CN104052232B - 电磁加速装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

电磁加速装置

技术领域

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

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）第一种是采用直线电机模式。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·f，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。

（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（I²R），最终导致加速能量的大量损失。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决以上技术缺陷之一。

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。

在本发明的一个实施例中，所述导向滑道由绝缘材料构成。

在本发明的一个实施例中，所述导向滑道为圆筒型。

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。

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。

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。

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。

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。

在本发明的一个实施例中，所述功率器件为晶闸管、IGBT、GTO、IGCT、GTR、SITH或SIT。

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。

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：

(1)交变磁场在金属上感生的电流强度其中为交变磁场的磁感应强度。

(2)一个通电导体在磁场中的所受到的电磁力其中为通电导体上的电流，而符号×表示两个向量的矢积。

本发明提出的用交变电磁场加速金属物体的方法与工业上用来熔化钢铁的感应电炉有关。一般的感应电炉包括：

（a）一个炉体电感线圈L,所述电感线圈L所产生的交变磁场可以在线圈内的金属上感应出感生电流，达到加热甚至熔化金属的效果；

（b）一组与电感线圈L相匹配的补偿电容C，其作用是补偿掉由电感线圈带来的多余的电感性虚功，从而提高感应电炉的输出功率，换言之，炉体电感线圈L与补偿电容C构成一个谐振回路，满足其中f为感应电炉的工作频率；

（c）一套给上述LC谐振回路供电的交流电源，其频率恰好为正是LC回路的谐振频率。

设想一个典型的感应电炉的例子：其电感线圈绕成上下直径一样粗的螺线管，并且通有谐振的交变电流，电感线圈内放置一个直径比电感线圈小的圆柱形金属棒，从公式出发，不难得知，电感线圈内的圆柱形金属棒的侧面所受到的电磁力指向金属棒的圆心，换言之，该金属棒受到电磁力的环抱挤压，一个直观的佐证是，当感应电炉内的金属熔化后，金属液体会在电磁力的环抱挤压下翻滚，形成了感应炉所特有的电磁搅拌。另外，从公式还不难看出，无论流过电感线圈的电流是正还是负，其所施加给线圈内的金属的电磁力永远指向金属棒的圆心，理由很简单，当流过感应线圈的电流改变方向时，由正变负，同时也会由正变负，负负得正，所受力的方向不变。

显然，放置在所述电感线圈内的金属圆棒受到的各方向的电磁力会相互抵消，无法形成推动金属棒运动的合力，但如果把电感线圈改成圆锥形，这样所形成的电磁合力就会产生轴向分量，推动携着感生电流的金属棒从圆锥形电感线圈直径小的一端向直径大的一端作加速运动，这正是本发明所主张的加速金属物体的方法。如何使推动金属棒的电磁力最大化将是本发明的核心议题。

首先，为了提高加速金属的能力，应当适当降低谐振电源的频率。详细地计算其加速能力与其谐振频率的关系比较复杂，但如下的简单推导足以肯定降低频率对提高加速能力的的影响：

若取而ω=2πf，则i_L∝ωcosωt电磁感应的加热效应其中R为所述谐振系统的等效电阻，而电磁力 可见电磁感应的加热能力E与频率f的平方成正比，而电磁力，亦即推动金属物体作加速运动的洛伦兹力，与f的一次方成正比，须知电磁感应的加热效应与电磁力都来自同一个能源，从而构成一个约束条件：

被感应加速金属物体的动能+被感应加速金属物体的热能=输入的额定功率

该约束条件明显反映出来被感应的金属物体的受力与发热之间的竞争关系，适当降低谐振电源频率有利于提高电磁力/发热量之比。

采用谐振电源为电感线圈供电是增加电磁力的一个传统措施，这样可以使正的和负的虚功功率相互补偿，从而使得谐振系统的实功/虚功之比最大化，有可能实现加速金属物体的能力的最大化。

