基于徑向磁筒動子的直線電機(jī)的制作方法
【專利摘要】一種基于徑向磁筒動子的直線電機(jī)，由動子和定子兩大部分組成，動子的主要構(gòu)件為安裝于動子的徑向磁筒和套在動子磁筒內(nèi)壁的驅(qū)動線圈，構(gòu)成一個成為動子的厚壁筒；定子構(gòu)造為一個長外磁筒WCT里面套一個等長的內(nèi)磁軸NCZ，兩端部用連接體固定，使外磁筒與內(nèi)磁軸之間形成一個間隙筒，動子通電后可以在間隙筒中穿行。
【專利說明】
基于徑向磁筒動子的直線電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明是一種直線電機(jī)，屬于電機(jī)領(lǐng)域。本發(fā)明簡稱徑向磁筒動子電機(jī)或磁筒電 機(jī)。
【背景技術(shù)】：
[0002] 直線電機(jī)種類繁多，如：交流直線感應(yīng)電動機(jī)（UM)，交流直線同步電動機(jī)（LSM)， 直流直線電動機(jī)（LDM)，直線步進(jìn)電動機(jī)（LPM)，直線電磁螺線管電動機(jī)（LES)，直線振蕩電 動機(jī)（L0M)，等，其中，交流直線感應(yīng)電動機(jī)在動力驅(qū)動中得到了很好的應(yīng)用，比如高鐵、航 母的電磁彈射器等，但是，其技術(shù)復(fù)雜性很高，導(dǎo)致可靠性難以保證。
[0003] 直線電磁螺線管電動機(jī)（LES)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，直流無刷驅(qū)動；直線電磁螺線 管電動機(jī)（LES)俗稱為音圈電機(jī)，采用與喇叭中的音圈相同的工作原理，一個外圓筒磁極 套一個內(nèi)圓軸磁極，內(nèi)外磁極間形成圓筒形空隙，環(huán)形音圈套在空隙中可以沿內(nèi)圓軸滑動。 就目前而言，LES的缺點很明顯，主要是沒有解決長距離大功率驅(qū)動的問題。
[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是解決LES式電機(jī)無法長距離大功率驅(qū)動的問題，經(jīng)過 結(jié)構(gòu)改造，得到一種新型直流直線電機(jī)，直流、驅(qū)動力大、效率高、驅(qū)動力可調(diào)的電機(jī)。
[0005] 本發(fā)明基本原理：一種基于徑向磁筒動子的直線電機(jī)，由動子和定子兩大部分組 成，動子的主要構(gòu)件為動子磁筒和套在動子磁筒內(nèi)壁的驅(qū)動線圈，構(gòu)成一個成為動子的厚 壁筒；定子構(gòu)造為一個長外磁筒WCT里面套一個等長的內(nèi)磁軸NCZ，兩端部用連接體固定， 使外磁筒與內(nèi)磁軸之間形成一個間隙筒，動子可以在間隙筒中穿行。為了敘述簡便，本文中 詞匯先給出以下定義和約定：
[0006] ?單一截面和復(fù)合型截面：外磁筒、內(nèi)磁軸和動子磁筒的截面形狀包括單一截面 和復(fù)合型截面，單一截面包括各種曲線形狀截面（圓形截面、橢圓形截面、拋物線截面）和 多邊形截面（矩形截面、梯形截面），復(fù)合型截面是多個單一截面的組合，典型的為拱門截 面，其上部為半圓截面，下部為矩形截面，本文以圓形截面代表所有的單一截面，以拱門截 面代表所有的復(fù)合型截面。
[0007] ?筒截面：各種截面的統(tǒng)稱，包括：內(nèi)磁軸截面、間隙筒截面、動子磁筒截面、驅(qū)動 線圈截面、滑動子截面。X型截面是單一截面和復(fù)合型截面的統(tǒng)稱。
[0008] ?主標(biāo)號與下標(biāo)：附圖中，同類器件或同一器件的不同視圖采用相同的主標(biāo)號和 不同的下標(biāo)，不寫下標(biāo)則表示泛指，如：WCT泛指外磁筒，下標(biāo)1-4為圓筒形器件下標(biāo)，下標(biāo) 5-9為拱門型器件下標(biāo)，如WCTp WCT2、WCT3、WCT5、WCT6、WCT 7、分別表示圓筒形外磁筒外觀、 圓筒形外磁筒剖視、圓筒形外磁筒截面、拱門型外磁筒外觀、拱門型外磁筒剖視、拱門型外 磁筒截面。內(nèi)磁軸（NCZ):是用鐵磁性材料做成的長軸，內(nèi)磁軸筒截面外表面相同于并微小 于動子筒截面內(nèi)孔表面，微間隙地套在動子內(nèi)孔表面。
[0009] 魯外磁筒（WCT):是用鐵磁性材料做成的長筒，外磁筒筒截面內(nèi)表面相同于并微 大于動子筒截面外壁表面，微間隙地套在動子外壁表面。由于固定于動子的驅(qū)動鉤需要穿 過外磁筒拖動被加速體加速，所以需要在外磁筒上開驅(qū)動槽，統(tǒng)一約定，外磁筒帶有驅(qū)動 槽，以下不再說明。
