JP2007325457A - Magnetic-concentration-type explosive generator - Google Patents
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Abstract
Description
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い大電流パルスを発生する磁気濃縮型爆薬発電機に関し、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磁気濃縮型爆薬発電機に関する。 The present invention relates to a magnetic concentration explosive generator that generates a large current pulse by sequentially short-circuiting energized coils with an explosive, and in particular, a device that converts a pulse current into a pulse voltage and a pulse voltage into an electromagnetic wave. The present invention relates to a magnetic concentrated explosive generator used in a portable electromagnetic wave generator that can generate a high output electromagnetic wave by combining with a conversion device and can be applied in various fields.
従来の磁気濃縮型爆薬発電機の動作原理を、図5〜図7を参照して説明する。図5において、1は磁気濃縮型爆薬発電機、2はコイル、6は金属筒、7は雷管、8は爆薬、10は配線である。図示せぬ入力側装置から入力側の配線10を介して流れて来た電流は、コイル2を流れて出力側の配線10を介して図示せぬ出力側装置へ流れ、また、出力側装置から出力側の配線10へ戻ってきた電流は、金属筒6から入力側の配線10へと流れる。
The operation principle of a conventional magnetic concentrated explosive generator will be described with reference to FIGS. In FIG. 5, 1 is a magnetic concentrated explosive generator, 2 is a coil, 6 is a metal cylinder, 7 is a detonator, 8 is an explosive, and 10 is a wiring. A current flowing from the input side device (not shown) through the
ここで、コイル2に流れる電流をIとし、コイル2のインダクタンスをLとすると、コイル2にはL×Iの磁束が生じる。コイル2に流れる電流がピークに達したとき、雷管7を起爆させると同時に爆薬8も起爆し爆ごうを開始する。
これによって、図6に示すように、金属筒6が拡張し、コイル2を順次短絡して行くため、コイル2のインダクタンスLは次第に小さくなって行く。一方、磁束保存則により、コイル2の磁束L×Iは一定に保持されるため、コイル2に流れる電流は時間とともに増幅される。
Here, if the current flowing through the
As a result, as shown in FIG. 6, the
電流が時間とともに増幅される様子を図7に示す。上述したように電流Iが増幅される割合はコイル2のインダクタンスLに概ね比例する。また、コイル2のインダクタンスLはコイル2の巻き数に概ね比例する。従って、出力電流/入力電流で表される電流増幅率を大きくするにはコイル2の巻き数を大きくすればよいことがわかる。
また、磁気濃縮型爆薬発電機1のコイル2は、円筒状の金属を切削加工して製作し、その後、絶縁被膜を施す方法か、絶縁皮膜を有す円形導体の絶縁電線を巻く方法で製作されている。
FIG. 7 shows how the current is amplified with time. As described above, the rate at which the current I is amplified is approximately proportional to the inductance L of the
In addition, the
上述の円筒状の金属を切削加工してコイルを製作した従来の磁気濃縮型爆薬発電機の断面構成図を図8に示す。但し、図8(a)は長手軸方向の断面図、(b)は(a)のZ1−Z2断面図である。
図8において、1Bは磁気濃縮型爆薬発電機、2Bは金属筒を切削加工後に絶縁皮膜を付与して製作したコイル、3Bはコイル2Bの導体、4Bはコイル2Bの絶縁被覆、5は絶縁体、6は金属筒、7は雷管、8は爆薬、9はフランジである。
通常、筒の厚みの厚い金属筒は入手できないので、筒の厚みの薄いものを切削加工してコイル2Bを形成する。コイル2Bには大電流を流すため、導体3Bの断面が平角状で所定の電流耐力を有するように形成し、コイル2Bの配置を当該コイル断面の長辺が磁気濃縮型爆薬発電機1Bの長手方向と一致するコイル軸に対し、平行となるようにしてある。
FIG. 8 shows a cross-sectional configuration diagram of a conventional magnetic concentrated explosive generator in which a coil is manufactured by cutting the cylindrical metal described above. 8A is a sectional view in the longitudinal axis direction, and FIG. 8B is a sectional view taken along the line Z1-Z2 in FIG.
