(57)【要約】【課題】磁気濃縮型爆薬発電機に直流電流を供給する直流電圧供給手段を簡単な構成で小型及び軽量に実現することができ、これによって装置全体を小型で軽量化できると共に低コストで実現すること。【解決手段】高電流パルス発生装置２００を、バッテリ１及びスイッチ２から成る直流電圧供給手段と、バッテリ１からスイッチ２を介して電流を増幅する第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａと、この発電機６Ａからの電流を増幅する第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂとを備えて構成する。これによって、従来のような直流電圧供給手段としてバッテリ１以外の構成要素であるＤＣ−ＤＣコンバータ３及び高電圧供給用のコンデンサ４を不要とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を供給するバッテリ及び当該バッテリの電流を投入するスイッチから成る直流電圧供給手段と、
前記スイッチの投入時に供給される電流を増幅する第１の磁気濃縮型爆薬発電機と、
前記第１の磁気濃縮型爆薬発電機で増幅された電流を増幅して負荷に供給する第２の磁気濃縮型爆薬発電機とを備え、
前記第１の磁気濃縮型爆薬発電機は、爆薬及び起動信号の付与により該爆薬を起爆させる雷管を内蔵する第１の金属筒と、この第１の金属筒の外周に配置されたコイルとを有し、このコイルに前記直流電圧供給手段から供給される電流を流して増幅を行うように成され、
前記第２の磁気濃縮型爆薬発電機は、爆薬及び起動信号の付与により該爆薬を起爆させる雷管を内蔵する第２の金属筒と、この第２の金属筒の外周に二重巻きの形状に外周コイルと内周コイルを有し、該内周コイルの一部を該外周コイルと対向させ、この対向部分の内周コイルの先端部に接触子を設け、該外周コイルに前記第１の磁気濃縮型爆薬発電機で増幅された電流が流れる状態にあって、前記起爆による該第２の金属筒の開拡で該接触子が該内周コイルを押下して該外周コイルに接触させ、この接触で該外周コイルに流れる電流を該内周コイルに流して電流増幅を行うように成されている
ことを特徴とする高電流パルス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電中のコイルを爆薬により順次短絡することにより電流増幅を行う磁気濃縮型爆薬発電機を内蔵した高電流パルス発生装置に関し、特にパルス電流をパルス電圧に変換する装置やパルス電圧を電磁波に変換する装置と組み合わせることにより高出力の電磁波を発生させ、各種の分野での応用が可能な可搬型の電磁波発生装置等に用いられる高電流パルス発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高電流パルスを発生させる高電流パルス発生装置の構成を図７に示し、その説明を行う。
図７に示す高電流パルス発生装置１００において、１は直流電圧を供給するバッテリ、２はスイッチ、３は直流電圧を直流高電圧に昇圧するためのＤＣ−ＤＣコンバータ、４は直流高電圧を供給するコンデンサ、５はスイッチ、６は電流増幅装置として作用する磁気濃縮型爆薬発電機、７は負荷、８は制御装置、９は制御装置８を作動させるスイッチである。また、１６は制御装置８をスイッチ２，５及び雷管１４に接続する制御配線である。
【０００３】
磁気濃縮型爆薬発電機６は、既知の技術であり、コイル１１に電流を通電した状態で、爆薬１３の爆発により金属円筒１２を開き、これにより順次コイル１１を短絡することによって電流増幅を行う。
磁気濃縮型爆薬発電機６の出力を大きくするには、入力電流を大きくする必要があった。そのため、コンデンサ４は静電容量の大きなものを用い、高電圧で充電する必要があった。このためバッテリ１の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ３で昇圧してコンデンサ４を充電している。コンデンサ４から高電流パルスが磁気濃縮型爆薬発電機６に入力されると、当該磁気濃縮型爆薬発電機６はその入力された高電流を更に増幅し、負荷７へ出力するように構成されている。
【０００４】
このような構成の高電流パルス発生装置１００において、電流増幅装置としての磁気濃縮型爆薬発電機６の原理について図８〜図１０を参照して説明する。
図８において、スイッチ５を投入すると、入力側に接続された装置より磁気濃縮型爆薬発電機６のコイル１１を通して出力側に接続された装置へ、そして金属筒１２から入力側に接続された装置へと電流が流れる。コイル１１に流れる電流をＩとし、コイル１１のインダクタンスをＬとすると、コイル１１にはＬ×Ｉの磁束が生じる。
【０００５】
電流がピークに達したとき、雷管１４を起爆させると同時に爆薬１３も起爆し、爆ごうを開始する。これによって、図９に示すように、金属製の金属筒１２が拡張し、コイル１１を順次短絡して行くため、コイル１１のインダクタンスＬが次第に小さくなって行く。一方、磁束保存則により、コイル１１の磁束Ｌ×Ｉは一定に保たれるため、コイル１１に流れる電流Ｉは、図１０に示すように、時間ｔとともに増幅される。
この種の従来の装置として、例えば特許文献１に記載のものがある。
