WO2015137017A1 - 非接触電圧計測装置 - Google Patents

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紘 今井
圭記 松浦
裕幸 徳崎
真央 荻本
悟郎 川上
公平 冨田
篤宏 岡村
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Omron Tateisi Electronics Co
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    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/07—Non contact-making probes

Definitions

  • the present invention relates to a non-contact voltage measuring device that measures an AC voltage flowing through a conductor without contacting the conductor.
  • a non-contact voltage measuring device includes a probe and an electric circuit.
  • a probe When a probe is brought close to a wiring so that a coupling capacitance is generated between the probe and the wiring, the electric circuit is passed through the probe.
  • the voltage to be measured is derived based on the voltage signal input to.
  • An electric field shield for blocking an external electric field is arranged around the electric circuit.
  • the probe and the wiring are closer, the capacitance value of the coupling capacitance increases, and the measurement accuracy of the measurement target voltage is improved. Therefore, it is desirable that the probe is arranged as close as possible to the surface of the wiring. Moreover, it is desirable that the non-contact voltage measuring device can measure the measurement target voltages of various wirings having different diameters.
  • the probe can be configured to be deformable so that the probe and the wiring can be sufficiently brought close to each other regardless of the diameter of the wiring.
  • Patent Documents 1 to 3 do not disclose a probe that can be deformed according to the shape of the wiring. Therefore, in the non-contact voltage measuring devices described in Patent Documents 1 to 3, the capacitance value of the coupling capacitance is reduced depending on the shape of the wiring, and as a result, the measurement accuracy of the measurement target voltage may be reduced. .
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a non-contact voltage measuring device capable of measuring a voltage to be measured of various conducting wires having different shapes with a certain accuracy.
  • a non-contact voltage measuring device includes a probe, and the probe is connected to the conductor so that a coupling capacitance is generated between the electrode of the probe and the conductor.
  • a non-contact voltage measuring device for measuring a voltage to be measured applied to the conductor based on a voltage signal input to the electric circuit via the probe when approaching in a non-contact manner, at least the electric circuit An electric field shield that blocks an electric field incident on the electric circuit by covering a part thereof, and the probe is deformed according to the shape of the conductor and is generated between the electrode and the electric field shield.
  • the capacitance value of the parasitic capacitance is kept constant.
  • the electrode provided in the probe can be deformed.
  • the electrode may be able to be deformed so as to be in close contact with the outer wire coating of the conducting wire (conductor).
  • the probe maintains a constant capacitance value of the parasitic capacitance generated between the electrode and the electric field shield even when the electrode is deformed.
  • the influence of the parasitic capacitance generated between the electrode of the probe and the electric field shield on the measurement accuracy of the measurement target voltage is eliminated by calibration.
  • the conventional configuration as the degree of deformation of the electrode changes, the distance between the electrode and the electric field shield also changes, and as a result, the capacitance value of the parasitic capacitance generated between the electrode and the electric field shield also increases. Change. Therefore, the conventional configuration has a problem that the measurement accuracy of the voltage to be measured changes depending on the degree of deformation of the electrode.
  • measurement target voltages of various conductors having different shapes can be measured with a certain accuracy.
  • (A) is a graph which shows the electric potential in the range shown with the broken line in (a) of FIG. 4
  • (b) is a graph which shows the electric potential in the range shown with the broken line in (b) of FIG.
  • (A) is a contour plot which shows the result of having simulated the electric field which generate
  • (b) is the electric field which generate
  • (A) is a graph which shows the electric field in the range shown with the broken line in (a) of FIG.
  • (b) is a graph which shows the electric field in the range shown with the broken line in (b) of FIG. It is an external view which shows the structure of the non-contact voltage measuring device which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the relationship between coupling capacity
  • Embodiment 1 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is an external view of the voltage measuring apparatus 1.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the voltage measuring apparatus 1.
  • the voltage measuring device 1 is a measurement target voltage that is a voltage of alternating current (frequency: f) flowing through a conductor in a wiring w (primary wiring, conductor) having various diameters (for example, ⁇ 11 (mm) to ⁇ 16 (mm)). V L can be measured without contact with the conductor.
