CN112928862B - 一种自供能量的缓冲复位一体化装置及其使用方法 - Google Patents

一种自供能量的缓冲复位一体化装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自供能量的缓冲复位一体化装置及其使用方法，装置包括动子模块、定子模块与馈能模块；动子模块由永磁体组和直杆构成，永磁体组固定在直杆上；定子模块分为前后相连的两段；第一段是电涡流阻尼管，它是导磁外管和导电内管构成的双层管结构；第二段是电磁线圈管，包括线圈绕组和线圈铁心，动子与定子同轴安装，动子能够在定子内做直线运动并保持一定的空气间隙；馈能模块包括整流器、储能装置、逆变器、充电开关和放电开关，线圈绕组通过充电开关与整流器相连接，整流器与储能装置相连接，线圈绕组与逆变器相连接，逆变器通过放电开关与储能装置相连接。

Description

一种自供能量的缓冲复位一体化装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及减振缓冲装置技术领域，特别是一种自供能量的缓冲复位一体化装置及其使用方法。
背景技术
发射装备在工作过程会受到猛烈的冲击载荷，制退复进装置可以延长冲击荷载的传递时间，降低冲击荷载的峰值，防止发射过程中结构损坏，并能实现后坐和复位功能。传统的制退复进装置主要由液压式制退机和空压式复进机构成，分别安置在发射装备两侧。这种方式存在如下缺点和局限性：(1)制退机结构复杂，承受强冲击荷载后漏油和其他事故频繁出现，维护工作繁重；(2)发射装备-制退机-复进机三管并列的方式使得发射装备偏心受力，影响发射精度。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种自供能量的缓冲复位一体化装置及其使用方法，能够消除现行制退复进装置的缺点，并且具有较高的可靠性和耐久性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种自供能量的缓冲复位一体化装置，包括动子模块、定子模块与馈能模块，
所述动子模块包括直杆和永磁体组，所述永磁体组与所述直杆固定连接；
所述定子模块包括相连的电涡流阻尼管和电磁线圈管，所述电涡流阻尼管包括内管和外管，所述内管为导电构件，所述外管为导磁构件，所述外管套设于所述内管的外侧；
所述电磁线圈管包括线圈绕组和线圈铁心，所述线圈铁心套设于所述线圈绕组的外侧，所述定子模块与所述动子模块同轴安装，所述动子模块能够在所述定子模块内做直线运动并与所述定子模块保持空气间隙；
所述馈能模块包括整流器、储能装置、逆变器、充电开关和放电开关，所述线圈绕组通过所述馈能模块中的充电开关与所述整流器相连接，所述整流器与所述储能装置相连接，所述线圈绕组与所述逆变器相连接，所述逆变器通过所述放电开关与所述储能装置相连接。
动子模块和定子模块分别与发射装备上有相对运动的两点相连。发射装备工作时，闭合与整流器相连的充电开关，断开与逆变器相连的放电开关。直杆受发射装备驱动，直杆带动永磁体组在导电内管的空腔内一起作直线运动。由电磁感应原理可知，当导电内管和永磁体组发生相对运动时，导电内管中会产生感应电涡流，感应电涡流与永磁体组相互作用，产生一个阻碍动子及发射装备运动的阻尼力，使动子和发射装备逐渐减速。当永磁体组逐渐穿过内管，进入线圈绕组的空腔时，线圈绕组发生电磁感应并产生感应电流和感应电动势，一方面感应电流经过整流器整流以后变成平稳的直流电流，以电能的形式储存在储能装置中，另一方面线圈绕组中的感应电流和永磁体组相互作用，产生阻碍动子及发射装备运动的电磁力，使直杆和发射装备进一步减速并直至停止运动。当直杆和发射装备停止运动后，闭合与逆变器相连的放电开关，并断开与整流器相连的充电开关。此时储能装置对外放电，并经过逆变器转化为线圈绕组中的交流电流，线圈绕组中的交变电流与永磁体组相互作用，驱动直杆和发射装备回复到初始位置。当直杆和发射装备回复到初始位置后，断开放电开关，系统准备进入下一个发射流程。
本发明所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置，由于内管不与永磁体组接触，所以避免了油阻尼器因密封带来的一系列问题。且由电磁感应原理产生制退时的阻尼力和复进回复力，工作过程无摩擦损耗。采用同一套装置实现制退和复进两种功能，一方面减轻了制退复进机的重量，另一方面该装置可与发射装置同轴安装，消除制退力的偏心问题，改善发射装置受力，大大提高发射精度。且回收制退能量，并由此实现复进能量的内能源自供能量。