尽管，谐振是一个交流供电系统的实功输出达到极大值的状态，但是这并不意味，一个谐振系统的虚功为零，相反一个谐振系统在输出最大实功的同时，还在其形成谐振的电感线圈和谐振电容上储存了大量的虚功能量。为了描述其物理状态，电磁学上引入了品质因素，或简称为Q值的物理量。一个谐振系统的Q值被定义为其中W_R为谐振系统在一个振荡周期内输出的实功，而其中C为谐振电容，L为谐振电感，而u(t)和i(t)分别为电容器上的瞬时电压和流过电感线圈的瞬时电流。应当强调，Q值是一个专门为谐振系统定义的物理量，换言之，一个非谐振系统根本没有资格谈Q值问题。从的定义出发，还可以得到Q值的另外一个定义：其中P_R为谐振系统输出的实功功率，T为谐振系统的振荡周期，于是， $Q=\frac{2\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}}{T}\frac{\frac{1}{2}{\mathrm{Cu}}^2\left(t\right)+\frac{1}{2}{\mathrm{Li}}^2\left(t\right)}{P_R}=\frac{\frac{1}{2}{u}^2\left(t\right)\mathrm{C\&omega;}+\frac{1}{2}{i}^2\left(t\right)\mathrm{\&omega;L}}{P_R}=\frac{P_S}{P_R},$ 显然这里的P_S为谐振系统的虚功功率，在这一段里，我们只是简单的介绍了电磁学上有关Q值的知识，这些知识可以从任何一本电磁学教科书上，比如北京大学赵凯华先生所著《电磁学》上找到。

能否在谐振电感L和谐振电容C以及其谐振系统的等效负载电阻R都确定的情况下，进一步降低一个谐振系统的Q值，一直是我们关注的课题。电磁学对于一个如图（10）所示的由交流发电机供电的简单谐振系统，早已给出了答案，即据文献介绍，一台由谐振电源供电的感应电炉的Q值高达10～20，显然，假如能打破Q值规律（即）的限制，有可能进一步提高一个谐振系统输出的实功能量，如果再将所增加的实功能量用来推动金属物体运动，将会获得更高的运动速度。

借助于我们在可控硅谐振电源的研究中所取得的成果，我们找到了一种改变谐振系统Q值的方法：我们可以设计一台大功率电子设备，用以取代简单串联谐振电路中的发电机ε，该设备在完成LC谐振的同时，可以不断的将谐振电容上储存的一部分虚功能量转换成实功。其具体的电路如图（1）所示。包括：串联的第一电压源E1和第二电压源E2，第一电压源E1的负极与第二电压源E2的正极相连接构成第一节点；分别与所述第一电压源E1正极和第二电压源E2负极相连接的第一平波电抗器Ld1和第二平波电抗器Ld2；分别与所述第一平波电抗器Ld1和第二平波电抗器Ld2连接且相互串联的第一谐振电容C1和第二谐振电容C2，C1和C2的电容量相等，其中，在第一谐振电容C1和第二谐振电容C2之间具有第二节点，且所述第二节点与所述第一节点相连；阳极与所述第一平波电抗器Ld1和第一谐振电容C1相连的第一功率器件T1，和阴极与所述第二平波电抗器Ld2和第二谐振电容C2相连的第二功率器件T2，且所述第一功率器件T1的阴极与所述第二功率器件T2的阳极相连接构成第五节点；连接在所述第二节点和第五节点之间的锥形电磁感应线圈L以及与所述锥形电磁感应线圈L相串联的隔直电容C3，且隔直电容C3的电容量大于第一谐振电容C1和第二谐振电容C2；另外所述第一平波电抗Ld1和所述第二平波电抗Ld2的电感量相等，并且均大于圆锥形电感线圈L。

作为本发明的一个实施例（见图2），还包括与所述第一功率器件T1和第二功率器件T2附加的反向并联的第三功率器件T3和第四功率器件T4，其中所述第三功率器件T3的阴极与所述第一功率器件T1的阳极相连，所述第四功率器件T4的阳极与所述第二功率器件T2的阴极相连。

作为本发明的一个实施例（见图2），所述第三功率器件T3在所述第一功率器件T1应关断的半周期不开启，所述第四功率器件T4在所述第二功率器件T2应关断的半周期不开启。

作为本发明的一个实施例（见图2），所述第三功率器件T3的阳极与所述第四功率器件T4的阴极相连接构成第六节点，以及连接在所述第五节点和所述第六节点之间的第三电感L3，其中所述第三电感L3的电感量大于所述第一功率器件T1和所述第二功率器T2件桥臂上的分布电感和均流电感。

作为本发明的另外一个实施例，还可以包括与所述第一功率器件T1和第二功率器件T2附加的第一反并联续流二极管D1和第二反并联续流二极管D2，用以取代前一个实施例中的第三功率器件和第四功率器件，这种用续流二极管取代续流功率器件的办法可以明显的简化电路，但在实验中发现，这种方法存在着的频率覆盖范围略窄的缺点，不过在低频范围内工作，也算是一种可以接受的妥协方案。

