CN114504833A - 一种电磁动力的智能弹射方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电磁动力的智能弹射方法与装置，该方法包括：近场感应只读器检测电磁动力智能弹射装置空腔内被抛射体是否为指定物；若为指定物且扣下扳机，电磁动力智能弹射装置通过电磁驱动方法推动发射用永磁体沿导轨滑动，使被抛射体弹射出电磁动力装置；永磁体滑动至接近导轨末端时，制动单元通过制动方法使发射用永磁体逐渐减速直至停止。本发明通过RFID技术与电磁弹射技术相结合，并采用了精巧的弹射结构，达到了安全使用、提升弹射性能、降低维护成本的目的。

Description

一种电磁动力的智能弹射方法与装置

技术领域

本发明涉及电磁弹射技术领域，具体涉及一种电磁动力的智能弹射方法与装置。

背景技术

现有的玩具等弹射起飞方式大都采用弹力弹射，通常是将弹性元件(如橡皮筋、弹簧等)的弹性势能转换成机械动能作为把玩具弹射到空中的动力。弹力弹射有其自身的优点，但是其发射动力较弱；且由于弹力弹射方式本身的限制导致弹射动能不足，上限低；同时维护保养成本高；起飞阶段风险也较高，若将不适宜弹射的物体转载于弹力弹射装置弹出，容易对人造成伤害且造成安全隐患；对于橡皮筋弹射，还有防止橡皮筋老化，需要定期更换的问题。上述这些缺陷的存在，大大限制了弹力弹射在玩具方面的推广使用。除了弹力弹射，玩具弹射起飞方式还可以采用电磁弹射，但是目前对于玩具的电磁弹射研究还相对较少。

对于采用电磁弹射方式弹射玩具，由于儿童和年轻人对弹射飞行类玩具关注重点在其飞行距离为主的指标上，在外形确立的基础上，飞行时间、高度以及飞行距离往往与发射时初速度成近似的正比，所以增加被弹射物的初速度是一个最普遍简单的选择。

但是由于初速度越大能量越大，能量越大，对于儿童来说越具有较高的危险性。国家对蓄能体发射弹射类玩具也规定了发射能量的量化数值，所以采用电磁弹射方式时如何在不影响弹射性能的前提下提高该方式的安全性是一个有待考虑的问题。

所以，针对上述问题，有必要提出一种新的能够同时兼顾安全和高初速度的弹射方案和装置，以解决以上存在的问题。

发明内容

本发明公开了一种电磁动力的智能弹射方法与装置，其包括以下步骤：

近场感应只读器检测空腔内被抛射体是否为指定物；

若为指定物，电磁动力智能弹射装置通过电磁驱动方法推动发射用永磁体沿导轨滑动，使被抛射体弹射出电磁动力装置；

永磁体滑动至接近导轨末端时，制动单元通过制动方法使发射用永磁体逐渐减速直至停止。

近场通信，是一种新兴的技术，使用了近场通信技术的设备(例如近场感应只读器)可以在彼此靠近的情况下进行数据传输或交换，是由非接触式射频识别，也叫RFID技术及互连互通技术整合演变而来的。通过在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能，利用移动终端实现数据传输、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等应用。

在将被抛射体置于电磁动力智能弹射装置的空腔内后，近场感应只读器通过RFID技术扫描被抛射体的被推动端点处的一个质量小于0.01克的进场感应线圈，获取终读码；只有当终读码匹配时，电磁动力智能弹射装置的发射体才能通电并激活为开启状态。