作为本发明的优选方案，所述永磁体组包括若干个环形永磁体，所有所述环形永磁体平行于所述直杆轴线方向分布。
作为本发明的优选方案，所有所述环形永磁体均沿径向充磁，且相邻两个所述环形永磁体的充磁方向相反，相邻两个所述环形永磁体之间设有极靴，所述极靴为导磁构件。通过这种磁路构造形式可以提高气隙场中的电磁感应强度，提高内管中感应电涡流的强度和线圈绕组中的感应电动势，从而提高装置的耗能效率和能量回收效率。
作为本发明的优选方案，一半所述环形永磁体沿径向充磁，一半所述环形永磁体沿轴向充磁，且平行于所述直杆轴向方向构成Halbach磁路。通过Halbach磁路构造形式可以提高气隙场中的电磁感应强度，提高内管中感应电涡流的强度和线圈绕组中的感应电动势，从而提高装置的耗能效率和能量回收效率。此外，利用Halbach磁路可以消除直杆是否导磁对整体磁路的影响，从而扩大直杆的选材范围，扩大了装置的适用范围。
作为本发明的优选方案，所述线圈绕组为三相线圈绕组，所述线圈绕组为交流正弦绕组、无刷直流式绕组或模块化绕组。
作为本发明的优选方案，所述线圈绕组和所述内管的内径相同。保证线圈绕组和内管的内径相同，可以使永磁体组和内管及线圈绕组之间的气隙尽可能小。
作为本发明的优选方案，所述永磁体组和所述内管之间形成有气隙，且所述永磁体组和所述线圈绕组之间形成有气隙。
作为本发明的优选方案，所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置还包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件和所述直杆固定连接，所述第二连接件与所述定子模块固定连接，且所述第一连接件和所述第二连接件能够分别连接发射装备上有相对运动的两点。
作为本发明的优选方案，所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置还包括底盘，所述底盘与所述定子模块固定连接，所述第二连接件和所述底盘固定连接。
作为本发明的优选方案，所述电涡流阻尼管的两端分别设有第一法兰盘和第二法兰盘，所述电涡流阻尼管通过所述第二法兰盘与所述电磁线圈管固定连接，所述第一法兰盘和所述直杆之间还设有导向轴承。
作为本发明的优选方案，所述储能装置包括但不局限于蓄电池或超级电容。
作为本发明的优选方案，所述直杆为空心或实心圆管，所述永磁体组固定设置在所述直杆的圆周，且位于所述直杆的外部。
本发明还公开了一种自供能量的缓冲复位一体化装置的使用方法，使用本发明所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置，包括：
发射装备工作时，闭合所述充电开关，并断开所述放电开关；
当所述直杆和所述发射装备停止运动后，闭合所述放电开关，并断开所述充电开关；
当所述直杆和所述发射装备回复到初始位置后，断开所述放电开关。
本发明所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置的使用方法，操作简单，可简单实现制退和复进两种功能，并回收制退能量，实现复进能量的内能源自供能量。
作为本发明的优选方案，通过更换不同尺寸的所述内管与所述线圈绕组，进而改变所述内管与所述线圈绕组的相对长度，满足不同的缓冲控制要求。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置，由于内管不与永磁体组接触，所以避免了油阻尼器因密封带来的一系列问题。且由电磁感应原理产生制退时的阻尼力和复进回复力，工作过程无摩擦损耗。采用同一套装置实现制退和复进两种功能，一方面减轻了制退复进机的重量，另一方面该装置可与发射装置同轴安装，消除制退力的偏心问题，改善发射装置受力，大大提高发射精度。且回收制退能量，并由此实现复进能量的内能源自供能量。
2、本发明所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置的使用方法，操作简单，可简单实现制退和复进两种功能，并回收制退能量，实现复进能量的内能源自供能量。
附图说明
