CN1599228A - 浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统 - Google Patents

Abstract

一种浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其磁悬浮系统和双向随机自动旋转系统分别由浮体内置磁悬浮永磁体、架箱体内的电磁铁、位移传感器及磁悬浮控制电路和由浮体内的旋转永磁体、架箱体内的电磁线圈、接近传感器及旋转控制电路构成。它具有在不作相关结构和电路调整的情况下的双向随机自动旋转功能，浮体的持久自动旋转方向，可取决于手动施加给浮体的有效拨动方向，因而扩大了功能和用途。同时，具有使用方便，在相应的磁悬浮装置上可进一步演化成磁悬浮的地球仪、球体、球类、玩具、广告品、模型展示、纪念品、工艺品等开发应用的特点。

Description

浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统

技术领域：

本发明涉及磁悬浮装置，特别是一种浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统。

背景技术：

在现有众多的磁悬浮装置中，浮体或没有自动旋转功能，或带有自动旋转功能，但其持久自动旋转的旋转方向，一旦相关的结构和电路设定后，其自动旋转的方向是单一的，如果通过手动反转，则其就会停止旋转或过一会又按原来方向旋转。因此，其浮体旋转方向单调，使用不方便，而且想让浮体的自动旋转方向调变，需要调整相关的结构和电路，也很麻烦。

发明内容：

针对现有技术存在的上述缺失，本发明提出一种在不作相关结构和电路调整的情况下，具有浮体持久自动旋转方向，可仅取决于手动施加给浮体的有效拨动方向，并可随时随意手动反向拨转；扩大了功能和用途、使用方便的双向随机自动旋转的磁悬浮装置。

为实现上述目的，本发明采用了双向随机自动旋转系统的结构、置位及电子控制电路等。鉴于，“动态平衡地磁悬浮”、“予置磁场”、“旋转力源”以及各种型式的磁悬浮器件等为公知公用，不再赘述。

本发明的技术方案：

一种浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，由磁悬浮系统和旋转系统及架箱体组成，其磁悬浮系统和采用的双向随机自动旋转系统分别由浮体内置磁悬浮永磁体、架箱体内的电磁铁、位移传感器及磁悬浮控制电路和由浮体内的旋转永磁体或旋转导磁体、架箱体内的电磁线圈、接近传感器及旋转控制电路构成。

接近传感器和电磁线圈的各自中心点之间的连线与磁悬浮状态下的中心重心垂线相交，接近传感器和电磁线圈各自中心纵向垂直切面都同时处于以中心重心垂线为纵轴的同一个纵向垂直切面上。

其布位是以中心重心垂线为参考位置，接近传感器置放在电磁线圈的内侧或外侧或同一的纵向垂直位置处。

其中，一种电磁铁在浮体的上方，磁感应线性传感器置位于电磁铁铁芯的下端面处，以检测下方浮体的纵向磁悬浮位置，通过控制电路，调节电磁铁线圈的电流，以控制电磁铁对浮体上部磁悬浮永磁体的上吸磁力，平衡于浮体的自重力，达到浮体的磁悬浮。所采用的磁悬浮控制电路，磁感应位置线性传感器发出的传感电压信号，以及浮体纵向位置有所变动时，传感电压信号随之变化，通过电路的输入放大级和控制级，向后级的功放管输出一定量值的基极电压和电流，功放管供给电磁铁线圈一定的励磁电流，电磁铁产生可控的电磁场。

另一种，磁悬浮系统，是架箱体上部的永磁体和浮体上部的永磁体相吸，使浮体受上拉力，下底座箱内的倒装的电磁铁，通电时对浮体下部的永磁体产生吸力而使浮体下拉，当浮体受到的上磁拉力等于浮体下部受到的下拉磁力，加上浮体自重，浮体可磁悬浮。

旋转系统由浮体内的旋转永磁体、架箱体内的电磁线圈、接近传感器及旋转控制电路构成。当浮体内的旋转永磁体发出的有效磁场随着浮体的旋转而接近架箱体内的磁感应接近传感器时，磁感应接近传感器发出有效的传感信号，通过某种型式的控制电路，向电磁线圈通电，电磁线圈向旋转永磁体发出电磁场，对旋转永磁体产生电磁力，作为浮体自动旋转的力源。

双向随机自动旋转的结构，是磁感应接近传感器和电磁线圈各自的中心点的连线应与磁悬浮的浮体的中心重心垂线相交，并且磁感应接近传感器和电磁线圈的各自的中心的纵向切面都同处于以中心重心垂线为轴的同一垂直切面上。

在此双向随机自动旋转结构基础上，再配以相应的控制电路，可使浮体具有双向随机自动旋转功能；反之，如果上述“连线”不与中心重心垂线相交，而且两者不在同一切面上，则是单向自动旋转的系统，浮体自动旋转呈单向的方式。

