CN106300881A - 基于电磁力的航天器用分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电磁力的航天器用分离器，包括上部斥力磁体，下部吸力磁体，软磁材料磁芯，电磁线圈，销簧和外壳体，外壳体内的底部中央设置下部吸力磁体，下部吸力磁体的上方设置软磁材料磁芯，软磁材料磁芯的侧面外均匀绕制有电磁线圈，顶部中央一体设置销簧，外壳体内的顶部设置上部斥力磁体，它的中央位置开设有外壳凹槽，以销簧通过壳体凹槽而从外壳体突出，带动软磁材料磁芯向上离开下部吸力磁体，实现闭锁；同时通过与下部吸力磁体产生的吸力，使得电磁线圈及销簧一体向后退，销簧凸出外壳的部分缩入外壳内，达到分离的目的。与现有技术相比，本发明的分离器反应时间短，瞬间完成动作达到解锁的目的，实施机构的重量轻，功耗低，可靠性高。

Description

基于电磁力的航天器用分离器

技术领域

本发明属于航天器平台产品技术领域，主要涉及一种重量轻、体积小、可靠性高的电磁拔销分离器。本发明的分离器使用锁簧式的销簧对目标进行闭锁，通过电磁力使销簧缩回达到拔销分离的目的。

背景技术

航天器的在轨状态有许多操作需要依靠分离器工作，目前，航天器上常用的分离器主要有火工品切割分离、利用记忆合金分离等方式。火工品切割分离的优点是可靠性高，但缺点是对航天器易产生污染以及具备一定的反作用力，若是较大的火工品，其产生的反作用力会使得航天器的姿态受到轻微的影响。此外，一些航天器上的光学设备，例如相机等设备的展开会尽量避免使用火工品，因为火工品有可能产生污染物附着在相机的镜头表面，对成像效果造成严重影响。而记忆合金分离的优点在于避免了污染以及作用力，但是其存在的缺点是机构的质量与体积相对较大，功耗大，分离依靠加热操作，不能在瞬间完成动作，因此分离的可靠性不是很高。

因此，目前存在一种需求，即需要一种小巧的拔销式分离器，瞬间完成操作，且功耗小、无污染和无反作用力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电磁力的航天器用分离器。这种分离器可以用于航天器不方便使用火工品的分离需求部位，在指令发出瞬间完成动作，同时避免产生污染以及反作用力。

本发明采用了如下的技术方案：

一种基于电磁力的航天器用分离器，包括上部斥力磁体，下部吸力磁体，软磁材料磁芯，电磁线圈，销簧和外壳体，外壳体内的底部中央设置下部吸力磁体，下部吸力磁体的上方设置软磁材料磁芯，软磁材料磁芯的侧面外均匀绕制有电磁线圈，软磁材料磁芯的顶部中央一体设置销簧，外壳体内的顶部设置上部斥力磁体，上部斥力磁体的中央位置开设有外壳凹槽，以在航天器用分离器闭锁状态下，销簧通过壳体凹槽而从外壳体突出，从而带动软磁材料磁芯向上离开下部吸力磁体，实现闭锁；当需要工作时，电磁线圈通电工作，软磁材料磁芯被线圈磁场磁化为与上部斥力磁体反向的磁场，与磁体产生斥力，同时与下部吸力磁体产生吸力，电磁线圈及销簧一体向后退，销簧凸出外壳的部分缩入外壳内，达到分离的目的。

其中，上部斥力磁体与下部斥力磁体均为永磁铁。

其中，壳体为航天器包络机构的外部结构。

其中，上部斥力磁体共两块，通过胶类粘接或螺钉栓接的方式固定于外壳内的上表面上。

其中，永磁体为钕铁硼材料。

其中，通过调节上部斥力磁体与软磁材料磁芯的接触面积改变它们的吸力大小。

其中，软磁材料磁芯是由有色金属材料的合金制成的圆柱体。

其中，有色金属材料为铁镍合金和或铁钴合金。

其中，电磁线圈的匝数以及通电的电压大小改变对软磁材料磁芯的磁化作用。

其中，锁簧通过胶类粘接或螺钉栓接的方式固定于软磁材料磁芯的上表面。

其中，锁簧使用无磁材料制造。

与现有技术相比，本发明的分离器反应时间短，瞬间完成动作达到解锁的目的，实施机构的重量轻，功耗低，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的基于电磁力的航天器用分离器处于闭锁状态的示意图。

