一种电磁控制螺旋槽加速装置

摘要

本发明公开了一种电磁控制螺旋槽加速装置，包括：磁场发生装置，用于产生交变磁场，内部包括硅钢片铁芯及缠绕于所述硅钢片铁芯内侧的绕组；螺旋槽，沿轴线设置在所述磁场发生装置内，用于将被加速体的旋转速度转化为轴向的直线运动速度；被加速体，通过外螺纹与所述螺旋槽相配合，其两侧对称嵌入设置有两块磁级相反的钕铁硼永磁体；输入电源装置，包括通过电路依次连接于单向交流电源和磁场发生装置之间的大功率逆变发生器、功耗仪，用于通过调整输入交流电频率实现磁场的旋转速度调节。本发明结构简单，利用磁场的交变性和螺旋槽的应用实现了被加速体被加速体的加速，有望成为新型的电磁轨道加速装置。

权利要求

1.一种电磁控制螺旋槽加速装置，其特征在于，包括：

磁场发生装置（1），用于产生交变磁场，内部包括硅钢片铁芯（4）及缠绕于所述硅钢片铁芯（4）内侧的绕组（5）；

螺旋槽（3），沿轴线设置在所述磁场发生装置（1）内，用于将被加速体（2）的旋转速度转化为轴向的直线运动速度；

被加速体（2），通过外螺纹（11）与所述螺旋槽（3）相配合，其两侧对称嵌入设置有两块磁极相反的钕铁硼永磁体（9）；

输入电源装置，包括通过电路依次连接于单相交流电源和磁场发生装置（1）之间的大功率逆变器（10）、功耗仪（12），用于通过调整输入交流电频率实现磁场的旋转速度调节；

所述绕组（5）包括采用并联方式进行连接的主绕组（6）和起动绕组（7），所述起动绕组（7）串接一个分相电容（8），使其与主绕组（6）的电流在相位上近似相差90度，所述主绕组（6）和起动绕组（7）在装配的空间位置上相差90度，在空间上产生旋转磁场，驱动被加速体（2）的旋转。

2.根据权利要求1所述的电磁控制螺旋槽加速装置，其特征在于：所述硅钢片铁芯（4）呈圆筒状设置在磁场发生装置（1）内，由厚度为0.5mm、片间用绝缘漆绝缘的硅钢片叠装压紧而成，硅钢片铁芯（4）圆周内表面沿轴向均匀分布有直槽，同一绕组（5）按同一中心的位置逐个嵌装排列成回字形的形式缠绕在直槽内。

3.根据权利要求2所述的电磁控制螺旋槽加速装置，其特征在于：所述硅钢片铁芯（4）在相邻的绕组（5）之间设置有空隙形成用于散热的通风沟（41）。

4.根据权利要求1所述的电磁控制螺旋槽加速装置，其特征在于：所述功耗仪（12）采用WL258功耗仪。

5.根据权利要求1所述的电磁控制螺旋槽加速装置，其特征在于：所述螺旋槽（3）的材料采用7075铝合金。

6.根据权利要求1所述的电磁控制螺旋槽加速装置，其特征在于：所述被加速体（2）的材料采用PTFE耐磨塑料。

7.根据权利要求1所述的电磁控制螺旋槽加速装置，其特征在于：所述被加速体（2）的外螺纹（11）与螺旋槽（3）的内螺纹螺距相等，螺纹升角相等，旋向相同。

说明书

一种电磁控制螺旋槽加速装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于电磁控制的螺旋槽加速装置，尤其适用于电磁加速装置。

背景技术

[0002] 通电导体在磁场中受力的现象是电磁学中的重要现象之一，通过电和磁之间的相互作用进而产生机械力的现象，将电磁能转化为动能。在加速发射领域，目前大都属于化学发射的发射装置已不能满足发射能力的超高动能等的要求。在此情况下，产生了新一代的超高速电磁发射加速技术，开始使用电磁能量作为推进系统的动力源。所谓电磁加速发射，就是将带有磁性的物体置于特定的螺旋槽之上，利用外加磁场对其力和转矩的作用下，通过高频磁场的变化迅速改变磁场的方向，利用磁场转动形式吸引并带动物体进行旋转，所搭载的螺旋槽的斜坡性质将轴向高速旋转转化为轴向的直线加速运动。

