(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910895583.1
(22)申请日 2019.09.21
(71)申请人 朱幕松
地址 236008 安徽省阜阳市颍泉区颍州中
路49号电业一村7号楼203室
(72)发明人 朱幕松
(51)Int.Cl.
F41B 6/00(2006.01)
(54)发明名称环形加速电磁炮(57)摘要一种环形加速电磁炮，球形炮弹从圆形入口装进环形炮膛底部，启动电动炮轮顺时针旋转，左、右电磁线圈产生磁场吸引球形炮弹，经过电磁驱动器多次加速，球形炮弹自行旋转时轮毂式减速电机停止，操作水平转向按钮和仰角转向按钮对准目标，环形加速器功率加大，球形炮弹旋转越来越快，环形钢板首尾端的炮弹出口瞬时间提前打开，球形炮弹从出口飞出的初速度等于球形炮弹在环形加速器内的转速，球形炮弹依靠强大的离心力实现超高音速度的直线飞行后按照弹道轨迹飞行，环形加速电磁炮适用于装备军舰或者陆战队，球形炮弹质量大，动能杀伤力大、穿透力强，适用于打击空中、海上或者陆地上的目 标。权利要求书5页 说明书9页 附图3页CN 110440636 A 2019.11.12
C N 110440636
A
1.一种环形加速电磁炮，主要包括电动炮轮、轮毂式减速电机、环形挡板、环形钢板、球形炮弹、电磁开关、电磁环形加速器、红外发射头、红外接收头、智能控制器、凸形底座、U形支架、滑环、电刷、炮弹发射操作台组成，其特征在于：所述环形加速电磁炮设置电动炮轮，电动炮轮中心设有轮毂式减速电机（1），轮毂式减速电机外壳的左端设有高圆台、右端设有低圆台，高圆台台阶上安装左环形挡板（2），低圆台台阶上安装右环形挡板（3），左环形挡板由4个螺丝钉固定在轮毂式减速电机外壳的左 端，右环形挡板由4个螺丝钉（4）固定在轮毂式减速电机外壳的右端，左环形挡板和右环形挡板之间设有环形钢板（5），所述环形钢板是用弹性钢板加工成的环形弹簧，在不受力的原始状态下，环形钢板右视图形的内圆是封闭的圆圈形状，环形钢板的首端较厚，尾端渐薄，当环形钢板的首尾端受到水平方向的外力时，首尾端之间处于开口的状态，使环形钢板的右视图形为圆的渐开线形状，环形钢板的首尾端之间的开口处设置为球形炮弹的出口（6），环形钢板首尾端的外力消失后，环形钢板的内圆恢复封闭的圆圈形状，环形钢板的首端设有上螺丝孔和下螺丝孔，左环形挡板和右环形挡板分别设有上连接孔和下连接孔，上螺丝孔和下螺丝孔分别设有与上连接孔和下连接孔对齐，用上螺丝钉（7）和下螺丝钉（8）将左环形挡板、环形钢板和右环形挡板紧固为一体化的环形炮膛（9），环形炮膛的内圆设有球形炮弹（10），球形炮弹是一种实心的铁球，球形炮弹直径略小于环形钢板的宽度，使球形炮弹能在左环形挡板和右环形挡板之间沿环形钢板的内圆滚动，右环形挡板上设有球形炮弹的圆形入口（11），所述左环形挡板和右环形挡板选用高强度塑料制造，左环形挡板和右环形挡板前端均设有轨道槽（12），左、右轨道槽大小相等、左右对称，环形钢板的尾端设有左滑动轴和右滑动轴（13），左、右滑动轴大小相等、左右对称，左滑动轴装在左轨道槽内，右滑动轴装在右轨道槽内，左环形挡板左端设有左电磁开关，右环形挡板右端设有右电磁开关，左、右电磁开关型号相同，对称于左环形挡板和右环形挡板的外端，所述电磁开关设有导磁筒（14），导磁筒内设有线圈骨架（15），线圈骨架内平绕漆包线制造成吸铁线圈（16），线圈骨架前端设有环形导磁盖（17），环形导磁盖与导磁筒焊接为一体，环形导磁盖内圆与线圈骨架内圆一致，导磁筒设有上连接耳（18）和下连接耳（19），左环形挡板和右环形挡板的
