(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流を流すための平行螺旋状の一対の導電性レールと、それら導電性レールの間に挟まれ導電性レールの一方側から他方側へと電流を流す断面輪郭円状の金属電機子と、前記導電性レールの一端側から給電して一方の導電性レール−金属電機子−他方の導電性レールと大電流を流す電源装置とを具備したことを特徴とする電磁加速装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁加速装置において、前記導電性レールを金属繊維でブラシ構造に構成したことを特徴とする電磁加速装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電磁加速装置において、前記導電性レールを金属布を重ねた構造に構成したことを特徴とする電磁加速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁加速装置に関し、さらに詳しくは、空間に射出後の飛翔体の飛翔特性を改善できる電磁加速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、平行直線状の一対の導電性レールの間に金属電機子を挟み、一方の導電性レール−金属電機子−他方の導電性レールと大電流を流し、導電性レールを流れる電流による磁場と金属電機子に流れる電流との間に働くローレンツ力により金属電機子を導電性レールの延びる方向に加速し、導電性レール先端から空間へ飛翔体（金属電機子のみが飛翔体になる場合と金属電機子およびその前に一体化された飛翔体本体とが飛翔体になる場合がある）を射出する電磁加速装置が知られている（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−３１１５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の電磁加速装置では、金属電機子を回転させるような力は働かない。このため、導電性レール先端から空間に射出された後の飛翔体は回転せずに飛翔し、その飛翔特性が不安定になる。また、金属電機子の常に同じ部分が導電性レールと接触しているため、通電によるジュール熱で特にその部分が溶損を受け、金属電機子の形状が崩れる。これによっても、空間に射出された後の飛翔体の飛翔特性が不安定になる。
そこで、この発明の目的は、空間に射出後の飛翔体の飛翔特性を改善できる電磁加速装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の観点では、この発明は、平行螺旋状の一対の導電性レールと、それら導電性レールの間に挟まれる断面輪郭円状の金属電機子と、前記導電性レールの一端側から給電して一方の導電性レール−金属電機子−他方の導電性レールと大電流を流す電源装置とを具備したことを特徴とする電磁加速装置を提供する。
上記第１の観点による電磁加速装置では、一対の導電性レールが平行螺旋状になっている。このため、導電性レールを流れる電流による磁場および金属電機子に流れる電流は、金属電機子が導電性レールを進むのにしたがって回転する。このため、金属電機子は、導電性レールの延びる方向に加速されるだけでなく、導電性レールを進むのにしたがって回転させられる。よって、導電性レール先端から空間に射出された後の飛翔体は回転しながら飛翔し、その飛翔特性が安定になる。また、導電性レールを流れる電流による磁場の回転よりも少し遅れて金属電機子が回転するため、導電性レールと接触している金属電機子の部分が滑るようにずれてくる。このため、通電によるジュール熱で金属電機子の周面が平均的に溶損を受け、金属電機子の対称形状が維持される。これによっても、空間に射出された後の飛翔体の飛翔特性が安定になる。
【０００５】
第２の観点では、この発明は、第１の観点による電磁加速装置において、前記導電性レールを金属繊維でブラシ構造に構成したことを特徴とする電磁加速装置を提供する。
導電性レールを銅の切り出しのように剛体で構成してもよいが、製造工数がかかる。
そこで、上記第２の観点による電磁加速装置では、導電性レールを金属繊維でブラシ構造に構成する。このようにすれば、導電性レールが柔軟性を持つため、まず平行直線状に構成し、次いで捩ることにより平行螺旋状に形成でき、製造工数を低減できる。また、電気的接触も良くなる。
【０００６】
