(57)【要約】 【課題】  雷を積極的に能動型避雷針２０に呼び込む能動型避雷針を提供する。【解決手段】  雷の先駆放電により多巻のコイル２４に高圧の誘起電圧を発生させ、この高圧の誘起電圧により放電ギャップｄの放電電極ａ、ｂ間に多量のイオン、電子、放電劣化生成物を発生させ、効果的に雷電流を誘雷して、雷の放電電流を大地２３に流す。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動型避雷針（２０）より変換器２１の多巻（ｎ巻）のコイル（２４）を接続して能動型避雷針（２０）とこの多巻（ｎ巻）のコイル（２４）との間に放電ギャップ（ｄ）を形成し、この多巻のコイル（２４）に発生する高圧の誘起電圧により放電ギャップ（ｄ）の放電電極（ａ、ｂ）間で放電を生じさせることによって、多量のイオン、電子、放電劣化生成物を発生させ、雷のリーダまたは先駆放電あるいは双方を効果的に能動避雷針に能動的に誘導させて、雷の放電電流を大地（２３）に流す能動型避雷針。
【請求項２】
変換器（２１）の一次コイル（２２）を介して大地（２３）に接続し、この能動型避雷針（２０）は放電ギャップ（ｄ）の放電電極（ａ，ｂ）の一方の放電電極（ａ）に、この変換器（２１）の多巻（ｎ巻）の二次コイル（２４）の一端は放電ギャップ（ｄ）の放電電極（ａ，ｂ）の他方の放電電極（ｂ）にそれぞれ接続し、この変換器（２１）の二次コイル（２４）の他端は一次コイル（２２）に接続してなる請求項１記載の能動型避雷針。
【請求項３】
上記変換器（２１）は空心変換器（２１）である請求項１記載の能動型避雷針。
【請求項４】
変換器（２１）の一次コイル（２２）を介して大地（２３）に接続し、この変換器（２１）の多巻（ｎ巻）の二次コイル（２４）の両端を夫々放電ギャップ（ｄ）の放電電極（ａ，ｂ）に接続し、この多巻のコイル（２４）に発生する高圧の誘起電圧により放電ギャップ（ｄ）の放電電極（ａ、ｂ）間で放電を生じさせることによって、多量のイオン、電子、放電劣化生成物を発生させ、雷のリーダまたは先駆放電あるいは双方を効果的に能動避雷針に能動的に誘導させて、雷の放電電流を大地（２３）に流すことを特徴とする能動型避雷針。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は能動避雷針に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の避雷針は図８の概念図に示すように、建物１の最上部または鉄塔２あるいは双方を設け、その最上部または鉄塔あついは双方の上端より避雷針３を上方向に延長させただけのものであるが、これらの手段は接近した雷雲より雷が発生し、この落雷をただ受ける受動的なものである。この受動的な避雷針３では避雷針３に落雷しないで、鉄塔２或いは鉄塔２がないときは建物１の最上部またはその他の部分２ａ、高層建造物の側面、情報通信用のアンテナ（ここでは描いていない）などに落雷し、鉄塔２或いはその他の部分（前記）、情報通信機器、電力機器、電子制御機器などを破損または焼損あるいは双方が起る。また電子機器に電磁障害を起す。このため以下の避雷針が提案された。
【０００３】
図９は従来の研究における第二の避雷針の説明図で大地４より棒状接地電極５を立設し、また大地４より地上数ｍの位置に絶縁体（空気）を介して棒状対抗電極６を立設する。この棒状接地電極５の上端より棒状対抗電極６を通るようにレーザ源７よりレーザ光を発射させて、放電路８を形成し、  雷インパルス電圧を棒状対抗電極６に印加させることにより、棒状接地電極５に火花放電路を誘導させるものである。このことは、強力レーザ光によって放電路を誘導できることを立証したものであるが、実用には至っていない。
【０００４】
図１０は従来の第三の避雷針の形態の説明図で、雷雲９の近くに大地４に導線１０（ピアノ線）を接続したロケット１１を発射させ、そのロケット１１に雷を誘雷させ、雷の放電電流を大地４に流すもので実験的成果を得ているが、これも本格的実用には至ってない。