外端分别设有上螺杆和下螺杆，由上螺帽（20）和下螺帽（21）将左电磁开关固定在左环形挡板的左端、右电磁开关固定在右环形挡板的右端，环形导磁盖内圆与线圈骨架内圆设有滑动铁芯（22），滑动铁芯前端设有连接孔，左电磁开关的左滑动铁芯连接孔连接左滑动轴，右电磁开关的右滑动铁芯连接孔连接右滑动轴，当左、右电磁开关的吸铁线圈同时受电后，左滑动铁芯和右滑动铁芯同时吸入左吸铁线圈和右吸铁线圈的底部，瞬间将左滑动轴和右滑动轴拉到左轨道槽和右轨道槽的后端，拉动环形钢板的尾端，使环形钢板的首尾之间张开，当左、右电磁开关的吸铁线圈同时断电后，环形钢板的弹性瞬间将左滑动轴和右滑动轴拉到左轨道槽和右轨道槽的前端，将左滑动铁芯和右滑动铁芯同时拉到左吸铁线圈和右吸铁线圈的前端，使环形钢板的首尾端闭合，环形钢板的内圆恢复封闭的圆圈形状，电动炮轮的中心轮轴（23）是轮毂式减速电机的中心轴，中心轮轴与左环形挡板和右环形挡板同心，中心轮轴左、右端分别设有2个并列的螺帽，所述电动炮轮设有U形支架（24），所述左并列螺帽（25、26）将中心轮轴左端固定在U形支架的左上端，所述右并列螺帽（27、28）将中心轮轴右端固定在U形支架的右上端，U形支架下端连接大转盘（29），大转盘下端焊接内齿圈（30），大转盘中心设有立轴（31），所述电动炮轮设有凸形底座（32），立轴安装在凸形底座的中心孔内，凸形底座前端设有转向电机（33），转向电
机上端设有小驱动齿轮（34），小驱动齿轮与内齿圈啮合，所述转向电机是一种减速无刷电机，转向电机正反转动时驱动大转盘和电动炮轮在水平方向180度范围内左右转向，所述轮毂式减速电机是一种谐
波减速无刷电机，轮毂式减速电机的转速很低，正反转动时驱动电动炮轮在垂直方向的仰角范围内上下转向，轮毂式减速电机顺时针旋转时是环形加速电磁炮的启动状态，轮毂式减速电机右端盖的低圆台中心设有连接圈（35），连接圈外圆安装绝缘套（36），绝缘套外圆安装左滑环（37）和右滑环（38），左、右滑环下端设有电刷，所述电刷设有炭刷架（39），炭刷架安装在U形支架的右支架左端，用上、下螺丝钉（40）紧固，炭刷架内部设有左炭刷腔和右炭刷腔，左、右炭刷腔内设有左弹簧（41）和右弹簧（42），左、右弹簧上端设有左炭刷（43）和右炭刷（44），左、右炭刷在弹簧的压力下分别紧贴左滑环和右滑环，轮毂式减速电机外壳的上端设有智能控制器一（45），智能控制器一内部设有无线信号发射和接收模块、无刷电机控制模块、电磁驱动控制模块、炮弹速度传感换算模块、水平转向角度传感换算模块和垂直方向的仰角传感换算模块；所述环形加速电磁炮设置炮弹发射操作台（46），炮弹发射操作台上面设有数据信息显示器（47）、电源按钮、水平转向按钮、仰角转向按钮、启动按钮、加速按钮和发射按钮（48），炮弹发射操作台里面设有智能控制器二（49）和中压直流电源（50），智能控制器二内部设有无线信号发射和接收模块、无刷电