In FIG. 8, 1B is a magnetic concentration type explosive generator, 2B is a coil manufactured by applying a coating after cutting a metal tube, 3B is a conductor of the
Usually, since a metal cylinder with a thick cylinder cannot be obtained, a
次に、図9に、上述の絶縁皮膜を有す円形導体の絶縁電線を巻きコイルを製作した従来の磁気濃縮型爆薬発電機の断面構成図を示す。但し、図9(a)は長手軸方向の断面図、(b)は(a)のY1−Y2断面図である。
図9において、1Cは磁気濃縮型爆薬発電機、2Cは円形の導体に絶縁皮膜が付与された絶縁電線を使用して製作したコイル、3Cはコイル2Cの導体、4Cはコイル2Cの絶縁被覆、5は絶縁体、6は金属筒、7は雷管、8は爆薬、9はフランジである。コイル2Cには大電流を流すため、導体3Cの断面積は図8の平角状のコイル2Bの導体3Bと同じにする必要がある。
Next, FIG. 9 shows a cross-sectional configuration diagram of a conventional magnetic concentrated explosive generator in which a coil is manufactured by winding a circular conductor insulated wire having the above-described insulating film. 9A is a sectional view in the longitudinal axis direction, and FIG. 9B is a sectional view taken along the line Y1-Y2 in FIG.
In FIG. 9, 1C is a magnetic concentrated explosive generator, 2C is a coil manufactured using an insulated wire with a circular conductor provided with an insulating film, 3C is a conductor of
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。
しかし、従来の磁気濃縮型爆薬発電機には、次のような問題がある。磁気濃縮型爆薬発電機のコイルは円筒状の金属材料を切削加工して導体を製作し、その後、導体に絶縁皮膜処理を行い、更にコイル間に絶縁樹脂をモールドするため、製作費用が高価となる。仮に、肉厚の厚い金属筒が入手できたとしても、切削加工および絶縁処理に大きな時間と費用がかかるので、製作費用が高価となる。 However, the conventional magnetic concentrated explosive generator has the following problems. Magnetic concentrated explosive generator coils are manufactured by cutting a cylindrical metal material to produce a conductor, then performing an insulation film treatment on the conductor, and then molding an insulating resin between the coils. Become. Even if a thick metal cylinder can be obtained, it takes a lot of time and money for cutting and insulation treatment, and the manufacturing cost becomes high.
更に、コイルに大電流を流すためコイル断面積が大きくなり、特にコイルの軸方向の寸法が大きくなるので、コイルの巻き数を多くできず、このため、出力電流/入力電流で表される電流増幅率を大きくすることができない。
また、絶縁被膜を有する円形導体の電線を用いてコイルを製作する場合は、安価に製作することができるが、上記で説明したようにコイルの断面積を大きくする必要があるので、コイルの軸方向の大きさが大きくなり、このため、コイルの巻き数を大きくできず、出力電流/入力電流で表される電流の増幅率を大きくすることができない。
In addition, since a large current flows through the coil, the coil cross-sectional area increases, and particularly the axial dimension of the coil increases, so the number of turns of the coil cannot be increased. Therefore, the current represented by the output current / input current The gain cannot be increased.
In addition, when a coil is manufactured using a circular conductor wire having an insulating coating, it can be manufactured at a low cost. However, as described above, the coil cross-sectional area needs to be increased. Therefore, the number of turns of the coil cannot be increased, and the amplification factor of the current expressed by the output current / input current cannot be increased.
更には、従来のコイルの構成では、電流が増幅される過程で、電流の立ち上がりが大きくなるにつれて電流の周波数が大きくなるので、電流が高周波電流となり、表皮効果の作用によって電流が導体の表面のみを流れることになって導体の抵抗値が高くなり、このため電流の増幅が阻害されることになる。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、安価な費用でコイルを製作することができ、また、コイルの巻き数を大きくすると共に、電流の増幅過程での表皮効果による影響を少なくすることによって、電流増幅率を上げることができる磁気濃縮型爆薬発電機を提供することを目的としている。
Furthermore, in the conventional coil configuration, in the process of amplifying the current, the frequency of the current increases as the rise of the current increases, so that the current becomes a high-frequency current, and the current is applied only to the surface of the conductor by the action of the skin effect. The resistance value of the conductor becomes high, and current amplification is hindered.
