特許 6964598 非接触電圧計測装置および診断システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6964598

(24)【登録日】2021年10月21日

(45)【発行日】2021年11月10日

(54)【発明の名称】非接触電圧計測装置および診断システム

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/16 20060101AFI20211028BHJP

   G01R 19/00 20060101ALI20211028BHJP

【ＦＩ】

   G01R15/16

   G01R19/00 A

【請求項の数】13

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2018-550896(P2018-550896)

(86)(22)【出願日】2016年11月15日

(86)【国際出願番号】JP2016083806

(87)【国際公開番号】WO2018092188

(87)【国際公開日】20180524

【審査請求日】2019年2月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 哲司

(72)【発明者】

【氏名】永田 稔

(72)【発明者】

【氏名】牧 晃司

【審査官】 越川 康弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１５３６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１３９９２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２４２８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１７４８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１７７３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３１３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３４６２４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−０５１０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１４１０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−０２００６４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ １５／１６

Ｇ０１Ｒ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長尺状に延びる心線の外周部を絶縁体で被覆し、前記絶縁体で被覆された電線の前記心線に加わる電圧を前記心線と非接触で計測する非接触電圧計測装置であって、
前記絶縁体で被覆された電線の外周部を両側から挟んで把持する固定部と、
前記固定部の電線把持側の内周面に対向して、内周面の面積が等しく形成されて設けられた第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極に接続された第１の計測用コンデンサおよび第１の分圧用コンデンサと、
前記第２の電極に接続された第２の計測用コンデンサおよび第２の分圧用コンデンサと、
前記第１の計測用コンデンサおよび前記第１の分圧用コンデンサの高電位側で、前記電線の前記心線と前記第１の電極間の前記電線の絶縁被覆の静電容量を計測する第１ノードと、
前記第２の計測用コンデンサおよび前記第２の分圧用コンデンサの高電位側で、前記電線の前記心線と前記第２の電極間の前記電線の絶縁被覆の静電容量を計測する第２ノードと、
前記第１ノードと前記第２ノード間に設けられ設置時または校正時に閉となるスイッチと、
前記スイッチに直列接続されたコンデンサと、
前記第１の計測用コンデンサに加わる電圧、および前記第２の計測用コンデンサに加わる電圧を測定する電圧測定手段と、を備え、
前記電圧測定手段は、
設置時または校正時には、前記スイッチを閉じて前記第１ノードと前記第２ノード間を前記コンデンサを介して短絡し、さらに前記第１の分圧用コンデンサの両端を短絡して前記コンデンサに流れる電流が０になるように、前記固定部の押圧力を調整した場合において、前記第１の計測用コンデンサに加わる電圧、および前記第２の計測用コンデンサに加わる電圧を測定する
を備えることを特徴とする非接触電圧計測装置。

【請求項2】

長尺状に延びる心線の外周部を絶縁体で被覆し、前記絶縁体で被覆された電線の前記心線に加わる電圧を前記心線と非接触で計測する非接触電圧計測装置であって、
前記絶縁体で被覆された電線の外周部を挟んで把持する固定部と、
前記固定部の電線把持側に設けられた第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極に接続された第１の計測用コンデンサおよび第１の分圧用コンデンサと、
前記第２の電極に接続された第２の計測用コンデンサおよび第２の分圧用コンデンサと、
前記第１の計測用コンデンサおよび前記第１の分圧用コンデンサの高電位側で、前記電線の前記心線と前記第１の電極間の前記電線の絶縁被覆の静電容量を計測する第１ノードと、
前記第２の計測用コンデンサおよび前記第２の分圧用コンデンサの高電位側で、前記電線の前記心線と前記第２の電極間の前記電線の絶縁被覆の静電容量を計測する第２ノードと、
前記第１ノードと前記第２ノード間に設けられ設置時または校正時に閉となるスイッチと、
前記スイッチに直列接続されたコンデンサと、
前記第１の計測用コンデンサに加わる電圧、および前記第２の計測用コンデンサに加わる電圧を測定する第１の端子および第２の端子と、を備え、
設置時または校正時には、前記スイッチを閉じて前記第１ノードと前記第２ノード間を前記コンデンサを介して短絡し、さらに前記第１の分圧用コンデンサの両端を短絡して前記コンデンサに流れる電流が０になるように、前記固定部の押圧力を調整した場合において、前記第１の計測用コンデンサに加わる電圧、および前記第２の計測用コンデンサに加わる電圧を測定する
を備えることを特徴とする非接触電圧計測装置。

【請求項3】

長尺状に延びる心線の外周部を絶縁体で被覆し、前記絶縁体で被覆された電線の前記心線に加わる電圧を前記心線と非接触で計測する非接触電圧計測装置であって、
前記絶縁体で被覆された電線の外周部を、第１の板状部材と第２の板状部材とで挟むクリップ、または、円環状の下側固定部と上側固定部とで把持する筒状固定部のいずれかである固定部と、
前記固定部の電線把持側の内周面に所定距離離隔して設けられた第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極に接続された第１の計測用コンデンサおよび第１の分圧用コンデンサと、
前記第２の電極に接続された第２の計測用コンデンサおよび第２の分圧用コンデンサと、
前記第１の計測用コンデンサおよび前記第１の分圧用コンデンサの高電位側で、前記電線の前記心線と前記第１の電極間の前記電線の絶縁被覆の静電容量を計測する第１ノードと、
前記第２の計測用コンデンサおよび前記第２の分圧用コンデンサの高電位側で、前記電線の前記心線と前記第２の電極間の前記電線の絶縁被覆の静電容量を計測する第２ノードと、
前記第１ノードと前記第２ノード間に設けられ設置時または校正時に閉となるスイッチと、
前記スイッチに直列接続されたコンデンサと、
前記第１の計測用コンデンサに加わる電圧、および前記第２の計測用コンデンサに加わる電圧を測定する電圧測定手段と、を備え、
前記電圧測定手段は、
設置時または校正時には、前記スイッチを閉じて前記第１ノードと前記第２ノード間を前記コンデンサを介して短絡し、さらに前記第１の分圧用コンデンサの両端を短絡して前記コンデンサに流れる電流が０になるように、前記固定部の押圧力を調整した場合において、前記第１の計測用コンデンサに加わる電圧、および前記第２の計測用コンデンサに加わる電圧を測定する
を備えることを特徴とする非接触電圧計測装置。

【請求項4】

前記第１の計測用コンデンサの容量、前記第１の分圧用コンデンサの容量、前記第２の計測用コンデンサおよび前記第２の分圧用コンデンサと、測定された前記電圧および前記電圧とに基づいて前記電線の心線に加わる電圧を演算する演算手段を備える
ことを特徴とする請求項３に記載の非接触電圧計測装置。

【請求項5】

前記第１の電極と前記第２の電極との離隔距離は、
前記電線の心線の外周部から前記第１の電極または前記第２の電極までの半径方向の距離より大きい
ことを特徴とする請求項３に記載の非接触電圧計測装置。

【請求項6】

前記固定部は、前記第１の電極を前記電線に押圧する力と前記第２の電極を前記電線に押圧する力とが等しくなるように把持する
ことを特徴とする請求項３に記載の非接触電圧計測装置。

【請求項7】

前記第１の電極が前記電線に接触する面積と前記第２の電極が前記電線に接触する面積とは等しく形成される
ことを特徴とする請求項３に記載の非接触電圧計測装置。

【請求項8】

前記固定部が、前記筒状固定部である場合、前記筒状固定部の両端部に取り付けられ、前記電線を前記筒状固定部の内周面を有する筒状部分の外の空間で前記電線を挟持する挟持部を備える
ことを特徴とする請求項３に記載の非接触電圧計測装置。

【請求項9】

前記固定部が、前記筒状固定部である場合、
前記第１の電極は、前記筒状固定部の下側固定部と上側固定部のうち一方の筒状端部の内周面に備えられ、
前記第２の電極は、前記筒状固定部の下側固定部と上側固定部のうち前記一方ではない他方の筒状端部の内周面に備えられる
ことを特徴とする請求項３に記載の非接触電圧計測装置。

【請求項10】

前記固定部が、前記筒状固定部である場合、
前記第１の電極は、前記筒状固定部の下側固定部と上側固定部のうち一方の筒状端部の第１の内周面に備えられ、
前記第２の電極は、前記筒状固定部の下側固定部と上側固定部のうち前記一方ではない他方の筒状端部の前記第１の内周面に対向する第２の内周面に備えられる
ことを特徴とする請求項８に記載の非接触電圧計測装置。