机控制模块，其中水平转向按钮、仰角转向按钮、启动按钮、发射按钮的输出端分别连接智能控制器二内部无线信号发射和接收模块的相关输入端，智能控制器二的无线信号传递到智能控制器一内部无线信号发射和接收模块的相关输入端，炮弹发射操作台外接电源变换为所述中压直流电源给环形加速电磁炮供电，调速按钮调整中压直流电源的电压高低，中压直流电源输出线连接左炭刷和右炭刷，左炭刷和右炭刷连接左滑环和右滑环，左滑环和右滑环分别焊接输电线（51），输电线经过绝缘套的线槽引出，右环形挡板设有穿线孔（52），输电线经过穿线孔连接智
能控制器一的电源端，智能控制器一的输出端连接轮毂式减速电机的输出电缆；所述电动炮轮设有电磁环形加速器，所述电磁环形加速器由6个相同的电磁驱动器组成，单一电磁驱动器由左电磁线圈、右电磁线圈、红外发射头一、红外接收头一、红外发射头二和红外接收头二组成，所述电磁线圈设有柱形铁芯（53），柱形铁芯外圆紧配合安装线圈骨架，线圈骨架内平绕漆包线制造成电磁线圈（54），电磁环形加速器设有左环形电磁线圈组和右环形电磁线圈组，所述环形电磁线圈组由6个等分在设定圆圈（55）上的电磁线圈组成，左环形挡板左端的设定圆圈上安装左环形电磁线圈组，右环形挡板右端的设定圆圈上安装右环形电磁线圈组，左、右设定圆圈相等，设定圆圈与闭合环形钢板的内圆同心，闭合环形钢板的内圆与设定圆圈的直径差等于所述球形炮弹的直径，所述设定圆圈与左环形挡板和右环形挡板同心，左环形挡板和右环形挡板的设定圆圈上均设有6个等分的相等的安装孔，左环形挡板的6个安装孔与右环形挡板的6个安装孔均对齐，每一个电磁线圈的柱形铁芯外圆紧配合安装在每一个安装孔内，左环形挡板的右端平面与6个柱形铁芯的右端平面一致，右环形挡板的左端平面与6个柱形铁芯的左端平面一致，左环形挡板的6个柱形铁芯的中心均设有发射孔，6个发射孔内均安装红外发射头一，右环形挡板的6个柱形铁芯的中心均设有接收孔，6个接收孔内均安装红外接收头一（56），在左环形挡板的设定圆圈上，电磁线圈与电磁线圈之间均设有发射孔，6个发射孔内均安装红外发射头二，在右环形挡板的设定圆圈上，电磁线圈与电磁线圈之间均设有接收孔，6个接收孔内均安装红外接收头二（57），所述电磁驱动控制模块设有6个相同的双稳开关电路，所述单一电磁驱动器的双稳开
关电路由双稳态触发器和开关三极管（58）组成，双稳态触发器的输入端一连接红外接收头一（56），双稳态触发器的输入端二连接红外接收头二（57），开关三极管输出端连接并联的左电磁线圈和右电磁线圈（54），左、右电磁线圈的磁极方向一致，双稳开关电路的接地端连接中压直流电源负极、电源端连接中压直流电源正极；所述电磁驱动控制模块设有提前开关电路，提前开关电路设有单稳态定时器（59）和开关三极管（60），在左环形挡板的设定圆圈前端两个电磁线圈之间设有发射孔，发射孔内安装红外发射头三（61），在右环形挡板的设定圆圈前端两个电磁线圈之间设有接收孔，接收孔内安装红外接收头三（62），所述单稳态定时器是暂稳一段时间的定时器，单稳态定时器输入端连接红外接收头三，开关三极管输出端连接并联的左电磁开关（63）和右电磁开关（64），所述发射按钮的开关信号无线传输到智能控制器一的相关输入端，智能控制器一输出信号遥控红外接收头三，提前开关电路的接