JP2011190973A

JP2011190973A - 電磁レールガン

Info

Publication number: JP2011190973A
Application number: JP2010056847A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Aso; 良之阿曽
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: JP5106560B2

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する。
【解決手段】固体電機子が導電レールの先端部（１ｆ’，１ｒ’）から射出されると、一方の導電レール−固体電機子−他方の導電レールと流れていた電流は、一方の導電レールの先端部（１ｆ’）−インダクタ（５ｔ，５ｂ）−他方の導電レールの先端部（１ｒ’）と流れる。
【効果】インダクタ（５ｔ，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。磁性体（７）の飽和特性により、固体電機子が導電レールの先端部（１ｆ’，１ｒ’）から射出される前はインダクタ（５ｔ，５ｂ）のインダクタンスが高くてインダクタ（５ｔ，５ｂ）への分岐電流が抑制され、固体電機子が導電レールの先端部（１ｆ’，１ｒ’）から射出された後はインダクタ（５ｔ，５ｂ）のインダクタンスが低くなってインダクタ（５ｔ，５ｂ）へ大きな短絡電流を流すことが出来る。
【選択図】図３

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２１〜図２４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２１は平面図、図２２は正面図、図２３は右側面図、図２４は図２２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１ｆ，１ｒ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１ｆ，１ｒの先端部に設けられ、接続電極５１ｆ，５１ｒと、短絡棒５２ｆ，５２ｒ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１ｆ，１ｒ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１ｆ−接続電極５１ｆ−短絡棒５２ｆ−交差電極５３−短絡棒５２ｒ−接続電極５１ｒ−導電レール１ｒ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５１ｆは導電レール１ｆの途中に接続されており、接続電極５１ｒは導電レール１ｒの途中に接続されている。
この構造のため、「接続電極５１ｆが導体レール１ｆに接続している導電レール１ｆの途中の部分」＝「接続電極５１ｒが導体レール１ｒに接続している導電レール１ｒ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１ｆ−接続電極５１ｆ−短絡棒５２ｆ−交差電極５３−短絡棒５２ｒ−接続電極５１ｒ−導体レール１ｒ−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１ｆ，１ｒ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１ｆ，１ｒ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（１ｆ，１ｒ）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（１ｆ，１ｒ）の先端部（１ｆ’，１ｒ’）を接続する一対のインダクタ（５ｔ，５ｂ）を、前記一対の導体レール（１ｆ，１ｒ）の長手方向の中心軸（Ｆ，Ｒ）を含む仮想面（Ｐ）に対して対称形状になるように設置し、且つ、前記一対のインダクタ（５ｔ，５ｂ）を磁性体（７，７ｆ，７ｒ）により磁気結合したことを特徴とする電磁レールガン（１００，１００’，１００”）を提供する。
上記第１の観点による電磁レールガン（１００，１００’，１００”）では、固体電機子（２）が導電レール（１ｆ，１ｒ）の先端から射出されると、導電レール（１ｆ）−固体電機子（２）−導電レール（１ｒ）と流れていた電流は、導電レール（１ｆ）の先端部（１ｆ’）−インダクタ（５ｔ）−導電レール（１ｒ）の先端部（１ｒ’）と流れると共に導電レール（１ｆ）の先端部（１ｆ’）−インダクタ（５ｂ）−導電レール（１ｒ）の先端部（１ｒ’）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（５ｔ，５ｂ）が導電レール（１ｆ，１ｒ）の先端部（１ｆ’，１ｒ’）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（１ｆ，１ｒ）の先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。
さらに、固体電機子（２）が導電レール（１ｆ，１ｒ）の先端から射出される前は、インダクタ（５ｔ，５ｂ）のインダクタンスが大きいため、インダクタ（５ｔ，５ｂ）への分岐電流が小さく、この点でも固体電機子（２）に流れる電流の減少を、固体電機子（２）が導体レール（１ｆ，１ｒ）の先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。
そして、固体電機子（２）が導電レール（１ｆ，１ｒ）の先端から射出された後は、インダクタ（５ｔ，５ｂ）に流れる電流が増加し、それにより発生する磁界の増加により磁性体（７，７ｆ，７ｒ）が飽和してインダクタ（５ｔ，５ｂ）のインダクタンスが小さくなるため、インダクタ（５ｔ，５ｂ）に大きな電流が流れ、砲口アークの発生が好適に防止される。