发明内容

[0003] 本文采用的新型加速方式，主要依靠于法拉第电磁感应定律，利用驱动的整体原理是，利用外磁场对磁性物体的力和转矩两种作用，以磁转矩的方式作用于被加速体被加速体。依靠被加速体被加速体的螺旋装置和螺旋槽的配合，将旋转的动能转化为轴向的直线动能，完成加速。

[0004] 本发明所采用的技术方案是：

[0005] 一种电磁控制螺旋槽加速装置，包括：

[0006] 磁场发生装置，用于产生交变磁场，内部包括硅钢片铁芯及缠绕于所述硅钢片铁芯内侧的绕组；

[0007] 螺旋槽，沿轴线设置在所述磁场发生装置内，用于将被加速体的旋转速度转化为轴向的直线运动速度；

[0008] 被加速体，通过外螺纹与所述螺旋槽相配合，其两侧对称嵌入设置有两块磁极相反的钕铁硼永磁体；

[0009] 输入电源装置，包括通过电路依次连接于单相交流电源和磁场发生装置之间的大功率逆变器、功耗仪，用于通过调整输入交流电频率实现磁场的旋转速度调节。

[0010] 进一步地，所述硅钢片铁芯呈圆筒状设置在磁场发生装置内，由厚度为0.5mm、片间用绝缘漆绝缘的硅钢片叠装压紧而成，硅钢片铁芯圆周内表面沿轴向均匀分布有直槽，同一绕组按同一中心的位置逐个嵌装排列成回字形的形式缠绕在直槽内。

[0011] 进一步地，所述硅钢片铁芯在相邻的绕组之间设置有空隙形成用于散热的通风沟。

[0012] 进一步地，所述绕组包括采用并联方式进行连接的主绕组和起动绕组，所述起动绕组串接一个分相电容，使其与主绕组的电流在相位上近似相差90度，所述主绕组和起动绕组在装配的空间位置上相差90度，在空间上产生旋转磁场，驱动被加速体的旋转。

[0013] 进一步地，所述功耗仪采用WL258功耗仪。

[0014] 进一步地，所述螺旋槽的材料采用7075铝合金。

[0015] 进一步地，所述被加速体的材料采用PTFE耐磨塑料。

[0016] 进一步地，所述被加速体的外螺纹与螺旋槽的内螺纹螺距相等，螺纹升角Ψ相等，旋向相同。

[0017] 相比现有技术，本发明主要依靠于法拉第电磁感应定律，利用外磁场对磁性物体的力和转矩两种作用，以磁转矩的方式作用于被加速体被加速体，依靠被加速体的外螺纹和螺旋槽相配合，将旋转的动能转化为轴向的直线动能，完成加速，且控制灵活方便、结构简单易实施、稳定耐用等诸多优势。

附图说明

[0018] 图1是本加速装置的主体俯视剖面图。

[0019] 图2是电磁发生装置主视剖面局部示意图。

[0020] 图3 是电磁发生装置分相电路图。

[0021] 图4是发射被加速体剖视图。

[0022] 图5是输入电源装置图。

[0023] 图中：1-磁场发生装置，2-被加速体，3-螺旋槽，4-硅钢片铁芯，5-绕组，6-主绕组，7-起动绕组，8-分相电容，9-钕铁硼永磁体，10-大功率逆变器，11-内螺纹，12-功耗仪。

具体实施方式

[0024] 以下结合附图及实施例，对本专利进行进一步详细说明，但本专利的实施方式并不限于此。实施例

[0025] 如图1至图5所示，一种电磁控制螺旋槽加速装置，包括：

[0026] 磁场发生装置1，用于产生交变磁场，内部包括硅钢片铁芯4及缠绕于所述硅钢片铁芯4内侧的绕组5；

[0027] 螺旋槽3，沿轴线设置在所述磁场发生装置1内，用于将被加速体2的旋转速度转化为轴向的直线运动速度；

[0028] 被加速体2，通过外螺纹11与所述螺旋槽3相配合，其两侧对称嵌入设置有两块磁极相反的钕铁硼永磁体9；

[0029] 输入电源装置，包括通过电路依次连接于单相交流电源和磁场发生装置1之间的大功率逆变器10、功耗仪12，用于通过调整输入交流电频率实现磁场的旋转速度调节。

