(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電機子と、前記固体電機子を挟むレールと、前記レールの前記固体電機子より後方の部分を介して前記固体電機子に通電する電源とを備えた電磁加速装置において、前記レールにそれぞれ対向する前記固体電機子の面の間隔が、頭部では前記レールの間隔より小さく、頭部より後方の少なくとも一部では前記レールの間隔より０．２５％〜１％だけ大きく、前記固体電機子の後面が少なくとも前記レールの間に挟まれる方向に関して凹面になっており、前記固体電機子を前記レール間に圧入する際に前記凹面に挿入される挿入部材を具備し、前記挿入部材は金属芯の表面を絶縁物で覆った構造である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】
本発明は、電磁加速装置に関し、さらに詳しくは、加速の初期段階におけるレールと固体電機子の接触圧を十分に高くすることが出来る電磁加速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイメタル構造にした固体電機子をレール間に挟み、それらレールを介して固体電機子に通電する電磁加速装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平０９−１５９３９５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、固体電機子の温度が上がるとバイメタル構造により固体電機子が変形し、レールと固体電機子の接触圧が十分に高くなるようになっている。
しかし、加速の初期段階においては、固体電機子の温度が上がらないため、レールと固体電機子の接触圧が十分に高くなく、アーク放電が発生し、レール表面の溶損を生じかねない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、加速の初期段階におけるレールと固体電機子の接触圧を十分に高くすることが出来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、本発明は、固体電機子と、前記固体電機子を挟むレールと、前記レールの前記固体電機子より後方の部分を介して前記固体電機子に通電する電源とを備えた電磁加速装置において、前記レールの間に挟まれる方向の前記固体電機子のサイズが、頭部では前記レールの間隔より小さく、頭部より後方の少なくとも一部では前記レールの間隔より０．２５％〜１％だけ大きい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、固体電機子の頭部のサイズがレールの間隔より小さいため、頭部をレール間に容易に差し込むことが出来る。そして、固体電機子の頭部より後方の少なくとも一部のサイズがレールの間隔より０．２５％〜１％だけ大きいため、固体電機子を後方より押してレール間に圧入することでレールと固体電機子の接触圧を十分に高くすることが出来る。これにより、加速の初期段階においてアーク放電が発生しレール表面の溶損を生じることを防止できる。
なお、確実に接触圧を十分に高くするためには、レール間隔の精度の観点から、固体電機子の頭部より後方の少なくとも一部のサイズをレールの間隔より０．２５％より大きする必要がある。一方、固体電機子の頭部より後方の少なくとも一部のサイズをレールの間隔より１％よりも大きくすると、レール間に固体電機子を入れ難くなるため、好ましくない。
【０００５】
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による電磁加速装置において、前記固体電機子の後面が少なくとも前記レールの間に挟まれる方向に関して凹面になっており、前記固体電機子を前記レール間に圧入する際に前記凹面に挿入される挿入部材を具備し、前記挿入部材は金属芯の表面を絶縁物で覆った構造であることを特徴とする電磁加速装置を提供する。
固体電機子より後方のレール部分に流れる電流により形成される磁束と固体電機子を流れる電流とによる電磁力で固体電機子は加速されるため、磁束密度が高いほど大きな加速力が得られる。
