CN103746609B - 一种磁悬浮离心机和磁悬浮系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种磁悬浮离心机中的磁悬浮系统的控制方法及系统，通过计算测量气隙与标准气隙的差Δδ=δ1-δ0，根据计算结果逐步控制电流输出功率管组使得所述差Δδ为零。本发明还提供一种磁悬浮离心机的动力控制系统，包括磁悬浮系统、电机控制装置，所述磁悬浮系统由位移传感器、计算机控制器及电磁线圈等部件组成；所述计算机控制器由主机板、输入模块、输出模块及电源构成。本发明提供通过本发明的技术方案能够使得磁悬浮离心机能够平稳、稳定地工作，消除了由减速机带来的弊端，由于传感器检测的速度与计算机处理的速度极快，仅1/100秒，所以能够保持气隙距离的稳定。

Description

一种磁悬浮离心机和磁悬浮系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮离心机中的磁悬浮系统的控制方法及系统，属于磁悬浮离心机的技术领域。

背景技术

水泥管是利用水泥跟钢筋制成的一种预制管道，可以作为城市的下水管道，以及一些特殊厂矿里使用的上水管。现代化的城市生活不管是地下排污还是铺设地下电缆都需用到水泥管道，它主要用于高速公路、市政建设、住宅小区、运动场、广场、城乡建设、工矿企业排放雨水、污水及农田灌溉、涵管、电缆隧道等特殊用途管材。

圆管状水泥制品主要有混凝土管道、混凝土管桩及混凝土电杆等。离心机是生产这类产品的主要设备,参见附图1，传统的离心机由二套有一定间距的托轮组机构（主动及从动）和管模构成,管模上装有滚圈,与相应的托轮接触。由于管模较长，按常用的规格以10米计，如果每隔2米有1个滚圈,则有5对滚圈相互接触。当主动轮转动时，通过滚圈与托轮间的磨擦，带动管模旋转。为了使管模能稳定地在托轮上旋转,必需有另外的从动托轮组支持,所以管模也同时带动从动轮旋转。由此可见，这类离心机的旋转是依靠磨擦传动的，因而磨擦阻力非常大。如生产φ500mm、10m长的予应力混凝土管桩，其离心机的功率达75—90kw。例如，公开号为CN202123566的实用新型专利所提到的，水泥管加工设备，涉及水泥制品加工设备，包括支架、转轴及电机，所述电机设置于支架一端的上方，所述转轴设置于支架之间，电机的输出端通过皮带连接有减速器，所述减速器的输出端通过皮带连接于转轴，所述转轴的两端通过连接件连接在支架上。公开号为CN101259671的专利文献中提及了一种离心成型工具，包括内模(1)、内模的外支撑架(2)、外支撑架(2)上的离心驱动件(3)，离心驱动件(3)为托辊(6)，外支撑架(2)上有至少一道离心时约束内模(1)外形的约束环箍(4)。

但管口的混凝土强调是低于管身的，因此离心技术不适合做顶管；成型时管模横卧在离心机上高速旋转，钢筋网随之运动，因此前述的现有技术会出现两种影响管材使用寿命的情况：1、钢筋网有焊点不牢固时就会出现跑筋和漏筋现象，使管身局部出现无筋状态，2、成型后钢筋网很难居中，钢筋网是偏心的，也就是钢筋网的保护层不均匀；此工艺需要大量的模具来保证产量，每个模具的尺寸是存在偏差的，对开式模具长时间拆装使用也会出现较大变形，因此导致了管材的圆度、管口垂直度、管径尺寸和管长尺寸等偏差较大，影响工程的安装质量，出现渗漏将导致路面下陷，对管线两侧的土壤和地下水造成污染。此外，上述现有的技术还存在以下几个问题：1、滚圈的磨耗十分严重，需经常整修。2、工作时的噪音很大，是整个水泥制品厂噪音最大的设备。3、管模是从中间分成两半以便装料，滚圈也被分成两个半环。合模后，根据设备加工精度和安装情况，或多或少会存有缝隙。那么，在运转过程中会有跳模现象。4、功耗大。

