CN106652689B - 一种新型四极子磁力加速系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型四极子磁力加速系统，括主框架、载物平台、弹体、永磁体、轨道和基座；主框架截面为梯形，主框架内侧设有瓦片形永磁体，瓦片形永磁体围成的内腔形成主框架内的圆柱形轨道，弹体可在其中做一维运动；载物平台包括左载物平台和右载物平台，载物平台上端面与主框架上端面齐平并固定于主框架两侧；主框架前部设有前端基座，后部设有后端基座，轨道分段设于前端基座内、主框架内和后端基座内并可拼接成完整轨道；弹体通过连接件与传动装置相连，主框架上端面中部预留狭缝，弹体上端具有相应的凸块。面向学生及科研机构的磁力加速系统，不需要脉冲电源驱动，以永磁体为储能单元，采用机械充能的方式，能量转化率大大提高。

Description

一种新型四极子磁力加速系统
技术领域
本发明涉及一种新型四极子磁力加速系统，具体涉及一种利用永磁体磁场的新型的磁能与动能的转化系统。
背景技术
目前的电磁加速技术主要分为轨道型、线圈型、电热型以及磁力线重接型几类。轨道型电磁加速技术最早由法国人维勒鲁于1920年发明。该技术以滑块电枢为弹体，导入强大的电流后，导轨平面产生强磁场，电枢在安培力作用下以很大的速度射出。轨道型电磁加速技术为接触式加速，所需电流极大，导轨与电枢之间极易发生烧蚀，对系统的结构损坏非常严重，其热损耗也使得能量转化率较低。有研究针对电枢与导轨的接触面积对通过电枢的电流密度的影响，结论指出，当接触面积达到一定大小时，再增大接触面积对流经电枢的电流密度影响不大，因此通过增大电枢与导轨的接触面来解决烧蚀问题的方法受限。有研究针对电枢的速度趋肤效应并提出通过设计电枢的几何形状以改善此问题，但其整体效率仍在30%左右。线圈型电磁加速技术是最早的电磁加速形式，但由于其与生俱来的结构、测定、控制复杂和同步性要求高等原因，进展缓慢。最新的有重接型加速技术，重接型加速技术主要适合于板状弹体，且线圈结构的强度对系统的功能影响较大，使其发展受限。
从电磁线圈炮的发展历史来看，阻碍电磁弹射器的现实化并不是线性电机本身，而是强大而稳定的瞬发能源。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向学生及科研机构的磁力加速系统，不需要脉冲电源驱动，以永磁体为储能单元，采用机械充能的方式，能量转化率大大提高。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种新型四极子磁力加速系统，包括主框架、载物平台、弹体、瓦片永磁体、轨道和基座；所述的主框架截面为梯形，主框架内侧设有瓦片永磁体，瓦片永磁体围成的内腔形成主框架内的圆柱形轨道，弹体可在其中做一维运动；所述的载物平台包括左载物平台和右载物平台，载物平台上端面与主框架上端面齐平并固定于主框架两侧；所述的主框架前部设有可拆卸的前端基座，后部设有可拆卸的后端基座，所述轨道分段设于前端基座内、主框架内和后端基座内并可拼接成完整轨道；所述的弹体通过连接件与传动装置相连，所述主框架上端面中部预留狭缝，所述弹体上端具有相应的凸块，所述凸块可在狭缝中滑动。
所述连接件为绳索或铰链；所述轨道为大口径轨道和小口径轨道的复合轨道，所述小口径轨道设于大口径轨道内；所述弹体下端面设有与大口径轨道的截面相应的凸块；在所述轨道内设有辅助滑块，所述辅助滑块截面的形状与小口径轨道的截面相应；所述辅助滑块上端具有突起，所述突起伸出小口径轨道至大口径轨道内用于单向钩挂弹体。
所述辅助滑块前端连接第一连接件、后端连接第二连接件，所述第一连接件和第二连接件分别穿过轨道向两侧延伸，所述第二连接件末端连接传动装置。
所述瓦片永磁体分为两对，一对凹面为N极、凸面为S极，另一对相反；所述主框架内设有永磁体固定槽，所述永磁体固定槽形状与瓦片永磁体配合，长度大于单个瓦片永磁体最长边的二倍。
所述后端基座与主框架内相连处设有弹簧开关，所述弹簧开关用于将弹体卡在后端基座的轨道末端。所述传动装置为电机。
前端基座内的轨道末端及后端基座内的轨道末端封闭。
本发明设计与工作原理在于：人力通过传动装置经长绳或铰链拉动辅助滑块，辅助滑块带动弹体离开主框架内圆柱形轨道，最终停靠在弹簧开关处，即为充能过程；拉动辅助滑块另一端的长绳，使辅助滑块复位；拨动弹簧开关，弹体被释放，在磁力作用和轨道限制下弹体向前方加速运动，弹体上面伸出主框架狭缝的凸出块可带动位于载物平台上的被加速物体加速，最终速度的大小可通过改变弹体圆柱形部分的体积或材料调节。
本发明的所述磁力加速系统结构简单，操作方便，升级空间大，适用于学校及科研院所作为探索性实验设备。
本发明所述磁力加速系统摆脱传统电磁加速系统所必须的脉冲电源，提供一种新型的探索路线。
本发明所述磁力加速系统可以以弹体材料和体积为变量，研究介质的不同体积和材料在磁场中的受力特性。
附图说明
图1：新型四极子磁力加速系统的结构示意图。
图2：轨道横截面示意图。
图3：弹体横截面示意图。
