JP2011127835A

JP2011127835A - 電磁レールガン

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Publication number: JP2011127835A
Application number: JP2009286618A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Aso; 良之阿曽
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: JP5328628B2

Abstract

【課題】加速力を落とすことなく、砲口アークの発生を防止できる電磁レールガンを提供する。
【解決手段】固体電機子２が導電レール１ａ，１ｂの先端から射出されると、導電レール１ａ−固体電機子２−導電レール１ｂと流れていた電流は、導電レール１ａの先端部１ａ’−インダクタ５ａ−交差電極６ａ，６ｂ−インダクタ５ｂ−導電レール１ｂの先端部１ｂ’と流れる。
【効果】インダクタ５ａ，５ｂに短絡電流が流れることにより、砲口アークの発生が防止される。固体電機子２に流れる電流の減少を、固体電機子２が導体レール１ａ，１ｂの先端を離れる直前まで、抑制できる。インダクタ５ａ，５ｂに流れる電流が作る磁場は、固体電機子２の加速線上に生じず、磁場の圧縮による固体電機子２の減速を抑制できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電磁レールガンに関し、さらに詳しくは、加速力を落とすことなく、砲口アークの発生を防止できる電磁レールガンに関する。

従来、図１１〜図１３に示す如き電磁レールガン５００が知られている（非特許文献１参照）。図１１は平面図、図１２は右側面図、図１３は図１１のＥ−Ｅ’断面図である。

この従来の電磁レールガン５００は、固体電機子２と、飛翔体３と、固体電機子２および飛翔体３の加速通路を形成する一対の平行な導電レール１ａ，１ｂと、スイッチＳと、パルス電源Ｐと、砲口アーク防止短絡器５０とを具備している。

砲口アーク防止短絡器５０は、導電レール１ａ，１ｂの先端部に設けられ、接続電極５１ａ，５１ｂと、短絡棒５２ａ，５２ｂと、交差電極５３と、絶縁体５４とから構成されている。
導電レール１ａ，１ｂの先端（＝砲口）から固体電機子２が射出された時、導電レール１ａ−接続電極５１ａ−短絡棒５２ａ−交差電極５３−短絡棒５２ｂ−接続電極５１ｂ−導電レール１ｂと短絡電流が流れることにより、砲口アークの発生が防止される。

IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 33, NO.1, JANUARY 1997, pp.594-598

上記従来の電磁レールガン５００において、砲口アーク防止短絡器５０の接続電極５１ａは導電レール１ａの途中に接続されており、接続電極５１ｂは導電レール１ｂの途中に接続されている。
この構造のため、接続電極５１ａが導体レール１ａに接続している導電レール１ａの途中の部分＝接続電極５１ｂが導体レール１ｂに接続している導電レール１ｂの途中の部分を、固体電機子２が過ぎると、砲口アーク防止短絡器５０に電流が分流されるようになり、固体電機子２に流れる電流が減少し、加速力が落ちるという問題があった。
また、砲口アーク防止短絡器５０に分流した電流によって生じた磁場は、固体電機子２−導体レール１ａ−接続電極５１ａ−短絡棒５２ａ−交差電極５３−短絡棒５２ｂ−接続電極５１ｂ−導体レール１ｂ−固体電機子２という閉ループの中に閉じ込められており、固体電機子２が導体レール１ａ，１ｂの先端（＝砲口）に移動するにつれて圧縮され、固体電機子２を減速させる力が生じ、これによっても加速力が落ちるという問題があった。
そこで、この発明は、固体電機子２が導体レール１ａ，１ｂの先端（＝砲口）を離れる直前における固体電機子２に流れる電流の減少を抑制し、且つ、砲口アーク防止のために流れる電流が作る磁場の影響による減速を抑制することによって、加速力を落とすことなく、砲口アークの発生を防止できる電磁レールガンを提供することを目的としている。