图1是本发明所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置的结构示意图。
图标：1-直杆，2-永磁体组，3-内管，4-外管，5-线圈绕组，6-线圈铁心，7-整流器，8-储能装置，9-逆变器，10-充电开关，11-放电开关，12-第一连接件，13-第二连接件，14-底盘，15-导向轴承，16-第一法兰盘，17-第二法兰盘。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，一种自供能量的缓冲复位一体化装置，包括动子模块、定子模块和馈能模块。
动子模块包括直杆1和永磁体组2，直杆1为一段实心或空心圆管，直杆1顺次沿第一法兰盘16和第二法兰盘17的中心孔穿过，并在内管3和线圈绕组5的腔体内做直线运动，永磁体组2固定连接在直杆1的外周缘，随直杆1一起做直线运动。永磁体组2和内管3之间形成有气隙，且永磁体组2和线圈绕组5之间形成有气隙。直杆1一端伸出内管3，直杆1的伸出端设有第一连接件12。
定子模块包括前后相连的电涡流阻尼管和电磁线圈管。
电涡流阻尼管包括内管3和外管4，外管4由导磁材料制成并套设于内管3的外侧。第一法兰盘16设置内管3和外管4的左端面（靠近直杆1的伸出端），第二法兰盘17设置内管3和外管4的右端面（远离直杆1的伸出端）。第一法兰盘16和直杆1之间还设有导向轴承15，用以对直杆1的运动进行导向。
电磁线圈管包括线圈绕组5和线圈铁心6，线圈铁心6由导磁材料制成，线圈铁心6套设于线圈绕组5的外侧，起到固定线圈绕组5的作用，线圈绕组5和内管3同轴设置，且线圈绕组5和内管3的内径相同。线圈绕组5和线圈铁心6的左端面（靠近直杆1的伸出端）通过第二法兰盘17与内管3和外管4的右端面固定连接，线圈绕组5和线圈铁心6的右端面（远离直杆1的伸出端）设置有底盘14，底盘14上设有第二连接件13。第一连接件12和第二连接件13能够分别连接发射装备上有相对运动的两点。
馈能模块包括整流器7、储能装置8、逆变器9、充电开关10和放电开关11，线圈绕组5设有三个线圈接头，三个线圈接头通过充电开关10与整流器7相连接，整流器7与储能装置8相连接，三个线圈接头与逆变器9相连接，逆变器9通过放电开关11与储能装置8相连接。
永磁体组2包括若干个环形永磁体，所有环形永磁体平行于直杆1轴线方向分布。所有环形永磁体均沿径向充磁，且相邻两个环形永磁体的充磁方向相反，相邻两个环形永磁体之间设有极靴，极靴由导磁材料制作而成。
线圈绕组5为三相线圈绕组，线圈绕组5为交流正弦绕组、无刷直流式绕组或模块化绕组。
储能装置8包括但不局限于蓄电池或超级电容。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在永磁体组2的结构形式不同，在本实施例中，永磁体组2包括若干个环形永磁体，所有环形永磁体平行于直杆1轴线方向分布。一半环形永磁体沿径向充磁，一半环形永磁体沿轴向充磁，且平行于直杆1轴向方向构成Halbach磁路。
实施例3
如图1所示，一种自供能量的缓冲复位一体化装置的使用方法，使用如实施例1或实施例2的一种自供能量的缓冲复位一体化装置，包括：
发射装备工作时，闭合充电开关10，并断开放电开关11。此时，直杆1受发射装备驱动，直杆1带动永磁体组2在导电内管3的空腔内一起作直线运动。由电磁感应原理可知，当导电内管3和永磁体组2发生相对运动时，内管3中会产生感应电涡流，感应电涡流与永磁体组2相互作用，产生一个阻碍直杆1及发射装备运动的阻尼力，使直杆1和发射装备逐渐减速。当永磁体组2逐渐穿过内管3，进入线圈绕组5的空腔时，线圈绕组5发生电磁感应并产生感应电流和感应电动势，一方面感应电流经过整流器7整流以后变成平稳的直流电流，以电能的形式储存在储能装置8中，另一方面线圈绕组5中的感应电流和永磁体组2相互作用，产生阻碍直杆1及发射装备运动的电磁力，使直杆1和发射装备进一步减速并直至停止运动。
当直杆1和发射装备停止运动后，闭合放电开关11，并断开充电开关10。此时，储能装置8对外放电，并经过逆变器9转化为线圈绕组5中的交流电流，线圈绕组5中的交变电流与永磁体组2相互作用，驱动直杆1和发射装备回复到初始位置。
当直杆1和发射装备回复到初始位置后，断开放电开关11，系统准备进入下一个发射流程。
