电磁加速装置制造方法
【专利摘要】本发明提出一种电磁加速装置，包括：导向滑道，所述导向滑道由绝缘材料制成，且具有预设的长度和直径，所述导向滑道内容纳可滑动的金属物体；一个或多个电感线圈，每个所述电感线圈均绕成圆锥形，且沿同一方向套在所述导向滑道的外面；和一个或多个低Q值的谐振电源，所述低Q值的谐振电源的每一个都与一个所述电感线圈相连结，并为其供电，以产生交变磁场，该交变磁场与所述导向滑轨内的金属物体上被感生出来的电流发生电磁作用，使得所述滑道内的金属物体被加速，其加速的方向由所述圆锥形电感线圈的小端指向其大端，通过本发明实施例所示的能量汇集作用可以提高该电磁加速装置的效率，最终提高对所述滑道内的金属物体的加速能力。
【专利说明】电磁加速装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电磁控制【技术领域】，特别涉及一种电磁加速装置。
【背景技术】
[0002] 靠电磁感应拉动一个金属物体作直线加速运动的方法主要可分为三种：（1)第一 种是米用直线电机模式。把三相(或者更多相）的电磁绕组按相序的先后依次排成一排， 通上三相（或者更多相）交流电后，形成一组沿所述电磁绕组的排列方向直线行进的交变 磁场，该交变磁场会在一个靠近所述电磁绕组的金属物体上感应出感生电流，该感生电流 与所述直线行进的交变磁场发生电磁作用，从而拉动该金属物体沿所述交变磁场的行进方 向作直线加速运动，这种方法的优点是被加速的金属物体上的电流完全靠电磁感应自然产 生，而无需再人为地给被加速的金属物体通电，所以不存在电流接触不良的问题。然而凡是 靠电磁感应自然产生的感生电流都要受到电磁感应规律的束缚，而无法人为地简单设定其 强度，一般来说，不同的电磁感应方式会对其感生出的电流强度施加不同的限制，以直线电 机加速方式为例，其被加速的金属物体的行进速度都不可能超过其直线行进的交变磁场的 速度，而交变磁场的行进速度（简称行波速度）为V=L ·?·，其中L为一组三相(或多相)绕组 所铺设的长度，f为通到绕组上的交流电源的频率，而被该行波所加速的金属的速度(我们 用V'表示）显然要小于V，即V' <V=L · f，若想再提高速度，需要增加所述交流电源的频率 f，但随着频率f的增加，会增加行波速度V与被加速的金属的运动速度V'之差，而速度之 差V-V'正是被加速的金属物体在所述行波磁场中运行的相对速度，V-V'越大被加速金属在 单位时间内切割磁力线的速率也越大，从而在金属上产生了更多的感生电流，该电流除了 产生洛伦兹力之外，更多地会使被加速的金属发热，须知洛伦兹力与电流的一次方成正比， 而相应的热效应却与电流的平方成正比(详见后面
【发明内容】
的相关论述)。迅速增长的热损 耗浪费了行波电磁场输入的能量，可见用直线电机的模式难以获得很高的速度，归根结底， 直线电机方案的要害在于，难以聚集足够高的用以加速金属物体运动的能量密度。
[0003] (2)第二种是靠相互垂直的静磁场和直流电流之间的电磁作用，给被加速的金属 物体施加电磁力。设静磁场的方向为X轴，同时给被加速的金属物体人为地在Y轴方向施 加直流电流I，x轴垂直于Y轴，结果会在与X轴和Y轴都垂直的Z轴方向产生电磁力，这种 方法的优点是静磁场和直流电流都是人为设定的，可以人为地提高静磁场和流过被加速的 金属物体的直流电流强度，故可以产生更大的电磁力，该方法的主要困难是，人为地给高速 运动的金属物体通上高密度的直流电流，容易出现电流接触不良的问题，其要害在于，电流 接触不良会造成接触电阻R的增加，由此带来严重的发热（I 2R)，最终导致加速能量的大量 损失。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的旨在至少解决以上技术缺陷之一。
[0005] 为达到上述目的，本发明实施例提出一种电磁加速装置，包括：导向滑道，所述导 向滑道具有预设长度和直径，且所述导向滑道内容纳有金属物体，所述金属物体可在所述 导向滑道之中滑动；围绕在所述导向滑道之外的一个或多个电感线圈，且所述的多个电感 线圈的每一个均绕成圆锥形，且沿同一方向套在导向滑道的外面，以使所述一个或多个电 感线圈对所述金属物体产生的电磁驱动力方向与所述导向滑道的方向相同；和一个或多个 低Q值谐振电源，所述低Q值谐振电源的每一个与一个电感线圈相连以为所述电感线圈供 电，所述低Q值谐振电源进一步包括：串联的第一电压源和第二电压源，其中，在所述第一 电压源和第二电压源之间具有第一节点；分别与所述第一电压源和第二电压源相连的第一 平波电抗器和第二平波电抗器；分别与所述第一平波电抗器和所述第二平波电抗器相连且 相互串联的第一谐振电容和第二谐振电容，其中，在所述第一谐振电容和所述第二谐振电 容之间具有第二节点，且所述第一节点和所述第二节点相连；第一功率器件和第二功率器 件，所述第一功率器件的阳极与所述第一平波电抗器和所述第一谐振电容相连，所述第二 功率器件的阴极与所述第二平波电抗器和所述第二谐振电容相连，且所述第一功率器件的 阴极与所述第二功率器件的阳极相连，其中，在所述第一功率器件和所述第二功率器件之 间具有第五节点，所述电感线圈与隔直电容相串联后连接在第二节点和第五节点之间。
