特許 5730273 電磁加速装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5730273

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】電磁加速装置

(51)【国際特許分類】

   F41B 6/00 20060101AFI20150514BHJP

【ＦＩ】

   F41B6/00

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-257010(P2012-257010)

(22)【出願日】2012年11月26日

(65)【公開番号】特開2014-105885(P2014-105885A)

(43)【公開日】2014年6月9日

【審査請求日】2013年9月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100095511

【弁理士】

【氏名又は名称】有近 紳志郎

(72)【発明者】

【氏名】阿曽 良之

【審査官】 志水 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０４９８７８２１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４６７７８９５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０７３９８７２２（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ４１Ｂ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平行に並ぶ一対の導電レール（３，５）とそれらの間の加速空間（１９）に装填された電機子（４）とからなるレールガン（１５）を、３機以上、円環状に等間隔で且つ各レールガン（１５）の導電レール（３，５）が前記円環の半径方向に並ぶように配置し、各レールガン（１５）の加速空間（１９）を結ぶ円周上で同方向に磁力線を発生するように各レールガン（１５）に給電する給電手段（１，２，６）を接続すると共に、前記平行に並ぶ一対の導電レール（３，５）と同形状の平行な一対の導体辺をレールガン（１５）の出射端側で短絡した構造の１回巻コイル（２５）を混在させて配置し、それら１回巻コイル（２５）が各レールガン（１５）の磁力線と同方向に磁力線を形成するように各１回巻コイル（２５）に給電するように前記給電手段（１，２，６）を接続したことを特徴とする電磁加速装置（１０３）。

【請求項2】

請求項１に記載の電磁加速装置において、導電体筒（２７）の内部空間に前記各レールガン（１５）を配置したことを特徴とする電磁加速装置（１０４）。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電磁加速装置において、各レールガン（１５）の方向が平行であることを特徴とする電磁加速装置（１０３，１０４）。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の電磁加速装置において、前記各レールガン（１５）の方向が、各レールガン（１５）の方向を延長したときに給電端側の一点または出射端側の一点で収束するような方向であることを特徴とする電磁加速装置（１０５，１０６）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、電磁加速装置に関し、さらに詳しくは、速度差なく３個以上の飛翔体を一斉に打ち出すことが出来る電磁加速装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、図１６〜図１７に示す如き電磁加速装置５００が知られている（非特許文献１参照）。

【0003】

図１６の電磁加速装置５００は、水平方向に平行に並ぶ一対の導電レール３，５とそれらの間の加速空間１９に装填された電機子４とからなるレールガン１５を、３機、垂直方向に３段に配置して、各レールガン１５の加速空間１９を結ぶ直線上で同方向に磁力線を発生するように各レールガン１５を接続線６，６で直列接続し、その直列回路にパルス電源１とスイッチ２から電流Ｉを供給するようにした構成である。

【0004】

図１７に示すように、各レールガン１５が発生する磁力線が互いに強め合って一つの磁力線１４を形成するため、効率良く、３個の電機子４を一斉に打ち出すことが出来る。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Program and Abstract Booklet of 16th International Symposium on Electromagnetic Launch Technology, Beijing, May 15 - 19, 2012, EMI, #058, #061 p.135 - 136

