TWI824657B - 磁流體姿態儀 - Google Patents
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Abstract
一種磁流體姿態儀包含一第一固定座、複數個第一電磁鐵、一第二固定座、複數個第二電磁鐵、一封閉環狀管路及一磁流體。第一電磁鐵係相間隔地嵌設於第一固定座，並分別具有一第一中心軸。第二固定座係相間隔地固接於第一固定座。第二電磁鐵係相間隔地嵌設於第二固定座，並分別具有一第二中心軸，第一中心軸與第二中心軸係彼此交錯設置。封閉環狀管路係設置於第一固定座與第二固定座之間。磁流體係充填於局部之封閉環狀管路內，並受控制地沿一環形驅動路徑移動。其中，環形驅動路徑所依序接近之第一電磁鐵與第二電磁鐵係依序導電產生磁力以驅使磁流體沿環形驅動路徑移動。
Description
本發明係關於一種磁流體姿態儀，尤其是指一種利用雙面電磁體帶動磁流體流動之磁流體姿態儀。
一般來說，由於在宇宙中為無重力的環境，因此為了調整太空船的姿態，通常會利用一種磁流體姿態儀來改變角動量，進而讓太空船受到影響而旋轉。
承上所述，現有的磁流體姿態儀主要是將鐵磁流體（在磁場存在時可極化的流體，由有機溶液或水承載複數個鐵磁性微粒所組成，以下簡稱磁流體）置入封閉環中，然後利用環繞設置於封閉環一側的多個電磁鐵依序產生磁力，進而帶動磁流體在封閉環中移動，藉此造成角動量的改變。
其中，雖然現有的磁流體姿態儀可以藉由多個電磁鐵產生的磁力來帶動磁流體移動，但由於這些電磁鐵是排列設置於封閉環之同一側，因此為了讓磁流體的移動更為順暢，通常會將電磁鐵的尺寸設計的較為小型，以使電磁鐵通電後產生的磁場可以更加緊密的接續，然而小型的電磁體所產生的磁場大小也受到了限制，導致所能吸引磁流體的量有限，無法做成較大型的磁流體姿態儀。
有鑒於在先前技術中，現有的磁流體姿態儀為了讓磁流體移動的更加順暢，通常是將電磁鐵的尺寸縮減，使其所產生的磁場可以更加緊密的接續，但也因此使得磁場的範圍縮小，導致能吸附的磁流體量相對減少；緣此，本發明的主要目的在於提供一種磁流體姿態儀，可以讓磁流體的移動更加順暢。
本發明為解決先前技術之問題，所採用的必要技術手段是提供一種磁流體姿態儀，包含一第一固定座、複數個第一電磁鐵、一第二固定座、複數個第二電磁鐵、一封閉環狀管路以及一磁流體。
複數個第一電磁鐵係沿一第一封閉配置路徑相間隔地嵌設於第一固定座，每一第一電磁鐵具有一第一中心軸。第二固定座係相間隔地固接於第一固定座。複數個第二電磁鐵係沿一第二封閉配置路徑相間隔地嵌設於第二固定座，每一第二電磁鐵具有一第二中心軸，第二封閉配置路徑係與第一封閉配置路徑相對應，第一中心軸與第二中心軸係彼此交錯地排列設置。
封閉環狀管路係對應於第一封閉配置路徑與第二封閉配置路徑而設置於第一固定座與第二固定座之間。磁流體係充填於局部之封閉環狀管路內，係受控制地沿一環形驅動路徑移動。
其中，環形驅動路徑所依序接近之第一電磁鐵與第二電磁鐵係依序導電產生磁力以驅使磁流體沿環形驅動路徑移動。
在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，第一固定座更具有一第一環型設置面，第一電磁鐵係分別露出第一環型設置面。較佳者，第二固定座更具有一面向第一環型設置面之第二環型設置面，第二電磁鐵係分別露出第二環型設置面。
此外，第一固定座還具有複數個管路限位結構，管路限位結構係分別自第一環型設置面朝第二環型設置面凸伸出，用以限位封閉環狀管路而使封閉環狀管路對準第一封閉配置路徑。其中，管路限位結構更包含複數個內側限位結構與複數個外側限位結構，內側限位結構與外側限位結構係分別位於第一封閉配置路徑之內側與外側。
在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，第一固定座更具有至少一第一外周面延伸固定結構，第二固定座更具有至少一第二外周面延伸固定結構，至少一第二外周面延伸固定結構係用以固接至少一第一外周面延伸固定結構。
