(57)【要約】【課題】外部からの振動に影響されず、しかも通電を伴わない電圧測定を行うことのできる電圧測定装置を提供する。【解決手段】本発明の電圧測定装置は、ホール素子と、前記ホール素子に磁場をかける磁石と、前記ホール素子に、前記磁場をかける方向と直交する方向に測定電圧を印加する２枚の金属板とを備え、前記ホール素子に前記測定電圧を印加することによって、前記磁場をかける方向と前記測定電圧を印加する方向とがなす平面と法線をなす方向に前記ホール素子から誘起される電流を計測し、計測した前記電流の値から換算して測定電圧を得ることを特徴とする。【選択図】図１
2014163840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を測定する電圧測定装置において、
ホール素子と、
前記ホール素子に磁場をかける磁石と、
前記ホール素子に、前記磁場をかける方向と直交する方向に測定電圧を印加する２枚の金属板とを備え、
前記ホール素子に前記測定電圧を印加することによって、前記磁場をかける方向と前記測定電圧を印加する方向とがなす平面と、法線をなす方向に前記ホール素子から誘起される電流を計測し、計測した前記電流の値から換算して測定電圧を得ることを特徴とする電圧測定装置。
【請求項２】
前記磁石は電磁石であり、前記電磁石は前記電圧測定装置のゲインを調整することを特徴とする請求項１に記載の電圧測定装置。
【請求項３】
前記２枚の金属板は、それぞれ電気回路の前記電圧の測定対象となる区間の両端に直接接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の電圧測定装置。
【請求項４】
前記２枚の金属板は、それぞれ電気回路の前記電圧の測定対象となる区間の両端に静電結合により接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の電圧測定装置。
【請求項５】
磁石でホール素子に磁場をかけることと、
前記ホール素子に、前記磁場をかける方向と直交する方向に、２枚の金属板により測定電圧を印加することと、
前記磁場をかける方向と前記測定電圧を印加する方向とがなす平面と、法線をなす方向に前記ホール素子から誘起される電流を測定することと、
計測した前記電流の値から換算して測定電圧を得ることと
を含むことを特徴とする電圧測定方法。
【請求項６】
前記磁石は電磁石であり、前記電磁石はゲインを調整することを特徴とする請求項５に記載の電圧測定方法。
【請求項７】
前記２枚の金属板は、それぞれ電気回路の前記電圧の測定対象となる区間の両端に直接接続されることを特徴とする請求項５または６に記載の電圧測定方法。
【請求項８】
前記２枚の金属板は、それぞれ電気回路の前記電圧の測定対象となる区間の両端に静電結合により接続されることを特徴とする請求項５または６に記載の電圧測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧測定装置及び電圧測定方法に関し、より詳細には、ホール素子を用いた電圧測定装置及び電圧測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電圧を測定する方法として、抵抗器を用いて分圧し、電流を測定するという方法が使用されていた。
【０００３】
また、それ以外の電圧測定装置として、電圧印加に伴う物理変形を利用するもの、例えば静電吸引を用いるものがあった。図６は特許文献１に記載の静電吸引型電圧計の原理図である。図６に示すように、特殊形状をした２枚の固定電極６３１、６３２の間に、これとは絶縁されて支持ピン６３５に回転可能に可動電極６３３が設けられている。上記２枚の固定電極６３１、６３２に電圧が加わると、電圧に応じて可動電極６３３は固定電極６３１と６３２との間の静電方向を増す方向へ静電吸引力が働き可動電極６３３が回転する。この動きのトルクが支持ピン６３５に装着したうずまきバネの制御トルクにより平衡され、指針６３６が電圧を指示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２４０６２０号公報
【特許文献２】特開平６−３４７５２６号公報
【特許文献３】特開平１１−２６１１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、抵抗器を用いて分圧する電圧測定方法では、測定対象に直接電極を刺して、通電を伴う測定を行う必要があることから、特に高電圧の測定には危険が伴い、不便であった。
【０００６】
また、特許文献１に記載のような、部材の物理変形を利用して電圧を測定するものであれば通電を伴わない電圧の測定が可能になるが、外部からの振動によって可動電極の動きに影響を与え、電圧計の表示する測定値が振動により影響される問題があり、不便であった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、外部からの振動に影響されず、しかも通電を伴わない電圧測定を行うことのできる電圧測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、ホール素子を用いて電圧を測定することを最も主要な特徴とする。
