CN111855241B - 电动悬浮转台系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁悬浮技术领域，公开了一种电动悬浮转台系统。该系统包括支架、位移检测装置、压力检测装置、中心约束杆、中心支撑杆、悬浮磁体、感应部件、旋转电机和旋转基座，位移检测装置和压力检测装置设置在支架的横梁上用于检测悬浮磁体的竖向位移和悬浮力，中心约束杆上端与压力检测装置连接，下端延伸至旋转基座的圆周壁围绕的空间内且与中心支撑杆中间位置连接，中心支撑杆两端设置有悬浮磁体，通过中心约束杆约束悬浮磁体圆周方向上的旋转运动，感应部件设置在旋转基座的圆周壁内表面或嵌入圆周壁，旋转基座与旋转电机的旋转轴连接并在旋转电机的驱动下旋转进而带动感应部件旋转产生悬浮力。由此，可实现对电动悬浮系统的设计方法的验证。

Description

电动悬浮转台系统

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种电动悬浮转台系统。

背景技术

电动悬浮是一种被动自稳定的磁悬浮方式，悬浮体达到一定速度时自动起浮，无需依靠复杂的电力电子控制器件即可实现稳定工作，更适合高速应用领域。电动悬浮高速应用代表有：日本山梨线超导电动悬浮列车，其保持着轨道交通速度的世界纪录603km/h；美国Holloman超高速电动悬浮火箭橇，最高推进速度达1000km/h以上；美国Magplane永磁电动悬浮列车等等。

对于电动悬浮系统而言，一旦设计完成，系统参数(例如，悬浮刚度、导向刚度、固有频率、阻尼特性等)即完成固化。高速应用下的电动悬浮系统，必须具备实现悬浮体的悬浮、导向、抑制外力和外力矩扰动等功能。因此，需要对设计方法进行试验验证，但现有技术中尚没有相应的实验平台能够对此进行验证。

发明内容

本发明提供了一种电动悬浮转台系统，能够解决上述现有技术中无法对电动悬浮系统的设计方法进行验证的技术问题。

本发明提供了一种电动悬浮转台系统，其中，该系统包括支架、位移检测装置、压力检测装置、中心约束杆、中心支撑杆、悬浮磁体、感应部件、旋转电机和旋转基座，其中，

所述位移检测装置和所述压力检测装置设置在所述支架的横梁上分别用于检测所述悬浮磁体的竖向位移和悬浮力，所述中心约束杆上端与所述压力检测装置连接，下端延伸至所述旋转基座的圆周壁围绕的空间内且与所述中心支撑杆中间位置连接，所述中心支撑杆两端设置有所述悬浮磁体，通过所述中心约束杆约束所述悬浮磁体圆周方向上的旋转运动，所述感应部件设置在所述旋转基座的圆周壁内表面或嵌入所述圆周壁，所述旋转基座与所述旋转电机的旋转轴连接并在所述旋转电机的驱动下旋转进而带动所述感应部件旋转产生悬浮力。

优选地，所述中心支撑杆的中间位置设置有竖向开口，所述中心约束杆的下端插入所述开口并通过定位组件与所述中心支撑杆可拆卸连接，通过改变所述中心约束杆的下端在所述开口中的插入长度调整所述悬浮磁体的悬浮高度。

优选地，所述中心约束杆的下端上设置有多个定位销孔，所述开口侧壁上设置有与定位销孔对应的通孔，所述定位组件为与所述定位销孔配合的定位销，所述定位销穿过所述通孔插入对应定位销孔固定所述中心约束杆和所述中心支撑杆，通过所述定位销和多个定位销孔调整所述悬浮磁体的悬浮高度。

优选地，该系统还包括限位卡座和连接件，所述连接件一端与所述支架的横梁连接，另一端与所述限位卡座连接以使所述限位卡座位于所述旋转基座的圆周壁围绕的空间内，所述限位卡座用于在定位销孔没有插入定位销的情况下竖向支撑所述悬浮磁体并限制所述悬浮磁体旋转运动。

