CN110323969A - 一种磁悬浮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮装置，包括底座和悬浮体，底座内置有第一斥力磁铁，悬浮体内置有第二斥力磁铁，第一斥力磁铁与第二斥力磁铁产生抵抗悬浮体自重的第一磁力，底座的上表面布置有多个引力磁铁，引力磁铁与第二斥力磁铁产生抵抗悬浮体侧翻的第二磁力，底座上布置有多个电磁铁，控制电路使电磁铁产生将悬浮体拉向轴心基准位置的第三磁力。本发明，摒弃了传统的环形铁氧体磁体方式，在空间上采用全新的排布组合，同时磁体选用有别于环形磁体的材料，让整个磁悬浮装置更加合理、紧凑，并且悬浮高度更高，控制更稳定。

Description

一种磁悬浮装置

技术领域

本发明涉及磁悬浮控制，具体涉及一种磁悬浮装置。

背景技术

目前市场上的磁悬浮产品主要存在两个缺陷，一是悬浮高度不够，二是头小脚大，外观不协调。造成上述问题的主要原因是目前市面上的磁悬浮装置普遍是采用环形磁铁。

而且随着经济的发展，人们的生活水平越来越高，带来的是人们审美的眼光越来越挑剔，磁悬浮产品也不例外。例如，中国发明专利CN 100544183 C公开了“一种磁斥型悬浮装置”，其底座就是采用水平放置的环形永磁铁，由于环形永磁铁只能采用铁氧体磁铁，铁氧体磁铁最大的缺点就磁力不强，通常铁氧体磁铁表磁的强度在2000gs以内，由于磁铁是环形，所以也同时带来另一个缺点，那就是体积大，无法做小。

环形铁氧体磁铁的体积之大，其直接导致的结果就是产品的悬浮底座必须做的很大。而又由于磁力不强，导致浮不起更重的悬浮体，必须把悬浮产品做的很小，减轻重量。要么干脆把里面做成空心的，剩下一个空壳(如磁悬浮地球仪)。

钕铁硼磁铁的磁力通常是是铁氧体磁铁的5倍，甚至10倍以上，但是由于钕铁硼磁铁是稀土磁铁，价格很高。直接将环形磁铁由铁氧体磁铁改成钕铁硼磁铁，成本过高。其次由于环形磁铁体积太大，再加上钕铁硼材质磁力太强，导致悬浮体被托起太高，以致目前控制技术无法可靠地控制上面悬浮体，同时由于磁力太强也会给生产、安装带来非常大的安全隐患。

综上所述，目前需要一种形状结构设计合理、轻巧紧凑、磁力更强、使用体验更好并且悬浮高度更高的新型磁悬浮装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的磁悬浮产品的悬浮高度不够，外观不协调的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种磁悬浮装置，包括由下至上相对布置的底座和悬浮体，沿所述底座的中轴线内置有第一斥力磁铁，沿所述悬浮体的中轴线内置有第二斥力磁铁，所述第一斥力磁铁的上表面与所述第二斥力磁铁的下表面的磁性相同，并产生抵抗所述悬浮体自重的第一磁力，

所述底座的上表面轴心分别布置有多个引力磁铁，所述引力磁铁的上表面与所述第二斥力磁铁的下表面的磁性相反，并产生抵抗所述悬浮体侧翻的第二磁力；

所述底座的上表面轴心处分别布置有多个电磁铁；

所述底座上还设有与所述电磁铁连接的控制电路，所述控制电路分别检测所述第二斥力磁铁沿所述底座的上表面轴心处的X轴和Y轴方向上相对于轴心基准位置的距离，并使所述电磁铁产生将所述悬浮体拉向轴心基准位置的第三磁力。

在上述方案中，所述第一斥力磁铁、第二斥力磁铁和引力磁铁为钕铁硼材质。

在上述方案中，所述引力磁铁为4个，并环绕所述底座的上表面轴心均匀布置。

在上述方案中，所述电磁铁为4个，并沿所述底座的上表面X轴和Y轴方向分别布置2个，同在X轴或Y轴上的两个所述电磁铁串联，并由所述控制电路提供磁性相反的所述第三磁力。

