(57)【要約】【課題】安全性を確保しつつ、コンデンサブロックの全部または一部を任意に選択してその充電及び放電を可能とし、しかもコンデンサ静電容量の切り替えを容易に行うことができる衝撃電流発生装置を提供する。【解決手段】コンデンサバンクの複数のコンデンサブロックＣ１１,Ｃ１２に接続された出力用線路２０ａ，２０ｂ上に設けられた放電系統選択スイッチＳ１３,Ｓ１４と、充電用電源Ｅ１１に対してコンデンサバンクの複数のコンデンサブロックＣ１１,Ｃ１２を接続する入力用線路上に設けられた充電系統選択スイッチＳ１１,Ｓ１２と、互いに直列接続され、かつ放電系統選択スイッチＳ１３,Ｓ１４に対して並列に設けられた抵抗Ｒ１３,Ｒ１４及び整流器Ｄ１１,Ｄ１２と、充電系統選択スイッチＳ１１,Ｓ１２ 及び前記放電系統選択スイッチＳ１３,Ｓ１４のそれぞれを個々に開閉制御する制御回路１と、を備えている。【選択図】  図１
2008005566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のコンデンサを１ブロックとして、複数のコンデンサブロックで構成されるコンデンサバンクと、
該コンデンサバンクに充電用電力を供給する充電用電源と、
前記各コンデンサブロックの出力用線路上に設けられた放電系統選択スイッチと、
前記各出力用線路の電流集合点と負荷との間に設けられた始動スイッチと、
を備えた衝撃電流発生装置であって、
前記充電用電源に対して各コンデンサブロックに接続される入力用線路上に設けられた充電系統選択スイッチと、
互いに直列接続され、かつ前記放電系統選択スイッチのそれぞれに対して並列に設けられた抵抗及び整流器を備えた接続回路と、
前記充電系統選択スイッチ及び前記放電系統選択スイッチのそれぞれを独立して開閉制御を可能とする制御回路と、
を備えたことを特徴とする衝撃電流発生装置。
【請求項２】
前記制御回路が、前記コンデンサバンクへの充電中は、前記放電系統選択スイッチを開状態とし、前記コンデンサバンクが所定電圧まで充電完了後に前記始動スイッチを投入して前記コンデンサバンクから放電を行わせるときは、前記始動スイッチの投入と同時かまたはそれ以前に放電対象のコンデンサブロックに対応する放電系統選択スイッチを投入するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の衝撃電流発生装置。
【請求項３】
前記出力用線路とグランド配線部との間に、抵抗器と放電用スイッチとを並列接続し、
前記制御回路が、前記コンデンサバンクへの充電後に前記始動スイッチの投入を行うことなく充電を停止して前記コンデンサバンクの入力側を接地させたときに、前記出力用線路に蓄積されている電荷が前記グランド配線部を介してグランドへ放電するために前記放電用スイッチが投入されるように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の衝撃電流発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサバンクへの充電及び放電を安全に行うことができると共に、静電容量の変更を容易に行うことが可能な衝撃電流発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、各種の核融合実験や放電形成等に使用される衝撃電流発生装置は、複数のコンデンサを並列接続して充電エネルギを蓄積し、これを単一の負荷に対して短時間に放電する方式が採用されている。
このような衝撃電流発生装置においては、並列接続されている複数のコンデンサのうち、１つのコンデンサが絶縁破壊を起こすと、この破壊コンデンサに接続されている他のコンデンサの充電エネルギが全て当該破壊コンデンサに流入する。このような事態が発生すると、ケース爆発等を生じる虞がある。
【０００３】
コンデンサのケース爆発等を防止し得る衝撃電流発生装置の一例としては、特許文献１に記載されたものがある。
