CN114553056A - 一种磁悬浮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮装置，包括底座模块、悬浮模块和控制模块；所述底座模块包括径向充磁的第一磁体；所述悬浮模块包括轴向充磁的第二磁体；所述第一磁体的内侧表现为第一磁极性，外侧表现为第二磁极性，所述第一磁极性和所述第二磁极性相反；所述第二磁体的上表面表现为第三磁极性，下表面表现为第四磁极性，所述第三磁极性和所述第四磁极性相反；所述悬浮模块可悬浮与所述底座模块上方；所述控制模块用于保持所述悬浮模块稳定悬浮。具有悬浮力强、悬浮稳定性好等优点。

Description

一种磁悬浮装置

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种磁悬浮装置。

背景技术

目前的磁悬浮装置，或利用“同性相斥”原理，使得底座上表面和悬浮模块下表面极性相同，通过同性相斥的原理，来产生磁斥力来平衡悬浮模块的重量，使其悬浮；但这种方式的悬浮性能有限，需要悬浮模块体积分布均匀、重量分布均匀，只能搭载如硬币、杯盖等具有规则性的特定物体；一旦有少量的偏移，磁感线穿过悬浮模块的情况就会迅速变化，以至于失去平衡，悬浮稳定性差；并且由于悬浮模块位于底座上磁场线最密集的位置，若悬浮模块的位置发生变化，通过悬浮模块的磁通量也会迅速变化，从而产生较明显的涡流现象而产生热量，损耗了能量的有效利用。

或者利用环形磁铁的环形表面区域附近的磁性与环形磁铁的该环形表面以外的某个预定区域内的磁性相反，如水平放置的环形磁铁的上表面的极性为S，则该环形磁铁上方的某个预定区域的极性为N，且该区域的极性N的强弱会随衙役或水平位置的变化而发生变化，从而可利用环形磁铁中心磁力顶托(排斥)的方式使物体悬浮并能够在不额外设置放置机构的情况下使其在水平方向旋转，如专利号为ZL200610065336.1的发明专利。但是，这种方式是利用异性相斥，即底座上方极性相反的特定区域与悬浮模块产生的斥力实现悬浮，所能够提供的磁斥力仍然有限；而且，悬浮模块位置的磁场线密度仍然较密，当悬浮模块产生一定的水平偏移、倾斜的话，所产生的涡流损耗还是较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种悬浮力强、悬浮稳定性好的磁悬浮装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种磁悬浮装置，包括底座模块、悬浮模块和控制模块；

所述底座模块包括径向充磁的第一磁体；

所述悬浮模块包括轴向充磁的第二磁体；

所述第一磁体的内侧表现为第一磁极性，外侧表现为第二磁极性，所述第一磁极性和所述第二磁极性相反；

所述第二磁体的上表面表现为第三磁极性，下表面表现为第四磁极性，所述第三磁极性和所述第四磁极性相反；

所述悬浮模块可悬浮与所述底座模块上方；所述控制模块用于保持所述悬浮模块稳定悬浮。

进一步地，所述第一磁极性与所述第三磁极性相同，所述第二磁极性与所述第四磁极性相同；

或者：

所述第一磁极性与所述第三磁极性相反，所述第二磁极性与所述第四磁极性相反。

进一步地，所述底座模块包括第一磁屏蔽板和底板，所述第一磁屏蔽板位于所述底板上方，所述第一磁屏蔽板与所述底板之间形成设备安装空间；所述第一磁体设置在所述第一磁屏蔽板上方；所述控制模块包括浮子测偏传感器、电磁铁和控制电路，所述浮子测偏传感器、电磁铁设置在所述第一磁屏蔽板上方，所述控制电路设置在所述第一磁屏蔽板和所述底板之间；

