CN101979978B - 一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置，包括永磁机构与线圈。其中，永磁机构中的中磁体的横截面两端结构相互对称，分别通过中磁体依次连接有第一窄联接环、第一宽联接环、左磁体与第二窄联接环、第二宽联接环、右磁体，并且通过对中磁体、左磁体与右磁体的特定结构设计，以及对第一窄连接环、第二窄联接环、第一宽联接环、第二宽联接环的尺寸限定，最终使永磁机构内部存在均匀的磁场。由此通过向线圈中通入可调节的电流，将线圈穿入到永磁机构的内径中，使线圈上的电流与永磁机构内部磁场共同作用，产生校准力。通过调节线圈中的电流来调整电磁力校准装置产生的校准力的大小。

Description

一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置
技术领域
本发明属于卫星用微小推力器测试技术领域，具体涉及一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置。
背景技术
脉冲等离子体推力器(PPT)具有比冲高、功耗低、结构简单、能够精确产生微小控制力等优点，被用以微小卫星轨道控制、星座编队飞行等任务。PPT的研究和应用都离不开对其产生的微小冲量的精确测量。
PPT产生的冲量非常小。PPT微小冲量的测量需要一种方便操作，可以作为标准的校准装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置，用来校准微小冲量，包括永磁机构与线圈。永磁机构包括左磁体、第一宽联接环、第一窄联接环、中磁体、第二宽联接环、第二窄联接环和右磁体。
其中，第一窄联接环与第二窄联接环结构相同，为内径44mm、外径60mm、长度2mm的圆环；第一宽联接环与第二宽联接环结构相同，为内径40mm，外径50mm，长度12mm的圆环，第一宽联接环的右端与第一窄联接环固连，第二宽联接环的左端与第二窄联接环固连。第一窄联接环的右端面与第二窄联接环的左端面间磁性连接有中磁体，中磁体具有轴向的磁场，且与第一窄联接环相连的一端为N极，与第二窄联接环相连的一端为S极；第一宽联接环与第二宽联接环的周向上分别磁性连接有左磁体与右磁体，左磁体与右磁体具有径向的磁场，且左磁体径向外端为N极，内端为S极；右磁体径向外端为S极，内端为N极；
所述中磁体由6个小磁铁组A构成，每个小磁铁组A由4块小磁铁叠加而成；每块小磁铁拥有轴向的磁化方向；6个小磁铁组A均匀磁性连接在第一窄联接环的端面与第二窄联接环的端面间周向的位置。所述所述左磁体与右磁体各由12个小磁铁组B构成，分别均匀磁性连接在第一宽联接环与第二宽联接环周向外侧壁上，每个小磁铁组B由3块小磁铁叠加而成；中磁体的横截面两端结构相互对称。
所述小磁铁为10mm×6mm×2mm的钕铁硼小磁铁，且小磁铁组A中10mm的边与第一窄联接环、第二窄联接环的内径圆相切
线圈具有铝制的骨架，且骨架外径为12mm，内部开有螺纹孔，方便与外部连接。骨架外缠绕有600匝直径为0.37mm的漆包线，骨架两端有防止漆包线脱落的凸起，且骨架的端面直径小于永磁机构的内径；线圈中可以通过可调节的电流，通过将线圈穿入到永磁机构的内径中，使线圈上的电流与永磁机构内部磁场共同作用，产生校准力(电磁力)；通过调节线圈中的电流来调整电磁力校准装置产生的校准力的大小，在上述过程中线圈与永磁机构不直接接触。
本发明的优点在于：
(1)本发明电磁力校准装置中永磁机构内部具有大范围的均匀磁场；
(2)本发明电磁力校准装置中作为校准力的电磁力能够方便地调节。
附图说明
图1为本发明电磁力校准装置整体结构示意图；
图2为电磁力校准装置中永磁机构的爆炸图；
图3为线圈中电流与校准装置产生的校准力之间的关系曲线。
图中：
1.永磁机构        2.线圈           3、小磁铁       101.左磁体
102.第一宽联接环  103.第一窄联接环 104.中磁体      105.第二宽联接环
106.第二窄联接环  107.右磁体       104a-小磁铁组A  101a-小磁铁组B
201-线圈骨架      202-漆包线
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
如图1、图2所示，本发明一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置由永磁机构1和线圈2组成。永磁机构1具有均匀的内部磁场，因此永磁机构1设计为由左磁体101、第一宽联接环102、第一窄联接环103、中磁体104、第二宽联接环105、第二窄联接环106、右磁体107组成的结构。
其中，第一窄联接环103与第二窄联接环106结构相同，为内径44mm、外径60mm、长度2mm的圆环。第一宽联接环102与第二宽联接环105结构相同，为内径40mm，外径50mm，长度12mm的圆环。第一窄联接环103的端面与第二窄联接环106的端面间磁性连接有中磁体104。所述中磁体104由6个小磁铁组A104a构成，每个小磁铁组A104a由4块小磁铁3叠加而成；每块小磁铁3具有轴向的磁化方向。6个小磁铁组A104a均匀磁性连接在第一窄联接环103的端面与第二窄联接环106的端面间周向的位置。中磁体104具有轴向的磁场，且与第一窄联接环103相连的一端为N极，与第二窄联接环106相连的一端为S极。
第一宽联接环102与第二宽联接环105的周向上分别磁性连接有左磁体101与右磁体107。所述左磁体101与右磁体107分别由12个小磁铁组B101a构成，每个小磁铁组B101a由3块小磁铁3径向叠加而成，每块小磁铁3拥有径向的磁化方向。在第一宽联接环102与第二宽联接环105的外壁周向分别均匀布置有12个深3mm，长10mm，宽6mm的凹槽，用于安放构成左磁体101与右磁体107的小磁铁组B101a。第一宽联接环上与第一窄联接环固连的位置具有周向向内的凹进，第二宽联接环上与第二窄联接环固连的位置具有周向向内的凹进凹进处为3mm深，2mm长，用于安装定位第一窄联接环103，并通过左磁体101与右磁体107的磁力分别将第一宽联接环102、第二宽联接环105与第一窄联接环103、第二窄联接环106磁性相连。左磁体101与右磁体107具有径向的磁场，且左磁体101径向外端为N极，内端为S极；右磁体107径向外端为S极，内端为N极。
上述小磁铁3为10mm×6mm×2mm的钕铁硼小磁铁，且小磁铁组A101a中10mm的边分别与第一窄联接环103和第二窄连接环106的内径圆相切。中磁体104的径向中截面两端结构相互对称。通过上述连接可以得到一个内部具有均匀磁场的永磁机构1。
线圈2具有铝制的骨架201，且骨架201外径为12mm，内部开有螺纹孔，方便与外部连接。骨架201外缠绕有600匝直径为0.37mm的漆包线202，骨架201两端有防止漆包线202脱落的周向凸起，且骨架201的端面直径小于永磁机构1的内径；线圈2中可以通过可调节的电流，通过将线圈2穿入到永磁机构1的内径中，使线圈2上的电流与永磁机构1内部磁场共同作用，产生校准力(电磁力)；通过调节线圈2中的电流来调整电磁力校准装置产生的校准力的大小，在上述过程中线圈2与永磁机构1不直接接触。
如图3所示，图中横坐标表示线圈2中通过的电流，纵坐标表示校准装置产生的校准力(电磁力)，不同形状的图标表示的是线圈2插入到永磁机构1中的轴向距离，由此可以看出校准力不会因为线圈2插入到永磁机构1中的轴向距离改变而改变，从而说明永磁机构1具有稳定的磁场。且校准力与线圈2电流成线性关系。

