CN102723026B - 一种无轨道接触磁悬浮小车演示器 - Google Patents

Abstract

一种无轨道接触磁悬浮小车演示器，包括工作电源、电源转向器、控制台、演示平台、磁悬浮轨道、磁悬浮小车，演示平台包括支座、胶塑板平台、供电接触器和固定盘，固定盘设有弹性片，供电接触器外圆与电源的正极连接，内圆与控制台的复合三极管基极连接，其外圆、内圆与固定盘的弹性片摩擦接触；固定盘的两个弹性片固定的短接；胶塑板平台设置一中央主轴；其磁悬浮轨道包括圆形轨道，圆形轨道上均匀设置若干个孔，孔内设置同极性向上的永久磁铁；车体内底部设置两个线圈，两个线圈的距离等于磁悬浮轨道两个磁铁间的距离；电源转向器通过主轴、连杆和线圈连接。本发明磁悬浮小车可在圆形轨道与轨道无接触运行，且悬浮的高度高、运行的速度快、稳定。

Description

一种无轨道接触磁悬浮小车演示器

技术领域

  本发明涉及一种磁悬浮小车演示器，具体涉及一种无轨道接触磁悬浮小车演示器。

背景技术

磁悬浮技术起源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。

利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的设想是人类一个古老的梦，但实现起来并不容易。因为磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化技术(高新技术)。随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展.

世界第一条磁悬浮列车示范运营线——上海磁悬浮列车（引进德国技术），建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需6～7分钟。 上海磁悬浮列车是“常导磁斥型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。是利用“同性相斥”原理是列车悬浮，列车（头）前吸（尾）后推是列车前进。本人自制的无磁悬浮轨道接触磁悬浮磁悬浮小车教学演示器，是把上海磁悬浮列车高科技地面交通工具工作原理通过技术创新制作，（斥力是磁悬浮小车悬浮，斥力是磁悬浮小车前进的动力）用于高中物理课和通用技术课堂教学的演示仪器，是对本人实用新型专利《专利号ZL201120209060.6》《磁悬浮磁悬浮小车教学演示装置》进一步创新。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无轨道接触磁悬浮小车演示器，其磁悬浮小车在圆形轨道与轨道无接触运行，且悬浮的高度高、运行的速度快、稳定。

本发明的技术解决方案是：

一种无轨道接触磁悬浮小车演示器，包括工作电源、电源转向器、控制台、演示平台、磁悬浮轨道、磁悬浮小车，

其特殊之处在于：

所述工作电源包括依次连接的输入交流电、双向可控硅电位器、电源变压器、二极管桥式整流、电容器滤波以及输出电压表；

所述控制台包括依次连接的工作电源指示、二极管电阻器、复合三极管、按键以及输入输出接线孔；

所述演示平台包括支座、设置于支座上的胶塑板平台、设置于胶塑板平台上的供电接触器和固定盘，所述供电接触器为圆形，所述固定盘设有弹性片，所述供电接触器外圆与电源的正极连接，内圆与控制台的复合三极管基极连接，其外圆、内圆与固定盘的弹性片摩擦接触；其演示平台的电源线与控制台输出孔对接；所述胶塑板平台的中心位置设置一中央主轴

所述磁悬浮轨道包括圆形轨道，所述圆形轨道上均匀设置若干个孔，所述孔内均设置同极性向上的永久磁铁；

所述磁悬浮小车包括车体，所述车体内底部设置两个线圈，两个线圈的距离等于磁悬浮轨道两个磁铁间的距离；

所述电源向器通过主轴、连杆和磁悬浮小车的线圈连接，所述胶塑板平台的中心位置设置一中央主轴；

所述工作电源输出与控制台的输入连接，所述控制台的输出接线孔与演示平台连接；所述磁悬浮小车通过连杆与中央主轴连接，并和磁悬浮轨道无接触。

上述供电接触器设置在演示器平台中央用覆铜板设置成同心里外相离圆面；

把外圆面设置成和磁悬浮轨道使用永久磁铁多一倍的同心圆等分，间隔等分通过覆铜片连接在一起成为外圆连线接线点；

在里外圆盘面上设置弹性接触片；

磁悬浮小车在磁悬浮轨道上运行时两接触片的一端在里外圆盘的覆铜板上滑行，另一端在固定盘上短接，外圆覆铜片的连线接控制台电源的正极，里圆的覆铜片的连线接控制台的复合三极管的基极；