优选地，所述中心约束杆为方杆，所述开口为方形开口，所述中心支撑杆为径向可伸缩杆。

优选地，所述感应部件为感应板或所述8字线圈。

优选地，所述8字线圈为铝或铜绕制的零磁通线圈。

优选地，所述感应板的材料为金属。

优选地，所述悬浮磁体为以下中任一者：超导线圈、超导块材、永磁体、Halbach永磁阵列和电磁铁。

优选地，所述位移检测装置为激光位移传感器，所述压力检测装置为压力传感器。

通过上述技术方案，可以设置位移检测装置和压力检测装置对处于旋转基座的圆周壁围绕的空间内的中心支撑杆上的悬浮磁体的竖向位移和悬浮力进行检测，利用与中心支撑杆连接的中心约束杆约束所述悬浮磁体圆周方向上的旋转运动，通过旋转电机带动旋转基座上的感应部件旋转与悬浮磁体相互作用产生悬浮力。由此，可用于例如超导电动悬浮和永磁电动悬浮实验，实现对电动悬浮系统的设计方法的验证。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的一种电动悬浮转台系统的二维示意图；

图2示出了根据本发明实施例的一种电动悬浮转台系统的俯视图；

图3示出了根据本发明实施例的一种限位卡座侧视图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出了根据本发明实施例的一种电动悬浮转台系统的二维示意图。

图2示出了根据本发明实施例的一种电动悬浮转台系统的俯视图。

如图1-2所示，本发明实施例提供了一种电动悬浮转台系统，其中，该系统包括支架1、位移检测装置2、压力检测装置3、中心约束杆4、中心支撑杆5、悬浮磁体7、感应部件、旋转电机10和旋转基座11，其中，

所述位移检测装置2和所述压力检测装置3设置在所述支架1的横梁上分别用于检测所述悬浮磁体7的竖向位移和悬浮力，所述中心约束杆(竖杆)4上端与所述压力检测装置3连接，下端延伸至所述旋转基座11的圆周壁围绕的空间内且与所述中心支撑杆(横杆)5中间位置连接，所述中心支撑杆5两端设置有所述悬浮磁体7(即，悬浮磁体7位于旋转基座11的圆周壁围绕的空间内且在中心支撑杆5上对称设置，实现径向力平衡)，通过所述中心约束杆4约束所述悬浮磁体7圆周方向上的旋转运动，所述感应部件设置在所述旋转基座11的圆周壁内表面或嵌入所述圆周壁，所述旋转基座11与所述旋转电机10的旋转轴连接并在所述旋转电机10的驱动下旋转进而带动所述感应部件旋转产生悬浮力(也就是，感应部件与悬浮磁体相互作用产生悬浮力)。

举例来讲，压力检测装置3可以设置在所述支架1的横梁(例如，横梁的中间位置)上并对应于下方连接有旋转电机10的旋转基座11的中心位置，依次连接竖杆和两端设置有悬浮磁体7的横杆使得悬浮磁体7对称置于所述旋转基座11的圆周壁围绕的空间内且与圆周壁相距预定距离，旋转基座11在旋转电机10的驱动下带动感应部件旋转从而与悬浮磁体相互作用产生悬浮力，由此可以通过压力检测装置3对悬浮力进行检测，两个位移检测装置2可以分别设置在压力检测装置3两侧并与下方的悬浮磁体位置相对应以在产生悬浮力后对各个悬浮磁体的竖向位移进行检测。

通过上述技术方案，可以设置位移检测装置和压力检测装置对处于旋转基座的圆周壁围绕的空间内的中心支撑杆上的悬浮磁体的竖向位移和悬浮力进行检测，利用与中心支撑杆连接的中心约束杆约束所述悬浮磁体圆周方向上的旋转运动，通过旋转电机带动旋转基座上的感应部件旋转与悬浮磁体相互作用产生悬浮力。由此，可用于例如超导电动悬浮和永磁电动悬浮实验，实现对电动悬浮系统的设计方法的验证。

其中，通过支架1对相应部件(例如，检测装置)进行固定支撑。虽然图1中示出的支架为一个横梁加两个支柱的形式，但本发明不限于此，只要是能够实现对对应部件的支撑固定的支架，均可以在本发明中应用。

