JP7608887B2 - 非接触電圧測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電線の導体と非接触で当該導体の電圧を測定する非接触電圧測定装置に関する。
２つの電極を備え、２つの電極の各々に誘起される電圧から電線の導体の電圧を算出する非接触電圧測定装置が知られている。
しかし、このような非接触電圧測定装置では、インバータ電圧駆動を行う回転機に供給される駆動電圧を正確に算出できない。インバータ電圧駆動を行う回転機の駆動電圧を測定するためには、複数の周波数成分を含む電圧の測定を行う必要があるためである。
そこで、特許文献１に開示された非接触電圧測定装置は、第１電極に接続された第１電圧計測部と、第２電極に接続された第２電圧計測部と、各電圧計測部で計測されたデータを時間領域から周波数領域に変換する時間領域・周波数領域変換部と、周波数領域に変換されたデータから、周波数ごとの電圧値を演算する周波数ごと電圧値演算部と、周波数ごとの電圧値のデータを、周波数領域から時間領域に変換する周波数領域・時間領域変換部と、時間領域に変換されたデータから、導体の電圧を演算する導体電圧演算部とを備える。つまり、特許文献１に開示された非接触電圧測定装置では、時間領域・周波数領域変換部と、周波数ごと電圧値演算部と、周波数領域・時間領域変換部とを備えることによって、複数の周波数成分を含む電圧の測定を行うことができる。
特開２０２０－９１２０９号公報
しかし、特許文献１に開示された非接触電圧測定装置では、各電圧計測部で計測されたデータを時間領域から周波数領域に変換して、周波数ごとに電圧値を演算し、周波数ごとのデータを周波数領域から時間領域に変換する必要がある。この場合、演算過程において、フーリエ変換等を用いる必要があり、演算が複雑化してしまう。
従って、本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、従来技術より簡単な演算で、しかも環境変化に対応してリアルタイムで電線の導体の電圧を測定することができる非接触電圧測定装置を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の一態様に係る非接触電圧測定装置は、
互いに離隔して設けられる第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と接続される第１コンデンサと、
前記第１コンデンサと互いに直列に接続される第１増幅回路と、
前記第２電極と接続される第２コンデンサと、
前記第２コンデンサと互いに直列に接続される第２増幅回路と、
演算部と、を備え、
前記第１電極及び前記第２電極の各々は、電線の導体と非接触で且つ前記電線の導体と対向し、
前記第１コンデンサは、前記第１増幅回路の入力端子に接続され、
前記第２コンデンサは、前記第２増幅回路の入力端子に接続され、
前記第１増幅回路は、出力端子と入力端子との間に接続される第３コンデンサを備え、
前記第２増幅回路は、出力端子と入力端子との間に接続される第４コンデンサを備え、
前記演算部は、
前記第１コンデンサの容量、前記第２コンデンサの容量、前記第３コンデンサの容量、前記第４コンデンサの容量、前記第１増幅回路の出力端子の電圧、及び前記第２増幅回路の出力端子の電圧に基づいて、前記電線の導体の電圧を算出する。
本発明によれば、従来技術より簡単な演算で、しかも環境変化に対応してリアルタイムで電線の導体の電圧を測定することができる。
本発明の第１実施形態に係る非接触電圧測定装置の把持部材の側面図。 図１の把持部材のアームの斜視図。 本発明の第１実施形態に係る非接触電圧測定装置のブロック図。 本発明の第１実施形態に係る非接触電圧測定装置の等価回路図。 電線の導体の電圧を測定する過程を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る非接触電圧測定装置の把持部材の正面図。 本発明の第３実施形態に係る非接触電圧測定装置の把持部材の斜視図。
本発明の一態様に係る非接触電圧測定装置は、
互いに離隔して設けられる第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と接続される第１コンデンサと、
前記第１コンデンサと互いに直列に接続される第１増幅回路と、
前記第２電極と接続される第２コンデンサと、
前記第２コンデンサと互いに直列に接続される第２増幅回路と、
演算部と、を備え、
前記第１電極及び前記第２電極の各々は、電線の導体と非接触で且つ前記電線の導体と対向し、
前記第１コンデンサは、前記第１増幅回路の入力端子に接続され、
前記第２コンデンサは、前記第２増幅回路の入力端子に接続され、
前記第１増幅回路は、出力端子と入力端子との間に接続される第３コンデンサを備え、
前記第２増幅回路は、出力端子と入力端子との間に接続される第４コンデンサを備え、
前記演算部は、
