JP2010261909A - 電力検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三相電力の電力検知に要する時間の短縮化を図ることのできる電力検知装置を提供する。
【解決手段】電力検知装置１では、第１相電力検出部１０１によって検出される第１相の電力Ｗ１及び第２相電力検出部２０１によって検出される第２相の電力Ｗ２に基づいて三相電力を演算する電力演算部３０１として、オペアンプ３２１を有して構成される加算回路３０１ｂを採用する。これにより、第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２をアナログ信号からデジタル信号に変換することなく、アナログ信号のままで演算するため、アナログ信号をデジタル信号へ変換するに要する時間は不要になることから、三相電力の電力検知に要する時間の短縮化を図ることができるようになる。
【選択図】図６

Description

本発明は、三相モータ及び三相インバータ等、三相電力を検知する電力検知装置に関する。

従来、三相電力を測定する電力検知装置として、例えば特許文献１に記載の電力検知装置が知られている。この特許文献１に記載の技術では、まず、三相のうち二相の電圧及び電流を各相毎に測定し、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）を用いてアナログ信号をデジタル信号へ変換する。そして、その変換されたデジタル信号を用いて、三相有効電力、三相無効電力、及び三相皮相電力を演算する。

特開平１１−３４４５１４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、三相電力を演算するに当たり、三相のうち二相の電圧及び電流の測定値をアナログ−デジタル変換していた。こうしたデジタル信号への変換に要する時間は長く、電力検知に時間がかかってしまう。そのため、上記特許文献１に記載の技術を、例えばＰＷＭ制御型三相交流モータ等、高速スイッチング制御の電力検知に用いるには、依然として改善の余地が残されている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、三相電力の電力検知に要する時間の短縮化を図ることのできる電力検知装置を提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、三相電力のうちの一相である第１相の電力を検出する第１相電力検出部と、三相電力のうちの他の一相である第２相の電力を検出する第２相電力検出部と、これら第１相の電力及び第２相の電力に基づいて、三相電力を演算する電力演算部とを備える電力検知装置であって、前記電力演算部は、アナログ信号のまま演算するアナログ回路にて構成されていることを特徴とする。

電力検知装置としてのこのような構成によれば、電力演算部は、第１相の電力及び第２相の電力を、アナログ信号からデジタル信号に変換することなく、アナログ信号のままで演算する。そのため、アナログ信号をデジタル信号へ変換するに要する時間は不要になることから、三相電力の電力検知に要する時間の短縮化を図ることができるようになる。

なお、上記請求項１に記載の電力検知装置において、請求項２に記載の発明のように、前記第１相電力検出部及び第２相電力検出部も、アナログ信号のまま演算するアナログ回路であるとよい。

また、上記請求項１または２に記載の構成において、請求項３に記載の発明のように、前記電力演算部は、入力されるアナログ信号をアナログ演算するアナログ素子である演算増幅器を有して構成されていることが望ましい。これにより、電力演算部を、演算増幅器（いわゆるオペアンプ）にて構成することができる。

上記請求項３に記載の構成において、請求項５に記載の発明のように、前記第１相電力検出部は、当該第１相電力検出部によって検出される第１相の電力の極性を反転させる第１相極性切替部を含んで構成されており、前記第２相電力検出部は、当該第２相電力検出部によって検出される第２相の電力の極性を反転させる第２相極性切替部を含んで構成されており、前記演算増幅器は、その反転入力端子が前記第１相電力検出部及び前記第２相電力検出部のいずれか一方に接続されているとともに、その非反転入力端子が前記第１相電力検出部及び前記第２相電力検出部の他方に接続されていることとしてもよい。

電力検知装置としての上記構成では、演算増幅器はいわゆる減算回路として構成される。ここで、演算増幅器の反転入力端子が第１相電力検出部に接続されているとともに、演算増幅器の非反転入力端子が第２相電力検出部に接続されているとする。この構成において、第１相の電力及び第２相の電力の双方の極性が正常である場合には、第１相の電力の極性を反転するとともに、第２相の電力の極性を反転することなく、演算増幅器にて減算演算する。また、上記構成において、第１相の電力及び第２相の電力の双方の極性が反転している場合には、第１相の電力の極性を反転することなく、第２相の電力の極性を反転して、演算増幅器にて減算演算する。さらに、上記構成において、第１相の電力の極性が反転しており、且つ、第２相の極性が正常である場合には、第１相の電力及び第２相の電力の双方の極性を反転することなく、演算増幅器にて減算演算する。またさらに、上記構成において、第１相の電力の極性が正常であり、且つ、第２相の極性が反転している場合には、第１相の電力及び第２相の電力の双方の極性を反転して、演算増幅器にて減算演算する。これにより、アナログ信号をデジタル信号へ変換するに要する時間は不要になることから、三相電力の電力検知に要する時間の短縮化を図ることができるようになる。

ただし、上記請求項５に記載の構成では、第１相の電力及び第２相の電力のいずれか一方を演算増幅器内部を通過させるため、演算増幅器内部を通過することに起因して演算遅れが発生することがある。そして、ひいては、この演算遅れに起因して三相電力の電力検知誤差が発生することがある。

そこで、請求項３に記載の構成において、請求項４に記載の発明のように、前記第１相電力検出部は、第１相の力率に基づいて、当該第１相電力検出部によって検出される第１相の電力の極性を反転させる第１相極性切替部を含んで構成されており、前記第２相電力検出部は、第２相の力率に基づいて、当該第２相電力演算部によって演算される第２相の電力の極性を反転させる第２相極性切替部を含んで構成されており、前記演算増幅器は、その反転入力端子が前記第１相電力検出部及び前記第２相電力検出部に接続されているとともに、その非反転入力端子がＧＮＤ電位に接続されていることが望ましい。