在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，第二固定座係沿一軸向相間隔地固接於第一固定座，該些第一中心軸與該些第二中心軸沿軸向之投影係彼此交錯。
如上所述，由於本發明是在第一固定座嵌設多個第一電磁鐵，並在第二固定座嵌設多個第二電磁鐵，然後利用第一固定座與第二固定座相對的固定與結合，使第一電磁鐵與第二電磁鐵在軸向上彼此交錯，而局部充填有磁流體之封閉環狀管路則設置於第一固定座與第二固定座之間，藉此，磁流體可以受到第一電磁鐵與第二電磁鐵依序產生磁力所帶動，進而更加順暢的沿著環形驅動路徑移動。
本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。
請參閱第一圖與第二圖，第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之磁流體姿態儀之立體示意圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之磁流體姿態儀之立體分解示意圖。如第一圖與第二圖所示，一種磁流體姿態儀100包含一第一固定座1、複數個第一電磁鐵2（圖中僅標示一個）、一第二固定座3、複數個第二電磁鐵4（圖中僅標示一個）、一封閉環狀管路5、二磁流體6（圖中僅標示一個）以及三個固定元件7（圖中僅標示一個）。
第一固定座1包含一第一固定座本體11、複數個內側限位結構12（圖中僅標示一個）、複數個外側限位結構13（圖中僅標示一個）以及三個第一外周面延伸固定結構14（圖中僅標示一個）。
第一固定座本體11具有一第一環型設置面111與一第一外周面112，且第一固定座本體11還開設有複數個第一孔槽113（圖中僅標示一個）。其中，內側限位結構12與外側限位結構13係分別自第一環型設置面111凸伸出。第一外周面112是鄰接於第一環型設置面111。複數個第一孔槽113是沿一第一封閉配置路徑P1環繞地排列，且內側限位結構12與外側限位結構13是分別位於第一封閉配置路徑P1之內側與外側。
複數個第一電磁鐵2係沿第一封閉配置路徑P1彼此相間隔地嵌設於第一固定座1之第一孔槽113，並分別露出於第一環型設置面111。
第二固定座3包含一第二固定座本體31以及三個第二外周面延伸固定結構32（圖中僅標示一個）。第二固定座本體31具有一第二環型設置面311與一第二外周面312，且第二固定座本體31還開設有複數個第二孔槽313（圖中僅標示一個）複數個第二孔槽313是沿一第二封閉配置路徑P2環繞地排列，且第二封閉配置路徑P2係與第一封閉配置路徑P1相對應。
承上所述，第二固定座3係沿一軸向D1相間隔地固接於第一固定座1；在本實施例中，第二固定座3是沿著軸向D1放置於第一固定座1之上方，而由於第一固定座1具有內側限位結構12與外側限位結構13，因此會使第二固定座本體31在軸向D1上與第一固定座本體11彼此相間隔地設置。此外，當第二固定座3固接於第一固定座1時，第二封閉配置路徑P2在軸向D1上之投影會對應地重疊於第一封閉配置路徑P1。
三個第二外周面延伸固定結構32是分別自第二外周面312一體成型地凸伸出，且三個第二外周面延伸固定結構32是彼此等距地間隔設置而分別對應於第一固定座1之三個第一外周面延伸固定結構14。
第二電磁鐵4係沿第二封閉配置路徑P2彼此相間隔地嵌設於第二固定座3之第二孔槽313，並分別露出於第二環型設置面311。
封閉環狀管路5係對應於第一封閉配置路徑P1與第二封閉配置路徑P2而設置於第一固定座1與第二固定座3之間。二磁流體6係分別充填於局部之封閉環狀管路5內，並受控制地沿一環形驅動路徑CP（標示於第四圖）移動。
請繼續參閱第三圖與第四圖，第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之磁流體姿態儀之第一磁鐵、第二磁鐵以及封閉環狀管路之相對位置之立體示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之磁流體姿態儀之第一磁鐵、第二磁鐵以及封閉環狀管路之相對位置之平面示意圖。
