CN111884544A - 磁斥式磁悬浮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁斥式磁悬浮装置，包括用于提供第一磁力的类环形供磁组件，还包括用于提供第二磁力的悬浮体，以及包括用于提供所述悬浮体在水平方向上的平衡力的平衡供磁组件，所述类环形供磁组件的轴线上形成有用于所述悬浮体悬浮的悬浮区域，所述类环形供磁组件可通过改变自身的等效直径来调节悬浮区域的位置，从而调整所述悬浮体的悬浮位置。本发明提供了一种结构简单、生产成本低且有利于产品小型化生产的磁斥式磁悬浮装置。

Description

磁斥式磁悬浮装置

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，具体地涉及一种磁斥式磁悬浮装置。

背景技术

磁悬浮技术是指利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术，根据磁悬浮磁力作用的方向不同，磁悬浮技术又分为磁吸式磁悬浮和磁斥式磁悬浮。磁悬浮技术的诞生与发展源于人类对交通出行速度的追求，随着磁悬浮技术在交通运输领域的应用日渐成熟，也随着我国科学技术的快速发展，目前磁悬浮技术应用领域越来越广，在日常生活中也可利用磁悬浮原理对一些物体实现无接触悬浮或移动。

但是目前大部分的磁悬浮装置仅仅能够实现物体在悬浮底座上方固定高度的悬浮，无法驱动物体在工作过程中动态改变悬浮高度，某些产品通过在磁悬浮装置下方安装移动装置，通过移动装置带动磁悬浮装置进行移动，从而带动磁悬浮装置悬浮起来的悬浮体进行移动，但是移动装置本身体积较大一方面会增加产品的整体体积，另一方面会增加产品的生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、生产成本低且有利于产品小型化生产的磁斥式磁悬浮装置。

本发明公开的一种磁斥式磁悬浮装置的技术方案是:

一种磁斥式磁悬浮装置，包括用于提供第一磁力的类环形供磁组件，还包括用于提供第二磁力的悬浮体，以及包括用于提供所述悬浮体在水平方向上的平衡力的平衡供磁组件。

所述类环形供磁组件的轴线上形成有用于所述悬浮体悬浮的悬浮区域，所述类环形供磁组件可通过改变自身的等效直径来调节悬浮区域的位置，从而调整所述悬浮体的悬浮位置。

作为优选方案，所述类环形供磁组件包括有永磁铁和/或电磁铁，所述类环形供磁组件包含的多个永磁铁和/或电磁铁呈内外环形分布或上下环形分布。

作为优选方案，还包括有活动组件，所述活动组件用于驱动所述类环形供磁组件做向内收缩或向外扩散动作，从而改变类环形供磁组件的等效直径。

作为优选方案，所述活动组件包括第一活动件、第二活动件，所述第一活动件和所述第二活动件之间可进行相对转动，所述第一活动件和第二活动件之间的相对转动可带动所述类环形供磁组件做向内收缩或向外扩散动作。

作为优选方案，所述活动组件还包括有第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述第一活动件和第二活动件进行相对转动。

作为优选方案，所述第二活动件包括收纳盒，所述收纳盒内置所述第一活动件，所述第一活动件在所述收纳盒内可转动。

作为优选方案，所述收纳盒上安装有第二驱动装置，所述第二驱动装置用于驱动所述第一活动件进行转动，从而带动所述类环形供磁组件做向内收缩或向外扩散动作。

作为优选方案，所述收纳盒包括上壳，所述收纳盒还包括通过可拆卸结构与所述上壳进行固定安装的下壳，所述第一活动件安装在所述上壳和下壳之间并可进行转动。

作为优选方案，所述活动组件还包括有移动件，所述移动件上安装有所述类环形供磁组件，所述移动件受驱动进行位移，从而带动所述类环形供磁组件作向内收缩或向外扩散动作。

作为优选方案，所述平衡供磁组件包括至少一个安装在所述悬浮体下方的电磁铁，所述平衡供磁组件的电磁铁受控制组件控制，所述控制组件接收传感器组件反馈的信息来控制所述平衡供磁组件的电磁铁。

本发明提供的磁斥式磁悬浮装置包括类环形供磁组件、平衡供磁组件和悬浮体，在悬浮区域内，悬浮体产生的第二磁力和自身的重力与类环形供磁组件产生的第一磁力相互抵消，悬浮体处于悬浮平衡状态。当类环形供磁组件的等效直径改变后，类环形供磁组件周围磁场的分布状态发生变化，从而引起悬浮区域的位置发生变化，悬浮体的悬浮平衡状态被打破，直至悬浮体移动至新的悬浮区域，悬浮体重新处于悬浮平衡状态。本发明通过类环形供磁组件等效直径的变化调整悬浮区域的位置，实现了悬浮体的位置调节，从而实现了悬浮体的高度调节，相较于增加移动装置移动整个类环形供磁组件，不仅简化了产品结构、较小了体积，还有利于产品小型化、薄型化生产，节省了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明的磁斥式磁悬浮装置的磁场分布状态的示意图。

