CN102055382B - 一种排斥式磁悬浮系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排斥式磁悬浮系统，它包括固定装置(1)和悬浮部分(2)，固定装置(1)包括固定平台(3)和安装于其上的螺线管线圈(5)阵列，螺线管线圈(5)内设有磁化方向相同的永磁体。悬浮部分(2)包括悬浮平台(6)和附着在其下表面的永磁体阵列，悬浮平台(6)下表面的永磁体阵列由磁化方向相反的永磁体阵列7和永磁体阵列8组成。永磁体阵列7布置在悬浮平台(6)正中间，成环形分布；永磁体阵列8布置在悬浮平台(6)四角，成正方形分布。悬浮平台(6)上表面的中心位置安装有角度传感器(10)，用以检测悬浮平台(6)的水平倾角。本发明具有结构简单、稳定性好、定位精度高、无摩擦等特点。

Description

一种排斥式磁悬浮系统

技术领域

本发明涉及磁悬浮系统，特别是涉及一种能够实现稳定悬浮的排斥式磁悬浮系统。

技术背景

  磁悬浮技术将电力电子技术、自动控制技术、传感器技术、检测技术等高新技术有机地结合在一起，它利用电磁力将物体无机械接触地悬浮起来，以满足生产工艺和技术向高速、精密化方向发展的需要。磁悬浮支撑由于无摩擦、无磨损、无需润滑、寿命长、低功耗、无噪音等优点越来越受到重视。

 根据磁铁“异性相吸、同性排斥”的特点，磁悬浮系统分为吸引式和排斥式两类。由于吸引式磁悬浮系统的易准确控制、易实现稳定悬浮等特征，多数磁悬浮系统的应用都是采用这种方式。但吸引式磁悬浮系统结构复杂，且在单独的磁力作外力情况下，不能实现多自由度运动，在一定范围内限制了吸引式磁悬浮的应用。在多自由度磁悬浮系统中，大多采用吸引力和排斥力相结合来实现。由于技术难题，目前只靠排斥力来实现稳定悬浮的系统尚未见报道。从理论上讲，排斥式磁悬浮系统能够在无外力条件下实现多自由度运动，若能够对其进行可靠的控制，那么对整个磁悬浮研究领域来讲，都是革命性的突破。

发明内容

针对现有公知技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种可适用于超洁净和真空环境的具有高速、高精度定位功能的排斥式磁悬浮系统。

本发明所研究的排斥式磁悬浮系统基于电磁悬浮的基本理论，通过控制磁阵的排斥力及吸引力的大小和其分力的方向，从而实现排斥式磁悬浮系统的有效悬浮。

本发明的技术方案是这样实现的：排斥式磁悬浮系统，它包括固定装置1和悬浮部分2，所述固定装置1包括固定平台3和安装于其上的磁化方向相同的永磁体4混合阵列，固定平台3作为安装固定装置1的基座，其上固定有圆筒状骨架9，骨架9上绕制有螺线管线圈5，永磁体4设在螺线管线圈5内；悬浮部分2包括悬浮平台6、附着在悬浮平台6下表面的永磁体阵列和安装在悬浮平台6上表面的倾角传感器10，悬浮部分2下表面的永磁体阵列由永磁体阵列7和永磁体阵列8组成，永磁体阵列7中所有永磁体的磁化方向与螺线管线圈5内的永磁体磁化方向相反，用于提供悬浮部分2的悬浮支撑力；永磁体阵列8中所有永磁体的磁化方向与螺线管线圈5内的永磁体磁化方向相同，用于辅助实现悬浮部分2的稳定悬浮；倾角传感器10用于测量悬浮平台的水平倾角。

进一步地，永磁体阵列7采用大小相等且磁化方向相同的永磁体，以悬浮部分的中心为圆心，紧凑排列，布置为一标准圆环形状；永磁体阵列8采用大小相等且磁化方向相同的4块永磁体构成，以悬浮部分的中心为几何中心，分别布置在悬浮部分的4个角上，成标准的正方形分布。

组成永磁体阵列8的4块永磁体可以是4块完全相同的小区域永磁体阵列。

更进一步，所述的螺线管线圈5和永磁体4构成的混合磁体阵列的阵列结构为“n×k”，其中“n×k”的组成阵列尺寸大于悬浮部分2的尺寸。

附图说明

图1a为排斥式磁悬浮系统立体图，b为排斥式磁悬浮系统侧视图

图2为排斥式磁悬浮系统固定装置结构图

图3为排斥式磁悬浮系统悬浮部分正投影图

图4为圆筒状骨架、螺线管线圈和永磁体结构示意图

本发明的优点是：相比现有公知技术，本发明具有结构简单、响应速度快、稳定性高和定位精确的特点，适合于微电子封装及光刻设备等需要真空、超洁净的环境。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1（a是立体图、b是侧视图），从图上可以看出，本发明包括固定装置1和悬浮部分2。

固定装置1（图2）基部为固定平台3，固定平台3作为安装固定装置1的基座，在其上固定有圆筒状骨架9（图4），骨架9上绕制有螺线管线圈5，每一个螺线管线圈5内均设有永磁体4，所有螺线管线圈5以阵列方式排列形成永磁体和螺线管线圈的混合阵列。