前記第１コンデンサの容量、前記第２コンデンサの容量、前記第３コンデンサの容量、前記第４コンデンサの容量、前記第１増幅回路の出力端子の電圧、及び前記第２増幅回路の出力端子の電圧に基づいて、前記電線の導体の電圧を算出する。
この構成によれば、演算部による電線の導体の電圧の算出過程において、周波数の項を消すことができる。これにより、フーリエ変換等を用いた複雑な演算を行うことなく、電線の導体の電圧を算出することができる。つまり、従来技術より簡単な演算で、複数の周波数成分を含む電圧の測定を行うことができる。
この構成によれば、第１電極と電線の導体との間の結合容量と、第２電極と電線の導体との間の結合容量とを常時求めることができる。そのため、温度及び湿度の変化、電線の経年劣化等の環境変化による結合容量の変化にリアルタイムで対応することができる。
前記非接触電圧測定装置において、前記演算部はさらに、前記第１電極と前記電線の導体との間の第１結合容量、前記第２電極と前記電線の導体との間の第２結合容量を算出してもよい。
この構成によれば、演算部は、電線の導体の電圧と同様にして、第１コンデンサ～第４コンデンサの容量、前記第１増幅回路の出力端子の電圧、及び前記第２増幅回路の出力端子の電圧に基づいて、第１結合容量及び第２結合容量を算出することができる。
前記非接触電圧測定装置において、前記演算部は、前記第１結合容量と前記第２結合容量とが等しいとして、前記第１結合容量と前記第２結合容量とを算出してもよい。
この構成によれば、第１結合容量と第２結合容量とを簡単な演算で算出することができる。
前記非接触電圧測定装置において、前記演算部は、前記第１結合容量と前記第２結合容量との差が一定であるとして、前記第１結合容量と前記第２結合容量とを算出してもよい。
この構成によれば、第１結合容量と第２結合容量とが等しくない場合であっても、第１結合容量と第２結合容量とを算出することができる。
前記非接触電圧測定装置において、前記演算部は、以下の式（１）から式（６）を用いて、
Ｚ１＝（ＣＬ１＋Ｃ１）／ｊωＣＬ１Ｃ１・・・（１）
Ｚ２＝（ＣＬ２＋Ｃ２）／ｊωＣＬ２Ｃ２・・・（２）
Ｚ３＝１／ｊωＣ３・・・（３）
Ｚ４＝１／ｊωＣ４・・・（４）
Ｖ１＝－（Ｚ３／Ｚ１）ＶＬ・・・（５）
Ｖ２＝－（Ｚ４／Ｚ２）ＶＬ・・・（６）
ここで、
ＣＬ１は、前記第１電極と前記電線の導体との間の第１結合容量であり、
ＣＬ２は、前記第２電極と前記電線の導体との間の第２結合容量であり、
Ｃ１は、前記第１コンデンサの容量であり、
Ｃ２は、前記第２コンデンサの容量であり、
Ｃ３は、前記第３コンデンサの容量であり、
Ｃ４は、前記第４コンデンサの容量であり、
Ｚ１は、前記第１結合容量を蓄えるコンデンサと前記第１コンデンサとの合成インピーダンスであり、
Ｚ２は、前記第２結合容量を蓄えるコンデンサと前記第２コンデンサとの合成インピーダンスであり、
Ｚ３は、前記第３コンデンサのインピーダンスであり、
Ｚ４は、前記第４コンデンサのインピーダンスであり、
Ｖ１は、前記第１増幅回路の出力端子の電圧であり、
Ｖ２は、前記第２増幅回路の出力端子の電圧であり、
ＶＬは、前記電線の導体の電圧であり、
前記電線の導体の電圧を算出してもよい。
この構成によれば、ＣＬ１とＣＬ２との関係が規定されることにより、例えばＣＬ１＝ＣＬ２と規定されることにより、式（１）及び式（３）が代入された式（５）と、式（２）及び式（４）が代入された式（６）との連立方程式が導出される。この連立方程式を解くことによって、第１結合容量ＣＬ１、第２結合容量ＣＬ２、及び電線の導体の電圧ＶＬを算出することができる。前記の連立方程式を解く過程において、ωの項（周波数の項）が消える。これにより、フーリエ変換等を用いた複雑な演算を行うことなく、当該連立方程式を解くことができる。つまり、従来技術より簡単な演算で、複数の周波数成分を含む電圧の測定を行うことができる。
前記非接触電圧測定装置はさらに、前記電線を把持する把持部材を備えてもよく、前記第１電極及び前記第２電極は、前記把持部材に設けられてもよく、前記第１電極及び前記第２電極の各々は、前記把持部材が前記電線を把持するときに、前記電線の導体と対向してもよい。
この構成によれば、把持部材が電線を把持することによって、電線の導体の電圧を算出することができる。
前記非接触電圧測定装置において、前記第１電極及び前記第２電極は、前記把持部材が前記電線を把持するときの前記電線の長手方向に沿って離隔して並置されてもよい。
この構成によれば、第１電極と電線の導体との間の結合容量と、第２電極と電線の導体との間の結合容量とを同一または略同一とすることができる。
前記非接触電圧測定装置において、前記第１電極及び前記第２電極は、前記把持部材が前記電線を把持するときに、前記電線の中心軸を挟んで互いに対向するように配置されてもよい。
