CN104897486B - 一种电磁式霍普金森扭杆加载装置 - Google Patents

Abstract

一种电磁式霍普金森扭杆加载装置，包括电源、电能储存与释放器和扭转枪，并且通过导线与电能储存与释放器连通；电能储存与释放器与电源连通。通过电能储存释放器用来给扭转枪的定子线圈提供瞬时的强电流，从而使定子线圈对转子上的永磁铁产生电磁力，使转子旋转产生瞬时扭矩。扭转枪由转子和定子组成，用来产生瞬时扭矩，并将瞬时扭矩转换成扭转波，通过转子轴输出给霍普金森扭杆。通过电能储存与释放器的充电电压进行控制实际产生的扭转应力波幅值，通过调整电能储存与释放器的电容值控制实际产生的扭转应力波宽度，采用传统的霍普金森扭杆试样，即可对材料进行预期脉冲幅值和脉冲宽度下的扭转加载，并且整个***操作简单，可控性强。

Description

一种电磁式霍普金森扭杆加载装置

技术领域

本发明涉及材料的动态扭转力学性能测试的加载装置及实验方法，具体说是一种电磁式霍普金森扭杆加载装置及试验方法，所述装置可以作为分离式霍普金森扭杆实验的加载装置。

背景技术

虽然霍普金森拉伸、压缩设备已广泛用于测量高应变率下材料压缩、拉伸时的力学性质。但是压杆和拉杆都是采用轴向加载方法，压缩和拉伸纵波在传播时，波导杆伴有镜像变形，产生横向惯性效应，产生波的弥散和试样端面的摩擦，影响精度；而扭转霍普金森实验设备无三维问题，无横向惯性影响，不存在试样端面的摩擦效应。因此扭转霍普金森实验越来越受重视。

扭转霍普金森设备的加载方式有：1.存储应变能突然释放方式；2.气动加载方式；3.***加载方式。贝克(Baker)等人在Journal of Applied Mechanics的1996年第33期中发表的Strain-rate effects in the propagation of torsion plastic waves一文中提出的扭转霍普金森设备，其夹钳机构由滑块组成，***子弹打击滑块时，夹钳放松，产生的扭矩脉冲前沿升时和应变率分别为30us和10³s^-1；坎贝尔(Campbell)等人在Journal ofApplied Mechanics的1971年37期中发表的On the use of a torsional splitHopkinson bar to study rate effects in 1100-0 aluminum一文中提出的扭转霍普金森设备，夹钳结构由两个半圆桥瓦和钢丝组成，钢丝拉断时，夹钳放松，其前沿升时和应变率分别为50us和10²s^-1。此外，还有一些学者尝试使用***方式和气动加载方式进行扭转加载。目前，在扭转霍普金森杆实验技术方面，最成熟的技术还是储能式加载方式，这种加载方式的缺点在于扭转应力波的产生时间无法有效控制，并且所产生的扭转波长受入射杆的长度限制。

传统的霍普金森扭杆加载方式都是机械加载，扭转波的产生时间很难控制。在材料的动态力学性能测试中，有时需要测试材料在扭转和拉伸或者扭转和压缩的复合加载下的力学性能。这两种复合加载方式要求扭转波和拉伸波或者扭转波和压缩波同时到达试样的端面，这要求能够严格控制扭转波和拉伸波或者扭转波和压缩波的开始传播时间。而传统的霍普金森杆的机械加载方式是无法严格控制应力波的产生和传播时间的。由于这个原因，复合加载的霍普金森杆***一直很难研制出来。