或者：所述悬浮模块包括第二磁屏蔽板，所述第二磁屏蔽板位于所述第二磁体上方。

进一步地，所述浮子测偏传感器为霍尔传感器。

进一步地，所述第一磁体为单一环形磁体，或者由至少三块独立磁体排列成环形；

所述第二磁体为柱状磁体、或环形磁体、或球形磁体；

所述环形磁体为单一环形磁体，或者由至少三块独立磁体排列成环形。

进一步地，所述悬浮模块的重量大于2克。

一种磁悬浮装置，包括底座模块、悬浮模块和控制模块；

所述底座模块包括轴向充磁的第三磁体；

所述悬浮模块包括径向充磁的第四磁体；

所述第三磁体的上表面表现为第五磁极性，下表面表现为第六磁极性，所述第五磁极性和所述第六磁极性相反；

所述第四磁体的内侧表现为第七磁极性，外侧表现为第八磁极性，所述第七磁极性和所述第八磁极性相反；

所述悬浮模块可悬浮与所述底座模块上方；所述控制模块用于保持所述悬浮模块稳定悬浮。

进一步地，所述第五磁极性与所述第七磁极性相同，所述第六磁极性与所述第八磁极性相同；

或者：

所述第五磁极性与所述第七磁极性相反，所述第六磁极性与所述第八磁极性相反。

进一步地，所述底座模块包括第一磁屏蔽板和底板，所述第一磁屏蔽板位于所述底板上方，所述第一磁屏蔽板与所述底板之间形成设备安装空间；所述第三磁体设置在所述第一磁屏蔽板上方；所述控制模块包括浮子测偏传感器、电磁铁和控制电路，所述浮子测偏传感器、电磁铁设置在所述第一磁屏蔽板上方，所述控制电路设置在所述第一磁屏蔽板和所述底板之间；

或者：所述悬浮模块包括第二磁屏蔽板，所述第二磁屏蔽板位于所述第四磁体上方。

进一步地，所述浮子测偏传感器为霍尔传感器。

进一步地，所述第三磁体为柱状磁体、或环形磁体；所述环形磁体为单一环形磁体，或者由至少三块独立磁体排列成环形；

或者：

所述第四磁体为单一环形磁体，或者由至少三块独立磁体排列成环形。

进一步地，所述悬浮模块的重量大于2克。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的底座模块和悬浮模块中，一个采用径向充磁的磁体，一个采用轴向充磁的磁体，利用底座模块和悬浮模块之间的磁场所产生的磁斥力来实现悬浮模块的悬浮。由于采用径向充磁的磁体在其上表面或下表面区域能够形成强度较强的磁场，可以对悬浮模块产生较强的磁斥力，从而使得磁悬浮装置具有更大的悬浮力，悬浮高度更高，载重能力更大。

2、本发明的底座模块或悬浮模块中，一个采用径向充磁的磁体，一个采用轴向充磁的磁体，从而可以使得在底座模块和悬浮模块之间的区域，其磁场方向趋向于水平方向，即磁场在水平方向上的强度变化较小，从而使得悬浮模块相对于底座模块悬浮时，两者处于一个较为稳定的磁场中，因此，悬浮模块的悬浮稳定性更好，抗干扰能力更强。

3、本发明的底座模块或悬浮模块中其中，一个采用径向充磁的磁体，一个采用轴向充磁的磁体，从而可以使得在底座模块和悬浮模块之间的区域，其磁场方向趋向于水平方向，磁场在水平方向上的强度变化较小，当悬浮模块在悬浮状态中发生水平位移时，其所处磁场的变化量也小，因此，由于磁场强度变化而产生的涡流损耗也较小。

附图说明

图1为本发明具体实施例一的立体结构示意图。

图2为本发明具体实施例一的主视结构示意图及剖视图。

图3为本发明具体实施例一中各磁体的磁极性示意图。

图4为本发明具体实施例一底座模块的磁场分布示意图一。

图5为本发明具体实施例一悬浮状态的磁场分布示意图二。

图6为本发明具体实施例一的磁力线示意图。

图7为本发明具体实施例二的立体结构示意图。

图8为本发明具体实施例二的主视结构示意图及剖视图。

图9为本发明具体实施例二中各磁体的磁极性示意图。

图10为本发明具体实施例二底座模块的磁场分布示意图一。

图11为本发明具体实施例二悬浮状态的磁场分布示意图二。

图12为本发明具体实施例二的磁力线示意图。

附图说明：1、第一磁体；2、第二磁体；3、电磁铁；4、控制电路；5、第一磁屏蔽板；6、底板；7、第二磁屏蔽板；8、第三磁体；9、第四磁体。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例一：