[0010] ?內(nèi)磁軸（NCZ):是用鐵磁性材料做成的長軸。
[0011] ?連接體：位于內(nèi)磁軸與外磁筒的兩端，將其兩者連接固定，連接體有永磁體和鐵 磁體兩類，永磁體又分徑向磁筒和軸向磁筒兩種。
[0012] ?等長：內(nèi)磁軸與外磁筒的長度差小于連接體的長度，即，可以用連接體將內(nèi)磁軸 與外磁筒連接和固定，就認(rèn)為內(nèi)磁軸與外磁筒等長。
[0013] 魯準(zhǔn)直線：一根彎曲的定子，當(dāng)曲率半徑為無窮大時就成了直線定子，為了敘述簡 潔，本文定義曲率半徑大于動子長度20倍時，稱該曲線稱為準(zhǔn)直線，所以，準(zhǔn)直線包括緩慢 彎曲的曲線。
[0014] ?徑向磁筒（JXCT):其磁力線方向為徑向輻射方向的永磁筒，即筒的內(nèi)壁為一 極，而外壁為另一極，以內(nèi)壁極性標(biāo)記為徑向磁筒的極性，即：內(nèi)壁為N極的徑向磁筒稱之 為N徑向磁筒nJXCT，內(nèi)壁為S極的徑向磁筒稱之為S徑向磁筒。徑向磁筒包括動子磁筒和 端部磁筒兩種。
[0015] ?動子磁筒（DZCT):全稱為"安裝于動子的徑向磁筒"，內(nèi)壁為N極的動子磁筒稱 之為N動子磁筒nDZCT，內(nèi)壁為S極的動子磁筒稱之為S動子磁筒sDZCT，動子磁筒可以用 包括鐵氧體在內(nèi)的非金屬永磁體和包括銣鐵硼在內(nèi)的金屬永磁體制造，如果用金屬永磁體 制造，應(yīng)該在徑向沿軸向切割至少一條絕緣縫，或者采用磁瓦拼接，以避免渦流的形成。
[0016] ?徑向磁筒動子：基于徑向磁筒和驅(qū)動線圈的動子。
[0017] ?端部磁筒（DBCT):全稱為"安裝于定子端部的徑向磁筒"。
[0018] ?反向磁筒：sDZCT與nDBCT為反向磁筒。
[0019] 魯動子：動子主體由外到內(nèi)的構(gòu)件分別為：護(hù)套、動子磁筒、驅(qū)動線圈、線骨架，護(hù) 套的外壁即動子的外壁，線骨架的內(nèi)壁即動子的內(nèi)壁，護(hù)套和線骨架的厚薄根據(jù)實驗確定， 當(dāng)薄至為零時，就是去掉護(hù)套和線骨架了，動子主體和滑動子固定為一體構(gòu)成動子，附圖中 驅(qū)動方向朝左，回退方向朝右。
[0020] 魯滑動子：包括滑動式滑套和滾輪式滑套，固定于動子主體兩端，動子主體在滑動 子的支撐下，動子外壁與外磁筒內(nèi)壁為微間隙，動子內(nèi)壁與內(nèi)磁軸外壁為微間隙，動子可零 摩擦或微摩擦地在外磁筒與內(nèi)磁軸形成的間隙筒中穿行，即，滑動子是動子沿軸向運(yùn)動的 載體。
[0021 ] ?間隙筒：外磁筒內(nèi)壁與內(nèi)磁軸外壁之間形成一個大間隙的間隙筒，動子可以在 間隙筒中穿行。
[0022] ?零間隙：指兩鄰面緊密接觸且無滑動，其間隙視為零。
[0023] 魯微間隙：指兩鄰面不接觸，相對運(yùn)動時無摩擦但間隙很小，也包括兩鄰面為潤滑 式接觸，摩擦力很小。
[0024] 魯驅(qū)動線圈（QDXQ):是一個圓筒狀或復(fù)合筒狀螺線管線圈，導(dǎo)線圓周向或復(fù)合型 周向環(huán)繞在稱為線骨架XGJ的非磁性材料薄壁筒上，形成圓筒狀或復(fù)合筒狀的驅(qū)動線圈， 將所述線骨架和線圈粘接固定，合稱為線圈體，驅(qū)動線圈零間隙地嵌套在動子磁筒內(nèi)表面， 線骨架內(nèi)壁微間隙地套在內(nèi)磁軸外表面。本文中導(dǎo)體包括超導(dǎo)體。
[0025] ?驅(qū)動鐵芯：在動子磁筒外面加一個護(hù)套稱為驅(qū)動鐵芯。
[0026] ?內(nèi)環(huán)間隙、外環(huán)間隙：動子外壁（即驅(qū)動鐵芯外壁）與外磁筒內(nèi)壁之間的間隙稱 外環(huán)間隙；動子內(nèi)壁（即驅(qū)動線圈內(nèi)壁）與內(nèi)磁軸外壁之間的間隙稱內(nèi)環(huán)間隙。
[0027] 魯驅(qū)動鉤：固定于動子的鉤子，伸到驅(qū)動槽的外面，勾住被驅(qū)動物體。
[0028] 動子由動子主體和滑動子構(gòu)成，動子主體由外到內(nèi)的構(gòu)件分別為：護(hù)套、動子磁 筒、驅(qū)動線圈、線骨架，動子磁筒的磁力線方向為徑向輻射方向，即筒的內(nèi)壁為一極，而外壁 為另一極，動子磁筒在該動子磁筒電機(jī)中形成磁回路的路徑為：動子磁筒外壁一動子磁筒 內(nèi)壁一驅(qū)動線圈一內(nèi)磁軸一內(nèi)磁軸端郃一連接體一外磁筒一動子磁筒外壁，護(hù)套為固定和 保護(hù)動子磁筒，導(dǎo)線周向環(huán)繞在線骨架上，形成筒狀的驅(qū)動線圈，驅(qū)動線圈零間隙地嵌套在 動子磁筒內(nèi)孔中；動子磁筒的磁力線方向正好垂直于驅(qū)動線圈筒壁面，線圈通電后受到軸 向力，帶動整個動子沿著內(nèi)磁軸在間隙筒中穿行，調(diào)節(jié)線圈電流大小即可以調(diào)節(jié)動子受到 的軸向力大小，動子上裝有驅(qū)動鉤，驅(qū)動鉤從外磁筒上的驅(qū)動槽中伸出到外面，帶動被驅(qū)動 體運(yùn)動；為了減小動子穿行時的摩擦力，需要在動子主體兩端安裝滑動子。
