[发明专利]一种电磁驱动直线运动的方法及装置

权利要求书

1、一种电磁驱动直线运动的方法及装置，其特征在于：它包括电力电子驱动装置、1个或1组(2个)U型电磁铁，一直金属导体，在金属导体上设有位置传感器，金属导体与电磁铁呈形结构。

所述电力电子驱动装置为，其输出端至少有两路在同一周期输出上下半周期锯齿波脉冲电流，半周期输出特征电流Δi/Δt>0(i≥0)和Δi/Δt<0(i≥0)分别作用在两个电磁铁上，并可以对两路不同特征的输出电流进行换向切换控制，脉冲频率实现可调制。

所述U型电磁铁与金属导体为，U型电磁铁为高导磁率的软磁材料(如冷轧硅钢片)制成的叠片铁芯，金属导体材料可以为铁磁导体(如钢铁)，或为非铁磁导体(如铝合金、合金钢、超导体等)更佳，U型电磁铁的伸出部分(或称铁芯脚)与金属导体的平面垂直线有一个夹角θ≥45⁰，电磁铁磁极端面形状与金属导体对应表面形状保持一致，并始终保持均匀气隙δ。

所述电磁驱动直线运动的方法为，根据楞次定律，当在电磁铁绕组上输入i≥0脉冲电流，在U型电磁铁两端形成固定的N、S磁极，电流始终为Δi/Δt>0时，N、S磁极始终存在一个增加变化的磁场ΔB/Δt>0，在金属导体与电磁铁磁极N、S接触δ(足够小)气隙部分，始终存在一个增加变化的磁通ΔΦ/Δt>0，并产生感应电流和感应磁场，感应磁场的直接效果是导体局部形成与电磁铁磁极同性感应磁极N`、S`，与原磁极N、S相斥，因铁芯脚与金属导体有个θ角(θ≥45⁰)，故电磁铁与导体之间排斥力的水平分力推动导体正向移动做功，完成电能—磁能—机械能的转换；当在电磁铁绕组上输入Δi/Δt<0脉冲电流，则有减少变化ΔB/Δt<0和ΔΦ/Δt<0，直接效果是导体局部形成与电磁铁磁极异性感应磁极S`、N`，与原磁极N、S相吸，故电磁铁与导体之间吸引力的水平分力拉动导体反向移动做功。

2、根据权利要求1所述的电磁驱动直线运动方法及装置，其特征在于：电力电子驱动装置，由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：提供频率可调，根据运动工况可自动控制切换两路输出电流位置，由逻辑电路判断起始电流i值，当i值为最小域值i₁或为最大域值i₂时，按周期通断时序输出两路分别为Δi/Δt>0(i≥0)和Δi/Δt<0(i≥0)的锯齿波脉冲电流，分别作用在两个励磁磁极方向不同的U型电磁铁的绕组上，两个电磁铁上绕组电流在同一种工作状态(前进或后退)下脉冲电流变化的方式不变。

3、根据权利要求1所述的电磁驱动直线运动方法及装置，其特征在于：U型电磁铁上的绕组至少为1组，至多为3组，其绕组连接按电流方向围绕铁芯同向串接，且电磁铁励磁磁极N、S在装置中的方向固定；在一个装置中使用多个U型电磁铁的各种参数指标相同。

4、根据权利要求1或2所述的电磁驱动直线运动方法及装置，其特征在于：至少有两个U型电磁铁与金属导体相对并排放置，电磁铁的励磁磁极排列次序为N、S、S、N或为S、N、N、S；或者两个U型电磁铁与金属导体对象放置，一个电磁铁的N、S极分别对应另一个电磁铁的N、S极，金属导体置于两个电磁铁的磁极之间；在两个电磁铁上的绕组始终分别加载周期Δi/Δt>0(i≥0)、Δi/Δt<0(i≥0)的锯齿波脉冲电流。

5、根据权利要求1或4所述的电磁驱动直线运动方法及装置，其特征在于：U型电磁铁为1组(2个)，或为多组，磁极端面形状始终与金属导体表面形状相一致，并有气隙δ的接触结构；多组U型电磁铁与金属导体上的结构组合形式可以是多样的，主要根据金属导体的截面形状，多组U型电磁铁可以围绕导体布局，导体截面为矩形则可以有两个面的正背面结构，导体截面为正三角形则可以有三个面结构，导体截面为正方形则可以有四个面结构；导体的截面为圆形，电磁铁磁极端面为与圆形曲率一样的弧面，同时U型电磁铁在圆形导体周边对称布局；任何一种U型电磁铁与金属导体设计布局的结构形状，其气隙δ始终保持足够小。

6、根据权利要求1或2所述的电磁驱动直线运动方法及装置，其特征在于：金属导体上设置位置传感器，位置信号可触发电力电子驱动装置自动切换原两路电流的输出状态，使直线运动装置做直线往复运动，位置信号可反馈速度信号，实现运行速度的自动控制往复运动模式和手动控制模式。