CN116046424B

CN116046424B - 一种双盘线圈式电动悬浮实验装置

Info

Publication number: CN116046424B
Application number: CN202310078621.0A
Authority: CN
Inventors: 邓自刚; 黄欢; 李海涛; 黄禹兴; 程言行
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2023-02-08
Filing date: 2023-02-08
Publication date: 2023-06-13
Anticipated expiration: 2043-02-08
Also published as: CN116046424A

Abstract

本发明涉及永磁电动悬浮实验技术领域，具体而言，涉及一种双盘线圈式电动悬浮实验装置，包括：机架、驱动件、转盘结构和测量结构，所述驱动件固定设置在所述机架上；所述转盘结构套设在所述驱动件的输出端上，所述转盘结构的侧壁上设置有凹槽，所述凹槽沿转盘结构的圆周方向环形设置，所述凹槽两侧的内侧壁上均设置有线圈；所述测量结构固定设置在所述机架上，所述测量结构的顶部设置在所述转盘结构的凹槽内。本发明通过模拟交叉连接8字形线圈式电动悬浮系统的实验装置，可在室内完成对电动悬浮列车的等效模拟实验，可模拟不同工况下的时域悬浮力，导向力和磁阻力，对交叉连接8字线圈电动悬浮的动态响应进行实验研究。

Description

一种双盘线圈式电动悬浮实验装置

技术领域

本发明涉及永磁电动悬浮实验技术领域，具体而言，涉及一种双盘线圈式电动悬浮实验装置。

背景技术

电动悬浮列车的研究尚停留于理论阶段，实验论证较少，这难以实现电动磁悬浮列车在国内的应用化与运营化。而对电动磁悬浮列车进行实验研究，最直接、最理想的方式是建立全尺寸或缩比实验线对列车工况进行模拟，但由于电动磁悬浮列车需要一定的速度才能起浮，建立直线式实验线存在占用空间大、建设时间长、投资成本高等问题，现需要一种占用空间小，投资成本低的实验装置来进行电动悬浮列车研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双盘线圈式电动悬浮实验装置，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本申请提供了一种双盘线圈式电动悬浮实验装置，包括：机架、驱动件、转盘结构和测量结构，所述驱动件固定设置在所述机架上；所述转盘结构套设在所述驱动件的输出端上，所述转盘结构的侧壁上设置有凹槽，所述凹槽沿转盘结构的圆周方向环形设置，所述凹槽两侧的内侧壁上均设置有线圈；所述测量结构固定设置在所述机架上，所述测量结构的顶部设置在所述转盘结构的凹槽内。

可选地，所述线圈设置为8字型。

可选地，所述凹槽的两侧内侧壁上均分别至少设置有两个线圈，所述凹槽每侧内侧壁上的线圈数量相同，其中一个内侧壁上的每个线圈与在另一内侧壁上的线圈以所述凹槽为对称轴对称设置，其中两个内侧壁上对称设置的线圈通过导线电连接。

可选地，所述凹槽的两侧内侧壁上的线圈均呈环形圆周排列，且每个所述线圈沿长度方向的中心线均经过圆心。

可选地，所述驱动件包括电机、联轴器和转轴，所述电机固定设置在所述机架上，所述电机通过所述联轴器与所述转轴固定相连。

可选地，所述机架上设置有轴承支座，所述轴承支座设置有两个，两个所述轴承支座分别套设在所述转轴上，两个所述轴承支座分别设置在所述转盘结构两侧。

可选地，所述转轴上套设有固定盘，所述固定盘和所述转盘结构之间设置有固定杆，所述固定杆设置有至少两根，每根所述固定杆的两端分别与所述固定盘和所述转盘结构固定相连。

可选地，所述驱动件上套设有测速齿盘，所述机架上设置有固定片，所述固定片上设置有与所述测速齿盘相配合的转速传感器。

可选地，所述测量结构包括调高架、支座、第一滑杆、第一滑块、第二滑杆、第二滑块、第一固定架和第一永磁体，所述调高架固定设置于所述机架上，所述调高架上固定设置有两组支座，每组所述支座上均固定设置有一根第一滑杆，两根所述第一滑杆平行设置，每根所述第一滑杆上均套设有一块第一滑块，所述第一滑块上设置有两根第二滑杆，两根所述第二滑杆均垂直于所述第一滑块，两根所述第二滑杆上均套设有第二滑块，所述第一固定架将所述第一永磁体固定在所述第二滑块上。