電力検知装置としての上記構成では、演算増幅器はいわゆる加算回路として構成される。ここで、第１相の電力及び第２相の電力の双方の極性が正常である場合には、これら双方の極性を反転した上で演算増幅器にて加算演算する。また、第１相の電力及び第２相の電力の双方の極性が反転している場合には、これら双方の極性を反転することなく、演算増幅器にて加算演算する。また、第１相の電力及び第２相の電力のいずれか一方の極性が正常であり、且つ、他方の極性が反転している場合には、正常な極性を反転し、反転している極性を反転することなく、演算増幅器にて加算演算する。

これにより、第１相の電力及び第２相の電力のいずれか一方を演算増幅器内部を通過させることなく、第１相の電力及び第２相の電力をアナログ演算可能であるため、演算増幅器内部を通過することに起因して発生する演算遅れを、ひいては、この演算遅れに起因して発生する三相電力の検知誤差を低減することができるようになる。

なお、上記請求項４または５のいずれかに記載の構成において、請求項６に記載の発明のように、前記第１相電力検出部は、第１相の電圧を検出する第１相電圧検出部と、第１相の電流を検出する第１相電力検出部とを有して構成されており、前記第１相極性切替部は、第１相の力率に基づいて、第１相の電圧及び第１相の電流のいずれか一方を反転させることで、第１相の電力の極性を反転させるものであり、前記第２相電力検出部は、第２相の電圧を検出する第２相電圧検出部と、第２相の電流を検出する第２相電力検出部とを有して構成されており前記第２相極性切替部は、第２相の力率に基づいて、第２相の電圧及び第２相の電流のいずれか一方を反転させることで、第２相の電力の極性を反転させるものであるとするとよい。これにより、第１相の力率に基づいて、第１相の電力の極性を反転することができ、第２相の力率に基づいて、第２相の電力の極性を反転させることができる。

また、上記請求項４〜６のいずれかに記載の構成において、請求項７に記載の発明のように、前記第１相電力検出部は、第１相の電力の極性に応じてその極性を反転させる旨を示す第１相極性反転指令を出力する制御装置から、その第１相極性反転指令を受信する第１相指令受信部をさらに備え、前記第１相極性切替部は、前記第１相指令受信部によって前記第１相極性反転指令を受信することに基づいて、第１相の電力の極性を反転させるものであり、前記第２相電力検出部は、第２相の電力の極性に応じてその極性を反転させる旨を示す第２相極性反転指令を出力する制御装置から、その第２相極性反転指令を受信する第２相指令受信部をさらに備え、前記第２相極性切替部は、前記第２相指令受信部によって前記第２相極性反転指令を受信することに基づいて、第２相の電力の極性を反転させるものであることが望ましい。これにより、当該電力検知装置外の制御装置の判断によって、例えば車内ＬＡＮ等のネットワークを経由して第１相の電力の極性及び第２相の電力の極性を反転することができるようになる。

本発明に係る電力検知装置の実施の形態について、その全体構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態を構成する電力演算部について、その回路構成を示す模式図である。 第１相電力検出部を構成する電流増幅部、極性切替部、及び第１相電力演算部の詳細な構成を示す模式図である。 第１の実施の形態において、第１相電流の極性の切替に使用される極性切替条件をテーブルにて示す図である。 第１の実施の形態の一動作例において、（ａ）は、第１相の電力について、その推移態様を示すタイミングチャートである。（ｂ）は、第２相の電力について、その推移態様を示すタイミングチャートである。（ｃ）は、演算点Ｐ１における第２相の電力について、その推移態様を示すタイミングチャートである。（ｄ）は、三相電力について、その推移態様を示すタイミングチャートである。 第２の実施の形態を構成する電力演算部について、その回路構成を示す模式図である。 第２の実施の形態において、第１相電流及び第２相電流の極性の切替に使用される極性切替条件をテーブルにて示す図である。 第２の実施の形態の一動作例において、（ａ）は、第１相の電力について、その推移態様を示すタイミングチャートである。（ｂ）は、第２相の電力について、その推移態様を示すタイミングチャートである。（ｃ）は、三相電力について、その推移態様を示すタイミングチャートである。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る電力検知装置の第１の実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。なお、本実施の形態では、電力検知装置１は、ＰＷＭ制御型三相交流モータを動力源とする例えばＨＶ車・ＥＶ車・ＦＣ車等の車両に搭載され、そのモータに三相電力を供給する三相電力源に接続されており、三相電力源の三相電力を公知の二電力計法にて検知するものである。また、電力検知装置１は、例えばＣＡＮ等の車内ネットワークを介して車載ＥＣＵに接続されており、この車載ＥＣＵから電流極性切替信号Ｓ１及びＳ２が入力されることで、その動作が制御されている。ちなみに、三相電力源や車載ＥＣＵ等は図示を割愛している。

電力検知装置１の全体構成をブロック図にて図１に示す。この図１に示されるように、電力検知装置１は、第１相電力検出部１０１、第２相電力検出部２０１、及び電力演算部３０１を備えて構成されている。

このうち、第１相電力検出部１０１は、電圧検出部１０２、電圧増幅部１０３、電流検出部１０４、電流増幅部１０５、極性切替部１０６、及び第１相電力演算部１０７を有する。

