[發(fā)明專利]接力加速航母艦載機電磁彈射器

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• 申請日: 2020-02-04
• 公開（公告）號: CN111038726A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱幕松
• 申請（專利權(quán)）人: 朱幕松
• 主分類號: B64F1/06
• 分類號: B64F1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種接力加速航母艦載機電磁彈射器，由航母、艦載機、起飛跑道、電磁彈射器、高速無刷永磁直線電機、直線外動子、直線內(nèi)定子、低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機、電磁制動器、電磁離合器、彈射連接器、蓄電池組、智能控制器和操作臺組成，其特征在于：航母的甲板上設(shè)置多個艦載機（1），艦載機包括重型戰(zhàn)斗機和輕型戰(zhàn)斗機或者無人戰(zhàn)斗機，航母的甲板（2）上設(shè)置艦載機電磁彈射的起飛跑道，起飛跑道的長度大于100米，航母的艙底前端設(shè)置智能控制器（3），智能控制器后端設(shè)置蓄電池組（4），蓄電池組的輸出線連接智能控制器的電源端，航母的艦載發(fā)電機給蓄電池組充電，航母甲板下端設(shè)置電磁彈射器，電磁彈射器設(shè)有長槽形機殼（5），長槽形機殼的長度大于200米、小于航母甲板的長度，長槽形機殼的橫截面為U形，長槽形機殼上端設(shè)有左連接邊（6）和右連接邊（7）以及前連接邊（8）和后連接邊（9），4個連接邊上設(shè)有多個螺釘孔，多個固定螺絲釘（10）通過螺釘孔將長槽形機殼固定在航母甲板的下端，長槽形機殼內(nèi)設(shè)有左上L形軌道和右上L形軌道，左上L形軌道的上端平面與左連接邊的上端平面一致，右上L形軌道的上端平面與右連接邊端的上端平面一致，左上L形軌道下方設(shè)有左下L形軌道，右上L形軌道下方設(shè)有右下L形軌道，左上L形軌道和右上L形軌道的下端均設(shè)有上梯形軌道，左下L形軌道和右下L形軌道的上端均設(shè)有下梯形軌道，左上梯形軌道（11）與左下梯形軌道（12）對應，組成左抓手導軌，右上梯形軌道（13）與右下梯形軌道（14）對應，組成右抓手導軌，左抓手導軌與右抓手導軌的規(guī)格相同，對稱于長槽形機殼底部的左、右端，左、右抓手導軌的長度略小于長槽形機殼的長度；電磁彈射器設(shè)有高速無刷永磁直線電機，高速無刷永磁直線電機設(shè)有直線外動子，直線外動子的橫截面為n形，直線外動子的長度等于起飛跑道的長度，直線外動子設(shè)有頂蓋（15），頂蓋左端設(shè)有窄直板（16），頂蓋右端設(shè)有寬直板（17），頂蓋、窄直板和寬直板均為導磁體，用鐵質(zhì)材料一體化制造成型，直線外動子設(shè)有前左短軸和前右短軸，以及后左短軸和后右短軸，4個短軸均設(shè)有螺絲桿（18），窄直板和寬直板均設(shè)有前螺絲孔和后螺絲孔，4個螺絲桿分別安裝在窄直板和寬直板的前螺絲孔和后螺絲孔內(nèi)，4個短軸均設(shè)有安裝臺（19）和輪軸（20），4個輪軸均安裝軸承（21），4個輪軸的左、右端均安裝外卡簧（22），4個外卡簧擋住4個軸承，4個軸承的外圓均安裝滑輪（23），4個滑輪圓周均設(shè)有梯形槽，4個滑輪的規(guī)格均相同，左邊的滑輪和右邊的滑輪對稱于直線外動子的左、右端，由于直線外動子的重力因素，左前滑輪和左后滑輪的梯形槽均與左下梯形軌道吻合，左前滑輪和左后滑輪的梯形槽均與左上梯形軌道之間設(shè)有一定的間隙，右前滑輪和右后滑輪的梯形槽均與右下梯形軌道吻合，右前滑輪和右后滑輪的梯形槽均與右上梯形軌道之間設(shè)有一定的間隙，直線外動子定位在左抓手導軌與右抓手導軌之間，在長槽形機殼內(nèi)上端穩(wěn)定地前后平動，直線外動子的左前滑輪和左后滑輪卡在左上、下梯形軌道之間滾動運行，直線外動子的右前滑輪和右后滑輪卡在右上、下梯形軌道之間