可选地，所述测量结构包括第二固定架、三轴力传感器，第三固定架和第二永磁体，所述第二固定架固定设置在所述机架上，所述第二固定架上固定设置有三轴力传感器，所述三轴力传感器的顶部固定设置有第三固定架，所述第三固定架内固定设置有第二永磁体。

本发明的有益效果为：

本发明通过车载磁体用永磁体或永磁阵列代替超导磁体，省去了复杂的冷却系统和辅助系统，大大减少了成本，简化了结构，并且用旋转运动代替直线运动，可以在有限的空间达到一定的速度；通过连接左右两侧“8”字线圈，模拟交叉连接系统的电动悬浮车；通过测试磁体位移变化，可以测试永磁体的横垂向振动特性，通过测试固定磁体的三向电磁力，可以研究固定工况下的电磁特性，本发明还可模拟不同工况下的时域悬浮力，导向力和磁阻力，对交叉连接8字线圈电动悬浮的动态响应进行实验研究。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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为本发明实施例中所述的一种双盘线圈式电动悬浮实验装置结构示意图；

图2为本发明实施例中所述的一种双盘线圈式电动悬浮实验装置主视示意图；

图3为图2中A-A处剖视示意图；

图4为本发明实施例中所述的测距模块结构示意图；

图5为本发明实施例中所述的测距模块主视示意图；

图6为本发明实施例中所述的设置测力模块的双盘线圈式电动悬浮实验装置主视示意图；

图7为本发明实施例中所述的测力模块结构示意图。

图中标记：1、机架；2、线圈；3、电机；4、联轴器；5、转轴；6、轴承支座；7、固定盘；8、固定杆；9、测速齿盘；10、固定片；11、转速传感器；12、调高架；13、支座；14、第一滑杆；15、第一滑块；16、第二滑杆；17、第二滑块；18、第一固定架；19、第一永磁体；20、第二固定架；21、三轴力传感器；22、第三固定架；23、第二永磁体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

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定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1和图2和图3所示，本实施例提供了一种双盘线圈式电动悬浮实验装置，包括：机架1、驱动件、转盘结构和测量结构，所述驱动件固定设置在所述机架1上；所述转盘结构套设在所述驱动件的输出端上，所述转盘结构的侧壁上设置有凹槽，所述凹槽沿转盘结构的圆周方向环形设置，所述凹槽两侧的内侧壁上均设置有线圈2；所述测量结构固定设置在所述机架1上，所述测量结构的顶部设置在所述转盘结构的凹槽内。

本发明通过采用转盘结构，用旋转运动代替直线运动，可以在有限的空间达到一定的速度，并且通过所述测量结构测试磁体位移变化，可以测试永磁体的横垂向振动特性，测试固定磁体的三向电磁力，可以研究固定工况下的电磁特性，解决直线式实验线存在占用空间大、建设时间长、投资成本高等问题,本实施例中,由于在图1中标记线圈会造成图像模糊,因此线圈2并未在标记图1中,并图3中对线圈的位置进行标记。

如图1和图2和图3所示，所述线圈2设置为8字型，本发明通过含有交叉连接系统的8字线圈2，可模拟不同工况下的时域悬浮力，导向力和磁阻力，对交叉连接8字线圈2电动悬浮的动态响应进行实验研究。

如图1和图2和图3所示，所述凹槽的两侧内侧壁上均分别至少设置有两个线圈2，所述凹槽每侧内侧壁上的线圈2数量相同，其中一个内侧壁上的每个线圈2与在另一内侧壁上的线圈2以所述凹槽为对称轴对称设置，其中两个内侧壁上对称设置的线圈2通过导线电连接，本发明通过在凹槽两侧内测壁上设置相同为位置的线圈2，其中两侧的线圈2一一对应，然后通过导线实现电连接，进而通过8字线圈2模拟不同工况下的悬浮力、导向力和磁阻力，还可以模拟交叉连接系统的电动悬浮车，本发明还可以将对称设置的线圈2断开电连接，研究两种结构的电磁性能差异，可以理解的是本发明采用凹槽避免了转盘转动时，线圈位置挪动，其中分担一部分固定所述线圈2的螺栓的受力，其中固定线圈的螺栓和转盘结构均采用尼龙材料，不导磁不导电，减少实验误差。