20世纪60年代美国波音公司为解决普通铆接存在的问题，由Huber A Schmitt等人率先开始研究电磁铆接技术，并申请了电磁铆接装置的专利(美国专利：3961739,1974年5月7日)。后来美国研制成功低压电磁铆接(欧洲专利：0293257,1988年5月27日)，解决了高压铆接在铆接质量及推广应用方面存在的问题，从而使电磁铆接技术得到较快发展。电磁铆接技术已在波音、空客系列飞机制造中得到应用。如今，低压电磁铆接技术已经发展成熟，铆接力的大小和持续时间得到比较精确的控制。电磁铆枪的技术原理是：在放电线圈和工件之间增加了一个线圈和应力波放大器。放电开关闭合的瞬间，主线圈中通过快速变化的冲击电流，在线圈周围产生强磁场。与主线圈耦合的次级线圈在强磁场作用下产生感应电流，进而产生涡流磁场，两磁场相互作用产生涡流斥力，并通过放大器传至铆钉，使铆钉成形。涡流力的频率极高，在放大器和铆钉中以应力波的形式传播，故电磁铆接也称应力波铆接。如果将电磁铆枪的原理应用到分离式霍普金森压杆中代替传统分离式霍普金森压杆中的***和撞击杆，通过电磁斥力产生直接产生应力波，将会使分离式霍普金森压杆实验技术的规范化成为可能。并且可以以足够长的应力脉冲对试样进行低应变率加载，实现一些传统霍普金森杆无法实现的低应变率。2014年西北工业大学在专利号为ZL 2014 20198611.7的实用新型专利中提出了一种基于电磁力加载的分离式霍普金森压杆装置，在申请号为201410161610.X的发明专利中提出了一种改进的基于电磁力加载的分离式霍普金森压杆装置。西北工业大学在申请号分别为201410173843.1和201410171963.8的发明创造中提出了两种基于电磁力的拉伸及压缩应力波发生器及实验方法，所述实验装置通过将电磁铆枪装置直接应用于霍普金森压杆实验装置从而实现对试样的动态压缩加载，并且应力波产生的时间可以精确控制。但是对于霍普金森扭转装置，尚没有一种能够控制产生应力波的霍普金森扭转装置。

发明内容

为克服现有技术中存在的不能够控制应力波的不足，本发明提出了一种电磁式霍普金森扭杆加载装置。

本发明括电源、电能储存与释放器和扭转枪，并通过导线与电能储存与释放器连通；电能储存与释放器与电源连通；其特征在于，所述扭转枪包括转子和4个定子，所述各定子均布并固定在壳体的内圆周表面；在安装各定子时，将定子线圈方向相同的2个定子对称安置。连接时，用导线将4个定子的线圈依次串连形成串连的线圈组；将所述线圈组的正极接头与电能储存与释放器的正极输出线连接，将所述线圈组的负极接头与电能储存与释放器的负极输出线连接。

所述定子线圈是由定子线圈和线圈壳组成的矩形线圈，其中：

所述定子线圈的上表面和下表面分别为圆弧面，分别形成了定子线圈的外圆弧面和内圆弧面。所述定子线圈是在铜块上采用线切割的方式形成“回”字形的缝隙，并在所述缝隙中填充绝缘胶带，形成了定子线圈匝与匝之间的绝缘层，该铜块保留部分则成为线圈的匝。所述4个定子线圈中，2个定子线圈的方向为顺时针，2个定子线圈的方向为逆时针。在定子线圈最外匝的起点处加工有正极接头，在定子线圈最内匝的终点处加工有负极接头。所述绝缘层厚度与线圈匝厚度的比例为1/2～1/3。

所述线圈壳的横截面呈扇形；该线圈壳的外圆弧面与壳体的内圆弧面相互配合；该线圈壳的内圆弧面与转子之间间隙配合。该线圈壳上有定子线圈的安装槽。线圈壳的下表面为槽底。所述线圈壳下表面为圆弧面，该圆弧面的曲率与定子线圈内圆弧面的曲率相同。在所述线圈壳上有安装孔。

所述扭转枪还包括壳体和壳体盖，在所述壳体的圆周壁上沿圆周方向均匀分布有4个方形开口，每个开口在壳体轴向的长度为该壳体周向长度的1/6。壳体盖中心有用于安装转子轴轴承的通孔。壳体盖的外径与壳体的外径相同。

转子包括磁铁和转子轴：其中所述磁铁包括转子壳和4个永磁铁；所述各永磁铁均为弧形块状，各永磁铁两侧表面为夹角α＝30°的斜面，并且外圆弧的长度小于内圆弧的长度。所述永磁铁外圆弧面和内圆弧面均为磁极面。其中两个永磁铁的外圆弧面为N极，内圆弧面为S极；两个永磁铁的内圆弧面为N极，外圆弧面为S极；