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記従来の電磁加速装置５００において、上段のレールガン１５では中段のレールガン１５からの磁力線の寄与が大きいが、下段のレールガン１５からの磁力線の寄与は小さい。また、下段のレールガン１５では中段のレールガン１５からの磁力線の寄与が大きいが、上段のレールガン１５からの磁力線の寄与は小さい。他方、中段のレールガン１５では上段および下段のレールガン１５の磁力線の寄与が両方とも大きい。このため、中段のレールガン１５における磁力線が上段および下段のレールガン１５における磁力線よりも強くなる。
この結果、上段および下段のレールガン１５における電機子４よりも中段のレールガン１５における電機子４の加速力が強くなり、速度差が生じてしまう問題点がある。
そこで、この発明は、速度差なく３個以上の電機子を一斉に打ち出すことが出来る電磁加速装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の観点では、本発明は、平行に並ぶ一対の導電レール（３，５）とそれらの間の加速空間（１９）に装填された電機子（４）とからなるレールガン（１５）を、３機以上、円環状に等間隔で且つ各レールガン（１５）の導電レール（３，５）が前記円環の半径方向に並ぶように配置し、各レールガン（１５）の加速空間（１９）を結ぶ円周上で同方向に磁力線を発生するように各レールガン（１５）に給電する給電手段（１，２，６）を接続したことを特徴とする電磁加速装置（１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６）を提供する。
上記第１の観点による電磁加速装置では、各レールガン（１５）における磁力線の強さが同じになるため、速度差なく３個以上の電機子（４）を一斉に打ち出すことが出来る。また、各レールガン（１５）が発生する磁力線が互いに強め合うため、効率良く、３個以上の電機子（４）を一斉に打ち出すことが出来る。
なお、レールガン（１５）が２機以下であれば、速度差の問題は生じない。

【0008】

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による電磁加速装置において、前記平行に並ぶ一対の導電レール（３，５）と同形状の平行な一対の導体辺をレールガン（１５）の出射端側で短絡した構造の１回巻コイル（２５）を混在させて配置し、それら１回巻コイル（２５）が各レールガン（１５）の磁力線と同方向に磁力線を形成するように各１回巻コイル（２５）に給電するように前記給電手段（１，２，６）を接続したことを特徴とする電磁加速装置（１０３）を提供する。
一斉に打ち出す電機子（４）の数を減らすためにレールガン（１５）の数を減らすと、磁力線が弱くなり、加速力が低下する。
これに対して、上記第２の観点による電磁加速装置では、電機子（４）を打ち出さないがレールガン（１５）と同等の磁力線を発生する１回巻コイル（２５）を混在させるため、一斉に打ち出す電機子（４）の数を減らすことが出来ると共に磁力線が弱くなるのを回避することが出来る。

【0009】

第３の観点では、本発明は、前記第１または第２の観点による電磁加速装置において、導電体筒（２７）の内部空間に前記各レールガン（１５）を配置したことを特徴とする電磁加速装置（１０４）を提供する。
隣接するレールガン（１５）の間には空間が存在するため、その空間から磁力線が外側へ漏れてしまう。
これに対して、上記第３の観点による電磁加速装置では、レールガン（１５）の外側に配置した導電体筒（２７）により外側への磁力線の漏れを抑制することが出来る。

【0010】

第４の観点では、本発明は、前記第１から第３のいずれかの観点による電磁加速装置において、各レールガン（１５）の方向が平行であることを特徴とする電磁加速装置（１０１，１０２，１０３，１０４）を提供する。
上記第４の観点による電磁加速装置では、一斉に打ち出す電機子（４）が、標的までの距離に拘わらず、レールガン（１５）が並ぶ円環の大きさの円環状に並んで、標的に到達しうる。

【0011】

第５の観点では、本発明は、前記第１から第３のいずれかの観点による電磁加速装置において、前記各レールガン（１５）の方向が、各レールガン（１５）の方向を延長したときに給電端側の一点または出射端側の一点で収束するような方向であることを特徴とする電磁加速装置（１０５，１０６）を提供する。
上記第５の観点による電磁加速装置では、一斉に打ち出す電機子（４）が、標的までの距離に応じて、レールガン（１５）が並ぶ円環の大きさより大きくなるか又は小さくなった円環状に並んで、標的に到達しうる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の電磁加速装置によれば、３個以上の電機子を一斉に効率的に且つ速度差なく打ち出すことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例１に係る電磁加速装置の給電端側を示す外観図である。

