CN111572361B - 气磁耦合悬浮装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气磁耦合悬浮装置，所述装置包括第一悬浮构件和第二悬浮构件，所述第一悬浮构件与所述第二悬浮构件相对设置，并与所述第二悬浮构件相互吸引；所述第二悬浮构件上设有依次连通的进气口、气腔和出气口，所述进气口用于将高压气体输入所述气腔中，所述出气口用于输出所述气腔中的高压气体，并在所述出气口与所述第一悬浮构件之间产生排斥力，使所述第一悬浮构件相对所述第二悬浮构件悬浮。本发明提供的气磁耦合悬浮装置便于长距离布设，并且布设成本有所降低。

Description

气磁耦合悬浮装置

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，特别涉及一种气磁耦合悬浮装置。

背景技术

目前，市面上常用的悬浮手段主要是磁悬浮和气流悬浮两种，其中磁悬浮是指利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术，气流悬浮是指利用流动气流提供的浮力克服重力使物体悬浮的一种技术。

磁悬浮技术具有浮起间隙大且便于长距离布设的优点，但磁悬浮设备造价昂贵，设备成很高。气流悬浮技术具有浮起间隙小的特点，适合在高精度领域中应用，如果要实现长距离布设需要提供专用的加工装配平台，并且需要配置大量的压缩机系统，导致气流悬浮设备的成本也较高。

因此，现有技术中仍存在长距离布设悬浮设备的成本较高的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种气磁耦合悬浮装置，所述气磁耦合悬浮装置包括第一悬浮构件和第二悬浮构件，其中：所述第一悬浮构件与所述第二悬浮构件相对设置，并与所述第二悬浮构件相互吸引；所述第二悬浮构件上设有依次连通的进气口、气腔和出气口，所述进气口用于将高压气体输入所述气腔中，所述出气口用于输出所述气腔中的高压气体，并在所述出气口与所述第一悬浮构件之间产生排斥力，使所述第一悬浮构件相对所述第二悬浮构件悬浮。

可选地，所述出气口包括节流孔和气室，所述气腔通过所述节流孔与所述气室相连通。

可选地，所述第一悬浮构件上设有第一安装孔位，所述第一安装孔位用于安装第一磁性件，以使所述第一悬浮构件通过所述第一磁性件与所述第二悬浮构件相互吸引。

可选地，所述第二悬浮构件上设有第二安装孔位，所述第二安装孔位用于安装第二磁性件，以使所述第二悬浮构件通过所述第二磁性件与所述第一悬浮构件相互吸引。

可选地，所述第一悬浮构件为磁性材料，以吸引所述第二磁性件。

可选地，所述第一悬浮构件设为球形，且所述第二悬浮构件设为球碗形，所述第一悬浮构件与所述第二悬浮构件的内侧表面形成球铰接结构。

可选地，所述第一悬浮构件为轴结构，所述第二悬浮构件活动嵌套在所述第一悬浮构件的表面。

可选地，所述出气口包括至少一个节流孔，以及与所述各个节流孔连通的至少一个环形气室，所述至少一个环形气室设于所述第二悬浮构件的内侧表面。

可选地，所述第一悬浮构件的尾端设有第三磁性件，且所述第二悬浮构件的尾端设有第四磁性件，所述第三磁性件与所述第四磁性件之间的磁力使所述第一悬浮构件轴向固定。

可选地，所述第四磁性件包括第一环形磁性件和第二环形磁性件，所述第一环形磁性件设于所述第二环形磁性件的内侧，所述第一环形磁性件与所述第三磁性件相斥，所述第二环形磁性件与所述第三磁性件相吸。

本发明的有益效果为：

在本发明提供的气磁耦合悬浮装置中，第一悬浮构件和第二悬浮构件相对设置，并与第二悬浮构件相互吸引，因此第一悬浮构件和第二悬浮构件之间具有吸引力。高压气体从第二悬浮构件的进气口流入至气腔中，并从出气口流出，在出气口与第一悬浮构件之间产生排斥力，排斥力使第一悬浮构件与第二悬浮构件相斥，进而与第一悬浮构件与第二悬浮构件之间的磁吸力相耦合，使第一悬浮构件相对第二悬浮构件悬浮。

本发明通过磁悬浮技术和气流悬浮技术相结合实现第一悬浮构件和第二悬浮构件之间的相对悬浮，能够明显地减少磁性材料的使用量，并且无需设置耗费流量较大的负压孔，在长距离布设时能够明显降低设备成本。