所述转子壳壳体上均布有4个用于嵌装永磁铁的条形通孔。

本发明将通过电磁力产生瞬间扭转力矩用于霍普金森扭杆的加载。由于是通过电的方式加载，扭转波的产生时间可以严格控制。能够解决复杂加载时的同步性问题。

电能储存与释放器采用1套现有电磁铆接设备的供电部分，将4个定子线圈串联安装在所述电能储存与释放器的电路中。所述电能储存与释放器的主要功能是通过电源储存电能，然后将所储存的电能突然释放给4个定子线圈，在所述定子线圈内将电能转化为磁场能，从而带动转子转动，实现电能向磁能，磁能向机械能的转换。先将4个定子线圈串联成一个串联定子线圈组，将所述电能储存与释放器的正极输出线和负极输出线分别与对应的串联定子线圈组上的正极接头和负极接头通过导线相连接。

使用时，在完成充电后，通过PLC输出控制信号至放电可控硅，使所述放电可控硅导通，储能电容器中储存的能量经过放电可控硅、定子线圈形成的路电容放电电路释放出来，从而产生时间周期短、幅值较高的放电电流。

所述放电电流在定子线圈中产生瞬间电磁场，使转子上的永磁铁和定子线圈之间产生电磁斥力，所述电磁斥力使转子产生瞬间扭矩，所述扭矩以扭转波的形式传入霍普金森扭杆的入射杆，当该入射波传至入射杆与试样接触面时，由于波阻抗不匹配，该入射波的一部分被反射，在入射杆中形成反射波，另一部分则通过试样透射入透射杆中，形成透射波。所述反射波和透射波的形状和幅值是由试样材料性质决定的。数据采集***通过粘贴在入射杆上的应变片将入射波和反射波信号记录下来，通过粘贴在透射杆上的应变片将透射波的信号记录下来。利用数据采集***记录的反射波和透射波信号，通过一波法得到试样的动态扭转应力应变曲线。

本发明利用电磁力装换原理，通过电控制方式产生瞬间电磁扭矩，并通过机械结构将扭矩转换为扭转波，用于霍普金森扭杆的实验。由于采用电控制的方式，电磁式霍普金森扭杆杆的应力波产生时间上表现出独有的优越性，通过电子开关，可以严格控制应力波的产生时间。这就解决了在复杂加载方式下的同步性问题。

在本发明中，电磁式霍普金森杆扭转装置由扭转枪和电能储存释放器组成。电能储存释放器用来给扭转枪的定子线圈提供瞬时的强电流，从而使定子线圈对转子上的永磁铁产生电磁力，使转子旋转产生瞬时扭矩。扭转枪由转子和定子组成，用来产生瞬时扭矩，并将瞬时扭矩转换成扭转波，通过转子轴输出给霍普金森扭杆。

通过电能储存与释放器中电能的放电为转子线圈提供瞬时强电源，由于电容器放电时间比较短，放电电流强，可以使转子上的永磁铁和定子线圈之间产生瞬间的强电磁力，从而产生强的扭转力矩，所述扭转力矩以扭转波的形式从转子轴中传出。至于电能储存与释放器的控制***，目前在电磁铆接设备中该技术已经非常成熟，可以直接应用。

本发明中实际产生的扭转应力波幅值可以通过电能储存与释放器的充电电压进行控制，实际产生的扭转应力波宽度可以通过调整电能储存与释放器的电容值进行控制。

本发明在原理上将电磁力与电容器放电相结合，以代替传统分离式霍普金森扭杆***中的储能加载装置。采用传统的霍普金森扭杆试样，即可对材料进行预期脉冲幅值和脉冲宽度下的扭转加载，并且整个***操作简单，可控性强。由于是通过电磁方式对扭转应力波进行控制的，当电能储存与释放器中的电容值不变时，同一个电压对应的输出扭转应力波幅值也不变，当充电电压不变时，同一个电容值对应的扭转应力波宽度也不变，所以能够实现对扭转应力波的精确控制，实验的重复性好；其次，由于是通过电磁加载产生的扭转应力波，应力脉冲的产生时间可以精确控制，这使得复杂应力状态的加载方式在同步性方面的问题迎刃而解。由于以上优点，本发明装置和方法可以实现传统分离式霍普金森杆实验无法达到的控制精度，使霍普金森扭杆实验技术规范化；此外，将本发明与电磁式定子线圈相结合，能够实现复合加载。

