CN111817608A - 行星式磁悬浮装置 - Google Patents

Abstract

行星式磁悬浮装置，包括恒星基体和行星悬浮体。恒星基体具有罩壳和磁悬浮支持机构。磁悬浮支持机构至少部分位于恒星基体的罩壳内并且沿恒星基体的罩壳内表面附近的预设轨道是可动的。行星悬浮体与磁悬浮支持机构组成相应的磁悬浮系统，以在悬浮工作状态下相对磁悬浮支持机构始终悬浮在恒星基体的罩壳外侧的相应位置。本发明的行星式磁悬浮装置巧妙实现了行星悬浮体围绕恒星基体的所需公转，同时还可以实现恒星基体的罩壳沿所需预定角度的自转。该装置结构设计紧凑合理，其多重旋转效果令人全然耳目一新。

Description

行星式磁悬浮装置

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮装置。

背景技术

现有的磁悬浮装置，如发明人之前的专利CN100544183C和CN105790641B所公开，一般都包括固定基座和悬浮体，基座和悬浮体通过磁场交互作用形成悬浮体系。

发明人的PCT专利申请WO2016202187A1公开了一种移动式磁悬浮装置，其中基座在外壳中水平运动以带动悬浮体在外壳上方一侧作出相应的运动，或者使基座沿外壳内表面上设置的滑槽运动以使悬浮体在外壳内部作出相应运动，在此以参见方式引入其全部内容。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖的磁悬浮装置，其悬浮体能够像行星那样环绕基座运行。

根据本发明，提供了一种行星式磁悬浮装置，包括：

具有罩壳和磁悬浮支持机构的恒星基体，其中磁悬浮支持机构至少部分位于恒星基体的罩壳内并且沿恒星基体的罩壳内表面附近的预设轨道是可动的；以及

行星悬浮体，与磁悬浮支持机构组成相应的磁悬浮系统，以在悬浮工作状态下相对磁悬浮支持机构始终悬浮在恒星基体的罩壳外侧的相应位置。

根据本发明的一个具体实施例，行星悬浮体包含具有反向磁极的永磁铁，磁悬浮支持机构包括基本环形永磁铁、电磁线圈、磁性传感器以及控制器，磁悬浮支持机构的环形永磁铁与行星悬浮体的永磁铁形成基本平衡磁场，磁性传感器用于实时感测行星悬浮体的永磁铁相对磁悬浮支持机构的环形永磁铁的悬浮平衡位置偏移，控制器根据磁性传感器所感测的悬浮平衡位置偏移控制电磁线圈中流过相应的电流以将行星悬浮体的永磁铁返回其相对悬浮平衡位置。

根据本发明，磁悬浮支持机构优选枢接于恒星基体以围绕相应的枢轴线旋转，其旋转轨迹形成所述预设轨道(假想轨道)。

可替代地，所述预设轨道也可以为设置在恒星基体的罩壳的内表面上的相应环形轨道(实体轨道)。这种情况下，环形轨道优选可以是圆形、椭圆形等任何合适的闭环轨道。

根据本发明的另一个优选实施例，恒星基体还包括相对静止部分，恒星基体的罩壳枢接于所述相对静止部分以围绕相应的罩壳枢轴线旋转。此外，磁悬浮支持机构也可以枢接于所述相对静止部分以围绕相应的行星枢轴线旋转。

罩壳枢轴线可以与行星枢轴线重合，例如磁悬浮支持机构与罩壳均围绕同一直线固定轴可旋转地安装。这种情况下，恒星基体的罩壳可以构造成例如地球仪，行星悬浮体则可以构造成在外侧环绕地球仪赤道或纬线旋转的卫星。当然，该直线固定轴还可以设计成倾角是可调节的枢轴。

罩壳枢轴线也可以与行星枢轴线不重合(例如形成夹角或相互平行)，例如分别围绕不同的固定轴或同一曲轴的不同直线部分可旋转地安装。这种情况下，恒星基体的罩壳可以构造成例如地球仪，行星悬浮体则可以构造成在外侧环绕地球仪在设定平面中旋转的月球。

