功率检测装置制造方法
【专利摘要】功率检测装置通过将由电压检测单元所检测到的电压信息与由电流检测单元所检测到的电流信息相乘，来检测负载所消耗的电功率。该功率检测装置包括：切换单元，其包括在第一电路与第二电路之间切换的单极双掷继电器，在该第一电路中，电流流过电压检测单元和电流检测单元两者，且在该第二电路中，到电压检测单元的电流的流动被中断，且电流流过旁路路径以旁路电流检测单元；以及控制单元，其进行当功率检测要被进行时切换到第一电路的控制，且当功率检测不被进行时切换到第二电路的控制。
【专利说明】功率检测装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年7月13日在日本提交的日本专利申请第2012-157786和2013年6月11日在日本提交的日本专利申请第2013-122695的优先权，且它们的全部内容以引用的方式合并于此。
【技术领域】
[0003]本发明涉及功率检测装置。
【背景技术】
[0004]近年来，随着对节能日益感兴趣，对显示或提供以电操作的装置或设备的功耗的需求日益增加。例如，空调、复印机等等的功耗不是恒定的，而是依赖于周围环境或操作模式以各种方式动态变化。因此，在操作和管理信息期间，需要精确检测功率。另外，当电气装置、机床或住宅的功耗被管理时，或者当工厂等等的功耗被管理时同样适用。
[0005]在能够检测以电操作的各种设备的功耗的功率检测装置中，期望配置电压检测电路部分和电流检测电路部分为低损耗部分，以便降低功率检测所需要的功耗。如果这种功率检测装置被采用，则检测范围、检测精度或检测分辨率可能被限制。在利用商用交流(AC)电压作为输入电压来操作的特定装置或设备中，可采用这样的方法，在该方法中，仅仅在输入电压被看作恒定正弦波时检测电流波形，并且两者的波形可相乘。然而，在该方法中，问题在于，两个波形的同步定时误差、输入电压波动误差、波形失真误差等等可能发生，且可能不能获得期望的精度。此外，在这样的情形中，虽然在电压检测部分的损耗可以被降低，但是电流检测部分的损耗经常发生，从而导致浪费。
[0006]在功耗量不动态变化的特定装置或设备中，基于每个预定操作模式中的功耗值，能够得知当前功耗或整体功耗，而不需要实际进行功率检测。然而，问题在于，由于周围环境或输入电压中的变化可能发生检测误差。
[0007]日本专利申请特开第2002-159143和日本专利第3668145与本发明有些相关。
[0008]为了解决上述问题，可构想进行控制，以使得电流仅仅当功率检测要被进行时才被施加到电压检测部分和电流检测部分，以便实现可改进检测精度并最小化检测损耗的功率检测装置。
[0009]然而，问题在于，电路中这两个部分的切换使得电路复杂并导致成本和所需要的空间增加。
[0010]鉴于上述情形，存在对提供以下功率检测装置的需求，该功率检测装置能够最小化电路的复杂性、成本的增加以及所需的空间的增加以及能够最小化切换电路所需的功率。
【发明内容】
[0011]本发明的目的为至少部分地解决传统技术中的问题。[0012]功率检测装置包括电压检测单元和电流检测单元，并通过由电压检测单元所检测到的电压信息与由电流检测单元所检测到的电流信息的相乘来检测负载所消耗的电功率。功率检测装置包括切换单元，该切换单元包括单极双掷继电器，其在第一电路与第二电路之间切换，在第一电路中，电流流过电压检测单元和电流检测单元两者以启用功率检测，而在第二电路中，到电压检测单元的电流的流动被中断且电流流过旁路路径(bypass path)以旁路(bypass)电流检测单元，从而禁用功率检测；以及控制单元，其进行当功率检测要被进行时切换到第一电路的控制，并且当功率检测不被进行时进行切换到第二电路的控制。