本发明采用双向随机自动旋转系统，在不作相关结构和电路调整的情况下，浮体的自动旋转方向(顺时钟或逆时钟方向旋转)，可仅取决于手动随时随意的有效拨动方向，并可持久的在该方向自动旋转下去，其且具有结构和电路简单、调试简化，扩大功能和用途及便于制造等优点。

附图说明：

图1为本发明实施例磁悬浮地球仪(球体)的示意图。

图2为本发明实施例磁悬浮足球模型的示意图。

图3为本发明实施例倒置双吸式磁悬浮装置的示意图。

图4为本发明实施例磁悬浮元宝的示意图。

图5为本发明控制电路框图。

图6为本发明控制电路原理图。

附图中名称说明：

0：中心重心垂线；1：架箱体；2：电磁铁；3：电磁盒；4：铁芯；5：电磁铁线圈；7：凹腔槽；6：位移传感器；8：单边弓形支架支撑管；10：浮体；10-1：地球仪；10-2：足球模型；10-3：元宝壳体模型；11：永磁体；12：竖置旋转永磁体；13：平置旋转永磁体；14：平置中心定位永磁体；15：中心定位永磁体；16：接近传感器；17：下底箱座内旋转系统部件；18：电磁线圈；18-1：竖置筒形电磁线圈；18-2：横置筒形电磁线圈；18-3：竖置立柱形电磁线圈；18-4：横置立柱形电磁线圈；18-5：竖置扁形电磁线圈；18-6：横置扁形电磁线圈；19：干(湿)簧管；20：位移霍尔元件；20-1：线性霍尔元件；20-2：接近霍尔元件；24：门框；25：下底箱座；26：顶部永磁体；27：平置永磁体；28：控制电路板；29：实芯支撑支架。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明作进一步描述：

一种浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，由磁悬浮系统和旋转系统及架箱体组成，其磁悬浮系统和采用的双向随机自动旋转系统分别由浮体10内置磁悬浮永磁体11、架箱体1内的电磁铁2、位移传感器6及磁悬浮控制电路板28和由浮体10内的旋转永磁体12、架箱体1内的电磁线圈18、接近传感器16及旋转控制电路板28构成。

接近传感器16和电磁线圈18的各自中心点之间的连线与磁悬浮状态下的浮体10中心重心垂线0相交，接近传感器16和电磁线圈18各自中心纵向垂直切面都同时处于以中心重心垂线0为纵轴的同一个纵向垂直切面上。

其布位是以中心重心垂线0为参考位置，接近传感器置16放在电磁线圈18的内侧或外侧或同一的纵向垂直位置处。

其中，电磁铁2设置在架箱体1的上部，其由铁芯4和套装在铁芯外的线圈5构成；在铁芯4下侧的平面层处或在铁芯4下侧面的呈上凹形铁芯的凹腔槽7内设置有平置的磁感应线性位移传感器6；

浮体10内的上部在中心重心垂线0位置装有平置的磁悬浮永磁体11，其上侧面的磁极性立与通电的电磁铁2向下产生电磁场的磁极性为异性而相吸；

电磁铁2的铁芯4下部霍尔元件20与磁悬浮状态下的浮体10上部平置永磁体11的上侧面之间的间隙是浮体10的纵向位置的量度。对于一定的间隙，霍尔元件20受磁感应而输出一定的电压信号，通过磁悬浮控制电路板28上的输入放大级的电压放大以及调节级的调节，向后级的功放三极管输出一定电压值的基极电压，功放管提供电磁铁线圈5一定量值的励磁电流，产生的电磁场对浮体10上部磁悬浮永磁体11产生吸引，使浮体10受到上拉磁吸力，以应对浮体10因自重而下落；当浮体的纵向位置改变而使间隙有所改变，通过控制电路使电磁铁线圈5电流改变，对浮体10的上拉磁吸力予以控制，使浮体10动态平衡在所调节的磁悬浮纵向位置上。

接近传感器16和电磁线圈18可以竖置或平置，电磁线圈18可带有铁芯；

位移传感器6采用具有磁感应的磁敏二极管或磁敏三极管或磁敏电阻或线性磁感应霍尔元件20-1；

接近传感器16采用具有磁感应的磁敏二极管或磁敏三极管或磁敏电阻或线性或开关型磁感应霍尔元件20-2或干簧管19(或湿簧管)。

其中，浮体10内至少装有一个平置的离中心重心垂线0一定距离处的旋转永磁体13，架箱体1内离开中心重心垂线0一定距离，并对应旋转永磁体13的部位，至少装有一个作为接近传感器的平置的霍尔元件20-2或作为接近传感器的竖置的干簧管19，以及至少一个可以带有铁芯的竖置的电磁线圈18-1；