【請求項11】

前記固定部が、前記クリップである場合、
前記第１の板状部材に前記第１の電極が設置され、前記第２の板状部材に前記第２の電極が設置される
ことを特徴とする請求項３に記載の非接触電圧計測装置。

【請求項12】

前記固定部が、前記筒状固定部である場合、
前記筒状固定部は、前記第１の電極を前記電線に押圧する力と前記第２の電極を前記電線に押圧する力とを調整可能な調整手段を備える
ことを特徴とする請求項３に記載の非接触電圧計測装置。

【請求項13】

請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の非接触電圧計測装置により計測された電圧を用いて回転機を含む機器の状態を診断する診断システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非接触電圧計測装置および診断システムに関する。

【背景技術】

【0002】

生産設備に組み込まれたモータ（電動機）や発電機といった回転機が突発故障すると、回転機の計画外の修理作業や置換作業が必要となり、生産設備の稼働率低下や生産計画の見直しが必要となる。この突発故障を未然に防ぐために、モータを適宜停止させ、オフラインで診断することで、劣化具合を把握し突発故障をある程度防ぐことができる。オフライン診断のためには、回転機を停止させる必要があり、生産設備の稼働率低下を招くことになる。また、劣化の種類によっては、回転時にのみ顕在化するものもある。さらに、回転機の振動や電流の情報をもとに回転機の状態を診断することに対するニーズが存在する。

【0003】

診断の精度を上げるためには、回転機の電圧情報を併用することが考えられる。例えば、電流の変化の要因が、運転状態が変化したことによるものなのか、回転機の何らかの異常によるものなのかを、モータに印加される電圧の情報をもとに判断し、誤報および失報を減らすことができる。
電圧の情報を取得するためには、電圧が印加された金属部位に電圧プローブを接続し固定する必要がある。回転機の場合、金属が露出した部位は一般にモータ端子箱内部のモータ引き出し線と配線ケーブルの接続部が考えられる。しかし、電圧プローブをモータ引き出し線と配線ケーブルの接続部に電気的に接続するためには、電圧プローブをモータ引き出し線と配線ケーブルの接続を一時的に解き（解線）、電圧プローブに接続するケーブルと一緒にボルト等で固定する必要がある。特に、高電圧の回転機では、モータ引き出し線と配線ケーブルの接続部の金属部位が露出しないように絶縁処理が施されている場合もある。解線後の絶縁処理の工数や、解線によるケーブル誤配線の可能性を理由に、実際に駆動している設備に対して新規に電圧プローブを接続するハードルが高い。

【0004】

特許文献１には、絶縁体を挟んで設けられた第１，第２電極と、前記第１電極に接続された容量の異なる第１，第２の基準コンデンサと、前記第１，第２の基準コンデンサを切換える切換えスイッチと、前記芯線に印加される交流電圧を前記第１電極と芯線との間で形成される結合容量と前記第１または第２の基準コンデンサの間で分圧した分圧電圧Ｖ１，Ｖ２を求める第１分圧電圧検出回路と、この第１分圧電圧検出回路の出力を測定する第１電圧測定手段と、前記第２電極に接続された第３の基準コンデンサと、を備える非接触電圧測定装置が記載されている。

【0005】

特許文献２には、電線の外側に設けられて前記心線との間に容量が未知である第１結合容量を形成する第１電極と、第１コンデンサと前記第１コンデンサにコンデンサを介さないで並列に接続された開閉手段を有する並列回路と、タイミング信号を発生するタイミン信号発生手段と、前記タイミング信号に従って前記開閉手段の開閉を制御する開閉制御手段と、を有する非接触型交流電圧測定装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００６−８４３８０号公報

【特許文献2】特許５８４７３３９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載の非接触電圧測定装置は、スイッチ切り替えを必要とし電気的または機械的にスイッチを動作させるための動作システムが必要で非接触電圧計測用のシステムが複雑な構成となるという課題がある。
特許文献２に記載の非接触型交流電圧測定装置は、特許文献１に記載の装置と同様に、スイッチを必要とするため、システムが複雑な構成となる課題があった。また、一定周波数の計測にのみ対応しているため、過渡的に変動する電圧や想定外の周波数で変動する電圧波形を推定できないという課題がある。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電線の電圧を解線不要で取得することができる非接触電圧計測装置および診断システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の非接触電圧計測装置は、長尺状に延びる心線の外周部を絶縁体で被覆し、前記絶縁体で被覆された電線の前記心線に加わる電圧を前記心線と非接触で計測する非接触電圧計測装置であって、前記絶縁体で被覆された電線の外周部を両側から挟んで把持する固定部と、前記固定部の電線把持側の内周面に対向して、内周面の面積が等しく形成されて設けられた第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極に接続された第１の計測用コンデンサおよび第１の分圧用コンデンサと、前記第２の電極に接続された第２の計測用コンデンサおよび第２の分圧用コンデンサと、前記第１の計測用コンデンサおよび前記第１の分圧用コンデンサの高電位側で、前記電線の前記心線と前記第１の電極間の前記電線の絶縁被覆の静電容量を計測する第１ノードと、前記第２の計測用コンデンサおよび前記第２の分圧用コンデンサの高電位側で、前記電線の前記心線と前記第２の電極間の前記電線の絶縁被覆の静電容量を計測する第２ノードと、前記第１ノードと前記第２ノード間に設けられ設置時または校正時に閉となるスイッチと、前記スイッチに直列接続されたコンデンサと、前記第１の計測用コンデンサに加わる電圧、および前記第２の計測用コンデンサに加わる電圧を測定する電圧測定手段と、を備え、前記電圧測定手段は、設置時または校正時には、前記スイッチを閉じて前記第１ノードと前記第２ノード間を前記コンデンサを介して短絡し、さらに前記第１の分圧用コンデンサの両端を短絡して前記コンデンサに流れる電流が０になるように、前記固定部の押圧力を調整した場合において、前記第１の計測用コンデンサに加わる電圧、および前記第２の計測用コンデンサに加わる電圧を測定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、電線の電圧を解線不要で取得することができる非接触電圧計測装置および診断システムを提供する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る非接触電圧計測装置の構成を示す図である。

【図2】上記第１の実施形態に係る非接触電圧計測装置の等価回路図である。

【図3】上記第１の実施形態に係る非接触電圧計測装置の固定部で把持された電線の断面図である。

【図4】上記第１の実施形態に係る非接触電圧計測装置を使用した非接触電圧計測システムの構成を示すブロック図である。

【図5】上記第１の実施形態に係る非接触電圧計測装置を使用した非接触電圧計測システムの非接触電圧計測の検証結果を示す図であり、（ａ）は、電線の心線に印加した電圧の波形図、（ｂ）は、非接触電圧計測システムの出力部の出力電圧の波形図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る非接触電圧計測装置の構成を示す図である。

【図7】本発明の第３の実施形態に係る非接触電圧計測装置の構成を示す図である。

【図8】本発明の第４の実施形態に係る非接触電圧計測装置の構成を示す図であり、（ａ）は全体構成を示す斜視図、（ｂ）は要部斜視図である。

【図9】上記第４の実施形態に係る非接触電圧計測装置の固定部の挟持部のタイプを示す図である。

【図10】本発明の第５の実施形態に係る非接触電圧計測装置の構成を示す図である。

【図11】上記第５の実施形態に係る非接触電圧計測装置の校正時における等価回路図である。

【図12】上記第５の実施形態に係る非接触電圧計測装置の非接触電圧計測装置の校正時における等価回路図である。

【図13】本発明の参考例に係る非接触電圧計測装置の校正時における等価回路図である。

【図14】本発明の第７の実施形態に係る非接触電圧計測装置を使用したモータ診断装置の構成図である。

【図15】上記各実施形態に係る非接触電圧計測装置の三相の電線を把持する固定部の断面図である。

【図16】電流および非接触電圧計測装置の出力電圧を軸に設定し、正常状態のクラスタから計測データまでの多次元空間上の距離から異常度を算出した計算結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る非接触電圧計測装置の構成を示す図である。図２は、図１の非接触電圧計測装置の等価回路図である。図３は、図１の非接触電圧計測装置の固定部で把持された電線の断面図である。
図１および図２に示すように、非接触電圧計測装置１００は、電線１０（図３参照）を両側から挟んで把持する筒状の固定部１１０と、固定部１１０の電線把持側の内周面に距離Ｄ２離隔して設けられた第１の電極１２１および第２の電極１２２と、第１の電極１２１に接続された第１の計測用コンデンサＣ３および分圧用コンデンサＣ２（第１の分圧用コンデンサ）と、第２の電極１２２に接続された第２の計測用コンデンサＣ３’と、第１の計測用コンデンサＣ３に加わる電圧Ｖ１を測定するための端子１３１（電圧測定手段）と、第２の計測用コンデンサＣ３’に加わる電圧Ｖ２を測定するための端子１３２（電圧測定手段）と、を備える。