[0029] 定子構(gòu)造為一個長外磁筒WCT內(nèi)套一個等長的內(nèi)磁軸NCZ，兩端部用連接體固定， 使外磁筒與內(nèi)磁軸之間形成一個間隙筒，動子可以在間隙筒中穿行；外磁筒沿軸向開有一 條驅(qū)動槽，驅(qū)動鉤和動子的導(dǎo)線從驅(qū)動槽伸出，連接體可以是永磁材料和鐵磁材料，采用與 動子磁筒磁力線同方向的永磁材料，可以加強(qiáng)動子磁筒的磁通密度，可加大動子驅(qū)力。在定 子端部安裝緩沖器以減小動子對端部的沖擊力。
[0030] 實施例1 :圓筒形磁筒電機(jī)。
[0031] 圓筒形磁筒電機(jī)由定子和動子兩大部分組成，圖1整體為磁筒電機(jī)（CTDJ)。
[0032] 定子結(jié)構(gòu)和原理：（圖1、圖1. 1、圖1. 2、圖1. 2. 1、圖1. 2. 2)很長的圓筒形外磁筒 WCI\套住等長的圓筒形內(nèi)磁軸NCZ i，其端部采用端部磁筒DBCI\充當(dāng)連接體，三者構(gòu)成定子 的主體，與動子一起，構(gòu)成磁回路，連接體的另外一個作用是固定外磁筒和內(nèi)磁軸的相對位 置，使得在外磁筒沉^于內(nèi)磁軸NCZ成一個圓筒形間隙筒JXT i，動子（或稱驅(qū)動子）QDZi 可以在間隙筒中自由滑動，滑行到端部時，緩沖器HCQ用以減小動子與端部的沖擊力，位置 傳感器WZG的作用是切換電動/發(fā)電狀態(tài)，磁筒電機(jī)驅(qū)動載荷時會產(chǎn)生很高的速度，載荷被 發(fā)射后，動子還會保留很大的剩余動能，當(dāng)動子遇到了位置傳感器后，磁筒電機(jī)由電動機(jī)切 換成了發(fā)電機(jī)，利用動子的剩余動能發(fā)電，對電源充電；
[0033] 動子結(jié)構(gòu)和原理：
[0034] 動子磁筒DZCT為徑向磁筒，即磁筒的內(nèi)壁為一極，而外壁為另一極，動子磁筒可 以采用硬磁鐵氧體和包括銣鐵硼在內(nèi)的金屬硬磁材料，對于金屬硬磁材料的動子磁筒，應(yīng) 該在徑向沿軸向切割至少一條絕緣縫，以避免渦流的形成，用磁瓦拼接也行，在動子磁筒外 壁有一個護(hù)套 ΗΤι，用以固定和保護(hù)動子磁筒，
[0035] 驅(qū)動線圈QDX :導(dǎo)線按圓周方向環(huán)繞在線骨架XGJ上，形成圓筒螺線管狀的驅(qū)動線 圈，稱驅(qū)動線圈，驅(qū)動線圈零間隙地嵌套在動子磁筒內(nèi)壁，護(hù)套、動子磁筒、驅(qū)動線圈、線骨 架共同構(gòu)成動子主體，動子主體與滑動子一起組成動子；驅(qū)動線圈的導(dǎo)線與驅(qū)動鉤固定在 一起，通過驅(qū)動槽伸出到外磁筒外面，與電源和開關(guān)接通。
[0036] 圓盤形滑動子HDZi由圓盤形非磁性材料餅FCB 外環(huán)間隙滾輪GL i、內(nèi)環(huán)間隙滾 輪GL2組成，圓盤形非磁性材料餅FCB凋定于動子主體，充當(dāng)固定滾輪和驅(qū)動鉤的支撐體， 外環(huán)間隙滾輪GLJP內(nèi)環(huán)間隙滾輪61^的作用是使動子保持外環(huán)間隙和內(nèi)環(huán)間隙的同時避 免大的阻力，滑動子采用非磁性材料，所以不會破壞磁路；
[0037] 在該動子磁筒電機(jī)中，端部磁筒（DBCIVDBCT2)與動子磁筒（DZCT)互為反向磁筒， 形成磁回路的路徑為：動子磁筒外壁一動子磁筒內(nèi)壁一驅(qū)動線圈一內(nèi)磁軸一內(nèi)磁軸端部一 端部磁筒一外磁筒一動子磁筒外壁，或者反向；動子磁筒的磁力線方向正好垂直于驅(qū)動線 圈筒壁面，線圈通電后受到軸向力，帶動整個動子沿著內(nèi)磁軸在間隙筒中穿行，線圈反向通 電可使動子反向驅(qū)動，動子上裝有驅(qū)動鉤，驅(qū)動鉤從外磁筒上的驅(qū)動槽中伸出到外面，帶動 被驅(qū)動體運(yùn)動；動子主體兩端安裝滑動子用于減小動子穿行時的摩擦力。
