CN110244243A - 一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置 - Google Patents
一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110244243A CN110244243A CN201910521603.9A CN201910521603A CN110244243A CN 110244243 A CN110244243 A CN 110244243A CN 201910521603 A CN201910521603 A CN 201910521603A CN 110244243 A CN110244243 A CN 110244243A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- suspension
- permanent
- magnet
- suspended substance
- driving force
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 16
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 13
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 7
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 6
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 6
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 3
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 claims description 2
- 238000005339 levitation Methods 0.000 abstract description 13
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 5
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 3
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
- G01R33/1261—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids using levitation techniques
Abstract
本发明属于永磁电动式磁悬浮技术领域，具体涉及一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置。所述测试装置包括包括悬浮体、供所述悬浮体在垂直和水平二个维度运动的悬浮体运动支架、悬浮力及驱动力采集单元；采用环形Halbach永磁阵列，利用机械旋转运动巧妙的将电动悬浮固有磁阻力转化为装置的驱动力；利用滑动组件搭建供悬浮体二维运动的支架，能够实现装置竖直方向和水平方向的自由移动，即满足悬浮‑驱动一体化演示与力采集功能；能够实现不同悬浮高度及不同转速下的动态悬浮和悬浮力、驱动力等数据采集，可作为电动悬浮力特性研究平台，造价低廉，操作便捷。
Description
技术领域
本发明属于永磁电动式磁悬浮技术领域，具体涉及一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置。
背景技术
现有永磁电动悬浮技术主要应用于磁浮列车，其技术原理基于传统板式永磁电动悬浮结构演变。
现有技术中公开的一种用于永磁电动式磁悬浮列车的静态悬浮装置(CN2015106009945)，包括安装在磁浮列车上的转向架、圆柱形永磁体组合结构以及与圆柱形永磁体模块相配合的半筒状槽型导轨。装置上的四个圆柱形永磁体结构两两相对分布在转向架两侧沿，每一侧搭载一个双轴伸电机用于驱动圆柱形永磁体旋转。双轴伸电机输出轴与半筒状导槽几何中心重合，固定机构将旋转双轴伸电机固定在转向架上，其中圆柱形永磁体结构采用径向和轴向的充磁方式。电机驱动圆柱形永磁体结构旋转，磁场与半筒状槽型导轨相互作用，利用楞次定律原理，磁力线被导轨上的闭合线圈切割，从而在闭合线圈中产生感生电流，感应电流产生的感应磁场与原磁场方向相反，相互排斥产生悬浮力。此外，在永磁体结构左右偏移的情况下，排斥力的合力既表现出垂向的悬浮力，同时也表现出横向的导向力。该方案的优势在于使永磁电动式悬浮列车实现可控制的静态悬浮，打破传统低速车轮支撑高速才能悬浮的磁悬浮运行模式。但是，该方案公开的静态悬浮装置存在以下技术问题：1)采用半筒状包裹式轨道导槽结构，不利于轨道散热，需设置制冷系统，增加了系统的自重与成本。2)装置采用双轴伸电机驱动，噪音和功率较大，电机发热严重。3)未利用电动悬浮固有磁阻力，需独立安装直线电机实现驱动；4)该装置仅适用于磁悬浮列车。
现有技术还公开了一种用于磁浮列车的线圈式永磁电动悬浮装置(CN2016105630459)。该装置包括列车车体、轨道以及直线电机，轨道两侧分别安装一组线圈，轨道线圈由若干沿轨道延伸方向间隔设置的零磁通线圈构成，列车车体上横向间隔与线圈相对应的双边永磁阵列，双边永磁阵列包括位于零磁通线圈以上的上部直线型Halbach阵列和位于零磁通线圈以下的下部直线型Halbach阵列，零磁通线圈与上部直线型Halbach阵列底面之间存在上部气隙，与下部直线型Halbach阵列顶面之间存在下部气隙。该方案设计满足在没有复杂控制系统的情况下，实现列车自稳定悬浮，且悬浮刚度较大，阻力和能耗较低。但是，该方案公开的线圈式永磁电动悬浮装置存在以下技术问题：1)直线型双Halbach永磁阵列包裹式结构设计复杂，车体空间利用率低，且不易维修。2)装置不能实现静态悬浮，且涡流损耗对线圈的加工精度要求较高。3)该装置采用零磁通线圈结构，需沿线敷设，设计难度大、成本较高。4)该装置仅适用于磁悬浮列车。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置。改变了传统电动磁悬浮技术受固有磁阻力制约的现状，充分利用环形Halbach永磁阵列结构特点，通过机械旋转运动将固有磁阻力巧妙转化成行进方向的驱动力，实现永磁电动悬浮系统悬浮、驱动一体化测试及演示功能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，所述测试装置包括悬浮体、供所述悬浮体在垂直和水平二个维度运动的悬浮体运动支架、悬浮力及驱动力采集单元；