【図2】実施例１に係る電磁加速装置の出射端側を示す外観図である。

【図3】図２のＡ−Ｂ端面図である。

【図4】実施例１に係る電磁加速装置の磁力線を示す説明図である。

【図5】実施例２に係る電磁加速装置の給電端側を示す外観図である。

【図6】実施例３に係る電磁加速装置の給電端側を示す外観図である。

【図7】実施例３に係る電磁加速装置の出射端側を示す外観図である。

【図8】図７のＡ−Ｂ端面図である。

【図9】実施例３に係る電磁加速装置の磁力線を示す説明図である。

【図10】実施例４に係る電磁加速装置の給電端側を示す外観図である。

【図11】実施例４に係る電磁加速装置の出射端側を示す外観図である。

【図12】図１１のＡ−Ｂ端面図である。

【図13】実施例４に係る電磁加速装置の磁力線を示す説明図である。

【図14】実施例５に係る電磁加速装置の図３相当図である。

【図15】実施例６に係る電磁加速装置の図３相当図である。

【図16】従来例に係る電磁加速装置の給電端側から見た斜視図である。

【図17】従来例に係る電磁加速装置の磁力線を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

【実施例】

【0015】

−実施例１−
図１は、実施例１に係る電磁加速装置１０１の給電端側を示す外観図である。
この電磁加速装置１０１は、平行に並ぶ一対の導電レール３，５とそれらの間の加速空間（図３の１９）に装填された電機子４とからなるレールガン１５を、８機、円環状に等間隔（＝３６０°／８＝４５°間隔）で且つ各レールガン１５の一対の導電レール３，５が放射状に並ぶように配置し、各レールガン１５の外側の導電レール３に同方向の電流が流れるように各レールガン１５を接続線６，６，６，６，６，６，６で直列に接続し、その直列回路にパルス電源１とスイッチ２から給電するようにした構成である。

【0016】

各レールガン１５の外側の導電レール３は、絶縁筒２６を介して堅牢な金属筒枠２２に固定されている。また、各レールガン１５の内側の導電レール５は、絶縁層３６を介して堅牢な金属芯３２に固定されている。また、各レールガン１５の間には、絶縁仕切り３１がそれぞれ介設されている。

【0017】

図２は、実施例１に係る電磁加速装置１０１の出射端側を示す外観図である。
各レールガン１５の導電レール３，５の出射端間には、短絡インダクタンス２３がそれぞれ接続されている。

【0018】

図３は、図２のＡ−Ｂ端面図である。
各レールガン１５の方向は平行である。

【0019】

具体例を示すと、導電レール３，５はサイズ５５ｍｍ×５５ｍｍ×３ｍの銅製であり、一対の導電レール３，５の間隔は３５ｍｍである。電機子４はサイズ５５ｍｍ×５５ｍｍ×３５ｍｍの銅製である。金属筒枠２２は、外径約８０ｃｍの鉄製円筒である。金属芯３２は、直径約２０ｃｍの鉄製円柱である。

【0020】

図４は、実施例１に係る電磁加速装置１０１における磁力線を示す説明図である。
スイッチ２を閉じると、各レールガン１５の導電レール３，５及び電機子４に電流Ｉが流れる。各レールガン１５の外側の導電レール３に流れる電流Ｉの方向は一致している。従って、各レールガン１５の内側の導電レール５に流れる電流Ｉの方向も一致している。この結果、各レールガン１５の加速空間１９を結ぶ円周上で同方向で互いに強め合った磁力線１４が発生する。

【0021】

実施例１に係る電磁加速装置１０１によれば、各レールガン１５において磁力線１４の強さが同じになるため、速度差なく、８個の電機子４を一斉に打ち出すことが出来る。また、各レールガン１５が発生する磁力線が互いに強め合うため、効率良く、８個の電機子４を一斉に打ち出すことが出来る。また、標的までの距離に拘わらず、８機のレールガン１５が並ぶ円環の大きさの円環状に並んで、８個の電機子４が標的に到達しうる。

