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1. (WO2015137017) 非接触電圧計測装置
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明 細 書

発明の名称 非接触電圧計測装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005  

先行技術文献

特許文献

0006  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0007   0008   0009   0010  

課題を解決するための手段

0011   0012   0013   0014   0015  

発明の効果

0016  

図面の簡単な説明

0017  

発明を実施するための形態

0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108  

産業上の利用可能性

0109  

符号の説明

0110  

請求の範囲

1   2   3  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

明 細 書

発明の名称 : 非接触電圧計測装置

技術分野

[0001]
 本発明は、導体を流れる交流の電圧を、導体に接触することなく計測する非接触電圧計測装置に関する。

背景技術

[0002]
 従来、絶縁被覆された配線内の導線を流れる交流の電圧(計測対象電圧)を、導線に接触することなく計測する非接触電圧計測装置が開示されている。
[0003]
 一般的に、非接触電圧計測装置は、プローブおよび電気回路を備えており、プローブと配線との間に結合容量が発生するように、プローブを配線に近接させたとき、プローブを介して電気回路に入力される電圧信号に基づいて、計測対象電圧を導出する。電気回路の周囲には、外部の電界を遮断するための電界シールドが配置される。
[0004]
 一般的に、プローブと配線とが近接するほど、結合容量の容量値が増大し、計測対象電圧の計測精度が向上する。そのため、プローブは、配線の表面にできるだけ近接するように配置されることが望ましい。また、非接触電圧計測装置は、径の太さが異なる様々な配線の計測対象電圧を計測できることが望ましい。
[0005]
 しかしながら、従来の非接触電圧計測装置では、配線の径の太さによって、プローブと配線とを十分に近接させることができない場合がある。この場合、結合容量の容量値が小さくなり、計測対象電圧の計測精度が低下する。

先行技術文献

特許文献

[0006]
特許文献1 : 日本国公開特許公報「特開2010-8333号公報(2010年1月14日公開)」
特許文献2 : 日本国公開特許公報「特開2012-137496号公報(2012年7月19日公開)」
特許文献3 : 日本国公開特許公報「特開2009-41925号公報(2009年2月26日公開)」

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0007]
 そこで、配線の径の太さによらず、プローブと配線とを十分に近接させることができるように、プローブを変形可能に構成することが考えられる。
[0008]
 しかしながら、上述した非接触電圧計測装置では、プローブが変形した場合、プローブと電界シールドとの位置関係が変化することによって、プローブと電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値が変動する。この寄生容量の変動は、計測対象電圧の計測精度に悪影響を及ぼすという問題がある。
[0009]
 なお、特許文献1~3には、配線の形状に応じて変形することができるプローブは開示されていない。従って、特許文献1~3に記載の非接触電圧計測装置では、配線の形状に依存して、結合容量の容量値が小さくなり、その結果、計測対象電圧の計測精度が低下する可能性がある。
[0010]
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、形状が異なる様々な導線の計測対象電圧を一定の精度で計測することができる非接触電圧計測装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0011]
 上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る非接触電圧計測装置は、プローブを備え、該プローブの電極と導体との間に結合容量が発生するように、該プローブを上記導体に非接触で近接させたとき、該プローブを介して電気回路に入力される電圧信号に基づいて、上記導体に印加される計測対象電圧を計測する非接触電圧計測装置において、上記電気回路の少なくとも一部を被覆することにより、上記電気回路に入射する電界を遮断する電界シールドを備え、上記プローブは、上記導体の形状に応じて変形し、かつ、上記電極と上記電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値を一定に維持する。
[0012]
 上記の構成によれば、プローブが備えた電極は、変形することが可能である。具体的には、電極は、導線(導体)の外線被覆に密着するように、変形することが可能であってよい。また、プローブは、電極が変形した場合であっても、電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値を一定に維持する。
[0013]
 一般的に、プローブの電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量が計測対象電圧の計測精度に与える影響は、キャリブレーションによって排除される。しかしながら、従来の構成では、電極の変形の度合いが変化することによって、電極と電界シールドとの間の距離も変化し、その結果、電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値も変化する。そのため、従来の構成では、電極の変形の度合いによって、計測対象電圧の計測精度が変化するという問題があった。
[0014]
 一方、上記の構成によれば、プローブの変形の度合いが変化した場合であっても、電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値は変化しない。
[0015]
 ゆえに、径の太さが異なる様々な導線の計測対象電圧を一定の精度で計測することができる。