[0013]当结合附图考虑时，本发明的上面以及其它的目的、特征、优点以及技术和工业重要性，将通过阅读下面的本发明的优选实施例的详细描述被更好地理解。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为图示根据第一实施例的功率检测装置的配置示例的图；以及
[0015]图2为图示根据第二实施例的功率检测装置的配置示例的图。
具体实施例
[0016]参考附图，下面将参考附图详细解释本发明的实施例。
[0017]第一实施例
[0018]根据本实施例的功率检测装置为测量(检测)用AC商用电源工作的负载200的电功率的功率检测装置。图1为图示根据本实施例的功率检测装置100的配置示例的图。在图1所图示的示例中，功率检测装置100至少包括电流检测单元10、电压检测单元20、切换单兀30和控制单兀40。
[0019]如图1中所图示，AC插头50的上侧线连接到电源开关60的一个端子。电源开关60的另一端子经由电流检测单元10连接到以AC商用电源工作的负载200的一个端子。电流检测单元10的输入端(图1中的左侧)和输出端(图1中的右侧)被连接成使得流过电流检测单元10的电流可根据包括单极双掷继电器的切换单元30的切换操作而被旁路。这将在下面详细解释。在图1中所图示的示例中，电压检测单元20的一个输入侧被连接到负载200的另一个端子以及AC插头50的下侧线。切换单元30包括单极双掷继电器，其中公用触点Tx被连接到电流检测单元10的输出侧(右侧)，第一触点Tl被连接到电流检测单元10的输入侧(左侧)，以及第二触点T2被连接到电压检测单元20的其它(另一)输入侧。
[0020]如图1中所图示，当公用触点Tx与第一触点Tl之间的电连接被建立时，第二电路被形成，其中用以旁路电流检测单元10的旁路路径被形成，且到电压检测单元20的电流的流动被中断。第二电路表示这样配置的电路，使得到电压检测单元20的电流的流动被中断，并且电流流过旁路路径以旁路电流检测单元10，从而禁用功率检测。
[0021]另一方面，当公用触点Tx与第二触点T2之间的电连接被建立时，电流检测单元10的旁路路径不被形成，以使得旁路电流被中断，且电压检测单元20和负载200并联连接。因此，第一电路被形成，其中，彼此并联连接的电压检测单元20和负载200形成的连接体被串联连接到电流检测单元10，且电流流过电压检测单元20和电流检测单元10两者。第一电路表示这样配置的电路，使得电流流过电流检测单元10和电压检测单元20两者，从而启用功率检测。在图1中所图示的示例中，当第一电路形成时，AC商用电源的线间电压(line-to-line voltage)可被施加到电压检测单元20。因此,使电流流过电流检测单元10并将电压施加到电压检测单元20以激活电流检测单元10和电压检测单元20中的每一个变得可能。当电流检测单元10和电压检测单元20被激活时，电流检测单元10输出检测到的电流信息，并且电压检测单元20输出检测到的电压信息。这些信息块被输入到控制单元40。
[0022]基于输入的检测到的电流信息和输入的检测到的电压信息，控制单元40可通过将由检测到的电流信息所表示的电流与由检测到的电压信息所表示的电压相乘来计算瞬时功率。控制单元40通过对所计算出的瞬时功率值进行平均来获得功耗(负载200的电功率)。控制单元40进行控制以在功率检测要被进行时切换到第一电路。另一方面，控制单元40进行控制以在功率检测不被进行时切换到第二电路。更具体地，当功率检测要被进行时，控制单元40向切换单元30输出用于在公用触点Tx与第二触点T2之间建立电连接的继电器控制信号。另一方面，当功率检测不被进行时，控制单元40向切换单元30输出用于在公用触点Tx与第一触点Tl之间建立电连接的继电器控制信号。当功率检测不被需要时，控制单元40可将负载200的功率看作恒定而不需要实际上进行功率检测。在该情形中，在其中功率检测不被需要的时间段期间，控制单元40可通过管理时间和将上述恒定功率与预定的时间相乘来计算所期望的功率。通过这种方式，管理功耗变得可能。控制单元40例如包括CPU或DSP，并如上所述进行计算和控制过程。