图2是本发明的实施例一的磁斥式磁悬浮装置的结构示意图。

图3是本发明的实施例二的磁斥式磁悬浮装置的结构示意图。

图4是本发明的实施例三的磁斥式磁悬浮装置的结构示意图。

图5是本发明的实施例三的磁斥式磁悬浮装置的截面结构示意图。

图6是本发明的实施例三的磁斥式磁悬浮装置的截面结构示意图。

图7是本发明的实施例三的磁斥式磁悬浮装置的截面结构示意图。

图8是本发明的实施例四的磁斥式磁悬浮装置的结构示意图。

图9是本发明的实施例四的磁斥式磁悬浮装置的截面结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

请参考图1、2，图1是本发明的磁斥式磁悬浮装置的磁场分布状态的示意图，图2是本发明的实施例一的磁斥式磁悬浮装置的结构示意图。

本申请实施例一提供了一种磁斥式磁悬浮装置，其包括用于提供第一磁力的类环形供磁组件10，还包括用于提供第二磁力的悬浮体20，以及包括用于提供所述悬浮体20在水平方向上的平衡力的平衡供磁组件30。

所述类环形供磁组件10上方形成有用于所述悬浮体20悬浮的悬浮区域，所述类环形供磁组件10可通过改变等效直径调节磁场分布状态从而调节悬浮区域的位置，进而调整所述悬浮体20的悬浮位置。

在本实施例中，本发明提供的磁斥式磁悬浮装置包括类环形供磁组件、平衡供磁组件和悬浮体，在悬浮区域内，悬浮体产生的第二磁力和自身的重力与类环形供磁组件产生的第一磁力相互抵消，悬浮体处于悬浮平衡状态。当类环形供磁组件的等效直径改变后，类环形供磁组件周围磁场的分布状态发生变化，从而引起悬浮区域的位置发生变化，悬浮体的悬浮平衡状态被打破，直至悬浮体移动至新的悬浮区域，悬浮体重新处于悬浮平衡状态。本发明通过类环形供磁组件等效直径的变化调整悬浮区域的位置，实现了悬浮体的位置调节，从而实现了悬浮体的高度调节，相较于增加移动装置移动整个类环形供磁组件，不仅简化了产品结构、较小了体积，还有利于产品小型化、薄型化生产，节省了生产成本。

进一步地，所述平衡供磁组件30包括至少一个安装在所述悬浮体20下方的电磁铁，所述平衡供磁组件30的电磁铁受控制组件控制，所述控制组件接收传感器组件反馈的信息来控制所述平衡供磁组件30的电磁铁。

可理解地,本发明提供的磁斥式磁悬浮装置，所述控制组件用于接收所述传感器组件反馈的信息，所述控制组件用于控制电磁铁的通电或断电，所述控制组件还用于控制本装置的如驱动装置等其他组件或装置。传感器组件包括至少一个磁敏传感器，磁敏传感器用于检测装置中磁场的信息，并反馈给控制组件，由控制组件根据反馈信息发送控制信号给平衡供磁组件，使得平衡供磁组件配合类环形供磁组件对悬浮体的悬浮平衡进行稳定。

实施例二

请参考1、3，图1是本发明的磁斥式磁悬浮装置的磁场分布状态的示意图，图3是本发明的实施例二的磁斥式磁悬浮装置的结构示意图。

本申请实施例二提供的一种磁斥式磁悬浮装置，在实施例一的基础上，本实施例的磁斥式磁悬浮装置的类环形供磁组件10包括有永磁铁和/或电磁铁，所述类环形供磁组件10包含的多个永磁铁和/或电磁铁呈内外环形分布或上下环形分布。

在本实施例中，当类环形供磁组件10包含有内圈部分和外圈部分，且全部由电磁铁构成时：

(1)对类环形供磁组件10内圈的电磁铁或外圈的电磁铁，选择其中一个部分进行持续供电产生磁场，另一个部分未供电未产生磁场，此时供电的部分产生的磁场用于悬浮体20的悬浮。

