CN113565716A - 一种电磁推力器结构及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁推力器结构及其应用，包括框架，框架前端面左右分别设有连接活动臂A的转轴A、连接活动臂B的转轴B，框架两侧的被推载体上设有第一电磁铁A、第一电磁铁B，活动臂A、活动臂B前端面上设有用于活动臂A、活动臂B展开的第二电磁铁A、第二电磁铁B，活动臂A的第一弧形条A、活动臂B的第一弧形条B上设有用于活动臂A、活动臂B展开后复位的第三电磁铁A、第三电磁铁B，活动臂A内侧面、活动臂B内侧面还设有第一永磁铁A、第一永磁铁B，活动臂A的第二弧形条A、活动臂B的第二弧形条B上设有第二永磁铁A、第二永磁铁B。本发明通过电磁推力器的结构设置实现对被推载体的推进驱动，并且装置结构简单有效，驱动方便且便于维护。
Description
技术领域
本发明涉及推力器技术领域，具体是涉及一种电磁推力器结构及其应用。
背景技术
霍尔推进器是航天发动机的一种，现在的航天发动机主要有化学火箭发动机，核火箭发动机，电子火箭发动机等三种，而霍尔发动机属于电子火箭发动机，现在比较常用的是化学火箭发动机。但是因为化学燃料比较重，加载有限，不能提供长时间的动力供应，只使用了普通的火箭发射，而对于长期在太空中飞行航天器就不适用了。
但是目前霍尔推进器由于技术等问题，现有的霍尔推进器推力过小，通常为1～5牛；因此，为了解决化学燃料过重，加载有限且不能提供长时间的动能供应问题以及推力大小等问题，现需要一种新型的推力器给航天飞行器提供源源不断的动力，这样就能推动航天器长时间在太空中执行各种科研任务。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电磁推力器结构及其应用。
本发明的技术方案是：一种电磁推力器结构，包括：
用于搭载各个构件的框架，所述框架前端面左右分别设有用于转动连接活动臂A的转轴A、用于转动连接活动臂B的转轴B，所述框架后端面与被推载体连接，
用于为第二电磁铁A、第二电磁铁B对应产生磁斥力的第一电磁铁A、第一电磁铁B，所述第一电磁铁A、第一电磁铁B分别设于框架两侧的被推载体上，并通过支撑架与被推载体连接，
用于与第一电磁铁A配合使活动臂A通过转轴A转动展开的第二电磁铁A，用于与第一电磁铁B配合使活动臂B通过转轴B转动展开的第二电磁铁B，所述第二电磁铁A设置于活动臂A的前端面上，所述第二电磁铁B设置于活动臂B的前端面上，
用于活动臂A、活动臂B展开后复位的第三电磁铁A、第三电磁铁B，所述第三电磁铁A与活动臂A内侧面设有的第一弧形条A端面连接，所述第三电磁铁B与活动臂B内侧面设有的第一弧形条B端面连接，
用于为第二永磁铁A、第二永磁铁B对应产生磁吸力的第一永磁铁A、第一永磁铁B，所述第一永磁铁A设于活动臂A的内侧面上，所述第一永磁铁B设于活动臂B的内侧面上，
用于与第一永磁铁A磁吸使活动臂B保持复位的第二永磁铁B，用于与第一永磁铁B磁吸使活动臂A保持复位的第二永磁铁A，所述第二永磁铁A与活动臂A内侧面设有的第二弧形条A端面连接，所述第二永磁铁B与活动臂B内侧面设有的第二弧形条B端面连接。
进一步地，所述被推载体上可等角度设置有多组电磁推力器，用于控制对应角度设置的电磁推力器进行转向等控制。
更进一步地，所述电磁推力器设有8组，8组电磁推力器等45°角度设置于被推载体上。通过8组电磁推力器的电路并联设置，由同一直流电源供电并设置总开关，且8组电磁推力器均设单独控制的供电开关，8组电磁推力器同时工作时可使被推载体进行直线向前运动，若想向某个方向进行偏转转向时，只需给所需转向方向的电磁推力器关闭即可，控制操作简单，且推动效果好。