其中，被抛射体可以为起飞装置、带配重的降落伞、小鸟外形的滑翔体、救生绳索包。

进一步地，确认被抛射体为指定物后，电磁动力智能弹射装置通过电磁驱动方法推动发射用永磁体沿导轨滑动，该电磁驱动方法包括以下步骤：

总开关上的电子脱扣器收到近场感应只读器的RFID指令后动作，电磁动力智能弹射装置的发射体的总开关闭合；

扣下扳机，弹射开关闭合，驱动电路导通，驱动电路内的电源电压经过升压部升压后输出至储能部的电容器组，电容器组通过升压后的电压充电储能；

电容器组放电至发射线圈，发射线圈通电后产生感应磁场，推动具有相同极性的发射用永磁体沿导轨滑动。

电子脱扣器是用电子元件构成的电路，检测电信号并推动脱扣机构动作。电子脱扣器一般由电流电流互感器、自供电单元、控制处理单元和执行机构组成。

电子脱口器的控制处理单元接收到近场感应只读器的电信号后，根据电信号的电平高低判断目前电磁动力智能弹射装置空腔内的被抛射体是否具备弹射资格，若具备弹射资格，控制处理单元向执行机构发出动作指令。

执行机构动作，使电磁动力智能弹射装置发射体的总开关闭合，发射体随之处于通电激活状态；此时若用户扣下扳机，与扳机机械连接的发射体驱动电路的弹射开关闭合，驱动电路导通，驱动电路内的电源开始工作，工作电流流向驱动电路内的升压部。接着升压部对与之相连的储能部输出升压后的电压，储能部获得提升后的电压后，为储能部内的电容器组提供能量，电容器组充能完毕后通过电容放电电流的形式向与之相连的发射线圈传输发射电流，发射电流流经发射线圈后，根据法拉第电磁感应定律，发射线圈对外形成磁场，推动与该磁场极性相同的发射用永磁体沿着导轨向外滑动，从而推动与发射用永磁体接触的被抛射体弹射出电磁动力装置。

进一步地，永磁体滑动至导轨末端时，为了防止永磁体弹射出电磁动力智能弹射装置，需要引入一种制动方法使其逐渐减速并停止，该制动方法包括以下步骤：

发射用永磁体沿着导轨滑动至接近电磁动力智能弹射装置的导轨外侧线时，位于导轨外侧线处的环状固定永磁体与发射用永磁体前进方向相同的磁吸力，促使发射用永磁体加速前进；

发射用永磁体沿着导轨滑动至超出电磁动力智能弹射装置的导轨外侧线时，位于导轨外侧线的环状固定永磁体产生磁吸力，促使发射用永磁体减速；

发射用永磁体沿着导轨滑动至导轨末端时，位于导轨末端的可复原缓冲材质产生形变并产生反作用弹力，使发射用永磁体继续减速直至停止运动。

另一面，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电磁动力的智能弹射装置，该装置包括：

壳体：具有与发射体线圈及外壳结构吻合的外圈空腔和与发射体导轨吻合的中间空腔；

发射体：包括导轨，驱动线圈，发射线圈，发射用永磁体；

扳机：与弹射开关机械连接，扣下时联动弹射开关闭合；

工控微处理器：用于设定抛射距离，联动电子脱扣器的动作时间；

制动单元：包括环状固定永磁体和可轴向移动的单向制动器，所述环状固定永磁体通过磁场使运动中的被抛射体先加速后减速；所述可轴向移动的单向制动器用于防止发射用永磁体脱落或外侧高于腔口；