滾動運行；所述頂蓋的前上端焊接三角板架（24），航母甲板設(shè)有三角板槽（25），三角板槽的長度略大于起飛跑道的長度，三角板槽位于長槽形機殼左、右端的中部，與長槽形機殼平行，三角板架上端位于三角板槽內(nèi)；所述窄直板的右端面設(shè)有左永磁條（26），寬直板的左端面設(shè)有右永磁條（27），左、右永磁條用AB膠粘接，左、右永磁條均位于直線外動子內(nèi)的后端，左、右永磁條的長度相等，并且均大于1/2直線外動子的長度，左、右永磁條均由多個方塊永磁體（28）拼接組成，相鄰的方塊永磁體的極性互為相反，方塊永磁體是用稀土材料制成的強磁體，左永磁條和右永磁條的多個方塊永磁體的數(shù)量和大小均相等，對稱于頂蓋的左右端，每一個左方塊永磁體與每一個右方塊永磁體均對應，對應的左方塊永磁體的極性與右方塊永磁體的極性相同；高速無刷永磁直線電機設(shè)有直線內(nèi)定子，直線內(nèi)定子由左電樞定子和右電樞定子組成，直線內(nèi)定子依靠直板架（29）支撐固定，直板架固定于長槽形機殼底部前后端的中間位置和左右端的中間位置，并且與長槽形機殼平行，直板架下端設(shè)有前固定螺絲釘和后固定螺絲釘（30），直板架上端安裝直線內(nèi)定子，直線內(nèi)定子設(shè)有非字型鐵芯，非字型鐵芯由多個非字形硅鋼片疊加制成，非字型鐵芯設(shè)有3個左T形齒牙鐵芯（31），3個左T形齒牙鐵芯之間形成2個左齒槽，非字型鐵芯設(shè)有3個右T形齒牙鐵芯（32），3個右T形齒牙鐵芯之間形成2個右齒槽，3個左T形齒牙鐵芯與3個右T形齒牙鐵芯之間設(shè)有公共磁通鐵芯（33），3個左T形齒牙鐵芯與3個右T形齒牙鐵芯以及公共磁通鐵芯整體化制造，位于公共磁通鐵芯的中線設(shè)有前安裝孔和后安裝孔，前安裝孔和后安裝孔內(nèi)設(shè)有前螺絲釘（34）和后螺絲釘（35）將非字型鐵芯固定在直板架上端，3個左T形齒牙鐵芯上分別繞制A相左線圈（36）、B相左線圈（37）和C相左線圈（38），3相左線圈之間相差120度的電角度，非字型鐵芯后端第1個左T形齒牙鐵芯與第2個左T形齒牙鐵芯之間設(shè)有霍爾傳感器一（39），第2個左T形齒牙鐵芯上設(shè)有缺口，缺口內(nèi)設(shè)有霍爾傳感器二（40），第2個左T形齒牙鐵芯與第3個左T形齒牙鐵芯之間設(shè)有霍爾傳感器三（41），3個霍爾傳感器均在非字型鐵芯下端，3個霍爾傳感器之間相差60度的電角度，3相左線圈連接成Y形電路，3相左線圈引出3根左輸出線，3個左T形齒牙鐵芯與3相左線圈組成左電樞定子；3個右T形齒牙鐵芯上分別繞制A相右線圈（42）、B相右線圈（43）和C相右線圈（44），3相右線圈之間相差120度的電角度，3相右線圈連接成Y形電路，3相右線圈引出3根右輸出線，3個右T形齒牙鐵芯與3相右線圈組成右電樞定子，左電樞定子與右電樞定子規(guī)格相同，對稱于公共磁通鐵芯，3根左輸出線與3根右輸出線同相位并聯(lián)連接為雙電樞輸出線，3個霍爾傳感器的輸出線與雙電樞輸出線合并為一股直線電機輸出線（45），位于直板架右邊的長槽形機殼底部設(shè)有出線孔（46），直線電機輸出線經(jīng)過出線孔引出長槽形機殼到智能控制器，雙電樞輸出線連接智能控制器的相關(guān)輸出端，3個霍爾傳感器的輸出線連接智能控制器的相關(guān)輸入端，3個霍爾傳感器經(jīng)過智能控制器對于左電樞定子和右電樞定子進行同步換相控制；直線外動子在長槽形機殼內(nèi)上端沿左、右抓手導軌穩(wěn)定地前后平動，當左永磁條和右永磁條位于非字型鐵芯的左右端時，非字型鐵芯的上端與左、右永磁條的上端一致，非字型鐵芯的下端與左、右永磁條的下端一致，非字型鐵芯的疊厚等于左、右永磁條的寬度，左永磁條與非字型鐵芯左端之間設(shè)有左均勻氣隙（47），右永磁條與非字型鐵芯右端之間設(shè)有右均勻氣隙（48），非字型鐵芯位于左、右永磁條中間位置的左、右磁力處于2力平衡狀態(tài)，所述方塊永磁體前后端的長度大于T形齒牙鐵芯前后端的長度，直線外動子與左電樞定子和右電樞定子組成雙電機驅(qū)動的高速無刷永磁直線電機，左電樞定子和右電樞定子均工作在兩