CN204043483U - 圆弧形多极矩电磁发射器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种圆弧形多极矩电磁发射器，主要由驱动线圈、电枢、储能电源以及控制系统构成，驱动线圈由数个圆弧形线圈组成，各级驱动线圈延电枢运动方向布置，绕轴线依次旋转一定角度。电枢表面由数块相互绝缘的圆弧形良导体构成，电枢内部由绝缘刚性支架提供支撑。该发射器电枢与驱动线圈径向间隙小，系统能量转换效率高，电枢应力集中效应不明显。本实用新型主要适用于需要旋转稳定性的大质量物体发射领域。

Description

圆弧形多极矩电磁发射器

技术领域

本实用新型属于电磁发射领域，它涉及一种具有较高能量转换效率的旋转电磁发射装置。

背景技术

中国发明专利CN102192680A公开了一种“旋转多极矩场电磁推进器”，它的驱动线圈为产生径向磁场的多极矩线圈，数个驱动线圈组成多边形驱动模块。每一级驱动模块相对于前一级驱动模块沿轴线旋转一定角度，在空间形成旋转磁行波。因此电枢在运动过程中同时受到轴线加速力和周向旋转力矩，能稳定地加速运动。它与传统感应型电磁发射装置相比，具有受力结构合理、电枢运动稳定、发射适应性好等优点。

但是，该构型存在一定的固有缺陷。由于电枢与驱动模块截面均为多边形，为保证电枢顺利进行旋转运动，每个驱动线圈必须与电枢保持较大的径向距离。这会导致驱动线圈与电枢磁耦合系数较小，电枢出口速度与能量转换效率较低。此外，多边形电枢存在应力集中现象，在受到较大电磁应力时容易变形。

实用新型内容

为克服传统的旋转多极矩电磁发射装置能量转换效率较低且存在应力集中的缺点，本实用新型提出一种新型多极矩电磁发射器，该发射器在原有多极矩构型的基础上对驱动线圈和电枢进行改进，使之不仅具有传统多极矩构型受力结构合理、电枢运动稳定等特点，还具有系统能量转换效率较高、电枢旋转出口速度大、应力集中较小的优点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种圆弧形多极矩电磁发射器，由驱动线圈、电枢、储能电源以及控制系统构成，驱动线圈同轴套置在电枢外层，在其特征在于：驱动线圈1呈多级设置，其每一级由数个圆弧形线圈组成；电磁发射器垂直于电枢运动方向的截面为圆环形；各级驱动线圈沿电枢运动方向布置，绕轴线依次旋转一定角度；电枢2表面由数块相互绝缘的圆弧形良导体构成，电枢内部由绝缘刚性支架3提供支撑。

圆弧形多极矩电磁发射器由驱动线圈、电枢、储能电源以及控制系统组成。所述驱动线圈由数个圆弧形线圈组成，其截面为圆环形，各级驱动线圈延电枢运动方向布置，根据发射需要绕轴线依次旋转一定角度；电枢表面由数块相互绝缘的圆弧形良导体构成，良导体块数可与每级圆弧形线圈数量不同，电枢内部由绝缘材料提供刚性支撑；各级驱动线圈通过控制系统与储能电源连接，获得脉冲电流。

由于驱动线圈内截面与电枢外截面均为圆形，无突出棱角，两者的径向间隙可大为减小，因此该发射器具有较高的磁耦合系数与能量转换效率。电枢截面为环状，能均匀分散受到的电磁应力，应力集中现象不显著。电枢表面的数块良导体相互绝缘，感应涡流被限制在每块良导体表面，当电枢旋转时感应涡流无法沿电枢表面周向运动，因此加强了与旋转磁行波的电磁相互作用，增强了电枢受到的周向旋转力矩。

本实用新型在保持了传统多极矩构型优势的情况下，提高了系统能量转换效率，减小了电枢应力集中现象；通过改变电枢表面良导体块数，可在不改变系统其余部分结构的条件下根据发射要求提供较大的旋转出口速度或直线出口速度。

