一种启用和保险装置 |
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申请号 | CN201511005706.8 | 申请日 | 2015-11-23 | 公开(公告)号 | CN105627840A | 公开(公告)日 | 2016-06-01 |
申请人 | 皮罗莱恩斯公司; 航空航天技术公司; | 发明人 | J-C·伯马尔; C·弗里皮阿特; C·拉蒙塔格内; | ||||
摘要 | 一种用于烟火链的启用和保险装置(10),所述装置包括:壳体(20),具有烟火流的进口区域(21)和所述烟火流的出口区域(22);启用部件(30),容纳在壳体内,在进口和出口区域(21,22)之间,并且能够在解除 位置 与启用位置之间运动,在解除位置,其阳塞烟火流通过,在启用位置,其允许烟火流通过;以及,用于驱动启用部件(30)的 电动机 。依据本 发明 ,电动机(40)的 定子 (41)位于壳体(20)的外部,并且 转子 (42)完全包含在壳体(20)内部。 | ||||||
权利要求 | 1.一种用于烟火链的启用和保险装置,所述装置包括: |
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说明书全文 | 一种启用和保险装置技术领域[0001] 本发明涉及使烟火系统安全。 [0002] 更具体地,本发明涉及用于烟火链(pyrotechnic chain)的启用和保险装置(arming and safety device),这类装置包括: [0003] 壳体,其具有烟火流的进口区域和所述烟火流的出口区域; [0004] 位于壳体内部的启用部件,其在进口和出口区域之间,并适于在解除位置与启用位置之间运动,在解除位置,启用部件阻塞烟火流在进口区域和出口区域之间通过,在启用位置,启用部件允许烟火流在进口区域和出口区域之间通过;以及 [0006] 本发明的启用和保险装置特别适用于航空领域中的点火、销毁或空间发射器分离的诸链中。 背景技术[0008] 在此种类型的装置中,电动机轴穿过壳体。壳体通过很紧密地安装的动态密封垫密封在电动机轴周围。 [0010] 在长期没有被启动之后,启用部件因此能够保持被卡住,是由于其电动机的电刷的氧化和/或由于电动机轴和用于密封壳体的动态密封垫之间的粘连。 [0012] 进一步地,增加驱动力使得为了操纵行程终点而有必要包括转矩限制器装置。 [0013] 因此,现有装置很重,没有很好的可靠性,并且昂贵。 发明内容[0015] 特别地,本发明需求提供一种启用和保险装置,以能够避免启用部件卡住的问题,特别是在长期未运行之后,并且这种启用和保险装置也是简单、可靠和不昂贵。 [0016] 这一目标通过上述类型的启用和保险装置实现,其中电动机的定子位于壳体外部,并且转子完全位于壳体内部。 [0017] 包含在壳体内的转子的至少一个磁驱动元件由通过壳体的定子磁性激励,从而使启用部件能够在其启用和消除位置之间运动。 [0019] 本发明的装置因此不包括现有技术装置中使用的那种动态密封垫。不使用动态密封垫并且没有相关的摩擦,降低了启动启用部件所需的驱动力的水平。因启动而消耗的电力因此减小,并且这种装置的尺寸和重量也被限制。进一步地,不再需要任何的转矩限制器以管理行程的终止。 [0020] 不使用动态密封垫,更一般地说,使用在装置中的部件的数量受到限制,则赋予装置更好的可靠性。 [0022] 根据较佳方案,定子位于壳体一部分的外周,壳体围绕转子的磁性驱动元件。 [0023] 例如,定子包括至少一个线圈。 [0024] 在实施例中,转子的磁性驱动元件可以是一个固定于启用部件的一部分或形成启用部件的一部分的永久磁体。可以理解的是,在该方案中,驱动元件可以是不同于启用部件的部件,或者当启用部件由一种合适的磁性材料制成时,可以由启用部件本身形成,。 [0025] 在实施例中,启用部件适合绕轴线枢转。 [0026] 以下,装置的轴向方向一般定义为启用部件枢转轴线的方向。 [0027] 除非另有说明,径向方向被定义为与枢转轴线垂直并且与枢转轴线相交的方向。 [0028] 启用部件因此设置有适合于传送烟火流的传送装置和适于阻挡烟火流的阻挡装置,传送装置布置成当该启用部件在对应于其启用位置的角度位置时定位成面向进口和出口区域,阻挡装置布置成当该启用部件在对应于解除位置的角度位置时定位在进口和出口区域之间。 [0029] 在实施例中,传送装置由贯穿开口(侧凹部,通孔,等)形成,贯穿开口沿大致径向的第一方向延伸,并且阻挡装置包括在相对所述第一方向成角度的方向限定的阻挡部分,该角度与启用部件经过的角度大致相等。 [0030] 例如,启用部件被通孔穿透,通孔适于当启用部件处于启用位置时定位成面向进口和出口区域,所述通孔允许烟火流从进口区域流出到出口区域。可以理解的是,烟火流,其一般以爆震波或冲击波的形式,能够在所述通孔内的空气中传播。 [0031] 当启用部件位于解除位置,烟火流可以例如被组成启用部件的材料阻挡,该材料不会传导爆震波并且一般是金属。 [0032] 尤其是,当装置的进口区域与出口区域之间的距离较大,传送烟火流的装置可以还包括固定于启用部件的烟火中转器(relay),例如,布置在上述结构中的通孔内。 [0033] 典型地,启用部件通过沿解除方向枢转一定角度从其启用位置出发到达其解除位置,该角度通常在40度到140度范围内,优选地在80度到100度范围内,更优选地大致等于90度。为从其解除位置出发到达其启用位置,启用部件沿与解除方向相反的启用方向枢转通过与上述相同的角度。 [0034] 本发明的装置一般包括支撑装置(或邻靠装置)(abutment means),适于阻挡启用部件的运动,使得启用部件在其启用位置以及其解除位置时处于被支撑状态。 [0035] 在实施例中,启用和保险装置进一步地包括位置锁定系统,以将启用部件锁定在其解除位置和其启用位置。 [0036] 这样的锁定系统的功能在于在没有对电动机提供电源的情况下阻止启用部件在其启用位置和其解除位置之间自由运动。 [0037] 如果当供给电动机的电源停止而启用部件处于其启用位置,那么锁定系统将其保持在启用位置。相似地,如果当供给电动机的电源停止而启用部件位于其解除位置,则锁定系统将其保持在解除位置。 [0038] 例如,锁定系统包括固定于启用部件的初级磁铁,和相对壳体静止的磁体组件,磁体组件适于与初级磁铁协作以在双稳系统中磁性地推动初级磁铁朝向第一位置,在此位置,启用部件位于其启用位置,或者另外推动初级磁铁朝向第二位置,在此位置,启用部件处于解除位置。 [0039] 初级磁铁一般地由永久磁铁形成,永久磁铁被固定于启用部件或当启用部件由合适的磁性材料制成时形成启用部件的一部分。 [0040] 在具体的示例中,该初级磁铁可以是转子的磁性驱动元件,其与定子协作以驱动启用部件。 [0041] 磁性组件可以同样地定位于壳体的内部或外部。例如,其可以包括至少一个永久磁铁或直流(DC)驱动的电磁铁。 [0042] 磁性组件可以用于磁性地排斥初级磁铁朝向其第一位置和朝向其第二位置。例如,磁性组件可以包括沿径向布置的第二磁铁,该径向位于初级磁铁在其第一位置和其第二位置的轴向之间成一定角度。 [0043] 当由排斥力引起这种锁定时,启用和保险装置优选地包括支撑装置,用于防止处于启用位置或解除位置的启用部件运动。 [0044] 在另一构造中,磁性组件可以用于将初级磁铁磁性地吸向其第一位置或其第二位置。例如,磁性组件可以包括至少两个第二磁铁,放置成用于分别将初级磁铁吸向其第一位置和其第二位置。 [0045] 在另一实施例中,初级磁铁包括指示部分,并且磁性组件包括定子,所述定子具有至少一个由铁磁材料制成的环形部分,环形部分设置有朝环形内部径向延伸的至少一个第一突起和至少一个第二突起,指示部分被驱动朝向突起中的一个或另一个,当指示部分朝向第一突起时启用部件位于其启用位置,当指示部分朝向第二突起时启用部件位于解除位置。 [0046] 可以理解的是,指示部分是初级磁铁的径向向外突出的一部分(径向方向被定义为与磁铁的枢转轴线垂直并且与该轴线相交的方向)。换句话说,定子和初级磁铁之间的最小径向距离在定子和所述指示部分之间测量。 [0047] 定子的突起磁极由突起或齿形成,引起所谓的“齿槽转矩”(cogging torque),其倾向于将转子带入稳定平衡位置,在稳定平衡位置,限定在转子和定子之间磁路的磁阻最小。已知的是空气中的磁阻大于定子的铁磁材料的磁阻。与当指示部分面向定子的没有齿的部分时磁感应传播的线路相比,当指示部分位于面向突起时,来自转子的磁感应传播通过空气的线路减小。因此指示部分自然地倾向自身与带齿定子的齿对齐,并且保持与之对齐。如果初级磁铁的对齐位置与启用部件的启用和解除位置一致,可以理解的是齿槽转矩有助于将启用部件锁定在这两个位置。 [0048] 需要的是,能够在任何时间可靠地确定启用部件的位置。为此,依据有利的方案,启用和保险装置可以包括至少一个位于壳体外部的磁性开关,磁性开关根据启用部件的位置而被至少一个固定于启用部件或形成启用部件的一部分的永久磁铁启动。永久磁体因此可以是固定于启用部件的辅助磁铁,或当启用部件由适合的磁性材料制成时可以是启用部件本身。在具体的示例中,永久磁铁可以是转子的磁性驱动元件。更具体地,其可以是上述锁定系统的初级磁铁。 [0049] 磁性开关可以是例如柔性片式开关,通常称为簧片开关。 [0050] 在紧急状态下,尤其是当电动机失效的情况下,手动移动启用部件也是必要的。 [0051] 有利地,为此目的,启用和保险装置包括用于驱动启用部件的手动驱动装置,手动驱动装置适于在至少一种构造中与启用部件脱离,并且尤其当启用和保险装置处于其额定运行状态(nominal operating state)时,换句话说,当启动手动驱动装置时(例如,紧急情况下)除外。这些方案用于消除与环绕所述手动驱动装置的动态密封相关的扭矩和摩擦力。 [0052] 在实施例中,手动驱动装置包括安装成绕与启用部件的枢转轴线平行的轴线枢转的手柄,该手柄可以沿所述轴线的方向在激活位置与被动位置之间平移,在激活位置,手柄与启用部件旋转相联,在被动位置,手柄不联接于启用部件。 [0053] 在实施例中,手动驱动装置包括至少一个弹簧,弹簧持续地将手柄推向其被动位置。 [0054] 本发明还提供了烟花通路,包括如上限定的启用和保险装置,与壳体进口区域耦合的烟花通路的上游段,和与壳体出口区域耦合的烟花通路的下游段。 [0055] 上游段一般包括雷管。下游段一般包括终端功能元件(由雷管启动)并且,可选地,爆炸传递线介于启用和保险设备与终端元件之间。 [0057] 通过阅读以下给出的非限定的实施例的详细描述,本发明可更好地被理解并且其优点可以更好展现。描述引用相关附图,其中: [0058] 图1是一个烟火链的纵向截面视图,其包括一个本发明第一实施例的启用和保险装置,该装置的启用部件处于启用位置; [0059] 图2示出了图1烟火链,示出的启用部件位于其解除位置; [0060] 图3示出了与启用部件相联的手动驱动手柄,其在紧急操作中; [0061] 图4A是图1中A-A剖面的示意图,示出了启用部件的位置锁定系统; [0062] 图4B是图2中B-B剖面的示意图; [0063] 图5是图1中A-A剖面的示意图,示出了启用部件的位置锁定系统的第二实施例; [0064] 图6是图2中V-V剖面的示意图,示出了启用部件的位置锁定系统的第三实施例。 具体实施方式[0065] 图1示出了烟火链100,其包括: [0066] —上游段,在此例中其形式为雷管11; [0067] —下游段,在此例中其形式为烟火传输线12,该烟火传输线12构造成:将爆震波从雷管11传输到一个或多个目标元件(未示出),尤其是用于点火或销毁或分离构件,例如一空间发射器的级;并且 [0068] —本发明实施例中的启用和保险装置10(以下称为装置),位于上游段(雷管11)和下游段(烟火传输线12)之间,用于以可选择的方式使烟火链100能够被启用和解除。 [0069] 如图1所示,装置10包括壳体20,其限定了气密的内部空间23。壳体的内部空间因此不会遭受与外部大气相关的损害。 [0070] 在图示的示例中,壳体20是围绕轴线X1的圆柱形,横截面大致呈圆形。 [0072] 为使烟火流能够到达烟花通路的下游段,烟花通路的上游段和下游段之间的长度L(以下称为横跨长度)通常小于某一极限值,典型地大致等于组成烟火传输通路的上游段(典型地是雷管)的由烟火材料制成的元件的最大直径D1,该最大直径D1在其通向壳体内部的端部。这个长度一般在2毫米(mm)到10毫米的范围内。 [0073] 为保证横跨长度小于极限值,可以为烟火链的上游段11和/或下游段12安排分别通过进口区域21和/或出口区域22而使其部分突出进入壳体20的内部。 [0074] 例如,在图1中,烟火传输线12部分穿进壳体20的内部空间23。 [0075] 进口区域21和出口区域22沿与壳体纵向X1大致正交的轴线Y1面对彼此定位。 [0076] 壳体20容纳启用部件30,在示出的实施例中,其形式为沿平行壳体轴线X1的轴线X2延伸的杆,并且在此例中轴线X2与轴线X1重合(为简明,以下称轴线X)。 [0077] 尽管如此,启用部件30还可以呈任何其他合适的形状。以下参照杆30描述的特征因此也可用于不同形状的启用部件。 [0078] 杆30介于进口和出口区域21和22之间。 [0079] 它也可以安装成通过安装在壳体20中的轴承24和25绕其轴线X枢转。 [0080] 它因此适合于经历从解除位置到启用位置,在解除位置,杆阻挡烟火流在进口区域21和出口区域22之间通过,在启用位置,杆允许烟火流在所述区域之间通过,反之亦然。 [0081] 在该示例中,杆30由金属材料制成。尽管如此,更一般地,其也可以由其他自然地适合阻挡烟火流通过的任何材料制成。杆也可以仅部分由此种材料制成,然后所述部分被放置于进口和出口区域之间。 [0082] 当处于启用位置时为允许烟火流通过,杆30设置有传送装置,在此例中呈贯穿所述杆30的孔31的形式,孔31沿大致与枢转轴线X正交的方向延伸,与上述进口和出口区域对准。 [0083] 当杆30处于启用位置,如图1所示,孔的轴线Y2大致与进口和出口区域21和22对齐,来自于雷管的烟火流,换句话说爆震波,通过杆30的孔31从壳体20的进口区域21穿到出口区域22。 [0085] 如图1所示,电动机40的定子41位于壳体20的外部。但它的转子42完全连接在由壳体限定的空间内部,壳体20因此介于转子42和定子41之间。 [0086] 当烟火流经由壳体20的进口区域21穿入,内部空间23遭受压力和温度的极端环境。定子以及所有与之相关联的连接部件不会遭受这种环境,并且因此保持不变。 [0087] 在此例中,转子42包括以环绕杆30的永磁铁44的形式的磁性驱动元件44并且被限制与其一起转动。 [0089] 定子41布置于壳体20的一部分的外周在磁性驱动部件44的周围。 [0091] 杆30的枢转幅度由至少两个机械支撑26和28限制,机械支撑26和28从壳体20内面伸出。 [0092] 例如,为与这些支撑相互合作,杆30可以包括至少一个从其外面伸出的定位凸耳32。 [0093] 在给出的示例中,杆30可以在其两个极限位置间行进大约90度,在其极限位置会碰到支撑。 [0094] 图1和4A示出了在启用位置的杆30:凸耳32与第一支撑26接触。 [0095] 在如图4A示出的解除方向F1上枢转过代表约四分之一圈的角度b之后,杆30位于其如图2和4B所示的解除位置:凸耳与第二支撑28接触。 [0096] 可以理解的是,为定子41供电能够使杆30在其启用和解除位置之间运动。为保证在定子41不再产生磁场(此时线圈不再被供电)之后将杆30保持在其之前通过电动机40设定的位置,启用和保险装置10包括用于将杆锁定在位的系统。 [0097] 在此例中,该位置锁定系统包括至少一个初级磁铁62和磁性组件,至少一个初级磁铁62固定于杆30,磁性组件由相对于壳体20静止的第二磁铁60组成,第二磁铁60构造成用于在双稳系统中或朝第一角位置(如图4A)或朝第二角位置(如图4B)排斥初级磁铁62,在第一角位置,杆30位于其启用位置,在第二角位置,杆30位于其解除位置。 [0098] 在所示的示例中,第二磁铁60是位于壳体20外周上的永久磁铁,而初级磁铁62是杆30周围的永久磁铁,并固连其上。 [0099] 如图4A和4B所示,初级磁铁62的北极和南极沿主轴线布置,当初级磁铁62位于其第一位置(与启用部件30的启用位置对应)时,主轴线沿径向Y3延伸,当初级磁铁在其第二位置(与启用部件30的解除位置对应)时,主轴线沿径向Y4延伸,方向Y3和Y4在两者之间形成角度b(大致等于90度)。 [0100] 第二磁铁60相对于杆30定位,使得北极和南极在位于方向Y3和Y4之间的中间的径向(Y5)上对齐。 [0101] 更具体地,径向方向Y5与所述方向Y3和Y4的每一个合作形成小于b的角度,优选地大致等于b/2。 [0102] 在所示的示例中,第二磁铁60因此成角度地位于两个机械支撑26和28之间,优选地处于所述支撑之间的中途。 [0103] 第二磁铁面朝杆30的磁极称为其主极。在此例中,其是北极。 [0104] 进一步地,初级磁铁62以这种方式安装:当其两极在与第二磁铁60相同的径向Y5对齐时,并且当杆30同时位于其启用位置和解除位置之间(较佳的是中途)的中间角度位置时,朝向第二磁铁60的初级磁铁62的磁极与第二磁铁的主磁极(在此例中是其北极)相同。 [0105] 自然地,两个磁铁60和62的北极彼此相斥。由于第二磁铁60相对壳体20静止,其自然地迫使初级磁铁62运动远离其不稳定位置(其位于第一位置和第二位置中间的中途)。 [0106] 因此,当杆30处于其解除位置,初级和第二磁铁60和62之间的排斥力将杆30保持在该位置。当杆30在其启用位置时同样适用。 [0107] 如图1所示,启用和保险装置10包括磁开关70,其位于壳体20外部并且根据杆30的位置由至少一个永久磁铁76启动,该永久磁铁在此例中固连于杆30。 [0108] 例如,磁开关70可以是一个柔性片型开关,通常称为簧片开关。 [0109] 还如所知道的,此开关具有两个磁化的柔性接触件72a和72b,其被放置于玻璃灯炮74内。当磁场出现,接触件72a和72b彼此吸引。他们朝彼此运动直到互相接触,因此允许电流通过。当磁场停止,接触件72a和72b不再被磁化并且他们彼此由于排斥力分离,因此电流被中断。 [0110] 根据杆30的角度位置和永久磁铁76的定向,开关70或接通或断开。因此仅靠视觉就可以很容易的确定杆30是处于其启用位置还是其解除位置。 [0111] 在所示的示例中,启用和保险装置10还具有手动驱动装置50,用以驱动启用部件30。 [0112] 在此例中,这些装置包括手柄51,其安装成绕杆30的枢转轴线X枢转,并且沿所述轴线的方向在激活位置与被动位置之间平移,在激活位置,手柄51与所述杆30旋转相联,在被动位置,手柄51脱离于杆30。 [0113] 手柄51具有轴52,该轴52穿过壳体20中的孔29安装,可自由滑动,并且能在孔内枢转,一起的还有抓持部55,该抓持部55紧固于轴52的伸出壳体外面的部分。 [0114] 在轴52的另一端,手柄51还有联接装置53,该联接装置53适于通过互补形状与杆30的相应联接装置35协作,以迫使杆30和手柄51一起旋转。 [0115] 在启用和保险装置10的额定运行中,用安装在所述手柄(此处是抓持部55)和壳体20外表面之间的弹簧54将手柄51连续地推向其被动位置。 [0116] 在额定运行中,杆30的枢转因此不会被传递到手柄51上。 [0117] 尽管如此,在紧急状态下,手柄51可以被手动移动朝其激活位置。其足以施加与弹簧54的力相反的力在手柄51上,使得轴52沿纵向方向X平移,直到手柄51和杆30的各自的协作装置相协作,以迫使该两个部件一起旋转。 [0118] 如如图1、2和3所示,壳体20可以设置有观察孔或窗口80,以能够观察手柄51是处于其被动位置还是激活位置,并且进而从中推论出启用部件是处于其启用位置还是解除位置。 [0119] 然而,参照图1至4B的如上所述的第一实施例是非限定的。 [0120] 尤其是,图5示出系统的第二实施例,在该实施例中,通过磁铁吸引而不是通过类似参照第一实施例描述的系统的排斥力操作来将启用部件30锁定在位。 [0121] 该装置的其他部件相对以上描述的第一实施例没有改变,因此以下不对他们重复描述。 [0122] 在此例中,锁定系统包括至少一个固定于杆30的初级磁铁162,和磁性组件,磁性组件现在包括相对壳体20紧固的两个第二磁铁160和160’,第二磁铁160和160’构造成在双稳系统中朝第一角度位置(如图5所示)吸引初级磁铁162,在该位置杆30处于其启用位置,或者朝第二角度位置吸引初级磁铁162,在该位置杆30位于其解除位置。 [0123] 在所示的示例中,每个第二磁铁160,160’都是永磁铁,其位于壳体20的外周上,并且初级磁铁162是永磁铁,其环绕杆30并固定其上。 [0124] 初级磁铁162以这种方式安装:当其位于第一位置或第二位置,其面朝较近的第二磁铁160或160’的(北)极与所述第二磁铁的(南)主极相对。 [0125] 自然地,第二磁铁160,160’的南极吸引初级磁铁162的北极。由于第二磁铁160和160’相对壳体20静止,他们自然地将初级磁铁162推向其两个稳定位置之一。 [0126] 因此,当杆30位于其启用位置,初级磁铁162和第二磁铁160之间的吸引力将其保持在此位置。同样地,当杆30位于其解除位置,初级磁铁162和第二磁铁160’之间的吸引力将其保持在此位置。 [0127] 图6示出了系统的第三实施例,在该实施例中,利用电动机的齿槽转矩将启用部件30锁定在位,如以下描述。 [0128] 由于该装置的其他部件相对以上描述的第一实施例没有改变,以下不再对其重复描述。 [0129] 此例中,锁定系统包括初级磁铁262,其固定于启用部件30并且具有指示部263。 [0130] 在此具体的示例中,初级磁铁262是转子的磁驱动元件,总体呈圆柱形,并且指示部263是从初级磁铁262外表面突出的连接片。 [0131] 此例中,定子41包括围绕壳体20的铁磁材料247的环,该环设置有朝向环246内部径向延伸的第一和第二突起246和246’。在此例中,突起形成齿或嵌齿(cog)。 [0132] 线圈245,245’被缠绕成环绕每个突起246,246’,每个线圈245适于由控制单元(未示出)用非交变电流(DC或斩波)供电。 [0133] 指示部263、第一和第二突起246和246’以这种形式布置:当指示部263面向第一突起246,启用部件30位于其启用位置,而当指示部263面向第二突起,启用部件30位于其解除位置。 [0134] 在此例中,第一和第二突起246和246’布置在径向方向上,以在二者之间形成约90度的角度。 [0135] 可以从图6中看出,当指示部263面向定子241的突起246和246’中的一个或另一个,在初级磁体262和定子241之间径向测量的距离D2最小。 [0136] 可以知道的是,空气展现的磁阻大于定子241的环247的铁磁性材料的磁阻,并且转子也自然的倾向于处于磁路的磁阻最小的位置。 [0137] 当指示部263定位成面向突起246,246’时,来自转子的电磁感应在空气中传播的线路短于当指示部面向定子的不具有突起的部分时磁感应传播的线路。在这样的位置,磁路的磁阻因此减小。 [0138] 没有电力激励定子241的线圈245和245’时,指示部263因此自然地倾向将其本身与定子的齿246或246’对齐,并且在电动机的称为其齿槽转矩的转矩的作用下,保持与定子的齿246或246’的对齐。初级磁铁262的对齐位置因此与启用部件30的启用和解除位置一致,这样齿槽转矩用于将启用部件30锁定在这两个位置上。 |