所述悬浮体包括对称设置的两个环形Halbach永磁体阵列、分别用于驱动所述两个环形Halbach永磁体阵列的两个直流电机、和所述两个直流电机连接以保证两个直流电机同步转速的联轴器、用于固定安装所述两个直流电机的悬浮体支架；
所述悬浮体运动支架包括测试装置基座、安装在所述测试装置基座上的水平滑轨、能够沿所述水平滑轨在水平方向往复运动的水平滑块、固定设置在所述水平滑块上的悬浮体基座、垂直固定设置在所述悬浮体基座上的垂直滑轨、能够沿所述垂直滑轨在竖直方向往复运动的垂直滑块；所述悬浮体支架固定安装在所述垂直滑块上；
在所述测试装置基座的上部设置感应板底座、在所述感应板底座的上部设置感应板；所述环形Halbach永磁阵列在所述感应板上方且能够相对于所述感应板旋转，使感应板产生涡流，涡流场和永磁磁场之间产生排斥力，所述排斥力包括法向力和切向力，法向力表现为克服悬浮体自身重力的悬浮力，切向力表现为驱动悬浮体水平移动的驱动力；
所述悬浮力及驱动力采集单元用于采集作用于所述悬浮体的悬浮力和驱动力。
进一步地，所述悬浮力及驱动力采集单元包括悬浮力传感器和驱动力传感器；当水平滑块触碰到所述驱动力传感器，能够实现驱动力采集；当垂直滑块与悬浮力传感器接触，能够实现悬浮高度检测及悬浮力采集；
通过将水平滑块固定能够测量不同悬浮高度下的悬浮力和驱动力数据。
进一步地，所述环形Halbach永磁体阵列采用径向和切向的充磁方式；所述环形Halbach永磁体阵列包括铝合金轮毂和一定数量的永磁单体，所述永磁单体嵌设在所述铝合金轮毂的外沿，所述永磁单体构成四对极Halbach磁体环形阵列；所述环形Halbach永磁体阵列外沿包裹设置尼龙保护套。
进一步地，所述感应板采用无磁良导体制备，具体地，无磁良导体可以采用铝、铜合金材料制备；
所述感应板的厚度为：6mm～10mm；
所述感应板底座采用空心铝材结构；
所述感应板的表面和所述环形Halbach永磁体阵列之间的间隔，即初始悬浮高度为10mm～20mm。
进一步地，所述环形Halbach永磁阵列采用直流电机驱动，采用直流电机PWM无极变速控制技术来控制转速，使两个环形Halbach永磁阵列能够持续加速或者减速以及保持恒定转速，以获取不同转速下的悬浮力和驱动力数据。
进一步地，所述测试装置采用电子调速器通过脉宽调制输出三相脉冲直流驱动直流电机，实现匀速、加速、减速和制动功能。
进一步地，所述测试装置还包括用于检测直流电机转速的霍尔传感器和微型磁体，所述霍尔传感器安装于悬浮支架的内侧，微型磁体安装在联轴器侧表面；所述霍尔传感器的正面与所述微型磁铁间隔3mm～5mm，能够实时检测直流电机的转速并通过数字设备实时显示。
本发明的有益技术效果：
本发明所述装置改变了传统电动磁悬浮技术受固有磁阻力制约的现状，充分利用环形Halbach永磁阵列结构特点，通过机械旋转运动将固有磁阻力巧妙转化成行进方向的驱动力，实现永磁电动悬浮系统悬浮、驱动一体化测试。
本发明提供的旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置采用直线导轨与滑块模组搭建二维往复运动支架，能够实现悬浮体在竖直方向和水平方向的自由移动，将动态悬浮、驱动力测试及演示功能集一体，可视化程度高。
本发明提供的旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置能够实现不同悬浮高度及不同相对转速下的动态悬浮和悬浮力、驱动力等数据采集，可作为电动悬浮力特性研究平台，造价低廉，操作便捷。
本发明提供的旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置是面向新型地面交通的探索与电动悬浮基础性研究，装置采用双永磁阵列对称结构，为新概念磁悬浮交通模式提供技术储备，如磁悬浮汽车、磁悬浮列车、磁悬浮物流等。
附图说明
图1为本发明实施例中一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置结构示意图；
图2为本发明实施例中环形Halbach永磁体阵列结构示意图；
图3为本发明实施例中旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置控制及力采集示意图；
附图标记：1.悬浮力传感器调节螺杆；2.垂直滑轨；3.三角固定支架；4.水平滑轨；5.感应板；6.感应板底座；7.测试装置基座；8.水平滑块；9.环形Halbach永磁体阵列；10.悬浮体基座；11.驱动力传感器；12.悬浮体支架；13.联轴器；14.直流电机；15.垂直滑块；16.悬浮力传感器；9-1.铝合金轮毂；9-2.永磁单体；9-3.尼龙套。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
如图1所示，本发明实施例提供一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，所述测试装置用于旋转式永磁电动悬浮技术的悬浮和驱动力测试和原理演示，使电动悬浮装置同时实现静态悬浮和水平驱动功能。能够实现不同悬浮高度及不同转速下的动态悬浮和悬浮力、驱动力等数据采集，可作为电动悬浮力特性研究平台，造价低廉，操作便捷。
所述测试装置包括悬浮体、供所述悬浮体在垂直和水平二个维度运动的悬浮体运动支架、悬浮力及驱动力采集单元；
所述悬浮体包括对称设置的两个环形Halbach永磁体阵列9、分别用于驱动所述两个环形Halbach永磁体阵列9的两个直流电机14、和连接两个直流电机14以保证两个直流电机同步转速的联轴器13、用于固定安装所述两个直流电机14的悬浮体支架12；其中，安装在悬浮体支架12两侧的直流电机14以及环形Halbach永磁体阵列9对称设置；