图2本发明的基于电磁力的航天器用分离器处于解锁状态的示意图。

其中，11-上部斥力磁体，12-下部吸力磁体，21-软磁材料磁芯，22-线圈，3-销簧，4-壳体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的基于电磁力的航天器用分离器进行进一步说明，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。

本发明的基于电磁力的航天器用分离器的分离动作依靠电磁力完成，图1中为基于电磁力的航天器用分离器在闭锁状态下的结构示意图，图2为基于电磁力的航天器用分离器在解锁状态下的结构示意图。

本方法使用的永磁铁组合结构如图1所示，上部斥力磁体11共两块，通过胶类粘接或螺钉栓接的方式固定于壳体4的内部上表面上，永磁体通常使用钕铁硼材料，这种材料具有极高的磁能积和矫顽力，同时高能量密度的优点。当上部斥力磁体11与软磁材料磁芯21接触时，软磁材料磁芯21被上部斥力磁体11磁化，表现出与上部斥力磁体11相同的极化方向，因此被受到来自上部斥力磁体11的吸力，保持闭锁状态。此时下部吸力磁体12的极化方向与上部斥力磁体的极化方向相反，由于距离软磁材料磁芯21有一定的距离，因此下部吸力磁体12对于软磁材料磁芯21的磁化作用于上部斥力磁体11对于软磁材料磁芯21的磁化作用，而由于软磁材料磁芯21为一体结构，因此其整体体现被上部斥力磁体11磁化的效果，表现出于下部吸力磁体12相反的极化方向，因此此时软磁材料磁芯21与下部吸力磁体12之间体现为斥力，该斥力与前述与上部斥力磁体11的吸力保证了分离器的闭锁状态。在此结构中可以通过调节上部斥力磁体11与软磁材料磁芯21的接触面积来改变其吸力的大小，而通过增大软磁材料磁芯21与下部吸力磁体12的间距可以用来弱化下部吸力磁体的磁化作用，使得保证软磁材料磁芯21与下部吸力磁体12间为斥力而非吸力。

电磁线圈组合的结构如图所示，软磁材料磁芯21通常是由有色金属材料的合金制成的圆柱体，如铁镍合金、铁钴合金等，这些合金的优点是具有低矫顽力以及高磁导率，易被外磁场磁化而体现磁性。将铜线均匀绕制于软磁材料磁芯21外周，形成线圈22，在线圈22不通电时对软磁材料磁芯21不起作用。当线圈22正向通电时，根据其线圈的绕制方向，将对软磁材料磁芯21起到磁化作用，使得软磁材料磁芯21表现出与上部斥力磁体11相反的极化方向，因此在软磁材料磁芯21与上部斥力磁体11间产生较大的斥力；同时，该磁化效果将在软磁材料磁芯21与下部吸力磁体12间产生较大的吸力，此时，电磁线圈组合将向下移动。在电磁线圈组合结构中可以通过改变线圈的匝数以及通电的电压大小改变对软磁材料磁芯21的磁化效果，达到足够的斥力与吸力效果。

锁簧3通过胶类粘接或螺钉栓接的方式固定于软磁材料磁芯21上表面，锁簧3需要使用无磁材料制造，避免与上部斥力磁体11接触时产生力，起到阻碍电磁线圈组合活动的效果。锁簧3的长度根据具体产品的需求进行具体设计。

