JP4829130B2

JP4829130B2 - 電磁加速装置

Info

Publication number: JP4829130B2
Application number: JP2007001907A
Authority: JP
Inventors: 良之阿曽; 一成生田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2027-01-10
Also published as: JP2008170033A

Description

本発明は、電磁加速装置に関し、さらに詳しくは、電極間にアークが発生して電極を溶損することを防止できるようにした電磁加速装置に関する。

従来、一方向に進行可能な飛翔体と、飛翔体の進路に沿って並べられた分割形電極と、その分割形電極を介して直列接続され且つ飛翔体の進路に沿って並べられた複数のソレノイドコイルと、飛翔体の進路に沿って延設された直線レール形電極と、飛翔体の進路に直交するコイル面を有し飛翔体に固定された可動コイルとを具備し、可動コイルの摺動電極がその位置に対応する分割電極および直線レール形電極に接触することにより可動コイルおよび可動コイルの位置よりも前方にあるソレノイドコイルが給電され、可動コイルとソレノイドコイルの間に働く電磁力により飛翔体を加速するコイルガンが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−１０１９９４号公報

上記コイルガンでは、可動コイルが進行する際、ある分割電極から次の分割電極に摺動電極が移る時にソレノイドコイルへの給電が瞬時絶たれる。
しかし、インダクタンスの大きなソレノイドコイルへの給電が瞬時絶たれると、ソレノイドコイルに大きな起電力が発生し、電極間にアークが発生し、電極を溶損する問題点があった。
そこで、本発明の目的は、電極間にアークが発生して電極を溶損することを防止できるようにした電磁加速装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、一方向に進行可能な飛翔体（１）と、前記飛翔体（１）の進路に直交するコイル面を有し前記飛翔体（１）に固定された可動コイル（２）と、前記飛翔体（１）と共に前記進路を進行する可動コイル（２）がコイル面の周辺から中心へ向かう磁場成分（φｔ）およびコイル面の中心から外側へ向かう磁場成分（φｓ）を交互に受けるような磁場を形成する定常磁場発生手段（３ａ，３ｂ，…）と、前記進路を進行する可動コイル（２）が前記磁場成分（φｔ）を受ける時および前記磁場成分（φｓ）を受ける時で逆向きの駆動電流を前記可動コイル（２）に流すための駆動電流供給手段（４ｐ，４ｎ，５ｎ，５ｐ，…）と、前記駆動電流の向きが逆向きに変わる直前に前記可動コイル（２）が保持しているエネルギーを散逸させるエネルギー散逸手段（１０ａ，１１ａ，１２ａ，…）とを具備したことを特徴とする電磁加速装置（１００）を提供する。
上記第１の観点による電磁加速装置（１００）では、ソレノイドコイルを定常磁場発生手段（３ａ，３ｂ，…）として使うことが出来るが、その場合でも、ソレノイドコイルへの給電が瞬時絶たれることがないので、ソレノイドコイルに大きな起電力が発生することがない。可動コイル（２）への給電は瞬時絶たれることがあるが、インダクタンスが小さいため、大きな起電力は発生しない。また、可動コイル（２）が保持しているエネルギーをエネルギー散逸手段（１０ａ，１１ａ，１２ａ，…）により散逸させている。よって、電極間にアークが発生して電極を溶損することを防止できる。

