KR102175489B1 - Coil gun - Google Patents

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KR102175489B1
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송명근
이용규
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한화디펜스 주식회사
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    • F41B—WEAPONS FOR PROJECTING MISSILES WITHOUT USE OF EXPLOSIVE OR COMBUSTIBLE PROPELLANT CHARGE; WEAPONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F41B6/00—Electromagnetic launchers ; Plasma-actuated launchers
    • F41B6/003—Electromagnetic launchers ; Plasma-actuated launchers using at least one driving coil for accelerating the projectile, e.g. an annular coil

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Abstract

본 발명은 코일건에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 코일건은 내부에 발사체가 장전되는 발사관과, 상기 발사관을 둘러싸며 상기 발사관의 길이 방향을 따라 직렬로 이격 배치된 복수의 제1 고정자 코일부와, 상기 복수의 제1 고정자 코일부의 외주면을 각각 둘러싸는 복수의 제2 고정자 코일부, 그리고 상기 발사관 내부에서 상기 복수의 고정자 코일부에서 생성된 자기장에 의해 이동하는 전기자 코일부를 가지고 상기 발사체에 동력을 전달하는 가동 블록을 포함한다.The present invention relates to a coil gun, and the coil gun according to an embodiment of the present invention includes a launch tube in which a projectile is loaded, and a plurality of first stators surrounding the launch tube and spaced apart in series along the longitudinal direction of the launch tube. A coil unit, a plurality of second stator coil units each surrounding an outer circumferential surface of the plurality of first stator coil units, and an armature coil unit moving by a magnetic field generated by the plurality of stator coil units inside the launch tube It includes a movable block for transmitting power to the projectile.

Description

코일건{COIL GUN}Coil gun {COIL GUN}

본 발명은 코일건에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자 부품을 탑재한 발사체를 발사하는 코일건에 관한 것이다.The present invention relates to a coil gun, and more particularly, to a coil gun for firing a projectile equipped with an electronic component.

일반적으로 코일건(coil gun)은 원통 모양의 코일에 순간적으로 강한 전류를 흘려 그 안의 유도 코일이 장착된 탄체를 리니어 모터(linear motor)와 같은 원리로 가속하는 방법을 이용한 각종 포를 말한다.In general, a coil gun refers to various types of guns using a method of accelerating a bullet body equipped with an induction coil therein by instantaneously flowing a strong current through a cylindrical coil using the same principle as a linear motor.

예를 들어, 코일건은 여러 개의 원통형 코일을 일정 간격을 두고 직렬로 배치되고, 코일의 중앙 통로 한 쪽 끝에 발사체를 위치시킨다. 그리고 여러 코일 중 발사체가 위치한 쪽의 첫 번째 코일에 전원을 인가하면, 전원이 인가된 코일은 자기장을 형성하고, 발사체는 자기장에 의해 코일의 중앙으로 향하는 힘을 받게 된다. 코일 중앙을 발사체가 지나면 첫 번째 코일에 인가된 전원을 차단하고, 두 번째 코일에 전원을 인가한다. 이와 같은 방법으로, 발사체가 발사되는 방향에 위치하는 코일에 전원을 순차적으로 인가함으로써, 자기장에 의한 발사체의 발사가 가능해진다.For example, in a coil gun, several cylindrical coils are placed in series at regular intervals, and a projectile is placed at one end of the central passage of the coil. In addition, when power is applied to the first coil on the side of the projectile, among several coils, the coil to which the power is applied forms a magnetic field, and the projectile receives a force directed toward the center of the coil by the magnetic field. When the projectile passes through the center of the coil, the power applied to the first coil is cut off and power is applied to the second coil. In this way, by sequentially applying power to the coil positioned in the direction in which the projectile is launched, the projectile can be launched by the magnetic field.

또한, 코일에 전원을 인가하는 전원 장치는 고출력 전류 형태로 전기 에너지를 코일에 공급하며, 코일이 생성하는 자기 에너지는 공급받는 전류의 크기에 따라 변화된다. 그리고 발사체에 마련된 유도 코일은 원통형 코일에서 생성된 자기장으로 인하여 전자기 유도 현상으로 자기 에너지를 운동 에너지로 변환하여 발사 방향으로 가속된다.In addition, a power supply device that applies power to the coil supplies electric energy to the coil in the form of a high output current, and the magnetic energy generated by the coil changes according to the magnitude of the supplied current. In addition, the induction coil provided in the launch vehicle is accelerated in the launch direction by converting magnetic energy into kinetic energy through an electromagnetic induction phenomenon due to the magnetic field generated by the cylindrical coil.

