本發(fā)明涉及一種基于電磁控制的螺旋槽加速裝置，尤其適用于電磁加速裝置。

背景技術(shù)：

通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的現(xiàn)象是電磁學(xué)中的重要現(xiàn)象之一，通過(guò)電和磁之間的相互作用進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)械力的現(xiàn)象，將電磁能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。在加速發(fā)射領(lǐng)域，目前大都屬于化學(xué)發(fā)射的發(fā)射裝置已不能滿足發(fā)射能力的超高動(dòng)能等的要求。在此情況下，產(chǎn)生了新一代的超高速電磁發(fā)射加速技術(shù)，開(kāi)始使用電磁能量作為推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)力源。所謂電磁加速發(fā)射，就是將帶有磁性的物體置于特定的螺旋槽之上，利用外加磁場(chǎng)對(duì)其力和轉(zhuǎn)矩的作用下，通過(guò)高頻磁場(chǎng)的變化迅速改變磁場(chǎng)的方向，利用磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)形式吸引并帶動(dòng)物體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所搭載的螺旋槽的斜坡性質(zhì)將軸向高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為軸向的直線加速運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文采用的新型加速方式，主要依靠于法拉第電磁感應(yīng)定律，利用驅(qū)動(dòng)的整體原理是，利用外磁場(chǎng)對(duì)磁性物體的力和轉(zhuǎn)矩兩種作用，以磁轉(zhuǎn)矩的方式作用于被加速體被加速體。依靠被加速體被加速體的螺旋裝置和螺旋槽的配合，將旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為軸向的直線動(dòng)能，完成加速。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種電磁控制螺旋槽加速裝置，包括：

磁場(chǎng)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，內(nèi)部包括硅鋼片鐵芯及纏繞于所述硅鋼片鐵芯內(nèi)側(cè)的繞組；

螺旋槽，沿軸線設(shè)置在所述磁場(chǎng)發(fā)生裝置內(nèi)，用于將被加速體的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)化為軸向的直線運(yùn)動(dòng)速度；

被加速體，通過(guò)外螺紋與所述螺旋槽相配合，其兩側(cè)對(duì)稱嵌入設(shè)置有兩塊磁級(jí)相反的釹鐵硼永磁體；

輸入電源裝置，包括通過(guò)電路依次連接于單向交流電源和磁場(chǎng)發(fā)生裝置之間的大功率逆變發(fā)生器、功耗儀，用于通過(guò)調(diào)整輸入交流電頻率實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步地，所述硅鋼片鐵芯呈圓筒狀設(shè)置在磁場(chǎng)發(fā)生裝置內(nèi)，由厚度為0.5mm、片間用絕緣漆絕緣的硅鋼片疊裝壓緊而成，硅鋼片鐵芯圓周內(nèi)表面沿軸向均勻分布有直槽，同一繞組按同一中心的位置逐個(gè)嵌裝排列成回字形的形式纏繞在直槽內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述硅鋼片鐵芯在相鄰的繞組之間設(shè)置有空隙形成用于散熱的通風(fēng)溝。

進(jìn)一步地，所述繞組包括采用并聯(lián)方式進(jìn)行連接的主繞組和起動(dòng)繞組，所述起動(dòng)繞組串接一個(gè)分相電容，使其與主繞組的電流在相位上近似相差90度，所述主繞組和啟動(dòng)繞組在裝配的空間位置上相差90度，在空間上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)被加速體的旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，所述的大功率逆變器采用WL3688B大功率逆變器，所述功耗儀采用WL258功耗儀。

進(jìn)一步地，所述螺旋槽的材料采用7075鋁合金。

進(jìn)一步地，所述被加速體的材料采用PTFE耐磨塑料。

進(jìn)一步地，所述被加速體的外螺旋與螺旋槽的內(nèi)螺紋螺距相等，螺紋升角Ψ相等，旋向相同。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明主要依靠于法拉第電磁感應(yīng)定律，利用外磁場(chǎng)對(duì)磁性物體的力和轉(zhuǎn)矩兩種作用，以磁轉(zhuǎn)矩的方式作用于被加速體被加速體，依靠被加速體的外螺紋和螺旋槽相配合，將旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為軸向的直線動(dòng)能，完成加速，且控制靈活方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)施、穩(wěn)定耐用等諸多優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1是本加速裝置的主體俯視剖面圖。

圖2是電磁發(fā)生裝置主視剖面局部示意圖。

圖3 是電磁發(fā)生裝置分相電路圖。

圖4是發(fā)射被加速體剖視圖。

圖5是輸入電源裝置圖。

圖中：1-磁場(chǎng)發(fā)生裝置，2-被加速體，3-螺旋槽，4-硅鋼片鐵芯，5-繞組，6-主繞組，7-起動(dòng)繞組，8-分相電容，9-釹鐵硼永磁體，10-大功率逆變器，11-內(nèi)螺紋，12-功耗儀。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本專利進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本專利的實(shí)施方式并不限于此。

實(shí)施例

如圖1至圖5所示，一種電磁控制螺旋槽加速裝置，包括：

磁場(chǎng)發(fā)生裝置1，用于產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，內(nèi)部包括硅鋼片鐵芯4及纏繞于所述硅鋼片鐵芯4內(nèi)側(cè)的繞組5；

螺旋槽3，沿軸線設(shè)置在所述磁場(chǎng)發(fā)生裝置1內(nèi)，用于將被加速體2的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)化為軸向的直線運(yùn)動(dòng)速度；