【非特許文献１】T.IEE Japan,Vol.107-B,No.9,’87  P464
【０００５】
図１１は従来の第四の避雷針を示すもので、棒電極５の上にはインピーダンス素子１４を介して導体球１２を棒電極５より離間させて支持し、この導体球１２と棒電極５間の間隙１３に発生するイオンにより雷電流を呼び込んで、雷の放電電流を大地４に流すものである。しかし、インピーダンスの電圧降下による電圧でイオンを発生させるものであるため、雷を誘雷する効果が十分でない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし上記図９示の避雷針は高価なレーザ設備を要し、また上記図１０示の避雷針は高価なロケット１１及びその発射設備を要し、実用上課題が多く、現実的ではない。また図１１示の避雷針はその間隙１３に発生するイオンの量が不充分で、雷を誘雷するに十分でないため、効果が十分でなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はかかる欠点を除去するもので、安価で効果的な能動型避雷針を提供するものである。即ち本発明は先駆放電を利用すると共にこの先駆放電により多巻のコイル２４により高圧の誘起電圧を発生させ、この高圧の誘起電圧により放電ギャップｄの放電電極ａ、ｂ間に多量のイオン、電子、放電劣化生成物を発生させ、効果的に雷を能動避雷針に誘雷させ、雷の放電電流を大地２３に流すものである。
【０００８】
従って本発明の請求項１は、能動型避雷針２０より変換器２１（トランス）の多巻（ｎ巻）のコイル２４を接続して能動型避雷針２０とこの多巻（ｎ巻）のコイル２４との間に放電ギャップｄを形成し、この多巻のコイル２４に発生する高圧の誘起電圧により放電ギャップｄの放電電極ａ、ｂ間に多量のイオン、電子、放電劣化生成物を発生させ、効果的に雷を誘雷させ、雷の放電電流を大地２３に流す能動型避雷針である。
【０００９】
本発明の請求項２の能動型避雷針２０は、変換器２１（トランス）の一次コイル２２を介して大地２３に接続し、この能動型避雷針２０は放電ギャップｄの放電電極ａ，ｂの一方の放電電極ａに、この変換器２１の多巻（ｎ巻）の二次コイル２４の一端は放電ギャップｄの放電電極ａ，ｂの他方の放電電極ｂにそれぞれ接続し、この変換器２１の二次コイル２４の他端は一次コイル２２に接続してなる請求項１記載の能動型避雷針である。
【００１０】
本発明の請求項３は上記変換器２１（トランス）は空心変換器２１である請求項１記載の能動型避雷針である。
【００１１】
本発明の請求項４の能動型避雷針２０は、変換器２１の一次コイル２２を介して大地２３に接続し、この変換器２１の多巻（ｎ巻）の二次コイル２４の両端を夫々放電ギャップｄの放電電極ａ，ｂに接続し、この多巻のコイル２４に発生する高圧の誘起電圧により放電ギャップｄの放電電極ａ、ｂ間に多量のイオン、電子、放電劣化生成物を発生させ、効果的に雷を誘雷させｓ、雷の放電電流を大地２３に流すことを特徴とする能動型避雷針である。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明の能動型避雷針２０によれば、これまでの避雷針と異なり、能動型避雷針を雷の情報伝達手段として利用し、雷の先駆放電、或いは階段状先駆放電による雷電流すなわちストリーマ、リーダ等による電流を変換器で昇圧させ、この昇圧させた電圧によって、放電ギャップで気中放電或いは絶縁破壊させ、電磁波、イオン、電子、放電劣化生成物を発生させて、雷を積極的に能動型避雷針２０に誘雷させ、雷雲の電荷を緩和（中性化）させたり、落雷の保護範囲を拡大したりして落雷を制御することが出来るものである。
【００１３】
また、本発明による能動型避雷針は、リーダ、ストリーマを避雷針の先端に導く作用があり、能動型避雷針の先端で雷電流を放電するため、能動型避雷針以外の部分の落雷を防止でき、保護範囲が拡大する。よって、安全の確率が増すと共に安価に提供出来るものである。
