(57)【要約】【課題】大電流・高電圧の負荷がかかる場合であっても破損を防止すること。【解決手段】電源装置２から供給される電力を用いて、耐雷試験を行う供試体９に対して、雷が発生した場合に流れる電流を疑似した電流を供給する電流発生装置１であって、電源装置２から供給される電力を蓄積し、放出する電気二重層コンデンサと、供試体９に対し、電気二重層コンデンサに蓄積された電力の供給可否を切り替える半導体スイッチ３と、半導体スイッチ３と供試体９との間に接続され、半導体スイッチ３に所定以上の電流が流れる場合に、半導体スイッチ３と供試体９との接続を切断する保護部４とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置から供給される電力を用いて、耐雷試験を行う供試体に対して、雷が発生した場合に流れる電流を疑似した電流を供給する電流発生装置であって、
電源装置から供給される電力を蓄積し、放出する電気二重層コンデンサと、
前記供試体に対し、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力の供給可否を切り替える半導体スイッチと、
前記半導体スイッチと前記供試体との間に接続され、該半導体スイッチに所定値以上の電流が流れる場合に、前記半導体スイッチと前記供試体との接続を切断する保護手段と
を具備する電流発生装置。
【請求項２】
前記保護手段は、第１アレスタおよびヒューズのうち、少なくともどちらか１つを備える請求項１に記載の電流発生装置。
【請求項３】
前記回路手段と前記半導体スイッチとの間に、第２アレスタを具備する請求項１または請求項２に記載の電流発生装置。
【請求項４】
前記供試体が、航空機の構造部材である請求項１から請求項３のいずれかに記載の電流発生装置を備える航空機用試験装置。
【請求項５】
前記供試体が、風力発電装置の構造部材である請求項１から請求項３のいずれかに記載の電流発生装置を備える風力発電装置用試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、航空機等が雷撃によって受ける影響を試験するために、雷撃時の雷サージを疑似する電流分布を発生させる電流発生装置が提供されている。従来、耐雷試験に用いられる電流発生装置においては、二次電池を利用して電荷を蓄積し、蓄積された二次電池の電荷により電流を発生させるものが知られているが、耐雷試験を繰り返し実施し、充放電が繰り返されることにより、比較的早い段階で二次電池の寿命が尽きてしまうことが知られている。こうしたことから、二次電池は頻繁な交換が必要となるため、電流発生装置としてのメンテナンス性が悪く、また、二次電池は充電に時間を要するので、試験を終了してから次回試験を行うまでの試験間隔が長くなることが問題になっていた。
上述の問題に対する対策として、二次電池よりも寿命が長く、短時間でエネルギーが貯蔵できるメンテナンス性のよい蓄電装置として二次電池の代わりに電気二重層コンデンサを用いて高電流を発生させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７５６８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、雷を疑似するような大電流・高電圧等による急激な充電を電気二重層コンデンサに対して行うと、発火や破損が発生する危険があるという問題があった。また、他の試験装置と同時に試験を行った場合に、供試体等を介して逆流する大電流等がある場合には、供試体に対する電流供給のオンオフを切り替えるスイッチが破損するという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、大電流・高電圧の負荷がかかる場合であっても破損を防止することのできる電流発生装置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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、電源装置から供給される電力を用いて、耐雷試験を行う供試体に対して、雷が発生した場合に流れる電流を疑似した電流を供給する電流発生装置であって、電源装置から供給される電力を蓄積し、放出する電気二重層コンデンサと、前記供試体に対し、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力の供給可否を切り替える半導体スイッチと、前記半導体スイッチと前記供試体との間に接続され、該半導体スイッチに所定値以上の電流が流れる場合に、前記半導体スイッチと前記供試体との接続を切断する保護手段とを具備する電流発生装置を提供する。
【０００７】
このような構成によれば、電気二重層コンデンサは、電源装置から供給される電力を蓄積し、半導体スイッチが切り替えられることにより蓄積された電力が供試体に供給される。また、半導体スイッチと供試体との間に設けられた保護手段によって、半導体スイッチに所定値以上の電流が流れる場合に、半導体スイッチと供試体との接続が切断される。