当需要调整悬浮体20位置时，对开始未供电的另一个部分进行供电，使其产生磁场，此时的磁场为内圈电磁铁的磁场和外圈电磁铁的磁场的叠加。内圈和外圈的磁场叠加，改变了类环形供磁组件10周围磁场的磁场强度，同时也改变了类环形供磁组件10的等效直径，从而改变了悬浮区域。此时用于悬浮体20悬浮的磁场为内圈电磁铁的磁场和外圈电磁铁的磁场叠加之后的磁场。

(2)对类环形供磁组件10内圈的电磁铁和外圈的电磁铁同时进行供电，并产生磁场，此时类环形供磁组件10内圈的电磁铁和外圈的电磁铁共同形成的磁场用于悬浮体20的悬浮：

当需要调整悬浮体20位置时，保持类环形供磁组件10内圈的电磁铁和外圈的电磁铁中的其中一个部分继续供电，另一部分停止供电，改变了类环形供磁组件10周围磁场的磁场强度的同时，改变了类环形供磁组件10的等效直径，从而改变了悬浮区域。此时，继续供电的部分产生的磁场用于悬浮体20的悬浮。

在本实施例中，当类环形供磁组件10的内圈部分和外圈部分中的其中一个部分由永磁铁组成，另一个部分由电磁铁组成时：

由永磁铁组成的部分产生的磁场用于悬浮体20的悬浮，形成悬浮体20悬浮的初始位置，由电磁铁组成的另一个部分通过通电和断电，在改变了磁场强度的同时，改变类环形供磁组件10的等效直径，从而改变悬浮区域，使得悬浮体20从初始位置移动。

可理解地，在本实施例中，类环形供磁组件10的内圈部分和外圈部分也可由永磁铁和电磁铁混合组成，同理由永磁铁组成部分提供的磁场用于悬浮体20初始位置的悬浮，通过电磁铁部分的通电断电或调整电流强度来调整位置。

另外，根据现有技术可知，悬浮区域和类环形供磁组件中心轴中心点之间的距离与类环形供磁组件的等效直径成非线性正比关系，即：等效直径越大悬浮区域越远；在不同等效直径下，单位等效直径变化与其引起的间距变化不成正比。因此，在本实施例中，当类环形供磁组件的内圈部分由电磁铁组成的情况下，内圈部分的电磁铁通电既增大了磁场强度又缩小了整体等效直径，升高了悬浮区域。

实施例三

请参考图4至7，图4是本发明的实施例三的磁斥式磁悬浮装置的结构示意图，图5至图7均是本发明的实施例三的磁斥式磁悬浮装置的截面结构示意图。

本申请实施例三提供了一种磁斥式磁悬浮装置，在实施例二的基础上，本实施例的磁斥式磁悬浮装置还包括有活动组件40，所述活动组件40用于驱动所述类环形供磁组件10做向内收缩或向外扩散动作，从而改变类环形供磁组件10的等效直径。

可理解地，所述活动组件40包括但不限于伸缩装置、转动装置、滑动装置。此外，结合实施例二，活动组件40还可仅仅是提供安装类环形供磁组件10的平台，利用磁体之间相互吸引或排斥的特征，实现类环形供磁组件10的等效直径的改变。

进一步地，所述活动组件40包括第一活动件、第二活动件，所述第一活动件和所述第二活动件之间可进行相对转动，所述第一活动件和第二活动件之间的相对转动可带动所述类环形供磁组件10做向内收缩或向外扩散动作。

进一步地，所述活动组件40还包括有第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述第一活动件和第二活动件进行相对转动。

可理解地，本发明的驱动装置包括但不限于人力驱动、电力驱动、液压驱动或气动。

在本实施例中，类环形供磁组件10受活动组件40驱动进行移动，可以实现类环形供磁组件10包含的多个电磁铁和/或永磁铁保持同步移动，更有利于精准控制悬浮体20的悬浮。另外，可实现类环形供磁组件10不同分布状态的调整。

需要说明的是，在类环形供磁组件的永磁铁和/或电磁铁呈内外环形分布的情况下，活动组件通过移动类环形供磁组件的永磁铁和/或电磁铁，改变类环形供磁组件的等效直径，调整类环形供磁组件周围的磁场分布状态，从而达到调整悬浮位置的目的；在类环形供磁组件的永磁铁和/或电磁铁结合上下环形分布、内外环形分布的情况下，类环形供磁组件和活动组件配合可实现多种调整方式，实现方式多样化。

实施例四

请参考图8、9，图8是本发明的实施例四的磁斥式磁悬浮装置的结构示意图，图9是本发明的实施例四的磁斥式磁悬浮装置的截面结构示意图。

本申请实施例四提供了一种磁斥式磁悬浮装置，在实施例二的基础上，本实施例的磁斥式磁悬浮装置还包括有活动组件40，所述活动组件40用于驱动所述类环形供磁组件10做向内收缩或向外扩散动作，从而改变类环形供磁组件10的等效直径。

