JP2019090550A - 水中航走体の発射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導水管内を移動可能に配置された可動子の推力を効率よく得ることができる水中航走体の発射装置を提供する。【解決手段】可動子は、複数の永久磁石によって生じる磁束が流れる複数の磁気回路を形成し、複数の磁気回路は、磁束が一対の周方向磁石の一方を流れる第１磁気回路と、磁束が一対の軸方向磁石の一方を流れ、第１磁気回路に対して並列に形成された第２磁気回路と、磁束が径方向磁石を流れ、第１磁気回路及び第２磁気回路の各々に対して並列に形成された第３磁気回路とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、水圧によって水中航走体を発射する発射装置に関する。

水中航走体を発射する発射装置が知られている。発射装置は、発射管と、導水管と、ピストンとを備える。発射管には、水中航走体が装填される。導水管は、発射管に連通する連通部を含み、その内部に水が充填される。ピストンは、導水管内を移動可能に配置される。当該ピストンが導水管内を連通部に向かって移動することにより、連通部を通じて発射管内の水中航走体に伝達される水圧が上昇し、それによって、水中航走体が発射される。

導水管内を移動するピストンの推力として、空気圧ではなく、電磁力を用いるものが提案されている。その一例が下記特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の発射装置は、導水管内を移動するピストンの推力を得るために、複数の導水コイルと、誘導コイルとを備える。複数の導水コイルは、導水管の周囲に配置され、導水管の軸方向に並ぶ。誘導コイルは、ピストンに配置される。複数の導水コイルへの通電に起因して、磁場が発生する。この磁場が変動することにより、誘導コイルに電流が流れる。誘導コイルに作用する電磁力により、ピストンが移動する。

特開２０１７−９２７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発射装置では、ピストンの推力が効率よく得られないことが判明した。

本発明の目的は、導水管内を移動可能に配置された可動子の推力を効率よく得ることができる水中航走体の発射装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本願の発明者は、磁束が通過する磁気回路の磁気抵抗を低減することに着目して検討を進めた。そして、上記磁気回路として、並列に形成された３つの磁気回路を採用することで、磁気回路全体の磁気抵抗を小さくすることができ、その結果、可動子の推力を効率よく得ることができるという知見を得るに至った。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。

本発明による発射装置は、水中航走体を水圧によって発射する発射装置であって、前記水中航走体が装填される発射管と、前記発射管に連通する連通部を含み、その内部に水が充填された導水管と、前記導水管内で前記導水管が延びる方向に移動可能な可動子と前記可動子を電磁力によって移動させる固定子とを含み、前記可動子を前記連通部に向かって移動させることにより、前記連通部を通じて前記発射管内の前記水中航走体に伝達される水圧を上昇させる直動電動機とを備え、前記可動子は、前記可動子が移動可能な方向に延びるヨーク軸と、前記ヨーク軸を囲むように、前記ヨーク軸の周方向及び軸方向の各々に並んで配置された複数のヨーク部材と、前記複数のヨーク部材の各々の表面のうち前記ヨーク軸の径方向において外側に位置する外側面が磁極面として露出するように、前記複数のヨーク部材の各々に接して配置され、前記ヨーク部材に接する領域が同じ磁極に着磁されている複数の永久磁石とを備え、前記複数の永久磁石は、前記ヨーク軸の周方向において前記ヨーク部材の両側に位置し、各々が前記ヨーク部材に接触する一対の周方向磁石と、前記ヨーク軸の軸方向において前記ヨーク部材の両側に位置し、各々が前記ヨーク部材に接触する一対の軸方向磁石と、前記ヨーク軸の径方向において前記ヨーク部材の内側に位置し、前記ヨーク部材に接触する径方向磁石とを含み、前記固定子は、前記可動子を囲むように、前記ヨーク軸の周方向及び軸方向の各々に並んで配置され、前記複数のヨーク部材の各々が有する前記磁極面に対して前記ヨーク軸の径方向で対向可能なティースを含む複数の鉄心部と、前記複数の鉄心部の各々が有する前記ティースに巻き回された複数のコイルとを含み、前記可動子は、前記固定子とともに、前記複数の永久磁石によって生じる磁束が流れる複数の磁気回路を形成し、前記複数の磁気回路は、前記磁束が前記一対の周方向磁石の一方を流れる第１磁気回路と、前記磁束が前記一対の軸方向磁石の一方を流れ、前記第１磁気回路に対して並列に形成された第２磁気回路と、前記磁束が前記径方向磁石を流れ、前記第１磁気回路及び前記第２磁気回路の各々に対して並列に形成された第３磁気回路とを含む。