当浮体10内平置的旋转永磁体12的下侧面的磁场随着浮体10的旋转而达到接近于架箱体1内的接近传感器20-2时，接近传感器20-2发出有效的传感信号，作用双向随机自动旋转控制电路，使电磁线圈18通以一定量值，时序、时限、脉冲波形的激磁电流，产生相应的电磁场，作用于旋转永磁体12的下侧面，对旋转永磁体12产生电磁力的作用，使浮体10受到旋转力源，浮体10每旋转一周，至少受到一次旋转力源的作用，使浮体10自动旋转。

其中，浮体10下部中心重心垂线0位置装有一块竖置的旋转永磁体12，在架箱体1的下底座箱25内，离中心重心垂线0一定距离处，装有竖置的电磁线圈13-1和平置的霍尔元件20-2，或设有予置磁场的干簧管19的磁感应接近传感器。

其中，浮体10下部中心处竖置的永磁体12，在架箱体1的下底座箱25内，在中心重心垂线0处装有横置的电磁线圈18-2；

离中心重心垂线0有一定距离的部位处设置有平置的霍尔元件20-2或竖置的干簧管的接近传感器19；

设有予置磁场的干簧管19横置时，其中心与横置的电磁线圈18-2的中心都同时处在中心重心垂线0的位置，且横置的干簧管19的横向伸出的两根感应脚与横置的电磁线圈18-2的中心横向轴线相平行。

其中，浮体10内上部装有平置的磁悬浮永磁体11，浮体10下部中心处装有至少一块竖置的旋转永磁体12，旋转永磁体12也可平置在离中心重心垂线0一定距离的位置上；或在浮体10下部中心处装有一块平置的中心定位永磁体14。

所述的浮体10形式：包括地球仪或球体及各类广告品或玩具或模型展示或纪念品或艺术品等；

所述的架箱体1结构为单边弓形、双边门框形、箱体式或艺术型式，其上部中心重心垂线0位置装有电磁铁2，铁芯4下侧面层处平置有磁感应线性位移传感器6，电磁铁2外壳至少一个侧面连接有向下延伸内穿导线的支撑体8，与架箱体1的下底座箱25面板的一侧或两侧处固定，下底座箱25内中心重心垂线0处装有横置的电磁线圈10-2或中心定位永磁体15，离中心重心垂线0一定距离处装有竖置的电磁线圈18-1以及磁感应接近传感器16，控制电路等。

实施例1(如附图1所示)，其中，电磁铁2设置在架箱体1的上部，其由铁芯4及其外套的线圈5构成，在铁芯4下侧的平面层处或在铁芯4下侧面的呈上凹形铁芯的凹腔槽7内设置有平置的位移传感器6，其采用磁敏二极管或磁敏三极管或磁敏电阻，或磁感应线性霍尔元件或磁感应线性霍尔传感器集成电路元件20-1。

在地球仪10-1内的上部的中心重心垂线0位置装有平置的与电磁铁产生不同磁极性的磁悬浮永磁体11，在地球仪10-1的下部沿中心重心垂线0的位置装有一块竖置的旋转永磁体12，在地球仪10-1的下方的箱体底座25内装有旋转系统部件17；

它可以有多种结构形式，一种是在离开中心重心垂线0的一定距离处装有磁感应接近传感器16和可以有铁芯的竖置的电磁线圈18(或18-1或18-3或18-5)两者的中心点之间的连线；如果不与中心重心垂线0相交，如图1中的B、D、F和H所示，则地球仪10-1的自动旋转方向为单向的；反之，相交或者基本上相交的，且两者的中心点是处于同一垂直切面上或者基本上处在同一垂直切面上的结构方式(如图1中的A、C、G、E所示)，则为双向随机自动旋转的旋转系统的结构方式；在双向随机自动旋转的结构中，以中心重心垂线0为标准位置，接近传感器16，可以设置在电磁线圈18的内侧(如图1中的A所示)或外侧，(如图1中的C所示)，并且两者可以贴近设置，或者接近传感器16也可以设置在竖置的筒形电磁线圈18-1空芯内(如图1I所示)；

另一种旋转器件结构方式，是下箱座25内，沿中心重心垂线0位置，装有横置的可以带有铁芯的电磁线圈18(18-2或18-4或18-6)，如果接近传感器霍尔元件20-2，它置于离中心重心垂线0有一定距离的某一旁侧，霍尔元件20-2和横置的电磁线圈18的横轴线，两者应处在同一垂直切面上，而接近传感器16，如果采用干簧管(湿簧管)19时，它也是横置在横置的电磁线圈18的正上方或正下方的部位，干簧管19的两个横向的脚应平行于横置的电磁线圈18的中心轴线并处于同一垂直切面位置上，对应于地球仪10-1下部的竖置的旋转永磁体12，下底座箱25内的接近传感器16，如果采用干簧管19，应设有予置磁场。

