電磁加速裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種電磁加速裝置，包括：導(dǎo)向滑道，所述導(dǎo)向滑道由絕緣材料制成，且具有預(yù)設(shè)的長(zhǎng)度和直徑，所述導(dǎo)向滑道內(nèi)容納可滑動(dòng)的金屬物體；一個(gè)或多個(gè)電感線圈，每個(gè)所述電感線圈均繞成圓錐形，且沿同一方向套在所述導(dǎo)向滑道的外面；和一個(gè)或多個(gè)低Q值的諧振電源，所述低Q值的諧振電源的每一個(gè)都與一個(gè)所述電感線圈相連結(jié)，并為其供電，以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，該交變磁場(chǎng)與所述導(dǎo)向滑軌內(nèi)的金屬物體上被感生出來(lái)的電流發(fā)生電磁作用，使得所述滑道內(nèi)的金屬物體被加速，其加速的方向由所述圓錐形電感線圈的小端指向其大端，通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例所示的能量匯集作用可以提高該電磁加速裝置的效率，最終提高對(duì)所述滑道內(nèi)的金屬物體的加速能力。
【專利說(shuō)明】電磁加速裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電磁控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種電磁加速裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 靠電磁感應(yīng)拉動(dòng)一個(gè)金屬物體作直線加速運(yùn)動(dòng)的方法主要可分為三種：（1)第一 種是米用直線電機(jī)模式。把三相(或者更多相）的電磁繞組按相序的先后依次排成一排， 通上三相（或者更多相）交流電后，形成一組沿所述電磁繞組的排列方向直線行進(jìn)的交變 磁場(chǎng)，該交變磁場(chǎng)會(huì)在一個(gè)靠近所述電磁繞組的金屬物體上感應(yīng)出感生電流，該感生電流 與所述直線行進(jìn)的交變磁場(chǎng)發(fā)生電磁作用，從而拉動(dòng)該金屬物體沿所述交變磁場(chǎng)的行進(jìn)方 向作直線加速運(yùn)動(dòng)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是被加速的金屬物體上的電流完全靠電磁感應(yīng)自然產(chǎn) 生，而無(wú)需再人為地給被加速的金屬物體通電，所以不存在電流接觸不良的問(wèn)題。然而凡是 靠電磁感應(yīng)自然產(chǎn)生的感生電流都要受到電磁感應(yīng)規(guī)律的束縛，而無(wú)法人為地簡(jiǎn)單設(shè)定其 強(qiáng)度，一般來(lái)說(shuō)，不同的電磁感應(yīng)方式會(huì)對(duì)其感生出的電流強(qiáng)度施加不同的限制，以直線電 機(jī)加速方式為例，其被加速的金屬物體的行進(jìn)速度都不可能超過(guò)其直線行進(jìn)的交變磁場(chǎng)的 速度，而交變磁場(chǎng)的行進(jìn)速度（簡(jiǎn)稱行波速度）為V=L ·?·，其中L為一組三相(或多相)繞組 所鋪設(shè)的長(zhǎng)度，f為通到繞組上的交流電源的頻率，而被該行波所加速的金屬的速度(我們 用V'表示）顯然要小于V，即V' <V=L · f，若想再提高速度，需要增加所述交流電源的頻率 f，但隨著頻率f的增加，會(huì)增加行波速度V與被加速的金屬的運(yùn)動(dòng)速度V'之差，而速度之 差V-V'正是被加速的金屬物體在所述行波磁場(chǎng)中運(yùn)行的相對(duì)速度，V-V'越大被加速金屬在 單位時(shí)間內(nèi)切割磁力線的速率也越大，從而在金屬上產(chǎn)生了更多的感生電流，該電流除了 產(chǎn)生洛倫茲力之外，更多地會(huì)使被加速的金屬發(fā)熱，須知洛倫茲力與電流的一次方成正比， 而相應(yīng)的熱效應(yīng)卻與電流的平方成正比(詳見(jiàn)后面
【發(fā)明內(nèi)容】
的相關(guān)論述)。迅速增長(zhǎng)的熱損 耗浪費(fèi)了行波電磁場(chǎng)輸入的能量，可見(jiàn)用直線電機(jī)的模式難以獲得很高的速度，歸根結(jié)底， 直線電機(jī)方案的要害在于，難以聚集足夠高的用以加速金屬物體運(yùn)動(dòng)的能量密度。
