CN114256471B - 蓄力临界激活机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涉及激活装置领域的蓄力临界激活机构，包括扳手、主动轴、蓄力扭簧以及激活器，扳手周向定位主动轴一端，主动轴另一端通过蓄力扭簧连接激活器；通过扣动扳手使主动轴进行转动，主动轴带动蓄力扭簧持续蓄力，当蓄力扭簧的压缩量达到临界值时，激活器通过蓄力扭簧释放能量实现激活。本发明通过扳动扳手驱动衔铁转动，使通过线圈的磁通发生突变，从而产生感应电动势，直接将人的机械能转换为电能，不依靠外部能源即可完成激活；依靠扭簧蓄能，当扭簧压缩量达到临界值时扭簧释放能量实现激活，因此输出能量与操作人和操作手法无关，输出电压一致性较好。

Description

蓄力临界激活机构

技术领域

本发明涉及激活装置领域，具体地，涉及一种不依靠外部能源，输出较高一致的性脉冲电压、具有蓄能并瞬时触发功能的激活装置。尤其是，涉及蓄力临界激活机构。

背景技术

热电池由于比能量高、存储存期长、温度范围宽、供电电压高且结构简单可靠等优点，被广泛应用于军事和太空领域。热电池的激活方式主要有机械撞击、外设电源和无源激活三种。

机械激活一般采用击针-火帽式结构，其触发方式简单可靠，但是触发钝感低，能量一致性差，易误触，安全裕度较低。

外设电源式激活机构结构简单，只需烧结接通电点火头的极柱，通过外部电源激活电点火头。但外设电源式激活只适用于空间和重量要求不高的场合，且目前锂电池普遍认可的技术水平为25℃时月自放电率2％，且在高温下电池副反应速度加剧，自放电率加大。因此锂电池的日历寿命无法满足对电池长期存放的要求，外设电源的激活方式具有较大局限性。

无源激活以法拉第电磁感应定律为依据，通过导体运动或磁场强度变化产生感应电动势。根据这一原理，国内外先后研发了不同类型的热电池激活装置。磁后坐发电机利用发射后坐力或撞击目标的反作用力驱动永磁体在磁场中做直线运动，引起线圈磁通量的变化，从而产生感应电动势。具有耐恶劣环境、激活速度快、储存时间长等优点，但是磁后坐发电机需要依靠弹发射过程的巨大冲力，应用场景较为单一。电磁式振动能量采集器通过频率放大装置将磁铁和线圈的微振动放大，并将放大后振动动能转换为电能储存于电容器中，供激活热电池所用。该设计具有体积小，能量转化率高等优点，但该装置依靠微振动产生能量并储存，能量来源可靠性低，需要额外配备储能电池，占用装备更多空间和重量。

综上，目前热电池的激活方式难以同时满足能量来源安全可靠，激活输出能量一致，储存时间长，尺寸重量小等需求。为解决以上问题，本发明提出了一种不依靠外部能源，输出较高一致的性脉冲电压、具有蓄能并瞬时触发功能的小型激活装置。

经现有技术专利文献检索发现，中国发明专利公开号为CN106175923A，公开了一种用于外科器械的能量激活机构，属于能量激活机构领域，包括壳体、可激励构件、第一激活开关、电缆组合件和第二激活开关。壳体操作地与可激励构件相关联。第一激活开关耦合至可激励构件并且可选择性地从打开状态转变至闭合状态。电缆组合件在第一端部处耦合至壳体并且在第二相对端部处包括插头，该插头容纳可选择性地从打开状态转变至闭合状态的第二激活开关。插头适合于连接至电外科能量源，其中第一激活开关从打开状态转变至闭合状态将第二激活开关从打开状态转变至闭合状态，使得第二激活开关与电外科能量源进行通信以发起对可激励构件的能量供应。而本发明提供了不依靠外部能源，输出较高一致的性脉冲电压、具有蓄能并瞬时触发功能的激活装置，以解决以上问题。因此，该文献与本发明所介绍的方法是属于不同的发明构思。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种蓄力临界激活机构。

