JPS6016193B2 - 瞬間大電流発生用放電スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は小型でィンダクタンスの低い瞬間大電流発生用
放電スイッチに関するものである。

コンデンサ蓄積エネルギーの急速な放出による瞬間的大
エネルギーの利用は、近時、核融合開発のためのプラズ
マ研究、レーザ研究、強磁場発生など各方面に広く行な
われている。同一蓄積エネルギーに対して瞬時発生出力
を大ならしむるには、コンデンサ電圧を高くかつ放電回
路のィンダクタンスを小ならしむることが有効であり、
このため数１側Ｖ以上のコンデンサおよびその放電スイ
ッチがいよいよ用いられている。

第１図はコンデンサ放電の基本回路を示すもので、イは
単純な放電回路、口はクロバー回路を有する場合で、１
はコンデンサ、２は放電始動スイッチ、４は負荷コイル
、３はクロバースイツチ、５，６はそれぞれ放電始動ス
イッチ、クロバースィツチ３のトリガー電極である。第
２図は第１図口のクロバー回路を実際の構造に近い形に
書き改めたものである。

すなわち、回路全体のィンダクタンスを低くするため、
負荷コイル４に至る往復導体は７，８のように接近した
平行板状導体または多数の同軸ケーブルを並列に用い、
また放電スイッチ部１０はコンデンサ本体９と一体とし
て製作された状態を示している。本発明は第２図の導体
７，８と放電スイッチ２，３の電極との接続を高耐圧か
つ小形で低ィンダクタンスならしめる放電スイッチ部１
０の構成に関するものである。コンデンサに連結された
クロバースィッチ付放電スイッチの従来の一例を第３図
に示す。

コンデンサ本体９はコンデンサ素子と、このコンデンサ
素子を収納したコンデンサケースと、このコンデンサケ
ースに満たされた絶縁油とから構成されている。放電ス
イッチ２，３の対向する第１のの電極１１、第２の電極
１２、第３の電極１３はそれぞれコンデンサ本体９、第
１の金属導体１４、第２の金属導体１５に担持され、上
記コンデンサ本体９、第１の金属導体１４、第２の金属
導体１５の各相互間は第１の筒状絶縁物１７、第２の筒
状絶縁物１８を介して所定の間隔を設けて平行に配置し
、しかも第１の電極１１と第２の電極１２、第２の電極
１２と第３の電極１３の間隙を一定に保ち、また上記第
１の筒状絶縁物１７、第２の筒状絶縁物１８は放電スイ
ッチの容器を構成し、かつ第１、第２、第３の電極間を
電気的に絶縁している。第１の電極１１は絶縁物１６と
共にコンデンサ本体９に担持されるとともにコンデンサ
本体４９の一端子を構成している。コンデンサの高圧端
子は第１の電極１１に、低圧端子は第２の金属導体１５
にそれぞれ接続されている。７は同軸ケーブルの中心導
体、８は同軸ケーブルの外部導体で、両者は絶縁層１９
によって絶縁されている。

中心導体７は第１の金属導体１４を経て第２の電極１２
へ、外部導体８は第２の金属導体１５を経て第３の電極
１３に接続される。この場合第２の電極１２と第３の電
極１３の間の放電ギャップ３は平等電界に近い形で構成
されること、また真空、加熱などの条件を与えることも
多く、比較的狭いギャップでも高電圧に耐えるように設
計されるが、ギャップの外部絶縁、すなわち、第１の金
属導体１４と第２の金属導体１５の間の外部絶縁は同軸
ケーブルの絶縁層１９の表面の沿面絶縁によって決まり
、かつ大気中に露出しているので、高電圧において放電
を起し易く、そのため絶縁層１９の沿面絶縁距離、すな
わち、第１の金属導体１４と第２の金属導体１５の間の
間隔は内部放電ギャップ３に比し余分に大きくしなけれ
ばならず、従ってこの部分を含む放電スイッチ全体の高
さは大となり、ィソダクタンスを十分に低減できない欠
点があった。この欠点を除くため放電スイッチ部１０の
全体を油浸することもあるが、構造が複雑で保守が面倒
であり、絶縁油の吸湿汚損および火災の危険を考えねば
ならぬなどの十分な対策とはいえない欠点があった。本
発明は上記の欠点を除去し、絶縁油を使用せずに低ィン
ダクタンス化を実現する瞬間大電流発生用放電スイッチ
を提供しようとするものである。