이와 같이, 전자기 유도 현상을 이용한 코일건은 고정자 코일에 전류를 인가하였을 때 생기는 자기장으로 인하여 고정자 코일과 전기자 코일 사이에서 발생하는 척력으로 발사체를 사출하는데, 척력이 발생되는 시점에 고정자 코일은 고정되어 있기 때문에 전기자 코일만 이동하면서 발사체를 사출하게 된다. 그리고 고정자 코일에 전류가 인가되는 시점에서 고정자 코일과 전기자 코일의 위치에 따라 사출 방향이 결정된다.In this way, the coil gun using the electromagnetic induction phenomenon ejects the projectile with the repulsive force generated between the stator coil and the armature coil due to the magnetic field generated when a current is applied to the stator coil, and the stator coil is fixed at the time when the repulsive force is generated. Therefore, the projectile is ejected while only the armature coil moves. In addition, when current is applied to the stator coil, the injection direction is determined according to the positions of the stator coil and the armature coil.

그런데 코일건에서 하나의 고정자 코일로 발생시킬 수 있는 전자력의 세기에 한계가 있으며, 발생되는 전자력에 비례하여 큰 힘을 견딜 수 있는 구조적 강성을 가져야 하는 문제점이 있다.However, there is a limitation in the strength of the electromagnetic force that can be generated by one stator coil in the coil gun, and there is a problem in that it must have structural rigidity capable of withstanding a large force in proportion to the generated electromagnetic force.

본 발명의 실시예는 단위 고정자 코일이 발생시키는 전자력의 세기를 상승시켜 고정자 코일에 전류를 공급하는 시스템의 부품 사양을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 고정자 코일을 지지하기 위해 요구되는 구조적 강성도 낮춘 코일건을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a coil gun that not only lowers the specification of parts of a system that supplies current to the stator coil by increasing the strength of the electromagnetic force generated by the unit stator coil, but also lowers the structural rigidity required to support the stator coil. do.

본 발명의 실시예에 따르면, 코일건은 내부에 발사체가 장전되는 발사관과, 상기 발사관을 둘러싸며 상기 발사관의 길이 방향을 따라 직렬로 이격 배치된 복수의 제1 고정자 코일부와, 상기 복수의 제1 고정자 코일부의 외주면을 각각 둘러싸는 복수의 제2 고정자 코일부, 그리고 상기 발사관 내부에서 상기 복수의 고정자 코일부에서 생성된 자기장에 의해 이동하는 전기자 코일부를 가지고 상기 발사체에 동력을 전달하는 가동 블록을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the coil gun includes a launch tube in which a projectile is loaded, a plurality of first stator coil units surrounding the launch tube and spaced apart in series along the longitudinal direction of the launch tube, and the plurality of 1 Operation of transmitting power to the projectile having a plurality of second stator coil units each surrounding the outer circumference of the stator coil unit, and an armature coil unit moving by the magnetic field generated by the plurality of stator coil units inside the launch tube Includes blocks.

또한, 상기한 코일건은 상기 복수의 제1 고정자 코일부 및 상기 복수의 제2 고정자 코일부마다 개별적으로 전원을 공급하는 전원 공급 시스템과, 상기 전원 공급 시스템을 제어하는 발사 통제 장치를 더 포함할 수 있다.In addition, the coil gun further includes a power supply system for individually supplying power to each of the plurality of first stator coil units and the plurality of second stator coil units, and a launch control device for controlling the power supply system. I can.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 코일건은 내부에 발사체가 장전되는 발사관과, 상기 발사관을 둘러싸며 상기 발사관의 길이 방향을 따라 직렬로 이격 배치되며 유도 코일로 만들어진 복수의 제1 고정자 코일부와, 상기 복수의 제1 고정자 코일부를 전부 둘러싸며 초전도 소재로 만들어진 제2 고정자 코일부, 그리고 상기 발사관 내부에서 상기 복수의 고정자 코일부에서 생성된 자기장에 의해 이동하는 전기자 코일부를 가지고 상기 발사체에 동력을 전달하는 가동 블록을 포함한다.In addition, according to another embodiment of the present invention, the coil gun includes a launch tube in which a projectile is loaded, and a plurality of first stator noses surrounding the launch tube and spaced apart in series along the longitudinal direction of the launch tube and made of an induction coil. The second stator coil part is made of a superconducting material and surrounds all of the plurality of first stator coil parts, and an armature coil part moving by the magnetic field generated by the plurality of stator coil parts inside the launch tube. It includes a movable block that transmits power to the projectile.

그리고 상기 제2 고정자 코일부의 중간 지점과 상기 제2 고정자 코일부의 상기 발사체의 사출 방향 단부 사이에 상기 복수의 제1 고정자 코일부가 마련될 수 있다.In addition, the plurality of first stator coil units may be provided between an intermediate point of the second stator coil unit and an end portion in the ejection direction of the projectile of the second stator coil unit.

상기 초전도 소재는 고온 초전도(high temperature superconductivity)체일 수 있다.The superconducting material may be a high temperature superconductivity.