发明内容

为克服现有的缺陷，本发明提出一种磁悬浮离心机中的磁悬浮系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤100：测量气隙δ1，所述气隙δ1是磁路与磁路之间的空气间隔；

步骤200：将步骤100中所测量得到的气隙δ1与标准气隙δ0比较；

步骤300：计算测量气隙与标准气隙的差Δδ=δ1-δ0，若差Δδ为零，则转到步骤100；否则，执行步骤400；

步骤400：计算需增减的电磁线圈电流值，若所述差Δδ小于零，则增加供电电流，反之则减少供电电流；

步骤500：根据步骤400的计算结果逐步控制电流输出功率管组使得所述差Δδ为零。

优选地，在所述步骤100中，测量气隙距离采用磁致伸缩位移传感器测量，其可以进一步包括：

步骤110：从传感器的电子头发出一个电脉冲；

步骤120：该电脉冲通过波导管时，产生应变脉冲，该脉冲以超声速从产生点返回到电子头，从而检测出气隙δ1。

更为优选地，步骤200进一步包括：

步骤210：预先在计算机中设置气隙的标准气隙δ0；

步骤220：当输入模块接收到传感器测到的气隙δ1后，CPU将该信号与标准气隙δ0进行比较。

进一步，步骤500进一步包括：

步骤510：Δδ如果小于零，则从输出模块输出相比当前值更大的电流，使电磁铁激发出更大的磁场强度，直到气隙恢复到原始状态；

Δδ如果大于零，则从输出模块输出比当前值更小的电流，使电磁铁激发出更小的磁场强度，直到恢复到原始状态。

本发明还提供一种磁悬浮离心机的动力控制系统，包括磁悬浮系统、电机控制装置，其特征在于：所述磁悬浮系统由位移传感器、计算机控制器及电磁线圈等部件组成；所述计算机控制器由主机板、输入模块、输出模块及电源构成。所述电磁线圈作为计算机输出的执行器件，用于调节磁悬浮系统磁场强度的大小；电磁线圈通电后产生的磁场大小与线圈绕组的匝数及通过线圈电流的大小成正比。

本发明提供通过本发明的技术方案能够使得磁悬浮离心机能够平稳、稳定地工作，消除了由减速机带来的弊端：机械疲劳、磨擦损耗、振动、噪音等本发明提供的离心机因毋须润滑，除了节省润滑油还因无油不污染环境而十分环保；另一方面，由于传感器检测的速度与计算机处理的速度极快，仅1/100秒，所以能够保持气隙距离的稳定。

附图说明

图1是现有技术中管桩离心机示意图；

图2是本发明磁悬浮离心机的结构示意图；

图3是本发明磁悬浮离心机管模悬浮示意图;

图4是本发明磁力轮外啮合方式示意图；

图5是本发明磁力轮叠合式方式示意图；

图6是本发明分段磁体构成中各磁体的磁化方向沿阵列阵列结构示意图；

图7是本发明主动磁力轮4上安装不锈钢圈磁圈的示意图；

图8是本发明中用于说明无法使一块磁铁稳定悬浮在另一块磁铁上的示意图；

图9是本发明中桩模的两端的磁铁安装示意图；

图10是本发明中圆形磁板Halbach阵列示意图；

图11是本发明中通过机械约束方式定位管模的示意图；

图12是本发明磁悬浮离心机中的磁悬浮系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

根据本发明的宗旨，要解决离心机存在的以上问题，最好的办法是让管模不与托轮接触。只要不接触，磨损、噪音、跳模等问题就会迎刃而解，而且设备消耗的功率也会大幅下降。对此，最为优选的方法就是“磁悬浮”，磁悬浮是近几十年发展起来的新技术，特别是磁悬浮列车的出现大大推动了磁悬浮技术的应用。其原理很简单，即磁体之间的异性相吸、同性相斥现象。但要使某一设备能稳定地按设计的要求悬浮并工作（如旋转或平移）却不是一件易事，它涉及到许多材料、工艺、控制上的难题。

