特許 7364531 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】

(24)【登録日】2023-10-10

(45)【発行日】2023-10-18

(54)【発明の名称】電磁加速装置

(51)【国際特許分類】

   F41B 6/00 20060101AFI20231011BHJP

【ＦＩ】

F41B6/00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020089331

(22)【出願日】2020-05-22

(65)【公開番号】P2021183886

(43)【公開日】2021-12-02

【審査請求日】2023-02-15

(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】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】阿曽 良之

【審査官】林 政道

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０４３１９１６８（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開平０６－１０１９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１０６９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５２０９２（ＪＰ，Ａ）

(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】

直流電源と、
前記直流電源から直流電流が供給されることで励磁される電磁エネルギー蓄積用コイルと、
前記励磁された電磁エネルギー蓄積用コイルへの前記直流電流の供給を遮断したときに前記電磁エネルギー蓄積用コイルから自己誘導電流が供給されることで生じる誘導磁場によって、軸方向に加速対象の物体を加速する加速コイルと、を備える、
電磁加速装置。

【請求項2】

前記直流電源の両端間で、前記加速コイルと並列に接続される第１のスイッチと、
前記加速コイルと前記第１のスイッチとの間に、前記加速コイル及び前記第１のスイッチに対して並列に接続される第２のスイッチと、
前記第１のスイッチと前記直流電源との間に挿入される第３のスイッチと、を備え、
前記電磁エネルギー蓄積用コイルは、前記第１及び第２のスイッチと前記加速コイルとで構成される経路に挿入され、
前記第２及び第３のスイッチを閉じ、前記第１のスイッチを開いて、前記電磁エネルギー蓄積用コイルを励磁し、
前記電磁エネルギー蓄積用コイルを励磁した後に、前記第１のスイッチを閉じ、前記第２及び第３のスイッチを開くことで、前記電磁エネルギー蓄積用コイルから自己誘導電流が前記加速コイルに供給される、
請求項１に記載の電磁加速装置。

【請求項3】

前記直流電源の両端間で、直列接続された複数の前記加速コイルに対して並列に接続される第１のスイッチと、
前記複数の加速コイルそれぞれと並列に接続される複数の第２のスイッチと、
前記第１のスイッチと前記直流電源との間に挿入される第３のスイッチと、を備え、
前記電磁エネルギー蓄積用コイルは、前記第１のスイッチ、前記複数の第２のスイッチ及び前記複数の加速コイルで構成される経路に挿入され、
前記複数の第２のスイッチ及び前記第３のスイッチを閉じ、前記第１のスイッチを開いて、前記電磁エネルギー蓄積用コイルを励磁し、
前記電磁エネルギー蓄積用コイルを励磁した後に、前記第１のスイッチを閉じ、前記第３のスイッチを開き、前記複数の第２のスイッチのそれぞれを、順にかつ択一的に開くことで、前記電磁エネルギー蓄積用コイルから前記自己誘導電流が前記複数の加速コイルのそれぞれに順にかつ択一的に供給される、
請求項１に記載の電磁加速装置。

【請求項4】

前記複数の加速コイルのうちで前記物体の加速方向とは反対側の端に設けられた加速コイルに接続された前記第２のスイッチから、前記加速方向の側の端に設けられた加速コイルへ向けて、前記複数の第２のスイッチのそれぞれを順にかつ択一的に開くことで、
前記複数の加速コイルのうちで前記加速方向とは反対側の端に設けられた加速コイルから前記加速方向の側の端に設けられた加速コイルへ向けて、前記自己誘導電流が前記複数の加速コイルのそれぞれに順にかつ択一的に供給される、
請求項３に記載の電磁加速装置。

【請求項5】

前記複数の加速コイルのそれぞれに対応して設けられた、前記物体の通過を検出する複数のセンサと、
前記複数のセンサのそれぞれで検出された前記物体の通過に応じて、前記物体の通過を検出した前記センサに対応する前記加速コイルに接続された前記第２のスイッチを開くタイミングを制御する制御部と、をさらに備える、
請求項４に記載の電磁加速装置。