根据本发明的进一步优选实施例，恒星基体的相对静止部分上固定安装有第一电机，磁悬浮支持机构通过围绕行星枢轴线可旋转的旋转臂枢接于所述相对静止部分，旋转臂具有至少一个远心端，至少一个磁悬浮支持机构设置在旋转臂的所述至少一个远心端，第一电机通过减速传动系驱动旋转臂旋转。此外，恒星基体的相对静止部分上固定安装有第二电机，罩壳通过围绕罩壳枢轴线可旋转的旋转套筒枢接于所述相对静止部分，第二电机通过减速传动系驱动旋转套筒旋转。

在上述实施例中，旋转臂优选具有两个对称的远心端，分别通过相应的夹具或支座固定一个磁悬浮支持机构，从而增强装置的平衡性或平稳运行。这种情况下，旋转臂的两个对称远心端既可以同向对称设置(位于旋转平面同侧)也可以反向对称设置(位于旋转平面两侧)。旋转臂既可以是直臂也可以是曲臂。

根据本发明的进一步优选实施例，其中恒星基体的相对静止部分上还设置有滑电环装置，滑电环装置包括内定子导体和围绕内定子导体旋转并与内定子导体滑动接触的外滑环导体，其中外滑环导体与磁悬浮支持机构一体转动，内定子导体则固定在恒星基体的相对静止部分上并与外部电源的供电线相连。这种情况下，恒星基体的相对静止部分优选包含磁悬浮支持机构围绕其可旋转地安装的固定轴，固定轴可以为空心轴或设置有纵向凹槽，用于容纳供电线来至少为磁悬浮支持机构供电。

根据本发明的另一个优选实施例，其中磁悬浮支持机构还另外设置有无线发射供电线圈，行星悬浮体也另外设置有无线接收供电线圈和相应的用电器件，磁悬浮支持机构的无线发射供电线圈与行星悬浮体的无线接收供电线圈配合工作以为相应的用电器件供电。

根据本发明的行星式磁悬浮装置，恒星基体也可以沿设定轨道或沿预定路线运动，从而能够实现多重复合运动。

在本发明中，术语“恒星基体”与“行星悬浮体”是指后者能够像行星一样沿预设轨道例如环形轨道围绕前者运行且在运行过程中不与前者产生任何方式的实际接触；二者均可以是任何合适的构型例如球体或不规则轮廓体，并且均可以包含或设置有各种电子或机械器件或设计成玩具或展示模型等。术语“罩壳”构成恒星基体的至少部分外轮廓，并在相应区域具有一定厚度——小于行星悬浮体相对于磁悬浮支持机构的平衡或稳定悬浮距离。术语“磁铁”包括永磁体和电磁体。“反向磁极”是指该磁铁的N、S极位于方向相反的两侧且在同一直线上。“基本环形永磁铁”是指其所形成的磁场基本等效于单个相应的圆环形永磁铁所形成的磁场，既可以为单个永磁铁，也可以为多个永磁铁单体的相应组合。术语“枢接”是指以可枢转或可旋转方式的连接。术语“相对静止部分”是指恒星基体的固定安装部分或固定座结构，例如固定轴。

本领域技术人员应当理解，根据本发明不同实施例的磁悬浮装置可以互相引入彼此的特征或特征组合，除非明显不适用。

本发明的行星式磁悬浮装置巧妙实现了行星悬浮体围绕恒星基体(基座)的所需公转，同时还可以实现恒星基体的罩壳例如球壳沿所需预定角度的自转。该装置结构设计紧凑合理，其多重旋转效果令人全然耳目一新。

附图说明

图1-3为根据本发明的不同实施例的行星式磁悬浮装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，本领域技术人员应该理解，实施例和附图只是为了更好地理解本发明，并不用来做出任何限制。

图1示出了本发明的一种行星式磁悬浮装置，其包括恒星基体1和至少部分环绕其旋转的行星悬浮体5。

恒星基体1设置有固定轴或枢轴7。枢轴7上固定设置有固定盘或安装架8。旋转臂15通过轴承结构可旋转地安装在枢轴7上并与围绕枢轴7安装的大齿轮14固定连接在一起或形成一体。电机12安装在安装架8上，其驱动旋转轴上安装有小齿轮13。小齿轮13与大齿轮14相互啮合，从而构成电机12与旋转臂15之间的减速传动系。