なお、一対の導体レール（１ｆ，１ｒ）の長手方向の中心軸（Ｆ，Ｒ）を含む仮想面（Ｐ）に対して対称形状になるようにインダクタ（５ｔ，５ｂ）を設置しているため、インダクタ（５ｔ）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、打ち消し合い、加速力に与える影響はほとんど無い。
以上により、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（１ｆ，１ｒ）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（１ｆ，１ｒ）の先端部（１ｆ’，１ｒ’）にそれぞれインダクタ（５ｆ，５ｒ）を、前記一対の導体レール（１ｆ，１ｒ）の中間の仮想面（Ｍ）に対して対称形状になるように設置し、交差電極（６ｔ，６ｂ）により前記一対のインダクタ（５ｆ，５ｒ）を接続し、且つ、前記一対のインダクタ（５ｆ，５ｒ）にそれぞれ磁性体（７ｆ，７ｒ）を設け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（１ｆ，１ｒ）の先端から射出されると、導電レール（１ｆ）−固体電機子（２）−導電レール（１ｒ）と流れていた電流は、導電レール（１ｆ）の先端部（１ｆ’）−インダクタ（５ｆ）−交差電極（６ｔ，６ｂ）−インダクタ（５ｒ）−導電レール（１ｒ）の先端部（１ｒ’）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（５ｆ，５ｒ）が導電レール（１ｆ，１ｒ）の先端部（１ｆ’，１ｒ’）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（１ｆ，１ｒ）の先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。
さらに、固体電機子（２）が導電レール（１ｆ，１ｒ）の先端から射出される前は、インダクタ（５ｆ，５ｒ）のインダクタンスが大きいため、インダクタ（５ｆ，５ｒ）への分岐電流が小さく、この点でも固体電機子（２）に流れる電流の減少を、固体電機子（２）が導体レール（１ｆ，１ｒ）の先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。
そして、固体電機子（２）が導電レール（１ｆ，１ｒ）の先端から射出された後は、インダクタ（５ｆ，５ｒ）に流れる電流が増加し、それにより発生する磁界の増加により磁性体（７ｆ，７ｒ）が飽和してインダクタ（５ｆ，５ｒ）のインダクタンスが小さくなるため、インダクタ（５ｆ，５ｒ）に大きな電流が流れ、砲口アークの発生が好適に防止される。
なお、一対の導体レール（１ｆ，１ｒ）の中間の仮想面（Ｍ）に対して対称形状になるようにインダクタ（５ｆ，５ｒ）を設置しているため、インダクタ（５ｆ）に流れる電流が作る磁場とインダクタ（５ｒ）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、打ち消し合い、加速力に与える影響はほとんど無い。
以上により、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正面図である。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２のＡ−Ａ’断面図である。実施例１に係るインダクタを示す斜視図である。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正面図である。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７のＢ−Ｂ’断面図である。実施例２に係るインダクタを示す斜視図である。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正面図である。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１２のＣ−Ｃ’断面図である。実施例３に係るインダクタを示す斜視図である。実施例４に係る電磁レールガンを示す平面図である。実施例４に係る電磁レールガンを示す正面図である。実施例４に係る電磁レールガンを示す右側面図である。図１７のＤ−Ｄ’断面図である。実施例４に係るインダクタを示す斜視図である。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正面図である。従来の電磁レールガンを示す右側面図である。図２２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を示す平面図であり、図２は同正面図であり、図３は同右側面図であり、図４は図１のＡ−Ａ’断面図であり、図５はインダクタ５ｔ，５ｂを示す斜視図である。

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１ｆ，１ｒおよび一対の平行なプラスチック製レールからなる絶縁レール４ｔ，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、接続部５ｔｆおよび接続部５ｔｒを介して導電レール１ｆ，１ｒの先端部１ｆ’，１ｒ’を接続するインダクタ５ｔと、接続部５ｂｆおよび接続部５ｂｒを介して導電レール１ｆ，１ｒの先端部１ｆ’，１ｒ’を接続するインダクタ５ｂと、インダクタ５ｔ，５ｂを磁気結合する磁性体７とを具備している。
磁性体７は、例えば継鉄である。

図５に示すように、インダクタ５ｔ，５ｂは、銅製のワンターン・コイルであり、導体レール１ｆ，１ｒの長手方向の中心軸Ｆ，Ｒを含む仮想面Ｐに対して対称形状になっている。
接続部５ｔｆおよび接続部５ｔｒは銅製である。
接続部５ｂｆおよび接続部５ｂｒは銅製である。

