一种基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置

摘要

本发明公开了一种基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置。包括：多个投放通道以及放置在各所述投放通道内的驱动结构、电磁线圈和载体；所有投放通道中的所述驱动结构连接到一个电源模块；驱动结构将接收到脉冲激励发送至的所述电磁线圈，电磁线圈利用所述脉冲激励产生安培力推动所述载体进行加速。本发明能够同时投放更多载荷，覆盖面积更大，灭火效率更高；并且电磁投放方式使用电能作为初级能源，安全可控，投放载荷的出口速度可控，便于调节投放距离，可根据火场情况灵活调整；在森林灭火、草原灭火等需要大面积或定点投放消防灭火剂载体的场景中具有极大优势，解决了单通道投放效率不高的问题以及高压气体与火药带来的安全隐患问题。

权利要求

1.一种基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置，其特征在于，包括：多个投放通道以及放置在各所述投放通道内的驱动结构、电磁线圈和载体；所有所述投放通道中的所述驱动结构连接到一个电源模块；

所述驱动结构将接收到脉冲激励发送至所述电磁线圈，所述电磁线圈利用所述脉冲激励产生安培力推动所述载体进行加速；

所述驱动结构为单相、双相、三相形式或多相形式；

所有所述投放通道中的所述驱动结构连接到一个电源模块的方式采用串联、并联或串并联混合方式。

2.根据权利要求1所述的基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置，其特征在于，所述投放通道的扩展方式为线性扩展或沿圆周方向扩展。

3.根据权利要求1所述的基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置，其特征在于，所述电源模块采用脉冲电容器、脉冲发电机或飞轮储能脉冲电源。

4.根据权利要求1所述的基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置，其特征在于，所述驱动结构与对应所述投放通道的外壳同轴平行布置。

说明书

一种基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置

技术领域

[0001] 本发明涉及消防技术领域，特别是涉及一种基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置。

背景技术

[0002] 近年来消防灭火剂载体的投放方式研究取得了较大进展，灭火剂载体射程、重量都不断增大，但是实际应用仍存在一些问题，如：单发投放的灭火效率不高，单发投放灭火覆盖面积不足，投放距离调节不便。

发明内容

[0003] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置，利用多个投放通道同时投放大量灭火剂载荷，在森林灭火、草原灭火等需要大面积或定点投放消防灭火剂载体的场景中具有极大优势。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0005] 一种基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置，包括多个投放通道以及放置在各所述投放通道内的驱动结构、电磁线圈和载体；所有所述投放通道中的所述驱动结构连接到一个电源模块；

[0006] 所述驱动结构将接收到脉冲激励发送至的所述电磁线圈，所述电磁线圈利用所述脉冲激励产生安培力推动所述载体进行加速。

[0007] 可选地，所述投放通道的扩展方式为线性扩展或沿圆周方向扩展。

[0008] 可选地，所驱动结构为单相、双相、三相形式或多相形式。

[0009] 可选地，所述电源模块采用脉冲电容器、脉冲发电机或飞轮储能脉冲电源。

[0010] 可选地，所有所述投放通道中的所述驱动结构连接到一个电源模块的方式采用串联、并联或串并联混合方式。

[0011] 可选地，所述驱动结构与对应所述投放通道的外壳同轴平行布置。

[0012] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

[0013] 本发明提供的基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置能够同时投放更多载荷，覆盖面积更大，灭火效率更高；并且电磁投放方式使用电能作为初级能源，安全可控，投放载荷的出口速度可控，便于调节投放距离，可根据火场情况灵活调整；在森林灭火、草原灭火等需要大面积或定点投放消防灭火剂载体的场景中具有极大优势，解决了单通道投放效率不高的问题以及高压气体与火药带来的安全隐患问题。

附图说明

[0014] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0015] 图1为本发明实施例基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置剖面示意图；

[0016] 图2为矩形载荷投放通道排列示意图；

[0017] 图3为六边形载荷投放通道排列示意图；

[0018] 图4为六边形载荷投放通道沿周向排列示意图；

[0019] 图5为投放通道的串联电流路径示意图；

[0020] 图6为投放通道的并联电流路径示意图；

[0021] 图7为投放通道的驱动侧电流拓扑串联结构示意图；

[0022] 图8为投放通道的驱动侧电流拓扑并联结构示意图；

[0023] 图9是投放通道的驱动侧电流拓扑串并联混合结构示意图；

[0024] 图10是串联电路结构情况下的载荷速度曲线。

具体实施方式

[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 发明的目的是提供一种基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置，利用多个投放通道同时投放大量灭火剂载荷，在森林灭火、草原灭火等需要大面积或定点投放消防灭火剂载体的场景中具有极大优势。

[0027] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0028] 如图1所示，本发明提供的基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置，包括多个投放通道1以及放置在各所述投放通道内的驱动结构2、电磁线圈3和载体4；所有所述投放通道1中的所述驱动结构2连接到一个电源模块。

[0029] 所述驱动结构2将接收到脉冲激励发送至的所述电磁线圈3，所述电磁线圈3利用所述脉冲激励产生安培力推动所述载体4进行加速。

[0030] 所述投放通道1的扩展方式可以是线性扩展，也可以沿圆周方向进行扩展。排列方式与外壳的边线相匹配，即四边形截面外壳可以沿四个棱边法向方向扩展，五边形截面外壳可沿五个棱边法向方向扩展，圆形截面外壳可沿外切线进行排列，如图2‑4所示。

