JPS6362998B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はガトリング銃の銃身群を回転させる
電気駆動装置に関する。

銃身群を回転させる電気駆動装置が、その当時
の普通の手動クランクに代るものとして、米国特
許第502185号に記載されている。初期の現代式ガ
トリング銃は、米国特許第2849921号に記載され
る様に、電動機によつて同様に駆動されていた。
これら並びにその後のガトリング銃では、連続発
射の後、電動機を離脱させ、銃身群を停止するま
で惰走するに任せ、その間給弾装置のクラツチを
外し、既に送込まれた弾丸があれば、それは発射
せずに銃の中を通過して銃の外へ送出す。流体圧
モータによつて駆動されるGAU−８／Ａ型銃で
は、連続発射した後、銃身群の回転方向を反転
し、既に銃の中にある弾丸があれば、それは給弾
装置を介して弾薬処理装置へ送り返される。この
様な逆方向の残弾除去を行うことが出来る。
GAU−８／Ａ型銃後の空気圧装置が米国特許第
4046056号に記載されている。

方向及び速度を制御して駆動する為に使われる
多くの電動機装置がある。こういう装置の例が米
国特許第3213343号、同第3349309号、同第
3694715号及び同第3519907号に記載されている。

この発明は １ 最小限の経過時間内に、銃身群及び給弾装置
を発射速度の高い百分率まで加速し、 ２ 銃身群及び給弾装置が一杯の発射速度まで加
速され且つこの速度に達する時、経過時間の内
の最初の１秒の間に予定数の弾丸を発射し、 ３ 引金信号が消えるまで、一杯の発射速度を保
ち、 ４ 逆方向の予定の残弾除去速度に達するまで、
逆方向の一杯の電動機トルクを加え、 ５ その後、銃身群及び給弾装置が完全に停止す
るまで、それらに発電制動を加える。

ガトリング銃に対する直流電動機駆動装置を提
供する。

この発明の特徴は、電機子巻線及び２つの別個
の界磁巻線を持ち、各々の界磁巻線が定格の界磁
磁束を発生し得る様な可逆直流分巻電動機を使う
ことである。電動機は両方向に回転することが出
来、CW回転の為に一方の界磁を付勢することが
出来、CCW回転の為に他方の界磁を付勢するこ
とが出来る。サーボ装置が２つの界磁巻線を結合
していて、電機子電流の大きさを制御する為に、
大電流電機子回路に１つの能動制御素子しか持つ
ていない。２つの小電力増幅器が設けられ、各々
の小電力増幅器は能動制御素子を持つと共に、い
ずれも所定の方向に於ける界磁磁束の大きさ（従
つて、或る状況に於ける電機子電流の大きさ）を
制御する。

次に図面について説明する。

ガトリング銃が１群の銃身１２を持つ回転子１
０を持つている。回転子が電動機１４によつて駆
動され、弾薬供給ドラム１６を駆動する。電動機
はタコメータ１８をも駆動する。銃は米国特許第
3611871号に記載される形式であつてよい。ドラ
ムは米国特許第4004490号に記載される形式であ
つてよい。

210ボルトの蓄電池パツク２０が電機子用電力
増幅器２２に直流電力を供給する。この蓄電池パ
ツクは蓄電池充電装置２４の様な適当な源から付
勢することが出来る。

発射速度指令の関数である第１の電圧が加算器
２４の第１の入力端子に結合される。銃の回転速
度の関数である第２の電圧がタコメータ１８によ
つて発生され、加算器２４の第２の入力端子に結
合される。第２の電圧の極性は、加算器の出力端
子に第１及び第２の電圧の代数的な差が形成され
る様になつている。加算器２４の出力電圧が増幅
器２６によつて増幅され、その出力電圧が加算器
２８の第１の入力端子に対する第１の入力電圧と
して結合される。この第１の入力電圧は、銃の所
望の発射速度、即ち、銃の回転速度と、銃の実際
の発射速度との間の差の関数であるが、これを使
つて所望の速度及び実際の速度の間の差を減す様
に、電動機電流を指示する。

電動機１４の電機子電流の関数である第２の入
力電圧がSGN（e₁）回路３０の出力端子から発生
され、加算器２８の第２の入力端子に結合され
る。この第２の電圧の極性は、加算器２８の出力
電圧の振幅を減す様に、SGN（e₁）回路３０によ
つて定められる。SGN（e₁）回路は、増幅器２６
の出力電圧が正の極性でも負の極性でも、加算器
２８に続く段に負帰還を印加することが出来る様
にする。こうすることにより、電動機１４の電機
子電流を一方の極性のみにすることが出来る。加
算器２８の出力電圧がいずれの極性でも振幅が増
加すると、一方の極性でだけ、電機子電流が増加
する。後で説明するが、加算器２８の出力で極性
並びに大きさが、電動機の界磁巻線３２又は３４
のいずれが励磁されるか並びにその励磁の大きさ
を決定する。

