電磁加速裝置制造方法
【專利摘要】本發明提出一種電磁加速裝置，包括：導向滑道，所述導向滑道由絕緣材料制成，且具有預設的長度和直徑，所述導向滑道內容納可滑動的金屬物體；一個或多個電感線圈，每個所述電感線圈均繞成圓錐形，且沿同一方向套在所述導向滑道的外面；和一個或多個低Q值的諧振電源，所述低Q值的諧振電源的每一個都與一個所述電感線圈相連結，并為其供電，以產生交變磁場，該交變磁場與所述導向滑軌內的金屬物體上被感生出來的電流發生電磁作用，使得所述滑道內的金屬物體被加速，其加速的方向由所述圓錐形電感線圈的小端指向其大端，通過本發明實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，最終提高對所述滑道內的金屬物體的加速能力。
【專利說明】電磁加速裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電磁控制【技術領域】，特別涉及一種電磁加速裝置。
【背景技術】
[0002] 靠電磁感應拉動一個金屬物體作直線加速運動的方法主要可分為三種：（1)第一 種是米用直線電機模式。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的交變 磁場，該交變磁場會在一個靠近所述電磁繞組的金屬物體上感應出感生電流，該感生電流 與所述直線行進的交變磁場發生電磁作用，從而拉動該金屬物體沿所述交變磁場的行進方 向作直線加速運動，這種方法的優點是被加速的金屬物體上的電流完全靠電磁感應自然產 生，而無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題。然而凡是 靠電磁感應自然產生的感生電流都要受到電磁感應規律的束縛，而無法人為地簡單設定其 強度，一般來說，不同的電磁感應方式會對其感生出的電流強度施加不同的限制，以直線電 機加速方式為例，其被加速的金屬物體的行進速度都不可能超過其直線行進的交變磁場的 速度，而交變磁場的行進速度（簡稱行波速度）為V=L ·?·，其中L為一組三相(或多相)繞組 所鋪設的長度，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，會增加行波速度V與被加速的金屬的運動速度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中運行的相對速度，V-V'越大被加速金屬在 單位時間內切割磁力線的速率也越大，從而在金屬上產生了更多的感生電流，該電流除了 產生洛倫茲力之外，更多地會使被加速的金屬發熱，須知洛倫茲力與電流的一次方成正比， 而相應的熱效應卻與電流的平方成正比(詳見后面
【發明內容】
的相關論述)。迅速增長的熱損 耗浪費了行波電磁場輸入的能量，可見用直線電機的模式難以獲得很高的速度，歸根結底， 直線電機方案的要害在于，難以聚集足夠高的用以加速金屬物體運動的能量密度。
[0003] (2)第二種是靠相互垂直的靜磁場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。設靜磁場的方向為X軸，同時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，結果會在與X軸和Y軸都垂直的Z軸方向產生電磁力，這種 方法的優點是靜磁場和直流電流都是人為設定的，可以人為地提高靜磁場和流過被加速的 金屬物體的直流電流強度，故可以產生更大的電磁力，該方法的主要困難是，人為地給高速 運動的金屬物體通上高密度的直流電流，容易出現電流接觸不良的問題，其要害在于，電流 接觸不良會造成接觸電阻R的增加，由此帶來嚴重的發熱（I 2R)，最終導致加速能量的大量 損失。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的旨在至少解決以上技術缺陷之一。
[0005] 為達到上述目的，本發明實施例提出一種電磁加速裝置，包括：導向滑道，所述導 向滑道具有預設長度和直徑，且所述導向滑道內容納有金屬物體，所述金屬物體可在所述 導向滑道之中滑動；圍繞在所述導向滑道之外的一個或多個電感線圈，且所述的多個電感 線圈的每一個均繞成圓錐形，且沿同一方向套在導向滑道的外面，以使所述一個或多個電 感線圈對所述金屬物體產生的電磁驅動力方向與所述導向滑道的方向相同；和一個或多個 低Q值諧振電源，所述低Q值諧振電源的每一個與一個電感線圈相連以為所述電感線圈供 電，所述低Q值諧振電源進一步包括：串聯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點；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 容之間具有第二節點，且所述第一節點和所述第二節點相連；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 間具有第五節點，所述電感線圈與隔直電容相串聯后連接在第二節點和第五節點之間。
