次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置，次级为外置的鞍形绕组，跨骑在初级螺线管线圈上，通过正、负极轨道、多个电刷与螺线管初级串励形成回路，初级螺线管线圈串入回路的部分也就是励磁部分与次级鞍形绕组相互作用，推动次级鞍形绕组持续前进。初级螺线管线圈与次级鞍形绕组之间的电刷连接模式有多种，由此也形成多种对次级鞍形绕组的推进模式：单推、单拉、双推、双拉、推拉等模式。次级鞍形绕组跨骑在初级螺线管线圈上，初级螺线管线圈处于空间开放状态，能够方便地固定在地面上，初级的长度不再有限制，结构强度和冲击稳定性也得以保证，非常有利于长距离大推力直线推进加速。

【技术实现步骤摘要】
次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置
本专利技术属于电磁加速与推进
，适用于地面交通、物料运输、飞行器助推与投射、电磁动能武器等相关技术范畴，具体涉及一种次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置。
技术介绍
串励式直线螺线管电磁推进装置以其结构简单、推力大、效率高、驱动电源类型宽泛、冲击过载易控等优点长期以来受到电磁推进领域内研究人员的重视，图10显示了串励式直线螺线管电磁推进的基本原理(参考文献：T.G.Engel，etc.，Developmentofamedium-borehigh-efficiencyhelicalcoilelectromagneticlauncher，IEEETRANSACTIONSONPLASMASCIENCE,VOL.32,NO.5,OCTOBER2004，pp1893-1895)，其定子(图中的stator)，也叫初级，为导体绕制的螺线管，动子或称抛体(Armature&Projectile，也叫次级，以下均统称次级)亦为导线绕制的螺线管，套在初级外面，但螺旋绕向与初级相反，电刷(Brush)1和2将正极轨道(+Rail)和初级动态导通连接，且电刷1和2随次级运动，电流经由初级后经电刷3与次级串联，然后由次级经由电刷4与负极轨道(-Rail)导通，以上回路与电源相接，形成电流(Current)回路，也就是动子绕组的励磁电流来自与其串联的初级，因此称为串励。因为初级和次级的螺线管的螺旋绕向相反，初级螺线管导通段产生的磁场与次级螺线管的磁场方向相反，也就是形成一个作用力相斥的磁场对极，初级推进次级向右直线运动，由于4个电刷都固定在次级上，初级螺线管导通段随次级一起向右移动，就会持续推动次级前进。次级和初级相对位置可以互换，也就是次级位于初级内部，这种情况下两个轨道以及电刷也要位于初级内部。目前现有技术也存在明显缺陷，1)如果次级在初级内部，次级就无法挂载包络尺寸大于初级内径的载荷，而且轨道和电刷在初级内部狭小的空间难以安装和连接固定；2)为了解决载荷外挂的问题，次级必须在初级外部，而初级就只能单端也就是悬臂梁状态固定，其余部分无法获得支撑，载荷的质量和初级的长度就会严重被限制，也就是直线推进的距离被限制，那么最终次级的出口速度就被限制，应用领域变得很窄；3)初次级都是螺线管，无法引出专用的接线板作为电刷接触点，电刷只能直接和螺线管导体接触，运动过程高压摩擦，螺线管匝间的绝缘要求提高，螺线管导体与电刷接触部分一旦破坏，整个线圈就无法继续使用，维护成本高；4)外挂载荷质心与初级对次级的推力轴线不重合，或者因为次级受到偏心的气动阻力，加速过程中次级及载荷会产生一个向后仰的翻滚力矩，速度、加速度越大这个翻滚力矩就越大，必须另外添加专门的滑动定位约束来克服这个翻滚力矩，增加了系统的复杂度，当用机械接触的滑块来克服这个翻滚力矩时，整个动子的摩擦阻力加大，降低了整体运行效率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种次级鞍形绕组、初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置及方法，次级为外置的鞍形绕组，次级鞍形绕组由两个圆弧段和两个直线段构成，跨骑在初级螺线管线圈上，通过正、负极轨道、多个电刷与初级螺线管线圈串励形成回路，初级螺线管线圈串入回路的部分也就是励磁部分与次级鞍形绕组相互作用，推动次级鞍形绕组持续前进。初级螺线管线圈与次级鞍形绕组之间的电刷连接模式有多种，由此也形成多种对次级鞍形绕组的推进模式：单推、单拉、双推、双拉、推拉等模式，以满足不同的运行条件及状况需求。次级鞍形绕组跨骑在初级螺线管线圈上，初级螺线管线圈处于空间开放状态，能够方便地固定在地面上，初级的长度不再有限制，结构强度和冲击稳定性也得以保证，非常有利于长距离大推力直线推进加速。