永磁直线弹射装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种永磁直线弹射装置，包括弹射平台装置、永磁直线电机和用于支撑弹射平台装置和永磁直线电机的支撑平台，永磁直线电机的初级设置在支撑平台上，次级设置在弹射平台装置上，支撑平台上设有支撑弹射平台装置的弹射平台支撑板，弹射平台装置能够在弹射平台支撑板的长度方向上相对弹射平台支撑板移动；永磁直线电机的数量为两个，分别为第一永磁直线电机和第二永磁直线电机，第一永磁直线电机的初级与第二永磁直线电机的初级对称设置在支撑平台的两侧，第一永磁直线电机的次级与第二永磁直线电机的次级对称设置在弹射平台装置的两侧。其节省发射的纵向空间，提高了永磁直线弹射装置的效率及在发射过程中的稳定性和安全性。
【专利说明】永磁直线弹射装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电磁弹射装置，尤其涉及一种采用永磁直线电机驱动的永磁直线弹射装置。
【背景技术】
[0002]电磁弹射是指被发射的物体不启用自身的动力装置，而以电磁力为加速手段，靠发射器赋予的动力获得足够的运动能量而实现发射的一种发射方式。与火药推进等其他发射方式相比，用电磁弹射发射的弹体不仅速度更快、射程更远，而且依靠先进的电力电子器件，电磁发射的过程可以做到全程控制。由于采用电驱动，通过调节电流的大小，电磁弹射器不但可以发射小到几千克的轻质载荷，还可以高速推进大到几吨的重载荷，如飞机，导弹等。现役航母的弹射装备是蒸汽弹射器，但它由发射系统、蒸汽系统、拖索张紧系统、润滑及控制系统等组成，体积庞大而且复杂。这使得它从一开始就存在一些不可避免的缺陷:(I)使用成本高、效率低、配套设施多、系统烦琐、对各个环节要求高；(2)维护成本高,密封条更换频繁而繁琐，对材质要求较高；(3)需消耗大量淡水。随着现代海洋军事对作战能力的要求提高，迫切需要研究新的弹射装备来代替传统的蒸汽弹射器。
[0003]目前使用的电磁弹射大部分是直线感应电机，它推动与飞机相连接的电枢，为了达到所需要的推力，往往初级做的很长，而且为了达到高速电磁弹射，初级极距设计的较大，这样不但需要更大的空间而且浪费了很多铜，使得整个弹射系统效率较低，这对于对空间要求很高或频繁弹射的场合是不合理的选择。另外由于在运行中如果把位置传感器放置在初级上，不但每对极下将需要一组位置传感器，而且每组位置传感器之间的信号如何切换将是十分困难的，如果采用磁栅尺或者光栅尺将极大增加弹射装置的成本，而且电源的引出线将是很大的问题。专利号ZL201310005736.3描述了一种主动磁悬浮电磁弹器，利用主动磁悬浮支撑技术舰载机弹射平台，采用大功率直线感应电机驱动弹射平台，虽然摒弃了机械支撑，但增加了庞大的悬浮磁铁和悬浮控制系统，增加了整个弹射系统的成本，而且运行于高速场合，对悬浮控制提出了更高的要求。
实用新型内容
[0004]鉴于现有技术的现状，本实用新型的目的在于提供一种永磁直线弹射装置，其结构简单，节省发射的纵向空间，提高了弹射平台装置在发射过程中的稳定性和安全性。为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0005]一种永磁直线弹射装置，包括弹射平台装置、永磁直线电机和用于支撑所述弹射平台装置和永磁直线电机的支撑平台，所述弹射平台装置用于放置弹射物，所述永磁直线电机的初级设置在所述支撑平台上，所述永磁直线电机的次级设置在所述弹射平台装置上，所述支撑平台上设有用于支撑所述弹射平台装置的弹射平台支撑板，所述弹射平台装置能够在所述弹射平台支撑板的长度方向上相对所述弹射平台支撑板移动；所述永磁直线电机的数量为两个，分别为第一永磁直线电机和第二永磁直线电机，所述第一永磁直线电机的初级与所述第二永磁直线电机的初级对称设置在所述支撑平台的两侧，所述第一永磁直线电机的次级与所述第二永磁直线电机的次级对称设置在所述弹射平台装置的两侧。