極磁場的高速換相狀態(tài)，使高速無刷永磁直線電機在高速直線行程中效率高、功率大；所述寬直板下端安裝齒條（49），齒條的長度等于直線外動子的長度，長槽形機殼的中部下端安裝電機軸，電機軸是一種臺階軸，電機軸右端是細軸，細軸左端是臺階細軸（50），臺階細軸上設(shè)有電磁制動器和電磁離合器，電機軸左端是粗軸（51），粗軸右端是臺階粗軸（52），臺階粗軸上設(shè)有低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機，細軸安裝在長槽形機殼右端的中部下端，由電機小螺絲帽（53）緊固，粗軸安裝在長槽形機殼左端的中部下端，由電機大螺絲（54）帽緊固，低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機、電磁制動器和電磁離合器一體化同軸安裝在長槽形機殼前后端的中部，低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機位于直板架的后端，臺階粗軸外圓緊配合安裝定子支架（55），定子支架外圓緊配合安裝定子鐵芯（56），定子鐵芯圓周設(shè)有多個T形齒牙，T形齒牙之間形成多個齒槽，定子鐵芯由多個硅鋼片疊加成型，多個齒槽內(nèi)繞制39個磁極的3相線圈繞組（57），3相線圈繞組連接成Y形電路，定子鐵芯圓周的齒槽內(nèi)設(shè)有3個不同位置的霍爾元件（58），臺階粗軸右端外圓安裝小軸承（59），臺階粗軸右端設(shè)有小卡簧（60）擋住小軸承，小軸承外圓安裝右端蓋（61），右端蓋外圓左端設(shè)有導磁筒（62），導磁筒左端內(nèi)圓設(shè)有內(nèi)螺紋，所述粗軸外圓安裝大軸承（63），粗軸左端設(shè)有大卡簧（64）擋住大軸承，大軸承外圓安裝左端蓋（65），左端蓋外圓設(shè)有外螺紋，內(nèi)、外螺紋的齒牙模數(shù)相同，左端蓋擰進導磁筒左端內(nèi)圓組成外轉(zhuǎn)子電機的外殼，導磁筒內(nèi)圓設(shè)有永磁圈（66），永磁圈用40塊方塊形永磁體拼接組成，方塊形永磁體是用稀土材料制成的強磁體，相鄰的方塊形永磁體的極性互為相反，永磁圈內(nèi)圓與定子鐵芯外圓之間設(shè)有均勻氣隙，永磁圈的左、右端與定子鐵芯的左、右端對齊，由40極的永磁轉(zhuǎn)子配合39極的電磁定子，組成低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機，電機軸中心設(shè)有電線孔（67），3相線圈繞組的輸出線和3個霍爾元件的輸出線從電線孔引出；所述電磁制動器設(shè)有制動圓板（68），制動圓板的中心孔套進電機軸右端的細軸上，制動板圓板緊貼長槽形機殼內(nèi)右端，制動板圓板與長槽形機殼之間設(shè)有穩(wěn)釘（69），臺階細軸右端緊配合安裝右線圈骨架（70），右線圈骨架內(nèi)繞制右電磁線圈（71），臺階細軸左端緊配合安裝左線圈骨架（72），左線圈骨架內(nèi)繞制左電磁線圈（73），左電磁線圈、右電磁線圈和3相線圈繞組與電線孔之間均設(shè)有斜孔（74），左、右電磁線圈的輸出線與3相線圈繞組的輸出線和3個霍爾元件的輸出線分別經(jīng)過斜孔，合并為一股輸出電纜（75）從電線孔引出長槽形機殼到智能控制器，左電磁線圈、右電磁線圈和3相線圈的輸出線分別連接智能控制器的相關(guān)輸出端，3個霍爾元件的輸出線連接智能控制器的相關(guān)輸入端，臺階細軸的外圓設(shè)有左滑動軸承（76）和右滑動軸承（77），臺階細軸的外圓與左、右滑動軸承內(nèi)圓之間是滑動配合狀態(tài)，左、右滑動軸承的外圓緊配合安裝外齒圈（78），外齒圈與齒條嚙合，外齒圈的齒牙模數(shù)與齒條的齒牙模數(shù)相同，外齒圈轉(zhuǎn)動齒條，驅(qū)動直線外動子前后平動，外齒圈右端設(shè)有制動環(huán)（79），制動環(huán)與制動圓板之間設(shè)有右間隙（80），外齒圈左端設(shè)有離合環(huán)（81），離合環(huán)與外轉(zhuǎn)子電機外殼的右端蓋之間設(shè)有左間隙（82