动有电流。

当对这样的磁性元件30作用有外部磁场H而如图7那样使磁化M旋转时，从朝向b方向的电流I₂观察，磁化M与电流的朝向成为相同方向，因此与图3同样地电阻增加(+ΔRmr)。另一方面，从流向b’方向的电流I₂观察，磁化M与电流的朝向成为分离的方向，因此与图4同样地电阻减小(-ΔRmr)。

另外，在b方向及b’方向上分别串联连接有充分大的计测电阻23、24，各计测电阻23、24与功率因数传感部10的端子10tb相连接。因此，图7所示的包括磁性元件30的功率因数传感部51与图2所示的情况同样地形成电桥电路，在测定端子13a、13b之间出现b方向与b’方向的差分输出。

在图8中示出具有该功率因数传感部51的功率因数计测装置2的结构。将计测端子13a、13b设为输出，电压检测部15、低通滤波器16、高通滤波器17、整流器18及除法机构19与实施方式1的情况相同。本实施方式中所示的功率因数传感部51在偏转机构中不需要永磁铁等磁场产生源，因此能够实现小型且薄膜化。另外，磁性元件30在b方向和b’方向上同时形成磁性元件31和32，但也可以将各自分开形成并用导线进行连结。

(实施方式3)

在图9中示出本实施方式的功率因数计测装置3的结构。对与实施方式1及2相同的部分使用相同的附图标记，另外也省略说明。本实施方式的功率因数计测装置3的特征在于磁性元件41、42。磁性元件41及42使易磁化轴41EA、42EA相对于长度方向倾斜而感生。而且，磁性元件41及42的易磁化轴分别相对于在磁性膜中流动的电流I₂而朝向不同方向感生。

通过成为这种结构，受到由流动于被测定电路中的电流I₁生成的磁场H的影响，磁性元件41、42的磁化M如M1及M2那样旋转。流动于磁性元件41、42中的电流I₂的朝向在元件端子间(41a、41b间及42a、42b间：长度方向)，因此在磁性元件41、42中，电流的朝向与磁化的朝向的关系分别为接近的朝向和分离的朝向这样的不同朝向。

这与实施方式1及2同样地，在各磁性元件41、42中，电阻增加(+ΔRmr)和减少(-ΔRmr)。之后的信号处理也与实施方式1及2同样，能够得到与功率因数cosθ成正比的电压。

如上所述，本发明的功率因数计测装置3能够将被测定电路中的电感负载9的消耗功率的功率因数作为电压值来计测。这对感应电动机这种在运转状态下功率因数发生变化的负载的功率控制非常有效。

工业实用性

本发明广泛利用于家用电气产品领域、汽车领域、工业设备领域等要控制电感负载(电抗)的方面。

附图标记说明

1、2、3：功率因数计测装置

7：电源

8：连接线(电阻)

9：负载

10：功率因数传感部

10t(10ta、10tb)：传感端子

12(12a、12b)：连结端

13(13a、13b)：计测端子

15：电压检测部

16：低通滤波器

17：高通滤波器

18：整流器

19：除法机构

21：第一磁性元件

21a、21b：(第一磁性元件的)元件端子

21c：(第一磁性元件的)偏转机构

21j：(第一磁性元件的)磁性膜

21EA：(第一磁性元件的)易磁化轴

22：第二磁性元件

22a、22b：(第二磁性元件的)元件端子

22c：(第二磁性元件的)偏转机构

22j：(第二磁性元件的)磁性膜

22EA：(第二磁性元件的)易磁化轴

23：第一计测电阻

24：第二计测电阻

25：绝缘层

31：第一磁性元件

31a、31b：(第一磁性元件的)元件端子

31j：(第一磁性元件的)磁性膜

31EA：(第一磁性元件的)易磁化轴

32：第二磁性元件

32a、32b：(第二磁性元件的)元件端子

32j：(第二磁性元件的)磁性膜

32EA：(第二磁性元件的)易磁化轴

41：第一磁性元件

41a、41b：(第一磁性元件的)元件端子

41j：(第一磁性元件的)磁性膜

41EA：(第一磁性元件的)易磁化轴

42：第二磁性元件

42a、42b：(第二磁性元件的)元件端子

42j：(第二磁性元件的)磁性膜

42EA：(第二磁性元件的)易磁化轴

51、52：功率因数传感部

51t(51ta、51tb)、52t(52ta、52tb)：传感端子

Claims

1.一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。

2.根据权利要求1所述的功率因数计测装置，其特征在于，

所述两个磁性元件具有：

元件端子，其设置在短条状的磁性膜的两端；和

偏转机构，其与所述磁性膜的膜面平行并施加磁场，

所述偏转机构相对于在各磁性元件中流动的电流的方向，使向一个磁性元件的面内方向施加的磁场方向与向另一个磁性元件的面内方向施加的磁场方向不同。

3.根据权利要求1所述的功率因数计测装置，其特征在于，

所述两个磁性元件具有：

元件端子，其设置在短条状的磁性膜的两端；和

偏转机构，其在所述磁性膜的表面形成有相对于所述元件端子间方向倾斜的多个导体，

所述偏转机构使一个磁性元件表面的导体相对于在该一个磁性元件中流动的电流的方向的倾斜方向与另一个磁性元件表面的导体相对于在该另一个磁性元件中流动的电流的方向的倾斜方向不同。

4.根据权利要求1所述的功率因数计测装置，其特征在于，

所述两个磁性元件具有：

元件端子，其设置在短条状的磁性膜的两端；和

偏转机构，其使相对于所述元件端子间方向倾斜的易磁化轴感生，

所述偏转机构使一个磁性元件的易磁化轴相对于在该一个磁性元件中流动的电流的方向的倾斜方向与另一个磁性元件的易磁化轴相对于在该另一个磁性元件中流动的电流的方向的倾斜方向为不同的方向。