このような発射装置においては、第１磁気回路、第２磁気回路及び第３磁気回路が並列に形成されているので、磁気回路全体での磁気抵抗を低減することができる。そのため、可動子と固定子との間に形成される空隙中の磁束密度を増加させることができる。つまり、鎖交磁束を増やすことができる。その結果、可動子の推力を効率よく得ることができる。

上記発射装置において、好ましくは、前記直動電動機は、さらに、前記可動子が前記固定子に対して前記ヨーク軸の周方向に回転するのを規制するガイド機構を備える。

この場合、可動子が導水管に対して周方向に回転するのを規制して、可動子を導水管が延びる方向に安定して移動させることができる。

上記発射装置において、好ましくは、前記ガイド機構は、前記可動子及び前記固定子の一方に形成され、前記ヨーク軸の軸方向に延びるガイド溝と、前記可動子及び前記固定子の他方に形成され、前記可動子が前記固定子に対して前記ヨーク軸の周方向に回転するときに前記ガイド溝の内面に接触するように、前記ガイド溝内に位置し、前記ガイド溝内を前記ガイド溝が延びる方向に移動可能なガイド突起とを備える。

この場合、ガイド突起がガイド溝の内面に接触することによって、可動子が固定子に対して周方向に回転するのを規制することができる。

上記発射装置において、好ましくは、前記直動電動機は、さらに、前記導水管が延びる方向における前記可動子の位置を検出する位置検出装置を備える。

この場合、可動子の位置を的確に把握することができる。そのため、例えば、可動子の位置に基づいて固定子コイルへの通電を制御する場合には、可動子の動きをより適切に制御することができる。

上記発射装置において、好ましくは、前記位置検出装置は、前記可動子に配置された検出器と、前記固定子に形成されて前記軸方向に延びる溝内に配置され、前記溝が延びる方向に延びて、前記検出器によって検出される被検出部材とを含む。

この場合、検出器を被検出部材に近づけて配置することができるので、可動子の位置をより適切に検出することができる。

上記発射装置において、好ましくは、前記導水管は、さらに、前記連通部を通じて前記発射管内の前記水中航走体に伝達される水圧を上昇させるときの前記可動子の移動方向において前記連通部よりも下流側に位置し、前記連通部を通じて前記発射管内の前記水中航走体に伝達される水圧を上昇させるように前記導水管内を移動してきた前記可動子の進入を許容し、その内部に充填された水が前記可動子の進入に伴って圧縮されるように、前記可動子が進入する方向における下流端が閉鎖されている収容部を含む。

この場合、収容部内の水が可動子を押し戻すことにより、可動子が減速されるので、係合フック等の機械的な手段を用いなくても、可動子を停止させることができる。そのため、可動子を機械的に停止させる際の振動や騒音の発生を抑制することができる。

上記発射装置は、好ましくは、さらに、前記収容部内に配置され、前記収容部内に進入してきた前記可動子が有する前記複数の永久磁石に作用する電磁力を発生させ、それによって前記可動子を減速させる減速固定子を備える。

この場合、可動子が収容部内の水を圧縮するときの衝撃を緩和することができる。

本発明の発射装置によれば、導水管内を移動可能に配置された可動子の推力を効率よく得ることができる。

本発明の実施の形態による発射装置を示す模式図である。 図１に示す発射装置が備える直動電動機の概略構成を示す斜視図である。 図２に示す直動電動機が備える可動子の縦断面図である。 図２に示す直動電動機が備える可動子の横断面図である。 図２に示す直動電動機が備える固定子の縦断面図である。 図２に示す直動電動機が備える固定子の横断面図である。 図２に示す直動電動機の磁気回路全体を示す回路図である。 図２に示す直動電動機の第１磁気回路において磁束が流れる方向を示すモデル図である。 図２に示す直動電動機の第２磁気回路において磁束が流れる方向を示すモデル図である。 図２に示す直動電動機の第３磁気回路において磁束が流れる方向を示すモデル図である。 比較例に係る直動電動機を示す斜視図である。 比較例に係る直動電動機の磁気回路全体を示す回路図である。 比較例に係る直動電動機の磁気回路において磁束が流れる方向を示すモデル図である。 本発明の実施の形態の応用例１に係る発射装置が備える直動電動機を示す断面図である。 本発明の実施の形態の応用例２に係る発射装置が備える直動電動機を示す断面図であって、その一部を拡大して示す拡大断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳述する。