発明の効果

[0016]
 本発明によれば、形状が異なる様々な導体の計測対象電圧を一定の精度で計測することができる。

図面の簡単な説明

[0017]
[図1] 本発明の実施形態1に係る電圧計測装置の外観図である。
[図2] 本発明の実施形態1に係る電圧計測装置の構成を示す概略図である。
[図3] 本発明の実施形態1に係る電圧計測装置において発生する電界をシミュレートした結果を示すコンタープロット図である。
[図4] (a)は、本発明の実施形態1に係る電圧計測装置において発生する電位をシミュレートした結果を示すコンタープロット図であり、(b)は、参考例に係る電圧計測装置において発生する電位をシミュレートした結果を示すコンタープロット図である。
[図5] (a)は、図4の(a)に破線で示した範囲における電位を示すグラフであり、(b)は、図4の(b)に破線で示した範囲における電位を示すグラフである。
[図6] (a)は、本発明の実施形態1に係る電圧計測装置において発生する電界をシミュレートした結果を示すコンタープロット図であり、(b)は、参考例に係る電圧計測装置において発生する電界をシミュレートした結果を示すコンタープロット図である。
[図7] (a)は、図6の(a)に破線で示した範囲における電界を示すグラフであり、(b)は、図6の(b)に破線で示した範囲における電界を示すグラフである。
[図8] 本発明の実施形態2に係る非接触電圧計測装置の構成を示す外観図である。
[図9] 結合容量と計測対象電圧との関係を示す図であり、結合容量の静電容量値と、計測対象電圧の絶対値の2回微分との関係を表すグラフを示す図である。