第１の観点では、本発明は、固体電機子（２）と、飛翔体（３）と、前記固体電機子（２）および前記飛翔体（３）の加速通路を形成する一対の平行な導電レール（１ａ，１ｂ）とを有する電磁レールガンであって、前記一対の導電レール（１ａ，１ｂ）の先端部（１ａ’，１ｂ’）にそれぞれインダクタ（５ａ，５ｂ）を、前記一対の導体レール（１ａ，１ｂ）が並ぶ面内において前記一対の導体レール（１ａ，１ｂ）に対して対称形状になるように設置し、交差電極（６ａ，６ｂ）により前記一対のインダクタ（５ａ，５ｂ）を接続したことを特徴とする電磁レールガン（１００）を提供する。
上記第１の観点による電磁レールガン（１００）では、固体電機子（２）が導電レール（１ａ，１ｂ）の先端から射出されると、導電レール（１ａ）−固体電機子（２）−導電レール（１ｂ）と流れていた電流は、導電レール（１ａ）の先端部（１ａ’）−インダクタ（５ａ）−交差電極（６ａ，６ｂ）−インダクタ（５ｂ）−導電レール（１ｂ）の先端部（１ｂ’）と流れるため、砲口アークの発生が防止される。
また、インダクタ（５ａ，５ｂ）が導電レール（１ａ，１ｂ）の先端部（１ａ’，１ｂ’）に設置されているため、固体電機子（２）に流れる電流の減少を、固体電機子（２）が導体レール（１ａ，１ｂ）の先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。
さらに、導体レール（１ａ，１ｂ）が並ぶ面内において導体レール（１ａ，１ｂ）に対して対称形状になるようにインダクタ（５ａ，５ｂ）を設置しているため、インダクタ（５ａ，５ｂ）に流れる電流が作る磁場は、固体電機子（２）の加速線（＝固体電機子（２）の中心点が固体電機子（２）が加速される区間で描く軌跡線）上に生じず、磁場の圧縮による固体電機子（２）の減速を抑制することが出来る。
よって、加速力を落とすことなく、砲口アークの発生を防止できる。

第２の観点では、本発明は、固体電機子（２）と、飛翔体（３）と、前記固体電機子（２）および前記飛翔体（３）の加速通路を形成する一対の平行な導電レール（１ａ，１ｂ）とを有する電磁レールガンであって、前記一対の導電レール（１ａ，１ｂ）の先端部（１ａ’，１ｂ’）を接続するインダクタ（５）を、前記一対の導体レール（１ａ，１ｂ）が延びる方向に垂直な面内において前記導体レール（１ａ，１ｂ）に対して対称形状になるように設置したことを特徴とする電磁レールガン（２００）を提供する。
上記第２の観点による電磁レールガン（２００）では、固体電機子（２）が導電レール（１ａ，１ｂ）の先端から射出されると、導電レール（１ａ）−固体電機子（２）−導電レール（１ｂ）と流れていた電流は、導電レール（１ａ）の先端部（１ａ’）−インダクタ（５）−導電レール（１ｂ）の先端部（１ｂ’）へと流れるため、砲口アークの発生が防止される。
また、インダクタ（５）が導電レール（１ａ，１ｂ）の先端部（１ａ’，１ｂ’）に設置されているため、固体電機子（２）に流れる電流の減少を、固体電機子（２）が導体レール（１ａ，１ｂ）の先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。
さらに、導体レール（１ａ，１ｂ）が延びる方向に垂直な面内において導体レール（１ａ，１ｂ）に対して対称形状になるようにインダクタ（５）を設置しているため、インダクタ（５）の辺を時計回りに流れる電流が作る磁場とインダクタ（５）の辺を反時計回りに流れる電流が作る磁場とが固体電機子（２）において反対方向になり、打ち消し合う。また、インダクタ（５）に流れる電流が作る磁場は、導体レール（１ａ，１ｂ）に流れる電流が作る磁場とは直交し、加速力に与える影響はほとんど無い。
よって、加速力を落とすことなく、砲口アークの発生を防止できる。
なお、インダクタ（５）を環状導体で構成し、その電流路が導体レール（１ａ，１ｂ）に対して対称になるように導体レール（１ａ，１ｂ）の先端部（１ａ’，１ｂ’）に接続する構造とすれば、簡単で小型の構造に出来る。

