ЭЛЕКТРОШОКОВОЕ УСТРОЙСТВО

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к нелетальному оружию, оружию самообороны, а конкретно к области оружия с электрическим средством поражения биологических объектов - электрошоковым устройствам (ЭШУ).
Уровень техники
Аналогами полезной модели выбраны широко известные из уровня техники электрошоковые устройства с питанием от сменных электрохимических батарей типа AAA, «Energizer» и других батарей, не перезаряжаемых повторно. Типичным представителем таких ЭШУ является модель NOVA XR-5000 производства США [1, 2].
Достоинством ЭШУ с питанием от сменных электрохимических батарей является легкая доступность в продаже батарей и соответственно возможность их быстрой смены в случае разряда. Недостатком такой конструкции является необходимость постоянной покупки новых батарей взамен разряженных, а также неспособность этих батарей отдавать всю запасенную в них энергию при пониженных температурах.
В настоящее время компании мировые лидеры, специализирующиеся на выпуске ЭШУ, уже не производят изделий со сменным батарейным питанием.
В качестве прототипа выбрано ЭШУ по патенту РФ №2179294 [3], содержащее корпус, в котором смонтированы источник электропитания (электроэнергии), выполненный в виде аккумуляторной батареи, выключатель источника электропитания, а также генератор импульсного напряжения. Аккумуляторная батарея может заряжаться от внешнего источника электропитания (бытовой электросети) при помощи зарядного устройства, которое может быть расположено в корпусе ЭШУ или подключаться к ЭШУ отдельно. ЭШУ работает следующим образом. При воздействии пользователя ЭШУ на выключатель последний подключает источник электропитания к генератору импульсного напряжения. Импульсный сигнал от генератора поступает на объект применения. Генератор импульсного напряжения преимущественно включает формирователь импульсных сигналов промежуточного напряжения (1000…2000 В) и высоковольтный трансформатор, повышающий выходное напряжение до 50000…150000 В.
Недостатком такой конструкции является необходимость длительного времени заряда аккумуляторов питания ЭШУ, составляющего (в зависимости от типа используемых электрохимических аккумуляторов) от единиц до десятков часов.
Другой недостаток прототипа заключается в том, что аккумуляторы любого типа имеют ограниченное количество циклов заряд/разряд, деградируют со временем даже в пределах гарантированного срока службы и, кроме того, неспособны отдавать всю запасенную в них энергию при пониженных температурах, например в условиях Севера, в частности в Северо-Восточной Сибири и Арктике.
Третий недостаток прототипа заключается в том, что выходная мощность ЭШУ уменьшается пропорционально степени разряда аккумулятора. Таким образом, прототип не может обеспечить постоянную выходную мощность, что снижает боевую эффективность ЭШУ при разряде аккумуляторов.
Целью заявленной полезной модели является создание устройства, свободного от указанных выше недостатков.
Задачей заявленной полезной модели является создание устройства ЭШУ, имеющего источник электроэнергии в виде суперконденсатора (ионистора) для питания генератора импульсного напряжения ЭШУ, с максимальным коэффициентом использования всей энергии, заключенной в суперконденсаторе, при постоянной отдаваемой ЭШУ выходной мощности за время работы.
Задачей заявленной полезной модели является также создание ЭШУ с практически неограниченным по источнику электропитания сроком службы и возможностью использовать ЭШУ при крайне низких отрицательных температурах.
Поставленная задача решается тем, что в электрошоковом устройстве, содержащем корпус, в котором размещены источник электроэнергии, выключатель, генератор импульсного напряжения, упомянутый источник электроэнергии выполнен в виде суперконденсатора (ионистора) с подключенным к нему через выключатель с органом управления, размещенным снаружи упомянутого корпуса, преобразователем низкого напряжения суперконденсатора в напряжение питания генератора импульсного напряжения, а к упомянутому суперконденсатору подключено зарядное устройство.
Дополнительной особенностью заявляемого устройства является то, что упомянутый суперконденсатор является батареей, составленной из нескольких суперконденсаторов.
Дополнительной особенностью заявляемого устройства является также то, что упомянутый преобразователь является преобразователем типа Joule Thief.
Дополнительной особенностью заявляемого устройства является также то, что упомянутый преобразователь является преобразователем типа Joule Thief со стабилизатором напряжения питания генератора импульсного напряжения ЭШУ.
Дополнительной особенностью заявляемого устройства является также то, что упомянутое зарядное устройство размещено внутри корпуса ЭШУ.
