[发明专利]一种电磁驱动式微重力环境落塔系统

说明书

本发明公开了一种电磁驱动式微重力环境落塔系统，包括依次连接的储能变流分系统、直线驱动分系统和实验落舱分系统；储能变流分系统，储能变流分系统将存储的电网能量转化成三相交流电输出至直线驱动分系统；直线驱动分系统，用于接收储能变流分系统输出的三相交流电并产生电磁推力；实验落舱分系统，用于接收直线驱动分系统的电磁推力，并为实验装置提供稳定的电能。采用直线电机驱动落舱做直线运动，采用大容量电力电子设备为直线电机提供电能，采用具有双舱结构的实验落舱为实验载荷提供微重力环境，采用高性能分布式网络对系统进行监测和控制，该系统解决了传统落塔微重力水平较低、实验频率低、实验准备时间长以及实验场景单一的问题。

技术领域

本发明属于微重力实验技术领域，具体涉及一种电磁驱动式微重力环境落塔系统。

背景技术

随着我国科学技术的飞速发展，基础物理、生物、医学、航空航天等领域对微重力环境下的科学实验需求日益增加。相比于空间站、火箭、飞机做抛物线运动等创造微重力环境的方式，微重力环境落塔具有实验准备时间短、实验频率高、单次实验成本低等优点，逐渐成为在地面做微重力实验的主要方式之一。

传统落塔采用抽真空技术将整个落塔抽真空并将实验对象从塔顶抛落使其做自由落体运动来达到创造微重力环境的目的。该种形式的落塔微重力水平较低且每天仅可实验2-3次，制约了微重力环境实验的准确度和实验效率。近年来，随着电磁发射技术的逐渐成熟，基于该技术的新型电磁驱动式微重力环境落塔可完成每天300次的微重力实验，微重力水平预计可达10^-6g量级，且由于直线电机具有可控性强的特点，电磁驱动式微重力环境落塔还可进行超重力和欠重力实验，将极大丰富落塔装置的功能，为微重力或超重力条件下的科学实验提供高效、可靠的实验环境。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种电磁驱动式微重力环境落塔系统，该系统解决了传统落塔微重力水平较低、实验频率低、实验准备时间长以及实验场景单一的问题。

本发明采用的技术方案是：一种电磁驱动式微重力环境落塔系统，包括依次连接的储能变流分系统、直线驱动分系统和实验落舱分系统；

储能变流分系统，储能变流分系统将存储的电网能量转化成三相交流电输出至直线驱动分系统；

直线驱动分系统，用于接收储能变流分系统输出的三相交流电并产生电磁推力，为实验落舱提供推力；

实验落舱分系统，用于接收直线驱动分系统的电磁推力，并为实验装置提供稳定的电能。

进一步地，所述储能变流分系统包括第一储能变流装置、第二储能变流装置、第三储能变流装置、第四储能变流装置、第一拓扑变换节点、第二拓扑变换节点、第三拓扑变换节点、第四拓扑变换节点及2P个段间切换节点；第一储能变流装置通过第一拓扑变换节点与左侧母排电缆相连，第二储能变流装置通过第二拓扑变换节点与左侧母排电缆相连，第三储能变流装置通过第三拓扑变换节点与右侧母排电缆相连，第四储能变流装置通过第四拓扑变换节点与右侧母排电缆相连；第一段间切换节点至第P段间切换节点均与左侧母排电缆相连，第P+1段间切换节点至第2P段间切换节点均与右侧母排电缆相连。

进一步地，所述直线驱动分系统包括直线双边电机定子、直线双边电机动子及紧急制动单元；其中，直线双边电机定子包括2P 个定子段，直线双边电机动子包括第一动子和第二动子，紧急制动单元包括第一紧急制动段、第二紧急制动段、第一紧急缓冲段及第二紧急缓冲段；第一定子段至第P定子段分别与第一段间切换节点至第P段间切换节点呈一一对应连接，第P+1定子段至第2P定子段分别与第P+1段间切换节点至第2P段间切换节点呈一一对应连接；第P定子段的末端依次连接第一紧急制动段和第一紧急缓冲段，第2P定子段的末端依次连接第二紧急制动段和第二紧急缓冲段；第一动子的初始位置位于第P定子段处，第二动子的初始位置位于第2P定子段处，且第一动子和第二动子位于直线双边电机定子之间。