在本发明的第一实施方式中，提供了一种磁悬浮离心机。如图2所示，该磁悬浮离心机包括：主体部分1，永磁圈2，支持圈3，主动磁力轮4，被动磁力轮5，传动轴6，电机7，定位装置8。

非限制性地，为了简明起见，图2中的附图标记只表明了一个上述永磁圈2，支持圈3，主动磁力轮4，被动磁力轮5，定位装置8，但是如附图2所示，其示出了两组永磁圈2，支持圈3，主动磁力轮4，被动磁力轮5，定位装置8，这两组永磁圈2，支持圈3，主动磁力轮4，被动磁力轮5，定位装置8沿主体部分1的轴向对称分布。当然，作为本领域的技术人员应当清楚，上述永磁圈2，支持圈3，主动磁力轮4，被动磁力轮5，定位装置8可以为两组以上。

上述主体部分1是管模，当磁悬浮离心机工作时，主体部分1悬浮于主动磁力轮4之上。

主动磁力轮4安装在一基座上；永磁圈2、被动磁力轮5安装在主体部分1的外壁，且被动磁力轮5与主动磁力轮4相对安装。

定位装置8安装在主体部分1的轴向的两端，用于固定主体部分1。

所述支持圈3用于拆模时提供支撑作用。在拆模工位，管模被安放在木质枕木上，此时，仅有支持圈3与枕木接触，承受管模的全部重量。由于永磁圈2由十六片厚度仅10mm的钕铁硼永磁铁构成，该永磁铁较脆，不能承受管模（加混凝土管）的重量，所以本发明在管模体上焊接数个支持圈3。上述支持圈3的外圈直径大于所述永磁圈2，但支持圈3并非本发明所必须的，其用于对主体部分1的支撑。

因为管模需要悬浮，不可能对它提供电源，所以只能在管模上按装永磁铁而在基座上按装永磁铁加电磁铁。参见附图3，附图3为第一实施方式所述的磁悬浮离心机的剖面图。如图3所示，永磁圈2安装在主体部分1的外部，起浮磁体3由永磁铁和电磁铁构成，安装在主体部分1的侧面及下方位置，工作时，通过外接电源产生磁场，并且通过一U形槽4固定在基座上。在永磁圈与起浮磁体的磁场共同作用下使管模悬浮。

在本发明的第二实施方式基于上述实施方式一，并对上述实施方式一所提供的磁悬浮离心机中的主动磁力轮4和被动磁力轮5作进一步描述。

如图1、3所示，主体部分1（管模）在悬浮状态时要使它转动，传统的驱动装置就无法实施，因为无论是皮带传动还是齿轮传动均存在径向拉力，这一拉力无论大小都将破坏磁悬浮的稳定状态。因此本发明采用磁力轮技术，可以利用磁力轮的磁体异性相吸原理工作而形成磁啮合齿轮，磁啮合齿轮包括外啮合和内啮合两种工作方式。根据管模旋转的状态，优选地，采用外啮合方式。如附图4所示，主动磁力轮4和被动磁力轮5外表面设置有具有带有磁极的凸起，而形成对齿齿轮结构，各凸起（即齿）沿其依附的主动磁力轮4或者被动磁力轮5的外表面均匀排列。主动磁力轮4上距离最接近于被动磁力轮5的齿的磁极极性与被动磁力轮5上距离最接近于主动磁力轮4的齿的磁极极性相反。

根据上述技术方案，主动磁力轮4与从动磁力轮轮5之间没有接触，而是通过磁场间相互耦合作用产生的磁力来实现力矩和功率的传递。当主动轮的一个齿4-1与被动轮的齿5-1相对时，两个齿的极性相反，互相吸引，当主动轮转动时，由于磁场吸引力的作用，从动轮就跟随转动，此时齿4-2和5-2相对，如此循环不停而实现了力的传递。