또한, 상기한 코일건은 상기 복수의 제1 고정자 코일부 및 상기 제2 고정자 코일부마다 개별적으로 전원을 공급하는 전원 공급 시스템과, 상기 전원 공급 시스템을 제어하는 발사 통제 장치를 더 포함할 수 있다.In addition, the coil gun may further include a power supply system for individually supplying power to each of the plurality of first stator coil units and the second stator coil units, and a launch control device that controls the power supply system. .

본 발명의 실시예에 따른 코일건은 단위 고정자 코일이 발생시키는 전자력의 세기를 상승시켜 고정자 코일에 전류를 공급하는 시스템의 부품 사양을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 고정자 코일을 지지하기 위해 요구되는 구조적 강성도 낮출 수 있다.The coil gun according to the embodiment of the present invention not only reduces the specification of parts of the system supplying current to the stator coil by increasing the strength of the electromagnetic force generated by the unit stator coil, but also lowers the structural rigidity required to support the stator coil. I can.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 코일건을 나타낸 구성도이다.
도 1의 코일건에 사용된 제1 고정자 코일부, 제2 고정자 코일부, 및 전기자 코일부를 포함하는 가동 블록을 나타낸 사시도이다.
도 1의 코일건에서 3단으로 적층된 제1 고정자 코일부 및 제2 고정자 코일부의 단면도이다.
도 4는 도 1의 코일건의 기본적인 동작 원리를 나타낸 구성도이다.
도 5는 도 1의 코일건에서 척력이 발생되는 원리를 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실험예와 비교예를 대비하여 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 코일건에 사용된 제1 고정자 코일부와 제2 고정자 코일부의 단면도이다.1 is a block diagram showing a coil gun according to a first embodiment of the present invention.
A perspective view showing a movable block including a first stator coil part, a second stator coil part, and an armature coil part used in the coil gun of FIG. 1.
A cross-sectional view of a first stator coil unit and a second stator coil unit stacked in three stages in the coil gun of FIG. 1.
4 is a block diagram showing a basic operation principle of the coil gun of FIG. 1.
5 is a conceptual diagram showing a principle of generating a repulsive force in the coil gun of FIG. 1.
6 is a graph showing experimental results in comparison with the experimental example and the comparative example according to the first embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view of a first stator coil part and a second stator coil part used in a coil gun according to a second embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.

또한, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 제2 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In addition, in various embodiments, components having the same configuration are typically described in the first embodiment by using the same reference numerals, and in other second embodiments, only configurations different from the first embodiment will be described. do.

도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.It is noted that the drawings are schematic and are not drawn to scale. Relative dimensions and ratios of parts in the drawings are exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the drawings, and arbitrary dimensions are merely exemplary and not limiting. In addition, the same reference numerals are used to indicate similar features to the same structure, element, or part appearing in two or more drawings.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.Examples of the present invention specifically represent an ideal embodiment of the present invention. As a result, various variations of the illustration are expected. Accordingly, the embodiment is not limited to a specific shape in the illustrated area, and includes, for example, a modification of the shape by manufacturing.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 코일건(101)을 설명한다.Hereinafter, a coil gun 101 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일건(101)은 발사관(300), 복수의 제1 고정자 코일부(400), 복수의 제2 고정자 코일부(500), 및 가동 블록(600)을 포함한다.As shown in Figure 1, the coil gun 101 according to an embodiment of the present invention includes a launch tube 300, a plurality of first stator coil units 400, a plurality of second stator coil units 500, and It includes a movable block 600.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 코일건(101)은 전원 공급 시스템(700), 발사 통제 장치(900), 및 발사대(800)를 더 포함할 수도 있다.In addition, the coil gun 101 according to the first embodiment of the present invention may further include a power supply system 700, a launch control device 900, and a launch pad 800.

발사관(300)의 내부에는 발사체(200)가 장전된다. 발사체(200)는 전자 부품을 탑재한 미사일일 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 발사체(200)는 해당 기술분야에 공지된 다양한 탄체를 모두 포함할 수 있다. 또한, 일례로, 발사관(300)은 원통형으로 형성될 수 있다.The projectile 200 is loaded inside the launch tube 300. The projectile 200 may be a missile equipped with an electronic component. However, the exemplary embodiment of the present invention is not limited thereto, and the projectile 200 may include all various ammunitions known in the art. In addition, as an example, the launch tube 300 may be formed in a cylindrical shape.

발사대(800)는 발사관(300)을 지지한다. 그리고 발사대(800)는 필요에 따라 발사관(300)의 발사 각도를 조절할 수 있다.The launch pad 800 supports the launch tube 300. And the launch pad 800 may adjust the launch angle of the launch tube 300 as needed.