本实施例的磁悬浮装置，如图1和图2所示，包括底座模块、悬浮模块和控制模块；底座模块包括径向充磁的第一磁体1；悬浮模块包括轴向充磁的第二磁体2；第一磁体1的内侧表现为第一磁极性，外侧表现为第二磁极性，第一磁极性和第二磁极性相反；第二磁体2的上表面表现为第三磁极性，下表面表现为第四磁极性，第三磁极性和第四磁极性相反；悬浮模块可悬浮与底座模块上方；控制模块用于保持悬浮模块稳定悬浮。

在本实施例中，第一磁极性与第三磁极性相反，第二磁极性与第四磁极性相反；或者：第一磁极性与第三磁极性相同，第二磁极性与第四磁极性相同。其中，第一磁极性与第三磁极性相反，第二磁极性与第四磁极性相反为优先的技术方案。如图3所示，第一磁体1为圆环形，图3是通过其圆心在竖直方向上的剖面图，其中底座模块中第一磁体1的内侧的磁极性为S极，外侧的磁极性为N极，悬浮模块中第二磁体2的下表面的磁极性为S极，上表面的磁极性为N极。需要说明的是，底座模块中第一磁体1的磁极性也可以采用与图3所示相反的磁极性，和/或者悬浮模块中第二磁体2的磁极性也可以采用与图3所示相反的磁极性。即还可以采用如下几种磁极性的设置方式，均可以实现悬浮模块在底座模块上方的稳定悬浮：(1)底座模块中第一磁体1的内侧的磁极性为S极，外侧的磁极性为N极，悬浮模块中第二磁体2的下底面的磁极性为N极，上表面的磁极性为S极。(2)底座模块中第一磁体1的内侧的磁极性为N极，外侧的磁极性为S极，悬浮模块中第二磁体2的下底面的磁极性为S极，上表面的磁极性为N极。(3)底座模块中第一磁体1的内侧的磁极性为N极，外侧的磁极性为S极，悬浮模块中第二磁体2的下底面的磁极性为N极，上表面的磁极性为S极。在本实施例中仅以图3所示的情况为例进行说明。

在本实施例中，针对图3所示的磁极性设置方式，通过仿真计算所确定的底座模块的磁场分布如图4所示，当悬浮模块悬浮于底座模块上方时其磁场分布如图5所示，其磁力线分布情况如图6所示。通过图4、图5和图6可以看出，在底座模块的第一磁体1的上表面或下表面附近区域，能够产生较强的磁场，而且，在底座模块的第一磁体1和悬浮模块的第二磁体2之间，磁场分布曲线也较为密集，磁力线与较为密集，因此，能够在第一磁体1和第二磁体2之间产生较强的磁斥力，从而使得磁悬浮装置具有更大的悬浮力，悬浮高度更高，载重能力更大。

同时，通过图5也可以看出，在第一磁体1和第二磁体2之间，其磁场方向基本趋向于水平方向，也就说明了第二磁体2悬浮于第一磁体1上方区域时，第二磁体2处于一个更加稳定的磁场中，当第二磁体2发生水平方向的位移时，其所处位置的磁场强度的变化相对较小，因此，第二磁体2的稳定悬浮区域范围更大，悬浮和稳定性更高，抗干扰能力也更强。而且，当第二磁体2发生水平方向的位移时，由于其所处的磁场的变化较小，由于磁场强度变化所产生的电磁感应也较小，所产生的涡流也较小，因涡流而导致的能量损耗也就更小。