The present invention has been made in view of such a problem, and can produce a coil at a low cost. In addition, the number of turns of the coil can be increased and the influence of the skin effect in the current amplification process can be achieved. An object of the present invention is to provide a magnetic concentration type explosive generator capable of increasing the current amplification factor by reducing the current.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1による磁気濃縮型爆薬発電機は、起動信号の付与により爆薬を起爆させる雷管を内蔵する金属筒と、この金属筒の外周に配置されたコイルとを有し、このコイルに電流を流して増幅を行う磁気濃縮型爆薬発電機において、前記コイルは、断面形状が長方形状でこの長辺/短辺との寸法比が3以上の角型導体に絶縁皮膜を施した平角電線をコイル導体として用い、このコイル導体を、前記長辺が磁気濃縮型爆薬発電機本体の長手方向に一致するコイル軸に対して垂直となるように前記金属筒の外周に所定間隔介して巻き付け、このコイル導体が前記金属筒と対向する面を除き、当該コイル導体間を絶縁性材料で絶縁して形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a magnetic concentration type explosive generator according to
この構成によれば、コイルの断面の短辺がコイル軸方向に配列されるので、その分、コイルの巻き数が多くなり、出力電流/入力電流で表される電流増幅率を大きくすることができる。また、コイルの断面の当該コイル軸に対する垂直方向の辺を長く(長辺)することができるので、コイル導体の周長を長くとることができ、これによって高周波電流に対するコイル抵抗値を小さくすることができ、電流の増幅過程における表皮効果の影響を軽減することができる。更に、コイルに予め絶縁被膜が施された平角電線を使用するので、安価にコイルを製作することができる。 According to this configuration, since the short sides of the coil cross section are arranged in the coil axis direction, the number of turns of the coil is increased, and the current amplification factor expressed by the output current / input current can be increased. it can. Moreover, since the side of the coil cross section perpendicular to the coil axis can be made long (long side), the circumference of the coil conductor can be made long, thereby reducing the coil resistance value against high-frequency current. And the influence of the skin effect in the current amplification process can be reduced. Furthermore, since a rectangular electric wire having an insulating coating applied to the coil in advance is used, the coil can be manufactured at low cost.
以上説明したように本発明の磁気濃縮型爆薬発電機によれば、安価な費用でコイルを製作することができ、また、コイルの巻き数を大きくすると共に、電流の増幅過程での表皮効果による影響を少なくすることによって、電流増幅率を上げることができるという効果がある。 As described above, according to the magnetic concentrated explosive generator of the present invention, the coil can be manufactured at low cost, the number of turns of the coil can be increased, and the skin effect in the current amplification process can be increased. By reducing the influence, there is an effect that the current amplification factor can be increased.
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磁気濃縮型爆薬発電機の断面構成を示し、(a)は長手軸方向の断面図、(b)は(a)のX1−X2断面図である。
図1において、1Aは磁気濃縮型爆薬発電機、2Aはコイル、3Aはコイルの導体、4Aはコイルの絶縁被覆、5は絶縁体、6は金属筒、7は雷管、8は爆薬、9はフランジである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, parts corresponding to each other in all the drawings in this specification are denoted by the same reference numerals, and description of the overlapping parts will be omitted as appropriate.
(Embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a magnetic concentrated explosive generator according to an embodiment of the present invention, where (a) is a cross-sectional view in the longitudinal axis direction, and (b) is a cross-sectional view along X1-X2 in (a). .
In FIG. 1, 1A is a magnetic concentrated explosive generator, 2A is a coil, 3A is a coil conductor, 4A is a coil insulation coating, 5 is an insulator, 6 is a metal tube, 7 is a detonator, 8 is an explosive, 9 is It is a flange.