在本发明的第三实施方式基于上述实施方式一，并对上述实施方式一所提供的磁悬浮离心机中的主动磁力轮4和被动磁力轮5作进一步描述。根据上述第二实施方式，主动磁力轮4和被动磁力轮5属直接耦合式，是齿对齿结构，每次只有一对齿产生转矩，使永磁体的利用率不高，转矩密度很低。为此，本发明提供了更为优选的第三实施方式。

由于磁场力与其磁场强度、磁体面积成正比，与磁体间距离的平方成反比，当磁体选定后，在磁体间距不变的情况下，耦合力仅与磁体面积有关。因此，在本发明的第三实施方式中，将主动磁力轮4和被动磁力轮5磁体叠合设置，形成如图5所示的“组合轮”，使磁体间可耦合的面积有十倍以上的增加，从而使耦合力大大提高。如图5所示，主动磁力轮4上的齿与被动磁力轮5上的齿交错排列，即主动磁力轮4上的齿的齿凸部分或者全部伸进被动磁力轮5上的齿的齿凹，形成相邻关系而非第二实施方式中的相对关系，主动磁力轮4和被动磁力轮5上各齿的磁极呈左右分布，主动磁力轮4上的齿的左侧的磁极跟与其相邻的位于被动磁力轮5上的齿的右侧磁极相反。例如图5中，主动磁力轮4上的齿4-1的右侧的磁极为N，与其相邻的位于被动磁力轮5上的齿5-1的左侧磁极为S。

第三实施方式中所公开的磁力轮的优点在于：（1）、主动磁力轮由普通电机直接驱动，取消了减速机这一中间环节从而提高了传动效率。并且消除了由减速机带来的弊端：机械疲劳、磨擦损耗、振动、噪音等；（2）、由于无接触，故无磨损，使用寿命长。可靠性高；（3）、具有过载保护作用，超载时，两轮之间打滑而自动结束传递力矩（相当于皮带轮）；（4）、因毋须润滑，除了节省润滑油还因无油不污染环境而十分环保。

在本发明的第四实施方式基于上述实施方式一、或实施方式二、或实施方式三，并对上述实施方式所提供的磁悬浮离心机中的被动磁力轮5和主动磁力轮4作进一步描述。在本发明的第四实施方式中，所述被动磁力轮5优先选用Halbach永磁阵列。在这种排列方式中，将不同磁化方向的永磁体按一定的顺序排列，使阵列一边的磁场强度显著增强而另一边显著减弱，而且很容易得到空间较为理想正弦分布的磁场。

在此基础上，第四实施方式中以对被动磁力轮5的磁体进行分段，以形成分段磁体构成，如图6所示，各磁体的磁化方向沿阵列依次旋转一个角度（例如，90°或45°）。这样一来，阵列一侧的磁场强度可达到传统排列方法的1.4-2.0倍，而另一侧则减弱到原来的0.3-0.5，因此可以将它看成具有磁单极子的特性，磁单极子表示Halbach阵列本身就为其磁场提供了通路，而另一边几乎不受磁场的影响。这对构建整个系统是十分重要的。

示意性地，主动磁力轮4、被动磁力轮5均由四个或者更多单元叠合而成，各单元之间的距离（齿槽）为28mm，槽内按Halbach方式贴上1cm厚的扇弓形NdFeB磁板，主动磁力轮4、被动磁力轮5在槽内相邻的磁板为异性。