[0031] 每个投放通道1中的驱动结构2可以是单相、双相、三相形式、多相形式。以三相为例，线圈各相按A1B1C1…A2B2C2…的形式进行排列。当驱动结构2为三相驱动形式时；驱动线圈3按A1\B1\C1\A2\B2\C2的相序进行轴向排列。相间电流流通路径为“电源正极至A1+至A1‑至A2+至A2‑至电源负极”；“电源正极至B1+至B1‑至B2+至B2‑至电源负极”；“电源正极至C1+至C1‑至C2+至C2‑至电源负极”。

[0032] 所有所述投放通道1中的所述驱动结构2连接到一个电源模块，可以是串联、并联或串并联混合方式。

[0033] 驱动结构2连接到一套电源模块，所有通道的电磁线圈同时接收脉冲激励，电路结构可以是串联、并联或串并联混合结构。

[0034] 如图5、图7所示，串联情况下，电流流通路径为“电源正极至第一个投放通道1#的驱动线圈A1+至第二个投放通道2#的驱动线圈A1+至第三个投放通道3#的驱动线圈A1+至第四个投放通道4#的驱动线圈A1+至……至电源负极”。串联电路结构情况下的载荷速度曲线如图10所示。

[0035] 如图6、图8所示，并联情况下，以每层各有三个投放通道的两层通道并联为例，电流流通路径为“电源正极至第一层、第二层的第一个投放通道(1#、7#)的驱动线圈A1+；电源正极至第一层、第二层的第二个投放通道(2#、8#)的驱动线圈A1+；电源正极至第一层、第二层的第三个投放通道(3#、9#)的驱动线圈A1+；所有负极流出共同流回电源负极”。

[0036] 如图9所示，串并联混合结构的情况下，以每层各有三个投放通道的两层通道为例，电流流通路径为“电源正极至第一层、第二层的第一个投放通道(1#、7#)的驱动线圈A1+；第一个投放通道(1#、7#)的驱动线圈A1+至第二个投放通道(2#、8#)的驱动线圈A1+至第三个投放通道(3#、9#)的驱动线圈A1+至电源负极，即层间并联，层内串联。

[0037] 电源模块采用脉冲电容器，脉冲发电机、飞轮储能脉冲电源等直接提供电能。

[0038] 本发明提供的基于脉冲激励的电磁线圈多载荷平行投放装置的工作原理是：

[0039] 每个投放通道中的多个线圈为一组，同组不同线圈依据不同的时序进行脉冲电流激励，从而在空间中产生行波磁场，投放载荷外壳在变化的行波磁场中会产生感应涡流，根据安培定理，通过电流的导电物体在磁场中会受到电磁力，受力方向遵守右手定则，因此根据以上定理和原则，物体会受到轴向方向的推进力，投放载荷在轴向推力的作用下加速，达到投放载荷的目的。

[0040] 物体穿过空间磁场时物体表面某一点的受力为：

[0041]

[0042] 其中， 为物体上某个电流元处的径向磁场， 是物体某处的切向电流元，为该电流元在磁场中受到的轴向力。

[0043] 具体实施例：

[0044] 驱动结构采用异步型推进方式，每个驱动结构包含六个驱动线圈，分别对应三相线圈中的A1B1C1A2B2C2，并按该相序将电磁线圈进行轴向排列。投放通道的外壳采用正六边形截面外壳，以一个投放通道为中心，沿该通道向外沿周向扩展6个投放通道，在投放通道中固定驱动结构，用玻璃纤维与环氧树脂浸渍固定，并确保每个驱动结构与所在投放通道的外壳同轴平行布置。按照上述说明中串联的方式将所有投放通道中的驱动结构连接到一个电源模块。将需要投放的载体置于投放通道中的驱动线圈内，初始位置固定。电源模块采用脉冲电容器供电，利用充电机对脉冲电容器充电。利用高压开关控制脉冲电容器放电时序，每相线圈电路使用一个高压开关，一共三个高压开关对电路进行开关控制。待脉冲电容器充电完成，达到设定电压幅值后，触发高压开关进行放电。对六个投放通道的所有驱动线圈按时序施加脉冲激励，六通道的抛体载荷质量均设定为2kg，电源模块包含600uF电容，电压幅值设定为10kV。计算结果显示，抛体载荷的出口速度均可在58m/s左右。

[0045] 本发明能够对投放通道进行扩展，改变电路拓扑结构，对不同投放通道中的驱动线圈同时施加脉冲激励，同时投放多个载荷，通过调整电路中的初级能源规模以及电容量、电压幅值等参数，自主控制载荷投放的出口速度，使得载荷质量可调、载荷出口速度可调，根据实际需要控制载荷投放的距离进行定点投放。

[0046] 本发明与现有传统技术相比的优点在于：

[0047] (1)本发明采用电能作为初级能源，相较于气动投放和火药投放，安全性更高。

[0048] (2)本发明可以实现投放通道无限扩展，可以同时投放大量载荷。

[0049] (3)本发明的电磁投放方式相对于火药或气动投放方式，有效载荷质量更高。

[0050] (4)本发明能够更加准确地控制电枢的射向和出口速度。

[0051] (5)本发明能够更加精准地控制载荷投放距离，与传统方式相比投放精度更高。

[0052] (6)本发明相比于单通道的电磁投放方式，投放相同载荷数的情况下，电源模块个数减少，系统操作更加简便，系统规模减小，运输方便，灵活性增加。

[0053] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0054] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。