【0013】

図３に示すように、電線１０は、銅材料等からなる心線（撚り線の場合を含む）１１の外周部を絶縁体１２で被覆したケーブルである。心線１１の外周部から第１の電極１２１または第２の電極１２２までの半径方向の距離をＤ１とする。距離Ｄ１のうち、大部分は絶縁体１２の絶縁被膜で占められるが、心線（撚り線の場合は空隙が多い）１１と絶縁被膜との界面、および絶縁被膜と第１の電極１２１または第２の電極１２２との界面には僅かに空気層が存在する。
図２に示すように、電線１０の心線１１と第１の電極１２１の間の絶縁被膜（図２破線囲み部分参照）の静電容量Ｃ１、電線１０の心線１１と第２の電極１２２の間の絶縁被膜の静電容量Ｃ２とする。この静電容量Ｃ１，Ｃ２と、心線１１の交流電圧Ｅ（以下、電圧Ｅという）とが未知の値である。第１の計測用コンデンサＣ３、分圧用コンデンサＣ２、第２の計測用コンデンサＣ３’、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２は、既知の値または測定可能な値である。
非接触電圧計測装置１００は、第１の計測用コンデンサＣ３、分圧用コンデンサＣ２、第２の計測用コンデンサＣ３’、電圧Ｖ１、および電圧Ｖ２を基に、絶縁体１２で被覆された心線１１に加わる電圧Ｅを心線１１と非接触で計測するものである。

【0014】

<固定部>
図１に示すように、固定部１１０は、電線１０（図３参照）を下側から支える断面視して半円環状の下側固定部１１０ａと、下側固定部１１０ａと組み合わされて電線１０を上側から押圧する断面視して半円環状の上側固定部１１０ｂと、下側固定部１１０ａの底部を固定するとともに端子１３１，１３２を引き出す台座１１０ｃと、を備える。また、図示は省略するが、下側固定部１１０ａと上側固定部１１０ｂとを、同心円状に重ね合わせて固定する固定手段を備える。この固定手段は、例えば下側固定部１１０ａおよび上側固定部１１０ｂの一方の端部に設けられたヒンジ部（図示省略）と、他方の端部に設けられたフック部（図示省略）である。また、この固定手段は、後記する図１０に示す下側固定部１１０ａおよび上側固定部１１０ｂのフランジ部同士を締結するボルト／ナットである。
固定部１１０は、下側固定部１１０ａと上側固定部１１０ｂとを同心円状に重ね合わせて円筒部として電線１０（図３参照）を把持し、固定手段（図示省略）によって電線１０を半径方向に押圧する。固定部１１０は、第１の電極１２１および第２の電極１２２がそれぞれ等しい押圧力で電線１０を挟んで把持するように構成される。

【0015】

固定部１１０の設置位置について説明する。
固定部１１０を設置する位置としては、特に限定されないが、モータの振動等で動かない位置やグランド（ＧＮＤ）と接続し易い位置に設置することが望ましい。モータ端子台の内部、モータ筺体、インバータボックスの内部、またはケーブル引き回し部のうちから、上記観点で選ぶことができる。また、経年変化を考慮して、振動で動きにくい位置、例えばインバータボックスの内部、またはケーブル引き回し部のケーブルラック（天井から吊られている配線を通す梯子状の器具）に固定してもよい。

【0016】

固定部１１０は、第１の計測用コンデンサＣ３、分圧用コンデンサＣ２、および／または第２の計測用コンデンサＣ３’を、内部に収容する構成を採る。あるいは、固定部１１０は、第１の計測用コンデンサＣ３、分圧用コンデンサＣ２、および／または第２の計測用コンデンサＣ３’を、固定部１１０に備えられた第１の電極１２１および第２の電極１２２と端子１３１，１３２に接続するための端子を備える。すなわち、非接触電圧計測装置１００は、固定部１１０内部に各コンデンサを収容する構造と、前記各コンデンサを固定部１１０外部に外付けする構成のいずれでもよい。前者の構成は、取扱が容易であることと、コンデンサが露出しないので安全性がより高い利点がある。後者の構成は、コンデンサを内蔵しないので低コスト化を図ることができることと、コンデンサの選択が容易である利点がある。

【0017】

<第１の電極および第２の電極>
図１に示すように、第１の電極１２１および第２の電極１２２は、固定部１１０の内周部に湾曲して形成された金属プレートまたは金属箔である。第１の電極１２１および第２の電極１２２は、電気的に絶縁されている。
第１の電極１２１および第２の電極１２２は、固定部１１０が、下側固定部１１０ａと上側固定部１１０ｂとに２分割される構成を採る関係で、下側固定部１１０ａと上側固定部１１０ａの内周部にそれぞれ形成されているが、下側固定部１１０ａと上側固定部１１０ｂとが１つに組み合わされた場合（電線押圧時）には、電気的に接続されてリング状電極を形成する。
第１の電極１２１と第２の電極１２２の内周面の面積Ｓは、等しく形成される。また、第１の電極１２１と第２の電極１２２は、固定部１１０によって、ほぼ同じ押圧力で電線１０（図３参照）に押し当てられる。

【0018】

第１の電極１２１は、円筒状の固定部１１０の一方の端部側に設けられ、第２の電極１２２は、第１の電極１２１と所定距離Ｄ２離隔した他方の端部側に設けられる。第１の電極１２１と第２の電極１２２とは、距離Ｄ２離隔した上で、できるだけ近接して設置されることが望ましい。第１の電極１２１と第２の電極１２２とを近接して設置することで、固定部１１０による電線１０への押圧力を等しくすることができるとともに、第１の電極１２１および第２の電極１２２が固定部１１０の外部から受ける湿気・振動などの環境変化の影響を揃えることができる。
ここで、電線１０（図３参照）の心線１１から第１の電極１２１または第２の電極１２２までの半径方向の距離Ｄ１と、第１の電極１２１と第２の電極１２２間の距離Ｄ２は、Ｄ２＞Ｄ１である。

【0019】

また、電線１０が、撚り線の場合、単線の場合よりも心線１１の外周面に空隙が多い。このような撚り線の電線１０の電圧を測定する用途に用いる非接触電圧計測装置１００では、固定部１１０に設ける第１の電極１２１および第２の電極１２２の内周面の面積Ｓをより大きくすることが望ましい。図１の構成では、第１の電極１２１および第２の電極１２２を長手方向に長くする。

【0020】

図１に示すように、第１の電極１２１は、直列接続された分圧用コンデンサＣ２および第１の計測用コンデンサＣ３を介してＧＮＤに接続される。分圧用コンデンサＣ２と第１の計測用コンデンサＣ３間の接続点Ｎ１は、電圧Ｖ１を測定するための端子１３１に接続される。
また、第２の電極１２２は、第２の計測用コンデンサＣ３’を介してＧＮＤに接続される。第２の電極１２２と第２の計測用コンデンサＣ３’間の接続点Ｎ２は、電圧Ｖ２を測定するための端子１３２に接続される。

【0021】

以下、上述のように構成された非接触電圧計測装置１００の電圧計測方法について説明する。
非接触電圧計測装置１００は、電線１０の心線１１に電圧Ｅが印加されている場合、心線１１に加わる電圧Ｅを心線１１と非接触で計測するものである。
図１に示すように、非接触電圧計測装置１００は、電線１０（ケーブル）（図３参照）を覆う固定部１１０を備え、固定部１１０には面積Ｓが同じ２つの第１の電極１２１および第２の電極１２２を形成する。電線１０の心線１１から第１の電極１２１または第２の電極１２２までの半径方向の距離Ｄ１、第１の電極１２１と第２の電極１２２間の距離Ｄ２とする。
また、第１の電極１２１には、既知の第１の計測用コンデンサＣ３および分圧用コンデンサＣ２が接続され、第２の電極１２２には、既知の第２の計測用コンデンサＣ３’が接続される。端子１３１を介して第１の計測用コンデンサＣ３に加わる電圧Ｖ１を測定することができ、端子１３２を介して第２の計測用コンデンサＣ３’に加わる電圧Ｖ２を測定することができる。

