JP2012122839A

JP2012122839A - パラメータ選定装置、落雷模擬システム、パラメータ選定方法、及び落雷模擬方法

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Publication number: JP2012122839A
Application number: JP2010273770A
Authority: JP
Inventors: Tatsufumi Aoi; 辰史青井; Hideo Yamakoshi; 英男山越; Yoichiro Tsumura; 陽一郎津村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2030-12-08
Also published as: JP5791268B2

Abstract

【課題】内側導体の周囲に配置された複数の外周導体による磁場の影響を抑制し、かつインダクタンスが低い負荷回路の構成を容易に求めることを目的とする。
【解決手段】パラメータ選定装置１４は、供試体２０及び複数の外周導体２２で構成される負荷回路のインダクタンスが予め定められたインダクタンス目標値以下となるためのパラメータとして、外周導体２２の幅、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体２２の数を導出し、導出したパラメータを基準として、外周導体２２への通電により発生する磁場の大きさを導出し、該磁場の大きさが予め定められた磁場目標値以下となるように外周導体２２の幅、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体２２の数を導出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パラメータ選定装置、落雷模擬システム、パラメータ選定方法、及び落雷模擬方法に関するものである。

従来から、例えば、航空機の燃料タンク等の構造物の雷撃時の防爆対策の確認等のために、模擬雷電流を内側導体（評価対象となる構造物又は該構造物を模擬した導体（供試体））へ通電し、構造物を流れる電流や電圧分布を計測評価する事が行われている。
非特許文献１には、模擬雷電流を通電する負荷回路として、外周導体（リターン導体）に電流を流すことによって模擬雷電流を供試体へ通電させるが、複数の外周導体を供試体の周囲に同軸配置する事により、外周導体を流れる電流によって発生する供試体の周囲の磁場の影響を打ち消す負荷回路が記載されている。

また、非特許文献１には、雷サージ試験負荷回路において、被試験物のインピーダンスによらず、適正な雷波形が得られるよう、通電するケーブル及び負荷回路を接続する技術が記載されている。
これは、被試験物に印加する雷サージが伝搬してくる伝送路と同じ線路定数を有し、エネルギーが最大になる（電力反射がない）条件で、ケーブル又はそのケーブルの伝搬特性を近似する集中定数負荷回路を接続することにより、被試験物のインピーダンスに依存せず雷サージが印加できる技術である。

フランクリンフィッシャー（ＦｒａｎｋｌｉｎＡ．Ｆｉｓｈｅｒ）、外２名、「ライトニングプロテクションオブエアクラフト（ＬＩＧＨＴＮＩＮＧＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮｏｆＡＩＲＣＲＡＦＴ）」、米国、第２版、ライトニングテクノロジーズインク．（ＬｉｇｈｔｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＩｎｃ．）、２００４年、ｐ．４３３−４４０

特開昭５８−１９０７８１号公報

しかしながら、非特許文献１に記載されているように、模擬雷電流を供試体へ通電する負荷回路として外周導体を同軸状に配置した場合、外周導体と供試体との距離が遠い方が外周導体を流れる電流によって発生する供試体の周囲の磁場の影響を小さくできるが、供試体と外周導体を含む負荷回路で構成される負荷回路のインダクタンスは、外周導体と供試体との距離に応じて大きくなる。負荷回路のインダクタンスが大きくなると模擬雷電源から供給される電流パルスの立ち上がりが緩やかになり、模擬雷電流の規格とされているμｓｅｃレベルの立ち上りを有する急峻な電流パルスを発生できなくなる場合があった。
すなわち、模擬雷電流を供試体へ通電する場合、供試体の周囲の磁場の影響を抑制し、かつ負荷回路のインダクタンスを低くする必要がある。しかし、磁場の影響の抑制と負荷回路のインダクタンスの低下は、上記のように、トレードオフの関係にあり、これらを両立させた負荷回路を構成することは容易ではなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、内側導体の周囲に配置された複数の外周導体による磁場の影響を抑制し、かつインダクタンスが低い負荷回路の構成を容易に求めることができるパラメータ選定装置、落雷模擬システム、パラメータ選定方法、及び落雷模擬方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のパラメータ選定装置、落雷模擬システム、パラメータ選定方法、及び落雷模擬方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るパラメータ選定装置は、パラメータ選定装置落雷に対する評価対象となる構造物としての内側導体の周囲に配置された複数の外周導体に電流を印加し、予め定められた前記外周導体と前記内側導体との間に電流が流れることによって、前記構造物への落雷を模擬するための前記内側導体及び前記外周導体を含む負荷回路のパラメータ選定装置であって、前記負荷回路のインダクタンスが予め定められた第１の目標値以下となるためのパラメータとして、前記外周導体の幅、前記外周導体と前記内側導体との距離、及び前記外周導体の数の少なくとも一つを導出する第１の導出手段と、前記第１の導出手段によって導出されたパラメータを基準として、前記外周導体への通電により発生する磁場の大きさを導出し、該磁場の大きさが予め定められた第２の目標値以下となる前記外周導体の幅、前記外周導体と前記内側導体との距離、及び前記外周導体の数の少なくとも一つを導出する第２の導出手段と、を備える。