根据本发明一种实施例，所述中心支撑杆5的中间位置设置有竖向开口(例如，上下贯通的开口)，所述中心约束杆4的下端插入所述开口并通过定位组件与所述中心支撑杆5可拆卸连接，通过改变所述中心约束杆4的下端在所述开口中的插入长度调整所述悬浮磁体7的悬浮高度。

也就是，可以将中心约束杆插入中心支撑杆的中间开口并利用定位件进行定位来实现中心支撑杆和中心约束杆的连接，通过拆卸定位组件可以实现中心支撑杆和中心约束杆的去连接。在未安装定位组件或拆卸了定位组件的情况下，中心约束杆在开口中的插入长度可以改变，由此可以实现不同悬浮高度悬浮力的测量。

根据本发明一种实施例，所述中心约束杆4的下端上设置有多个定位销孔(即，在中心约束杆4的下端)，所述开口侧壁上设置有与定位销孔对应的通孔，所述定位组件为与所述定位销孔配合的定位销，所述定位销穿过所述通孔插入对应定位销孔固定所述中心约束杆4和所述中心支撑杆5，通过所述定位销和多个定位销孔调整所述悬浮磁体7的悬浮高度。

其中，所述中心约束杆4上设置的多个定位销孔可以为等间隔设置，也可以为非等间隔设置。具体采用何种设置方式，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，本发明不对此进行限定。

举例来讲，当定位销插入时，悬浮磁体有竖向约束，此时可测量悬浮力，实现电动悬浮数据测量作用，且插入不同定位销孔可实现不同悬浮高度悬浮力的测量。

根据本发明一种实施例，该系统还可以包括限位卡座6和连接件12，所述连接件12一端与所述支架1的横梁连接，另一端与所述限位卡座6连接以使所述限位卡座6位于所述旋转基座11的圆周壁围绕的空间内，所述限位卡座6用于在定位销孔没有插入定位销的情况下竖向支撑所述悬浮磁体7并限制所述悬浮磁体7旋转运动。

也就是，每个悬浮磁体对应设置一个用于对其进行支撑的限位卡座，每个限位卡座通过对应的连接件连接至支架的横梁。在本发明一个实施例中，如图1所示，可以包含两个限位卡座和两个连接件。

由此，当定位销不插入时，悬浮磁体无竖向约束，通过设置限位卡座可以对悬浮磁体提供向上的支撑，从而可以在产生悬浮力的情况下用于实现电动悬浮演示(即，本发明上述的电动悬浮转台系统可以作为电动悬浮原理的展示平台)。

限位卡座的一种实施例可以如图3所示，其中图3示出了根据本发明实施例的一种限位卡座侧视图。

根据本发明一种实施例，所述中心约束杆4为方杆，所述开口为方形开口，所述中心支撑杆5为径向可伸缩杆。

其中，方形结构与横杆配合可以进一步约束悬浮磁体圆周方向上的旋转运动。通过设置径向可拉伸的横杆，可以调节电磁气隙。

本领域技术人员应当理解，虽然上述描述的中心约束杆为方杆，开口为方形开口，但本发明不限于此。二者的形状例如也可以为其他能够限制横杆旋转的多边形，只要二者对应配合即可。

根据本发明一种实施例，所述感应部件为感应板8或所述8字线圈9。

根据本发明一种实施例，所述8字线圈9为铝或铜绕制的零磁通线圈。

虽然图1和2中同时示出了感应板8和所述8字线圈9，但其仅仅是为了表明旋转基座的圆周壁的两个位置均可以用于设置感应部件，实际运用的过程中为择一设置(要么设置感应板8，要么设置8字线圈9)。