[0038] 對于護(hù)套的要求是導(dǎo)磁性強(qiáng)、強(qiáng)度高、不太厚（太厚會過多的侵占徑向磁筒的厚 度，損害磁場）、不形成渦流，有多種方法：1、采用卷繞式鋼筒，在鋼板中夾以絕緣材料，卷 繞數(shù)圈粘結(jié)成筒；2、直接在徑向磁筒外壁纏繞和膠結(jié)高強(qiáng)度纖維，形成薄的護(hù)套，因為這種 護(hù)套薄，對磁場的損害并不大；3、整體鋼套；
[0039] 動子驅(qū)力為F=I*B*L，（F為驅(qū)力，I為驅(qū)動電流，B為磁通密度，L線圈導(dǎo)線總長）， 其中B和L是固定值，調(diào)節(jié)I大小即可以調(diào)節(jié)F的大小，保持I恒定即可以保持F恒定，因 為線圈電阻恒定，所以驅(qū)動電流大小取決于驅(qū)動電勢大小，驅(qū)動電勢為
[0040] 1? = 1? -Ug;即（驅(qū)動電勢=電源電勢-動子反電勢）；
[0041 ] 注意到動子速度越大，產(chǎn)生的反電勢會越大，抵消掉的電源電勢越大，使得驅(qū)動電 勢變小一驅(qū)動電流變小一動子驅(qū)力變小，對于飛機(jī)類載荷，需要在彈射周期內(nèi)基本保持驅(qū) 力大小恒定，即，需要維持驅(qū)動電勢恒定，必須隨著動子速度增加而加大電源電勢，同步抵 消掉動子反電勢，從而保持驅(qū)動電流恒定。逐漸增加電源電勢的方法有多種，供電單元（包 括電池和電容，圖5)串聯(lián)以及逐個接入，是方法之一，供電單元的逐個接入法，包括電刷式 和開關(guān)式，
[0042] 電刷式：在驅(qū)動鉤上安裝一個電刷，隨著電刷的滑動位置逐漸增加電源電勢；
[0043] 開關(guān)式，：隨著動子的運(yùn)動，傳感器信號提供給控制電路逐次撥動開關(guān)，從而逐漸 增加電源電勢；控制開關(guān)的常閉觸點Ki、K 2、……、Kn2、Knl、igg個斷開，供電單元的電勢逐 漸疊加在電源電纜正極DL+和電源電纜負(fù)極DL-之間；
[0044] 開關(guān)式1 :動子位置控制式開關(guān)，在動子的軌跡旁邊安裝一排傳感器，隨著動子的 運(yùn)動位置，傳感器信號提供給控制電路逐次撥動開關(guān)，從而逐漸增加電源電勢；
[0045] 開關(guān)式2 :動子速度控制式開關(guān)，在動子上安裝一個測速線圈，該測速線圈就像一 個單獨(dú)的驅(qū)動線圈一樣，不過導(dǎo)線非常細(xì)，順著驅(qū)動線圈繞線溝纏繞，隨著動子速度的增 加，該測速線圈輸出的信號越來越強(qiáng)，該速度信號提供給控制電路逐次撥動開關(guān)，從而逐漸 增加電源電勢；
[0046] 開關(guān)式3 :動子驅(qū)動電流控制式開關(guān)，在電纜線的固定端繞一個線圈，線圈中一個 鐵芯，鐵芯對著一個基于霍爾元件的變送器，當(dāng)電流小于設(shè)定值時，鐵芯磁感應(yīng)強(qiáng)度下降至 低于設(shè)定值，被變送器測出，提供給控制電路，撥動增加電源電勢開關(guān)；
[0047] 反饋發(fā)電制動。在載荷發(fā)射完成后，必須將動子進(jìn)行制動，制動時將動子的動能回 收成電源電能是很有必要的，位置傳感器WZG的作用是切換電動/發(fā)電狀態(tài)，載荷被發(fā)射 后，動子還會保留很大的動能，當(dāng)動子遇到了位置傳感器后，磁筒電機(jī)由電動機(jī)切換成了發(fā) 電機(jī)，利用動子的剩余動能發(fā)電，對電源充電；
[0048] 實施例2 :拱門型磁筒電機(jī)。
[0049] 拱門型磁筒電機(jī)的工作原理與圓筒形磁筒電機(jī)相同，不贅述。采用拱門型截面 (圖2、圖2. 1、圖2. 2、圖2. 2. 1、圖2. 2. 2、圖2. 2. 3)，有利于滾輪的承重，將圖1、圖1. *和 圖l.*.*(*是通配符）中的圓形筒截面，全部對應(yīng)換成圖2、圖2.*和圖2.*.*拱門型筒截 面（也可以是任何復(fù)合截面），對應(yīng)關(guān)系為：
[0050] 圓筒形外磁筒 換成 拱門外磁筒 圓筒形內(nèi)磁軸 換成 拱門內(nèi)磁軸 圓筒形間隙筒 換成 拱門間隙筒 圓筒形動子磁筒 換成 拱門動子磁筒 圓筒形驅(qū)動線圈 換成^ 拱門驅(qū)動線圏 圓盤形滑動子 換成 拱門滑動子
[0051] 對于高鐵類超長定子，內(nèi)磁軸會往下垂，需要解決內(nèi)磁軸居中的問題，有兩種辦 法，一種是支撐柱法，一種是鏟起法。
[0052] 支撐柱法：（圖2)隔一段距離立一個支撐柱，將內(nèi)磁軸撐起，在列車即將過來時， 在控制系統(tǒng)控制下，迅速收回支撐柱，待列車過去后再伸出來支撐內(nèi)磁軸。
[0053] 鏟起法：將圖2中的支撐柱去掉，內(nèi)磁軸會下垂，掉到外磁筒的凹槽中。頭一輛車 體的動子帶有滑動鏟HDC(圖2. 2. 3)，當(dāng)列車過來時，滑動鏟將內(nèi)磁軸鏟起，待列車全部動 子通過后，內(nèi)磁軸又自然垂落到凹槽中。