处于开放空间的初级螺线管线圈是每匝或者多匝制成的线圈，线圈连接引线和接线板，电刷只与接线板接触，接线板表面做耐磨损耐烧蚀处理且可以更换，提高初级螺线管线圈的耐用性。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为：一种次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励的直线电磁推进装置，包括：初级螺线管线圈、初级螺线管引线、引线接线板、次级鞍形绕组、次级线圈进线引线、次级线圈出线引线、正极轨道、负极轨道、正极轨道电刷、初级进线电刷、次级进线电刷、次级出线电刷和负极轨道电刷，其中：次级鞍形绕组有单绕组和8字绕组两种，单绕组由两个圆弧段以及连接圆弧段的直线段构成，两个圆弧段所在平面互相平行，按照相对于前进方向的位置，二者同轴同半径，弧度夹角也相同，两个圆弧段端部由两个互相平行的导体直线段连接，整个次级鞍形绕组多匝绕制。次级鞍形绕组圆弧段轴线与初级螺旋管线圈同轴，且圆弧段内半径大于初级螺线管线圈的外半径，也就是次级鞍形绕组与初级螺线管线圈之间有间隙，次级鞍形绕组跨骑在初级螺线管线圈上，可以同轴地相对直线运动。8字绕组则是两个单绕组相邻串联，但导线绕向相反，也就是两个绕组内的电流方向相反。初级螺线管线圈由一匝或者多匝导线螺旋绕制，匝间绝缘，线圈的端部连接有两段引线，每个引线尾部连接有引线接线板，也就是每个线圈有两个引线接线板，引线接线板与初级螺线管轴线相平行排列，相邻两组引线接线板互相依次串联，也就是上一线圈出线端的引线接线板和下一线圈的进线端的引线接线板连接，这样，所有的初级螺线管线圈就互相串联起来了。在初级螺线管线圈和次级鞍形绕组两侧分别有正极轨道和负极轨道。次级鞍形绕组的进线和出线直接连接次级进线电刷和次级出线电刷，次级出线电刷和次级进线电刷根据电路回路设置，与初级螺线管线圈的引线接线板，还有正极轨道或者负极轨道分别接触，形成电路的闭合回路，同时保证初级螺线管与次级鞍形之间的电磁力无论是推力还是拉力，都指向设定的前进方向。下面描述一下几种主要的推进模式的接线方式。1、单推模式正极轨道电刷与初级进线电刷结合为一体电刷，正极轨道电刷与正极轨道接触，另一端初级进线电刷与初级螺线管线圈一侧的引线接线板接触，这个一体电刷通过绝缘材料做成的连接件固定在次级鞍形绕组上。次级进线电刷与初级螺线管线圈另一侧的引线接线板接触，与次级鞍形绕组的进线引线连接，次级鞍形绕组出线引线与次级出线电刷连接，次级出线电刷与负极轨道接触，串入回路的初级螺线管线圈位于次级鞍形绕组前进方向的后方，正、负极轨道连接电源，回路中形成电流，初级螺线管线圈的电流方向与次级鞍形绕组后圆弧段中的电流方向相反，初级螺线管线圈产生的磁场与次级鞍形绕组之间的电磁力表现为指向前进方向的推力。2、单拉模式正极轨道电刷与初级进线电刷结合为一体电刷，正极轨道电刷与正极轨道接触，初级进线电刷与初级螺线管线圈的一侧引线接线板接触，一体电刷通过绝缘材料固定在次级鞍形绕组上。次级进线电刷与初级螺线管线圈另一侧的引线接线板接触，与次级进线引线连接，次级出线引线与次级出线电刷连接，次级出线电刷与负极轨道接触，串入回路的初级螺线管线圈段位于次级鞍形绕组前进方向的前方，正、负极轨道连接电源，回路中形成电流，初级螺线管线圈的电流方向与次级鞍形绕组前圆弧段中的电流方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置，其特征在于，包括初级螺线管线圈、初级螺线管引线、引线接线板、次级鞍形绕组、次级线圈进线引线、次级线圈出线引线、正极轨道、负极轨道、正极轨道电刷、初级进线电刷、次级进线电刷、次级出线电刷和负极轨道电刷，其中：/n初级螺线管线圈有两个初级螺线管引线和引线接线板，多个初级螺线管线圈同轴串联，次级鞍形绕组骑在初级螺线管线圈上，通过正极轨道、负极轨道、正极轨道电刷、初级进线电刷、次级进线电刷、次级出线电刷、负极轨道电刷与初级螺线管线圈串励形成回路，初级螺线管线圈串入回路的部分也就是励磁部分与次级鞍形绕组相互作用，推动次级鞍形绕组持续前进，载荷搭载在次级鞍形绕组上；正极轨道电刷与初级进线电刷结合为一体电刷，正极轨道电刷与正极轨道接触，另一端初级进线电刷与初级螺线管线圈一侧的引线接线板接触，这个一体电刷通过绝缘材料做成的连接件固定在次级鞍形绕组上；次级进线电刷与初级螺线管线圈另一侧的引线接线板接触，与次级鞍形绕组的进线引线连接，次级鞍形绕组出线引线与次级出线电刷连接，次级出线电刷与负极轨道接触，正、负极轨道连接电源，回路中形成电流。/n