복수의 제1 고정자 코일부(400)는 발사관(300)의 외주면을 둘러싸며 발사관(300)의 길이 방향을 따라 직렬로 이격 배치된다. 즉, 복수의 고정자 코일부(400)는 발사관(300)의 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 배열된다.The plurality of first stator coil units 400 surround the outer circumferential surface of the launch tube 300 and are spaced apart in series along the longitudinal direction of the launch tube 300. That is, the plurality of stator coil units 400 are arranged at regular intervals along the longitudinal direction of the launch tube 300.

복수의 제2 고정자 코일부(500)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 제1 고정자 코일부(400)의 외주면을 각각 둘러쌀 수 있다. 즉, 하나의 단위 고정자 코일부는 제1 고정자 코일부(400)와 제2 고정자 코일부(500)가 중첩된 형태로 마련될 수 있다.The plurality of second stator coil units 500 may respectively surround outer circumferential surfaces of the plurality of first stator coil units 400, as shown in FIG. 2. That is, one unit stator coil unit may be provided in a form in which the first stator coil unit 400 and the second stator coil unit 500 are overlapped.

구체적으로, 제1 고정자 코일부(400) 및 제2 고정자 코일부(500)는 각각 복수의 단으로 마련된다. 그리고 각 단은 단위 고정자 코일이 될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 고정자 코일부(400) 및 제2 고정자 코일부(500)는 총 3단으로 구성될 수 있다. 즉, 제1 고정자 코일부(400)는 1단 제1 고정자 코일부(410), 2단 제1 고정자 코일부(420), 및 3단 제1 고정자 코일부(430)를 포함할 수 있다. 그리고 제2 고정자 코일부(500)는 1단 제2 고정자 코일부(510), 2단 제2 고정자 코일부(520), 및 3단 제2 고정자 코일부(530)를 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예가 후술할 설명에 한정되는 것은 아니며, 코일건(101)은 총 4단 이상의 제1 고정자 코일부(400) 및 제2 고정자 코일부(500)를 가질 수도 있다.Specifically, the first stator coil unit 400 and the second stator coil unit 500 are each provided with a plurality of stages. And each stage can be a unit stator coil. For example, as shown in FIG. 3, the first stator coil unit 400 and the second stator coil unit 500 may be configured in a total of three stages. That is, the first stator coil unit 400 may include a first stage first stator coil unit 410, a second stage first stator coil unit 420, and a third stage first stator coil unit 430. In addition, the second stator coil unit 500 may include a first stage second stator coil unit 510, a second stage second stator coil unit 520, and a third stage second stator coil unit 530. However, the first embodiment of the present invention is not limited to the description to be described later, and the coil gun 101 may have a total of four or more stages of the first stator coil unit 400 and the second stator coil unit 500.

가동 블록(600)은, 앞서 도 1에 도시한 바와 같이, 발사체 받침부(620)와 전기자 코일부(640)를 포함한다. 발사체 받침부(620)는 발사관(300) 내에서 발사체(200)를 지지한다. 그리고 전기자 코일부(640)는 발사체 받침부(620)의 후방에 위치하며, 복수의 제1 고정자 코일부(400) 및 제2 고정자 코일부(500)와 동축으로 배치된다. 전기자 코일부(640)는 제1 고정자 코일부(400) 및 제2 고정자 코일부(500)에 전류가 유도되면서 생성되는 자기장에 의해 이동하며, 발사체 받침부(620)에 지지된 발사체(200)에 동력을 전달한다.The movable block 600 includes a projectile support part 620 and an armature coil part 640, as shown in FIG. 1 above. The projectile support part 620 supports the projectile 200 in the launch tube 300. In addition, the armature coil unit 640 is located at the rear of the projectile support unit 620 and is disposed coaxially with the plurality of first stator coil units 400 and the second stator coil units 500. The armature coil unit 640 is moved by a magnetic field generated while current is induced in the first stator coil unit 400 and the second stator coil unit 500, and the projectile 200 supported by the projectile support unit 620 Transmits power to

도 2는 제1 고정자 코일부(400)와 제2 고정자 코일부(500)가 중첩되고, 가동 블록(600)에 내장된 전기자 코일부(640)가 제1 고정자 코일부(400) 및 제2 고정자 코일부(500)와 동축으로 배치된 상태를 나타낸다.FIG. 2 shows that the first stator coil part 400 and the second stator coil part 500 overlap, and the armature coil part 640 built in the movable block 600 includes a first stator coil part 400 and a second It shows a state disposed coaxially with the stator coil unit 500.