旋转臂15一端设置有支座或夹具6。夹具6夹持或固定磁悬浮支持机构4。磁悬浮支持机构4与悬浮体5构造为例如组成这类磁斥型悬浮系统或体系：悬浮体5包含具有反向磁极的永磁铁例如柱形永磁铁(未具体示出)，磁悬浮支持机构4包括基本环形永磁铁、电磁线圈、磁性传感器以及控制器，环形永磁铁与悬浮体5的永磁铁能够形成基本平衡磁场，磁性传感器用于实时感测悬浮体5的永磁铁相对磁悬浮支持机构4的环形永磁铁的悬浮平衡位置偏移，控制器根据磁性传感器所感测的偏移控制电磁线圈中流过相应的电流以将悬浮体5的永磁铁返回其相对悬浮平衡位置。这种磁斥型悬浮体系的结构和工作原理已为本领域技术人员所熟知，亦可参见例如申请人之前的专利CN100544183C和CN105790641B，在此以参见方式引入其全部内容。

旋转臂15另一端也安装有对称的夹具6及固定在其上的磁悬浮支持机构17，以能够对称悬浮另一个悬浮体(未示出)。本领域技术人员可以理解，旋转臂15也可以不具有上述另一端(即形成独臂结构)，这样就可以省略一个夹具6及其磁悬浮支持机构17。或者，旋转臂15另一端的夹具6及其磁悬浮支持机构17也可以简单地被一个对重或平衡块所替换，从而仍然可以保证整个装置的平稳运行。

如图1所示，恒星基体1的枢轴7上还套设有大齿轮11。大齿轮11通过轴承结构可旋转地安装在枢轴7上。球形外壳3与大齿轮11固定连接在一起。电机9也安装在安装架8上，其驱动旋转轴上安装有小齿轮10。小齿轮10与大齿轮11相互啮合，从而构成电机9与球形外壳3之间的减速传动系。图示的球形外壳3已去除了一半，以显露其中的各个部件。

图1的恒星基体1的枢轴7上还设置有滑电环装置16。滑电环装置16具有均由导体制成的外滑环和内定子：外滑环与旋转臂15一体转动，内定子固定设置在枢轴7末端。枢轴7可以设置成空心轴或设置有纵向开槽的轴，这样可以在其中容纳供电线以给枢轴7末端上的内定子以及安装架8上的电机9和12供电。滑电环装置16的外滑环与夹具6上的磁悬浮支持机构4通过导线连接以为其供电。滑电环装置16避免了夹具6上的磁悬浮支持机构4旋转时的绞线现象。

图2是图1所示磁悬浮装置的一个变型，其中仅有旋转臂15形状有所改变，其它同图1所示实施例。如图2所示，旋转臂15两端向上弯折，使得夹具6所在旋转平面向上相应平移。当然，也可以使旋转臂15两端分别向不同方向弯折，例如一端向上弯折，另一端向上弯折，从而使夹具6所在旋转平面沿不同方向相应平移。

图3是图1所示磁悬浮装置的另一个变型，其中仅有枢轴7形状有所改变，即从图1的直线轴变为曲轴，其它同图1所示实施例。如同3所示，枢轴7为曲轴，其中球形外壳3围绕其所旋转的下部曲轴段与旋转臂15围绕其所旋转的上部曲轴段相互不平行或形成夹角，这样，悬浮体5的公转轴与球形外壳3的自转轴就相应形成夹角。在图3中，电机9也可以通过其它固定盘或安装架相对枢轴7固定设置，即无需固定在安装架8上。

图1-3所示实施例中，旋转臂15还可以有三个或更多个安装有夹具6的末端，或者旋转臂15本身也可以是多个旋转方式相同或不同的旋转臂。这样，围绕恒星基体1或其球形外壳3就可以悬浮有多个行星悬浮体5。

图3所示实施例中，球形外壳3可以构造为太阳模型，悬浮体5则可以构造为行星模型，或者球形外壳3可以构造为地球模型或地球仪而将悬浮体5构造为卫星或月亮模型。这样，悬浮体5可以沿其预定轨道围绕球形外壳3转动，而球形外壳3则可以围绕其预定旋转轴线自转。另外，也可以将恒星基体1整体置于一个设定滑动轨道或转动轨道上实现相应运动。例如球形外壳3构造为地球仪，基体1则置于围绕中央太阳模型(发光球体)的椭圆运动轨道上并相应运动，悬浮体5作为月亮模型围绕球形外壳3公转的同时球形外壳3也自转，从而完美模拟太阳、地球和月亮这三者的相对运动关系。