[0023]关于在第一电路或第二电路的情况下励磁是否将被进行(是否在任一情况下使得励磁电流流过继电器)，例如，当功率测量时间与功率要被测量的设备系统的载流时间(负载200的载流时间)的比率等于或小于阈值时(例如，1/2或更少)，S卩，当期望测量时间短时，采用其中继电器被励磁以形成第一电路的配置。也就是，当期望用以检测功率的检测时间与负载200的载流时间的比率为1/2或更小(一半或更小)时，优选配置单极双掷继电器，使得当励磁电流(excitation current)流动(切换到第一电路)时,公用触点Tx与第二触点T2之间的电连接被建立，而当励磁电流不流动(切换到第二电路)时，公用触点Tx与第一触点Tl之间的电连接被建立。控制单元40通过当功率检测要被进行时使励磁电流流过单极双掷继电器来切换到第一电路，并通过当功率检测不被进行时停止将励磁电流供给到单极双掷继电器来切换到第二电路。
[0024]当功率测量时间与功率要被测量的设备系统的载流时间(负载200的载流时间)的比率大于阈值(例如大于1/2)时，即，当期望测量时间长时，采用其中继电器被励磁以形成第二电路的配置。也就是，当期望用以检测功率的检测时间与负载200的载流时间的比率大于1/2时，优选配置单极双掷继电器，使得当励磁电流流动(切换到第二电路)时，公用触点Tx与第一触点Tl之间的电连接被建立，而当励磁电流不流动(切换到第一电路)时，公用触点Tx与第二触点T2之间的电连接被建立。控制单元40通过当功率检测要被进行时停止将励磁电流供给到单极双掷继电器来切换到第二电路，且通过当功率检测不进行时使励磁电流流过单极双掷继电器来切换到第一电路。
[0025]利用上面的配置，可能最小化在电流检测单元10和电压检测单元20处的损耗。同时，当期望功率测量时间与其中功率要被测量的设备系统的载流时间的比率等于一半(1/2)时，可采用其中继电器被励磁以形成第一电路的配置，或可采用其中继电器被励磁以形成第二电路的配置。在两种情形之间，损耗的期望量值是相同的。
[0026]另外，如果单极双掷继电器被配置成闭锁继电器，其中通过使得脉冲电流仅仅当电路状况要被切换时流动来切换电路状况，那么进一步降低损耗变得可能。
[0027]如上所解释，根据本实施例，切换单元30包括可在第一电路与第二电路之间切换的单极双掷继电器，在第一电路中，电流流过电压检测单元20和电流检测单元10两者，以启用功率检测，在第二电路中，到电压检测单元20的电流的流动被中断且电流流过旁路路径来旁路电流检测单元10，以禁用功率检测。此外，控制单元40进行控制以当功率检测要被进行时切换到第一电路，以及进行控制以当功率检测不被进行时切换到第二电路。也就是，取决于功率检测是否要被进行，在到电压检测单元20的电路连接(电流流过电压检测单元20)和从电压检测单元20连接的电路断开(电流不流过电压检测单元20)之间的切换，并在电流检测单元10的旁路开路状况(电流流过电流检测单元10的状态)与旁路短路状况(电流流过旁路路径而不流过电流检测单元10的状态)之间的切换，可仅仅通过单极双掷继电器的切换操作来实现。因此，最小化电路的复杂性、成本的增加以及所需空间的增加是可能的，而且最小化在电路状况之间切换所需要的电功率也是可能的。
[0028]如上所解释，在图1中图示的功率检测装置100中，电流检测单元10检测流过负载200的电流和流过电压检测单元20的电流(电压检测单元20处的损耗)，且电压检测单元20仅仅检测施加到负载上的电压。与包括与功率检测有关的电流检测单元10和电压检测单元20处的损耗的系统的整个功耗发生微小误差。通过考虑电流检测单元10中的压降可校正该误差。然而，如果流过负载200的电流值相对小，则电流检测单元10中的压降也小，使得误差可被忽略。因此，当流过负载200的电流相对小时，通过示例的方式在图1中图示的功率检测装置100的配置适用于功率检测。