전원 공급 시스템(700)은 복수의 제1 고정자 코일부(400) 및 복수의 제2 코정자 코일부(500)마다 개별적으로 전원을 공급한다. 일례로, 전원 공급 시스템(700)은 고출력 펄스 전류를 복수의 제1 고정자 코일부(400) 및 복수의 제2 고정자 코일부(500)에 공급한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 코일건(101)이 발사체(200)를 발사하기 위해서는 복수의 제1 고정자 코일부(400) 및 복수의 제2 고정자 코일부(500)마다 전원을 순차적으로 인가하여야 자기장에 의한 발사체(200)의 발사가 가능해진다. 따라서, 전원 공급 시스템(700)은 복수의 제1 고정자 코일부(400) 및 복수의 제2 고정자 코일부(500)마다 개별적으로 전원을 공급할 수 있어야 하며, 전원 공급 시기도 정밀하게 제어할 수 있어야 한다.The power supply system 700 individually supplies power to each of the plurality of first stator coil units 400 and the plurality of second coordinator coil units 500. For example, the power supply system 700 supplies a high-output pulse current to the plurality of first stator coil units 400 and the plurality of second stator coil units 500. In order for the coil gun 101 according to the first embodiment of the present invention to launch the projectile 200, power is sequentially applied to each of the plurality of first stator coil units 400 and the plurality of second stator coil units 500 Only when it is possible to launch the projectile 200 by the magnetic field. Therefore, the power supply system 700 must be able to individually supply power to each of the plurality of first stator coil units 400 and the plurality of second stator coil units 500, and precisely control the power supply timing. do.

이와 같이, 전원 공급 시스템(700)으로부터 전류를 공급 받는 복수의 제1 고정자 코일부(400) 및 복수의 제2 고정자 코일부(500)에 일 방향으로 전류가 인가되면 자기장에 의한 추력(推力)이 생성된다.As described above, when current is applied to the plurality of first stator coil units 400 and the plurality of second stator coil units 500 receiving current from the power supply system 700 in one direction, thrust by the magnetic field Is created.

구체적으로, 복수의 제1 고정자 코일부(400) 및 복수의 제2 고정자 코일부(500) 중 발사체(200)의 발사 방향을 기준으로 전기자 코일부(640)의 현재 위치 후방에 위치한 제1 고정자 코일부(400) 및 제2 고정자 코일부(500)가 전기자 코일부(640)에 추력(推力)을 가하게 된다. 본 명세서에서, 전방과 후방은 발사체(200)의 발사 방향을 기준으로 정의된다. 이에, 전기자 코일부(640)가 이동하면서 발사체(200)에 동력을 전달한다.Specifically, among the plurality of first stator coil units 400 and the plurality of second stator coil units 500, a first stator located behind the current position of the armature coil unit 640 based on the launch direction of the projectile 200 The coil unit 400 and the second stator coil unit 500 apply a thrust force to the armature coil unit 640. In this specification, the front and rear are defined based on the launch direction of the projectile 200. Accordingly, while the armature coil unit 640 moves, power is transmitted to the projectile 200.

도 4를 참조하여 코일건(101)의 발사 원리를 다시 한번 설명하면, 전원 공급 시스템(700)이 제1 고정자 코일부(400) 및 제2 고정자 코일부(500)에 전원을 인가하면, 즉 전기 에너지를 공급하면, 제1 고정자 코일부(400) 및 제2 고정자 코일부(500)는 자기장을 형성한다. 이때, 자기장의 세기는 공급된 전류의 크기에 비례한다. 그리고 가공 블록(600)의 전기자 코일부(640)는 제1 고정자 코일부(400) 및 제2 고정자 코일부(500)가 생성한 자기장, 즉 자기 에너지에 의해 전자기 유도 현상으로 이동하면서, 운동 에너지를 생성한다. 그러면, 가공 블록(600)이 갖는 운동 에너지에 의해 발사체(200)가 추진력을 얻어 발사된다.When the firing principle of the coil gun 101 is described with reference to FIG. 4 again, when the power supply system 700 applies power to the first stator coil unit 400 and the second stator coil unit 500, that is, When electric energy is supplied, the first stator coil unit 400 and the second stator coil unit 500 form a magnetic field. At this time, the strength of the magnetic field is proportional to the magnitude of the supplied current. In addition, the armature coil unit 640 of the processing block 600 moves to an electromagnetic induction phenomenon by the magnetic field generated by the first stator coil unit 400 and the second stator coil unit 500, that is, magnetic energy, and kinetic energy Create Then, by the kinetic energy of the processing block 600, the projectile 200 is launched by obtaining a thrust.

특히, 본 발명의 제1 실시예와 같이, 제1 고정자 코일부(400)와 제2 고정자 코일부(500)를 중첩시켜 사용하면, 도 5에 도시한 바와 같이, 전기자 코일부(640)에 힘이 작용하게 된다. 구체적으로, 전기자 코일부(640)에 작용하는 힘은 아래 수학식 1과 같다.In particular, as in the first embodiment of the present invention, when the first stator coil unit 400 and the second stator coil unit 500 are overlapped and used, as shown in FIG. 5, the armature coil unit 640 The force comes into play. Specifically, the force acting on the armature coil unit 640 is shown in Equation 1 below.

