一种小型电磁加速系统的制作方法
一种小型电磁加速系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电磁加速器技术领域，尤其设及一种小型电磁加速系统。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
【发明内容】
[0009] 基于【背景技术】提出的问题，本发明提出一种小型电磁加速系统，本发明体积小、重 量轻、效率高、寿命长、可直接向人们展示加速过程。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 优选地，储能模块采用耐压值为450V的电解电容。
[0016] 优选地，电源模块由储能密度高的裡离子电池组组成。
[0017] 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。
[0019]本发明使用了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。
[0020] 本发明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；本发明通过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；本发明通 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】
[0021] 图1为本发明提出的一种小型电磁加速系统的结构框图。
[0022] 图2为本发明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。
[0023] 图3为本发明提出的一种小型电磁加速系统的电路连接图。
[0024] 图4为本发明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为本发明提出的一种小型电磁加速系统的结构框图；图2为本 发明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为本发明提出 的一种小型电磁加速系统的电路连接图；图4为本发明提出的一种小型电磁加速系统被加 速铁磁性材料的电路图。
[0026] 参照图1-4,本发明实 施例提出的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。
[0027] 电源模块，为ZVS模块提供低压直流电，由储能密度高的裡离子电池组组成。
[002引电压控制模块，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。
[0029] 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；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。
[0030] 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；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。
[0031] 储能模块，临时电能储存装置，由电容组组成；储能模块容量由共轴线圈组应数与 层数、被加速磁性材料质量、磁导率及初始速度决定，一般采用耐压值为450V的电解电容。
[0032] 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；具体地开关管模块采用型号为70TPS16晶闽管。
[0033] 测速模块，测速模块由单片机、信号采集电路、数码管和独立电源组成，用于检测 被加速物体的速度。
[0034]主板模块，集成了与上述模块连接的接口，W及储能模块的各单元电容电压指示。
[0035] 本发明操作步骤如下；W磁阻式电磁加速模式为例， 1、系统组装；按照图1-3,组装实物；注；1、在接入ZVS升压模块时，应先断开ZVS升压 模块开关，再接入小型电磁加速系统；2、在ZVS升压模块高压输出端并联上一支直流500V 电压表，W此作为储能模块中电容组电压的实时监测。
[0036] 2、电路检查；检查所有电路连接是否正常，不得有导线接触不良或连接错误。
[0037] 3、实验前准备；在共轴线圈组的铁磁性材料出口书放置一个沙袋，W消耗铁磁性 材料被加速后携带有的较大动能，防止弹射伤人；清理实验台上所有无关物品；所有数码 设备应离该装置至少1米，W防脉冲磁场损坏其内部电子器件；由于铁磁性材料被加速后， 携带较大动能，因此任何人员不得处于共轴线圈所在直线。
[003引 4、初步上电测试：打开ZVS升压模块开关，等待储能模块电压达到150V后断开该 开关，在共轴线圈组铁磁性材出口的另的一端放入预设的铁磁性材料，按下加速按钮，即可 对该磁性材料进行加速。
[0039] 5、正式上电实验；初步上电试验成功后，闭合电源模块开关，一直等待ZVS升压模 块给储能模块充电结束，再次放入预设的铁磁性材料，按下加速开关，加速系统便会对该铁 磁性材料进行全力加速。
[0040]本发明还可感应式或磁阻--感应复合电磁加速模式工作，通过修改系统参 数，即可实现多模式(磁阻一-感应复合模式、磁阻模式、感应模式）工作，为后续的实验探 究与开发利用提供了广阔空间。
[0041] 在具体实施例中，下表数据是由不断协调该系统中各项参数值，通过大量的仿真 模拟，并不断改进使其最大程度趋近于小型化特点而得出的，适合于廉价固态开关，低浪 涌，质量小，加速效率相对较高的实验参数。其较为符合电磁加速系统小型化的特点。
[0042] 为了保证电磁加速系统最终能实现小型化的特点，实验之初固定了一些参数，其 各项数据如下： 1、 铁磁性材料的质量、直径、长度、饱和磁导。（具体数值：质量=5. 2g;直径=6mm;长度 =30mm;饱和磁导=1.8T) 2、 所使用的铜质漆包线密度W及导电率。（密度=8920kg/m'3 ;导电率 =5. 8*l(T7Siemens/m) 3、 共轴线圈的长度和所使用支架的直径。（长度=30mm;支架直径=8mm) 4、 电容的耐压值。（耐压值=450V)
本发明中，电压控制模块可W采用单片机控制；zvs升压模块可W换用市电升压或其 他开关电路升压替代；控制信号产生模块中控制信号的产生可W用单片机、金属触片和磁 禪合等方式产生；电源模块中电池可W换成市电，但对应的升压参数也应随之改变。
[0043]W上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，如本发明的技术方案及其发 明构思加W等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 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。2. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，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。3. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，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，其匝数、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，以屏蔽电磁场。4. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，储能模块容量因共轴线圈组 匝数与层数、被加速磁性材料质量、磁导率及初始速度决定。5. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，储能模块采用耐压值为450V 的电解电容。6. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，电源模块由储能密度高的锂 离子电池组组成。7. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，开关管模块采用型号为 70TPS16晶闸管。8. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，测速模块由单片机、信号采集 电路、数码管和独立电源组成。
【专利摘要】本发明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；本发明体积小、重量轻、效率高、寿命长、可直接向人们展示加速过程。
【IPC分类】H02P25/06
【公开号】CN104901602
【申请号】CN201510243484
【发明人】段剑金, 王学浩, 方达, 周海春, 郭杰, 温元斌, 许林, 冯小波
【申请人】云南师范大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月14日
