CN112087118A - 一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速装置和方法，通过相对设置的第一电磁减缓模块（100）和第二电磁缓冲模块（200），对所述第一电磁减缓模块（100）中通过对多个第一电磁激励模块（103）通电，对所述第二电磁缓冲模块（200）中通过对多个连接有超导模块的第二电磁激励装置（203）通电，让第一电磁减缓模块（100）和第二电磁缓冲模块（200）通过通电实现电磁感应效应，电磁缓冲模块间产生可控斥力进行减速。本发明结构相对简单，适用于极端环境减速缓冲领域，并可实现非接触虚拟固联；超导材料的引入可实现磁通钉扎效应的有效利用。

Description

一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速装置及方法

技术领域

本发明涉及极端恶劣环境减速缓冲技术领域，具体涉及一种用于极端非结构环境的非接触缓冲减速方法。

背景技术

随着航空、航天、深海、深地等相关科学与工程领域一大批任务的策划与实施，迫切需要解决极端条件如高低温、高真空、高压、强辐射及强未知环境下的相关任务装备的缓冲减速问题。在极端非结构环境下，缓冲减速在使用过程中零部件的有效更换可能会非常困难。

目前的大多数缓冲减速方法尤其极端环境下的缓冲减速技术由于缓冲减速模块间间的强接触、强约束等因素的存在会导致几个问题。首先极端环境如高真空下，难以实现氧化膜的有效润滑而导致冷焊。第二，强辐射(如太空环境、核电环境)会导致原子氧的侵蚀，从而使施动模块与被动模块难以实现有效联结。第三，高低温环境会导致机械零部件存在较强的热胀冷缩作用，使机械性能下降。第四，强未知环境致使有人现场操作难以实现，而对需要频繁多次多角度进行缓冲减速任务而言，遥操作或自主操作机器人可能成为一个主要的解决途径，但往往会存在系统复杂、感知信息需求量大等问题，使任务执行效费比大大下降。因此设计研发低成本的缓冲减速技术已经成为这一领域的一个热点和难点，有着重要的研究价值和广阔的应用前景。

基于磁的缓冲减速方法是一个有效的解决途经，其具有非接触特性，目前已应用的方面包括电磁刹车装置等，但由于电磁力的高度非线性，在可接受的尺度范围内其作用距离很短，尚难以应用于大型快速运动物体间的减速缓冲。对超导磁体而言，其特有的磁通钉扎特性即通过其先天存在的缺陷产生对磁通线的钉扎作用从而起到减缓速度并保持位置的作用，因此将作为本发明的一个切入点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于磁通钉扎特性的非接触减速缓冲装置和方法，该装置不需一些接触缓冲装置从而提高极端环境的可用性。

本发明的技术方案如下：

一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速装置，其特征在于：

包括相向设置的第一电磁减缓模块（100）和第二电磁缓冲模块（200）；

其中，

所述第一电磁减缓模块（100）包括了第一综合能源单元（101），安装到所述第一综合能源单元（101）上的第一安装盘（102），所述第一安装盘（102）上卡合安装有多个第一电磁激励模块（103），所述第一电磁激励模块（103）内套设有缠绕有导线的第一铁芯（104），所述导线连接所述第一电磁减缓模块（100）上的第一电源接口（1012）；

所述第二电磁缓冲模块（200）包括了第二综合能源单元（201），安装到所述第二综合能源单元（201）上的第二安装盘（202），所述第二安装盘（202）中间安装有杜瓦管（207），所述第二安装盘（202）上还安装有对应所述第一电磁激励模块（103）数量的第二电磁激励装置（203），所述第二电磁激励装置（203）内套设有缠绕有导线的第二铁芯（204），所述第二铁芯（204）连接所述第二电磁缓冲模块（200）上的第二电源接口（2022），所述杜瓦管（207）的端部还套设连接到超导模块内，所述超导模块包括了冷却液杜瓦容器（205）以及设置到其内部的有超导块材（206）。