【請求項6】

ｎを２以上の整数として、
ｎ＋１個の前記電磁エネルギー蓄積用コイルが直列に接続され、
ｎ個の前記第２のスイッチが、前記ｎ＋１個の前記電磁エネルギー蓄積用コイルのうちで隣接する２つの間のそれぞれに挿入される、
請求項３乃至５のいずれか一項に記載の電磁加速装置。

【請求項7】

前記直流電源、前記第１及び第３のスイッチ、前記複数の第２のスイッチ及び前記電磁エネルギー蓄積用コイルで構成される電流供給部が複数設けられ、
複数の前記電流供給部のうちで、同じ加速コイルに接続された前記第２のスイッチは、一定の時間差で開閉される、
請求項３乃至６のいずれか一項に記載の電磁加速装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁加速装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電磁力によって物体を加速する電磁加速装置として、コイルに時間的に変化する電流を流して磁場を発生させることで、導電体からなる物体を加速する、いわゆるコイルガンが知られている。

【0003】

こうしたコイルガンの一例として、金属製の飛翔体を加速する方向に複数の加速コイルを配列して、飛翔体を連続的に加速する構成が提案されている（非特許文献１及び２）。本構成では、飛翔体が加速コイルの中心部を通過したタイミングで、充電されたコンデンサから加速コイルに電流を流すことで加速コイルを急激に励磁すると、金属からなる飛翔体の底面に誘導電流が流れる。この誘導電流によって生じる磁場が加速コイルの通電によって生じる磁場と反発することで、飛翔体が加速される。この加速コイルを多段化することによって、飛翔体を高速度まで加速することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】Zou Bengui, et.al., “Magnetic-Structural Coupling Analysis of Armature in Induction Coilgun”, IEEE Transactions on plasma science, vol.39, No.1, January 2011, pp.65-69.

【文献】Tao Zhang, et.al., “Design and Evaluation of the Driving Coil on Induction Coilgun”, IEEE Transactions on plasma science, vol.43, No.5, May 2015, pp.1203-1207.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の一般的なコイルガンでは、加速コイルへ電流を供給する電源としてコンデンサが用いられているので、加速コイルの電流の立ち上がり時間ｔは、加速コイルのインダクタンスＬとコンデンサの容量Ｃとによって規定される（ｔ＝π√ＬＣ／２）。そのため、飛翔体が高速になると加速コイルの電流の立ち上がりを早くしなければならず、電流を供給するコンデンサの容量を小さくしなければならない。しかし、コンデンサの容量を小さくすると蓄積できるエネルギーが低下するため、充電電圧を高くしなければなない。

【0006】

上述したような加速コイルを多段化した構成においては、後段の加速コイルほど飛翔体が高速となる。よって、後段になるほど加速コイルへ電流を流すコンデンサの容量を小さくしなければならないという問題が有る。

【0007】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、加速コイルでの電流の立ち上がり速度を向上させることで物体をより高速まで加速する電磁加速装置を提供することを目的とする。

【0008】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第１の態様である電磁加速装置は、直流電源と、前記直流電源から直流電流が供給されることで励磁される電磁エネルギー蓄積用コイルと、前記励磁された電磁エネルギー蓄積用コイルへの前記直流電流の供給を遮断したときに前記電磁エネルギー蓄積用コイルから自己誘導電流が供給されることで生じる誘導磁場によって、軸方向に加速対象の物体を加速する加速コイルと、を有するものである。これにより、電磁エネルギー蓄積用コイルからの自己誘導電流を加速コイルに供給することで、加速コイルでの電流の立ち上がり速度を向上させることができる。