  • the voltage measuring apparatus 1 includes a detection probe 11 (probe), an electric field shield 12, a lead-out unit 13, and an electric circuit EC.
  • the detection probe 11 that is a sensor for the measurement target voltage VL includes two detection electrodes (an inner electrode 11A (first electrode) and an outer electrode 11B (second electrode)).
  • the inner electrode 11 ⁇ / b> A and the outer electrode 11 ⁇ / b> B are electrically connected via the connection portion 20.
  • the outer electrode 11B is fixed to the electric field shield 12.
  • the inner electrode 11A and the outer electrode 11B and the electric field shield 12 are insulated from each other.
  • the inner electrode 11A which is a movable electrode, is composed of two leaf springs. A wiring w is arranged between the two leaf springs. The two leaf springs are in close contact with the wiring w by gripping the wiring w. The inner electrode 11A can be elastically deformed so as to be in close contact with the wiring w in accordance with the diameter of the wiring w. The more inner electrode 11A adjacent to the wiring w, the capacitance value of the coupling capacitance C L which is generated between the inner electrode 11A and the wiring w increases.
  • An induced voltage is induced in the inner electrode 11A by an alternating current flowing in the wiring w. Further, the same induced voltage as that of the inner electrode 11A is also induced in the outer electrode 11B connected to the inner electrode 11A via the connection portion 20.
  • the induced voltage (input voltage V in ) generated in the inner electrode 11A and the outer electrode 11B is input to an electric circuit EC (see FIG. 2) electrically connected to the outer electrode 11B.
  • the voltage measuring device 1 further includes resin structures 30, 40, and 50 (see FIG. 4A). These resin structures 30, 40, 50 have a role of holding the wiring w, the outer electrode 11B, the connection portion 20, or the like.
  • FIG. 3 is a contour plot diagram showing the result of simulating the electric field generated in the voltage measuring apparatus 1.
  • a predetermined potential with the potential of the electric field shield 12 as a reference (0 V) was applied to the inner electrode 11A and the outer electrode 11B.
  • the electric field generated by the wiring w is not considered.
  • the electric field strength between the inner electrode 11A and the electric field shield 12 is smaller than the electric field strength between the outer electrode 11B and the electric field shield 12. The reason is that the electric field generated by the inner electrode 11 ⁇ / b> A is shielded by the outer electrode 11 ⁇ / b> B disposed between the inner electrode 11 ⁇ / b> A and the electric field shield 12.
  • the capacitance value of the parasitic capacitance generated between the inner electrode 11A and the electric field shield 12 is smaller than the capacitance value of the parasitic capacitance generated between the outer electrode 11B and the electric field shield 12. Therefore, the capacitance value of the parasitic capacitance C ppL generated between the detection probe 11 and the electric field shield 12 mostly depends only on the capacitance value of the parasitic capacitance generated between the outer electrode 11B and the electric field shield 12.
  • the electric circuit EC as an input voltage V in at the input point p1, to obtain the induced induced voltage in the detection probe 11 (the inner electrode 11A and the outer electrode 11B).
  • the electric circuit EC outputs the voltage at the detection point p2 set in the electric circuit EC to the derivation unit 13 as the output voltage Vout .
  • the electric circuit EC includes a high impedance part HI having a relatively high impedance value and a low impedance part LOW having a relatively low impedance value. Details of the electric circuit EC will be described later.
  • the electric field shield 12 blocks the electric field incident on the electric circuit EC, thereby preventing capacitive coupling between the electric circuit EC and a voltage source other than the wiring.
  • the electric field shield 12 may be made of metal (shield metal).
  • the electric field shield 12 includes a shield upper part 12A and a shield lower part 12B.
  • the outer electrode 11B of the detection probe 11 is fixed inside the shield upper portion 12A.
  • the shield lower part 12B can be attached to and detached from the shield upper part 12A.
  • the user attaches the shield lower part 12B to the shield upper part 12A after the inner electrode 11A grips the wiring w. Further, the user can replace the wiring w held by the inner electrode 11A with another wiring by removing the shield lower part 12B.
  • the electric field shield 12 includes a first electric field shield portion that covers a portion of the electric circuit EC (high impedance portion HI) that is equipotential with the input point p1, and a portion of the electric circuit EC that is equipotential with the detection point p2. And a second electric field shield part covering the low impedance part LOW). In this configuration, the first electric field shield part and the second electric field shield part are insulated.
