本發(fā)明屬于星球探測器領(lǐng)域，具體地說是一種激勵式穿入器。

背景技術(shù)：

在太空探測任務(wù)中，其中一項(xiàng)重要的探測任務(wù)是直接探測星球的地質(zhì)特性，這些特性的了解旨在預(yù)測探測車的運(yùn)動性能、著陸器受力、行星演變及發(fā)現(xiàn)新資源，需要科學(xué)儀器和其他底層設(shè)備與星球的直接接觸。穿入器具有體積小，質(zhì)量輕，工作效率高等特點(diǎn)，具有非常好的應(yīng)用前景。

目前，對星球的地質(zhì)特性獲取主要通過旋轉(zhuǎn)鉆來進(jìn)行采樣分析。旋轉(zhuǎn)鉆安裝于探測車上，鉆取過程中，探測車需要保持靜止，并提供正壓力；鉆取中產(chǎn)生的振動易對探測車產(chǎn)生影響，且功耗大、體積大。撞擊式穿入器對自身材料有要求，需要承受高的峰值沖擊力，且在達(dá)到疲勞壽命后出現(xiàn)失效，無法進(jìn)行工作。激勵式穿入器依靠系統(tǒng)內(nèi)力以及與外環(huán)境間的摩擦力來驅(qū)動，采用直線驅(qū)動方式，給線圈供電后可持續(xù)進(jìn)行工作，而無需考慮疲勞壽命問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述穿入器存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種激勵式穿入器。該激勵式穿入器體積小、質(zhì)量輕、功耗低、工作壽命長，采用自驅(qū)動方式，放置目的區(qū)域，線圈供電后，即可在內(nèi)部電磁力作用下穿入星球表面，并將檢測數(shù)據(jù)無線傳回至探測車。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括不動的定子部分和沿穿入器軸向往復(fù)運(yùn)動的動子部分，其中定子部分包括端蓋、末端載荷艙、外殼、鉆頭及線圈繞組，該端蓋、末端載荷艙、外殼及鉆頭依次相連，所述線圈繞組容置于外殼內(nèi)、兩端分別與末端載荷艙的下端及外殼下端的內(nèi)部相抵接，所述線圈繞組包括多個墊圈及多個線圈，該墊圈與線圈數(shù)量相同、且沿外殼的軸向間隔排列；所述動子部分為磁鋼組，容置于線圈繞組內(nèi)，該磁鋼組包括擋片、多個磁鋼及多個導(dǎo)磁墊片，相鄰兩磁鋼之間均設(shè)有一導(dǎo)磁墊片，位于最上端的磁鋼與所述擋片相連；所述末端載荷艙中分別容置有實(shí)驗(yàn)設(shè)備及電源，該實(shí)驗(yàn)設(shè)備安裝在端蓋上，所述電源分別為該實(shí)驗(yàn)設(shè)備及線圈繞組進(jìn)行供電。

其中：位于奇數(shù)的各所述線圈為第一供電線圈組，同時供有相反方向的電流，位于偶數(shù)的各所述線圈為第二供電線圈組，同時供有相反方向的電流；各所述墊圈與各線圈均為圓環(huán)形、內(nèi)外徑均相同，且各墊圈及各線圈的外徑與所述外殼的內(nèi)孔直徑相同，各墊圈及各線圈的內(nèi)徑與所述磁鋼組的直徑相同；所述磁鋼與導(dǎo)磁墊片的端面均為圓形，且直徑相同，各所述磁鋼極性相同相對設(shè)置；

所述擋片的端面為圓形，直徑與磁鋼、導(dǎo)磁墊片的直徑相同，在該擋片的外圓周面上對稱設(shè)有兩個凸部，該凸部為所述擋片的外圓周面沿徑向向外延伸而成；所述末端載荷艙的下端對稱開有兩個凹槽，每個凹槽對應(yīng)一個凸部，所述擋片插設(shè)于末端載荷艙，所述凸部插入凹槽中，在所述磁鋼組沿軸向往復(fù)移動過程中，該凸部在凹槽中往復(fù)運(yùn)動；兩所述凸部沿圓周方向均布，兩凸部之間的連線經(jīng)過所述擋片的中心；所述末端載荷艙的下端為中空的圓柱，該圓柱的內(nèi)徑與擋片的外徑相同，兩所述凹槽沿圓周方向均布；

所述磁鋼組的軸向長度大于線圈繞組的軸向長度，該磁鋼組的兩端分別由所述線圈繞組的兩端伸出；所述擋片、磁鋼及導(dǎo)磁墊片同軸連接，且所述磁鋼組的軸向中心線與線圈繞組的軸向中心線共線；每個所述導(dǎo)磁墊片的運(yùn)動行程均位于相鄰兩線圈之間；