指圈：由刚性材料制成，防止误触发扳机增加安全系数。

优选地，电磁动力智能弹射装置的壳体由铁磁性物质制成，外包塑料橡胶等材料，用于屏蔽电磁场对外干扰，增加线圈产生的磁场强度。

优选地，电磁动力智能弹射装置的导轨为导轨，制作材料为锰wt含量70％左右的锰铜合金等常温抗磁性材料，兼具增强空腔内磁场功效。

进一步地，上述电磁动力智能弹射装置还包括驱动电路，该驱动电路包括：

电源模组舱：内置电源，所述电源为可充电电池或一次性电池；

总开关：第一端与电源相连，第二端与弹射开关相连，所述总开关含有电子脱扣器附件，所述电子脱扣器附件能接收近场感应只读器的电信号，使所述总开关保持断开或动作；

弹射开关：第一端与电源相连，第二端与升压部相连，与电磁动力智能弹射装置的扳机机械连接，扳机扣下则所述弹射开关闭合；

升压部：由驱动线圈构成，第一端与弹射开关相连，第二端与储能部相连；

储能部：由电容器组构成，第一端与升压部相连，第二端与发射用线圈相连，所述电容器组通过升压部充电储能，待弹射开关闭合且电容器组充电储能完毕后，电容器组放电，使与所述电容器组相连的发射线圈通电并产生感应磁场，从而推动与感应磁场磁性相同的永磁体沿导轨滑动。

进一步地，升压部的驱动线圈由1～7级线圈串联而成，各级线圈的匝数各不相同，按照由小到大的顺序排列，使驱动线圈整体的二次侧和一次侧形成按照使用需求设定的匝数比，从而在驱动线圈通电时的二次侧和一次侧之间形成按照使用需求设定的电压变比。

更进一步地，一种电磁动力的智能弹射装置还包括智能控制单元，所述智能控制单元通过智能控制方法设定抛射距离，所述智能控制方法包括以下步骤：

工控微处理器设定抛射距离；

工控微处理器根据设定的抛射距离设定电子脱扣器的动作时间；

电容器组按照电子脱扣器的动作时间完成蓄能，电磁动力的智能弹射装置完成指定抛射距离的抛射。

由上述技术方案可知，本发明与现有技术相比至少具备以下优点和积极效果：

(1)本发明相对于现有的电磁动力弹射装置，能够提高抛射距离、最大抛射高度和抛射初速度；

(2)本发明相对于现有的电磁动力弹射装置，能够降低电能能耗；

(3)本发明相对于现有的电磁动力弹射装置，由于发射体带有RFID类识别能力，使其不能发射指定物品以外物体，进一步降低了儿童或其他人有意或无意改造发射弹丸等危险物品的可能性，确保了安全性；

(4)本发明相对于现有的电磁动力智能弹射装置，各功能模组通过电磁耦合，模组之间以电路连接为主，便于拆卸和维修，降低了使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图，其中：

图1是本发明一实施例提供的一种电磁动力的智能弹射方法的流程示意图；

图2是本发明另一实施例提供的电磁驱动方法的流程示意图；

图3是本发明另一实施例提供的制动方法的流程示意图；

图4是本发明另一实施例提供的一种电磁动力的智能弹射装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明一实施例提供的一种电磁动力的智能弹射方法的流程示意图，该方法包括下述步骤：

S1：近场感应只读器检测电磁动力智能弹射装置空腔内被抛射体是否为指定物；

S2：若为指定物且扣下扳机，电磁动力智能弹射装置通过电磁驱动方法推动发射用永磁体沿导轨滑动，使被抛射体弹射出电磁动力装置；

S3：永磁体滑动至接近导轨末端时，制动单元通过制动方法使发射用永磁体逐渐减速直至停止。

实施例二

图2为本发明另一实施例提供的电磁驱动方法的流程示意图，该方法包括下列步骤：

S20：总开关上的电子脱扣器收到近场感应只读器的RFID指令后动作，电磁动力智能弹射装置的发射体的总开关闭合；

电子脱扣器采用ZDT智能型电子脱扣器，采用性能高、抗干扰性能强的单片机，显示采用点阵式液晶屏具有中英文两种界面。数码键盘输入，整定方便，保护功能齐全，具有电流表读数(精度为正负1.5％)、负载监测、故障记忆、MCR，热模拟及通讯接口等功能，工作性能稳定。

电子脱扣器通讯接口集成RFID模块，该RFID模块采用无源远距离传输系统，可与近场感应只读器通过RFID通讯协议进行数据传输和交换，工作频段为UHF和2.45GHz，并且具有以下优点：