附图说明

图1是一实施例示出的一种气磁耦合悬浮装置的结构示意图；

图2是图1所示的气磁耦合悬浮装置中的第二悬浮构件的结构示意图；

图3是另一实施例示出的一种气磁耦合悬浮装置的结构示意图；

图4是图3所示的气磁耦合悬浮装置的旋转剖视图；

图5是图3所示的气磁耦合悬浮装置中的第二悬浮构件的旋转剖视图；

图6是另一实施例示出的一种气磁耦合悬浮装置的剖视图；

图7是图6所示的气磁耦合悬浮装置中的第二悬浮构件的旋转剖视图。

附图标记说明如下：100、气磁耦合悬浮装置；10、第一悬浮构件；11、第一磁性件；12、第三磁性件；13、第一环形磁性件；14、第二环形磁性件； 20、第二悬浮构件；21、进气口；22、气腔；23、节流孔；24、气室；25、第二安装孔位；26、第二磁性件。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

请参阅图1和图2，本发明的一实施例示出一种气磁耦合悬浮装置100，包括第一悬浮构件10和第二悬浮构件20。第一悬浮构件10与第二悬浮构件 20相对设置，并且第一悬浮构件10与第二悬浮构件20相互吸引。

其中，第一悬浮构件10与第二悬浮构件20相互吸引是由于第一悬浮构件10和第二悬浮构件20之间具有磁吸力实现的。如图1和图2所示，第一悬浮构件10为磁性材料，例如第一悬浮构件10为一铁磁性平板，第二悬浮构件20上设有的第二安装孔位25，通过在第二安装孔位25中安装第二磁性件26，使得第二悬浮构件20具有磁性，第二磁性件26与第一悬浮构件10 之间相互吸引。

也可以通过其它方式使得第一悬浮构件10与第二悬浮构件20之间具有磁吸力。例如第一悬浮构件10上设有第一安装孔位，通过在第一安装孔位中安装第一磁性件11，使得第一悬浮构件10具有磁性，第二悬浮构件20采用磁性材料，因此第一悬浮构件10和第二悬浮构件20之间具有磁吸力。

此外，第一悬浮构件10和第二悬浮构件20都采用磁性材料，或者第一悬浮构件10和第二悬浮构件20中均安装有磁性部件，均可使得第一悬浮构件10和第二悬浮构件20之间具有磁吸力，进而相互吸引。

需要说明的是，磁性材料可以采用铁磁性材料或者亚铁磁性材料，这些磁性材料的磁性较强，可以使得第一悬浮构件10和第二悬浮构件20之间产生较强的吸引力。而在一些对于第一悬浮构件10和第二悬浮构件20之间的吸引力强度要求不高的应用场景中，也可以选用磁性较弱的磁性材料。

基于不同的磁性材料分类，磁性材料也可以采用电磁性材料或者永磁性材料，相比于电磁性材料，采用永磁性材料能够节省电能，本实施例不对磁性材料的具体类型进行限制。

第二悬浮构件20上设有依次连通的进气口21、气腔22和出气口。其中，气腔22是设置于第二悬浮构件20内部的一个容纳空间，用于容纳从进气口 21输入的高压气体，出气口则用于输出气腔22中的高压气体。

出气口的孔径小于气腔22的孔径，使得高压气体从出气口流出时，会在出气口与第一悬浮构件10之间产生排斥力，使得第一悬浮构件10与第二悬浮构件20相互排斥。

应当理解，第一悬浮构件10与第二悬浮构件20之间基于磁吸力而实现相对抓取，并基于排斥力实现相对悬浮，磁吸力和排斥力相耦合，由此使得第一悬浮构件10相对第二悬浮构件20悬浮，并且互相锁定在悬浮的空间位置。

如图1和图2所示，出气口包括节流孔23和气室24。节流孔23设于第二悬浮构件20的内部，并且一端气腔22相连通，另一端与气室24相连通。气室24是设于第二悬浮构件20的表面，并与第一悬浮构件10的表面形成一空间。节流孔23所形成的空间小于气腔22对应的容纳空间，也小于气室24 与第一悬浮构件10的表面所形成空间，因此当高压气体从节流孔23中流出时，会在气室24与第一悬浮构件10表面所形成空间中产生排斥力。

出气口还可以是其它的结构，例如出气口仅包含节流孔23，高压气体从节流孔23中流出至节流孔23与第一悬浮构件10的表面所形成空间中，并在此空间中产生排斥力。

需要说明的是，本实施例中的气磁耦合悬浮装置100可以适应性设置第一悬浮构件10和第二悬浮构件20的形状，并且适应性设置第一悬浮构件10 和第二悬浮构件20上的各个部件的位置和数量，以满足实际的应用需求。