発明を実施するための形態

[0018]
 〔実施形態1〕
 以下、本発明の実施の形態について、図1~図7を用いて詳細に説明する。
[0019]
 [非接触電圧計測装置1の構成]
 図1~図2を用いて、本実施形態に係る非接触電圧計測装置1(以下、電圧計測装置1と略称する)の構成を説明する。図1は、電圧計測装置1の外観図である。また、図2は、電圧計測装置1の構成を示す概略図である。電圧計測装置1は、様々な直径(例えばφ11(mm)~φ16(mm))を有する配線w(一次側配線、導体)内の導線を流れる交流(周波数:f)の電圧である計測対象電圧V を、該導線に非接触で計測することができる。
[0020]
 図2に示すように、電圧計測装置1は、検出プローブ11(プローブ)、電界シールド12、導出部13、および電気回路ECを備えている。
[0021]
 図1に示すように、計測対象電圧V のセンサである検出プローブ11は、2つの検出電極(内側電極11A(第1電極)および外側電極11B(第2電極))を備えている。内側電極11Aと外側電極11Bとは、接続部20を介して、電気的に接続されている。また、外側電極11Bは、電界シールド12に固定されている。内側電極11Aおよび外側電極11Bと電界シールド12との間は、それぞれ絶縁されている。
[0022]
 可動電極である内側電極11Aは、2枚の板バネで構成される。2枚の板バネの間には、配線wが配置される。2枚の板バネは、配線wを把持することによって、配線wに密着する。内側電極11Aは、配線wの径の太さに応じて、配線wに密着するように弾性変形することが可能である。内側電極11Aが配線wに近接するほど、内側電極11Aと配線wとの間に発生する結合容量C の容量値は大きくなる。
[0023]
 内側電極11Aには、配線w内を流れる交流によって、誘導電圧が誘導される。また、接続部20を介して内側電極11Aと接続された外側電極11Bにも、内側電極11Aと同じ誘導電圧が誘導される。内側電極11Aおよび外側電極11Bに生じた誘導電圧(入力電圧V in)は、外側電極11Bと電気的に接続された電気回路EC(図2参照)に入力される。
[0024]
 結合容量C の容量値が大きくなるほど、検出プローブ11から電気回路ECに入力される入力電圧V inの電圧信号の振幅も大きくなるので、相対的に、電圧信号中のノイズが小さくなる。また、電気回路ECから出力される電気信号に基づいて計算される計測対象電圧V の精度が向上する。従って、結合容量C の容量値が大きいほど、計測対象電圧V の誤差は小さくなる。
[0025]
 内側電極11Aおよび外側電極11Bに対して、誘導電圧が誘導されたとき、内側電極11Aおよび外側電極11Bと、電界シールド12との間には、電界が発生する。
[0026]
 なお、図1には示さないが、電圧計測装置1は、樹脂構造物30、40、50(図4の(a)参照)をさらに備えている。これらの樹脂構造物30、40、50は、配線w、外側電極11B、または接続部20などを保持する役割を有する。
[0027]
 図3は、電圧計測装置1において発生する電界をシミュレートした結果を示すコンタープロット図である。本シミュレーションでは、内側電極11Aおよび外側電極11Bに対して、電界シールド12の電位を基準(0V)とする所定の電位を与えた。なお、このシミュレーションでは、配線wが生成する電界を考慮していない。
[0028]
 図3に示すように、外側電極11Bと電界シールド12との間における電界の強度に比べて、内側電極11Aと電界シールド12との間における電界の強度は小さい。その理由は、内側電極11Aの生成する電界が、内側電極11Aと電界シールド12との間に配置された外側電極11Bによって遮蔽されるからである。
[0029]
 そのため、外側電極11Bと電界シールド12との間に発生する寄生容量の容量値に比べて、内側電極11Aと電界シールド12との間に発生する寄生容量の容量値は小さい。従って、検出プローブ11と電界シールド12との間に発生する寄生容量C ppLの容量値は、ほとんど、外側電極11Bと電界シールド12との間に発生する寄生容量の容量値のみに依存する。
[0030]
 電気回路ECは、入力点p1における入力電圧V inとして、検出プローブ11(内側電極11Aおよび外側電極11B)に誘導された誘導電圧を取得する。また、電気回路ECは、電気回路EC内に設定された検出点p2における電圧を、出力電圧V outとして、導出部13に出力する。
[0031]
 電気回路ECは、インピーダンス値が相対的に高い高インピーダンス部HIと、インピーダンス値が相対的に低い低インピーダンス部LOWとを含む。なお、電気回路ECの詳細については後述する。
[0032]
 電界シールド12は、電気回路ECに入射する電界を遮断することによって、電気回路ECと配線以外の電圧源とが容量結合することを防止する。電界シールド12は、金属(シールド金属)で構成されてよい。
[0033]
 図1に示すように、電界シールド12は、シールド上部12Aおよびシールド下部12Bで構成される。シールド上部12Aの内側には、検出プローブ11の外側電極11Bが固定されている。シールド下部12Bは、シールド上部12Aに対して着脱することができる。
[0034]
 ユーザは、内側電極11Aに配線wを把持させた後、シールド下部12Bをシールド上部12Aに対して取り付ける。また、ユーザは、シールド下部12Bを取り外すことによって、内側電極11Aに把持された配線wを、別の配線に取り換えることができる。
[0035]
 なお、電界シールド12は、入力点p1と等電位である電気回路ECの部分(高インピーダンス部HI)を被覆する第1電界シールド部と、検出点p2と等電位である電気回路ECの部分(低インピーダンス部LOW)を被覆する第2電界シールド部とを含んでいてもよい。この構成では、第1電界シールド部と第2電界シールド部との間は絶縁される。
[0036]
 図2に示すように、電界シールド12と高インピーダンス部HIとの間には、寄生容量C ppLが発生する。また、電界シールド12と低インピーダンス部LOWとの間には、寄生容量C が発生する。
[0037]
 導出部13は、電気回路ECから出力される出力電圧V outに基づいて、計測対象電圧V を導出する。具体的には、導出部13は、以下の式に従って、計測対象電圧V を導出する。
[0038]
[数1]


