一种小型电磁加速系统技术方案

本发明专利技术提出了一种小型电磁加速系统，包括：ZVS升压模块，将低压直流转化为高频交流；电源模块，为ZVS模块提供低压直流电；电压控制模块，对ZVS升压模块的输出电压进行自动控制；控制信号模块，用于检测被加速物体所处位置与产生控制信号；共轴线圈组模块，用于产生强脉冲磁场以加速磁性或非磁性导体；开关管模块，由固态开关管构成，受控制信号模块的信号控制，用于导通电容与发射线圈回路；主板，集成了与上述模块连接的接口，以及各加速单元电容电压指示。测速模块，用于检测被加速物体的速度；本发明专利技术体积小、重量轻、效率高、寿命长、可直接向人们展示加速过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及电磁加速器
，尤其设及一种小型电磁加速系统。
技术介绍
目前常用的电磁加速器有磁阻线圈加速器、同步感应线圈加速器； 磁阻线圈加速器；由一系列螺线管驱动线圈和铁磁材料的磁辆铁巧组成。所谓磁阻，是 指阻止线圈周围磁路建立磁通的阻力。显然，在线圈腔管内放置铁磁材料能减少磁阻。当 铁巧运动时，环绕线圈的磁路的磁阻将发生变化，于是就对铁巧弹丸产生了作用力。铁磁 材料的铁巧比被它取代的空气有更大的磁导率（yp〉〉l)。当铁巧行进到线圈中屯、时，磁通 较容易形成和通过，该是因为磁路的空气隙变小，磁路的磁阻也小，此时对铁巧的作用力亦 最小。当铁巧从线圈中屯、移开时，原来拉铁巧向前的磁力现在变为拉铁巧向后，因此，当铁 巧到达线圈中屯、后必须立即采取某些措施W使它不被拉回。应特别注意，铁巧弹丸仅受拉 力，而不受推力作用，它不具备某些线圈加速器在适当选择两种线圈电流方向时可对弹丸 可拉、可推的优点。但由于铁磁材料在磁路中出现，将给分析到来非线性问题，因而在确定 加速力和绕组电感时，应当使用计算机有限元编码。 同步感应线圈加速器；上世纪60年代中期，由于磁通压缩、反作用发动机和金属 成形等相继得到应用，使单级感应线圈加速器得W问世和发展。单级感应线圈加速器结构 极为简单，一般由储能电源巧日电容器组)、开关、驱动线圈和弹丸线圈（或被驱动环）组成。 通常驱动线圈和弹丸线圈是同轴和等直径的，该是为了保证磁禪合最紧密。当脉冲电流加 到驱动线圈时，弹丸线圈交链磁通感应出一方向相反的环形电流，此环形电流与两线圈间 的磁场相互作用产生安培力，此力驱动弹丸线圈朝前运动。由于在弹丸线圈内感应的电流 与驱动电流反向，所W在脉冲感应线圈炮中只存在推斥方式的驱动力。 多级脉冲感应线圈加速器是由多个单级线圈串列而成。每当弹丸线圈到达驱动线 圈的适当位置时，使该驱动线圈放电，其磁场在弹丸线圈内变化，W感生电流。驱动线圈是 分立的，一般每个驱动线圈各有自己的独立电源，并由开关同步转换。弹丸线圈可W是多应 闭合线圈，也可W是金属套筒（即单应弹丸线圈）。由于利用同步放电和弹丸线圈内磁通变 化感应加速，故称之为同步感应线圈加速器。 目前电磁加速器具有如下缺点： 1、传统加速器通常采用单级加速模式，浪涌极高，普通开关无法承受，而大功率开关价 格却又异常昂贵，而且即使是灭弧开关，在接通高压大电流时，也会因接触电阻而烧蚀，导 致开关寿命短，且损耗也非常大，使得加速效率低下。 2、传统升压方式为低频汰部分采用"220V、50监"通过变压器升至高压)，体积庞 大，重量大，功率小，能源转化效率低。 3、现投入应用的加速器一般属于工业和军用，被加速的物体虽然携带动能大，但 是储能装置质量也异常大，一般是用几个仓库来存储发射一次用的电能。该样的装置体积 庞大而笨重，无法搬运，而且内部结构封闭，无法为人们直观展示加速原理与工作机制。而 且近代的一些实验受计算机技术发展的限制，无法对电磁加速器中引入铁磁性物质带来的 非线性问题进行计算与分析，因此需要大量的试验才能找到一组效率稍高的参数（因为该 系统中影响加速效率与速度的自变量有11个)，而且效率一般较为低下。[000引 4、传统电磁加速器，只能W单模式(磁阻模式或感应模式）工作。
技术实现思路
基于
技术介绍