悬浮部分2的下表面与固定装置1螺线管线圈5的上表面相互平行。悬浮部分2结构见图3，悬浮部分2包括悬浮平台6、附着在悬浮平台6下表面的永磁体阵列和安装在上表面中心的倾角传感器10，悬浮平台6下表面的永磁体阵列由永磁体阵列7和永磁体阵列8组成。永磁体阵列7采用大小相等且磁化方向相同的永磁体，以悬浮部分2的中心为圆心，紧凑排列，布置为一标准圆环形状；永磁体阵列7中所有永磁体的磁化方向与螺线管线圈5内的永磁体磁化方向相反，用于实现悬浮部分2的稳定悬浮。永磁体阵列8采用大小相等且磁化方向相同的4块永磁体构成，以悬浮部分2的中心为几何中心，分别布置在悬浮部分2的4个角上，成标准的正方形分布；永磁体阵列8中所有永磁体的磁化方向与螺线管线圈5内的永磁体磁化方向相同，因此永磁体阵列7和永磁体阵列8的永磁体磁化方向相反。这样，在螺线管线圈5与悬浮部分2下表面的永磁体阵列8之间产生吸引力，用于提供悬浮部分2水平运动和精确定位的电磁推力。倾角传感器10安装在悬浮平台6的上表面中心位置，用于测量悬浮平台6的水平倾角，控制系统通过倾角值的改变来判断悬浮平台6的悬浮状态，从而调整螺线管线圈5内的电流大小，达到悬浮部分2的稳定悬浮和精确定位。

其中，在圆环半径确定的情况下，组成永磁体阵列7的单体永磁体排列尽量靠近。同时，组成永磁体阵列8的4块单体永磁体，可由4块完全相同的小区域永磁体阵列来构成，且小区域永磁体阵列内的永磁体磁化方向与固定装置1上螺线管线圈5内的永磁体磁化方向相同。

当螺线管线圈5通电时，在螺线管线圈5与悬浮平台6下表面的永磁体阵列7之间产生排斥力，通过调整螺线管线圈5阵列的电流大小，便可将悬浮部分2悬浮起来。同时，在螺线管线圈5与悬浮平台6下表面的永磁体阵列8之间产生吸引力，该吸引力大小可通过调整螺线管线圈5中的电流进行改变，以此来精确控制悬浮部分2的定位。但由于磁力线是闭合回路，且内部单体永磁体产生的磁场不可能完全相同，使得悬浮状态无法稳定下来，会产生倾斜，甚至悬浮失败。倾角传感器10可以测量倾斜方向和倾角大小，控制系统接收倾角传感器信号，以此作基准来调整螺线管线圈5的电流大小，悬浮部分2随着电流大小的改变，将达到稳定悬浮。同时，改变螺线管线圈5阵列内不同单体组合的通电状态，可以使悬浮部分2随着螺线管线圈5的通电路径移动起来,加上四角吸引力的作用，可以推动悬浮部分2在平面上做无接触的自由运动。并且可达到在超洁净工作环境中高精度定位的需求。由于各线圈的电流是单独调整的，故能将悬浮力和吸引力分别进行精确调整。

Claims (4)

1.一种排斥式磁悬浮系统，它包括固定装置（1）和悬浮部分（2），其特征在于：所述固定装置（1）包括固定平台（3）和安装于其上的磁化方向相同的永磁体4混合阵列，固定平台（3）作为安装固定装置（1）的基座，其上固定有圆筒状骨架（9），骨架（9）上绕制有螺线管线圈（5），永磁体4设在螺线管线圈（5）内；悬浮部分（2）包括悬浮平台（6）、附着在悬浮平台（6）下表面的永磁体阵列和安装在悬浮平台（6）上表面的倾角传感器（10），悬浮部分（2）下表面的永磁体阵列由永磁体阵列7和永磁体阵列8组成，永磁体阵列7中所有永磁体的磁化方向与螺线管线圈（5）内的永磁体磁化方向相反，用于提供悬浮部分（2）的悬浮支撑力；永磁体阵列8中所有永磁体的磁化方向与螺线管线圈（5）内的永磁体磁化方向相同，用于辅助实现悬浮部分（2）的稳定悬浮；倾角传感器（10）用于测量悬浮平台的水平倾角。

2.根据权利要求1所述的排斥式磁悬浮系统，其特征在于：所述的永磁体阵列7采用大小相等且磁化方向相同的永磁体，以悬浮部分（2）的中心为圆心，紧凑排列，布置为一标准圆环形状；永磁体阵列8采用大小相等且磁化方向相同的4块永磁体构成，以悬浮部分（2）的中心为几何中心，分别布置在悬浮部分（2）的4个角上，成标准的正方形分布。

3.根据权利要求2所述的排斥式磁悬浮系统，其特征在于：组成永磁体阵列8的4块永磁体是4块完全相同的小区域永磁体阵列。

4.根据权利要求1 、2或3所述的排斥式磁悬浮系统，其特征在于：所述的螺线管线圈（5）和永磁体4构成的混合磁体阵列的阵列结构为“n×k”，其中“n×k”的组成阵列尺寸大于悬浮部分（2）的尺寸。

Images