在本实施例中，如图1所示，底座模块包括第一磁屏蔽板5和底板6，第一磁屏蔽板5位于底板6上方，第一磁屏蔽板与底板之间通过立柱连接，形成设备安装空间；第一磁体1设置在第一磁屏蔽板5上方；控制模块包括浮子测偏传感器、电磁铁3和控制电路4，浮子测偏传感器、电磁铁3设置在第一磁屏蔽板5上方，控制电路4设置在第一磁屏蔽板5和底板6之间。在本实施例中，悬浮模块包括第二磁屏蔽板7，第二磁屏蔽板7位于第二磁体2上方。通过第一磁屏蔽板5来分隔第一磁体1和控制模块的控制电路4，从而可以在第一磁屏蔽板5的下方形成一个磁场强度较小的区域，可以有效的防止第一磁体1或第二磁体2的磁场对控制电路4产生干扰，提高控制电路4的运行稳定性。浮子测偏传感器在图中未示出。通过设置第二磁屏蔽板7，可以在第二磁体2上方形成一个磁场强度较小的区域，从而当悬浮模块需要承载其它电子设备时，能够为电子设备提供一个良好的运行环境，降低磁场对电子设备所产生的干扰。

在本实施例中，浮子测偏传感器优选为霍尔传感器。浮子测偏传感器是用于检测悬浮模块的悬浮位置，并将该位置提供给控制电路4，再由控制电路4控制电磁铁3产生相应的磁场，以使得悬浮模块稳定的悬浮于底座上方。当然，能够测量悬浮模块的悬浮位置的其它传感器，也都可以作为浮子测偏传感器。

在本实施例中，第一磁体1单一环形磁体，或者由至少三块独立磁体排列成环形；第二磁体2为柱状磁体、或环形磁体、或球形磁体；环形磁体为单一环形磁体，或者由至少三块独立磁体排列成环形。单一环形磁体指呈环形的一块磁体。但是由于单一环形磁体生产成本相对较高，生产难度也相对较大，因此，本实施例中，环形磁体优选为由三块及以上独立磁体排列成环形，一方面可以降低成本，另一方面也可使得所排列的环形形状、大小不受磁体本身物理形状的限制，灵活性更好。本实施例中所称的环形，不仅仅包括规则的圆环形，也包括椭圆形、矩形、正多边形等其它形状。当然，当磁体为规则排列时，通过控制电路4来实现稳定悬浮的控制的算法就相对更简单，也更容易实现。

在本实施例中，进一步优选，悬浮模块的重量大于2克。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于底座模块的磁体采用轴向充磁的磁体，而悬浮模块的磁体采用径向充磁的磁体。

本实施例的磁悬浮装置，如图7和图8所示，包括底座模块、悬浮模块和控制模块；所述底座模块包括轴向充磁的第三磁体8；所述悬浮模块包括径向充磁的第四磁体9；所述第三磁体8的上表面表现为第五磁极性，下表面表现为第六磁极性，所述第五磁极性和所述第六磁极性相反；所述第四磁体9的内侧表现为第七磁极性，外侧表现为第八磁极性，所述第七磁极性和所述第八磁极性相反；所述悬浮模块可悬浮与所述底座模块上方；所述控制模块用于保持所述悬浮模块稳定悬浮。

在本实施例中，第五磁极性与第七磁极性相反，第六磁极性与第八磁极性相反；或者：第五磁极性与第七磁极性相同，第六磁极性与第八磁极性相同。如图9所示，第三磁体8为圆环形，图9是通过其圆心在竖直方向上的剖面图，其中底座模块中第三磁体8的下表面的磁极性为S极，上表面的磁极性为N极，悬浮模块中第四磁体9的内侧面的磁极性为N极，外侧面的磁极性为S极。需要说明的是，底座模块中第三磁体8的磁极性也可以采用与图9所示相反的磁极性，和/或者悬浮模块中第四磁体9的磁极性也可以采用与图9所示相反的磁极性。即还可以采用如下几种磁极性的设置方式，均可以实现悬浮模块在底座模块上方的稳定悬浮：(1)底座模块中第三磁体8的上表面的磁极性为N极，下表面的磁极性为S极，悬浮模块中第四磁体9的内侧面的磁极性为S极，外侧面的磁极性为N极。(2)底座模块中第三磁体8的上表面的磁极性为S极，下表面的磁极性为N极，悬浮模块中第四磁体9的内侧面的磁极性为N极，外侧面的磁极性为S极。(3)底座模块中第三磁体8的上表面的磁极性为S极，下表面的磁极性为N极，悬浮模块中第四磁体9的内侧面的磁极性为S极，外侧面的磁极性为N极。在本实施例中仅以图9所示的情况为例进行说明。