所述末端載荷艙為中空圓柱、內(nèi)設(shè)有支撐電源的帶孔平臺，該末端載荷艙的下端直徑小于上端直徑，直徑小的下端外徑與所述外殼的內(nèi)徑相同、插入外殼的上端并固接，直徑大的上端外徑與所述外殼的外徑相同；所述鉆頭的上端插入外殼的下端內(nèi)，并與該外殼的下端螺紋連接；

所述端蓋的軸向截面為“t”形，該“t”形橫豎兩邊形成的止口與所述末端載荷艙的上端卡接，所述“t”形的豎邊插入末端載荷艙的上端并固接。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為：

1.本發(fā)明采用激勵方式，在電磁力作用下穿入星球表面，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕，輸出力大，功耗低。

2.本發(fā)明通過調(diào)整磁鋼間的導(dǎo)磁墊片的厚度，從而產(chǎn)生強(qiáng)氣隙磁場，當(dāng)線圈處于其中時，所受磁場力較大，提高了能量的利用率。

3.本發(fā)明驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)通過激勵方式，無需設(shè)計復(fù)雜機(jī)構(gòu)，考慮疲勞壽命，具有較長的壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3為本發(fā)明的磁鋼組和線圈繞組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3的剖視圖；

圖5為圖2中擋片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖2中末端載荷艙的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖6的剖視圖；

圖8為圖2中端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1為緊定螺釘，2為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，3為末端載荷艙，4為磁鋼，5為導(dǎo)磁墊片，6為鉆頭，7為端蓋，8為電源，9為擋片，10為墊圈，11為線圈，12為外殼，13為磁鋼組，14為線圈繞組，15為凸部，16為凹槽，17為通孔，18為螺紋孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括不動的定子部分和沿穿入器軸向往復(fù)運(yùn)動的動子部分，其中定子部分包括端蓋7、實(shí)驗(yàn)設(shè)備2、末端載荷艙3、電源8、外殼12、鉆頭6及線圈繞組14，該端蓋7、末端載荷艙3、外殼12及鉆頭6依次相連。

如圖2、圖7及圖8所示，端蓋7的軸向截面為“t”形，該“t”形橫豎兩邊形成的止口與末端載荷艙3的上端卡接，“t”形的豎邊插入末端載荷艙3的上端，在“t”形豎邊的圓周上均布有三個螺紋孔18，與末端載荷艙3上均布的三個通孔17通過緊定螺釘1固接。末端載荷艙3為中空圓柱、內(nèi)設(shè)有支撐電源8的帶孔平臺，該末端載荷艙3的下端直徑小于上端直徑，直徑小的下端外徑與外殼12的內(nèi)徑相同、插入外殼12的上端并通過環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行粘接，直徑大的上端外徑與外殼12的外徑相同，三個通孔17在末端載荷艙3的上端沿圓周方向均勻開設(shè)。鉆頭6的上端為含有退刀槽的外螺紋，外殼12的下端攻有與之旋合的內(nèi)螺紋，鉆頭6的上端與外殼12的下端通過螺紋進(jìn)行連接。末端載荷艙3中分別容置有實(shí)驗(yàn)設(shè)備2及電源8，該實(shí)驗(yàn)設(shè)備2固接在端蓋7上，成為定子的一部分；電源8固定在末端載荷艙3內(nèi)的帶孔平臺上，分別為實(shí)驗(yàn)設(shè)備2及線圈繞組14進(jìn)行供電。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)設(shè)備2為現(xiàn)有技術(shù)，包含熱流計、磁力計、濕度傳感器、密度計、輻射傳感器等，且遠(yuǎn)離受力較大區(qū)域，減小對設(shè)備的影響，可直接探測星球的地質(zhì)特性。

如圖2、圖3及圖4所示，線圈繞組14容置于外殼12內(nèi)、兩端分別與末端載荷艙3的下端及外殼12下端的內(nèi)部相抵接，線圈繞組14包括多個墊圈10及多個線圈11，該墊圈10與線圈11數(shù)量相同、且沿外殼12的軸向間隔排列。各墊圈10與各線圈11均為圓環(huán)形、內(nèi)外徑均相同，且各墊圈10及各線圈11的外徑與外殼12的內(nèi)孔直徑相同，各墊圈10及各線圈11的內(nèi)徑與磁鋼組13的直徑相同。墊圈10與線圈11通過膠粘結(jié)固定。位于奇數(shù)的各線圈11為第一供電線圈組，同時供有相反方向的電流，位于偶數(shù)的各線圈11為第二供電線圈組，同時供有相反方向的電流。本實(shí)施例墊圈10及線圈11均為九個，排在第一、三、五、七、九的線圈11為第一供電線圈組，通過修改繞組時相鄰線圈的繞向，實(shí)現(xiàn)同時供有相反方向的電流；排在第二、四、六、八的線圈為第二供電線圈組，通過修改繞組時相鄰線圈的繞向，實(shí)現(xiàn)同時供有相反方向的電流。通過控制兩組線圈通電流時間和電流大小，來實(shí)現(xiàn)激勵式穿入器的整個運(yùn)動周期。

