一种无损捕获高速运动金属物体的电磁装置制造方法
【专利摘要】一种无损捕获高速运动金属物体的电磁装置，其主体结构为两个水平放置，正对布置的，由永磁材料块或者电磁磁体排列成多组同心圆环的碟形结构。两个碟形结构之间的间隙中形成多组同心环状分布NS极性相间的磁场，且磁场的平均幅值由中心向外沿半径方向梯度增加。高速运动的金属物体飞入时两个碟形结构之间的间隙时，不会与碟形结构相碰撞，在减速的同时，变直线运动为圆周运动，最终静止地在下碟形结构的表面安全着陆。
【专利说明】-种无损捕获高速运动金属物体的电磁装置
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种捕获高速运动金属物体的装置。
【背景技术】
[0002] 从发射器或者推进器出口的金属物体在推进过程中受到巨大的推力，可能会发生 局部形变，热烧蚀，W及与推进器碰撞、摩擦而出现各种痕迹，研究者非常希望获得金属物 体从发射器或者推进器出口瞬间的最原始状态，用来回溯推理分析推进过程中产生的一些 问题。而传统的金属物体捕获器一般会用砂箱或者其他固态、类液态介质阻挡装置，使金属 物体进入后受到巨大的阻力和撞击，产生非常大的变形甚至碎裂等，完全掩盖了金属物体 出口时的初始变形状态，使捕获的金属物体失去研究价值。如何无损地捕获高速运动的金 属物体，一直是高速推进研究领域难W解决的课题之一。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种利用电磁力无接触地捕获高速金 属物体的电磁装置。
[0004] 本发明为一种由永磁材料或者电磁磁体产生极性相间的环状排列的双碟形结构。 当金属物体飞入两个碟形结构之间的间隙时，变化的磁场与高速运动的金属物体相互作 用，在产生电磁阻力的同时，也产生让金属物体绕双碟形结构中屯、轴做圆周运动的向屯、力， 使金属物体的运动方式由高速直线运动转变为圆周运动，且速度越来越慢，最后彻底静止 着陆。由于整个减速过程中，在磁场的作用下，金属物体与双碟形结构无任何接触和碰撞， 最大可能地无损地保留了金属物体出口的原始状态，便于研究者分析物体在推进过程中的 受力W及运动状态等因素，为进一步的优化和提高设计做参考。
[0005] 本发明无损捕获高速运动金属物体的电磁装置安装在推进器金属物体出口位置， 为两个水平放置、正对布置的碟形结构。金属物体飞行方向对着碟形结构间隙正中的水平 对称面，金属物体飞行方向相对于两个碟形结构的中屯、连线有横向偏屯、距离。
[0006] 所述的碟形结构为由永磁材料块排列成的同屯、圆环或者电磁体排列成的多组同 屯、圆环组成。两个碟形结构之间的间隙大于金属物体飞行路径的包络截面，W保证金属物 体飞入时不会与碟形结构相碰撞。本发明装置在两个碟形结构之间的间隙中形成多组同屯、 环状分布、NS极性相间的磁场，且磁场的平均幅值由中屯、向外沿半径方向呈梯度增加。形 成该种磁场分布的方式主要有两种，一是外侧环的永磁材料块的尺寸厚度由中屯、向外沿半 径方向逐步加大，二是在永磁材料块尺寸不变的情况下，由内到外逐步减小碟形结构的间 距。如果是由电磁体组成的碟形结构，通过改变不同磁体的励磁电流的方式，实现外部磁体 产生的磁场比内部磁体产生的磁场的磁通密度大。
[0007] 本发明提出的新型高速金属物体无损捕获装置可用于金属物体推进或者发射装 置的研究和开发，或者高速金属物流的无损输运。
【专利附图】
【附图说明】
[000引图1本发明一种双碟形结构的过轴线切面图，图中；1上碟形结构，2下碟形结构， 4物体入射轨迹，5上碟形结构背铁，6下碟形结构背铁；
[0009] 图2下碟形结构的俯视图，图中；1上碟形结构，字母表示磁体的极性方向，3金属 物体由开始直线进入两个碟形结构间的间隙，然后开始做圆周运动的运动轨迹；
[0010] 图3本发明另外一种能够产生自内向外磁场逐渐增强的双碟形结构过轴线切面 图，图中；1上碟形结构，2下碟形结构，5上碟形结构的背铁，6下碟形结构的背铁。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0012] 图1为两个水平放置、正对布置的碟形结构；上蝶形结构1和下蝶形结构2的过轴 线切面图，箭头方向为磁体的极性方向，下同。如图1所示，两个碟形结构1、2均为同屯、圆 环，图1示出了四组碟形结构。