【0010】

本発明の第２の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、前記直流電源の両端間で、前記加速コイルと並列に接続される第１のスイッチと、前記加速コイルと前記第１のスイッチとの間に、前記加速コイル及び前記第１のスイッチに対して並列に接続される第２のスイッチと、前記第１のスイッチと前記直流電源との間に挿入される第３のスイッチと、を有し、前記電磁エネルギー蓄積用コイルは、前記第１及び第２のスイッチと前記加速コイルとで構成される経路に挿入され、前記第２及び第３のスイッチを閉じ、前記第１のスイッチを開いて、前記電磁エネルギー蓄積用コイルを励磁し、前記電磁エネルギー蓄積用コイルを励磁した後に、前記第１のスイッチを閉じ、前記第２及び第３のスイッチを開くことで、前記電磁エネルギー蓄積用コイルから自己誘導電流が前記加速コイルに供給されることが望ましい。これにより、スイッチのスイッチング速度程度の高速で加速コイルの電流を立ち上げることができる。

【0011】

本発明の第３の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、前記直流電源の両端間で、直列接続された複数の前記加速コイルに対して並列に接続される第１のスイッチと、前記複数の加速コイルそれぞれと並列に接続される複数の第２のスイッチと、前記第１のスイッチと前記直流電源との間に挿入される第３のスイッチと、を有し、前記電磁エネルギー蓄積用コイルは、前記第１のスイッチ、前記複数の第２のスイッチ及び前記複数の加速コイルで構成される経路に挿入され、前記複数の第２のスイッチ及び前記第３のスイッチを閉じ、前記第１のスイッチを開いて、前記電磁エネルギー蓄積用コイルを励磁し、前記電磁エネルギー蓄積用コイルを励磁した後に、前記第１のスイッチを閉じ、前記第３のスイッチを開き、前記複数の第２のスイッチのそれぞれを、順にかつ択一的に開くことで、前記電磁エネルギー蓄積用コイルから前記自己誘導電流が前記複数のコイルのそれぞれに順にかつ択一的に供給されることが望ましい。これにより、スイッチのスイッチング速度程度の高速で複数の加速コイルのそれぞれの電流を立ち上げることができる。

【0012】

本発明の第４の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、前記複数の加速コイルのうちで前記物体の加速方向とは反対側の端に設けられた加速コイルに接続された前記第２のスイッチから、前記加速方向の側の端に設けられた加速コイルへ向けて、前記複数の第２のスイッチのそれぞれを順にかつ択一的に開くことで、前記複数の加速コイルのうちで前記加速方向とは反対側の端に設けられた加速コイルから前記加速方向の側の端に設けられた加速コイルへ向けて、前記自己誘導電流が前記複数のコイルのそれぞれに順にかつ択一的に供給されることが望ましい。これにより、複数の加速コイルによって、物体を連続的に加速することが可能となる。

【0013】

本発明の第５の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、前記複数の加速コイルのそれぞれに対応して設けられた、前記物体の通過を検出する複数のセンサと、前記複数の加速センサのそれぞれで検出された前記物体の通過に応じて、前記物体の通過を検出した前記センサに対応する前記加速コイルに接続された前記第２のスイッチを開くタイミングを制御する制御部と、をさらに有する、これにより、複数の加速コイルによって、物体を連続的に加速することが可能となる。

【0014】

本発明の第６の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、ｎを２以上の整数として、ｎ＋１個の前記電磁エネルギー蓄積用コイルが直列に接続され、ｎ個の前記第２のスイッチが、前記ｎ＋１個の前記電磁エネルギー蓄積用コイルのうちで隣接する２つの間のそれぞれに挿入されることが望ましい。これにより、電磁エネルギー蓄積用コイルの配置数を増やすことで、より大きな電磁エネルギーを蓄積することができる。

【0015】

本発明の第７の態様である電磁加速装置は、上記の電磁加速装置であって、前記直流電源、前記第１及び第３のスイッチ、前記複数の第２のスイッチ及び前記電磁エネルギー蓄積用コイルで構成される電流供給部が複数設けられ、複数の前記電流供給部のうちで、同じ加速コイルに接続された前記第２のスイッチは、一定の時間差で開閉されることが望ましい。これにより、さらに大きな電磁エネルギーを蓄積して、より加速コイルに大電流を供給することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、加速コイルでの電流の立ち上がり速度を向上させることで物体をより高速まで加速する電磁加速装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施の形態１にかかる電磁加速装置の基本的構成を模式的に示す図である。