第２の観点では、本発明は、一方向に進行可能な飛翔体（１）と、前記飛翔体（１）の進路に平行なコイル面を有し前記飛翔体（１）の第１側面に固定された第１可動コイル（２ｕ）と、前記進路に平行なコイル面を有し前記飛翔体（１）の前記第１側面と反対側の第２側面に固定された第２可動コイル（２ｖ）と、前記飛翔体（１）と共に前記進路を進行する可動コイル（２ｕ）が前記第１側面から前記第２側面へ向かう磁場成分（φｕ）および前記第２側面から前記第１側面へ向かう磁場成分（φｖ）を交互に受けるような磁場を形成する定常磁場発生手段（２１ａ，２１ｂ，…）と、前記進路を進行する前記可動コイル（２ｕ，２ｖ）が前記磁場成分（φｕ）を受ける時および前記磁場成分（φｖ）を受ける時で逆向きの駆動電流を前記可動コイル（２ｕ，２ｖ）に流すための駆動電流供給手段（４ｐ，４ｎ，５ｎ，５ｐ，…）と、前記駆動電流の向きが逆向きに変わる直前に前記可動コイル（２ｕ，２ｖ）が保持しているエネルギーを散逸させるエネルギー散逸手段（１２ａ，１２ｂ，…）とを具備したことを特徴とする電磁加速装置（２００）を提供する。
上記第２の観点による電磁加速装置（２００）では、インダクタンスの大きなソレノイドコイルへの給電が瞬時絶たれる構成ではないので、ソレノイドコイルに大きな起電力が発生するといったことがない。可動コイル（２ｕ，２ｖ）への給電は瞬時絶たれることがあるが、インダクタンスが小さいため、大きな起電力は発生しない。また、可動コイル（２ｕ，２ｖ）が保持しているエネルギーをエネルギー散逸手段（１１２ａ，１２ｂ，…）により散逸させている。よって、電極間にアークが発生して電極を溶損することを防止できる。

本発明の電磁加速装置によれば、電極間にアークが発生して電極を溶損することを防止できる。

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。

図１〜図４は、実施例１に係る電磁加速装置１００を示す模式的構成説明図である。
この電磁加速装置１００は、ｚ方向に進行可能な飛翔体１と、ｘｙ面にコイル面を有し飛翔体１に固定された可動コイル２と、飛翔体１と共に進行する可動コイル２がコイル面の周辺から中心へ向かう磁場成分φｔおよびコイル面の中心から外側へ向かう磁場成分φｓを交互に受けるような磁場を形成する定常磁場コイル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、飛翔体１と共に進行する可動コイル２が磁場成分φｔを受ける時および磁場成分φｓを受ける時とで逆向きの駆動電流を可動コイル２に流すための分割電極４ｐ，４ｎ，５ｎ，５ｐ，６ｐ，６ｎ，７ｐ，７ｎ，８ｐ，８ｎと、駆動電流の向きが逆向きに変わる直前に可動コイル２に接触する散逸電極１０ａ，１１ａ，１０ｂ，１１ｂ，１０ｃ，１１ｃ，１０ｄ，１１ｄと、可動コイル２が保持しているエネルギーを散逸させるエネルギー散逸用抵抗１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとを具備している。

定常磁場コイル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、超電導コイルである。

図１に示すように、可動コイル２が定常磁場コイル３ａのｚ方向直前にあり、可動コイル２の駆動電流がｚ方向に見て時計回りで磁場成分φｔと交差している時、定常磁場コイル３ａに吸引される力ｆｄを受けるため、飛翔体１と共にｚ方向に加速される。

図２に示すように、可動コイル２が定常磁場コイル３ａの中心のｚ位置まで進行すると、可動コイル２が散逸電極１０ａ，１１ａに接触するため、可動コイル２が保持していたエネルギーがエネルギー散逸用抵抗１２ａにより散逸させられる。

図３に示すように、可動コイル２が定常磁場コイル３ａのｚ方向直後にあり、可動コイル２の駆動電流がｚ方向に見て反時計回りで磁場成分φｓと交差している時、定常磁場コイル３ａに反発される力ｆｒを受けるため、飛翔体１と共にｚ方向に加速される。

図４に示すように、可動コイル２が定常磁場コイル３ｂのｚ方向直前にあり、可動コイル２の駆動電流がｚ方向に見て反時計回りで磁場成分φｓと交差している時、定常磁場コイル３ｂに吸引される力ｆｄを受けるため、飛翔体１と共にｚ方向に加速される。
以下、同様にして、可動コイル２は、定常磁場コイル３ｂの反発力ｆｒ、定常磁場コイル３ｃの吸引力ｆｄ、定常磁場コイル３ｃの反発力ｆｒ、定常磁場コイル３ｄの吸引力ｆｄ、定常磁場コイル３ｄの反発力ｆｒを順に受け、加速される。

