基於電磁力的太空飛行器用分離器的製作方法

2023-05-30 08:20:17

本發明屬於太空飛行器平臺產品技術領域，主要涉及一種重量輕、體積小、可靠性高的電磁拔銷分離器。本發明的分離器使用鎖簧式的銷簧對目標進行閉鎖，通過電磁力使銷簧縮回達到拔銷分離的目的。

背景技術：

太空飛行器的在軌狀態有許多操作需要依靠分離器工作，目前，太空飛行器上常用的分離器主要有火工品切割分離、利用記憶合金分離等方式。火工品切割分離的優點是可靠性高，但缺點是對太空飛行器易產生汙染以及具備一定的反作用力，若是較大的火工品，其產生的反作用力會使得太空飛行器的姿態受到輕微的影響。此外，一些太空飛行器上的光學設備，例如相機等設備的展開會儘量避免使用火工品，因為火工品有可能產生汙染物附著在相機的鏡頭表面，對成像效果造成嚴重影響。而記憶合金分離的優點在於避免了汙染以及作用力，但是其存在的缺點是機構的質量與體積相對較大，功耗大，分離依靠加熱操作，不能在瞬間完成動作，因此分離的可靠性不是很高。

因此，目前存在一種需求，即需要一種小巧的拔銷式分離器，瞬間完成操作，且功耗小、無汙染和無反作用力。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種基於電磁力的太空飛行器用分離器。這種分離器可以用於太空飛行器不方便使用火工品的分離需求部位，在指令發出瞬間完成動作，同時避免產生汙染以及反作用力。

本發明採用了如下的技術方案：

一種基於電磁力的太空飛行器用分離器，包括上部斥力磁體，下部吸力磁體，軟磁材料磁芯，電磁線圈，銷簧和外殼體，外殼體內的底部中央設置下部吸力磁體，下部吸力磁體的上方設置軟磁材料磁芯，軟磁材料磁芯的側面外均勻繞制有電磁線圈，軟磁材料磁芯的頂部中央一體設置銷簧，外殼體內的頂部設置上部斥力磁體，上部斥力磁體的中央位置開設有外殼凹槽，以在太空飛行器用分離器閉鎖狀態下，銷簧通過殼體凹槽而從外殼體突出，從而帶動軟磁材料磁芯向上離開下部吸力磁體，實現閉鎖；當需要工作時，電磁線圈通電工作，軟磁材料磁芯被線圈磁場磁化為與上部斥力磁體反向的磁場，與磁體產生斥力，同時與下部吸力磁體產生吸力，電磁線圈及銷簧一體向後退，銷簧凸出外殼的部分縮入外殼內，達到分離的目的。

其中，上部斥力磁體與下部斥力磁體均為永磁鐵。

其中，殼體為太空飛行器包絡機構的外部結構。

其中，上部斥力磁體共兩塊，通過膠類粘接或螺釘栓接的方式固定於外殼內的上表面上。

其中，永磁體為釹鐵硼材料。

其中，通過調節上部斥力磁體與軟磁材料磁芯的接觸面積改變它們的吸力大小。

其中，軟磁材料磁芯是由有色金屬材料的合金製成的圓柱體。

其中，有色金屬材料為鐵鎳合金和或鐵鈷合金。

其中，電磁線圈的匝數以及通電的電壓大小改變對軟磁材料磁芯的磁化作用。

其中，鎖簧通過膠類粘接或螺釘栓接的方式固定於軟磁材料磁芯的上表面。

其中，鎖簧使用無磁材料製造。

與現有技術相比，本發明的分離器反應時間短，瞬間完成動作達到解鎖的目的，實施機構的重量輕，功耗低，可靠性高。

附圖說明

圖1為本發明的基於電磁力的太空飛行器用分離器處於閉鎖狀態的示意圖。

圖2本發明的基於電磁力的太空飛行器用分離器處於解鎖狀態的示意圖。

其中，11-上部斥力磁體，12-下部吸力磁體，21-軟磁材料磁芯，22-線圈，3-銷簧，4-殼體。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的基於電磁力的太空飛行器用分離器進行進一步說明，該說明僅僅是示例性的，並不旨在限制本發明的保護範圍。

本發明的基於電磁力的太空飛行器用分離器的分離動作依靠電磁力完成，圖1中為基於電磁力的太空飛行器用分離器在閉鎖狀態下的結構示意圖，圖2為基於電磁力的太空飛行器用分離器在解鎖狀態下的結構示意圖。