【００１４】
また、本発明による能動型避雷針は、空心変換器２１の一巻の一次コイル２２を介して大地２３に接続するだけであるから、既存避雷針に容易に適用できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１実施形態）
図１は本発明の能動型避雷針を設けた建物の説明図、図２は本発明の第一実施形態の回路図、図３はこの第一実施形態の具体的な構造を示すもので、本発明で用いる空心変換器２１の斜視図である。図２の例に示すように、この能動型避雷針２０は建物１の上の鉄塔２又は建物１の最上部、水槽，パラボラアンテナなど通信情報のための鉄塔等の上に垂直に取り付けられる。
図２に示されるように能動型避雷針２０は空心変換器２１の一巻の一次コイル２２を介して大地２３に接続し、この能動型避雷針２０は放電ギャップｄの放電電極ａ，ｂの一方の放電電極ａに、この空心変換器２１の多巻（ｎ巻）の二次コイル２４の一端は放電ギャップｄの放電電極ａ，ｂの一方の放電電極ｂに、この変換器２１の二次コイル２４の他端は放電電極ａの一次コイル２２に接続したものである。
【００１６】
次にこの装置の動作を説明すると、能動型避雷針２０に雷雲９が接近すると、雷の先駆放電，或いは階段状先駆放電による先駆放電電流（正極性又は負極性）が空心変換器２１（トランス）の一次コイル２２に流れる。表日本では雲の下が負極性、裏日本では雲の下が正極性であることが知られている。この電流の立ち上がり時間はマイクロ秒台である。この電流は大地２３より接地線、一次コイル２２、避雷針２０へと流れる。この空心変換器２１の一次コイル２２巻線に流入する電流で二次コイル２４に強い誘導起電力が発生する。よって、電極ａ，ｂ間に電位差を生ずる。すなわち、電極ａ，ｂ間に高電圧が印加されることになる。この高電圧がこの電極間ギャップｄにおける絶縁破壊電圧以上になると、電極ａ，ｂ間で気中放電を生じる。この放電は能動型避雷針２０に伝わり、この放電によって大気が電離し、電磁波、イオン、電子、放電劣化生物などを多量に発生するので、雷を積極的に能動型避雷針２０に誘雷でき、避雷範囲の拡大が可能となる。
尚、雷雲９が接近しても、先駆放電電流が充分に流れない場合は、二次コイル２４にパルス電流を印加して、避雷針２０へ強い誘導起電力を発生させ、雷を積極的に能動型避雷針２０に誘雷させてもよい。さらに雷に伴う風力で高電圧パルス電圧を発生させる装置を作動させてもよい。
【００１７】
図３は本発明の第一実施形態の能動型避雷針の具体的な構造を示す斜視図で、図１、２と同じ部分は同じ符号を用いて説明すると、空心変換器２１は円筒型の一巻きの一次コイル２２の中心軸に多巻（ｎ巻）の二次コイル２４を挿入したものである。
図３示のように一次コイル２２は大電流に耐えるように厚さ１−５ｍｍの金属板を円筒に折り曲げたもので、その一端２２ａは避雷針２０とギャップｄに接続し、その他端２２ｂは接地したものである。二次コイル２４は１０００巻き程度のコイルでその一端はギャップｄに接続し、他端は接地する。増幅率は３０倍程度で、その回路図は図５示となる。一次コイル２２を軸方向に流れる電流の磁束が二次コイル２４のコイルを切ることにより、強い電圧を二次コイル２４に発生させ、その強い電圧はギャップｄに作用し、避雷針２０に伝わって雷を積極的に誘導するものである。
【００１８】
（第２実施形態）
図４は本発明で用いる空心変換器２１の回路図で、能動型避雷針２０より空心変換器２１の一巻の一次コイル２２を介して大地２３に接続し、この空心変換器２１の多巻（ｎ巻）の二次コイル２４の両端を夫々放電ギャップｄの放電電極ａ，ｂに接続したものである。
上記放電ギャップｄの放電は能動型避雷針２０に伝わるが、放電ギャップｄを避雷針２０の避雷針の近傍に設けると更に効果的である。
【００１９】
（第３実施形態）
図５はその空心変換器２１の他の例の回路図で、一次コイル２２は二つの対をなす円筒により構成し、夫々の中心軸に２つの二次コイル２４，２４を挿入し、夫々ギャップｄ1，ｄ1に接続したものである。