【0022】

なお、実際には、電機子４に例えばプラスチック製の飛翔体が取り付けられ、その飛翔体が各レールガン１５から射出されることになる。

【0023】

−実施例２−
図５は、実施例２に係る電磁加速装置１０２における磁力線を示す説明図である。
この電磁加速装置１０２は、実施例１における８機のレールガン１５を４機に減らした構成である。

【0024】

実施例２に係る電磁加速装置１０２によれば、一斉に打ち出す電機子４の数を４個にすることが出来る。
但し、実施例１に係る電磁加速装置１０１に比べると、磁力線を発生するレールガン１５の数が減ると共に隣接するレールガン１５の間に存在するは空間から磁力線が外側へ漏れてしまうため、磁力線１４が弱くなり、加速力は低下する。

【0025】

−実施例３−
図６は、実施例３に係る電磁加速装置１０３の給電端側を示す外観図である。
この電磁加速装置１０３は、平行に並ぶ一対の導電レール３，５とそれらの間の加速空間（図８の１９）に装填された電機子４とからなるレールガン１５を、４機、円環状に等間隔（＝３６０°／４＝９０°間隔）で且つ各レールガン１５の一対の導電レール３，５が放射状に並ぶように配置すると共に、それらレールガン１５の中間に、一対の導電レール３，５と同形状の平行な一対の導体辺をレールガン１５の出射端側で短絡した構造の１回巻コイル２５をそれぞれ配置し、各レールガン１５の外側の導電レール３及び各１回巻コイル２５の外側の導体辺に同方向の電流が流れるように各レールガン１５及び１回巻コイル２５を接続線６，６，６，６，６，６，６で直列に接続し、その直列回路にパルス電源１とスイッチ２から給電するようにした構成である。

【0026】

各レールガン１５の外側の導電レール３及び各１回巻コイル２５の外側の導体辺は、絶縁筒２６を介して堅牢な金属筒枠２２に固定されている。また、各レールガン１５の内側の導電レール５及び各１回巻コイル２５の内側の導体辺は、絶縁層３６を介して堅牢な金属芯３２に固定されている。また、各レールガン１５及び各１回巻コイル２５の間には、絶縁仕切り３１がそれぞれ介設されている。

【0027】

図７は、実施例３に係る電磁加速装置１０３の出射端側を示す外観図である。
各レールガン１５の導電レール３，５の出射端間には、短絡インダクタンス２３がそれぞれ接続されている。
各１回巻コイル２５の一対の導体辺は、レールガン１５の出射端側で短絡辺により短絡されている。

【0028】

図８は、図７のＡ−Ｂ端面図である。
各レールガン１５及び各１回巻コイル２５の方向は平行である。

【0029】

具体例を示すと、導電レール３，５はサイズ５５ｍｍ×５５ｍｍ×３ｍの銅製であり、一対の導電レール３，５の間隔は３５ｍｍである。電機子４はサイズ５５ｍｍ×５５ｍｍ×３５ｍｍの銅製である。１回巻コイル２５の導体辺はサイズ５５ｍｍ×５５ｍｍ×３ｍの銅製であり、一対の導体辺の間隔は３５ｍｍであり、短絡辺のサイズは５５ｍｍ×５５ｍｍ×３５ｍｍの銅製である。金属筒枠２２は、外径約８０ｃｍの鉄製円筒である。金属芯３２は、直径約２０ｃｍの鉄製円柱である。

【0030】

図９は、実施例３に係る電磁加速装置１０３における磁力線を示す説明図である。
スイッチ２を閉じると、各レールガン１５の導電レール３，５及び電機子４及び各１回巻コイル２５に電流Ｉが流れる。各レールガン１５の外側の導電レール３及び各１回巻コイル２５の外側の導体辺に流れる電流Ｉの方向は一致している。従って、各レールガン１５の内側の導電レール５及び各１回巻コイル２５の内側の導体辺に流れる電流Ｉの方向も一致している。この結果、各レールガン１５の加速空間１９及び各１回巻コイル２５の一対に導体辺間の空間を結ぶ円周上で同方向で互いに強め合った磁力線１４が発生する。