電圧検出部１０２は、上記三相電力源に接続されており、三相のうちの一相である第１相の電圧Ｖ１をアナログにて検出する。電圧検出部１０２は、その検出した第１相の電圧Ｖ１を、後段に接続された電圧増幅部１０３に出力する。電圧増幅部１０３は、電圧検出部１０２によって検出・入力された第１相の電圧Ｖ１を、第１相電力演算部１０７にて扱うことのできる電圧レベルまで増幅する。電圧増幅部１０３は、その増幅済みの第１相の電圧Ｖ１を、後段に接続された第１相電力演算部１０７に出力する。なお、電圧検出部１０２が特許請求の範囲に記載の第１相電圧検出部に相当する。

電流検出部１０４は、上記三相電力源に接続されており、上記電圧検出部１０２が検出対象とする第１相の電流Ｉ１をアナログにて検出する。電流検出部１０４は、その検出した第１相の電流Ｉ１を、後段に接続された電流増幅部１０５に出力する。電流増幅部１０５は、電流検出部１０４によって検出・入力された第１相の電流Ｉ１を、第１相電力演算部１０７にて扱うことのできる電流レベルまで増幅する。電流増幅部１０５は、その増幅済みの第１相の電流Ｉ１を、後段に接続された極性切替部１０６を介して第１相電力演算部１０７に出力する。なお、電流検出部１０４が特許請求の範囲に記載の第１相電流検出部に相当する。

ここで、極性切替部１０６には、上記車載ＥＣＵから第１相の電流極性切替信号Ｓ１が入力される。極性切替部１０６は、この電流極性切替信号Ｓ１の状態（電圧レベル）に基づいて、増幅済みの第１相の電流Ｉ１の極性を維持したり、反転したりする。換言すれば、極性切替部１０６は、電流極性切替信号Ｓ１の電圧レベルに基づいて、増幅済みの第１相の電流Ｉ１の極性を調整する。そして、極性切替部１０６は、その極性調整済みの第１相の電流Ｉ１を、後段に接続された第１相電力演算部１０７に出力する。なお、極性切替部１０６の構成及び機能については、図３及び図４を参照して後述する。また併せて、車載ＥＣＵから出力される電流極性切替信号Ｓ１及びＳ２についても後述する。ちなみに、極性切替部１０６が特許請求の範囲に記載の第１相極性切替部に相当する。

第１相電力演算部１０７には、電圧増幅部１０３が接続されており、増幅済みの第１相の電圧Ｖ１がアナログにて入力される。また、第１相電力演算部１０７には、極性切替部１０６が接続されており、電流極性調整済みの第１相の電流Ｉ１がアナログにて入力される。そして、第１相電力演算部１０７は、これら第１相の電圧Ｖ１及び第１相の電流Ｉ１をアナログにて積算演算することにより、第１相の電力Ｗ１を算出し、後段に接続された電力演算部３０１にその算出した第１相の電力Ｗ１を出力する。なお、第１相電力演算部１０７は、算出した第１相の電力Ｗ１を図示しない上記車載ＥＣＵにも送信する。

第２相電力検出部２０１は、電圧検出部２０２、電圧増幅部２０３、電流検出部２０４、電流増幅部２０５、極性切替部２０６、及び第２相電力演算部２０７を有する。なお、この第２相電力検出部２０１は、上記第１相電力検出部１０１と同一の構成を有するため、重複する説明を割愛する。ちなみに、電圧検出部２０２、電流検出部２０４、及び極性切替部２０６が、特許請求の範囲に記載の第２相電圧検出部、第２相電流検出部、及び第２相極性切替部にそれぞれ相当する。

電力演算部３０１には、第１相電力検出部１０１が接続されており、第１相の電力Ｗ１がアナログにて入力される。電力演算部３０１には、第２相電力検出部２０１が接続されており、第２相の電力Ｗ２がアナログにて入力される。そして、電力演算部３０１は、これら入力される第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２をアナログ信号のまま加算演算することにより、三相電力Ｗ０を算出し、その算出した三相電力Ｗ０を出力する。なお、電力演算部３０１は、算出した三相電力Ｗ０を図示しない上記車載ＥＣＵにも送信する。

図２に、電力演算部３０１のより詳細な回路構成を模式図にて示す。この図２に示されるように、本実施の形態では、電力演算部３０１として減算回路（アナログ回路）３０１ａが採用されており、減算回路３０１ａは、オペアンプ（演算増幅器）３１１及び抵抗器３１２〜３１５を有して構成されている。詳しくは、オペアンプ３１１は、入力されるアナログ信号をアナログ演算するアナログ素子である。オペアンプ３１１の反転入力端子は、第１相電力検出部１０１の出力端子に抵抗器３１２を介して接続されているとともに、当該オペアンプ３１１の出力端子に抵抗器３１３を介して接続されている。また、オペアンプ３１１の非反転入力端子は、第２相電力検出部２０１の出力端子に抵抗器３１４を介して接続されているとともに、抵抗器３１５を介してＧＮＤ電位に接続されている。そして、オペアンプ３１１は、非反転入力端子に入力される第２相の電力Ｗ２から反転入力端子に入力される第１相の電力Ｗ１をアナログ減算し、三相電力Ｗ０を出力する。すなわち、オペアンプ３１１は、「Ｗ０＝Ｗ２−Ｗ１」を算出し、その算出結果を出力する。

二電力計法では、三相のうちの一相である第１相の電力と、三相のうちの別の一相である第２相の電力とを加算することにより、三相電力を算出するものである。上記電力演算部３０１では減算回路３０１ａを採用しているため、第１相の電力と第２相の電力とを加算することができない、ひいては、三相電力を検知することができないようにも思われる。

しかしながら、本実施の形態では、極性切替部１０６によって第１相の電流Ｉ１の極性を切り換えることにより、第１相の電力Ｗ１の極性を反転させ、第１相の電力と第２相の電力とが加算されるようにしている。