[0054] 實施例3 :軸向磁場的端部磁筒定子。
[0055] 圖3中的定子端部，連接體由拼接盤PJP、和外磁筒法蘭盤Fli^構(gòu)成，縱向永磁筒 ZXCI\的磁筒的磁場為軸向。
[0056] 實施例4 :電磁炮和火箭發(fā)射初級的磁筒電機(jī)。
[0057] 圖4中的電磁炮，由磁筒電機(jī)CTDJ和炮彈筒Η)Τ構(gòu)成，磁筒電機(jī)CTDJ驅(qū)動炮彈筒 PDT中的炮彈，由水平方向逐漸變?yōu)橹赶蛱炜辗较?，因為電磁炮可以做得很長，所以曲率半 徑很大，彎曲很平緩，相當(dāng)于準(zhǔn)直線，安裝在炮臺PT上。
[0058] 對于火藥發(fā)射的炮彈，因為要考慮到接收爆炸的推力，炮彈尾部是平的，飛行中受 到的空氣阻力很大；而電磁炮的炮彈是推出去的，可以做成流線型，飛行中受到的空氣阻力 比平尾炮彈小得多，使射程加大。
[0059] 如果將磁筒電機(jī)和炮彈筒都抽成準(zhǔn)真空，動子和炮彈受到空氣的阻力會大大降 低，方法是：將磁筒電機(jī)和炮彈筒置于一個密封管中，將密封管抽成準(zhǔn)真空，為此，需要采取 幾條措施，1、用密封管密封整個磁筒電機(jī)和炮彈筒，只留下炮口另外處理；2、將炮口用一圈 封口條像門簾一樣，阻擋空氣進(jìn)入炮彈筒，炮彈可以通過封口條射出；3、電纜車與驅(qū)動鉤連 接并被密封在密封管中，其電纜的一端穿過密封管接到電源，另一端穿過驅(qū)動槽向動子供 電。
[0060] 這種方法也可以用于火箭發(fā)射的初級。
[0061] 理論分析
[0062] 實驗表明，將驅(qū)動線圈置于驅(qū)動鐵芯內(nèi)圓和置于外圓是不等效的，前者動子可以 驅(qū)動，而后者動子無法驅(qū)動，簡而言之，驅(qū)動線圈與內(nèi)磁軸之間不能夠用鐵磁性材料隔離， 否則失去驅(qū)力，驅(qū)動線圈與內(nèi)磁軸之間為非磁性材料才能夠產(chǎn)生好的驅(qū)動效果。
[0063] 物理解釋：驅(qū)動線圈產(chǎn)生磁場，與定子及動子中的永磁場相互作用，驅(qū)動線圈是一 個螺線管，其管內(nèi)磁場集中，所以很強(qiáng)，管外磁場發(fā)散，所以很弱。
[0064] 當(dāng)驅(qū)動線圈置于驅(qū)動鐵芯內(nèi)部時，螺線管內(nèi)部的磁力線與內(nèi)磁軸產(chǎn)生很大的作用 力，對于動子而言是外力，可以驅(qū)動動子，而螺線管外部的磁力線與驅(qū)動鐵芯之間的作用力 是動子的內(nèi)力，對動子沒有驅(qū)動作用（可以把驅(qū)動線圈從驅(qū)動鐵芯中推出來），螺線管外部 的磁力線被驅(qū)動鐵芯形成攔截，很少到達(dá)外磁筒，會產(chǎn)生疊加的作用力，但是很小，可以忽 略。
[0065] 當(dāng)驅(qū)動線圈置于驅(qū)動鐵芯外部時，螺線管外部的磁力線很弱，與外磁筒會產(chǎn)生作 用力，但是很小，可以忽略；螺線管內(nèi)部的磁力線與驅(qū)動鐵芯產(chǎn)生很大的作用力，對于動子 而言是內(nèi)力，對動子沒有驅(qū)動作用（可以把驅(qū)動線圈從驅(qū)動鐵芯中推出來），螺線管內(nèi)部的 磁力線被驅(qū)動鐵芯形成攔截，很少到達(dá)內(nèi)磁軸，到達(dá)的磁力線會產(chǎn)生疊加的作用力，但是很 小，可以忽略。
[0066] 關(guān)于電磁力，有一種理論A認(rèn)為是載流導(dǎo)體在磁場中受力，有一種理論B認(rèn)為是磁 通量變化率決定了電磁力?？磥?，理論A難以解釋這個實驗，但可以用于計算。
【附圖說明】：
[0067] 圖1--圓筒形動子磁筒電機(jī)（CTDJ)整體不意圖。WCI\--圓筒形外磁筒外觀 局部；WCT2--圓筒形外磁筒剖面局部；DBCTi--端部磁筒1 ;HCQ--緩沖器；WZG--位 置傳感器；HDZi - 一圓盤形滑動子；Η?\ - 一圓筒形護(hù)套外觀局部；HT2 -一圓筒形護(hù)套剖面 局部；DZCI\ - 一圓筒形動子磁筒外觀局部，DZCT稱為動子磁筒；DZCT2 -一圓筒形動子磁筒 剖面局部；QDXi--圓筒形驅(qū)動線圈外觀；QDX2--圓筒形驅(qū)動線圈剖視；QDZ i--驅(qū)動子 或稱動子，（虛線框圍住的部分）圓柱形動子JXL - 一圓筒形間隙筒；NCZi - 一圓筒形內(nèi) 磁軸JYF -一絕緣縫；DBCT2 -一端部磁筒2 ;DKX -一斷開線；QDG -一驅(qū)動鉤；WJX 1 - 一 動子磁筒外壁間隙；