磁悬浮控制电路和旋转控制电路设置在电路板28上，磁悬浮控制电路，包括作为位移传感器6的线性霍尔元件20-1，用于检测它与它下方地球仪10-1的上部的平置磁悬浮永磁体11的上侧面之间的间距变化情况，对于磁悬浮状态下纵向位置下的磁悬浮地球仪10-1，在一定间距下霍尔元件20-1的下侧面能接受到地球仪10-1上方的磁悬浮永磁体11的上侧端面向上方发出的磁场，是具有一定的所得到的磁场而发生一定的磁感应，从而霍尔元件20-1发出位移传感器信号是一定量值的电压信号(如附图6所示)，它经电路的输入放大级再经过功放级，产生电磁线圈5的励磁电流，使电磁铁10的电磁场作用于下方的地球仪10-1上部的平置磁悬浮永磁体11的上侧面的异磁性的磁场，产生对地球仪10-1的相吸的向上提升的电磁力，此电磁力用于应对地球仪10-1的自身重量的下落的重力，当地球仪10-1的磁悬浮的纵向位置有所变化，例如，如果位置有所下沉，由于上述的“间距”增大，则磁悬浮位移传感器信号也随着有所变，经控制电路，使电磁铁线圈5的电流也增大，从而使电磁铁2发出的电磁场强度也增大，则地球仪10-1所受到的向上吸拉力的电磁力也增大，从而使地球仪10-1停止下沉。

反之，在另一种情况下，地球仪10-1有所上升时，其过程相反，电磁铁2的线圈5的电流有所减少，则地球仪10-1所受的上拉力减少，阻止了地球仪10-1的上升，通过上述两个快速细微过程的作用，使地球仪10-1可处在由电位器调节的纵向的动态平衡的磁悬浮纵向位置上，地球仪10-1可稳定地磁悬浮。

调控级作用是当地球仪10-1完全下落至底座箱面上或者根本不处在架箱体1内时，电磁铁线圈5的电流值均为零值，反馈电路可使地球仪10-1在磁悬浮时可以更加稳定可靠。

另外，由图1可见，在地球仪10-1的磁悬浮并旋转过程中，地球仪10-1下端部竖置的旋转永磁体12随着地球仪10-1的某一旋转方向旋转，其某一磁侧面的磁场的有效作用区，旋转达到靠近下方的下底座箱内的接近传感器16的上方某部位时，接近传感器干簧管19或霍尔元件20-1，它们即发出有效传感信号，经过旋转控制电路，向下底座箱25内的电磁线圈18提供激磁电流，电磁线圈18即向上方的旋转中的竖置的旋转永磁体12的某一侧面，发出磁场的相互作用，从而对地球仪10-1产生旋转力源，使地球仪10-1朝着已经旋转的方向持久地自动旋转；如果电磁线圈18和接近传感器16的各自的中心点的连线和中心重心垂线0不相交(如图1中的B、D、F、H所示)，则地球仪10-1为单向自动旋转，而如果两者相交并在同一垂直切面上(如图1中的A、C、G、、E所示或者如I的情况)，则为双向随机自动旋转的结构，地球仪10-1具有双向随机自动旋转的功能。

附图6所示为旋转控制电路，其中，较简单的方式，它取决于接近传感器16所发出的有效传感信号的时限和时序，其信号经过限流降压电路，直接施加给电磁线圈18以一定量值和方向的电流；另一种，是信号经过放大电路向电磁线圈18提供电流；再一种，是其信号通过各种脉冲电路，以一定的脉冲波形和量值，并以一定的时限和时序向电磁线圈18提供脉冲电流。上述电路还可进一步加入RC延时积分电路的方式，以增加旋转效果。

实施例2(如图2所示)，为一种整体呈现足球门架模型24的上樑，浮体10为足球模型10-2，电磁铁2采用横双臂电磁铁，铁芯4中部装有向下的导磁头及其左右两边各有一根横置的套有电磁铁线圈5的铁芯4，当两个电磁铁线圈5通电时，其各自产生的电磁场是对持的并且通过导磁头向下方发出叠加的电磁场，其对下方的足球模型10-2的上端部平置的磁悬浮永磁体11的上侧面产生异磁极性而相吸，将足球模型10-2向上吸拉，以应对足球模型10-2因自身重量而下落的力，导磁头下端部装有平置的线性霍尔元件20-1，用以探测下方足球模型10-2的磁悬浮的纵向位置及其变化，通过电路使足球模型10-2处于动态磁悬浮平衡位置状态。