本発明によれば、パラメータ選定装置は、落雷に対する評価対象となる構造物としての内側導体の周囲に配置された複数の外周導体に電流を印加し、予め定められた外周導体と内側導体との間に電流が流れることによって、構造物への落雷を模擬するための内側導体及び外周導体を含む負荷回路のパラメータを選定するためのものである。
そして、第１の導出手段によって、負荷回路のインダクタンスが第１の目標値以下となるためのパラメータとして、外周導体の幅、外周導体と内側導体との距離、及び外周導体の数の少なくとも一つが導出される。
これによって、負荷回路のインダクタンスが、落雷を模擬するために適した大きさとなる。

さらに、第２の導出手段によって、第１の導出手段で導出されたパラメータを基準として、外周導体への通電により発生する磁場の大きさを導出し、該磁場の大きさが第２の目標値以下となる外周導体の幅、外周導体と内側導体との距離、及び外周導体の数の少なくとも一つが導出される。
これによって、負荷回路に発生する磁場が、落雷を模擬するために適した大きさとなる。

このように、本発明は、負荷回路のインダクタンス及び磁場を適した大きさとするために、外周導体の幅、外周導体と内側導体との距離、及び外周導体の数の少なくとも一つを導出するので、内側導体の周囲に配置された複数の外周導体による磁場の影響を抑制し、かつインダクタンスが低い負荷回路の構成を容易に求めることができる。

また、本発明のパラメータ選定装置は、前記第１の導出手段が、前記内側導体を模擬した平板モデルを用い、前記負荷回路のインダクタンスが前記第１の目標値以下となる前記外周導体の幅、前記外周導体と前記内側導体との距離、及び前記外周導体の数の少なくとも一つを導出してもよい。

本発明によれば、より簡易かつ効率的に、負荷回路のインダクタンスを第１の目標値以下とするパラメータを導出できる。

また、本発明のパラメータ選定装置は、前記第２の導出手段が、前記内側導体の周囲に前記外周導体が配置されない場合における前記内側導体に発生する電流の大きさと、前記内側導体の周囲に複数の前記外周導体が配置されている場合における前記内側導体に発生する電流の大きさの比が所定の目標値となった場合に、磁場の大きさが第２の目標値以下となったと判定してもよい。

本発明によれば、より簡易かつ効率的に、負荷回路の磁場の大きさを第２の目標値以下とするパラメータを導出できる。

また、本発明のパラメータ選定装置は、前記第１の導出手段及び前記第２の導出手段によって導出されるパラメータとして、前記外周導体に流れる電流の大きさを前記外周導体毎に異ならせるパラメータが含まれてもよい。

本発明によれば、外周導体を流れる電流が一カ所に集中することを抑制するので、負荷回路の磁場を小さくすることができる。

また、本発明のパラメータ選定装置は、前記外周導体に流れる電流の大きさを前記外周導体毎に異ならせるパラメータを、前記内側導体との間で電流が流れる前記外周導体を基準とした、隣り合う前記外周導体の間隔としてもよい。

