一種無損捕獲高速運(yùn)動(dòng)金屬物體的電磁裝置制造方法
【專利摘要】一種無損捕獲高速運(yùn)動(dòng)金屬物體的電磁裝置，其主體結(jié)構(gòu)為兩個(gè)水平放置，正對布置的，由永磁材料塊或者電磁磁體排列成多組同心圓環(huán)的碟形結(jié)構(gòu)。兩個(gè)碟形結(jié)構(gòu)之間的間隙中形成多組同心環(huán)狀分布NS極性相間的磁場，且磁場的平均幅值由中心向外沿半徑方向梯度增加。高速運(yùn)動(dòng)的金屬物體飛入時(shí)兩個(gè)碟形結(jié)構(gòu)之間的間隙時(shí)，不會(huì)與碟形結(jié)構(gòu)相碰撞，在減速的同時(shí)，變直線運(yùn)動(dòng)為圓周運(yùn)動(dòng)，最終靜止地在下碟形結(jié)構(gòu)的表面安全著陸。
【專利說明】-種無損捕獲高速運(yùn)動(dòng)金屬物體的電磁裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種捕獲高速運(yùn)動(dòng)金屬物體的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 從發(fā)射器或者推進(jìn)器出口的金屬物體在推進(jìn)過程中受到巨大的推力，可能會(huì)發(fā)生 局部形變，熱燒蝕，W及與推進(jìn)器碰撞、摩擦而出現(xiàn)各種痕跡，研究者非常希望獲得金屬物 體從發(fā)射器或者推進(jìn)器出口瞬間的最原始狀態(tài)，用來回溯推理分析推進(jìn)過程中產(chǎn)生的一些 問題。而傳統(tǒng)的金屬物體捕獲器一般會(huì)用砂箱或者其他固態(tài)、類液態(tài)介質(zhì)阻擋裝置，使金屬 物體進(jìn)入后受到巨大的阻力和撞擊，產(chǎn)生非常大的變形甚至碎裂等，完全掩蓋了金屬物體 出口時(shí)的初始變形狀態(tài)，使捕獲的金屬物體失去研究價(jià)值。如何無損地捕獲高速運(yùn)動(dòng)的金 屬物體，一直是高速推進(jìn)研究領(lǐng)域難W解決的課題之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種利用電磁力無接觸地捕獲高速金 屬物體的電磁裝置。
[0004] 本發(fā)明為一種由永磁材料或者電磁磁體產(chǎn)生極性相間的環(huán)狀排列的雙碟形結(jié)構(gòu)。 當(dāng)金屬物體飛入兩個(gè)碟形結(jié)構(gòu)之間的間隙時(shí)，變化的磁場與高速運(yùn)動(dòng)的金屬物體相互作 用，在產(chǎn)生電磁阻力的同時(shí)，也產(chǎn)生讓金屬物體繞雙碟形結(jié)構(gòu)中屯、軸做圓周運(yùn)動(dòng)的向屯、力， 使金屬物體的運(yùn)動(dòng)方式由高速直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)，且速度越來越慢，最后徹底靜止 著陸。由于整個(gè)減速過程中，在磁場的作用下，金屬物體與雙碟形結(jié)構(gòu)無任何接觸和碰撞， 最大可能地?zé)o損地保留了金屬物體出口的原始狀態(tài)，便于研究者分析物體在推進(jìn)過程中的 受力W及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等因素，為進(jìn)一步的優(yōu)化和提高設(shè)計(jì)做參考。
[0005] 本發(fā)明無損捕獲高速運(yùn)動(dòng)金屬物體的電磁裝置安裝在推進(jìn)器金屬物體出口位置， 為兩個(gè)水平放置、正對布置的碟形結(jié)構(gòu)。金屬物體飛行方向?qū)χ谓Y(jié)構(gòu)間隙正中的水平 對稱面，金屬物體飛行方向相對于兩個(gè)碟形結(jié)構(gòu)的中屯、連線有橫向偏屯、距離。
[0006] 所述的碟形結(jié)構(gòu)為由永磁材料塊排列成的同屯、圓環(huán)或者電磁體排列成的多組同 屯、圓環(huán)組成。兩個(gè)碟形結(jié)構(gòu)之間的間隙大于金屬物體飛行路徑的包絡(luò)截面，W保證金屬物 體飛入時(shí)不會(huì)與碟形結(jié)構(gòu)相碰撞。本發(fā)明裝置在兩個(gè)碟形結(jié)構(gòu)之間的間隙中形成多組同屯、 環(huán)狀分布、NS極性相間的磁場，且磁場的平均幅值由中屯、向外沿半徑方向呈梯度增加。形 成該種磁場分布的方式主要有兩種，一是外側(cè)環(huán)的永磁材料塊的尺寸厚度由中屯、向外沿半 徑方向逐步加大，二是在永磁材料塊尺寸不變的情況下，由內(nèi)到外逐步減小碟形結(jié)構(gòu)的間 距。如果是由電磁體組成的碟形結(jié)構(gòu)，通過改變不同磁體的勵(lì)磁電流的方式，實(shí)現(xiàn)外部磁體 產(chǎn)生的磁場比內(nèi)部磁體產(chǎn)生的磁場的磁通密度大。