本実施の形態の磁気濃縮型爆薬発電機1Aが、従来の磁気濃縮型爆薬発電機と異なる点は、コイル2Aとして、断面形状が長方形状でこの長辺/短辺との寸法比が3以上の角型導体3Aに絶縁皮膜を施した平角電線を用い、このコイル2Aの断面の長辺が磁気濃縮型爆薬発電機1Aの長手方向に一致するコイル軸に対して垂直となるようにコイル2Aを金属筒6の外周に所定間隔介して巻き、当該コイル導体3Aが金属筒6と対向する面を除き、コイル2A間に絶縁性樹脂をモールドして構成したことにある。
The magnetic enriched
このような構成の磁気濃縮型爆薬発電機1Aによれば、コイル2Aの断面の短辺がコイル軸方向に配列されるので、その分、コイル2Aの巻き数が多くなり、出力電流/入力電流で表される電流増幅率を大きくすることができる。
また、コイル2Aに予め絶縁被膜が施された平角電線を使用するので、安価にコイル2Aを製作することができる。
更に、コイル2Aの断面の当該コイル軸に対する垂直方向の辺を長く(長辺)することができるので、コイル導体3Aの周長を長くとることができ、これによって高周波電流に対するコイル抵抗値を小さくすることができ、次に詳細に説明するように、電流の増幅過程における表皮効果の影響を軽減することができる。
According to the magnetic concentrated
Moreover, since the rectangular electric wire by which the insulating film was previously given to the
Furthermore, since the side perpendicular to the coil axis of the cross section of the
この表皮効果の影響の軽減効果を詳細に説明する。
図2(a)に、図1に示した本実施の形態のコイル2Aと、図8及び図9に示した従来のコイル2B及び2Cの断面を流れる初期の電流分布を示す。初期の電流は直流に近く、周波数が低いため表皮効果の影響を受けず、電流は黒塗りで表現したように、コイル断面の内面全体を流れる。
図2(b)に、各コイル2A,2B,2Cにおいて電流増幅過程でのコイル断面内の電流分布を示す。電流の周波数は電流の増幅とともに増大し、最大50kHzに達する。電流が流れる深さは、表皮効果の計算式(1)より、
δ={2/(ωμσ)}0.5…(1)
で表される。
The effect of reducing the effect of the skin effect will be described in detail.
FIG. 2A shows an initial current distribution flowing through the cross sections of the
FIG. 2B shows a current distribution in the coil cross section in the current amplification process in each of the
δ = {2 / (ωμσ)} 0.5 (1)
It is represented by
ここで、ωは角周波数で2πf(fは周波数)、μはコイル導体(銅)の透磁率、σはコイル導体(銅)の導電率である。
f=50×103、μ=4π×10-7、σ=0.5×108を上式(1)に代入すると、深さδ=0.3mmとなる。つまり、電流はコイル表面とコイル表面から0.3mmの深く下がった位置との間を流れることになる。電流の流れる断面積はδ×コイルの周長であるから、コイルの周長が長い方がコイルの抵抗値が小さいことになる。
Here, ω is an angular frequency of 2πf (f is a frequency), μ is the permeability of the coil conductor (copper), and σ is the conductivity of the coil conductor (copper).
Substituting f = 50 × 10 3 , μ = 4π × 10 −7 , and σ = 0.5 × 10 8 into the above equation (1), the depth δ = 0.3 mm. That is, the current flows between the coil surface and a position deeply lowered by 0.3 mm from the coil surface. Since the cross-sectional area through which the current flows is δ × the circumference of the coil, the longer the circumference of the coil, the smaller the resistance value of the coil.
図3に、コイルの周長の一例を示す。区分の2Aは本実施の形態によるコイル、2Bは従来の円筒導体を切削加工して製作したコイル、2Cは従来の円形導体の絶縁電線を用いたコイルである。また、上から順に各コイル2A〜2Cにおけるコイル形状、コイル断面積、コイル断面の周長比を示す。
初期の導体の断面積を同じにする場合、コイル2Aでは従来のコイル2B,2Cと比較して、周長が20%以上長くなり、コイル抵抗も20%以上小さくなるので、電流の増幅過程における表皮効果の影響を受けにくくなり、このため、電流の増幅が阻害される割合がより小さくなる。
FIG. 3 shows an example of the circumference of the coil. A
When the cross-sectional area of the initial conductor is the same, the circumference of the
なお、コイル断面の長辺/短辺を3以上と規定したのは、本実施の形態によるコイル2Aの巻き数が従来のコイル2B,2Cの巻き数より概ね20%程度増えるため、コイル2Aの抵抗値も20%程度増加することを補償しなければならない。つまり、コイル2Aの電流の増幅過程での表皮効果による抵抗値増分を20%以上低減するためである。
The reason why the long / short side of the coil cross section is defined as 3 or more is that the number of turns of the
(実施例)
次に、本実施の形態の磁気濃縮型爆薬発電機1Aの実施例について説明する。
図1において、コイル2Aの導体3Aを縦12mm、横2mmの平角電線を用い、絶縁皮膜4Aとしてポリエステル膜0.03mmとし、内径15mm、ピッチ4mmで75ターンのコイルを形成した。コイル2Aのインダクタンスは100μHであった。
ここでコイル2Aの形成方法について説明する。まず、テフロン(登録商標)樹脂のような滑りの良い円筒樹脂上に接して平角電線を、その樹脂の軸方向に対するコイル断面の長辺が垂直となるようにテンションを調整しながら巻く。しかる後にエポキシ樹脂等の電気絶縁性のよい樹脂を流し込み、樹脂が固まった時点でテフロン(登録商標)樹脂の円筒を除去する。