寸法例を示すと、導電レール１ｆ，１ｒの長さは３ｍ、幅は５５ｍｍ、間隔は３５ｍｍである。インダクタ５ｔ，５ｂの周長は約２ｍである（約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１ｆ，１ｒの先端から射出されると、導電レール１ｆ−固体電機子２−導電レール１ｒと流れていた電流は、導電レール１ｆの先端部１ｆ’−接続部５ｔｆ−インダクタ５ｔ−接続部５ｔｒ−導電レール１ｒの先端部１ｒ’と流れると共に導電レール１ｆの先端部１ｆ’−接続部５ｂｆ−インダクタ５ｂ−接続部５ｂｒ−導電レール１ｒの先端部１ｒ’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５ｔ，５ｂが導電レール１ｆ，１ｒの先端部１ｆ’，１ｒ’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１ｆ，１ｒの先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。

さらに、固体電機子２が導電レール１ｆ，１ｒの先端から射出される前は、インダクタ５ｔ，５ｂのインダクタンスが大きいため、インダクタ５ｔ，５ｂへの分岐電流が小さく、この点でも固体電機子２に流れる電流の減少を、固体電機子２が導体レール１ｆ，１ｒの先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。

そして、固体電機子２が導電レール１ｆ，１ｒの先端から射出された後は、インダクタ５ｔ，５ｂに流れる電流が増加し、それにより発生する磁界の増加により磁性体７が飽和してインダクタ５ｔ，５ｂのインダクタンスが小さくなるため、インダクタ５ｔ，５ｂに大きな電流が流れ、砲口アークの発生が好適に防止される。

なお、一対の導体レール１ｆ，１ｒの長手方向の中心軸Ｆ，Ｒを含む仮想面Ｐに対して対称形状になるようにインダクタ５ｔ，５ｂを設置しているため、インダクタ５ｔ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、打ち消し合い、加速力に与える影響はほとんど無い。

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６は実施例２に係る電磁レールガン１００’の平面図であり、図７は同正面図であり、図８は同右側面図であり、図９は図７のＢ−Ｂ’断面図であり、図１０はインダクタ５ｔ，５ｂを示す斜視図である。

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１ｆ，１ｒおよび一対の平行なプラスチック製レールからなる絶縁レール４ｔ，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１ｆ，１ｒの先端部１ｆ’，１ｒ’を接続するインダクタ５ｔおよびインダクタ５ｂと、インダクタ５ｔ，５ｂを磁気結合する磁性体７ｆ，７ｒとを具備している。
磁性体７ｆ，７ｒは、例えば継鉄である。

図１０に示すように、インダクタ５ｔ，５ｂは、銅製のワンターン・コイルであり、導体レール１ｆ，１ｒの長手方向の中心軸Ｆ，Ｒを含む仮想面Ｐ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１ｆ，１ｒの長さは３ｍ、幅は５５ｍｍ、間隔は３５ｍｍである。インダクタ５ｔ，５ｂの周長は約２ｍである。

この電磁レールガン１００’では、固体電機子２が導電レール１ｆ，１ｒの先端から射出されると、導電レール１ｆ−固体電機子２−導電レール１ｒと流れていた電流は、導電レール１ｆの先端部１ｆ’−インダクタ５ｔ−導電レール１ｒの先端部１ｒ’と流れると共に導電レール１ｆの先端部１ｆ’−インダクタ５ｂ−導電レール１ｒの先端部１ｒ’と流れるため、砲口アークの発生が防止される。

そして、固体電機子２が導電レール１ｆ，１ｒの先端から射出された後は、インダクタ５ｔ，５ｂに流れる電流が増加し、それにより発生する磁界の増加により磁性体７ｆ，７ｒが飽和してインダクタ５ｔ，５ｂのインダクタンスが小さくなるため、インダクタ５ｔ，５ｂに大きな電流が流れ、砲口アークの発生が好適に防止される。

よって、実施例２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３−
図１１は実施例３に係る電磁レールガン１００”の平面図であり、図１２は同正面図であり、図１３は同右側面図であり、図１４は図１２のＣ−Ｃ’断面図であり、図１５はインダクタ５ｔ，５ｂを示す斜視図である。

この電磁レールガン１００”は、実施例２に係る電磁レールガン１００’におけるインダクタ５ｔ，５ｂの一部を一体化した砲口アーク防止短絡器３０を用いている以外は実施例２に係る電磁レールガン１００’と同一の構成である。

−実施例４−
図１６は実施例４に係る電磁レールガン２００の平面図であり、図１７は同正面図であり、図１８は同右側面図であり、図１９は図１７のＤ−Ｄ’断面図であり、図２０はインダクタ５ｆ，５ｒを示す斜視図である。