【０００９】
具体的には、本発明の電圧測定装置は、ホール素子と、前記ホール素子に磁場をかける磁石と、前記ホール素子に、前記磁場をかける方向と直交する方向に測定電圧を印加する２枚の金属板とを備え、前記ホール素子に前記測定電圧を印加することによって、前記磁場をかける方向と前記測定電圧を印加する方向とがなす平面と、法線をなす方向に前記ホール素子から誘起される電流を計測し、計測した前記電流の値から換算して測定電圧を得ることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の電圧測定装置の前記磁石は電磁石であり、前記電磁石は前記電圧測定装置のゲインを調整することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の電圧測定装置の前記２枚の金属板は、それぞれ電気回路の前記電圧の測定対象となる区間の両端に直接接続されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の電圧測定装置の前記２枚の金属板は、それぞれ電気回路の前記電圧の測定対象となる区間の両端に静電結合により接続されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の電圧測定方法は、磁石でホール素子に磁場をかけることと、前記ホール素子に、前記磁場をかける方向と直交する方向に、２枚の金属板により測定電圧を印加することと、前記磁場をかける方向と前記測定電圧を印加する方向とがなす平面と、法線をなす方向に前記ホール素子から誘起される電流を測定することと、計測した前記電流の値から換算して測定電圧を得ることとを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の電圧測定方法の前記磁石は電磁石であり、前記電磁石はゲインを調整することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の電圧測定方法の前記２枚の金属板は、それぞれ電気回路の前記電圧の測定対象となる区間の両端に直接接続されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の電圧測定方法の前記２枚の金属板は、それぞれ電気回路の前記電圧の測定対象となる区間の両端に静電結合により接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電圧測定器は、以上の構成を備えたことにより、外部からの振動に影響されずに電気回路の電圧を測定できる電圧測定装置を実現することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、電圧測定時に通電を伴わない電圧測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ホール素子の働きを示す図である。
【図２】本発明の電圧測定装置の第１の実施形態に係る電圧測定装置２００を示すブロック図である。
【図３】本発明の電圧測定装置の第２の実施形態に係る電圧測定装置３００を示すブロック図である。
【図４】本発明の電圧測定装置の接続方法の第１の実施例を示すブロック図である。
【図５】本発明の電圧測定装置の接続方法の第２の実施例を示すブロック図である。
【図６】従来の電圧測定装置の１例である特許文献１に記載の静電型電圧計の原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の電圧測定装置を説明する前に、まず、ホール素子について説明する。ホール素子は、ホール効果を利用した素子であり、図１は、ホール素子の働きを示す図である。図３に示すように、ホール素子１００のある１方向に磁場をかけ、磁場をかけた方向に直交する方向に電圧を印加する。そうすると、磁場をかけた方向と電圧を印加した方向からなる平面の法線方向に、磁場と電圧の大きさに比例する電流が発生する。ここで、磁場と電圧と電流との印加・発生関係は相互的であることから、ホール素子は、電流を印加して起電力を測定することによる、磁気センサ（特許文献２、特許文献３）として広く利用されている。
【００２１】
［実施形態１］
次に、本発明のホール素子を利用した電圧測定装置を説明する。図２は、本発明の電圧測定装置の第１の実施形態に係る電圧測定装置２００を示すブロック図である。
【００２２】
図２の電圧測定装置２００は、電圧測定部２１０、及び電圧測定端子２２１、２２２を備えている。電圧測定部２１０は、電圧測定端子２２１と２２２との間の電位差を計測するものであり、電圧測定端子２２１および２２２は計測する部分の両端にそれぞれ接続するものである。
【００２３】