在所述实施例中，所述功率器件为晶闸管、IGBT、GTO、IGCT、GTR、SITH、或SIT。

以下介绍图（1）所示的低Q值谐振电源电路的工作过程。开始时，第一谐振电容C1和第二谐振电容C2上均充有上正下负的电压。当第一功率器件T1导通时，第一谐振电容C1通过第一功率器件T1、圆锥形电感线圈L和隔直电容C3放电，形成第一个半周期振荡，由于第一谐振电容C1和圆锥形电感线圈L的谐振，第一谐振电容C1会被反向充电（上负下正），随着第一谐振电容C1上的反向电压越来越高，反向充电电流越来越小，直到反向充电电流过零，致使第一功率器件关断，此时第一谐振电容的反向储能最大，即反向电压达到极值Vc1m（Vc1m的大小与圆锥形感线圈L的Q值有关）。请注意，Vc1m正是当所述低Q值谐振电源在完成第一个半周期的振荡后，结余下来的虚功。之后，第二功率器件T2开通，一方面第二谐振电容内的上正下负的电能通过隔直电容C3、圆锥形电感线圈L和第二功率器件T2放电，形成第二个半周期的振荡，该振荡又会导致第二谐振电容被反向充电（上负下正），当反向充电达到极大值时，充电电流中断，最后又导致第二功率器器件关断；另一方面储存在第一谐振电容内上负下正的电能，亦即逆变器在完成了第一个半周期的振荡后结余下来的虚功，通过回路C1→E1→Ld1→C1放电，由于此放电电流从C1的负电极板（即上极板）流向C1的正电极板（即C1下极板），所以此时的C1对外做正功，其结果增加了流过Ld1的电流，而Ld1为平波电抗，所以流过Ld1的电流为直流电流，该直流电流乘以E1的直流电压应等于上半部分逆变器输出的实功。可见我们的逆变设备在完成谐振的同时将一部分虚功转化成了实功，从而降低了“整个谐振电路系统”的品质因数。

这样一来，我们就有了两种不同的品质因数：第一种是最简单的LC谐振回路的品质因数Q，它必须遵守电磁学的基本规律，即然而针对我们的发明，有必要引入另外一种所谓的“整个谐振电路系统”的品质因数的概念，我们用符号Q₁表示，以示与Q的区别。Q₁代表包括简单LC谐振回路以及为之供电的逆变器在内的总的虚功功率与总的实功功率之比，对于普通的串联逆变和并联逆变电路，其“整个谐振电路系统”的Q₁值就等于其简单LC谐振回路的Q值，由于我们发明的逆变器在完成谐振的同时，还能够把一部分虚功转化成实功，所以我们的“整个谐振电路系统”的Q₁值低于其中的简单LC谐振回路的Q值，经实验初步测定另外，LC谐振回路的Q值越大，结余的虚功越多，Vc1m也越大，于是在所述逆变器完成第二个半周期振荡的同时，Vc1m会通过C1→E1→Ld1→C1回路的放电，将更多的虚功转化为实功，从而造成简单LC谐振回路的Q值越大，整个谐振电路系统的Q₁值反而越小的奇特现象。该现象已经在实验中得到了验证，具体的实验安排将在具体实施方式一节中作具体描述，详细的测量数据见表1。

通过对本发明实施例的测量，能证实所述低Q值谐振电源有明显的能量汇聚作用（见表1），可以极大地提高电磁加速装置的效率，同时提高对金属物体的加速能力.