【0022】

図１に示すように、非接触電圧計測装置１００の固定部１１０に面積Ｓが同じ２つの第１の電極１２１および第２の電極１２２を形成し、固定部１１０によって２つの第１の電極１２１および第２の電極１２２をほぼ同じ押圧力で電線１０（図３参照）に押し当てる。第１の電極１２１および第２の電極１２２は、電気的に絶縁されている必要がある。
電線１０の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）と分圧用コンデンサＣ２および第１の計測用コンデンサＣ３の静電容量（Ｃ２，Ｃ３）で分圧された電圧Ｖ１，Ｖ２を、電線１０の２箇所で計測する。
電線１０の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）は未知の値であり、分圧用コンデンサＣ２および第１の計測用コンデンサＣ３の静電容量（Ｃ２，Ｃ３）および電線１０の２箇所で計測した電圧（Ｖ１，Ｖ２）は既知の値である。
本実施形態では、固定部１１０に面積Ｓが同じ２つの第１の電極１２１および第２の電極１２２を形成し、２つの第１の電極１２１および第２の電極１２２をほぼ同じ押圧力で電線１０に押し当てている。このことから、電線１０の絶縁被覆（図２破線囲み部分参照）の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）には、Ｃ１≒Ｃ１’の関係が成立する。以下、電線１０の静電容量Ｃについて説明する。
電線１０の静電容量Ｃは、式（１）で示される。

【0023】

Ｃ＝２πε_０ε_ｒＬ（ｌｏｇ（（ａ＋ｂ）／ａ））^−１ …（１）
ただし、
ε_０：真空の誘電率
ε_ｒ：絶縁被膜の比誘電率
Ｌ：電極の長さ
ａ：電線の心線の半径
ｂ：電線の心線の外周部から電極までの距離

【0024】

上述したように、図３に示す電線１０の心線１１の外周部から第１の電極１２１または第２の電極１２２までの絶縁体１２において、大部分は絶縁被膜で占められる。また、心線１１と絶縁被膜との界面、および絶縁被膜と第１の電極１２１または第２の電極１２２との界面の一部には僅かに空気層が存在し、電線１０の心線１１の外周部から第１の電極１２１または第２の電極１２２までの合成の比誘電率をε_ｒと表している。
また、上記式（１）の半径ａは、図３に示す心線１１の中心から心線１１の外周部までの半径方向の距離である。距離ｂは、図３に示す心線１１の外周部から第１の電極１２１または第２の電極１２２までの半径方向の距離Ｄ１である。上記式（１）の長さＬは、固定部１１０における第１の電極１２１（または第２の電極１２２）の心線１１の軸方向の距離である。第１の電極１２１の内周面の面積Ｓは２πＬ（ａ＋ｂ）で表され、第２の電極１２２と等しい面積である。
ここで、固定部１１０が電線１０を両側から挟んで押圧することで、絶縁体１２の絶縁被膜は圧縮され、上記式（１）の距離ｂは、小さくなる。

【0025】

第１の計測用コンデンサＣ３、分圧用コンデンサＣ２、第２の計測用コンデンサＣ３’、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２は、既知の値である。また、２箇所で電圧（Ｖ１，Ｖ２）の値を計測する。電線１０の心線１１と第１の電極１２１の間の絶縁被膜（図２破線囲み部分参照）の静電容量Ｃ１、電線１０の心線１１と第２の電極１２２の間の絶縁被膜の静電容量Ｃ２と、電圧Ｅとが未知の値である。
固定部１１０に面積Ｓが同じ２つの第１の電極１２１および第２の電極１２２を形成し、２つの第１の電極１２１および第２の電極１２２をほぼ同じ押圧力で電線１０に押し当てている。このことから、電線１０の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）には、Ｃ１≒Ｃ１’の関係が成立する。静電容量の差を無視して、Ｃ１＝Ｃ１’と近似すると、以下の関係式（２）〜（４）が成立する。

【0026】

【数1】

【0027】

上記関係式（２）〜（４）から、心線１１の電圧Ｅは、式（５）で示される。

【0028】

【数2】

ただし、上記式（５）において、Ｖ１−Ｖ２＝０は禁止される。Ｖ１−Ｖ２＝０の場合は、Ｅ＝０のみ成立する。

【0029】

ここで仮に、電線１０の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）が吸湿等により変化した場合であっても第１の電極１２１と第２の電極１２２とは近接した位置に形成されているため、Ｃ１とＣ１’は同じように劣化する。このため、環境の変化や経年変化に伴う電圧計測の影響を抑えることができる。
また、仮に心線１１の電圧Ｅが既知の場合、その既知の電圧Ｅを補正用の電圧として使用し、Ｃ１，Ｃ１’の差異を補正してもよい。その場合は、Ｃ１−Ｃ１’の静電容量をＣ２に入れ込む方法が考えられる。もしくは、Ｃ１＝Ｃ１’となるように電線１０の押圧力を調整する方法が考えられる。

【0030】

図４は、非接触電圧計測装置１００を使用した非接触電圧計測システム１５０の構成を示すブロック図である。
非接触電圧計測システム１５０は、非接触電圧計測装置１００を使用し、非接触で電圧値（心線１１の電圧Ｅ）を出力する。
図４に示すように、非接触電圧計測システム１５０は、第１の計測用コンデンサＣ３に加わる電圧Ｖ１を測定する第１電圧計測部１５１（電圧測定手段）と、第２の計測用コンデンサＣ３’に加わる電圧Ｖ２を測定する第２電圧計測部１５２（電圧測定手段）と、測定した電圧（Ｖ１，Ｖ２）、分圧用コンデンサＣ２および第１の計測用コンデンサＣ３の静電容量（Ｃ２，Ｃ３）を基に、式（５）に従って心線１１の電圧Ｅを演算する演算部１５３（演算手段）と、演算した電圧Ｅを出力する出力部１５４と、を備える。
なお、第１電圧計測部１５１は、図１に示す端子１３１に接続され、第２計測部１５２は、図１に示す端子１３２に接続される。

【0031】

第１電圧計測部１５１および第２電圧計測部１５２は、電圧センサから構成される。第１電圧計測部１５１および第２電圧計測部１５２は、電線１０（図３参照）の２箇所で電圧（Ｖ１，Ｖ２）の値を計測し、演算部１５３に入力する。
演算部１５３は、マイクロコンピュータ等により構成される。演算部１５３は、図１に示す分圧用コンデンサＣ２および第１の計測用コンデンサＣ３の静電容量（Ｃ２，Ｃ３）の値を記憶している。
演算部１５３は、計測した電圧（Ｖ１，Ｖ２）と、分圧用コンデンサＣ２および第１の計測用コンデンサＣ３の静電容量（Ｃ２，Ｃ３）とに基づいて、上記式（５）に従って心線１１の電圧Ｅを推定演算する。
出力部１５４は、推定演算で得られた電圧Ｅの値をアナログまたはデジタルデータとして出力する。出力部１５４は、例えばモニタ等の表示部、プリンタ等の印刷部、データを送信する通信部である。

【0032】

図５は、非接触電圧計測システム１５０の非接触電圧計測の検証結果を示す図であり、図５（ａ）は、心線１１に印加した電圧の波形図、図５（ｂ）は、出力部１５４の出力電圧の波形図である。
電線１０（図３参照）の心線１１に既知の電圧を印加し、出力部１５４の電圧と比較することで、非接触電圧計測システム１５０の非接触電圧計測を検証した。図５に示すように、電線１０の心線１１に印加された電圧（図５（ａ）参照）と出力電圧（図５（ｂ）参照）とが完全に一致し、本実施形態の効果を検証することができた。

【0033】

以上説明したように、本実施形態の非接触電圧計測装置１００は、電線１０を両側から挟んで把持する筒状の固定部１１０と、固定部１１０の電線把持側の内周面に距離Ｄ２離隔して設けられた第１の電極１２１および第２の電極１２２と、第１の電極１２１に接続された第１の計測用コンデンサＣ３および分圧用コンデンサＣ２と、第２の電極１２２に接続された第２の計測用コンデンサＣ３’と、第１の計測用コンデンサＣ３に加わる電圧Ｖ１を測定するための端子１３１と、第２の計測用コンデンサＣ３’に加わる電圧Ｖ２を測定するための端子１３２と、を備える。また、非接触電圧計測システム１５０は、非接触電圧計測装置１００を使用し、電線１０の心線１１に加わる電圧Ｅを、式（５）のＥ＝（Ｃ３／Ｃ２）×（Ｖ１Ｖ２／（Ｖ１−Ｖ２））を用いて演算する。

【0034】

この構成により、絶縁体１２で被覆された電線１０の心線１１に加わる電圧Ｅを心線１１と非接触で計測することができる。その結果、回転機などの機器の電圧情報を解線不要で取得することができる。