在本发明的第五实施方式基于上述实施方式四，并对上述实施方式所提供的磁悬浮离心机中的磁悬浮系统的作用力作进一步描述。

在U形底座上，优选地，如图3所示，在该U形底座上左右各45°及正下方固定半圆弧形厚度为10mm的磁体作为主动磁力轮4，左右方向的磁体主要起导向作用。最为优选地，所述被动磁力轮5优先选用厚度为10mm的弧形NdFeB磁片，长度按永磁圈直径计算分割。为了强化单面磁力线密度，在磁体下方固定一圆形铁芯，铁芯上缠绕线径为1mm的高强漆包线。线圈通电(直流电)时产生磁场，其磁场方向与线圈缠绕方向有关，应该使它产生的磁场与弧形磁体一致，此时整体磁场强度得到加强。线圈电流增大，磁场强度也增大，反之减小。由于电磁线圈仅仅提供稳定调节作用，其平均电流为零。

磁性材料之间作用力的计算由于其品种变化及磁体形状不同很难找到一个通用的计算公式，发明人针对NdFeB永磁体在工程磁力计算上的应用，采用经验公式，与各项参数的相关性较好而且使用起来更方便，本发明中，优选的计算公式为：永磁铁间的斥力(单位：千克力Kgf)F=4.4745+1.0467V。其中V表示一边永磁铁体积。

以下以一个实际的应用对上述计算方式作进一步示意性而非限制性的说明。

以φ400mm管桩为例，列出与计算有关的各项数据并计算:

永磁圈的尺寸：根据管模标准，永磁圈滚圈直径为管桩直径加25cm，即40+25=65cm。

单片磁瓦尺寸：将永磁圈十六等分，每片长度为(π×65)÷16=12.76cm，厚度1cm。

根据管模标准，滚圈的宽度为9cm，设定磁瓦的宽度也是9cm。

因此，永磁圈单片磁瓦体积：12.76×9×1=114.84cm³。

单片磁瓦的斥力为：F=4.4745+1.0467×114.84=124.68Kgf。

U形槽上磁体的单圈斥力：由于U形槽中的磁铁制成半圆形,所以只有一半的磁铁作用,它由需要八片磁瓦拼装而成永磁圈，其斥力为124.68×8=997.44Kgf。

采用Halbach阵列后,磁场力可提高1.4-2倍，取中值即1.7，则每圈斥力为：997.44×1.7=1695.6Kgf。

φ400mm管模加内装钢筋混凝土的重量为4740Kg,所以需装三副磁圈(1695.×3=5086.8Kgf)，即三组永磁圈与起浮磁体。其悬浮力的富余系数为(5086.8-4740)/4740=0.0732=7.32%。

在本发明的第六实施方式基于上述实施方式四或实施方式五，并对上述实施方式所提供的磁悬浮离心机中的磁圈与Halbach阵列的制作进行改进。

为了装料与脱模的需要，无论是管桩、管道还是混凝土电杆，其模具均等分成两半。因此被动磁力轮5（滚圈）与永磁圈也必需分成两半。为了隔磁及减低漏磁，在本发明的第六实施方式中，如图7所示，在被动磁力轮5及永磁圈与滚圈之间安装有不锈钢圈，其中，4为按NdFeB方式排列的磁瓦；内壁装有与其内表面形状相适应的不锈钢半圈11，选用不锈钢材料是由于其隔磁效果显著而且有足够的强度。优选地，不锈钢半圈11通过φ10螺孔固定，更为优选地，不锈钢半圈11通过φ10螺孔与管模滚圈13固定。

本实施方式中，进一步提出一种磁圈与Halbach阵列的制作方法，该方法包括：

步骤（1）：将一定厚度和宽度（例如厚10mm、宽90mm）的不锈钢带制成圆环。优选地，可以用卷板机卷制成圆环；经退火后切割成两个半圆环，从一头开始沿宽度的中心线每隔一定距离打孔，例如每隔12.76mm打八个φ12的通孔。

步骤（2）：按单片的尺寸与阵列规定的磁化方制作NdFeB永磁铁。在本发明优选的实施方式中，NdFeB永磁铁尺寸是：弧长为127.6mm、弧度R=325mm、宽度90mm，其中心位置有φ12的通孔。