ここで、上記第２の観点による電磁加速装置では、固体電機子の後面の凹面に挿入部材が挿入されるが、その挿入部材の金属芯（＝導体）には磁束が入れないため、磁束が金属芯の外側に圧縮され、磁束密度が高くなる。よって、大きな加速力を得ることが出来る。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の電磁加速装置によれば、レールと固体電機子の接触圧を十分に高くすることが出来るため、加速の初期段階においてアーク放電が発生しレール表面の溶損を生じることを防止できる。また、固体電機子の近傍の磁束密度を高くすることが出来るため、大きな加速力を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【実施例１】
【０００８】
図１は、実施例１に係る電磁加速装置１００を示す模式的斜視図である。
電磁加速装置１００は、間隔Ｄで対向している一対の幅Ｗのレール１，２と、固体電機子１０と、レール１，２を介して固体電機子１０に通電するための電源２０と、レール１，２間に固体電機子１０を圧入するための楔３０と、楔３０の送出し／引込みを行う楔送り機構４０とを具備している。
【０００９】
図２は、固体電機子１０を示す斜視図である。
固体電機子１０は、プラスチック製の飛翔体１１を銅またはアルミニウム製の電機子１２の頭部に固定したものである。
レール１，２の間に挟まれる方向の電機子１２の頭部のサイズＤａは、レール１，２の間隔Ｄより０．１％〜１％だけ小さい。
一方、尾部にはレール１，２の間に挟まれる方向に突出した膨出部１３が設けられており、この膨出部１３でのレール１，２の間に挟まれる方向のサイズＤｂは、レール１，２の間隔Ｄより０．２５％〜１％だけ大きい。
また、電機子１２の後面は、レール１，２の間に挟まれる方向に関してＶ字形の凹面１４になっている。
【００１０】
図３は、楔３０の構造を示す断面図である。
楔３０は、銅またはアルミニウム製の金属芯３１を、厚さδのプラスチック製の絶縁被覆３２で覆った構造である。レール１，２の間に挟まれる方向のサイズをｈｗとする。ｈｗは、レール１，２の間隔Ｄより小さく、例えばＤａに等しい。
楔３０の先端は、固体電機子１０の楔用凹部１４に挿入しうるＶ字形の凸面３３になっている。凸面３３のレール１，２と平行な方向のサイズをｈｅとする。
【００１１】
図４は、通電前の初期状態を示す斜視図である。
楔３０を送り出して、固体電機子１０をレール１，２の間に圧入する。膨出部１３でのサイズＤｂがレール１，２の間隔Ｄより０．２５％〜１％だけ大きいため、十分な接触圧が得られる。
【００１２】
図５は、通電開始時の初期状態を示す説明図である。
電源２０からレール１，２の固体電機子１０より後方の部分を介して固体電機子１０に電流Ｉが給電されると、電流Ｉにより形成される磁束（図６のＢｗ）と固体電機子１０を流れる電流Ｉとによる電磁力Ｆｗで固体電機子１０は前方へ加速される。また、電磁力Ｆｅで固体電機子１０の尾部がレール１，２に押し付けられる。
【００１３】
電磁力Ｆｗは、次式で示される。
Ｆｗ≒Ｉ・Ｂｗ・ｈｗ
Ｆｅ≒Ｉ・Ｂｗ・ｈｅ
図６に示すように、電流Ｉにより形成される磁束Ｂｗは、金属芯３１の内部に入れないため、絶縁被覆３２の部分に圧縮され、高磁束密度になる。よって、静止状態からの始動に必要な大きな電磁力Ｆｗを得ることが出来る。
【００１４】
図７は、加速状態を示す説明図である。
電源２０からレール１，２の固体電機子１０より後方の部分を介して固体電機子１０に電流Ｉが給電されると、電流Ｉにより形成される磁束（図８のＢａ）と固体電機子１０を流れる電流Ｉとによる電磁力Ｆａで固体電機子１０は前方へ加速される。また、電磁力Ｆｂで固体電機子１０の尾部がレール１，２に押し付けられる。
なお、楔３０は、次の固体電機子１０の装填に備えて、後方に引き込まれる。
【００１５】
図８に示すように、電流Ｉにより形成される磁束Ｂａは、固体電機子１０の後方空間に分布するため、磁束Ｂｗに比べると磁束密度が低くなる。よって、電磁力Ｆａは電磁力Ｆｗより小さくなるが、始動後であるため、支障はない。
【００１６】
次に説明するように、電磁力Ｆｗは電磁力Ｆａの約２倍になる。
すなわち、図７において、真空の透磁率をμｏとし、レール１，２の断面形状によって決まる係数をＫとし、磁束Ｂａを作る電流Ｉがレール１，２を流れる長さをＸとするとき、レール１，２のインダクタンスＬｒは、
Ｌｒ＝μｏ・Ｋ（Ｄ／Ｗ）Ｘ
