[發明專利]一種永磁直流電磁彈射直線電機的設計方法

在審

• 申請號: 201710122101.X
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106712445A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 丁士來
• 申請（專利權）人: 丁士來
• 主分類號: H02K41/035
• 分類號: H02K41/035
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及直線電機領域，準確地說是一種永磁直流電磁彈射直線電機或者說是一種永磁直流直線電機的設計方法。

背景技術

電磁彈射器實際上是由多個完全相同的直線電機模塊構成。電磁彈射直線電機是電磁彈射器的核心部位，與直線電機的結構以及工作原理基本相同只是使用的領域不同。電磁彈射器分為兩種，分別是電磁線圈彈射器及電磁軌道彈射器。這兩種其實也就是交流直線電機和直流直線電機。其中直流直線電機和直線交流電動機相比，明顯的優點是：運行效率高，沒有功率因數低的問題；控制比較方便、靈活。直線直流電動機和閉環控制系統結合在一起，可精密地控制位移，其速度和加速度控制范圍廣，調速的平滑性好。直線直流電動機的主要缺點是：存在著帶繞組的電樞和引流用的電刷(或動子上拖著″辮子″)。雖然在短行程的直線直流電機可采用無接觸結構型式，但在長行程結構系統中，就很難實現無刷無接觸運行。所以，在長行程的電磁彈射器領域采用由多臺相同的電磁彈射直線電機構成。另外，在精密控制直線電機中，還需要采用閉環控制系統，這也可以說是個缺點。直線直流電動機簡單的工作原理是：線圈可沿鐵棍軸向自由移動，在線圈的行程范圍內，永久磁鐵給予它大致均勻的磁場B，當線圈中通入直流電源I時，導體線圈處于磁場中的部分就會受到電磁力的作用。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的上述弱點，提供一種結構簡單、無刷、可以長行程工作的一種永磁直流電磁彈射直線電機的設計方法，利用該原理可以設計制造無換向器永磁直流直線電機。

技術方案是：主要由定子和動子組成，定子部分主要由組合式定子鐵芯和直流繞組組成，線圈繞組環繞在長方體的定子鐵芯上；動子部分主要由定子左右兩側的兩塊(或多塊)永磁體和定位固定架組成；永磁體動子在定子的左右兩側且同性磁極面向定子線圈，并使面對永磁體磁極一側的線圈導線與該磁極的磁感線相互垂直；采用雙面耦合，定子線圈左右兩側的載流導線均對動子進行感應拖動。載流線圈在磁場中受到電磁力的作用是本發明的設計原理之一。下面結合實驗和附圖進行說明。

參見附圖1(a)，圖中的1表示兩塊N極相對的永久磁鐵。當兩N極之間的介質為空氣或非鐵磁質材料時，兩磁鐵相斥；當兩N極之間放置一鐵磁質鐵板材(板的面積遠大于磁鐵的極面)時，兩磁鐵都吸引鐵板。這一現象說明磁感線由空氣進入鐵磁質材料時，磁感線對法線有很大的偏離；鐵磁質有對磁感線強烈地匯集以及隔離或者說屏蔽作用。鐵磁質的這一特性也是本發明的設計原理之一。

參見附圖1(b)，圖中定子部分的鐵芯由位于左右兩側的鐵磁質板材2a和位于中間位置的非鐵磁質件2b組成。兩側鐵磁質板材面向外的一側設有用來繞直流線圈2c的槽口，中間是用非鐵磁質材料制成的板材，動子為兩塊磁鐵1，兩塊磁鐵的N極極面都面向定子鐵芯且之間留有氣隙3。當線圈2c接通直流電源，且使左端的導線電流流出“⊙”、右端的導線電流流入根據左手定則，鐵芯兩側的導線受到電磁力的方向都向上。如果永磁體1固定、那么線圈2c與鐵芯直線向上移動(不考慮地球的引力)，圖中用空心箭頭表示。根據定子與動子之間的力學關系，如果把永磁體1作為動子且只能上下自由移動，把線圈2c和鐵芯作為定子，那么永磁體1會向下移動。這就是本發明的基本設計原理。

本發明的結構特點是定子為電樞繞組、動子為永久磁鐵；永磁體的同磁性磁極(N極或S極)面向定子線圈繞組，并使面對永磁體磁極一側的線圈導線與該磁極的磁感線相互垂直；動子采用雙面耦合的方式拖動。設計原理：一是根據鐵磁質具有對磁感線強烈地匯集作用以及隔離屏蔽的特性；二是根據載流線圈在磁場中產生電磁力的原理設計的。

本發明所述的一種永磁直流電磁彈射直線電機的設計方法，其有益效果在于：結構簡單，永磁動子的質量輕慣性小；彈射過程中動子無需帶繞組電樞和引流用的電刷(或動子上拖著″辮子″)；適合長距離彈射。另外，本發明具有操作方便、靈活、容易控制電流大小的特點；具有負載、速度和加速度調節范圍大的優點。缺點是：動子永磁體背向定子鐵芯的磁極為同性，會產生磁輻射污染，必要時須采取相應的屏蔽磁感線的措施。

附圖說明

附圖1(a)是證明鐵磁質具有磁感線匯集和隔離屏蔽作用實驗的示意圖。

附圖1(b)是說明線圈在同性磁極磁場中受到電磁力平動的原理示意圖。

附圖2是表示本發明的設計原理示意圖。

附圖3是表示本發明的基本結構及工作原理的剖視示意圖。