为实现两个物体的相对悬浮，如果仅利用磁悬浮技术，需要巧妙地布设大量不同磁极的磁性物质，以基于磁极之间的吸引或者排斥关系使物体相对悬浮。本实施例的气磁耦合悬浮装置100同时结合了磁悬浮技术和气流悬浮技术，仅利用了磁性物质之间的吸引关系，无需考虑磁性物质的磁极关系，因此能够明显地减少使用或者不使用具有特定磁极的磁性材料，在长距离布设场景下能够明显降低布设成本。

请参阅图3至图5，在本发明的另一实施例示出的气磁耦合悬浮装置100 中，将第一悬浮构件10设为球形，将第二悬浮构件20设为球碗形，并且第一悬浮构件10与第二悬浮构件20形成球铰接结构。

如图3至图5所示，第一悬浮构件10采用磁性材料，第二悬浮构件20 中的第二安装孔位25中安装有第二磁性件26，当第一悬浮构件10靠近第二悬浮构件20的内侧时，第一悬浮构件10与第二悬浮构件20相互吸引。

进气口21设于球碗形的第二悬浮构件20的外侧表面，第二悬浮构件20 的内部设有一环形的气腔22，第二悬浮构件20的内侧表面设有一环形气室 24，节流孔23设为缝隙状并连通环形气腔22和环形气室24。高压气体从进气口21流入气腔22，并从节流孔23中流出至气室24与第一悬浮构件10表面所形成空间，并在此空间中产生排斥力。

由此，在第一悬浮构件10的球头与第二悬浮构件20的球碗相接触的位置，第一悬浮构件10和第二悬浮构件20之间的吸引力和排斥力耦合，形成球碗和球头之间的锁定，进而形成悬浮且不分离的球关节。

在本实施例揭示的气磁耦合悬浮装置100中，可以在第一悬浮构件10的球头上设置第一安装孔位，并在第一安装孔位中安装第一磁性件11，同样可以使得球头具有磁性，并与第二悬浮构件20上的第二磁性件26相互吸引。

第二悬浮构件20的球碗可以采用磁性材料，从而省去在第二悬浮构件 20中开设第二安装孔位25以及在第二安装孔位25中安装第二磁性件26，进而简化第二悬浮构件20的结构，本实施例并不对第一悬浮构件10与第二悬浮构件20之间的具体吸引方式进行限制。

请参阅图6和图7，在本发明的另一实施例示出的气磁耦合悬浮装置100 中，将第一悬浮构件10设为轴结构，并将第二悬浮构件20活动嵌套在第一悬浮构件10的表面，第一悬浮构件10悬浮且锁定在第二悬浮构件20的内部空间中。

如图6和图7所示，第一悬浮构件10的两个端部分别安装有第一磁性件 11，第二悬浮构件20内侧与第一磁性件11相对的位置安装有第二磁性件26，第一磁性件11与第二磁性件26分别产生磁吸力使得第一悬浮构件10与第二悬浮构件20相互吸引。其中，第一磁性件11和第二磁性件26可以采用铁磁性物质，或者采用其它具有磁性的材料，本处不作限制。

进气口21设于第二悬浮构件20的外侧，并与设于第二悬浮构件20内部的环形气腔22连通，使高压气体通过进气口21输入气腔22中。第二悬浮构件20的内部还设有至少一个节流孔23，并且第二悬浮构件20的内侧表面上还设有至少一个环形的气室24，每个节流孔23分别与气腔22连通。气腔22 中的高压气体则分别经由每个节流孔23输出至与节流孔23连通的气室24，并在气室24与第一悬浮构件10表面所形成空间中产生排斥力。

第二磁性件26安装在第二悬浮构件20的端部位置，进气口21、气腔22、节流孔23和气室24设于第二悬浮构件20的端部之间的位置，因此第二悬浮构件20在端部位置与第一悬浮构件10相互吸引，而在端部之间的位置与第一悬浮构件10相互排斥，吸引力与排斥力之间相耦合，使得第一悬浮构件 10悬浮且锁定在第二悬浮构件20内的内部空间中，形成一轴关节。

需要说明的是，在其它的实施例中，第一磁性件11和第二磁性件26的安装位置，以及进气口21、气腔22、节流孔23和气室24的设置位置均可以根据实际需求进行适应性调整。

