[發明專利]雙聯電機航母艦載機電磁彈射器

在審

• 申請號: 202010083106.8
• 申請日: 2020-02-08
• 公開（公告）號: CN111038727A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 朱幕松
• 申請（專利權）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

1.一種雙聯電機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、彈射滑輪車、前雙聯電機、后雙聯電機、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（1）的甲板（2）上設置多個艦載機（3），艦載機包括重型戰斗機和輕型戰斗機或者無人戰斗機，航母的甲板上設置艦載機電磁彈射的起飛跑道，起飛跑道的長度大于100米，航母的艙底前端設置智能控制器（4），智能控制器后端設置蓄電池組（5），蓄電池組的輸出線連接智能控制器的電源端，航母的艦載發電機給蓄電池組充電，航母甲板下端設置電磁彈射器（6），電磁彈射器設有長槽形機殼（7），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，長槽形機殼上端設有左連接邊（8）和右連接邊（9）以及前連接邊（10）和后連接邊（11），4個連接邊上設有多個螺釘孔，多個固定螺絲釘（12）通過螺釘孔將長槽形機殼固定在航母甲板的下端，長槽形機殼內設有左上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形軌道下方設有左下L形軌道，右上L形軌道下方設有右下L形軌道，左上L形軌道和右上L形軌道的下端均設有上梯形軌道，左下L形軌道和右下L形軌道的上端均設有下梯形軌道，左上梯形軌道（13）與左下梯形軌道（14）對應，組成左抓手導軌，右上梯形軌道（15）與右下梯形軌道（16）對應，組成右抓手導軌，左抓手導軌與右抓手導軌的規格相同，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；電磁彈射器設有彈射滑輪車，彈射滑輪車的長度等于起飛跑道的長度，彈射滑輪車設有底板（17），底板兩端設有左直板（18）和右直板（19），底板、左直板和右直板均為導磁體，用鐵質材料一體化制造成U型，彈射滑輪車設有前輪軸（20）和后輪軸（21），左直板和右直板均設有前軸孔和后軸孔，前輪軸和后輪軸分別安裝在左、右直板的前軸孔和后軸孔內，前輪軸的左、右端和后輪軸的左、右端均安裝軸承（22），前輪軸的左、右端和后輪軸的左、右端均安裝外卡簧（23），4個外卡簧擋住4個軸承的外端，4個軸承的內端均設有軸套擋（24），4個軸承的外圓均安裝滑輪（25），4個滑輪圓周均設有梯形槽，4個滑輪的規格均相同，彈射滑輪車的左邊滑輪和右邊滑輪對稱，由于彈射滑輪車的重力因素，左前滑輪和左后滑輪的梯形槽均與左下梯形軌道吻合，均與左上梯形軌道之間設有一定的間隙，右前滑輪和右后滑輪的梯形槽均與右下梯形軌道吻合，均與右上梯形軌道之間設有一定的間隙，左前滑輪和左后滑輪卡在左上、下梯形軌道之間滾動運行，右前滑輪和右后滑輪卡在右上、下梯形軌道之間滾動運行，彈射滑輪車定位在左抓手導軌與右抓手導軌之間，在長槽形機殼內上端穩定地前后平動；所述底板的前上端中部焊接三角板架（26），航母甲板上設有三角板槽（27），三角板槽是一種長線槽，三角板槽的長度略大于艦載機跑道的長度，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，底板的下端中部設有長齒條（28），長齒條與底板平行，長齒條的長度等于彈射滑輪車的長度，長槽形機殼前后端的中部設有前雙聯電機（29）和后雙聯電機（30），前、后雙聯電機之間相隔很近，前雙聯電機電機設有大驅動齒輪，后雙聯電機設有小驅動齒輪，大、小驅動齒輪的齒牙模數均與長齒條的齒牙模數相同，均與長齒條嚙合，所述雙聯電機是一種與制動器和離合器交替聯動的無刷永磁外轉子電機，前雙聯電機和后雙聯電機之間也是交替工作的聯動關系，前雙聯電機和后雙聯電機的整體結構特征基本相同，前雙聯電機和后雙聯電機的無刷永磁外轉子電機的規格完全相同，下面以前雙聯電機為例說明，前雙聯電機設有臺階軸，臺階軸右端是細軸，細軸左端是臺階細軸（31），臺階細軸上設有電磁制動器和電磁離合器，臺階軸左端是粗軸，粗軸右端是臺階粗