所述悬浮体运动支架包括测试装置基座7、安装在所述测试装置基座7上的水平滑轨4、能够沿所述水平滑轨4在水平方向往复运动的水平滑块8、固定设置在所述水平滑块8上的悬浮体基座10、垂直固定设置在所述悬浮体基座10上的垂直滑轨2、能够沿所述垂直滑轨2在竖直方向往复运动的垂直滑块15；所述悬浮体支架12固定安装在所述垂直滑块15上；因此，所述悬浮体能够随着所述垂直滑块15沿所述垂直滑轨2在竖直方向往复运动；且所述所述悬浮体能够随着所述水平滑块8沿所述水平滑轨4在水平方向往复运动。
优选地，所述悬浮体运动支架还包括三角固定支架3，能够将垂直滑轨2稳定地固定设置在所述悬浮体基座10上。
在所述测试装置基座7的上部设置感应板底座6、在所述感应板底座6的上部设置感应板5；所述环形Halbach永磁阵列9在所述感应板5上方且能够相对于所述感应板5旋转，使感应板5产生涡流，涡流场和外磁场之间产生排斥力，所述排斥力包括法向力和切向力，法向力表现为克服悬浮体自身重力的悬浮力，切向力表现为驱动悬浮体水平移动的驱动力；
其中，关于驱动悬浮体水平移动的驱动力：是通过环形Halbach永磁阵列9相对于所述感应板5的机械旋转运动，将电动悬浮固有磁阻力转化为水平方向的驱动力；
本实施例中的悬浮体运动支架采用滑动组件搭建能够实现悬浮体在竖直方向和水平方向的自由移动；并且能够实现动态悬浮、驱动力测试及演示功能集一体，可视化程度高。
所述悬浮力及驱动力采集单元用于采集作用于所述悬浮体的悬浮力和驱动力。在本实施例中，所述悬浮力及驱动力采集单元包括悬浮力传感器16和驱动力传感器11；当水平滑块8触碰到所述驱动力传感器11，能够实现驱动力采集；当垂直滑块15与悬浮力传感器16接触，能够实现悬浮高度检测及悬浮力采集；
优选地，所述悬浮力传感器16设置在所述垂直滑轨2的顶部；所述驱动力传感器11设置在所述水平滑轨4的一端。所述悬浮力及驱动力采集单元还包括悬浮力传感器调节螺杆1，能够通过调节悬浮力传感器调节螺杆1使得垂直滑块15与悬浮力传感器16接触。
通过将水平滑块8固定能够测量不同悬浮高度下的悬浮力和驱动力数据。通过悬浮力传感器16和驱动力传感器11采集的悬浮力和驱动力信号，经过力采集设备存储、分析，能够得到永磁电动悬浮装置的悬浮特性关系。
在本实施例中，所述环形Halbach永磁体阵列(9)采用径向和切向的充磁方式；所述环形Halbach永磁体阵列(9)包括铝合金轮毂和一定数量的永磁单体，永磁单体嵌设在所述铝合金轮毂的外沿，磁单体构成四对极Halbach磁体环形阵列；在永磁单体的外沿包裹设置尼龙套。
优选地，所述永磁单体的数量是16块，分别是顺时针相邻四块磁体为一组，共四组，充磁方向相同。单组四块磁体沿逆时针方向间隔90度充磁，即上、左、下、右四个方向，此时永磁体利用率最高，悬浮力和驱动力效果最佳。四对极Halbach磁体环形阵列能够形成外侧变化的强磁场，内侧磁场弱化。此外，尼龙套的厚度为2mm～5mm，尼龙套用于保障环形Halbach永磁体阵列高速、稳定、安全的运行，避免造成永磁单体受到磨损及脱落的风险。其中，环形Halbach永磁体阵列9是基于传统永磁体拼装技术改进，常用于旋转电机，该技术采用永磁体轴向式与径向式排列结合在一起，从而形成单边磁场。此外，所述测试装置可采用多种磁化角度充磁，以实现用最少量的永磁体产生最强的磁场，以增强阵列外侧单位方向上的磁场。
在本实施例中，所述感应板5采用无磁良导体制备，一般采用铝、铜合金材料制备；所述感应板的厚度为：6mm～10mm，可满足所述感应板5涡流效应不受空间限制而削减所述悬浮力和驱动力，且保证所述感应板5利用率最高。
所述感应板底座6采用空心铝材结构，以便加快耗散所述感应板5在测试过程中产生的热量。
所述感应板的表面和所述环形Halbach永磁体阵列9之间的间隔，即初始悬浮高度为10mm～20mm，以满足所述直流电机14短时间加速后使所述悬浮体达到悬浮可视化的效果。其中，测试装置的悬浮力和驱动力与初始悬浮高度呈正相关关系，若初始悬浮高度过低，测试装置响应延迟，若初始悬浮高度过高，难以实现悬浮力有效采集。
在本实施例中，所述环形Halbach永磁阵列采用直流电机驱动，采用直流电机PWM无极变速控制技术来控制转速，使两个环形Halbach永磁阵列能够持续加速或者减速以及保持恒定转速，以获取不同转速下的悬浮力和驱动力数据。其中，环形Halbach永磁阵列依靠直流电机驱动，测试装置的悬浮性能与驱动效率取决于环形Halbach永磁阵列与感应板之间的相对速度。采用直流电机PWM无极变速控制技术，能够使测试装置满足稳定悬浮、驱动及制动功能，使环形永磁轮对可持续加速或者减速以及保持恒定转速，以获取不同的悬浮和驱动性能指标。
如图3所示，本实施例中旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置控制及力采集具体包括：采用双电机同步控制策略，并实时开启永磁体阵列转速采集；以220V交流电作为输入，通过大功率开关器件整流后得到24V稳压直流电源，为直流电机、力传感器和霍尔转速计供能。
所述测试装置搭载2.4GHz无线电遥控器实现电机转速控制，采用电子调速器通过脉宽调制输出三相脉冲直流驱动直流电机，实现匀速、加速、减速和制动功能。
为满足更精确的悬浮和驱动的转速控制要求，所述测试装置还包括用于检测直流电机转速的霍尔传感器和微型磁体，所述霍尔传感器安装于悬浮支架10的内侧，微型磁体安装在联轴器13侧表面；所述霍尔传感器的正面与所述微型磁铁间隔3mm～5mm，能够实时检测直流电机的转速并通过显示设备实时显示。此外，通过垂向和水平力传感器采集装置的悬浮力和驱动力信号，经力采集设备存储、分析，得到永磁电动悬浮装置的悬浮特性关系。
本实施例提供的旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置采用永磁电动式磁悬浮技术：启动无刷直流电机14驱动环形永磁体阵列9高速旋转，环形Halbach永磁阵列相对于感应板5(无磁良导体)转动时，闭合磁感线切割感应板，在感应板5中形成感生电流。由电磁感应原理与楞次定律可知，感生电流产生的感应磁场与原磁场之间产生电磁力阻碍这种相对运动，法线方向表现为悬浮力，而切线方向表现为磁阻力；悬浮力和磁阻力同步采集可实现悬浮、驱动一体化的演示及开展电动悬浮的悬浮特性研究。本发明中主要依靠环形Halbach永磁阵列9中的永久磁铁的磁场与铝板相对运动实现悬浮或驱动，称之为永磁电动式磁悬浮技术，永磁电动式磁悬浮技术通常应用于磁悬浮轨道交通领域。本发明提供的装置是双永磁阵列对称结构，主要验证其悬浮和驱动功能，将该装置作为独立单元，两个单元可适用于磁悬浮汽车，四个及以上的单元可适用于磁悬浮列车，采用所述装置中的感应板5替换轨道，永磁阵列替换车轮即可。