[0030] 具体而言，如图2所示，所述硅钢片铁芯4呈圆筒状，装入磁场发生装置1内，它是电机主磁通磁路的一部分。为了减小硅钢片铁芯4损耗，它是由厚度为0.5mm、片间用绝缘漆绝缘的硅钢片叠装压紧而成。硅钢片铁芯4圆周内表面沿轴向有均匀分布的直槽。

[0031] 具体而言，如图3所示，绕组5分为主绕组6和起动绕组7，由于输入的单相交流电不能产生旋转磁场，在装置中并联加上一个起动绕组7，起动绕组7要串接一个合适的分相电容8，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，驱动被加速体2旋转。其中注意的是，同一线圈组的几个矩形线圈，按同一中心的位置逐个嵌装排列成回字形的型式。为了增加散热面积，所述硅钢片铁芯4在相邻的绕组6之间设置有空隙形成用于散热的通风沟41。

[0032] 如图4所示，被加速体2两侧嵌入放置两块钕铁硼永磁体9可以完成其受力的作用。钕铁硼作为稀土永磁材料，具有极高的磁能积和矫顽力、高能量密度的优点。在磁场发生装置1中感应磁场受力，并通过内嵌入被加速体2两极，带动被加速体2发生旋转。其中注意的是，两钕铁硼永磁体9在安置的时候，两磁体必须保证相对磁极保证磁性相反，从而保证整体磁通线完整通过。被加速体2的外螺纹11配合螺旋槽3的内螺纹，对将轴向旋转转化为轴向直线运动起到重要的作用。被加速体2的外螺纹11需要保持与螺旋槽3的内螺纹螺距相等，螺纹升角Ψ相等，旋向相同。被加速体2多采用材质选为PTFE耐磨塑料，耐磨塑料板的冲击强度高，磨擦系数在0.07-0.11之间，接近零摩擦。具有抗化学腐蚀性，可耐酸、碱、盐等介质腐蚀。

[0033] 螺旋槽3主要负责将轴向旋转转化为轴向直线运动。螺旋槽3采用7075铝合金材质制作。铝合金密度低，但强度比较高，适用于本操作环境下，高速运转、强度高、抗磁性的工作环境。通过一定的硬质阳极处理或表面喷涂钛合金材料的融入增强其耐磨性和耐腐蚀性。

[0034] 所述功耗仪12采用WL258功耗仪。

[0035] 如图5所示，为了调节磁场的旋转速度，最直接的办法就是直接改变其输入交流电频率进行调速。对于交流电的变频装置可以利用大功率交流逆变器完成，大功率逆变器10首先将交流电变为直流电，然后用电子元件对直流电进行开关，利用可控硅，设一个可调频率的装置，使频率在一定范围内可调，变为交流电。通过磁场发生装置1的产生磁场周期性变化直接影响磁场旋转速度，从而使被加速体2的转数在一定的范围内可调。主要设置参数与螺旋槽3上升角和有效加速距离有关。通过功耗仪12的直接监测，可以直观的获取整体装置的功耗参数，可以在相应范围内进行有效安全地的调节。

[0036] 本实施例提供一个两极设置钕铁硼永磁体9的无磁性被加速体2和以一定螺旋角旋转上升的螺旋槽3作为基础配件，同时在外界施加通过交流逆变器10处理的交流电输入的磁场发生装置1产生旋转的磁场。当外驱动磁场发生旋转开始产生相位差之后，被加速体与外驱动磁场的磁极相对转角a发生变化。磁场发生装置1所产生的磁场旋转速度逐渐增大，在钕铁硼永磁体9同性磁极互相吸引的作用下产生磁驱动力，当驱动力矩大于被加速体2在工作环境下周围所产生的静摩擦阻力矩时，被加速体2开始旋转。被加速体2内部带有外螺纹11，被加速体2的外螺纹11与螺旋槽3的内螺纹进行配合，被加速体2沿着轨道镜像旋转的同时将一部分轴向的旋转转化为沿着轴向的直线速度，达到加速发射的目的。通过调整磁场旋转速度和方向，来调整被加速体2的速度控制和定位。

[0037] 本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。