地端连接中压直流电源负极、电源端连接中压直流电源正极；所述6个红外发射头一和6个红外发射头二的输出线以及红外发射头三的输出线分别连接智能控制器一的相关输出端，所述转向电机的输出线连接智能控制器二的输出端，智能控制器一和智能控制器二内部分别设置的无线信号发射和接收模块是前者无线遥控后者的互相通讯方式，所述转向电机和轮毂式减速电机属于无刷永磁电机，转动时产生换相脉冲，换相脉冲的频率与转速成正比，转向电机的换相脉冲和轮毂式减速电机的换相脉冲经过水平转向角度传感换算模块和仰角传感换算模块输出水平转向角度信息和仰角转向角度信息分别到显示器，根据显示器的信息，操作水平转向按钮和仰角转向按钮对准目标，操作启动按钮和发射按钮发射炮弹。
2.根据权利要求1所述的环形加速电磁炮，其特征在于：所述轮毂式减速电机是一种减速比很大的谐波减速电机，而且谐波减速电机的旋转角度能够精确控制，使电动炮轮的仰角转向准确、稳定，所述轮毂式减速电机设有筒形外壳（65），筒形外壳设有右端盖，右端盖右端设有低圆台（66），筒形外壳、低圆台与右端盖一体化制造成型，右端盖中部设有轴承架和右轮毂轴承（67），筒形外壳左端设有环形端盖（68），环形端盖外圆与筒形外壳内圆吻合，筒形外壳左端设有上方孔和下方孔、左方孔和右方孔，上方孔和下方孔、左方孔和右方孔内均设有方形螺丝帽（69），环形端盖设有4个螺丝钉（70），4个螺丝钉拧在上、下、左、右方形螺丝帽上，4个螺丝钉将左环形挡板、左环形端盖与筒形外壳紧固为一体，环形端盖内圆左端设有高圆台（71）、右端设有筒形支架（72），高圆台设有左端盖（73），环形端盖、筒形支架、高圆台与左端盖一体化制造成型，左端盖中部设有轴承架和左轮毂轴承（74），筒形支架左端设有刚性内齿圈（75），刚性内齿圈设有内齿牙（76），左轮毂轴承和右轮毂轴承的内圆设有轮毂式减速电机的中心轴，也是电动炮轮的中心轮轴，中心轴的左部焊接轴套（77），轴套外圆设有锥形盘支架（78），锥形盘支架圆周连接柔性外齿圈（79），柔性外齿圈为金属圆筒形，筒壁较薄，不仅具有柔性，还具有弹性，柔性外齿圈右端圆周设有外齿牙（80），轴套、锥形盘支架、柔性外齿圈和外齿牙一体化制造成型，公共驱动轴中部设有波发生器，所述波发生器设有盘形支架（81），盘形支架中心设有筒形轴承架（82），筒形轴承架设有左轴承（83）和右轴承（84），左轴承内圆靠紧轴套，右轴承内圆靠紧垫圈（85）和右轮毂轴承，所述盘形支架左端设有3个上短轴（86）和3个下短轴（87），3个上、下短轴左端均设有外卡簧（88），3个上、下短轴右端均设有定位台（89），3个上、下定位台右端
均设有短轴螺帽（90），短轴螺帽将3个上、下短轴紧固在盘形支架左端，3个上、下短轴上分别安装3个上轴承（91）和3个下轴承
（92），3个上轴承和3个下轴承的外圆均安装塑料滑轮（93），3个上塑料滑轮和3个下塑料滑轮分别支撑在柔性外齿圈内圆的上端和下端，使柔性外齿圈变形，变成椭圆形的外齿圈，椭圆形外齿圈的上端外齿牙和下端外齿牙分别与刚性内齿圈的上端内齿牙和下端内齿牙啮合，椭圆形外齿圈的左端外齿牙和右端外齿牙分别与刚性内齿圈的左端内齿牙和右端内齿牙分离，所述内齿牙的模数等于所述外齿牙的模数，所述内齿牙的牙数大于所述外齿牙的牙数，盘形支架围绕公共