同文献に記載された衝撃電流発生装置は、可動板を有する安全装置を備えており、前記可動板には、コンデンサに流入または流出する電流が流れるようになっている。前記可動板は、電流が流れることによって発生する電磁力に基づいて動作するように設けられており、前記電流が異常値になると、コンデンサの端子間を短絡させるように動作する。このことにより、破壊コンデンサに対して他のコンデンサから電流が流れ込まないようにし、ケース爆発等が適切に防止される。
前記衝撃電流発生装置においては、所定の調整ネジの位置を調整することによって、前記可動板が動作する電流値の大きさ、即ち前記安全装置の動作点を変更できるようにされている。ただし、このような構成によれば、安全装置の動作点を変更する場合に、調整ネジの位置調整作業を行わねばならず、その作業は面倒である。
【０００４】
そこで、本出願人は、機械的に動作する安全装置を用いることなく、１つの絶縁破壊コンデンサに対して他のコンデンサから電流が流れ込まないようにするための安全対策を施したものとして、図２に示すような衝撃電流発生装置を開発した。
この衝撃電流発生装置は、例えば２つのブロックに区分されたコンデンサブロックＣ１，Ｃ２を備えており、これらは充電用電源Ｅ１に対して、充電・接地切替スイッチＳ１及び充電抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して接続されている。コンデンサブロックＣ１，Ｃ２の出力側は、２つの系統に分割されている。より具体的には、コンデンサブロックＣ１，Ｃ２の出力側には、放電系統分割有接点スイッチＳ２，Ｓ３とバイパス抵抗Ｒ３，Ｒ４とを並列接続した２つの線路２ａ，２ｂが接続されており、これら２つの線路２ａ，２ｂは、始動スイッチＳ４を有する線路２を介して負荷Ｌ１に繋がっている。
この衝撃電流発生装置において、コンデンサブロックＣ１，Ｃ２への充電を行うときには、放電系統分割有接点スイッチＳ２，Ｓ３を開状態にしておく。次いで、コンデンサブロックＣ１，Ｃ２が所定の充電電圧に達すると、始動スイッチＳ４を投入するが、その直前に放電系統分割有接点スイッチＳ２，Ｓ３を同時に投入させる。この動作により、コンデンサブロックＣ１，Ｃ２の双方から放電を行わせて、負荷Ｌ１に衝撃電流を流すことができる。
一方、コンデンサブロックＣ１，Ｃ２の充電中においては、放電系統分割有接点スイッチＳ２，Ｓ３がオフであり、コンデンサブロックＣ１，Ｃ２の出力側系統は２つに分割されて互いに独立した状態となるため、仮に、コンデンサブロックＣ１，Ｃ２の一方に絶縁破壊が生じたとしても、絶縁破壊を起こしたコンデンサブロックに他方から大きな電流が流れ込まないようにすることができる。
【０００５】
前記した衝撃電流発生装置を実際に使用する場合、負荷に供給される衝撃電流の値を変更するために、複数のコンデンサブロック全部に充電及び放電を行わせるだけではなく、それらのうちの一部のコンデンサブロックのみを任意に選択して充電及び放電を可能とし、静電容量を切り替えたい場合がある。
しかしながら、前記衝撃電流発生装置において、コンデンサバンクの静電容量を変更するには、コンデンサバンクに接続されている線路のパターンを変更する必要があるため、その変更は容易でない。
【０００６】
【特許文献１】特公平６−５２９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンデンサの爆発等に対する安全性を確保しつつ、複数に分割された各コンデンサブロックの全部または一部を任意に選択してその充電及び放電を可能とし、コンデンサ静電容量の切り替えを容易に行うことができる衝撃電流発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の衝撃電流発生装置は、１以上のコンデンサを１ブロックとして、複数のコンデンサブロックで構成されるコンデンサバンクと、該コンデンサバンクに充電用電力を供給する充電用電源と、前記各コンデンサブロックの出力用線路上に設けられた放電系統選択スイッチと、前記各出力用線路の電流集合点と負荷との間に設けられた始動スイッチと、を備えた衝撃電流発生装置であって、前記充電用電源に対して各コンデンサブロックに接続される入力用線路上に設けられた充電系統選択スイッチと、互いに直列接続され、かつ前記放電系統選択スイッチのそれぞれに対して並列に設けられた抵抗及び整流器を備えた接続回路と、前記充電系統選択スイッチ及び前記放電系統選択スイッチのそれぞれを独立して開閉制御を可能とする制御回路と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、複数の充電系統選択スイッチ及び放電系統選択スイッチのいずれを閉状態とするかによって、コンデンサバンクの所望のコンデンサブロックのみに選択的に充電及び放電を行わせることが可能となる。したがって、コンデンサ静電容量の切り替えを容易に行うことができる。