本発明によれば、外周導体を流れる電流が一カ所に集中することを簡易に抑制できるので、負荷回路の磁場を小さくすることができる。

また、本発明のパラメータ選定装置は、前記外周導体に流れる電流の大きさを前記外周導体毎に異ならせるパラメータを、前記外周導体の材質及びインダクタンスの少なくとも一方としてもよい。

一方、本発明に係る落雷模擬システムは、上記記載のパラメータ選定装置と、落雷に対する評価対象となる構造物としての内側導体と、前記パラメータ選定装置によって選定されたパラメータに基づいて、前記内側導体の周囲に配置される複数の外周導体と、複数の前記外周導体に電流を印加し、予め定められた前記外周導体と前記内側導体との間に模擬雷電流としての電流を流す電流印加装置と、を備える。

本発明によれば、内側導体の周囲に配置された複数の外周導体による磁場の影響を抑制し、かつインダクタンスが低い構成を有する負荷回路を用いて、評価対象となる構造物に対する落雷を模擬するので、構造物に対する評価をより精度高く行える。

また、本発明に係るパラメータ選定方法は、落雷に対する評価対象となる構造物としての内側導体の周囲に配置された複数の外周導体に電流を印加し、予め定められた前記外周導体と前記内側導体との間に電流が流れることによって、前記構造物への落雷を模擬するための前記内側導体及び前記外周導体を含む負荷回路のパラメータ選定方法であって、前記負荷回路のインダクタンスが第１の目標値以下となるためのパラメータとして、前記外周導体の幅、前記外周導体と前記内側導体との距離、及び前記外周導体の数の少なくとも一つを導出する第１工程と、前記第１工程によって導出されたパラメータを基準として、前記外周導体への通電により、発生する磁場の大きさを導出し、該磁場の大きさが第２の目標値以下となる前記外周導体の幅、前記外周導体と前記内側導体との距離、及び前記外周導体の数の少なくとも一つを導出する第２工程と、を含む。

本発明によれば、負荷回路のインダクタンス及び磁場を適した大きさとするために、外周導体の幅、外周導体と内側導体との距離、及び外周導体の数の少なくとも一つを導出するので、内側導体の周囲に配置された複数の外周導体による磁場の影響を抑制し、かつインダクタンスが低い負荷回路の構成を容易に求めることができる。

さらに、本発明に係る落雷模擬方法は、上記記載のパラメータ選定方法によって選定されたパラメータに基づいて配置された複数の外周導体に電流を印加し、予め定められた前記外周導体と落雷に対する評価対象となる構造物としての内側導体との間に模擬落雷電流としての電流を流す。

本発明によれば、内側導体の周囲に配置された複数の外周導体による磁場の影響を抑制し、かつインダクタンスが低い構成を有する負荷回路を用いて、評価対象となる構造物に対する落雷を模擬するので、構造物に対する落雷の評価をより精度高く行える。

本発明によれば、内側導体の周囲に配置された複数の外周導体による磁場の影響を抑制し、かつインダクタンスが低い負荷回路の構成を容易に求めることができる、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施形態に係る落雷模擬システムの構成を示す模式図である。本発明の第１実施形態に係る落雷模擬装置の構成を示す模式図である。本発明の第１実施形態に係るパラメータ選定装置の電気的構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態に係るパラメータ選定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本発明の第１実施形態に係る電磁界解析処理の説明に要する模式図である。本発明の第２実施形態に係る外周導体の配置を示す模式図であり、（Ａ）は疎密配置された外周導体によって内側導体に生じる誘導電流の分布を示し、（Ｂ）は均等配置された外周導体によって内側導体に生じる誘導電流の分布を示す。本発明の第２実施形態に係る外周導体の配置によって、内側導体に生じる誘導電流の最大値を示すグラフである。本発明の第３実施形態に係る材質及び幅の異なる外周導体及び幅の異なる外周導体の配置を示す模式図であり、（Ａ）は材質の異なる外周導体によって内側導体に生じる誘導電流の分布を示し、（Ｂ）は材質及び幅が同じ外周導体によって内側導体に生じる誘導電流の分布を示す。

以下に、本発明に係るパラメータ選定装置、落雷模擬システム、パラメータ選定方法、及び落雷模擬方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本第１実施形態に係る落雷模擬システム１０の構成を示す模式図である。
落雷模擬システム１０は、落雷模擬装置１２及びパラメータ選定装置１４を備える。