更进一步地，所述电磁推力器设有24组，24组电磁推力器等15°角度设置于被推载体上。通过上述24组环形分布的方式，可以将其差分间隔分为3组，使其具有两组备用组以及一组工作组，在实际使用过程中可以对其进行定期切换或者在一组故障时进行另一组的切换，从而保证推力作用的持续运行，并且采用两组备用组以及一组工作组的设置能够有效的延长各个电磁推力器的使用寿命。
更进一步地，所述电磁推力器设有3×8组，每8组为一环由内到外分布在被推载体上，且每环的8组电磁推力器等45°角度设置。通过上述3×8组的三环形分布的方式，使其具有两组备用组以及一组工作组，在实际使用过程中可以对其进行定期切换或者在一组故障时进行另一组的切换，从而保证推力作用的持续运行，并且采用两组备用组以及一组工作组的设置能够有效的延长各个电磁推力器的使用寿命。
进一步地，所述转轴A、转轴B、活动臂A、活动臂B、支撑架以及框架均采用铝合金材料。选用铝合金材料，其材质轻不会造成被推载体整体重量的增加，同时铝合金材料不具有磁性，不易受到各个电磁铁或永磁铁的影响，从而保证电磁推力器的稳定运行。
进一步地，所述电磁推力器通过连接板与被推载体可拆卸连接，所述框架、支撑架与连接板固定连接。通过连接板的设置可以提高电磁推力器的整体性，从而更加便于将其安装在被推载体上。
进一步地，所述第一弧形条A、第二弧形条B均为双层结构，所述双层结构的中间设有使第一弧形条B、第二弧形条B穿过的空隙。通过上述设置可以提高活动臂A、活动臂B的传动稳定性，并且提高第三电磁铁A、第三电磁铁B之间磁斥力的作用效果。
一种电磁推力器结构的应用，所述电磁推力器应用于真空环境中，但不仅限于以上环境中。
本发明的有益效果是：本发明的电磁推力器利用多组电磁铁的配合作用，通过电磁推力器的结构设置实现对被推载体的推进驱动，并且装置结构简单有效，驱动方便且便于维护，可应用于低密度介质环境或航空领域中。
附图说明
图1是本发明电磁推力器的初始状态结构示意图。
图2是本发明电磁推力器的初始状态结构俯视图。
图3是本发明电磁推力器的展开状态结构示意图。
图4是本发明电磁推力器的展开状态结构俯视图。
图5是本发明电磁推力器的电路连接示意图。
图6是本发明实施例1电磁推力器设置方案示意图。
图7是本发明实施例1电磁推力器设置方案俯视图。
图8是本发明实施例2电磁推力器设置方案示意图。
图9是本发明实施例2电磁推力器设置方案俯视图。
图10是本发明实施例3电磁推力器设置方案示意图。
图11是本发明实施例3电磁推力器设置方案俯视图。
其中，1-框架、11-转轴A、12-转轴B、2-活动臂A、21-第一电磁铁A、22-第二电磁铁A、23-第三电磁铁A、24-第一永磁铁A、25-第二永磁铁A、26-第一弧形条A、27-第二弧形条A、3-活动臂B、31-第一电磁铁B、32-第二电磁铁B、33-第三电磁铁B、34-第一永磁铁B、35-第二永磁铁B、36-第一弧形条B、37-第二弧形条B、4-支撑架、5-被推载体、6-连接板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。
实施例1
如图1-4所示，一种电磁推力器结构，包括：
用于搭载各个构件的框架1，所述框架1前端面左右分别设有用于转动连接活动臂A2的转轴A11、用于转动连接活动臂B3的转轴B12，所述框架1后端面与被推载体5连接，