この構成によれば、第１電極と電線の導体との間の結合容量と、第２電極と電線の導体との間の結合容量とを同一または略同一とすることができる。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る非接触電圧測定装置の把持部材の側面図である。図２は、図１の把持部材のアームの斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る非接触電圧測定装置のブロック図である。
非接触電圧測定装置１は、電線の導体の電圧を、当該導体とは非接触で測定する。第１実施形態において、非接触電圧測定装置１は、モータ４に接続された３相の電線２Ａ，２Ｂ，２Ｃの導体２Ａａ，２Ｂａ，２Ｃａ（図３参照）の電圧を測定する。非接触電圧測定装置１の把持部材１０が、３相の電線２Ａ，２Ｂ，２Ｃのいずれかを把持する。非接触電圧測定装置１は、把持部材１０が把持した電線の導体の電圧を測定する。図１では、把持部材１０は、電線２Ａを把持している。図３では、非接触電圧測定装置１は、電線２Ａの導体２Ａａの電圧を測定している。非接触電圧測定装置１によって測定された電圧は、表示部３に表示される。
第１実施形態では、図３に示すように、電線２Ａは、導体２Ａａと、導体２Ａａを覆う被覆部２Ａｂとを備える。同様に、電線２Ｂは、導体２Ｂａと、導体２Ｂａを覆う被覆部２Ｂｂとを備え、電線２Ｃは、導体２Ｃａと、導体２Ｃａを覆う被覆部２Ｃｂとを備える。
以下では、非接触電圧測定装置１が、３相の電線２Ａ，２Ｂ，２Ｃのうちの電線２Ａを把持して、電線２Ａの導体２Ａａの電圧を測定するものとして、説明が行われる。
図１～図３に示すように、非接触電圧測定装置１は、把持部材１０と、装置本体２０とを備える。図１に示すように、把持部材１０は、電線２Ａを把持する。図３に示すように、装置本体２０は、把持部材１０に接続される。
図１及び図２に示すように、把持部材１０は、アーム１０Ａ，１０Ｂを備える。アーム１０Ａ，１０Ｂは、電線２Ａを挟むことによって、電線２Ａを把持する。
アーム１０Ａは、面１０Ａａを有する。アーム１０Ｂは、面１０Ｂａを有する。面１０Ａａ，１０Ｂａは、互いに対向する。
図１に示すように、把持部材１０を幅方向（以下、幅方向と記す。）から見て、面１０Ａａは、電線２Ａを長手方向と直交に切断したときの断面を構成する円の円弧の形状である。幅方向は、把持部材１０が電線２Ａを把持するときの電線２Ａの長手方向と平行である。幅方向（電線２Ａの長手方向）は、図１の紙面奥行き方向と一致し、図３の紙面上下方向と一致する。
図１に示すように、幅方向から見て、面１０Ｂａは、面１０Ａａと同様に、電線２Ａを長手方向と直交に切断したときの断面を構成する円の円弧の形状である。
これにより、アーム１０Ａ，１０Ｂが電線２Ａを把持したとき、面１０Ａａ，１０Ｂａは、電線２Ａの被覆部２Ａｂの外周面に面接触する。なお、アーム１０Ａ，１０Ｂは、電線２Ａとは異なる直径の電線を把持することも可能である。この場合、面１０Ａａ，１０Ｂａは、当該電線の被覆部の外周面に線接触する。
図２に示すように、アーム１０Ａは、一対の軸支持部１０Ａｂを有する。一対の軸支持部１０Ａｂは幅方向に対向する。軸支持部１０Ａｂの各々は、軸支持部１０Ａｂを幅方向に貫通する貫通孔１０Ａｃを有する。
図１に示すように、アーム１０Ｂは、一対の軸支持部１０Ｂｂを有する。一対の軸支持部１０Ｂｂは、幅方向に対向する。図１では、一対の軸支持部１０Ｂｂのうちの一方のみが示される。一対の軸支持部１０Ｂｂは、幅方向の外側から一対の軸支持部１０Ａｂを挟む。一対の軸支持部１０Ｂｂの各々は、凹部（不図示）を有する。凹部は、軸支持部１０Ｂｂにおける軸支持部１０Ａｂを向く面に形成される。凹部は、幅方向に凹んでいる。アーム１０Ａの各貫通孔１０Ａｃと、アーム１０Ｂの各凹部とは、幅方向に沿って一直線に並んでいる。
シャフト（不図示）が、アーム１０Ａの各貫通孔１０Ａｃと、アーム１０Ｂの各凹部とに挿通される。これにより、アーム１０Ａ，１０Ｂは、互いに回動可能に支持される。つまり、アーム１０Ａはアーム１０Ｂによって回転可能に支持され、アーム１０Ｂはアーム１０Ａによって回転可能に支持される。
ねじりコイルばね（不図示）が、一対の軸支持部１０Ａｂの間に配置される。ねじりコイルばねは、シャフトの周りに配置される。アーム１０Ａ，１０Ｂは、ねじりコイルばねによって、把持部材１０が閉じる方向に付勢される。これにより、電線２Ａが、把持部材１０によって把持された状態に保持される。
第１実施形態において、アーム１０Ａ，１０Ｂは、互いに対向する。そのため、アーム１０Ａ，１０Ｂの先端部が互いに接触すると、把持部材１０はそれ以上閉じない。
図１及び図２に示すように、把持部材１０のアーム１０Ａの内部に、２個の電極１１，１２が設けられる。電極１１は、第１電極の一例である。電極１１は、第２電極の一例である。図２に示すように、電極１１，１２は、幅方向に互いに離隔して並置される。電極１１，１２は、アーム１０Ａの面１０Ａａの裏側に配置される。