図１及び図２の例に示すように、本第１実施形態に係る落雷模擬装置１２は、落雷に対する評価対象となる構造物（例えば、航空機等）である内側導体（以下、「供試体２０」という。）と、供試体２０の周囲に略同軸状に配置される複数の外周導体２２と、外周導体２２へ電流を印加する電流印加装置としての模擬雷電源２４とを備える。
図２に示すように、供試体２０及び複数の外周導体２２は、模擬雷電源２４に電気的に接続される。模擬雷電源２４と供試体２０との間には、スイッチ２６が設けられており、スイッチ２６が閉じられると、予め定められた外周導体２２（外周導体２２Ｓ）と供試体２０との間に電流（模擬雷電流）がパルス状に流れる。これによって、雷が構造物としての供試体へ落ちる（着雷する）ことを模擬する。
なお、供試体２０へ着雷させる外周導体２２Ｓは、例えば、電流が流れる細い導体構造（例えば棒状又はワイヤー状）を有しており、火花放電によって外周導体２２Ｓから供試体２０へ模擬雷電流を流す。しかし、これに限らず、供試体２０へ着雷させる外周導体２２Ｓは、供試体２０と直接電気的に接続され、電流が印加されることによって外周導体２２Ｓから供試体２０へ模擬雷電流を流してもよい。

ここで、供試体２０へ模擬雷電流を流した場合、電流源となる外周導体２２に磁場が発生する。そして、外周導体２２は、供試体２０に近接しているため、該磁場が試験結果に影響を与える可能性がある。一方、自然界における構造物（例えば航空機等）への着雷の場合、電流源となるものは、構造物に対して無限遠にあると仮定できるため、電流源で発生した磁場が構造物に影響を与えることはない。
このように、磁場の発生の有無が、自然界における着雷と落雷模擬装置１２による着雷とで異なる。
そこで、複数の外周導体２２を供試体２０の周囲に対して略同軸上に配置し、供試体２０へ模擬落雷電流を流す場合に、供試体２０の周囲に配置された外周導体２２に電流が流れるようにすることで、模擬雷を供試体２０へ落としたときに発生する磁場が、供試体２０内で打ち消されるようにする。

なお、以下の説明において、供試体２０及び複数の外周導体２２で構成される回路を負荷回路という。

図３は、パラメータ選定装置１４の電気的構成を示す模式図である。
本第１実施形態に係るパラメータ選定装置１４は、供試体２０の周囲に配置される複数の外周導体２２に関するパラメータである、外周導体２２の幅（以下、「外周導体幅Ｗ」という。）、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体２２の数（以下、「外周導体数Ｎ」という。）を選定するための情報処理装置である。

本実施形態に係るパラメータ選定装置１４は、パラメータ選定装置１４全体の動作を司るＣＰＵ（Central Processing Unit）３０、各種プログラムや各種パラメータ等が予め記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）３２、ＣＰＵ３０による各種プログラムの実行時のワークエリア等として用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）３４、各種プログラム及び各種情報を記憶する記憶手段としてのＨＤＤ（Hard Disk Drive）３６を備えている。

さらに、パラメータ選定装置１４は、キーボード及びマウス等から構成され、各種操作の入力を受け付ける操作入力部３８、各種画像を表示する、例えば液晶ディスプレイ装置等の画像表示部４０、通信回線４２を介して他の情報処理装置等と接続され、他の情報処理装置等との間で各種情報の送受信を行う外部インタフェース４６を備えている。
なお、通信回線４２は、電気事業者によって提供される広域通信回線又はＬＡＮ（Local Area Network）等の構内通信網等であり、有線回線又は無線回線の何れであってもよい。

これらＣＰＵ３０、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３４、ＨＤＤ３６、操作入力部３８、画像表示部４０、及び外部インタフェース４６は、システムバス４６を介して相互に電気的に接続されている。従って、ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３４、及びＨＤＤ３６へのアクセス、操作入力部３８に対する操作状態の把握、画像表示部４０に対する画像の表示、及び外部インタフェース４６を介した他の情報処理装置等との各種情報の送受信等を各々行なうことができる。