  • a parasitic capacitance C ppL is generated between the electric field shield 12 and the high impedance portion HI. Further, a parasitic capacitance C p is generated between the electric field shield 12 and the low impedance part LOW.
  • the deriving unit 13 derives the measurement target voltage V L based on the output voltage V out output from the electric circuit EC. Specifically, the deriving unit 13 derives the measurement target voltage V L according to the following equation.
  • V out1 and V out2 mean the output voltage V out when the electric circuit EC is in the first state and the second state (described later), respectively.
  • ⁇ 2 ⁇ f (f is the frequency of alternating current flowing in the wiring).
  • the parasitic capacitance C p 0. As described below, the parasitic capacitance C p is invalidated by the operational amplifier 15.
  • the electric circuit EC includes capacitors C 1 and C 2 , a detection resistor R 1 , a changeover switch 14, and an operational amplifier 15.
  • capacitors C 1, C 2 both are connected to the input point p1 to the input voltage V in from the detecting probe 11 is input.
  • the detection resistor R 1 is attached between the capacitors C 1 and C 2 and the reference potential point GND.
  • the detection point p2 described above is located between the capacitors C 1 and C 2 and the detection resistor R 1 .
  • the input voltage V in input from the detection probe 11 to the electric circuit EC is divided into capacitors C 1 and C 2 and a detection resistor R 1 .
  • the output voltage V out is equal to the partial pressure of the input voltage V in applied to the detection resistor R 1.
  • the capacitance values of the capacitors C 1 and C 2 and the resistance value of the detection resistor R 1 are determined so that the output voltage V out is sufficiently small.
  • Changeover switch 14 an electric circuit EC, (i) the capacitor C 1 has a first state in series connected between the coupling capacitance C L and the detection resistor R 1, (ii) the capacitor C 1 and capacitor C 2 Is switched between the second state connected in series between the coupling capacitor C L and the detection resistor R 1 .
  • the input voltage V in includes a detection resistor R 1, is divided between the capacitor C 1.
  • the detection resistor R 1 is divided between the capacitors C 1 and capacitor C 2.
  • the changeover switch 14 an electric circuit EC, (i) the capacitor C 1 is the coupling capacitance C L and the first state of being connected in series between the detection resistor R 1, it is (ii) a capacitor C 2, coupling capacitor C L and a second state connected in series between the detection resistor R 1, may be configured to switch between.
  • This configuration for example, in an electric circuit EC, between the input point p1 and the capacitor C 1, and, between the input point p1 and the capacitor C 2, respectively, be provided with a switch which can be switched on and off Can be realized.
  • a portion having the same potential as the input point p1 in the electric circuit EC is referred to as a high impedance portion HI.
  • a portion having the same potential as the detection point p2 is referred to as a low impedance portion LOW.
  • the operational amplifier 15 connects between the low impedance part LOW and the electric field shield 12 in the electric circuit EC.
  • the operational amplifier 15 functions to make the electric field shield 12 and the low impedance part LOW have the same potential. This is a so-called driven shield circuit technique.
  • the operational amplifier 15 causes the low impedance part LOW and the electric field shield 12 to be at the same potential. Therefore, the low impedance section LOW, no current flows through the parasitic capacitance C p which occurs between the electric field shield 12. Therefore, it is possible to eliminate the possibility of parasitic capacitance C p affects the detected value of the output voltage V out.
  • a voltage equal to the voltage (output voltage V out ) in the low impedance part LOW is generated from the voltage (input voltage V in ) in the high impedance part HI, and the generated voltage is the electric field shield 12. May be applied.
  • the voltage measuring device 1 does not have to include the operational amplifier 15.
  • the electromagnetic field outside the outer electrode 11B that is, the electromagnetic field generated between the outer electrode 11B and the electric field shield 12 depends only on the electric field generated by the outer electrode 11B, and the electric field generated by the inner electrode 11A. Not affected. Therefore, even when the inner electrode 11A is deformed and the electric field generated by the inner electrode 11A changes, the electromagnetic field generated between the outer electrode 11B and the electric field shield 12 does not change.
