一種磁阻式電磁線圈減速器及其減速方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種磁阻式電磁線圈減速器及其減速方法，其主要用于需要制動運動 鐵磁物體的領(lǐng)域，可實現(xiàn)對已經(jīng)獲得一定速度的鐵磁物體的制動作用。
【背景技術(shù)】
[0002] 理論上，使用電能發(fā)射的發(fā)射體將不受外界影響的限制，只受發(fā)射體和線圈材料 的限制，因此電磁發(fā)射是一種理想的發(fā)射方式。所謂的電磁發(fā)射技術(shù)是把電磁能轉(zhuǎn)化為動 能，借助電磁力做功，實際上是一種特殊的電氣傳動裝置。電磁發(fā)射技術(shù)是電磁場理論的應(yīng) 用技術(shù)，該項技術(shù)具有發(fā)射速度高、能源簡易、效率高、性能優(yōu)良、可控性好和結(jié)構(gòu)多樣等普 通發(fā)射技術(shù)不可比擬的優(yōu)點，使其在未來軍事、民用等相關(guān)領(lǐng)域有著重大的意義和應(yīng)用潛 力，是近年來國際學(xué)術(shù)界興起的研究熱點，它為取代傳統(tǒng)化學(xué)能動力技術(shù)提供了新思路。
[0003] 根據(jù)電磁發(fā)射原理，線圈式電磁發(fā)射器可分為磁阻型和感應(yīng)型，二者的加速原理 有所不同。其中，磁阻線圈式電磁發(fā)射器利用線圈鐵磁磁路的磁阻變化吸引鐵巧運動加速 鐵巧發(fā)射體，而感應(yīng)線圈式電磁發(fā)射器主要是利用發(fā)射彈體時的感應(yīng)禍流產(chǎn)生比較大的加 速推力進(jìn)行加速。不同之處在于：一是磁阻線圈式電磁發(fā)射器的發(fā)射體為一整塊鐵磁材料， 被加速的不是發(fā)射體線圈或管狀發(fā)射體；二是在磁阻線圈式電磁發(fā)射器系統(tǒng)中引入鐵磁材 料，效率比空屯、線圈電磁發(fā)射器高。
[0004] 本發(fā)明采用電磁發(fā)射的逆過程，即利用電磁力使達(dá)到高速的發(fā)射體減速，選擇磁 阻式線圈阻巧器實現(xiàn)對諸如鐵等導(dǎo)磁材料類型的發(fā)射體的制動作用。
[0005] 如圖2所示，當(dāng)線圈通W電流，發(fā)射體被磁化，并在磁場力作用下向磁阻減小的方 向運動。當(dāng)發(fā)射體處在磁路中磁阻最小的位置時，發(fā)射體將保持不動。發(fā)射體行進(jìn)到線圈 中屯、時，磁路的磁阻也小，此時對發(fā)射體的作用力亦最小。磁阻型發(fā)射體僅受拉力，而不受 推力作用的特點，使它不同于那種感應(yīng)型發(fā)射體在適當(dāng)選擇兩種線圈電流方向時對發(fā)射體 可拉、可推的特點，也因此本發(fā)明中的電源作用應(yīng)在發(fā)射體經(jīng)過阻巧器線圈中點W后。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目標(biāo)在于對獲得一定速度的鐵磁物體進(jìn)行制動，通過設(shè)置一個或者若干個 線圈繞組并將其與電容器等電源設(shè)備串聯(lián)構(gòu)成回路，通過對激勵觸發(fā)時間進(jìn)行控制，使已 獲得一定速度的鐵磁物體減速，并最終實現(xiàn)制動。
[0007] 具體來說，對于具有良好導(dǎo)磁特性的物體來說，在工作過后具有一定的動能，為使 其迅速減速，比較理想的辦法就是將電磁發(fā)射加速的原理逆用，即設(shè)置一級或者若干級線 圈-電源回路，通過在合適的時間導(dǎo)通電路，使線圈中通過一定大小的電流。該時，鐵磁物 體被磁化，并在磁場力的作用下向磁阻減小的方向運動。而對于本發(fā)明設(shè)及的情況來說， 該個合適的時間即為鐵磁物體中點運動通過線圈的中點W后，因為對于磁阻式線圈來說， 其對發(fā)射體的力只有吸引的"拉近力"，故若在中點前即導(dǎo)通電路，反而會導(dǎo)致發(fā)射體被"吸 弓r而加速運動，在發(fā)射體通過線圈中點W后，線圈對其的"吸引"導(dǎo)致發(fā)射體受到與運動方 向相反的力，從而制動減速。
[000引磁阻式線圈減速器由減速器線圈、電容器電源、二極管W及保護電阻組成，各部分 的參數(shù)應(yīng)該根據(jù)加速試驗的規(guī)模、通過一定的計算并進(jìn)行相關(guān)的試驗綜合確定。尤其是電 容器的電壓大小和電容量的選取，是整個線圈阻巧器的設(shè)計重點。