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一实施例的低Q值谐振电源电路结构图；

图2为本发明第二实施例的低Q值谐振电源电路结构图；

图3-图5为对本发明实施例图2的等效电路图；

图6为本发明实施例的电磁加速装置的示意图；

图7-9分别为本发明实施例的导向滑道及金属物体的剖面图；

图10为本发明实施例的电磁加速装置的输出功率密度与线圈L内的被感应的钢筒的直径d的关系曲线示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下对本发明实施例中的低Q值谐振电源进行介绍，然后介绍其能量汇聚特点。实际上图（1）所示的原理电路就可以作为一个很好的实施例，我们称之为第一实施例。它包括：串联的第一电压源E1和第二电压源E2，第一电压源E1的负极与第二电压源E2的正极相连接构成第一节点；分别与所述第一电压源E1正极和第二电压源E2负极相连接的第一平波电抗器Ld1和第二平波电抗器Ld2；分别与所述第一平波电抗器Ld1和第二平波电抗器Ld2连接且相互串联的第一谐振电容C1和第二谐振电容C2，C1和C2的电容量相等，其中，在第一谐振电容C1和第二谐振电容C2之间具有第二节点，且所述第二节点与所述第一节点相连；阳极与所述第一平波电抗器Ld1和第一谐振电容C1相连的第一功率器件T1，和阴极与所述第二平波电抗器Ld2和第二谐振电容C2相连的第二功率器件T2，且所述第一功率器件T1的阴极与所述第二功率器件T2的阳极相连接构成第五节点；连接在所述第二节点和第五节点之间的锥形电磁感应线圈L以及与所述锥形电磁感应线圈L相串联的隔直电容C3，且隔直电容C3的电容量大于第一谐振电容C1和第二谐振电容C2；另外所述第一平波电抗Ld1和所述第二平波电抗Ld2的电感量相等，并且均大于圆锥形电感线圈L。

以下介绍图（1）所示的低Q值谐振电源电路的第一实施例的工作过程。开始时，第一谐振电容C1和第二谐振电容C2上均充有上正下负的电压。当第一功率器件T1导通时，第一谐振电容C1通过第一功率器件T1、圆锥形电感线圈L和隔直电容C3放电，形成第一个半周期振荡，由于第一谐振电容C1和圆锥形电感线圈L的谐振，第一谐振电容C1会被反向充电（上负下正），随着第一谐振电容C1上的反向电压越来越高，反向充电电流越来越小，直到反向充电电流过零，致使第一功率器件关断，此时第一谐振电容的反向储能最大，即反向电压达到极值Vc1m（Vc1m的大小与圆锥形感线圈L的Q值有关）。请注意，Vc1m正是当所述低Q值谐振电源在完成第一个半周期的振荡后，结余下来的虚功。之后，第二功率器件T2开通，一方面第二谐振电容内的上正下负的电能通过隔直电容C3、圆锥形电感线圈L和第二功率器件T2放电，形成第二个半周期的振荡，该振荡又会导致第二谐振电容被反向充电（上负下正），当反向充电达到极大值时，充电电流中断，最后又导致第二功率器器件关断；另一方面，储存在第一谐振电容内上负下正的电能，亦即逆变器在完成了第一个半周期的振荡后结余下来的虚功，通过回路C1→E1→Ld1→C1放电，由于此放电电流从C1的负电极板（即上极板）流向C1的正电极板（即C1下极板），所以此时的C1对外做正功，其结果增加了流过Ld1的电流，而Ld1为平波电抗，所以流过Ld1的电流为直流电流，该直流电流乘以E1的直流电压应等于上半部分逆变器输出的实功。可见我们的逆变设备在完成谐振的同时将一部分虚功转化成了实功，从而实现了降低Q值的目的。

作为本发明的第二个实施例（见图2），还包括与所述第一功率器件T1和第二功率器件T2附加的反向并联的第三功率器件T3和第四功率器件T4，其中所述第三功率器件T3的阴极与所述第一功率器件T1的阳极相连，所述第四功率器件T4的阳极极与所述第二功率器件T2的阴极相连。

作为本发明的第二个实施例（见图2），所述第三功率器件T3在所述第一功率器件T1应关断的半周期不开启，所述第四功率器件T4在所述第二功率器件T2应关断的半周期不开启。

作为本发明的第二个实施例（见图2），所述第三功率器件T3的阳极与所述第四功率器件T4的阴极相连接构成第六节点，以及连接在所述第五节点和所述第六节点之间的第三电感L3，其中所述第三电感L3的电感量大于所述第一功率器件T1和所述第二功率器T2件桥臂上的分布电感和均流电感。

作为本发明的另外一个实施例，还可以包括与所述第一功率器件T1和第二功率器件T2附加的第一反并联续流二极管D1和第二反并联续流二极管D2，用以取代第二个实施例中的第三功率器件和第四功率器件，这种用续流二极管取代续流功率器件的办法可以明显的简化电路，但在实验中发现，这种方法存在着的频率覆盖范围略窄的缺点，不过在低频范围内工作，也算是一种可以接受的妥协方案。