），左、右電磁線圈不通電時，直線外動子前后運動齒條驅(qū)動外齒圈空轉(zhuǎn)，外齒圈、制動環(huán)和離合環(huán)是一體化制造成型的導磁體，右電磁線圈通電后，制動環(huán)與制動圓板吸合，制動環(huán)與制動圓板之間的摩擦力成為直線外動子的制動力，左電磁線圈通電后，離合環(huán)與右端蓋吸合，離合環(huán)與右端蓋之間的摩擦力成為低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機驅(qū)動直線外動子的傳動力；長槽形機殼內(nèi)前端設(shè)有緩沖橡膠墊（83），直線外動子前下輪軸的左端粘接永磁體顆粒（84），長槽形機殼前右端設(shè)有前傳感孔，前傳感孔內(nèi)設(shè)有前霍爾傳感器（85），長槽形機殼后右端設(shè)有后傳感孔，后傳感孔內(nèi)設(shè)有后霍爾傳感器（86），前、后霍爾傳感器之間的中間位置設(shè)有中傳感孔，中傳感孔內(nèi)設(shè)有中霍爾傳感器（87），前、后、中3個霍爾傳感器的輸出線分別連接智能控制器的相關(guān)輸入端，高速無刷永磁直線電機和低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機的輸出線分別連接智能控制器的相關(guān)輸出端；航母甲板后方設(shè)置操作室（88），操作室內(nèi)設(shè)置操作臺（89），操作臺上設(shè)置起飛按鈕（90）、高低電壓轉(zhuǎn)換按鈕（91）和電源按鈕（92），高低電壓轉(zhuǎn)換按鈕位于高電壓時彈射重型戰(zhàn)斗機，高低電壓轉(zhuǎn)換按鈕位于低電壓時彈射輕型戰(zhàn)斗機或者無人戰(zhàn)斗機，起飛按鈕、高低電壓轉(zhuǎn)換按鈕的輸出線連接智能控制器的相關(guān)輸入端，起飛按鈕為調(diào)速式按鈕，起飛按鈕設(shè)有F形的推桿（93），推桿的中端設(shè)有上永磁顆粒（94），推桿的下端設(shè)有下永磁顆粒（95），上永磁顆粒與下永磁顆粒垂直對應，極性互為相反，推桿的上永磁顆粒與下永磁顆粒之間設(shè)有調(diào)壓霍爾傳感器（96），推桿的上端設(shè)有復位彈簧（97），調(diào)壓霍爾傳感器的輸出線連接智能控制器的調(diào)速輸入端，智能控制器輸出的調(diào)速驅(qū)動電壓到低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機，調(diào)壓霍爾傳感器在變化的磁場中根據(jù)磁力線的強度和極性的變化輸出高低不同的信號電壓，起飛按鈕靜止時，下永磁顆粒的S極靠近調(diào)壓霍爾傳感器，調(diào)壓霍爾傳感器輸出的信號電壓為0V，當按下起飛按鈕時，上永磁顆粒N極靠近調(diào)壓霍爾傳感器，調(diào)壓霍爾傳感器輸出的信號電壓為5V，起飛按鈕按下的過程是信號電壓從0V到5V的線性變化的過程，智能控制器輸出的調(diào)速驅(qū)動電壓由低到高驅(qū)動低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機，因此艦載機在柔性加速狀態(tài)下起飛，避免了在沖擊狀態(tài)下起飛；電磁彈射器的三角板架是艦載機的推進架，艦載機下端設(shè)有彈射連接器，彈射連接器設(shè)有攔桿倉（98），攔桿倉后端設(shè)有伺服電機（99），伺服電機設(shè)有左驅(qū)動軸和右驅(qū)動軸（100），彈射連接器設(shè)有V形攔桿（101），V形攔桿用鋼筋彎成銳角形，V形攔桿左邊的上端和右邊的上端分別與左驅(qū)動軸和右驅(qū)動軸連接，起飛跑道后端設(shè)有機身位置的標記，準備電磁彈射的艦載機位于標記的后端，艦載機根據(jù)攝像機提供的圖像信息對準標記行駛，艦載機準確到位后，艦載機的智能控制器自動控制伺服電機順時針旋轉(zhuǎn)驅(qū)動V形攔桿落下，V形攔桿的銳角尖落向前下端，使三角板架上端位于V形攔桿的銳角尖，電磁彈射器的三角板架向前推動V形攔桿時，驅(qū)動艦載機在跑道上加速，艦載機加速