KR102232815B1 - 절연파괴를 이용한 전자기력 레일건 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연파괴를 이용한 전자기력 레일건에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 레일과 전기자의 마찰력을 감소시키기 위하여 일정 간격 이격시킨 후 절연을 파괴하도록 전자기력을 제공하여 전기자를 발사시킬 수 있는 레일건에 대한 것이다.
본 발명에 따른 레일건은 일정 간격 이격된 한 쌍의 전도성 레일과, 전기자와, 절연파괴부 및 가속수단을 포함한다. 상기 전기자는 상기 전도성 레일과 절연되도록 일정 간격 이격되어 상기 한 쌍의 전도성 레일의 사이에 위치한다. 상기 절연파괴부는 상기 전도성 레일과 상기 전기자 사이의 절연을 파괴하여 통전시킬 수 있게 상기 전도성 레일에 고전압을 제공한다. 상기 가속수단은 상기 전기자와 상기 전도성 레일이 통전시 로렌츠 힘을 발생시켜 상기 전도성 레일의 축방향으로 상기 전기자를 가속시키도록 상기 전도성 레일에 고에너지를 제공할 수 있게 상기 고에너지가 충전된다.
본 발명에 의하면, 전기자와 전도성 레일이 일정 간격 이격되어 있더라도 절연파괴부에 의하여 전기자와 전도성 레일은 절연이 파괴되어 통전된다. 그래서 가속수단에 의하여 전기자는 가속될 수 있다.

Description

절연파괴를 이용한 전자기력 레일건{The electromagnetic railgun using dielectric break down}

본 발명은 절연파괴를 이용한 전자기력 레일건에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 레일과 전기자의 마찰력을 감소시키기 위하여 일정 간격 이격시킨 후 절연을 파괴하도록 전자기력을 제공하여 전기자를 발사시킬 수 있는 레일건에 대한 것이다.

전자기력을 이용한 레일건은 두 개의 평행한 전도성 레일 사이에 전기가 통하도록 전기자를 배치시키고, 레일에 전류를 공급하여 로렌츠의 힘으로 전기자를 가속하여 발사시키는 장치이다.

따라서 전기자는 전기가 공급되기 위하여 전도성 레일과 접촉을 해야하며, 전기자는 레일과 접촉하면서 고속으로 발사된다.

따라서 전기자와 레일 사이에는 마찰이 발생되므로 전기자가 연속 발사시 레일의 마모가 발생할 뿐만 아니라 과열에 의해 레일이 팽창하는 등 안정적으로 동작되지 않는다는 문제점이 있었다.

또한, 본 발명은 전기자와 레일 사이의 마찰로 인하여 전기자의 사정거리 및 발사속도를 높이는데 한계가 있다는 문제점이 있었다.

등록특허 제10-1508049호(등록일자 2015년 03월 26일) 등록특허 제10-1549392호(등록일자 2015년 08월 27일) 등록특허 제10-1983560호(등록일자 2019년 05월 23일) 등록특허 제10-1950116호(등록일자 2019년 02월 13일)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 레일과 전기자 사이에 마찰을 감소시킬 수 있는 전자기력 레일건을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 레일건은 일정 간격 이격된 한 쌍의 전도성 레일과, 전기자와, 절연파괴부 및 가속수단을 포함한다. 상기 전기자는 상기 전도성 레일과 절연되도록 일정 간격 이격되어 상기 한 쌍의 전도성 레일의 사이에 위치한다. 상기 절연파괴부는 상기 전도성 레일과 상기 전기자 사이의 절연을 파괴하여 통전시킬 수 있게 상기 전도성 레일에 고전압을 제공한다. 상기 가속수단은 상기 전기자와 상기 전도성 레일이 통전시 로렌츠 힘을 발생시켜 상기 전도성 레일의 축방향으로 상기 전기자를 가속시키도록 상기 전도성 레일에 고에너지를 제공할 수 있게 상기 고에너지가 충전된다.

또한, 상기의 레일건에 있어서, 상기 전기자는 상기 절연파괴부에서 공급되는 전압 이상의 전압에서는 상기 전도성 레일과 통전되고, 상기 가속수단에서 공급되는 전압 이하의 전압에서는 절연되도록 상기 전도성 레일과 이격된 것이 바람직하다.

또한, 상기의 레일건에 있어서, 상기 가속수단은 상기 절연파괴부에서 상기 가속수단으로 전류가 흐르지 않게 다이오드를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 레일건은 상기 전기자가 상기 전도성 레일의 축방향으로만 슬라이딩하도록 상기 전기자를 안내하는 비전도체의 가이드수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 레일건에 있어서, 상기 가이드수단은 상기 전기자를 감싸는 테프론으로 된 것이 바람직하다.