軸（32），臺階粗軸上設有無刷永磁外轉子電機，所述電磁制動器設有制動板架（33），制動板架為L形，細軸安裝在制動板架上端，由電機小螺絲帽（34）緊固，制動板架下端用螺絲釘（35）固定在長槽形機殼底部，粗軸安裝在長槽形機殼左端的中部，由電機大螺絲帽（36）緊固，無刷永磁外轉子電機、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，臺階粗軸外圓緊配合安裝定子支架（37），定子支架外圓緊配合安裝定子鐵芯（38），定子鐵芯圓周設有18個T形齒牙，T形齒牙之間形成18個齒槽，定子鐵芯由多個硅鋼片疊加成型，18個齒槽內繞制18個磁極的3相線圈繞組（39），3相線圈繞組連接成Y形電路，定子鐵芯圓周的齒槽內設有3個不同位置的霍爾元件（40），臺階粗軸右端外圓安裝小軸承（41），臺階粗軸右端設有小卡簧（42）擋住小軸承，小軸承外圓安裝右端蓋（43），右端蓋外圓左端設有導磁筒（44），導磁筒左端內圓設有內螺紋，所述粗軸外圓安裝大軸承（45），粗軸左端設有大卡簧擋（46）住大軸承，大軸承外圓安裝左端蓋（47），左端蓋外圓設有外螺紋，內、外螺紋的齒牙模數相同，左端蓋擰進導磁筒左端內圓組成外轉子電機的外殼，導磁筒內圓設有永磁圈（48），永磁圈用20塊方塊形永磁體拼接組成，方塊形永磁體的軸向圖形為弧形，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，永磁圈內圓與定子鐵芯外圓之間設有均勻氣隙，永磁圈的左、右端與定子鐵芯的左、右端對齊，由20極的永磁轉子配合18極的電磁定子，組成無刷永磁外轉子電機，臺階軸中心設有電線孔，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；臺階細軸右端緊配合安裝右線圈骨架（49），右線圈骨架內繞制右電磁線圈（50），臺階細軸左端緊配合安裝左線圈骨架（51），左線圈骨架內繞制左電磁線圈（52），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有斜孔（53），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過斜孔，合并為一股輸出電纜（54）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輸出端，3個霍爾元件的輸出線連接智能控制器的相關輸入端；臺階細軸的外圓設有左滑動軸承（55）和右滑動軸承（56），臺階細軸的外圓與左、右滑動軸承內圓之間是滑動配合狀態，左、右滑動軸承的外圓緊配合安裝軸承圈架（57），軸承圈架外圓設有齒輪架（58），齒輪架外圓設有大驅動齒輪（59），大驅動齒輪轉動長齒條，驅動彈射滑輪車高速擋向前加速，軸承圈架右端設有制動環（60），制動環與制動板架之間設有右間隙（61），軸承圈架左端設有離合環（62），離合環與外轉子電機外殼的右端蓋之間設有左間隙（63），左、右電磁線圈不通電彈射滑輪車前后運動時，長齒條驅動大驅動齒輪空轉，軸承圈架、制動環和離合環是一體化制造成型的導磁體，右電磁線圈通電后，制動環與制動板架吸合，制動環與制動板架之間的摩擦力成為彈射滑輪車的制動力，左電磁線圈通電后，離合環與右端蓋吸合，離合環與右端蓋之間的摩擦力成為無刷永磁外轉子電機驅動彈射滑輪車的傳動力；長槽形機殼內前端設有緩沖橡膠墊（64），彈射滑輪車前輪軸的左端粘接永磁體顆粒（65），長槽形機殼前右端設有前傳感孔，前傳感孔內設有前霍爾傳感器（66），長槽形機殼后右端設有后傳感孔，后傳感孔內設有后霍爾傳感器（67），前、后霍爾傳感器之間的中間位置設有中傳感孔，中傳感孔內設有中霍爾傳感器（68），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輸入端，所述前雙聯電機的無刷永磁外轉子電機的輸出線和后雙聯電機的無刷永磁外轉子電機的輸出線分別連接智能控制器的相關輸出端，所述后雙聯電機的軸承圈架（57）外圓設有小驅動齒輪（69），小驅動齒輪轉動長齒條，驅動彈射滑輪車低速擋向前加速，后雙聯電機的其余部分的結構與前雙聯電機的結構完全相同，不再重復；航母甲板后方設置操作室（70），操作室內設置操作臺（71），操作臺上設置起飛按鈕（72）、高低電壓轉換按鈕（73）和電源按鈕（74），起飛按鈕、高低電壓轉換按鈕的輸出線連接智能控制器的相關輸入端，高低電壓轉換按鈕位于高電壓時智能控制器輸出高驅動電壓，用于彈射