如第一圖至第四圖所示，由於磁流體6係在封閉環狀管路5內沿環形驅動路徑CP移動，而環形驅動路徑CP在軸向D1上是位於第一封閉配置路徑P1與第二封閉配置路徑P2之間，因此封閉環狀管路5是對應於第一封閉配置路徑P1與第二封閉配置路徑P2而設置於第一固定座1與第二固定座3之間。
此外，每個第一電磁鐵2還具有一第一中心軸2X（圖中僅標示一個），每個第二電磁鐵4還具有一第二中心軸4X（圖中僅標示一個），而第一中心軸2X與第二中心軸4X沿軸向D1之投影係彼此交錯。
需特別說明的是，由於在本實施例中，上述之第一封閉配置路徑P1與第二封閉配置路徑P2在軸向D1上會重疊於環形驅動路徑CP，且由於環形驅動路徑CP在軸向D1上是位於第一封閉配置路徑P1與第二封閉配置路徑P2之間，因此在第四圖中僅標示環形驅動路徑CP進行說明。此外，在其他實施例中，第一封閉配置路徑P1與第二封閉配置路徑P2也可以是在軸向D1上不重疊於環形驅動路徑CP，例如將第一固定座1與第二固定座沿一徑向（圖未示）排列，使第一封閉配置路徑P1與第二封閉配置路徑P2在徑向上重疊於環形驅動路徑CP，甚至可以是將第一固定座1設置於封閉環狀管路5之下方外側，並將第二固定座3設置於封閉環狀管路5之上方內側，亦可使第一封閉配置路徑P1與第二封閉配置路徑P2在傾斜於軸向D1與徑向之一傾斜方向上重疊於環形驅動路徑CP。
請繼續參閱第五圖至第七圖，第五圖係為第三圖之部分放大示意圖；第六圖係顯示磁流體由從第五圖之第一磁鐵處沿環形驅動路徑移動第二磁鐵處之部分放大示意圖；第七圖係顯示磁流體由從第六圖之第二磁鐵處沿環形驅動路徑移動另一第一磁鐵處之部分放大示意圖。
如第一圖至第七圖所示，在本實施例中，以複數個第一電磁鐵2中，兩相鄰的第一電磁鐵2a與2b為例，並以複數個第二電磁鐵4中，在軸向D1之投影上位於第一電磁鐵2a與2b之間的第二電磁鐵4a為例，以及以二磁流體6中之一磁流體6a為例，當複數個第一電磁鐵2與複數個第二電磁鐵4沿環形驅動路徑CP所依序接近之第一電磁鐵2a、第二電磁鐵4a與第一電磁鐵2b依序導電產生磁力時，會驅使磁流體6a沿環形驅動路徑CP從第一電磁鐵2a處先移動至第二電磁鐵4a處，然後再移動至第一電磁鐵2b處。
承上所述，當第一電磁鐵2a導電而產生磁力時，磁流體6a會被第一電磁鐵2a所吸附住而位於第一電磁鐵2a之上方，而當第二電磁鐵4a導電而產生磁力，且第一電磁鐵2a停止導電而未產生磁力時，磁流體6a會受到第二電磁鐵4a所吸引而移動至第二電磁鐵4a之下方，然後當第一電磁鐵2b導電而產生磁力時且第二電磁鐵4a停止導電而未產生磁力時，磁流體6a會更進一步的被第一電磁鐵2b所吸附住而移動至第一電磁鐵2b之上方，藉此，當環形驅動路徑CP所依序接近之複數個第一電磁鐵2與複數個第二電磁鐵4依序導電產生磁力時，會驅使磁流體6a沿環形驅動路徑CP在封閉環狀管路5內不斷的繞圈，進而造成角動量的改變。
此外，如第一圖、第五圖與第六圖所示，當磁流體6a受到第二電磁鐵4a之磁吸而由第一電磁鐵2a處移動至第二電磁鐵4a處時，磁流體6a實際上會產生一朝向第二電磁鐵4a之力矩F，但由於磁流體6a在軸向D1上受到封閉環狀管路5之限制，因此力矩F在軸向D1上的分力力矩F2無法作用，而只剩下在環形驅動路徑CP上的分力力矩F1，使得磁流體6a會沿著環形驅動路徑CP移動至第二電磁鐵4a之下方。
實務上，由於第一電磁鐵2與第二電磁鐵4在軸向D1上交錯地排列設置，因此每個第一電磁鐵2之磁場會與在軸向D1上相重疊的兩個第二電磁鐵4之磁場重疊，而每個第二電磁鐵4之磁場會與在軸向D1上相重疊的兩個第一電磁鐵2之磁場重疊，藉此，當第一電磁鐵2與第二電磁鐵4沿著接近環形驅動路徑CP之順序依據導電時，可以讓磁流體6一直受到磁力所控制，且透過第一電磁鐵2與第二電磁鐵4輪流導電之切換頻率，更能有效的控制磁流體6在封閉環狀管路5內之移動速度。
綜上所述，相較於先前技術之磁流體姿態儀僅在封閉管路之一側設置多個電磁鐵，而為了使磁流體的移動更加順暢，需要縮減電磁鐵的尺寸，反而導致電磁鐵的磁場相對縮小，無法吸附較多的磁流體；本發明之磁流體姿態儀主要是透過第一固定座與第二固定座將多個第一電磁鐵與多個第二電磁鐵彼此交錯排列地設置於封閉環狀管路之兩側，藉此透過環形驅動路徑所依序接近之第一電磁鐵與第二電磁鐵依序導電產生磁力，便可以驅使磁流體更順暢的沿環形驅動路徑移動。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
