阅读说明：本技术 一种用于极端非结构环境的非接触传动机构 (Non-contact transmission mechanism for extreme non-structural environment ) 是由 马振亮 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于极端非结构环境的非接触传动机构,包括：综合能源单元(1)、密封法兰(4)、密封部件(5)、磁通变化模块(6)、冷却液输送管(7)、良导体受动部件(8)以及转换模块(9)；其中密封法兰(4)固定设置到综合能源单元(1)的外壁上,磁通变化模块(6)固定连接到密封法兰(4)上,磁通变化模块(6)插入连接到密封法兰(4)内,密封部件(5)设置到磁通变化模块(6)外部；良导体受动部件(8)设置到转换模块(9)上,良导体受动部件(8)相切与以综合能源单元(1)为圆心的一圆上。本发明结构相对简单,适用于极端环境传动领域,并可实现非接触传动；超导材料的引入可实现电磁效应的有效利用。(The invention relates to a non-contact transmission mechanism for extreme non-structural environments, comprising: the device comprises a comprehensive energy unit (1), a sealing flange (4), a sealing part (5), a magnetic flux change module (6), a cooling liquid conveying pipe (7), a good conductor driven part (8) and a conversion module (9); the sealing flange (4) is fixedly arranged on the outer wall of the comprehensive energy unit (1), the magnetic flux change module (6) is fixedly connected to the sealing flange (4), the magnetic flux change module (6) is inserted into the sealing flange (4), and the sealing component (5) is arranged outside the magnetic flux change module (6); the good conductor driven part (8) is arranged on the conversion module (9), and the good conductor driven part (8) is tangent to a circle with the comprehensive energy unit (1) as the circle center. The invention has relatively simple structure, is suitable for the field of extreme environment transmission and can realize non-contact transmission; the introduction of superconducting materials can realize the effective utilization of electromagnetic effect.)

一种用于极端非结构环境的非接触传动机构

技术领域

本发明涉及极端恶劣环境传动装备技术领域，具体涉及一种用于极端非结构环境的非接触传动机构。

背景技术

随着航空、航天、深海、深地等相关科学与工程领域一大批任务的策划与实施，迫切需要解决极端条件如高低温、高真空、高压、强辐射及强未知环境下的相关任务装备的传动问题。在极端非结构环境下，传动机构在使用过程中零部件的有效更换可能会非常困难。

目前的传动装置尤其极端环境下的传动装置由于施动模块与被动模块间的强接触、强约束等因素的存在会导致几个问题。首先极端环境如高真空下，难以实现氧化膜的有效润滑而导致冷焊。第二，强辐射(如太空环境、核电环境)会导致原子氧的侵蚀，从而使施动模块与被动模块难以实现有效联结。第三，高低温环境会导致机械零部件存在较强的热胀冷缩作用，使机械性能下降。第四，强未知环境致使有人现场操作难以实现，而对需要频繁多次多角度进行施动与被动模块进行高精度对接从而实现有效传动的任务而言，遥操作或自主操作机器人可能成为一个主要的解决途径，但往往会存在系统复杂、感知信息需求量大等问题，使任务执行效费比大大下降。因此设计研发低成本的传动机构已经成为这一领域的一个热点和难点，有着重要的研究价值和广阔的应用前景。

基于电磁传动是一个有效的解决途经，其具有非接触特性，但目前电磁传动主要局限于盘式电机相关技术领域，其主要通过旋转永磁体来实现磁场变化从而完成对驱动部件的效能传递，但在极端非结构环境下，施动模块与受动模块相对距离较大，尚不能满足要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供基于高温超导磁通变化的非接触传动机构，该机构不需施动部件的旋转以及能够实现施动部件与受动部件的非接触传动。

本发明的技术方案如下：

一种用于极端非结构环境的非接触传动机构，其特征在于，包括：综合能源单元（1）、密封法兰（4）、密封部件（5）、磁通变化模块（6）、冷却液输送管（7）、良导体受动部件（8）以及转换模块（9）；

其中所述密封法兰（4）固定设置到所述综合能源单元（1）的外壁上，所述磁通变化模块（6）固定连接到所述密封法兰（4）上，所述磁通变化模块（6）插入连接到所述密封法兰（4）内，所述密封部件（5）设置到所述磁通变化模块（6）外部；

所述磁通变化模块（6）包括了金属盘（61），所述金属盘（61）周向凹槽内设置有超导带材（62），所述金属盘（61）中心处设置有导线孔（64），所述金属盘（61）导线孔（64）内设置有交流电导线（63），所述交流电导线（63）一端连接所述超导带材（62）一端连接到所述综合能源单元（1）内的交流电输送装置；

所述密封部件（5）本身为圆形的盖子形状，其壳体的内部设置有空心的腔体，该腔体连接了所述冷却液输送管（7），所述冷却液输送管（7）连接到所述综合能源单元（1）内的冷却液输送装置；