图4：辅助滑块横截面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种新型四极子磁力加速系统，包括充能单元、储能单元和加速单元，充能单元包括主框架1两端的前端基座2和后端基座3、传动装置4、辅助滑块15、滑块两端的连接件（绳索或铰链，图中未示出）；储能单元包括瓦片永磁体6、主框架1和弹簧开关7；加速单元包括弹体9、轨道和载物平台。
所述的主框架1截面为梯形，主框架1内侧设有瓦片永磁体6，瓦片永磁体6围成的内腔形成主框架内的圆柱形轨道，弹体9可在其中做一维运动。所述的弹体通过连接件与传动装置相连，所述连接件为绳索或铰链；所述主框架上端面中部预留狭缝16，所述弹体上端具有相应的凸块17，凸块17宽度小于主框架上表面预留的狭缝16宽度，凸块17伸出狭缝并可在狭缝16中滑动。
所述的载物平台包括对称的左载物平台10和右载物平台11，载物平台上端面与主框架上端面齐平并固定于主框架1两侧，载物平台的长度比主框架1略长，用于承载被加速物体。
所述的主框架1前部设有可拆卸的前端基座2，后部设有可拆卸的后端基座3，所述轨道分段设于前端基座内、主框架内和后端基座内并可拼接成完整轨道。所述轨道为大口径轨道12和小口径轨道13的复合轨道，所述小口径轨道13设于大口径轨道12内，大口径轨道12和小口径轨道13的截面均为梯形。
主框架前端基座2的轨道与主框架的轨道平滑相接，防止弹体冲出轨道；主框架后端基座3的轨道与主框架的轨道平滑相接，以停靠弹体。两个基座可拆卸以方便放置弹体至大口径梯形轨道内。
所述弹体9的主体部分为圆柱形，直径小于瓦片永磁体6组成的圆柱形轨道直径，弹体下端设有上窄下宽的梯形凸块14，用于卡在大口径梯形轨道内；在所述轨道内设有辅助滑块15，辅助滑块15是上窄下宽的梯形滑块，所述辅助滑块15截面的形状与小口径轨道13的截面相应，辅助滑块15的形状被限制在小口径轨道内做一维运动。所述辅助滑块15上端具有突起18，所述突起18伸出小口径轨道13至大口径轨道12内用于单向钩挂弹体9。
所述辅助滑块15前端连接第一连接件、后端连接第二连接件，所述第一连接件和第二连接件分别穿过轨道向前后两侧延伸；所述第二连接件末端连接传动装置，用手拉动第一连接件可使辅助滑块复位。
所述瓦片永磁体6分为两对，一对凹面为N极、凸面为S极，另一对相反；所述主框架内设有永磁体固定槽，所述永磁体固定槽形状与瓦片永磁体配合，长度大于单个瓦片永磁体最长边的二倍。
所述后端基座3与主框架1内相连处设有弹簧开关7，所述弹簧开关7用于将弹体9卡在后端基座3的轨道末端。所述弹体9上可预留凹槽19，以配合弹簧开关7，所述传动装置为电机。
前端基座2内的轨道末端及后端基座3内的轨道末端封闭。所述后端基座3上设有铰链架8，用于连接件（长绳或铰链）缠绕。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型四极子磁力加速系统，其特征在于：包括主框架、载物平台、弹体、瓦片永磁体、轨道和基座；所述的主框架截面为梯形，主框架内侧设有瓦片永磁体，瓦片永磁体围成的内腔形成主框架内的圆柱形轨道，弹体可在其中做一维运动；所述的载物平台包括左载物平台和右载物平台，载物平台上端面与主框架上端面齐平并固定于主框架两侧；所述的主框架前部设有可拆卸的前端基座，后部设有可拆卸的后端基座；所述轨道分段设于前端基座内、主框架内和后端基座内并可拼接成完整轨道；所述的弹体通过连接件与传动装置相连，所述主框架上端面中部预留狭缝，所述弹体上端具有相应的凸块，所述凸块可在狭缝中滑动；
所述瓦片永磁体分为两对，一对凹面为N极、凸面为S极，另一对相反；所述主框架内设有永磁体固定槽，所述永磁体固定槽形状与瓦片永磁体配合，长度大于单个瓦片永磁体最长边的二倍；
所述后端基座与主框架内相连处设有弹簧开关，所述弹簧开关用于将弹体卡在后端基座的轨道末端；
通过传动装置经长绳或铰链拉动辅助滑块，辅助滑块带动弹体离开主框架内圆柱形轨道，最终停靠在弹簧开关处，即为充能过程；拉动辅助滑块另一端的长绳，使辅助滑块复位；拨动弹簧开关，弹体被释放，在磁力作用和轨道限制下弹体向前方加速运动，弹体上面伸出主框架狭缝的凸出块可带动位于载物平台上的被加速物体加速，最终速度的大小可通过改变弹体圆柱形部分的体积或材料调节。
2.如权利要求1所述的新型四极子磁力加速系统，其特征在于：所述连接件为绳索或铰链；所述轨道为大口径轨道和小口径轨道的复合轨道，所述小口径轨道设于大口径轨道内；所述弹体下端面设有与大口径轨道的截面相应的凸块；在所述轨道内设有辅助滑块，所述辅助滑块截面的形状与小口径轨道的截面相应；所述辅助滑块上端具有突起，所述突起伸出小口径轨道至大口径轨道内用于单向钩挂弹体。
3.如权利要求2所述的新型四极子磁力加速系统，其特征在于：所述辅助滑块前端连接第一连接件、后端连接第二连接件，所述第一连接件和第二连接件分别穿过轨道向两侧延伸，所述第二连接件末端连接传动装置。
4.如权利要求1所述的新型四极子磁力加速系统，其特征在于：前端基座内的轨道末端及后端基座内的轨道末端封闭。
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