ただし、第１相の電力Ｗ１は、その力率によって、極性が反転することがある。また、第２相の電力Ｗ２も、その力率によって、極性が反転することがある。そのため、第１相の電力Ｗ１の力率に起因して、第１相の電力Ｗ１の極性を反転させることもあり、第２相の電力Ｗ２の力率に起因して、第２相の電力Ｗ２の極性を反転させることもある。

図３に、上記電流増幅部１０５、上記極性切替部１０６、及び上記第１相電力演算部１０７の詳細な構成を模式図にて示す。この図３を併せ参照して、これら電流増幅部１０５、極性切替部１０６、第１相電力演算部１０７について詳述する。なお、同一の構成であるため、電流増幅部２０５、極性切替部２０６、第２相電力演算部２０７については図示及び重複する説明を割愛する。

電流増幅部１０５は、公知の差動増幅器にて構成されており、図３に詳細に示されるように、増幅済みの第１相の電流Ｉ１として、第１相の電流入力信号「Ｉ１＋」及び第１相の電流入力信号「Ｉ１−」を極性切替部１０６に出力する。これら第１相の電流入力信号「Ｉ１＋」及び第１相の電流入力信号「Ｉ１−」は、その振幅が増幅されており、その位相が互いに逆位相となっている。

極性切替部１０６は、３つの入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ３、２つの出力端子Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ２、及び２つのアナログスイッチＳＷ１〜ＳＷ２を有して構成されている。

このうち、入力端子Ｉｎ１及びＩｎ２は、電流増幅部１０５にそれぞれ接続されており、入力端子Ｉｎ１には、上記第１相の電流入力信号「Ｉ１＋」が入力され、入力端子Ｉｎ２には、上記第１相の電流入力信号「Ｉ１−」が入力される。また、入力端子Ｉｎ３は、図示しない車載ＥＣＵに接続され、電流極性切替信号Ｓ１が入力される。アナログスイッチＳＷ１は、出力端子Ｏｕｔ１及び出力端子Ｏｕｔ２との間で、入力端子Ｉｎ１の接続先を切り換えるスイッチであり、アナログスイッチＳＷ２は、出力端子Ｏｕｔ１及び出力端子Ｏｕｔ２との間で、入力端子Ｉｎ２の接続先を切り換えるスイッチである。

本実施の形態では、電流極性切替信号Ｓ１の電圧レベルが論理Ｈレベルに対応する電圧（例えば「５Ｖ」）である場合、アナログスイッチＳＷ１及びＳＷ２は「オン」とされ、入力端子Ｉｎ１は出力端子Ｏｕｔ２に接続されるとともに、入力端子Ｉｎ２は出力端子Ｏｕｔ１に接続される。このように接続されると、上記第１相の電流入力信号「Ｉ１＋」は、第１相の電流出力信号「Ｉ１−’」として、上記第１相の電流入力信号「Ｉ１−」は、第１相の電流出力信号「Ｉ１＋’」として、第１相電力演算部１０７にそれぞれ出力される。

また、本実施の形態では、電流極性切替信号Ｓ１の電圧レベルが論理Ｌレベルに対応する電圧（例えば「０Ｖ」）である場合、アナログスイッチＳＷ１及びＳＷ２は「オフ」とされ、入力端子Ｉｎ１は出力端子Ｏｕｔ１に接続されるとともに、入力端子Ｉｎ２は出力端子Ｏｕｔ２に接続される。このように接続されると、上記第１相の電流入力信号「Ｉ１＋」は、第１相の電流出力信号「Ｉ１＋’」として、上記第１相の電流入力信号「Ｉ１−」は、第１相の電流出力信号「Ｉ１−’」として、第１相電力演算部１０７にそれぞれ出力される。

このようにして、極性切替部１０６は、上記電流極性切替信号Ｓ１の電圧レベルに応じて、増幅済みの第１相の電流Ｉ１の極性を維持したり、反転したりする。なお、極性切替部２０６も、極性切替部１０６と同一の構成を有しているため、ここでの重複する説明を割愛する。

図４に、車載ＥＣＵが第１相の電流Ｉ１の電流極性の切替及び第２相の電流Ｉ２の電流極性の切替を行う際の極性切替条件をテーブルにて示す。

既述したように、車載ＥＣＵは、第１相電力演算部１０７から第１相の電力Ｗ１を、第２相電力演算部２０７から第２相の電力Ｗ２を、それぞれ取り込んでいる。そして、車載ＥＣＵは、第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２の状態に応じた電圧レベルにて、電流極性切替信号Ｓ１を極性切替部１０６に、電流極性切替信号Ｓ２を極性切替部２０６にそれぞれ出力する。

テーブルＴ１にケース１として示されるように、第１相の電力Ｗ１の極性及び第２相の電力Ｗ２の極性が双方とも正常である場合、第１相の電力Ｗ１の極性のみを反転させる必要がある。そのため、車載ＥＣＵは、電流極性切替信号Ｓ１を論理Ｈレベルに対応する電圧レベルにて出力し、電流極性切替信号Ｓ２を論理Ｌレベルに対応する電圧レベルにて出力する。すると、アナログスイッチＳＷ１が「オン」とされ、第１相の電流Ｉ１の極性、ひいては第１相の電力Ｗ１の極性が反転される。また、アナログスイッチＳＷ２が「オフ」とされ、第２相の電流Ｉ２の極性、ひいては第２相の電力Ｗ２の極性が維持される。これにより、正常な極性が維持された第２相の電力Ｗ２から、正常な極性が反転された第１相の電力Ｗ１が減算されることにより、これら第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２が加算され、三相電力Ｗ０が検知される。