[0006]在其中一个实施例中，所述永磁直线电机的初级长度大于次级的长度。
[0007]在其中一个实施例中，所述永磁直线电机的初级为模块化的初级，每个初级模块由线圈、初级铁芯和初级铁芯安装条组成；
[0008]所述永磁直线电机的次级为模块化的次级，每个次级模块由永磁体和导磁的次级铁芯组成。
[0009]在其中一个实施例中，所述的永磁直线弹射装置还包括检测装置；
[0010]所述检测装置包括嵌入在所述弹射平台装置的位置传感器、所述位置传感器的电源和安装在所述弹射平台支撑板内的磁钢，所述磁钢安装的位置与所述位置传感器相对应。
[0011 ] 在其中一个实施例中，所述磁钢的极距与所述永磁直线电机的次级的极距相同。
[0012]在其中一个实施例中，所述位置传感器与所述永磁直线弹射装置的控制柜采用无线信号传输。
[0013]在其中一个实施例中，所述弹射平台装置上设置侧面滚轮、下部滚轮和上部滚轮，所述侧面滚轮与所述弹射平台支撑板的侧面相接触，所述下部滚轮与所述弹射平台支撑板的底面相接触，所述上部滚轮与所述弹射平台支撑板的顶面相接触，使得所述弹射平台支撑板镶嵌在所述弹射平台装置中。
[0014]在其中一个实施例中，所述支撑平台的前后两端还分别设置有缓冲装置，所述缓冲装置由挡板及缓冲座组成。
[0015]在其中一个实施例中，所述的永磁直线弹射装置还包括用于控制所述永磁直线电机的初级的驱动系统，所述驱动系统采用H桥驱动方式，所述H桥的数量为一组或两组，当所述H桥的数量为两组时采用交叉分段供电。
[0016]在其中一个实施例中，所述的永磁直线弹射装置所述支撑平台的发射端设置有源电线的航空插座，该航空插座通过与之相配的航空插头连接到所述永磁直线弹射装置的控制柜上。
[0017]本实用新型的有益效果是:
[0018]本实用新型的永磁直线弹射装置，结构简单，采用两个永磁直线电机同时对弹射物进行推进，极大地改善了推进空间，节省发射的纵向空间，提高了永磁直线弹射装置的效率，提高了弹射平台装置在发射过程中的稳定性和安全性。永磁直线电机的模块化，极大地简化了零部件的加工和安装工艺；将位置传感器嵌入弹射平台装置的底部，并且与弹射平台支撑板内的磁钢组成位置检测装置，这样只需要一组位置传感器即可准确检测弹射平台装置的位置；采用无线传输来检测次级的空间位置，避免了有源电线布置问题，从而进一步提高弹射平台装置的定位精度，延长了使用寿命；同时该永磁直线弹射装置结构紧凑、无环境污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的永磁直线电磁弹射装置的总体结构示意图；
[0020]图2是图1的弹射平台装置的结构示意图；[0021]图3是图1的弹射平台支撑板的结构示意图；
[0022]图4是图1的永磁直线电机初级的模块结构示意图；
[0023]图5表示永磁直线弹射装置的驱动原理示意图；
[0024]图6表示永磁直线弹射装置的三相电流驱动信号示意图；
[0025]图7为永磁直线弹射装置的初级分段驱动示意图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型的永磁直线弹射装置进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0027]参照图1至图7，本实用新型的永磁直线弹射装置一实施例包括弹射平台装置1、永磁直线电机和用于支撑弹射平台装置I和永磁直线电机的支撑平台4，弹射平台装置I用于放置弹射物9，永磁直线电机的初级2、2’设置在所述支撑平台上，永磁直线电机的次级
11、11’设置在弹射平台装置I上，永磁直线电机的初级2、2’的长度大于次级11、11’的长度；永磁直线电机的数量为两个，分别为第一永磁直线电机和第二永磁直线电机，第一永磁直线电机和所述第二永磁直线电机相同，第一永磁直线电机的初级2与第二永磁直线电机的初级2’对称设置在支撑平台的两侧；第一永磁直线电机的次级11与第二永磁直线电机的次级11’对称设置在弹射平台装置I的两侧。