以下、本発明を第４図および第５図に示す実施例につい
て説明する。

第４図において、同軸ケーブルの中心導体７と絶縁層１
９は第２の金属導体１５を貫通し第１の金属導体１４に
至り、中心導体７は２７の位置で第１の金属導体１４に
接続される。

同軸ケーブルの外部導体８は２８の位置で切り離され、
この位置で第２の金属導体１５に接続される。第２の金
属導体１５の下面と第１の金属導体１４の上面との間で
、外部導体８を除いて表面が露出した絶縁層１９の表面
に、ゴム状の絶縁物で作ったテーパ−を有する絶縁筒２
１が鉄装され、これと適合するように第２の筒状絶縁物
１８に設けられたテーパー付の穴２９に圧入される。圧
入されると穴２９の側面とゴム状絶縁物２１とはゴム状
絶縁物２１の弾性により完全に密着し、電気的には一体
の絶縁物に近い耐電圧性が得られる。このことにより第
１の金属導体１４と第２の金属導体１５の間隔は放電ス
イッチ用ギャップ３のギャップ長を必要な寸法だけとる
のに必要なだけで十分である。従って、第３図の場合の
ように、同軸ケーブルの絶縁層１９および第２の筒状絶
縁物１８の沿面絶縁という非効率的な手法によって必要
な耐電圧性を得るための第１の金属導体１４と第２の金
属導体１５の間の間隔の増大はその必要がないこととな
る。なお、第３図および第４図において、２５は同軸ケ
ーブルの外部導体８を第１の金属導体１４を経てコンデ
ンサケースに接続するための金属榛で、併せてこの放電
スイッチを機械的に絹立てるための締付ボルトを兼ねて
いる。

２６は金属樺兼締付ボルト２５に被覆した絶縁層または
絶縁筒である。

５，６は放電スイッチ２，３の第１、第２のトリガー電
極である。

第３図および第４図においては、瞬間大電流発生用放電
スイッチに取付けられる出力用同軸ケーブルは２本のみ
示しているが、実際は第２の金属導体１５の円周上に教
本〜十教本取付けられるのが普通であり、金属極兼締付
ボルト２５も同様である。

また第３図および第４図では金属榛兼締付ボルト２５は
同軸ケーブルの位置よりも外側に配置しているが、同軸
ケーブルと同一円周上に同軸ケーブルと交互に配置する
ことも可能である。第３図および第４図に示す瞬間大電
流発生用放電スイッチはいずれもクロバースイッチ付の
場合について例示した。クロバースイッチを用いない第
１図イの回路の場合はクロバースィツチ用放電ギャップ
３を構成する第３の電極１３と第２の電極１２の上半部
とクロバースィッチ用の第２のトリガー電極６が不用と
なる。第４図の瞬間大電流発生用放電スイッチは第１の
筒状絶縁物１７、第２の筒状絶縁物１８を別個ののもの
とし、金属穣兼綿付ボルト２５によって締付けて組立て
たものであるが、第１の筒状絶縁物１７と第２の筒状絶
縁物１８は第２の金属導体１５をインサートした一体注
形樹脂成形物として製作することも可能である。

次に本発明の効果を数値によって例示する。

コンデンサ充電電圧６０ＫＶ、充電エネルギー歌Ｊ、同
軸ケーブル１２本使用の場合、第３図に示すような従来
構造では、第１の金属導体１４と第２の金属導体１５の
間の間隔３０仇駁、スイッチ全高６４仇蚊、スイッチ部
全ィンダクタンス５仇日であるのに対して、第４図に示
すような本発明構造ではそれぞれ１００側，２５０側，
２仇鷹となり、４・形で低インダクタンス、かつ絶縁油
を使用せず安全で保守が容易な瞬間大軍流発生用放電ス
イッチが得られる。上述の第４図は出力用導体として同
軸ケーブルを使用した場合について説明したが、第５図
は出力用導体として並行板状導体を用いた場合の本発明
の瞬間大電流発生用放電スイッチの実施例で、出力用導
体引出部のみを拡大して示したものである。