加算器２８の出力が増幅器３６の入力に結合さ
れる。この増幅器は利得が＋１であり、加算器２
８のバツフアとして作用する。

増幅器３８が−１の利得を持つていて、その入
力端子がSGN（e₁）回路の出力端子に結合され、
且つその出力端子が背中合せに接続された２つの
シエナ・ダイオード４０，４２を介して増幅器４
４の入力端子に結合されている。増幅器３８の出
力電圧は電動機電機子電流の大きさに正比例す
る。増幅器３８のこの出力電圧の極性は、SGN
（e₁）回路３０により、強制的に増幅器３６の出
力電圧の極性と反対にされる。増幅器３８の出力
電圧が、増幅器３８の出力電圧の極性に応じて、
ダイオード４０又は４２のいずれかの降伏電圧に
達すると、増幅器３６の出力電圧はそれ以上増加
することが出来なくなり、こうして電動機電機子
電流の大きさがそれ以上増加しなくなる様にす
る。この為、ダイオード４０，４２の降伏電圧が
電動機電機子電流の最大の大きさを決定する。

増幅器４４はバツフアとして作用し、廻りまわ
つて増幅器３６の出力電圧を強制的に小さい値に
する様な利得を持つている。増幅器４４の出力電
圧が電圧e₁と呼ばれ、SGN（e₁）回路３１の第１
の入力端子に結合される。電圧e₁の極性がSGN
（e₁）回路３０の出力電圧の極性を決定する。

電圧e₁は電動機界磁増幅器をも励振する。この
増幅器はパルス幅変調され、２つの入力端子を持
つ加算器５０を含む。一方の入力端子は電圧e₁を
受取り、他方の入力端子は帰還電圧e₂を受取る。
加算器５０の出力電圧e₃が順方向及び逆方向界磁
巻線回路に結合される。順方向界磁巻線回路が順
方向パルス幅変調器５２を含み、その出力が順方
向界磁電力増幅器５４に供給される。この増幅器
は実効的なスイツチQ₁をも含むものとみなすこ
とが出来、その出力が抵抗R_F1及びインダクタン
スL_F1を含む順方向界磁巻線３４に供給され、そ
の後抵抗又は分路部R_S1を介して大地に流れる。
ダイオード５６が界磁巻線とこの抵抗を逆向きに
分路している。抵抗R_S1の両端に発生される電圧
が増幅器５８の第１の入力に供給される。逆方向
界磁巻線回路が逆方向パルス幅変調器６０を含
み、その出力が逆方向界磁電力増幅器６２に供給
される。この増幅器は実効的なスイツチQ₂を含
むものとみなすことが出来、その出力が抵抗R_F2
及びインダクタL_F2を含む逆方向界磁巻線３２に
供給され、その後抵抗R_S2を通つて大地に流れる。
ダイオード６４が界磁巻線と抵抗を逆方向に分路
している。抵抗R_S2の両端に発生する電圧が増幅
器５８の第２の入力に供給される。加算器５０の
出力電圧の極性が、どちらの界磁巻線回路が励磁
されるかを決定し、こうして電動機１４の出力ト
ルクの向きを決定する。抵抗R_S1及びR_S2の両端に
発生される電圧は、夫々の界磁電流i_F1及びi_F2の
関数であり、増幅器５８の出力電圧はこれらの界
磁電流の間の差、即ちＫ（i_F1−i_F2）に比例し、こ
れをe₂で表わす。従つて、電圧e₂は電動機界磁磁
束の大きさ並びに極性の関数であり、これが加算
器５０の第２の入力端子に結合される。加算器５
０の出力電圧e₃、即ちＫ（e₁−e₂）が、電動機界
磁磁束の極性並びに大きさを決定する。

電圧e₁は更に電動機電機子増幅器をも励振す
る。この増幅器はパルス幅変調され、遅相回路７
０を含む。遅相回路の出力電圧がパルス幅変調器
７２に供給され、この変調器が電機子電力増幅器
２２を駆動する。増幅器２２の出力が電機子電流
分路部R_SAを介して電動機１４の電機子７４を駆
動する。分路部の両端に発生する電圧I_AR_SAが
SGN（e₁）回路３０に対する第２の入力になる。
遅相回路は、例えば6dB／オクターブの端子勾配
を持つ低域フイルタで構成することが出来る。遅
相回路は電機子電流ループを平滑し且つ安定にす
る為に使われる。パルス幅変調器７２は一方向性
であつて、十分な不感帯を持ち、この為、電圧e₁
が電機子電力増幅器２２及び実効的なスイツチ
Q₃を介して電動機の電機子７４に駆動電流を流
す前に、電圧e₁が適当な界磁巻線３２又は３４に
一杯に近い界磁磁束を発生する様にする。

