[发明专利]一种永磁直流电磁弹射直线电机的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及直线电机领域，准确地说是一种永磁直流电磁弹射直线电机或者说是一种永磁直流直线电机的设计方法。

背景技术

电磁弹射器实际上是由多个完全相同的直线电机模块构成。电磁弹射直线电机是电磁弹射器的核心部位，与直线电机的结构以及工作原理基本相同只是使用的领域不同。电磁弹射器分为两种，分别是电磁线圈弹射器及电磁轨道弹射器。这两种其实也就是交流直线电机和直流直线电机。其中直流直线电机和直线交流电动机相比，明显的优点是：运行效率高，没有功率因数低的问题；控制比较方便、灵活。直线直流电动机和闭环控制系统结合在一起，可精密地控制位移，其速度和加速度控制范围广，调速的平滑性好。直线直流电动机的主要缺点是：存在着带绕组的电枢和引流用的电刷(或动子上拖着″辫子″)。虽然在短行程的直线直流电机可采用无接触结构型式，但在长行程结构系统中，就很难实现无刷无接触运行。所以，在长行程的电磁弹射器领域采用由多台相同的电磁弹射直线电机构成。另外，在精密控制直线电机中，还需要采用闭环控制系统，这也可以说是个缺点。直线直流电动机简单的工作原理是：线圈可沿铁棍轴向自由移动，在线圈的行程范围内，永久磁铁给予它大致均匀的磁场B，当线圈中通入直流电源I时，导体线圈处于磁场中的部分就会受到电磁力的作用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述弱点，提供一种结构简单、无刷、可以长行程工作的一种永磁直流电磁弹射直线电机的设计方法，利用该原理可以设计制造无换向器永磁直流直线电机。

技术方案是：主要由定子和动子组成，定子部分主要由组合式定子铁芯和直流绕组组成，线圈绕组环绕在长方体的定子铁芯上；动子部分主要由定子左右两侧的两块(或多块)永磁体和定位固定架组成；永磁体动子在定子的左右两侧且同性磁极面向定子线圈，并使面对永磁体磁极一侧的线圈导线与该磁极的磁感线相互垂直；采用双面耦合，定子线圈左右两侧的载流导线均对动子进行感应拖动。载流线圈在磁场中受到电磁力的作用是本发明的设计原理之一。下面结合实验和附图进行说明。

参见附图1(a)，图中的1表示两块N极相对的永久磁铁。当两N极之间的介质为空气或非铁磁质材料时，两磁铁相斥；当两N极之间放置一铁磁质铁板材(板的面积远大于磁铁的极面)时，两磁铁都吸引铁板。这一现象说明磁感线由空气进入铁磁质材料时，磁感线对法线有很大的偏离；铁磁质有对磁感线强烈地汇集以及隔离或者说屏蔽作用。铁磁质的这一特性也是本发明的设计原理之一。

参见附图1(b)，图中定子部分的铁芯由位于左右两侧的铁磁质板材2a和位于中间位置的非铁磁质件2b组成。两侧铁磁质板材面向外的一侧设有用来绕直流线圈2c的槽口，中间是用非铁磁质材料制成的板材，动子为两块磁铁1，两块磁铁的N极极面都面向定子铁芯且之间留有气隙3。当线圈2c接通直流电源，且使左端的导线电流流出“⊙”、右端的导线电流流入根据左手定则，铁芯两侧的导线受到电磁力的方向都向上。如果永磁体1固定、那么线圈2c与铁芯直线向上移动(不考虑地球的引力)，图中用空心箭头表示。根据定子与动子之间的力学关系，如果把永磁体1作为动子且只能上下自由移动，把线圈2c和铁芯作为定子，那么永磁体1会向下移动。这就是本发明的基本设计原理。

本发明的结构特点是定子为电枢绕组、动子为永久磁铁；永磁体的同磁性磁极(N极或S极)面向定子线圈绕组，并使面对永磁体磁极一侧的线圈导线与该磁极的磁感线相互垂直；动子采用双面耦合的方式拖动。设计原理：一是根据铁磁质具有对磁感线强烈地汇集作用以及隔离屏蔽的特性；二是根据载流线圈在磁场中产生电磁力的原理设计的。

本发明所述的一种永磁直流电磁弹射直线电机的设计方法，其有益效果在于：结构简单，永磁动子的质量轻惯性小；弹射过程中动子无需带绕组电枢和引流用的电刷(或动子上拖着″辫子″)；适合长距离弹射。另外，本发明具有操作方便、灵活、容易控制电流大小的特点；具有负载、速度和加速度调节范围大的优点。缺点是：动子永磁体背向定子铁芯的磁极为同性，会产生磁辐射污染，必要时须采取相应的屏蔽磁感线的措施。

附图说明

附图1(a)是证明铁磁质具有磁感线汇集和隔离屏蔽作用实验的示意图。

附图1(b)是说明线圈在同性磁极磁场中受到电磁力平动的原理示意图。

附图2是表示本发明的设计原理示意图。

附图3是表示本发明的基本结构及工作原理的剖视示意图。