在上述方案中，所述底座的上表面轴心处，沿X轴和Y轴方向分别布置有一个检测所述第二斥力磁铁相对于轴心基准距离的磁性传感器，所述控制电路分别与各个所述磁性传感器连接，X轴上的所述磁性传感器对应X轴上的2个所述电磁铁布置，Y轴上的所述磁性传感器对应Y轴上的2个所述电磁铁布置。

在上述方案中，沿所述底座上表面平行于X轴和Y轴的方向分别竖直布置有一个固定板，两个所述固定板沿所述底座的轴心对称布置，所述磁性传感器可拆卸连接于所述固定板上。

在上述方案中，所述控制电路由依次连接的传感器信号检测电路、放大电路、功放电路组成，所述传感器信号检测电路、放大电路、功放电路分别与电源电路并联，所述磁性传感器为线性传感器，所述传感器信号检测电路根据所述磁性传感器检测的距离值向所述放大电路输出相应的电压值，所述放大电路进行电压信号放大后输出至所述功放电路，并使所述功放电路驱动所述电磁铁产生相应的第三磁力。

在上述方案中，所述第一斥力磁铁和所述电磁铁的安装间距可调节布置，所述第一斥力磁铁设置在所述电磁铁的下方或与所述电磁铁平齐。

在上述方案中，所述第一斥力磁铁为圆柱形、正方形、菱形或由多个形体叠加组成的结构。

在上述方案中，所述悬浮体为球形、椭圆形、菱形或不规则形状，所述第二斥力磁铁为圆柱形、正方形、菱形或由多个形体同轴叠加组成的轴对称结构。

本发明，摒弃了传统的环形铁氧体磁体方式，在空间上采用全新的排布组合，同时磁体选用有别于环形磁体的材料，让整个磁悬浮装置更加合理、紧凑，并且悬浮高度更高，控制更稳定。

附图说明

图1为本发明的磁力分布侧视示意图；

图2为本发明中底座的俯视图；

图3为本发明中底座的立体状态图；

图4为本发明中电路控制流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做出详细的说明。

本发明公开了一种磁悬浮装置，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。需要特别指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明，并且相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围的基础上对本文所述内容进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

在发明中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。

通常待悬浮产品要平稳地悬浮于空中，必须具备3个条件：1，悬浮底座提供斥力用以抵消待悬浮产品的重力，使悬浮体浮起来。2，为了尽量提高悬浮高度，增强观赏性，通常磁铁都是放在待悬浮产品底下，这样一来产品的重心就高于磁铁，于是产品就很容易侧翻，所以悬浮底座必须提供抗侧翻力。3，产品的重心必须在悬浮底座的斥力中心上，否则产品就会偏移，掉下来吸附到底座上。

如图1至图4所示，本发明提供的一种磁悬浮装置，包括由下至上相对布置的底座1和悬浮体2，沿底座1的中轴线内置有第一斥力磁铁11，沿悬浮体2的中轴线内置有第二斥力磁铁21，第一斥力磁铁11的上表面与第二斥力磁铁21的下表面的磁性相同，并产生抵抗悬浮体2自重的第一磁力F1，第一磁力F1可让悬浮体2浮于底座1上方的预定基准位置，优选的，第一斥力磁铁11和第二斥力磁铁21各自的上下表面磁性相反。

底座1的上表面轴心分别布置有多个引力磁铁12，引力磁铁12优选的设计为4个，并环绕底座1的上表面轴心均匀布置。引力磁铁12的上表面与第二斥力磁铁21的下表面的磁性相反，并产生抵抗悬浮体2侧翻的第二磁力F2，优选的，引力磁铁12也是上下表面磁性相反的磁体，第二磁力F2可有效防止悬浮体2在竖直平面内翻转，保持悬浮体2轴线竖直。

环绕底座1的上表面轴心分别均匀布置有多个电磁铁13，电磁铁13优选的可以采用中间是铁芯，铁芯外面缠绕线圈的结构，当然也可以采用无铁芯的线圈，电磁铁13优先为4个，并沿底座1的上表面X轴和Y轴方向分别布置2个，且优选沿轴心对称布置。同在X轴或Y轴上的两个电磁铁13相互串联并分别位于轴心的两侧，并由控制电路提供磁性相反的第三磁力F3，电磁铁13的作用原理是在控制电路给它一控制电流时，同在X轴或Y轴上的两个电磁铁13上端就会磁性相反，于是对悬浮体2产生一个合力，从而控制悬浮体2在X、Y方向的移动。