[0068] 圖1. 1 圓筒形動子磁筒電機(jī)截面不意圖。JYF 絕緣縫；HT3 圓筒形護(hù) 套截面；dzct3 -一動子磁筒截面，由數(shù)片瓦狀徑向永磁鐵嵌在護(hù)套中，形成筒狀；ncz3 -一 內(nèi)磁軸截面；WCT3 外磁筒截面；QDC 驅(qū)動槽；QDG 驅(qū)動鉤；QDX 3 驅(qū)動線圈截 面；XGJ3--線圈骨架截面；NJX3--動子磁筒內(nèi)壁間隙截面;WJX 3--外壁間隙截面；
[0069] 圖1. 2 --圓筒形動子磁筒放大示意圖。與圖1相同的標(biāo)號有ACZp WCT2、QDG、 Η?\、HT2、JYF、DZCT!、DZCT2、QDX!、QDX2、WJX 1;HDZ 1;
[0070] 增加的有：XGJ\--線圈骨架；NJXi--動子磁筒內(nèi)壁間隙；
[0071] 圖1. 2. 1 -一圓盤形滑動子側(cè)視圖；HDZi - 一圓筒形滑動子（虛線框內(nèi)）ALi - 一 滑動子外環(huán)間隙滾輪；FCBi - 一圓盤形非磁性材料餅；
[0072] 圖1.2. 2 --圓盤形滑動子軸向示意圖；與前圖相同的符號有 Z^GL^NCZy NJX3;新增的符號有：GL 2--內(nèi)環(huán)間隙滾輪；FCB3--圓盤形非磁性材料餅截面；
[0073] 以下拱門形狀截面簡稱拱門，如拱門形狀徑向磁筒簡稱拱門徑向磁筒，拱門形狀 是復(fù)合形狀的一種，可以用其它復(fù)合形狀置換拱門形狀。
[0074] 圖2--拱門動子磁筒電機(jī)整體不意圖。WCT5--拱門外磁筒外觀局部；WCT 6-- 拱門外磁筒剖面局部；hdz2-拱門盤形滑動子；ht5-拱門護(hù)套外觀局部；ht6-拱 門護(hù)套剖面局部；dzct5 -一拱門動子磁筒外觀局部；dzct6 -一拱門動子磁筒剖面局部； QDX5--拱門驅(qū)動線圈外觀；QDX 6--拱門驅(qū)動線圈剖視；QDZ 5--拱門驅(qū)動子或稱動 子，（虛線框圍住的部分）；JXT5--拱門間隙筒；NCZ5--拱門內(nèi)磁軸；JYF--絕緣縫； QDG--驅(qū)動鉤；WJX5--拱門動子磁筒外壁間隙；DBCT 5--拱門端部磁筒5 ;DBCT 6-- 拱門端部磁筒6 ;ZCZ -一支撐柱；JYF -一絕緣縫；
[0075] 圖2. 1--拱門動子磁筒電機(jī)截面不意圖。JYF--絕緣縫；HT7--拱門護(hù)套截 面；DZCT7--拱門動子磁筒截面；NCZ7--拱門內(nèi)磁軸截面；WCT7--拱門外磁筒截面； QDC--驅(qū)動槽；QDG--驅(qū)動鉤；QDX7--拱門驅(qū)動線圈截面；XGJ 7--拱門線圈骨架截 面；NJX7--拱門動子磁筒內(nèi)壁間隙截面；WJX 7--拱門外壁間隙截面；AC--凹槽；
[0076] 圖2. 2 -一拱門動子磁筒放大示意圖。與圖2相同的標(biāo)號有：NCZ5、WCT6、QDG、HT5、 HT6、JYF、DZCT5、DZCT6、QDX5、QDX 6、WJX5;HDZ 5;
[0077] 增加的有：XGJ5--拱門線圈骨架；NJX5--拱門動子磁筒內(nèi)壁間隙；
[0078] 圖2. 2. 1--拱門滑動子側(cè)視圖；與前圖相同的符號有ALp GL2、新的符號有： HDZ5--拱門滑動子（虛線框內(nèi)）；FCB 5--拱門非磁性材料餅；
[0079] 圖2. 2. 2 --拱門滑動子軸向示意圖；與前圖相同的符號有：HDZ5;GL1;GL2;NCZ 7; NJX7;新增的符號有：FCB 7 -一拱門非磁性材料餅截面；
[0080] 圖2.2.3 -一帶滑動鏟的拱門滑動子側(cè)視圖；在圖2.2. 1的基礎(chǔ)上增加了 HDC 一一滑動鏟（朝著運(yùn)動方向，高鐵的內(nèi)磁軸采用下垂式結(jié)構(gòu)時，用滑動鏟將內(nèi)磁軸鏟起 來）；
[0081] 圖3--法蘭盤式連接體定子不意圖。PJP--拼接盤；ZXCI\--縱向永磁筒； FLPi-一外磁筒法蘭盤；WCT i-一外磁筒；ZXCT2--縱向永磁筒截面；FLP2 -一外磁筒法 蘭盤截面；
[0082] 圖4 一一電磁炮示意圖。PDT--炮彈筒；CTDJ--磁筒電機(jī)；SP-一山坡； PT 一一炮臺；
[0083] 圖4. 1 電磁炮截面不意圖。PDT 炮彈筒；CTDJ 磁筒電機(jī)；QDC 驅(qū) 動槽;MFG -一密封管；DLC -一電纜車；
[0084] 圖5-一分級式電容或蓄電池式電源示意圖。（：。~Cn-一分級電容或蓄電池； Ki~Kn--分級開關(guān)；DL+ -一電源電纜正極；DL---電源電纜負(fù)極；LXG -一螺線管； DLT 一一電流監(jiān)測鐵芯；HEY -一霍爾元件；BSQ -一變送器；XHX -一信號線。