附图说明

图1为本实用新型实施例的驱动线圈与电枢结构示意图。

图2为图1实施例的整体系统框图。

图3为图1实施例的驱动线圈与电枢横剖面示意图。

图中1为圆弧形多极矩驱动线圈，2电枢，3电枢刚性支架，4.储能电源，5.控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。

图1所示实施例为三级六极矩圆弧形电磁发射器，该实施例驱动线圈1共有三级，每级驱动线圈由六个圆弧形线圈组成，排布成完整的六极矩圆环构型；三级驱动线圈沿电枢运动方向依次延伸，每级线圈较上一级线圈绕轴线旋转20度。线圈可由铜线或超导线绕制而成，本例采用铜制线圈。本实用新型可根据发射要求调整发射器结构，即由电枢直线出口速度确定发射器级数，由电枢质量及所需横向恢复力确定驱动线圈极对数，由电枢旋转出口速度确定每级线圈旋转角度。

图1所示实施例的电枢2表面由四块相互绝缘的圆弧形良导体构成，其内部通过绝缘材料提供刚性支撑。良导体块可由铝、铜等高电导率低磁导率金属制作，本例采用纯铝制成。电枢内部的绝缘刚性支架3在发射过程中承受全部的电磁压缩力，因此可由环氧树脂、玻璃钢等等高强度刚性材料制作，并保证一定厚度，本例采用环氧树脂制成。电枢表面良导体的块数可由发射要求确定，若需要较大的旋转出口速度，则适当增加块数并减小每块面积；若需要较大的直线出口速度，则适当减少块数并增大每块面积。

结合图1和图2可说明圆弧形多极矩电磁发射器工作过程。发射之前首先对三级电容充电，使之达到工作电压；电枢以一定速度进入发射器第一级，当测量系统检测到电枢位于第一级触发位置时，控制系统接通储能电源为驱动线圈提供脉冲电流；驱动线圈产生变化的磁场，并在电枢表面良导体上产生感应涡流，通过电磁力相互作用推动电枢前进直至第二级触发位置。各级驱动线圈依次导通，在电枢行进路径上产生旋转前行的磁行波，最终推动电枢做旋转加速运动。

通过该实施例横剖面示意图图3可以进一步明确本实用新型相比传统多极矩构型的优势。由于驱动线圈与电枢均为圆形，无突出棱角，在保证与传统多极矩构型相同的最小径向安全间隙的条件下，可使两者之间的径向距离大为减小。这将减小漏磁通，增大电磁耦合效率，从而增大系统能量转换效率。不同于传统多极矩构型的多边形电枢，本实用新型电枢受力完全由内部的环形刚性绝缘支架承受，不存在应力集中现象，强度更高，这在电枢侧壁较薄时尤为明显。此外，通过在电枢表面设置多块相互绝缘的良导体块，可人为限制感应涡流的周向运动，加强了电枢受到的周向旋转力矩，使电枢旋转出口速度进一步增加。

Claims (4)

1.一种圆弧形多极矩电磁发射器，由驱动线圈、电枢、储能电源以及控制系统构成，驱动线圈同轴套置在电枢外层，在其特征在于：驱动线圈（1）呈多级设置，其每一级由数个圆弧形线圈组成；电磁发射器垂直于电枢运动方向的截面为圆环形；各级驱动线圈沿电枢运动方向布置，绕轴线依次旋转一定角度；电枢（2）表面由数块相互绝缘的圆弧形良导体构成，电枢内部由绝缘刚性支架（3）提供支撑。 

2.根据权利要求1所述之圆弧形多极矩电磁发射器，其特征在于，所述多级设置为三级，每级驱动线圈由六个圆弧形线圈组成，各级驱动线圈之间具有20度的旋角。 

3.根据权利要求1所述之圆弧形多极矩电磁发射器，其特征在于，所述电枢（2）表面由四块相互绝缘的圆弧形良导体构成。

4.根据权利要求1所述之圆弧形多极矩电磁发射器，其特征在于，所述驱动线圈级数由电枢直线出口速度确定；驱动线圈极对数由电枢质量及所需横向恢复力确定；每级线圈旋转角度由电枢旋转出口速度确定。