在本实施例中，针对图9所示的磁极性设置方式，通过仿真计算所确定的底座模块的磁场分布如图10所示，当悬浮模块悬浮于底座模块上方时其磁场分布如图11所示，其磁力线分布情况如图12所示。通过图10、图11和图12可以看出，在底座模块的第三磁体8的上表面或下表面附近区域，能够产生较强的磁场，而且，在底座模块的第三磁体8和悬浮模块的第四磁体9之间，磁场分布曲线也较为密集，磁力线与较为密集，因此，能够在第三磁体8和第四磁体9之间产生较强的磁斥力，从而使得磁悬浮装置具有更大的悬浮力，悬浮高度更高，载重能力更大。

同时，通过图11也可以看出，在第三磁体8和第四磁体9之间，其磁场方向基本趋向于水平方向，也就说明了第四磁体9悬浮于第三磁体8上方区域时，第四磁体9处于一个更加稳定的磁场中，当第四磁体9发生水平方向的位移时，其所处位置的磁场强度的变化相对较小，因此，第四磁体9的稳定悬浮区域范围更大，悬浮和稳定性更高，抗干扰能力也更强。而且，当第四磁体9发生水平方向的位移时，由于其所处的磁场的变化较小，由于磁场强度变化所产生的电磁感应也较小，所产生的涡流也较小，因涡流而导致的能量损耗也就更小。

在本实施例中，如图7、图8所示，底座模块包括第一磁屏蔽板5和底板6，第一磁屏蔽板5位于底板6上方，第一磁屏蔽板与底板之间形成设备安装空间；第三磁体8设置在第一磁屏蔽板5上方；控制模块包括浮子测偏传感器、电磁铁3和控制电路4，浮子测偏传感器、电磁铁3设置在第一磁屏蔽板5上方，控制电路4设置在第一磁屏蔽板5和底板6之间；或者：悬浮模块包括第二磁屏蔽板7，第二磁屏蔽板7位于第四磁体9上方。通过第一磁屏蔽板5来分隔第三磁体8和控制模块的控制电路4，从而可以在第一磁屏蔽板5的下方形成一个磁场强度较小的区域，可以有效的防止第三磁体8或第四磁体9的磁场对控制电路4产生干扰，提高控制电路4的运行稳定性。浮子测偏传感器在图中未示出。

在本实施例中，悬浮模块包括第二磁屏蔽板7，第二磁屏蔽板7位于第四磁体9上方。通过设置第二磁屏蔽板7，可以在第四磁体9上方形成一个磁场强度较小的区域，从而当悬浮模块需要承载其它电子设备时，能够为电子设备提供一个良好的运行环境，降低磁场对电子设备所产生的干扰。

在本实施例中，浮子测偏传感器优选为霍尔传感器。浮子测偏传感器是用于检测悬浮模块的悬浮位置，并将该位置提供给控制电路4，再由控制电路4控制电磁铁3产生相应的磁场，以使得悬浮模块稳定的悬浮于底座上方。当然，能够测量悬浮模块的悬浮位置的其它传感器，也都可以作为浮子测偏传感器。

在本实施例中，所述第三磁体8为柱状磁体、或环形磁体；所述环形磁体为单一环形磁体，或者由至少三块独立磁体排列成环形；或者：所述第四磁体9单一环形磁体，或者由至少三块独立磁体排列成环形。单一环形磁体指呈环形的一块磁体。但是由于单一环形磁体生产成本相对较高，生产难度也相对较大，因此，本实施例中，对于环形磁体优选为由三块及以上独立磁体排列成环形，一方面可以降低成本，另一方面也可使得所排列的环形形状、大小不受磁体本身物理形状的限制，灵活性更好。本实施例中所称的环形，不仅仅包括规则的圆环形，也包括椭圆形、矩形、正多边形等其它形状。当然，当磁体为规则排列时，通过控制电路4来实现稳定悬浮的控制的算法就相对更简单，也更容易实现。