【0035】

また、本実施形態の非接触電圧計測装置１００は、特許文献１，２に記載の装置のように、スイッチやスイッチ切り替え制御が不要であり、簡素な構成で電圧情報を取得することができる。しかも、本実施形態の非接触電圧計測装置１００は、電圧（Ｖ１，Ｖ２）を常時計測できるので、過渡的に変動する電圧や想定外の周波数で変動する電圧波形を測定することができる。

【0036】

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る非接触電圧計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図６に示すように、非接触電圧計測装置２００は、電線１０（図３参照）を両側から挟んで把持する筒状の固定部１１０と、固定部１１０の電線把持側の内周面に対向して設けられた第１の電極２２１および第２の電極２２２と、第１の電極２２１に接続された第１の計測用コンデンサＣ３および分圧用コンデンサＣ２と、第２の電極２２２に接続された第２の計測用コンデンサＣ３’と、第１の計測用コンデンサＣ３に加わる電圧Ｖ１を測定するための端子１３１と、第２の計測用コンデンサＣ３’に加わる電圧Ｖ２を測定するための端子１３２と、を備える。
上述したように、電線１０の心線１１と第１の電極２２１の間の絶縁被膜の静電容量Ｃ１、電線１０の心線１１と第２の電極２２２の間の絶縁被膜の静電容量Ｃ２と、心線１１の電圧Ｅとが未知の値である。第１の計測用コンデンサＣ３、分圧用コンデンサＣ２、第２の計測用コンデンサＣ３’、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２は、既知の値または測定可能な値である。

【0037】

<第１の電極および第２の電極>
図６に示すように、第１の電極２２１および第２の電極２２２は、固定部１１０の内周部に湾曲して形成された金属プレートまたは金属箔である。第１の電極２２１および第２の電極２２２は、電気的に絶縁されている。
第１の電極２２１は、固定部１１０の下側固定部１１０ａの半円内周部の中央に形成されている。第２の電極２２２は、固定部１１０の上側固定部１１０ｂの半円内周部の中央に形成されている。
下側固定部１１０ａと上側固定部１１０ｂとが１つに組み合わされた場合（電線押圧時）には、第１の電極２２１と第２の電極２２２とは、電線１０（図３参照）を挟んで対向する。
第１の電極２２１と第２の電極２２２の内周面の面積Ｓは、等しく形成される。また、第１の電極２２１と第２の電極２２２は、固定部１１０によって、ほぼ同じ押圧力で電線１０に押し当てられる。

【0038】

第１の電極２２１と第２の電極２２２とは、固定部１１０の内周面に対向して設置することで、固定部１１０による電線１０への押圧力を等しくすることができるとともに、第１の電極２２１および第２の電極２２２が固定部１１０の外部から受ける湿気・振動などの環境変化の影響を揃えることができる。

【0039】

図６に示すように、第１の電極２２１は、直列接続された分圧用コンデンサＣ２および第１の計測用コンデンサＣ３を介してＧＮＤに接続される。分圧用コンデンサＣ２と第１の計測用コンデンサＣ３間の接続点Ｎ１は、電圧Ｖ１を測定するための端子１３１に接続される。
また、第２の電極２２２は、第２の計測用コンデンサＣ３’を介してＧＮＤに接続される（接地される）。第２の電極２２２と第２の計測用コンデンサＣ３’間の接続点Ｎ２は、電圧Ｖ２を測定するための端子１３２に接続される。

【0040】

以下、上述のように構成された非接触電圧計測装置２００の電圧計測方法について説明する。
図６に示すように、非接触電圧計測装置２００の固定部１１０の電線把持側に面積Ｓが同じ２つの第１の電極２２１および第２の電極２２２を対向して配置し、固定部１１０によって２つの第１の電極２２１および第２の電極２２２を同じ押圧力で電線１０（ケーブル）（図３参照）に押し当てる。固定部１１０は、第１の電極２２１と第２の電極２２２とを両側から把持するので、第１の電極２２１と第２の電極２２２の押圧力は同じとなる。
電線１０の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）と分圧用コンデンサＣ２および第１の計測用コンデンサＣ３の静電容量（Ｃ２，Ｃ３）で分圧された電圧Ｖ１，Ｖ２を、電線１０の２箇所で計測する。
本実施形態では、固定部１１０に面積Ｓが同じ２つの第１の電極２２１および第２の電極２２２を形成し、２つの第１の電極２２１および第２の電極２２２を同じ押圧力で電線１０に押し当てている。このことから、前記式（５）が成立する。

【0041】

ここで仮に、電線１０の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）が吸湿等により変化した場合であっても第１の電極２２１と第２の電極２２２とは対向した位置に形成されているため、Ｃ１とＣ１’は同じように劣化する。このため、環境の変化や経年変化に伴う電圧計測の影響を抑えることができる。
また、第１の実施の形態と同様に、仮に心線１１の電圧Ｅが既知の場合、その既知の電圧Ｅを補正用の電圧として使用し、Ｃ１，Ｃ１’の差異を補正してもよい。その場合は、Ｃ１−Ｃ１’の静電容量をＣ２に入れ込む方法が考えられる。もしくは、Ｃ１＝Ｃ１’となるように電線１０の押圧力を調整する方法が考えられる。
本実施の形態の非接触電圧計測装置２００を、図４に示す非接触電圧計測システム１５０に適用することができ、同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、固定部１１０が、第１の電極２２１と第２の電極２２２とを両側から把持するので、第１の電極２２１と第２の電極２２２の押圧力は同じとなる。このため、押圧力を同じに揃える調整が不要となり装置をより簡略化できる。ただし、後記する第５の実施形態のような押圧力の調整による静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）のキャリブレーションは制限される。また、本実施の形態では、固定部１１０の長手方向の寸法を短くすることができ、装置をより小型化できる。

【0042】

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る非接触電圧計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図７に示すように、非接触電圧計測装置３００は、電線１０を挟んで把持する固定部３１０と、固定部３１０の電線把持側に設けられた第１の電極３２１および第２の電極３２２と、第１の電極３２１に接続された第１の計測用コンデンサＣ３および分圧用コンデンサＣ２と、第２の電極３２２に接続された第２の計測用コンデンサＣ３’と、第１の計測用コンデンサＣ３に加わる電圧Ｖ１を測定するための端子３２１と、第２の計測用コンデンサＣ３’に加わる電圧Ｖ２を測定するための端子３２２と、を備える。
電線１０の心線１１と第１の電極３２１の間の絶縁被膜の静電容量Ｃ１、電線１０の心線１１と第２の電極３２２の間の絶縁被膜の静電容量Ｃ２と、心線１１の電圧Ｅとが未知の値である。第１の計測用コンデンサＣ３、分圧用コンデンサＣ２、第２の計測用コンデンサＣ３’、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２は、既知の値または測定可能な値である。

【0043】

<固定部>
図７に示すように、固定部３１０は、電線１０を下側から挟む板状の下側固定部３１０ａ（第１の板状部材）と、下側固定部３１０ａと組み合わされて電線１０を上側から挟む板状の上側固定部３１０ｂ（第２の板状部材）と、電線把持側と反対側の端部で下側固定部３１０ａと上側固定部３１０ｂとを軸支する軸３１１と、下側固定部３１０ａと上側固定部３１０ｂとを電線１０の把持方向に付勢するバネ３１２と、を備える。
固定部３１０は、電線１０を下側固定部３１０ａと上側固定部３１０ｂとで挟むクリップである。固定部３１０は、下側固定部３１０ａの第１の電極３２１側と上側固定部３１０ｂの第２の電極３２２側をバネ３１２に抗して拡げることで電線１０を把持し、電線１０を軸３１１の周方向で押圧する。固定部３１０は、第１の電極３２１および第２の電極３２２がそれぞれ等しい押圧力で電線１０を挟んで把持する。

【0044】

固定部３１０は、第１の計測用コンデンサＣ３、分圧用コンデンサＣ２、および／または第２の計測用コンデンサＣ３’を、内部に収容する構成を採る。あるいは、固定部３１０は、第１の計測用コンデンサＣ３、分圧用コンデンサＣ２、および／または第２の計測用コンデンサＣ３’を、固定部３１０に備えられた第１の電極３２１および第２の電極３２２と端子３３１，３３２に接続するための端子を備える。すなわち、非接触電圧計測装置３００は、固定部３１０内部に各コンデンサを収容する構造と、前記各コンデンサを固定部３１０外部に外付けする構成のいずれでもよい。前者の構成は、取扱が容易であることと、コンデンサが露出しないので安全性がより高い利点がある。後者の構成は、コンデンサを内蔵しないので低コスト化を図ることができることと、コンデンサの選択が容易である利点がある。特に、本実施形態のように、装着容易なクリップ形状であって、バネ３１２の付勢力で電線１０を挟む構成の場合には、より簡便に使用することが想定される。そこで、固定部３１０内部に各コンデンサを収容しておくことが望ましく、使い勝手をより向上させることができる。