在所述实施例中，所述功率器件为晶闸管、IGBT、GTO、IGCT、GTR、SITH、或SIT。

本发明提出的低Q值谐振电源电路具有谐振系统的Q值越高，其输出功率越大的特性。我们对该特性的测量作了如下安排：为了测量的方便，电感线圈L仍然采用圆柱形的螺丝管，线圈共17匝，总高度为1.3m±0.1m,电感线圈L内径为1.1m±0.02m，线圈L内分别放置外径为：85cm±0.5cm、75cm±0.5cm和65cm±0.5cm的钢筒，钢筒高为1.4m±0.1m，钢筒壁厚为1cm±0.1cm。所得的数据列于表1。可见当电感线圈L的直径确定后，接受感应的钢筒的直径越小，电源输出的实功能量越大，这正是我们所希望的能量汇集作用。从而造成，被感应的钢筒直径越小，所受到的环抱挤压力越大，如果把电感线圈改为圆锥形，所述的环抱挤压力就会产生向前的轴向推力分量，推动被感应的钢管向前加速运动。这正是本发明所主张的加速金属物体的方案。

需要重点说明的是，对于本发明上述图1所示的电路，本领域技术人员可根据本发明的上述原理以及以上所说明的工作过程，能够对图1的电路图做出等效的变化，例如图3-图5所示，作为对本发明上述图1的等效电路图，图3-图5在电路形式上虽然与图1不同，但是其原理及等效电路图均与本发明上述的图1相同，在实际的应用中本领域技术人员还能够在本发明上述思想的基础上及不脱离本发明上述思想的范围内对本发明实施例中所示出的电路图进行等同的修改和变化，以达到相同的技术效果，并解决同样的技术问题，这些等同的修改或变化均应包含在本发明的保护范围之内。其中，图3-5中所示的电流源Is1、Is3和Is5可视为图1中的第一电压源E1和第一平波电抗器Ld1所组成的第一直流恒流电源；电流源Is2、Is4和Is6可视为图1中的第二电压源E2和第一平波电抗器Ld2所组成的第二直流恒流电源；图3-5中所示的T1、T3和T5可视为图1中的第一功率器件T1、T2、T4和T6可视为图1中的第二功率器件T2。

本发明实施例的上述低频电源具有能量汇聚功能，下表为根据本发明实施例低频电源在不同场所进行试验所得到的数据。

表1

根据上表中的数据，可以绘制出如图10所示的曲线，且可以看出功率密度与炉胎半径的三次方成反比。

如图6所示，为本发明实施例的电磁加速装置的示意图。该电磁加速装置100包括有金属物体200、多个电感线圈300（以上图中的电感线圈L）、导向滑道400和多个低频电源500。在本发明的实施例中，每个电感线圈300均与一个低频电源500相连。其中，导向滑道400具有预设长度和直径，其长度与电感线圈的个数及低频电源的能量相关，本领域技术人员应当理解如果电感线圈和低频电源所提供的能量足够则导向滑道400的长度可以减小。导向滑道400的直径与其所容纳的金属物体200的尺寸有关。具体地，导向滑道400内容纳有金属物体200，金属物体200可在导向滑道400之中滑动。多个电感线圈300围绕在导向滑道400之外设置，且多个电感线圈300的每一个均与导向滑道400呈预定角度以使多个电感线圈300对金属物体200产生的电磁驱动力方向与导向滑道的方向相同。多个低频电源500的每个与一个电感线圈300相连以为电感线圈300提供低频电源。

在本发明的一个实施例中，导向滑道400由绝缘材料构成从而使得导向滑道400内的金属物体能够在电感线圈300的感应之下产生电磁驱动力。

在本发明的一个实施例中，导向滑道400为圆筒型，且金属物体200也为圆筒形或椭圆形，如图7所示，为本发明一个实施例的导向滑道及金属物体的剖面图。

在本发明的一个实施例中，导向滑道400包括呈三角形排布的三个滑道410-430，三个滑道410-430限定了金属物体200的运动方向，如图8所示，为本发明另一个实施例的导向滑道及金属物体的剖面图。

在本发明的一个实施例中，导向滑道400为线型导轨，且金属物体200具有与线型导轨匹配的穿透孔，线型导轨穿过金属物体200的穿透孔以使金属物体200沿线型导轨限定的方向运动。在本发明实施例中，所述线型导轨与穿透孔相互匹配是指线型导轨具有与穿透孔接近的尺寸，使得线型导轨能够穿过该穿透孔。如图9所示，为本发明再一个实施例的导向滑道及金属物体的剖面图。

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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (9)

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，且所述一个或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，其中，Q为品质因数，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6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6所述的电磁加速装置，其特征在于，所述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或6所述的电磁加速装置，其特征在于，所述第一功率器件、所述第二功率器件、所述第三功率器件和所述第四功率器件为晶闸管、IGBT、GTO、IGCT、GTR、SITH或SIT。