[0009] 本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得W解決的： 一種磁阻式線圈減速器，其特征在于，結(jié)構(gòu)上包括至少一級減速組件，所述減速組件依 次串聯(lián)的至少一個阻巧線圈、電源、二極管組成的電路回路，二極管上還串聯(lián)一電容。
[0010] 在上述的一種磁阻式線圈減速器，所述減速組件為若干級，依次平行設(shè)置。
[0011] 一種采用磁阻式線圈減速器的減速方法，其特征在于，根據(jù)磁阻式的制動原理，在 鐵磁物體的中點剛剛運動經(jīng)過線圈減速器中點時刻時進(jìn)行放電，從而使線圈因受到與運動 方向相反的吸引力而制動，并且，二極管的反并聯(lián)保證開關(guān)閉合后，電容器對線圈一次放電 后不再反向二次放電；具體方法是： 根據(jù)待減速物體的速度和所采用電容-線圈相配合的減速電路確定驅(qū)動線圈點火時 電樞的相對位置，方法如下： 定義驅(qū)動線圈電感量為Z，電容器電容量為G初始電壓為U，則電容器的初始儲能為
【主權(quán)項】
1. 一種磁阻式線圈減速器，其特征在于，結(jié)構(gòu)上包括至少一級減速組件，所述減速組件 依次串聯(lián)的至少一個阻尼線圈、電源、二極管組成的電路回路，二極管上還串聯(lián)一電容。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁阻式線圈減速器，其特征在于，所述減速組件為若干 級，依次平行設(shè)置。
3. -種采用權(quán)利要求1所述的磁阻式線圈減速器的減速方法，其特征在于，根據(jù)磁阻 式的制動原理，在鐵磁物體的中點剛剛運動經(jīng)過線圈減速器中點時刻時進(jìn)行放電，從而使 線圈因受到與運動方向相反的吸引力而制動，并且，二極管的反并聯(lián)保證開關(guān)閉合后，電容 器對線圈一次放電后不再反向二次放電；具體方法是： 根據(jù)待減速物體的速度和所采用電容-線圈相配合的減速電路確定驅(qū)動線圈點火時 電樞的相對位置，方法如下： 定義驅(qū)動線圈電感量為Z，電容器電容量為G初始電壓為U，則電容器的初始儲能為
由磁阻式線圈減速器的電路回路原理，可確定出回路電流的上升時間：
定義待減速的電樞的速度為％，定義相關(guān)系數(shù)k，驅(qū)動線圈點火時，電樞中點與驅(qū)動線 圈中點間的距離為獲 D= JcXv0X trise 其中： 當(dāng)電樞中點和線圈中點重合之后線圈點火時，〇 <々<0.2,電樞持續(xù)減速，減速效果 隨著對I增大而減小，在〇 < A < 〇. 05時，減速效果最好； 當(dāng)電樞中點和線圈中點重合之前線圈點火時，OS々<0.2,電樞將震蕩減速，即先被 電磁線圈加速，隨后減速至電樞速度反向，被電樞從相反方向拉回，反向加速，通過線圈后 再被減速，再被拉回原運動方向，直至停止；只要減速線圈所存的能量萬足夠大，則完全能 使鐵磁線圈減速；隨著減速器能量越大，對I也可增大；根據(jù)待減速物體的速度和所采用電 容-線圈相配合的減速電路確定驅(qū)動線圈點火時電樞的相對位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用磁阻式線圈減速器的減速方法，其特征在于，能夠 采用多級減速，實現(xiàn)鐵磁物體的完全制動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用磁阻式線圈減速器的減速方法，其特征在于，待減 速物體為導(dǎo)磁材料制成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁阻式電磁線圈減速器及其減速方法，借助電磁發(fā)射中常用加速技術(shù)的逆過程，采用脈沖電容器作為激勵電源，給線圈進(jìn)行放電，形成脈沖電磁場，對一個帶有速度的鐵磁材料物體進(jìn)行“拉拽”，從而使其減速直至停止，實現(xiàn)對鐵磁物體的制動作用。本發(fā)明巧妙的利用加速的逆過程，使因為工作狀態(tài)獲得一定速度的鐵磁物體迅速、簡單的被制動，方便又高效，用極小的代價，將鐵磁物體制動并用以下次的工作。
【IPC分類】F16D63-00
【公開號】CN104533990
【申請?zhí)枴緾N201410820023
【發(fā)明人】張亞東, 張為杰, 阮江軍
【申請人】武漢大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月25日