(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極レール及び第２電極レールと、それら第１電極レール及び第２電極レールの間に摺動可能に挟まれた固体電機子と、前記第１電極レール及び前記固体電機子及び前記第２電極レールの直列回路に電流を流す電源部とを具備し、前記レールに流れる電流による磁場と前記固体電機子に流れる電流との間に働く電磁力により前記固体電機子を加速する電磁加速器において、
前記第１電極レールは、隙間を挟んで並ぶ平行な第１電極第１レール（６ａ）と第１電極第２レール（６ａ’）とからなり、
前記第２電極レールは、隙間を挟んで並ぶ平行な第２電極第１レール（６ｂ）と第２電極第２レール（６ｂ’）とからなり、
前記固体電機子は、前記第１電極第１レール（６ａ）と第１電極第２レール（６ａ’）の第２電極レール側面および第２電極第１レール（６ｂ）と第２電極第２レール（６ｂ’）の第１電極レール側面に挟まれて摺動しうる固体電機子（８）の本体と、前記本体から前記第１電極レール（６ａ，６ａ’）側に突出し且つ後方に延びた板状の第１集電部（８ａ’）と、前記本体から前記第２電極レール（６ｂ，６ｂ’）側に突出し且つ後方に延びた板状の第２集電部（８ｂ’）とからなり、前記第１集電部（８ａ’）は前記第１電極第１レール（６ａ）と第１電極第２レール（６ａ’）の隙間に挟まれ且つ前記第１電極第１レール（６ａ）と第１電極第２レール（６ａ’）の隙間側面に接触し給電され、前記第２集電部（８ｂ’）は前記第２電極第１レール（６ｂ）と第２電極第２レール（６ｂ’）の隙間に挟まれ且つ前記第２電極第１レール（６ｂ）と第２電極第２レール（６ｂ’）の隙間側面に接触し給電されることを特徴とする集電型電磁加速器（１００）。
【請求項２】
請求項１に記載の集電型電磁加速器において、前記第１電極第１レール（６ａ）の第２電極レール側面と前記固体電機子（８）の間に絶縁物（７ａ）を介在させ、前記第１電極第２レール（６ａ’）の第２電極レール側面と前記固体電機子（８）の間に絶縁物（７ａ’）を介在させ、前記第２電極第１レール（６ｂ）の第１電極レール側面と前記固体電機子（８）の間に絶縁物（７ｂ）を介在させ、前記第２電極第２レール（６ｂ’）の第１電極レール側面と前記固体電機子（８）の間に絶縁物（７ｂ’）を介在させたことを特徴とする集電型電磁加速器（１００）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集電型電磁加速器および固体電機子に関し、さらに詳しくは、局部的な電流集中を緩和することが出来る集電型電磁加速器および固体電機子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の電磁加速器の一例を示す３面図である。
この電磁加速器５００は、第１電極レール１ａおよび固体電機子３および第２電極レール１ｂの直列回路に電源部１０から電流を流し、レール１ａ，１ｂに流れる電流による磁場と固体電機子３に流れる電流との間に働く電磁力により固体電機子３を加速するものである。
図９に示すように、前記固体電機子３は、銅またはアルミニウム製の直方体である。
【０００３】
なお、他の関連する従来技術は、特開平８−２８５４９６号公報や特開平８−６１８９２号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
固体電機子３の抵抗率をηとし，透磁率をμo とし，速度をｖとし，速度方向の磁場勾配の特徴的な長さ（レール１ａ，１ｂと固体電機子３の接触部の後端から、その後端において磁場の強さの変化曲線に引いた接線が磁場の強さ＝０に交差する特徴的前端位置まで、の長さ）をＬB とし、さらに、前記特徴的前端位置で実質的に電流が存在しうる、レール１ａ，１ｂにおける固体電機子３との接触面からの深さをΔとするとき、その深さΔは、
Δ＝√｛η・ＬB／μo・ｖ｝                                    …(１)
に限定される。これを速度表皮効果という。
【０００５】
ところが、従来の固体電機子３は、銅またはアルミニウム製であり、抵抗率ηが小さい。このため、深さΔが小さくなり、図１０に示す電流分布４のように、固体電機子３の接触部の後端側に局部的な電流集中を生じてしまう問題点があった。
【０００６】
これに対し、抵抗率の大きな材料であるチタンやモリブデンを固体電機子３の後端側の一部に使い、実質的に抵抗率ηを大きくし、これにより深さΔを大きくし、局部的な電流集中を緩和することが提案されている。