Дополнительной особенностью заявляемого устройства является также то, что упомянутое зарядное устройство располагается снаружи корпуса ЭШУ и представляет собой съемный блок.
Дополнительной особенностью заявляемого устройства является также то, что упомянутый суперконденсатор размещен в футляре, имеющем переднюю и заднюю рабочие грани, на каждой из которых закреплены по меньшей мере два разнополярных выводных контакта, соединенных с выводами суперконденсатора соответствующей полярности, причем однополярные выводные контакты расположены один напротив другого, а конфигурация выводных контактов на каждой из граней выбрана из условий некасания и непересечения фигур вращения, образуемых траекториями движения разнополярных выводных контактов при произвольном повороте корпуса вокруг его продольной оси.
Дополнительной особенностью заявляемого устройства является также то, что соединение упомянутых выводных контактов с выводами суперконденсатора выполнено посредством соединительных проводников, размещенных внутри упомянутого футляра.
Дополнительной особенностью заявляемого устройства является также то, что каждый из упомянутых выводных контактов может быть выполнен в форме полосы, охватывающей по меньшей мере часть боковой поверхности футляра и образующей фигуру, продольная ось которой ориентирована вдоль продольной оси корпуса, при этом выводные контакты одной полярности расположены на одинаковом расстоянии от центральной плоскости, перпендикулярной продольной оси футляра.
Дополнительной особенностью заявляемого устройства является также то, что на поверхности футляра, имеющего параллельные переднюю и заднюю рабочие грани, на каждой из которых закреплены по меньшей мере два разнополярных выводных контакта, соединенных с выводами соответствующей полярности суперконденсатора, причем однополярные выводные контакты расположены один напротив другого, закреплены по меньшей мере две пары дополнительных разнополярных выводных контактов, соединенных с выводами суперконденсатора соответствующей полярности, каждый из упомянутых дополнительных выводных контактов может быть выполнен в форме полосы, охватывающей по меньшей мере часть боковой поверхности футляра и образующей фигуру, продольная ось которой ориентирована вдоль продольной оси футляра, при этом выводные контакты одной полярности расположены на одинаковом расстоянии от центральной плоскости, перпендикулярной продольной оси футляра.
Дополнительной особенностью заявляемого устройства является также то, что выводные контакты одной полярности расположены у торцевых граней корпуса и совмещены с соответствующими дополнительными выводными контактами, расположенными у краев торцевых граней корпуса.
Дополнительной особенностью заявляемого устройства является также то, что к одной паре упомянутых разноименных выводных контактов подключен упомянутый преобразователь, а к другой паре разноименных контактов - упомянутое зарядное устройство.
Дополнительной особенностью заявляемого устройства является также то, что упомянутый суперконденсатор размещен в футляре, имеющем параллельные переднюю и заднюю рабочие грани, на каждой из которых закреплены по меньшей мере два разнополярных выводных контакта, упомянутый преобразователь размещен внутри упомянутого футляра и подключен к выводам суперконденсатора через выключатель, размещенный снаружи упомянутого футляра, при этом соответствующая пара выводных контактов футляра подключена к выходу упомянутого преобразователя, а другая пара - к выводам суперконденсатора.
Раскрытие полезной модели
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг. 1 - Блок-схема электрошокового устройства.
Фиг. 2а - Вариант конструкции суперконденсатора, размещенного в футляре, с двумя парами выводных контактов, выполненных соответственно в виде «пятачка» и кольца, размещенных на торцевых гранях футляра, в разрезе.
Фиг. 2б - Вариант конструкции суперконденсатора, размещенного в футляре, с двумя парами выводных контактов, выполненных в виде «пятачка» и кольца, размещенных на торцевых гранях футляра, вид со стороны торцевой грани.
Фиг. 3а - Общий вид варианта конструкции суперконденсатора, размещенного в футляре, с двумя парами кольцевых выводных контактов, размещенных на боковой поверхности футляра.
Фиг. 3б - Вариант конструкции суперконденсатора, размещенного в футляре, с двумя парами кольцевых выводных контактов, размещенных на боковой поверхности футляра, в разрезе.
Фиг. 4 - Общий вид варианта конструкции суперконденсатора, размещенного в футляре, с двумя парами кольцевых выводных контактов, размещенных на боковой поверхности футляра, и двумя парами выводных контактов, выполненных в виде «пятачка» и кольца, размещенных на торцевых гранях футляра.