磁悬浮小车车体内线圈通过连杆上设置的连线经中央主轴的供电转向器后一端接电源的正极，一端接复合三极管的集电极。

上述供电电源使用220V50HZ的交流电，设置有双向可控硅电位器调压，调整输给变压器初级的电压高低以改变次级的电压、变压器降压、二极管桥式整流、电容滤波以及输出电压表，输出5v到25v可调直流电压，输出电流8A。

上述磁悬浮小车的车体内设置的线圈为长方形线圈，其大小等于磁悬浮轨道磁铁宽度1.5倍（这样设计利于磁悬浮小车的运行、悬浮、增强磁悬浮小车悬浮高）。

上述演示平台外边设置有安全使用的金属网。

上述覆铜板的直径可为8cm。

上述演示平台是用胶塑板做面板，做成半径为39Cm圆形平面，用胶木做四个支座，固定于平面下支撑胶塑板做平台，圆形平面中央固定电源转向器和磁悬浮磁悬浮小车供电控制器。

上述磁悬浮轨道是在演示平台的半径为37Cm的圆上按永久磁铁的大小平均刻60个孔，把永久磁铁镶入孔中，永久磁铁的同极性向上，并用胶加以固定形成。

本发明的特点是：

1、磁悬浮小车的运行磁悬浮轨道是圆形的，在圆半径一定的周长上均匀设置长方形永久磁铁，磁悬浮小车的车体内设置两个等于磁悬浮轨道磁铁宽度1.5倍的长方形线圈；（原实用新型专利磁悬浮小车在一段直线磁悬浮轨道上运行，磁悬浮轨道设置的是线圈，磁悬浮小车体内设置的永久磁铁）。

2、磁悬浮小车在磁悬浮轨道运行通过连杆与中央主轴连接和磁悬浮轨道无接触，车体运行在磁悬浮轨道磁场极性相同斥力作用下空中悬浮一定高度；（原实用新型专利磁悬浮小车在磁悬浮轨道上运行，磁悬浮小车车体两边的弹性接触片和磁悬浮轨道的支撑墙接触，脱离不开磁悬浮轨道，看不见磁悬浮小车悬浮的高度。

3、磁悬浮小车在磁悬浮轨道运行通过连杆和中央主轴连接，单一连杆接触容易控制磁悬浮小车悬浮平衡、左右不脱离磁悬浮轨道；（原实用新型专利磁悬浮小车在磁悬浮轨道上运行磁悬浮小车车体两边的各两个弹性接触片（4个触点）和磁悬浮轨道的支撑墙接触，多触点接触磁悬浮小车容易左右倾斜，磁悬浮小车悬浮容易左右脱离磁悬浮轨道）。

4、控制磁悬浮小车车体线圈通电通过连杆上设置的连线经中央主轴的供电转向器后一端接电源的正极，一端接复合三极管的集电极；配合演示平台中央设置的供电接触器完成系统供电模式，使磁悬浮小车在磁悬浮轨道运行时车体内两线圈在磁悬浮轨道磁铁上方时线圈通电，在磁悬浮轨道设置的磁铁间隙断电，在磁悬浮轨道永久磁场和磁悬浮小车车体线圈电磁场斥力作用下悬浮一定高度；线圈通电电流大产生的磁场强斥力作用大，磁悬浮小车悬浮高度高同时磁悬浮小车前进的速度快，（原实用新型专利磁悬浮小车在磁悬浮轨道上运行磁悬浮小车到什么地方其磁悬浮轨道线圈通电，是靠车体两边的弹性接触片和磁悬浮轨道的支撑墙覆铜板铜片接触磁悬浮轨道线圈通电，如线圈通电电流小，磁悬浮小车不易运行，线圈通电电流大，磁性强斥力大磁悬浮小车容易上跳脱离磁悬浮轨道，演示失败，线圈电流适中磁场力可是磁悬浮小车运行，看不见磁悬浮小车悬浮）。

5、以上叙述的结构不同，本次发明的磁悬浮小车在圆形磁悬浮轨道上运行和磁悬浮轨道无接触，运行速度快超过10m/s，悬浮超过10mm高度，才是真正看得见的磁悬浮小车。（原实用新型专利从现象上看磁悬浮小车没有轮子能在磁悬浮轨道上运行，从理论上讲磁悬浮小车车体内设置的永久磁体磁场和磁悬浮轨道上的线圈通电磁场产生斥力悬浮，这是科学原理，学生、观众能理解，是能讲通看不见磁悬浮小车悬浮的磁悬浮小车演示装置）。