驱动轴旋转，3个上塑料滑轮和3个下塑料滑轮一方面沿着柔性外齿圈的内圆公转，另一方面3个上、下塑料滑轮分别自转，使柔性外齿圈成为低速旋转、波动变形的椭圆形外齿圈，柔性外齿圈与刚性内齿圈之间组成谐波减速齿轮，3个上塑料滑轮和3个下塑料滑轮公转一圈，柔性外齿圈公转的数值相当于所述内齿牙的牙数与所述外齿牙的牙数差的线距离，因此谐波减速齿轮的减速比值很大；所述筒形外壳内的圆周部分设置外转子无刷永磁电机，外转子无刷永磁电机设有永磁外转子，永磁外转子设有导磁圈（94），导磁圈内圆设有永磁圈（95），导磁圈左端与永磁圈左端对齐，永磁圈由多块条形永磁体排列组成，条形永磁体是用钕铁硼材料制造成型的强磁体，所述条形永磁体的极性是径向的，相邻的永磁体极性互为相反，交替排列组成永磁圈，所述盘形支架左端设有止位圈（96），导磁圈右端内圆安装在止位圈外圆，导磁圈右端圆周设有多个沉头螺丝钉（97），沉头螺丝钉将导磁圈与盘形支架连接为一体；所述筒形支架外圆安装环形内定
子，环形内定子设有环形铁芯（98），环形铁芯外圆设有多个T形齿牙，多个T形齿牙之间的空间为多个线圈槽，多个线圈槽内绕制三相线圈（99），三相线圈之间的相差位置为120度的电角度，在多个线圈槽右端分别设置三个不同位置的霍尔传感器（100），三个霍尔传感器之间的相差位置为60度的电角度，三相线圈连接为Y形电路形式，引出三相线圈输出线，三相线圈输出线和霍尔传感器输出线合并组成输出电缆（101），所述筒形外壳设有出线孔（102），输出电缆从出线孔内引出连接控制器一的输出端。
3.根据权利要求1所述的环形加速电磁炮，其特征在于：环形加速电磁炮的球形炮弹经过环形电磁加速器的驱动，在环形炮膛的圆圈内周而复始地转动，球形炮弹在环形炮膛内加速不受距离和时间的限制，不需要很大的电功率就可以将球形炮弹的转速提高到极限，环形加速电磁炮的启动、瞄准、发射机构简单可控，球形炮弹从圆形入口装进环形炮膛底部，按启动按钮，电动炮轮顺时针旋转，球形炮弹依靠重力沿环形炮膛内圆逆时针滚动，当球形炮弹滚动到红外发射头二与红外接收头二之间挡住红外线时，红外接收头二触发双稳态触发器的输入端二，开关三极管输出直流电压到并联的左电磁线圈和右电磁线圈，左、右电磁线圈之间的空间产生磁场吸引球形炮弹，当球形炮弹吸引到左电磁线圈的红外发射头一和右电磁线圈的红外接收头一之间挡住红外线时，红外接收头一触发双稳态触发器的输入端一，开关三极管截止，左电磁线圈和右电磁线圈断电，球形炮弹依靠重力和惯性继续逆时针旋转，经过每一个电磁驱动器多次加速，球形炮弹加速到围绕环形加速器自行旋转时智能控制器一控制轮毂式减速电机停止旋转，
操作水平转向按钮和仰角转向按钮，调整炮弹射击的水平角度和仰角度瞄准目标，目标对准确定后，按加速按钮，智能控制器一控制中压直流电源电压升高，环形加速器功率加大，球形炮弹旋转越来越快，红外接收头一输出的脉冲频率代表了球形炮弹的转速，经过炮弹速度传感换算模块输出炮弹速度信息，在显示器上显示出的炮弹速度达到超高音速，此时按发射按钮，遥控红外发射头三发射红外线信号，当球形炮弹飞到红外发射头三与红外接收头三之间挡住红外线时，红外接收头三触发
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