附图说明

图1是本发明的组成示意图

图2是扭转枪的示意图；

图3是转子轴的结构图，其中图3a是主视图，图3b是图3a的A-A向视图；

图4是转子盖的结构示意图，其中图4a是主视图，图4b是图4a的A-A向视图；

图5是永磁铁的结构示意图，其中图5a是主视图，图5b是图5a的侧视图；

图6是转子壳体的结构示意图，其中图6a是主视图，图6b是图6a的A-A向视图；

图7是壳体盖的结构示意图，其中图7a是主视图，图7b是图7a的A-A向视图；

图8是壳体结构示意图；

图9是定子线圈结构示意图；

图10是线圈壳的结构示意图，其中图10a是主视图，图10b是图10a的A-A向视图；

图11是转子装配的示意图，其中图11a是主视图，图11b是图11a的剖视图；

图12是定子与壳体的配合示意图；

图13是扭转***构示意图；

图14是扭转试验示意图。图中：

1.导线接口；2.扭转枪；3.电能储存与释放器；4.电源；5.壳体；6.定子；7.转子；8.永磁铁；9.壳体盖；10.轴承；11.转子轴；12.转子盖；13.转子壳；14.内圈；15.入射杆；16.试样；17.透射杆；18.应变片；19.数据采集***；20.线圈壳；21.定子线圈；22.正极接头；23.负极接头。

具体实施方式

本实施例是一种电磁式霍普金森扭杆加载装置及试验方法。

所述电磁式霍普金森扭杆加载装置包括电源4、电能储存与释放器3和扭转枪2。其中，所述扭转枪包括转子7，将扭转枪中的4个定子6的接头22之间用导线串连形成线圈组，将所述线圈的正极接头和负极接头分别与电能储存与释放器3的正极输出线和负极输出线相接。所述电源4采用380V的工业三相交流电。

本实施例中，电能储存与释放器3采用公布在专利号为200520079179的专利中的电磁铆接设备的供电部分，所述电磁铆接的供电部分包括电容器箱和控制箱。在本实施例中，电容器箱中包含电容器组和电子开关，所述电能储存与释放器的电容器部分由10个脉冲电容器并联组，所述脉冲电容器的额定电压为10000V，电容值为4mF，所述电容器组与电子开关安装于电能储存与释放器的电容器箱中，通过电子开关控制电容器组的放电。所述控制箱主要包含PLC及其控制***。控制***主要由模拟控制部分、数字控制部分以及数字显示部分组成。其中模拟控制部分采用SIEMENS公司的TCA785芯片。数字控制部分由西门子的S7-200系列CPU224及西门子模拟输入输出扩展模块EM235组成。充电电压控制主要是通过电压环和电流环的PID控制方式实现。数字显示部分主要是通过S7-200系列文本显示器TD200组成。

如图3所示。扭转枪2包括转子7、定子6、壳体5和壳体盖9。

壳体5为圆筒状，本实施例中所述壳体外径170mm，内径150，轴向长度为190mm，用Ly12制成，在所述壳体的圆周壁上沿圆周方向均匀分布有4个尺寸相同的方形开口，每个开口在壳体5轴向的长度为该壳体周向长度的1/6；所述4个开口沿壳体的周向均匀分布。在所述壳体的端面均布有安装连接用的螺纹孔。