[0039]
 ここで、V out1、V out2は、それぞれ、電気回路ECが第1の状態、第2の状態(後述)であるときの出力電圧V outを意味している。ω=2πf(fは、配線内を流れる交流の周波数)である。また、寄生容量C =0とした。後述するように、寄生容量C は、オペアンプ15によって無効化される。
[0040]
 [電気回路ECの詳細]
 ここでは、電気回路ECの詳細を説明する。
[0041]
 図2に示すように、電気回路ECは、コンデンサC 、C 、検出抵抗R 、切換スイッチ14、およびオペアンプ15を備えている。
[0042]
 電気回路ECにおいて、コンデンサC 、C は、どちらも、検出プローブ11から入力電圧V inが入力される入力点p1に接続されている。検出抵抗R は、コンデンサC 、C と基準電位点GNDとの間に取り付けられている。前述した検出点p2は、コンデンサC 、C と検出抵抗R との間に位置している。
[0043]
 検出プローブ11から電気回路ECに入力される入力電圧V inは、コンデンサC 、C と検出抵抗R とに分圧される。出力電圧V outは、検出抵抗R に印加される入力電圧V inの分圧に等しい。
[0044]
 コンデンサC 、C の容量値、および検出抵抗R の抵抗値は、出力電圧V outが十分に小さくなるような値に決定される。例えば、結合容量C の容量値が10pFであり、計測対象電圧V が100Vであり、コンデンサC =470pF、C =47pF、検出抵抗R =1MΩである場合、出力電圧V outは、数10mVから数100mV程度(f=50Hzの場合)であるので、一般的な電圧計を用いて計測することが可能である。
[0045]
 切換スイッチ14は、電気回路ECを、(i)コンデンサC が、結合容量C と検出抵抗R との間に直列接続した第1の状態と、(ii)コンデンサC およびコンデンサC が、結合容量C と検出抵抗R との間に直列接続した第2の状態と、の間で切り替える。
[0046]
 電気回路ECが第1の状態であるとき、入力電圧V inは、検出抵抗R と、コンデンサC との間で分圧される。一方、電気回路ECが第2の状態であるとき、入力電圧Vinは、検出抵抗R と、コンデンサC およびコンデンサC との間で分圧される。
[0047]
 なお、切換スイッチ14は、電気回路ECを、(i)コンデンサC が、結合容量C と検出抵抗R との間に直列接続した第1の状態と、(ii)コンデンサC が、結合容量C と検出抵抗R との間に直列接続した第2の状態と、の間で切り替えるように構成されていてもよい。この構成は、例えば、電気回路ECにおいて、入力点p1とコンデンサC との間、および、入力点p1とコンデンサC との間に、それぞれ、オンとオフを切り換えることができるスイッチを設けることによって、実現することができる。
[0048]
 以下では、電気回路ECにおいて、入力点p1と同電位である部分を、高インピーダンス部HIと呼ぶ。また、電気回路ECにおいて、検出点p2と同電位である部分を、低インピーダンス部LOWと呼ぶ。
[0049]
 オペアンプ15は、電気回路ECにおいて、低インピーダンス部LOWと、電界シールド12との間を接続する。オペアンプ15は、電界シールド12と、低インピーダンス部LOWとを同電位にするように機能する。これは、いわゆるドリブンシールドの回路技法である。
[0050]
 このように、電気回路ECでは、オペアンプ15により、低インピーダンス部LOWと、電界シールド12とが同電位になっている。そのため、低インピーダンス部LOWと、電界シールド12との間に発生する寄生容量C には電流が流れない。従って、寄生容量C が出力電圧V outの検出値に影響を与える可能性を排除することができる。なお、別の実施形態では、高インピーダンス部HIにおける電圧(入力電圧V in)から、低インピーダンス部LOWにおける電圧(出力電圧V out)に等しい電圧が生成されて、生成された電圧が電界シールド12に印加されてもよい。
[0051]
 なお、電圧計測装置1は、オペアンプ15を備えていなくてもよい。
[0052]
 [効果の検証:電磁界シミュレーション]
 前述したように、電圧計測装置1では、内側電極11Aの生成する電界が、外側電極11Bによって遮蔽される。
[0053]
 そのため、外側電極11Bよりも外側の電磁界、すなわち、外側電極11Bと電界シールド12との間に発生する電磁界は、外側電極11Bが生成する電界のみに依存し、内側電極11Aが生成する電界の影響を受けない。従って、内側電極11Aが変形して、内側電極11Aが生成する電界が変化した場合であっても、外側電極11Bと電界シールド12との間に発生する電磁界は変化しない。
