(57)【要約】【課題】従来のレールガン用パルス電源装置は目標に応じて飛しょう体の初速変更が容易にできず、また、レールの交換が発生してもレールの特性に応じた電流波形の変更が容易にできないという課題があった。【解決手段】飛しょう体を発射する電磁加速システムにおいて本発明に係る電源装置は、飛しょう体を載置するレールと電気的に接続され複数のパルス電源モジュールが連接されたモジュールバンクと、パルス電源モジュールを充電する充電器と、パルス電源モジュールの充電電圧と放電タイミングをパルス電源モジュール毎に制御する制御器とから構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛しょう体を発射する電磁加速システムを構成し、前記飛しょう体が載置されるレールに電流を印加する電磁加速システム用パルス電源装置であって、
前記レールと電気的に接続され、複数のパルス電源モジュールが連接されたモジュールバンクと、
前記パルス電源モジュールを充電する充電器と、
前記パルス電源モジュールの充電電圧と放電タイミングを、前記パルス電源モジュール毎に制御する制御器と、
から構成されることを特徴とする電磁加速システム用パルス電源装置。
【請求項２】
前記パルス電源モジュールの各々に設定された充電電圧と放電タイミングと、前記飛しょう体が電磁加速システムから発射される時の速度である初速とが関連付けされた初速リストを備え、
前記制御器は、前記初速リストを用いて、所定の初速となる前記パルス電源モジュールの充電電圧と放電タイミングを決定することを特徴とする請求項１記載の電磁加速システム用パルス電源装置。
【請求項３】
前記レールには、前記飛しょう体の発射方向に沿って複数の検知センサが設けられ、
前記制御器は、前記検知センサが前記飛しょう体を検知した各々の時刻と前記検知センサの設置位置とから前記飛しょう体の初速を算出し、算出した初速と、前記充電電圧と前記放電タイミングとを関連付けすることを特徴とする請求項２記載の電磁加速システム用パルス電源装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか記載の電磁加速システム用パルス電源装置と、
前記電磁加速システム用パルス電源装置と接続され電流を印加するレールと、
からなる電磁加速システムであって、
前記レールは交換可能で、交換したレール毎に前記初速リストを備えることを特徴とする電磁加速システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁加速システムに用いられるパルス電源装置であって、電流波形を制御可能な電磁加速システム用パルス電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、球や弾など（以下、飛しょう体という）を放出する電磁加速システム（以下、レールガンという）の開発に注目が高まっている。レールガンの開発では飛しょう体を放出するローレンツ力を発生する元となる電流を生成するためのレールガン用パルス電源装置の開発が重要となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−３３６７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レールガン用パルス電源装置は飛しょう体を載置するレールに接続され、飛しょう体を載せたレールに対して電流を印加する。従来のレールガン向けパルス電源装置は電源回路の乗数を決めた上で構成を組んでいるため、決まった電流波形しか生成できず、このためレールに印加される電流波形は常に同じものとなっていた。
電流波形が同じであるためレールから発射される飛しょう体の初速も同じとなり、このため、目標に応じて飛しょう体の初速を変更することができないという課題があった。
【０００５】
また、複数回の発射によりレールが損耗することでレール自体の交換も必要となるが、レール毎に電気抵抗やレール表面の滑りなどの特性が異なっている。このためレールを交換する際は印加する電流波形も調整する必要もあるが、一度決まった電源回路乗数の変更は容易にできず、レール交換に応じて電流波形の調整ができないという課題があった。
【０００６】
この発明は係る課題を解決するためになされたもので、レールガンから発射される飛しょう体の初速を容易に変更可能なパルス電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電磁加速システム用パルス電源装置は、
飛しょう体が載置されるレールに電流を印加する電磁加速システム用パルス電源装置であって、
前記レールと電気的に接続され、複数のパルス電源モジュールが連接されたモジュールバンクと、
前記パルス電源モジュールを充電する充電器と、
前記パルス電源モジュールの充電電圧と放電タイミングを、前記パルス電源モジュール毎に制御する制御器と、
から構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のレールガン用パルス電源装置によれば、レールに印加する電流波形を自在に制御することが可能となり、飛しょう体の初速を容易に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレールガン用パルス電源装置の構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るレールガン用パルス電源装置を構成する電源モジュールの概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るレールガンの動作を説明する概略図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る初速テーブル７０の一例である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るレールガン用パルス電源装置の動作フローを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る電源モジュールの回路の一例と、回路シミュレーションによる電流波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本発明の詳細を以下に示す実施の形態により説明する。
図１は、実施の形態１に係るレールガン１０００と、レールガン用パルス電源装置１００の構成を説明する図である。
レールガン１０００は、飛しょう体２を載置して発射するレール１と、レール１に電流を印加するレールガン用パルス電源装置からなる。
レールガン用パルス電源装置１００はモジュールバンク６と、制御部７と、充電器８から構成され、各々電気的に接続されている。モジュールバンク６は複数の電源モジュール５が複数連接した構成となっており、図１では４台の電源モジュール５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが連接され構成されている。制御部７はレールガンの全体の動作を制御する構成であり、制御計算部７ａ、記憶部７ｂを備える。充電器８は充電機能を備え、制御部７からの指示により各電源モジュール５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを各々指示された電圧となるように充電する。