本实施例中，所述开口的尺寸为65mm。

定子6有4个，均由定子线圈21和线圈壳20组成。4个定子6中的定子线圈结构相同，不同之处仅在于其中2个定子线圈的方向为顺时针，2个定子线圈的方向为逆时针。

本实施例以其中一个顺时针方向的定子线圈为例加以描述。

所述定子线圈均为矩形线圈，并且定子线圈的上表面和下表面分别为圆弧面，分别形成了定子线圈的外圆弧面和内圆弧面。所述定子线圈是在铜块上采用线切割的方式形成“回”字形的缝隙，并在所述缝隙中填充绝缘胶带，形成了定子线圈匝与匝之间的绝缘层，该铜块保留部分则成为线圈的匝。由于所述定子线圈为顺时针方向，在加工线圈匝时，走刀从最外匝顺时针向内切割；反之当定子线圈为逆时针方向时，走刀从最外匝逆时针向内切割。在线切割所述定子线圈21时，在定子线圈最外匝的起点处加工有正极接头22，在定子线圈最内匝的终点处加工有负极接头23。

所述绝缘层厚度与线圈匝厚度的比例为1/2～1/3。本实施例中，绝缘层的厚度为2mm，每个线圈匝的厚度为4mm。

所述线圈壳的外形为矩形，其横截面呈扇形；该线圈壳的外圆弧面与壳体5的内圆弧面相互配合；该线圈壳的内圆弧面与转子7之间间隙配合。该线圈壳上有定子线圈21的安装槽。线圈壳的下表面为槽底。所述线圈壳下表面为圆弧面，该圆弧面的曲率与定子线圈内圆弧面的曲率相同。在所述线圈壳上有安装孔。

将所述定子线圈嵌装并通过强力胶粘贴在所述线圈壳内，形成了定子6。

4个定子6均布在壳体5的内圆周表面，并通过螺栓固定。在安装各定子时，将定子线圈方向相同的2个定子对称安置。连接时，用导线将4个定子的线圈依次串连形成串连的线圈组。

壳体盖9为盘状，在所述壳体盖一个表面的中心有轴向凸出的台阶，该台阶的中心有用于安装转子轴轴承的通孔。壳体盖9的外径与壳体5的外径相同，在该壳体盖表面的圆周上均布有安装孔，并且各安装孔分别与位于壳体端面的各螺纹孔配合。

转子7包括大直径空心圆筒状的磁铁部分和小直径空心杆状的转子轴11部分。其中空心圆筒状的磁铁部分由转子壳13、内圈14、转子盖12和4个永磁铁8组成。

所述4个永磁铁8的形状和尺寸完全相同，均为弧形块状。所述各永磁铁8两侧表面为夹角α＝30°的斜面，并且外圆弧的长度小于内圆弧的长度。本实施例中，所述永磁铁的外圆弧面直径为150mm，内圆弧面直径为130mm。

所述永磁铁外圆弧面和内圆弧面均为磁极面。其中两个永磁铁的外圆弧面为N极，内圆弧面为S极；两个永磁铁的内圆弧面为N极，外圆弧面为S极；

转子壳13为圆筒状，所述转子壳的内径和外径均与永磁铁8的内径和外径相同。在所述转子壳壳体上均布有4个用于嵌装永磁铁8的条形通孔。在所述转子壳13两端的圆周上均布有多个连接用的螺纹孔。

转子盖12为圆盘状，该转子盘的最大外径与转子壳13的外径相同。在所述转子盖的中心有与转子轴11配合的螺纹通孔。在所述转子盖的一个盘表面有轴向凸出的套筒，该套筒的外表面与转子壳的内表面间隙配合；在所述套筒的圆周表面均布有多个螺纹孔，并且各螺纹孔的中心线均垂直于转子盖的中心线，将转子盖装入转子壳内后，通过所述各螺纹孔固定，以限制二者之间的相对运动。

转子轴11共两个，分别为前转子轴和后转子轴，所述前转子轴和后转子轴形状和尺寸完全相同，本实施例以前转子轴为例加以描述。

转子轴11为中空回转体，分为四段，依次为外螺纹段、定位段、轴承段和内螺纹端。所述转子轴的一端圆周表面为螺纹面，形成了转子轴的外螺纹段，用于该转子轴与转子盖之间的固连，并通过定位段定位；所述定位段的长度与定子的壳体盖的位置有关，当定子装入里面后，转子轴上的端面限定轴承处于壳体前后盖中间的轴承孔内。转子轴的中部为轴承段，用于该转子轴与轴承的配合。所述转子轴的另一端的内孔表面为螺纹面，用于该转子轴11与入射杆的连接。