このように、電気二重層コンデンサを用いるので、二次電池を用いる場合と比較して、充放電をさせる装置としての劣化速度を低減させることができる。これにより、二次電池を用いる場合と比較して、作業者による充放電の装置の交換作業が低減するので、電流発生装置のメンテナンス性が向上する。
【０００８】
また、電気二重層コンデンサに蓄積された電力の供試体への供給可否の切り替えは、半導体スイッチによって行われるので、例えば、１ミリ秒単位での比較的短時間での印加時間を設定する、或いは、長い印加時間を設定する等の印加時間の調整（および微調整）ができる。さらに、半導体スイッチに所定値以上の電流が流れる場合に、供試体との接続が切断されるので、例えば、雷発生状況を疑似するような供試体側に複数の異なる回路を接続し、大電圧かつ大電流によって試験を行う場合に、供試体側から大きな電流が逆流してきたとしても、保護手段により切り離され、半導体スイッチを保護することができる。
【０００９】
上記電流発生装置の前記保護手段は、第１アレスタおよびヒューズのうち、少なくともどちらか１つを備えることが好ましい。
第１アレスタおよびヒューズのうち、少なくともどちらか１つが設けられることにより、例えば、供試体側から大電流が逆流することがあったとしても、確実に半導体スイッチと供試体との接続を切断することができる。
【００１０】
上記電流発生装置の前記保護回路手段と前記半導体スイッチとの間に、第２アレスタを具備することとしてもよい。
保護回路手段と半導体スイッチとの間に第２アレスタを設けるので、保護回路手段と半導体スイッチとの接続を切断することができる。例えば、保護回路手段が正しく動作せず、半導体スイッチに所定以上の電流が流れるにも関わらず、供試体との切断ができない場合が生じたとしても、第２アレスタを設けることで、確実に供試体側と半導体スイッチとを切断することができる。
【００１１】
本発明は、前記供試体が、航空機の構造部材である上記いずれかに記載の電流発生装置を備える航空機用試験装置を提供する。
【００１２】
本発明は、前記供試体が、風力発電装置の構造部材である上記いずれかに記載の電流発生装置を備える風力発電装置用試験装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、大電流・高電圧の負荷がかかる場合であっても破損を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る電流発生装置を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電流発生装置の充放電部を示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る電流発生装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。
本実施形態における電流発生装置は、航空機の構造材（例えば、ＦＲＰ等の複合材）を供試体とし、雷が発生した場合に流れる電流を疑似した電流を供試体に供給する場合を例に挙げて説明するが、供試体はこれに限定されない。
【００１７】
図１に示されるように、電流発生装置１は、発生器２０、断路器７、保護部（保護手段）４、および制御部（図示略）により構成されており、発生器２０は、断路器７を介して保護部４と接続されている。
断路器７は、図示しない制御部によって制御されることにより、発生器２０と保護部４とを接続または切断させる。例えば、発生器２０が、保護部４を介して供試体９に電流供給可能とされており、交換作業者によって供試体を交換する場合等には、安全性の確保のため、断路器７をオフ（切断）状態にして発生器２０と保護部４とを切断する。
【００１８】
発生器２０は、電源装置２、充放電部２１、半導体スイッチ３、スナバ回路５、ダイオード６、および接地回路８を備えている。
電源装置２は、定電流で充電できる定電圧定電流電源である。また、電源装置２は、例えば、電気二重層コンデンサＣが直列に接続される個数に応じた最大充電電圧（例えば、電気二重層コンデンサＣが４０個直列に接続された場合には、５４０Ｖ）を供給できる電源である。
【００１９】
図２は、充放電部２１を示した回路図である。図２に示されるように、充放電部２１は、電気二重層コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４、第１電磁接触器Ｂ１ａ，ｂ〜Ｂ４ａ，ｂ、および第２電磁接触器Ａ１〜Ａ５を備えている。以下、特に明記しない場合には、第１電磁接触器は第１電磁接触器Ｂ、第２電磁接触器は第２電磁接触器Ａ、電気二重層コンデンサは、電気二重層コンデンサＣと記述する。