在本实施例中，进一步优选，悬浮模块的重量大于2克。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种磁悬浮装置，其特征在于：包括底座模块、悬浮模块和控制模块；

所述底座模块包括径向充磁的第一磁体；

所述悬浮模块包括轴向充磁的第二磁体；

所述第一磁体的内侧表现为第一磁极性，外侧表现为第二磁极性，所述第一磁极性和所述第二磁极性相反；

所述第二磁体的上表面表现为第三磁极性，下表面表现为第四磁极性，所述第三磁极性和所述第四磁极性相反；

所述悬浮模块可悬浮与所述底座模块上方；所述控制模块用于保持所述悬浮模块稳定悬浮。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮装置，其特征在于：所述第一磁极性与所述第三磁极性相同，所述第二磁极性与所述第四磁极性相同；

或者：

所述第一磁极性与所述第三磁极性相反，所述第二磁极性与所述第四磁极性相反。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮装置，其特征在于：所述底座模块包括第一磁屏蔽板和底板，所述第一磁屏蔽板位于所述底板上方，所述第一磁屏蔽板与所述底板之间形成设备安装空间；所述第一磁体设置在所述第一磁屏蔽板上方；所述控制模块包括浮子测偏传感器、电磁铁和控制电路，所述浮子测偏传感器、电磁铁设置在所述第一磁屏蔽板上方，所述控制电路设置在所述第一磁屏蔽板和所述底板之间；

或者：所述悬浮模块包括第二磁屏蔽板，所述第二磁屏蔽板位于所述第二磁体上方。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮装置，其特征在于：所述浮子测偏传感器为霍尔传感器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的磁悬浮装置，其特征在于：所述第一磁体为单一环形磁体，或者由至少三块独立磁体排列成环形；

所述第二磁体为柱状磁体、或环形磁体、或球形磁体；

所述环形磁体为单一环形磁体，或者由至少三块独立磁体排列成环形。

6.一种磁悬浮装置，其特征在于：包括底座模块、悬浮模块和控制模块；

所述底座模块包括轴向充磁的第三磁体；

所述悬浮模块包括径向充磁的第四磁体；

所述第三磁体的上表面表现为第五磁极性，下表面表现为第六磁极性，所述第五磁极性和所述第六磁极性相反；

所述第四磁体的内侧表现为第七磁极性，外侧表现为第八磁极性，所述第七磁极性和所述第八磁极性相反；

所述悬浮模块可悬浮与所述底座模块上方；所述控制模块用于保持所述悬浮模块稳定悬浮。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮装置，其特征在于：所述第五磁极性与所述第七磁极性相同，所述第六磁极性与所述第八磁极性相同；

或者：

所述第五磁极性与所述第七磁极性相反，所述第六磁极性与所述第八磁极性相反。

8.根据权利要求6所述的磁悬浮装置，其特征在于：所述底座模块包括第一磁屏蔽板和底板，所述第一磁屏蔽板位于所述底板上方，所述第一磁屏蔽板与所述底板之间形成设备安装空间；所述第三磁体设置在所述第一磁屏蔽板上方；所述控制模块包括浮子测偏传感器、电磁铁和控制电路，所述浮子测偏传感器、电磁铁设置在所述第一磁屏蔽板上方，所述控制电路设置在所述第一磁屏蔽板和所述底板之间；

或者：所述悬浮模块包括第二磁屏蔽板，所述第二磁屏蔽板位于所述第四磁体上方。

9.根据权利要求8所述的磁悬浮装置，其特征在于：所述浮子测偏传感器为霍尔传感器。

10.根据权利要求6至9任一项所述的磁悬浮装置，其特征在于：所述第三磁体为柱状磁体、或环形磁体；所述环形磁体为单一环形磁体，或者由至少三块独立磁体排列成环形；

或者：

所述第四磁体为单一环形磁体，或者由至少三块独立磁体排列成环形。

Images