考えられる２つの源から電動機の電機子に電流
が流れ得る。電機子電流の普通の流れの状態は、
蓄電池パツク２０からパルス幅変調される実効ス
イツチQ₃を通るものである。これは、e₁の大き
さがパルス幅変調器７２に組込まれた不感帯より
大きい場合に起る。電流の代りの流れの状態は、
大地と電機子に通ずる導体との間に結合されたダ
イオード８０を通るものである。こういう状態
は、電圧e₁の極性によつて、電動機の電機子が特
定の向きの回転速度を発生した後、界磁磁束の極
性が反転することがある為に起り得る。この界磁
磁束の極性の反転は、発射速度指令電圧の減少又
は反転によつて起る。界磁磁束の反転により、電
動機が発電機になり、実効スイツチQ₃が開いて
いる間、それがダイオード８０に電流を通す。電
機子の慣性エネルギが電機子が減速する時に熱に
変換される。実効スイツチQ₃が開いているから、
蓄電池パツクへの電流の送り返しは起らない。

ツエナ・ダイオード４０，４２の降伏作用によ
り、常に電流に最大の限界が保たれている。電流
は実効スイツチQ₃の切換え作用により、又はダ
イオード８０を通る界磁磁束駆動電流の反転によ
つて制御される。

銃及び電動機の電機子が静止している時、正の
発射指令電圧により、正の電圧e₁が生じ、これが
順方向パルス幅変調器５２によつて、例えば1200
Hzでパルス幅変調される。この変調器は正の入力
電圧にのみ応答する。この変調器５２が順方向界
磁電力増幅器５４をオンに転ずる。これをスイツ
チQ₁が閉じることによつて表わす。順方向界磁
巻線３４に電流の流れが生ずる。逆方向界磁巻線
に相互誘導によつて比較的小さな電流の流れが出
来、この電流の循環通路が分路ダイオード６４に
よつて構成される。界磁巻線と夫夫直列になつて
いる電流感知抵抗R_S1，R_S2の両端の電圧を互いに
相手から差し引いて、界磁巻線電流の差に比例す
る帰還電圧Ｋ（i_F1−i_F2）を加算器５０に供給す
る。界磁電流の差が例えば20アンペアの時、電動
機に最大の界磁磁束が設定される。

電圧e₁が電機子パルス幅変調器７２にも供給さ
れ、これは入力のいずれの極性に対しても正の出
力電圧を発生する。即ち、絶対値パルス幅変調で
ある。この為、電機子電力増幅器がオンに転じ、
その実効スイツチQ₃が閉じていると、電機子に
正の向きに電流が流れ、この結果電動機は正のト
ルク又は順方向の回転速度を発生する。電動機が
銃を所望の回転速度、例えば毎分4200発まで加速
する。これは銃身７本のガトリング銃では、毎分
600回転である。タコメータの帰還ループを使う
ことにより、所望の発射速度が保たれる。電機子
と直列の電機子電流感知抵抗R_SAを使つてタコメ
ータ・ループの帯域幅を拡大する電機子電流内側
帰還ループを作ると共に、電機子電流を例えば
700アンペアに制限する手段とする。

銃が定常状態の速度で発射されている時に電機
子及び界磁巻線増幅器に存在する例示的な状態が
第２図に示されている。

発射止め信号を受取ると、これは加算器２４の
入力端子から発射速度指令電圧を除去することで
あるが、電圧e₁の極性が反転し、実効スイツチ
Q₁及びQ₃が開き、実効スイツチQ₂が閉じる。こ
れらのスイツチ動作により、電機子７４及び順方
向界磁巻線３４から蓄電池電圧が取去られると共
に、逆方向界磁巻線３２に電流が流れ始める。

SGN（e₁）回路３０及びツエナ・ダイオード４
０，４２を含む電機子電流制限回路が、逆方向界
磁電流i_F2及びその結果生ずる界磁磁束及び逆起
電力を変えて、700アンペアの一定の電機子電流
を保つ様に作用する。この結果生ずる界磁磁束は
極性が変わつているから、正の電機子電流によつ
て負の電機子トルクが発生し、銃を強力に減速す
る。電機子電流帰還ループのSGN（e₁）関数が界
磁の反転後の電機子電流ループ及びタコメータ帰
還ループの安定性を保ち、動力によつて銃を減速
する、即ち、完全停止に至るまで銃の発電制動を
する。

逆方向の残弾除去を伴う銃装置では、発射速度
指令電圧とは反対の極性を持つ速度指令電圧を加
算器２４に加える様にすることにより、例えば
1000spmの所望の逆方向残弾除去速度が得られる
まで、一杯の反転電機子トルクを加えることが出
来る。所望の数の空の薬莢が銃の中を循環したこ
とが感知されるまで、この速度が保たれ、その後
銃を発電制動によつて停止させることが出来る。