Claims (7)

1.一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置，其特征在于：包括永磁机构与线圈；所述的永磁机构包括左磁体、第一宽联接环、第一窄联接环、中磁体、第二宽联接环、第二窄联接环和右磁体；
其中，第一窄联接环与第二窄联接环结构相同，为内径44mm、外径60mm、长度2mm的圆环；第一宽联接环与第二宽联接环结构相同，为内径40mm，外径50mm，长度12mm的圆环，第一宽联接环的右端与第一窄联接环固连，第二宽联接环的左端与第二窄联接环固连；第一窄联接环的右端面与第二窄联接环的左端面间磁性连接有中磁体，中磁体具有轴向的磁场，且与第一窄联接环相连的一端为N极，与第二窄联接环相连的一端为S极；第一宽联接环与第二宽联接环的周向上分别磁性连接有左磁体与右磁体，左磁体与右磁体具有径向的磁场，且左磁体径向外端为N极，内端为S极；右磁体径向外端为S极，内端为N极；
所述中磁体由6个小磁铁组A构成，每个小磁铁组A由4块小磁铁叠加而成；每块小磁铁拥有轴向的磁化方向；6个小磁铁组A均匀磁性连接在第一窄联接环的端面与第二窄联接环的端面间周向的位置；所述左磁体与右磁体各由12个小磁铁组B构成，分别均匀磁性连接在第一宽联接环与第二宽联接环周向外侧壁上，每个小磁铁组B由3块小磁铁叠加而成；所述小磁铁为10mm×6mm×2mm的钕铁硼小磁铁，且小磁铁组A中10mm的边与第一窄联接环和第二窄联接环的内径圆相切；
所述的线圈包括骨架与漆包线，骨架上缠绕有漆包线，骨架的端面直径小于永磁机构的内径，线圈进入到永磁机构内径中，使线圈上的电流与永磁机构内部磁场共同作用，产生校准力。
2.如权利要求1所述一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置，其特征在于：所述第一宽联接环与第二宽联接环的周向外侧壁上分别均匀开有12个凹槽，分别用来对12个小磁铁组B周向定位；所述的第一宽联接环上的凹槽与第二宽联接环的凹槽一一对应，并且相对应两个凹槽的中心连线平行于轴线。
3.如权利要求2所述一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置，其特征在于：所述凹槽的尺寸为深3mm、长10mm、宽6mm。
4.如权利要求1所述一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置，其特征在于：第一宽联接环上与第一窄联接环固连的位置具有周向向内的凹进，第二宽联接环上与第二窄联接环固连的位置具有周向向内的凹进。
5.如权利要求4所述一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置，其特征在于：所述凹进处深3mm，长2mm。
6.如权利要求1所述一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置，其特征在于：所述骨架两端具有周向凸起。
7.如权利要求1所述一种用于微小冲量测试的电磁力校准装置，其特征在于：所述骨架外径为12mm，且内部开有螺纹孔。
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