Figure 112018102307219-pat00001
Figure 112018102307219-pat00001

여기서, Fz가 전기자 코일부(640)에 작용하는 힘이라면, is1은 제1 고정자 코일부(400)에 흐르는 전류이고, is2는 제2 고정자 코일부(500)에 흐르는 전류이며, ia는 전기자 코일부(640)에 유도된 전류이고, Ma1은 전기자 코일부(640)와 제1 고정자 코일부(400) 사이의 상호 인덕턴스이며, Ma2 는 전기자 코일부(640)와 제2 고정자 코일부(500) 사이의 상호 인덕턴스이다.Here, if F z is the force acting on the armature coil unit 640, i s1 is a current flowing through the first stator coil unit 400, i s2 is a current flowing through the second stator coil unit 500, i a is the current induced in the armature coil unit 640, M a1 is the mutual inductance between the armature coil unit 640 and the first stator coil unit 400, and M a2 is the armature coil unit 640 and the second This is the mutual inductance between the stator coil units 500.

즉, 수학식 1과 같이, 전기자 코일부(640)에 작용하는 힘은 제1 고정자 코일부(400)와 제2 고정자 코일부(500)에 의해 작용하는 힘의 합으로 계산된다.That is, as shown in Equation 1, the force acting on the armature coil unit 640 is calculated as the sum of the forces acting by the first stator coil unit 400 and the second stator coil unit 500.

발사 통제 장치(900)는 전원 공급 시스템(700)을 제어한다. 즉, 발사 통제 장치(900)의 제어에 따라 전원 공급 시스템(700)이 복수의 제1 고정자 코일부(400)와 복수의 제2 고정자 코일부(500)에 고출력 펄스 전류를 공급하게 된다.The launch control device 900 controls the power supply system 700. That is, the power supply system 700 supplies a high-output pulse current to the plurality of first stator coil units 400 and the plurality of second stator coil units 500 under the control of the launch control device 900.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 코일건(101)은 단위 고정자 코일이 발생시키는 전자력의 세기를 상승시켜 전체 고정자 코일부(400, 500)에 전류를 공급하는 시스템의 부품 사양을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 전체 고정자 코일부(400, 500)를 지지하기 위해 요구되는 구조적 강성도 낮출 수 있다. 여기서, 일례로, 1단 제1 고정자 코일부(410)와 1단 제2 고정자 코일부(510)가 묶여서 하나의 단위 고정자 코일을 형성할 수 있다.With such a configuration, the coil gun 101 according to the first embodiment of the present invention increases the strength of the electromagnetic force generated by the unit stator coil and supplies current to the entire stator coil units 400 and 500. Not only can the specification be lowered, but also the structural rigidity required to support the entire stator coil units 400 and 500 can be lowered. Here, as an example, the first-stage first stator coil unit 410 and the first-stage second stator coil unit 510 may be bundled to form one unit stator coil.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 실험예와 비교예를 살펴본다. 실험예는 제1 고정자 코일부(400)와 제2 고정자 코일부(500)를 모두 사용하고, 비교예는 제1 고정자 코일부(400)만 사용한 경우이다. 그리고 실험 과정에서 발생하는 허용 오차 범위 내에서 실험예와 비교예 각각에 동일한 전류를 공급하고, 전기자 코일부(640)의 속도를 측정하였다. 도 6은 전기자 코일부(640)가 자기력에 의해 이동하는 속도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.Hereinafter, an experimental example and a comparative example according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6. In the experimental example, both the first stator coil unit 400 and the second stator coil unit 500 are used, and the comparative example is a case where only the first stator coil unit 400 is used. In addition, the same current was supplied to each of the experimental examples and the comparative examples within the allowable error range generated during the experiment, and the speed of the armature coil unit 640 was measured. 6 is a graph showing a result of measuring the speed at which the armature coil unit 640 moves by magnetic force.

도 6에 도시한 바와 같이, 제1 고정자 코일부(400)와 제2 고정자 코일부(500)를 중첩하여 사용한 실험예가 비교예와 대비하여 월등히 높은 속도를 가짐을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 실험예가 더 빠른 속도로 발사체를 사출할 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 6, it can be seen that the experimental example in which the first stator coil part 400 and the second stator coil part 500 are overlapped and used has a significantly higher speed compared to the comparative example. That is, it can be seen that the experimental example according to the first embodiment of the present invention can eject the projectile at a higher speed.

따라서, 고정자 코일부(400, 500)의 단수를 늘리지 않고도, 즉 3단으로 구성된 고정자 코일부(400, 500)를 5단으로 늘리지 않고도 발사체(200)를 더 빠른 속도로 사출할 수 있다.Accordingly, it is possible to inject the projectile 200 at a higher speed without increasing the number of stages of the stator coil units 400 and 500, that is, without increasing the stator coil units 400 and 500 composed of three stages to five stages.