しかし、抵抗率ηを大きくすると、ジュール熱の発生が大きくなる問題点がある。また、このジュール熱の発生を抑制するために一部のみに抵抗率の大きな材料を用いているが、そうすると、異種の材料を組み合わせなければならず、構成が複雑になる問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、抵抗率の大きな材料を用いることなく、速度表皮効果による局部的な電流集中を緩和することが出来る集電型電磁加速器および固体電機子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、第１電極レール及び第２電極レールと、それら第１電極レール及び第２電極レールの間に摺動可能に挟まれた固体電機子と、前記第１電極レール及び前記固体電機子及び前記第２電極レールの直列回路に電流を流す電源部とを具備し、前記レールに流れる電流による磁場と前記固体電機子に流れる電流との間に働く電磁力により前記固体電機子を加速する電磁加速器において、前記第１電極レールは、隙間を挟んで並ぶ平行な第１電極第１レール（６ａ）と第１電極第２レール（６ａ’）とからなり、前記第２電極レールは、隙間を挟んで並ぶ平行な第２電極第１レール（６ｂ）と第２電極第２レール（６ｂ’）とからなり、前記固体電機子は、前記第１電極第１レール（６ａ）と第１電極第２レール（６ａ’）の第２電極レール側面および第２電極第１レール（６ｂ）と第２電極第２レール（６ｂ’）の第２電極レール側面に挟まれて摺動しうる固体電機子（８）の本体と、前記本体から前記第１電極レール（６ａ，６ａ’）側に突出し且つ後方に延びた板状の第１集電部（８ａ’）と、前記本体から前記第２電極レール（６ｂ，６ｂ’）側に突出し且つ後方に延びた板状の第２集電部（８ｂ’）とからなり、前記第１集電部（８ａ’）は前記第１電極第１レール（６ａ）と第１電極第２レール（６ａ’）の隙間に挟まれ且つ前記第１電極第１レール（６ａ）と第１電極第２レール（６ａ’）の隙間側面に接触し給電され、前記第２集電部（８ｂ’）は前記第２電極第１レール（６ｂ）と第２電極第２レール（６ｂ’）の隙間に挟まれ且つ前記第２電極第１レール（６ｂ）と第２電極第２レール（６ｂ’）の隙間側面に接触し給電されることを特徴とする集電型電磁加速器（１００）を提供する。
上記集電型電磁加速器（１００）では、固体電機子（８）の本体から第１電極レール（６ａ，６ａ’）側に且つ後方に第１集電部（８ａ’）を突出させると共に、第１電極レール（６ａ，６ａ’）を第１電極第１レール（６ａ）と第１電極第２レール（６ａ’）に分割して、それぞれを第１集電部（８ａ’）の側面に接触させている。そして、第１集電部（８ａ’）を介して給電するようにしている。このようにすると、第１集電部（８ａ’）における電流方向が第１電極レール（６ａ，６ａ’）における電流方向と略同方向になるから、第１電極レール（６ａ，６ａ’）と第１集電部（８ａ’）の境界での電流方向が境界に対して従来より平行に近くなる。すると、前記(１)式における特徴的な長さＬB が大きくなり、深さΔが大きくなる。
また、第２電極レール（６ｂ，６ｂ’）と第２集電部（８ｂ’）についても同様であり、前記(１)式における特徴的な長さＬB が大きくなり、深さΔが大きくなる。
従って、抵抗率の大きな材料を用いることなく、局部的な電流集中を緩和することが出来る。また、接触面積を大きくとれ、電流密度を小さくできる利点もある。
【０００９】
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による集電型電磁加速器において、前記第１電極第１レール（６ａ）の第２電極レール側面と前記固体電機子（８）の間に絶縁物（７ａ）を介在させ、前記第１電極第２レール（６ａ’）の第２電極レール側面と前記固体電機子（８）の間に絶縁物（７ａ’）を介在させ、前記第２電極第１レール（６ｂ）の第１電極レール側面と前記固体電機子（８）の間に絶縁物（７ｂ）を介在させ、前記第２電極第２レール（６ｂ’）の第１電極レール側面と前記固体電機子（８）の間に絶縁物（７ｂ’）を介在させたことを特徴とする集電型電磁加速器（１００）を提供する。
上記第２の観点による集電型電磁加速器（１００）では、第１集電部（８ａ’）および第２集電部（８ｂ’）のみを介して固体電機子（８）に給電できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す本発明の実施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。