进一步的，所述超导块材（206）为YBCO材料。

进一步的，所述第一电磁激励模块（103）的数量为三个；所述第二电磁激励装置（203）的数量为三个。

进一步的，所述第二综合能源单元（201）内设置有冷却液输送机构，所述冷却液输送机构用于将冷却液通过杜瓦管输送至超导模块内。

进一步的，所述第一综合能源单元（101）设置有用于安装所述第一安装盘（102）的第一固联安装接口（1011）。

进一步的，所述第二综合能源单元（201）设置有用于安装所述第二安装盘（202）的第二固联安装接口（2011）。

一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速方法，其特征在于，所述方法为：

通过相对设置的第一电磁减缓模块（100）和第二电磁缓冲模块（200），对所述第一电磁减缓模块（100）中通过对多个第一电磁激励模块（103）通电，对所述第二电磁缓冲模块（200）中通过对多个连接有超导模块的第二电磁激励装置（203）通电，让第一电磁减缓模块（100）和第二电磁缓冲模块（200）通过通电实现电磁感应效应，电磁缓冲模块间产生可控斥力进行减速。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明结构相对简单，适用于极端环境减速缓冲领域，并可实现非接触虚拟固联；超导材料的引入可实现磁通钉扎效应的有效利用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明第一电磁减缓模块的爆炸图；

图3是本发明第二电磁减缓模块的爆炸图；

图中：

100-第一电磁减缓模块；

101-第一综合能源单元；1011-第一固联安装接口；1012-第一电源接口；102-第一安装盘；1021-第一安装孔；103-第一电磁激励模块；104-第一铁芯；1041第一铁芯末端；

200-第二电磁缓冲模块；

201-第二综合能源单元；2011-第二固联安装接口；2012-第二电源接口；2023-冷却液输送口；202-第二安装盘；2021-第二安装孔；2022-冷却液安装孔；203-第二电磁激励装置；204-第二铁芯；2041-第二铁芯末端；205-冷却液杜瓦容器；206-超导块材；207-杜瓦管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1-图3，本发明一较佳实施例所述的一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速装置，

本实施例拟实现在非接触情况下通过超导模块的磁通钉扎效应与电磁减缓实现第一电磁缓冲模块100与第二电磁缓冲模块200间的运动减缓作用。

具体来说，减缓作用分为两段，第一段由第一电磁激励模块103与第二电磁激励模块203分别通电产生斥力，使第一电磁缓冲模块100与第二电磁缓冲模块200相向速度减缓；第二段由超导模块在末端产生钉扎力，使第一电磁缓冲模块100与第二电磁缓冲模块200最终实现相对静止状态，并常态保持。

如图2所示，本实施例提供一种第一电磁缓冲模块100，以实现初段缓冲功能，并给远处超导体提供磁通线。包括第一综合能源单元101，第一固联安装接口1011，多个第一电源接口1012。第一安装盘102与第一固联安装接口1011固联。第一安装盘102上留有三个第一安装孔1021，分别对应第一综合能源单元101内的磉第一电源接口1012，并将电源接口外露。

第一电磁激励模块103安装到第一安装孔1021内，并可产生一组电磁力。具体应用如下，第一铁芯104上缠绕由良导体金属导线(如铜、银等)，并引出导线正负极两根导线。第一铁芯末端1041与第一安装盘102的第一安装孔1021固联，导线则与第一电源接口1012相连，形成电磁感应回路。

如图3所示，第二电磁缓冲模块200。包括第二综合能源单元201，第二固联安装接口2011，第二电源接口2022，以及冷却液(如液氮)输送接口75。第二安装盘202与第二固联安装接口2011固联。第二安装盘202上留有第二安装孔2021和冷却液安装孔2022，分别对应第二电源接口2012，以及冷却液输送接口（位于第二综合能源单元201上），并将接口外露。第二铁芯201，第二电磁激励装置203以及第二电源接口2012形成一个电磁感应回路。

本实施例中，第一电磁激励模块103与第二电磁激励模块203分别通电产生斥力，从而满足减缓需求，具有非接触特点。

冷却液杜瓦管205连接冷却液输送接口与冷却液杜瓦容器205，高温超导块材(如YBCO材料)206固联在杜瓦容器中。冷却液由冷却液输送接口流出，经过杜瓦管207送至杜瓦容器205中，从而使高温超导块材达到超导态。