用于为第二电磁铁A22、第二电磁铁B32对应产生磁斥力的第一电磁铁A21、第一电磁铁B31，所述第一电磁铁A21、第一电磁铁B31分别设于框架1两侧的被推载体5上，并通过支撑架4与被推载体5连接，所述电磁推力器通过连接板6与被推载体5可拆卸连接，所述框架1、支撑架4与连接板6固定连接；
用于与第一电磁铁A21配合使活动臂A2通过转轴A11转动展开的第二电磁铁A22，用于与第一电磁铁B31配合使活动臂B3通过转轴B12转动展开的第二电磁铁B32，所述第二电磁铁A22设置于活动臂A2的前端面上，所述第二电磁铁B32设置于活动臂B3的前端面上，
用于活动臂A2、活动臂B3展开后复位的第三电磁铁A23、第三电磁铁B33，所述第三电磁铁A23与活动臂A2内侧面设有的第一弧形条A26端面连接，所述第三电磁铁B33与活动臂B3内侧面设有的第一弧形条B36端面连接，
用于为第二永磁铁A25、第二永磁铁B35对应产生磁吸力的第一永磁铁A24、第一永磁铁B34，所述第一永磁铁A24设于活动臂A2的内侧面上，所述第一永磁铁B34设于活动臂B3的内侧面上，
用于与第一永磁铁A24磁吸使活动臂B3保持复位的第二永磁铁B35，用于与第一永磁铁B34磁吸使活动臂A2保持复位的第二永磁铁A25，所述第二永磁铁A25与活动臂A2内侧面设有的第二弧形条A27端面连接，所述第二永磁铁B35与活动臂B3内侧面设有的第二弧形条B37端面连接，所述第一弧形条A26、第二弧形条B27均为双层结构，其双层结构的中部设有使第一弧形条B36、第二弧形条B37穿过的空隙层，通过上述设置可以提高活动臂A2、活动臂B3的传动稳定性，并且提高第三电磁铁A23、第三电磁铁B33之间磁斥力的作用效果；
如图6、7所示，所述被推载体5上可等角度设置有8组电磁推力器，用于控制对应角度设置的电磁推力器进行转向等控制，所述电磁推力器设有8组，8组电磁推力器等45°角度设置于被推载体5上。通过8组电磁推力器的电路并联设置，由同一直流电源供电并设置总开关，且8组电磁推力器均设单独控制的供电开关，8组电磁推力器同时工作时可使被推载体5进行直线向前运动，若想向某个方向进行偏转转向时，只需给所需转向方向的电磁推力器关闭即可，控制操作简单，且推动效果好。
所述转轴A11、转轴B12、活动臂A2、活动臂B3、支撑架4以及框架1均采用铝合金材料，具体为7系铝合金。选用铝合金材料，其材质轻不会造成被推载体5整体重量的增加，同时铝合金材料不具有磁性，不易受到各个电磁铁或永磁铁的影响，从而保证电磁推力器的稳定运行；且所述活动臂A2、活动臂B3均为外侧面平面结构，内侧面锥面结构，从而使其保持从初始状态切换至展开状态时的阻力大于由展开状态切换回初始状态时的阻力。
如图5所示，K为电磁推力器的电路总开关；β为第一电磁铁A21与第一电磁铁B31、第二电磁铁A22与第二电磁铁B32支电路的即时开关触点；Φ为第三电磁铁A23与第三电磁铁B33支电路的即时开关触点，并且第三电磁铁A23与第三电磁铁B33支电路的即时开关触点Φ的两端触片分别与对应一侧的活动臂A2的延长板、活动臂B3的延长板连接；
①1、①2分别为第一电磁铁A21与第一电磁铁B31、第二电磁铁A22与第二电磁铁B32支电路、第三电磁铁A23与第三电磁铁B33支电路中的两个电流调节器，其作用是调解两支路电流大小，使第二电磁铁A22与第二电磁铁B32弹离时的即时速度和被第三电磁铁A23与第三电磁铁B33作用使第二电磁铁A22与第二电磁铁B32复位的即时速度大小值必须相等，也就是说，第二电磁铁A22与第二电磁铁B32回到第一电磁铁A21与第一电磁铁B31的即时速度等于或略大于被第一电磁铁A21与第一电磁铁B31弹离第二电磁铁A22与第二电磁铁B32的即时速度；