根据本发明提供的一种蓄力临界激活机构，包括扳手、主动轴、蓄力扭簧以及激活器，扳手周向定位主动轴一端，主动轴另一端通过蓄力扭簧连接激活器；

通过扣动扳手使主动轴进行转动，主动轴带动蓄力扭簧持续蓄力，当蓄力扭簧的压缩量达到临界值时，激活器通过蓄力扭簧释放能量实现激活。

一些实施例中，激活器包括从动轴、线圈、衔铁以及永磁体，从动轴和衔铁周向定位，衔铁、侧板以及永磁体连接形成磁路，侧板连接线圈。

一些实施例中，蓄力扭簧的两端分别插入主动轴和从动轴中，使主动轴和从动轴同轴安装；

通过扣动扳手使主动轴转动，主动轴与从动轴产生角度差，随着角度差的增大蓄力扭簧持续蓄力，当蓄力扭簧的转矩大于永磁体对衔铁的磁力矩时，蓄力扭簧将衔铁高速弹开，激活器的磁路变化使穿过线圈的总磁通变化，产生感生电动势。

一些实施例中，激活器还包括第一盖板、侧板以及第二盖板，侧板两端分别连接第一盖板和第二盖板，第二盖板连接线圈。

一些实施例中，衔铁的两端面的接触平面与侧板连接，衔铁被弹开后，接触平面与侧板脱开，接触平面与激活器的水平方向呈45°夹角。

一些实施例中，主动轴上设有第一铣平面，第一铣平面与扳手周向定位。

一些实施例中，从动轴中间轴段设有第二铣平面，第二铣平面周向定位衔铁。

一些实施例中，激活器还包括衬套，从动轴的一端与衬套间隙配合，衬套固定于第一盖板上。

一些实施例中，激活器还包括轴套，从动轴的另一端与轴套间隙配合，轴套固定于第二盖板。

一些实施例中，还包括壳体和轴承，轴承连接主动轴，使扳手、主动轴以及轴承周向定位，轴承通过轴承座连接于壳体上，扳手延伸至壳体外部。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过扳动扳手驱动衔铁转动，使通过线圈的磁通发生突变，从而产生感应电动势，直接将人的机械能转换为电能，不依靠外部能源即可完成激活；

2、本发明依靠蓄力扭簧蓄能，当蓄力扭簧压缩量达到临界值时，蓄力扭簧释放能量实现激活器的激活，因此输出能量与操作人和操作手法无关，输出电压一致性较好。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构三维轴测图；

图2为本发明的结构剖视图；

图3为本发明的线圈结构示意图；

图4为本发明的衔铁结构剖视图。

图中标号：扳手1、壳体2、主动轴3、轴承座4、轴承5、蓄力扭簧6、激活器7、从动轴71、衬套72、第一盖板73、侧板74、线圈75、衔铁76、接触平面761、永磁体77、轴套78、第二盖板79、紧固螺母20。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种蓄力临界激活机构，包括扳手1、壳体2、主动轴3、轴承座4、轴承5、蓄力扭簧6以及激活器7；主动轴3和轴承5连接于壳体2内部，轴承5通过轴承座4连接，轴承座4固定于壳体2内壁，扳手1延伸至壳体2外部。扳手1周向定位主动轴3，优选的，主动轴3上设有第一铣平面，第一铣平面与扳手1通过紧固螺母20周向定位。主动轴3一端连接扳手1、另一端连接轴承5，扳手1、主动轴3以及轴承5周向定位，扳手1与主动轴3配合实现力传递，主动轴3依靠轴承5减小摩擦阻力。驱使主动轴3通过蓄力扭簧6连接激活器7。通过扣动扳手1使主动轴3进行转动，主动轴3带动蓄力扭簧6持续蓄力，当蓄力扭簧6的压缩量达到临界值时，激活器7通过蓄力扭簧6释放能量实现激活。