轴承10共有两个，分别安装在前后转子轴11的轴承段，用于转子7与壳体5之间的定位和转子7的自由转动。本实施例中的轴承选圆柱轴承，外圈直径45mm，内圈直径为25mm，宽为10mm。

安装转子7时，先将前转子盖用螺纹装配到转子壳13一端，然后将内圈14从另一端嵌套进转子壳13里面，转子壳13的内表面与内圈14的外表面通过强力胶粘接在一起，内圈14装进转子壳后，将后转子盖用螺栓安装在转子壳13的另一端。内圈14和转子盖12装好之后，将4个瓦状永磁铁8依次镶嵌进转子壳的4个矩形开孔里面，安装时，相邻位置的永磁铁的磁极相反，相对位置的永磁铁的磁极相同，永磁铁8与转子壳13及内圈14接触的部分通过强力胶粘接在一起。前后转子轴11分别通过螺纹安装在前后转子盖12上。

4个定子6分别通过螺栓安装在壳体5的内表面，所述定子线圈21的正极接头和负极接头从壳体5上的开口伸出，用导线接入连在壳体5上相应位置的导线接口，所述导线接口的正极接头和负极接头分别连接到相应的电能储存与释放器3的正极接头和负极接头上。

转子7安装在壳体5的内部，前后转子轴11上安装有轴承10，所述轴承分别安装在前后壳体盖9的中心通孔中。前后壳体盖9通过螺栓与壳体5的两端面相对固接。

电能储存与释放器3采用采用1套现有电磁铆接设备的供电部分，将4个定子线圈21串联安装在所述电能储存与释放器的电路中。所述电能储存与释放器的主要功能是通过电源储存电能，然后将所储存的电能突然释放给4个定子线圈21，在所述定子线圈内将电能转化为磁场能，从而带动转子7转动，实现电能向磁能，磁能向机械能的转换。先将4个定子线圈21串联成一个线圈组，将所述电能储存与释放器的正极输出线和负极输出线分别与对应的线圈组上的正极接头和负极接头通过导线相连接。

电源选用380V工业交流电压。

本发明还提出一种电磁式霍普金森杆扭转装置的实验方法，实验设备包括扭转枪2、入射杆15、透射杆17和试样16。所述入射杆、透射杆和试样结构都采用常规的霍普金森扭杆的入射杆、透射杆和试样结构。所述实验过程是：

步骤1.排布器材。

将扭转枪2、入射杆15和透射杆17按常规方法同轴顺序安装在实验台上，并使所述入射杆和透射杆能够自由旋转。扭转枪2的前转子轴11的内螺纹段与入射杆15的入射端通过螺纹连接。将一个试样16按常规方法安装在入射杆15和透射杆17之间，并且使试样16与入射杆15及透射杆17同轴。将转子7转动，使转子7上相同磁极的永磁铁连线与定子6上相同磁极电磁铁的连线之间的夹角呈45度，在这个位置，当定子线圈21放电时，转子7所受到的扭矩最大，转子7能够以最快的响应速度产生扭转波。

步骤2.粘贴应变片。

采用常规方法在入射杆15和透射杆17上分别粘贴1个剪切应变片，并将应变片引线接入数据采集***19。

步骤3.对电能储存与释放器的储能电容器进行充电。

当进行霍普金森扭转实验时，在电能储存与释放器3的人机交互界面上点击充电电压设置，将充电电压设置到所需的值，本实施例中设置充电电压为3000V。点击充电按钮，PLC输出控制信号至储能可控硅，使所述储能可控硅导通。之后，变压器将380V工业交流电升压到所设定的交流电压，整流桥对所述交流电进行整流，使其变换为相应电压值的直流电后对电能储存与释放器中的储能电容器进行充电。充电完成后，PLC通过储能触发器输出控制信号使储能可控硅断开。