【主權(quán)項】
1. 一種基于徑向磁筒動子的直線電機(jī)，由動子和定子兩大部分組成，其特征是： 動子的主要構(gòu)件為動子磁筒和套在動子磁筒內(nèi)壁的驅(qū)動線圈，構(gòu)成一個成為動子的厚 壁筒，動子磁筒即安裝于動子的徑向磁筒，其磁力線方向為徑向輻射方向的永磁筒，即筒的 內(nèi)壁為一極，而外壁為另一極； 定子的主要構(gòu)件為外磁筒和內(nèi)磁軸以及用于固定兩者的連接體，外磁筒是一個鋼筒， 沿軸向開有一個驅(qū)動槽，內(nèi)磁軸是一根鋼軸，定子長度為任意長。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于徑向磁筒動子的直線電機(jī)，其進(jìn)一步的特征是：動子由 動子主體和滑動子構(gòu)成，動子主體由外到內(nèi)的構(gòu)件分別為：護(hù)套、動子磁筒、驅(qū)動線圈、線骨 架，動子磁筒的磁力線方向為徑向福射方向，即筒的內(nèi)壁為一極，而外壁為另一極，動子磁 筒在該動子磁筒電機(jī)中形成磁回路的路徑為：動子磁筒外壁一動子磁筒內(nèi)壁一驅(qū)動線圈一 內(nèi)磁軸一內(nèi)磁軸端部一連接體一外磁筒一動子磁筒外壁，護(hù)套為固定和保護(hù)動子磁筒，導(dǎo) 線周向環(huán)繞在線骨架上，形成筒狀的驅(qū)動線圈，驅(qū)動線圈零間隙地嵌套在動子磁筒內(nèi)孔中， 驅(qū)動線圈的導(dǎo)線與驅(qū)動鉤固定在一起，通過驅(qū)動槽伸出到外磁筒外面，與電源和開關(guān)接通； 動子磁筒的磁力線方向正好垂直于驅(qū)動線圈筒壁面，線圈通電后受到軸向力，帶動整個動 子沿著內(nèi)磁軸在間隙筒中穿行，調(diào)節(jié)線圈電流大小即可以調(diào)節(jié)動子受到的軸向力大小，動 子上裝有驅(qū)動鉤，驅(qū)動鉤從外磁筒上的驅(qū)動槽中伸出到外面，帶動被驅(qū)動體運(yùn)動；為了減小 動子穿行時的摩擦力，需要在動子主體兩端安裝滑動子。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于徑向磁筒動子的直線電機(jī)，其進(jìn)一步的特征是：定子構(gòu) 造為一個長外磁筒WCT里面套一個等長的內(nèi)磁軸NCZ，兩端部用連接體固定，使外磁筒與內(nèi) 磁軸之間形成一個間隙筒，動子可以在間隙筒中穿行；外磁筒沿軸向開有一條驅(qū)動槽，驅(qū)動 鉤和動子的導(dǎo)線從驅(qū)動槽伸出，連接體可以是永磁材料和鐵磁材料，采用與動子磁筒磁力 線同方向的永磁材料，可以加強(qiáng)動子磁筒的磁通密度，可加大動子驅(qū)力； 在定子端部安裝緩沖器以減小動子對端部的沖擊力。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于徑向磁筒動子的直線電機(jī)，其進(jìn)一步的特征是：動子磁 筒可以用包括鐵氧體在內(nèi)的非金屬永磁體和包括銣鐵硼在內(nèi)的金屬永磁體制造，如果用金 屬永磁體制造，應(yīng)該在徑向沿軸向切割至少一條絕緣縫，或者采用磁瓦拼接，以避免渦流的 形成。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于徑向磁筒動子的直線電機(jī)，其進(jìn)一步的特征是：筒截面 包括圓形在內(nèi)的單一截面，和包括拱門截面在內(nèi)的復(fù)合型截面。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動子，其進(jìn)一步的特征是：其滑動子由非磁性材料餅和外環(huán) 間隙滾輪、內(nèi)環(huán)間隙滾輪組成，非磁性材料餅固定于動子主體，充當(dāng)固定滾輪和驅(qū)動鉤的支 撐體，外環(huán)間隙滾輪和內(nèi)環(huán)間隙滾輪的作用是使動子保持外環(huán)間隙和內(nèi)環(huán)間隙的同時避免 大的阻力，滑動子采用非磁性材料， 對于高鐵類超長定子，內(nèi)磁軸會往下垂，需要解決內(nèi)磁軸居中的問題，其中一種是鏟起 法，內(nèi)磁軸下垂掉到外磁筒的凹槽中，頭一輛車體的動子帶有滑動鏟，當(dāng)列車過來時，滑動 鏟將內(nèi)磁軸鏟起，待列車全部動子通過后，內(nèi)磁軸又自然垂落到凹槽中。