激活器7包括从动轴71、衬套72、第一盖板73、侧板74、线圈75、衔铁76、永磁体77、轴套78以及第二盖板79；从动轴71一端与衬套72间隙连接，从动轴71另一端与轴套78间隙连接。优选的，从动轴71一端上连接有衬套72，衬套72固定于第一盖板73上；从动轴71另一端上连接有轴套78，轴套78固定于第二盖板79。第一盖板73和第二盖板79之间通过侧板74固定连接。第一盖板73通过螺栓连接壳体2。从动轴71中间轴段设有第二铣平面，第二铣平面周向定位衔铁76。衔铁76连接永磁体77，优选的，衔铁76被永磁体77紧紧吸住。衔铁76穿过线圈75。衔铁76的两端面分别设有接触平面761，接触平面761连接侧板74，接触平面761与激活器7的水平方向呈45°夹角。蓄力扭簧6的两端分别插入主动轴3和从动轴71中，使主动轴3和从动轴71同轴安装，蓄力扭簧6依靠主动轴和从动轴的角位移差完成蓄力。

其中，主动轴3与扳机1周向定位，周向定位方式包括但不限于键连接、型面连接、涨紧连接、过盈连接和销连接。

其中，主动轴3、轴承5以及扳手1三者周向定位，周向定位方式包括但不限于锁紧挡圈、弹簧挡圈、轴端挡圈和紧固螺母。

其中，蓄力扭簧6包括但不限于螺旋扭簧、扭杆弹簧和板簧。

工作原理：通过扣动扳手1使主动轴3转动，主动轴3与从动轴71产生角度差，随着角度差的增大蓄力扭簧6持续蓄力，当蓄力扭簧6的转矩大于永磁体77对衔铁76的磁力矩时，蓄力扭簧6将衔铁76高速弹开，激活器7的磁路变化使穿过线圈75的总磁通变化，产生感生电动势。

更为具体的，主动轴3上铣一平面，与扳手1配合完成周向定位，主动轴3与轴承5过盈配合，轴承5内圈左端面紧靠主动轴2轴肩、右端面紧靠扳手1左端面，通过紧固件周向定位。激活器7中的从动轴71中间轴段铣有一平面，与衔铁76配合实现周向定位，衔铁76被永磁体77紧紧吸住。从动轴71右端与衬套72间隙配合，右左端与第二盖板79轴套78间隙配合、左端与第一盖板73间隙配合，第一盖板73和第二盖板79分别粘接于侧板74上，衬套72粘接在第一盖板73上，轴套78粘接在第二盖板79上，第一盖板73和第二盖板79通过螺钉固定在侧板上，同时侧板第一盖板73通过螺钉74通过螺钉固定在与壳体2上连接。蓄力扭簧6两端分别插入主动轴3和从动轴71中，通过扣动扳手1使主动轴3顺时针转动，主动轴3与从动轴71产生角度差差，随着角度差的增大蓄力扭簧6持续蓄力，当蓄力扭簧6的转矩大于永磁体77对衔铁76的磁力矩时，蓄力扭簧6将衔铁76高速弹开，激活器7磁路变化使穿过线圈75的总磁通变化，产生感生电动势。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上，蓄力临界激活结构的全工作流程可分为两个阶段：

第一阶段：激活扳手1以角速度ω绕主动轴3匀速转动，磁力矩克服衔铁76偏心重力矩和蓄力扭簧6弹力矩，使衔铁76吸和在侧板74上。

第二阶段：蓄力扭簧6弹力矩大于磁力矩与衔铁76偏心重力矩之和，衔铁76弹开并加速运动。

衔铁76转速可通过求解动力学方程得到，蓄力扭簧6刚度可由磁力矩和蓄力角确定；激活器7内线圈75的磁通量变化产生的电压可由麦克斯韦方程计算。

激活器7激活输出脉冲电压后，为使激活机构复位，操作人员松开扳手。此时激活器7中衔铁76一方面依然受逆时针磁力矩，另一方面由于扳手1处驱动力消失，蓄力扭簧6释放导致衔铁76所受扭力矩持续减小，当衔铁76磁力矩大于蓄力扭簧6扭力矩时，衔铁76复位。对于扳手1，由于蓄力扭簧6被压缩，因此蓄力扭簧6给扳手1的扭力矩为逆时针方向，此外随着操作人员松手，扳手1所受驱动力变为零，因此扳手1合力矩为逆时针方向，扳手1复位。激活机构复位过程无需额外操作，只需操作人员松开扳手1即可自动实现复位。