通过第一永磁铁A24、第一永磁铁B34使K在断开时，保持电磁推力器的初始状态，即复位后状态，同时使第一电磁铁A21与第一电磁铁B31、第二电磁铁A22与第二电磁铁B32支电路的即时开关触点β处电路保持接通状态。
上述电磁推力器的工作原理为：如图5所示，当电路总开关K闭合时，第一电磁铁A21与第二电磁铁A22，第一电磁铁B31与第二电磁铁B32之间分别同时产生等强电磁斥力，由于初始状态下的第一电磁铁A21与第二电磁铁A22产生的磁强度远大于第二电磁铁A22、第二电磁铁B32，且第一电磁铁A21、第一电磁铁B31固定在被推载体5上，所以第二电磁铁A22、第二电磁铁B32被第一电磁铁A21、第一电磁铁B31所产生的等强电磁斥力瞬时弹开，并且此时β触点分离断电，使其分别以转轴A11、转轴B12为轴心，以W的角速度进行摆动，由于电磁推力器第一、第二弧形条的设置限制使其摆动角度不超过45°，
如图1切换至图3状态过程中，当活动臂A2、活动臂B3摆动至展开状态时，Φ触点电路接通，此时，第三电磁铁A23与第三电磁铁B33之间产生强电磁斥力，并配合第二永磁铁A25、第二永磁铁B35之间产生的永磁斥力的共同作用下，使活动臂A2、活动臂B3摆动急减速至零并以等于或略大于w的角速度向反方向摆动，此时，Φ触点分离断电，活动臂A2、活动臂B3以惯性同步对称向前摆动，当第二电磁铁A22、第二电磁铁B32分别与第一电磁铁A21、第一电磁铁B31即将接触时，β触点电路接通，第一电磁铁A21与第二电磁铁A22，第一电磁铁B31与第二电磁铁B32之间又分别产生等强电磁斥力；重复上述原理运行，从而使活动臂A2、活动臂B3进行往复摆动，使得被推载体5在电磁推力器的作用下加速向前运动；
由于在来回摆动过程中，存在转轴A11、转轴B12动摩擦耗能等因素，而且若第三电磁铁A23、第三电磁铁B33是永磁铁的话，在其减速至零调头回转的能量转换过程中一定有相当的能量损耗，而且也不能为活动臂A2、活动臂B3回转至初始状态提供瞬时电磁斥力，所以，第三电磁铁A23、第三电磁铁B33必须为电磁铁才能在此进行能量补偿以满足第二电磁铁A22、第二电磁铁B32回到初始状态的即时速度等于或略大于被第一电磁铁A21、第一电磁铁B31弹离的即时速度。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，如图8、9所示，所述被推载体5上可等角度设置有24组电磁推力器，用于控制对应角度设置的电磁推力器进行转向等控制，所述电磁推力器设有24组，24组电磁推力器等15°角度设置于被推载体5上；通过上述24组环形分布的方式，可以将其差分间隔分为3组，使其具有两组备用组以及一组工作组，在实际使用过程中可以对其进行定期切换或者在一组故障时进行另一组的切换，从而保证推力作用的持续运行，并且采用两组备用组以及一组工作组的设置能够有效的延长各个电磁推力器的使用寿命。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，如图10、11所示，所述被推载体5上可等角度设置有24组电磁推力器，用于控制对应角度设置的电磁推力器进行转向等控制，所述电磁推力器设有3×8组，每8组为一环由内到外分布在被推载体5上，且每环的8组电磁推力器等45°角度设置；通过上述3×8组的三环形分布的方式，使其具有两组备用组以及一组工作组，在实际使用过程中可以对其进行定期切换或者在一组故障时进行另一组的切换，从而保证推力作用的持续运行，并且采用两组备用组以及一组工作组的设置能够有效的延长各个电磁推力器的使用寿命。