【図2】物体の加速の原理を模式的に示す図である。

【図3】実施の形態１にかかる電磁加速装置のより詳細な構成を示す図である。

【図4】電磁エネルギーを蓄積するときの電磁加速装置の回路図である。

【図5】前段の加速コイルに電流を供給するときの電磁加速装置の回路図である。

【図6】後段の加速コイルに電流を供給するときの電磁加速装置の回路図である。

【図7】実施の形態２にかかる電磁加速装置の構成を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜簡略化されている。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0019】

実施の形態１
実施の形態１にかかる電磁加速装置について説明する。図１に、実施の形態１にかかる電磁加速装置１００の基本的構成を模式的に示す。以下、図においては、左手系直交座標系を用いる。図１では、紙面の左から右へ向かう水平方向をＺ方向（Ｚ軸）、紙面を下から上へ向かう鉛直方向をＹ方向（Ｙ軸）、紙面の手前から奥側へ向かう紙面法線方向をＸ方向（Ｘ軸）としている。

【0020】

電磁加速装置１００は、物体の加速方向Ｄに複数の加速コイルが配列された構成を有する。この例では、ｎ個の加速コイルＬＡ１～ＬＡｎ（但し、ｎは、２以上の整数）が、Ｚ軸を中心軸として、加速方向Ｄ（Ｚ（＋）方向）に並んで配列されている。電磁加速装置１００は、ｎ個の加速コイルＬＡ１～ＬＡｎに電流を流した場合に生じる電磁力によって物体ＰＲを加速する、反発型のコイルガンとして構成される。

【0021】

加速コイルＬＡ１～ＬＡｎは、図示しないが、例えばＺ軸を中心軸とする筒状部材の内側に設置してもよい。筒状部材は、加速コイルＬＡ１～ＬＡｎを保持できる限り、円形、楕円形や、四角形を含む多角形などの、各種の形状としてもよい。また、筒状部材には、軽量化のための孔などを設けてもよい。また、加速コイルＬＡ１～ＬＡｎは、筒状部材以外の任意の形状の部材によって保持されてもよい。

【0022】

図２に、物体ＰＲの加速の原理を模式的に示す。図２では、一般化を行うため、加速コイルＬＡ１～ＬＡｎのそれぞれに対応する加速コイルＬＡを表示している。物体ＰＲが加速コイルＬＡに対して加速方向Ｄの側（図２のＺ（＋）側、すなわち右側）に位置している状態で加速コイルＬＡに電流Ｉを流すと、加速方向Ｄに沿って磁界Ｂが生じる。これにより、物体ＰＲには、加速コイルＬＡによって生じた磁界を打ち消す方向の誘導電流ＥＣが流れ、磁界Ｂと反対方向の磁界ＢＡが生じる。その結果、物体ＰＲには、加速コイルＬＡから遠ざかる方向、すなわち加速方向Ｄに、電磁力による斥力Ｆが生じる。

【0023】

本構成では、加速コイルＬＡ１～ＬＡｎを用いて図２に示す加速を複数回繰り返すことで、効率的に物体ＰＲを加速することができる。

【0024】

電磁加速装置１００では、電磁エネルギー蓄積用コイルに蓄積された電磁エネルギーにより生じる自己誘導電流を加速コイルＬＡ１～ＬＡｎに供給することで、物体ＰＲを加速するように構成される。以下、電磁加速装置１００の基本構成について説明する。

【0025】

電磁加速装置１００は、加速コイルＬＡ１～ＬＡｎ、直流電源１、スイッチ２及び３、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０～Ｌｎ、スイッチＳ１～Ｓｎを有する。電磁加速装置１００では、直流電源１、スイッチ２及び３、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０～Ｌｎ及びスイッチＳ１～Ｓｎが、加速コイルＬＡ１～ＬＡｎに対して択一的に電流を供給する電流供給部１０を構成している。