可理解地，所述活动组件40包括但不限于伸缩装置、转动装置、滑动装置。此外，结合实施例二，活动组件40还可仅仅是提供安装类环形供磁组件10的平台，利用磁体之间相互吸引或排斥的特征，实现类环形供磁组件10的等效直径的改变。

进一步地，所述活动组件40包括第一活动件、第二活动件，所述第一活动件和所述第二活动件之间可进行相对转动，所述第二活动件包括收纳盒，所述收纳盒内置所述第一活动件，所述第一活动件在所述收纳盒内可转动。

进一步地，所述收纳盒上安装有第二驱动装置，所述第二驱动装置用于驱动所述第一活动件进行转动，从而带动所述类环形供磁组件10做向内收缩或向外扩散动作。

可理解地，本发明的驱动装置包括但不限于人力驱动、电力驱动、液压驱动或气动。

进一步地，所述收纳盒包括上壳，所述收纳盒还包括通过可拆卸结构与所述上壳进行固定安装的下壳，所述第一活动件安装在所述上壳和下壳之间并可进行转动。

在本实施例中，类环形供磁组件受活动组件驱动进行移动，活动组件通过收纳盒的形式对类环形供磁组件进行安装，一方面利于整体生产安装，另一方面可防止外界环境对内部的类环形供磁组件等其他零件造成影响。

实施例五

请参考图7、9，图7是本发明的实施例三的磁斥式磁悬浮装置的结构示意图，图9是本发明的实施例四的磁斥式磁悬浮装置的结构示意图。

本申请实施例五提供了一种磁斥式磁悬浮装置，在实施例三或实施例四的基础上，本实施例的磁斥式磁悬浮装置的活动组件40还包括有移动件，所述移动件上安装有所述类环形供磁组件10，所述移动件受驱动进行位移，从而带动所述类环形供磁组件10作向内收缩或向外扩散动作。

在实施例三的基础上，第一活动件和第二活动件进行相对转动，驱动移动件进行位移，从而带动移动件上的类环形供磁组件10进行位移，做向内收缩或向外扩散动作，实现类环形供磁组件10的等效直径的改变，进而调整悬浮区域。

可理解地，第一活动件和第二活动件上可设置用于移动件位移的轨道，使移动件按照预设轨道进行位移。

在实施例四的基础上，第一活动件在收纳盒的上壳和下壳之间进行转动，驱动移动件进行位移，从而带动移动件上的类环形供磁组件10进行位移，做向内收缩或向外扩散动作，实现类环形供磁组件10的等效直径的改变，进而调整悬浮区域。

可理解地，第一活动件和收纳盒的上壳、下壳上壳设置用于移动件位移的轨道，使移动件按照预设轨道进行位移。

在本实施例中，有效避免了活动组件直接驱动类环形供磁组件进行位移，类环形供磁组件的永磁铁和/或电磁铁直接接触活动组件，造成类环形供磁组件的永磁铁和/或电磁铁发生破损，移动件的设置提高了使用寿命周期。另外，移动件与类环形供磁组件的永磁铁和/电磁铁进行可拆卸安装的情况下，有利于更换和维护，无需拆装整个活动组件。本发明可根据实际需求选择设置移动件来移动类环形移动组件，或者直接移动类环形移动组件。

实施例六

请再次参考图1，本申请实施例六提供了一种磁斥式磁悬浮装置，在上述实施例一至实施例五的基础上，本实施例的平衡供磁组件30包括至少一个安装在所述悬浮体20下方的电磁铁，所述平衡供磁组件30的电磁铁受控制组件控制，并由独立电源驱动，所述控制组件接收传感组件反馈的信息来控制所述平衡供磁组件30的电磁铁。

进一步地，所述平衡供磁组件30的电磁铁通过移动组件安装在所述悬浮体20的下方。

可理解地，在本发明中的电磁铁均可独立驱动，供电时间、速率和大小均可根据实际情况进行调整，平衡供磁组件30中的电磁铁包括至少两组，每组可串联亦可并联，还可以单独驱动。

可理解地，平衡供磁组件30可通过移动组件安装在装置内，可采用整体移动的方式，也可采用平衡供磁组件30的电磁铁单个移动的方式。当悬浮体20的位置发生改变时，比如悬浮高度变高，平衡供磁组件30的电磁铁对悬浮体20的平衡能力降低，可通过移动组件调整平衡供磁组件30的电磁铁的位置，提高平衡供磁组件30的电磁铁对悬浮体20的作用力，提升平衡供磁组件30对悬浮体20的平衡能力。