そして、パラメータ選定装置１４は、上述したパラメータを選定するための処理（以下、「パラメータ選定処理」という。）の開始の指示の入力を、操作入力部３８を介して受け付ける。

次に、本第１実施形態に係るパラメータ選定装置１４の作用を説明する。

図４は、パラメータ選定装置１４へパラメータ選定処理の開始の指示が入力された場合に、ＣＰＵ３０によって実行されるパラメータ選定プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、該パラメータ選定プログラムはＨＤＤ３６の所定領域に予め記憶されている。

まず、ステップ１００では、負荷回路のインダクタンス及びインピーダンスが予め定められた目標値（インダクタンス目標値及びインピーダンス目標値）以下となるためのパラメータとして、外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、外周導体数Ｎを導出する。
なお、ステップ１００で導出される外周導体幅Ｗ、距離Ｄ、及び外周導体数Ｎは、負荷回路のインダクタンス及びインピーダンスがインダクタンス目標値及びインピーダンス目標値以下となるための幅（例えば、外周導体幅Ｗ＝５〜３０ｍｍ、距離Ｄ＝０．１〜１ｍｍ、外周導体数＝１０〜２０本）を有する値であればよい。

本第１実施形態では、図５に示すように、供試体２０を模擬した平板モデル（平板負荷５０）を用い、負荷回路のインダクタンス及びインピーダンスがインダクタンス目標値及びインピーダンス目標値以下となる外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを導出する。
具体的には、平板として模擬できる領域毎に供試体２０を複数に分割したモデルの各々が平板負荷５０である。さらに、平板負荷５０に対して外周導体幅Ｗの外周導体２２を距離Ｄで対向させた電磁界解析モデルを作成し、外周導体２２に電流を印加したときに平板負荷５０に発生する誘導電流を解析的に算出する。なお、電磁界解析モデルで一つの平板負荷に対抗させる外周導体２２の数は一つである必要はなく、複数であってもよい。
そして、複数の平板モデルによって得られた結果を結合させる。この場合、平板負荷５０で模擬したモデルと供試体２０との誤差を補正するために、所定の平板モデルの結果に補正係数を乗算してもよい。これにより、平板モデルによって得られた結果をより精度の高いものとすることができる。
この平板モデルによって得られた平板負荷５０を流れる誘導電流に基づいて、負荷回路のインダクタンス及びインピーダンスを算出し、負荷回路のインダクタンス及びインピーダンスがインダクタンス目標値及びインピーダンス目標値以下となる外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを導出する。このように、平板モデルを用いることにより、より簡易かつ効率的に負荷回路のインダクタンス及びインピーダンスがインダクタンス目標値及びインピーダンス目標値以下となる外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを導出することができる。

なお、ステップ１００において、上述した平板モデルを用いずに、供試体２０を模擬した３次元モデル、及び該３次元モデルの周囲に外周導体２２を配置した電磁界解析モデルを作成することによって、負荷回路のインダクタンス及びインピーダンスがインダクタンス目標値及びインピーダンス目標値以下となる外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを導出してもよい。

次のステップ１０２では、ステップ１００によって導出されたパラメータを基準として、外周導体２２への通電により、発生する磁場の大きさを導出し、該磁場の大きさが目標値（磁場目標値）以下となる外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを導出する。
上記「パラメータを基準として」とは、ステップ１００によって導出された外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎの幅の範囲内又は該範囲を含むより広い範囲内で、磁場の大きさ磁場目標値以下となる外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを導出することをいう。

本第１実施形態では、外周導体２２に流れる電流によって発生する磁場の影響を、供試体２０を流れる誘導電流への影響として定量的に評価するために、供試体２０の周囲に外周導体２２が配置されない場合における供試体２０を流れる誘導電流の大きさと、供試体２０の周囲に複数の外周導体２２が配置されている場合における供試体２０を流れる誘導電流の大きさを算出する。そして、算出した誘導電流の比が所定の目標値（誘導電流比目標値）となった場合に、外周導体２２に流れる電流によって発生する磁場の大きさが磁場目標値以下となったと判定してもよい。このように誘導電流の比を算出することによって、より簡易かつ効率的に外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを導出することができる。
上記誘導電流の比を算出するためのモデルとして、上述した平板モデルを用いてもよいし、供試体２０を模擬した３次元モデルを用いてもよい。