1)实时性：可以实时响应，自动读出ID号，得到其信息；

2)防伪性：形成的微波标示是不可伪造、更改和不可复制的；

3)联网性：通过计算机的网络对物流进行监控；

4)准确性：读出信息的准确率非常高，可以高达99.99％；

5)低成本：使用时，只需要数元；

6)可靠性：适应恶劣环境条件，如：多尘、潮湿等；

7)寿命长：使用时不需要电池，只需无源卡，并且终身免维修。

S21：扣下扳机，弹射开关闭合，驱动电路导通，驱动电路内的电源电压经过升压部升压后输出至储能部的电容器组，电容器组通过升压后的电压充电储能；

驱动电路按照功能区分可分为电源模组、升压部和储能部，其中电源模组容纳可充电电池或一次性电池，可充电电池可以为可充电铝离子电池、可充电锂离子电池，一次性电池可选用环保型的碱性电池，也可选用容量高的锌银电池。升压部由驱动线圈构成，驱动线圈由1～7级的线圈串联而成，各级线圈的匝数各不相同，按照模拟小变压器的方式设置，从而得到线圈组二次侧和一次侧的总体变比，获得提升电压的效果。

S22：电容器组放电至发射线圈，发射线圈通电后产生感应磁场，推动具有相同极性的发射用永磁体沿导轨滑动。

电容器组可外置充电电压显示器，驱动电路导通并开始工作一段时间后，当充电电压显示器显示的电压值不增加时，停止充电，此时被抛射体处于待起飞状态，随后电容器组放电，电流流经发射用线圈，在发射用线圈的作用下，发射用永磁体被磁场推动，快速撞击导轨上的被抛射体，被抛射体弹射起飞，至此完成弹射起飞操作。

实施例三

图3为本发明另一实施例提供的制动方法的流程示意图，该方法包括下列步骤：

S30：发射用永磁体沿着导轨滑动至接近智能电磁动力智能弹射装置的导轨外侧线时，位于导轨外侧线处的环状固定永磁体与发射用永磁体前进方向相同的磁吸力，促使发射用永磁体加速前进；

S31：发射用永磁体沿着导轨滑动至超出智能电磁动力智能弹射装置的导轨外侧线时，位于导轨外侧线的环状固定永磁体产生磁吸力，促使发射用永磁体减速；

S32：发射用永磁体沿着导轨滑动至导轨末端时，位于导轨末端的可复原缓冲材质产生形变并产生反作用弹力，使发射用永磁体继续减速直至停止运动。

实施例四

图4为本发明另一实施例提供的一种电磁动力的智能弹射装置的结构示意图。本实施例提供一种电磁动力的智能弹射装置1000，包括：壳体10、制动单元20、导轨21、发射用永磁体22、发射用线圈23、近场感应只读器24、驱动电路25、发射体30、扳机40、总开关50、单向制动器51、环状固定永磁体52、电源60、指圈70、观瞄器具80，智能控制单元90，其中：

所述壳体10，用于接纳抛射体，以及屏蔽电磁场对外干扰，加强所述发射体30产生的磁场强度；所述壳体10内部由铁磁性材料构成中空空腔，所述铁磁性材料外包塑料橡胶。

所述发射用线圈23，用于产生磁场，经铁磁性外壳10加强后推动所述发射用永磁体22；优选地，为增强产生磁场强度，所述发射用线圈23，由多级线圈串联而成，例如由1-7级线圈串联而成。

所述发射用永磁体22，用于由所述发射用线圈23产生的磁场推动被抛射体沿所述导轨21向外抛射。

所述近场感应只读器24，用于校验所述壳体10的空腔内抛射体是否是指定物。其中，所述近场感应只读器24带有RFID类识别能力，使所述发射体30不能发射指定物以外的物体，进一步降低儿童或其他人有意或无意改造发射体30以发射弹丸等危险物品的可能性。