需要说明的是，在上述所有实施例中，类环形供磁组件由至少一个电磁铁和/或永磁铁组成，其分布无论是上下环形分布还是内外环形分布，最终形成类似于环形。类环形供磁组件的磁场分布特征决定了在其中心轴上存在一个区域，通过该区域任意点垂直于中心轴的平面上，相交点的磁势能最低，该区域即为悬浮区域。根据现有技术可知，悬浮区域和类环形供磁组件中心轴中心点之间的距离与类环形供磁组件的等效直径成非线性正比关系，即：等效直径越大悬浮区域越远；在不同等效直径下，单位等效直径变化与其引起的间距变化不成正比。利用这一特性，本发明根据实际需求，可设置为活动组件向内收缩类环形供磁组件带动悬浮体上升或活动组件向内收缩类环形供磁组件带动悬浮体下降，反之亦然。

本发明的控制组件可以是安装在第一活动件或收纳盒上的线路板，其通过接收磁敏传感器感知到的磁场变化，通过调整平衡供磁组件的电磁铁的电流强度和方向，调整平衡供磁组件的电磁铁的磁性强弱和极性，从而保持悬浮体的悬浮和平衡。另外，当类环形供磁组件包含有电磁铁的情况时，控制组件同样可控制类环形供磁组件的电磁铁的电流变化，控制其电流的方向、大小，从而改变电磁铁磁性的方向及强弱。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种磁斥式磁悬浮装置，包括用于提供第一磁力的类环形供磁组件(10)，还包括用于提供第二磁力的悬浮体(20)，以及包括用于提供所述悬浮体(20)在水平方向上的平衡力的平衡供磁组件(30)，其特征在于：

所述类环形供磁组件(10)的轴线上形成有用于所述悬浮体(20)悬浮的悬浮区域，所述类环形供磁组件(10)可通过改变自身的等效直径来调节悬浮区域的位置，从而调整所述悬浮体(20)的悬浮位置。

2.如权利要求1所述的磁斥式磁悬浮装置，其特征在于：所述类环形供磁组件(10)包括有永磁铁和/或电磁铁，所述类环形供磁组件(10)包含的多个永磁铁和/或电磁铁呈内外环形分布或上下环形分布。

3.如权利要求2所述的磁斥式磁悬浮装置，其特征在于：还包括有活动组件(40)，所述活动组件(40)用于驱动所述类环形供磁组件(10)做向内收缩或向外扩散动作，从而改变类环形供磁组件(10)的等效直径。

4.如权利要求3所述的磁斥式磁悬浮装置，其特征在于：所述活动组件(40)包括第一活动件、第二活动件，所述第一活动件和所述第二活动件之间可进行相对转动，所述第一活动件和第二活动件之间的相对转动可带动所述类环形供磁组件(10)做向内收缩或向外扩散动作。

5.如权利要求4所述的磁斥式磁悬浮装置，其特征在于：所述活动组件(40)还包括有第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述第一活动件和第二活动件进行相对转动。

6.如权利要求4所述的磁斥式磁悬浮装置，其特征在于：所述第二活动件包括收纳盒，所述收纳盒内置所述第一活动件，所述第一活动件在所述收纳盒内可转动。

7.如权利要求6所述的磁斥式磁悬浮装置，其特征在于：所述收纳盒上安装有第二驱动装置，所述第二驱动装置用于驱动所述第一活动件进行转动，从而带动所述类环形供磁组件(10)做向内收缩或向外扩散动作。

8.如权利要求7所述的磁斥式磁悬浮装置，其特征在于：所述收纳盒包括上壳，所述收纳盒还包括通过可拆卸结构与所述上壳进行固定安装的下壳，所述第一活动件安装在所述上壳和下壳之间并可进行转动。

9.如权利要求5或8所述的磁斥式磁悬浮装置，其特征在于：所述活动组件(40)还包括有移动件，所述移动件上安装有所述类环形供磁组件(10)，所述移动件受驱动进行位移，从而带动所述类环形供磁组件(10)作向内收缩或向外扩散动作。

10.如权利要求1所述的磁斥式磁悬浮装置，其特征在于：所述平衡供磁组件(30)包括至少一个安装在所述悬浮体(20)下方的电磁铁，所述平衡供磁组件(30)的电磁铁受控制组件控制，所述控制组件接收传感器组件反馈的信息来控制所述平衡供磁组件(30)的电磁铁。

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