【特許文献１】特開２００３−２９８３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の高電流パルス発生装置においては、磁気濃縮型爆薬発電機６の入力として所望の電流を得るためには、直流電圧供給手段としてバッテリ１の他に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３、高電圧供給用のコンデンサ４、それに投入用のスイッチ２，５が２個必要であり、その直流電圧供給手段が複雑な構成で大型化及び高重量化となる。このため、高電流パルス発生装置１００を特に可搬型として構成する際に、当該高電流パルス発生装置１００の全体構成が大型で高重量となり、コストも高くなるという問題があった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、磁気濃縮型爆薬発電機に直流電流を供給する直流電圧供給手段を簡単な構成で小型及び軽量に実現することができ、これによって装置全体を小型で軽量化できると共に低コストで実現することができる高電流パルス発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１による装置は、直流電圧を供給するバッテリ及び当該バッテリの電流を投入するスイッチから成る直流電圧供給手段と、前記スイッチの投入時に供給される電流を増幅する第１の磁気濃縮型爆薬発電機と、前記第１の磁気濃縮型爆薬発電機で増幅された電流を増幅して負荷に供給する第２の磁気濃縮型爆薬発電機とを備え、前記第１の磁気濃縮型爆薬発電機は、爆薬及び起動信号の付与により該爆薬を起爆させる雷管を内蔵する第１の金属筒と、この第１の金属筒の外周に配置されたコイルとを有し、このコイルに前記直流電圧供給手段から供給される電流を流して増幅を行うように成され、前記第２の磁気濃縮型爆薬発電機は、爆薬及び起動信号の付与により該爆薬を起爆させる雷管を内蔵する第２の金属筒と、この第２の金属筒の外周に二重巻きの形状に外周コイルと内周コイルを有し、該内周コイルの一部を該外周コイルと対向させ、この対向部分の内周コイルの先端部に接触子を設け、該外周コイルに前記第１の磁気濃縮型爆薬発電機で増幅された電流が流れる状態にあって、前記起爆による該第２の金属筒の開拡で該接触子が該内周コイルを押下して該外周コイルに接触させ、この接触で該外周コイルに流れる電流を該内周コイルに流して電流増幅を行うように成されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、高電流パルス発生装置が、バッテリ及びスイッチから成る直流電圧供給手段と、この直流電圧供給手段から電流を増幅する第１の磁気濃縮型爆薬発電機と、この発電機からの電流を増幅する第２の磁気濃縮型爆薬発電機とを備えて構成されるので、直流電圧供給手段としてバッテリとスイッチを使用すればよい。従来は、直流電圧供給手段としてバッテリ以外の構成要素であるＤＣ−ＤＣコンバータ及び高電圧供給用のコンデンサが必要であった。つまり、本発明では、ＤＣ−ＤＣコンバータ及び高電圧供給用のコンデンサが不要になる。これによって、直流電圧供給手段を簡素構成で小型及び軽量に実現することができるので、その分、高電流パルス発生装置も簡素化、小型化及び軽量化することができ、また、低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明によれば、磁気濃縮型爆薬発電機に直流電流を供給する直流電圧供給手段を簡単な構成で小型及び軽量に実現することができ、これによって高電流パルス発生装置全体を小型で軽量化できると共に低コストで実現することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る高電流パルス発生装置の構成を示す図である。
図１に示す高電流パルス発生装置２００は、直流電圧を供給するバッテリ１と、スイッチ２と、バッテリ１から供給される電流を増幅する第１段目の電流増幅手段である第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａと、この第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａと接続され、第１段目で増幅された電流を更に増幅する第２段目の電流増幅手段である第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂと、この第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂと接続される負荷７と、各装置の作動タイミングを制御する制御装置８と、スイッチ９とを備えて構成されている。また、１６は制御装置８をスイッチ２，５及び雷管１４に接続する制御配線である。
【００１１】
第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａは、図２に示すように、スイッチ２と、コイル１１Ａと、このコイル１１Ａの内側に配置された雷管１４及び爆薬１３が内蔵された金属筒１２Ａと、コイル１１Ａの入力側電線１０Ａ及び出力側電線１０Ｂとを備えて構成されている。
この第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａは、既に説明した従来の磁気濃縮型爆薬発電機６と同構成であって同様の動作を行うので、その説明を省略する。
【００１２】
第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂは、図３に示すように、雷管１４及び爆薬１３が内蔵された金属筒１２Ｂと、この金属筒１２Ｂの外周に配置された内周コイル１１Ｓ，１１Ｔと、これらの内、電流入力側半分の内周コイル１１Ｓの外周に配置された外周コイル１１Ｐと、内周コイル１１Ｓに接続された接触子１５とを備えて構成されている。但し、接触子１５は金属筒１２Ｂに非接触状態にある。