举例来讲，可以以以下任意一种方式设置感应部件：

在所述旋转基座11的圆周壁内表面上设置感应板8；

嵌入所述圆周壁设置感应板8；

在所述旋转基座11的圆周壁内表面上设置8字线圈9；和

嵌入所述圆周壁设置8字线圈9。

根据本发明一种实施例，所述感应板8的材料为金属。

举例来讲，所述感应板8的材料可以为铜、铝、不锈钢或混合金属等。

根据本发明一种实施例，所述悬浮磁体7为以下中任一者：超导线圈、超导块材、永磁体、Halbach永磁阵列和电磁铁。

所述悬浮磁体7可以提供稳恒磁场。

其中，悬浮磁体、感应板和8字线圈均为可拆卸结构，通过不同组合，悬浮转台系统例如可分别实现“超导+8字线圈”、“超导+感应板”、“永磁+8字线圈”、“永磁+感应板”“电磁+8字线圈”、“电磁+感应板”六类电动悬浮系统的模拟，具有通用化和模块化的特点。

根据本发明一种实施例，所述位移检测装置2为激光位移传感器，所述压力检测装置3为压力传感器。

从上述实施例可以看出，本发明所述的电动悬浮转台系统具有以下作用：通过实验测试可以建立永磁/超导电动悬浮基本特征数据库，明确电动悬浮系统特性和系统参量之间的相互关系；通过实验测试探明超导电动悬浮系统振动特性与超导材料之间的关系，建立超导材料选用依据；为永磁/超导电动悬浮系统的电磁和解析计算方法提供数据参考，修正电磁和解析模型，提高计算精度；利用被此转台系统验证的电磁或解析方法预测高速下悬浮体的振动特性，为高速下改善振动特性的方法提供设计输入。电动悬浮转台系统也可作为电动悬浮原理的展示平台。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电动悬浮转台系统，其特征在于，该系统包括支架（1）、位移检测装置（2）、压力检测装置（3）、中心约束杆（4）、中心支撑杆（5）、悬浮磁体（7）、感应部件、旋转电机（10）和旋转基座（11），其中，

所述位移检测装置（2）和所述压力检测装置（3）设置在所述支架（1）的横梁上分别用于检测所述悬浮磁体（7）的竖向位移和悬浮力，所述中心约束杆（4）上端与所述压力检测装置（3）连接，下端延伸至所述旋转基座（11）的圆周壁围绕的空间内且与所述中心支撑杆（5）中间位置连接，所述中心支撑杆（5）两端设置有所述悬浮磁体（7），通过所述中心约束杆（4）约束所述悬浮磁体（7）圆周方向上的旋转运动，所述感应部件设置在所述旋转基座（11）的圆周壁内表面或嵌入所述圆周壁，所述旋转基座（11）与所述旋转电机（10）的旋转轴连接并在所述旋转电机（10）的驱动下旋转进而带动所述感应部件旋转产生悬浮力，所述感应部件为感应板（8）或8字线圈（9），所述8字线圈（9）为铝或铜绕制的零磁通线圈，所述感应板（8）的材料为铜、铝、不锈钢或混合金属。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中心支撑杆（5）的中间位置设置有竖向开口，所述中心约束杆（4）的下端插入所述开口并通过定位组件与所述中心支撑杆（5）可拆卸连接，通过改变所述中心约束杆（4）的下端在所述开口中的插入长度调整所述悬浮磁体（7）的悬浮高度。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述中心约束杆（4）的下端上设置有多个定位销孔，所述开口侧壁上设置有与定位销孔对应的通孔，所述定位组件为与所述定位销孔配合的定位销，所述定位销穿过所述通孔插入对应定位销孔固定所述中心约束杆（4）和所述中心支撑杆（5），通过所述定位销和多个定位销孔调整所述悬浮磁体（7）的悬浮高度。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，该系统还包括限位卡座（6）和连接件（12），所述连接件（12）一端与所述支架（1）的横梁连接，另一端与所述限位卡座（6）连接以使所述限位卡座（6）位于所述旋转基座（11）的圆周壁围绕的空间内，所述限位卡座（6）用于在定位销孔没有插入定位销的情况下竖向支撑所述悬浮磁体（7）并限制所述悬浮磁体（7）旋转运动。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述中心约束杆（4）为方杆，所述开口为方形开口，所述中心支撑杆（5）为径向可伸缩杆。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，所述悬浮磁体（7）为以下中任一者：超导线圈、超导块材、永磁体、Halbach永磁阵列和电磁铁。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，所述位移检测装置（2）为激光位移传感器，所述压力检测装置（3）为压力传感器。

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