また、互いに直列接続され、かつ複数の放電系統選択スイッチのそれぞれに対して並列に設けられた接点間の電位差をなくするための抵抗及び整流器を備えているために、コンデンサバンクと放電系統選択スイッチとの間の電位差を殆どなくすることが可能となり、火花放電等も適切に防止可能となる。
さらに、コンデンサバンクに充電を行う際には、複数の放電系統選択スイッチを開状態にしておくことにより、コンデンサバンクの複数のコンデンサブロックを互いに独立させることができるために、絶縁破壊を起こしたコンデンサブロックに、他のコンデンサブロックから大電流が流れ込むことも好適に回避され、コンデンサの爆発等も防止される。
【００１０】
本発明において、前記制御回路が、前記コンデンサバンクへの充電中は、前記放電系統選択スイッチを開状態とし、前記コンデンサバンクが所定電圧まで充電完了後に前記始動スイッチを投入して前記コンデンサバンクから放電を行わせるときは、前記始動スイッチの投入と同時かまたはそれ以前に放電対象のコンデンサブロックに対応する放電系統選択スイッチを投入するように構成されたことを特徴としている。
【００１１】
このような構成によれば、コンデンサバンクに充電を行う際に、複数の放電系統選択スイッチを開状態に設定しておき、充電後に負荷に対してコンデンサバンクからの放電を、放電系統選択スイッチ及び始動スイッチにより行わせる動作が、制御回路によって適切に実行される。
【００１２】
本発明において、前記出力用線路とグランド配線部との間に、抵抗器と放電用スイッチとを並列接続し、前記制御回路が、前記コンデンサバンクへの充電後に前記始動スイッチの投入を行うことなく充電を停止して前記コンデンサバンクの入力側を接地させたときに、前記出力用線路に蓄積されている電荷が前記グランド配線部を介してグランドへ放電するために前記放電用スイッチが投入されるように構成されたことを特徴としている。
【００１３】
このような構成によれば、複数の出力用線路に大量の電荷が蓄積されたままになることを適切に解消することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、コンデンサの爆発等に対する安全性を確保しつつ、線路を変更するという作業を行うことなく、複数に分割されたコンデンサブロックの全部または一部を任意に選択してその充電及び放電を可能とし、コンデンサ静電容量の切り替えを容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る衝撃電流発生装置の一例である。
同図に示す衝撃電流発生装置は、充電用電源Ｅ１１に、コンデンサバンクを構成する２つのコンデンサブロックＣ１１，Ｃ１２が、充電系統選択スイッチＳ１１，Ｓ１２及び充電抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を介して接続されている。
充電系統選択スイッチＳ１１，Ｓ１２は、制御回路１の充電系統選択回路１２によって個々に独立して開閉制御可能であり、２つのコンデンサブロックＣ１１，Ｃ１２を充電用電源Ｅ１１に接続する状態と、その接続を遮断して接地させる状態とに切り替え可能である。
充電抵抗Ｒ１１，Ｒ１２は、コンデンサブロックＣ１１，Ｃ１２への充電電流を制限するためのものである。
なお、充電系統選択スイッチＳ１１，Ｓ１２及び充電抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を有する２つの線路は、本発明でいう入力用線路の一例に相当する。
【００１７】
２つのコンデンサブロックＣ１１，Ｃ１２には、各々の出力用線路２０ａ，２０ｂも接続されている。これらの出力用線路２０ａ，２０ｂは、電流集合点Ｐ２において線路２０と繋がっており、この線路２０を介して負荷Ｌ１１に繋がっている。