  • the potential of the inner electrode 11A and the outer electrode 11B was set to 1V.
  • the electric potential of the wiring w and the electric field shield 12 was set to 0V.
  • the diameter of the wiring w was set to 14.4 (phi) (14.4.mm) and 9.4 (phi) (9.4mm), and the electric potential and electric field in the voltage measuring device 1 were calculated under each setting.
  • the shape of the inner electrode 11A adjacent to the wiring w changes according to the diameter of the wiring w.
  • the voltage measuring device 9 includes only one electrode 91 corresponding to the inner electrode 11A of the voltage measuring device 1. That is, the voltage measuring device 1 is different from the voltage measuring device 1 in that the outer electrode 11B is not provided (see FIG. 4B).
  • FIG. 4A and 4B are contour plot diagrams showing the results of simulating the potential generated in the voltage measuring apparatus 1.
  • FIG. 4A the left diagram shows the potential when the diameter of the wiring w is 14.4 ⁇ (14.4 mm), and the right diagram shows the diameter of the wiring w 9.4 ⁇ ( 9.4 mm) represents the potential.
  • FIG. 4B is a contour plot showing the result of simulating the potential generated in the voltage measuring device 9.
  • the interval and shape of the equipotential lines do not depend on the diameter of the wiring w. In other words, the interval and shape of equipotential lines between the outer electrode 11B and the electric field shield 12 do not depend on the shape of the inner electrode 11A.
  • FIG. 5 is a graph showing the potential (V) in the range (from the outer electrode 11B to the shield upper part 12A) indicated by a broken line in FIG.
  • FIG. 5B is a graph showing the potential (V) in the range indicated by the broken line in FIG.
  • the range indicated by the broken line in FIG. 5A corresponds to the range indicated by the broken line in FIG. 5B in the voltage measuring device 9.
  • the potential (V) is high in the wiring w in the range from the position (0 mm) of the outer electrode 11 ⁇ / b> B to the position (6 mm) of the shield upper part 12 ⁇ / b> A. It does not depend on the diameter. That is, the height of the potential (V) in this range does not depend on the shape of the inner electrode 11A.
  • the height of the potential (V) depends on the shape of the inner electrode 11A in the same range (0 mm to 6 mm).
  • FIG. 6A is a contour plot diagram showing the result of simulating the electric field generated in the voltage measuring apparatus 1.
  • FIG. 6B is a contour plot showing the result of simulating the electric field generated in the voltage measuring device 9.
  • the interval and shape of equipotential lines between the outer electrode 11B and the electric field shield 12 do not depend on the shape of the inner electrode 11A.
  • FIG. 7A is a graph showing the electric field (V / m) in the range (from the outer electrode 11B to the shield upper part 12A) indicated by a broken line in FIG.
  • FIG. 7B is a graph showing the electric field (V / m) in the range indicated by the broken line in FIG.
  • the range indicated by the broken line in FIG. 7A corresponds to the range indicated by the broken line in FIG.
  • the strength of the electric field (V / m) depends on the shape of the inner electrode 11A in the same range (0 mm to 6 mm).
  • the strength of the coupling between the electric field shield 12 and the outer electrode 11B is constant regardless of the shape of the inner electrode 11A. I understand that. This means that the capacitance value of the parasitic capacitance C ppL generated between the detection probe 11 and the electric field shield 12 does not change even when the inner electrode 11A is deformed.
  • the configuration of the detection probe 11 including the outer electrode 11B fixed to the electric field shield 12 is described separately from the inner electrode 11A that is deformed according to the thickness of the wiring w (see FIG. 1). ).
  • the detection probe includes only one electrode, and this electrode can be deformed or moved while keeping the capacitance value of the parasitic capacitance C ppL generated between the detection probe and the electric field shield constant. It may be configured.
  • FIG. 8 is an external view showing a configuration of the detection probe 21 according to the present embodiment.
  • the detection probe 21 includes a clamp part 250 (deformation part) composed of two arms (a first arm 250A and a second arm 250B).
  • the clamp part 250 can grip various wirings w having different diameters between the first arm 250A and the second arm 250B.
  • the first arm 250A and the second arm 250B are connected to each other by a connecting portion 260.