所述导轨21，安装于所述壳体10的空腔中间部分，用于为抛射体提供抛射导引路径之用以及增强所述壳体10空腔内磁场功效。其中，所述导轨21由锰含量70％左右的锰铜合金等常温抗磁性材料组成。

所述总开关50，用于控制所述发射体30的电源导通，只有所述总开关50打开后，所述驱动电路25才能通电进入正常工作状态。

所述驱动电路25分为升压部601、储能部602、电源模组舱603、弹射开关604。

所述弹射开关604，用于控制所述发射用线圈23的通电，只有按压所述扳机40使所述弹射开关604闭合后，所述储能部602才能与所述发射用线圈23形成电路连接并放电使所述发射用线圈23中有电流流动，从而使所述发射用线圈23产生感应磁场。

所述储能部602，用于接收升压部601的输出电压后为所述发射用线圈23蓄能，尽可能为所述发射用线圈23提供高压大电流用于生成强磁场。

所述扳机40，用于使弹射开关604闭合，从而为所述储能部602接通电源，使所述储能部602供电正常工作。

所述电源60，用于为所述驱动电路25提供电源，以及为所述发射用线圈23提供电源用于产生磁场。优选地，所述电源60可以是可充电电池或一次性电池。

所述制动单元20，用于在所述发射用永磁体22超出外侧线时起到磁力减速作用，快速降低所述发射用永磁体22速度。所述制动单元20包括：环状固定永磁体52、单向制动器51，其中：

所述环状固定永磁体52，其内圈极性与所述发射用永磁体22正对壳体腔口一侧磁极相反，以达到接近时相互吸引，用于在所述发射用永磁体22超出外侧线时起到磁力减速作用，快速降低所述发射用永磁体22速度。

所述单向制动器51，可沿所述壳体10的空腔轴向移动，用于防止所述发射用永磁体脱落或外侧高于壳体腔口。

所述制动单元20，用于降低对所述发射用永磁体22的冲击。所述制动单元20包括弹簧等可复原性的缓冲材质。

所述电源模组舱603，所述电源模组舱603与所述壳体10连接，用于容纳所述电源60以及所述发射体30，其中，所述发射体30的驱动电路25、弹射开关604、储能部602设置在所述电源模组舱603的内部，所述总开关50设置在所述电源模组舱603的外部。优选地，所述电源模组舱603可以与所述壳体10一体成型作为所述壳体10的一部分，或者所述电源模组舱603可以用为单独一个模块与所述壳体10连接。

所述指圈70，设置在所述扳机40的外部，用于防止误触发所述扳机40，增加安全系数。所述指圈70由刚性材料制作而成。

所述观瞄器具80，设置在所述壳体前部上方，用于所述发射体30发射抛射体时瞄准方向。

所述智能控制单元90，含有工控微处理器，用于设定抛射体的抛射距离参数并根据抛射距离参数控制智能弹射装置对抛射体进行弹射。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电磁动力的智能弹射方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1近场感应只读器检测电磁动力智能弹射装置空腔内被抛射体是否为指定物；

S2：若为指定物且扣下扳机，电磁动力智能弹射装置通过电磁驱动方法推动发射用永磁体沿导轨滑动，使被抛射体弹射出电磁动力装置；

S3：永磁体滑动至接近导轨末端时，制动单元通过制动方法使发射用永磁体逐渐减速直至停止。

2.根据权利要求1所述的方法，步骤S1中所述的被抛射体，其特征在于，由轻质低密度，高韧性高强度材料制成，包括起飞装置、带配重的降落伞、小鸟外形的滑翔体、救生绳索包。