また、ステップ１０２において、上述したように誘導電流の比を算出するのではなく、電磁界解析によって、外周導体２２に流れる電流によって発生する磁場を算出し、磁場の大きさが磁場目標値以下となる外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを導出してもよい。

次のステップ１０４では、ステップ１０２で導出した外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを用いて、負荷回路のインダクタンスを算出し、算出した値がインダクタンス目標値以内となっているか否かを判定し、肯定判定の場合は、本プログラムを終了する。一方、否定判定の場合は、ステップ１０６へ移行する。

ステップ１０６では、負荷回路のインダクタンスがインダクタンス目標値以内、インピーダンスがインピーダンス目標値以内となるようにパラメータである外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを変更し、本プログラムを終了する。
ステップ１０６へ移行する場合は、一例として、負荷回路のインピーダンスがインピーダンス目標値を超過している場合が考えられる。そのため、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄを短くすること、外周導体数Ｎを増加させることの少なくとも一方を行うことで、負荷回路のインダクタンスがインダクタンス目標値以内、インピーダンスがインピーダンス目標値以内とすることが考えられる。

なお、上述したインダクタンス目標値、インピーダンス目標値、及び磁場目標値は、経験的又は実験的に予め決定されているものとする。また、誘導電流比目標値は、磁場目標値に基づいて決定されるものとする。

また、パラメータ選定処理では、各ステップにおいて、導出する外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを適正化させるためにタグチメソッドが用いられてもよい。

そして、上述したパラメータ選定処理によって選定されたパラメータである外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎに基づいて複数の外周導体２２が供試体２０の周囲に配置される。そして、落雷模擬試験は、複数の外周導体２２に電流を印加し、予め定められた外周導体２２Ｓと供試体２０との間に模擬落雷電流を流すことによって行われる。
この落雷模擬試験によって、例えば、航空機の燃料タンク構造の対雷（防爆）性能の向上試験や性能評価試験等のために構造物を流れる電流や電圧分布が計測されたり、落雷模擬試験による実験結果と解析結果との比較を行うことによる解析精度の検証が行われる。

以上説明したように、本第１実施形態に係るパラメータ選定装置１４は、供試体２０及び複数の外周導体２２を含む負荷回路のインダクタンスが予め定められたインダクタンス目標値以下となるためのパラメータとして、外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを導出し、導出したパラメータを基準として、外周導体２２への通電により発生する磁場の大きさを導出し、該磁場の大きさが磁場目標値以下となる外周導体幅Ｗ、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体数Ｎを導出する。
従って、本第１実施形態に係るパラメータ選定装置１４は、供試体２０の周囲に配置された複数の外周導体２２による磁場の影響を抑制し、かつインダクタンスが低い負荷回路の構成を容易に求めることができる。

なお、本第１実施形態では、パラメータ選定装置１４が、パラメータとして外周導体２２の幅、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体２２の数を選定する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、パラメータ選定装置１４が、外周導体２２の幅、外周導体２２と供試体２０との距離Ｄ、及び外周導体２２の数の何れか一つ又は何れか二つを選定する形態としてもよい。この形態の場合、パラメータ選定装置１４によって選択されないパラメータは、予め定められた固定値とする。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、本第２実施形態に係る落雷模擬システム１０、落雷模擬装置１２、及びパラメータ選定装置１４の構成は、図１から図３に示される第１実施形態に係る落雷模擬システム１０、落雷模擬装置１２、及びパラメータ選定装置１４の構成と同様であるので説明を省略する。

本第２実施形態では、パラメータ選定処理で導出されるパラメータとして、外周導体２２に流れる電流の大きさを外周導体２２毎に異ならせるパラメータも含む。
上記パラメータは、例えば、図６に示すように、供試体２０との間で模擬雷電流が流れる外周導体２２Ｓを基準とした、隣り合う外周導体２２の間隔Ｈ（ピッチ）が含まれる。なお、隣り合う外周導体２２の間隔とは、外周導体２２に対して印加電流が流れる方向（図６の紙面垂直方向）に交差（直交）する方向である。