図３に示すように、把持部材１０は、２個のコンデンサＣ１，Ｃ２を備える。コンデンサＣ１は、第１コンデンサの一例である。コンデンサＣ２は、第２コンデンサの一例である。第１実施形態において、コンデンサＣ１，Ｃ２は、アーム１０Ａの内部に設けられる。コンデンサＣ１は、電極１１に接続される。コンデンサＣ２は、電極１２に接続される。第１実施形態において、コンデンサＣ１の容量は、数ｐＦ～数十ｐＦに設定される。コンデンサＣ２の容量は、コンデンサＣ１の容量の１０倍～１００倍に設定される。
前述したように、電極１１，１２はアーム１０Ａの内部に配置される。そのため、図１に示すように、把持部材１０が電線２Ａを把持するとき、電極１１，１２と電線２Ａとの間に、アーム１０Ａがある。また、前述したように、電線２Ａの導体２Ａａは、被覆部２Ａｂによって覆われる。そのため、把持部材１０が電線２Ａを把持するとき、電極１１，１２と電線２Ａの導体２Ａａとの間に、電線２Ａの被覆部２Ａｂがある。つまり、把持部材１０が電線２Ａを把持するとき、電極１１，１２と電線２Ａの導体２Ａａとの間に、アーム１０Ａと電線２Ａの被覆部２Ａｂとがある。すなわち、把持部材１０が電線２Ａを把持するとき、電極１１，１２は、電線２Ａの導体２Ａａと非接触である。
また、前述したように、電極１１，１２は、アーム１０Ａの面１０Ａａの裏側に配置される。そのため、把持部材１０が電線２Ａを把持するとき、電極１１，１２は、電線２Ａの導体２Ａａと電線２Ａの径方向に対向する。
同様に、把持部材１０が電線２Ｂを把持するとき、電極１１，１２は、電線２Ｂの導体２Ｂａと非接触であり、電線２Ｂの導体２Ｂａと電線２Ｂの径方向に対向する。また、把持部材１０が電線２Ｃを把持するとき、電極１１，１２は、電線２Ｃの導体２Ｃａと非接触であり、電線２Ｃの導体２Ｃａと電線２Ｃの径方向に対向する。
装置本体２０は、直方体形状の筐体（不図示）と、増幅回路２１，２２と、演算部２３とを備える。増幅回路２１，２２と演算部２３とは、筐体の内部に配置される。なお、筐体の形状は、直方体に限らない。増幅回路２１は、第１増幅回路の一例である。増幅回路２２は、第２増幅回路の一例である。
増幅回路２１は、コンデンサＣ１に接続される。増幅回路２１は、コンデンサＣ１と互いに直列に接続される。増幅回路２２は、コンデンサＣ２に接続される。増幅回路２２は、コンデンサＣ２と互いに直列に接続される。増幅回路２１，２２の構成は、後述される。
演算部２３は、後述する演算を行う。演算部２３は、様々な態様で実現可能である。例えば、演算部２３は、メモリとＣＰＵ(Central Processing Unit)とを備えていてもよい。この場合、ＣＰＵが、メモリに記憶されたプログラムを実行することによって、後述する演算が実行される。また、例えば、演算部２３は、後述する演算が実行可能な回路によって構成されてもよい。このような回路は、例えば、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等である。演算部２３は、前述した構成が組み合わされて実現されてもよい。例えば、演算部２３は、メモリと、ＣＰＵと、ＡＳＩＣとを備えていてもよい。
演算部２３は、表示部３に接続される。表示部３は、ＬＥＤや液晶等複数を備えた公知のディスプレイである。表示部３は、電線２の導体の電圧を示す情報を演算部２３から受け取り、電線２の導体の電圧値を、ユーザが認識可能な形式（例えば数字）で表示する。
図４は、本発明の第１実施形態に係る非接触電圧測定装置の等価回路図である。以下に、増幅回路２１，２２の構成と、演算部２３が実行する演算とが説明される。
増幅回路２１は、演算増幅器２１１と、コンデンサＣ３とを備える。コンデンサＣ３は、第３コンデンサの一例である。演算増幅器２１１の反転入力端子２１１Ｂに、コンデンサＣ１が接続される。演算増幅器２１１の非反転入力端子２１１Ａは、グランドに接続される。コンデンサＣ３は、演算増幅器２１１の反転入力端子２１１Ｂと出力端子２１１Ｃとに接続される。言い換えると、コンデンサＣ３は、演算増幅器２１１の反転入力端子２１１Ｂと出力端子２１１Ｃとの間に接続される。増幅回路２１の出力端子２１１Ｃは、演算部２３と接続される。増幅回路２１の出力端子２１１Ｃと演算部２３との間は、検出電圧出力点２１２である。検出電圧出力点２１２の電圧は、言い換えると、増幅回路２１の出力端子２１１Ｃの電圧である。
増幅回路２２は、演算増幅器２２１と、コンデンサＣ４とを備える。コンデンサＣ４は、第４コンデンサの一例である。演算増幅器２２１の反転入力端子２２１Ｂに、コンデンサＣ２が接続される。演算増幅器２２１の非反転入力端子２２１Ａは、グランドに接続される。コンデンサＣ４は、演算増幅器２２１の反転入力端子２２１Ｂと出力端子２２１Ｃとに接続される。言い換えると、コンデンサＣ４は、演算増幅器２２１の反転入力端子２２１Ｂと出力端子２２１Ｃとの間に接続される。増幅回路２２の出力端子２２１Ｃは、演算部２３と接続される。増幅回路２２の出力端子２２１Ｃと演算部２３との間は、検出電圧出力点２２２である。検出電圧出力点２２２の電圧は、言い換えると、増幅回路２２の出力端子２２１Ｃの電圧である。
