CN116259908A - 一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速水面航行器的电池包磁力固定结构及方法，电池包位于高速水面航行器的电池舱内，高速水面航行器的电池舱内嵌有具有磁性的固定件，对应于固定件设有具有磁性的移动件安装在电池包上；所述固定件和对应的所述移动件之间产生相互吸引力，使得电池包固定在电池舱内。本发明还提供了一种应用于上述结构的电池包磁力固定方法，本发明提供的磁力固定结构及方法中，通过在电池舱内和电池包外分别设置具有磁性的固定件和移动件，根据磁力的相互之间的吸引力作用无需直接接触能够将电池包固定在板体电池舱上，不会在板体上形成切口，解决了现有技术中电池包机械式固定方法中需要对板体表面进行开口处理导致的维修困难等问题。
Description
技术领域
本发明涉及高速水面航行器技术领域，具体涉及一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定结构及方法。
背景技术
高速水面航行器包括板体、推进器和电池包等，电池包为推进器供电，为推进器的运作提供能量，推进器吸入海水，通过高速运作将水流喷出，根据力的相互作用原理，从而推动水面航行器高速前进。
其中，电池包安装在板体的电池舱里，为了便于电池包的充电、维护、保养，电池包需要经常从高速水面航行器的板体电池舱内取出。因此，在高速水面航行器的结构设计时，需要设计电池包的固定及拆装结构。
传统地，电池包与高速水面航行器板体的固定及拆装一般采用机械式方法，具体分为螺纹式和卡扣式两种。(1)螺纹式方法，是将内螺纹(外螺纹)预埋到板体电池舱内部，将螺纹连接部分露出板体电池舱，然后将电池包放入板体电池舱后，将电池包上对应的外螺纹(内螺纹)同板体电池舱上的螺纹装配到一起，拧紧后实现电池包的固定。当取下电池包时，只需要将螺纹旋松，即可取下电池包。(2)卡扣式方法与螺纹式类似，通过在板体电池舱和电池包上，各安装锁扣式连接器的一部分。在安装电池包时，锁紧卡扣，取下电池包时，松开卡扣。卡扣也需要以预埋的方式事先植入板体电池舱的内部。
传统的两种安装方式中，均需要将螺纹的一半(内螺纹或者外螺纹)、或者卡扣的一半(卡扣柱或者卡扣座)以预埋件的方式放在高速水面航行器的板体内部，同时，需要将板体表面的复合材料切开后，使得螺纹的另一半或卡扣的另一半暴露在板体外。
因此，传统的电池包机械式固定方法，需要对机械连接组件(比如螺纹的一半、卡扣的一半)进行预埋，并对板体表面的复合材料进行开口处理，会造成机械连接组件失效后更换维修困难，此外如果板体表面有切口，容易从切口处造成板体失效。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高速水面航行器的电池包磁力固定结构及方法，以解决现有技术中电池包机械式固定方法中需要对板体表面进行开口处理导致的维修困难等问题。
在本发明的第一个方面，提供了一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定结构，
电池包位于高速水面航行器的电池舱内，高速水面航行器的电池舱内嵌有具有磁性的固定件，对应于固定件设有具有磁性的移动件安装在电池包上；
所述固定件和对应的所述移动件之间产生相互吸引力，使得电池包固定在电池舱内。
进一步地，所述固定件和对应的所述移动件选用不同的磁体结构；
当所述固定件采用永磁体时，所述移动件内嵌有导磁体；所述固定件采用导磁体时，所述移动件内嵌有永磁体。
进一步地，所述电池包为上侧翻边的直平行六面体，将所述电池包安装高速水面航行器的电池舱内，所述电池包的上侧翻边置于所述电池舱的上边缘的连续边处；
在所述电池舱上边缘的连续边处内嵌有多个具有磁性的固定件，每个所述固定件对应设有一个所述移动件安装在电池包的所述盖子上，通过移动件和固定件之间的相互吸引力，使得电池包固定在板体的电池舱内。
进一步地，所述移动件的内部设有能够运动的磁体，所述磁体的运动方向垂直于所述移动件和所述固定件之间的磁力方向，通过调整所述磁体在垂直于磁力方向上的运动，能够调整所述移动件和对应的所述固定件之间的相互吸引力的大小。