【００１２】
−第１の実施形態−
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる集電型電磁加速器を示す３面図である。
この集電型電磁加速器１００は、下面および側面下部を絶縁物７ａで被覆された第１電極第１レール６ａと、下面および側面下部を絶縁物７ａ’で被覆された第１電極第２レール６ａ’と、上面および側面上部を絶縁物７ｂで被覆された第２電極第１レール６ｂと、上面および側面の上部を絶縁物７ｂ’で被覆された第２電極第２レール６ｂ’と、第１集電部８ａ’および第２集電部８ｂ’を有する固体電機子８と、前記第１電極レール６ａ，６ａ’及び前記固体電機子８及び前記第２電極レール６ｂ，６ｂ’の直列回路に電流を流す電源部１０とを具備している。
【００１３】
前記レール６ａ，６ａ’，６ｂ，６ｂ’は、銅製である。
また、前記絶縁物７ａ，７ａ’，７ｂ，７ｂ’は、ＧＦＲＰ（Ｇrass Ｆiber Ｒeinforced Ｐlastics）製である。
また、前記固体電機子８は、銅またはアルミニウム製である。
【００１４】
図２に示すように、前記第１集電部８ａ’は、前記固体電機子８から前記第１電極レール６ａ，６ａ’側に且つ後方に突出している。そして、前記第１集電部８ａ’の一方の側面は、前記第１電極第１レール６ａの下部を絶縁物７ａで被覆された側面に摺動可能に接触している。また、図示を省略しているが、前記第１集電部８ａ’の他方の側面は、前記第１電極第２レール６ａ’の下部を絶縁物７ａ’で被覆された側面に摺動可能に接触している。
また、前記第２集電部８ｂ’は、前記固体電機子８から前記第２電極レール６ｂ，６ｂ’側に且つ後方に突出している。そして、前記第２集電部８ｂ’の一方の側面は、前記第２電極第１レール６ｂの上部を絶縁物７ｂで被覆された側面に摺動可能に接触している。また、図示を省略しているが、前記第２集電部８ｂ’の他方の側面は、前記第２電極第２レール６ｂ’の上部を絶縁物７ｂ’で被覆された側面に摺動可能に接触している。
図３は、前記固体電機子８の斜視図である。
【００１５】
図４の（ａ）は、固体電機子８の速度ｖ＝０のときの第１電極６ａ，６ａ’および第１集電部８ａ’における電流分布４を示す模式図である。
また、図４の（ｂ）は、固体電機子８の速度ｖ＞０のときの第１電極６ａ，６ａ’および第１集電部８ａ’における電流分布４を示す模式図である。
図４から判るように、第１集電部８ａ’における電流方向が第１電極レール６ａ，６ａ’における電流方向と略同方向になるから、第１電極レール６ａ，６ａ’と第１集電部８ａ’の境界での電流方向が境界に対して従来より平行に近くなる。すると、前記(１)式における特徴的な長さＬB が大きくなり、深さΔが大きくなる。
また、第２電極レール６ｂ，６ｂ’と第２集電部８ｂ’についても同様であり、特徴的な長さＬB が大きくなり、深さΔが大きくなる。
従って、抵抗率の大きな材料を用いることなく、局部的な電流集中を緩和することが出来る。また、第１集電部８ａ’および第２集電部８ｂ’の長さや高さを延ばすことにより接触面積を大きくとれるから、電流密度を小さくすることも可能になる。
【００１６】
−参考例−
図５は、参考例にかかる集電型電磁加速器を示す３面図である。
この集電型電磁加速器２００は、第１電極レール１ａと、第２電極レール１ｂと、第１集電部８ａ’および第２集電部８ｂ’を有する固体電機子８と、前記第１電極レール１ａ及び前記固体電機子８及び前記第２電極レール１ｂの直列回路に電流を流す電源部１０とを具備している。
前記第１集電部８ａ’は、前記固体電機子８から前記第１電極レール１ａ側に且つ後方に突出している。そして、第１集電部８ａ’の上面を含む固体電機子８の上面は、第１電極レール１ａの下面に摺動可能に接触している。
また、前記第２集電部８ｂ’は、前記固体電機子８から前記第２電極レール１ｂ側に且つ後方に突出している。そして、第２集電部８ｂ’の下面を含む固体電機子８の下面は、第２電極レール１ｂの上面に摺動可能に接触している。
前記レール１ａ，１ｂは、銅製である。
また、前記固体電機子８は、銅またはアルミニウム製である。
図６は、前記固体電機子８の斜視図である。
【００１７】
図７は、第１電極レール１ａ，第１集電部８ａ’，固体電機子８，第２集電部８ｂ’および第２電極レール１ｂにおける電流分布４を示す模式図である。