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１ｆ，１ｒおよび一対の平行なプラスチック製レールからなる絶縁レール４ｔ，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４０とを具備している。

砲口アーク防止短絡器４０は、導電レール１ｆの先端部１ｆ’に設けたインダクタ５ｆと、導電レール１ｒの先端部１ｒ’に設けたインダクタ５ｒと、インダクタ５ｆとインダクタ５ｒを接続する交差電極６ｔ，６ｂと、インダクタ５ｆに設けた磁性体７ｆと、インダクタ５ｒに設けた磁性体７ｒとを具備している。
磁性体７ｆ，７ｒは、例えば継鉄である。

図２０に示すように、インダクタ５ｆ，５ｒは、銅製のワンターン・コイルであり、導体レール１ｆ，１ｒの中間の仮想面Ｍに対して対称形状になっている。
交差電極６ｔおよび交差電極６ｂは銅製である。

寸法例を示すと、導電レール１ｆ，１ｒの長さは３ｍ、幅は５５ｍｍ、間隔は３５ｍｍである。インダクタ５ｆ，５ｒの周長は約２ｍである。

この電磁レールガン２００では、固体電機子２が導電レール１ｆ，１ｒの先端から射出されると、導電レール１ｆ−固体電機子２−導電レール１ｒと流れていた電流は、導電レール１ｆの先端部１ｆ’−インダクタ５ｆ−交差電極６ｔ，６ｂ−インダクタ５ｒ−導電レール１ｒの先端部１ｒ’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５ｆ，５ｒが導電レール１ｆ，１ｒの先端部１ｆ’，１ｒ’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１ｆ，１ｒの先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。

さらに、固体電機子２が導電レール１ｆ，１ｒの先端から射出される前は、インダクタ５ｆ，５ｒのインダクタンスが大きいため、インダクタ５ｆ，５ｒへの分岐電流が小さく、この点でも固体電機子２に流れる電流の減少を、固体電機子２が導体レール１ｆ，１ｒの先端を離れる直前まで、抑制することが出来る。

そして、固体電機子２が導電レール１ｆ，１ｒの先端から射出された後は、インダクタ５ｆ，５ｒに流れる電流が増加し、それにより発生する磁界の増加により磁性体７ｆ，７ｒが飽和してインダクタ５ｆ，５ｒのインダクタンスが小さくなるため、インダクタ５ｆ，５ｒに大きな電流が流れ、砲口アークの発生が好適に防止される。

なお、一対の導体レール１ｆ，１ｒの中間の仮想面Ｍに対して対称形状になるようにインダクタ５ｆ，５ｒを設置しているため、インダクタ５ｆに流れる電流が作る磁場とインダクタ５ｒ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、打ち消し合い、加速力に与える影響はほとんど無い。

よって、実施例４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。

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。

１ｆ，１ｒ導電レール
２固体電機子
３飛翔体
４ｔ，４ｂ絶縁レール
５ｔ，５ｂ，５ｆ，５ｒインダクタ
５ｔｆ，５ｔｒ，５ｂｆ，５ｂｒ接続部
６ｔ，６ｂ交差電極
７，７ｆ，７ｒ磁性体
１０，２０，３０，４０，５０砲口アーク防止短絡器
１００，１００’，１００”，２００，５００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（１ｆ，１ｒ）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（１ｆ，１ｒ）の先端部（１ｆ’，１ｒ’）を接続する一対のインダクタ（５ｔ，５ｂ）を、前記一対の導体レール（１ｆ，１ｒ）の長手方向の中心軸（Ｆ，Ｒ）を含む仮想面（Ｐ）に対して対称形状になるように設置し、且つ、前記一対のインダクタ（５ｔ，５ｂ）を磁性体（７）により磁気結合したことを特徴とする電磁レールガン（１００，１００’，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（１ｆ，１ｒ）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（１ｆ，１ｒ）の先端部（１ｆ’，１ｒ’）にそれぞれインダクタ（５ｆ，５ｒ）を、前記一対の導体レール（１ｆ，１ｒ）の中間の仮想面（Ｍ）に対して対称形状になるように設置し、交差電極（６ｔ，６ｂ）により前記一対のインダクタ（５ｆ，５ｒ）を接続し且つ前記一対のインダクタ（５ｆ，５ｒ）にそれぞれ磁性体（７ｆ，７ｒ）を設けたことを特徴とする電磁レールガン（２００）。