  • the connecting part 260 may be a coil spring, for example.
  • the first arm 250A and the second arm 250B can rotate with the connecting portion 260 as a fulcrum.
  • the connecting portion 260 applies a force acting in a direction to reduce the distance between the first arm 250A and the second arm 250B to the first arm 250A and the second arm 250B.
  • the first arm 250A and the second arm 250B are provided with an electrode 211 and an electric field shield 212, respectively.
  • the two electrodes 211 are electrically connected. Both of the two electric field shields 212 are connected to a reference potential point (GND).
  • the electrode 211 and the electric field shield 212 may be disposed on either the first arm 250A or the second arm 250B.
  • the electrode 211 disposed on the first arm 250A and the second arm 250B is close to the wiring w. Therefore, a coupling capacitance CL is generated between the electrode 211 and the wiring w. An induced voltage is induced in the electrode 211 by an alternating current flowing in the wiring w.
  • At least one of the first arm 250A and the second arm 250B includes an electric circuit EC (see FIG. 2) covered with the electric field shield 212.
  • the electrode 211 and the electric circuit EC are electrically connected, induced voltage generated in the electrode 211, as the input voltage V in, input to the electric circuit EC.
  • Electrical circuit EC outputs the output voltage V out is the partial pressure of the input voltage V in applied to the detection resistor R 1, the deriving unit 13 (see FIG. 2).
  • the deriving unit 13 derives the measurement target voltage V L based on the output voltage V out output from the electric circuit EC.
  • leading-out part 13 may exist in the inside of the detection probe 21, and may exist in the exterior.
  • the electrode 211 and the electric field shield 212 are disposed on the first arm 250A and the second arm 250B. Therefore, even if the first arm 250A and the second arm 250B move according to the diameter of the wiring w gripped by the clamp part 250, the relative position between the electrode 211 and the electric field shield 212 is constant. To maintain. Precisely, the relative position between the electrode 211 and the electric field shield 212 arranged on the first arm 250A, and the relative position between the electrode 211 and the electric field shield 212 arranged on the second arm 250B. The respective positions are kept constant.
  • the capacitance value of the parasitic capacitance C ppL generated between the electrode 211 and the electric field shield 212 is kept constant.
  • the measurement target voltage V L is expressed by the following mathematical formula.
  • the current output to the derivation unit 13 is I 1
  • the output voltage is V out1
  • the derivation unit The current output to 13 is I 2
  • the output voltage is V out2 .
  • the capacitance value of the capacitor C 2 is sufficiently larger than the capacitance value of the capacitor C 1 (C 1 ⁇ C 2 ).
  • the non-contact voltage measuring device includes a probe, and the probe is contacted with the conductor so that a coupling capacitance is generated between the electrode of the probe and the conductor.
  • a non-contact voltage measuring device that measures a voltage to be measured applied to the conductor based on a voltage signal that is input to the electric circuit via the probe when being brought close to each other, covers at least a part of the electric circuit
  • the electric field shield for blocking the electric field incident on the electric circuit is provided, the probe is deformed according to the shape of the conductor, and the parasitic capacitance generated between the electrode and the electric field shield is reduced. Keep the capacitance value constant.
  • the electrode provided in the probe can be deformed.
  • the electrode may be able to be deformed so as to be in close contact with the outer wire coating of the conducting wire (conductor).
  • the probe maintains a constant capacitance value of the parasitic capacitance generated between the electrode and the electric field shield even when the electrode is deformed.
  • the influence of the parasitic capacitance generated between the electrode of the probe and the electric field shield on the measurement accuracy of the measurement target voltage is eliminated by calibration.
  • the conventional configuration as the degree of deformation of the electrode changes, the distance between the electrode and the electric field shield also changes, and as a result, the capacitance value of the parasitic capacitance generated between the electrode and the electric field shield also increases. Change. Therefore, the conventional configuration has a problem that the measurement accuracy of the voltage to be measured changes depending on the degree of deformation of the electrode.
  • the probe has a first electrode that can be deformed according to the shape of the conductor and a second electrode that holds a relative position with respect to the electric field shield.
  • the first electrode and the second electrode are electrically connected, and the second electrode generates an electric field generated between the first electrode and the electric field shield. You may arrange
  • the second electrode of the probe maintains a relative position with respect to the electric field shield.