第３の観点では、本発明は、固体電機子（２）と、飛翔体（３）と、前記固体電機子（２）および前記飛翔体（３）の加速通路を形成する一対の平行な導電レール（１ａ，１ｂ）とを有する電磁レールガンであって、一対のインダクタ（５ａ，５ｂ）を、前記一対の導電レール（１ａ，１ｂ）の先端部（１ａ’，１ｂ’）を接続し且つ前記一対の導体レール（１ａ，１ｂ）が延びる方向に垂直な面内において前記導体レール（１ａ，１ｂ）に対して対称形状になるように設置したことを特徴とする電磁レールガン（３００）を提供する。
上記第３の観点による電磁レールガン（３００）では、固体電機子（２）が導電レール（１ａ，１ｂ）の先端から射出されると、導電レール（１ａ）−固体電機子（２）−導電レール（１ｂ）と流れていた電流は、導電レール（１ａ）の先端部（１ａ’）−インダクタ（５ａ）−導電レール（１ｂ）の先端部（１ｂ’）と流れると共に導電レール（１ａ）の先端部（１ａ’）−インダクタ（５ｂ）−導電レール（１ｂ）の先端部（１ｂ’）と流れることにより、砲口アークの発生が防止される。
また、インダクタ（５ａ，５ｂ）が導電レール（１ａ，１ｂ）の先端部（１ａ’，１ｂ’）に設置されているため、固体電機子（２）に流れる電流の減少を、固体電機子（２）が導体レール（１ａ，１ｂ）の先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。
さらに、導体レール（１ａ，１ｂ）が延びる方向に垂直な面内において導体レール（１ａ，１ｂ）に対して対称形状になるようにインダクタ（５ａ，５ｂ）を設置しているため、インダクタ（５ａ）に流れる電流が作る磁場とインダクタ（５ｂ）に流れる電流が作る磁場とが固体電機子（２）において反対方向になり、打ち消し合う。また、インダクタ（５ａ，５ｂ）に流れる電流が作る磁場は、導体レール（１ａ，１ｂ）に流れる電流が作る磁場とは直交し、加速力に与える影響はほとんど無い。
よって、加速力を落とすことなく、砲口アークの発生を防止できる。

本発明の電磁レールガンによれば、固体電機子が砲口を離れる直前における固体電機子に流れる電流の減少を抑制し、且つ、砲口アーク防止のために流れる電流が作る磁場の影響による減速を抑制することが出来る。よって、加速力を落とすことなく、砲口アークの発生を防止できる。

実施例１に係る電磁レールガンを示す平面図である。実施例１に係る電磁レールガンを示す右側面図である。図１のＡ−Ａ’断面図である。図１のＢ−Ｂ’断面図である。実施例２に係る電磁レールガンを示す平面図である。実施例２に係る電磁レールガンを示す右側面図である。図５のＣ−Ｃ’断面図である。実施例３に係る電磁レールガンを示す平面図である。実施例３に係る電磁レールガンを示す右側面図である。図８のＤ−Ｄ’断面図である。従来の電磁レールガンを示す平面図である。従来の電磁レールガンを示す右側面図である。図１１のＥ−Ｅ’断面図である。

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１−
図１は実施例１に係る電磁レールガン１００の平面図であり、図２は右側面図であり、図３は図１のＡ−Ａ’断面図であり、図４は図１のＢ−Ｂ’断面図である。

この電磁レールガン１００は、銅製の固体電機子２と、プラスチック製の飛翔体３と、固体電機子２および飛翔体３の加速通路を形成する一対の平行な銅製レールからなる導電レール１ａ，１ｂおよび一対の平行なプラスチック・レールからなる絶縁レール４ａ，４ｂと、スイッチＳと、パルス電源Ｐと、砲口アーク防止短絡器１０とを具備している。

砲口アーク防止短絡器１０は、導電レール１ａの先端部１ａ’に設置されたインダクタ５ａと、導電レール１ａとインダクタ５ａとを絶縁支持する絶縁板７ａと、導電レール１ｂの先端部１ｂ’に設置された折り返し形のインダクタ５ｂと、導電レール１ｂとインダクタ５ｂとを絶縁支持する絶縁板７ｂと、導電レール１ａ，１ｂの先端部１ａ’，１ｂ’の位置でインダクタ５ａとインダクタ５ｂを接続する交差電極６ａ，６ｂと、インダクタ５ａの折り返し辺同士を絶縁すると共にインダクタ５ａと交差電極６ａ，６ｂとを絶縁する絶縁樋８ａと、インダクタ５ｂの折り返し辺同士を絶縁すると共にインダクタ５ｂと交差電極６ａ，６ｂとを絶縁する絶縁樋８ｂとを具備してなる。

インダクタ５ａとインダクタ５ｂは、銅製のワンターン・コイルであり、導体レール１ａ，１ｂが並ぶ面内において、導体レール１ａ，１ｂに対して対称形状になるように設置してある。
交差電極６ａ，６ｂは、銅製であり、導体レール１ａ，１ｂが並ぶ面に対して対称形状になるように設置してある。
また、図２から判るように、導電レール１ａ，１ｂ、インダクタ５ａ，５ｂおよび交差電極６ａ，６ｂは、導電レール１ａ，１ｂおよび絶縁レール４ａ，４ｂが形成する加速通路の中心線に対して対称形状になっている。