【0045】

<第１の電極および第２の電極>
図７に示すように、第１の電極３２１および第２の電極３２２は、固定部３１０の把持側に形成された金属プレートまたは金属箔である。第１の電極３２１および第２の電極３２２は、電気的に絶縁されている。
心線１１の電圧Ｅの測定時、第１の電極３２１と第２の電極３２２とは、電線１０を把持する。
第１の電極３２１と第２の電極３２２の面積Ｓは、等しく形成される。また、第１の電極３２１と第２の電極３２２は、固定部３１０によって、同じ押圧力で電線１０に押し当てられる。

【0046】

図７に示すように、第１の電極３２１は、直列接続された分圧用コンデンサＣ２および第１の計測用コンデンサＣ３を介してＧＮＤに接続される。分圧用コンデンサＣ２と第１の計測用コンデンサＣ３間の接続点Ｎ１は、電圧Ｖ１を測定するための端子１３１に接続される。
また、第２の電極３２２は、第２の計測用コンデンサＣ３’を介してＧＮＤに接続される。第２の電極３２２と第２の計測用コンデンサＣ３’間の接続点Ｎ２は、電圧Ｖ２を測定するための端子１３２に接続される。

【0047】

以下、上述のように構成された非接触電圧計測装置３００の電圧計測方法について説明する。
図７に示すように、非接触電圧計測装置３００の固定部３１０の電線把持側に面積Ｓが同じ２つの第１の電極３２１および第２の電極３２２を対向して配置し、固定部３１０によって２つの第１の電極３２１および第２の電極３２２を同じ押圧力で電線１０に押し当てる。固定部３１０は、電線１０を下側固定部３１０ａと下側固定部３１０ａとで挟むクリップであることで、第１の電極３２１および第２の電極３２２は同じ押圧力で電線１０に押し当てられる。
電線１０の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）と分圧用コンデンサＣ２および第１の計測用コンデンサＣ３の静電容量（Ｃ２，Ｃ３）で分圧された電圧Ｖ１，Ｖ２を、電線１０の２箇所で計測する。
本実施形態では、固定部３１０に面積Ｓが同じ２つの第１の電極３２１および第２の電極３２２を形成し、２つの第１の電極３２１および第２の電極３２２を同じ押圧力で電線１０に押し当てている。このことから、前記式（５）が成立する。

【0048】

ここで仮に、電線１０の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）が吸湿等により変化した場合であっても第１の電極３２１と第２の電極３２２とは対向した位置に形成されているため、Ｃ１とＣ１’は同じように劣化する。このため、環境の変化や経年変化に伴う電圧計測の影響を抑えることができる。

【0049】

本実施の形態の非接触電圧計測装置３００を、図４に示す非接触電圧計測システム１５０に適用することができ、同様の効果を得ることができる。
本実施の形態の非接触電圧計測装置３００は、下側固定部１１０ａと上側固定部１１０ｂとをバネ３１２で電線１０を挟む構成とすることで、非接触電圧計測装置３００を簡便に設置および取り外しをすることが可能になる。ただし、長期間設置し続ける場合は、第１および第２の実施形態のように、固定部３１０を電線１０に対して動かないように固定することが望ましい。

【0050】

（第４の実施形態）
第１〜３の実施形態では、固定部の電極を電線に密着させる構成について説明した。本発明は、固定部の電極と電線とが密着していることは必須ではなく、空気層を介して接続されていてもよい。
図８は、本発明の第４の実施形態に係る非接触電圧計測装置の構成を示す図であり、図８（ａ）はその全体構成を示す斜視図、図８（ｂ）はその要部斜視図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図８（ａ）に示すように、非接触電圧計測装置４００は、電線１０（図３参照）を把持する筒状の固定部４１０と、固定部４１０の両端部に取り付けられ、電線１０を固定部４１０の内周面上の空間で挟持する挟持部４２０と、固定部４１０の電線把持側の内周面に距離Ｄ２離隔して設けられた第１の電極１２１および第２の電極１２２と、第１の電極１２１に接続された第１の計測用コンデンサＣ３および分圧用コンデンサＣ２と、第２の電極１２２に接続された第２の計測用コンデンサＣ３’と、第１の計測用コンデンサＣ３に加わる電圧Ｖ１を測定するための端子１３１と、第２の計測用コンデンサＣ３’に加わる電圧Ｖ２を測定するための端子１３２と、を備える。
上述したように、電線１０（図３参照）の心線１１と第１の電極１２１の間の絶縁被膜の静電容量Ｃ１、電線１０の心線１１と第２の電極１２２の間の絶縁被膜の静電容量Ｃ２と、心線１１の電圧Ｅとが未知の値である。第１の計測用コンデンサＣ３、分圧用コンデンサＣ２、第２の計測用コンデンサＣ３’、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２は、既知の値または測定可能な値である。

【0051】

<固定部および挟持部>
図８（ａ）に示すように、固定部４１０は、断面視して半円環状の下側固定部４１０ａと、下側固定部４１０ａと組み合わされ、断面視して半円環状の上側固定部４１０ｂと、下側固定部４１０ａの底部を固定するとともに端子１３１，１３２を引き出す台座４１０ｃと、を備える。
図８（ｂ）に示すように、下側固定部４１０ａおよび上側固定部４１０ｂの両端部には、挟持部４２０の取付け部４２０ｃを差し込むための開口部４１１が形成されている。挟持部４２０は、固定部４１０から着脱自在である。
また、図示は省略するが、下側固定部４１０ａと上側固定部４１０ｂとを、同心円状に重ね合わせて固定する固定手段を備える。この固定手段は、例えば下側固定部４１０ａおよび上側固定部４１０ｂの一方の端部に設けられたヒンジ部（図示省略）と、他方の端部に設けられたフック部（図示省略）である。また、この固定手段は、後記する図１０に示す下側固定部４１０ａおよび上側固定部４１０ｂのフランジ部同士を締結するボルト／ナットである。

【0052】

図８（ｂ）に示すように、挟持部４２０は、板状部材の本体部４２０ａと、本体部４２０ａの上端部に形成されたＶ溝４２０ｂと、本体部４２０ａの下端部から本体部４２０ａと直交する方向に延出する取付け部４２０ｃと、からなる。取付け部４２０ｃは、下側固定部４１０ａおよび上側固定部４１０ｂの両端部に形成された開口部４１１に差し込まれて固定される（図８（ａ）参照）。取付け部４２０ｃは、幅広に形成された開口部４１１に隙間なく装着されるので、取付け後にガタつくことはない。図９に示すように、挟持部４２０は、電線１０（電線１０_＃１〜１０_＃３）の太さ（径方向の幅）に合わせて、本体部４２０ａ（図８（ａ）参照）の長さの異なる複数のタイプ（挟持部４２０_＃１〜４２０_＃３）が用意されている。なお、本体部４２０ａの長さの種別に代えてまたは併用して、Ｖ溝４２０ｂ（図８（ａ）参照）の傾斜角度が異なる複数のタイプを用意する態様でもよい。取付け部４２０ｃ（図８（ａ）参照）は、共通化されているので、電線１０の太さに合わせて交換可能である。

【0053】

固定部４１０は、第１の計測用コンデンサＣ３、分圧用コンデンサＣ２、および／または第２の計測用コンデンサＣ３’を、内部に収容する構成を採る。あるいは、固定部４１０は、第１の計測用コンデンサＣ３、分圧用コンデンサＣ２、および／または第２の計測用コンデンサＣ３’を、固定部４１０に備えられた第１の電極１２１および第２の電極１２２と端子１３１，１３２に接続するための端子を備える。すなわち、非接触電圧計測装置４００は、固定部４１０内部に各コンデンサを収容する構造と、前記各コンデンサを固定部４１０外部に外付けする構成のいずれでもよい。

【0054】

本実施形態では、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
特に、本実施形態の非接触電圧計測装置４００は、固定部４１０の一部として、挟持部４２０を備える。挟持部４２０を介して電線１０を挟持することで電線１０の太さによらず心線１１の電圧を計測することができる。なお、本実施形態では、第１〜第３の実施形態のように、電極と電線が密着しておらず空気層を介して接続されているので、計測信号レベルは若干低下する。