【００１３】
このような第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂおいて、まず入力側に接続される装置（図示せず）より、図４に示すように電流ＩＡが配線１０Ｂから外周コイル１１Ｐへ流れ、再び入力側の装置に戻る。その外周コイル１１Ｐには内周コイル１１Ｓが対向して配置されているので、電磁誘導作用により内周コイル１１Ｓに電圧が誘起されるが、接触子１５と金属筒１２Ｂは非接触の状態にあるため、内周コイル１１Ｓ及び１１Ｔには電流は流れない。
【００１４】
そして、外周コイル１１Ｐの電流ＩＡが所定の値に到達したとき、内周コイル１１Ｓの電圧値もピークに達していので、この瞬間に雷管１４を起爆させると、爆薬１３が起爆し、爆ごうを開始し、金属筒１２Ｂが開き、当該金属筒１２Ｂが接触子１５を外方に押下して外周コイル１１Ｐと接触する。これによって、外周コイル１１Ｐと内周コイル１１Ｓが接触するので、外周コイル１１Ｐから接触子１５を介して内周コイル１１Ｓに、電磁誘導作用により誘起された電圧により図４に示すように、電流ＩＢが流れ始める。
【００１５】
この電流ＩＢは内周コイル１１Ｔに流れて行き、出力側電線１０Ｃを通して出力側に接続された負荷７へ伝達される。更に内周コイル１１Ｓ及び１１Ｔは、金属筒１２Ｂにより順次短絡されるのでインダクタンスが減少していく。前述で説明した磁束保存則により、内周コイル１１Ｓ及び１１Ｔを流れる電流ＩＢは時間の経過に従って増幅されて行く。
【００１６】
つまり外周コイル１１Ｐは電流ＩＡによるエネルギーを一旦保存し、次に内周コイル１１Ｓへ伝達する役割を果たす。内周コイル１１Ｓはエネルギーの伝達を受け、電流ＩＢを流し、更にその電流ＩＢを増幅する役割を果たす。内周コイル１１Ｔは引き続き電流ＩＢを増幅する役割を果たす。
つまり、図４は、第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂの電流ＩＡ及びＩＢが時間ｔとともに増幅される様子を示す。また、電流ＩＢで初期の電流が低いのは外周コイル１１Ｐと内周コイル１１Ｓの巻き線数の比及び空間結合率によるものである。
【００１７】
次に、高電流パルス発生装置２００の全体の動作について説明する。但し、バッテリ１は所定の電圧に充電されているものとする。また、スイッチ９は予め投入されており、制御装置８が作動状態にある。
このような状態において、スイッチ２を投入すると、バッテリ１から第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａへ電流が供給される。この電流が上述のように第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａで増幅される。この増幅された電流は、第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂに供給され、当該第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂで増幅され、この増幅電流が負荷７へ供給される。
制御装置８は、スイッチ２の作動、第１及び第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａ，６Ｂの双方の雷管１３の作動を制御するもので、それぞれを所定の時間に作動するように制御する。このように、本実施の形態の高電流パルス発生装置２００では、電流の増幅が第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａ及び第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂの２段で行われる。
【００１８】
（実施例）
次に、図５を参照して、本実施の形態による高電流パルス発生装置２００の実施例について説明する。図５は高電流パルス発生装置２００の全体の電気接続図を示し、１は直流電圧供給源としてのバッテリ、２はスイッチ、６Ａは第１の磁気濃縮型爆薬発電機、１１Ａはコイル、１２Ａは金属筒、１０は配線、６Ｂは第２の磁気濃縮型爆薬発電機、１１Ｐは外周コイル、１１Ｓは外周コイルに対向する内周コイル、１１Ｔは内周コイル、１２Ｂは金属筒、１５は接触子、７は負荷を示す。
【００１９】
バッテリ１４は、カードサイズのリチウムイオンバッテリを１３個並列に、これらを３６枚直列に接続することによって、合計４６８枚で構成している。これによって電圧は１５３Ｖ、電流は１５ｋＡを供給できる。また、第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａのコイル１１Ａのインダクタンスを１００μＨとし、第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂの外周コイル１１Ｐのインダクタンスを０．３μＨ、内周コイル１１Ｓのインダクタンスを６０μＨ、内周コイル１１Ｔのインダクタンスを４０μＨ、負荷７のインダクタンスを０．２μＨとした。
【００２０】
ここで、バッテリ１は予め１５３Ｖに充電されているとする。この状態において、スイッチ２を投入すると、バッテリ１から第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａのコイル１１Ａに電流が流れ、更に第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂの外周コイル１１Ｐに電流が流れる。