寸法例を示すと、導電レール１ａ，１ｂの長さは３ｍ、幅は５５ｍｍ、間隔は３５ｍｍである。インダクタ５ａ，５ｂの長さは２ｍである（１ｍの辺を折り返している）。

この電磁レールガン１００では、固体電機子２が導電レール１ａ，１ｂの先端から射出されると、導電レール１ａ−固体電機子２−導電レール１ｂと流れていた電流は、導電レール１ａの先端部１ａ’−インダクタ５ａ−交差電極６ａ，６ｂ−インダクタ５ｂ−導電レール１ｂの先端部１ｂ’と流れるため、砲口アークの発生が防止される。

また、インダクタ５ａ，５ｂが導電レール１ａ，１ｂの先端部１ａ’，１ｂ’に設置されているため、固体電機子２に流れる電流の減少を、固体電機子２が導体レール１ａ，１ｂの先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。

さらに、導体レール１ａ，１ｂが並ぶ面内において導体レール１ａ，１ｂに対して対称形状になるようにインダクタ５ａ，５ｂを設置しているため、インダクタ５ａ，５ｂに流れる電流が作る磁場は、固体電機子２の加速線上に生じず、磁場の圧縮による固体電機子２の減速を抑制することが出来る。

よって、実施例１の電磁レールガン１００によれば、加速力を落とすことなく、砲口アークの発生を防止できる。

−実施例２−
図５は実施例２に係る電磁レールガン２００の平面図であり、図６は右側面図であり、図７は図５のＣ−Ｃ’断面図である。

この電磁レールガン２００は、銅製の固体電機子２と、プラスチック製の飛翔体３と、固体電機子２および飛翔体３の加速通路を形成する一対の平行な銅製レールからなる導電レール１ａ，１ｂおよび一対の平行なプラスチック・レールからなる絶縁レール４ａ，４ｂと、スイッチＳと、パルス電源Ｐと、砲口アーク防止短絡器２０とを具備している。

砲口アーク防止短絡器２０は、導電レール１ａの先端部１ａ’に設置された接続電極９ａと、導電レール１ｂの先端部１ｂ’に設置された接続電極９ｂと、接続電極９ａ，９ｂに接続されたインダクタ５とを具備してなる。

インダクタ５は、銅製のワンターン・コイルであり、導体レール１ａ，１ｂが延びる方向に垂直な面内において導体レール１ａ，１ｂに対して対称形状になるように設置してある。
接続電極９ａ，９ｂは、銅製であり、導体レール１ａ，１ｂが延びる方向に垂直な面内において導体レール１ａ，１ｂに対して対称形状になるように設置してある。
また、図６から判るように、導電レール１ａ，１ｂ、インダクタ５および接続電極９ａ，９ｂは、導電レール１ａ，１ｂおよび絶縁レール４ａ，４ｂが形成する加速通路の中心線に対して対称形状になっている。

この電磁レールガン２００では、固体電機子２が導電レール１ａ，１ｂの先端から射出されると、導電レール１ａ−固体電機子２−導電レール１ｂと流れていた電流は、導電レール１ａの先端部１ａ’−接続電極９ａ−インダクタ５−接続電極９ｂ−導電レール１ｂの先端部１ｂ’と流れるため、砲口アークの発生が防止される。

また、インダクタ５が導電レール１ａ，１ｂの先端部１ａ’，１ｂ’に設置されているため、固体電機子２に流れる電流の減少を、固体電機子２が導体レール１ａ，１ｂの先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。

さらに、導体レール１ａ，１ｂが延びる方向に垂直な面内において導体レール１ａ，１ｂに対して対称形状になるようにインダクタ５を設置しているため、インダクタ５の辺を時計回りに流れる電流が作る磁場とインダクタ５の辺を反時計回りに流れる電流が作る磁場とが固体電機子２において反対方向になり、打ち消し合う。また、インダクタ５および接続電極９ａ，９ｂに流れる電流が作る磁場は、導体レール１ａ，１ｂに流れる電流が作る磁場とは直交し、加速力に与える影響はほとんど無い。

よって、実施例２の電磁レールガン２００によれば、加速力を落とすことなく、砲口アークの発生を防止できる。また、インダクタ５を簡単で小型の構造に出来る。

−実施例３−
図８は実施例３に係る電磁レールガン３００の平面図であり、図９は右側面図であり、図１０は図５のＤ−Ｄ’断面図である。

この電磁レールガン３００は、銅製の固体電機子２と、プラスチック製の飛翔体３と、固体電機子２および飛翔体３の加速通路を形成する一対の平行な銅製レールからなる導電レール１ａ，１ｂおよび一対の平行なプラスチック・レールからなる絶縁レール４ａ，４ｂと、スイッチＳと、パルス電源Ｐと、砲口アーク防止短絡器３０とを具備している。