[0003] (2)第二種是靠相互垂直的靜磁場(chǎng)和直流電流之間的電磁作用，給被加速的金屬 物體施加電磁力。設(shè)靜磁場(chǎng)的方向?yàn)閄軸，同時(shí)給被加速的金屬物體人為地在Y軸方向施 加直流電流I，x軸垂直于Y軸，結(jié)果會(huì)在與X軸和Y軸都垂直的Z軸方向產(chǎn)生電磁力，這種 方法的優(yōu)點(diǎn)是靜磁場(chǎng)和直流電流都是人為設(shè)定的，可以人為地提高靜磁場(chǎng)和流過(guò)被加速的 金屬物體的直流電流強(qiáng)度，故可以產(chǎn)生更大的電磁力，該方法的主要困難是，人為地給高速 運(yùn)動(dòng)的金屬物體通上高密度的直流電流，容易出現(xiàn)電流接觸不良的問(wèn)題，其要害在于，電流 接觸不良會(huì)造成接觸電阻R的增加，由此帶來(lái)嚴(yán)重的發(fā)熱（I 2R)，最終導(dǎo)致加速能量的大量 損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的旨在至少解決以上技術(shù)缺陷之一。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提出一種電磁加速裝置，包括：導(dǎo)向滑道，所述導(dǎo) 向滑道具有預(yù)設(shè)長(zhǎng)度和直徑，且所述導(dǎo)向滑道內(nèi)容納有金屬物體，所述金屬物體可在所述 導(dǎo)向滑道之中滑動(dòng)；圍繞在所述導(dǎo)向滑道之外的一個(gè)或多個(gè)電感線圈，且所述的多個(gè)電感 線圈的每一個(gè)均繞成圓錐形，且沿同一方向套在導(dǎo)向滑道的外面，以使所述一個(gè)或多個(gè)電 感線圈對(duì)所述金屬物體產(chǎn)生的電磁驅(qū)動(dòng)力方向與所述導(dǎo)向滑道的方向相同；和一個(gè)或多個(gè) 低Q值諧振電源，所述低Q值諧振電源的每一個(gè)與一個(gè)電感線圈相連以為所述電感線圈供 電，所述低Q值諧振電源進(jìn)一步包括：串聯(lián)的第一電壓源和第二電壓源，其中，在所述第一 電壓源和第二電壓源之間具有第一節(jié)點(diǎn)；分別與所述第一電壓源和第二電壓源相連的第一 平波電抗器和第二平波電抗器；分別與所述第一平波電抗器和所述第二平波電抗器相連且 相互串聯(lián)的第一諧振電容和第二諧振電容，其中，在所述第一諧振電容和所述第二諧振電 容之間具有第二節(jié)點(diǎn)，且所述第一節(jié)點(diǎn)和所述第二節(jié)點(diǎn)相連；第一功率器件和第二功率器 件，所述第一功率器件的陽(yáng)極與所述第一平波電抗器和所述第一諧振電容相連，所述第二 功率器件的陰極與所述第二平波電抗器和所述第二諧振電容相連，且所述第一功率器件的 陰極與所述第二功率器件的陽(yáng)極相連，其中，在所述第一功率器件和所述第二功率器件之 間具有第五節(jié)點(diǎn)，所述電感線圈與隔直電容相串聯(lián)后連接在第二節(jié)點(diǎn)和第五節(jié)點(diǎn)之間。
[0006] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)向滑道由絕緣材料構(gòu)成。
[0007] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)向滑道為圓筒型。
[0008] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)向滑道包括呈三角形排布的三個(gè)滑道。
[0009] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)向滑道為線型導(dǎo)軌，且所述金屬物體具有與所 述線型導(dǎo)軌匹配的穿透孔，所述線型導(dǎo)軌穿過(guò)所述金屬物體的穿透孔以使所述金屬物體沿 所述線型導(dǎo)軌限定的方向運(yùn)動(dòng)。
[0010] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述低Q值電源還包括：可控的第三功率器件和第四 功率器件，所述可控的第三功率器件與第四功率器件分別與所述第一功率器件和第二功率 器件反向并聯(lián)，其中所述可控的第三功率器件的陽(yáng)極與所述可控的第四功率器件的陰極相 連。
[0011] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述可控的第三功率器件在所述第一功率器件關(guān)斷的 半周期內(nèi)不開(kāi)啟。
[0012] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述可控的第四功率器件在所述第二功率器件關(guān)斷的 半周期內(nèi)不開(kāi)啟。
[0013] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述功率器件為晶閘管、IGBT、GT0、IGCT、GTR、SITH或 SIT。
[0014] 通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的能量匯聚作用可以極大地提高電磁加速裝置的效率，同時(shí)提 高物體的加速能力。