電気二重層コンデンサＣは、電源装置から供給される電力を蓄積し、放出する。本実施形態においては、１０個のコンデンサを直列に接続したものを１組とし、４組備えられている。また、電気二重層コンデンサＣは、無荷電状態で保管可能な大容量の静電容量を有する電気二重層コンデンサを使用することとして説明する。また、本実施形態においては、４組の電気二重層コンデンサＣを充電する場合には、電源装置２に対して並列に接続（換言すると、コンデンサを１０直列４並列に接続）し、放電する場合には、４組の電気二重層コンデンサＣを直列に接続（換言すると、コンデンサを４０直列に接続）する。
【００２０】
第１電磁接触器Ｂは、電気二重層コンデンサＣを充電する場合にオン状態にされ、放電する場合にオフ状態にされる。また、複数の電気二重層コンデンサＣの上流側同士、および下流側同士を接続可能にさせるべく第１電磁接触器Ｂが接続されている。例えば、図２に示されるように、第１電磁接触器Ｂ１ａ、電気二重層コンデンサＣ１、および第１電磁接触器Ｂ１ｂが直列に接続されており、第１電磁接触器Ｂ２ａ、電気二重層コンデンサＣ２、および第１電磁接触器Ｂ２ｂが直列に接続されており、第１電磁接触器Ｂ３ａ、電気二重層コンデンサＣ３、および第１電磁接触器Ｂ３ｂが直列に接続されており、第１電磁接触器Ｂ４ａ、電気二重層コンデンサＣ４、および第１電磁接触器Ｂ４ｂが直列に接続され、上流側および下流側の端子が電源装置２と接続されている。
【００２１】
第２電磁接触器Ａは、電気二重層コンデンサＣを放電する場合にオン状態にされ、充電する場合にオフ状態にされる。第２電磁接触器Ａがオン状態にされると、複数の電気二重層コンデンサＣが半導体スイッチ３と直列に接続される。また、異なる電気二重層コンデンサＣの上流側と下流側とを接続可能にさせるべく第２電磁接触器Ａが接続されている。例えば、図２に示されるように、電気二重層コンデンサＣ１の上流側と電気二重層コンデンサＣ２の下流側との間に第２電磁接触器Ａ２が接続され、電気二重層コンデンサＣ２の上流側と電気二重層コンデンサＣ３の下流側との間に第２電磁接触器Ａ３が接続され、電気二重層コンデンサＣ３の上流側と電気二重層コンデンサＣ４の下流側との間に第２電磁接触器Ａ４が接続され、電気二重層コンデンサＣ４の上流側と半導体スイッチ３上流側とが接続され、電気二重層コンデンサＣ１の下流側と半導体スイッチ３の下流側との間に第２電磁接触器Ａ１が接続されている。
【００２２】
図１に戻り、半導体スイッチ３は、電気二重層コンデンサＣに蓄積された電荷の供試体９への供給可否をオンオフによって切り替える。また、半導体スイッチ３は、他の機器から進入するノイズを低減するべくスナバ回路５およびダイオード６が並列に接続されている。半導体スイッチ３は、放電スイッチとして用いられ、オンオフ時間が１ミリ秒単位で制御される。
接地回路８は、電気二重層コンデンサＣに蓄積された電荷を放出させる回路である。例えば、夜間等、電流発生装置１による試験を終了する場合に、接地回路８の各接続点Ｐ１〜Ｐ８を、各電気二重層コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の有する接続点Ｐ１〜Ｐ８とそれぞれ接続させる。これにより、電気二重層コンデンサＣに蓄積された電荷を接地回路８を介して放出させることができる。
【００２３】
保護部４は、発生器２０と供試体９との間に接続され、発生器２０に設けられる半導体スイッチ３（詳細は後述する）に所定以上の電流が流れる場合に、発生器２０と供試体９との接続を切断する。具体的には、保護部４は、アレスタ（第１アレスタ）４１ａ、ヒューズ４２、およびインダクタンス４３を備えている。また、保護部４は、保護部４を介して出力される電流を、供試体９に供給するための接続点Ｈ，Ｌを備えている。保護部４は、断路器７を介して発生器２１と着脱可能とされており、例えば、保護部４の各部（例えば、アレスタ４１ａ）に破損等が生じた場合であっても、保護部４の一部または全体を簡便に交換できるようになっている。
【００２４】
保護部４において、断路器７と接続点Ｈとの間には、インダクタンス４３と、ヒューズ４２とが直列に接続されている。また、インダクタンス４３の上流側において、接続点Ｈ側と接続点Ｌ側との線間、接続点Ｈ側と接地との間、および接続点Ｌ側と接地との間にＭＯＶ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  ｖａｒｉｓｔｏｒｓ：金属酸化物バリスタ）を設け、アレスタ４１ａを構成している。
【００２５】
インダクタンス４３は、例えば、３．５ｍＨのコイルを用いる。
ヒューズ４２は、半導体スイッチ３が所定量の電流を流せる最大時間よりも短い時間で発生器２０側と切断する。また、ヒューズ４２は、予備試験を実施することで種類および本数等を決定する。例えば、ヒューズ４２は、４５ミリ秒間の試験では１並列、５００ミリ秒間の試験では同じヒューズ４２を２並列接続する。
【００２６】