步骤（3）：根据阵列的拓扑结构，按Halbach阵列的要求将单片的NdFeB磁瓦与半圆形的不锈钢带固定。优选地，可以将单片的磁瓦用磁体胶将其与半圆形的不锈钢带粘合而固定。因为各磁体间的互斥力极强，故在该步骤中，固定时，特别是在粘合固定时，要用模具将NdFeB磁瓦与不锈钢带夹紧。

步骤（4）：将步骤（3）所获得的NdFeB磁瓦与不锈钢带夹紧后的组件与焊接在管模上的滚圈紧固。非限制性地，可以用M10不锈钢螺栓将上述组件与焊接在管模上的滚圈紧固。应注意的是按装好以后两个半圆组件要形成一个完整的圆圈，两半圈之间的缝隙尽可能小。这种按装方式的另一种优点是可以很方便的拆卸，因为离心工序结束后需带模蒸养，磁圈拆卸后就避免高温对其性能不利的影响。仅在下次离心前装回即可。

在本发明的第七实施方式基于上述实施方式一-实施方式六中的任一个实施方式，并对上述实施方式所提供的磁悬浮离心机中的管模的定位作进一步描述。

根据磁体在磁场中运动的基本原理，当二个磁体的磁极处于相反状态时互相吸引，磁体是朝磁力线密度大的方向运动（相吸）而达到稳定状态。相反，同性相斥时，磁体是朝磁力线密度低的方向运动（相斥），因此，如图8所示，无法使一块磁铁稳定悬浮在另一块上。

在本发明的第七实施方式中，解决方法是在桩模的两端增加一对相斥的磁铁，称为导引磁铁。即，如图9所示，可在桩模的两端用一对相斥的磁铁将管模约束起来。由于管模一端本来就有一块予应力涨拉板，可在其面上放置一块圆形磁铁14作为一极，另一端在离心时需塞上一种与圆形磁板14相适应的木塞或橡胶塞，以便安装圆形磁板。为了增加斥力，圆形磁板也可以做成如图10所示的Halbach阵列，在图10中，Halbach阵列由径向与切向永磁铁合成，该阵列中，各磁体的磁化方向沿阵列依次旋转一个角度（例如45°）。管模在离心时作径向旋转，而轴向并不受力，所以在定位装置上受的力也并不大，采用机械的方法也应该是可行的。

或者，作为第七实施方式的替代方案，在本发明的第八实施方式中，如附图11所示，采用具有轴承、螺杆以及距离调节装置的机械结构方法定位管模。

根据上述实施方式，非限制性地，所述的电机可以选用Y型4级三相交流异步电动机，工作电压380V、转速1480r/min。当速比为4时，从动磁力轮5的转速约370r/min，符合工艺要求。据此，主动磁力轮4的直径为φ210mm。当然产工艺规定，管模最高转速不超过400r/min，但不应作为对本发明的限制。

在本发明的第九实施方式基于上述实施方式中的任一个实施方式，并对上述实施方式所提供的磁悬浮离心机中的磁悬浮系统的控制作进一步描述。

在第九实施方式中，本发明提出的磁悬浮离心机的动力控制系统由电机控制装置、调频控制装置等组成，通过磁悬浮系统进行控制。磁悬浮系统控制的目的就是使管模能稳定地悬浮，使它的悬浮间隙（气隙）保持恒定，在实现上，该磁悬浮系统由位移传感器、计算机控制器（工控机）及电磁线圈等部件组成，工控机由主机板（CPU板）、输入模块、输出模块及电源构成。电磁线圈作为计算机输出的执行器件，其作用是调节磁悬浮系统磁场强度的大小。电磁线圈通电后产生的磁场大小与线圈绕组的匝数及通过线圈电流的大小成正比，漆包线的线径应根据产品的品种规格经过计算与试验后决定。

在本发明第十实施方式中，进一步提出一种磁悬浮离心机中的磁悬浮系统的控制方法，即如图12所示的闭环控制方法，该方法包括：

步骤100：测量气隙δ1，所述气隙δ1是磁路与磁路之间的空气间隔。

步骤200：将步骤100中所测量得到的气隙δ1与标准气隙δ0比较。

步骤300：计算测量气隙与标准气隙的差Δδ=δ1-δ0，若差Δδ为零，则转到步骤100；否则，执行步骤400；

步骤400：计算需增减的电磁线圈电流值，若所述差Δδ小于零，则意味着增加供电电流，反之则意味着减少供电电流；

步骤500：根据步骤400的计算结果逐步控制电流输出功率，使得所述差Δδ为零。

进一步，在所述步骤100中，测量气隙距离采用磁致伸缩位移传感器（MTS），其可以进一步包括：

步骤110：从传感器的电子头发出一个电脉冲（询问信号）；

步骤120：该电脉冲通过波导管（可选地，该波导管是一个可移动的永磁铁为核心的测量感应元件）时，第二种磁场便由波导管的径向方向发出，当这两个磁场在波导管相交的瞬间，波导管就产生“磁致伸缩”现象，一个应变脉冲即时产生（称“返回信号”），该脉冲以超声速从产生点（即位置测量点）返回到电子头，从而检测出距离（气隙δ1）。

在实际应用中，可以将传感器安装在管模的支持圈下方，因为支持圈没有磁性，避免了磁场对测量的影响。

步骤200中，可进一步包括：

步骤210：预先在计算机中设置气隙的标准距离（标准气隙δ0）；

步骤220：当输入模块接收到传感器测到的距离信号（气隙δ1）后，CPU将该信号与标准距离（标准气隙δ0）进行比较。

步骤500中，可以包括：

步骤510：Δδ如果小于零，意味着距离趋小，则从输出模块输出较大的电流，使电磁铁激发出较大的磁场强度，因斥力增大而使气隙增大。直到原来的位置后,计算机停止这一增量电流的输出,恢复到原始状态。

和/或步骤520：Δδ如果大于零，意味着距离趋大，则从输出模块输出较小的电流，使电磁铁激发出较小的磁场强度，直到原来的位置后,计算机停止这一增量电流的输出,恢复到原始状态。

紧接着计算机开始下一周期的循环，由于传感器检测的速度与计算机处理的速度极快，仅1/100秒，所以能够保持气隙距离的稳定。

通过本发明的技术方案，可以达到多种有益的效果。首先，能够克服传统的离心机存在的滚圈十分严重的磨耗，需经常整修的问题；其次，本发明提供的设备采用磁悬浮设计，在工作时的噪音很小，降低了环境污染；第三，本发明的管模由于部件之间不接触，所以在运转过程中不会有跳模现象，磁圈可以很方便的拆卸；第四，相比于传统的离心机，本发明在功耗上大大降低；第五，本发明提供了磁圈与Halbach阵列的制作方法，能使设备稳定地按设计的要求悬浮并工作；第六、本发明提供了控制磁悬浮系统的方法，能够使得磁悬浮离心机能够平稳、稳定地工作；第七，本发明中主动磁力轮由普通电机直接驱动，取消了减速机这一中间环节从而提高了传动效率，并且消除了由减速机带来的弊端：机械疲劳、磨擦损耗、振动、噪音等；第八，由于无接触，故无磨损，本发明中的离心机使用寿命长，可靠性高；第九、本发明提供的离心机具有过载保护作用，超载时，两轮之间打滑而自动结束传递力矩；第十、本发明提供的离心机因毋须润滑，除了节省润滑油还因无油不污染环境而十分环保。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (14)

1.一种磁悬浮离心机中的磁悬浮系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤100：测量气隙δ1，所述气隙δ1是磁路与磁路之间的空气间隔；

步骤200：将步骤100中所测量得到的气隙δ1与标准气隙δ0比较；

步骤300：计算测量气隙与标准气隙的差Δδ＝δ1-δ0，若差Δδ为零，则转到步骤100；否则，执行步骤400；

步骤400：计算需增减的电磁线圈电流值，若所述差Δδ小于零，则增加供电电流，反之则减少供电电流；

步骤500：根据步骤400的计算结果逐步控制电流输出功率，使得所述差Δδ为零。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述步骤100中，测量气隙距离采用磁致伸缩位移传感器测量，其进一步包括：

步骤110：从传感器的电子头发出一个电脉冲；

步骤120：该电脉冲通过波导管时，产生应变脉冲，应变脉冲以超声速从产生点返回到电子头，从而检测出气隙δ1。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤200进一步包括：

步骤210：预先在计算机中设置气隙的标准气隙δ0；

步骤220：当输入模块接收到传感器测到的距离信号(气隙δ1)后，将该信号与标准距离(标准气隙δ0)进行比较。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤500进一步包括：

步骤510：Δδ如果小于零，则从输出模块输出相比当前值更大的电流，使电磁铁激发出更大的磁场强度，直到气隙恢复到原始状态；

Δδ如果大于零，则从输出模块输出比当前值更小的电流，使电磁铁激发出更小的磁场强度，直到恢复到原始状态。

5.一种磁悬浮离心机，包括：主体部分(1)，主动磁力轮(4)，被动磁力轮(5)，其特征在于：主动磁力轮(4)安装在一基座(9)上；被动磁力轮(5)安装在主体部分(1)的外壁，且被动磁力轮(5)与主动磁力轮(4)相对安装，其中，主动磁力轮(4)呈半环形结构，并且通过一U形槽(10)固定，U形槽(10)固定在基座(9)上。

6.如权利要求5所述的磁悬浮离心机，其特征在于：还包括安装在主体部分(1)外壁上的永磁圈(2)。

7.如权利要求5所述的磁悬浮离心机，其特征在于：还包括沿主体部分(1)的轴向对称分布的两个定位装置(8)。

8.如权利要求5所述的磁悬浮离心机，其特征在于：当磁悬浮离心机工作时，主体部分(1)悬浮于主动磁力轮(4)之上。

9.如权利要求6所述的磁悬浮离心机，其特征在于：永磁圈安装在主体部分(1)的外部；起浮磁体(3)由永磁铁和电磁铁构成，安装在主体部分(1)的下方位置。

10.如权利要求5所述的磁悬浮离心机，其特征在于：主动磁力轮(4)和被动磁力轮(5)外表面设置有具有带有磁极的凸起，而形成对齿齿轮结构，各凸起沿其依附的主动磁力轮(4)或者被动磁力轮(5)的外表面均匀排列；主动磁力轮(4)上距离最接近于被动磁力轮(5)的齿的磁极极性与被动磁力轮(5)上距离最接近于主动磁力轮(4)的齿的磁极极性相反。

11.如权利要求5所述的磁悬浮离心机，其特征在于：主动磁力轮(4)和被动磁力轮(5)上都具有齿凸和齿凹；主动磁力轮(4)上的齿的齿凸部分或者全部伸进被动磁力轮(5)上的齿的齿凹，主动磁力轮(4)和被动磁力轮(5)上各齿的磁极呈左右分布，主动磁力轮(4)上的齿的左侧的磁极跟与其相邻的位于被动磁力轮(5)上的齿的右侧磁极相反。

12.如权利要求5所述的磁悬浮离心机，其特征在于：被动磁力轮(5)的磁体为分段磁体构成，各磁体的磁化方向沿阵列依次旋转一个角度。

13.一种磁悬浮离心机动力控制系统，包括磁悬浮系统、电机控制装置，其特征在于：所述磁悬浮系统由位移传感器、计算机控制器及电磁线圈组成；所述计算机控制器由主机板、输入模块、输出模块及电源构成。

14.如权利要求13所述的磁悬浮离心机动力控制系统，其特征在于：所述电磁线圈作为计算机输出的执行器件，用于调节磁悬浮系统磁场强度的大小；电磁线圈通电后产生的磁场大小与线圈绕组的匝数及通过线圈电流的大小成正比。