一种磁阻式电磁线圈减速器及其减速方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种磁阻式电磁线圈减速器及其减速方法，其主要用于需要制动运动 铁磁物体的领域，可实现对已经获得一定速度的铁磁物体的制动作用。
【背景技术】
[0002] 理论上，使用电能发射的发射体将不受外界影响的限制，只受发射体和线圈材料 的限制，因此电磁发射是一种理想的发射方式。所谓的电磁发射技术是把电磁能转化为动 能，借助电磁力做功，实际上是一种特殊的电气传动装置。电磁发射技术是电磁场理论的应 用技术，该项技术具有发射速度高、能源简易、效率高、性能优良、可控性好和结构多样等普 通发射技术不可比拟的优点，使其在未来军事、民用等相关领域有着重大的意义和应用潜 力，是近年来国际学术界兴起的研究热点，它为取代传统化学能动力技术提供了新思路。
[0003] 根据电磁发射原理，线圈式电磁发射器可分为磁阻型和感应型，二者的加速原理 有所不同。其中，磁阻线圈式电磁发射器利用线圈铁磁磁路的磁阻变化吸引铁巧运动加速 铁巧发射体，而感应线圈式电磁发射器主要是利用发射弹体时的感应祸流产生比较大的加 速推力进行加速。不同之处在于：一是磁阻线圈式电磁发射器的发射体为一整块铁磁材料， 被加速的不是发射体线圈或管状发射体；二是在磁阻线圈式电磁发射器系统中引入铁磁材 料，效率比空屯、线圈电磁发射器高。
[0004] 本发明采用电磁发射的逆过程，即利用电磁力使达到高速的发射体减速，选择磁 阻式线圈阻巧器实现对诸如铁等导磁材料类型的发射体的制动作用。
[0005] 如图2所示，当线圈通W电流，发射体被磁化，并在磁场力作用下向磁阻减小的方 向运动。当发射体处在磁路中磁阻最小的位置时，发射体将保持不动。发射体行进到线圈 中屯、时，磁路的磁阻也小，此时对发射体的作用力亦最小。磁阻型发射体仅受拉力，而不受 推力作用的特点，使它不同于那种感应型发射体在适当选择两种线圈电流方向时对发射体 可拉、可推的特点，也因此本发明中的电源作用应在发射体经过阻巧器线圈中点W后。
【发明内容】
[0006] 本发明目标在于对获得一定速度的铁磁物体进行制动，通过设置一个或者若干个 线圈绕组并将其与电容器等电源设备串联构成回路，通过对激励触发时间进行控制，使已 获得一定速度的铁磁物体减速，并最终实现制动。
[0007] 具体来说，对于具有良好导磁特性的物体来说，在工作过后具有一定的动能，为使 其迅速减速，比较理想的办法就是将电磁发射加速的原理逆用，即设置一级或者若干级线 圈-电源回路，通过在合适的时间导通电路，使线圈中通过一定大小的电流。该时，铁磁物 体被磁化，并在磁场力的作用下向磁阻减小的方向运动。而对于本发明设及的情况来说， 该个合适的时间即为铁磁物体中点运动通过线圈的中点W后，因为对于磁阻式线圈来说， 其对发射体的力只有吸引的"拉近力"，故若在中点前即导通电路，反而会导致发射体被"吸 弓r而加速运动，在发射体通过线圈中点W后，线圈对其的"吸引"导致发射体受到与运动方 向相反的力，从而制动减速。
[000引磁阻式线圈减速器由减速器线圈、电容器电源、二极管W及保护电阻组成，各部分 的参数应该根据加速试验的规模、通过一定的计算并进行相关的试验综合确定。尤其是电 容器的电压大小和电容量的选取，是整个线圈阻巧器的设计重点。
[0009] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得W解决的： 一种磁阻式线圈减速器，其特征在于，结构上包括至少一级减速组件，所述减速组件依 次串联的至少一个阻巧线圈、电源、二极管组成的电路回路，二极管上还串联一电容。