附图说明

图1为本发明结构磁悬浮轨道连接示意图；

图2为本发明磁悬浮小车连接示意图；

图3发明电器结构原理框图。

具体实施方式

无轨道接触磁悬浮小车包括工作电源、控制台、电源转向器、演示平台、磁悬浮轨道、磁悬浮小车、几部分组成如下图：

工作电源：使用220V50HZ的交流电，设置有电位器和可控硅调压（调整输给变压器初级的电压高低以改变次级的电压）、变压器降压、二极管桥式整流、电容滤波等部件。输出5v到25v可调直流电压（有电压表显示），输出电流8A。

供电接触器供电模式：在演示器平台中央用直径可为8cm的覆铜板设置成里外相离圆面，参见图1，把外圆面A设置成和磁悬浮小车磁悬浮轨道使用永久磁铁多一倍的同心圆等分，（取间隔份连接一块），圆A的连线接入控制台电源的正极，圆B的连线接控制台的复合三极管的基极；在外圆A，里圆B圆盘面上设置弹性接触片，磁悬浮小车在磁悬浮轨道上运行时两接触片的一端在里外圆盘的覆铜板上滑行，另一端在固定盘上短接，参见图2，磁悬浮小车车体内线圈通过连杆上设置的连线经中央主轴的供电转向器后一端接电源的正极，一端接复合三极管的集电极；

在设计的原理上磁悬浮小车接通电源即可运行，可磁悬浮小车车体内的线圈通电电流大于6安，供电接触器的覆铜板和接触的弹片根本无法承受大电流工作（产生火花烧毁接触点），研制改用供电接触器覆铜板和接触弹片的电路，只用于磁悬浮小车车体内设线圈运行在磁悬浮轨道永久磁铁上方的信号检测，把检测来的信号通过三极管放大开关作用是磁悬浮小车车体的线圈通电断电。在研究设计时增加了电源转向器，采用铜环和电刷接触（电源静连接变成动连接）把电源供到磁悬浮小车线圈上。

参见图3，

控制台部分：由二极管、三极管、电阻器、电容器、按键等元件组成。二极管用于单向导电作用，三极管用了两只进行复合放大，同时起到了稳定的开关作用，电阻电容器配合三极管工作，按键控制磁悬浮小车工作的状态

演示平台：胶塑板做面板，做成半径为39Cm圆形平面，用胶木做四个支座，固定于平面下支撑胶塑板做平台，圆形平面中央固定供电接触器和磁悬浮小车电源转换器（平台下面）。

磁悬浮小车磁悬浮轨道：参见图1，在演示平台的半径为37Cm的圆上按永久磁铁的大小平均刻60个孔，把永久磁铁镶入孔中，永久磁铁的同极性向上，并用胶加以固定做成磁悬浮小车的运行磁悬浮轨道。磁悬浮小车的运行速度快，为了防止磁悬浮小车脱离磁悬浮轨道和人手碰撞产生不安全事故，演示平台外边用金属网加以保护。

磁悬浮小车：参见图2，选择电脑使用的坏鼠标，折取内部的元件做磁悬浮小车的车体，车体内底部固定两个线圈，两个线圈的距离等于磁悬浮轨道两个磁铁间的距离。

工作原理：目前一些国家的磁悬浮列车利用磁极吸引力和排斥力的作用。简单地说，排斥力使列车悬起来，吸引力让列车开动。本人设计的是斥力让磁悬浮小车悬浮同时斥力使磁悬浮小车前进。磁悬浮小车车体内装有线圈（通电产生磁场），磁悬浮轨道安装永久磁铁。当磁悬浮小车车体内线圈通电后产生的磁场极性与磁悬浮轨道上的永久磁铁磁场极性保持相同，两者“同性相斥”，排斥力使磁悬浮小车悬浮起来，磁悬浮小车的车体内装的线圈与水平有一定的角度，通电后线圈的磁场极性和磁悬浮轨道的永久磁铁的磁场极性有一向前的斥力使磁悬浮小车前进的动力。