第１実施形態において、コンデンサＣ３の容量は、例えば、コンデンサＣ１の容量と同様に、数ｐＦ～数十ｐＦに設定される。コンデンサＣ４の容量は、例えば、コンデンサＣ２の容量と同様に、コンデンサＣ３の容量の１０倍～１００倍に設定される。
演算部２３は、検出電圧出力点２１２，２２２から得た電圧と、予め設定されるコンデンサＣ１～Ｃ４の各々の容量とに基づいて、結合容量と、電線２Ａの導体２Ａａの電圧とを算出する。
結合容量は、容量結合している非接触電圧測定装置１と電線２Ａとの間のうち、電極１１と電線２Ａの導体２Ａａとの間、及び、電極１２と電線２Ａの導体２Ａａとの間に存在する。つまり、図４に示すように、電極１１と電線２Ａの導体２Ａａとの間に、コンデンサＣＬ１が等価的に接続され、電極１２と電線２Ａの導体２Ａａとの間に、コンデンサＣＬ２が等価的に接続される。つまり、演算部２３が算出する結合容量は、コンデンサＣＬ１に蓄えられる容量と、コンデンサＣＬ２に蓄えられる容量とを指す。コンデンサＣＬ１に蓄えられる容量は、第１結合容量の一例である。コンデンサＣＬ２に蓄えられる容量は、第２結合容量の一例である。
演算部２３は、以下の式（１）～式（６）を用いて、電極１１と電線２Ａの導体２Ａａとの間の結合容量、電極１２と電線２Ａの導体２Ａａとの間の結合容量、及び電線２Ａの導体２Ａａの電圧を算出する。なお、演算部２３は、前記の結合容量を算出しなくてもよい。つまり、演算部２３は、少なくとも電線２Ａの導体２Ａａの電圧を算出すればよい。
Ｚ１＝（ＣＬ１＋Ｃ１）／ｊωＣＬ１Ｃ１ ・・・（１）
Ｚ２＝（ＣＬ２＋Ｃ２）／ｊωＣＬ２Ｃ２ ・・・（２）
Ｚ３＝１／ｊωＣ３ ・・・（３）
Ｚ４＝１／ｊωＣ４ ・・・（４）
Ｖ１＝－（Ｚ３／Ｚ１）ＶＬ ・・・（５）
Ｖ２＝－（Ｚ４／Ｚ２）ＶＬ ・・・（６）
前述の式（１）～式（４）において、「Ｃ」を含む各記号の意味は、以下の通りである。ＣＬ１は、電極１１と電線２Ａの導体２Ａａとの間の結合容量（コンデンサＣＬ１に蓄えられる容量）である。ＣＬ２は、電極１２と電線２Ａの導体２Ａａとの間の結合容量（コンデンサＣＬ２に蓄えられる容量）である。Ｃ１は、コンデンサＣ１の容量である。Ｃ２は、コンデンサＣ２の容量である。Ｃ３は、コンデンサＣ３の容量である。Ｃ４は、コンデンサＣ４の容量である。
前述の式（１）～式（６）において、「Ｚ」を含む各記号の意味は、以下の通りである。Ｚ１は、コンデンサＣＬ１とコンデンサＣ１との合成インピーダンスである。Ｚ２は、コンデンサＣＬ２とコンデンサＣ２との合成インピーダンスである。Ｚ３は、コンデンサＣ３のインピーダンスである。Ｚ４は、コンデンサＣ４のインピーダンスである。
前述の式（５）及び式（６）において、「Ｖ」を含む各記号の意味は、以下の通りである。Ｖ１は、検出電圧出力点２１２の電圧、つまり増幅回路２１の出力端子２１１Ｃの電圧である。Ｖ２は、検出電圧出力点２２２の電圧、つまり増幅回路２２の出力端子２２１Ｃの電圧である。ＶＬは、電線２Ａの導体２Ａａの電圧である。なお、式（５）、（６）は、反転増幅回路である増幅回路２１，２２における入力電圧と出力電圧との関係式である。
式（１）及び式（２）が式（５）に代入され、式（３）及び式（４）が式（６）に代入される。また、第１実施形態では、ＣＬ１＝ＣＬ２＝ＣＬとされる。ＣＬは、非接触電圧測定装置１と電線２Ａとの間に存在する結合容量である。これにより、未知の値がＣＬとＶＬである二次元連立方程式が導出される。この二次元連立方程式を解くことによって、以下の式（７）及び式（８）が導出される。
ＣＬ＝－（Ｃ１Ｃ２Ｃ４Ｖ２－Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｖ１）／（Ｃ１Ｃ４Ｖ２－Ｃ２Ｃ３Ｖ１）
・・・（７）
ＶＬ＝－（（Ｃ２－Ｃ１）Ｃ３Ｃ４Ｖ１Ｖ２）／（Ｃ１Ｃ２Ｃ４Ｖ２－Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｖ１）
・・・（８）
式（７）及び式（８）の右辺は、全て既知の値である。そのため、式（７）より結合容量ＣＬが算出され、式（８）より電線２Ａの導体２Ａａの電圧ＶＬが算出される。
図５は、電線の導体の電圧を測定する過程を示すフローチャートである。以下、図５を参照しつつ、演算部２３が、電線２Ａの導体２Ａａの電圧ＶＬと、非接触電圧測定装置１と電線２Ａとの間に存在する結合容量ＣＬとを算出する手順が説明される。
最初に、演算部２３は、以下のようにして、各増幅回路２１，２２の電圧Ｖ１，Ｖ２を計測する（Ｓ１０）。モータ４に電力を供給するために、３相の電線２Ａ，２Ｂ，２Ｃに電圧が印加されると、コンデンサＣＬ１、コンデンサＣ１、増幅回路２１を介して検出電圧出力点２１２に電圧Ｖ１が印加される。また、コンデンサＣＬ２、コンデンサＣ２、増幅回路２２を介して検出電圧出力点２２２に電圧Ｖ２が印加される。演算部２３は、これらの電圧Ｖ１，Ｖ２を取得する。