【0055】

（第５の実施形態）
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る非接触電圧計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１０に示すように、非接触電圧計測装置５００は、電線１０（図３参照）を両側から挟んで把持する筒状の固定部５１０と、固定部５１０の電線把持側の内周面に距離Ｄ２離隔して設けられた第１の電極１２１および第２の電極１２２と、第１の電極１２１に接続された第１の計測用コンデンサＣ３および分圧用コンデンサＣ２と、第２の電極１２２に接続された第２の計測用コンデンサＣ３’と、第１の計測用コンデンサＣ３に加わる電圧Ｖ１を測定するための端子１３１（電圧測定手段）と、第２の計測用コンデンサＣ３’に加わる電圧Ｖ２を測定するための端子１３２（電圧測定手段）と、を備える。

【0056】

<固定部>
図１０に示すように、固定部５１０は、電線１０（図３参照）を下側から支える断面視して半円環状の下側固定部５１０ａと、下側固定部５１０ａと組み合わされて電線１０を上側から押圧する断面視して半円環状の上側固定部５１０ｂと、下側固定部５１０ａの底部を固定するとともに端子１３１，１３２を引き出す台座５１０ｃと、を備える。
下側固定部５１０ａは、径方向に拡がるフランジ部５１１ａを有し、上側固定部５１０ｂは、下側固定部５１０ａのフランジ部５１１ａに対向するように形成されたフランジ部５１１ｂを有する。フランジ部５１１ａおよびフランジ部５１１ｂの両端部には、フランジ部５１１ａ，５１１ｂ同士を締結するボルト５１２ａ〜５１２ｄ（調整手段）を通すための貫通孔（図示省略）が形成されている。フランジ部５１１ａとフランジ部５１１ｂは、ボルト５１２ａ〜５１２ｄおよびナット５１３ａ〜５１３ｄ（調整手段）により締結され、下側固定部５１０ａと上側固定部５１０ｂとが同心円状に重ね合わせて固定される。

【0057】

ここで、フランジ部５１１ａ，５１１ｂの両端部のボルト５１２ａ〜５１２ｄのうち、一方側（図１０では前方側）のボルト５１２ａ，５１２ｂと、他方側（図１０では後方側）のボルト５１２ｃ，５１２ｄとの締付け具合を調整することで、固定部５１０が第１の電極１２１に押し当てる押圧力と第２の電極１２２に押し当てる押圧力とを変えることができる。第１の電極１２１に押し当てる押圧力と第２の電極１２２に押し当てる押圧力とを変えることで、第１の電極１２１または第２の電極１２２までの半径方向の距離Ｄ１を異ならせることができ、その結果、電線１０の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）を校正（キャリブレーション）時に異ならせることができる。

【0058】

<例１>
図１１は、図１０の非接触電圧計測装置５００の校正時における等価回路図である。
図１１に示すように、非接触電圧計測装置５００は、校正時には、電線１０の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）を、コンデンサＣ４とスイッチ５２１を介して短絡する。また、分圧用コンデンサＣ２の両端を信号線５２２およびスイッチ５２３を介して短絡する。さらに、短絡時にＣ１’からコンデンサＣ４に流れる電流ｉを電流センサ５２４により測定する。
以上の構成において、非接触電圧計測装置５００は、校正時には、Ｃ１’とＣ１をコンデンサＣ４とスイッチ５２１を介して短絡し、さらに分圧用コンデンサＣ２の両端をスイッチで短絡する。Ｃ１’＝Ｃ１となるように、つまりコンデンサＣ４に流れる電流ｉが０になるように固定部５１０（図１０参照）の押圧力を調整する。具体的には、下側固定部５１０ａと上側固定部５１０ｂとを重ね合わせる際、フランジ部５１１ａとフランジ部５１１ｂのボルト５１２ａ〜５１２ｄおよびナット５１３ａ〜５１３ｄの締結力（締付ける力）を調整しながら行う。コンデンサＣ４に流れる電流ｉが０になるように、固定部５１０の押圧力を調整することで、校正完了後には、非接触電圧計測装置５００は、図２に示す等価回路図での電圧計測を実現することができ、精度の高い非接触電圧計測が可能になる。
ここで、本実施の形態では、スイッチ５２１，５２３を使用しているが、非接触電圧計測装置５００の設置時または校正時にのみスイッチ５２１，５２３を使用し、それ以外はスイッチ５２１，５２３をオープンにする、または、コンデンサＣ４および短絡用の回路を取り外すようにしてもよい。

【0059】

非接触電圧計測装置５００は、固定部５１０に面積Ｓが同じ２つの第１の電極１２１および第２の電極１２２を形成し、２つの第１の電極１２１および第２の電極１２２をほぼ同じ押圧力で電線１０に押し当てている。このことから、電線１０の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）には、Ｃ１≒Ｃ１’の関係が成立する。静電容量の差を無視して、Ｃ１＝Ｃ１’と近似する（図１１破線囲み部分参照）と、以下の関係式（６）〜（８）が成立する。

【0060】

【数3】

【0061】

上記関係式（６）〜（８）から、心線１１の電圧Ｅは、式（９）で示される。

【0062】

【数4】

【0063】

また、仮に心線１１の電圧Ｅが既知の場合、その既知の電圧Ｅを補正用の電圧として使用し、Ｃ１，Ｃ１’の差異を補正してもよい。その場合は、Ｃ１−Ｃ１’の静電容量を分圧用コンデンサＣ２に入れ込む方法が考えられる。すなわち、前記式（６）（７）における電圧Ｅが既知であるとしたならば、前記式（９）を用いて、前記式（４）のＣ１’＝Ｃ１であることを検証することができる。また、Ｃ１，Ｃ１’の差異を補正する具体的方法としては、図１０に示す非接触電圧計測装置５００の下側固定部５１０ａおよび上側固定部５１０ｂのフランジ部５１１ａ，５１１ｂのボルト５１２ａ，５１２ｂの締結力と、ボルト５１２ｃ，５１２ｄの締結力とを変える。例えば、校正によりＣ１’＞Ｃ１であると判定した場合、第１の電極１２１側の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１）を、第２の電極１２２側の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１’）よりも相対的に大きくするよう補正する。具体的には、固定部５１０（図１０参照）のボルト５１２ａ，５１２ｂの締結力を、ボルト５１２ｃ，５１２ｄの締結力よりも大きくするか、ボルト５１２ｃ，５１２ｄを緩める方法がある。

【0064】

<例２>
図１２は、図１０の非接触電圧計測装置５００の校正時における等価回路図である。
図１２に示すように、非接触電圧計測装置５００は、校正時には、電線１０の絶縁被覆の静電容量（Ｃ１，Ｃ１’）を、コンデンサＣ４を介して短絡する。校正例１（図１１参照）との違いは、分圧用コンデンサＣ２と、第１の計測用コンデンサＣ３と第２の計測用コンデンサＣ３’とが接続されていない点である。短絡時にＣ１’からコンデンサＣ４に流れる電流ｉを電流センサ５２４により測定する。
以上の構成において、非接触電圧計測装置５００は、校正時には、Ｃ１’とＣ１をコンデンサＣ４介して短絡する。Ｃ１’＝Ｃ１となるように、つまりコンデンサＣ４に流れる電流ｉが０になるように固定部５１０（図１０参照）の押圧力を調整する。コンデンサＣ４に流れる電流ｉが０になるように、固定部５１０の押圧力を調整することで、精度の高い非接触電圧計測が可能になる。
固定部５１０の押圧力調整が完了した後は、図２に示す等価回路に付け替えることで、精度良く、心線の電圧を計測することができる。
また、仮に心線１１の電圧Ｅが既知の場合、その既知の電圧Ｅを補正用の電圧として使用し、Ｃ１，Ｃ１’の差異を補正してもよい。その場合は、Ｃ１−Ｃ１’の静電容量を分圧用コンデンサＣ２に入れ込む方法が考えられる。

【0065】

（参考例）
図１３は、本発明の参考例に係る非接触電圧計測装置の校正時における等価回路図である。
図１３に示すように、参考例に係る非接触電圧計測装置６００は、第１の電極１２１（図１参照）に接続された第１の計測用コンデンサＣ３および分圧用コンデンサＣ２と、第１の電極１２２（図１参照）に接続された第２の計測用コンデンサＣ５および分圧用コンデンサＣ４’と、を備える。すなわち、非接触電圧計測装置６００は、図２の非接触電圧計測装置１００にさらに、Ｃ１’側に分圧用のコンデンサＣ４’を追加した場合の参考例である。
非接触電圧計測装置６００は、Ｃ１側で分圧用コンデンサＣ２および第１の計測用コンデンサＣ３の静電容量（Ｃ２，Ｃ３）で分圧する場合と同様に、Ｃ１’側においても分圧用コンデンサＣ４’および第２の計測用コンデンサＣ５の静電容量（Ｃ４’，Ｃ５）で分圧する。このときの分圧された電圧Ｖ１，Ｖ２を、電線１０の２箇所で計測する。
第１の実施形態と考え方は同様であり、以下の関係式（１０）〜（１２）が成立する。