被加速體2，通過(guò)外螺紋11與所述螺旋槽3相配合，其兩側(cè)對(duì)稱嵌入設(shè)置有兩塊磁級(jí)相反的釹鐵硼永磁體9；

輸入電源裝置，包括通過(guò)電路依次連接于單向交流電源和磁場(chǎng)發(fā)生裝置1之間的大功率逆變發(fā)生器10、功耗儀12，用于通過(guò)調(diào)整輸入交流電頻率實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)。

具體而言，如圖2所示，所述硅鋼片鐵芯4呈圓筒狀，裝入磁場(chǎng)發(fā)生裝置1內(nèi)，它是電機(jī)主磁通磁路的一部分。為了減小硅鋼片鐵芯4損耗，它是由厚度為0.5mm、片間用絕緣漆絕緣的硅鋼片疊裝壓緊而成。硅鋼片鐵芯4圓周內(nèi)表面沿軸向有均勻分布的直槽。

具體而言，如圖3所示，繞組5分為主繞組6和起動(dòng)繞組7，由于輸入的單相交流電不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在裝置中并聯(lián)加上一個(gè)起動(dòng)繞組7，起動(dòng)繞組7要串接一個(gè)合適的分相電容8，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度。這樣兩個(gè)在時(shí)間上相差90度的電流通入兩個(gè)在空間上相差90度的繞組，將會(huì)在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，驅(qū)動(dòng)被加速體2旋轉(zhuǎn)。其中注意的是，同一線圈組的幾個(gè)矩形線圈，按同一中心的位置逐個(gè)嵌裝排列成回字形的型式。為了增加散熱面積，所述硅鋼片鐵芯4在相鄰的繞組6之間設(shè)置有空隙形成用于散熱的通風(fēng)溝41。

如圖4所示，被加速體2兩側(cè)嵌入放置兩塊釹鐵硼永磁體9可以完成其受力的作用。釹鐵硼作為稀土永磁材料，具有極高的磁能積和矯頑力、高能量密度的優(yōu)點(diǎn)。在磁場(chǎng)發(fā)生裝置1中感應(yīng)磁場(chǎng)受力，并通過(guò)內(nèi)嵌入被加速體2兩極，帶動(dòng)被加速體2發(fā)生旋轉(zhuǎn)。其中注意的是，兩釹鐵硼永磁體9在安置的時(shí)候，兩磁體必須保證相對(duì)磁極保證磁性相反，從而保證整體磁通線完整通過(guò)。被加速體2的外螺紋11配合螺旋槽3的內(nèi)螺紋，對(duì)將軸向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為軸向直線運(yùn)動(dòng)起到重要的作用。被加速體2的外螺紋11需要保持與螺旋槽3的內(nèi)螺紋螺距相等，螺紋升角Ψ相等，旋向相同。被加速體2多采用材質(zhì)選為PTFE耐磨塑料，耐磨塑料板的沖擊強(qiáng)度高，磨擦系數(shù)在0.07-0.11之間，接近零摩擦。具有抗化學(xué)腐蝕性，可耐酸、堿、鹽等介質(zhì)腐蝕。

螺旋槽3主要負(fù)責(zé)將軸向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為軸向直線運(yùn)動(dòng)。螺旋槽3采用7075鋁合金材質(zhì)制作。鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，適用于本操作環(huán)境下，高速運(yùn)轉(zhuǎn)、強(qiáng)度高、抗磁性的工作環(huán)境。通過(guò)一定的硬質(zhì)陽(yáng)極處理或表面噴涂鈦合金材料的融入增強(qiáng)其耐磨性和耐腐蝕性。

所述的大功率逆變器10采用WL3688B大功率逆變器，所述功耗儀12采用WL258功耗儀。

如圖5所示，為了調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度，最直接的辦法就是直接改變其輸入交流電頻率進(jìn)行調(diào)速。對(duì)于交流電的變頻裝置可以利用大功率交流逆變器完成，大功率逆變器10首先將交流電變?yōu)橹绷麟姡缓笥秒娮釉?duì)直流電進(jìn)行開(kāi)關(guān)，利用可控硅，設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置，使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，變?yōu)榻涣麟?。通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生裝置1的產(chǎn)生磁場(chǎng)周期性變化直接影響磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度，從而使被加速體2的轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。主要設(shè)置參數(shù)與螺旋槽3上升角和有效加速距離有關(guān)。通過(guò)功耗儀12的直接監(jiān)測(cè)，可以直觀的獲取整體裝置的功耗參數(shù)，可以在相應(yīng)范圍內(nèi)進(jìn)行有效安全地的調(diào)節(jié)。

本實(shí)施例提供一個(gè)兩極設(shè)置釹鐵硼永磁體9的無(wú)磁性被加速體2和以一定螺旋角旋轉(zhuǎn)上升的螺旋槽3作為基礎(chǔ)配件，同時(shí)在外界施加通過(guò)交流逆變器10處理的交流電輸入的磁場(chǎng)發(fā)生裝置1產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。當(dāng)外驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)開(kāi)始產(chǎn)生相位差之后，被加速體與外驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的磁極相對(duì)轉(zhuǎn)角a發(fā)生變化。磁場(chǎng)發(fā)生裝置1所產(chǎn)生的磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度逐漸增大，在釹鐵硼永磁體9同性磁極互相吸引的作用下產(chǎn)生磁驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力矩大于被加速體2在工作環(huán)境下周圍所產(chǎn)生的靜摩擦阻力矩時(shí)，被加速體2開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。被加速體2內(nèi)部帶有外螺紋11，被加速體2的外螺旋11與螺旋槽3的內(nèi)螺紋進(jìn)行配合，被加速體2沿著軌道鏡像旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將一部分軸向的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為沿著軸向的直線速度，達(dá)到加速發(fā)射的目的。通過(guò)調(diào)整磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度和方向，來(lái)調(diào)整被加速體2的速度控制和定位。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。