線路２０には、始動スイッチＳ１５とバイパス抵抗Ｒ１８とが並列に設けられている。始動スイッチＳ１５は、常時は開状態にあり、制御回路１の始動スイッチトリガ回路１４によって閉状態に切り替えられる。
【００１８】
２つの出力用線路２０ａ，２０ｂには、放電系統選択スイッチＳ１３，Ｓ１４が設けられている。これら放電系統選択スイッチＳ１３，Ｓ１４は、制御回路１の放電系統選択回路１３によってそれぞれ個々に独立して開閉制御可能である。
また、これら放電系統選択スイッチＳ１３，Ｓ１４には、バイパス抵抗Ｒ１３，Ｒ１４、整流器Ｄ１１，Ｄ１２、及び抵抗器Ｒ１５，Ｒ１６を有する線路が並列接続されている。整流器Ｄ１１，Ｄ１２と抵抗器Ｒ１５，Ｒ１６とは、並列接続されている。
バイパス抵抗Ｒ１３，Ｒ１４は、コンデンサブロックＣ１１，Ｃ１２の充電電圧と線路２０ａ，２０ｂ，２０に設けられた各スイッチ接点間の電位とを略同一にするためのものであり、抵抗値の大きさは、Ｒ１３，Ｒ１４≫Ｒ１１，Ｒ１２の関係にある。
出力用線路２０ａ，２０ｂとグランド配線部２１との間には、後述するように出力用線路２０ａ，２０ｂに蓄積された電荷をグランドに放電するための放電用スイッチＳ１６及び抵抗Ｒ１７が設けられている。
制御回路１は、コンデンサブロックＣ１１，Ｃ１２の充電電圧を検出するための充電電圧検出回路１１も備えている。この充電電圧検出回路１１は、分圧器１０を利用して検出される充電電圧をコンパレータを用いて所定の基準電圧と比較するように構成されており、前記充電電圧が基準電圧を超えると、その時点でコンデンサブロックＣ１１，Ｃ１２の充電が完了したものと判断される。
【００１９】
次に、前記衝撃電流発生装置の作用、及び制御回路１の動作制御の一例について説明する。
【００２０】
まず、前記衝撃電流発生装置においては、例えば図１に示されているように、充電系統選択スイッチＳ１１を充電用電源Ｅ１１に接続させる一方、充電系統選択スイッチＳ１２を接地させた状態に設定し、放電系統選択スイッチＳ１３、Ｓ１４、始動スイッチＳ１５、放電用スイッチＳ１６を開状態とする。このような設定状態において、充電を行わせると、コンデンサブロックＣ１１のみに充電が行われ、コンデンサブロックＣ１２には充電がなされないこととなる。
これらの設定は、制御回路１の判断部１５に入力される静電容量設定信号により、判断部１５から充電系統選択回路１２に信号が出力される。
次いで、コンデンサブロックＣ１１の充電電圧が所定の値に達すると、その電圧が充電電圧検出回路１１において検出される。その後、放電系統選択回路１３の動作指令によって放電系統選択スイッチＳ１３が投入され、このスイッチの接触圧が十分に得られた後に、始動スイッチトリガ回路１４の動作指令によって始動スイッチＳ１５が投入される。その際、放電系統選択スイッチＳ１４は、開状態のままである。
前記した一連の動作により、コンデンサブロックＣ１１の充電エネルギが負荷Ｌ１１に供給されることとなり、負荷Ｌ１１に衝撃電流を流すことができる。
電圧検出回路１１の検出信号は、制御回路１の判断部１５に入力され、判断部で処理後、必要な信号が、充電系統選択回路１２、放電系統選択回路１３、始動スイッチトリガ回路１４に出力される。
【００２１】
本実施形態とは異なり、バイパス抵抗Ｒ１３，Ｒ１４に整流器Ｄ１１，Ｄ１２が直列接続されておらず、バイパス抵抗Ｒ１３，Ｒ１４のみが設けられている場合には、出力用線路２０ａ，２０ｂ，２０の電位は、バイパス抵抗Ｒ１３，Ｒ１４の分圧電位と略等しくなる。Ｒ１３＝Ｒ１４とすると、コンデンサブロックＣ１１の充電電圧の１／２となる。放電系統選択スイッチＳ１３の接点間には電位差があるため、このスイッチＳ１３の投入時に火花放電を起こし、前記接点の寿命の短縮を招く虞がある。
また、出力用線路２０ａ，２０ｂ，２０に同軸ケーブルの如き分布定数線路を用いると、放電系統選択スイッチＳ１３の投入時に、始動スイッチＳ１５の電極間が過渡的にコンデンサブロックＣ１１の充電電圧以上の電位差となり、始動スイッチＳ１５が絶縁破壊する可能性もある。