【技术领域】
[0001] 本发明设及电磁加速器技术领域，尤其设及一种小型电磁加速系统。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
【发明内容】
[0009] 基于【背景技术】提出的问题，本发明提出一种小型电磁加速系统，本发明体积小、重 量轻、效率高、寿命长、可直接向人们展示加速过程。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 优选地，储能模块采用耐压值为450V的电解电容。
[0016] 优选地，电源模块由储能密度高的裡离子电池组组成。
[0017] 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。
[0019]本发明使用了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。
[0020] 本发明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；本发明通过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；本发明通 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】
[0021] 图1为本发明提出的一种小型电磁加速系统的结构框图。
[0022] 图2为本发明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。
[0023] 图3为本发明提出的一种小型电磁加速系统的电路连接图。
[0024] 图4为本发明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为本发明提出的一种小型电磁加速系统的结构框图；图2为本 发明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为本发明提出 的一种小型电磁加速系统的电路连接图；图4为本发明提出的一种小型电磁加速系统被加 速铁磁性材料的电路图。
[0026] 参照图1-4,本发明实 施例提出的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。
[0027] 电源模块，为ZVS模块提供低压直流电，由储能密度高的裡离子电池组组成。
[002引电压控制模块，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。
[0029] 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；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。
[0030] 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；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。
[0031] 储能模块，临时电能储存装置，由电容组组成；储能模块容量由共轴线圈组应数与 层数、被加速磁性材料质量、磁导率及初始速度决定，一般采用耐压值为450V的电解电容。
[0032] 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；具体地开关管模块采用型号为70TPS16晶闽管。
[0033] 测速模块，测速模块由单片机、信号采集电路、数码管和独立电源组成，用于检测 被加速物体的速度。
[0034]主板模块，集成了与上述模块连接的接口，W及储能模块的各单元电容电压指示。
[0035] 本发明操作步骤如下；W磁阻式电磁加速模式为例， 1、系统组装；按照图1-3,组装实物；注；1、在接入ZVS升压模块时，应先断开ZVS升压 模块开关，再接入小型电磁加速系统；2、在ZVS升压模块高压输出端并联上一支直流500V 电压表，W此作为储能模块中电容组电压的实时监测。
[0036] 2、电路检查；检查所有电路连接是否正常，不得有导线接触不良或连接错误。
[0037] 3、实验前准备；在共轴线圈组的铁磁性材料出口书放置一个沙袋，W消耗铁磁性 材料被加速后携带有的较大动能，防止弹射伤人；清理实验台上所有无关物品；所有数码 设备应离该装置至少1米，W防脉冲磁场损坏其内部电子器件；由于铁磁性材料被加速后， 携带较大动能，因此任何人员不得处于共轴线圈所在直线。
[003引 4、初步上电测试：打开ZVS升压模块开关，等待储能模块电压达到150V后断开该 开关，在共轴线圈组铁磁性材出口的另的一端放入预设的铁磁性材料，按下加速按钮，即可 对该磁性材料进行加速。
[0039] 5、正式上电实验；初步上电试验成功后，闭合电源模块开关，一直等待ZVS升压模 块给储能模块充电结束，再次放入预设的铁磁性材料，按下加速开关，加速系统便会对该铁 磁性材料进行全力加速。
[0040]本发明还可感应式或磁阻--感应复合电磁加速模式工作，通过修改系统参 数，即可实现多模式(磁阻一-感应复合模式、磁阻模式、感应模式）工作，为后续的实验探 究与开发利用提供了广阔空间。
[0041] 在具体实施例中，下表数据是由不断协调该系统中各项参数值，通过大量的仿真 模拟，并不断改进使其最大程度趋近于小型化特点而得出的，适合于廉价固态开关，低浪 涌，质量小，加速效率相对较高的实验参数。其较为符合电磁加速系统小型化的特点。
[0042] 为了保证电磁加速系统最终能实现小型化的特点，实验之初固定了一些参数，其 各项数据如下： 1、 铁磁性材料的质量、直径、长度、饱和磁导。（具体数值：质量=5. 2g;直径=6mm;长度 =30mm;饱和磁导=1.8T) 2、 所使用的铜质漆包线密度W及导电率。（密度=8920kg/m'3 ;导电率 =5. 8*l(T7Siemens/m) 3、 共轴线圈的长度和所使用支架的直径。（长度=30mm;支架直径=8mm) 4、 电容的耐压值。（耐压值=450V)
本发明中，电压控制模块可W采用单片机控制；zvs升压模块可W换用市电升压或其 他开关电路升压替代；控制信号产生模块中控制信号的产生可W用单片机、金属触片和磁 禪合等方式产生；电源模块中电池可W换成市电，但对应的升压参数也应随之改变。
[0043]W上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，如本发明的技术方案及其发 明构思加W等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 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。2. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，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。3. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，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，其匝数、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，以屏蔽电磁场。4. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，储能模块容量因共轴线圈组 匝数与层数、被加速磁性材料质量、磁导率及初始速度决定。5. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，储能模块采用耐压值为450V 的电解电容。6. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，电源模块由储能密度高的锂 离子电池组组成。7. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，开关管模块采用型号为 70TPS16晶闸管。8. 如权利要求1所述的小型电磁加速系统，其特征在于，测速模块由单片机、信号采集 电路、数码管和独立电源组成。
【专利摘要】本发明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；本发明体积小、重量轻、效率高、寿命长、可直接向人们展示加速过程。
【IPC分类】H02P25/06
【公开号】CN104901602
【申请号】CN201510243484
【发明人】段剑金, 王学浩, 方达, 周海春, 郭杰, 温元斌, 许林, 冯小波
【申请人】云南师范大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月14日
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