[0028]优选地，永磁直线电机的初级2、2’为模块化的初级，每个初级模块由线圈21、初级铁芯22和初级铁芯安装条23组成；永磁直线电机的次级11、11’也为模块化的次级，每个次级模块由永磁体112、112’和导磁的次级铁芯111、111’组成。根据弹射平台装置I弹射的需要可以调整初级模块和次级模块的数量。
[0029]支撑平台4上设有用于支撑弹射平台装置I的弹射平台支撑板5，弹射平台装置I能够在弹射平台支撑板5的长度方向上相对弹射平台支撑板5移动，永磁直线电机的初级
2、2’置于弹射平台支撑板5的两侧，弹射平台支撑板5的底部安装有支撑永磁直线电机初级2、2’的永磁直线电机固定板3，支撑平台4的前后两端还分别设置有缓冲装置，缓冲装置由挡板6及缓冲座7组成。支撑平台4的发射端设置有有源电线的航空插座8，该航空插座通过与之相配的航空插头连接到永磁直线弹射装置的控制柜上。
[0030]弹射平台装置I上设置侧面滚轮12、下部滚轮13和上部滚轮14，侧面滚轮12与弹射平台支撑板5的侧面(B面)相接触，下部滚轮13与弹射平台支撑板5的底面(C面)相接触，上部滚轮14与弹射平台支撑板5的顶面(A面)相接触，使得弹射平台支撑板5镶嵌在弹射平台装置I中。在弹射的过程中，为了保证在推进过程的安全和稳定性，将弹射平台装置I中的侧面滚轮12与弹射平台支撑板5的B面接触，下部滚轮13与弹射平台支撑板5的C面接触，上部滚轮14与弹射平台支撑板5的A面接触。
[0031]作为一种可实施方式，永磁直线弹射装置还包括检测装置，检测装置包括位置传感器组件16和磁钢51，位置传感器组件包括嵌入在弹射平台装置I的位置传感器161和位置传感器的电源162，磁钢51安装在弹射平台支撑板5内，磁钢51安装的位置与位置传感器161相对应，即在弹射平台支撑板5长度方向上，位置传感器161在弹射平台支撑板5上的投影与磁钢51在同一条直线上。[0032]优选地，磁钢51的极距与永磁直线电机的次级11、11’的极距相同。
[0033]永磁直线弹射装置的工作过程如下:将弹射物9与弹射平台装置I的弹射平台15连接，通过嵌入在弹射平台支撑板5的磁钢51与嵌入在弹射平台15位置传感器组件16组成的位置检测装置实时检测次级11的位置(也就是弹射平台装置I的位置)，而磁钢51的极距与次级11、11’的极距相同，根据位置传感器161检测的位置而给永磁直线电机的初级
2、2’的绕组通入如图6所示的三相电流，使得通入的电流形成的电枢磁场与次级11和11’的励磁磁场相互作用，产生电磁推力，共同推进弹射平台装置I及弹射物9，当达到所需要的速度时，弹射物9脱离弹射平台15而发射出去，而与此同时，控制驱动电流，使其产生制动推力，并在刹车制动装置阻力作用下刹车减速，到末端时停止，然后返回首端原位准备弹射另一个弹射物9。
[0034]弹射平台15采用强度大、密度小、质量轻的材料，永磁直线弹射装置采用短次级，长初级方案，这样不但减轻了弹射平台装置I的重量，而且降低了整个系统供给能源的容量。
[0035]在上述实施例中，由于弹射速度非常快，响应时间必须短，采用闭环控制几乎是不可能，作为优选，如图5所示，永磁直线弹射装置还包括用于控制永磁直线电机的初级的驱动系统，驱动系统采用H桥驱动方式，该驱动方式类似于无刷直流电机的两相导通的六状态驱动方式，H桥的数量为一组或两组，当H桥的数量为两组时采用交叉分段供电。优选地，位置传感器161与永磁直线弹射装置的控制柜采用无线信号传输。在以上实施例中，由于采用长初级方案，不能像短初级方案那样采用直接单段供电。为了提高能量效率和电压利用率，减小漏抗和降低能源供给容量的角度，采用长初级方案必须采取分段的供电方式。图7举例说明了初级2分为22段驱动方案，其中奇数段由H桥O驱动，偶数段由H桥I驱动，每段上设置一个开关17。实际应用中，实际分段的段数及分段距离取决于能够提供的电压、电流以及绕组的电感等参数。