で表される。ここで、レール１，２が一般的な正方形断面の場合、Ｋ≒１／２、（Ｄ／Ｗ）＝１であるから、
Ｌｒ＝μｏ・（１／２）Ｘ
となる。そこで、電磁力Ｆａは、
Ｆａ＝（Ｉ2／２）（∂Ｌｒ／∂Ｘ）
＝（Ｉ2／４）μｏ
となる。
【００１７】
一方、図６において、幅Ｗの電機子１２と金属芯３１が間隔δで配置されている場合のインダクタンスＬｗは、上式でＤ→δとし、レール１，２に平行な電磁力Ｆｗを考えるためＸ→ｈｗとして、
Ｌｗ＝μｏ・Ｋｗ（δ／Ｗ）ｈｗ
となる。ここで、レールの間隔δは幅Ｗより著しく小さい場合、Ｋｗ≒１であるから、
Ｌｒ＝μｏ・（δ／Ｗ）ｈｗ
となる。そこで、電磁力Ｆｗは、
Ｆｗ＝（Ｉ2／２）（∂Ｌｗ／∂δ）
＝（Ｉ2／２）μｏ（ｈｗ／Ｗ）
となる。
【００１８】
すると、
Ｆｗ／Ｆａ＝２ｈｗ／Ｗ
となるが、固体電機子１０がレール１，２に沿って加速されるときのＦｗを考えるとき、ｈｗの値はレール間隔Ｄと等価になり、Ｗ≒Ｄだから、
Ｆｗ／Ｆａ≒２
となる。
【００１９】
実施例１に係る電磁加速装置１００によれば次の効果が得られる。
（１）固体電機子１０の頭部のサイズＤａがレール１，２の間隔Ｄより小さいため、頭部をレール１，２間に容易に差し込むことが出来る。
（２）膨出部１３，１３での固体電機子１０のサイズＤｂがレール１，２の間隔Ｄより０．２５％〜１％だけ大きいため、固体電機子１０を後方より押してレール１，２間に圧入することで、レール１，２と固体電機子１０の接触圧を十分に高くすることが出来る。これにより、加速の初期段階においてアーク放電が発生しレール表面の溶損を生じることを防止できる。
（３）固体電機子１０の後面の凹面１４に楔３０が挿入されるが、その楔３０の金属芯３１には磁束Ｂｗが入れないため、磁束Ｂｗが金属芯３１の外側に圧縮され、磁束密度が高くなる。よって、静止状態からの始動に必要な大きな加速力Ｆｗを得ることが出来る。
【実施例２】
【００２０】
図９は、実施例２に係る電磁加速装置２００を示す模式的斜視図である。
この電磁加速装置２００は、各固体電機子１０の後部に楔３０’が一体化されており、楔送り機構４０が楔保持ハンド４１で各固体電機子１０の楔３０’を保持してレール１，２間に圧入すると共に初期加速後の楔３０’の排出を行う。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の電磁加速装置は、クレーターの発生過程の実験等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１に係る電磁加速装置を示す模式的斜視図である。
【図２】実施例１に係る固定電機子を示す斜視図である。
【図３】実施例１に係る楔の構造を示す断面図である。
【図４】通電前の初期状態を示す斜視図である。
【図５】通電開始時の初期状態を示す斜視図である。
【図６】通電開始時の電磁力Ｆｗ，Ｆｅを示す説明図である。
【図７】加速時の状態を示す斜視図である。
【図８】加速時の電磁力Ｆａ，Ｆｂを示す説明図である。
【図９】実施例２に係る電磁加速装置を示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
【００２３】
１，２              レール
１０                固体電機子
１１                飛翔体
１２                電機子
１３                膨出部
１４                凹面
２０                電源
３０，３０’        楔
３１                金属芯
３２                絶縁被覆
４０                楔送り機構
１００，２００      電磁加速装置
【図１】
0004851438.tif 000002
【図２】
0004851438.tif 000003
【図３】
0004851438.tif 000004
【図４】
0004851438.tif 000005
【図５】
0004851438.tif 000006
【図６】
0004851438.tif 000007
【図７】
0004851438.tif 000008
【図８】
0004851438.tif 000009
【図９】
0004851438.tif 000010