図１を参照しながら、本発明の実施の形態としての発射装置１０について説明する。図１は、発射装置１０を示す模式図である。

発射装置１０は、水中航走体２０を水圧によって発射する。発射装置１０は、発射管３０と、導水管４０と、直動電動機５０とを備える。

発射管３０には、水中航走体２０が装填される。

導水管４０には、水（例えば、海水）が充填される。なお、水中航走体２０が発射されるときには、発射管３０も水で満たされる。

導水管４０は、本体管４１と、連通部としての連通管４２を含む。連通管４２は、本体管４１と発射管３０とを連通する。連通管４２は、例えば、円柱状又は円板状のタンクであり、その軸方向が本体管４１の軸方向に一致しており、その直径が本体管４１の直径よりも大きい。なお、連通管４２は、例えば、本体管４１の径方向に延びる筒形状を有するものであってもよい。

直動電動機５０は、導水管４０内の水圧を上昇させて、水中航走体２０を発射するための水圧を発生させる。直動電動機５０は、可動子５０Ａと、固定子５０Ｂとを含む。可動子５０Ａは、本体管４１が延びる方向に移動可能な状態で、本体管４１内に配置される。固定子５０Ｂは、可動子５０Ａを電磁力によって移動させる。固定子５０Ｂは、本体管４１に配置されている。本体管４１内で可動子５０Ａを連通管４２に向かって移動させることにより、連通管４２を通じて発射管３０内の水中航走体２０に伝達される水圧を上昇させる。なお、直動電動機５０の詳細については、後述する。

ここで、図１に示す例では、導水管４０は、本体管４１に連通する収容部としての収容管４３をさらに含む。収容管４３は、連通管４２を通じて発射管３０内の水中航走体２０に伝達される水圧を上昇させるように本体管４１内を移動してきた可動子５０Ａの進入を許容する。収容管４３は、連通管４２を通じて発射管３０内の水中航走体２０に伝達される水圧を上昇させるときの可動子５０Ａの移動方向において連通管４２よりも下流側に位置している。収容管４３は、その内部に充填された水が可動子５０Ａの進入に伴って圧縮されるように、可動子５０Ａが進入する方向における下流端が閉鎖されている。収容管４３内の水が可動子５０Ａを押し戻すことによって、可動子５０Ａが減速されるので、係合フック等の機械的な手段を用いなくても、可動子５０Ａを停止させることができる。その結果、可動子５０Ａを機械的に停止させる際の振動や騒音の発生を抑制することができる。

また、図１に示す例では、発射装置１０は、減速固定子７０をさらに備える。減速固定子７０は、収容管４３内に配置される。減速固定子７０は、収容管４３内に進入してきた可動子５０Ａを電磁力によって減速させる。そのため、可動子５０Ａが収容管４３内の水を圧縮するときの衝撃を緩和することができる。

図２を参照しながら、直動電動機５０について説明する。図２は、直動電動機５０の概略構成を示す斜視図である。なお、以下の説明では、軸方向、径方向及び周方向を、可動子５０Ａの軸方向、径方向及び周方向とする。

可動子５０Ａは、円柱形状を呈している。固定子５０Ｂは、可動子５０Ａを囲むような筒形状を呈している。なお、図２では、可動子５０Ａの軸方向長さが固定子５０Ｂの軸方向長さよりも大きく示されているが、実際には、図１に示すように、固定子５０Ｂの軸方向長さが可動子５０Ａの軸方向長さよりも十分に大きくなっている。

図３及び図４を参照しながら、可動子５０Ａについて説明する。図３は、可動子５０Ａの縦断面図である。図４は、可動子５０Ａの横断面図である。

可動子５０Ａは、ヨーク軸５１と、第１端板５２と、第２端板５３と、複数のヨーク部材５４と、複数の永久磁石５５、５６、５７とを含む。以下、これらについて説明する。

ヨーク軸５１は、可動子５０Ａが移動可能な方向に延びる円柱形状を有している。ヨーク軸５１の材料は、圧粉鉄心である。

第１端板５２は、ヨーク軸５１の軸方向の一端に固定されている。第２端板５３は、ヨーク軸５１の軸方向の他端に固定されている。第１端板５２及び第２端板５３は、何れも、円板形状を有しており、その直径はヨーク軸５１の直径よりも大きい。

複数のヨーク部材５４は、ヨーク軸５１を囲むように配置されている。複数のヨーク部材５４は、ヨーク軸５１の周方向及び軸方向の各々に並んでいる。複数のヨーク部材５４は、それぞれ、圧粉鉄心からなる。