接近跑道前端時逐漸上升起飛，V形攔桿在三角板架前端向上滑動到頂后脫離，艦載機起飛后，艦載機的智能控制器自動控制伺服電機逆時針旋轉(zhuǎn)驅(qū)動V形攔桿上升，將V形攔桿收蔵在攔桿倉內(nèi)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接力加速航母艦載機電磁彈射器，其特征在于：當艦載機準備起飛時，按下起飛按鈕，啟動低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機順時針旋轉(zhuǎn)，智能控制器控制電磁離合器吸合驅(qū)動直線外動子，低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機工作在效率高、功率大的低轉(zhuǎn)速狀態(tài)，驅(qū)動直線外動子從低速階段到中速階段向前加速，當永磁體顆粒與中霍爾傳感器對齊時，左永磁條和右永磁條的前端到達直線內(nèi)定子，中霍爾傳感器控制低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機自動關(guān)機，控制高速無刷永磁直線電機驅(qū)動直線外動子進行接力加速，高速無刷永磁直線電機工作在效率高、功率大的高線速狀態(tài)，此時電磁離合器分離，避免低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機的磁阻影響直線外動子的加速度，直線外動子到達長槽形機殼前端時，永磁體顆粒與前霍爾傳感器對齊，使前霍爾傳感器控制高速無刷永磁直線電機自動關(guān)機，同時控制電磁制動器剎車，由于慣性，直線外動子撞擊緩沖橡膠墊后停止，此時前霍爾傳感器控制低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機反轉(zhuǎn)，電磁離合器吸合，低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機驅(qū)動直線外動子后退到長槽形機殼內(nèi)后端，永磁體顆粒與后霍爾傳感器對齊，使后霍爾傳感器控制低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機自動關(guān)機，并且控制電磁制動器剎車，完成三角板架返回到電磁彈射器的初始狀態(tài)；低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機位于直板架的后端，低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機與直線內(nèi)定子均位于長槽形機殼前后端的中間位置，直線外動子的加速過程是低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機與高速無刷永磁直線電機之間自動換擋、接力加速的過程，充分發(fā)揮低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機和高速無刷永磁直線電機的最大功率和最高效率，低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機驅(qū)動直線外動子還具有返程復位的功能，三角板架行程的長度是艦載機在甲板跑道上加速起飛的長度，艦載機加速起飛的時間在4秒鐘左右，艦載機在起飛行程范圍內(nèi)，三角板架的推力和加速度必需滿足艦載機的起飛要求，高速無刷永磁直線電機和低速無刷永磁外轉(zhuǎn)子電機的驅(qū)動功率要大于艦載機具備的最大起飛功率，高速無刷永磁直線電機的末段速度要大于300公里/小時，充分滿足電磁彈射器將重型艦載機在短時間、短距離內(nèi)加速到的起飛速度，蓄電池組的能量儲存大，調(diào)整蓄電池的數(shù)量和電壓，滿足艦載機起飛時必需的電量和功率，根據(jù)艦載機的大小，按動高低電壓轉(zhuǎn)換按鈕，選擇不同的起飛電壓，實現(xiàn)推力可控的電磁彈射器，彈射連接器的V形攔桿具有可靠的自動連接、分離和收藏的功能。