次に、演算部２３は、式（７）によって結合容量ＣＬを算出する（Ｓ２０）。次に、演算部２３は、式（８）によって電線２Ａの導体２Ａａの電圧ＶＬを算出する（Ｓ３０）。なお、ステップＳ２０，Ｓ３０の実行順序は逆でもよいし、ステップＳ２０，Ｓ３０が並行して実行されてもよい。
第１実施形態によれば、演算部２３による電線２Ａの導体２Ａａの電圧の算出過程において、周波数の項を消すことができる。これにより、フーリエ変換等を用いた複雑な演算を行うことなく、電線２Ａの導体２Ａａの電圧を算出することができる。つまり、従来技術より簡単な演算で、複数の周波数成分を含む電圧の測定を行うことができる。
第１実施形態によれば、電極１１と電線２Ａの導体２Ａａとの間の結合容量と、電極１２と電線２Ａの導体２Ａａとの間の結合容量とを常時求めることができる。そのため、温度及び湿度の変化、電線の経年劣化等の環境変化による結合容量の変化にリアルタイムで対応することができる。
第１実施形態によれば、演算部２３は、電線２Ａの導体２Ａａの電圧と同様にして、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の容量、増幅回路２１の出力端子２１１Ｃの電圧、及び増幅回路２２の出力端子２２１Ｃの電圧に基づいて、結合容量ＣＬ１，ＣＬ２を算出することができる。
第１実施形態では、ＣＬ１＝ＣＬ２＝ＣＬとされる。これにより、結合容量ＣＬ１と結合容量ＣＬ２とを簡単な演算で算出することができる。
第１実施形態によれば、ＣＬ１とＣＬ２との関係が規定されることにより、例えばＣＬ１＝ＣＬ２と規定されることにより、式（１）及び式（３）が代入された式（５）と、式（２）及び式（４）が代入された式（６）との連立方程式が導出される。この連立方程式を解くことによって、結合容量ＣＬ１、結合容量ＣＬ２、及び電線の導体の電圧ＶＬを算出することができる。前記の連立方程式を解く過程において、ωの項（周波数の項）が消える。これにより、フーリエ変換等を用いた複雑な演算を行うことなく、当該連立方程式を解くことができる。つまり、従来技術より簡単な演算で、複数の周波数成分を含む電圧の測定を行うことができる。
第１実施形態によれば、把持部材１０が電線２Ａを把持することによって、電線２Ａの導体２Ａａの電圧を算出することができる。
第１実施形態によれば、結合容量ＣＬ１と結合容量ＣＬ２とを同一または略同一とすることができる。
第１実施形態では、電極１１，１２及びコンデンサＣ１，Ｃ２は、把持部材１０のアーム１０Ａの内部に設けられる。しかし、電極１１，１２及びコンデンサＣ１，Ｃ２は、把持部材１０のアーム１０Ｂの内部に設けられてもよい。この場合、電極１１，１２は、例えば、アーム１０Ｂの面１０Ｂａの裏側に配置される。
第１実施形態では、電線２Ａは、導体２Ａａと、導体２Ａａを覆う被覆部２Ａｂとを備える。しかし、電線２Ａは、被覆部２Ａｂを備えていなくてもよい。この場合、電線２Ａの導体２Ａａは、外部に剥き出しである。しかし、第１実施形態では、電極１１，１２は、把持部材１０のアーム１０Ａの内部に設けられる。そのため、把持部材１０が電線２Ａを把持するとき、電極１１，１２と電線２Ａの導体２Ａａとの間に、アーム１０Ａがある。よって、この場合であっても、把持部材１０が電線２Ａを把持するとき、電極１１，１２は、電線２Ａの導体２Ａａと非接触である。なお、電線２Ｂ，２Ｃも、それぞれ被覆部２Ｂｂ，２Ｃｂを備えていなくてもよい。
第１実施形態では、電極１１，１２は、把持部材１０のアーム１０Ａの内部に設けられる。しかし、電極１１，１２は、アーム１０Ａの外部に設けられてもよい。例えば、電極１１，１２は、アーム１０Ａの面１０Ａａに設けられてもよい。この場合、電極１１，１２は外部に剥き出しである。しかし、第１実施形態では、電線２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各々は、被覆部２Ａｂ，２Ｂｂ，２Ｃｂを備える。そのため、例えば、把持部材１０が電線２Ａを把持するとき、電極１１，１２と電線２Ａの導体２Ａａとの間に、電線２Ａの被覆部２Ａｂがある。よって、この場合であっても、把持部材１０が電線２Ａを把持するとき、電極１１，１２は、電線２Ａの導体２Ａａと非接触である。
非接触電圧測定装置１は、把持部材１０を備えていなくてもよい。この場合、例えば、非接触電圧測定装置１によって電線２Ａ，２Ｂ，２Ｃの導体２Ａａ，２Ｂａ，２Ｃａの電圧が測定されるときに、剥き出しの電極１１，１２が、電線２Ａ，２Ｂ，２Ｃの被覆部２Ａｂ，２Ｂｂ，２Ｃｂの外周面に貼り付けられる。