[0036]以上实施例的永磁直线弹射装置，结构简单，节省发射的纵向空间(即降低了支撑平台的长度)，提高了弹射平台装置在发射过程中的稳定性和安全性。采用两个永磁直线电机同时对弹射物进行推进，极大地改善了推进空间，提高了永磁直线弹射装置的效率；永磁直线电机的模块化，极大地简化了零部件的加工和安装工艺；将位置传感器嵌入弹射平台装置的底部，并且与弹射平台支撑板内的磁钢组成位置检测装置，这样只需要一组位置传感器即可准确检测弹射平台装置的位置；采用无线传输来检测次级的空间位置，避免了有源电线布置问题，从而进一步提高弹射平台装置的定位精度，延长了使用寿命；本实施例与现有蒸汽弹射器和现有电磁弹射器技术相比，除了采用了两个永磁直线电机单元作为驱动，且该永磁直线弹射装置结构紧凑，且无环境污染。
[0037]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种永磁直线弹射装置，包括弹射平台装置、永磁直线电机和用于支撑所述弹射平台装置和永磁直线电机的支撑平台，所述弹射平台装置用于放置弹射物，其特征在于: 所述永磁直线电机的初级设置在所述支撑平台上，所述永磁直线电机的次级设置在所述弹射平台装置上，所述支撑平台上设有用于支撑所述弹射平台装置的弹射平台支撑板，所述弹射平台装置能够在所述弹射平台支撑板的长度方向上相对所述弹射平台支撑板移动； 所述永磁直线电机的数量为两个，分别为第一永磁直线电机和第二永磁直线电机，所述第一永磁直线电机的初级与所述第二永磁直线电机的初级对称设置在所述支撑平台的两侧，所述第一永磁直线电机的次级与所述第二永磁直线电机的次级对称设置在所述弹射平台装置的两侧。
2.根据权利要求1所述的永磁直线弹射装置，其特征在于: 所述永磁直线电机的初级长度大于次级的长度。
3.根据权利要求2所述的永磁直线弹射装置，其特征在于: 所述永磁直线电机的初级为模块化的初级，每个初级模块由线圈、初级铁芯和初级铁芯安装条组成； 所述永磁直线电机的次级为模块化的次级，每个次级模块由永磁体和导磁的次级铁芯组成。
4.根据权利要求3所述的永磁直线弹射装置，其特征在于: 还包括检测装置； 所述检测装置包括嵌入在所述弹射平台装置的位置传感器、所述位置传感器的电源和安装在所述弹射平台支撑板内的磁钢，所述磁钢安装的位置与所述位置传感器相对应。
5.根据权利要求4所述的永磁直线弹射装置，其特征在于: 所述磁钢的极距与所述永磁直线电机的次级的极距相同。
6.根据权利要求5所述的永磁直线弹射装置，其特征在于: 所述位置传感器与所述永磁直线弹射装置的控制柜采用无线信号传输。
7.根据权利要求1-6任一项所述的永磁直线弹射装置，其特征在于: 所述弹射平台装置上设置侧面滚轮、下部滚轮和上部滚轮，所述侧面滚轮与所述弹射平台支撑板的侧面相接触，所述下部滚轮与所述弹射平台支撑板的底面相接触，所述上部滚轮与所述弹射平台支撑板的顶面相接触，使得所述弹射平台支撑板镶嵌在所述弹射平台装置中。
8.根据权利要求7所述的永磁直线弹射装置，其特征在于: 所述支撑平台的前后两端还分别设置有缓冲装置，所述缓冲装置由挡板及缓冲座组成。
9.根据权利要求7所述的永磁直线弹射装置，其特征在于: 还包括用于控制所述永磁直线电机的初级的驱动系统，所述驱动系统采用H桥驱动方式，所述H桥的数量为一组或两组，当所述H桥的数量为两组时采用交叉分段供电。
10.根据权利要求7所述的永磁直线弹射装置，其特征在于: 所述支撑平台的发射端设置有源电线的航空插座，该航空插座通过与之相配的航空插头连接到所述永磁直线弹射装置的控制柜上。
【文档编号】B64F1/06GK203698673SQ201320794124
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】陈进华, 廖有用, 张驰, 舒鑫东, 乔海 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所