[0054]
 ここでは、この効果を検証するために、電圧計測装置1において発生する電磁界をシミュレートした結果を示す。
[0055]
 シミュレーションでは、内側電極11Aおよび外側電極11Bの電位を1Vに設定した。また、配線wおよび電界シールド12の電位を0Vに設定した。そして、配線wの直径を14.4φ(14.4.mm)、9.4φ(9.4mm)に設定し、それぞれの設定の下で、電圧計測装置1における電位および電界を計算した。配線wの直径に応じて、配線wに近接する内側電極11Aの形状は変化する。
[0056]
 また、上記の計算結果と比較するため、参考例に係る電圧計測装置9において発生する電位および電界もシミュレートした。電圧計測装置9は、電圧計測装置1の内側電極11Aに相当する1つの電極91のみを備えている。すなわち、電圧計測装置1は、外側電極11Bを備えていない点で、電圧計測装置1と異なる(図4の(b)参照)。
[0057]
 (1.シミュレーション結果:電位)
 図4の(a)(b)は、電圧計測装置1において発生する電位をシミュレートした結果を示すコンタープロット図である。図4の(a)において、左の図は、配線wの直径が14.4φ(14.4.mm)である場合の電位を表し、右の図は、配線wの直径が9.4φ(9.4mm)である場合の電位を表す。また、図4の(b)は、電圧計測装置9において発生する電位をシミュレートした結果を示すコンタープロット図である。
[0058]
 図4の(a)に示すように、電圧計測装置1では、内側電極11Aと外側電極11Bとの間に等電位線が存在しない。また、外側電極11Bと電界シールド12との間では、等電位線の間隔および形状が、配線wの直径に依存しない。言い換えれば、外側電極11Bと電界シールド12との間では、等電位線の間隔および形状が、内側電極11Aの形状に依存しない。
[0059]
 図5の(a)は、図4の(a)に破線で示した範囲(外側電極11Bからシールド上部12Aまで)における電位(V)を示すグラフである。また、図5の(b)は、図4の(b)に破線で示した範囲における電位(V)を示すグラフである。電圧計測装置1において、図5の(a)に破線で示す範囲と、電圧計測装置9において、図5の(b)に破線で示す範囲とは対応している。
[0060]
 図5の(a)によれば、電圧計測装置1では、外側電極11Bの位置(0mm)からシールド上部12Aの位置(6mm)までの範囲において、電位(V)の高さが、配線wの直径に依存しない。すなわち、この範囲における電位(V)の高さは、内側電極11Aの形状に依存しない。
[0061]
 一方、図5の(b)から分かるように、電圧計測装置9では、同じ範囲(0mm~6mm)において、電位(V)の高さが、内側電極11Aの形状に依存する。
[0062]
 (2.シミュレーション結果:電界)
 図6の(a)は、電圧計測装置1において発生する電界をシミュレーションした結果を示すコンタープロット図である。また、図6の(b)は、電圧計測装置9において発生する電界をシミュレートした結果を示すコンタープロット図である。
[0063]
 図6の(a)に示すように、外側電極11Bと電界シールド12との間では、等電位線の間隔および形状が、内側電極11Aの形状に依存しない。
[0064]
 図7の(a)は、図6の(a)に破線で示した範囲(外側電極11Bからシールド上部12Aまで)における電界(V/m)を示すグラフである。また、図7の(b)は、図6の(b)に破線で示した範囲における電界(V/m)を示すグラフである。図7の(a)に破線で示す範囲と、図7の(b)に破線で示す範囲とは対応している。
[0065]
 図7の(a)よれば、電圧計測装置1では、外側電極11Bの位置(0mm)からシールド上部12Aの位置(6mm)までの範囲において、電界(V/m)の強さが、配線wの直径に依存しない。すなわち、この範囲における電界(V/m)の強さは、内側電極11Aの形状に依存しない。
[0066]
 一方、図7の(b)から分かるように、電圧計測装置9では、同じ範囲(0mm~6mm)において、電界(V/m)の強さが、内側電極11Aの形状に依存する。
[0067]
 図5の(a)および図7の(a)に示すグラフから、電圧計測装置1では、内側電極11Aの形状によらず、電界シールド12-外側電極11B間の結合の強さが一定であることが分かる。これは、内側電極11Aが変形した場合であっても、検出プローブ11と電界シールド12との間に発生する寄生容量C ppLの容量値が変化しないことを意味する。