【0031】

実施例３に係る電磁加速装置１０３によれば、各レールガン１５において磁力線１４の強さが同じになるため、速度差なく、４個の電機子４を一斉に打ち出すことが出来る。また、各レールガン１５及び各１回巻コイル２５が発生する磁力線が互いに強め合うため、効率良く、４個の電機子４を一斉に打ち出すことが出来る。また、標的までの距離に拘わらず、４機のレールガン１５が並ぶ円環の大きさの円環状に並んで、４個の電機子４が標的に到達しうる。さらに、電機子４を打ち出さないがレールガン１５と同等の磁力線を発生する１回巻コイル２５を混在させるため、一斉に打ち出す電機子４の数を減らすことが出来ると共に磁力線が弱くなるのを回避することが出来る。

【0032】

実施例３のようにレールガン１５及び１回巻コイル２５を同数交互に並べる構造が対称性に優れるが、必ずしも交互に並べる必要は無く、変形例として、例えばレールガン１５を７機とし且つ１機を１回巻コイル２５としてもよいし、レールガン１５を３機とし且つ５機を１回巻コイル２５としてもよい。

【0033】

また、３個以上の電機子４を一斉に打ち出す必要が無い用途では、レールガン１５を２機とし且つ６機を１回巻コイル２５としたり、レールガン１５を１機のみとし且つ他の７機をすべて１回巻コイル２５として使用することも出来る。

【0034】

−実施例４−
図１０は、実施例４に係る電磁加速装置１０４の給電端側を示す外観図である。
この電磁加速装置１０４は、平行に並ぶ一対の導電レール３，５とそれらの間の加速空間（図１２の１９）に装填された電機子４とからなるレールガン１５を、４機、円環状に等間隔（＝３６０°／４＝９０°間隔）で且つ各レールガン１５の一対の導電レール３，５が放射状に並ぶように配置し、各レールガン１５の外側の導電レール３に同方向の電流が流れるように各レールガン１５を接続線６，６，６で直列に接続し、その直列回路にパルス電源１とスイッチ２から給電するようにし、さらに、各レールガン１５の外側を取り囲む導電体筒２７を設けた構成である。

【0035】

各レールガン１５の外側の導電レール３及び各１回巻コイル２５の外側の導体辺は、絶縁筒２６及び導電体筒２７を介して堅牢な金属筒枠２２に固定されている。また、各レールガン１５の内側の導電レール５は、絶縁層３６を介して堅牢な金属芯３２に固定されている。また、各レールガン１５の間には、絶縁仕切り３１がそれぞれ介設されている。

【0036】

図１１は、実施例４に係る電磁加速装置１０４の出射端側を示す外観図である。
各レールガン１５の導電レール３，５の出射端間には、短絡インダクタンス２３がそれぞれ接続されている。

【0037】

図１２は、図１１のＡ−Ｂ端面図である。
各レールガン１５の方向は平行である。

【0038】

具体例を示すと、導電レール３，５はサイズ５５ｍｍ×５５ｍｍ×３ｍの銅製であり、一対の導電レール３，５の間隔は３５ｍｍである。電機子４はサイズ５５ｍｍ×５５ｍｍ×３５ｍｍの銅製である。金属筒枠２２は、外径約８０ｃｍの鉄製円筒である。金属芯３２は、直径約２０ｃｍの鉄製円柱である。導電体筒２７は厚さ約５ｍｍの銅製円筒である。

【0039】

図１３は、実施例４に係る電磁加速装置１０４における磁力線を示す説明図である。
スイッチ２を閉じると、各レールガン１５の導電レール３，５及び電機子４に電流Ｉが流れる。各レールガン１５の外側の導電レール３に流れる電流Ｉの方向は一致している。従って、各レールガン１５の内側の導電レール５に流れる電流Ｉの方向も一致している。この結果、各レールガン１５の加速空間１９を結ぶ円周上で同方向で互いに強め合った磁力線１４が発生する。