[0007] 本發(fā)明提出的新型高速金屬物體無損捕獲裝置可用于金屬物體推進(jìn)或者發(fā)射裝 置的研究和開發(fā)，或者高速金屬物流的無損輸運(yùn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[000引圖1本發(fā)明一種雙碟形結(jié)構(gòu)的過軸線切面圖，圖中；1上碟形結(jié)構(gòu)，2下碟形結(jié)構(gòu)， 4物體入射軌跡，5上碟形結(jié)構(gòu)背鐵，6下碟形結(jié)構(gòu)背鐵；
[0009] 圖2下碟形結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖中；1上碟形結(jié)構(gòu)，字母表示磁體的極性方向，3金屬 物體由開始直線進(jìn)入兩個(gè)碟形結(jié)構(gòu)間的間隙，然后開始做圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡；
[0010] 圖3本發(fā)明另外一種能夠產(chǎn)生自內(nèi)向外磁場逐漸增強(qiáng)的雙碟形結(jié)構(gòu)過軸線切面 圖，圖中；1上碟形結(jié)構(gòu)，2下碟形結(jié)構(gòu)，5上碟形結(jié)構(gòu)的背鐵，6下碟形結(jié)構(gòu)的背鐵。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0012] 圖1為兩個(gè)水平放置、正對布置的碟形結(jié)構(gòu)；上蝶形結(jié)構(gòu)1和下蝶形結(jié)構(gòu)2的過軸 線切面圖，箭頭方向?yàn)榇朋w的極性方向，下同。如圖1所示，兩個(gè)碟形結(jié)構(gòu)1、2均為同屯、圓 環(huán)，圖1示出了四組碟形結(jié)構(gòu)。
[0013] 圖2為一個(gè)碟形結(jié)構(gòu)的正視圖，每個(gè)圓環(huán)由產(chǎn)生磁場方向如圖2中字母N、S所示 的磁體排列而成，用來產(chǎn)生極性NS相間、磁場幅值大小相同或相近的磁場分布。同屯、環(huán)從 尺寸上均是正對的對稱結(jié)構(gòu)，W保證產(chǎn)生的磁場對稱分布。
[0014] 如圖1所示，所述的兩個(gè)蝶形結(jié)構(gòu)的背面貼有背鐵，上碟形結(jié)構(gòu)背鐵5緊貼在上碟 形結(jié)構(gòu)1的背面，下碟形結(jié)構(gòu)背鐵6緊貼在下碟形結(jié)構(gòu)2的背面，用來短接磁體背面的磁 路，上碟形結(jié)構(gòu)背鐵5和下碟形結(jié)構(gòu)背鐵6在加強(qiáng)兩個(gè)碟形結(jié)構(gòu)間間隙內(nèi)磁場的同時(shí)，屏蔽 本發(fā)明整個(gè)裝置對外的漏磁場。
[0015] 圖1所示的環(huán)形結(jié)構(gòu)中的同屯、圓環(huán)由內(nèi)往外，在厚度方向上尺寸越來越大，在兩 個(gè)碟形結(jié)構(gòu)間隙中的平均磁場強(qiáng)度則由內(nèi)而外越來越大。如圖1所示的物體入射軌跡4和 圖2中的金屬物體入射方向及運(yùn)動(dòng)軌跡3,金屬物體高速進(jìn)入兩個(gè)碟形結(jié)構(gòu)間的間隙時(shí)，交 變的磁場與金屬物體中感應(yīng)出的禍流相互作用，使金屬物體減速且受到一個(gè)指向碟形結(jié)構(gòu) 中屯、軸的向屯、力，變直線運(yùn)動(dòng)為圓周運(yùn)動(dòng)，由于雙碟形結(jié)構(gòu)鏡像對稱，當(dāng)金屬物體運(yùn)行方向 上偏移間隙的雙碟形結(jié)構(gòu)的對稱面時(shí)，一邊的磁通被壓縮，產(chǎn)生一個(gè)指向雙碟形結(jié)構(gòu)的對 稱面回復(fù)的力，因此直到金屬物體速度基本減到零，才會(huì)在下面的碟形結(jié)構(gòu)表面著陸，接觸 力非常小，也就對金屬物體的損傷會(huì)非常小，如果在碟形結(jié)構(gòu)向間隙的一面涂覆一薄層如 聚四氣己締之類的潤滑型塑料，則對金屬物體著陸時(shí)的碰觸力會(huì)進(jìn)一步減小。