[0068]
 〔実施形態2〕
 本発明の他の実施形態について、図8に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[0069]
 前記実施形態1では、配線wの太さに応じて変形する内側電極11Aとは別に、電界シールド12に対して固定された外側電極11Bも備えた検出プローブ11の構成を説明した(図1参照)。しかしながら、検出プローブは、ただ1つの電極を備え、この電極が、電界シールドとの間に発生する寄生容量C ppLの容量値を一定に保持したままで変形または移動することが可能であるように構成されていてもよい。
[0070]
 本実施形態では、検出プローブの電極が、電界シールドに対する相対的な位置を保持したままで移動する構成を説明する。本構成では、電極と電界シールドとの間の距離が不変であるので、電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量C ppLの容量値が一定に保持される。
[0071]
 図8は、本実施形態に係る検出プローブ21の構成を示す外観図である。図8に示すように、検出プローブ21は、2本のアーム(第1アーム250A、第2アーム250B)で構成されたクランプ部250(変形部)を備えている。クランプ部250は、第1アーム250Aと第2アーム250Bとの間に、異なる径を有する様々な配線wを把持することができる。
[0072]
 図8に示すように、第1アーム250Aと第2アーム250Bとは、連結部260によって、互いに連結されている。連結部260は、例えばコイルスプリングであってよい。第1アーム250Aおよび第2アーム250Bは、連結部260を支点として、回動することが可能である。連結部260は、第1アーム250Aおよび第2アーム250Bに対して、第1アーム250Aと第2アーム250Bとの距離を縮める方向に働く力を印加する。
[0073]
 第1アーム250A、第2アーム250Bには、それぞれ、電極211および電界シールド212が配設されている。2つの電極211は、電気的に接続されている。また、2つの電界シールド212は、どちらも、基準電位点(GND)に接続されている。なお、電極211および電界シールド212は、第1アーム250Aおよび第2アーム250Bのうちのどちらか一方に配置されてもよい。
[0074]
 クランプ部250に配線wが把持されているとき、第1アーム250Aおよび第2アーム250Bに配設された電極211と、配線wとが近接する。そのため、電極211と配線wとの間には、結合容量C が発生する。電極211には、配線w内を流れる交流によって、誘導電圧が誘導される。
[0075]
 図示しないが、第1アーム250Aおよび第2アーム250Bのうち少なくとも一方には、電界シールド212によって被覆された電気回路EC(図2参照)が内蔵されている。電極211と電気回路ECとは電気的に接続されており、電極211に生じた誘導電圧は、入力電圧V inとして、電気回路ECに入力される。電気回路ECは、検出抵抗R に印加される入力電圧V inの分圧である出力電圧V outを、導出部13(図2参照)に出力する。導出部13は、電気回路ECから出力される出力電圧V outに基づいて、計測対象電圧V を導出する。なお、導出部13は、検出プローブ21の内部に存在していてもよいし、外部に存在していてもよい。
[0076]
 検出プローブ21の構成によれば、電極211および電界シールド212が、第1アーム250Aおよび第2アーム250Bに配設される。そのため、クランプ部250に把持される配線wの径に応じて、第1アーム250Aおよび第2アーム250Bが移動した場合であっても、電極211と電界シールド212とは、相対的な位置を一定に維持する。正確には、第1アーム250Aに配設された電極211と電界シールド212との間における相対的な位置、および、第2アーム250Bに配設された電極211と電界シールド212との間における相対的な位置が、それぞれ一定に維持される。
[0077]
 従って、電極211と電界シールド212との間に発生する寄生容量C ppLの容量値が一定に保持される。
[0078]
 〔補足〕
 前述したように、結合容量C の容量値が大きいほど、計測対象電圧V の誤差は小さくなる。ここでは、その根拠を理論的に説明する。
[0079]
 図2に示す電気回路ECにおいて、計測対象電圧V は以下の数式で表される。
[0080]
[数2]