步骤4.加载实验及数据采集。

充电完成后，在电能储存与释放器3的人机交互界面上点击放电按钮，PLC输出控制信号至放电可控硅，使所述放电可控硅导通，储能电容器中储存的能量经过放电可控硅、定子线圈21形成的路电容放电电路释放出来，从而产生时间周期短、幅值较高的放电电流。

所述放电电流在定子线圈21中产生瞬间电磁场，使转子7上的永磁铁8和定子线圈21之间产生电磁斥力，所述电磁斥力使转子7产生瞬间扭矩，所述扭矩以扭转波的形式传入霍普金森扭杆的入射杆15，当该入射波传至入射杆15与试样16接触面时，由于波阻抗不匹配，该入射波的一部分被反射，在入射杆15中形成反射波，另一部分则通过试样16透射入透射杆17中，形成透射波。所述反射波和透射波的形状和幅值是由试样16的材料性质决定的。数据采集***19通过粘贴在入射杆15上的应变片将入射波和反射波信号记录下来，通过粘贴在透射杆17上的应变片将透射波的信号记录下来。利用数据采集***19记录的反射波和透射波信号，通过一波法得到试样的动态扭转应力应变曲线。

Claims (3)

1.一种电磁式霍普金森扭杆加载装置，括电源、电能储存与释放器和扭转枪，并且通过导线与电能储存与释放器连通；电能储存与释放器与电源连通；其特征在于，所述扭转枪包括转子和4个定子，所述各定子均布并固定在壳体的内圆周表面；在安装各定子时，将定子线圈方向相同的2个定子对称安置；连接时，用导线将4个定子的线圈依次串连形成串连的线圈组；将所述线圈组的正极接头与电能储存与释放器的正极输出线连接，将所述线圈组的负极接头与电能储存与释放器的负极输出线连接；

所述定子线圈是由定子线圈和线圈壳组成的矩形线圈，其中：

所述定子线圈的上表面和下表面分别为圆弧面，分别形成了定子线圈的外圆弧面和内圆弧面；所述定子线圈是在铜块上采用线切割的方式形成“回”字形的缝隙，并在所述缝隙中填充绝缘胶带，形成了定子线圈匝与匝之间的绝缘层，该铜块保留部分则成为线圈的匝；所述4个定子线圈中，2个定子线圈的方向为顺时针，2个定子线圈的方向为逆时针；在定子线圈最外匝的起点处加工有正极接头，在定子线圈最内匝的终点处加工有负极接头；所述绝缘层厚度与线圈匝厚度的比例为1/2～1/3；

所述线圈壳的横截面呈扇形；该线圈壳的外圆弧面与壳体的内圆弧面相互配合；该线圈壳的内圆弧面与转子之间间隙配合；该线圈壳上有定子线圈的安装槽；线圈壳的下表面为槽底；所述线圈壳下表面为圆弧面，该圆弧面的曲率与定子线圈内圆弧面的曲率相同；在所述线圈壳上有安装孔。

2.如权利要求1所述电磁式霍普金森扭杆加载装置，其特征在于，所述扭转枪还包括壳体和壳体盖，在所述壳体的圆周壁上沿圆周方向均匀分布有4个方形开口，每个开口在壳体轴向的长度为该壳体周向长度的1/6；壳体盖中心有用于安装转子轴轴承的通孔；壳体盖的外径与壳体的外径相同。

3.如权利要求1所述电磁式霍普金森扭杆加载装置，其特征在于，转子包括磁铁和转子轴：

所述磁铁包括转子壳和4个永磁铁；所述各永磁铁均为弧形块状，各永磁铁两侧表面为夹角α＝30°的斜面，并且外圆弧的长度小于内圆弧的长度；所述永磁铁外圆弧面和内圆弧面均为磁极面；其中两个永磁铁的外圆弧面为N极，内圆弧面为S极；两个永磁铁的内圆弧面为N极，外圆弧面为S极；

所述转子壳壳体上均布有4个用于嵌装永磁铁的条形通孔。