提出的问题，本专利技术提出一种小型电磁加速系统，本专利技术体积小、重 量轻、效率高、寿命长、可直接向人们展示加速过程。 一种小型电磁加速系统，包括： ZVS升压模块，将输入的低压直流12V-24V经双电感ZVS电路转化为高频交流，然后输 入高频变压器进行升压，峰值高于450V，再对该高压进行全桥整流，实现了小体积下的大功 率升压。 电源模块，为ZVS模块提供低压直流电； 电压控制模块，对ZVS升压模块输出的高压进行采样，当达到预定电压时，电压控制模 块中的继电器控制ZVS模块中固态继电器的动作，切断ZVS模块的电力供应； 控制信号模块，用于检测被加速铁磁性材料所处位置与产生控制信号； 共轴线圈组模块，用于产生强脉冲磁场W加速磁性或非磁性导体； 储能模块，临时电能储存装置，由电容组组成； 开关管模块，由固态开关管构成，受控制信号模块的信号控制，用于导通电容与发射线 圈回路； 测速模块，用于检测被加速物体的速度； 主板模块，集成了与上述模块连接的接口，W及各加速单元电容电压指示。 优选地，控制信号模块由集成光电开关电路与光电探头组成，光电探头由红外发 射管和红外接收管组成，用于检测被加速铁磁性材料的所在位置，并把信号反馈给光电开 关电路。 优选地，共轴线圈组模块包括共轴线圈组，共轴线圈组由漆包铜线同向绕制，其应 数、线径和层数由被加速铁磁性材料决定，整个线圈外部由铜胶带包裹，W屏蔽电磁场。 优选地，储能模块容量因共轴线圈组应数与层数、被加速磁性材料质量、磁导率及 初始速度决定。 优选地，储能模块采用耐压值为450V的电解电容。 优选地，电源模块由储能密度高的裡离子电池组组成。 优选地，开关管模块采用型号为70TPS16晶闽管。[001引优选地，测速模块由单片机、信号采集电路、数码管和独立电源组成。本专利技术使用了ZVS升压模块进行升压，实现了小体积大功率升压，并采用电压控 制模块来实现ZVS升压模块的通断，开关管模块采用了大功率型号为70TPS16晶闽管，并且 借助线圈加速器仿真软件，通过分析LC谐振时间与被加速铁磁性材料的初速度、质量、磁 导率等参数，搭配电容容量与线圈的应数与层数和线径，并进行大量仿真模拟，寻找到一组 适合于小体积加速器的数据，实现了将曾经庞大的电磁加速系统小型化。鉴于其小型化的 特点，可直接向人们展示加速的整个过程，对电磁力加速物体的应用具有科普作用。 本专利技术采用多单元加速模式，将总能量合理分布至各个加速单元，降低了瞬间浪 涌电流W降低对开关结构的冲击，并使用了固态开关作为开关结构，大大降低了开关损耗， 提高了加速效率，大大延长了使用寿命长；本专利技术通过ZVS(零电压开关)将低压直流转化高 频交流(高于40KHZ)，搭载高频变压器进行升压，体积小，重量轻，功率大，能源转化效率高， 而且使得整个电磁加速系统可W脱离电网工作，降低环境因素对其工作的影响；本专利技术通 过将系统设计为多个模块，在每个模块的设计上都考虑到了将该系统进行小型化的目的， 其主要有电容组模块和线圈组组模块的大幅改进。同时，通过借助线圈式电磁加速仿真软 件，通过大量的仿真模拟，在保证加速效率的同时，调配系统中11个变量之间的搭配关系， 将质量与体积大大缩减，达到一个人可W轻松搬运的程度，使之成为一个真正的小型电磁 加速系统。【附图说明】 图1为本专利技术提出的一种小型电磁加速系统的结构框图。 图2为本专利技术提出的一种小型电磁加速系统的ZVS逆变及电压自动控制电路图。 图3为本专利技术提出的一种小型电磁加速系统的电路连接图。 图4为本专利技术提出的一种小型电磁加速系统的加速单元的电路图。【具体实施方式】[002引如图1-4所示，图1为本专利技术提出的一种小型电磁加速系统的结构框图；图2为本 专利技术提出的一种小型电磁加速系统的ZVS逆变及电压自动控制电路图；图3为本专利技术提出 的一种小型电磁加速系统的电路连接图；图4为本专利技术提出的一种小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型电磁加速系统，其特征在于，包括：ZVS升压模块，将输入的低压直流12V‑24V经双电感ZVS电路转化为高频交流，然后输入高频变压器进行升压，峰值高于450V，再对该高压进行全桥整流；电源模块，为ZVS模块提供低压直流电；电压控制模块，对ZVS升压模块输出的高压进行采样，当达到预定电压时，电压控制模块中的继电器控制ZVS模块中固态继电器的动作，切断ZVS模块的电力供应；控制信号模块，用于检测被加速铁磁性材料所处位置与产生控制信号；共轴线圈组模块，用于产生强脉冲磁场以加速磁性或非磁性导体；储能模块，临时电能储存装置，由电容组组成；开关管模块，由固态开关管构成，受控制信号模块的信号控制，用于导通电容与发射线圈回路；测速模块，用于检测被加速物体的速度；主板模块，集成了与上述模块连接的接口，以及各加速单元电容电压指示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段剑金，王学浩，方达，周海春，郭杰，温元斌，许林，冯小波，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：云南;53