この場合、第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂの内周コイル１１Ｓには電磁誘導作用により電圧が誘起されるが、接触子１５が金属筒１２Ｂと非接触の状態にあるため電流は流れない。
【００２１】
その後、外周コイル１１Ｐの電流値がピーク値の１５ｋＡに到達したとき、第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａの雷管１４が起爆し、爆薬１３が起爆し、爆ごうする。これによって金属筒１２Ａが開き、コイル１１Ａが順次短絡して行く。第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａは電流増幅を行う。電流がピーク値の９０ｋＡに到達したとき、第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂの雷管１４を起爆し、爆薬１３を起爆し、爆ごうさせる。これによって、第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂの接触子１５と金属筒１２Ｂが接触し、接触子１５は導通状態になり、既に誘起された電圧により内周コイル１１Ｓ及び１１Ｔ及び負荷７に電流が流れる。
【００２２】
更に金属筒１２Ｂは拡張を続け、内周コイル１１Ｓ及び１１Ｔを順次短絡して行き、第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂが電流増幅を行う。これによって、第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂの内周コイル１１Ｓ，１１Ｔ及び負荷７を流れる電流は、初期は９ｋＡからスタートし、５００ｋＡまで増幅される。
ここで、比較のため図６に従来の高電流パルス発生装置１００の実施例を示し、その説明を行う。図６において、１は直流電圧供給装置としてのバッテリ、２はスイッチ、３は電圧昇圧装置としてのＤＣ−ＤＣコンバータ、４はコンデンサであり、静電容量４００μＦ、充電電圧７ｋＶのものとした。なお、コンデンサ４は予め７ｋＶに充電されているものとする。磁気濃縮型爆薬発電機６のコイル１１は、インダクタンスを１００μＨとした。
【００２３】
この状態において、スイッチ５を投入し、磁気濃縮型爆薬発電機６のコイル１１に流れる電流が最大値の１０ｋＡに到達したとき、磁気濃縮型爆薬発電機６の雷管１４を起爆し、爆薬１３を起爆し、爆ごうさせる。金属筒１２が開き、コイル１１は順次短絡され、磁気濃縮型爆薬発電機６は増幅を開始し、コイル１１の電流は５００ｋＡに到達する。
【００２４】
以上説明したように、本実施の形態（含む実施例）の高電流パルス発生装置２００よれば、バッテリ１及びスイッチ２から成る直流電圧供給手段と、バッテリ１からスイッチ２を介して電流を増幅する第１の磁気濃縮型爆薬発電機６Ａと、この発電機６Ａからの電流を増幅する第２の磁気濃縮型爆薬発電機６Ｂとを備えて構成されるので、直流電圧供給手段としてバッテリ１を使用すればよく、従来のような直流電圧供給手段としてバッテリ１以外の構成要素であるＤＣ−ＤＣコンバータ３及び高電圧供給用のコンデンサ４が不要になる。
これによって、直流電圧供給手段を簡素構成で小型及び軽量に実現することができるので、その分、高電流パルス発生装置２００も簡素化、小型化及び軽量化することができ、また、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る高電流パルス発生装置の構成図である。
【図２】上記実施の形態の高電流パルス発生装置における第１の磁気濃縮型爆薬発電機の構成図である。
【図３】上記実施の形態の高電流パルス発生装置における第２の磁気濃縮型爆薬発電機の構成図である。
【図４】上記実施の形態の第２の磁気濃縮型爆薬発電機の電流が増幅される様子を説明する電流特性図である。
【図５】上記実施の形態の実施例による高電流パルス発生装置の電気接続図である。
【図６】従来の高電流パルス発生装置の電気接続図である。
【図７】従来の高電流パルス発生装置の構成図である。
【図８】従来の高電流パルス発生装置における磁気濃縮型爆薬発電機の構成図である。
【図９】従来の高電流パルス発生装置における磁気濃縮型爆薬発電機の動作説明図である。
【図１０】従来の磁気濃縮型爆薬発電機の電流が増幅される様子を説明する電流特性図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  バッテリ
２，５，９  スイッチ
６Ａ  第１の磁気濃縮型爆薬発電機
６Ｂ  第２の磁気濃縮型爆薬発電機
７  負荷
８  制御装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  電線
１１Ａ  コイル
１１Ｓ，１１Ｔ  内周コイル
１１Ｐ  外周コイル
１２Ａ，１２Ｂ  金属筒
１３  爆薬
１４  雷管
１５  接触子
１６  制御配線
１００，２００  高電流パルス発生装置
【図１】
2007288715.tif 000003
【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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【図７】
2007288715.tif 000009
【図８】
2007288715.tif 000010
【図９】
2007288715.tif 000011
【図１０】
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