また、テーブルＴ１にケース２として示されるように、第１相の電力Ｗ１の極性が正常であり、且つ、第２相の電力Ｗ２の極性が反転している場合、第１相の電力Ｗ１の極性及び第２相の電力Ｗ２の極性を双方とも反転させる必要がある。そのため、車載ＥＣＵは、電流極性切替信号Ｓ１を論理Ｈレベルに対応する電圧レベルにて出力し、電流極性切替信号Ｓ２を論理Ｈレベルに対応する電圧レベルにて出力する。すると、アナログスイッチＳＷ１は「オン」とされ、第１相の電流Ｉ１の極性、ひいては第１相の電力Ｗ１の極性が反転される。また、アナログスイッチＳＷ２は「オン」とされ、第２相の電流Ｉ２の極性、ひいては第２相の電力Ｗ２の極性が反転される。これにより、反転した極性が反転された第２相の電力Ｗ２から、正常な極性が反転された第１相の電力Ｗ１が減算されることにより、これら第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２が加算され、三相電力Ｗ０が検知される。

また、テーブルＴ１にケース３として示されるように、第１相の電力Ｗ１の極性が反転しており、且つ、第２相の電力Ｗ２の極性が正常である場合、第１相の電力Ｗ１の極性も、第２相の電力Ｗ２の極性も、双方とも維持する必要がある。そのため、車載ＥＣＵは、電流極性切替信号Ｓ１及びＳ２を双方とも論理Ｌレベルに対応する電圧レベルにて出力する。すると、アナログスイッチＳＷ１は「オフ」とされ、第１相の電流Ｉ１の極性、ひいては第１相の電力Ｗ１の極性が維持される。また、アナログスイッチＳＷ２は「オフ」とされ、第２相の電流Ｉ２の極性、ひいては第２相の電力Ｗ２の極性が維持される。これにより、正常な極性が維持された第２相の電力Ｗ２から、反転した極性が維持された第１相の電力Ｗ１が減算されることにより、これら第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２が加算され、三相電力Ｗ０が検知される。

また、テーブルＴ１にケース４として示されるように、第１相の電力Ｗ１の極性及び第２相の電力Ｗ２の極性が双方とも反転している場合、第２相の電力Ｗ２の極性のみを反転させる必要がある。そのため、車載ＥＣＵは、電流極性切替信号Ｓ１を論理Ｌレベルに対応する電圧レベルにて出力し、電流極性切替信号Ｓ２を論理Ｈレベルに対応する電圧レベルにて出力する。すると、アナログスイッチＳＷ１は「オフ」とされ、第１相の電流Ｉ１、ひいては第１相の電力Ｗ１の極性が維持される。また、アナログスイッチＳＷ２は「オン」とされ、第２相の電流Ｉ２、ひいては第２相の電力Ｗ２の極性が反転される。これにより、反転した極性が反転された第２相の電力Ｗ２から、反転した極性が維持された第１相の電力Ｗ１が減算されることにより、これら第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２が加算され、三相電力Ｗ０が検知される。

ちなみに、車載ＥＣＵが特許請求の範囲に記載の制御装置に相当し、電流極性切替信号Ｓ１及びＳ２が特許請求の範囲に記載の第１相極性反転指令及び第２相極性反転指令にそれぞれ相当する。また、極性切替部１０６及び極性切替部２０６が特許請求の範囲に記載の第１相指令受信部及び第２相指令受信部にそれぞれ相当する。

以上説明した第１の実施の形態の電力検知装置１では、第１相電力検出部１０１によって検出される第１相の電力Ｗ１及び第２相電力検出部２０１によって検出される第２相の電力Ｗ２に基づいて三相電力を演算する電力演算部３０１として、オペアンプ３１１を有して構成される減算回路３０１ａを採用した。これにより、第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２をアナログ信号からデジタル信号に変換することなく、アナログ信号のままで演算するため、アナログ信号をデジタル信号へ変換するに要する時間は不要になることから、三相電力の電力検知に要する時間の短縮化を図ることができるようになる。

なお、上記第１の実施の形態では、減算回路３０１ａを構成するオペアンプ３１１の反転入力端子には、第１相電力検出部１０１の出力端子が抵抗器３１２を介して接続され、非反転入力端子には、第２相電力検出部２０１の出力端子が抵抗器３１４を介して接続されていたが、これに限らない。逆に、オペアンプ３１１の反転入力端子には、第２相電力検出部２０１の出力端子が抵抗器３１２を介して接続され、非反転入力端子には、第１相電力検出部１０１の出力端子が抵抗器３１４を介して接続されていてもよい。ただし、このように構成を変更する場合には、車載ＥＣＵが電流極性切替信号Ｓ１及びＳ２の電圧レベルを変更するに際して従う上記テーブルＴ１の内容も、構成の変更に応じて変更する必要は生じる。

（第２の実施の形態）
以下、本発明に係る電力検知装置の第２の実施の形態について、図６〜図８を参照しつつ説明する。なお、図６は、先の図２に対応する図であって、電力演算部３０１の回路構成を示す模式図であり、図７は、先の図４に対応する図であって、第２相電流の極性の切替に使用される極性切替条件をテーブルＴ２にて示す図である。これら図６及び図７に示されるように、第２の実施の形態は、先の第１の実施の形態に準じた構成を有する。そのため、第１の実施の形態と重複する説明を割愛する。

ところで、上記第１の実施の形態では、先の図２に示すように、第２相の電力Ｗ２をオペアンプ３１１内部を通過させる。そのため、オペアンプ３１１内部を通過することに起因して演算遅れが発生し、ひいては、この演算遅れに起因して三相電力の電力検知誤差が発生することがある。