如图1和图2和图3所示，所述凹槽的两侧内侧壁上的线圈2均呈环形圆周排列，且每个所述线圈2沿长度方向的中心线均经过圆心。本发明将所述线圈2呈环形圆周排列进而在圆盘旋转时将带动所有线圈旋转，进而将使每个线圈到达圆盘底部时的位置相同，进而模拟得到一个无限长的电动磁浮轨道，进而减少成本和占用空间，本发明还可以设置不同的排列方式，判断车载磁体的最优形式。

如图1和图2和图3所示，所述驱动件包括电机3、联轴器4和转轴5，所述电机3固定设置在所述机架1上，所述电机3通过所述联轴器4与所述转轴5固定相连本发明通过采用驱动件驱动转盘结构进行旋转，其中采用联轴器和转轴改变转盘的位置，防止转盘离电机太近，导致磁力变化，并且可以调整转盘在转轴上的位置，并且通过设置转轴可以调整两个转盘之间的间隙，其中调整方式可以为靠近电机3一侧的转盘，移动远离电机3一侧的转盘，进而调整两个转盘间的间隙，并且在间隙过大时可以采用多个永磁体，进而模拟得到不同宽度的电动磁浮轨道，使所述实验装置更接近真实的电动悬浮车结构。

如图1和图2和图3所示，所述机架1上设置有轴承支座6，所述轴承支座6设置有两个，两个所述轴承支座6分别套设在所述转轴5上，两个所述轴承支座6分别设置在所述转盘结构两侧。本发明通过轴承支座支撑所述转轴，防止转盘过重，在旋转时产生转盘飞出的情况，增强转盘旋转的稳定性。

如图1、图2和图3所示，所述转轴5上套设有固定盘7，所述固定盘7和所述转盘结构之间设置有固定杆8，所述固定杆8设置有至少两根，每根所述固定杆8的两端分别与所述固定盘7和所述转盘结构固定相连。本步骤在转盘和轴承支座6之间设置固定盘7，固定盘7固定套设在所述转轴5外侧，且固定盘7通过固定杆8与转盘结构相连，其中固定杆穿过两个转盘结构，使两个转盘同时进行旋转，并且通过固定盘7将所述转盘固定在同一位置，防止转盘左右晃动，减少危险，本发明还将两侧的8字线圈的连接线绕成弹簧状，缠绕在固定杆8上，防止转动时电缆线飞出。

如图1和图2和图3所示，所述驱动件上套设有测速齿盘9，所述机架1上设置有固定片10，所述固定片10上设置有与所述测速齿盘9相配合的转速传感器11，本发明中通过测试齿盘和转速传感器获取转盘转速，进而通过调整转盘转速模拟不同行驶速度的电动磁浮车在轨道上行驶，进而获取到不同行驶速度下的电磁力特性。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，所述测量结构包括调高架12、支座13、第一滑杆14、第一滑块15、第二滑杆16、第二滑块17、第一固定架18和第一永磁体19，所述调高架12固定设置于所述机架1上，所述调高架12上固定设置有两组支座13，每组所述支座13上均固定设置有一根第一滑杆14，两根所述第一滑杆14平行设置，每根所述第一滑杆14上均套设有一块第一滑块15，所述第一滑块15上设置有两根第二滑杆16，两根所述第二滑杆16均垂直于所述第一滑块15，两根所述第二滑杆16上均套设有第二滑块17，所述第一固定架18将所述第一永磁体19固定在所述第二滑块17上。本发明通过设置测距模块测量永磁体在不同方向上的位移，其中本发明优选为采用激光位移传感器获取永磁体的位移，本发明还根据位移数据可分析横垂向振动状态下的电磁特性；通过设定不同的速度，可研究不同速度下的垂向悬浮平衡位置；通过设定不同横向初始位置，可研究导向特性。

实施例2

如图6和图7所示，本实施例提供了一种双盘线圈式电动悬浮实验装置，包括：机架1、驱动件、转盘结构和测量结构，所述驱动件固定设置在所述机架1上；所述转盘结构套设在所述驱动件的输出端上，所述转盘结构的侧壁上设置有凹槽，所述凹槽沿转盘结构的圆周方向环形设置，所述凹槽两侧的内侧壁上均设置有线圈2；所述测量结构固定设置在所述机架1上，所述测量结构的顶部设置在所述转盘结构的凹槽内。