砲口アーク防止短絡器３０は、導電レール１ａ，１ｂの先端部１ａ’，１ｂ’を接続するインダクタ５ａと、導電レール１ａ，１ｂの先端部１ａ’，１ｂ’を接続するインダクタ５ｂとを具備してなる。

なお、絶縁レール４ａ，４ｂの長さは、インダクタ５ａ，５ｂの幅だけ、導電レール１ａ，１ｂの長さよりも短くなっている。

インダクタ５ａ，５ｂは、銅製のワンターン・コイルであり、導体レール１ａ，１ｂが延びる方向に垂直な面内において導体レール１ａ，１ｂに対して対称形状になるように設置してある。
また、図９から判るように、導電レール１ａ，１ｂおよびインダクタ５ａ，５ｂは、導電レール１ａ，１ｂおよび絶縁レール４ａ，４ｂが形成する加速通路の中心線に対して対称形状になっている。

この電磁レールガン３００では、固体電機子２が導電レール１ａ，１ｂの先端から射出されると、導電レール１ａ−固体電機子２−導電レール１ｂと流れていた電流は、導電レール１ａの先端部１ａ’−インダクタ５ａ−導電レール１ｂの先端部１ｂ’と流れると共に導電レール１ａの先端部１ａ’−インダクタ５ｂ−導電レール１ｂの先端部１ｂ’と流れるため、砲口アークの発生が防止される。

さらに、導体レール１ａ，１ｂが延びる方向に垂直な面内において導体レール１ａ，１ｂに対して対称形状になるようにインダクタ５ａ，５ｂを設置しているため、インダクタ５ａを流れる電流が作る磁場とインダクタ５ｂを流れる電流が作る磁場とが固体電機子２において反対方向になり、打ち消し合う。また、インダクタ５ａ，５ｂに流れる電流が作る磁場は、導体レール１ａ，１ｂに流れる電流が作る磁場とは直交し、加速力に与える影響はほとんど無い。

よって、実施例３の電磁レールガン３００によれば、加速力を落とすことなく、砲口アークの発生を防止できる。

本発明の電磁レールガンは、例えば衝撃試験に利用できる。

１ａ，１ｂ導電レール
２固体電機子
３飛翔体
４ａ，４ｂ絶縁レール
５，５ａ，５ｂインダクタ
６ａ，６ｂ交差電極
７ａ，７ｂ絶縁板
８ａ，８ｂ絶縁樋
９ａ，９ｂ接続電極
１０，２０，３０，５０砲口アーク防止短絡器
１００，２００，３００，５００電磁レールガン

Claims

固体電機子（２）と、飛翔体（３）と、前記固体電機子（２）および前記飛翔体（３）の加速通路を形成する一対の平行な導電レール（１ａ，１ｂ）とを有する電磁レールガンであって、前記一対の導電レール（１ａ，１ｂ）の先端部（１ａ’，１ｂ’）にそれぞれインダクタ（５ａ，５ｂ）を、前記一対の導体レール（１ａ，１ｂ）が並ぶ面内において前記一対の導体レール（１ａ，１ｂ）に対して対称形状になるように設置し、交差電極（６ａ，６ｂ）により前記一対のインダクタ（５ａ，５ｂ）を接続したことを特徴とする電磁レールガン（１００）。
固体電機子（２）と、飛翔体（３）と、前記固体電機子（２）および前記飛翔体（３）の加速通路を形成する一対の平行な導電レール（１ａ，１ｂ）とを有する電磁レールガンであって、前記一対の導電レール（１ａ，１ｂ）の先端部（１ａ’，１ｂ’）を接続するインダクタ（５）を、前記一対の導体レール（１ａ，１ｂ）が延びる方向に垂直な面内において前記導体レール（１ａ，１ｂ）に対して対称形状になるように設置したことを特徴とする電磁レールガン（２００）。
固体電機子（２）と、飛翔体（３）と、前記固体電機子（２）および前記飛翔体（３）の加速通路を形成する一対の平行な導電レール（１ａ，１ｂ）とを有する電磁レールガンであって、一対のインダクタ（５ａ，５ｂ）を、前記一対の導電レール（１ａ，１ｂ）の先端部（１ａ’，１ｂ’）を接続し且つ前記一対の導体レール（１ａ，１ｂ）が延びる方向に垂直な面内において前記導体レール（１ａ，１ｂ）に対して対称形状になるように設置したことを特徴とする電磁レールガン（３００）。