[0081]
 ここで、電気回路ECが第1の状態であるときに、導出部13に出力される電流をI 、出力電圧をV out1とし、電気回路ECが第2の状態であるときに、導出部13に出力される電流をI 、出力電圧をV out2とした。また、コンデンサC の容量値は、コンデンサC の容量値よりも十分大きい(C <<C )とした。
[0082]
 式(2)を式(1)に代入すると、
[0083]
[数3]


[0084]
 ゆえに、
[0085]
[数4]


[0086]
[数5]


[0087]
[数6]


[0088]
 ゆえに、
[0089]
[数7]


[0090]
 従って、
[0091]
[数8]


[0092]
 図9に、計測対象電圧V の絶対値の2回微分d|V /dC と、結合容量C との関係をグラフに示す。同図に示すグラフから、結合容量C の容量値が大きいほど、d|V /dC の変動が小さいことが分かる。このことから、結合容量C の容量値が大きいほど、計測対象電圧V の計測値の変動および誤差が小さいことが、理論的に導かれる。
[0093]
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[0094]
 〔まとめ〕
 以上のように、本発明の一態様に係る非接触電圧計測装置は、プローブを備え、該プローブの電極と導体との間に結合容量が発生するように、該プローブを上記導体に非接触で近接させたとき、該プローブを介して電気回路に入力される電圧信号に基づいて、上記導体に印加される計測対象電圧を計測する非接触電圧計測装置において、上記電気回路の少なくとも一部を被覆することにより、上記電気回路に入射する電界を遮断する電界シールドを備え、上記プローブは、上記導体の形状に応じて変形し、かつ、上記電極と上記電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値を一定に維持する。
[0095]
 上記の構成によれば、プローブが備えた電極は、変形することが可能である。具体的には、電極は、導線(導体)の外線被覆に密着するように、変形することが可能であってよい。また、プローブは、電極が変形した場合であっても、電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値を一定に維持する。
[0096]
 一般的に、プローブの電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量が計測対象電圧の計測精度に与える影響は、キャリブレーションによって排除される。しかしながら、従来の構成では、電極の変形の度合いが変化することによって、電極と電界シールドとの間の距離も変化し、その結果、電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値も変化する。そのため、従来の構成では、電極の変形の度合いによって、計測対象電圧の計測精度が変化するという問題があった。
[0097]
 一方、上記の構成によれば、プローブの変形の度合いが変化した場合であっても、電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値は変化しない。
[0098]
 ゆえに、径の太さが異なる様々な導線の計測対象電圧を一定の精度で計測することができる。
[0099]
 本発明の他の態様に係る非接触電圧計測装置では、上記プローブは、上記導体の形状に応じて変形することが可能な第1電極と、上記電界シールドに対する相対的な位置を保持する第2電極と、を備えており、上記第1電極と上記第2電極とは、電気的に接続されており、上記第2電極は、上記第1電極と上記電界シールドとの間に発生する電界を遮蔽することが可能な位置に配置されていてもよい。
[0100]
 上記の構成によれば、プローブの第2電極は、電界シールドに対する相対的な位置を保持する。プローブの第1電極は、導体の形状に応じて変形する。
[0101]
 第1電極が変形した場合であっても、第2電極と電界シールドとの間の距離は変化しない。そのため、第2電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値も変化しない。従って、第1電極がどれほど変形したとしても、第2電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量を流れる漏れ電流の量は変化しない。
[0102]
 よって、第2電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量を流れる漏れ電流の総量は、第1電極の変形の度合いによらず一定である。
[0103]
 さらに、上記の構成によれば、第2電極が、第1電極と電界シールドとの間に発生する電界を遮蔽可能な位置に配置されている。そのため、第1電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量には漏れ電流が流れないので、プローブと電界シールドとの間を流れる漏れ電流の総量が減少し、計測対象電圧の計測精度が向上する。
[0104]
 また、上記の構成において、非接触電圧計測装置は、第1電極から電界シールドまでの距離よりも、第2電極から電界シールドまでの距離のほうが近くなるように構成されていてもよい。
[0105]
 この構成では、第1電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値は、第2電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値と比較して小さくなる。そのため、プローブと電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値全体に占める、第1電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値の割合が小さくなる。従って、第1電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量の値が変化したとき、その変化が計測対象電圧の計測精度に与える影響を抑制することができる。
[0106]
 本発明の他の態様に係る非接触電圧計測装置では、上記プローブは、上記導体の形状に応じて変形することが可能な変形部を備えており、上記変形部は、連結部によって互いに連結され、上記連結部を支点に回動する複数のアームで構成されており、複数の上記アームのうち少なくとも1つには、上記電極および上記電界シールドが、一定の距離で離間して配置されていてもよい。
[0107]
 上記の構成によれば、電極および電界シールドが、導体の形状に応じて変形する変形部が備えたアームに配置されている。変形部が変形するとき、変形部のアームは移動する。電極と電界シールドとは、同じアームに、一定の距離で離間して配置されているので、電極は、アームが移動したとき、電界シールドに対する相対的な位置を維持することができる。
[0108]
 従って、アームがどれほど移動したとしても、電極と電界シールドとの間に発生する寄生容量を流れる漏れ電流の量は変化しない。ゆえに、アームの移動量によらず、計測対象電圧を一定の精度で計測することができる。