第３の観点では、この発明は、前記第１の観点による電磁加速装置において、前記導電性レールを金属布を重ねた構造に構成したことを特徴とする電磁加速装置を提供する。
導電性レールを銅の切り出しのように剛体で構成してもよいが、製造工数がかかる。
そこで、上記第３の観点による電磁加速装置では、導電性レールを金属布を重ねた構造に構成する。このようにすれば、導電性レールが柔軟性を持つため、まず平行直線状に構成し、次いで捩ることにより平行螺旋状に形成でき、製造工数を低減できる。また、電気的接触も良くなる。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の電磁加速装置によれば、導電性レール先端から空間に射出された後の飛翔体は回転しながら飛翔するため、飛翔特性が安定になる。また、金属電機子が対称形状に維持されため、これによっても、空間に射出された後の飛翔体の飛翔特性が安定になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図に示す実施の形態によりこの発明をさらに詳細に説明する。なお、これによりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【０００９】
図１は、実施例１に係る電磁加速装置１００を示す構成説明図である。
この電磁加速装置１００は、パルス電源１と、加速筒１０と、金属電機子２０とを具備している。
【００１０】
加速筒１０は、約１／４円筒状の第１導電性レール１１ａと、約１／４円筒状の第１絶縁性レール１２ａと、約１／４円筒状の第２導電性レール１１ｂと、約１／４円筒状の第２絶縁性レール１２ｂと、円筒状の外筒体１３とからなる。
第１導電性レール１１ａと第１絶縁性レール１２ａと第２導電性レール１１ｂと第２絶縁性レール１２ｂとは、この順に円周状に並べられて全体として円筒を構成している。
第１導電性レール１１ａと第２導電性レール１１ｂは、銅の切り出しにより剛体で構成してある。
【００１１】
パルス電源１は、第１導電性レール１１ａと第２導電性レール１１ｂの基端側からパルス状の大電流を給電する。
【００１２】
金属電機子２０は、例えば銅の円柱体である。
【００１３】
図２は、加速筒１０の断面図および展開図である。
断面図は、加速筒１０の延びる方向における各位置で輪切りにして基端側から見た図である。
展開図は、加速筒１０の基端の断面図に示す切断線αで加速筒１０の延びる方向に加速筒１０を切断し、開いて加速筒１０の内面を示した図である。
第１導電性レール１１ａと第１絶縁性レール１２ａと第２導電性レール１１ｂと第２絶縁性レール１２ｂとは平行螺旋状に捩れている。
各断面図中に示す白頭矢印は、導電性レール１１ａ，１１ｂを流れる電流による磁場の向きを示している。加速筒１０の基端側から先端側へ進むにつれて導電性レール１１ａ，１１ｂが捩れるのにしたがって磁場が回転する。
このため、金属電機子２０が加速筒１０の基端側から先端側へ進むにつれて金属電機子２０が回転する。
【００１４】
図３に示すように、角速度ωで回転している磁界Ｂ内に置かれた半径Ｒの金属電機子２０内に、Ｅ＝ＵＢなる電場Ｅが金属電機子２０の軸方向に発生する。ここで、Ｕは磁界に対する金属電機子２０の相対速度である。
電場Ｅによって金属電機子２０内には、電流ｊ＝ＵＢ／ηが流れる。ここで、ηは金属電機子２０の抵抗率である。
電流ｊと回転磁場Ｂのローレンツ力Ｆ＝ｊＢによって、金属電機子２０を磁界Ｂの回転方向に回すトルクＮが発生する。このトルクＮは、金属電機子２０（金属電機子２０だけが飛翔体となる場合を想定する）の慣性モーメントをＩとすると、
Ｎ＝Ｉω’                    ……（１）
である。
金属電機子２０の半径をＲとし、長さをＷとし、質量密度をρとすると、慣性モーメントＩは、
Ｉ＝（πρＷＲ4）／２        ……（２）
である。
一方、角速度ωは、導電性レール１１ａ，１１ｂの螺旋ピッチをＰとし、金属電機子２０の速度をＶとすれば、
ω＝（２πＶ）／Ｐ            ……（３）
である。
金属電機子２０の速度Ｖは、金属電機子２０の質量をＭとし、導電性レール１１ａ，１１ｂのインダクタンス勾配をＬ’とし、導電性レール１１ａ，１１ｂに流れる電流をＪとするとき、
ＭＶ’＝（Ｌ’Ｊ2）／２      ……（４）
である。
電流Ｊを一定とすれば容易に（１）（４）式を解くことが出来る。（２）（３）式を代入すると、角速度ωと速度Ｖは次の（５）（６）式で与えられる。ここで、磁場が金属電機子２０に染み込む深さをλとし、真空の透磁率をμとし、通電後の経過時間をｔとする。