壳体4为包覆在分离器的外部的结构，本设计中将壳体4设计为圆柱形，但壳体4并不限于此形状。壳体4顶部开孔用于锁簧3的活动，内径符合电磁线圈组合，主要是线圈22的外径，需留有一定余量用于电磁线圈组合的活动，不能产生较大的摩擦力，必要时可进行一定的润滑。顶部开孔的孔径与锁簧3需要配合良好并通过公差留有一定余量，保证锁簧3与壳体4之间的摩擦力不会阻碍锁簧3的运动。

本方法进行操作时，线圈22中正向通电，根据线圈22的绕制方向，将在线圈22中心形成磁感应方向向上的磁场，磁场对软磁材料磁芯21形成磁化作用，使得软磁材料磁芯21在向上的方向上被饱和磁化，对外表现出极化方向向上的磁场，该磁场与上部斥力磁体11形成的磁场方向相反，因此在软磁材料磁芯21与上部斥力磁体11之间产生很大的斥力，斥力致使电磁线圈组合与锁簧3整体向下移动，在向下移动的同时，由于电磁线圈组合逐渐接近下部吸力磁体12，而下部吸力磁体12的极化方向与电磁线圈组合相同为向上，因此在软磁材料磁芯21与下部吸力磁体12之间产生逐渐增大的吸力，吸力将加速电磁线圈组合向下移动的速度并在接触后将软磁材料磁芯21牢牢吸合在下部吸力磁体12的上表面上。在此运动过程中，被紧固在软磁材料磁芯21上表面上的锁簧3锁着电磁线圈组合向下移动，锁簧3的顶端逐渐由凸出壳体4变为在壳体4内，如图2所示，因此达到解锁的目的。

尽管上文对本发明的具体实施方式给与了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以根据本发明的构想对上述事实方式进行各种等效的改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，

均应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电磁力的航天器用分离器，包括上部斥力磁体，下部吸力磁体，软磁材料磁芯，电磁线圈，销簧和外壳体，外壳体内的底部中央设置下部吸力磁体，下部吸力磁体的上方设置软磁材料磁芯，软磁材料磁芯的侧面外均匀绕制有电磁线圈，软磁材料磁芯的顶部中央一体设置销簧，外壳体内的顶部设置上部斥力磁体，上部斥力磁体的中央位置开设有外壳凹槽，以在航天器用分离器闭锁状态下，销簧通过壳体凹槽而从外壳体突出，从而带动软磁材料磁芯向上离开下部吸力磁体，实现闭锁；当需要工作时，电磁线圈通电工作，软磁材料磁芯被线圈磁场磁化为与上部斥力磁体反向的磁场，与磁体产生斥力，同时与下部吸力磁体产生吸力，电磁线圈及销簧一体向后退，销簧凸出外壳的部分缩入外壳内，达到分离的目的。

2.如权利要求1所述的航天器用分离器，其中，上部斥力磁体与下部斥力磁体均为永磁铁。

3.如权利要求1所述的航天器用分离器，其中，壳体为航天器包络机构的外部结构。

4.如权利要求1-3任一项所述的航天器用分离器，其中，上部斥力磁体共两块，通过胶类粘接或螺钉栓接的方式固定于外壳内的上表面上。

5.如权利要求1-3任一项所述的航天器用分离器其中，永磁体为钕铁硼材料。

6.如权利要求1-3任一项所述的航天器用分离器，其中，通过调节上部斥力磁体与软磁材料磁芯的接触面积改变它们的吸力大小。

7.如权利要求1-3任一项所述的航天器用分离器，其中，软磁材料磁芯是由有色金属材料的合金制成的圆柱体。

8.如权利要求1-3任一项所述的航天器用分离器，其中，有色金属材料为铁镍合金和或铁钴合金。

9.如权利要求1-3任一项所述的航天器用分离器，其中，电磁线圈的匝数以及通电的电压大小改变对软磁材料磁芯的磁化作用。

10.如权利要求1-3任一项所述的航天器用分离器，其中，锁簧通过胶类粘接或螺钉栓接的方式固定于软磁材料磁芯的上表面，锁簧使用无磁材料制造。