Фиг. 1 - Электрошоковое устройство состоит из поражающего цель генератора 1 импульсного напряжения, преобразователя 2, выполненного, например, в виде преобразователя типа Joule Thief, выключателя 3, суперконденсатора 4 и зарядного устройства 5, которое может быть постоянно расположено в корпусе ЭШУ (на Фиг. 1 не показан) либо присоединяться к ЭШУ снаружи только на время заряжания суперконденсатора.
Выключатель 3 может работать как сильноточный (включающий суперконденсатор 4 прямо в работу на преобразователь 2 и далее - на генератор 1) либо как слаботочный, инициирующий работу преобразователя 2. Выключатель 3 также может работать сначала как сильноточный предохранитель, подающий напряжение питания от суперконденсатора 4 на преобразователь 2, а далее - как слаботочный выключатель для инициирования работы преобразователя 2.
Суперконденсатор 4 может состоять как из одного конденсатора (одной «банки»), так и нескольких параллельно соединенных «банок» суперконденсаторов.
Зарядное устройство 5 подключается к источнику электроэнергии - сетевой розетке или, например, разъему прикуривателя автомобиля. Зарядное устройство 5 обеспечивает большой зарядный ток, поступающий на суперконденсатор 4. Вследствие обеспечения большого зарядного тока суперконденсатор 4 заряжается до нормального напряжения за время, не превышающее нескольких минут. Об окончании зарядки суперконденсатора 4 сигнализирует соответствующий индикатор зарядного устройства 5 (на Фиг. 1 не показан), после чего зарядное устройство 5 отключают от источника электроэнергии. При включении ЭШУ в работу суперконденсатор 4 при помощи выключателя 3 подключается к преобразователю 2. Преобразователь 2 (например, типа Joule Thief) преобразует низкое выходное напряжение суперконденсатора 4, составляющее (для наиболее распространенных в настоящее время суперконденсаторов) 2,5…2,7 В, в напряжение питания генератора импульсного напряжения 1, составляющее (для получения выходной мощности ЭШУ не менее 7…10 Вт), как правило, не менее 8…12 В. Существенное отличие преобразователя типа Joule Thief от иных типов преобразователей заключается в возможности его работы от сверхнизкого напряжения, составляющего величины в диапазоне 0,1…0,7 В. Таким образом, даже при падении напряжения на разряжаемом в процессе работы ЭШУ суперконденсаторе 4 ниже минимального напряжения первичных электрохимических ячеек стандартных батарей или аккумуляторов (1,2…1,5 В) ЭШУ может продолжать работу до падения напряжения на суперконденсаторе 4 вплоть до напряжения 0,1…0,7 В. Для получения постоянной выходной мощности ЭШУ при постепенном разряде суперконденсатора 4 преобразователь 2 типа Joule Thief может быть снабжен стабилизатором выходного напряжения, поддерживающим постоянный уровень напряжения, подаваемого на генератор импульсного напряжения 1, а значит постоянный уровень выходной мощности ЭШУ, гарантирующий постоянство физиологического действия ЭШУ.
Фиг. 2а - Суперконденсатор может быть помещен в футляр 6, имеющий боковую поверхность, переднюю и заднюю торцевые грани, при этом футляр 6 выполнен преимущественно удлиненным, он может быть выполнен цилиндрическим в виде прямоугольного параллелепипеда, а также любой иной формы, например округлым. Его торцевые грани преимущественно выполнены плоскими, параллельными одна другой и перпендикулярными его продольной оси или наклонными к ней или выполнены иной формы, например округлыми. Выводы разной полярности суперконденсатора соединены с размещенными на торцевых гранях футляра 6 соответствующими выводными контактами 7 и 8, которые образуют по меньшей мере две пары таких контактов. Их расположение и конфигурация выбраны из условия обеспечения возможности их электрического контакта с соответствующими приемными контактами отсека электропитания ЭШУ, имеющими аналогичное расположение и топологию, при установке футляра в отсек электропитания ЭШУ вне зависимости от ориентации футляра (приемные контакты на чертежах не показаны). Соединение упомянутых выводных контактов с выводами суперконденсатора выполнено посредством соединительных проводников, размещенных внутри упомянутого футляра.