本发明中所述测试装置其技术效果在于将应用于磁悬浮轨道交通领域的电动磁悬浮结构加以改进、优化，并以测试装置的形式展现，较好的将磁悬浮原理可视化、悬浮和驱动性能量化；测试装置相比于磁悬浮列车系统原理简单，成本低廉，实施难度小，更适用于原理性研究和可行性探索。综上所述，旋转式永磁电动悬浮技术更适用于如本发明中所述的测试装置，而非直接应用于轨道交通或其他工程化领域。
并且，本实施例提供的旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置采用直流电机控制技术：环形永磁阵列依靠直流电机驱动，装置的悬浮性能与驱动效率取决于永磁体阵列与感应板之间的相对速度。装置满足稳定悬浮、驱动及制动功能，需采用直流电机PWM无极变速控制技术，使环形永磁轮对可持续加速或者减速以及保持恒定转速，以获取不同的悬浮和驱动性能指标。
Claims (7)
1.一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，其特征在于，所述测试装置包括悬浮体、供所述悬浮体在垂直和水平二个维度运动的悬浮体运动支架、悬浮力及驱动力采集单元；
所述悬浮体包括对称设置的两个环形Halbach永磁体阵列(9)、分别用于驱动所述两个环形Halbach永磁体阵列(9)的两个直流电机(14)、和所述两个直流电机(14)连接以保证两个直流电机同步转速的联轴器(13)、用于固定安装所述两个直流电机(14)的悬浮体支架(12)；
所述悬浮体运动支架包括测试装置基座(7)、安装在所述测试装置基座(7)上的水平滑轨(4)、能够沿所述水平滑轨(4)在水平方向往复运动的水平滑块(8)、固定设置在所述水平滑块(8)上的悬浮体基座(10)、垂直固定设置在所述悬浮体基座(10)上的垂直滑轨(2)、能够沿所述垂直滑轨(2)在竖直方向往复运动的垂直滑块(15)；所述悬浮体支架(12)固定安装在所述垂直滑块(15)上；
在所述测试装置基座(7)的上部设置感应板底座(6)、在所述感应板底座(6)的上部设置感应板(5)；所述环形Halbach永磁阵列(9)在所述感应板(5)上方且能够相对于所述感应板(5)旋转，使感应板产生涡流，涡流场和永磁磁场之间产生排斥力，所述排斥力包括法向力和切向力，法向力表现为克服悬浮体自身重力的悬浮力，切向力表现为驱动悬浮体水平移动的驱动力；
所述悬浮力及驱动力采集单元用于采集作用于所述悬浮体的悬浮力和驱动力。
2.根据权利要求1所述一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，其特征在于，所述悬浮力及驱动力采集单元包括悬浮力传感器(16)和驱动力传感器(11)；当水平滑块(8)触碰到所述驱动力传感器(11)，能够实现驱动力采集；当垂直滑块(15)与悬浮力传感器(16)接触，能够实现悬浮高度检测及悬浮力采集；
通过将水平滑块(8)固定能够测量不同悬浮高度下的悬浮力和驱动力数据。
3.根据权利要求1所述一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，其特征在于，所述环形Halbach永磁体阵列(9)采用径向和切向的充磁方式；所述环形Halbach永磁体阵列(9)包括铝合金轮毂和一定数量的永磁单体，所述永磁单体嵌设在所述铝合金轮毂的外沿，永磁单体构成四对极Halbach磁体环形阵列；所述环形Halbach永磁体阵列(9)外沿包裹设置尼龙保护套。
4.根据权利要求1所述一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，其特征在于，所述感应板(5)采用无磁良导体制备；
所述感应板(5)的厚度为：6mm～10mm；
所述感应板底座(6)采用空心铝材结构；
所述感应板(5)的表面和所述环形Halbach永磁体阵列(9)之间的间隔，即初始悬浮高度为10mm～20mm。
5.根据权利要求1所述一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，其特征在于，所述环形Halbach永磁阵列采用直流电机驱动，采用直流电机PWM无极变速控制技术来控制转速，使两个环形Halbach永磁阵列能够持续加速或者减速以及保持恒定转速，以获取不同转速下的悬浮力和驱动力数据。
6.根据权利要求5所述一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，其特征在于，所述测试装置采用电子调速器通过脉宽调制输出三相脉冲直流驱动直流电机，实现匀速、加速、减速和制动功能。
7.根据权利要求5或6所述一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括用于检测直流电机转速的霍尔传感器和微型磁体，所述霍尔传感器安装于悬浮支架(10)的内侧，微型磁体安装在联轴器(13)侧表面；所述霍尔传感器的正面与所述微型磁铁间隔3mm～5mm，能够实时检测直流电机的转速并通过数字设备实时显示。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910521603.9A CN110244243B (zh) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | 一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910521603.9A CN110244243B (zh) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | 一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110244243A true CN110244243A (zh) | 2019-09-17 |