또한, 상기의 레일건에 있어서, 상기 가이드수단은 상기 전기자가 일정 간격 뜰 수 있도록 공압공급을 받을 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 전기자와 전도성 레일이 일정 간격 이격되어 있더라도 절연파괴부에 의하여 전기자와 전도성 레일은 절연이 파괴되어 통전된다. 그래서 가속수단에 의하여 전기자는 가속될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 전기자와 전도성 레일은 직접 접촉하지 아니하므로 전기자가 가속되더라도 전기자와 전도성 레일은 마찰이 일어나지 아니한다. 그래서 레일이 마모되고 과열되는 것을 방지할 수 있으며, 전기자의 사정거리를 늘릴 수 있고 발사속도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레일건의 일 실시예의 개념도,
도 2는 도 1의 실시예의 전도성 레일과 전기자의 절연을 파괴하는 개념도,
도 3은 도 1의 실시예 전기자를 발사시키는 개념도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 레일건의 일 실시예를 설명한다.

본 발명에 따른 레일건은 한 쌍의 전도성 레일(10)과, 전기자(20)와, 절연파괴부(30)와, 가속수단(40) 및 가이드수단(50)을 포함한다.

전도성 레일(10)은 한 쌍이 평행하도록 일정 간격 이격되어 있다.

전기자(20)는 한 쌍의 전도성 레일(10)과 접촉하지 않도록 일정 간격 이격되어 한 쌍의 전도성 레일(10)의 사이에 위치한다. 전기자(20)가 전도성 레일(10)과 이격되어 있으므로 전도성 레일(10)에서 전기자(20)로 전기가 흐르지 아니하여 절연된다. 다만 전기자(20)와 전도성 레일(10)의 이격 거리는 크지 않다. 그래서 고압의 전류가 전도성 레일(10)에 공급되면 전기자(20)와 전도성 레일(10) 사이의 절연이 파괴되어 전류가 흐를 수 있다.

절연파괴부(30)는 전도성 레일(10)과 전기자(20) 사이의 절연을 파괴하여 통전시킬 수 있게 전도성 레일(10)에 고전압을 제공하는 역할을 한다. 이를 위한 절연파괴부(30)는 고전압시스템(31)과 절연스위치(33)을 구비한다.

고전압시스템(31)은 전도성 레일(10)과 전기자(20) 사이의 이격 간격으로 형성된 절연을 파괴하여 통전될 정도의 높은 전압을 전도성 레일(10)에 제공하며, 절연스위치(33)는 고전압시스템(31)의 고전압이 전도성 레일(10)에 전달되는 것을 제어한다. 전도성 레일(10)과 전기자(20) 사이의 이격 거리가 클수록 절연을 파괴하기 위한 고전압시스템(31)의 전압은 높아져야 하며, 그 이격 거리가 작을수록 낮은 전압에서 절연이 파괴될 수 있다. 본 실시예의 경우 전기자(20)와 전도성 레일(10)의 이격 간격은 10mm ~ 20mm 정도로 형성되며, 이때 절연을 파괴하기 위하여 고전압시스템(31)에 제공되는 전압은 10,000V 이상이다.

가속수단(40)은 고에너지를 충전하여, 전기자(20)와 전도성 레일(10)이 통전시 전기자(20)를 전도성 레일(10)의 축방향으로 가속시키도록 로렌츠 힘을 발생시킬 수 있게 전도성 레일(10)에 고에너지를 제공하는 역할을 한다. 이를 위하여 가속수단(40)은 커패시터(41)와, 충전스위치(43)와, 다이오드(45) 및 가속스위치(47)를 구비한다.

커패시터(41)는 로렌츠 힘을 발생시켜 전기자(20)를 전도성 레일(10)의 축방향으로 가속시킬 수 있도록 전도성 레일(10)에 고에너지를 제공하는 역할을 한다. 이를 위하여 커패시터(41)는 고에너지를 저장하며, 전도성 레일(10)에 연결된다. 커패시터(41)에 저장되는 고에너지는 전도성 레일(10)과 전기자(20) 사이의 절연을 파괴할 정도로 전압이 높지 아니해야 한다. 그래서 본 실시예의 커패시터(41)에 제공되는 커패시터(41)의 전압은 5,000 ~ 8,000V 사이가 바람직하다. 전도성 레일(10)과 전기자(20) 사이의 간격이 달라지면 커패시터(41)의 전압도 달라질 수 있다. 즉 전도성 레일(10)과 전기자(20) 사이의 간격이 넓어지면 커패시터(41)의 전압은 높아질 수 있고 그 간격이 좁아지면 커패시터(41)의 전압은 낮아져야 한다.

충전스위치(43)는 전원(51)으로부터 커패시터(41)에 충전하는 것을 제어한다. 즉 커패시터(41)를 전원(51)에 연결시킨 후 충전스위치(43)를 온시키면 전원(51)으로부터 커패시터(41)가 충전된다. 다이오드(45)는 고전압시스템(31)에서 커패시터(41)로 전류가 흐리지 않도록 한다. 고전압시스템(31)의 전압이 커패시터(41)의 전압보다 높기 때문에 고전압시스템(31)에서 커패시터(41)로 전류가 흐를 수 있다. 다이오드(45)는 이를 방지한다.