これに対し、本実施形態のように、整流器Ｄ１１，Ｄ１２をバイパス抵抗Ｒ１３，Ｒ１４に直列に接続し、衝撃電流発生時において放電系統選択スイッチＳ１３，Ｓ１４を流れる電流の向きを順方向とすれば、コンデンサブロックＣ１１の電圧と放電系統選択スイッチＳ１３の接点間の電位差を殆どなくすことができ、前記したような虞が適切に回避される。
【００２２】
コンデンサブロックＣ１１の充電を停止し、放電系統選択スイッチＳ１３，Ｓ１４及び始動スイッチＳ１５の投入を行うことなく充電系統選択スイッチＳ１１を接地側に切り替えた場合、出力用線路２０ａ，２０ｂに多くの電荷が蓄積される現象を生じる。これに対し、前記衝撃電流発生装置においては、放電用スイッチＳ１６を閉状態とすることにより、前記電荷をグランドに逃がすことができる。
放電用スイッチＳ１６の開閉は、判断部１５に入力される線路電荷放電指令により、判断部１５から放電系統選択回路１３に出力される信号により操作される。
また、このような効果は、図面において、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８として示されたいずれかの位置の抵抗を、放電時定数を適当に選択してバイパス抵抗Ｒ１３，Ｒ１４よりもはるかに大きい抵抗（放電用抵抗）とすることによっても得ることが可能である。
【００２３】
前記した例においては、コンデンサブロックＣ１１のみに充電及び放電を行わせるようにしたが、本実施形態の衝撃電流発生装置では、充電系統選択スイッチＳ１１，Ｓ１２及び放電系統選択スイッチＳ１３，Ｓ１４の切り替えにより、たとえばコンデンサブロックＣ１２のみに充電及び放電を行わせることや、コンデンサブロックＣ１１，Ｃ１２の双方に充電及び放電を行わせることも可能である。
したがって、実際の使用条件に応じて、負荷Ｌ１１に流れる衝撃電流の大きさを変更することができる。また、その変更は、制御回路１による制御により行われており、線路のパターンを変更するといった回路の仕様変更を行う必要はない。
コンデンサブロックＣ１１，Ｃ１２の充電時には、放電系統選択スイッチＳ１３，Ｓ１４が共に開状態にあるため、仮に、コンデンサブロックＣ１１，Ｃ１２の一方のコンデンサに絶縁破壊が生じても、この部分に対して他方のコンデンサブロックから多くの充電エネルギが流れ込むこともない。
【００２４】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。
上述した実施形態においては、コンデンサバンクが２つのブロックに区分されているが、これに限定されず、３以上のブロックに区分することもできる。この場合、充電系統選択スイッチや放電系統選択スイッチも、それに対応して３以上設けられることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の衝撃電流発生装置の一例を示す回路図である。
【図２】本発明の関連技術の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２６】
Ｃ１１，Ｃ１２       コンデンサブロック
Ｄ１１，Ｄ１２       整流器
Ｅ１１                 充電用電源
Ｌ１１           負荷
Ｒ１１，Ｒ１２  充電抵抗
Ｒ１３，Ｒ１４        バイパス抵抗
Ｒ１５，Ｒ１６  抵抗
Ｒ１７        抵抗
Ｒ１８        バイパス抵抗
Ｐ１，Ｐ２    電流集合点
Ｓ１１，Ｓ１２        充電系統選択スイッチ
Ｓ１３，Ｓ１４        放電系統選択スイッチ
Ｓ１５                   始動スイッチ
Ｓ１６                   放電用スイッチ
１              制御回路（制御手段）
１０          分圧器
１１          充電電圧検出回路
１２          充電系統選択回路
１３          放電系統選択回路
１４          始動スイッチトリガ回路
１５          判断部
２，２ａ，２ｂ  線路
２０，２０ａ，２０ｂ  線路
２１          グランド配線部
【図１】
2008005566.tif 000003
【図２】
2008005566.tif 000004