即按照图1中的方向：充电开关10在直杆1从左向右运动时闭合，在直杆1停止运动时断开，放电开关11在直杆1从左向右运动时断开，在直杆1停止运动时闭合。
进一步地，通过更换不同尺寸的内管3与线圈绕组5，进而改变内管3与线圈绕组5的相对长度，满足不同的缓冲控制要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自供能量的缓冲复位一体化装置，其特征在于，包括动子模块、定子模块与馈能模块，
所述动子模块包括直杆（1）和永磁体组（2），所述永磁体组（2）与所述直杆（1）固定连接；
所述定子模块包括相连的电涡流阻尼管和电磁线圈管，所述电涡流阻尼管包括内管（3）和外管（4），所述内管（3）为导电构件，所述外管（4）为导磁构件，所述外管（4）套设于所述内管（3）的外侧；所述电磁线圈管包括线圈绕组（5）和线圈铁心（6），所述线圈铁心（6）套设于所述线圈绕组（5）的外侧，所述定子模块与所述动子模块同轴安装，所述动子模块能够在所述定子模块内做直线运动并与所述定子模块保持空气间隙；
所述馈能模块包括整流器（7）、储能装置（8）、逆变器（9）、充电开关（10）和放电开关（11），所述线圈绕组（5）通过所述馈能模块中的充电开关（10）与所述整流器（7）相连接，所述整流器（7）与所述储能装置（8）相连接，所述线圈绕组（5）与所述逆变器（9）相连接，所述逆变器（9）通过所述放电开关（11）与所述储能装置（8）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置，其特征在于，所述永磁体组（2）包括若干个环形永磁体，所有所述环形永磁体平行于所述直杆（1）轴线方向分布。
3.根据权利要求2所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置，其特征在于，所有所述环形永磁体均沿径向充磁，且相邻两个所述环形永磁体的充磁方向相反，相邻两个所述环形永磁体之间设有极靴，所述极靴为导磁构件。
4.根据权利要求2所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置，其特征在于，一半所述环形永磁体沿径向充磁，一半所述环形永磁体沿轴向充磁，且平行于所述直杆（1）轴向方向构成Halbach磁路。
5.根据权利要求1所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置，其特征在于，所述线圈绕组（5）为三相线圈绕组，所述线圈绕组（5）为交流正弦绕组、无刷直流式绕组或模块化绕组。
6.根据权利要求5所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置，其特征在于，所述线圈绕组（5）和所述内管（3）的内径相同。
7.根据权利要求1所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置，其特征在于，所述永磁体组（2）和所述内管（3）之间形成有气隙，且所述永磁体组（2）和所述线圈绕组（5）之间形成有气隙。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置，其特征在于，还包括第一连接件（12）和第二连接件（13），所述第一连接件（12）和所述直杆（1）固定连接，所述第二连接件（13）和所述定子模块连接，且所述第一连接件（12）和所述第二连接件（13）能够分别连接发射装备上有相对运动的两点。
9.一种自供能量的缓冲复位一体化装置的使用方法，其特征在于，使用如权利要求1-8任一所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置，包括：
发射装备工作时，闭合所述充电开关（10），并断开所述放电开关（11）；
当所述直杆（1）和所述发射装备停止运动后，闭合所述放电开关（11），并断开所述充电开关（10）；
当所述直杆（1）和所述发射装备回复到初始位置后，断开所述放电开关（11）。
10.根据权利要求9所述的一种自供能量的缓冲复位一体化装置的使用方法，其特征在于，通过更换不同尺寸的所述内管（3）与所述线圈绕组（5），进而改变所述内管（3）与所述线圈绕组（5）的相对长度，满足不同的缓冲控制要求。
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