[0016] 圖3為另外一種兩個(gè)正對的上碟形結(jié)構(gòu)1和下碟形結(jié)構(gòu)2過軸線切面圖，其結(jié)構(gòu) 與圖1中的結(jié)構(gòu)類似。為了在上碟形結(jié)構(gòu)1和下碟形結(jié)構(gòu)2之間的間隙中產(chǎn)生由內(nèi)向外逐 步增強(qiáng)的磁場分布，永磁材料塊的厚度尺寸不變，而上碟形結(jié)構(gòu)1和下碟形結(jié)構(gòu)2之間的間 隙的尺寸由內(nèi)而外地減小。如果由電磁體形成的蝶形結(jié)構(gòu)，也可W通過改變不同磁體的勵(lì) 磁電流來實(shí)現(xiàn)外部的磁體產(chǎn)生的磁場比內(nèi)部的磁體磁通密度大。
[0017] 設(shè)圖2中金屬運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)入兩個(gè)蝶形結(jié)構(gòu)間的間隙后做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡3的半徑 為R，R可由下式推算。
[001引 K二^，其中；m是金屬拋體的質(zhì)量，V是運(yùn)動(dòng)速度，金屬拋體受到的向屯、力Fr由 下式獲得：
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 一種無損捕獲高速運(yùn)動(dòng)物體的電磁裝置，其特征在于，所述的電磁裝置的主體結(jié)構(gòu) 為兩個(gè)水平放置、正對布置的碟形結(jié)構(gòu)；所述的蝶形結(jié)構(gòu)為由永磁材料塊排列成的同心圓 環(huán)組成，或者由電磁磁體排列成的多組同心圓環(huán)組成；兩個(gè)碟形結(jié)構(gòu)之間的間隙中形成多 組同心環(huán)狀分布的，磁場極性NS相間、磁場幅值相同或相近的磁場。
2. 按照權(quán)利要求1所述的無損捕獲高速運(yùn)動(dòng)物體的電磁裝置，其特征在于，所述的兩 個(gè)碟形結(jié)構(gòu)之間的間隙中形成的磁場的平均幅值由中心向外沿半徑方向梯度增加；形成這 種磁場分布方式的方法有兩種，一是外側(cè)同心圓環(huán)的永磁材料塊的尺寸厚度由中心向外沿 半徑方向逐步加大，二是在永磁材料塊的尺寸不變的情況下，由內(nèi)到外逐步減小兩個(gè)碟形 結(jié)構(gòu)的間距；若是由電磁體組成的碟形結(jié)構(gòu)，通過改變不同位置磁體的勵(lì)磁電流來實(shí)現(xiàn)所 述的磁場分布方式。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的無損捕獲高速運(yùn)動(dòng)物體的電磁裝置，其特征在于，所述的
R介于上、下兩個(gè)蝶形結(jié)構(gòu)的同心圓環(huán)的最大半徑和最小半徑之間。
4. 按照權(quán)利要求1所述的無損捕獲高速運(yùn)動(dòng)物體的電磁裝置，其特征在于，所述的碟 形結(jié)構(gòu)向內(nèi)的表面涂覆有彈性塑料保護(hù)層。
5. 按照權(quán)利要求1所述的無損捕獲高速運(yùn)動(dòng)物體的電磁裝置，其特征在于，所述的兩 個(gè)碟形結(jié)構(gòu)之間的間隙大于金屬物體飛行路徑的包絡(luò)截面。
6. 按照權(quán)利要求1所述的無損捕獲高速運(yùn)動(dòng)物體的電磁裝置，其特征在于，所述的兩 個(gè)蝶形結(jié)構(gòu)的背面貼有背鐵：上碟形結(jié)構(gòu)（1)的背面緊貼有上碟形結(jié)構(gòu)背鐵（5)，下碟形結(jié) 構(gòu)（2)的背面緊貼有下碟形結(jié)構(gòu)背鐵（6)。
【文檔編號】H01F7/00GK104485760SQ201410724956
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】王厚生, 李獻(xiàn), 劉建華, 王暉, 陳順中, 崔春艷, 程軍勝, 戴銀明, 王秋良 申請人:中國科學(xué)院電工研究所