3.根据权利要求1所述的方法，步骤S2中所述的电磁驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：

S20：总开关上的电子脱扣器收到近场感应只读器的RFID指令后动作，电磁动力智能弹射装置的发射体的总开关闭合；

S21：扣下扳机，弹射开关闭合，驱动电路导通，驱动电路内的电源电压经过升压部升压后输出至储能部的电容器组，电容器组通过升压后的电压充电储能；

S22：电容器组放电至发射线圈，发射线圈通电后产生感应磁场，推动具有相同极性的发射用永磁体沿导轨滑动。

4.根据权利要求1所述的方法，步骤S3中所述的制动方法，其特征在于，包括以下步骤：

S30：发射用永磁体沿着导轨滑动至接近电磁动力智能弹射装置的导轨外侧线时，位于导轨外侧线处的环状固定永磁体与发射用永磁体前进方向相同的磁吸力，促使发射用永磁体加速前进；

S31：发射用永磁体沿着导轨滑动至超出电磁动力智能弹射装置的导轨外侧线时，位于导轨外侧线的环状固定永磁体产生磁吸力，促使发射用永磁体减速；

S32：发射用永磁体沿着导轨滑动至导轨末端时，位于导轨末端的可复原缓冲材质产生形变并产生反作用弹力，使发射用永磁体继续减速直至停止运动。

5.一种电磁动力的智能弹射装置，其特征在于，包括：

壳体：具有与发射体线圈及外壳结构吻合的外圈空腔和与发射体导轨吻合的中间空腔；

发射体：包括导轨，发射用线圈，发射用永磁体；

工控微处理器：用于设定抛射距离，联动电子脱扣器的动作时间；

扳机：与弹射开关机械连接，扣下时联动弹射开关闭合；

制动单元：包括环状固定永磁体和可轴向移动的单向制动器，所述环状固定永磁体通过磁场使运动中的被抛射体先加速后减速；所述可轴向移动的单向制动器用于防止发射用永磁体脱落或外侧高于腔口。

6.根据权利要求5所述的一种电磁动力的智能弹射装置，其特征在于，所述一种电磁动力的智能弹射装置还包括指圈，所述指圈由刚性材料制成，防止误触发扳机增加安全系数。

7.根据权利要求5所述的一种电磁动力的智能弹射装置，其特征在于，所述壳体由铁磁性物质制成，外包塑料橡胶等材料，用于屏蔽电磁场对外干扰，增加线圈产生的磁场强度。

8.根据权利要求5所述的一种电磁动力的智能弹射装置，其特征在于，所述导轨为固定导轨，制作材料为锰wt含量70％左右的锰铜合金等常温抗磁性材料，兼具增强空腔内磁场功效。

9.根据权利要求5所述的一种电磁动力的智能弹射装置，其特征在于，所述发射体还包括驱动电路，所述驱动电路包括：

电源模组舱：内置电源，所述电源为可充电电池或一次性电池；

总开关：第一端与电源相连，第二端与弹射开关相连，所述总开关含有电子脱扣器附件，所述电子脱扣器附件能接收近场感应只读器的电信号，使所述总开关保持断开或动作；

弹射开关：第一端与电源相连，第二端与升压部相连，与电磁动力智能弹射装置的扳机机械连接，扳机扣下则所述弹射开关闭合；

升压部：由驱动线圈构成，第一端与弹射开关相连，第二端与储能部相连；

储能部：由电容器组构成，第一端与升压部相连，第二端与发射用线圈相连，所述电容器组通过升压部充电储能，待弹射开关闭合且电容器组充电储能完毕后，电容器组放电，使与所述电容器组相连的发射线圈通电并产生感应磁场，从而推动与感应磁场磁性相同的永磁体沿导轨滑动。

10.根据权利要求5所述的一种电磁动力的智能弹射装置，其特征在于，所述一种电磁动力的智能弹射装置还包括智能控制单元，所述智能控制单元通过智能控制方法设定抛射距离，所述智能控制方法包括以下步骤：

S100：工控微处理器设定抛射距离；

S101：工控微处理器根据设定的抛射距离设定电子脱扣器的动作时间；

S102：电容器组按照电子脱扣器的动作时间完成蓄能，电磁动力的智能弹射装置完成指定抛射距离的抛射。

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