磁悬浮小车车体内的线圈并联后接入连杆上的线通过主轴内空心连接铜环，再由电刷接入磁悬浮小车控制台输出接线孔，正负（红黑线）要对应。

演示平台上的供电接触器设置（起检测信号作用），控制磁悬浮小车在磁悬浮轨道运行中车体内线圈的通电情况，即磁悬浮小车体内的线圈在磁悬浮轨道的磁体上线圈通电，离开磁体后磁悬浮小车车体的线圈断电。可以说，磁悬浮小车在运动中是断续的通电，体现到节约电能效果。

使用步骤：

用小型十字螺丝刀接好控制台到磁悬浮小车供电电源和磁悬浮演示平台的连线，供电电源插入220V50HZ的交流电源，打开供电电源的电源开关，调整供电电源上的电位器使输出电压为10V，按下磁悬浮小车的控制工作台按键，磁悬浮小车旋转，调高供电电源的电压，磁悬浮小车的速度加快，当磁悬浮小车工作电压超过20V以上，磁悬浮小车的速度超过10m /s，磁悬浮小车悬浮超过15mm高度。把磁悬浮小车供电电源的电压调低，磁悬浮小车速度变慢，同时磁悬浮小车悬浮高度有所降低。

注意：当磁悬浮小车的供电电源开关关掉后，磁悬浮小车工作控制台的二极管电源指示灯还要点亮5分钟以上，这是正常的（原因是工作控制台内的电解电容储存的电能未放完）。

Claims (5)

1.一种无轨道接触磁悬浮小车演示器，包括工作电源、电源转向器、控制台、演示平台、磁悬浮轨道、磁悬浮小车，

其特征在于：

所述工作电源包括依次连接的输入交流电、双向可控硅电位器、电源变压器、二极管桥式整流、电容器滤波以及输出电压表；

所述控制台包括依次连接的工作电源指示、二极管电阻器、复合三极管、按键以及输入输出接线孔；

所述演示平台包括支座、设置于支座上的塑胶板平台、设置于塑胶板平台上的供电接触器和固定盘，所述供电接触器为圆形，所述固定盘设有弹性片，所述供电接触器外圆与控制台电源的正极连接，内圆与控制台的复合三极管基极连接，其外圆、内圆与固定盘的弹性片摩擦接触；所述塑胶板平台的中心位置设置一中央主轴；

所述磁悬浮轨道包括圆形轨道，所述圆形轨道上均匀设置若干个孔，所述孔内均设置同极性向上的永久磁铁；

所述磁悬浮小车包括车体，所述车体内底部设置两个线圈，两个线圈的距离等于磁悬浮轨道两个磁铁间的距离；

所述电源转向器通过主轴、连杆和磁悬浮小车的线圈连接，

所述输出电压表的输出与控制台的输入连接，所述磁悬浮小车通过连杆与中央主轴连接，并和磁悬浮轨道无接触；

所述供电接触器设置在演示器平台中央，并用覆铜板设置成同心里外相离圆面；

把外圆面设置成比磁悬浮轨道使用永久磁铁多一倍的同心圆等分；

在里外圆盘面上设置弹性接触片；

磁悬浮小车在磁悬浮轨道上运行时两接触片的一端在里外圆盘的覆铜板上滑行，另一端在固定盘上短接，外圆覆铜片的连线接控制台电源的正极，里圆的覆铜片的连线接控制台的复合三极管的基极；

磁悬浮小车车体内线圈通过连杆上设置的连线经中央主轴的电源转向器后一端接控制台电源的正极，一端接复合三极管的集电极。

2.根据权利要求1所述无轨道接触磁悬浮小车演示器，其特征在于：所述工作电源使用220V50HZ的交流电，设置有双向可控硅电位器调压，调整输给变压器初级的电压高低以改变次级的电压，调整后，经变压器降压、二极管桥式整流、电容器滤波以及电压表输出5v到25v可调直流电压，输出电流8A。

3.根据权利要求2所述无轨道接触磁悬浮小车演示器，其特征在于：所述演示平台外边设置有安全使用的金属网。

4.根据权利要求3所述无轨道接触磁悬浮小车演示器，其特征在于：所述演示平台是用胶塑板做面板，做成半径为39Cm圆形平面，用胶木做四个支座，固定于平面下支撑胶塑板做平台，圆形平面中央固定电源转向器和磁悬浮小车供电接触器。

5.根据权利要求4所述无轨道接触磁悬浮小车演示器，其特征在于：所述磁悬浮轨道是在演示平台的半径为37Cm的圆上按永久磁铁的大小平均刻60个孔，把永久磁铁镶入孔中，永久磁铁的同极性向上，并用胶加以固定形成。