[0029]第二实施例
[0030]下面将解释第二实施例。与上述第一实施例的组件相同的那些组件由相同的参考标记和符号来指示，且其说明将被适当省略。图2为图示根据第二实施例的功率检测装置1000的配置示例的图。
[0031]例如，当流过负载200的电流值相对大时，电流检测单元10中的压降变得相对大，以使得电压值的影响(电流检测单元10中的压降值)不能忽略。因此，在这种情形下，优选图2中所图示的配置。特别地，在该配置中，电流检测单元10仅仅检测流过负载200的电流，而电压检测单元20检测施加到负载200的电压和电流检测单元10中的压降的总电压值。在该情形的功率检测中，电流检测单元10不能检测流过电压检测单元20的电流(电压检测单元20处的损耗量)。因此，需要充分降低流过电压检测单元20的电流(电压检测单元20处的损耗量)。当流过负载200的电流值相对大时，如图2中所图示的这种配置中的功率检测装置1000适用于功率检测。
[0032]下面将解释根据第二实施例的功率检测装置1000的详细配置。如图2中所图示，AC插头50的上侧线被连接到电源开关60的一个端子。电源开关60的其它端子经由电流检测单元10被连接到利用AC商用电源工作的负载200的一个端子。电流检测单元10的输入端(图2中的左侧)和输出端(图2中的右侧)被连接，使得流过电流检测单元10的电流可根据包括单极双掷继电器的切换单元300的切换操作而被旁路。这将在下面详细解释。在图2中图示的示例中，电压检测单元20的一个输入端侧被连接到负载200的另一个端子以及AC插头50的下侧线。切换单元300包括单极双掷继电器，其中，公用触点Ty被连接到电流检测单元10的输入端侧(左侧)，第一触点Tll被连接到电流检测单元10的输出侧(右侧)，以及第二触点T22被连接到电压检测单元20的其它(另一)输入端侧。
[0033]如图2中所图示，当公用触点Ty与第一触点Tll之间的电连接被建立时，第二电路被形成，其中，用以旁路电流检测单元10的旁路路径被形成而到电压检测单元20的电流的流动被中断。另一方面，当公用触点Ty与第二触点T22之间的电连接被建立时，电流检测单元10的旁路路径不被形成，以使得旁路电流被中断，且电流检测单元10和负载200被串联连接。因此，第一电路形成，其中，由彼此串联连接的电流检测单元10和负载200形成的连接体被并联连接到电压检测单元20，且电流流过电压检测单元20和电流检测单元10两者。
[0034]当功率检测要被进行时，根据第二实施例的控制单元400向切换单元300输出用于建立公用触点Ty与第二触点T22之间的电连接的继电器控制信号。另一方面，当功率检测不被进行时，控制单元400向切换单元300输出用于建立公用触点Ty与第一触点Tll之间的电连接的继电器控制信号。
[0035]修改
[0036]尽管上面已解释了本发明实施例，本发明不限于上述的实施例，且可在本发明的精神的范围内以各种方式修改。换句话说，本发明的功率检测装置包括切换单元(例如，上述切换单元30或300)和控制单元(例如，上述控制单元40或400)是足够的。切换单元包括单极双掷继电器，其可在第一电路与第二电路之间切换，在第一电路中，电流流过电压检测单元20和电流检测单元10两者，从而启用功率检测，且在第二电路中，到电压检测单元20的电流的流动被中断，且电流流过旁路路径，以旁路电流检测单元10，从而禁用功率检测。控制单元当功率检测要被进行时进行切换到第一电路的控制，而当功率检测不被进行时进行切换到第二电路的控制。
[0037]另外，例如，上面实施例的功率检测装置(100或1000)可被安装和应用于各种设备、装置或系统。
[0038]例如，当图像形成装置具有各种模式状态，诸如关闭模式、节能模式、待机模式以及工作模式之类，且当功耗随着待机模式和工作模式中的使用状况或周围环境状况而变化时，根据本发明的功率检测装置可被安装成检测待机模式和工作模式中的功率。在关闭模式和节能模式(其中，功耗可被看作恒定而不管使用状况和周围环境状况)中，优选在此时不进行功率检测以降低损耗，同时此时的功率值作为恒定值管理。