使われた特定の電動機は完全密閉の可逆の間欠
使用形の直流分巻電動機である。電機子の定格は
108ボルトで、２つの別々の界磁巻線を持ち、そ
の各々が20ボルトを印加することによつて定格界
磁磁束を発生することが出来る。

この発明の回路の具体例が第３Ａ図、第３Ｂ
図、第３Ｃ図及び第４図に示されており、第１図
及び第５図に示したブロツクを構成する特定の素
子は破線で囲み、対応する参照数字を付してあ
る。３角波発生器８０が電機子パルス幅変調器７
２に対する２つの３角波信号T₁，T₂と、逆方向
界磁巻線パルス幅変調器６０に対する３角波信号
T₃と、順方向界磁巻線パルス幅変調器５２に対
する３角波信号T₄とを発生する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施した電動機装置のブロ
ツク図、第２図は電動機が定常状態の速度で駆動
されている時の電動機及び電力増幅器の状態を示
すブロツク図、第３Ａ図、第３Ｂ図及び第３Ｃ図
は併せて第１図及び第５図に示した装置の回路図
となる。第４図は第１図の装置のSGN（e₁）関数
の回路図、第５図は第１図に関連して用いられる
３角波発生器のブロツク図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電機子巻線と界磁磁束を発生する手段を持つ
   電動機と、該電機子巻線を通る電流を制御する制
   御手段とを有する電動機装置であつて、該制御手
   段が、外部の源からの電流を前記電機子巻線に供
   給する第１の動作様式及び前記外部の源を切離し
   前記電機子巻線が実効的に短絡される第２の動作
   様式を持つ電機子巻線に電流を供給する手段と、
   前記界磁磁束の極性並びに大きさを制御する回路
   手段とを有し、該回路手段が、前記界磁磁束の所
   望の大きさ並びに極性を表わす第１の信号を発生
   する手段、前記界磁磁束の実際の大きさ並びに極
   性を表わす第２の信号を発生する手段、前記第１
   の信号と第２の信号の差に応答して、差の大きさ
   を減少するように前記界磁磁束の大きさ並びに極
   性を変える手段を含み、前記界磁磁束を発生する
   手段が順方向界磁巻線と逆方向界磁巻線を有し、
   前記第１の信号と第２の信号の差に応答する手段
   が、前記順方向巻線に結合された順方向界磁電力
   増幅器を制御する順方向パルス幅変調器と、前記
   逆方向界磁巻線に結合された逆方向界磁電力増幅
   器を制御する逆方向パルス幅変調器とを含み、前
   記第２の信号を発生する手段が前記順方向界磁巻
   線を通る実際の電流を表わす順方向電流を受取る
   と共に、前記逆方向界磁巻線を通る実際の電流を
   表わす逆方向電流を受取つて、前記順方向電流と
   逆方向電流の差を前記第２の信号として発生し、
   更に、前記順方向界磁巻線と並列に第１のダイオ
   ードが結合され、前記逆方向界磁巻線と並列に第
   ２のダイオードが結合され、前記第１の信号と第
   ２の信号の差が一方の極性である時、前記順方向
   パルス幅変調器が順方向界磁電力増幅器を駆動し
   て順方向界磁巻線に電流を供給し、前記逆方向界
   磁巻線に誘起された電流があれば、その電流は前
   記第２のダイオードを通つて流れ、前記第１の信
   号と第２の信号の差が反対の極性である時、前記
   逆方向パルス幅変調器が前記逆方向界磁電力増幅
   器を駆動して前記逆方向界磁巻線に電流を供給
   し、前記順方向界磁巻線に誘起される電流があれ
   ば、その電流は前記第１のダイオードを通つて流
   れる様にした電動機装置。 ２ 特許請求の範囲１に記載した電動機装置に於
   て、電機子巻線に電流を供給する手段が、該手段
   が第１及び第２の動作様式にあるとき、電機子巻
   線を通る電流の大きさを制御する手段を含んでい
   る電動機装置。 ３ 特許請求の範囲１乃至２のいずれか一項に記
   載した電動機装置に於て、前記電機子の実際の回
   転速度を表わす実際の速度信号と前記電機子の所
   望の回転速度を表わす所望の速度信号を受取るよ
   うに接続され、実際の速度と所望の速度の差を表
   わす差信号を、第１の信号を発生する手段に供給
   する加算手段を含む電動機装置。 ４ 特許請求の範囲１乃至３のいずれか一項に記
   載した電動機装置に於て、第１の信号および電機
   子電流の実際の大きさを表わす信号を受取り、第
   １の信号を発生する手段に大きさ限界信号を供給
   する手段を含み、該大きさ限界信号が第１の信号
   の大きさを制限するようにした、電動機装置。