本方法使用的永磁鐵組合結構如圖1所示，上部斥力磁體11共兩塊，通過膠類粘接或螺釘栓接的方式固定於殼體4的內部上表面上，永磁體通常使用釹鐵硼材料，這種材料具有極高的磁能積和矯頑力，同時高能量密度的優點。當上部斥力磁體11與軟磁材料磁芯21接觸時，軟磁材料磁芯21被上部斥力磁體11磁化，表現出與上部斥力磁體11相同的極化方向，因此被受到來自上部斥力磁體11的吸力，保持閉鎖狀態。此時下部吸力磁體12的極化方向與上部斥力磁體的極化方向相反，由於距離軟磁材料磁芯21有一定的距離，因此下部吸力磁體12對於軟磁材料磁芯21的磁化作用於上部斥力磁體11對於軟磁材料磁芯21的磁化作用，而由於軟磁材料磁芯21為一體結構，因此其整體體現被上部斥力磁體11磁化的效果，表現出於下部吸力磁體12相反的極化方向，因此此時軟磁材料磁芯21與下部吸力磁體12之間體現為斥力，該斥力與前述與上部斥力磁體11的吸力保證了分離器的 閉鎖狀態。在此結構中可以通過調節上部斥力磁體11與軟磁材料磁芯21的接觸面積來改變其吸力的大小，而通過增大軟磁材料磁芯21與下部吸力磁體12的間距可以用來弱化下部吸力磁體的磁化作用，使得保證軟磁材料磁芯21與下部吸力磁體12間為斥力而非吸力。

電磁線圈組合的結構如圖所示，軟磁材料磁芯21通常是由有色金屬材料的合金製成的圓柱體，如鐵鎳合金、鐵鈷合金等，這些合金的優點是具有低矯頑力以及高磁導率，易被外磁場磁化而體現磁性。將銅線均勻繞制於軟磁材料磁芯21外周，形成線圈22，在線圈22不通電時對軟磁材料磁芯21不起作用。當線圈22正向通電時，根據其線圈的繞制方向，將對軟磁材料磁芯21起到磁化作用，使得軟磁材料磁芯21表現出與上部斥力磁體11相反的極化方向，因此在軟磁材料磁芯21與上部斥力磁體11間產生較大的斥力；同時，該磁化效果將在軟磁材料磁芯21與下部吸力磁體12間產生較大的吸力，此時，電磁線圈組合將向下移動。在電磁線圈組合結構中可以通過改變線圈的匝數以及通電的電壓大小改變對軟磁材料磁芯21的磁化效果，達到足夠的斥力與吸力效果。

鎖簧3通過膠類粘接或螺釘栓接的方式固定於軟磁材料磁芯21上表面，鎖簧3需要使用無磁材料製造，避免與上部斥力磁體11接觸時產生力，起到阻礙電磁線圈組合活動的效果。鎖簧3的長度根據具體產品的需求進行具體設計。

殼體4為包覆在分離器的外部的結構，本設計中將殼體4設計為圓柱形，但殼體4並不限於此形狀。殼體4頂部開孔用於鎖簧3的活動，內徑符合電磁線圈組合，主要是線圈22的外徑，需留有一定餘量用於電磁線圈組合的活動，不能產生較大的摩擦力，必要時可進行一定的潤滑。頂部開孔的孔徑與鎖簧3需要配合良好並通過公差留有一定餘量，保證鎖簧3與殼體4之間的摩擦力不會阻礙鎖簧3的運動。

本方法進行操作時，線圈22中正向通電，根據線圈22的繞制方向，將 在線圈22中心形成磁感應方向向上的磁場，磁場對軟磁材料磁芯21形成磁化作用，使得軟磁材料磁芯21在向上的方向上被飽和磁化，對外表現出極化方向向上的磁場，該磁場與上部斥力磁體11形成的磁場方向相反，因此在軟磁材料磁芯21與上部斥力磁體11之間產生很大的斥力，斥力致使電磁線圈組合與鎖簧3整體向下移動，在向下移動的同時，由於電磁線圈組合逐漸接近下部吸力磁體12，而下部吸力磁體12的極化方向與電磁線圈組合相同為向上，因此在軟磁材料磁芯21與下部吸力磁體12之間產生逐漸增大的吸力，吸力將加速電磁線圈組合向下移動的速度並在接觸後將軟磁材料磁芯21牢牢吸合在下部吸力磁體12的上表面上。在此運動過程中，被緊固在軟磁材料磁芯21上表面上的鎖簧3鎖著電磁線圈組合向下移動，鎖簧3的頂端逐漸由凸出殼體4變為在殼體4內，如圖2所示，因此達到解鎖的目的。

儘管上文對本發明的具體實施方式給與了詳細描述和說明，但是應該指明的是，我們可以根據本發明的構想對上述事實方式進行各種等效的改變和修改，其所產生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，

均應在本發明的保護範圍之內。