底座1的上表面轴心处，沿X轴和Y轴方向分别布置有一个检测第二斥力磁铁21相对于轴心基准距离的磁性传感器14，磁性传感器14优选选用线性传感器，也就是输出电压是随着感应磁场强弱线性变化，控制电路分别与磁性传感器14连接，X轴上的磁性传感器14优选的对应X轴上的2个电磁铁13布置，Y轴上的磁性传感器14优选的对应Y轴上的2个电磁铁13布置。

底座1上还设有与电磁铁13连接的控制电路，控制电路可优选的安装在电磁铁13的下方，控制电路分别通过磁性传感器14分别检测第二斥力磁铁21沿底座1的上表面轴心处的X轴和Y轴方向上相对于轴心基准位置的距离，从而输出相应的电压，距离的不同其输出的电压值也不同，并使电磁铁13产生将悬浮体2拉向轴心基准位置的第三磁力F3。也就是当悬浮体2在X、Y方向偏离基准位置时，控制电路会控制电磁铁13产生磁力把悬浮体2拉回到基准位置。这样一来悬浮体2就在上述机构的共同作用下，稳稳地悬浮于底座1上方预定的基准位置上。

本发明中，第一斥力磁铁11、第二斥力磁铁21和引力磁铁12的原材料优选的采用钕铁硼材质。钕铁硼磁铁最低磁力强度也在10000gs以上，是铁氧体磁铁的5倍，甚至10倍以上，可以将产品悬浮的更高，并且可以有效减小底座的体积。

进一步优选的，沿底座1上表面平行于X轴和Y轴的方向分别竖直布置有一个固定板15，两个固定板15沿底座1的轴心对称布置，磁性传感器14可拆卸连接于固定板15上，以便于磁性传感器14的安装和固定，磁性传感器14优选的尽量靠近轴心布置。

如图4所示，本发明中，控制电路由依次连接的传感器信号检测电路16、放大电路17、功放电路18组成，传感器信号检测电路16、放大电路17、功放电路18分别与电源电路19并联，磁性传感器14为线性传感器，其中传感器信号检测电路16是与悬浮体2相对于基准位置的比较电路，也即是说，当悬浮体2偏离基准位置时，磁性传感器14就检测到这偏移位置，传感器信号检测电路16根据磁性传感器14检测的距离值向放大电路17输出相应的电压值，放大电路17进行电压信号放大后输出至功放电路18，并使功放电路18驱动电磁铁13产生相应的第三磁力F3进而有效控制悬浮体2。

本发明中，控制电路保证重力跟斥力在同一直线上的具体原理是：假设悬浮体沿X轴正方向偏移了ΔX，因为悬浮体的移动必然会引起磁场的变化，这时安装在X轴中间的磁性传感器就能感知这个偏移量ΔX，进而将偏移量ΔX转化成相应大小的电压V输出到控制电路，控制电路接收到这微弱的电压信号后进行放大，然后驱动功率放大电路，功率放大电路提供强大的电流驱动X方向的2个电磁铁，2个电磁铁产生磁力共同把悬浮体拉回到中心位置(ΔX→0)；同理Y轴方向的偏移也一样，悬浮体就被控制电路稳稳地控制在底座轴线位置上，当悬浮体稳定悬浮于中心时，控制电路其实是不怎么工作的，此时功耗很低。

进一步优选的，第一斥力磁铁11和电磁铁13的安装间距可调节布置，从而使悬浮体2悬浮到不同的高度，第一斥力磁铁11设置在电磁铁13的下方或与电磁铁13平齐，第一斥力磁铁11可以设计成圆柱形、正方形、菱形或由多个形体叠加组成的结构。悬浮体2可以设计成球形、椭圆形、菱形或不规则形状，第二斥力磁铁21可以设计成圆柱形、正方形、菱形或由多个形体同轴叠加组成的轴对称结构。

例如，悬浮体如果是悬浮音箱，传统的环形铁氧体磁体由于磁力小浮不起尺寸大的音箱，尺寸小的音箱注定音质有限，因为音腔的大小是决定音质好坏最根本的因素，音箱不能大，而采用环形铁氧体磁体的底座尺寸又不能小，导致目前市面上的磁悬浮音箱只能头小脚大，非常的不美观。