図６（Ａ)は、隣り合う外周導体２２の間隔Ｈを異ならせた場合の一例である。図６（Ａ）の例では、着雷点となる外周導体２２Ｓに近い側の外周導体２２の間隔Ｈを疎にする一方、外周導体２２Ｓよりも遠い側の外周導体２２の間隔Ｈを密にする。なお、疎密の間隔Ｈは、外周導体２２Ｓに近い側から遠い側へと徐々に疎から密にされてもよいし、段階的に疎から密にされてもよい。
本来、外周導体２２に流れる電流は着雷点に近い側の外周導体２２に流れやすいが、上記のような外周導体２２の疎密配置を行うことによって、着雷点により近い側の外周導体２２へ電流が集中することを抑制し、着雷点よりも遠い側の外周導体２２に分散して電流を通電することができる。
この結果、外周導体２２を流れる電流が一カ所に集中することを抑制できるので、外周導体２２を流れる電流により発生する磁場によって供試体２０に流れる誘導電流の最大値を、図６（Ｂ)に示すように外周導体２２を均等配置した場合に比較して小さくできる。すなわち、外周導体２２を均等配置する場合よりも、外周導体２２を流れる電流によって発生する磁場の影響を抑制することができる。

これにより、図７に示すように、外周導体２２を疎密配置することによって、外周導体２２を均等配置した場合に比較して、供試体２０に流れる誘導電流量の最大電流値を抑制することが可能となった。

さらに、本第２実施形態では、外周導体２２に流れる電流の大きさを外周導体２２毎に異ならせるパラメータとして、図８に示すように、外周導体２２の材質及びインダクタンスの少なくとも一方を含んでもよい。パラメータとしての外周導体２２の材質とは、すなわち、外周導体２２が配置される領域に応じて電気抵抗の異なる材質を用いることをいう。また、パラメータとしての外周導体２２のインダクタンスとは、すなわち、外周導体２２が配置される領域に応じて外周導体２２の寸法（幅及び厚みの少なくとも一方）が異なることをいう。なお、電気抵抗の異なる材質及び外周導体２２の異なる寸法として、２種類以上が用いられてもよい。

本第３実施形態では、一例として、図８（Ａ）に示すように、着雷点に近い側の外周導体２２の材質を電気抵抗の大きい材質とする。一方、着雷点に遠い側の外周導体２２の材質を電気抵抗の小さい材質とする。また、着雷点に遠い側の外周導体２２の幅及び厚みを着雷点に近い側の外周導体２２の幅及び厚みよりも大きくする。
このように、外周導体２２の材質及び寸法を異ならせることで、着雷点により近い側の外周導体２２へ電流が集中することを抑制し、着雷点よりも遠い側の外周導体２２に分散して電流を通電することができる。

この結果、外周導体２２を流れる電流が一カ所に集中することを抑制できるので、外周導体２２を流れる電流により発生する磁場によって供試体２０に流れる誘導電流の最大値を、図８（Ｂ）に示すように外周導体２２を均等配置した場合に比較して小さくできる。すなわち、外周導体２２を均等配置する場合よりも、外周導体２２を流れる電流によって発生する磁場の影響を抑制することができる。

また、その他のパラメータとして、供試体２０と外周導体２２との距離を外周導体２２毎に変更してもよい。例えば、着雷点に近い側の距離を長くし、着雷点に遠い側の距離を短くする。これによっても、外周導体２２を流れる電流が一カ所に集中することを抑制でき、誘導電流の最大値を小さくできるので、外周導体２２を均等配置する場合よりも、外周導体２２を流れる電流によって発生する磁場の影響を抑制することができる。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、供試体２０を、落雷に対する評価対象となる構造物とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、供試体２０を、落雷に対する評価対象となる構造物を模擬したもの（構造物のスケールを変更したもの、構造物の構成を簡素化したもの等）とする形態としてもよい。

また、上記各実施形態では、外周導体２２から供試体２０へ電流（模擬落雷電流）が流れる形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、供試体２０から外周導体２２へ電流が流れる形態としてもよい。