【００２０】
（実験例）
図６−ａは本発明の効果を確認するための実験回路の概略図である。図６−ａに示されるように高電圧を発生する交流電源２５の出力端子のプラス側をイオンサプライヤー（高圧感応コイル）２６の一次側の一端に接続する。電源の他の端子（マイナス側）を鋼球電極３０に接続する。この鋼球電極を雷のリーダの先端あるいは先駆放電電流とみなし、地上１．５ｍの高さから自由落下させる。イオンサプライヤーの１次側の他方の端を鋼球電極のガイドとして用いられている円筒３１の側面に鋼球電極に対する電極として設置する。この場合、鋼球電極が落下したときに、機械的に接続しないように一定距離ｄを隔てる。この距離の設定は、交流電源の印加で決定する。このような設定において交流電圧を印加し、鋼球電極３０を自由落下させた。
図７はその実験例の結果を示し、高電圧プローブを介して得られた２次側コイルの両端子間の電圧を示したものである。
【００２１】
この結果、イオンサプライヤー２６の出力電圧を高電圧プローブ２７を介してデジタルシグナルアナライザ（オシロスコープ）２８に供給して解析したところ、その波形図は図７示のように、イオン、電子、放電劣化生成物を供給しなかった場合はその曲線の左部３２に示すように僅かであったが、イオン、電子、放電劣化生成物を供給した場合はその曲線の右部３３に示すように大きく変化し、効果的に雷電流を呼び込むことが確認された。
また、本願のイオンの放出する能動型避雷針を模して誘雷率を従来のイオン放出のない避雷針と比較する実験を図６−ｂに示す装置で各種の角度θについて行ったところ、下記の表１に示すようにイオン放出の場合、明らかに誘雷率が高い値を示していることが判明された。
なお、この実験において、鋼球対針電極間の距離は約2.2ｃｍ、印加電圧は直流１０ｋｖで負極性とし、大気中で行った。また、図６−ｃ示のように能動型避雷針３９のイオン発生は円筒状の能動型避雷針３９のもとに設けた針対針電極４０，４１を別に設置して、この電極間にコード４３を介して固定されたイグニッションコイル４２からの電圧を印加して行ったものである。
【００２２】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の能動型避雷針を設けた建物の説明図である。
【図２】本発明の能動型避雷針の第一実施形態の回路図である。
【図３】本発明の能動型避雷針の第一実施形態の具体的な構造を示す空心変換器２１の斜視図である。
【図４】本発明の第二実施の形態の回路図である。
【図５】本発明の第三実施の形態の回路図である。
【図６−ａ】本発明の効果を確認するための実験例の装置の概略図である。
【図６−ｂ】本発明の効果を確認するための他の実験例の装置の概略図である。
【図６−ｃ】図６−ｂの能動型避雷針の拡大説明図である。
【図７】その実験例の結果のグラフである。
【図８】従来の第一の避雷針を設けた建物の説明図である。
【図９】従来の第二の避雷針の説明図である。
【図１０】従来の第三の避雷針の説明図である。
【図１１】従来の第四の避雷針の説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
２０  能動型避雷針
２１  変換器
２４  コイル
ｄ    放電ギャップ
ａ、ｂ  放電電極
２３    大地
【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−ａ】
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【図６−ｂ】
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【図６−ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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