第２相の電力Ｗ２の極性は正常であるものの、第１相の電力Ｗ１の力率に起因して、第１相の電力Ｗ１の極性が反転した上記ケース３における各種電力の推移態様の一例をタイミングチャートにて図５に示す。なお、既述したように、上記ケース３では、第１相の電力Ｗ１の極性も、第２相の電力Ｗ２の極性も、双方とも維持される。

第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２は、図５（ａ）及び（ｂ）に示されるようにそれぞれ推移するものとする。この場合、正常な極性が維持された第２相の電力Ｗ２から、反転した極性が維持された第１相の電力Ｗ１が減算されることから、三相電力Ｗ０は、図５（ｄ）に破線にて示すように推移するはずである。しかしながら、実際には、三相電力Ｗ０は、図５（ｄ）に実線にて示すように推移し、誤差が生じてしまう。

図５（ｃ）に示すように、第２相の電力Ｗ２がオペアンプ３１１内部を通過し演算点Ｐ１に達した電力である電力Ｗ２ａは、第２相の電力Ｗ２から時間Ｔｄだけ遅延している。三相電力Ｗ０に生じた上記誤差は、第２相の電力Ｗ２がオペアンプ３１１内部を通過し演算点Ｐ１に達するまでに遅延が生じることに起因する。

第２の実施の形態では、減算回路３０１ａを用いることなく、加算回路（アナログ回路）３０１ｂを用いて電力演算部３０１を構成することにより、減算回路３０１ａで生じる演算遅れを低減し、ひいては、この演算遅れに起因して生じることのある三相電力の電力検知誤差を低減しようとしている。

図６に、電力演算部３０１のより詳細な回路構成を模式図にて示す。この図６に示されるように、本実施の形態では、電力演算部３０１として加算回路３０１ｂが採用されており、加算回路３０１ｂは、オペアンプ３２１及び抵抗器３２２〜３２４を有して構成されている。詳しくは、オペアンプ３２１は、入力されるアナログ信号をアナログ演算するアナログ素子である。オペアンプ３２１の非反転入力端子はＧＮＤ電位に接続されている。また、オペアンプ３２１の反転入力端子は、第１相電力検出部１０１の出力端子に抵抗器３２２を介して、第２相電力検出部２０１の出力端子に抵抗器３２３を介して、それぞれ接続されているとともに、当該オペアンプ３２１の出力端子に抵抗器３２４を介して接続されている。そして、オペアンプ３２１は、反転入力端子に入力される第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２をアナログ加算し、三相電力Ｗ０を出力する。すなわち、オペアンプ３２１は、「Ｗ０＝−（Ｗ１＋Ｗ２）」を算出し、その算出結果を出力する。

二電力計法では、三相のうちの一相である第１相の電力と、三相のうちの別の一相である第２相の電力とを加算することにより、三相電力を算出するものである。上記電力演算部３０１では、第１相の電力と第２相の電力とを加算するものの、反転入力端子に入力されるため、三相電力の極性が反転してしまうようにも思われる。

しかしながら、本実施の形態では、極性切替部１０６によって第１相の電流Ｉ１の極性を切り換えるとともに、極性切替部２０６によって第２相の電流Ｉ２の極性を切り換えることにより、第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２の極性を反転させ、三相電力の極性が反転しないようにしている。

図７に、車載ＥＣＵが第１相の電流Ｉ１の電流極性の切替及び第２相の電流Ｉ２の電流極性の切替を行う際の極性切替条件をテーブルにて示す。

既述したように、車載ＥＣＵは、第１相電力演算部１０７から第１相の電力Ｗ１を、第２相電力演算部２０７から第２相の電力Ｗ２を、それぞれ取り込んでいる。そして、車載ＥＣＵは、第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２の状態に応じた電圧レベルにて、電流極性切替信号Ｓ１を極性切替部１０６に、電流極性切替信号Ｓ２を極性切替部２０６にそれぞれ出力する。

テーブルＴ２にケース１として示されるように、第１相の電力Ｗ１の極性及び第２相の電力Ｗ２の極性が双方とも正常である場合、第１相の電力Ｗ１の極性及び第２相の電力Ｗ２の極性を双方とも反転させる必要がある。そのため、車載ＥＣＵは、電流極性切替信号Ｓ１を論理Ｈレベルに対応する電圧レベルにて出力し、電流極性切替信号Ｓ２を論理Ｈレベルに対応する電圧レベルにて出力する。すると、アナログスイッチＳＷ１は「オン」とされ、第１相の電流Ｉ１の極性、ひいては第１相の電力Ｗ１の極性が反転される。また、アナログスイッチＳＷ２は「オン」とされ、第２相の電流Ｉ２の極性、ひいては第２相の電力Ｗ２の極性が反転される。これにより、正常な極性が反転された第１相の電力Ｗ１及び正常な極性が反転された第２相の電力Ｗ２が、さらに極性が反転された上で、互いに加算されることにより、三相電力Ｗ０が検知される。

また、テーブルＴ２にケース２として示されるように、第１相の電力Ｗ１の極性が正常であり、且つ、第２相の電力Ｗ２の極性が反転している場合、第１相の電力Ｗ１の極性のみを反転させる必要がある。そのため、車載ＥＣＵは、電流極性切替信号Ｓ１を論理Ｈレベルに対応する電圧レベルにて出力し、電流極性切替信号Ｓ２を論理Ｌレベルに対応する電圧レベルにて出力する。すると、アナログスイッチＳＷ１が「オン」とされ、第１相の電流Ｉ１の極性、ひいては第１相の電力Ｗ１の極性が反転される。また、アナログスイッチＳＷ２が「オフ」とされ、第２相の電流Ｉ２の極性、ひいては第２相の電力Ｗ２の極性が維持される。これにより、正常な極性が反転された第１相の電力Ｗ１及び反転した極性が維持された第２相の電力Ｗ２が、さらに極性が反転された上で、互いに加算されることにより、三相電力Ｗ０が検知される。