  • the first electrode of the probe is deformed according to the shape of the conductor.
  • the total amount of leakage current flowing through the parasitic capacitance generated between the second electrode and the electric field shield is constant regardless of the degree of deformation of the first electrode.
  • the second electrode is arranged at a position where the electric field generated between the first electrode and the electric field shield can be shielded. Therefore, no leakage current flows through the parasitic capacitance generated between the first electrode and the electric field shield, so the total amount of leakage current flowing between the probe and the electric field shield is reduced, and the measurement accuracy of the measurement target voltage is improved. To do.
  • the non-contact voltage measuring device may be configured such that the distance from the second electrode to the electric field shield is closer than the distance from the first electrode to the electric field shield.
  • the capacitance value of the parasitic capacitance generated between the first electrode and the electric field shield is smaller than the capacitance value of the parasitic capacitance generated between the second electrode and the electric field shield. Therefore, the ratio of the capacitance value of the parasitic capacitance generated between the first electrode and the electric field shield in the entire capacitance value of the parasitic capacitance generated between the probe and the electric field shield is reduced. Therefore, when the value of the parasitic capacitance generated between the first electrode and the electric field shield changes, the influence of the change on the measurement accuracy of the measurement target voltage can be suppressed.
  • the probe includes a deformable portion that can be deformed according to the shape of the conductor, and the deformable portions are connected to each other by a connecting portion.
  • the arm includes a plurality of arms that pivot about the connecting portion, and at least one of the plurality of arms includes the electrode and the electric field shield that are spaced apart by a certain distance. Also good.
  • the electrode and the electric field shield are arranged on the arm provided with the deforming portion that deforms according to the shape of the conductor.
  • the arm of the deforming portion moves. Since the electrode and the electric field shield are spaced apart from each other by a certain distance on the same arm, the electrode can maintain a relative position with respect to the electric field shield when the arm moves.
  • the amount of leakage current flowing through the parasitic capacitance generated between the electrode and the electric field shield does not change. Therefore, the voltage to be measured can be measured with a certain accuracy regardless of the amount of movement of the arm.
  • the present invention can be used in a voltage measuring device that measures an AC voltage flowing through a conductive wire in an insulating-coated wiring without contacting the conductive wire.
  • Non-contact voltage measuring device 11 Detection probe (probe) 21 Detection probe (probe) 211 electrode 11A inner electrode (first electrode) 11B outer electrode (second electrode) 12 Electric field shield 212 Electric field shield 250 Clamp part (deformation part) 250A First arm (arm) 250B Second arm (arm) 260 connecting part

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Abstract

　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。配線ｗの形状に応じて変形する内側電極（１１Ａ）と、電界シールド（１２）に対して固定された外側電極（１１Ｂ）とが、接続部（２０）を介して電気的に接続される。

Description

非接触電圧計測装置
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
日本国公開特許公報「特開２０１０－８３３３号公報（２０１０年１月１４日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１２－１３７４９６号公報（２０１２年７月１９日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００９－４１９２５号公報（２００９年２月２６日公開）」
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 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。 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。 （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。 （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。 （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。 （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。 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。 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。
　〔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。
　［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ＶＬを、該導線に非接触で計測することができる。
　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。
　図１に示すように、計測対象電圧ＶＬ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。
　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ＣＬの容量値は大きくなる。
　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Ｖｉｎ）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。