Claims (10)
1.一种电磁推力器结构，其特征在于，包括：
用于搭载各个构件的框架(1)，所述框架(1)前端面左右分别设有用于转动连接活动臂A(2)的转轴A(11)、用于转动连接活动臂B(3)的转轴B(12)，所述框架(1)后端面与被推载体(5)连接，
用于为第二电磁铁A(22)、第二电磁铁B(32)对应产生磁斥力的第一电磁铁A(21)、第一电磁铁B(31)，所述第一电磁铁A(21)、第一电磁铁B(31)分别设于框架(1)两侧的被推载体(5)上，并通过支撑架(4)与被推载体(5)连接，
用于与第一电磁铁A(21)配合使活动臂A(2)通过转轴A(11)转动展开的第二电磁铁A(22)，用于与第一电磁铁B(31)配合使活动臂B(3)通过转轴B(12)转动展开的第二电磁铁B(32)，所述第二电磁铁A(22)设置于活动臂A(2)的前端面上，所述第二电磁铁B(32)设置于活动臂B(3)的前端面上，
用于活动臂A(2)、活动臂B(3)展开后复位的第三电磁铁A(23)、第三电磁铁B(33)，所述第三电磁铁A(23)与活动臂A(2)内侧面设有的第一弧形条A(26)端面连接，所述第三电磁铁B(33)与活动臂B(3)内侧面设有的第一弧形条B(36)端面连接，
用于为第二永磁铁A(25)、第二永磁铁B(35)对应产生磁吸力的第一永磁铁A(24)、第一永磁铁B(34)，所述第一永磁铁A(24)设于活动臂A(2)的内侧面上，所述第一永磁铁B(34)设于活动臂B(3)的内侧面上，
用于与第一永磁铁A(24)磁吸使活动臂B(3)保持复位的第二永磁铁B(35)，用于与第一永磁铁B(34)磁吸使活动臂A(2)保持复位的第二永磁铁A(25)，所述第二永磁铁A(25)与活动臂A(2)内侧面设有的第二弧形条A(27)端面连接，所述第二永磁铁B(35)与活动臂B(3)内侧面设有的第二弧形条B(37)端面连接。
2.如权利要求1所述的一种电磁推力器结构，其特征在于，所述被推载体(5)上可等角度设置有多组电磁推力器，用于控制对应角度设置的电磁推力器进行转向等控制。
3.如权利要求2所述的一种电磁推力器结构，其特征在于，所述电磁推力器设有8组，8组电磁推力器等45°角度设置于被推载体(5)上。
4.如权利要求2所述的一种电磁推力器结构，其特征在于，所述电磁推力器设有24组，24组电磁推力器等15°角度设置于被推载体(5)上。
5.如权利要求2所述的一种电磁推力器结构，其特征在于，所述电磁推力器设有3×8组，每8组为一环由内到外分布在被推载体(5)上，且每环的8组电磁推力器等45°角度设置。
6.如权利要求1所述的一种电磁推力器结构，其特征在于，所述转轴A(11)、转轴B(12)、活动臂A(2)、活动臂B(3)、支撑架(4)以及框架(1)均采用铝合金材料。
7.如权利要求1所述的一种电磁推力器结构，其特征在于，所述电磁推力器通过连接板(6)与被推载体(5)可拆卸连接，所述框架(1)、支撑架(4)与连接板(6)固定连接。
8.如权利要求1所述的一种电磁推力器结构，其特征在于，所述框架(1)采用铝合金材料制成。
9.如权利要求1所述的一种电磁推力器结构，其特征在于，所述第一弧形条A(26)、第二弧形条B(27)均为双层结构，所述双层结构的中间设有使第一弧形条B(36)、第二弧形条B(37)穿过的空隙。
10.如权利要求1-9任意一项所述的一种电磁推力器结构的应用，其特征在于，所述电磁推力器应用于真空环境中。
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