在足球模型10-2的下部，在离中心重心垂线0一定距离处，至少装有一块平置的或基本平置的旋转永磁体14，而在其中心重心垂线0位置，可以装有一块平置的中心定位永磁体15，在架箱体1的下部的下底座箱25内，可以在中心重心垂线0位置装有一块平置的中心定位永磁体15，在下底座箱25内的旋转系统部件17的位置，是各种形式的或是在离中心重心垂线0一定距离并对应于足球模型10-2下部的旋转永磁体13的下方相应部位处可装有一个竖置的空芯筒形的电磁线圈18-1，在空芯内装有竖置的干簧管19或横置有霍尔元件20-2，如图2所示为一种双向随机自动旋转的结构。

另一种方式，是以足球模型10-2的中心重心垂线0为中心，作为接近传感器竖置的干簧管19或平置的霍尔元件20-2，可放置在竖置的电磁线圈18(空芯或带有铁芯的竖置的筒形电磁线圈18-1或棒形竖置的电磁线圈18-3或竖置的扁平铁芯的电磁线圈18-5)的内侧或外侧，并且相互可以贴近放置；当电磁线圈18与接近传感器竖置的干簧管19或平置的霍尔元件20-2之间的中心点的连线并不与中心重心垂线0相交，则足球模型10-2为单一方向的自动旋转；如果其连线与中心重心垂线0相交(如图2中的A、B情况下)，并各自的中心点都处在同一垂直切面上，则该结构为双向随机自动旋转的结构(如图2中的A、B情况下)，足球模型10-2可作双向随机自动旋转，而旋转系统的作用方式是，当足球模型10-2下方的旋转永磁体14随足球模型10-2旋转到其下方的接近传感器16的相应方位时，旋转永磁体14向下发出有效磁场作用于接近传感器16，后者即发出有效的传感信号，通过旋转控制电路，向电磁线圈18提供电流，后者向上方发出电磁场，作用于足球模型10-2下部的旋转永磁体14，使旋转永磁体14受到电磁力的作用，从而给足球模型10-2受到旋转力源而自动持久旋转，其原理如前所述。

实施例3(如图3所示)，在架箱体1上端部顶部内置一块平置的永磁体26的电磁盒3，它由可以是实芯体的支架29所支撑，平置的永磁体26的下方的磁悬浮的各种类型的浮体10的上端部装有一块平置的永磁体27，它与上方的永磁体26是异磁极性相吸的形成对浮体10的上吸拉力，浮体10下部沿中心重心垂线0处装有一块磁悬浮永磁体11，其旁侧至少装有一块平置的旋转永磁体13，在浮体10的下方架箱体1的下底座箱25内，在中心重心垂线0位置上装有铁芯4开口向上倒置的电磁铁2，当电磁铁2的线圈5通电时，其向上发出电磁场，与在浮体10下部平置的磁悬浮永磁体11的下侧面相互异磁极性相吸；此外，磁悬浮永磁体11与电磁铁2的铁芯4之间也有磁吸力，这两股来自浮体10下方的使浮体10受到的下吸力的合力，可使浮体10下沉，而当浮体10所受的上吸磁力等磁悬浮浮体10所受的下吸力加上浮体10自身的下落重量，使浮体10可磁悬浮，浮体10下方的下底座箱25内的电磁铁2的铁芯4的上端面处平置的霍尔元件20-1，用以探测其上方浮体10的磁悬浮时的纵向位置及位置的变化情况，当浮体10的磁悬浮的纵向位置有所下沉，通过磁悬浮控制电路，使电磁铁2的线圈5的励磁电流有所减少，则浮体10下部受到的电磁铁2的下吸电磁力减少，此时，浮体10会停止下沉，如果浮体10有上升趋势；则同理，浮体1下部受下吸电磁力增加，阻止浮体10上升，这样就可使浮体10处于动态的磁悬浮平衡状态，其过程如前所述。

浮体10的自动旋转结构和方式是在浮体10的下方的磁悬浮永磁体的旁侧，至少装有一块平置的旋转永磁体13，而在下底座箱25内，离中心重心垂线0一定距离位置装有旋转部件17，它由接近传感器16和电磁线圈18组成(如图3所示)，当浮体10内的旋转永磁体13随着浮体10旋转而旋转到接近下方的下底座箱25内的接近传感器16的有效磁感应部位时，接近传感器16发出有效的传感信号，通过旋转控制电路，使电磁线圈18通电，产生电磁场，作为浮体10的旋转力源，具体过程如前所述。

而当下底座箱25内电磁线圈18和接近传感器16，各自中心点间的连线不与中心重心垂线0相交，则为浮体单向自动旋转结构(如图3A所示)，如果是相交且两者同处于同一垂直切面上，则浮体为双向随机自动旋转结构和功能；此时，以中心重心垂线0为中心点，接近传感器16可放置在电磁线圈18的外侧(如图3B所示)，也可以放置在内侧(如图3C所示)，接近传感器16也可以放置在竖置的筒形电磁线圈18-1的空芯腔内(如图3D所示)。接近传感器16可以采用竖置的干簧管19或平置的霍尔元件20。