ω＝（√{２}μ2Ｌ’λＪ4ｔ2）／（３π3ηρ2Ｒ4Ｗ2Ｐ）    ……（５）
Ｖ＝（Ｌ’Ｊ2ｔ）／（２πＲ2Ｗρ）                            ……（６）
【００１５】
数値例として、Ｒ＝２０ｍｍ、Ｗ＝４０ｍｍ、Ｐ＝１ｍ、金属電機子２０を銅としてρ＝８.９３×１０3ｋｇ／ｍ3、抵抗率η＝２.０×１０-7Ωｍ、λ＝１ｍｍに仮定し、加速長２ｍで速度Ｖが２ｋｍ／ｓになるように電流ｊ（＝１ＭＡ）を決めた場合の角速度ω（毎分あたりの回転速度に換算）と速度Ｖを、図４に示す。
加速長を２ｍとすると、角速度ωは毎分あたりの回転速度に換算して４００００ｒｐｍになる。これは同規模の従来火器（口径４０ｍｍ）の弾丸の旋回速度３００００ｒｐｍに匹敵する。
【００１６】
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｝加速筒１０の軸方向に金属電機子２０が加速されるのと同時に軸周りに回転されるため、加速筒１０の先端から空間に射出された後の飛翔体は回転しながら飛翔し、その飛翔特性が安定になる。
｛２｝金属電機子２０が加速筒１０に沿って進むとき、導電性レール１１ａ，１１ｂの捩れと少しずれて金属電機子２０が回転する。このため、金属電機子２０への電流の供給位置は金属電機子２０の周面を移動し、電流による金属電機子２０の表面溶融が一様にならされ、電流溶融による金属電機子２０の形状の非対称性を抑制でき、飛翔体の飛翔特性が安定になる。
｛３｝図２の展開図から判るように、導電性レール１１ａ，１１ｂと絶縁性レール１２ａ，１２ｂが周方向に交互に配置されるだけでなく、加速筒１０の軸に沿っても交互に配置されるので、金属（導電性レール１１ａ，１１ｂ）と絶縁物（絶縁性レール１２ａ，１２ｂ）による加速筒１０の内面の強度分布が平均化され、内面の片減りが軽減され、飛翔体の飛翔特性に悪影響を与えない。
｛４｝加速筒１０の内面が円形断面であり、金属電機子２０も円形断面の金属体であることから、従来火器の弾の薬きょうを取り除いた銅で覆われた弾の部分をそのまま使用できる。
【実施例２】
【００１７】
図５に示すように、金属繊維１５を袴１７で保持してブラシ構造に構成した導電性レール１１ａ，１１ｂを用いてもよい。１６は、給電電極である。
【実施例３】
【００１８】
図６に示すように、折り畳んだ金属布１８を袴１７で保持した構造に構成した導電性レール１１ａ，１１ｂを用いてもよい。
【実施例４】
【００１９】
金属電機子２０の前に例えばプラスチック製の円柱体（飛翔体本体）を一体化したものを飛翔体として用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
この発明の電磁加速装置は、レールガンとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１に係る電磁加速装置を示す構成説明図である。
【図２】実施例１に係る電磁加速装置の加速筒の構成を示す断面図および展開図である。
【図３】実施例１に係る電磁加速装置における金属電機子の回転機構を説明するための説明図である。
【図４】実施例１に係る電磁加速装置における金属電機子の角速度と速度の数値例を説明するためのグラフである。
【図５】実施例２に係る電磁加速装置の加速筒の構成を示す端面図である。
【図６】実施例３に係る電磁加速装置の加速筒の構成を示す端面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１                  パルス電源
１０                加速筒
１１ａ              第１導電性レール
１１ｂ              第２導電性レール
１２ａ              第１絶縁性レール
１２ｂ              第２絶縁性レール
１３                外筒体
１５                金属線維
１６                給電電極
１７                袴
１８                金属布
２０                金属電機子
１００              電磁加速装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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