또한, 코일건(101)이 사출하는 발사체(200)의 속도를 유지하면서 사용되는 고정자 코일부(400, 500)의 전체 단수를 줄일 수도 있다.In addition, it is possible to reduce the total number of stages of the stator coil units 400 and 500 used while maintaining the speed of the projectile 200 from which the coil gun 101 is ejected.

또한, 동일한 성능을 유지하면서 고정자 코일부(400, 500)의 단위별 크기를 줄일수도 있다. In addition, it is possible to reduce the size of each unit of the stator coil units 400 and 500 while maintaining the same performance.

따라서, 전체 고정자 코일부(400, 500)를 지지하기 위해 요구되는 구조적 강성도 낮출 수 있다.Accordingly, structural rigidity required to support the entire stator coil units 400 and 500 may be reduced.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 코일건(102)을 설명한다.Hereinafter, a coil gun 102 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7.

본 발명의 제2 실시예에 따르면, 코일건(102)에 사용된 제2 고정자 코일부(500)가 복수의 제1 고정자 코일부(400)를 전부 둘러싼다. 그리고 제2 고정자 코일부(500)는 초전도 소재로 만들어진다. 여기서, 초전도 소재는 고온 초전도(high temperature superconductivity)체일 수 있다.According to the second embodiment of the present invention, the second stator coil unit 500 used in the coil gun 102 surrounds all of the plurality of first stator coil units 400. And the second stator coil part 500 is made of a superconducting material. Here, the superconducting material may be a high temperature superconductivity.

또한, 하나의 제2 고정자 코일부(500)가 초전도 소재로 만들어질 경우 그 특성을 고려하여, 제2 고정자 코일부(500)의 중간 지점(C)과 제2 고정자 코일부(500)의 발사체의 사출 방향 단부 사이에 복수의 제1 고정자 코일부(400)가 배치되는 것이 바람직하다.In addition, when one second stator coil part 500 is made of a superconducting material, considering its characteristics, the intermediate point C of the second stator coil part 500 and the launch vehicle of the second stator coil part 500 It is preferable that the plurality of first stator coil units 400 are disposed between the end portions in the injection direction.

또한, 초전도(superconductor) 소재는 극저온, 즉 절대온도 4K 내지 100K 범위 내에서 초전도 현상이 발생하는 소재이다. 초전도 소재는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지되어 있다. 일례로, 초전도 소재는 고온 초전도(high temperature superconductivity)체일 수 있다. 고온 초전도체는 상대적으로 높은 절대온도 30K 내지 77K에서 초전도 현상을 나타내는 소재를 말한다.In addition, the superconductor material is a material in which a superconducting phenomenon occurs at a cryogenic temperature, that is, in an absolute temperature of 4K to 100K. Superconducting materials are known to those skilled in the art. For example, the superconducting material may be a high temperature superconductivity. The high-temperature superconductor refers to a material that exhibits superconductivity at a relatively high absolute temperature of 30K to 77K.

이와 같이, 초전도 소재로 만들어진 제2 고정자 코일부(500)에 저항이 극히 낮은 상태에서 전류가 흐르면 높은 자기장이 생성된다. 그리고 초전도 소재로 만들어진 제2 고정자 코일부(500)가 높은 운전 전류를 생성하기 위해서는, 초전도 소재로 만들어진 제2 고정자 코일부(500)가 임계 온도 이하의 극저온 상태로 유지되어야 한다.As described above, when a current flows through the second stator coil unit 500 made of a superconducting material with an extremely low resistance, a high magnetic field is generated. In addition, in order for the second stator coil unit 500 made of a superconducting material to generate a high operating current, the second stator coil unit 500 made of a superconducting material must be maintained in a cryogenic state below a critical temperature.

따라서, 도시하지는 않았지만, 냉각 장치를 통해 초전도 소재로 만들어진 제2 고정자 코일부((500)를 냉각시켜 극저온 상태로 유지시킬 수 있다.Accordingly, although not shown, the second stator coil unit 500 made of a superconducting material may be cooled through a cooling device and maintained in a cryogenic state.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 코일건은 단위 고정자 코일이 발생시키는 전자력의 세기를 상승시켜 전체 고정자 코일부(400, 500)에 전류를 공급하는 시스템의 부품 사양을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 전체 고정자 코일부(400, 500)를 지지하기 위해 요구되는 구조적 강성도 낮출 수 있다.With this configuration, the coil gun according to the second embodiment of the present invention increases the strength of the electromagnetic force generated by the unit stator coil, thereby reducing the specification of the parts of the system that supply current to the entire stator coil units 400 and 500. Not only can it be possible, but it is also possible to lower the structural rigidity required to support the entire stator coil units 400 and 500.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. will be.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later, and the meaning and scope of the claims and All changes or modified forms derived from the equivalent concept should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