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動子，其進(jìn)一步的特征是：其護(hù)套的要求是導(dǎo)磁性強(qiáng)、強(qiáng)度 高、不太厚、不形成渦流，有多種方法：1、采用卷繞式鋼筒，在鋼板中夾以絕緣材料，卷繞數(shù) 圈粘結(jié)成筒；2、直接在徑向磁筒外壁纏繞和膠結(jié)高強(qiáng)度纖維，形成薄的護(hù)套；3、整體鋼套。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于徑向磁筒動子的直線電機(jī)，其進(jìn)一步的特征是：注意到 動子速度越大，產(chǎn)生的反電勢會越大，抵消掉的電源電勢越大，使得驅(qū)動電勢變小一驅(qū)動電 流變小-動子驅(qū)力變小，對于飛機(jī)類載荷，需要在彈射周期內(nèi)基本保持驅(qū)力大小恒定，即， 需要維持驅(qū)動電勢恒定，必須隨著動子速度增加而加大電源電勢，同步抵消掉動子反電勢， 從而保持驅(qū)動電流恒定。逐漸增加電源電勢的方法有多種，供電單元串聯(lián)以及逐個接入，是 方法之一，供電單元的逐個接入法，包括電刷式和開關(guān)式， 電刷式：在驅(qū)動鉤上安裝一個電刷，隨著電刷的滑動位置逐漸增加電源電勢； 開關(guān)式，：隨著動子的運(yùn)動，傳感器信號提供給控制電路逐次撥動開關(guān)，從而逐漸增.加 電源電勢；控制開關(guān)的常閉觸點Vi、……、Kn2、Knl、igg個斷開，供電單元的電勢逐漸疊 加在電源電纜正極DL+和電源電纜負(fù)極DL-之間； 開關(guān)式1 :動子位置控制式開關(guān)，在動子的軌跡旁邊安裝一排傳感器，隨著動子的運(yùn)動 位置，傳感器信號提供給控制電路逐次撥動開關(guān)，從而逐漸增加電源電勢； 開關(guān)式2 :動子速度控制式開關(guān)，在動子上安裝一個測速線圈，該測速線圈就像一個單 獨(dú)的驅(qū)動線圈一樣，不過導(dǎo)線非常細(xì)，順著驅(qū)動線圈繞線溝纏繞，隨著動子速度的增加，該 測速線圈輸出的信號越來越強(qiáng)，該速度信號提供給控制電路逐次撥動開關(guān)，從而逐漸增加 電源電勢； 開關(guān)式3:動子驅(qū)動電流控制式開關(guān)，在電纜線的固定端繞一個線圈，線圈中一個鐵 芯，鐵芯對著一個基于霍爾元件的變送器，當(dāng)電流小于設(shè)定值時，鐵芯磁感應(yīng)強(qiáng)度下降至低 于設(shè)定值，被變送器測出，提供給控制電路，撥動增加電源電勢開關(guān)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于徑向磁筒動子的直線電機(jī)，其進(jìn)一步的特征是：反饋發(fā) 電制動。在載荷發(fā)射完成后，必須將動子進(jìn)行制動，制動時將動子的動能回收成電源電能是 很有必要的，位置傳感器WZG的作用是切換電動/發(fā)電狀態(tài)，載荷被發(fā)射后，動子還會保留 很大的動能，當(dāng)動子遇到了位置傳感器后，磁筒電機(jī)由電動機(jī)切換成了發(fā)電機(jī)，利用動子的 剩余動能發(fā)電，對電源充電。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于徑向磁筒動子的直線電機(jī)，其進(jìn)一步的特征是：電磁炮 和火箭初級發(fā)射的磁筒電機(jī)，電磁炮，由磁筒電機(jī)CTDJ和炮彈筒PDT構(gòu)成，磁筒電機(jī)CTDJ 驅(qū)動炮彈筒roT中的炮彈，由水平方向逐漸變?yōu)橹赶蛱炜辗较?，因為電磁炮可以做得很長， 所以曲率半徑很大，彎曲很平緩，安裝在炮臺PT上。對于火藥發(fā)射的炮彈，因為要考慮到 接收爆炸的推力，炮彈尾部是平的，飛行中受到的空氣阻力很大；而電磁炮的炮彈是推出去 的，可以做成流線型，飛行中受到的空氣阻力比平尾炮彈小得多，使射程加大； 將磁筒電機(jī)和炮彈筒置于一個密封管中，將密封管抽成準(zhǔn)真空，為此，需要采取幾條措 施，1、用密封管密封整個磁筒電機(jī)和炮彈筒，只留下炮口另外處理；2、將炮口用一圈封口條 像門簾一樣，阻擋空氣進(jìn)入炮彈筒，炮彈可以通過封口條射出；3、電纜車與驅(qū)動鉤連接并被 密封在密封管中，其電纜的一端穿過密封管接到電源，另一端穿過驅(qū)動槽向動子供電。 這種方法也可以用于火箭發(fā)射的初級。
【文檔編號】H02K41/02GK105990984SQ201510109879
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年3月5日
【發(fā)明人】陳啟星
【申請人】陳啟星