【0026】

上記したように、加速コイルＬＡ１～ＬＡｎは、中心軸がＺ軸と並行になるように、加速方向Ｄに並んで配列される。

【0027】

直流電源１の正極と負極との間には、スイッチ２（第３のスイッチとも称する）及び電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０～Ｌｎが、この順で直列に接続されている。

【0028】

ｋを１以上ｎ以下の整数とすると、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ（ｋ－１）と電磁エネルギー蓄積用コイルＬｋとの間には、スイッチＳｋが挿入されている。

【0029】

電磁エネルギー蓄積用コイルＬ（ｋ－１）とスイッチＳｋとの間のノードは加速コイルＬＡｋの一端と接続され、電磁エネルギー蓄積用コイルＬｋとスイッチＳｋとの間のノードは加速コイルＬＡｋの他端と接続されている。

【0030】

直流電源１の負極と、スイッチ２と電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０との間のノードと、の間には、スイッチ３（第１のスイッチとも称する）が挿入される。

【0031】

スイッチＳ１～Ｓｎ（それぞれを第２のスイッチとも称する）の開閉は、制御信号Ｃ１～ＣｎがスイッチＳ１～Ｓｎに与えられることで制御される。後述するように、制御信号Ｃ１～Ｃｎは、例えば制御部によって与えられる。

【0032】

図１に示す構成は、電磁加速装置１００の基本構成であり、電磁加速装置としての機能を満たすために望ましい素子や構成を付加することも可能である。図３に、実施の形態１にかかる電磁加速装置１００のより詳細な構成を示す。

【0033】

図３に示す様に、スイッチＳｋは、並列接続された半導体スイッチＭｋ及び金属接触式電磁継電器ＲＬｋで構成されてもよい。半導体スイッチＭｋとしては、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）やバイポーラトランジスタなどの各種のトランジスタを用いてもよい。また、半導体スイッチＭｋは、電磁加速装置１００に設けられたコイルに流す電流の向きに応じて、適切な極性にて、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ（ｋ－１）と電磁エネルギー蓄積用コイルＬｋとの間に接続される。

【0034】

半導体スイッチＭｋは、金属接触式電磁継電器ＲＬｋと共に設けられ、半導体スイッチＭｋの抵抗損失を軽減した高速スイッチとして設けられている。半導体スイッチＭｋには、制御部４から制御信号Ｃｋがパルス状の信号として与えられる。これにより、半導体スイッチＭｋを閉じたときに金属接触式電磁継電器ＲＬｋを閉じ、半導体スイッチＭｋを開いたときに金属接触式電磁継電器ＲＬｋを開くことができる。これにより、スイッチＳ１～Ｓｎを開閉することが可能となる。

【0035】

金属接触式電磁継電器ＲＬ１～ＲＬｎを用いてスイッチＳ１～Ｓｎのそれぞれを構成することで、スイッチＳ１～Ｓｎを通じて大きな電流を流すことができる。これにより、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０～Ｌｎに大きな電流を流し、効率的に電磁エネルギーを蓄積することができる。

【0036】

また、図３に示すように、逆電流防止用のダイオードＤＡ１～ＤＡｎ及びＤＢ１～ＤＢｎを設けてもよい。ダイオードＤＡｋのアノードは電磁エネルギー蓄積用コイルＬ（ｋ－１）と接続され、カソードは加速コイルＬＡｋと接続される。ダイオードＤＢｋは、アノードが電磁エネルギー蓄積用コイルＬｋと接続され、カソードが電磁エネルギー蓄積用コイルＬ（ｋ－１）と接続される。

【0037】

さらに、加速コイルＬＡ１～ＬＡｎの手前、すなわちＺ（－）側に、物体ＰＲの通過を検出するためのセンサ５＿１～５＿ｎをそれぞれ設けてもよい。センサ５＿１～５＿ｎは、加速方向Ｄへ向けて物体ＰＲが通過したならば、それぞれタイミング信号Ｔ１～Ｔｎを、制御部４へ出力する。制御部４は、タイミング信号Ｔ１～Ｔｎに応じて制御信号Ｃ１～Ｃｎの出力タイミングを制御することで、スイッチＳ１～Ｓｎのそれぞれを択一的に開くタイミングを制御する。これにより、加速コイルＬＡ１～ＬＡｎのそれぞれに電流を供給するタイミングを制御することができる。