101, 102: 코일건
200: 발사체
300: 발사관
400: 제1 고정자 코일부
500: 제2 고정자 코일부
600: 가동 블록
620: 발사체 받침대
640: 전기자 코일부
700: 전원 공급 시스템
800: 발사대
900: 발사 통제 장치101, 102: coil gun
200: projectile
300: launcher
400: first stator coil unit
500: second stator coil unit
600: movable block
620: projectile pedestal
640: armature coil unit
700: power supply system
800: launch pad
900: launch control device

Claims (6)

내부에 발사체가 장전되는 발사관;
상기 발사관을 둘러싸며 상기 발사관의 길이 방향을 따라 직렬로 이격 배치된 복수의 제1 고정자 코일부;
상기 복수의 제1 고정자 코일부의 외주면을 각각 둘러싸는 복수의 제2 고정자 코일부;
상기 발사관 내부에서 상기 복수의 고정자 코일부에서 생성된 자기장에 의해 이동하는 전기자 코일부를 가지고 상기 발사체에 동력을 전달하는 가동 블록; 및
상기 제1 고정자 코일부와 상기 제1 고정자 코일부에 대응되는 상기 제2 고정자 코일부는 동일한 전원 공급원을 통해 함께 전원을 공급받되, 상기 복수의 제1 고정자 코일부 및 상기 복수의 제2 고정자 코일부는 개별적인 전원 공급원을 통해 전원을 공급받는 전원 공급 시스템
을 포함하는 코일건.A launch tube in which a projectile is loaded;
A plurality of first stator coil units surrounding the launch tube and spaced apart in series along the longitudinal direction of the launch tube;
A plurality of second stator coil units respectively surrounding outer circumferential surfaces of the plurality of first stator coil units;
A movable block for transmitting power to the projectile having an armature coil unit moving by a magnetic field generated by the plurality of stator coil units inside the launch tube; And
The first stator coil part and the second stator coil part corresponding to the first stator coil part receive power together through the same power supply source, but the plurality of first stator coil parts and the plurality of second stator coil parts Power supply system powered by individual power sources
Coil gun comprising a. 제1항에 있어서,
상기 전원 공급 시스템을 제어하는 발사 통제 장치
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코일건.The method of claim 1,
Launch control device for controlling the power supply system
Coil gun, characterized in that it further comprises. 내부에 발사체가 장전되는 발사관;
상기 발사관을 둘러싸며 상기 발사관의 길이 방향을 따라 직렬로 이격 배치되며 유도 코일로 만들어진 복수의 제1 고정자 코일부;
상기 복수의 제1 고정자 코일부를 전부 둘러싸며 초전도 소재로 만들어진 복수의 제2 고정자 코일부;
상기 발사관 내부에서 상기 복수의 고정자 코일부에서 생성된 자기장에 의해 이동하는 전기자 코일부를 가지고 상기 발사체에 동력을 전달하는 가동 블록; 및
상기 제1 고정자 코일부와 상기 제1 고정자 코일부에 대응되는 상기 제2 고정자 코일부는 동일한 전원 공급원을 통해 함께 전원을 공급받되, 상기 복수의 제1 고정자 코일부 및 상기 복수의 제2 고정자 코일부는 개별적인 전원 공급원을 통해 전원을 공급받는 전원 공급 시스템
을 포함하는 코일건.A launch tube in which a projectile is loaded;
A plurality of first stator coil units surrounding the launch tube and spaced apart in series along the longitudinal direction of the launch tube and made of an induction coil;
A plurality of second stator coil units made of a superconducting material, all surrounding the plurality of first stator coil units;
A movable block for transmitting power to the projectile having an armature coil unit moving by a magnetic field generated by the plurality of stator coil units inside the launch tube; And
The first stator coil part and the second stator coil part corresponding to the first stator coil part receive power together through the same power supply source, but the plurality of first stator coil parts and the plurality of second stator coil parts Power supply system powered by individual power sources
Coil gun comprising a. 제3항에 있어서,
상기 제2 고정자 코일부의 중간 지점과 상기 제2 고정자 코일부의 상기 발사체의 사출 방향 단부 사이에 상기 복수의 제1 고정자 코일부가 마련되는 것을 특징으로 하는 코일건.The method of claim 3,
The coil gun, characterized in that the plurality of first stator coil units are provided between an intermediate point of the second stator coil unit and an end portion in the ejection direction of the projectile of the second stator coil unit. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 5 was abandoned upon payment of the set registration fee. 제3항에 있어서,
상기 초전도 소재는 고온 초전도(high temperature superconductivity)체인 것을 특징으로 하는 코일건.The method of claim 3,
The superconducting material is a coil gun, characterized in that the high temperature superconductivity (high temperature superconductivity). ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 6 was abandoned upon payment of the set registration fee. 제3항에 있어서,
상기 전원 공급 시스템을 제어하는 발사 통제 장치
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코일건.The method of claim 3,
Launch control device for controlling the power supply system
Coil gun, characterized in that it further comprises.
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