このような磁気濃縮型爆薬発電機1Aを作動させたところ、出力電流/入力電流で表される電流増幅率として50倍を得た。
(Example)
Next, an example of the magnetic concentrated
In FIG. 1, the
Here, a method of forming the
When such a magnetic concentrated
次に、本実施の形態の磁気濃縮型爆薬発電機1Aとの比較のため、図8及び図9の従来の磁気濃縮型爆薬発電機を次のように製作した。
図8に示した従来の磁気濃縮型爆薬発電機において、コイル2Bの導体3Bを縦6mm、横4mmとし、内径15mm、コイルピッチ6mmで50ターンのコイルを形成した。コイル2Bのインダクタンスは70μHであった。この磁気濃縮型爆薬発電機を作動させたところ、電流増幅率として30倍を得た。
Next, for comparison with the magnetic concentrated
In the conventional magnetically concentrated explosive generator shown in FIG. 8, the
図9に示した従来の磁気濃縮型爆薬発電機において、コイル2Cの導体3Cを直径5.5mmの円形導体とし、内径15mm、コイルピッチ7.5mmで40ターンのコイルを形成した。コイル2Cのインダクタンスは50μHであった。この磁気濃縮型爆薬発電機を作動させたところ、電流増幅率として25倍を得た。
これらの電流増幅率の時間的特性を図4に示す。この図4において各曲線に、各コイル2A,2B,2Cと同一の符号を付した。
以上説明したように、本発明の磁気濃縮型爆薬発電機1Aによれば、安価な費用でコイル2Aを製作することができ、また、コイル2Aの巻き数を大きくすると共に、電流の増幅過程での表皮効果による影響を少なくできるので、電流増幅率を上げることができる。
In the conventional magnetically concentrated explosive generator shown in FIG. 9, the
The temporal characteristics of these current amplification factors are shown in FIG. In FIG. 4, the same reference numerals as those of the
As described above, according to the magnetic concentrated
1A,1B,1C 磁気濃縮型爆薬発電機
2A,2B,2C コイル
3A,3B,3C コイルの導体
4A,4B,4C コイルの絶縁被膜
5 絶縁体
6 金属筒
7 雷管
8 爆薬
9 フランジ
10 配線
1A, 1B, 1C Magnetic concentrated
Claims (1)
前記コイルは、断面形状が長方形状でこの長辺/短辺との寸法比が3以上の角型導体に絶縁皮膜を施した平角電線をコイル導体として用い、このコイル導体を、前記長辺が磁気濃縮型爆薬発電機本体の長手方向に一致するコイル軸に対して垂直となるように前記金属筒の外周に所定間隔介して巻き付け、このコイル導体が前記金属筒と対向する面を除き、当該コイル導体間を絶縁性材料で絶縁して形成されている
ことを特徴とする磁気濃縮型爆薬発電機。 In a magnetic concentrated explosive generator that has a metal tube containing a detonator for initiating an explosive by giving an activation signal, and a coil disposed on the outer periphery of the metal tube, and amplifies the current by flowing current through the coil,
The coil has a rectangular cross section and uses a rectangular electric wire with an insulating film applied to a rectangular conductor having a dimensional ratio of 3 or more as a long side / short side as a coil conductor. Wrapped around the outer periphery of the metal cylinder at a predetermined interval so as to be perpendicular to the coil axis that coincides with the longitudinal direction of the magnetic concentrated explosive generator body, except for the surface where the coil conductor faces the metal cylinder, A magnetic enriched explosive generator characterized in that the coil conductors are insulated with an insulating material.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102003922A (en) * | 2010-10-19 | 2011-04-06 | 哈尔滨工业大学 | Capacity loaded magnetic flux compression generator with stator coil operating sectionally |
RU2548021C2 (en) * | 2013-07-26 | 2015-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Explosion-magnetic system generating powerful energy impulse |
RU2711093C1 (en) * | 2019-02-19 | 2020-01-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device of electrically explosive current circuit breaker for commutation of disk explosion-magnetic generator current into load |
-
2006
- 2006-06-02 JP JP2006155001A patent/JP2007325457A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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