并且考虑到第一悬浮构件10设为轴结构时，第一悬浮构件10自身的重力可能影响第一悬浮构件10相对第二悬浮构件20的悬浮锁定效果，例如，当第一悬浮构件10自身的重力达到一定大小时，第一悬浮构件10和第二悬浮构件20之间的吸引力和排斥力无法耦合，导致第一悬浮构件10无法相对第二悬浮构件20悬浮。

基于此，本实施例在第一悬浮构件10的尾端设有第三磁性件12，并在第二悬浮构件20的尾端设有第四磁性件。第二悬浮构件20的尾端设有端盖，第四磁性件设于端盖内侧。需要说明的是，第一悬浮构件10的尾端是指其中一个端部，第二悬浮构件20的尾端与第一悬浮构件10的尾端相对。第三磁性件12和第四磁性件之间产生的磁吸力使得第一悬浮构件10克服自身重力，实现在第二悬浮构件20内部的空间中轴向固定。

第四磁性件具体可以包括第一环形磁性件13和第二环形磁性件14，其中第一环形磁性件13设于第二环形磁性件14的内侧，并且第一环形磁性件 13与第三磁性件12相互排斥，第二环形磁性件14与第三磁性件12相互吸引。第一悬浮构件10的尾端外侧与第二悬浮构件20的尾端相互吸引，第一悬浮构件10的尾端内侧与第二悬浮构件20的尾端相互排斥，二者作用力相耦合使得第一悬浮构件10在第二悬浮构件20内部的空间中轴向固定。

如图6所示，第三磁性件12靠近第四磁性件的一端的磁极为N极，第一环形磁性件13靠近第三磁性件12的一端为N极，从而与第三磁性件12 相斥，第二环形磁性件14靠近第三磁性件12的一段为S极，进而与第三环形磁性件相吸。

应当理解，第三磁性件12、第一环形磁性件13以及第二环形磁性件14 对应的磁极还可以是其它形式，只需保证实现第一环形磁性件13与第三磁性件12相互排斥，第二环形磁性件14与第三磁性件12相互吸引即可。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种气磁耦合悬浮装置，其特征在于，所述装置包括第一悬浮构件和第二悬浮构件，其中：

所述第一悬浮构件与所述第二悬浮构件相对设置，并与所述第二悬浮构件相互吸引；

所述第二悬浮构件上设有依次连通的进气口、气腔和出气口，所述气腔是设置于所述第二悬浮构件内部的一个容纳空间，所述进气口用于将高压气体输入所述气腔中，所述出气口用于输出所述气腔中的高压气体，并在所述出气口与所述第一悬浮构件之间产生排斥力，使所述第一悬浮构件相对所述第二悬浮构件悬浮；

其中，所述第一悬浮构件设为球形，且所述第二悬浮构件设为球碗形，所述第一悬浮构件与所述第二悬浮构件形成球铰接结构；

其中，所述进气口设于所述第二悬浮构件的外侧表面，所述出气口包括节流孔和气室，所述节流孔设为缝隙状且设于所述第二悬浮构件的内部，所述气室设于所述第二悬浮构件的内侧表面，并与所述第一悬浮构件的表面形成一空间，所述节流孔形成的空间小于所述气腔对应的容纳空间和所述气室与所述第一悬浮构件的表面所形成空间，所述气腔通过所述节流孔与所述气室相连通。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一悬浮构件上设有第一安装孔位，所述第一安装孔位用于安装第一磁性件，以使所述第一悬浮构件通过所述第一磁性件与所述第二悬浮构件相吸引。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二悬浮构件上设有第二安装孔位，所述第二安装孔位用于安装第二磁性件，以使所述第二悬浮构件通过所述第二磁性件与所述第一悬浮构件相吸引。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一悬浮构件为磁性材料，以吸引所述第二磁性件。

5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述第一悬浮构件为轴结构，所述第二悬浮构件活动嵌套在所述第一悬浮构件的表面。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述出气口包括至少一个节流孔，以及与所述至少一个节流孔连通的环形气室，至少一个环形气室设于所述第二悬浮构件的内侧表面。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一悬浮构件的尾端设有第三磁性件，且所述第二悬浮构件的尾端设有第四磁性件，所述第三磁性件与所述第四磁性件之间的磁力使所述第一悬浮构件轴向固定。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第四磁性件包括第一环形磁性件和第二环形磁性件，所述第一环形磁性件设于所述第二环形磁性件的内侧，所述第一环形磁性件与所述第三磁性件相斥，所述第二环形磁性件与所述第三磁性件相吸。

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