实施例4(如图4所示)。架箱体1内的浮体10为金色或银色的元宝壳体模型10-3，架箱体1为上部呈亭角形的艺术型箱体结构，上夹层内放置有立柱形或横臂形的导磁头2，铁芯下端面层处平置霍尔元件，亭顶向下延伸支撑墙面内穿导线，墙面下部与底座下夹层连接；

作为浮体10的元宝模型10-3壳体内上部在中心重心垂线0处平置磁悬浮永磁体11，其下部中心处平置一块中心定位永磁体14，旁侧至少置有一块平置的旋转永磁体13，在下底座的夹层内，在中心重心垂线0位置装有一块平置的中心定位永磁体14，在它的旁侧，对应于上方的旋转永磁体13的位置，至少设置一个接近传感器16和至少一个竖置的可以带有铁芯的电磁线圈18，下箱内装有控制电路板28。

另一个实施例，架箱件1是单边支架式24，元宝模型为至少是两个串结的结构，架体1上部是电磁盒3，内置立柱式电磁铁2，铁芯4下侧面层处平置霍尔元件20，电磁盒3连接有向下延伸的一根内穿导线的弓形支撑管并固定在下底座面板一侧，串接元宝模型10-3最上部平置磁悬浮永磁体11，最下部中心处竖置旋转永磁体13，下底座箱中部呈上凸空盒形，内中的中心重心垂线0处平置一个带有铁芯的横置电磁线圈18-2，中心线旁侧平置霍尔元件20，控制电路板28可以置于电磁线圈18-2的下方。

图6中的A所示为磁悬浮控制电路的实施例。I_C1为集成运放差动减法放大器，H₀L₁为作为位移传感器6的磁感应线性霍尔元件，其输出的传感信号电压值是浮体10的磁悬浮纵向位置及变化的量度，此电压接入I_C1的负输入端，而I_C1的正输入端的电压值则由电位器W₁作调定，对于浮体10的一定的磁悬浮纵向位置，H₀L₁霍尔元件输出一定量值的信号电压，调节W₁使I_C1的正输入端的电压值略高于I_C1的负输入端电压，则I_C1输出端输出一定量值的正电压，通过电阻R₄向功放管BG₁提供一定量值的基极电压及电流，BG₁集电极向电磁铁线圈5L₁通入一定量值的励磁电流，电磁铁2发出一定量值的电磁场，对浮体10产生一定量值的上吸电磁力，以平衡浮体10的下落重力，浮体10磁悬浮在W₁调定的一定的纵向位置上，当磁悬浮的浮体10有向上升趋势时，霍尔元件H₀L₁输出电压有所增大，I_C1输出电压有所减少，BG₁基极电流减少，集电极电流也即电磁铁线圈5(L₁)电流减少，电磁力减少，对浮体10的上吸力减少，浮体10因自重而停止上升，阻止了浮体10继续上升；反之，当浮体10有下落趋势时，霍尔元件H₀L₁输出电压减少，I_C1输出电压增大，则L₁电流增大，电磁力增大，阻止浮体10下落，这样，快速细微地反应，使浮体10处于稳定的动态平衡地磁悬浮状态；而当浮体10完全下落至下方或不在架箱体1内，此时，L₁电流达到最大值，为了不使此情况长久存在，I_C2此时，因正输入端的电压低于所调定的R₁和R₂之间的分压，I_C2输出最低的电位，通过箝位二极管D₁，使I_C1的正输入端的电压箝位至很低的电位，此时，I_C1输出端电压很低，BG₁处于截止，L₁中的电流为零，起到了控制保护作用。

图6中的B、C、D所示为自动旋转控制电路。由图6中的B可知，干簧管GA₁作为磁感应接近传感器16，当浮体10内的旋转永磁体13的有效磁场区随着浮体10的旋转而接近GA₁时，其常开触点转换而闭合，正电源通过限流电阻R₁₀向电磁线圈18(L₂)通电，L₂产生电磁场作用于旋转永磁体13，对旋转永磁体13产生电磁力的作用，作为施加给浮体10的旋转源力，浮体10每旋转一周，这力源至少要施加一次，使浮体10自动旋转，续流二极管D₂用以吸收电流通断时产生的杂散波，C₁为旁路电容器。

如图6中的C所示为H₀L₂为接近传感器16的磁感应线性霍尔元件，I_C2为集成运放差动减法放大器，其负输入端的电压由电位器W₂作调定，浮体10旋转时，旋转永磁体13的有效磁场区接近H₀L₂时，其输出的传感信号电压值比I_C3的负输入端电压高，则I_C3输出高电压，功放管BG₂饱和导通，正电源通过限流电阻R₁₄向电磁线圈18(L₃)通电，产生电磁场，作为浮体10的自动旋转力源。