[0010] 在上述的一种磁阻式线圈减速器，所述减速组件为若干级，依次平行设置。
[0011] 一种采用磁阻式线圈减速器的减速方法，其特征在于，根据磁阻式的制动原理，在 铁磁物体的中点刚刚运动经过线圈减速器中点时刻时进行放电，从而使线圈因受到与运动 方向相反的吸引力而制动，并且，二极管的反并联保证开关闭合后，电容器对线圈一次放电 后不再反向二次放电；具体方法是： 根据待减速物体的速度和所采用电容-线圈相配合的减速电路确定驱动线圈点火时 电枢的相对位置，方法如下： 定义驱动线圈电感量为Z，电容器电容量为G初始电压为U，则电容器的初始储能为
【主权项】
1. 一种磁阻式线圈减速器，其特征在于，结构上包括至少一级减速组件，所述减速组件 依次串联的至少一个阻尼线圈、电源、二极管组成的电路回路，二极管上还串联一电容。
2. 根据权利要求1所述的一种磁阻式线圈减速器，其特征在于，所述减速组件为若干 级，依次平行设置。
3. -种采用权利要求1所述的磁阻式线圈减速器的减速方法，其特征在于，根据磁阻 式的制动原理，在铁磁物体的中点刚刚运动经过线圈减速器中点时刻时进行放电，从而使 线圈因受到与运动方向相反的吸引力而制动，并且，二极管的反并联保证开关闭合后，电容 器对线圈一次放电后不再反向二次放电；具体方法是： 根据待减速物体的速度和所采用电容-线圈相配合的减速电路确定驱动线圈点火时 电枢的相对位置，方法如下： 定义驱动线圈电感量为Z，电容器电容量为G初始电压为U，则电容器的初始储能为
由磁阻式线圈减速器的电路回路原理，可确定出回路电流的上升时间：
定义待减速的电枢的速度为％，定义相关系数k，驱动线圈点火时，电枢中点与驱动线 圈中点间的距离为获 D= JcXv0X trise 其中： 当电枢中点和线圈中点重合之后线圈点火时，〇 <々<0.2,电枢持续减速，减速效果 随着对I增大而减小，在〇 < A < 〇. 05时，减速效果最好； 当电枢中点和线圈中点重合之前线圈点火时，OS々<0.2,电枢将震荡减速，即先被 电磁线圈加速，随后减速至电枢速度反向，被电枢从相反方向拉回，反向加速，通过线圈后 再被减速，再被拉回原运动方向，直至停止；只要减速线圈所存的能量万足够大，则完全能 使铁磁线圈减速；随着减速器能量越大，对I也可增大；根据待减速物体的速度和所采用电 容-线圈相配合的减速电路确定驱动线圈点火时电枢的相对位置。
4. 根据权利要求3所述的一种采用磁阻式线圈减速器的减速方法，其特征在于，能够 采用多级减速，实现铁磁物体的完全制动。
5. 根据权利要求3所述的一种采用磁阻式线圈减速器的减速方法，其特征在于，待减 速物体为导磁材料制成。
【专利摘要】本发明涉及一种磁阻式电磁线圈减速器及其减速方法，借助电磁发射中常用加速技术的逆过程，采用脉冲电容器作为激励电源，给线圈进行放电，形成脉冲电磁场，对一个带有速度的铁磁材料物体进行“拉拽”，从而使其减速直至停止，实现对铁磁物体的制动作用。本发明巧妙的利用加速的逆过程，使因为工作状态获得一定速度的铁磁物体迅速、简单的被制动，方便又高效，用极小的代价，将铁磁物体制动并用以下次的工作。
【IPC分类】F16D63-00
【公开号】CN104533990
【申请号】CN201410820023
【发明人】张亚东, 张为杰, 阮江军
【申请人】武汉大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月25日