[0013] 图2为一个碟形结构的正视图，每个圆环由产生磁场方向如图2中字母N、S所示 的磁体排列而成，用来产生极性NS相间、磁场幅值大小相同或相近的磁场分布。同屯、环从 尺寸上均是正对的对称结构，W保证产生的磁场对称分布。
[0014] 如图1所示，所述的两个蝶形结构的背面贴有背铁，上碟形结构背铁5紧贴在上碟 形结构1的背面，下碟形结构背铁6紧贴在下碟形结构2的背面，用来短接磁体背面的磁 路，上碟形结构背铁5和下碟形结构背铁6在加强两个碟形结构间间隙内磁场的同时，屏蔽 本发明整个装置对外的漏磁场。
[0015] 图1所示的环形结构中的同屯、圆环由内往外，在厚度方向上尺寸越来越大，在两 个碟形结构间隙中的平均磁场强度则由内而外越来越大。如图1所示的物体入射轨迹4和 图2中的金属物体入射方向及运动轨迹3,金属物体高速进入两个碟形结构间的间隙时，交 变的磁场与金属物体中感应出的祸流相互作用，使金属物体减速且受到一个指向碟形结构 中屯、轴的向屯、力，变直线运动为圆周运动，由于双碟形结构镜像对称，当金属物体运行方向 上偏移间隙的双碟形结构的对称面时，一边的磁通被压缩，产生一个指向双碟形结构的对 称面回复的力，因此直到金属物体速度基本减到零，才会在下面的碟形结构表面着陆，接触 力非常小，也就对金属物体的损伤会非常小，如果在碟形结构向间隙的一面涂覆一薄层如 聚四氣己締之类的润滑型塑料，则对金属物体着陆时的碰触力会进一步减小。
[0016] 图3为另外一种两个正对的上碟形结构1和下碟形结构2过轴线切面图，其结构 与图1中的结构类似。为了在上碟形结构1和下碟形结构2之间的间隙中产生由内向外逐 步增强的磁场分布，永磁材料块的厚度尺寸不变，而上碟形结构1和下碟形结构2之间的间 隙的尺寸由内而外地减小。如果由电磁体形成的蝶形结构，也可W通过改变不同磁体的励 磁电流来实现外部的磁体产生的磁场比内部的磁体磁通密度大。
[0017] 设图2中金属运动物体进入两个蝶形结构间的间隙后做圆周运动的轨迹3的半径 为R，R可由下式推算。
[001引 K二^，其中；m是金属抛体的质量，V是运动速度，金属抛体受到的向屯、力Fr由 下式获得：
[0019]
【权利要求】
1. 一种无损捕获高速运动物体的电磁装置，其特征在于，所述的电磁装置的主体结构 为两个水平放置、正对布置的碟形结构；所述的蝶形结构为由永磁材料块排列成的同心圆 环组成，或者由电磁磁体排列成的多组同心圆环组成；两个碟形结构之间的间隙中形成多 组同心环状分布的，磁场极性NS相间、磁场幅值相同或相近的磁场。
2. 按照权利要求1所述的无损捕获高速运动物体的电磁装置，其特征在于，所述的两 个碟形结构之间的间隙中形成的磁场的平均幅值由中心向外沿半径方向梯度增加；形成这 种磁场分布方式的方法有两种，一是外侧同心圆环的永磁材料块的尺寸厚度由中心向外沿 半径方向逐步加大，二是在永磁材料块的尺寸不变的情况下，由内到外逐步减小两个碟形 结构的间距；若是由电磁体组成的碟形结构，通过改变不同位置磁体的励磁电流来实现所 述的磁场分布方式。
3. 按照权利要求1或2所述的无损捕获高速运动物体的电磁装置，其特征在于，所述的
R介于上、下两个蝶形结构的同心圆环的最大半径和最小半径之间。
4. 按照权利要求1所述的无损捕获高速运动物体的电磁装置，其特征在于，所述的碟 形结构向内的表面涂覆有弹性塑料保护层。
5. 按照权利要求1所述的无损捕获高速运动物体的电磁装置，其特征在于，所述的两 个碟形结构之间的间隙大于金属物体飞行路径的包络截面。
6. 按照权利要求1所述的无损捕获高速运动物体的电磁装置，其特征在于，所述的两 个蝶形结构的背面贴有背铁：上碟形结构（1)的背面紧贴有上碟形结构背铁（5)，下碟形结 构（2)的背面紧贴有下碟形结构背铁（6)。
【文档编号】H01F7/00GK104485760SQ201410724956
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】王厚生, 李献, 刘建华, 王晖, 陈顺中, 崔春艳, 程军胜, 戴银明, 王秋良 申请人:中国科学院电工研究所