７は同軸ケーブルの中心導体ではなく、棒状金属導体で
あり、１９はこれを覆う絶縁層である。

電流は第２の電極１２より第１の金属導体１４、棒状金
属導体７を経て相手の第３の電極と同電位である円板状
導体１５を貫通し、Ｑ状の金具３２，３１を経て板状導
体３川こ至たる。円板状導体１５は延展して板状導体と
なり、板状導体３０とできるだけ薄い絶縁層３３を介し
て並行させる。これは負荷４への往復回路のィンダクタ
ンスを極少ならしむるためである。この際棒状金属導体
７の外側にゴム状のテーパー付絶縁シース２１を用い、
これを上下方向に圧縮して第１の筒状絶縁物１７、第２
の筒状絶縁物１８の内面に密着させることにより、最低
の高さ方向の寸法により棒状金属導体７と相手の第３電
極１３側の円板状導体１５との絶縁を保持することがで
きる。叙上のように本発明の瞬間大電流発生用放電スイ
ッチは核融合プラズマ研究、強磁場、レーザ研究などに
おいて要求される高速コンデンサ電源において、その性
能を一層高め、実験研究の可能性を向上し、学術的、工
業的ならびに実用的効果大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図はコンデンサ放電の基本回路図で、イは単純な放
電回路、口はクロバースィツチ付の場合、第２図は第１
図口を実際の構成に似た形に書き改めた回路図、第３図
は従来のクロバースィツチ付瞬間大電流発生用放電スイ
ッチの構成図、第４図は出力導体として同軸ケーブルを
用いた本発明のクロバースィッチ付瞬間大電流発生用放
電スイッチの構成図、第５図は出力導体として平行板状
導体を用いた本発明のコンデンサ用放電スィッチの要部
構成図である。 １：コンデンサ、２：放電始動スイッチ、３：クロバー
スィッチ、４：負荷コイル、５：第１のトリガー電極、
６：第２のトリガー電極、７：出力導体（中心導体また
は棒状金属導体）、８：外部導体、９：コンデンサ本体
、１０：放電スィッチ部、１１：第１の電極、１２：第
２の電極、１３：第３の電極、１４：第１の金属導体、
１５：第２の金属導体、１６：絶縁物、１７：第１の筒
状絶縁物、１８：第２の筒状絶縁物、１９：絶縁層、２
１：ゴム状絶縁物よりなるテーパー付絶縁筒、３０：板
状導体、３３：薄い絶縁層。 弟’図 努Ｚ図 兼３図 兼４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対向する第１の電極１１、第２の電極１２と、上記
   第１の電極１１を担持するコンデンサ本体９と上記第２
   の電極１２を担持する第１の金属導体１４と第２の金属
   導体１５の間に第１の筒状絶縁物１７、第２の筒状絶縁
   物１８をそれぞれ所定の間隔を設けて平行に配置し、コ
   ンデンサの高圧端子を第１の電極１１に、低圧端子を第
   ２の金属導体１５にそれぞれ接続し、上記第１の金属導
   体１４に外部引出用導体を形成する出力導体７を、上記
   第２の金属導体１５に外部引出用導体を形成する外部導
   体８をそれぞれ接続してなる瞬間大電流発生用放電スイ
   ツチにおいて、上記第２の筒状絶縁物１８の内部に１個
   または複数個の穴２９を設け、該穴２９に上記出力導体
   ７を挿入するとともに該出力導体７の周囲に設けた絶縁
   層１９と第２の筒状絶縁物１８との間にゴム状絶縁物よ
   りなるテーパー付絶縁筒２１を圧入して上記絶縁層１９
   と第２の筒状絶縁物１８にそれぞれ密着せしめることを
   特徴とする瞬間大電流発生用放電スイツチ。 ２ 第２の電極１２を担持しかつ出力導体７への導電路
   を形成する第１の金属円板１４をインサートした第１の
   筒状絶縁物１７と第２の筒状絶縁物１８とを一体成形体
   としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の瞬
   間大電流発生用放電スイツチ。 ３ 外部引出用導体が一本または複数本の同軸ケーブル
   であり、出力導体７は該同軸ケーブルの中心導体、外部
   導体８は同軸ケーブルの外部導体、絶縁層１９は該同軸
   ケーブルの絶縁層であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の瞬間大電流発生用放電スイツチ。 ４ 外部引出用導体が絶縁層３３で絶縁された１組の平
   行板状導体１５，３０であり、出力導体７は棒状金属で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の瞬間
   大電流発生用放電スイツチ。 ５ 放電スイツチ組立固定用締付ボルトを兼ねた金属棒
   ２５を第１の筒状絶縁物１７と第２の筒状絶縁物１８を
   貫通配設したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の瞬間大電流発生用放電スイツチ。