本实施例中，达到超导态的超导块材通过其先天不可避免的缺陷捕获电磁激理装置产生的磁场，从而与第一电磁缓冲模块100形成磁通钉扎效应，并最终实现减速缓冲并保持常态的相对静止实现虚拟固联的目的。

一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速方法，所述方法为：通过相对设置的第一电磁减缓模块100和第二电磁缓冲模块200，对所述第一电磁减缓模块100中通过对多个第一电磁激励模块103通电，对所述第二电磁缓冲模块200中通过对多个连接有超导模块的第二电磁激励装置203通电，让第一电磁减缓模块100和第二电磁缓冲模块200通过通电实现电磁感应效应，电磁缓冲模块间产生可控斥力进行减速。

本发明中的第一综合能源单元本身内设置有交流电输送装置，交流电输送装置为常见的交流电输送装置，一般其设置有储能电池，通过控制器将储能的电能转化成交流电输送出去。

本发明中的综合能源单元本身内设置有冷却液输送装置和交流电输送装置，冷却液输送装置和交流电输送装置均采用现有技术中成熟的机构，冷却液输送装置至少是包括了冷却液储存桶、输送泵机构、输送管道，冷却液储存桶内储存由低温液化气体，一般为液氮，输送泵机构用于将冷却液储存桶内的液体通过输送管道进行循环输送。交流电输送装置为常见的交流电输送装置，一般其设置有储能电池，通过控制器将储能的电能转化成交流电输送出去。

本发明结构相对简单，适用于极端环境下的减速缓冲技术领域，并可实现非接触虚拟固联。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速装置，其特征在于：

包括相向设置的第一电磁减缓模块（100）和第二电磁缓冲模块（200）；

其中，

所述第一电磁减缓模块（100）包括了第一综合能源单元（101），安装到所述第一综合能源单元（101）上的第一安装盘（102），所述第一安装盘（102）上卡合安装有多个第一电磁激励模块（103），所述第一电磁激励模块（103）内套设有缠绕有导线的第一铁芯（104），所述导线连接所述第一电磁减缓模块（100）上的第一电源接口（1012）；

所述第二电磁缓冲模块（200）包括了第二综合能源单元（201），安装到所述第二综合能源单元（201）上的第二安装盘（202），所述第二安装盘（202）中间安装有杜瓦管（207），所述第二安装盘（202）上还安装有对应所述第一电磁激励模块（103）数量的第二电磁激励装置（203），所述第二电磁激励装置（203）内套设有缠绕有导线的第二铁芯（204），所述第二铁芯（204）连接所述第二电磁缓冲模块（200）上的第二电源接口（2022），所述杜瓦管（207）的端部还套设连接到超导模块内，所述超导模块包括了冷却液杜瓦容器（205）以及设置到其内部的有超导块材（206）。

2.根据权利要求1所述的一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速装置，其特征在于：所述超导块材（206）为YBCO材料。

3.根据权利要求1所述的一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速装置，其特征在于：所述第一电磁激励模块（103）的数量为三个；所述第二电磁激励装置（203）的数量为三个。

4.根据权利要求1所述的一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速装置，其特征在于：所述第二综合能源单元（201）内设置有冷却液输送机构，所述冷却液输送机构用于将冷却液通过杜瓦管输送至超导模块内。

5.根据权利要求1所述的一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速装置，其特征在于：所述第一综合能源单元（101）设置有用于安装所述第一安装盘（102）的第一固联安装接口（1011）。

6.根据权利要求1所述的一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速装置，其特征在于：所述第二综合能源单元（201）设置有用于安装所述第二安装盘（202）的第二固联安装接口（2011）。

7.根据权利要求1-6所述的一种用于极端非结构环境的非接触式缓冲减速方法，其特征在于，所述方法为：

通过相对设置的第一电磁减缓模块（100）和第二电磁缓冲模块（200），对所述第一电磁减缓模块（100）中通过对多个第一电磁激励模块（103）通电，对所述第二电磁缓冲模块（200）中通过对多个连接有超导模块的第二电磁激励装置（203）通电，让第一电磁减缓模块（100）和第二电磁缓冲模块（200）通过通电实现电磁感应效应，电磁缓冲模块间产生可控斥力进行减速。

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