また、テーブルＴ２にケース３として示されるように、第１相の電力Ｗ１の極性が反転しており、且つ、第２相の電力Ｗ２の極性が正常である場合、第２相の電力Ｗ２の極性のみを反転させる必要がある。そのため、車載ＥＣＵは、電流極性切替信号Ｓ１を論理Ｌレベルに対応する電圧レベルにて出力し、電流極性切替信号Ｓ２を論理Ｈレベルに対応する電圧レベルにて出力する。すると、アナログスイッチＳＷ１が「オフ」とされ、第１相の電流Ｉ１の極性、ひいては第１相の電力Ｗ１の極性が維持される。また、アナログスイッチＳＷ２が「オン」とされ、第２相の電流Ｉ２の極性、ひいては第２相の電力Ｗ２の極性が反転される。これにより、反転した極性が維持された第１相の電力Ｗ１及び正常な極性が反転された第２相の電力Ｗ２が、さらに極性が反転された上で、互いに加算されることにより、三相電力Ｗ０が検知される。

また、テーブルＴ２にケース４として示されるように、第１相の電力Ｗ１の極性及び第２相の電力Ｗ２の極性が双方とも反転している場合、第１相の電力Ｗ１の極性及び第２相の電力Ｗ２の極性を双方とも維持する必要がある。そのため、車載ＥＣＵは、電流極性切替信号Ｓ１を論理Ｌレベルに対応する電圧レベルにて出力し、電流極性切替信号Ｓ２を論理Ｌレベルに対応する電圧レベルにて出力する。すると、アナログスイッチＳＷ１は「オフ」とされ、第１相の電流Ｉ１の極性、ひいては第１相の電力Ｗ１の極性が維持される。また、アナログスイッチＳＷ２は「オフ」とされ、第２相の電流Ｉ２の極性、ひいては第２相の電力Ｗ２の極性が維持される。これにより、反転した極性が維持された第１相の電力Ｗ１及び反転した極性が維持された第２相の電力Ｗ２が、さらに極性が反転された上で、互いに加算されることにより、三相電力Ｗ０が検知される。

第２相の電力Ｗ２の極性は正常であるものの、第１相の電力Ｗ１の力率に起因して、第１相の電力Ｗ１の極性が反転した上記ケース３における各種電力の推移態様の一例をタイミングチャートにて図８に示す。なお、既述したように、上記ケース３では、第１相の電力Ｗ１の極性を維持し、第２相の電力Ｗ２の極性を反転する必要がある。

第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２は、図８（ａ）及び（ｂ）に示されるようにそれぞれ推移するものとする。この場合、反転した極性が維持された第１相の電力Ｗ１及び正常な極性が反転された第２相の電力Ｗ２が、さらに極性が反転された上で、互いに加算されることにより、三相電力Ｗ０は、図８（ｃ）に示すように推移する。この図８（ｃ）に示されるように、三相電力Ｗ０には、演算遅れＴｄに起因して発生する三相電力の検知誤差はほとんど生じていない。

以上説明した第２の実施の形態の電力検知装置１では、第１相電力検出部１０１によって検出される第１相の電力Ｗ１及び第２相電力検出部２０１によって検出される第２相の電力Ｗ２に基づいて三相電力を演算する電力演算部３０１として、オペアンプ３２１を有して構成される加算回路３０１ｂを採用した。これにより、第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２をアナログ信号からデジタル信号に変換することなく、アナログ信号のままで演算するため、アナログ信号をデジタル信号へ変換するに要する時間は不要になることから、三相電力の電力検知に要する時間の短縮化を図ることができるようになる。また、第２相の電力Ｗ２をオペアンプ３２１内部を通過させることなく、第１相の電力Ｗ１及び第２相の電力Ｗ２をアナログ演算可能であるため、オペアンプ３２１内部を通過することに起因して発生する演算遅れを、ひいては、この演算遅れに起因して発生する三相電力の検知誤差を低減することができるようになる。

（他の実施の形態）
なお、本発明に係る電力検知装置１は、上記各実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々に変形して実施することが可能である。すなわち、上記各実施の形態を適宜変更した例えば次の形態として実施することもできる。

上記各実施の形態では、第１相電力検出部１０１は、第１相の電流Ｉ１の極性を反転させる極性切替部１０６を備え、車載ＥＣＵから送信される電流極性切替信号Ｓ１に基づき第１相の電流Ｉ１の極性を反転させることで、第１相の電力Ｗ１の極性を反転させていたが、これに限らない。他に例えば、第１相電力検出部１０１は、第１相の電圧Ｖ１の極性を反転させる極性切替部を備え、車載ＥＣＵから送信される電圧極性切替信号に基づき第１相の電圧Ｖ１の極性を反転させることで、第１相の電力Ｗ１の極性を反転させてもよい。なお、第２相電力検出部２０１についても、第１相電力検出部１０１と同様に変形することが可能である。