Фиг. 2б - Выводные контакты одной полярности на одной из торцевых граней корпуса расположены напротив соответствующих выводных контактов той же полярности на его другой торцевой грани. Конфигурация выводных контактов 8 и 9, размещенных на передней и задней рабочих гранях футляра, выбрана из условия непересечения фигур вращения, образуемых траекториями движения разнополярных выводных контактов, размещенных на одной грани, при произвольном повороте корпуса вокруг его продольной оси. Это означает, что при произвольном повороте футляра вокруг его продольной оси никакая часть контакта определенной полярности, размещенная на торцевой грани футляра, никогда не совпадет даже с частью ответного приемного контакта противоположной полярности отсека питания ЭШУ. Конфигурация выводных электродов футляра может отличаться от конфигурации, показанной на Фиг. 2, главное, чтобы при этом выполнялись упомянутые выше условия. Например, разнополярные выводные электроды, расположенные на торцевых гранях футляра, могут быть выполнены в виде коротких полосок или иных геометрических фигур, необязательно одинаковых. Футляр 6 выполнен преимущественно из диэлектрического материала, но может быть выполнен и металлическим, при этом он должен быть снабжен диэлектрическими прокладками, изолирующими его от выводных контактов (на чертежах не показано).
Фиг. 3а - В другом варианте исполнения футляра каждый из выводных контактов 9 и 10 выполнен в форме полосы, охватывающей по меньшей мере часть боковой поверхности футляра 6 и образующей фигуру, продольная ось которой ориентирована вдоль, а в частном случае совпадает с продольной осью футляра 6. Полосы выводных контактов 9 и 10 могут быть выполнены, например, в виде металлической пленки. Они могут быть выполнены в частном случае непрерывными, охватывающими боковую поверхность футляра 6 по всему ее периметру. Однополярные выводные контакты разных пар расположены на одинаковом расстоянии от центральной плоскости, перпендикулярной продольной оси футляра 6. Ширины выводных контактов 9 и 10 могут быть одинаковыми, а могут отличаться друг от друга. Их расположение и конфигурация выбраны из условия обеспечения возможности их электрического контакта с соответствующими приемными контактами отсека электропитания ЭШУ при установке футляра в отсек электропитания вне зависимости от ориентации устройства (приемные контакты на чертежах не показаны).
Фиг. 3б - Соединение упомянутых выводных контактов с выводами суперконденсатора 4 выполнено посредством соединительных проводников, размещенных внутри упомянутого футляра 6.
Фиг. 4 - В третьем варианте исполнения футляра одна группа выводных контактов 7 и 8 расположена на торцевых гранях футляра 6 (в соответствии с размещением выводных контактов, показанным на Фиг. 2), а другая группа дополнительных выводных контактов 9 и 10 - на боковой поверхности футляра 6 (в соответствии с размещением выводных контактов, показанным на Фиг. 3).
Таким образом, футляр с суперконденсатором 4 можно размещать в отсек электропитания ЭШУ, произвольным образом его ориентируя как в отношении его торцевых граней, так и в отношении его произвольного поворота вокруг продольной оси. При этом будет обеспечиваться надежный контакт с ответными контактами отсека электропитания ЭШУ. Это особенно важно в экстремальных условиях, например в темноте или неожиданно возникших экстремальных ситуациях, при необходимости срочно заменить источник питания.
Наличие нескольких пар разноименных выводных контактов дает дополнительное преимущество, например, к одной паре упомянутых разноименных выводных контактов может быть подключен упомянутый преобразователь 2 низкого напряжения суперконденсатора 4 в напряжение питания генератора импульсного напряжения 1 ЭШУ, а к другой паре разноименных контактов - упомянутое зарядное устройство 5.
В некоторых случаях в футляре 6, помимо суперконденсатора, можно разместить и упомянутый преобразователь 2 низкого напряжения суперконденсатора в напряжение питания генератора импульсного напряжения 1 ЭШУ, который может быть подключен к выводам суперконденсатора через выключатель 3, размещенный снаружи упомянутого футляра 6, при этом соответствующая пара выводных контактов футляра подключается к выходу упомянутого преобразователя 2, а другая пара - к выводам суперконденсатора 4. В этом варианте футляр может представлять собой функционально и конструктивно законченное устройство, выходное напряжение которого соответствует типовому напряжению питания генератора импульсного напряжения ЭШУ.
Отличие суперконденсаторов от обычных аккумуляторов заключается также в том, что суперконденсаторы имеют очень большой, практически неограниченный, срок службы.
Кроме того, отличие суперконденсаторов от обычных аккумуляторов заключается также в том, что суперконденсаторы могут работать, сохраняя свои выходные параметры, в условиях низких температур, например в Северных регионах Российской Федерации.
Список цитированных источников:
1. https://en.wikipedia.org/wiki/Electroshock_weapon
2. https://books.google.ru/books?id=oQAAAAAAMBAJ&pg=PA92&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false
3. Патент РФ №2179294. «Электрошоковое устройство».