複数の永久磁石５５、５６、５７は、複数のヨーク部材５４の各々の表面のうちヨーク軸５１の径方向において外側に位置する外側面が磁極面５４Ａとして露出するように、複数のヨーク部材５４の各々に接して配置されている。複数の永久磁石５５、５６、５７は、ヨーク部材５４に接する領域が同じ磁極に着磁されている。

ここで、周方向で隣り合う２つのヨーク部材５４のうち、一方のヨーク部材５４に接する永久磁石５５、５６、５７の領域は、他方のヨーク部材５４に接触する永久磁石５５、５６、５７の領域とは異なる磁極に着磁されている。そのため、周方向で隣り合う２つのヨーク部材５４の一方が有する磁極面５４Ａは、他方が有する磁極面５４Ａとは異なる磁極に着磁されている。

また、軸方向で隣り合う２つのヨーク部材５４のうち、一方のヨーク部材５４に接する永久磁石５５、５６、５７の領域は、他方のヨーク部材５４に接触する永久磁石５５、５６、５７の領域とは異なる磁極に着磁されている。そのため、軸方向で隣り合う２つのヨーク部材５４の一方が有する磁極面５４Ａは、他方が有する磁極面５４Ａとは異なる磁極に着磁されている。

複数の永久磁石５５、５６、５７は、一対の周方向磁石５５と、一対の軸方向磁石５６と、径方向磁石５７とを含む。

一対の周方向磁石５５は、周方向においてヨーク部材５４の両側に位置する。一対の周方向磁石５５は、それぞれ、ヨーク部材５４に接している。

一対の軸方向磁石５６は、軸方向においてヨーク部材５４の両側に位置する。一対の軸方向磁石５６は、それぞれ、ヨーク部材５４に接している。

径方向磁石５７は、径方向においてヨーク部材５４の内側に位置する。径方向磁石５７は、ヨーク部材５４に接している。

図５及び図６を参照しながら、固定子５０Ｂについて説明する。図５は、固定子５０Ｂの縦断面図である。図６は、固定子５０Ｂの横断面図である。

固定子５０Ｂは、複数の鉄心部５８と、複数のコイル５９とを含む。

複数の鉄心部５８は、可動子５０Ａを囲むように、周方向及び軸方向の各々に並んで配置される。複数の鉄心部５８は、それぞれ、ティース５８１を含む。ティース５８１は、複数のヨーク部材５４の各々が有する磁極面５４Ａに対して径方向で対向可能な位置にある。

複数のコイル５９は、複数の鉄心部５８の各々が有するティース５８１に巻き回されている。

複数のコイル５９の各々への通電を制御して、コイル５９が巻き回されているティース５８１の端面に発現する磁極を変化させる。具体的には、周方向で隣り合う２つのティース５８１の一方の端面に発現する磁極は、他方の端面に発現する磁極とは異なるようにする。また、軸方向で隣り合う２つのティース５８１の一方の端面に発現する磁極は、他方の端面に発現する磁極とは異なるようにする。

このようにして、固定子５０Ｂのティース５８１の端面に発現する磁極を変化させることにより、可動子５０Ａの磁極面５４Ａの磁極との間で、磁力による吸引又は反発が発生する。これにより、可動子５０Ａが軸方向に移動する。

複数のコイル５９の各々への通電は、例えば、可動子５０Ａの位置（本体管４１の軸方向での位置）によって制御される。可動子５０Ａの位置は、例えば、位置検出装置としての超音波センサを用いて検出される。

可動子５０Ａは、固定子５０Ｂとともに、複数の永久磁石５５、５６、５７によって発生する磁束が通過する複数の磁気回路を形成する。

図７、図８、図９及び図１０を参照しながら、可動子５０Ａが固定子５０Ｂとともに形成する複数の磁気回路６１、６２、６３について説明する。図７は、直動電動機５０の磁気回路全体を示す回路図である。図８は、磁気回路６１において磁束が流れる方向を示すモデル図である。図９は、磁気回路６２において磁束が流れる方向を示すモデル図である。図１０は、磁気回路６３において磁束が流れる方向を示すモデル図である。

ここで、図８、図９及び図１０は、複数のヨーク部材５４及び各ヨーク部材５４に接する複数の永久磁石５５、５６、５７の配置を平面上に展開したものである。なお、図８、図９及び図１０では、隣り合う２つのヨーク部材５４の間に２つの磁石が配置されている場合を示しているが、これら２つの磁石は最終的には１つの磁石とみなすことができる。また、図示はしていないが、図８、図９及び図１０では、ヨーク部材５４とヨーク軸５１との間に１つの磁石が配置されている。

複数の磁気回路６１、６２、６３は、磁気回路６１と、磁気回路６２と、磁気回路６３とを含む。

図７に示すように、磁気回路６１、磁気回路６２及び磁気回路６３は、並列に形成されている。なお、図７において、Φ´は磁束を示し、Ｆ_ｍφ及びＲ_ｍφは、それぞれ、第２磁気回路６２における磁石の起磁力及び磁気抵抗を示し、Ｆ_ｍｒ及びＲ_ｍｒは、それぞれ、第３磁気回路６３における磁石の起磁力及び磁気抵抗を示し、Ｆ_ｍｚ及びＲ_ｍｚは、それぞれ、第１磁気回路６１における磁石の起磁力及び磁気抵抗を示し、Ｒ_ｇａｐは空隙の磁気抵抗を示す。

図８に示すように、磁気回路６１は、固定子５０Ｂの鉄心部５８が有するティース５８１から出てきた磁束がヨーク部材５４（ヨーク部材５４１）に入り、軸方向でその隣に位置するヨーク部材５４（ヨーク部材５４２）から固定子５０Ｂの他の鉄心部５８が有するティース５８１に戻る経路である。ヨーク部材５４１からヨーク部材５４２に流れる磁束は、ヨーク部材５４１とヨーク部材５４２の間に位置する永久磁石（軸方向磁石５６）を通過する。

図９に示すように、磁気回路６２は、固定子５０Ｂの鉄心部５８が有するティース５８１から出てきた磁束がヨーク部材５４（ヨーク部材５４１）に入り、軸方向でその隣に位置するヨーク部材５４（ヨーク部材５４２）から固定子５０Ｂの他の鉄心部５８が有するティース５８１に戻る経路である。ヨーク部材５４１からヨーク部材５４２に流れる磁束は、周方向においてヨーク部材５４１の隣に位置するヨーク部材５４（ヨーク部材５４３）と、軸方向においてヨーク部材５４３の隣に位置するヨーク部材５４（ヨーク部材５４４）とを経由する。ヨーク部材５４１からヨーク部材５４３に流れる磁束は、ヨーク部材５４１とヨーク部材５４３の間に位置する永久磁石（周方向磁石５５）を通過する。ヨーク部材５４３からヨーク部材５４４に流れる磁束は、ヨーク部材５４３とヨーク部材５４４の間に位置する永久磁石（軸方向磁石５６）を通過する。ヨーク部材５４４からヨーク部材５４２に流れる磁束は、ヨーク部材５４４とヨーク部材５４２の間に位置する永久磁石（周方向磁石５５）を通過する。

図１０に示すように、磁気回路６３は、固定子５０Ｂの鉄心部５８が有するティース５８１から出てきた磁束がヨーク部材５４（ヨーク部材５４１）に入り、軸方向でその隣に位置するヨーク部材５４（ヨーク部材５４２）から固定子５０Ｂの他の鉄心部５８が有するティース５８１に戻る経路である。ヨーク部材５４１からヨーク部材５４２に流れる磁束は、ヨーク軸５１を経由する。ヨーク部材５４１からヨーク軸５１に流れる磁束は、ヨーク部材５４１とヨーク軸５１の間に位置する永久磁石（径方向磁石５７）を通過する。ヨーク軸５１からヨーク部材５４２に流れる磁束は、ヨーク軸５１とヨーク部材５４２の間に位置する永久磁石（径方向磁石５７）を通過する。

なお、図８、図９及び図１０では、便宜上、軸方向で隣り合う２つの鉄心部５８を単一の部材として示しているが、磁束が出てくるティース５８１を有する鉄心部５８と磁束が入るティース５８１を有する鉄心部５８は異なる。また、図８、図９及び図１０では、磁束が入ってくる磁極面５４Ａと磁束が出てゆく磁極面５４Ａが軸方向に並んでいる場合を示しているが、磁束が入ってくる磁極面５４Ａと磁束が出てゆく磁極面５４Ａが周方向に並んでいてもよい。

上記のように、磁気回路６１、磁気回路６２及び磁気回路６３では、磁束が入ってくる磁極面５４Ａが同じであり、且つ、磁束が出てゆく磁極面５４Ａが同じである。そのため、磁気回路６１、磁気回路６２及び磁気回路６３は並列に形成されている。

このように、磁気回路６１、磁気回路６２及び磁気回路６３が並列に形成されていることにより、直動電動機５０の磁気回路全体での磁気抵抗を低減することができる。以下、その理由について、説明する。