【0040】

先に実施例２で説明したように、導電体筒２７が無ければ、隣接するレールガン１５の間の空間から磁力線１４が外側へ漏れてしまう。しかし、この実施例４では、レールガン１５の外側に導電体筒２７を配置したので、外側への磁力線１４の漏れを抑制することが出来る。

【0041】

実施例４に係る電磁加速装置１０３によれば、各レールガン１５において磁力線１４の強さが同じになるため、速度差なく、４個の電機子４を一斉に打ち出すことが出来る。また、各レールガン１５が発生する磁力線が互いに強め合うため、効率良く、４個の電機子４を一斉に打ち出すことが出来る。また、標的までの距離に拘わらず、４機のレールガン１５が並ぶ円環の大きさの円環状に並んで、４個の電機子４が標的に到達しうる。さらに、レールガン１５の外側への磁力線１４の漏れを導電体筒２７により抑制できるため、一斉に打ち出す電機子４の減らすことが出来ると共に磁力線が弱くなるのを回避することが出来る。

【0042】

−実施例５−
図１４は、実施例５に係る電磁加速装置１０５における図３相当図である。
この電磁加速装置１０５は、実施例１における８機のレールガン１５の方向を平行にせず、各レールガン１５の方向を延長したときに給電端側の一点で収束するような方向とした構成である。すなわち、８機のレールガン１５が円環状に等間隔で並んでいるが、その円環の大きさが給電端側から射出端側へかけて大きくなっている。これ以外の構成は実施例１と同じである。

【0043】

実施例５に係る電磁加速装置１０５によれば、一斉に打ち出された８個の電機子４が、レールガン１５が並ぶ円環の大きさより大きい円環状に並んで飛翔する。飛翔する８個の電機子４が形成する円環の大きさは、飛翔距離が長いほど大きくなる。

【0044】

−実施例６−
図１５は、実施例６に係る電磁加速装置１０６における図３相当図である。
この電磁加速装置１０６は、実施例１における８機のレールガン１５の方向を平行にせず、各レールガン１５の方向を延長したときに出射端側の一点で収束するような方向とした構成である。すなわち、８機のレールガン１５が円環状に等間隔で並んでいるが、その円環の大きさが給電端側から射出端側へかけて小さくなっている。これ以外の構成は実施例１と同じである。

【0045】

実施例６に係る電磁加速装置１０６によれば、一斉に打ち出された８個の電機子４が、レールガン１５が並ぶ円環の大きさより小さい円環状に並んで飛翔する。飛翔する８個の電機子４が形成する円環の大きさは、標的までの距離が長いほど小さくなり、ある距離で１点に集中する。

【0046】

−他の実施例−
（１）中棒（シャフト）を中心軸として親骨（リブ）を開閉しうる傘のような機構を用いて、３機以上のレールガン１５の方向を中心軸Ａｘに対して対称に可変とするのが好ましい。
（２）実施例１〜６では、３機以上のレールガン１５を直列接続しているので、全てのレールガン１５に同じ大きさの電流Ｉを供給でき、電流調整回路は１つで済む。他方、各レールガン１５に個々に電流調整回路を設け且つ３機以上のレールガン１５を並列接続してもよい。この場合、電流調整によって各レールガン１５の電機子４の速度を個々に微調整可能となる。
（３）レールガン１５の数は３機以上なら任意である。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明の電磁加速装置は、例えば衝撃試験に利用できる。

【符号の説明】

【0048】

１ パルス電源
２ スイッチ
３，５ 導電レール
４ 電機子
６ 接続線
１４ 磁力線
１５ レールガン
１９ 加速空間
２２ 金属筒枠
２３ 短絡用インダクタンス
２５ １回巻コイル
２６ 絶縁筒
２７ 導電体筒
３１ 絶縁仕切り
３２ 金属芯
３６ 絶縁層
１０１〜１０６，５００ 電磁加速装置
Ａｘ レールガンの並びが形成する円環の中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】