さらに電圧測定部２１０は、ホール素子２１１、ホール素子に（図２に示す矢印の方向に）磁場をかける永久磁石２１２、ホール素子２１１に電圧を印加する金属板２１３、２１４、ホール素子２１１と各金属板２１３、２１４との間にそれぞれ挟まれる絶縁体２１５、２１６、及び電流測定器２１７を備えている。
【００２４】
電圧測定端子２２１と２２２とを測定する部分の両端に接続すると、金属板２１３と２１４との間には電位差が発生する。そうすると、金属板２１３、２１４、絶縁体２１５、２１６との間に挟まれたホール素子２１１には、電圧が印加される。また、ホール素子２１１には、永久磁石２１２により電圧が印加される方向と直交する方向に磁場がかけられているため、磁場をかけた方向と電圧を印加した方向からなる平面の法線をなす方向に、磁場と電圧の大きさに比例する電流が発生し、電流測定装置２１７により電流が測定される。
【００２５】
別途設ける電流と電圧との間の換算式を用いて、測定された電流値から電圧値を算出し、電圧値を出力する。電流と電圧との間の換算式は、例えば、最も単純には、電圧値を、電流値の定数倍とすることが考えられる。
【００２６】
［実施形態２］
図３は、本発明の電圧測定装置の第２の実施形態に係る電圧測定装置３００を示すブロック図である。図３の電圧測定装置３００の電圧測定部３１０、及び電圧測定端子３２１、３２２は、図２の電圧測定装置２００の電圧測定部２１０、及び電圧測定端子２２１、２２２と同一である。また、電圧測定部３１０のホール素子３１１、金属板３１３、３１４、絶縁体３１５、３１６、及び電流測定器３１７も、図２の電圧測定装置２００のホール素子２１１、金属板２１３、２１４、絶縁体２１５、２１６、及び電流測定器２１７と同一である。
【００２７】
一方で、図３の電圧測定装置３００は、図２の電圧測定装置２００の永久磁石２１２の代わりに電磁石３１２を使用する。電磁石３１２には駆動用の直流電源３１８が、ボリューム（可変抵抗器）３１９を介して接続される。
【００２８】
ホール効果によって発生する電流は、磁場の強度に比例することから、ボリューム３１９によりゲイン調整を行うことによって、電圧測定の感度を連続的に変化させることができる。
【００２９】
別途設ける電流と電圧との間の換算式（電圧測定装置２００において設けられた換算式とは異なる）を用いて、測定された電流値から電圧値を算出し、電圧値を出力する。電流と電圧との間の換算式は、例えば、最も単純には、電圧値を、磁場の強度値と電流値との積の定数倍とすることが考えられる。
【００３０】
［電圧測定装置の接続方法］
図４は、本発明の電圧測定装置の接続方法の第１の実施例を示すブロック図である。図４は、電気回路４１１、電源４１２、配線４１３、４１４、電圧測定部４１５及び接点４１６、４１７を備えている。
【００３１】
電気回路４１１と電源４１２とは配線４１３及び４１４を介して接続されている。電圧測定部４１５は、配線４１３及び４１４と、接点４１６及び４１７において接続されている。電圧測定部は、接点４１６と４１７との電位差、つまり配線４１３と４１４との間の電位差を計測するものである。
【００３２】
図５は、本発明の電圧測定装置の接続方法の第２の実施例を示すブロック図である。図４と同様に電気回路５１１と電源５１２とは配線５１３及び５１４を介して接続されている。電圧測定部５１５は、配線５１３及び５１４と、接点５１６及び５１７において接続されている。ただし、接点５１６及び５１７は静電結合による接続であるため、電圧測定部からの配線は、実際に配線５１３及び５１４と接触・通電しているわけではない。
【００３３】
接点５１６及び５１７はそれぞれ配線５１３及び５１４との間で電位差が生じるため、接点５１６と５１７との間でも電位差が生じ、電圧測定部５１５によって、接点５１６と５１７との間の電位差が計測される。
【００３４】
図４のように電圧測定装置を接続した場合、電圧測定装置が各配線に直接接続するため、両配線の電位差を直接計測することができ、測定精度が高くなる。一方で、図５のように電圧測定装置を接続した場合、電圧測定装置が各配線に直接接触しないため、接点における通電を伴わずに電圧が測定でき、測定時の安全性が高いというメリットがある。
【符号の説明】
【００３５】
１００、２１１、３１１  ホール素子
２００、３００  電圧測定装置
２１０、３１０、４１５、５１５  電圧測定部
２２１、２２２、３２１、３２２、４１６、４１７、５１６、５１７  電圧測定端子
２１２  永久磁石
２１３、２１４、３１３、３１４  金属板
２１５、２１６、３１５、３１６  絶縁体
２１７、３１７  電流測定器
３１８  直流電源
３１９  ボリューム（可変抵抗器）
４１１、５１１  電気回路
４１２、５１２  電源
４１３、４１４、５１３、５１４  配線
６３１、６３２  固定電極
６３３  可動電極
６３４  うずまきバネ
６３５  支持ピン
６３６  指針
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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