| CN110244243B CN110244243B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=67887655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910521603.9A Active CN110244243B (zh) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | 一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110244243B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110763491A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-02-07 | 北京交通大学 | 一种8字线圈性能综合测试平台 |
| CN110767064A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-02-07 | 北京交通大学 | 用于磁悬浮列车模型演示与测试的装置 |
| CN111487570A (zh) * | 2020-04-15 | 2020-08-04 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种磁浮导向测试装置、系统及测试方法 |
| CN111759306A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-10-13 | 重庆邮电大学 | 一种单边磁粒子成像检测装置 |
| CN114966494A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-30 | 西南交通大学 | 基于磁热力多场耦合的多磁浮制式测量装置及其测量方法 |
| CN115097362A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-23 | 湖南凌翔磁浮科技有限责任公司 | 一种长定子驱动力测试装置及方法 |
| CN115326440A (zh) * | 2022-10-14 | 2022-11-11 | 西南交通大学 | 一种永磁电动悬浮实验装置及实验方法 |
| CN115097362B (zh) * | 2022-06-24 | 2024-04-16 | 湖南凌翔磁浮科技有限责任公司 | 一种长定子驱动力测试装置及方法 |
Citations (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06273285A (ja) * | 1993-02-17 | 1994-09-30 | Kanagawa Kagaku Gijutsu Akad | 超電導磁気浮上特性試験装置 |
| SU1232019A1 (ru) * | 1984-04-21 | 1995-10-10 | Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения | Стенд для исследования систем электромагнитного подвеса транспортных средств |
| KR19990039177A (ko) * | 1997-11-11 | 1999-06-05 | 서상기 | 상전도 흡인식 자기부상 차량용 전자석의 성능 시험장치 |
| EP1115193A2 (en) * | 2000-01-05 | 2001-07-11 | Sankyo Seiki Mfg. Co. Ltd. | Magnetic levitation motor and method for manufacturing the same |
| US20020124765A1 (en) * | 2000-06-28 | 2002-09-12 | Hansen Brian Nils | Method and apparatus for magnetic levitation |
| WO2003002370A1 (en) * | 2001-06-29 | 2003-01-09 | The Regent Of The University Of California | Improved inductrack configuration |
| US20030112105A1 (en) * | 2001-06-29 | 2003-06-19 | The Regents Of The University Of California | Laminated track design for inductrack maglev systems |
| AU2003230303A8 (en) * | 2002-05-07 | 2003-11-11 | Magtube Inc | Magnetically levitated transportation system and method |
| KR20060023817A (ko) * | 2004-09-10 | 2006-03-15 | 한국기계연구원 | 자기부상열차의 시험장치 |
| KR100895899B1 (ko) * | 2007-12-13 | 2009-05-04 | 한국기계연구원 | ＬＳＲＭ과 Ｈａｌｂａｃｈ 배열을 이용한 자기부상열차시스템 |
| KR20090056512A (ko) * | 2007-11-30 | 2009-06-03 | 성삼경 | 자기부상열차 |
| CN101478272A (zh) * | 2009-01-22 | 2009-07-08 | 东南大学 | 直线感应斥浮电动机 |
| WO2010002071A2 (en) * | 2008-07-04 | 2010-01-07 | Korea Electro Technology Research Institute | Cylindrical magnetic levitation stage |