由图6中的B、C可知，电磁线圈18(L₃)和L₄通电的时间长短等同于GA₁和H₀L₂发出的有效传感信号的时间，此时间也就是旋转力源所施加的时间；

而由图6中的D可知这是脉冲电路，每当干簧管GA₂受有效磁感应而触点闭合时，正电源通过电容器C₃、R₁₅向BG₃基极通电，正电源通过电阻18向电磁线圈18L₄通电，发出电磁场，而当电容器C₃充电结束时，BG₃基极电流停止，L₄电流为零值，停止发出电磁场，因此，调整C₃与R₁₅的量值，改变时间常数，也就改变了L₄的脉冲电流的脉宽，控制了电磁场的作用时间，也就在对浮体10的旋转力源的作用时序、时限，量值方面，可作出选择。

Claims (14)

1、一种浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，由磁悬浮系统和旋转系统及架箱体组成，其特征在于磁悬浮系统和采用的双向随机自动旋转系统分别由浮体内置磁悬浮永磁体、架箱体内的电磁铁、位移传感器及磁悬浮控制电路和由浮体内的旋转永磁体、架箱体内的电磁线圈、接近传感器及旋转控制电路构成；

接近传感器和电磁线圈的各自中心点之间的连线与磁悬浮状态下的浮体的中心重心垂线相交，接近传感器和电磁线圈各自中心纵向垂直切面都同时处于以中心重心垂线为纵轴的同一个纵向垂直切面上；

其布位是以中心重心垂线为参考位置，接近传感器置放在电磁线圈的内侧或外侧或同一的纵向垂直位置处。

2、如权利要求1所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于在架箱体上部设置由铁芯及其外套线圈组成的电磁铁，在铁芯下侧面的平面层处或在铁芯下侧面的呈上凹形铁芯的凹腔槽内设置有平置的磁感应线性位移传感器；

浮体内的上部在中心重心垂线位置装有平置的磁悬浮永磁体，其上侧面的磁极性与通电的电磁铁向下产生电磁场的磁极性为异性而相吸；

接近传感器和电磁线圈可以竖置或平置，电磁线圈可带有铁芯；

位移传感器采用磁敏二极管或磁敏三极管或磁敏电阻或线性磁感应霍尔元件；

接近传感器采用磁敏二极管或磁敏三极管或磁敏电阻或线性或开关型的磁感应霍尔元件或干簧管或湿簧管。

3、如权利要求1所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于架箱体上部有内置有平置的永磁体的电磁盒，盒体与支撑体连接，支撑体向下延伸与下底座箱面板固定连接；

浮体上部中心重心垂线处和浮体下部中心重心垂线处分别平置磁悬浮永磁体，在中心重心垂线旁侧至少设置有一块旋转永磁体；

下底座箱的中心重心垂线处装有电磁铁，在电磁铁铁芯的上侧面层上装有作为位移传感器的平置的霍尔元件，在电磁铁旁侧，对应于上方的旋转永磁体的位置，至少装有一个竖置的电磁线圈和至少一个磁感应接近传感器；

浮体上部的磁悬浮永磁体与架体箱上部的永磁体相吸，电磁铁通电时向上发出的电磁场与浮体下部中心处的磁悬浮永磁体的下侧面相互为异性相吸。

4、如权利要求1所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于浮体内至少装有一个平置的离中心重心垂线一定距离处的旋转永磁体，架箱体内离开中心重心垂线一定距离，并对应旋转永磁体的部位，至少装有一个磁感应接近传感器，以及至少一个可以带有铁芯的竖置的电磁线圈。

5、如权利要求4所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于在浮体下部中心重心垂线位置装有一块竖置的旋转永磁体，在架箱体的下底座箱内，离中心重心垂线约定距离处，至少装有一个竖置的电磁线圈和至少一个平置的霍尔元件或至少一个设有予置磁场的干簧管。

6、如权利要求4所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于浮体下部中心处装有一块竖置的永磁体，在架箱体的下底座箱内，在中心重心垂线处装有横置的电磁线圈；

离中心重心垂线有一定距离的部位处设置有平置的霍尔元件或竖置的干簧管；

设有予置磁场的干簧管横置时，其中心与横置的电磁线圈的中心都同时处在中心重心垂线的位置，且横置的干簧管的横向伸出的两根感应脚与横置的电磁线圈的中心横向轴线相平行。

7、如权利要求1所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于浮体内上部装有平置的磁悬浮永磁体，浮体下部中心处装有一块竖置的旋转永磁体，旋转永磁体也可平置在离中心重心垂线一定距离的位置上；或在浮体下部中心处装有一块平置的中心定位永磁体；