実施例１の電磁加速装置１００によれば次の効果が得られる。
（１）インダクタンスの大きな定常磁場コイル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの給電が瞬時絶たれることがないので、定常磁場コイル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに大きな起電力が発生することがない。可動コイル２への給電は瞬時絶たれることがあるが、インダクタンスが小さいため、大きな起電力は発生しない。また、可動コイル２が保持しているエネルギーはエネルギー散逸用抵抗１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにより散逸させられる。よって、電極間にアークが発生して電極を溶損するのを防止できる。
（２）定常磁場コイル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを超電導コイルにより構成したので、少ない損失で強い定常磁場を形成することが出来る。

図５〜図８は、実施例２に係る電磁加速装置２００を示す模式的構成説明図である。
この電磁加速装置２００は、ｚ方向に進行可能な飛翔体１と、ｘｚ面にコイル面を有し飛翔体１の第１側面に固定された第１可動コイル２ｕと、ｘｚ面にコイル面を有し飛翔体１の第１側面と反対側の第２側面に固定された第２可動コイル２ｖと、飛翔体１と共に進行する可動コイル２ｕが第１側面から第２側面へ向かう磁場成分φｕおよび第２側面から第１側面へ向かう磁場成分φｖを交互に受けるような磁場を形成する定常磁場磁石２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、飛翔体１と共に進行する可動コイル２ｕ，２ｖが磁場成分φｕを受ける時および磁場成分φｖを受ける時とで逆向きの駆動電流を可動コイル２ｕ，２ｖに流すための分割電極４ｐ，４ｎ，５ｎ，５ｐ，６ｐ，６ｎ，７ｐ，７ｎ，８ｐ，８ｎと、駆動電流の向きが逆向きに変わる直前に可動コイル２ｕ，２ｖに接触する散逸電極１０ａ，１１ａ，１０ｂ，１１ｂ，１０ｃ，１１ｃ，１０ｄ，１１ｄと、可動コイル２ｕ，２ｖが保持しているエネルギーを散逸させるエネルギー散逸用抵抗１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとを具備している。

可動コイル２ｕ，２ｖは、直列接続でもよいし、並列接続でもよい。

定常磁場磁石２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、永久磁石でもよいし、超電導磁石でもよい。

図５に示すように、可動コイル２ｕ，２ｖが定常磁場磁石２１ａのｚ方向直前にあり、可動コイル２ｕ，２ｖの駆動電流がｙ方向に見て反時計回りで磁場成分φｕと交差している時、定常磁場磁石２１ａに吸引される力ｆｄを受けるため、飛翔体１と共にｚ方向に加速される。

図６に示すように、可動コイル２ｕ，２ｖが定常磁場磁石２１ａの中心のｚ位置まで進行すると、可動コイル２ｕ，２ｖが散逸電極１０ａ，１１ａに接触するため、可動コイル２ｕ，２ｖが保持していたエネルギーがエネルギー散逸用抵抗１２ａにより散逸させられる。

図７に示すように、可動コイル２ｕ，２ｖが定常磁場磁石２１ａのｚ方向直後にあり、可動コイル２ｕ，２ｖの駆動電流がｙ方向に見て時計回りで磁場成分φｕと交差している時、定常磁場磁石２１ａに反発される力ｆｒを受けるため、飛翔体１と共にｚ方向に加速される。

図８に示すように、可動コイル２ｕ，２ｖが定常磁場磁石２１ｂのｚ方向直前にあり、可動コイル２ｕ，２ｖの駆動電流がｙ方向に見て時計回りで磁場成分φｖと交差している時、定常磁場磁石２１ｂに吸引される力ｆｄを受けるため、飛翔体１と共にｚ方向に加速される。
以下、同様にして、可動コイル２ｕ，２ｖは、定常磁場磁石２１ｂの反発力ｆｒ、定常磁場磁石２１ｃの吸引力ｆｄ、定常磁場磁石２１ｃの反発力ｆｒ、定常磁場磁石２１ｄの吸引力ｆｄ、定常磁場磁石２１ｄの反発力ｆｒを順に受け、加速される。

