CN202103611U

CN202103611U - 一种下托型磁悬浮装置

Info

Publication number: CN202103611U
Application number: CN201120192790XU
Authority: CN
Inventors: 黄培雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Chen Yunfei
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2021-06-09

Abstract

本实用新型公开了一种下托型磁悬浮装置，包括悬浮体部分和底座部分，所述悬浮体部分包括悬浮体以及水平固定于所述悬浮体的悬浮永磁体，所述悬浮永磁体的磁极上下朝向，所述底座部分包括底座以及固定于所述底座的环形永磁体、位移传感器组件、电磁铁组件和控制电路；所述位移传感器组件和电磁铁组件分别用于检测和控制悬浮体在水平面方向两个维度的位移；所述控制电路通过PWM信号驱动所述电磁铁组件。与现有技术相比较，本实用新型有效解决了现有技术中电磁铁驱动元器件发热大的问题，因此不需安装散热器，从而缩小了电路体积，提高了生产效率，降低了生产成本；悬浮体还可做永久旋转。本装置可用于工艺品展示等。

Description

一种下托型磁悬浮装置

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮装置技术领域，更具体地说，是涉及一种下托型磁悬浮装置。

背景技术

现有技术中的下托型磁悬浮装置通常包括磁性底座和悬浮体，所述磁性底座内设置有电磁铁，并采用线性放大器驱动。这种结构方式的磁悬浮装置存在以下缺陷：在手动放置悬浮体的过程中，驱动元器件会急剧升温，因此现有技术中的磁悬浮装置通常需要安装散热器，而散热器的设置不利于装置的小型化，同时也会带来生产成本的增加以及生产效率的下降。而且，所述悬浮体也难以保证永久旋转。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种结构简单的下托型磁悬浮装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：提供一种下托型磁悬浮装置，包括悬浮体部分和底座部分，

所述悬浮体部分包括悬浮体以及水平固定于所述悬浮体的悬浮永磁体，所述悬浮永磁体的磁极上下朝向；

所述底座部分包括底座、环形永磁体、位移传感器组件、电磁铁组件以及控制电路，所述环形永磁体、位移传感器组件、电磁铁组件以及控制电路均固定于所述底座；

所述环形永磁体水平设置，所述环形永磁体上表面的磁极与所述悬浮永磁体下表面的磁极相异；

所述位移传感器组件包括至少两个位移传感器，检测所述悬浮体在水平面方向两个维度的位移；

所述电磁铁组件包括至少两个电磁铁，控制所述悬浮体在水平面方向两个维度的位移；

所述控制电路与所述位移传感器、电磁铁连接，并根据所述位移传感器检测到的所述悬浮体的位移，来控制所述电磁铁的磁场，使所述悬浮体稳定悬浮于所述环形永磁体的上方；

所述控制电路通过PWM信号驱动所述电磁铁组件。

进一步地，所述位移传感器组件包括两个位移传感器，均为霍尔传感器。

更进一步地，所述两个位移传感器分别为检测X轴方向磁场的X位移传感器，以及检测Y轴方向磁场的Y位移传感器。

再进一步地，所述X位移传感器位于Y轴上，所述Y位移传感器位于X轴上，所述两个位移传感器紧靠在所述环形永磁体的中心位置。

进一步地，所述电磁铁组件包括四个电磁铁，所述四个电磁铁分为两组，均竖直设置于同一水平面上，且以环形永磁体的中轴线为中心，均匀对称分布于环形永磁体内，同组的两个电磁铁磁极方向相反。

进一步地，所述控制电路包括位移检测电路、位移控制电路以及电磁铁驱动电路，其中，位移控制电路为单片机电路，并输出PWM控制信号到电磁铁驱动电路；位移检测电路接收位移传感器的检测信号，对该信号处理后输出到单片机；电磁铁驱动电路的输出端与电磁铁连接。

更进一步地，所述电磁铁驱动电路是具有使能控制端的H桥驱动电路。

进一步地，所述悬浮体为球体。

进一步地，所述悬浮永磁体是圆柱形永磁体。

与现有技术相比较，本实用新型有效解决了现有技术中电磁铁驱动元器件发热大的问题，因此不需安装散热器，从而缩小了电路体积，提高了生产效率，降低了生产成本，此外，本实用新型的悬浮体可永久旋转。