100:磁流體姿態儀
1:第一固定座
11:第一固定座本體
111:第一環型設置面
112:第一外周面
113:第一孔槽
12:內側限位結構
13:外側限位結構
14:第一外周面延伸固定結構
2,2a,2b:第一電磁鐵
3:第二固定座
31:第二固定座本體
311:第二環型設置面
312:第二外周面
313:第二孔槽
32:第二外周面延伸固定結構
4,4a:第二電磁鐵
5:封閉環狀管路
6,6a:磁流體
7:固定元件
CP:環形驅動路徑
D1:軸向
P1:第一封閉配置路徑
P2:第二封閉配置路徑
2X:第一中心軸
4X:第二中心軸
F:力矩
F2,F1:分力力矩
第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之磁流體姿態儀之立體示意圖；
第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之磁流體姿態儀之立體分解示意圖；
第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之磁流體姿態儀之第一磁鐵、第二磁鐵以及封閉環狀管路之相對位置之立體示意圖；
第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之磁流體姿態儀之第一磁鐵、第二磁鐵以及封閉環狀管路之相對位置之平面示意圖；
第五圖係為第三圖之部分放大示意圖；
第六圖係顯示磁流體由從第五圖之第一磁鐵處沿環形驅動路徑移動第二磁鐵處之部分放大示意圖；以及
第七圖係顯示磁流體由從第六圖之第二磁鐵處沿環形驅動路徑移動另一第一磁鐵處之部分放大示意圖。
2a,2b:第一電磁鐵
4a:第二電磁鐵
5:封閉環狀管路
6a:磁流體
CP:環形驅動路徑
Claims (7)
- 一種磁流體姿態儀，包含： 一第一固定座； 複數個第一電磁鐵，係沿一第一封閉配置路徑相間隔地嵌設於該第一固定座，每一該些第一電磁鐵具有一第一中心軸； 一第二固定座，係相間隔地固接於該第一固定座； 複數個第二電磁鐵，係沿一第二封閉配置路徑相間隔地嵌設於該第二固定座，每一該些第二電磁鐵具有一第二中心軸，該第二封閉配置路徑係與該第一封閉配置路徑相對應，且該些第一中心軸與該些第二中心軸係彼此交錯地排列設置； 一封閉環狀管路，係對應於該第一封閉配置路徑與該第二封閉配置路徑而設置於該第一固定座與該第二固定座之間；以及 一磁流體，係充填於局部之該封閉環狀管路內，係受控制地沿一環形驅動路徑移動； 其中，該環形驅動路徑所依序接近之該些第一電磁鐵與該些第二電磁鐵係依序導電產生磁力以驅使該磁流體沿該環形驅動路徑移動。
- 如請求項1所述之磁流體姿態儀，其中，該第一固定座更具有一第一環型設置面，該些第一電磁鐵係分別露出該第一環型設置面。
- 如請求項2所述之磁流體姿態儀，其中，該第二固定座更具有一面向該第一環型設置面之第二環型設置面，該些第二電磁鐵係分別露出該第二環型設置面。
- 如請求項3所述之磁流體姿態儀，其中，該第一固定座還具有複數個管路限位結構，該些管路限位結構係分別自該第一環型設置面朝該第二環型設置面凸伸出，用以限位該封閉環狀管路而使該封閉環狀管路對準該第一封閉配置路徑。
- 如請求項4所述之磁流體姿態儀，其中，該些管路限位結構包含複數個內側限位結構與複數個外側限位結構，該些內側限位結構與該些外側限位結構係分別位於該第一封閉配置路徑之內側與外側。
- 如請求項1所述之磁流體姿態儀，其中，該第一固定座更具有至少一第一外周面延伸固定結構，該第二固定座更具有至少一第二外周面延伸固定結構，該至少一第二外周面延伸固定結構係用以固接該至少一第一外周面延伸固定結構。
- 如請求項1所述之磁流體姿態儀，其中，該第二固定座係沿一軸向相間隔地固接於該第一固定座，該些第一中心軸與該些第二中心軸沿該軸向之投影係彼此交錯。
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