１０落雷模擬システム
１２落雷模擬装置
１４パラメータ選定装置
２０供試体
２２外周導体
２４模擬雷電源
５０平板負荷

Claims

落雷に対する評価対象となる構造物としての内側導体の周囲に配置された複数の外周導体に電流を印加し、予め定められた前記外周導体と前記内側導体との間に電流が流れることによって、前記構造物への落雷を模擬するための前記内側導体及び前記外周導体を含む負荷回路のパラメータ選定装置であって、
前記負荷回路のインダクタンスが予め定められた第１の目標値以下となるためのパラメータとして、前記外周導体の幅、前記外周導体と前記内側導体との距離、及び前記外周導体の数の少なくとも一つを導出する第１の導出手段と、
前記第１の導出手段によって導出されたパラメータを基準として、前記外周導体への通電により発生する磁場の大きさを導出し、該磁場の大きさが予め定められた第２の目標値以下となる前記外周導体の幅、前記外周導体と前記内側導体との距離、及び前記外周導体の数の少なくとも一つを導出する第２の導出手段と、
を備えたパラメータ選定装置。
前記第１の導出手段は、前記内側導体を模擬した平板モデルを用い、前記負荷回路のインダクタンスが前記第１の目標値以下となる前記外周導体の幅、前記外周導体と前記内側導体との距離、及び前記外周導体の数の少なくとも一つを導出する請求項１記載のパラメータ選定装置。
前記第２の導出手段は、前記内側導体の周囲に前記外周導体が配置されない場合における前記内側導体に発生する電流の大きさと、前記内側導体の周囲に複数の前記外周導体が配置されている場合における前記内側導体に発生する電流の大きさの比が所定の目標値となった場合に、磁場の大きさが第２の目標値以下となったと判定する請求項１又は請求項２記載のパラメータ選定装置。
前記第１の導出手段及び前記第２の導出手段によって導出されるパラメータとして、前記外周導体に流れる電流の大きさを前記外周導体毎に異ならせるパラメータが含まれる請求項１から請求項３の何れか１項記載のパラメータ選定装置。
前記外周導体に流れる電流の大きさを前記外周導体毎に異ならせるパラメータは、前記内側導体との間で電流が流れる前記外周導体を基準とした、隣り合う前記外周導体の間隔である請求項４記載のパラメータ選定装置。
前記外周導体に流れる電流の大きさを前記外周導体毎に異ならせるパラメータは、前記外周導体の材質及びインダクタンスの少なくとも一方である請求項４記載のパラメータ選定装置。
請求項１から請求項６の何れか１項記載のパラメータ選定装置と、
落雷に対する評価対象となる構造物としての内側導体と、
前記パラメータ選定装置によって選定されたパラメータに基づいて、前記内側導体の周囲に配置される複数の外周導体と、
複数の前記外周導体に電流を印加し、予め定められた前記外周導体と前記内側導体との間に模擬雷電流としての電流を流す電流印加装置と、
を備えた落雷模擬システム。
落雷に対する評価対象となる構造物としての内側導体の周囲に配置された複数の外周導体に電流を印加し、予め定められた前記外周導体と前記内側導体との間に電流が流れることによって、前記構造物への落雷を模擬するための前記内側導体及び前記外周導体を含む負荷回路のパラメータ選定方法であって、
前記負荷回路のインダクタンスが第１の目標値以下となるためのパラメータとして、前記外周導体の幅、前記外周導体と前記内側導体との距離、及び前記外周導体の数の少なくとも一つを導出する第１工程と、
前記第１工程によって導出されたパラメータを基準として、前記外周導体への通電により、発生する磁場の大きさを導出し、該磁場の大きさが第２の目標値以下となる前記外周導体の幅、前記外周導体と前記内側導体との距離、及び前記外周導体の数の少なくとも一つを導出する第２工程と、
を含むパラメータ選定方法。
請求項８項記載のパラメータ選定方法によって選定されたパラメータに基づいて配置された複数の外周導体に電流を印加し、予め定められた前記外周導体と落雷に対する評価対象となる構造物としての内側導体との間に模擬落雷電流としての電流を流す落雷模擬方法。