进一步地，所述移动件还包括围框，所述围框的侧壁设有空腔，空腔内安装有卡扣机构，卡扣机构由弹性臂和凸点组成，所述磁体在所述围框内通过推动所述卡扣机构运动。
进一步地，所述围框固定在翻边上，通过所述翻边胶接在所述电池包的盖子上。
进一步地，所述磁体的上表面为手动推动面，是斜坡面以利于侧向推动。
在本发明的第二个方面，提供了一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定方法，所述方法包括如下内容：
板体的电池舱内嵌安装具有磁性的固定件，在电池包上对应于固定件的位置安装具有磁性的移动件，移动件和固定件组成磁力对；
结合电池舱的重量，根据安全系数要求确定磁力对的数量，使得电池包依靠磁力固定在板体电池舱内。
进一步地，通过调整移动件内部的磁体的位置，使得移动件内部的磁体和固定件内部的磁体错开以解锁电池包，或移动件内部的磁体和固定件内部的磁体运动到同一垂面处以锁定电池包。
进一步地，根据移动件和固定件之间的磁场强度、电池舱的重量、风浪等级和航行过程中的安全系数确定磁力对的数量和移动件于固定件之间的间隙距离；
优选4组磁力对，间隙距离不超过9mm。
本发明和现有技术相比具有如下有益效果：
本发明提供的磁力固定结构及方法中，通过在电池舱内和电池包外分别设置具有磁性的固定件和移动件，移动件和固定件根据磁力的相互之间的吸引力作用无需直接接触而能够将电池包固定在板体电池舱上。一方面，板体中的预埋件即固定件采用内嵌式安装不需要露出板体的表面，从而降低了预埋件失效的概率，提高了预埋件的使用寿命。另一方面，不需要对板体表面的复合材料(即板体蒙皮)进行切口，由于蒙皮没有开口，降低了蒙皮的局部应力集中，提高了蒙皮的强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例中高速水面航行器的结构示意图；
图2为本发明实施例中电池包的结构示意图；
图3为本发明实施例中电池舱的结构示意图；
图4为本发明实施例中移动件的安装示意图；
图5为本发明实施例中移动件和固定件的原理示意图；
图6为本发明实施例中永磁体的几何参数示意图；
图7为本发明实施例中磁力固定结构的锁定状态示意图；
图8为本发明实施例中磁力固定结构的解锁状态示意图；
图9为本发明实施例中移动件的结构示意图；
图中标号：
1-高速水面航行器，2-板体，3-电池包，4-前水翼，5-后水翼，6-推进器，7-电池舱，8-1、8-2、8-3电池舱上边缘的连续边，9-1、9-2电池舱底部的有切口边，10-电池包的壳体，11-盖子，12、12-1、12-2、12-3、12-4移动件，13-固定件，14-卡扣，15-弹性臂，16-围框，17-翻边，18-磁体，19-凸点。
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。
一种高速水面航行器1，如图1所示，包括板体2、电池包3、前水翼4、后水翼5和推进器6，电池包3安装在板体2的电池舱7内，推进器6安装在板体2的推进器6舱内，电池包3给推进器6的运转提供动力，在电池包3供电的情况下，推进器6吸入水流，利用推进器6高速旋转将水流喷出，通过水流喷出的反作用力来推动水面航行器前行。
如图2所示，电池包3是由电池包的壳体10和盖子11组成，在板体电池舱7的底部设计有凹凸有序的沟槽结构，电池舱7的底面由三条连续边和两条有切口边9-1、9-2组成，电池舱7的上边缘由三条连续边8-1、8-2、8-3组成，如图3所示，电池包3位于电池舱7内。
为了便于电池包3的充电、维护、保养，电池包3需要经常从高速水面航行器1的板体电池舱7内取出。因此，本发明专利提出了一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定结构，其结构具体如下：
电池包3位于高速水面航行器的电池舱7内，高速水面航行器1的电池舱7内嵌有具有磁性的固定件13，对应于固定件13设有具有磁性的移动件12安装在电池包3上，如图4所示；固定件13和对应的移动件12之间产生相互吸引力，使得电池包3固定在电池舱7内。
本发明通过在板体2的电池舱7和电池包3上设置在垂直方向上相互配合的移动件12和固定件13，以固定电池包3；如此，固定件13作为板体内部的预埋件不需要露出在板体外面，从而降低了预埋件失效的概率，提高了预埋件的使用寿命。另一方面，也不需要对板体表面的复合材料进行切口，由于蒙皮没有开口，也降低了蒙皮的局部应力集中，提高了蒙皮的强度。
为确保移动件12和固定件13之间的磁力强度，固定件13和对应的移动件12选用不同的磁体结构；当固定件13采用永磁体时，移动件12内嵌有导磁体；固定件13采用导磁体时，移动件12内嵌有永磁体。移动件和固定件选择不同的磁体类型，可以不需要考虑磁场方向一致性的问题，简化了磁体类型的选择和设置。永磁体一般选择钕铁硼材料的强力永磁体，导磁体选择钢材料。
磁力固定结构的工作原理为：移动件12和固定件13组成磁力对产生的磁力最终传递到板体2电池舱7和电池包3上，形成了板体2和电池包3之间的相互吸引作用力，从而实现了电池包3和板体2的固定。
一般情况下，根据电池包3的重量确定磁体结构的几何参数，精准的磁力对设计优化可以通过电磁仿真和实际实验测量得到，本发明提供了一个磁力对设计的工程简化方法。
已知：电池包3的总重量为m＝18kg，假设固定电池包3所需要的磁力的安全系数为RF＝2.0，则：该磁力固定结构需要提供的固定力为：
F＝mg·RF＝18kg·10m/s2·2.0＝360N
其中，g是重力加速度，10m/s2。
磁力对的磁体结构为永磁体和导磁体，移动件12和固定件13可任选一个磁体结构，如图5所示，移动件12和固定件13为不同的磁体结构，其几何参数相同，二者之间留有间隙。永磁体的几何参数如图6所示，长度记为L，宽度记为W，高度(厚度)记为H，距离导磁体的间隙为x，导磁体与永磁体的几何参数相同。
其中，移动件和固定件之间的间隙x为二者之间的垂直距离，距离越小，磁场越强，由于固定件内嵌于电池舱内，二者之间有板体结构，所以通过确定间隙距离，就能够确定移动件和固定件之间的磁场力大小。
本实施例中，磁体结构之间的距离为实际安装过程中移动件12和固定件13之间板体2和电池包3的厚度。
选择35#钕铁硼作为永磁体，长度选取L＝50mm，宽度选取W＝20mm，高度H＝20mm，考虑永磁体和导磁体之间的间隙x＝6mm。
假设磁铁的矫顽强度Br＝1.4Tesla。
则，永磁体和导磁体的磁场力公式为
由于μr>>1，则/>
其中B为作用面处的磁场强度。
距离永磁体磁体表面中心点处x的磁场强度B为：
根据计算得到，上述几何参数及磁力特性的单个磁体对可以提供116.7N的磁力。如果选择放置4个永磁体，可以提供466.8N沿竖直方向的磁力。安全系数为466.8/180＝2.59＞2。因此，在本实施例中，安装4个该种设计参数的钕铁硼永磁体，就可以固定住电池包3。
其中，间隙x不能太大，间隙越大，磁铁对可提供的磁力就越小。因此，
假设风平浪静的情况，安全系数为2，选择4个永磁体，那么，可以根据下式计算得到最大的间隙为9mm。
假设风浪等级为三级，安全系数为3，选择4个永磁体，那么可以根据上式计算，得到极端恶劣情况下的间隙x为1.5mm。
因此，可以根据移动件和固定件之间的磁场强度、电池舱的重量、风浪等级和航行过程中的安全系数确定磁力对的数量和移动件于固定件之间的间隙距离，进而确定移动件和固定件的安装位置。
在一个优选的实施例中，选择4组磁力对，间隙距离不超过9mm。本实施例中，只是给出了选择4组磁力对的示例，也可以根据电池包的预估重量和上述公式选择其他数量的磁力对个数，并不局限于4个永磁体，间隙距离一般不超过9mm，是因为一般情况下，移动件和固定件之间间隙距离超过9mm，则二者之间距离过远，无吸引力。
在一个实施例中，电池包3为上侧翻边的直平行六面体，如图2所示，将电池包3安装高速水面航行器的电池舱7内，所述电池包3的上侧翻边置于所述电池舱7的上边缘的连续边处，盖子11覆盖在电池包3的上表面，以使得电池包3的内部形成密闭空间。
在电池舱7上边缘的连续边处内嵌有多个具有磁性的固定件13，每个固定件13对应设有一个移动件12安装在电池包3的盖子11上，通过移动件12和固定件13之间的相互吸引力，使得电池包3固定在板体2的电池舱7内。