本发明的磁性传感器由传统的4个精简到2个，有效的减小了因装配误差带来的控制不稳定，提高了控制精度，再加上采用强力钕铁硼磁铁，使悬浮高度是采用环形磁铁的2倍以上，极大的增强了观赏性，由于采用了全新的磁铁组合，使整个磁悬浮系统更加的轻巧、紧凑，可以更好的适应悬浮各种不同的产品，如地球仪、音箱、玩具、礼品等，不仅给人带来科技体验，也给人带来完美的艺术体验。

本发明，摒弃了传统的环形铁氧体磁体方式，在空间上采用全新的排布组合，同时磁体选用有别于环形磁体的材料，让整个磁悬浮装置更加合理、紧凑，并且悬浮高度更高，控制更稳定。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁悬浮装置，包括由下至上相对布置的底座和悬浮体，沿所述底座的中轴线内置有第一斥力磁铁，沿所述悬浮体的中轴线内置有第二斥力磁铁，所述第一斥力磁铁的上表面与所述第二斥力磁铁的下表面的磁性相同，并产生抵抗所述悬浮体自重的第一磁力，其特征在于，

所述底座的上表面轴心分别布置有多个引力磁铁，所述引力磁铁的上表面与所述第二斥力磁铁的下表面的磁性相反，并产生抵抗所述悬浮体侧翻的第二磁力；

所述底座的上表面轴心处分别布置有多个电磁铁；

所述底座上还设有与所述电磁铁连接的控制电路，所述控制电路分别检测所述第二斥力磁铁沿所述底座的上表面轴心处的X轴和Y轴方向上相对于轴心基准位置的距离，并使所述电磁铁产生将所述悬浮体拉向轴心基准位置的第三磁力。

2.如权利要求1所述的磁悬浮装置，其特征在于，所述第一斥力磁铁、第二斥力磁铁和引力磁铁为钕铁硼材质。

3.如权利要求1所述的磁悬浮装置，其特征在于，所述引力磁铁为4个，并环绕所述底座的上表面轴心均匀布置。

4.如权利要求1所述的磁悬浮装置，其特征在于，所述电磁铁为4个，并沿所述底座的上表面X轴和Y轴方向分别布置2个，同在X轴或Y轴上的两个所述电磁铁串联，并由所述控制电路提供磁性相反的所述第三磁力。

5.如权利要求4所述的磁悬浮装置，其特征在于，所述底座的上表面轴心处，沿X轴和Y轴方向分别布置有一个检测所述第二斥力磁铁相对于轴心基准距离的磁性传感器，所述控制电路分别与各个所述磁性传感器连接，X轴上的所述磁性传感器对应X轴上的2个所述电磁铁布置，Y轴上的所述磁性传感器对应Y轴上的2个所述电磁铁布置。

6.如权利要求5所述的磁悬浮装置，其特征在于，沿所述底座上表面平行于X轴和Y轴的方向分别竖直布置有一个固定板，两个所述固定板沿所述底座的轴心对称布置，所述磁性传感器可拆卸连接于所述固定板上。

7.如权利要求5所述的磁悬浮装置，其特征在于，所述控制电路由依次连接的传感器信号检测电路、放大电路、功放电路组成，所述传感器信号检测电路、放大电路、功放电路分别与电源电路并联，所述磁性传感器为线性传感器，所述传感器信号检测电路根据所述磁性传感器检测的距离值向所述放大电路输出相应的电压值，所述放大电路进行电压信号放大后输出至所述功放电路，并使所述功放电路驱动所述电磁铁产生相应的第三磁力。

8.如权利要求1所述的磁悬浮装置，其特征在于，所述第一斥力磁铁和所述电磁铁的安装间距可调节布置，所述第一斥力磁铁设置在所述电磁铁的下方或与所述电磁铁平齐。

9.如权利要求1所述的磁悬浮装置，其特征在于，所述第一斥力磁铁为圆柱形、正方形、菱形或由多个形体叠加组成的结构。

10.如权利要求9所述的磁悬浮装置，其特征在于，所述悬浮体为球形、椭圆形、菱形或不规则形状，所述第二斥力磁铁为圆柱形、正方形、菱形或由多个形体同轴叠加组成的轴对称结构。