第１実施形態では、非接触電圧測定装置１は把持部材１０と装置本体２０とを備え、把持部材１０の内部にコンデンサＣ１，Ｃ２が設けられ、装置本体２０の内部に増幅回路２１，２２及び演算部２３が設けられる。しかし、非接触電圧測定装置１は、前述のような構成に限らない。例えば、コンデンサＣ１，Ｃ２が把持部材１０の内部ではなく、装置本体２０の内部に設けられてもよい。また、例えば、増幅回路２１，２２が装置本体２０の内部ではなく、把持部材１０の内部に設けられてもよい。また、例えば、把持部材１０と装置本体２０とが一体に構成されていてもよい。
第１実施形態では、非接触電圧測定装置１のコンデンサＣ１，Ｃ２及び演算増幅器２１１，２２１は、図４に示すような回路構成であるが、図４に示すような回路構成に限らない。
例えば、コンデンサＣ１，Ｃ３が非反転入力端子２１１Ａに接続され、コンデンサＣ２，Ｃ４が非反転入力端子２２１Ａに接続され、反転入力端子２１１Ｂ，２２１Ｂがグランドに接続されていてもよい。また、例えば、コンデンサＣ１，Ｃ３が反転入力端子２１１Ｂに接続され、コンデンサＣ２，Ｃ４が非反転入力端子２２１Ａに接続され、非反転入力端子２１１Ａ及び反転入力端子２２１Ｂがグランドに接続されていてもよい。また、例えば、コンデンサＣ１，Ｃ３が非反転入力端子２１１Ａに接続され、コンデンサＣ２，Ｃ４が反転入力端子２２１Ｂに接続され、反転入力端子２１１Ｂ及び非反転入力端子２２１Ａがグランドに接続されていてもよい。
第１実施形態では、ＣＬ１＝ＣＬ２＝ＣＬと規定されることによって、式（７）及び式（８）よりなる連立方程式が導出される。しかし、結合容量ＣＬ１と結合容量ＣＬ２とは、等しくないと規定されてもよい。例えば、ＣＬ１＋ΔＣＬ１＝ＣＬ２とされてもよい。つまり、演算部２３は、結合容量ＣＬ１と結合容量ＣＬ２との差が一定であるとして、結合容量ＣＬ１と結合容量ＣＬ２とを算出してもよい。この場合であっても、前述した式によって結合容量ＣＬ１，ＣＬ２を算出することができる。
この場合、結合容量ＣＬ１と結合容量ＣＬ２とが等しくない場合であっても、結合容量ＣＬ１と結合容量ＣＬ２とを算出することができる。
＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る非接触電圧測定装置の把持部材の正面図である。第２実施形態に係る非接触電圧測定装置が第１実施形態に係る非接触電圧測定装置と異なることは、把持部材１０１における電極１１，１２の配置である。以下、第１実施形態と相違する構成が説明される。第１実施形態の非接触電圧測定装置と共通する構成については、同一の符号が付された上で、その説明は原則省略され、必要に応じて説明される。これは、後述する第３実施形態においても同様である。
把持部材１０１は、第１実施形態の把持部材１０と同様に、内部に電極１１，１２を有する。第２実施形態では、図６に示すように、電極１１はアーム１０Ａの内部に設けられ、電極１２はアーム１０Ｂの内部に設けられる。電極１１，１２は、把持部材１０１が電線２Ａを把持するときに、電線２Ａの中心軸ＡＸを挟んで互いに対向する位置に配置される。
第２実施形態によれば、結合容量ＣＬ１と結合容量ＣＬ２とを同一または略同一とすることができる。
＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態に係る非接触電圧測定装置の把持部材の斜視図である。第３実施形態に係る非接触電圧測定装置が第１実施形態に係る非接触電圧測定装置と異なることは、把持部材１０２において、アーム１０Ａ，１０Ｂが互いに対向していないことである。以下、第１実施形態と相違する構成が説明される。
図７に示すように、把持部材１０２は、図１に示すアーム１０Ｂの代わりにアーム１０Ｃを備える。
アーム１０Ｃは、一対の突出部１０ＣＡを備える。一対の突出部１０ＣＡは、互いに幅方向に対向する。一対の突出部１０ＣＡは、アーム１０Ａを幅方向に挟む位置に形成される。アーム１０Ａと一対の突出部１０ＣＡとは、電線２Ａを挟むことによって、電線２Ａを把持する。一対の突出部１０ＣＡは、アーム１０Ａと対向していない。一対の突出部１０ＣＡの各々は、面１０Ｃａを有する。面１０Ｃａは、アーム１０Ａの面１０Ａａと対向していない。
アーム１０Ｃは、一対の軸支持部１０Ｃｂを有する。図７では、一対の軸支持部１０Ｃｂのうちの一方のみが示される。一対の軸支持部１０Ｃｂは、幅方向に対向する。一対の軸支持部１０Ｃｂは、幅方向の外側から一対の軸支持部１０Ａｂを挟む。一対の軸支持部１０Ｃｂの各々は、貫通孔１０Ｃｃを有する。アーム１０Ａの各貫通孔１０Ａｃと、アーム１０Ｃの各貫通孔１０Ｃｃとは、幅方向に沿って一直線に並んでいる。これにより、第１実施形態と同様に、アーム１０Ａ，１０Ｃは、互いに回動可能に支持される。
第１実施形態では、アーム１０Ａ，１０Ｂは、互いに対向する。そのため、アーム１０Ａ，１０Ｂの先端部が互いに接触すると、把持部材１０はそれ以上閉じない。これに対して、第３実施形態では、一対の突出部１０ＣＡは、アーム１０Ａと対向していない。そのため、把持部材１０２の一対の突出部１０ＣＡは、第１実施形態の把持部材１０のアーム１０Ｂより、アーム１０Ａに近づくまで閉じることができる。その結果、第３実施形態に係る非接触電圧測定装置の把持部材１０２は、第１実施形態に係る非接触電圧測定装置１の把持部材１０より細い電線２を把持することができる。
１ 非接触電圧測定装置
２Ａ 電線
２Ｂ 電線
２Ｃ 電線
１０ 把持部材
１１ 電極（第１電極）
１２ 電極（第２電極）
２１ 増幅回路（第１増幅回路）
２１１Ｂ 反転入力端子
２１１Ｃ 出力端子
２２ 増幅回路（第２増幅回路）
２２１Ｂ 反転入力端子
２２１Ｃ 出力端子
２３ 演算部
Ｃ１ コンデンサ（第１コンデンサ）
Ｃ２ コンデンサ（第２コンデンサ）
Ｃ３ コンデンサ（第３コンデンサ）
Ｃ４ コンデンサ（第４コンデンサ）

Claims (8)

  1. 互いに離隔して設けられる第１電極及び第２電極と、
    前記第１電極と接続される第１コンデンサと、
    前記第１コンデンサと互いに直列に接続される第１増幅回路と、
    前記第２電極と接続される第２コンデンサと、
    前記第２コンデンサと互いに直列に接続される第２増幅回路と、
    演算部と、を備え、
    前記第１電極及び前記第２電極の各々は、電線の導体と非接触で且つ前記電線の導体と対向し、
    前記第１コンデンサは、前記第１増幅回路の入力端子である第１入力端子に接続され、
    前記第２コンデンサは、前記第２増幅回路の入力端子である第２入力端子に接続され、
    前記第１増幅回路は、前記第１増幅回路の出力端子である第１出力端子と前記第１入力端子との間に接続される第３コンデンサを備え、
    前記第２増幅回路は、前記第２増幅回路の出力端子である第２出力端子と前記第２入力端子との間に接続される第４コンデンサを備え、
    前記演算部は、
    前記第１コンデンサの容量、前記第２コンデンサの容量、前記第３コンデンサの容量、前記第４コンデンサの容量、前記第１出力端子の電圧、及び前記第２出力端子の電圧に基づいて、前記電線の導体の電圧を算出する非接触電圧測定装置。
  2. 前記演算部はさらに、前記第１電極と前記電線の導体との間の第１結合容量、前記第２電極と前記電線の導体との間の第２結合容量を算出する請求項１に記載の非接触電圧測定装置。
  3. 前記演算部は、前記第１結合容量と前記第２結合容量とが等しいとして、前記第１結合容量と前記第２結合容量とを算出する請求項２に記載の非接触電圧測定装置。
  4. 前記演算部は、前記第１結合容量と前記第２結合容量との差が一定であるとして、前記第１結合容量と前記第２結合容量とを算出する請求項２に記載の非接触電圧測定装置。
  5. 前記演算部は、以下の式（１）から式（６）を用いて、
    Ｚ１＝（ＣＬ１＋Ｃ１）／ｊωＣＬ１Ｃ１・・・（１）
    Ｚ２＝（ＣＬ２＋Ｃ２）／ｊωＣＬ２Ｃ２・・・（２）
    Ｚ３＝１／ｊωＣ３・・・（３）
    Ｚ４＝１／ｊωＣ４・・・（４）
    Ｖ１＝－（Ｚ３／Ｚ１）ＶＬ・・・（５）
    Ｖ２＝－（Ｚ４／Ｚ２）ＶＬ・・・（６）
    ここで、
    ＣＬ１は、前記第１電極と前記電線の導体との間の第１結合容量であり、
    ＣＬ２は、前記第２電極と前記電線の導体との間の第２結合容量であり、
    Ｃ１は、前記第１コンデンサの容量であり、
    Ｃ２は、前記第２コンデンサの容量であり、
    Ｃ３は、前記第３コンデンサの容量であり、
    Ｃ４は、前記第４コンデンサの容量であり、
    Ｚ１は、前記第１結合容量を蓄えるコンデンサと前記第１コンデンサとの合成インピーダンスであり、
    Ｚ２は、前記第２結合容量を蓄えるコンデンサと前記第２コンデンサとの合成インピーダンスであり、
    Ｚ３は、前記第３コンデンサのインピーダンスであり、
    Ｚ４は、前記第４コンデンサのインピーダンスであり、
    Ｖ１は、前記第１出力端子の電圧であり、
    Ｖ２は、前記第２出力端子の電圧であり、
    ＶＬは、前記電線の導体の電圧であり、
    前記電線の導体の電圧を算出する請求項１から４のいずれか１項に記載の非接触電圧測定装置。
  6. 前記非接触電圧測定装置はさらに、前記電線を把持する把持部材を備え、
    前記第１電極及び前記第２電極は、前記把持部材に設けられ、
    前記第１電極及び前記第２電極の各々は、前記把持部材が前記電線を把持するときに、前記電線の導体と対向する請求項１から５のいずれか１項に記載の非接触電圧測定装置。
  7. 前記第１電極及び前記第２電極は、前記把持部材が前記電線を把持するときの前記電線の長手方向に沿って離隔して並置される請求項６に記載の非接触電圧測定装置。
  8. 前記第１電極及び前記第２電極は、前記把持部材が前記電線を把持するときに、前記電線の中心軸を挟んで互いに対向するように配置される請求項６に記載の非接触電圧測定装置。
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