| WO2010022637A1 (zh) * | 2008-08-24 | 2010-03-04 | Liu Zhongchen | 直线永磁驱动系统及永磁驱动磁悬浮车路系统 |
| CN202153406U (zh) * | 2011-06-16 | 2012-02-29 | 华东师范大学 | 一种磁悬浮运动实验仪 |
| KR20120056656A (ko) * | 2010-11-25 | 2012-06-04 | 한국기계연구원 | 할바흐 배열을 이용한 자기부상 시스템 |
| KR20120056657A (ko) * | 2010-11-25 | 2012-06-04 | 한국기계연구원 | 할바흐 배열을 이용한 자기부상 시스템 |
| CN102910086A (zh) * | 2011-08-06 | 2013-02-06 | 宏远创建有限公司 | 磁浮推动装置 |
| CN105109360A (zh) * | 2015-09-18 | 2015-12-02 | 西南交通大学 | 一种用于永磁电动式磁悬浮列车的静态悬浮装置 |
| CN105346409A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-02-24 | 西南交通大学 | 一种用于永磁电动式磁悬浮列车的圆筒型悬浮装置 |
| WO2016082155A1 (zh) * | 2014-11-25 | 2016-06-02 | 王向东 | 一种集悬浮、导向、推进和制动于一体的永磁磁悬浮机车系统 |
| CN105799540A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-07-27 | 重庆市科学技术研究院 | 一种用于悬浮车辆的磁涡流推进引擎系统 |
| KR20160141413A (ko) * | 2015-06-01 | 2016-12-09 | 한국기계연구원 | 자기부상열차 대차 프레임의 부상주행 하중 시험 장치 및 방법 |
| CN107020478A (zh) * | 2016-01-31 | 2017-08-08 | 南京理工大学 | 一种磁悬浮和磁驱动多轴柔性变位装置 |
| CN108386481A (zh) * | 2018-03-05 | 2018-08-10 | 青岛理工大学 | 基于Halbach永磁阵列的高线性磁悬浮隔振装置及作动器、方法 |
| CN108394312A (zh) * | 2017-02-06 | 2018-08-14 | 深圳市中恒尚品科技有限公司 | 一种磁悬浮列车 |
| CN109116276A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-01 | 江西理工大学 | 一种用于Halbach阵列的永磁悬浮力检测装置 |
| CN109204008A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-01-15 | 西南交通大学 | 一种半悬浮的电动磁悬浮汽车 |
| CN109228883A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-01-18 | 西南交通大学 | 一种全悬浮的电动磁悬浮汽车 |
| CN109412376A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-01 | 扬州大学 | 一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机 |
| CN109823192A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-05-31 | 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） | 一种磁悬浮系统 |
| CN211014610U (zh) * | 2019-06-17 | 2020-07-14 | 西南交通大学 | 一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置 |
-
2019
- 2019-06-17 CN CN201910521603.9A patent/CN110244243B/zh active Active
Patent Citations (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1232019A1 (ru) * | 1984-04-21 | 1995-10-10 | Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения | Стенд для исследования систем электромагнитного подвеса транспортных средств |
| JPH06273285A (ja) * | 1993-02-17 | 1994-09-30 | Kanagawa Kagaku Gijutsu Akad | 超電導磁気浮上特性試験装置 |
| KR19990039177A (ko) * | 1997-11-11 | 1999-06-05 | 서상기 | 상전도 흡인식 자기부상 차량용 전자석의 성능 시험장치 |
| EP1115193A2 (en) * | 2000-01-05 | 2001-07-11 | Sankyo Seiki Mfg. Co. Ltd. | Magnetic levitation motor and method for manufacturing the same |
| US20020124765A1 (en) * | 2000-06-28 | 2002-09-12 | Hansen Brian Nils | Method and apparatus for magnetic levitation |
| US20030112105A1 (en) * | 2001-06-29 | 2003-06-19 | The Regents Of The University Of California | Laminated track design for inductrack maglev systems |