本实施例中，电池包3的重量一般不会超过18千克，一般情况下优选安装4个固定件13在板体2电池舱7内，对应于每个固定件13的移动件12安装在电池包3的盖子11上，如图4所示。使得移动件12和固定件13在垂直方向上的相互吸引力，能够固定电池包3在电池舱7内。
本发明中移动件12的内部设有能够运动的磁体18，磁体18的运动方向垂直于移动件12和固定件13之间的磁力方向，通过调整磁体18在垂直于磁力方向上的运动，能够调整移动件12和对应的固定件13之间的相互吸引力的大小。
在磁力固定结构中，由永磁体和导磁体组成的磁力对是该磁力固定结构的核心部件。移动件12和固定件13有两种设计方案：一是移动件12内部的磁体18为永磁体，固定件13内部的磁体18为导磁体；二是固定件13内部的磁体18为永磁体，移动件12内部的磁体18为导磁体。通过调整移动件12内部的磁体位置，配合固定件13内部的磁体18之间的相互吸引力大小，使磁力固定结构处于锁定状态或解锁状态。
如7所示，当处于锁定状态时，移动件12和固定件13在竖直方向上位置重合，这时电池包3固定在板体电池舱7内，不会发生位置移动。如图8所示，当处于解锁状态时，将移动件12和固定件13的位置完全错开，可以将电池包3从板体电池舱7内取出来或放进去，方便了电池包3的充电、维修、保养等。
在一个具体实施例中，对移动件12进行了进一步的结构设计，如图9所示，移动件12还包括围框16，围框16的侧壁设有空腔，空腔内安装有卡扣机构14，卡扣机构14由弹性臂15和凸点19组成，磁体18在围框16内通过推动卡扣机构14运动。
本实施例中，围框16作为移动件12磁体的外壳，从外部包围住磁体18，从而保证磁体18只能在设定的范围内移动，同时磁体18的运动方向垂直于磁体18和固定件之间的磁力方向，为避免外壳对磁力的影响，围框16选择非导磁材料。
此外，围框16固定在翻边17上，通过翻边17胶接(可以是结构胶、压敏胶、热熔胶或硅酮胶等)在电池包3的盖子11上，不需要打孔等操作，移动件12就可以胶接固定在电池包3上。在围框16的侧壁上设有卡扣机构14，弹性臂15为两个弧形弹性杆组成，凸点19位于两个弧形弹性杆中间，只有在力大于卡扣机构14的弹力的情况下，才可以推动磁体18在围框16内运动，从而可以防止移动件12内的磁体18随意移动。
而且移动件12中，磁体18的上表面为手动推动面，是斜坡面，以利于侧向推动。
需要说明的是，本发明中固定件和移动件之间具有磁力，解锁方向的弹性臂的力为垂直于磁力方向，垂直于磁力方向上的运动受磁力影响较解锁方向和磁力方向相同的方式较小，即容易更解锁，较之常见的背包上的磁力扣固定模式，更容易解锁，本实施例中属于不同的磁力固定方式，其解锁力度取决于弹性臂的力度，和移动件、固定件之间的磁力大小关联性很小。
本发明还提供了一种应用于上述电池包磁力固定结构的固定方法，方法包括如下内容：
板体的电池舱内嵌安装具有磁性的固定件，在电池包上对应于固定件的位置安装具有磁性的移动件，移动件和固定件组成磁力对；结合电池舱的重量，根据安全系数要求确定磁力对的数量，使得电池包依靠磁力固定在板体电池舱内。
本方法中，通过调整移动件内部的磁体的位置，使得移动件内部的磁体和固定件内部的磁体错开以解锁电池包，或移动件内部的磁体和固定件内部的磁体运动到同一垂面处以锁定电池包。
本方法中，根据移动件和固定件之间的磁场强度、电池舱的重量、风浪等级和航行过程中的安全系数确定磁力对的数量和移动件于固定件之间的间隙距离。一般优选4组磁力对，然后确定移动件和固定件之间的间隙距离，间隙距离一般不超过9mm，进而确定移动件在电池包盖子上的安装位置，固定件内嵌安装于板体的电池舱内，使得电池包固定在电池舱内。
实施例1
本实施例中，移动件内的磁体选择导磁体，固定件内的磁体选择永磁体，板体内的永磁体为35#钕铁硼，电池包内的导磁体为钢材料。
两者尺寸相同，磁体的尺寸如下：长度选取L＝50mm，宽度选取W＝20mm，高度H＝20mm。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定结构，其特征在于，
电池包(3)位于高速水面航行器的电池舱(7)内，高速水面航行器的电池舱(7)内嵌有具有磁性的固定件(13)，对应于固定件(13)设有具有磁性的移动件(12)安装在电池包(3)上；
