[发明专利]一种磁阻式电磁线圈减速器及其减速方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁阻式电磁线圈减速器及其减速方法，其主要用于需要制动运动铁磁物体的领域，可实现对已经获得一定速度的铁磁物体的制动作用。

背景技术

理论上，使用电能发射的发射体将不受外界影响的限制，只受发射体和线圈材料的限制，因此电磁发射是一种理想的发射方式。所谓的电磁发射技术是把电磁能转化为动能，借助电磁力做功，实际上是一种特殊的电气传动装置。电磁发射技术是电磁场理论的应用技术，这项技术具有发射速度高、能源简易、效率高、性能优良、可控性好和结构多样等普通发射技术不可比拟的优点，使其在未来军事、民用等相关领域有着重大的意义和应用潜力，是近年来国际学术界兴起的研究热点，它为取代传统化学能动力技术提供了新思路。

根据电磁发射原理，线圈式电磁发射器可分为磁阻型和感应型，二者的加速原理有所不同。其中，磁阻线圈式电磁发射器利用线圈铁磁磁路的磁阻变化吸引铁芯运动加速铁芯发射体，而感应线圈式电磁发射器主要是利用发射弹体时的感应涡流产生比较大的加速推力进行加速。不同之处在于：一是磁阻线圈式电磁发射器的发射体为一整块铁磁材料，被加速的不是发射体线圈或管状发射体；二是在磁阻线圈式电磁发射器系统中引入铁磁材料，效率比空心线圈电磁发射器高。

本发明采用电磁发射的逆过程，即利用电磁力使达到高速的发射体减速，选择磁阻式线圈阻尼器实现对诸如铁等导磁材料类型的发射体的制动作用。

如图2所示，当线圈通以电流，发射体被磁化，并在磁场力作用下向磁阻减小的方向运动。当发射体处在磁路中磁阻最小的位置时，发射体将保持不动。发射体行进到线圈中心时，磁路的磁阻也小，此时对发射体的作用力亦最小。磁阻型发射体仅受拉力，而不受推力作用的特点，使它不同于那种感应型发射体在适当选择两种线圈电流方向时对发射体可拉、可推的特点，也因此本发明中的电源作用应在发射体经过阻尼器线圈中点以后。

发明内容

本发明目标在于对获得一定速度的铁磁物体进行制动，通过设置一个或者若干个线圈绕组并将其与电容器等电源设备串联构成回路，通过对激励触发时间进行控制，使已获得一定速度的铁磁物体减速，并最终实现制动。

具体来说，对于具有良好导磁特性的物体来说，在工作过后具有一定的动能，为使其迅速减速，比较理想的办法就是将电磁发射加速的原理逆用，即设置一级或者若干级线圈-电源回路，通过在合适的时间导通电路，使线圈中通过一定大小的电流。这时，铁磁物体被磁化，并在磁场力的作用下向磁阻减小的方向运动。而对于本发明涉及的情况来说，这个合适的时间即为铁磁物体中点运动通过线圈的中点以后，因为对于磁阻式线圈来说，其对发射体的力只有吸引的“拉近力”，故若在中点前即导通电路，反而会导致发射体被“吸引”而加速运动，在发射体通过线圈中点以后，线圈对其的“吸引”导致发射体受到与运动方向相反的力，从而制动减速。

磁阻式线圈减速器由减速器线圈、电容器电源、二极管以及保护电阻组成，各部分的参数应该根据加速试验的规模、通过一定的计算并进行相关的试验综合确定。尤其是电容器的电压大小和电容量的选取，是整个线圈阻尼器的设计重点。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种磁阻式线圈减速器，其特征在于，结构上包括至少一级减速组件，所述减速组件依次串联的至少一个阻尼线圈、电源、二极管组成的电路回路，二极管上还串联一电容。

在上述的一种磁阻式线圈减速器，所述减速组件为若干级，依次平行设置。

一种采用磁阻式线圈减速器的减速方法，其特征在于，根据磁阻式的制动原理，在铁磁物体的中点刚刚运动经过线圈减速器中点时刻时进行放电，从而使线圈因受到与运动方向相反的吸引力而制动，并且，二极管的反并联保证开关闭合后，电容器对线圈一次放电后不再反向二次放电；具体方法是：

根据待减速物体的速度和所采用电容-线圈相配合的减速电路确定驱动线圈点火时电枢的相对位置，方法如下：

定义驱动线圈电感量为L，电容器电容量为C，初始电压为U，则电容器的初始储能为

由磁阻式线圈减速器的电路回路原理，可确定出回路电流的上升时间:

定义待减速的电枢的速度为v₀，定义相关系数k，驱动线圈点火时，电枢中点与驱动线圈中点间的距离为D。

D = k×v₀×t_rise

其中：