所述测量结构包括第二固定架20、三轴力传感器21，第三固定架22和第二永磁体23，所述第二固定架20固定设置在所述机架1上，所述第二固定架20上固定设置有三轴力传感器21，所述三轴力传感器21的顶部固定设置有第三固定架22，所述第三固定架22内固定设置有第二永磁体23，本发明还通过设置测力模块的双盘线圈式电动悬浮实验装置进行实验，其中通过测力模块测量永磁体的三轴力，其中采用三轴力传感器实时记录三向电磁力变化，可研究电动悬浮系统时域电磁力特性；通过采用不同的永磁体，可研究不同磁体的电磁特性；通过设定不同速度，不同垂向位移，不同横向位移，可研究特定工况下的电磁力特性，其中本实施例中的测量结构的安装位置和实施例1中的测量结构的安装位置相同，进而获取同一位置的电磁力特性和导向特性。

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。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种双盘线圈式电动悬浮实验装置，其特征在于，包括：

机架（1）；

驱动件，所述驱动件固定设置在所述机架（1）上；

转盘结构，所述转盘结构套设在所述驱动件的输出端上，所述转盘结构的侧壁上设置有凹槽，所述凹槽沿转盘结构的圆周方向环形设置，所述凹槽两侧的内侧壁上设置均设置有线圈（2）；以及

测量结构，所述测量结构固定设置在所述机架（1）上，所述测量结构的顶部设置在所述转盘结构的凹槽内；

所述驱动件包括电机（3）、联轴器（4）和转轴（5），所述电机（3）固定设置在所述机架（1）上，所述电机（3）通过所述联轴器（4）与所述转轴（5）固定相连；

所述转轴（5）上套设有固定盘（7），所述固定盘（7）和所述转盘结构之间设置有固定杆（8），所述固定杆（8）设置有至少两根，每根所述固定杆（8）的两端分别与所述固定盘（7）和所述转盘结构固定相连。

2.根据权利要求1所述的双盘线圈式电动悬浮实验装置，其特征在于：所述线圈（2）设置为8字型。

3.根据权利要求1所述的双盘线圈式电动悬浮实验装置，其特征在于：所述凹槽的两侧内侧壁上均分别至少设置有两个线圈（2），所述凹槽每侧内侧壁上的线圈（2）数量相同，其中一个内侧壁上的每个线圈（2）与在另一内侧壁上的线圈（2）以所述凹槽为对称轴对称设置，其中两个内侧壁上对称设置的线圈（2）通过导线电连接。

4.根据权利要求1所述的双盘线圈式电动悬浮实验装置，其特征在于：所述凹槽的两侧内侧壁上的线圈（2）均呈环形圆周排列，且每个所述线圈（2）沿长度方向的中心线均经过圆心。

5.根据权利要求1所述的双盘线圈式电动悬浮实验装置，其特征在于：所述机架（1）上设置有轴承支座（6），所述轴承支座（6）设置有两个，两个所述轴承支座（6）分别套设在所述转轴（5）上，两个所述轴承支座（6）分别设置在所述转盘结构两侧。

6.根据权利要求1所述的双盘线圈式电动悬浮实验装置，其特征在于：所述驱动件上套设有测速齿盘（9），所述机架（1）上设置有固定片（10），所述固定片（10）上设置有与所述测速齿盘（9）相配合的转速传感器（11）。

7.根据权利要求1所述的双盘线圈式电动悬浮实验装置，其特征在于：所述测量结构包括调高架（12）、支座（13）、第一滑杆（14）、第一滑块（15）、第二滑杆（16）、第二滑块（17）、第一固定架（18）和第一永磁体（19），所述调高架（12）固定设置于所述机架（1）上，所述调高架（12）上固定设置有两组支座（13），每组所述支座（13）上均固定设置有一根第一滑杆（14），两根所述第一滑杆（14）平行设置，每根所述第一滑杆（14）上均套设有一块第一滑块（15），所述第一滑块（15）上设置有两根第二滑杆（16），两根所述第二滑杆（16）均垂直于所述第一滑块（15），两根所述第二滑杆（16）上均套设有第二滑块（17），所述第一固定架（18）将所述第一永磁体（19）固定在所述第二滑块（17）上。

8.根据权利要求1所述的双盘线圈式电动悬浮实验装置，其特征在于：所述测量结构包括第二固定架（20）、三轴力传感器（21），第三固定架（22）和第二永磁体（23），所述第二固定架（20）固定设置在所述机架（1）上，所述第二固定架（20）上固定设置有三轴力传感器（21），所述三轴力传感器（21）的顶部固定设置有第三固定架（22），所述第三固定架（22）内固定设置有第二永磁体（23）。