　結合容量ＣＬ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Ｖｉｎ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ＶＬの精度が向上する。従って、結合容量ＣＬの容量値が大きいほど、計測対象電圧ＶＬの誤差は小さくなる。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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ＣｐｐＬ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。
　電気回路ＥＣは、入力点ｐ１における入力電圧Ｖｉｎ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Ｖｏｕｔとして、導出部１３に出力する。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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ＣｐｐＬ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Ｃｐが発生する。
　導出部１３は、電気回路ＥＣから出力される出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、計測対象電圧ＶＬ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ＶＬを導出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２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Ｖｏｕｔ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Ｃｐ＝０とした。後述するように、寄生容量Ｃｐは、オペアンプ１５によって無効化される。
　［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。
　図２に示すように、電気回路ＥＣは、コンデンサＣ１、Ｃ２、検出抵抗Ｒ１、切換スイッチ１４、およびオペアンプ１５を備えている。
　電気回路ＥＣにおいて、コンデンサＣ１、Ｃ２は、どちらも、検出プローブ１１から入力電圧Ｖｉｎが入力される入力点ｐ１に接続されている。検出抵抗Ｒ１は、コンデンサＣ１、Ｃ２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Ｃ１、Ｃ２と検出抵抗Ｒ１との間に位置している。
　検出プローブ１１から電気回路ＥＣに入力される入力電圧Ｖｉｎは、コンデンサＣ１、Ｃ２と検出抵抗Ｒ１とに分圧される。出力電圧Ｖｏｕｔは、検出抵抗Ｒ１に印加される入力電圧Ｖｉｎの分圧に等しい。
　コンデンサＣ１、Ｃ２の容量値、および検出抵抗Ｒ１の抵抗値は、出力電圧Ｖｏｕｔ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ＣＬの容量値が１０ｐＦであり、計測対象電圧ＶＬが１００Ｖであり、コンデンサＣ１＝４７０ｐＦ、Ｃ２＝４７ｐＦ、検出抵抗Ｒ１＝１ＭΩである場合、出力電圧Ｖｏｕｔ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。
　切換スイッチ１４は、電気回路ＥＣを、（ｉ）コンデンサＣ１が、結合容量ＣＬと検出抵抗Ｒ１との間に直列接続した第１の状態と、（ｉｉ）コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２が、結合容量ＣＬと検出抵抗Ｒ１との間に直列接続した第２の状態と、の間で切り替える。
　電気回路ＥＣが第１の状態であるとき、入力電圧Ｖｉｎは、検出抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ１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Ｒ１と、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２との間で分圧される。
　なお、切換スイッチ１４は、電気回路ＥＣを、（ｉ）コンデンサＣ１が、結合容量ＣＬと検出抵抗Ｒ１との間に直列接続した第１の状態と、（ｉｉ）コンデンサＣ２が、結合容量ＣＬと検出抵抗Ｒ１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Ｃ１との間、および、入力点ｐ１とコンデンサＣ２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。
　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。
　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。
　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Ｃｐには電流が流れない。従って、寄生容量Ｃｐが出力電圧Ｖｏｕｔ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Ｖｉｎ）から、低インピーダンス部ＬＯＷにおける電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ）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。
　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。
　［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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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ＣｐｐＬの容量値が変化しないことを意味する。
　〔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。
　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ＣｐｐＬ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。
　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ＣｐｐＬの容量値が一定に保持される。
　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。
　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。
　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。
　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ＣＬ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。
　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Ｖｉｎとして、電気回路ＥＣに入力される。電気回路ＥＣは、検出抵抗Ｒ１に印加される入力電圧Ｖｉｎの分圧である出力電圧Ｖｏｕｔ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Ｖｏｕｔに基づいて、計測対象電圧ＶＬ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。
　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。
　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ＣｐｐＬの容量値が一定に保持される。
　〔補足〕
　前述したように、結合容量ＣＬの容量値が大きいほど、計測対象電圧ＶＬ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。
　図２に示す電気回路ＥＣにおいて、計測対象電圧ＶＬは以下の数式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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Ｉ１、出力電圧をＶｏｕｔ１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Ｉ２、出力電圧をＶｏｕｔ２とした。また、コンデンサＣ２の容量値は、コンデンサＣ１の容量値よりも十分大きい（Ｃ１＜＜Ｃ２）とした。
　式（２）を式（１）に代入すると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ゆえに、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ゆえに、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　従って、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　図９に、計測対象電圧ＶＬの絶対値の２回微分ｄ｜ＶＬ｜２／ｄＣＬと、結合容量ＣＬ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ＣＬの容量値が大きいほど、ｄ｜ＶＬ｜２／ｄＣＬの変動が小さいことが分かる。このことから、結合容量ＣＬの容量値が大きいほど、計測対象電圧ＶＬ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。
　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。
　〔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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　ｗ　　　　配線（導体）
　ＥＣ　　　電気回路
　ＶＬ　　　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

Claims (3)

  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。
  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。
  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。
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