次に、本実施形態に係る電流発生装置１の動作について図１及び図２を用いて説明する。ここでは、供試体９を航空機とし、供試体９側には他の試験装置が接続され、他の試験装置とともに同時に試験が行われる場合を想定して説明する。また、他の試験装置とは、ＳＡＥ  ＡＲＰ（ＡＥＲＯＳＰＡＣＥ  ＲＥＣＯＭＭＥＮＤＥＤ  ＰＲＡＣＴＩＣＥ）５４１２−ＲＥＶ．Ａ「Ａｉｒｃｒａｆｔ  Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｅｓｔ  Ｗａｖｅｆｏｒｍｓ（航空機試験における標準雷撃波形を定める規定）」に示されている標準雷撃波形を生成する装置であり、Ｃｏｍｐ．Ａ，ＣｏｍｐＢ等の波形を形成する装置であることとして説明する。
【００２７】
制御部によって第１電磁接触器Ｂがオン状態にされ、第２電磁接触器Ａがオフ状態にされることにより、４組の電気二重層コンデンサＣが電源装置２と並列に接続され、充電される。所定量の電荷が電気二重層コンデンサＣに蓄積されると、制御部によって第１電磁接触器Ｂがオフ状態にされ、第２電磁接触器Ａがオン状態にされる。これにより、充放電部２１が電源装置２から切断され、直列に接続された４組の電気二重層コンデンサＣが半導体スイッチ３と接続される。また、保護部４は、接続点Ｈ，Ｌを介して供試体９と接続されており、制御部によって断路器７がオン状態にされることにより、発生器２０と保護部４とが接続される。さらに、半導体スイッチ３がオン状態にされると、充放電部２１から放電された電流（例えば、４００〜５００〔Ａ〕）が半導体スイッチ３に流れる。これにより、電流発生装置１において生成された電流（ＡＲＰ  ５４１２−Ａに規定されているＣｏｍｐＣ／Ｃ＊の波形電流）が、供試体９側に供給される。
【００２８】
供試体９側において、Ｃｏｍｐ．ＡおよびＣｏｍｐ．Ｂ等の電流を供給する他の試験装置が接続されて同時に供試体試験を実施しており、他の試験装置から供試体９に供給されたＣｏｍｐ．ＡまたはＣｏｍｐ．Ｂ等の大電流が、保護部４の接続点Ｈ，Ｌを介して電流発生装置１に逆流し、所定時間（半導体スイッチ３が所定量の電流を流せる最大時間より短い時間）経過した場合には、ヒューズ４２およびアレスタ４１ａが作動することにより、保護部４は、半導体スイッチ３を有する発生器２０側と電気的に切断される。このように、半導体スイッチ３に、他の試験装置から流入された大電流が流れることを防止することができ、特に雷試験のような高電圧、大電流が流通する試験であっても、電流発生装置１を安全に運用することができる。
【００２９】
以上説明してきたように、本実施形態に係る電流発生装置１によれば、電気二重層コンデンサＣは、電源装置２から供給される電力を蓄積し、半導体スイッチ３が切り替えられることにより蓄積された電力が供試体９に供給される。また、半導体スイッチ３と供試体９との間に設けられた保護部４によって、半導体スイッチ３に所定値以上の電流が流れる場合に、半導体スイッチ３と供試体９との接続が切断される。このように、電気二重層コンデンサＣを用いるので、二次電池を用いる場合と比較して、充放電をさせる装置としての劣化速度を低減させることができる。これにより、二次電池を用いる場合と比較して、作業者による充放電の装置の交換作業が低減するので、電流発生装置１のメンテナンス性が向上する。
【００３０】
また、電気二重層コンデンサＣに蓄積された電力の供試体９への供給可否の切り替えは、半導体スイッチ３によって行われるので、例えば、１ミリ秒単位での比較的短時間での印加時間を設定する、或いは、長い印加時間を設定する等の印加時間の調整（および微調整）ができる。さらに、半導体スイッチ３に所定値以上の電流が流れる場合に、供試体９との接続が切断されるので、例えば、雷発生状況を疑似するような供試体９側に複数の異なる回路を接続し、大電圧かつ大電流によって試験を行う場合であり、供試体９側から大きな電流が逆流してきた場合であっても、保護部４により切り離され、半導体スイッチ３を保護することができる。
【００３１】
なお、本実施形態において、保護部４は、第１アレスタ４１ａとヒューズ４２とを備えることとして説明していたが、これに限定されない。例えば、第１アレスタ４１ａとヒューズ４２とのうち、どちらか一方を設けることとしてもよい。
また、上記構成に加えて、半導体スイッチ３と供試体９との間に、アレスタ（第２アレスタ）４１ｂを設けることとしてもよい。これにより、例えば、雷サージ等の所定値以上の電圧がかかっているにも関わらず、保護部４が発生器２０と切断させる動作が正常に行われなかった場合であっても、供試体９側と半導体スイッチ３とを確実に切り離すことができ、電流発生装置１をより安全に運用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１  電流発生装置
２  電源装置
３  半導体スイッチ
４  保護部
４１ａ，４１ｂ  第１，第２アレスタ
４２  ヒューズ
Ｃ１〜Ｃ４  電気二重層コンデンサ
【図１】
2011244639.tif 000003
【図２】
2011244639.tif 000004