[0006] 在本發明的一個實施例中，所述導向滑道由絕緣材料構成。
[0007] 在本發明的一個實施例中，所述導向滑道為圓筒型。
[0008] 在本發明的一個實施例中，所述導向滑道包括呈三角形排布的三個滑道。
[0009] 在本發明的一個實施例中，所述導向滑道為線型導軌，且所述金屬物體具有與所 述線型導軌匹配的穿透孔，所述線型導軌穿過所述金屬物體的穿透孔以使所述金屬物體沿 所述線型導軌限定的方向運動。
[0010] 在本發明的一個實施例中，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，其中所述可控的第三功率器件的陽極與所述可控的第四功率器件的陰極相 連。
[0011] 在本發明的一個實施例中，所述可控的第三功率器件在所述第一功率器件關斷的 半周期內不開啟。
[0012] 在本發明的一個實施例中，所述可控的第四功率器件在所述第二功率器件關斷的 半周期內不開啟。
[0013] 在本發明的一個實施例中，所述功率器件為晶閘管、IGBT、GT0、IGCT、GTR、SITH或 SIT。
[0014] 通過本發明實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，同時提 高物體的加速能力。
[0015] 處在交變磁場中的金屬會被感生電流，從而導致兩種效應：熱效應和力學效應。為 了簡便，我們直接引用兩條電磁學常識：
[0016] (1)交變磁場在金屬上感生的電流強度
【權利要求】
1. 一種電磁加速裝置，其特征在于，包括： 導向滑道，所述導向滑道具有預設長度和直徑，且所述導向滑道內容納有金屬物體，所 述金屬物體可在所述導向滑道之中滑動； 圍繞在所述導向滑道之外的一個或多個電感線圈，且所述的多個電感線圈的每一個均 繞成圓錐形，且沿同一方向套在導向滑道的外面，以使所述一個或多個電感線圈對所述金 屬物體產生的電磁驅動力方向與所述導向滑道的方向相同；和 一個或多個低Q值諧振電源，所述低Q值諧振電源的每一個與一個電感線圈相連以為 所述電感線圈供電，所述低Q值諧振電源進一步包括： 串聯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 一節點； 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點，且所 述第一節點和所述第二節點相連； 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點，所述電感線圈與隔直電容相串聯后連接在 第二節點和第五節點之間。
2. 根據權利要求1所述的電磁加速裝置，其特征在于，所述導向滑道由絕緣材料構成。
3. 根據權利要求1所述的電磁加速裝置，其特征在于，所述導向滑道為圓筒形。
4. 根據權利要求1所述的電磁加速裝置，其特征在于，所述導向滑道包括呈三角形排 布的三個滑道。
5. 根據權利要求1所述的電磁加速裝置，其特征在于，所述導向滑道為線性導軌，且所 述被加速的金屬物體具有與所述線性導軌匹配的穿透孔，所述線性導軌穿過所述金屬物體 的穿透孔以使所述金屬物體沿所述線性導軌限定的方向運動。
6. 根據權利要求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，其中所述可控的第三功率器件的陽極與所述可控的第 四功率器件的陰極相連。
7. 根據權利要求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 述第一功率器件關斷的半周期內不開啟。
8. 根據權利要求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 述第二功率器件關斷的半周期內不開啟。
9. 根據權利要求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】H02K41/00GK104052232SQ201310078683
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月12日 優先權日:2013年3月12日
【發明者】傅強, 楊艷, 夏臨華, 羅馬 申請人:青島大學