所述固定件(13)和对应的所述移动件(12)之间产生相互吸引力，使得电池包(3)固定在电池舱(7)内。
2.根据权利要求1所述的一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定结构，其特征在于，
所述固定件(13)和对应的所述移动件(12)选用不同的磁体结构；
当所述固定件(13)采用永磁体时，所述移动件(12)内嵌有导磁体；所述固定件(13)采用导磁体时，所述移动件(12)内嵌有永磁体。
3.根据权利要求1所述的一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定结构，其特征在于，
所述电池包(3)为上侧翻边的直平行六面体，将所述电池包(3)安装高速水面航行器的电池舱(7)内，所述电池包(3)的上侧翻边置于所述电池舱(7)的上边缘的连续边处；
在所述电池舱(7)上边缘的连续边(8-1、8-2和8-3)处内嵌有多个具有磁性的固定件(13)，每个所述固定件(13)对应设有一个所述移动件(12)安装在电池包的所述盖子(11)上，通过移动件(12)和固定件(13)之间的相互吸引力，使得电池包(3)固定在板体的电池舱(7)内。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定结构，其特征在于，
所述移动件(12)的内部设有能够运动的磁体(18)，所述磁体(18)的运动方向垂直于所述移动件(12)和所述固定件(13)之间的磁力方向，通过调整所述磁体(18)在垂直于磁力方向上的运动，能够调整所述移动件(12)和对应的所述固定件(13)之间的相互吸引力的大小。
5.根据权利要求4所述的一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定结构，其特征在于，
所述移动件(12)还包括围框(16)，所述围框(16)的侧壁设有空腔，空腔内安装有卡扣机构(14)，卡扣机构(14)由弹性臂(15)和凸点(19)组成，所述磁体(18)在所述围框(16)内通过推动所述卡扣机构(14)运动。
6.根据权利要求5所述的一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定结构，其特征在于，
所述围框(16)固定在翻边(17)上，通过所述翻边(17)胶接在所述电池包的盖子(11)上。
7.根据权利要求5所述的一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定结构，其特征在于，
所述磁体(18)的上表面为手动推动面，是斜坡面以利于侧向推动。
8.一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定方法，其特征在于，所述方法包括如下内容：
板体的电池舱内嵌安装具有磁性的固定件，在电池包上对应于固定件的位置安装具有磁性的移动件，移动件和固定件组成磁力对；
结合电池舱的重量，根据安全系数要求确定磁力对的数量，使得电池包依靠磁力固定在板体电池舱内。
9.根据权利要求8所述的一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定方法，其特征在于，
通过调整移动件内部的磁体的位置，使得移动件内部的磁体和固定件内部的磁体错开以解锁电池包，或移动件内部的磁体和固定件内部的磁体运动到同一垂面处以锁定电池包。
10.根据权利要求8所述的一种用于高速水面航行器的电池包磁力固定方法，其特征在于，
根据移动件和固定件之间的磁场强度、电池舱的重量、风浪等级和航行过程中的安全系数确定磁力对的数量和移动件于固定件之间的间隙距离；
优选4组磁力对，间隙距离不超过9mm。
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- 2023-02-14 CN CN202310109459.4A patent/CN116259908A/zh active Pending
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