最后，虽然没有具体示出，本发明的磁悬浮支持机构4还可以另外设置有无线发射供电线圈，悬浮体5也可以另外设置有无线接收供电线圈和相应的用电器件例如灯泡，无线发射供电线圈与无线接收供电线圈配合以为悬浮体5的用电器件供电。这种无线供电技术为本领域技术人员所已知，在此不再详细描述其结构和工作原理。

本领域技术人员应当理解，上述实施方式仅起解释本发明的作用，而不应当理解为对其作出的任何限制。

Claims (12)

1.一种行星式磁悬浮装置，包括：

具有罩壳和磁悬浮支持机构的恒星基体，其中磁悬浮支持机构至少部分位于恒星基体的罩壳内并且沿恒星基体的罩壳内表面附近的预设轨道是可动的；以及

行星悬浮体，与磁悬浮支持机构组成相应的磁悬浮系统，以在悬浮工作状态下相对磁悬浮支持机构始终悬浮在恒星基体的罩壳外侧的相应位置。

2.根据权利要求1所述的行星式磁悬浮装置，其中行星悬浮体包含具有反向磁极的永磁铁，磁悬浮支持机构包括基本环形永磁铁、电磁线圈、磁性传感器以及控制器，磁悬浮支持机构的环形永磁铁与行星悬浮体的永磁铁形成基本平衡磁场，磁性传感器用于实时感测行星悬浮体的永磁铁相对磁悬浮支持机构的环形永磁铁的悬浮平衡位置偏移，控制器根据磁性传感器所感测的悬浮平衡位置偏移控制电磁线圈中流过相应的电流以将行星悬浮体的永磁铁返回其相对悬浮平衡位置。

3.根据权利要求1所述的行星式磁悬浮装置，其中磁悬浮支持机构枢接于恒星基体以围绕相应的枢轴线旋转，其旋转轨迹形成所述预设轨道。

4.根据权利要求1所述的行星式磁悬浮装置，所述预设轨道为设置在恒星基体的罩壳的内表面上的相应环形轨道。

5.根据权利要求1所述的行星式磁悬浮装置，其中恒星基体还包括相对静止部分，恒星基体的罩壳枢接于所述相对静止部分以围绕相应的罩壳枢轴线旋转。

6.根据权利要求5所述的行星式磁悬浮装置，其中磁悬浮支持机构也枢接于所述相对静止部分以围绕相应的行星枢轴线旋转。

7.根据权利要求6所述的行星式磁悬浮装置，其中罩壳枢轴线与行星枢轴线重合。

8.根据权利要求6所述的行星式磁悬浮装置，其中罩壳枢轴线与行星枢轴线不重合。

9.根据权利要求6所述的行星式磁悬浮装置，其中恒星基体的相对静止部分上固定安装有第一电机，磁悬浮支持机构通过围绕行星枢轴线可旋转的旋转臂枢接于所述相对静止部分，旋转臂具有至少一个远心端，至少一个磁悬浮支持机构设置在旋转臂的所述至少一个远心端，第一电机通过减速传动系驱动旋转臂旋转。

10.根据权利要求9所述的行星式磁悬浮装置，其中恒星基体的相对静止部分上固定安装有第二电机，罩壳通过围绕罩壳枢轴线可旋转的旋转套筒枢接于所述相对静止部分，第二电机通过减速传动系驱动旋转套筒旋转。

11.根据权利要求6所述的行星式磁悬浮装置，其中恒星基体的相对静止部分上还设置有滑电环装置，滑电环装置包括内定子导体和围绕内定子导体旋转并与内定子导体滑动接触的外滑环导体，其中外滑环导体与磁悬浮支持机构一体转动，内定子导体则固定在恒星基体的相对静止部分上并与外部电源的供电线相连。

12.根据权利要求1所述的行星式磁悬浮装置，其中磁悬浮支持机构还设置有无线发射供电线圈，行星悬浮体也设置有无线接收供电线圈和相应的用电器件，磁悬浮支持机构的无线发射供电线圈与行星悬浮体的无线接收供电线圈配合工作以为相应的用电器件供电。

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