第１磁気回路６１、第２磁気回路６２及び第３磁気回路６３では、アンペールの周回積分の法則により、以下の式が成立する。
第１磁気回路：２ｇＨ_ｇ＋ｌ_ｚＨ_ｚ＝０ （１）
第２磁気回路：２ｇＨ_ｇ＋２ｌ_φＨ_φ−ｌ_ｚＨ_ｚ＝０ （２）
第３磁気回路：２ｇＨ_ｇ＋２ｌ_ｒａＨ_ｒａ＝０ （３）

なお、上記の式において、ｇは空隙長であり、Ｈ_ｇは空隙中の磁場の強さであり、ｌ_ｚは軸方向磁石５６の厚みであり、Ｈ_ｚは軸方向磁石５６中の磁場の強さであり、ｌ_φは周方向磁石５５の厚みであり、Ｈ_φは周方向磁石５５中の磁場の強さであり、ｌ_ｒａは径方向磁石５７の厚みであり、Ｈ_ｒａは径方向磁石５７中の磁場の強さである。

飽和磁束密度Ｂ_ｒが同じであるとすると、第１磁気回路６１、第２磁気回路６２及び第３磁気回路６３では、以下の式が成立する。
第１磁気回路：Ｂ_ｚ＝μ_０Ｈ_ｚ＋Ｂ_ｒ （４）
第２磁気回路：Ｂ_φ＝μ_０Ｈ_φ＋Ｂ_ｒ （５）
第３磁気回路：Ｂ_ｒａ＝μ_０Ｈ_ｒａ＋Ｂ_ｒ （６）

なお、上記の式において、Ｂ_ｚは軸方向磁石５６中の磁束密度であり、Ｂ_φは周方向磁石５５中の磁束密度であり、Ｂ_ｒａは径方向磁石５７中の磁束密度である。

ヨーク部材５４２に流入する磁束及びヨーク部材５４２から流出する磁束は、保存しているので（ｄｉｖＢ＝０）、以下の式が成立する。
Ｂ_ｒａＡ_ｒａ＋Ｂ_φＡ_φ＋Ｂ_ｚＡ_ｚ＝Ｂ_ｇａｐＡ_ｆ （７）

なお、上記の式において、Ａ_ｆはヨーク部材５４における磁極面５４Ａの表面積であり、Ａ_ｒａは径方向磁石５７のうちヨーク部材５４に接する部分の表面積であり、Ａ_φは周方向磁石５５のうちヨーク部材５４に接する部分の表面積であり、Ａ_ｚは軸方向磁石５６のうちヨーク部材５４に接する部分の表面積である。

上記の式（１）、（２）及び（３）を変形して整理すると、以下の式が得られる。
Ｈ_ｚ＝−（２ｇ／ｌ_ｚ）Ｈ_ｇａｐ （８）
Ｈ_φ＝−（２ｇ／ｌ_φ）Ｈ_ｇａｐ （９）
Ｈ_ｒａ＝−（２ｇ／ｌ_ｒａ）Ｈ_ｇａｐ （１０）

上記の式（４）、（５）、（６）、（８）、（９）及び（１０）を用いて、上記の式（７）を整理すると、以下の式が得られる。

ここで、Ａ_ｆ、Ａ_φ及びＡ_ｚを４００［ｍｍ^２］とし、Ａ_ｒを６２５［ｍｍ^２］とし、ｌ_φ及びｌ_ｚを６［ｍｍ］とし、ｌ_ｒを４［ｍｍ］とし、Ｂ_ｒを１．３３〜１．２５［Ｔ］とし、ｇ／２を１．００±０．０４［ｍｍ］とすると、上記式（１１）より、Ｂ_ｇａｐは１．５９〜１．７６［Ｔ］となる。

一方、図１１に示すように、比較例に係る直動電動機７０は、直動電動機５０と比べて、可動子７１が異なる。比較例に係る直動電動機７０の可動子７１は、直動電動機５０の可動子５０Ａと比べて、複数の永久磁石７２が軸方向及び周方向に並んで配置されている。軸方向で隣り合う２つの永久磁石７２は、固定子５０Ｂのティース５８１に対向する磁極面７２Ａの磁極が互いに異なる。周方向で隣り合う２つの永久磁石７２は、固定子５０Ｂのティース５８１に対向する磁極面７２Ａの磁極が互いに異なる。

比較例に係る直動電動機７０では、図１２に示すような磁気回路７３が形成される。なお、図１２において、Φは磁束を示し、Ｆ_ｍ及びＲ_ｍａｇは、それぞれ、図１２に示す磁気回路７３における磁石の起磁力及び磁気抵抗を示し、Ｒ_ｇａｐは空隙の磁気抵抗を示す。