所述良导体受动部件（8）设置到所述转换模块（9）上，所述良导体受动部件（8）相切与以所述综合能源单元（1）为圆心的一圆上。

进一步的，还包括周向转动基座（2）和周向低速转动轴（3），所述周向转动基座（2）设置有旋转驱动机构，所述旋转驱动机构的驱动端连接所述周向低速转动轴（3），所述综合能源单元（1）固定连接到所述周向低速转动轴（3）上。

进一步的，所述冷却液输送管（7）为具有输入和输出功能的杜瓦输送管。

进一步的，所述金属盘（61）为铜或银制成。

进一步的，所述超导带材（62）选用YBCO为代表的二代超导带材，临界温度90K。

进一步的，所述冷却液为液氮。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明结构相对简单，适用于极端环境传动领域，并可实现非接触传动；超导材料的引入可实现电磁效应的有效利用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1 为非接触传动示意图；

图2 为全周向的超导磁通变化模块组成图；

图3 为磁通变化模块组成图；

图4为超导带材缠绕示意图；

图中：

1-综合能源单元；2-周向转动基座；3-周向低速转动轴；4-密封法兰；5-密封部件；

6-磁通变化模块；61-金属盘；62-超导带材；63-交流电导线；64-导线孔；

7-冷却液输送管；8-良导体受动部件；9-转换模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1，本实施例所需要的实现的目的是，在元器件非接触情况下通过超导模块6的磁通变化实现受动部件8的旋转运动，良导体受动部件8可通过转换模块9实现旋转运动与其他形式运动的转化，从而实现传动目的。

如图2所示，本实施例提供一种全周向的超导磁通变化模块，以满足传动的动力需求。

超导磁通变化模块具体包括综合能源单元1，周向转动基座2，周向低速转动轴3和磁通变化模块6，磁通变化模块6具体通过密封法兰4嵌入到综合能源单元1的内部。周向转动基座2是一个驱动单元，内部可以设置有伺服电机模块，周向低速转动轴3是通过该驱动单元中伺服电机的驱动端进行驱动。周向转动基座2的驱动单元并不限制只使用伺服电机，其他能够完全转动的机构均能够实现本发明的目的。

综合能源单元1是固定连接到周向转动基座2的上方，因此，通过周向转动基座2的驱动，综合能源单元1能够实现周向的运动。

综合能源单元1本身内设置有冷却液输送装置和交流电输送装置，冷却液输送装置和交流电输送装置均采用现有技术中成熟的机构，冷却液输送装置至少是包括了冷却液储存桶、输送泵机构、输送管道，冷却液储存桶内储存由低温液化气体，一般为液氮，输送泵机构用于将冷却液储存桶内的液体通过输送管道进行循环输送。

交流电输送装置为常见的交流电输送装置，一般其设置有储能电池，通过控制器将储能的电能转化成交流电输送出去。

如图1和图3所示，密封部件5与冷却液输送管7相连，冷却液输送管7的另一端与综合能源单元1中的冷却液输送装置中的输送管道相互连接。密封部件5本身为圆形的盖子形状，其壳体的内部设置有空心的腔体，该腔体连接了冷却液输送管7，冷却液输送管7一般包括了进液管和出液管。

密封部件5外覆于磁通变化模块6上。冷却液输送管7将综合能源单元1中的冷却液输送到密封部件5中，密封部件5使的磁通变化模块6降温并处于超导状态。冷却液输送管7一般为杜瓦输送管。

参见图4，磁通变化模块6包括了金属盘61，在金属盘61上紧密缠绕了超导带材62，具体金属盘61的结构为圆形，并在其圆周上设置了一圈凹槽，超导带材62缠绕到该凹槽中。金属盘61还包括了一个插入管，该插入管插入连接到综合能源单元1的密封法兰5中，该插入管内设置有交流电导线63，交流电导线63的一端连接到综合能源单元1内的交流电输送装置，另一端通过金属盘61中心处的导线孔64连接超导带材62。

综合能源单元1为超导带材62提供交流电，从而使超导带材62缠绕形成的超导盘状物6的磁通发生变化，基于电磁感应原理，变化的磁场在良导体受动模块8上产生涡电流，最终使受动模块8进行旋转。通过改变交变电流大小与相位，磁通变化模块6的磁场会发生可控变化，从而对受动模块8的运动进行控制。

金属盘61一般为铜或银制成。

超导带材62选用YBCO为代表的二代超导带材，临界温度90K。

本发明的工作原理如下：

周向低速转动轴3可使整个磁通变化模块进行自旋运动，从而满足不同方位的传动需求，具有柔性化、模块化特点。

综合能源单元1为超导带材62提供交流电，从而使超导带材62缠绕形成的超导盘状物6的磁通发生变化，基于电磁感应原理，变化的磁场在良导体受动模块8上产生涡电流，最终使受动模块8进行旋转。通过改变交变电流大小与相位，磁通变化模块6的磁场会发生可控变化，从而对受动模块8的运动进行控制。

本发明具有如下优点：

本发明结构相对简单，适用于极端环境传动领域，并可实现非接触传动；超导材料的引入可实现电磁效应的有效利用。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。