| WO2003002370A1 (en) * | 2001-06-29 | 2003-01-09 | The Regent Of The University Of California | Improved inductrack configuration |
| AU2003230303A8 (en) * | 2002-05-07 | 2003-11-11 | Magtube Inc | Magnetically levitated transportation system and method |
| KR20060023817A (ko) * | 2004-09-10 | 2006-03-15 | 한국기계연구원 | 자기부상열차의 시험장치 |
| KR20090056512A (ko) * | 2007-11-30 | 2009-06-03 | 성삼경 | 자기부상열차 |
| KR100895899B1 (ko) * | 2007-12-13 | 2009-05-04 | 한국기계연구원 | ＬＳＲＭ과 Ｈａｌｂａｃｈ 배열을 이용한 자기부상열차시스템 |
| WO2010002071A2 (en) * | 2008-07-04 | 2010-01-07 | Korea Electro Technology Research Institute | Cylindrical magnetic levitation stage |
| WO2010022637A1 (zh) * | 2008-08-24 | 2010-03-04 | Liu Zhongchen | 直线永磁驱动系统及永磁驱动磁悬浮车路系统 |
| CN101478272A (zh) * | 2009-01-22 | 2009-07-08 | 东南大学 | 直线感应斥浮电动机 |
| KR20120056657A (ko) * | 2010-11-25 | 2012-06-04 | 한국기계연구원 | 할바흐 배열을 이용한 자기부상 시스템 |
| KR20120056656A (ko) * | 2010-11-25 | 2012-06-04 | 한국기계연구원 | 할바흐 배열을 이용한 자기부상 시스템 |
| CN202153406U (zh) * | 2011-06-16 | 2012-02-29 | 华东师范大学 | 一种磁悬浮运动实验仪 |
| CN102910086A (zh) * | 2011-08-06 | 2013-02-06 | 宏远创建有限公司 | 磁浮推动装置 |
| WO2016082155A1 (zh) * | 2014-11-25 | 2016-06-02 | 王向东 | 一种集悬浮、导向、推进和制动于一体的永磁磁悬浮机车系统 |
| KR20160141413A (ko) * | 2015-06-01 | 2016-12-09 | 한국기계연구원 | 자기부상열차 대차 프레임의 부상주행 하중 시험 장치 및 방법 |
| CN105109360A (zh) * | 2015-09-18 | 2015-12-02 | 西南交通大学 | 一种用于永磁电动式磁悬浮列车的静态悬浮装置 |
| CN105346409A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-02-24 | 西南交通大学 | 一种用于永磁电动式磁悬浮列车的圆筒型悬浮装置 |
| CN107020478A (zh) * | 2016-01-31 | 2017-08-08 | 南京理工大学 | 一种磁悬浮和磁驱动多轴柔性变位装置 |
| CN105799540A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-07-27 | 重庆市科学技术研究院 | 一种用于悬浮车辆的磁涡流推进引擎系统 |
| CN108394312A (zh) * | 2017-02-06 | 2018-08-14 | 深圳市中恒尚品科技有限公司 | 一种磁悬浮列车 |
| CN108386481A (zh) * | 2018-03-05 | 2018-08-10 | 青岛理工大学 | 基于Halbach永磁阵列的高线性磁悬浮隔振装置及作动器、方法 |
| CN109116276A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-01 | 江西理工大学 | 一种用于Halbach阵列的永磁悬浮力检测装置 |
| CN109204008A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-01-15 | 西南交通大学 | 一种半悬浮的电动磁悬浮汽车 |
| CN109228883A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-01-18 | 西南交通大学 | 一种全悬浮的电动磁悬浮汽车 |
| CN109412376A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-01 | 扬州大学 | 一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机 |
| CN109823192A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-05-31 | 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） | 一种磁悬浮系统 |
| CN211014610U (zh) * | 2019-06-17 | 2020-07-14 | 西南交通大学 | 一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 秦伟;范瑜;马育华;吕刚;李硕;朱熙;刘国瑞;: "盘式永磁Halbach悬浮装置的磁场和力特性分析", 电机与控制学报, no. 06 * |