図１３に示すように、図１２に示す磁気回路７３は、固定子５０Ｂの鉄心部５８が有するティース５８１から出てきた磁束が永久磁石７２に入り、軸方向でその隣に位置する永久磁石７２から固定子５０Ｂの他の鉄心部５８が有するティース５８１に戻る経路である。一方の永久磁石７２から他方の永久磁石７２に流れる磁束は、ヨーク軸５１を通過する。なお、図１３では、磁束が通過する方向に２つの磁石が重なっているが、これらは最終的には１つの磁石とみなすことができる。

磁気回路７３では、アンペールの周回積分の法則により、以下の式が成立する。
Ｈ_ｍａｇｌ＋Ｈ_ｇａｐｇ＝０ （１２）

なお、上記の式において、ｇは空隙長であり、Ｈ_ｇは空隙中の磁場の強さであり、ｌは永久磁石７２の厚みであり、Ｈは永久磁石７２中の磁場の強さである。

また、磁気回路７３では、以下の式が成立する。
Ｂ_ｍａｇ＝μ_０Ｈ_ｍａｇ＋Ｂ_ｒ （１３）

なお、上記の式において、Ｂ_ｍａｇは永久磁石７２中の磁束密度であり、Ｈ_ｍａｇは永久磁石７２中の磁場の強さであり、Ｂ_ｒは飽和磁束密度である。

上記の式（１２）及び（１３）を整理する。このとき、空隙中と磁石中とで磁束数が保存され、経路断面が一定であることを考慮すると、Ｂ_ｍａｇ＝Ｂ_ｇａｐであるから、以下の式が得られる。

ここで、ｌを２×３．５［ｍｍ］とし、Ｂ_ｒを１．３３〜１．２５［Ｔ］とし、ｇ／２を１．００±０．０４［ｍｍ］とすると、上記式（１４）より、Ｂ_ｇａｐは０．９５〜１．０１［Ｔ］となる。

つまり、直動電動機５０は、直動電動機７０よりも、空隙中の磁束密度が大きくなる。

ここで、電動機では、空隙中の磁束のほとんどが電流と鎖交し、相互作用に寄与する。そのため、直動電動機５０は、直動電動機７０よりも大きな推力を得ることができる。

また、直動電動機５０においては、可動子５０Ａが固定子５０Ｂとともに磁気回路を形成するので、導水管４０（本体管４１）の外側に磁場が漏れ難くなっている。そのため、導水管４０（本体管４１）の周りに存在する電子機器への磁場による影響を抑えることができる。

［実施の形態の応用例１］
例えば、図１４に示すように、直動電動機５０は、可動子５０Ａが固定子５０Ｂに対して周方向に回転するのを規制するガイド機構８０を備えていてもよい。ガイド機構８０は、ガイド溝８２とガイド突起８４とを含む。ガイド溝８２は、固定子５０Ｂに形成されて、軸方向に延びる。図１４に示す例では、周方向で隣り合う２つのコイル５９の間にガイド溝８２が形成されている。ガイド突起８４は、可動子５０Ａに形成され、可動子５０Ａが固定子５０Ｂに対して周方向に回転するのを規制するように、ガイド溝８２内に位置している。図１４に示す例では、ガイド突起８４が周方向磁石５５に形成されている。ガイド突起８４は、ガイド溝８２内をガイド溝８２が延びる方向に移動可能に配置されている。

このような応用例１においては、可動子５０Ａが固定子５０Ｂに対して周方向に回転するのを規制するため、可動子５０Ａの軸方向への移動を安定させることができる。

［実施の形態の応用例２］
例えば、位置検出装置として、リニアエンコーダを採用してもよい。この場合、図１５に示すように、ガイド溝８２内に被検出部材としてのスケール９０を配置し、可動子５０Ａに配置された検出器によってスケール９０の目盛を読み取ることにより、可動子５０Ａの位置を検出することができる。

この場合、スケール９０がガイド溝８２に沿って配置されることになるので、可動子５０Ａの位置を適切に検出することができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施の形態の記載によって、何等、限定的に解釈されるものではない。

例えば、ガイド溝が可動子に形成され、ガイド突起が固定子に形成されていてもよい。

１０ 発射装置
２０ 水中航走体
３０ 発射管
４０ 導水管
４２ 連通管
４３ 収容管
５０ 直動電動機
５０Ａ 可動子
５０Ｂ 固定子
５１ ヨーク軸
５４ ヨーク部材
５４Ａ 磁極面
５５ 永久磁石（周方向磁石）
５６ 永久磁石（軸方向磁石）
５７ 永久磁石（径方向磁石）
５８ 鉄心部
５８１ ティース
５９ コイル
６１ 第１磁気回路
６２ 第２磁気回路
６３ 第３磁気回路