電源モジュール５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの各々はレール１と電気的に接続され、電源モジュール５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ内のスイッチ動作により、レール１上の飛しょう体２を介してレール１に電流が印加される。
レール１には、飛しょう体２が放射される方向の長手方向に複数のセンサ３が設置されており、飛しょう体２の位置を検出可能となっている。すなわち、センサ３は飛しょう体２の通過をレーザの反射等により検知すると検知信号を制御部７に送信する。制御部７はセンサ３からの検知信号とセンサ３の位置情報から、飛しょう体２の位置を検出可能となっている。
【００１１】
図２は電源モジュール５の概略図である。電源モジュール５はキャパシタＣ、スイッチＳＷ、リアクトルＬがブスバー１２が繋がった構成である。ブスバー１２はレール１に接続され、キャパシタＣに蓄積された電荷をスイッチ動作で放電することよりレール１に電流を印加することができる。
【００１２】
レールガン１０００の動作として、パルス電源装置４で生成した電流波形をレール１に印可することでローレンツ力が働き、飛しょう体２がレール１から発射される。飛翔体２が発射した後は、モジュールバンク６に繋がっている充電器８を利用し、放電した電源モジュール５のキャパシタ９に対して充電を行うことで連射が可能となる。
【００１３】
次に、所望の電流波形を生成しレール１に印加する方法について、図３〜図７を用いて説明する。所望の電流波形を生成しレール１に印加することで、飛しょう体２が発射する初速を制御することができる。
【００１４】
図３は、所望の初速の飛しょう体５を発射するレールガン１０００の動作を説明する図である。
図４は、各電源モジュール５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの放電タイミングや充電電圧を算出する際に使用する初速テーブル７０の一例である。図５はレールガン用パルス電源装置１００の動作フローを説明する図であり、（ａ）は第１ステップとして初速テーブル７０に格納するデータの蓄積フローを示し、（ｂ）は次のステップとして、蓄積した初速テーブル７０を用いたレールガン用パルス電源装置１００の動作フローを示している。
図６はレールガン用パルス電源装置１００で生成された電流波形の例を示している。
【００１５】
図５の動作フローに沿って、各工程を説明する。
図５（ａ）では、電流波形の生成条件と飛しょう体の初速に関するデータを関連付けして蓄積する。ここでは飛しょう体２の発射（ステップＳ００１）毎に、計算された飛しょう体の初速データと、各電源モジュール５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに設定された放電タイミングと充電電圧とを関連付けして初速テーブル７０を作成し、記憶部７ｂに保存する（ステップＳ００２）。
【００１６】
図４は初速テーブル７０の一例である。データセット番号（１、２、３、・・・、ｎ）ごとに、使用したレール１を識別するためのレール番号、電源モジュール毎に設定した放電タイミング、同じく電源モジュール毎に設定した充電電圧、飛しょう体のセンサ検知をもとに計算で得られた初速が関連付けされて、初速テーブル７０として記憶部７ｂに記憶される。
【００１７】
次に、図５（ｂ）は初速テーブル７０を用いて飛しょう体を発射するフローである。まず、レール１から発射する飛しょう体２の初速、発射する飛しょう体の質量、識別用のレール番号等の初期パラメータを制御部７の入力インターフェース部を介して入力する（ステップＳ１０１）。
次に、制御計算部７ａは記憶部７ｂにアクセスし（ステップＳ１０２）、記憶部７ｂに記憶された初速テーブルの中から初期パラメータに近いデータセットを複数抽出する（ステップＳ１０３）。このとき、レール番号は同一とし、飛しょう体の質量が近いものから抽出するようにする。抽出するデータセットは１つであってもよく、参考となるデータセットがない場合は予め作成した標準データセットを抽出するようにしてもよい。
制御計算部７ａは、抽出したデータセットに格納された放電タイミングと充電電圧を用いて、初速が所望の値となる放電タイミングと充電電圧を、各電源モジュール毎に計算する（ステップＳ１０４）。
計算方法としては、例えば各データセットで目標とする初速との差分に応じて、各データセットの電源モジュールの放電タイミングや充電電圧の値を荷重計算により算出するようにしてもよく、あるいは、各タイミングで発生するローレンツ力から計算される初速計算値と実測値との差分から、放電タイミングや充電電圧の値を調整し決定するようにしてもよい。
【００１８】
図６は、複数の電源モジュール５ａ、５ｂ、・・、５ｎを連接し、算出された放電タイミングで各電源モジュールのスイッチＳＷをオンにし放電したときに、レール１に印加される合成電流２００の波形をシミュレーションした結果である。
このように、実測結果を蓄積した初速テーブル７０を用いて合成電流をシミュレーションすることで、各電源モジュールの放電タイミングと充電電圧のパラメータを決定し、決定したパラメータに従い、制御部７が各スイッチＳＷの動作を制御することで、目標とする初速で飛しょう体２を発射することが可能となる。
【００１９】
本実施の形態に係る電磁加速システム用パルス電源装置によれば、発射する飛しょう体の初速を容易に調整可能となる。このため、異なる位置にある目標に対しても、その位置に応じて最適な初速で発射することが容易にできる。
また、レール１が損耗することでレールの交換が必要となるが、交換するレール毎に電気抵抗などの特性が異なる。交換するレールの特性に応じて電流波形を変更する場合でも本実施の形態に係る電磁加速システム用パルス電源装置によれば、変更を容易に行うことができる。
【００２０】
飛翔体２がレール１を通るとき、センサ３から飛翔体２の位置を検出し、制御ラック７で位置・速度を算出する。その情報にもとづいて、電源モジュール５毎の放電タイミングと充電電圧を制御ラック７で算出し、電源モジュール５のスイッチを制御ラック７で制御をおこなうことで、最適な電流波形が生成できる。
【符号の説明】
【００２１】
１  レール、２  飛しょう体、３  センサ、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  電源モジュール、６  モジュールバンク、７  制御部、７ａ  制御計算部、７ｂ  記憶部、８  充電器、１２  ブスバー、７０  初速テーブル、１００  レールガン用パルス電源装置、ＳＷ  スイッチ、Ｃ  キャパシタ、Ｌ  リアクトル、２００  合成電流、１０００  電磁加速システム（レールガン）。
【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】
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