産業上の利用可能性

[0109]
 本発明は、絶縁被覆された配線内の導線を流れる交流の電圧を、導線に接触することなく計測する電圧計測装置に利用することができる。

符号の説明

[0110]
 w    配線(導体)
 EC   電気回路
 V    計測対象電圧
 1    非接触電圧計測装置
 11   検出プローブ(プローブ)
 21   検出プローブ(プローブ)
 211  電極
 11A  内側電極(第1電極)
 11B  外側電極(第2電極)
 12   電界シールド
 212  電界シールド
 250  クランプ部(変形部)
 250A 第1アーム(アーム)
 250B 第2アーム(アーム)
 260  連結部

請求の範囲

[請求項1]
 プローブを備え、該プローブと導体との間に結合容量が発生するように、該プローブを上記導体に非接触で近接させたとき、該プローブを介して電気回路に入力される電圧信号に基づいて、上記導体に印加される計測対象電圧を計測する非接触電圧計測装置において、
 上記電気回路の少なくとも一部を被覆することにより、上記電気回路に入射する電界を遮断する電界シールドを備え、
 上記プローブは、上記導体の形状に応じて変形または移動する電極を備え、かつ、上記電極と上記電界シールドとの間に発生する寄生容量の容量値を一定に維持する
 ことを特徴とする非接触電圧計測装置。
[請求項2]
 上記プローブは、
 上記導体の形状に応じて変形することが可能な第1電極と、
 上記電界シールドに対する相対的な位置を保持する第2電極と、
 を備えており、
 上記第1電極と上記第2電極とは、電気的に接続されており、
 上記第2電極は、上記第1電極と上記電界シールドとの間に発生する電界を遮蔽することが可能な位置に配置されている
 ことを特徴とする請求項1に記載の非接触電圧計測装置。
[請求項3]
 上記プローブは、
 上記導体の形状に応じて変形することが可能な変形部を備えており、
 上記変形部は、連結部によって互いに連結され、上記連結部を支点に回動する複数のアームで構成されており、
 複数の上記アームのうち少なくとも1つには、上記電極および上記電界シールドが、一定の距離で離間して配置されている
 ことを特徴とする請求項1に記載の非接触電圧計測装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]