附图说明

图1是本实用新型一较佳实施例的纵向剖视示意图；

图2是图1所示实施例中底座部分的俯视示意图；

图3是图1所示实施例的电路组成框图；

图4是图1所示实施例的电路原理图；

图5是图1所示实施例中悬浮体重心运动轨迹图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1及图2，为本实用新型下托型磁悬浮装置的一较佳实施例，所述下托型磁悬浮装置包括悬浮体部分以及底座部分，所述悬浮体部分包括悬浮体10以及水平固定于所述悬浮体10底部的悬浮永磁体11。所述底座部分包括底座20、环形永磁体21、位移传感器组件、电磁铁组件以及控制电路22。所述环形永磁体21、位移传感器组件、电磁铁组件以及控制电路22均固定于所述底座20。

悬浮体10是中空的球体，也可以是广告品、佛像或其它艺术造型体。悬浮永磁体11是圆柱形永磁体，其磁极上下朝向。环形永磁体21水平设置，其直径比悬浮永磁体11的直径大，其上表面的磁极与悬浮永磁体11下表面的磁极相异。由于在环形永磁体的磁路中，其中心的磁力线方向与其平面上的磁力线方向相反，因此，将悬浮体10置于环形永磁体21中心上方的某个位置时，两者之间存在斥力，该斥力使悬浮体10能够克服重力，悬浮于底座20上方，且不易翻转，即悬浮体10在底座20上方有一个平衡点。但是，该平衡点是个非稳定平衡点，因此需要控制电路22来保证悬浮体10的稳定悬浮。

位移传感器组件包括位移传感器SX和SY(即下述X位移传感器和Y位移传感器)，均为霍尔传感器。X位移传感器位于Y轴上，检测X轴方向磁场，Y位移传感器位于X轴上，检测Y轴方向磁场，两个位移传感器紧靠在环形永磁体21的中心位置。位移传感器组件通过检测水平方向的磁场来检测悬浮体10在水平面上两个维度的位移。

电磁铁组件包括电磁铁L1～L4，四个电磁铁分为两组，均竖直设置于同一水平面上，且以环形永磁体21的中轴线为中心，均匀对称分布于环形永磁体21内。同组的两个电磁铁磁极方向相反。其中，电磁铁L1和L2为一组，控制悬浮体10在X轴方向的位移，电磁铁L3和L4为一组，控制悬浮体10在Y轴方向的位移。

控制电路22与位移传感器SX～SY、电磁铁L1～L4连接，该控制电路根据位移传感器SX～SY检测到的悬浮体10的位移，来控制电磁铁L1～L4的磁场，使悬浮体10能够稳定地悬浮于环形永磁体21的上方。

控制电路22包括位移检测电路、位移控制电路以及电磁铁驱动电路，其中，位移控制电路为单片机电路，该单片机通过编程实现PID(比例、积分、微分)控制，输出PWM(脉宽调制)控制信号到电磁铁驱动电路。

下面以X轴的控制为例说明，电路组成框图如图3所示，电路原理图如图4所示，位移检测电路31接收位移传感器SX的检测信号，对该信号处理后输出到单片机32的ADC输入端，单片机32通过该信号判断出悬浮体10在X轴的移动情况，并计算出控制量，输出PWM控制信号到电磁铁驱动电路33，使电磁铁L1～L2对悬浮永磁体11产生牵引力，在悬浮体10偏离中心位置时，能将其拉回并稳定悬浮在中心位置上。

位移检测电路31是反相放大电路，其中可调电阻R1用于调整悬浮体10悬浮时的中心位置。

单片机32内部集成了时钟电路、复位电路、ADC模数转换器、PWM信号发生器等硬件资源，在图3中未画出其它引脚。

电磁铁驱动电路33是具有使能控制端的H桥驱动电路，同组的两个电磁铁L1～L2串联与该H桥驱动电路连接。当单片机32的A脚输出高电平，B脚输出低电平时，电磁铁驱动电路33的输出端M保持为低电平，输出端N则输出PWM波形，电磁铁L1～L2的电流方向为N→M。反之，当单片机32的A脚输出低电平，B脚输出高电平时，电磁铁驱动电路33的输出端M输出PWM波形，输出端N则保持为低电平，电磁铁L1～L2的电流方向为M→N。