가속스위치(47)는 커패시터(41)의 에너지를 전도성 레일(10)로 공급하는 것을 제어한다. 즉 가속스위치(47)가 온되면 커패시터(41)에서 전도성 레일(10)로 에너지가 공급되고, 가속스위치(47)가 오프되면 에너지 공급은 차단된다.

가이드수단(50)은 가속수단(40)에 의하여 전기자(20)가 가속될 때 전기자(20)가 전도성 레일(10)의 축방향으로만 슬라이딩하도록 안내하는 역할을 한다. 이를 위하여 가이드수단(50)는 전기자(20)가 좌우로 흔들지않고 전도성 레일(10)의 축방향으로만 이동할 수 있게 전기자(20)의 상하를 감싼다. 가이드수단(50)이 전기자(20)와 접촉을 하므로 전기자(20)의 슬라이딩시 마찰력을 줄이기 위하여 가이드수단(50)은 테프론과 같이 마찰계수가 작은 비전도체로 형성될 수 있다. 또는 가이드수단(50)은 전기자(20)의 하부에서 공기압을 제공하여 전기자를 가이드수단(50)으로부터 약간 띄운 상태로 유지시킬 수 있다.

본 실시예의 경우 먼저 도 1에 도시된 바와 같이 충전스위치(43)를 온시켜 전원(51)으로부터 가속수단(40)의 커패시터(41)에 고에너지를 충전시킨다. 커패시터(41)에 충전이 완료되면 충전스위치(43)를 오프시킨다.

전기자(20)를 발사시키기 위해서는 전도성 레일(10)과 전기자(20)의 절연을 파괴시켜야 한다. 그래서 도 2에 도시된 바와 같이 절연스위치(33)를 온시킨다. 그러면 고전압시스템(31)에서 고전압이 전도성 레일(10)에 공급되어 전기자(10)와 전도성 레일(10)의 절연이 파괴되어 전기자(10)와 전도성 레일(10)을 통전된다.

전기자(10)와 전도성 레일(10)이 통전되면 도 3에 도시된 바와 같이 가속스위치(47)를 온한다. 가속스위치(47)가 온되면 커패시터(41)에서 고에너지가 전도성 레일(10)에 공급된다. 그러면 로렌츠 힘이 발생되어 전기자(20)를 가속하여 전도성 레일(10)의 축방향으로 슬라이딩한다. 이때 전기자(20)는 가이드수단(50)에 의하여 안내되기 때문에 좌우로 흔들리지 안하고 전도성 레일(10)의 축방향으로 슬라이딩하여 발사될 수 있다.

또한, 전기자(20)는 전도성 레일(10)과 일정 간격 이격되어 있으므로 전도성 레일(10)과 마찰되지 아니한다. 그래서 전도성 레일(10)을 마모시키거나 전도성 레일(10)을 과열시키지 아니한다. 그리고 가이드수단(50)은 마찰계수가 작은 테프론 등으로 형성되거나 또는 공기압에 의하여 가이드수단(50)으로부터 부양될 수 있으므로 마찰력을 줄일 수 있다. 그래서 전기자의 사정거리 및 발사속도를 높일 수 있다.

10 : 전도성 레일 20 : 전기자
30 : 절연파괴부 31 : 고전압시스템
33 : 절연스위치 40 : 가속수단
41 : 커패시터 43 : 충전스위치
45 : 다이오드 47 :가속스위치
50 : 가이드수단 51 : 전원

Claims (6)

1. 일정 간격 이격된 한 쌍의 전도성 레일과,
   상기 전도성 레일과 절연되도록 일정 간격 이격되어 상기 한 쌍의 전도성 레일의 사이에 위치한 전기자와,
   상기 전도성 레일과 상기 전기자 사이의 절연을 파괴하여 통전시킬 수 있게 상기 전도성 레일에 고전압을 제공하기 위한 절연파괴부와,
   상기 전기자와 상기 전도성 레일이 통전시 로렌츠 힘을 발생시켜 상기 전도성 레일의 축방향으로 상기 전기자를 가속시키도록 상기 전도성 레일에 고에너지를 제공할 수 있게 상기 고에너지가 충전된 가속수단을 포함하며,
   상기 전기자는 상기 절연파괴부에서 공급되는 전압 이상의 전압에서는 상기 전도성 레일과 통전되고, 상기 가속수단에서 공급되는 전압 이하의 전압에서는 절연되도록 상기 전도성 레일과 이격된 것을 특징으로 하는 레일건.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가속수단은 상기 절연파괴부에서 상기 가속수단으로 전류가 흐르지 않게 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 레일건.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전기자가 상기 전도성 레일의 축방향으로만 슬라이딩하도록 상기 전기자를 안내하는 비전도체의 가이드수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레일건.
4. 제3항에 있어서,
   상기 가이드수단은 상기 전기자를 감싸는 테프론으로 된 것을 특징으로 하는 레일건.
5. 제3항에 있어서,
   상기 가이드수단은 상기 전기자가 일정 간격 뜰 수 있도록 공압공급을 받을 수 있는 것을 특징으로 하는 레일건.
6. 삭제

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