動子部分為磁鋼組13，磁鋼組13與線圈繞組14為裝配關(guān)系，線圈繞組14位于磁鋼組13的外部與外殼12之間；磁鋼組13的軸向長度大于線圈繞組14的軸向長度，該磁鋼組13的兩端分別由線圈繞組14的兩端伸出。磁鋼組13的外徑與線圈繞組14的內(nèi)徑相同，可沿軸向往復(fù)運(yùn)動。磁鋼組13包括擋片9、多個磁鋼4及多個導(dǎo)磁墊片5，相鄰兩磁鋼4之間均設(shè)有一導(dǎo)磁墊片5，位于最上端的磁鋼4與擋片9固接。磁鋼4與導(dǎo)磁墊片5的端面均為圓形，且直徑相同，各磁鋼4極性相同相對設(shè)置。本實(shí)施例的磁鋼4為五個，導(dǎo)磁墊片5為四個，相鄰磁鋼4同性磁極相對安裝，中間通過導(dǎo)磁墊片5進(jìn)行間隔，從而形成強(qiáng)氣隙磁場。磁鋼4、導(dǎo)磁墊片5和擋片9同軸連接，且磁鋼組13的軸向中心線與線圈繞組14的軸向中心線共線。每個導(dǎo)磁墊片5的運(yùn)動行程均位于相鄰兩線圈11之間。

如圖5、圖6所示，擋片9的端面為圓形，直徑與磁鋼4、導(dǎo)磁墊片5的直徑相同，在該擋片9的外圓周面上對稱設(shè)有兩個凸部15，該凸部15為擋片9的外圓周面沿徑向向外延伸而成；兩凸部15沿圓周方向均布，兩凸部15之間的連線經(jīng)過擋片9的中心。末端載荷艙3的下端為中空的圓柱，該圓柱的內(nèi)徑與擋片9的外徑相同，末端載荷艙3的下端對稱開有兩個凹槽16，兩凹槽16沿圓周方向均布；每個凹槽16對應(yīng)一個凸部15，擋片9插設(shè)于末端載荷艙3，凸部15插入凹槽16中，在磁鋼組13沿軸向往復(fù)移動過程中，該凸部15在凹槽16中往復(fù)運(yùn)動。

本發(fā)明的工作原理為：

各磁鋼4同性磁極相對放置，調(diào)整導(dǎo)磁墊片5的厚度，產(chǎn)生聚磁作用，使位于磁鋼4之間的導(dǎo)磁墊片5形成反向的強(qiáng)氣隙磁場。初始狀態(tài)，動子部分于外殼12的下端；此時，在圖4中由左邊數(shù)排在第二、四、六、八的線圈11分別與四個導(dǎo)磁墊片5相對應(yīng)。開始工作后，第二、四、六、八的線圈11位于四個導(dǎo)磁墊片5磁場較強(qiáng)的區(qū)域，給第一供電線圈組通電流，由于繞組時已控制相鄰線圈繞向，實(shí)現(xiàn)電流方向的控制，使第一供電線圈組每個線圈均受到向下的磁場力，動子部分受到相反方向的磁場力，反向運(yùn)動。當(dāng)動子部分運(yùn)動到行程的一半時，第二、四、六、八線圈11離開四個導(dǎo)磁墊片5，而四個導(dǎo)磁墊片5開始逐漸運(yùn)動到與第三、五、七、九線圈11相對應(yīng)；此時，給第二供電線圈組通電流，控制電流方向，保持定子始終受到向下磁場力，直至行程結(jié)束。動子部分反行程運(yùn)動的過程與上述類似，動子部分位于最上端；此時，第三、五、七、九線圈11分別與四個導(dǎo)磁墊片5對應(yīng)；改變第二供電線圈組的電流方向，使動子受磁場力反向運(yùn)動。當(dāng)動子運(yùn)行到行程的一半時，第三、五、七、九線圈11離開四個導(dǎo)磁墊片5，而四個導(dǎo)磁墊片5開始逐漸運(yùn)行到與第二、四、六、八線圈11相對應(yīng)；此時，給第一供電線圈組供電，控制電流大小和方向，保證動子部分同向持續(xù)運(yùn)動，直至初始狀態(tài)位置，完成一個運(yùn)動周期。

本發(fā)明可以通過增加線圈繞組和磁鋼組的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)更大的驅(qū)動力。需要保證間隔線圈電流方向產(chǎn)生的磁場與強(qiáng)氣隙磁場的關(guān)系，才可以使線圈繞組中每個線圈產(chǎn)生的磁場力都同向，而不會抵消，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動力的改變。