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。

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，所述的同心圆环的半径$R=\frac{{\mathrm{mv}}^2}{F_r},$

其中：$F_r=\int \frac{{B_r}^2}{2{\mu }_0}\mathrm{ds},$

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)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种捕获高速运动金属物体的装置。

背景技术

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，以及与推进器碰撞、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以解决的课题之一。

发明内容

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。

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心轴做圆周运动的向心力，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以及运动状态等因素，为进一步的优化和提高设计做参考。

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心连线有横向偏心距离。

所述的碟形结构为由永磁材料块排列成的同心圆环或者电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大于金属物体飞行路径的包络截面，以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呈梯度增加。形成这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心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。

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。

附图说明

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；

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；

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

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

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均为同心圆环，图1示出了四组碟形结构。

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。同心环从尺寸上均是正对的对称结构，以保证产生的磁场对称分布。

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。

图1所示的环形结构中的同心圆环由内往外，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涡流相互作用，使金属物体减速且受到一个指向碟形结构中心轴的向心力，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氟乙烯之类的润滑型塑料，则对金属物体着陆时的碰触力会进一步减小。

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，也可以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。

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。

其中：m是金属抛体的质量，v是运动速度，金属抛体受到的向心力F_r由下式获得：

这里Br为金属物体面积积分微元ds上指向碟形结构圆心的磁通密度分量，μ₀为真空磁导率相对系数。

由上述公式可以分析得出，同心圆环的尺寸、个数、磁体能产生的磁通密度和金属物体的质量、速度之间存在相互确定的关系。

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的半径R的大小应居于双碟形结构的多个同心圆环的最小半径和最大半径之间，否则金属物体就会直接冲出捕获器导致捕获失败。

本发明提出的双碟形结构的磁体装置，能够无接触地捕获飞入双碟形结构间隙的高速金属物体，变直线运动为圆周运动且逐步减速，直至速度减为零以后才会在下碟形结构表面着陆，过程中没有任何碰撞，最大可能地保留了金属物体飞入前的原始状态，具备良好的研究价值。另外，在高速物料输送场合，可以用来局部无损减速金属物料运动的速度和方向。

本发明提出的能无损捕获高速运动金属物体的装置对金属运动物体的形状没有严格要求，双碟形结构间的距离要比金属物体包络外形的最大尺寸要大。

一种无损捕获高速运动金属物体的电磁装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。