重型戰斗機，高低電壓轉換按鈕位于低電壓時智能控制器輸出低驅動電壓，用于彈射輕型戰斗機或者無人戰斗機，起飛按鈕為調速式按鈕，起飛按鈕設有F形的推桿（75），推桿的中端設有上永磁顆粒（76），推桿的下端設有下永磁顆粒（77），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有調壓霍爾傳感器（78），推桿的上端設有復位彈簧（79），調壓霍爾傳感器的輸出線連接智能控制器的調速輸入端，智能控制器輸出的調壓電流到后雙聯電機的無刷永磁外轉子電機，調壓霍爾傳感器在變化的磁場中根據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極靠近調壓霍爾傳感器，調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極靠近調壓霍爾傳感器，調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，智能控制器輸出的驅動電壓由低到高的驅動后雙聯電機的無刷永磁外轉子電機，因此艦載機在柔性加速狀態下起飛，避免了在沖擊狀態下起飛；電磁彈射器的三角板架是艦載機的推進架，艦載機下端設有彈射連接器，彈射連接器設有攔桿倉（80），攔桿倉后端設有伺服電機（81），伺服電機設有左驅動軸和右驅動軸（82），彈射連接器設有V形攔桿（83），V形攔桿用鋼筋彎成銳角形，V形攔桿左邊和右邊的上端與左驅動軸和右驅動軸連接，起飛跑道后端設有機身位置的標記，準備電磁彈射的艦載機位于標記后端，艦載機根據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驅動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驅動V形攔桿上升，將V形攔桿收蔵在攔桿倉內。

2.根據權利要求1所述的雙聯電機航母艦載機電磁彈射器，其特征在于：當艦載機開始起飛時，按下起飛按鈕，智能控制器控制后雙聯電機的電磁離合器吸合，小驅動齒輪轉動長齒條，使后雙聯電機的無刷永磁外轉子電機在低速擋工作，后雙聯電機在效率高、功率大的電機轉速狀態下驅動彈射滑輪車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，中霍爾傳感器控制智能控制器，使后雙聯電機的無刷永磁外轉子電機自動關機，使前雙聯電機的電磁離合器吸合，大驅動齒輪轉動長齒條，使前雙聯電機的無刷永磁外轉子電機在高速擋工作，前雙聯電機在效率高、功率大的電機轉速狀態下驅動彈射滑輪車從中速階段到高速階段向前加速，此時后雙聯電機的電磁離合器分離，避免后雙聯電機的無刷永磁外轉子電機的磁阻影響彈射滑輪車的加速度，彈射滑輪車到達長槽形機殼前端時，永磁體顆粒與前霍爾傳感器對齊，前霍爾傳感器控制智能控制器，使前雙聯電機的無刷永磁直線電機自動關機，同時控制前、后雙聯電機的電磁制動器同時剎車，緩沖橡膠墊的作用是防止彈射滑輪車的高速慣性撞擊，此時智能控制器按照設定程序繼續進行控制，使后雙聯電機的無刷永磁外轉子電機反轉，后雙聯電機的電磁離合器吸合，驅動彈射滑輪車后退到長槽形機殼內后端，永磁體顆粒與后霍爾傳感器對齊，后霍爾傳感器控制智能控制器，使后雙聯電機的無刷永磁外轉子電機自動關機，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，所述雙聯電機與制動器和離合器之間交替驅動和制動彈射滑輪車，后雙聯電機低速擋加速艦載機，前雙聯電機高速擋加速艦載機，前、后雙聯電機均在相同的功率和轉速范圍內自動換擋、接力加速，發揮前、后雙聯電機的最大功率和最高效率，后雙聯電機還具有驅動彈射滑輪車返程復位的功能，三角板架的行程是艦載機在甲板起飛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，三角板架的推力和加速度必需滿足艦載機的起飛要求，前、后雙聯電機的驅動功率要大于艦載機的最大起飛功率，后雙聯電機驅動彈射滑輪車的末段速度要大于100公里/小時，前雙聯電機驅動彈射滑輪車的末段速度要大于300公里/小時，充分滿足電磁彈射器將重型艦載機在短時間、短距離內加速到起飛的速度，蓄電池組的能量儲存大，調整蓄電池的數量和電壓，滿足艦載機起飛時必需的電量和功率，根據艦載機的大小，按動高低電壓轉換按鈕，選擇不同的起飛電壓，實現推力可控的電磁彈射器，彈射連接器的V形攔桿具有自動連接、分離和收藏的功能。