【0038】

以下、電磁加速装置１００での加速動作について説明する。図４に、電磁エネルギーを蓄積するときの電磁加速装置１００の回路図を示す。図４に示すように、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０～Ｌｎに電磁エネルギーを蓄積するため、コイル励磁用のスイッチ２と、スイッチＳ１～Ｓｎと、を閉じ、電流環流用のスイッチ３を開く。これにより、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０～Ｌｎに直流電流Ｉ１が流れて励磁され、電磁エネルギーが蓄積される。

【0039】

次に、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０～Ｌｎに蓄積されたエネルギーによって加速コイルＬＡ１～ＬＡｎに電流を供給する。図５に、加速コイルＬＡ１に電流を供給するときの電磁加速装置１００の回路図を示す。この場合、図５に示すように、電流環流用のスイッチ３を閉じ、コイル励磁用のスイッチ２を開く。これにより、直流電源１が回路から切り離され、かつ、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０～Ｌｎが直列接続された状態のループ状の回路が構成される。この回路においては、直流電源１からの電流供給が遮断されたことで、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０～Ｌｎによる自己誘導電流Ｉ２が生じる。この自己誘導電流Ｉ２は、直流電流Ｉ１と同じ方向の電流となる。

【0040】

この状態で、スイッチＳ１を開き、かつ、他のスイッチＳ２～Ｓｎを閉じたままとすると、加速コイルＬＡ１に自己誘導電流Ｉ２が流れ、加速方向Ｄの向きの磁場Ｂ１が生じる。これにより、加速コイルＬＡ１よりも加速方向Ｄの側に配置された物体ＰＲは、上述したように斥力Ｆ１によって加速方向Ｄへ加速される。

【0041】

その後、物体ＰＲが加速コイルＬＡ２よりも加速方向Ｄの側へ移動したタイミングで、加速コイルＬＡ２に電流を供給する。図６に、加速コイルＬＡ２に電流を供給するときの電磁加速装置１００の回路図を示す。図６に示すように、物体ＰＲが加速コイルＬＡ２よりも加速方向Ｄの側へ移動したタイミングでスイッチＳ１を閉じ、スイッチＳ２のみを開くことで、加速コイルＬＡ２に自己誘導電流Ｉ２が流れ、加速方向Ｄの向きの磁場Ｂ２が生じる。これにより、加速コイルＬＡ２よりも加速方向Ｄの側に位置する物体ＰＲは、斥力Ｆ２によって加速方向Ｄへ更に加速される。

【0042】

その後も、物体ＰＲが後段の各加速コイルよりも加速方向Ｄの側へ移動したタイミングで、各加速コイルに対応するスイッチのみを開き、他のスイッチを閉じることで、物体ＰＲを加速することができる。

【0043】

本構成では、コイルに供給する電流（自己誘導電流Ｉ２）の立ち上がりを、スイッチＳ１～Ｓｎのスイッチング時間に依存する時間にまで高速化することができる。図３に示すように、スイッチとして半導体スイッチ用いる場合には、電流の立ち上がりを半導体スイッチの耐電圧特性で規定されるスイッチング時間まで高速化することが可能となる。

【0044】

これにより、加速コイルが前段及び後段のいずれに配置されているかにかかわらず、加速コイルに供給する電流が高速に立ち上がることが理解できる。かつ、コンデンサから電流を供給する場合と異なり、電流の立ち上がりがＬＣ共振条件に制約されないので、一般的なコイルガンと比較して、物体をより高速まで加速することができる。