[0039]另外，例如，根据本发明的功率检测装置可被安装在诸如电饭煲、恒温炊具或冰箱之类的电气装置上。在电饭煲或恒温炊具中，待机状态中的功耗可被看作恒定，但是根据被烹调的成分的加热状态、温度状态或热保持的状态，功耗在加热操作或热保持的操作中动态变化。此外，功率受大气温度影响。因此，优选在加热操作或热保持的操作中进行功率检测，且在待机状态不进行功率检测以降低此时的损耗，同时此时的功率值作为恒定值管理。关于冰箱等等，在其中冰箱门不会被打开和关闭的夜间期间的功耗可被看作恒定，而在其它时间期间功耗变化，这是因为门被打开和关闭以在冰箱中存储食物或从其中移除食物。因此，关于冰箱等等，优选将时间划分成各部分，以使得功耗的检测在一部分中被进行，而在另一部分中不被进行，以及在夜间期间不进行功率检测以降低此时的损耗，同时此时的功耗值作为恒定值管理，而在除了夜间的其它时间期间进行功率检测。
[0040]此外，例如，根据本发明的功率检测装置可被安装在空调装置上。在空调装置中，待机状态中(当操作被停止时)的功耗可被看作恒定，但是取决于房间或空间中的温度分布、环境温度或人数，功耗在运行期间(当空调被控制在适当温度时)改变。因此，优选在运行期间进行功率检测，而在待机状态中不进行功率检测以降低此时的损耗，同时功耗值作为恒定值管理。
[0041]另外，例如，根据本发明的功率检测装置可被安装在机床中。在机床中，待机状态中(当操作被停止时)的功耗可被看作恒定，但是取决于要被加工、切割或抛光的材料的质量或尺寸，润滑剂的状况等等，功耗在运行期间改变。因此，优选在运行期间进行功率检测，而在待机状态中不进行功率检测以降低此时的损耗，同时功耗值作为恒定值管理。
[0042]此外，根据本发明的功率检测装置可被应用于制造工厂中的生产线的生产管理系统。在生产线中，在生产线处于工作的同时，各种设备被运行，且功耗变化。如果生产线的功率供给不被停止并且临时待机状态在午休时间或休息期间被建立，则功耗可被看作恒定。因此，优选当生产线处于运行时进行功率检测，而在午休时间、休息时间等等期间的临时待机状态中不进行功率检测以降低此时的损耗，同时功耗值作为恒定值管理。
[0043]另外，例如，根据本发明的功率检测装置可被应用于室内配线(house wiring)以管理功耗。作为检测每一个家庭中的所有功耗的系统，优选将时间划分成各部分，以使得在一个部分中进行功率检测，而在另一个部分中不进行，与上述冰箱的情形类似。特别地，假设在夜间期间功耗是恒定的，而在其它时间(早上的醒来时间到上床时间)期间功耗改变。优选在夜间期间不进行功率检测以降低此时的损耗，同时功率值作为恒定值管理，而在除了夜间的其它时间期间进行功率检测。
[0044]如上所述的实施例和修改可被适当地结合。如上所述，根据本发明的一个实施例，可以仅仅通过根据功率检测是否要被进行来切换单极双掷继电器的操作而在第一电路与第二电路之间切换。因此，可以提供不引起电路的复杂性、成本的增加以及所需空间的增加的功率检测装置。另外，如果闭锁继电器作为继电器采用，那么提供可最小化切换电路所需要的功率的功率检测装置变得可能。此外，能够提供具有良好节能能力和可通过应用这种功率检测装置来管理功耗的图像形成装置、电气装置、空调装置、机床、生产管理系统或室内配线。
[0045]根据本发明的一个实施例，能够最小化电路的复杂性、成本的增加和所需空问的增加，以及最小化切换电路所需的功率。
[0046]尽管为了完整和清楚公开，已关于特定实施例描述了本发明，但所附权利要求不因此而受到限制，而是被解释为包含本领域技术人员可能想到的、完全落入本文所阐述的基本教导内的所有修改和可替换构造。
【权利要求】