所述的浮体形式：包括地球仪或球体及各类广告品或玩具或模型展示或纪念品或艺术品等；

所述的架箱体结构为单边弓形、双边门框形、箱体式或各类型式，其上部中心重心垂线位置装有电磁铁，铁芯下侧面层处平置有位移传感器，电磁铁外壳至少一个侧面连接有向下延伸内穿导线的支撑体与架箱体的下底座箱面板作固定连接，下底座箱内中心重心垂线处装有横置的电磁线圈或中心定位永磁体，离中心重心垂线一定距离处装有竖置的电磁线圈以及接近传感器，控制电路板等。

8、如权利要求7所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于单边支架和地球仪(球体)的组合，架箱体上部置有内装立柱式电磁铁的电磁盒，其一侧连有内穿导线的支撑管与下底座箱连接；作为浮体的地球仪壳体内上部装有平置的磁悬浮永磁体，地球仪下部中心处装有一块竖置的旋转永磁体；

下底座箱内离中心重心垂线一定距离处装有竖置的带有铁芯的电磁线圈，电磁线圈旁侧装有平置的霍尔元件或竖置的设有予置磁场的干簧管；

电磁线圈也可以横置在中心重心垂线处，离中心重心垂线一定距离处装有平置的霍尔元件或竖置的设有予置磁场的干簧管；

或者，在中心重心垂线位置处装有横置的电磁线圈和与其对应的中心重心垂线位置处平置的设有予置磁场的干簧管，干簧管横向的两根磁感应脚应平行于横置的电磁线圈的横轴线。

9、如权利要求7所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于由足球门架模型和足球模型组合，足球模型门架的上部的横梁内装有横臂电磁铁，霍尔元件平置在铁芯的导磁头的下侧面层处，门架模型下部为象征绿草坪的下底座箱，在门架中间有自动旋转磁悬浮的足球模型，足球模型上部装有平置的磁悬浮永磁体，其下部中心处有一块平置的中心定位永磁体，在旁侧至少装有一块平置的旋转永磁体，下底座箱在中心重心垂线处装有一块平置的中心定位永磁体，在旁侧装有一个竖置的空芯电磁线圈，内部竖置一个干簧管。

10、如权利要求7所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于浮体为金色或银色的元宝壳体模型，架箱体为上部呈亭角形的艺术型箱体结构，上夹层内放置有立柱形或横臂形的电磁铁；铁芯下端面层处平置霍尔元件，亭顶向下延伸支撑墙面内穿导线，墙面下部与底座下夹层连接；

元宝模型壳体内上部在中心重心垂线处平置磁悬浮永磁体，其下部中心处平置一块中心定位永磁体，旁侧至少置有一块平置的旋转永磁体，在下底座的夹层内，在中心重心垂线位置装有一块平置的中心定位永磁体，在它的旁侧，对应于上方的旋转永磁体的位置，至少设置一个接近传感器和至少一个竖置的可以带有铁芯的电磁线圈，下箱内装有控制电路板；

或者，架箱体为单边支架式，元宝模型为至少是两个串结的结构，架体上部是电磁盒，内置立柱式电磁铁，铁芯下侧面层处平置霍尔元件，电磁盒连接有向下延伸的一根内穿导线的弓形支撑管并固定在下底座面板一侧，串接元宝模型最上部平置磁悬浮永磁体，最下部中心处竖置一个旋转永磁体，下底座箱中部呈上凸空盒形，内中的中心重心垂线处平置一个带有铁芯的横置电磁线圈，中心线旁侧平置霍尔元件，电磁线圈的下面也可设置控制电路板。

11、如权利要求1所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于磁悬浮控制电路的构成，由I_C1为集成运放差动减法放大器与H₀L₁为作为位移传感器的磁感应线性霍尔元件串接，其将作为浮体的磁悬浮纵向位置及变化的量度输出的传感信号电压值接入I_C1的负输入端，其I_C1的正输入端与作调定电位器W₁连接，I_C1输出端经电阻R₄与功放管BG₁输入端连接，继而由集电极与电磁铁线圈L₁连接；其中，控制保护是通过箝位二极管D₁实现的。

12、如权利要求11所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于I_C2为集成运放差动减法放大器，其负输入端与作调定电位器W₂连接，其正电源经限流电阻R₁₄与作为浮体的自动旋转力源的电磁线圈L₃连接。

13、如权利要求1所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于在自动旋转控制电路中，作为磁感应接近传感器的干簧管GA₁，其常开触点连接正电源经限流电阻R₁₀与电磁线圈L₂连接；其中，续流二极管D₂与旁路电容器C₁和L₂作并联连接。

14、如权利要求11所述的浮体可作双向随机自动旋转的磁悬浮装置及其控制系统，其特征在于在脉冲电路中，簧管GA₂常开触点经正电源和电容器C₃、R₁₅与BG₃输入端串接，正电源经电阻R₁₈与电磁线圈L₄连接；其时间常数的大小，通过调整C₃与R₁₅的量值实现。

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