| 贺光;成玉卫;龙志强;: "基于直线型Halbach结构的永磁电动悬浮系统的设计与实现", 磁性材料及器件, no. 06 * |
| 高琳惠;阎泽琛;高琳然;程蒙蒙;张静茹;陈英杰;: "磁悬浮转动演示仪的设计与测试", 物理实验, no. 04 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110763491A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-02-07 | 北京交通大学 | 一种8字线圈性能综合测试平台 |
| CN110763491B (zh) * | 2019-10-29 | 2021-05-04 | 北京交通大学 | 一种8字线圈性能综合测试平台 |
| CN110767064A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-02-07 | 北京交通大学 | 用于磁悬浮列车模型演示与测试的装置 |
| CN110767064B (zh) * | 2019-11-21 | 2022-04-01 | 北京交通大学 | 用于磁悬浮列车模型演示与测试的装置 |
| CN111487570A (zh) * | 2020-04-15 | 2020-08-04 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种磁浮导向测试装置、系统及测试方法 |
| CN111759306A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-10-13 | 重庆邮电大学 | 一种单边磁粒子成像检测装置 |
| CN111759306B (zh) * | 2020-08-04 | 2023-11-24 | 重庆邮电大学 | 一种单边磁粒子成像检测装置 |
| CN114966494A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-30 | 西南交通大学 | 基于磁热力多场耦合的多磁浮制式测量装置及其测量方法 |
| CN115097362A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-23 | 湖南凌翔磁浮科技有限责任公司 | 一种长定子驱动力测试装置及方法 |
| CN115097362B (zh) * | 2022-06-24 | 2024-04-16 | 湖南凌翔磁浮科技有限责任公司 | 一种长定子驱动力测试装置及方法 |
| CN115326440A (zh) * | 2022-10-14 | 2022-11-11 | 西南交通大学 | 一种永磁电动悬浮实验装置及实验方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110244243B (zh) | 2024-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110244243A (zh) | 一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置 | |
| CN202421000U (zh) | 用于电接触材料载流摩擦磨损的试验机 | |
| CN108306477B (zh) | 高速磁悬浮直线电磁推进系统 | |
| CN106926744B (zh) | 一种磁悬浮列车 | |
| CN105109360B (zh) | 一种用于永磁电动式磁悬浮列车的静态悬浮装置 | |
| CN105846623B (zh) | 一种双定子双线圈的电磁液冷缓速器 | |
| JP2016512946A (ja) | 分割コイル体を有するコイル板と分割磁石を有する往復動型磁石板を用いた発電兼用電動装置 | |
| CN104742931B (zh) | 一种高速列车用非粘着制动装置及其控制方法 | |
| CN110232854A (zh) | 一种电动悬浮原理演示装置 | |
| CN111999079B (zh) | 一种磁悬浮高速运行模拟试验装置 | |
| CN203014718U (zh) | 一种磁通切换型磁悬浮永磁直线同步电机 | |
| CN111071268A (zh) | 一种次级分块式磁通切换直线电机驱动的列车系统 | |
| CN107959367A (zh) | 一种双定子混合励磁涡流阻尼装置 | |
| CN111856270B (zh) | 一种悬浮推进一体化旋转平台 | |
| CN104682621B (zh) | 轴向磁场滑差同步式双直风力发电机 | |
| Yuan et al. | Working principle and primary electromagnetic characteristics of a permanent magnet electrodynamic wheel for maglev car application | |
| CN111865042B (zh) | 悬浮推进一体化的旋转平台 | |
| CN201667604U (zh) | 用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机 | |
| CN101860173A (zh) | 用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机 | |
| CN201994889U (zh) | 磁悬浮双边磁阻驱动式直接线性传动装置 | |
| CN111856269B (zh) | 悬浮推进一体化旋转平台 | |
| CN210958110U (zh) | 一种超导磁通切换直线电机驱动的轨道交通列车系统 | |
| CN210572625U (zh) | 一种悬浮推进一体化旋转平台 | |
| CN209197941U (zh) | 一种磁悬浮电机悬浮力测量装置 | |
| CN105500032B (zh) | 立式加工中心可控励磁直线同步电动机磁悬浮运动平台 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |