CN109765065A - 一种立式电动悬浮试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种立式电动悬浮试验台，其包括悬浮托架、感应盘、设有沉头孔的试验台架、安装于试验台架内可调位置的电机和护罩，悬浮托架的边缘连接至台面板，感应盘通过沉头孔与电机连接，感应盘通过电机驱动转动并通过间隔空间对悬浮托架产生浮力，悬浮托架包括悬浮托盘、永磁体壳、环状永磁体、配重柱、配重块、直线轴承与导杆，感应盘包括铝盘、托盘、驱动轴、止推轴承、深沟球轴承、端盖与螺钉，试验台架包括台面、试验台支架、电机安装座与底板；该试验台能够解决目前用于实验室验证永磁电动悬浮理论研究成果的装置同样比较缺失的问题，能够消除磁阻力对悬浮实验的影响，结构精简易安装，适用于多种实验环境。

Description

一种立式电动悬浮试验台

技术领域

本发明涉及永磁电动悬浮列车技术领域，具体而言，涉及一种立式电动悬浮试验台。

背景技术

磁浮列车通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮与导向，同时利用列车上的牵引电机产生的牵引力向前行驶。磁浮列车的悬浮系统是磁浮列车技术至关重要的核心，分为电磁悬浮、永磁悬浮以及电动悬浮三种。

永磁电动悬浮技术是永磁悬浮以及电动悬浮两种技术结合的产物。当永磁体在感应板上保持一定距离，以一定相对速度运动时，会在感应板中产生感应涡流，并形成与源磁场磁极方向相反的感应磁场，两磁场相互排斥从而产成悬浮力。由于永磁电动悬浮能够悬浮自稳，并且系统简单可靠，因此在磁浮列车领域，永磁电动悬浮技术有着巨大的优势和广阔的应用前景。

现有技术(申请号：CN205800824U)公开了一种用于磁浮列车的线圈式永磁电动悬浮装置，现有技术(申请号：CN105109360B)公开了一种用于永磁电动式磁悬浮列车的静态悬浮装置，然而目前国内外相关方面的研究主要聚焦在电动悬浮的理论计算以及实际应用方面，对于永磁电动悬浮试验技术的研究较少，用于验证永磁电动悬浮理论研究成果的实验室装置有待开发，需要一种性能稳定，适用于实验室环境的试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立式电动悬浮试验台，其能够解决目前国内外对于永磁电动悬浮试验技术的研究不足，用于实验室验证永磁电动悬浮理论研究成果的装置同样比较缺失的问题，能够消除磁阻力对悬浮实验的影响，结构精简易安装，适用于多种实验环境。

本发明的实施例是这样实现的：

一种立式电动悬浮试验台，其包括悬浮托架、感应盘、设有沉头孔的试验台架和安装于试验台架内可调位置的电机，悬浮托架连接至台面板且悬浮托盘底部与台面板之间具有间隔，感应盘的顶端位于间隔，感应盘底端通过沉头孔与电机连接，感应盘通过电机驱动转动并通过间隔对悬浮托架产生浮力；感应盘包括金属盘、托盘、驱动轴、止推轴承、深沟球轴承、端盖和锁紧件，金属盘固定连接至托盘顶部，驱动轴的顶端连接托盘，端盖通过锁紧件将驱动轴的顶部固定，驱动轴的底端连接至电机，止推轴承和深沟球轴承分别连接在驱动轴外侧且形成阶梯轴，驱动轴通过止推轴承和深沟球轴承安装于沉头孔内。

在本发明较佳的实施例中，上述托盘中部设置有花键孔，驱动轴的顶端插入花键孔且与托盘之间为花键连接，驱动轴的顶部设置有锁紧孔，锁紧件通过锁紧孔将端盖与驱动轴顶部沿轴向固定，驱动轴的底端通过联轴器与电机的机轴连接；进一步地，锁紧件为螺钉，端盖设置有连通其两面的螺纹孔，驱动轴的顶部设置有螺纹孔，螺钉通过螺纹孔将端盖固定在驱动轴顶部。

在本发明较佳的实施例中，上述托盘的中部设置有多个对称的用于减轻重量的减重孔，托盘的底部设置有抵靠试验台架顶部的加强凸台。

在本发明较佳的实施例中，上述金属盘为中部空设的环状圆盘，金属盘和托盘之间通过法兰连接固定。

在本发明较佳的实施例中，上述金属盘为铝质材料制成，托盘为钢质材料制成，驱动轴为钢质材料制成。

在本发明较佳的实施例中，上述止推轴承为止推球轴承、止推滚子轴承或止推滚针轴承；沉头孔内具有环形凸台，两个深沟球轴承分别位于凸台顶底两端且将凸台卡住。

在本发明较佳的实施例中，上述试验台架包括台面板、试验台支架、电机安装座与底板，电机安装座连接于底板顶部，试验台支架连接至底板顶部且相对于底板可滑动，台面板固定于试验台支架顶部；底板的顶部设置有连接槽，试验台支架的底端位于连接槽内且相对于底板可滑动；进一步地，台面板与试验台支架之间为螺栓连接，试验台支架与底板之间为螺栓连接。

在本发明较佳的实施例中，上述电机安装座包括三脚架和方钢支座，方钢支座固定连接于底板顶部，三脚架连接于方钢支座顶部，三脚架设置有用于调节位置的多个条状通槽，电机通过改变连接在通槽中的位置调节高度。

在本发明较佳的实施例中，上述台面板、底板与电机安装座分别为钢材质制成，试验台支架采用热轧角钢。

在本发明较佳的实施例中，上述悬浮托架包括悬浮托盘、永磁体壳、环状永磁体、配重柱、配重块、直线轴承与导杆，永磁体壳将环状永磁体封装在悬浮托盘，配重柱连接至悬浮托盘，配重块安装至配重柱，直线轴承安装于悬浮托盘，直线轴承的轴承孔内插入导杆且相对于导杆可滑动；进一步地，上述环状永磁体由多段永磁体组成且为一组，多组上述环状永磁体呈环形列阵排列且使充磁方向符合Halbach阵列的规律，永磁体壳将环状永磁体封装在悬浮托盘，配重柱连接至悬浮托盘，配重块安装至配重柱，直线轴承安装于悬浮托盘，直线轴承的轴承孔内插入导杆且相对于导杆可滑动；进一步地，上述永磁体壳、配重杆、直线轴承分别与悬浮托盘之间为拆卸式连接，配重块和配重杆之间为拆卸式连接，包括螺纹连接、螺栓连接、卡扣连接、法兰连接或插销连接。

本发明的有益效果是：

本发明通过电机驱动感应盘旋转产生对悬浮托架的悬浮力，通过悬浮托架与试验台架的固定与相对运动，产生在水平方向限制而在竖直方向活动的悬浮运动，通过试验台架进行部件的位置调整；通过将永磁体封装在环形悬浮托盘，通过配重杆和配重块调节装置的重量，通过各部件之间拆卸式连接快速进行装配，通过导杆和直线轴承将装置自由度限制在竖直方向，降低磁阻效应对实验的影响，通过在驱动轴连接深沟球轴承和止推轴承，承受轴向载荷，将水平旋转维持在驱动轴与试验台架的垂向位置，通过深沟球轴承配套使用稳固旋转中心，防止驱动轴跳动，利用端盖轴向固定防止发生位移；能够通过精简的结构快速进行装配，适用于实验室环境，消除磁阻力对悬浮实验的影响，实验数据精确度高，适合多种工况的范围使用。

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些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

图1为本发明立式电动悬浮试验台的立体示意图；

图为本发明试验台架的立体示意图；

图3为本发明感应盘的立体示意图；

图4为本发明感应盘的正视示意图；

图5为本发明悬浮托架的立体示意图；

图标：1-试验台架；2-感应盘；3-悬浮托架；4-护罩；5-电机；11-台面板；12-试验台支架；13-底板；14-电机安装座；21-铝盘；22-托盘；23-驱动轴；24-端盖；25-螺钉；26-深沟球轴承；27-止推轴承；31-悬浮托盘；32-永磁体壳；33-环状永磁体；34-配重柱；35-配重块；36-直线轴承；37-导杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种立式电动悬浮试验台，其包括悬浮托架3、感应盘2、设有沉头孔的试验台架1、安装于试验台架1内可调位置的电机5和护罩4，悬浮托架3的边缘连接至台面板11，悬浮托盘31的底部与台面板11的顶面之间具有间隔空间，感应盘2的顶部位于间隔空间内，感应盘2通过沉头孔与电机5连接，感应盘2通过电机5驱动转动并通过间隔空间对悬浮托架3产生浮力；悬浮托架3包括悬浮托盘31、永磁体壳32、环状永磁体33、配重柱34、配重块35、直线轴承36与导杆37，感应盘2包括金属盘、托盘22、驱动轴23、止推轴承27、深沟球轴承26、端盖24和锁紧件，试验台架1包括台面板11、试验台支架12、电机安装座14与底板13，护罩4将感应盘2和悬浮托架3围绕在内部；悬浮托架3为起浮的组件，悬浮托架3的边缘通过螺栓固定在试验台架1，悬浮托架3的底部与试验台架1的顶部相互之间具有间隔空间，该间隔空间的大小通过悬浮托架3的起浮高度确定，试验台架1起到稳固整个试验台的作用，试验台架1能够通过自身结构调节位置，悬浮托架3、试验台架1和悬浮托架3组成了用于实验环境的试验装置。

请参照图2，试验台架1是悬浮试验台的安装与固定基准，电机5安置在试验台架1底板13上的三角架之中，其输出轴通过平键连接至联轴器，再通过平键连接至旋转盘驱动轴23；试验台架1包括台面板11、试验台支架12、电机安装座14与底板13，台面板11、底板13与电机安装座14分别为钢材质制成，试验台支架12采用热轧角钢，电机安装座14包括三脚架和方钢支座，方钢支座固定连接于底板13顶部，方钢支座的底端向外侧伸展形成弯曲的板条状且该板条状位置设置有连通其顶底两面的螺钉25孔，螺钉25通过该螺钉25孔将方钢支座与底板13固定连接，方钢支座呈框架且中部形成拱形，方钢支座的顶部设置有固定连接三脚架的螺栓孔，三脚架的底部设置有连通其两面的螺栓槽，该螺栓槽呈长条状，螺栓通过螺栓孔始终连接在螺栓槽内，三脚架相对于方钢支座可滑动，滑动时螺栓始终位于螺栓槽内，调整好三脚架的位置后使用螺栓将三脚架固定在方钢支座的顶部，三脚架连接于方钢支座顶部，三脚架的侧面为连接电机5的安装面，该安装面设置有用于调节位置的多个条状通槽，该通槽设置在竖直方向，电机5通过改变连接在通槽中的位置调节高度，调节高度始终在竖直方向进行调整，电机5的螺栓卡入通槽后沿通槽可滑动，确定好高度后，使用螺栓通过通槽将电机5固定在三脚架；试验台支架12连接至底板13顶部且相对于底板13可滑动，台面板11固定于试验台支架12顶部，台面板11与试验台支架12的顶部通过设置螺栓孔利用螺栓固定后，再使用肋板焊接相邻的试验台支架12与台面板11底部，形成稳固的加强结构；试验台支架12包括4根连接在台面板11和底板13之间的支架条，底板13的顶部设置有连接槽，试验台支架12的支架条的底端位于连接槽内且相对于底板13可滑动，底板13的该连接处设置有向内凹设的长条状滑槽，该滑槽的截面呈凸字形凹槽，试验台支架12的底部设置为与该滑槽相匹配的凸字形，试验台支架12的底部通过该滑槽的两端插入底板13顶部，再通过台面板11确定在滑槽的位置进行固定，试验台支架12的底端向两侧弯曲设置为具有螺栓孔的板状，该试验台支架12设置有4对螺栓孔，带4对螺栓孔的试验台支架12的支架条分别分布于位于底板13的四角处，再通过螺栓将试验台支架12与底板13固定连接，使用时，根据需要通过在底板13顶部的滑槽内滑动试验台支架12，调节试验台支架12相对于底板13的位置。

请参照图3和4，感应盘2包括金属盘、托盘22、驱动轴23、止推轴承27、深沟球轴承26、端盖24和锁紧件，金属盘为铝质材料制成，金属盘为铝盘21，托盘22为钢质材料制成，驱动轴23为钢质材料制成，该止推轴承27为止推球轴承，该锁紧件为螺钉25；铝盘21为中部空设的环状圆盘状，在该环状圆盘开设有4个法兰孔，与该4个法兰孔相对的托盘22的位置设置有相同的法兰孔，法兰螺栓将铝盘21和托盘22固定连接，铝盘21位于托盘22的顶部，呈上下重叠的状态固定，驱动轴23的顶端设置为花键轴，托盘22的中部设置有花键孔，驱动轴23的顶端通过插入花键轴连接托盘22，端盖24设置有连通其两面的螺纹孔，驱动轴23的顶部设置有螺纹孔，螺钉25通过螺纹孔将端盖24固定在驱动轴23顶部，端盖24通过螺钉25将驱动轴23的顶部限制并固定住驱动轴23轴向，使之不发生位移，驱动轴23的底端连接至电机5，驱动轴23的底端通过联轴器与电机5的机轴连接；托盘22的中部设置有8个对称的用于减轻重量的减重孔，减重孔呈长条状，减重孔的一端与铝盘21的环状内边缘平齐，铝盘21的外边缘，减重孔的另一端朝向托盘22的中部延伸，托盘22的底部设置有抵靠试验台架1顶部的加强凸台，该加强凸台为托盘22的底部向外凸设形成，加强凸台呈圆盘状，其为靠于沉头孔上方的凸起状结构，加强凸台抵靠于台面凸起，起到托起整个托盘22的作用；止推轴承27和深沟球轴承26分别连接在驱动轴23外侧且形成阶梯轴，驱动轴23通过止推轴承27和深沟球轴承26安装于沉头孔内，止推轴承27、深沟球轴承26分别与沉头孔相互匹配，止推轴承27的侧面卡在沉头孔的竖直方向内侧，止推轴承27的底部与沉头孔的阶梯台处相互抵靠，止推轴承27为止推球轴承，止推轴承27用于承受轴向载荷，维持驱动轴23与台面板11的垂向位置不变，沉头孔内具有环形凸台，两个深沟球轴承26分别位于凸台顶底两端且将凸台卡住，两个深沟球轴承26分别为第一深沟球轴承26和第二深沟球轴承26，深沟球轴承26的内环与驱动轴23焊接固定，第一深沟球轴承26位于第二深沟球轴承26的上方，第一深沟球轴承26位于止推轴承27与第二深沟球轴承26之间，两个深沟球轴承26配套使用，使得驱动轴23稳固在一条直线，具有定心的作用；驱动轴23顶端依靠轴承端盖24进行轴向限位，托盘22依靠止推轴承27安装于试验台面的沉头孔处，另外加装深沟球轴承26防止跳动，驱动轴23与托盘22依靠花键传动，托盘22与感应盘2法兰连接，当电机5开始工作时，其动力从电机5的输出轴传递至联轴器，再传至旋转盘驱动轴23，最终依靠花键传递到托盘22，使得感应盘2随托盘22一同转动。

请参照图5，悬浮托架3包括悬浮托盘31、永磁体壳32、环状永磁体33、配重柱34、配重块35、直线轴承36与导杆37，永磁体壳32将环状永磁体33封装在悬浮托盘31，配重柱34连接至悬浮托盘31，配重块35安装至配重柱34，直线轴承36安装于悬浮托盘31，直线轴承36的轴承孔内插入导杆37且相对于导杆37可滑动；环状永磁体33由8段永磁体组成且为一组，3组上述环状永磁体33呈环形列阵排列且使充磁方向符合Halbach阵列的规律，永磁体壳32将环状永磁体33封装在悬浮托盘31，悬浮托盘31的顶部安装有配重柱34，其用于加装不同重量的配重块35，永磁体壳32安装于悬浮托盘31的底部，其内放置有环状永磁体33，悬浮托盘31设置有放置环状永磁体33的凹槽且边缘处设置有螺栓孔，环状永磁体33封装在悬浮托盘31后，永磁体壳32通过螺栓将其固定，配重柱34的底端设置有螺纹，悬浮托盘31设置有螺纹孔，配重柱34旋转卡入螺纹孔与悬浮托盘31固定，配重块35通过中部设置的通孔匹配插入至配重柱34，直线轴承36设置于悬浮托盘31的边缘处，导杆37通过其底部的安装块固定于试验台上，导杆37通过直线轴承36的轴承孔插入，直线轴承36相对于导杆37可滑动，直线轴承36通过法兰连接固定在悬浮托盘31的三个边缘处，直线轴承36的轴承孔内插入导杆37且相对于导杆37可滑动；悬浮托盘31、永磁体壳32和配重杆采用轻质材料铝合金，导杆37使用不锈钢材质；悬浮架通过直线轴承36和导杆37进行沿直线方向运动的悬浮实验，装置安装于水平的试验台时，悬浮托盘31沿竖直方向运动并悬浮；悬浮托架3的导杆37通过连接具有螺纹孔的连接块固定在台面板11，连接块在导杆37的底端，其依靠螺栓固定在试验台面处，当装置运行时，感应盘2以一定速度转动，由于电动悬浮的原理，悬浮托盘31起浮，同时由于悬浮托盘31与导杆37配合处直线轴承36的作用，磁阻力所引起的悬浮托盘31水平运动的趋势被抵消，导杆37处正压力所引起的垂向摩擦阻力也可忽略。

立式电动悬浮试验台还包括护罩4，护罩4设置在实验台面上，护罩4呈板条围绕的环状，其围绕在感应盘2的外侧，当发生意外时，若悬浮托盘31脱离试验台，护罩4具有一定的防护作用。电机5选用伺服电机5，调速简便，可以实时观测电机5的转速，从而推算得出试验台永磁体的相对运动速度。悬浮托架3上配置有已知重量的配重块35，易得知悬浮重量，驱动轴23处安装有扭矩仪，可以采集出永磁电动悬浮的磁阻扭矩，进而得出其磁阻力大小，悬浮托盘31的悬浮高度可由刻度尺直接读取。

综上所述，本发明通过电机驱动感应盘旋转产生对悬浮托架的悬浮力，通过悬浮托架与试验台架的固定与相对运动，产生在水平方向限制而在竖直方向活动的悬浮运动，通过试验台架进行部件的位置调整；通过将永磁体封装在环形悬浮托盘，通过配重杆和配重块调节装置的重量，通过各部件之间拆卸式连接快速进行装配，通过导杆和直线轴承将装置自由度限制在竖直方向，降低磁阻效应对实验的影响，通过在驱动轴连接深沟球轴承和止推轴承，承受轴向载荷，将水平旋转维持在驱动轴与试验台架的垂向位置，通过深沟球轴承配套使用稳固旋转中心，防止驱动轴跳动，利用端盖轴向固定防止发生位移；能够通过精简的结构快速进行装配，适用于实验室环境，消除磁阻力对悬浮实验的影响，实验数据精确度高，适合多种工况的范围使用。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种立式电动悬浮试验台，其特征在于，包括悬浮托架、感应盘、设有沉头孔的试验台架和安装于试验台架内可调位置的电机，所述悬浮托架连接至台面板且悬浮托盘底部与台面板之间具有间隔，所述感应盘的顶端位于间隔，所述感应盘底端通过沉头孔与电机连接，感应盘通过电机驱动转动并通过间隔对悬浮托架产生浮力；所述感应盘包括金属盘、托盘、驱动轴、止推轴承、深沟球轴承、端盖和锁紧件，所述金属盘固定连接至托盘顶部，所述驱动轴的顶端连接托盘，所述端盖通过锁紧件将驱动轴的顶部固定，所述驱动轴的底端连接至电机，所述止推轴承和深沟球轴承分别连接在驱动轴外侧且形成阶梯轴，所述驱动轴通过止推轴承和深沟球轴承安装于沉头孔内。

2.根据权利要求1所述的立式电动悬浮试验台，其特征在于，所述托盘中部设置有花键孔，所述驱动轴的顶端插入花键孔且与托盘之间为花键连接，所述驱动轴的顶部设置有锁紧孔，锁紧件通过锁紧孔将端盖与驱动轴顶部沿轴向固定，所述驱动轴的底端通过联轴器与电机的机轴连接。

3.根据权利要求1所述的立式电动悬浮试验台，其特征在于，所述托盘的中部设置有多个对称的用于减轻重量的减重孔，所述托盘的底部设置有抵靠试验台架顶部的加强凸台。

4.根据权利要求1所述的立式电动悬浮试验台，其特征在于，所述金属盘为中部空设的环状圆盘，所述金属盘和托盘之间通过法兰连接固定。

5.根据权利要求4所述的立式电动悬浮试验台，其特征在于，所述金属盘为铝质材料制成，所述托盘为钢质材料制成，所述驱动轴为钢质材料制成。

6.根据权利要求1所述的立式电动悬浮试验台，其特征在于，所述止推轴承为止推球轴承、止推滚子轴承或止推滚针轴承；沉头孔内具有环形凸台，两个所述深沟球轴承分别位于凸台顶底两端且将凸台卡住。

7.根据权利要求1所述的立式电动悬浮试验台，其特征在于，所述试验台架包括台面板、试验台支架、电机安装座与底板，所述电机安装座连接于底板顶部，所述试验台支架连接至底板顶部且相对于底板可滑动，台面板固定于试验台支架顶部；所述底板的顶部设置有连接槽，所述试验台支架的底端位于连接槽内且相对于底板可滑动。

8.根据权利要求1所述的立式电动悬浮试验台，其特征在于，所述电机安装座包括三脚架和方钢支座，所述方钢支座固定连接于底板顶部，所述三脚架连接于方钢支座顶部，所述三脚架设置有用于调节位置的多个条状通槽，电机通过改变连接在通槽中的位置调节高度。

9.根据权利要求1所述的立式电动悬浮试验台，其特征在于，所述台面板、底板与电机安装座分别为钢材质制成，所述试验台支架采用热轧角钢。

10.根据权利要求1所述的立式电动悬浮试验台，其特征在于，所述悬浮托架包括悬浮托盘、永磁体壳、环状永磁体、配重柱、配重块、直线轴承与导杆，所述永磁体壳将所述环状永磁体封装在所述悬浮托盘，所述配重柱连接至所述悬浮托盘，所述配重块安装至所述配重柱，所述直线轴承安装于所述悬浮托盘，所述直线轴承的轴承孔内插入所述导杆且相对于所述导杆可滑动。