1.一种功率检测装置，该功率检测装置包括电压检测单元和电流检测单元，且通过将由电压检测单元所检测到的电压信息与由电流检测单元所检测到的电流信息相乘，来检测由负载所消耗的电功率，该功率检测装置包括: 切换单元，其包括在第一电路与第二电路之间切换的单极双掷继电器，在该第一电路中，电流流过电压检测单元和电流检测单元两者以启用功率检测，并且在该第二电路中，到电压检测单元的电流的流动被中断，且电流流过旁路路径以旁路电流检测单元从而禁用功率检测；以及 控制单元，其进行当功率检测要被进行时切换到第一电路的控制，以及当功率检测不被进行时切换到第二电路的控制。
2.根据权利要求1所述的功率检测装置，其中， 电流检测单元的输出侧被连接到负载的一个端子， 电压检测单元的一个输入侧被连接到负载的另一个端子，以及 单极双掷继电器被配置成使得 公用触点被连接到电流检测单元的输出侧， 第一触点被连接到电流检测单元的输入侧，以及 第二触点被连接到电压检测单元的另一个输入侧， 当公用触点与第一触点之间的电连接被建立时，第二电路被形成，其中，旁路路径被形成且到电压检测单元的电流的流动被中断，以及 当公用触点与第二触点之间的电连接被建立时，第一电路被形成，其中，彼此并联连接的电压检测单元和负载所形成的连接体被串联连接到电流检测单元，且电流流过电压检测单元和电流检测单元两者以启用功率检测。
3.根据权利要求1所述的功率检测装置，其中， 电流检测单元的输出侧被连接到负载的一个端子， 电压检测单元的一个输入侧被连接到负载的另一个端子， 单极双掷继电器被配置成使得 公用触点被连接到电流检测单元的输入侧， 第一触点被连接到电流检测单元的输出侧， 第二触点被连接到电压检测单元的另一输入侧， 当公用触点与第一触点之间的电连接被建立时，第二电路被形成，其中，旁路路径被形成且到电压检测单元的电流的流动被中断，以及 当公用触点与第二触点之间的电连接被建立时，第一电路被形成，其中，彼此串联连接的电流检测单元和负载所形成的连接体被并联连接到电压检测单元，且电流流过电压检测单元和电流检测单元两者。
4.根据权利要求2或3所述的功率检测装置，其中，当期望在其期间功率检测被进行的检测时间与负载的载流时间的比率等于或小于阈值时，单极双掷继电器被配置成使得当励磁电流流动时建立公用触点与第二触点之间的电连接，以及当励磁电流不流动时建立公用触点与第一触点之间的电连接，以及 控制单元进行当功率检测要被进行时，使励磁电流流过单极双掷继电器的控制，以及当功率检测不被进行时，停止向单极双掷继电器供给励磁电流的控制。
5.根据权利要求2或3所述的功率检测装置，其中，当期望在其期间功率检测被进行的检测时间与负载的载流时间的比率变得大于阈值时，单极双掷继电器被配置成使得，当励磁电流流动时建立公用触点与第一触点之间的电连接，以及当励磁电流不流动时建立公用触点与第二触点之间的电连接，以及 控制单元进行当功率检测要被进行时，停止向单极双掷继电器供给励磁电流的控制，以及当功率检测不被进行时，使励磁电流流过单极双掷继电器的控制。
6.根据权利要求4或5所述的功率检测装置，其中，单极双掷继电器是闭锁继电器。
7.一种图像形成装置，包括根据权利要求1-6中任一项所述的功率检测装置。
8.一种电气装置，包括根据权利要求1-6中任一项所述的功率检测装置。
9.一种空调装置，包括根据权利要求1-6中任一项所述的功率检测装置。
10.一种机床，包括根据权利要求1-6中任一项所述的功率检测装置。
11.一种生产管理系统，包括根据权利要求1-6中任一项所述的功率检测装置。
12.—种室内配线，包括根据权利要求1-6中任一项所述的功率检测装置。
【文档编号】G01R21/06GK103575974SQ201310451893
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月11日 优先权日:2012年7月13日
【发明者】岩田笃贵 申请人:株式会社理光