実施例２の電磁加速装置２００によれば次の効果が得られる。
（１）インダクタンスの大きなソレノイドコイルへの給電が瞬時絶たれる構成ではないので、ソレノイドコイルに大きな起電力が発生するといったことがない。可動コイル２ｕ，２ｖへの給電は瞬時絶たれることがあるが、インダクタンスが小さいため、大きな起電力は発生しない。また、可動コイル２ｕ，２ｖが保持しているエネルギーはエネルギー散逸用抵抗１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにより散逸させられる。よって、電極間にアークが発生して電極を溶損するのを防止できる。
（２）定常磁場磁石２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを永久磁石とすれば、定常磁場発生用の電源が不要となる。定常磁場磁石２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを超電導磁石とすれば、強い定常磁場を永久電流により形成でき、損失を少なくすることが出来る。

本発明の電磁加速装置は、耐衝撃試験などに利用できる。

実施例１に係る電磁加速装置を示す模式的構成説明図である。実施例１に係る電磁加速装置を示す模式的構成説明図である。実施例１に係る電磁加速装置を示す模式的構成説明図である。実施例１に係る電磁加速装置を示す模式的構成説明図である。実施例２に係る電磁加速装置を示す模式的構成説明図である。実施例２に係る電磁加速装置を示す模式的構成説明図である。実施例２に係る電磁加速装置を示す模式的構成説明図である。実施例２に係る電磁加速装置を示す模式的構成説明図である。

符号の説明

１飛翔体
２，２ｕ，２ｖ可動コイル
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ定常磁場コイル
４ｐ，４ｎ，５ｎ，５ｐ，… 分割電極
１０ａ，１１ａ，１０ｂ，１１ｂ，… 散逸電極
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄエネルギー散逸用抵抗
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ定常磁場磁石
１００，２００電磁加速装置

Claims

一方向に進行可能な飛翔体（１）と、前記飛翔体（１）の進路に直交するコイル面を有し前記飛翔体（１）に固定された可動コイル（２）と、前記飛翔体（１）と共に前記進路を進行する可動コイル（２）がコイル面の周辺から中心へ向かう磁場成分（φｔ）およびコイル面の中心から外側へ向かう磁場成分（φｓ）を交互に受けるような磁場を形成する定常磁場発生手段（３ａ，３ｂ，…）と、前記進路を進行する可動コイル（２）が前記磁場成分（φｔ）を受ける時および前記磁場成分（φｓ）を受ける時で逆向きの駆動電流を前記可動コイル（２）に流すための駆動電流供給手段（４ｐ，４ｎ，５ｎ，５ｐ，…）と、前記駆動電流の向きが逆向きに変わる直前に前記可動コイル（２）が保持しているエネルギーを散逸させるエネルギー散逸手段（１０ａ，１１ａ，１２ａ，…）とを具備したことを特徴とする電磁加速装置（１００）。
一方向に進行可能な飛翔体（１）と、前記飛翔体（１）の進路に平行なコイル面を有し前記飛翔体（１）の第１側面に固定された第１可動コイル（２ｕ）と、前記進路に平行なコイル面を有し前記飛翔体（１）の前記第１側面と反対側の第２側面に固定された第２可動コイル（２ｖ）と、前記飛翔体（１）と共に前記進路を進行する可動コイル（２ｕ）が前記第１側面から前記第２側面へ向かう磁場成分（φｕ）および前記第２側面から前記第１側面へ向かう磁場成分（φｖ）を交互に受けるような磁場を形成する定常磁場発生手段（２１ａ，２１ｂ，…）と、前記進路を進行する前記可動コイル（２ｕ，２ｖ）が前記磁場成分（φｕ）を受ける時および前記磁場成分（φｖ）を受ける時で逆向きの駆動電流を前記可動コイル（２ｕ，２ｖ）に流すための駆動電流供給手段（４ｐ，４ｎ，５ｎ，５ｐ，…）と、前記駆動電流の向きが逆向きに変わる直前に前記可動コイル（２ｕ，２ｖ）が保持しているエネルギーを散逸させるエネルギー散逸手段（１０ａ，１１ａ，１２ａ，…）とを具備したことを特徴とする電磁加速装置（２００）。