Claims (7)

1. 水中航走体を水圧によって発射する発射装置であって、
   前記水中航走体が装填される発射管と、
   前記発射管に連通する連通部を含み、その内部に水が充填された導水管と、
   前記導水管内で前記導水管が延びる方向に移動可能な可動子と前記可動子を電磁力によって移動させる固定子とを含み、前記可動子を前記連通部に向かって移動させることにより、前記連通部を通じて前記発射管内の前記水中航走体に伝達される水圧を上昇させる直動電動機とを備え、
   前記可動子は、
   前記可動子が移動可能な方向に延びるヨーク軸と、
   前記ヨーク軸を囲むように、前記ヨーク軸の周方向及び軸方向の各々に並んで配置された複数のヨーク部材と、
   前記複数のヨーク部材の各々の表面のうち前記ヨーク軸の径方向において外側に位置する外側面が磁極面として露出するように、前記複数のヨーク部材の各々に接して配置され、前記ヨーク部材に接する領域が同じ磁極に着磁されている複数の永久磁石とを備え、
   前記複数の永久磁石は、
   前記ヨーク軸の周方向において前記ヨーク部材の両側に位置し、各々が前記ヨーク部材に接触する一対の周方向磁石と、
   前記ヨーク軸の軸方向において前記ヨーク部材の両側に位置し、各々が前記ヨーク部材に接触する一対の軸方向磁石と、
   前記ヨーク軸の径方向において前記ヨーク部材の内側に位置し、前記ヨーク部材に接触する径方向磁石とを含み、
   前記固定子は、
   前記可動子を囲むように、前記ヨーク軸の周方向及び軸方向の各々に並んで配置され、前記複数のヨーク部材の各々が有する前記磁極面に対して前記ヨーク軸の径方向で対向可能なティースを含む複数の鉄心部と、
   前記複数の鉄心部の各々が有する前記ティースに巻き回された複数のコイルとを含み、
   前記可動子は、前記固定子とともに、前記複数の永久磁石によって生じる磁束が流れる複数の磁気回路を形成し、
   前記複数の磁気回路は、
   前記磁束が前記一対の周方向磁石の一方を流れる第１磁気回路と、
   前記磁束が前記一対の軸方向磁石の一方を流れ、前記第１磁気回路に対して並列に形成された第２磁気回路と、
   前記磁束が前記径方向磁石を流れ、前記第１磁気回路及び前記第２磁気回路の各々に対して並列に形成された第３磁気回路とを含む、発射装置。
2. 請求項１に記載の発射装置であって、
   前記直動電動機は、さらに、
   前記可動子が前記固定子に対して前記ヨーク軸の周方向に回転するのを規制するガイド機構を備える、発射装置。
3. 請求項２に記載の発射装置であって、
   前記ガイド機構は、
   前記可動子及び前記固定子の一方に形成され、前記ヨーク軸の軸方向に延びるガイド溝と、
   前記可動子及び前記固定子の他方に形成され、前記可動子が前記固定子に対して前記ヨーク軸の周方向に回転するときに前記ガイド溝の内面に接触するように、前記ガイド溝内に位置し、前記ガイド溝内を前記ガイド溝が延びる方向に移動可能なガイド突起とを備える、発射装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の発射装置であって、
   前記直動電動機は、さらに、
   前記導水管が延びる方向における前記可動子の位置を検出する位置検出装置を備える、発射装置。
5. 請求項４に記載の発射装置であって、
   前記位置検出装置は、
   前記可動子に配置された検出器と、
   前記固定子に形成されて前記軸方向に延びる溝内に配置され、前記溝が延びる方向に延びて、前記検出器によって検出される被検出部材とを含む、発射装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の発射装置であって、
   前記導水管は、さらに、
   前記連通部を通じて前記発射管内の前記水中航走体に伝達される水圧を上昇させるように前記導水管内を移動してきた前記可動子の進入を許容し、その内部に充填された水が前記可動子の進入に伴って圧縮されるように、前記可動子が進入する方向における下流端が閉鎖されている収容部を含む、発射装置。
7. 請求項６に記載の発射装置であって、さらに、
   前記収容部内に配置され、前記収容部内に進入してきた前記可動子が有する前記複数の永久磁石に作用する電磁力を発生させ、それによって前記可動子を減速させる減速固定子を備える、発射装置。

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