【技术特征摘要】
1.一种次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置，其特征在于，包括初级螺线管线圈、初级螺线管引线、引线接线板、次级鞍形绕组、次级线圈进线引线、次级线圈出线引线、正极轨道、负极轨道、正极轨道电刷、初级进线电刷、次级进线电刷、次级出线电刷和负极轨道电刷，其中：
初级螺线管线圈有两个初级螺线管引线和引线接线板，多个初级螺线管线圈同轴串联，次级鞍形绕组骑在初级螺线管线圈上，通过正极轨道、负极轨道、正极轨道电刷、初级进线电刷、次级进线电刷、次级出线电刷、负极轨道电刷与初级螺线管线圈串励形成回路，初级螺线管线圈串入回路的部分也就是励磁部分与次级鞍形绕组相互作用，推动次级鞍形绕组持续前进，载荷搭载在次级鞍形绕组上；正极轨道电刷与初级进线电刷结合为一体电刷，正极轨道电刷与正极轨道接触，另一端初级进线电刷与初级螺线管线圈一侧的引线接线板接触，这个一体电刷通过绝缘材料做成的连接件固定在次级鞍形绕组上；次级进线电刷与初级螺线管线圈另一侧的引线接线板接触，与次级鞍形绕组的进线引线连接，次级鞍形绕组出线引线与次级出线电刷连接，次级出线电刷与负极轨道接触，正、负极轨道连接电源，回路中形成电流。


2.根据权利要求1所述的次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置，其特征在于，初级螺线管线圈与次级鞍形绕组之间的电刷连接模式有多种，由此也形成多种对次级鞍形绕组的推进模式：单推、单拉、双推、双拉、推拉模式，以满足不同的运行条件及状况需求。


3.根据权利要求1所述的次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置，其特征在于，次级鞍形绕组可以是单绕组或者8字绕组，回路可以串入一段或者两段初级螺线管线圈。


4.根据权利要求1所述的次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置，其特征在于，串励回路对电源的极性无要求，也就是正极轨道和负极轨道可以任意定义，电源可以是直流、交流、脉冲任何形式。


5.根据权利要求1所述的次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置，其特征在于，次级鞍形绕组有单绕组和8字绕组两种，单绕组由两个圆弧段以及连接圆弧段的直线段构成，两个圆弧段所在平面互相平行，按照相对于前进方向的位置，二者同轴同半径，弧度夹角也相同，两个圆弧段端部由两个互相平行的导体直线段连接，整个次级鞍形绕组多匝绕制，次级鞍形绕组圆弧段轴线与初级螺旋管线圈同轴，且圆弧段内半径大于初级螺线管线圈的外半径，也就是次级鞍形绕组与初级螺线管线圈之间有间隙，次级鞍形绕组跨骑在初级螺线管线圈上，可以同轴地相对直线运动，8字绕组则是两个单绕组相邻串联，但导线绕向相反，也就是两个绕组内的电流方向相反。


6.根据权利要求1所述的次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置，其特征在于，初级螺线管线圈由一匝或者多匝导线螺旋绕制，匝间绝缘，线圈的端部连接有两段引线，每个引线尾部连接有引线接线板，也就是每个线圈有两个引线接线板，引线接线板与初级螺线管轴线相平行排列，相邻两组引线接线板互相依次串联，也就是上一线圈出线端的引线接线板和下一线圈的进线端的引线接线板连接，这样，所有的初级螺线管线圈就互相串联起来。


7.根据权利要求1所述的次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置，其特征在于，在初级螺线管线圈和次级鞍形绕组两侧分别有正极轨道和负极轨道，次级鞍形绕组的进线和出线直接连接次级进线电刷和次级出线电刷，次级出线电刷和次级进线电刷根据电路回路设置，与初级螺线管线圈的引线接线板，还有正极轨道或者负极轨道分别接触，形成电路的闭合回路，同时保证初级螺线管与次级鞍形之间的电磁力无论是推力还是拉力，都指向设定的前进方向。


8.根据权利要求1所述的次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置，其特征在于，推进模式的接线方式为：
1)单推模式
正极轨道电刷与初级进线电刷结合为一体电刷，正极轨道电刷与正极轨道接触，另一端初级进线电刷与初级螺线管线圈一侧的引线接线板接触，这个一体电刷通过绝缘材料做成的连接件固定在次级鞍形绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：王厚生，马本栋，王建超，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11