因此，单片机32可通过A脚和B脚控制电磁铁L1～L2对悬浮体10的牵引力的方向，通过PWM信号的占空比控制电磁铁L1～L2对悬浮体10的牵引力的大小。由于驱动三极管Q3～Q6工作于截止区或饱和区，因此发热很小，不需要安装散热器。

手动将悬浮体10放置在底座20上方后，当悬浮体10静止悬浮时，通过调整位移检测电路中可调电阻和单片机程序控制，可以将悬浮体10的重心调整在环形永磁体21的中轴线上，即X-Y坐标原点。当悬浮体10以竖向中轴线为轴心做水平旋转时，通过位移传感器SX和SY可以检测到，悬浮体10的重心会围绕X-Y坐标原点做圆周运动，其运动轨迹如图5所示。因此，只要单片机32根据该重心运动轨迹，通过电磁铁L1～L4同步施以相应的牵引力，即可使悬浮体10保持旋转。例如在K点，电磁铁L1～L4在使悬浮体10保持稳定悬浮的同时，再施以F方向的牵引力，就能使悬浮体10克服空气阻力，永久保持旋转状态。悬浮体10的旋转方向随机，也可通过手动向左或向右拨转来改变，悬浮体10的旋转速度可由单片机32控制。

通过本实施例分析可知，环形永磁体21用于为悬浮体10提供斥力，且使悬浮体10不易翻转，因此，可以采用三个以上永磁体均匀分布在中轴线周围，形成环形，代替环形永磁体21。电磁铁L1～L4用于控制悬浮体10在水平面上两个维度的位移，因此，最少可使用两个电磁铁，如电磁铁L1和L3，竖直或水平设置，对悬浮体10的位移进行控制，也能够使其悬浮在设定的平衡点上。如果将底座20以一定角度倾斜，悬浮体10在电路的控制下也可以保持稳定悬浮。悬浮永磁体11可固定于悬浮体10内部，也可固定于悬浮体10外部，或者将悬浮体10直接放置于悬浮永磁体11上。环形永磁体、位移传感器组件和电磁铁组件可固定于控制电路的电路板上，而将电路板固定于底座，因此，上述的固定均为相对而言。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种下托型磁悬浮装置，包括悬浮体部分和底座部分，其特征在于：

所述控制电路通过PWM信号驱动所述电磁铁组件。

2.如权利要求1所述的下托型磁悬浮装置，其特征在于，所述位移传感器组件包括两个位移传感器，均为霍尔传感器。

3.如权利要求2所述的下托型磁悬浮装置，其特征在于，所述两个位移传感器分别为检测X轴方向磁场的X位移传感器，以及检测Y轴方向磁场的Y位移传感器。

4.如权利要求3所述的下托型磁悬浮装置，其特征在于，所述X位移传感器位于Y轴上，所述Y位移传感器位于X轴上，所述两个位移传感器紧靠在所述环形永磁体的中心位置。

5.如权利要求1所述的下托型磁悬浮装置，其特征在于，所述电磁铁组件包括四个电磁铁，所述四个电磁铁分为两组，均竖直设置于同一水平面上，且以环形永磁体的中轴线为中心，均匀对称分布于环形永磁体内，同组的两个电磁铁磁极方向相反。

6.如权利要求1所述的下托型磁悬浮装置，其特征在于，所述控制电路包括位移检测电路、位移控制电路以及电磁铁驱动电路，其中，位移控制电路为单片机电路，并输出PWM控制信号到电磁铁驱动电路；位移检测电路接收位移传感器的检测信号，对该信号处理后输出到单片机；电磁铁驱动电路的输出端与电磁铁连接。

7.如权利要求6所述的下托型磁悬浮装置，其特征在于，所述电磁铁驱动电路是具有使能控制端的H桥驱动电路。

8.如权利要求1所述的下托型磁悬浮装置，其特征在于，所述悬浮体为球体。

9.如权利要求1所述的下托型磁悬浮装置，其特征在于，所述悬浮永磁体是圆柱形永磁体。