【0066】

【数5】

【0067】

上記関係式（１０）〜（１２）から、心線１１の電圧Ｅは、式（１３）で示される。

【0068】

【数6】

【0069】

（第７の実施形態）
図１４は、本発明の第７の実施形態に係る非接触電圧計測装置を使用したモータ診断装置の構成図である。
図１４に示すように、電源１から給電線２ａ，２ｂ，２ｃを介してモータ３（回転機）に電力が供給されている。ここでは、給電線を３本利用する３相モータの場合を示したが、異なる相数であってもよい。
電流センサ４ａ，４ｂ，４ｃは、給電線２ａ，２ｂ，２ｃそれぞれを囲むように配置され、相電流を測定している。電流センサ４ｄは、給電線２ａ，２ｂ，２ｃを囲むように配置され、零相電流を測定している。電流センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの種類については限定されない。電流センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、例えば貫通型電流センサ、クランプ型電流センサ、分割型電流センサ、磁気光学効果を用いた光ファイバセンサ等を使用することができる。
また、給電線２ａ，２ｂ，２ｃには、非接触電圧センサ６ａ，６ｂ，６ｃが接続されている。非接触電圧センサ６ａ，６ｂ，６ｃには、上述した各実施形態の非接触電圧計測装置１００〜６００が備えられている。非接触電圧センサ６ａ，６ｂ，６ｃは、それぞれ三相の給電線２ａ，２ｂ，２ｃの電圧（電位）Ｅを非接触で検出し、低電圧の信号に変換してデータ処理装置５に伝達する。
データ処理装置５は、非接触電圧センサ６ａ，６ｂ，６ｃの信号を基に三相の給電線２ａ，２ｂ，２ｃの相電圧を検出する。ここで、３相全てに電流および非接触電圧センサが接続された例を示したが、センサ数は着目したい相のみに限定してもよい。また、零相電流センサ２ｄについては設置してもしなくてもよい。ただし、特に絶縁に起因する劣化の兆候を得るためには設置することが望ましい。
上記電流センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、非接触電圧センサ６ａ，６ｂ，６ｃ、およびデータ処理装置５は、電源１から給電線２ａ，２ｂ，２ｃを介してモータ３に電力を供給する場合のモータ診断装置１０００を構成する。

【0070】

図１５は、非接触電圧計測装置の三相の電線を把持する固定部の断面図である。
図１５に示すように、固定部７１０は、三相の電線（給電線２ａ，２ｂ，２ｃ）を下側から支える断面視して３つの半円環が連なる下側固定部７１０ａと、下側固定部７１０ａと組み合わされて三相の電線を上側から押圧する断面視して３つの半円環が連なる上側固定部７１０ｂと、を備える。また、固定部７１０の内周面には、三相分の第１の電極７２１ａ，７２１ｂ，７２１ｃと第２の電極（図示省略）が設けられている。
三相全てに設置する場合は、図１５に示すように、一つの固定部７１０で三相分の第１の電極７２１ａ，７２２ｂ，７２１ｃと第２の電極（図示省略）に対応させることができる。固定部７１０を設置する位置としては、モータの振動等で動かない位置に設置することが望ましい。これにより、３相全てに設置する際の設置容易性が向上する。

【0071】

<診断方法>
診断方法については特に限定されない。例えば、電流の閾値と非接触電圧センサ６ａ，６ｂ，６ｃで計測した電圧情報による診断が考えられる。具体的には、予め閾値を超えて相電流および漏れ電流が流れた場合に、印加電圧の変化の有無を調べ、印加電圧が変化していない場合に異常と判断し、ユーザにその情報を伝達する。また、電流値を電圧値で割った値に対して閾値を設けて異常の有無を調べることもできる。
より微弱な信号を検知するためには、機械学習を適用することもできる。例えば、電流および非接触電圧計測装置１００〜６００の出力電圧を軸に設定し、それらの振幅から正常状態のクラスタを形成する。正常状態のクラスタから計測データまでの多次元空間上の距離から異常度を算出することができる。上記では信号の振幅を診断に使用したが、例えば信号を信号処理し得られた値を軸にとり、異常度を算出してもよい。信号処理とは、例えばフーリエ変換、ウェーブレット変換、ラプラス変換、平滑化処理、ノイズ除去処理、データ間引き、周波数フィルタリング、実効値変換などが挙げられ、それらを任意に組み合わせた処理を施してもよい。フーリエ変換、ウェーブレット変換、ラプラス変換を実行した場合は、各周波数成分の値を軸にとり異常度を算出すればよい。
また、異常度算出の指標として、正常状態のクラスタから計測データまでの多次元空間上の距離を、正常状態のクラスタの分散で割った値を使用してもよい。設定する軸はドメイン知識に基づき自由に設定することができる。

【0072】

図１６は、電流および非接触電圧計測装置の出力電圧を軸に設定し、正常状態のクラスタから計測データまでの多次元空間上の距離から異常度を算出した計算結果を示す図である。
図１６に示すように、劣化進行に伴う異常度の変化を検知することができた。
なお、上記各実施形態の非接触電圧計測装置１００〜６００により計測された電圧Ｅを用いるものであれば、どのような診断装置に適用してもよい。また、回転機には、モータ（電動機）のほか、風力発電機などの発電機が含まれる。また、回転機にかぎらず、電源から電線（ケーブル）により電圧を供給する機器であればどのような機器の診断装置にも適用可能である。例えば、適用できる装置の一例として、高電圧モータ／発電機、中〜定電圧モータ／発電機、インバータ、変圧器等の産業機器、電気機器全般が挙げられる。

【0073】

本発明は上記の実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0074】

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

【符号の説明】

【0075】

１ 電源
２ａ，２ｂ，２ｃ 給電線
３ モータ（回転機）
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 電流センサ
５ データ処理装置
６ａ，６ｂ，６ｃ 非接触電圧センサ
１０，１０＃１〜１０＃３ 電線
１１ 心線
１２ 絶縁体
１００，２００，３００，４００，５００ 非接触電圧計測装置
１１０，３１０，４１０，５１０ 固定部
１１０ａ，４１０ａ，５１０ａ 下側固定部
１１０ｂ，４１０ｂ，５１０ｂ 上側固定部
１１０ｃ，４１０ｃ，５１０ｃ 台座
１２１，２２１，３２１ 第１の電極
１２２，２２２，３２２ 第２の電極
１３１，１３２，３３１，３３２ 端子（電圧測定手段）
１５０ 非接触電圧計測システム
１５１ 第１電圧計測部（電圧測定手段）
１５２ 第２電圧計測部（電圧測定手段）
１５３ 演算部（演算手段）
１５４ 出力部
３１０ａ 下側固定部（第１の板状部材）
３１０ｂ 上側固定部（第２の板状部材）
３１１ 軸
３１２ バネ
４２０，４２０＃１〜４２０＃３ 挟持部
４２０ａ 本体部
４２０ｂ Ｖ溝
４２０ｃ 取付け部
４１１ 開口部
５１１ａ，５１１ｂ フランジ部
５１２ａ〜５１２ｄ ボルト（調整手段）
５１３ａ〜５１３ｄ ナット（調整手段）
１０００ モータ診断装置
Ｃ１ 電線の心線と第１の電極の間の絶縁被膜の静電容量
Ｃ２ 電線の心線と第２の電極の間の絶縁被膜の静電容量
Ｃ３ 第１の計測用コンデンサ
Ｃ２ 分圧用コンデンサ（第１の分圧用コンデンサ）
Ｃ３’ 第２の計測用コンデンサ
Ｃ４ 分圧用コンデンサ（第２の分圧用コンデンサ）
Ｃ５ 第２の計測用コンデンサ
Ｅ 交流電圧（電圧）
Ｖ１ 第１の計測用コンデンサに加わる電圧
Ｖ２ 第２の計測用コンデンサに加わる電圧
Ｄ１ 心線の外周部から第１の電極または第２の電極までの半径方向の距離
Ｄ２ 第１の電極と第２の電極間の距離
Ｓ 第１の電極と第２の電極の内周面の面積
Ｎ１ 分圧用コンデンサＣ２と第１の計測用コンデンサＣ３間の接続点
Ｎ２ 第２の電極と第２の計測用コンデンサ間の接続点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】