[0015] 處在交變磁場(chǎng)中的金屬會(huì)被感生電流，從而導(dǎo)致兩種效應(yīng)：熱效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)。為 了簡(jiǎn)便，我們直接引用兩條電磁學(xué)常識(shí)：
[0016] (1)交變磁場(chǎng)在金屬上感生的電流強(qiáng)度

【權(quán)利要求】
1. 一種電磁加速裝置，其特征在于，包括： 導(dǎo)向滑道，所述導(dǎo)向滑道具有預(yù)設(shè)長(zhǎng)度和直徑，且所述導(dǎo)向滑道內(nèi)容納有金屬物體，所 述金屬物體可在所述導(dǎo)向滑道之中滑動(dòng)； 圍繞在所述導(dǎo)向滑道之外的一個(gè)或多個(gè)電感線圈，且所述的多個(gè)電感線圈的每一個(gè)均 繞成圓錐形，且沿同一方向套在導(dǎo)向滑道的外面，以使所述一個(gè)或多個(gè)電感線圈對(duì)所述金 屬物體產(chǎn)生的電磁驅(qū)動(dòng)力方向與所述導(dǎo)向滑道的方向相同；和 一個(gè)或多個(gè)低Q值諧振電源，所述低Q值諧振電源的每一個(gè)與一個(gè)電感線圈相連以為 所述電感線圈供電，所述低Q值諧振電源進(jìn)一步包括： 串聯(lián)的第一電壓源和第二電壓源，其中，在所述第一電壓源和第二電壓源之間具有第 一節(jié)點(diǎn)； 分別與所述第一電壓源和第二電壓源相連的第一平波電抗器和第二平波電抗器； 分別與所述第一平波電抗器和所述第二平波電抗器相連且相互串聯(lián)的第一諧振電容 和第二諧振電容，其中，在所述第一諧振電容和所述第二諧振電容之間具有第二節(jié)點(diǎn)，且所 述第一節(jié)點(diǎn)和所述第二節(jié)點(diǎn)相連； 第一功率器件和第二功率器件，所述第一功率器件的陽(yáng)極與所述第一平波電抗器和所 述第一諧振電容相連，所述第二功率器件的陰極與所述第二平波電抗器和所述第二諧振電 容相連，且所述第一功率器件的陰極與所述第二功率器件的陽(yáng)極相連，其中，在所述第一功 率器件和所述第二功率器件之間具有第五節(jié)點(diǎn)，所述電感線圈與隔直電容相串聯(lián)后連接在 第二節(jié)點(diǎn)和第五節(jié)點(diǎn)之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁加速裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向滑道由絕緣材料構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁加速裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向滑道為圓筒形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁加速裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向滑道包括呈三角形排 布的三個(gè)滑道。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁加速裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向滑道為線性導(dǎo)軌，且所 述被加速的金屬物體具有與所述線性導(dǎo)軌匹配的穿透孔，所述線性導(dǎo)軌穿過(guò)所述金屬物體 的穿透孔以使所述金屬物體沿所述線性導(dǎo)軌限定的方向運(yùn)動(dòng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁加速裝置，其特征在于，所述低Q值電源還包括：可控的 第三功率器件和第四功率器件，所述可控的第三功率器件與第四功率器件分別與所述第一 功率器件和第二功率器件反向并聯(lián)，其中所述可控的第三功率器件的陽(yáng)極與所述可控的第 四功率器件的陰極相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電磁加速裝置，其特征在于，所述可控的第三功率器件在所 述第一功率器件關(guān)斷的半周期內(nèi)不開(kāi)啟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁加速裝置，其特征在于，所述可控的第四功率器件在所 述第二功率器件關(guān)斷的半周期內(nèi)不開(kāi)啟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁加速裝置，其特征在于，所述功率器件為晶閘管、IGBT、 GTO、IGCT、GTR、SITH 或 SIT。
【文檔編號(hào)】H02K41/00GK104052232SQ201310078683
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】傅強(qiáng), 楊艷, 夏臨華, 羅馬 申請(qǐng)人:青島大學(xué)