上記各実施の形態では、電力演算部３０１として、いわゆる減算回路３０１ａのみを採用する、あるいは、電力演算部３０１として、いわゆる加算回路３０１ｂのみを採用していたが、これに限らず、電力演算部３０１として、減算回路３０１ａ及び加算回路３０１ｂを併用した回路を採用してもよい。なお、減算回路３０１ａ及び加算回路３０１ｂを併用する場合には、極性切替部１０６及び２０６を割愛することが可能であるものの、第１相の電力Ｗ１の極性及び第２相の電力Ｗ２の極性に基づいて、減算回路３０１ａ及び加算回路３０１ｂから三相電力を演算する回路を選択する回路選択部を備える必要がある。

上記各実施の形態では、電力検知装置１は、車載ＥＣＵから入力される上記電流極性切替信号Ｓ１及びＳ２の電圧レベルに基づいて、第１相の電力Ｗ１の極性及び第２相の電力Ｗ２の極性をそれぞれ切り換えていた。換言すれば、第１相の電力Ｗ１の極性及び第２相の電力の極性は、外部の制御装置の判断によって切り替えられていたが、これに限らない。電力検知装置１は、こうした制御部を当該電力検知装置１内に内蔵してもよい。

１…電力検知装置、１０１…第１相電力検出部、１０２…電圧検出部（第１相電圧検出部）、１０３…電圧増幅部、１０４…電流検出部（第１相電流検出部）、１０５…電流増幅部、１０６…極性切替部（第１相極性切替部）、１０７…第１相電力演算部、２０１…第２相電力検出部、２０２…電圧検出部（第２相電圧検出部）、２０３…電圧増幅部、２０４…電流検出部（第２相電流検出部）、２０５…電流増幅部、２０６…極性切替部（第２相極性切替部）、２０７…第２相電力演算部、３０１…電力演算部、３０１ａ…減算回路、３１１…オペアンプ（演算増幅器）、３１２〜３１５…抵抗器、３０１ｂ…加算回路、３２１…オペアンプ（演算増幅器）、３２２〜３２４…抵抗器、Ｉｎ１〜Ｉｎ３…入力端子、Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ２…出力端子、ＳＷ１、ＳＷ２…アナログスイッチ。

Claims (7)

1. 三相電力のうちの一相である第１相の電力を検出する第１相電力検出部と、
   三相電力のうちの他の一相である第２相の電力を検出する第２相電力検出部と、
   これら第１相の電力及び第２相の電力に基づいて、三相電力を演算する電力演算部とを備える電力検知装置であって、
   前記電力演算部は、アナログ信号のまま演算するアナログ回路にて構成されていることを特徴とする電力検知装置。
2. 請求項１に記載の電力検知装置において、
   前記第１相電力検出部及び第２相電力検出部も、アナログ信号のまま演算するアナログ回路であることを特徴とする電力検知装置。
3. 請求項１または２に記載の電力検知装置において、
   前記電力演算部は、入力されるアナログ信号をアナログ演算するアナログ素子である演算増幅器を有して構成されていることを特徴とする電力検知装置。
4. 請求項３に記載の電力検知装置において、
   前記第１相電力検出部は、当該第１相電力検出部によって検出される第１相の電力の極性を反転させる第１相極性切替部を含んで構成されており、
   前記第２相電力検出部は、当該第２相電力検出部によって検出される第２相の電力の極性を反転させる第２相極性切替部を含んで構成されており、
   前記演算増幅器は、その反転入力端子が前記第１相電力検出部及び前記第２相電力検出部に接続されているとともに、その非反転入力端子がＧＮＤ電位に接続されていることを特徴とする電力検知装置。
5. 請求項３に記載の電力検知装置において、
   前記第１相電力検出部は、当該第１相電力検出部によって検出される第１相の電力の極性を反転させる第１相極性切替部を含んで構成されており、
   前記第２相電力検出部は、当該第２相電力検出部によって検出される第２相の電力の極性を反転させる第２相極性切替部を含んで構成されており、
   前記演算増幅器は、その反転入力端子が前記第１相電力検出部及び前記第２相電力検出部のいずれか一方に接続されているとともに、その非反転入力端子が前記第１相電力検出部及び前記第２相電力検出部の他方に接続されていることを特徴とする電力検知装置。
6. 請求項４または５に記載の電力検知装置において、
   前記第１相電力検出部は、第１相の電圧を検出する第１相電圧検出部と、第１相の電流を検出する第１相電流検出部とを有して構成されており、
   前記第１相極性切替部は、第１相の力率に基づいて、第１相の電圧及び第１相の電流のいずれか一方の極性を反転させることで、第１相の電力の極性を反転させるものであり、
   前記第２相電力検出部は、第２相の電圧を検出する第２相電圧検出部と、第２相の電流を検出する第２相電流検出部とを有して構成されており
   前記第２相極性切替部は、第２相の力率に基づいて、第２相の電圧及び第２相の電流のいずれか一方の極性を反転させることで、第２相の電力の極性を反転させるものであることを特徴とする電力検知装置。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の電力検知装置において、
   前記第１相電力検出部は、第１相の電力の極性に応じてその極性を反転させる旨を示す第１相極性反転指令を出力する制御装置から、その第１相極性反転指令を受信する第１相指令受信部をさらに備え、
   前記第１相極性切替部は、前記第１相指令受信部によって前記第１相極性反転指令を受信することに基づいて、第１相の電力の極性を反転させるものであり、
   前記第２相電力検出部は、第２相の電力の極性に応じてその極性を反転させる旨を示す第２相極性反転指令を出力する制御装置から、その第２相極性反転指令を受信する第２相指令受信部をさらに備え、
   前記第２相極性切替部は、前記第２相指令受信部によって前記第２相極性反転指令を受信することに基づいて、第２相の電力の極性を反転させるものであることを特徴とする電力検知装置。

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