根据以上实施例的分析，本发明实现了机械能到电能的转化，可在没有外部能源的前提下，使机构输出脉冲电压。此外，由于蓄能机构的使用，激活瞬间衔铁76受力情况和运动速度只与激活机构本身有关，不随操作人员和操作状态变化，从而保证了输出电压的一致性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种蓄力临界激活机构，其特征在于，包括扳手（1）、主动轴（3）、蓄力扭簧（6）以及激活器（7），所述扳手（1）周向定位所述主动轴（3）一端，所述主动轴（3）另一端通过所述蓄力扭簧（6）连接所述激活器（7）；

通过扣动所述扳手（1）使所述主动轴（3）进行转动，所述主动轴（3）带动所述蓄力扭簧（6）持续蓄力，当所述蓄力扭簧（6）的压缩量达到临界值时，所述激活器（7）通过所述蓄力扭簧（6）释放能量实现激活；

所述蓄力临界激活机构，适用于热电池激活；

所述激活器（7）包括从动轴（71）、线圈（75）、衔铁（76）以及永磁体（77），所述激活器（7）还包括第一盖板（73）、侧板（74）以及第二盖板（79），所述侧板（74）两端分别连接所述第一盖板（73）和所述第二盖板（79），所述第二盖板（79）连接所述线圈（75）；

所述从动轴（71）和所述衔铁（76）周向定位，所述衔铁（76）、所述侧板（74）以及所述永磁体（77）连接形成磁路，所述侧板（74）连接所述线圈（75）；

所述蓄力扭簧（6）的两端分别插入所述主动轴（3）和所述从动轴（71）中，使所述主动轴（3）和所述从动轴（71）同轴安装；

通过扣动所述扳手（1）使所述主动轴（3）转动，所述主动轴（3）与所述从动轴（71）产生角度差，随着角度差的增大所述蓄力扭簧（6）持续蓄力，当所述蓄力扭簧（6）的转矩大于所述永磁体（77）对所述衔铁（76）的磁力矩时，所述蓄力扭簧（6）将所述衔铁（76）高速弹开，所述激活器（7）的磁路变化使穿过所述线圈（75）的总磁通变化，产生感生电动势；

所述主动轴（3）上设有第一铣平面，所述第一铣平面与所述扳手（1）周向定位。

2.根据权利要求1所述的蓄力临界激活机构，其特征在于，所述衔铁（76）的两端面的接触平面（761）与所述侧板（74）连接，所述衔铁（76）被弹开后，所述接触平面（761）与所述侧板（74）脱开，所述接触平面（761）与所述激活器（7）的水平方向呈45°夹角。

3.根据权利要求1所述的蓄力临界激活机构，其特征在于，所述从动轴（71）中间轴段设有第二铣平面，所述第二铣平面周向定位所述衔铁（76）。

4.根据权利要求1所述的蓄力临界激活机构，其特征在于，所述激活器（7）还包括衬套（72），所述从动轴（71）的一端与所述衬套（72）间隙配合，所述衬套（72）固定于所述第一盖板（73）上。

5.根据权利要求4所述的蓄力临界激活机构，其特征在于，所述激活器（7）还包括轴套（78），所述从动轴（71）的另一端与所述轴套（78）间隙配合，所述轴套（78）固定于所述第二盖板（79）。

6.根据权利要求1所述的蓄力临界激活机构，其特征在于，还包括壳体（2）和轴承（5），所述轴承（5）连接所述主动轴（3），使所述扳手（1）、所述主动轴（3）以及所述轴承（5）周向定位，所述轴承（5）通过轴承座（4）连接于所述壳体（2）上，所述扳手（1）延伸至所述壳体（2）外部。