[0006] 在本发明的一个实施例中，所述导向滑道由绝缘材料构成。
[0007] 在本发明的一个实施例中，所述导向滑道为圆筒型。
[0008] 在本发明的一个实施例中，所述导向滑道包括呈三角形排布的三个滑道。
[0009] 在本发明的一个实施例中，所述导向滑道为线型导轨，且所述金属物体具有与所 述线型导轨匹配的穿透孔，所述线型导轨穿过所述金属物体的穿透孔以使所述金属物体沿 所述线型导轨限定的方向运动。
[0010] 在本发明的一个实施例中，所述低Q值电源还包括：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与第四功率器件分别与所述第一功率器件和第二功率 器件反向并联，其中所述可控的第三功率器件的阳极与所述可控的第四功率器件的阴极相 连。
[0011] 在本发明的一个实施例中，所述可控的第三功率器件在所述第一功率器件关断的 半周期内不开启。
[0012] 在本发明的一个实施例中，所述可控的第四功率器件在所述第二功率器件关断的 半周期内不开启。
[0013] 在本发明的一个实施例中，所述功率器件为晶闸管、IGBT、GT0、IGCT、GTR、SITH或 SIT。
[0014] 通过本发明实施例的能量汇聚作用可以极大地提高电磁加速装置的效率，同时提 高物体的加速能力。
[0015] 处在交变磁场中的金属会被感生电流，从而导致两种效应：热效应和力学效应。为 了简便，我们直接引用两条电磁学常识：
[0016] (1)交变磁场在金属上感生的电流强度
【权利要求】
1. 一种电磁加速装置，其特征在于，包括： 导向滑道，所述导向滑道具有预设长度和直径，且所述导向滑道内容纳有金属物体，所 述金属物体可在所述导向滑道之中滑动； 围绕在所述导向滑道之外的一个或多个电感线圈，且所述的多个电感线圈的每一个均 绕成圆锥形，且沿同一方向套在导向滑道的外面，以使所述一个或多个电感线圈对所述金 属物体产生的电磁驱动力方向与所述导向滑道的方向相同；和 一个或多个低Q值谐振电源，所述低Q值谐振电源的每一个与一个电感线圈相连以为 所述电感线圈供电，所述低Q值谐振电源进一步包括： 串联的第一电压源和第二电压源，其中，在所述第一电压源和第二电压源之间具有第 一节点； 分别与所述第一电压源和第二电压源相连的第一平波电抗器和第二平波电抗器； 分别与所述第一平波电抗器和所述第二平波电抗器相连且相互串联的第一谐振电容 和第二谐振电容，其中，在所述第一谐振电容和所述第二谐振电容之间具有第二节点，且所 述第一节点和所述第二节点相连； 第一功率器件和第二功率器件，所述第一功率器件的阳极与所述第一平波电抗器和所 述第一谐振电容相连，所述第二功率器件的阴极与所述第二平波电抗器和所述第二谐振电 容相连，且所述第一功率器件的阴极与所述第二功率器件的阳极相连，其中，在所述第一功 率器件和所述第二功率器件之间具有第五节点，所述电感线圈与隔直电容相串联后连接在 第二节点和第五节点之间。
2. 根据权利要求1所述的电磁加速装置，其特征在于，所述导向滑道由绝缘材料构成。
3. 根据权利要求1所述的电磁加速装置，其特征在于，所述导向滑道为圆筒形。
4. 根据权利要求1所述的电磁加速装置，其特征在于，所述导向滑道包括呈三角形排 布的三个滑道。
5. 根据权利要求1所述的电磁加速装置，其特征在于，所述导向滑道为线性导轨，且所 述被加速的金属物体具有与所述线性导轨匹配的穿透孔，所述线性导轨穿过所述金属物体 的穿透孔以使所述金属物体沿所述线性导轨限定的方向运动。
6. 根据权利要求1所述的电磁加速装置，其特征在于，所述低Q值电源还包括：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与第四功率器件分别与所述第一 功率器件和第二功率器件反向并联，其中所述可控的第三功率器件的阳极与所述可控的第 四功率器件的阴极相连。
7. 根据权利要求8所述的电磁加速装置，其特征在于，所述可控的第三功率器件在所 述第一功率器件关断的半周期内不开启。
8. 根据权利要求1所述的电磁加速装置，其特征在于，所述可控的第四功率器件在所 述第二功率器件关断的半周期内不开启。
9. 根据权利要求1所述的电磁加速装置，其特征在于，所述功率器件为晶闸管、IGBT、 GTO、IGCT、GTR、SITH 或 SIT。
【文档编号】H02K41/00GK104052232SQ201310078683
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月12日 优先权日:2013年3月12日
【发明者】傅强, 杨艳, 夏临华, 罗马 申请人:青岛大学