【0045】

また、各加速コイルへ概ね同じ大きさの電流を供給することができるので、各加速コイルによって物体ＰＲに与えられる加速度を均一化することも可能である。

【0046】

スイッチＳ１～Ｓｎのそれぞれは、制御部４によって、所望のタイミングで開閉することができるので、物体ＰＲの移動に応じて適切な加速コイルに電流を供給することができる。これにより、複数の加速コイルのそれぞれによって物体ＰＲを連続的に加速することが可能となる。

【0047】

また、本構成では、加速コイルの電流が高速に立ち上がるので、誘導磁場も強くなり、より効率的に、かつ、より高速度まで物体を加速することができる。

【0048】

実施の形態２
実施の形態１においては、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０～Ｌｎが一列に接続された電流供給部１０が１つ設けられた電磁加速装置１００について説明した。これに対し、本実施の形態では、電流供給部を並列配置することで、蓄積される電磁エネルギーを増加させことができる構成について説明する。

【0049】

図７に、実施の形態２にかかる電磁加速装置２００の構成を模式的に示す。電磁加速装置２００においては、電流供給部１０と同様の構成を有するｍ個（ｍは、２以上の整数）の電流供給部１０＿１～１０＿ｍが並列配置されている。

【0050】

ここで、ｊを０以上ｍ以下の整数とする。電流供給部１０＿ｊの直流電源１＿ｊ、スイッチ２＿ｊ、スイッチ３＿ｊ、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０＿ｊ～Ｌｎ＿ｊ、スイッチＳ１＿ｊ～Ｓｎ＿ｊ及びダイオードＤＡ１＿ｊ～ＤＡｎ＿ｊは、それぞれ、電流供給部１０の直流電源１、スイッチ２、スイッチ３、電磁エネルギー蓄積用コイルＬ０～Ｌｎ、スイッチＳ１～Ｓｎ及びダイオードＤＡ１～ＤＡｎに対応している。

【0051】

また、電流供給部１０＿ｊには、加速コイルＬＡｋと電磁エネルギー蓄積用コイルＬｋ＿ｊとの間に、逆電流防止用のダイオードＤＣｋ＿ｊが設けられている。ダイオードＤＣｋ＿ｊのアノードは加速コイルＬＡｋと接続され、カソードは電磁エネルギー蓄積用コイルＬｋ＿ｊと接続される。

【0052】

スイッチＳ１＿ｊ～Ｓｎ＿ｊには、制御部４から制御信号Ｃ１＿ｊ～Ｃｎ＿ｊが与えられる。制御部４は、制御信号Ｃｋ＿１～Ｃｋ＿ｍによって、１つの加速コイルＬＡｋに対応するスイッチＳｋ＿１～Ｓｋ＿ｍを同時に開閉することで、ｍ個の電流供給部１０＿１～１０＿ｍで生じた自己誘導電流を、１つの加速コイルＬＡｋへ供給することができる。

【0053】

以上説明したように、本構成によれば、１つの加速コイルに対して、ｍ個の電流供給部から電流を供給できるので、１つの加速コイルで発生する磁場を強くすることができる。これにより、物体をさらに高速度まで加速することができる。

【0054】

その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、加速コイルは、１つだけ設けられてもよく、２つ以上の複数が設けられてもよい。

【0055】

スイッチＳ１～Ｓｎの構成は、図３に例に限られず、各種の構成としてもよい。

【符号の説明】

【0056】

１ 直流電源
２ スイッチ
３ スイッチ
４ 制御部
１００ 電磁加速装置
Ｃ１～Ｃｎ 制御信号
Ｄ 加速方向
ＤＡ１～ＤＡｎ、ＤＢ１～ＤＢｎ ダイオード
ＥＣ 誘導電流
Ｆ 斥力
Ｉ 電流
Ｉ１ 直流電流
Ｉ２ 自己誘導電流
Ｌ０～Ｌｎ 電磁エネルギー蓄積用コイル
ＬＡ１～ＬＡｎ 加速コイル
Ｍ１～Ｍｎ 半導体スイッチ
ＰＲ 物体
ＲＬ１～ＲＬｎ 金属接触式電磁継電器
Ｓ１～Ｓｎ スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】