図７から判るように、第１集電部８ａ’における電流方向が第１電極レール１ａにおける電流方向と略同方向になるから、第１電極レール１ａと第１集電部８ａ’の境界での電流方向が境界に対して従来より平行に近くなる。すると、前記(１)式における特徴的な長さＬB が大きくなり、深さΔが大きくなる。
また、第２集電部８ｂ’における電流方向が第２電極レール１ｂにおける電流方向と略同方向になるから、第２電極レール１ｂと第２集電部８ｂ’の境界での電流方向が境界に対して従来より平行に近くなる。すると、前記(１)式における特徴的な長さＬB が大きくなり、深さΔが大きくなる。
従って、抵抗率の大きな材料を用いることなく、局部的な電流集中を緩和することが出来る。また、第１集電部８ａ’および第２集電部８ｂ’の長さを延ばすことにより接触面積を大きくとれるから、電流密度を小さくすることも可能になる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の集電型電磁加速器（１００）によれば、抵抗率の大きな材料を用いることなく、速度表皮効果による局部的な電流集中を緩和することが出来る。また、レール（６ａ，６ａ’，６ｂ，６ｂ’または１ａ，１ｂ）と固体電機子（８）の接触面積を大きくとれるから、電流密度を小さくすることもできる。従って、従来よりも大電流を流すことが可能となり、加速性能を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態にかかる集電型電磁加速器（１００）を示す３面図である。
【図２】  図１の集電型電磁加速器（１００）の要部斜視図である。
【図３】  本発明の第１の実施形態にかかる固体電機子（８）を示す斜視図である。
【図４】  第１の実施形態にかかる第１電極（６ａ，６ａ’）および第１集電部（８ａ’）における電流分布（４）を示す模式図である。
【図５】  参考例にかかる集電型電磁加速器（２００）を示す３面図である。
【図６】  参考例にかかる固体電機子（８）を示す斜視図である。
【図７】  参考例にかかる第１電極レール（１ａ），第１集電部（８ａ’），固体電機子（８），第２集電部（８ｂ’）および第２電極レール（１ｂ）における電流分布（４）を示す模式図である。
【図８】  従来の電磁加速器（５００）を示す３面図である。
【図９】  従来例にかかる固体電機子（３）を示す斜視図である。
【図１０】  従来例にかかる第１電極レール（１ａ），固体電機子（３）および第２電極レール（１ｂ）における電流分布（４）を示す模式図である。
【符号の説明】
１００，２００，５００              集電型電磁加速器
１ａ                                第１電極レール
１ｂ                                第２電極レール
３                                  固体電機子
４                                  電流分布
６ａ                                第１電極第１レール
６ａ’                              第１電極第２レール
６ｂ                                第２電極第１レール
６ｂ’                              第２電極第２レール
７ａ，７ａ’，７ｂ，７ｂ’          絶縁物
８                                  固体電機子
８ａ’                              第１集電部
８ｂ’                              第２集電部
１０                                電源部
【図１】
0003760292.tif 000002
【図２】
0003760292.tif 000003
【図３】
0003760292.tif 000004
【図４】
0003760292.tif 000005
【図５】
0003760292.tif 000006
【図６】
0003760292.tif 000007
【図７】
0003760292.tif 000008
【図８】
0003760292.tif 000009
【図９】
0003760292.tif 000010
【図１０】
0003760292.tif 000011