CN202395704U

CN202395704U - 一种利用磁铁同极相斥、异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置

Info

Publication number: CN202395704U
Application number: CN2011202970076U
Authority: CN
Inventors: 周霞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2021-08-16

Abstract

本实用新型公开的一种利用磁铁同极相斥、异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置，能够使悬浮体在底座上方悬浮及自由水平旋转。该装置包括磁性底座和悬浮体，其中所述悬浮体为单个永磁性悬浮体，底座包含：一个环形永磁铁或排列成环形的多个永磁铁，水平设置在底座内，其上环形表面的磁性与永磁性悬浮体下磁性端的磁性相反，由此永磁性悬浮体能够悬浮于基准位置；以及设在底座内的控制装置，当底座上方悬浮的永磁性悬浮体在水平方向上偏离基准位置时，控制永磁性悬浮体返回基准位置。该装置可用作玩具等，具有极强的观赏性。

Description

一种利用磁铁同极相斥、异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置

技术领域

本实用新型涉及一种磁悬浮装置，具体为一种利用磁铁同极相斥、异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置。

背景技术

现有磁悬浮装置一般为悬挂式，包括吸头和悬浮体，利用位于悬浮体上方的吸头内设置的电磁铁对悬浮体产生的磁吸力来平衡悬浮体重力从而使悬浮体悬浮及旋转。

市面上一种自动平衡式静态磁悬浮装置，包括底座和悬浮体，利用安装在底座上的磁铁所产生的顶推力(磁斥力)来平衡位于底座上方的悬浮体(其内同样设有磁铁)。但是这种磁悬浮装置的悬浮体上必须设置两个水平排列并相连的悬浮永磁铁，因此通常只能悬浮棒状物体，并且这种悬浮体也不能以其垂直中心轴作为旋转轴来进行旋转。一些其它类型的磁悬浮装置均不能使悬浮体在底座上方悬浮及自由水平旋转。

实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种利用磁铁同极相斥、异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置，其能够使悬浮体在底座上方悬浮及自由水平旋转，同时不会上下翻转。

为解决本实用新型技术问题采用的技术方案是：

提供一种利用磁铁同极相斥、异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置，包括磁性底座和悬浮体，其中所述悬浮体为单个永磁性悬浮体，所述永磁性悬浮体在悬浮时的下磁性端具有单一磁性，其特征在于，所述底座包含：一个环形永磁铁或排列成环形的多个永磁铁，水平设置在所述底座内，其上环形表面的磁性与所述永磁性悬浮体的所述下磁性端的磁性相反；悬浮体水平运动控制装置，设置在所述底座内，所述控制装置包括：水平设置在所述底座内的至少两组电磁铁，用以分别控制所述永磁性悬浮体在水平方向上偏离所述基准位置的至少两个自由度；以及设在所述底座内并与所述至少两组电磁铁分别对应连接的至少两组磁性传感器，当所述永磁性悬浮体在所述底座上方产生偏离所述基准位置的水平方向的位移时，所述至少两组磁性传感器分别产生相应的控制信号，用来分别控制各组电磁铁的励磁电流，从而通过所述电磁铁所产生的可控磁力使所述永磁性悬浮体返回所述基准位置。

其中，在所述底座内设置两组电磁铁，每组包含两个沿所述环形的内圆周方向相对设置的电磁铁，通电后，同一组内的两个电磁铁的邻近所述悬浮体的一端的磁性相反：与此相应，在所述底座内设置两组磁性传感器，每组两个，分别与对应的电磁铁连接。

其中，每组磁性传感器通过减法电路控制相应的一组电磁铁。

其中，所述悬浮体内部固定有一个柱形永磁铁。提供的利用磁铁同极相斥，异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置包括磁性底座和悬浮体，其中悬浮体为单个永磁性悬浮体，在工作状态下，其重力能够被底座和悬浮体之间产生的磁斥力所平衡，从而悬浮于底座上方的预定基准位置，永磁性悬浮体在悬浮时的下磁性端具有单一磁性，其中底座包含：一个环形永磁铁或排列成环形的多个永磁铁，水平设置在底座内，其上环形表面的磁性与永磁性悬浮体下磁性端的磁性相反，由此永磁性悬浮体能够悬浮于基准位置；以及悬浮体水平运动控制装置，设置在底座内，当底座上方悬浮的永磁性悬浮体在水平方向上偏离基准位置时，控制永磁性悬浮体返回基准位置。本实用新型的环形永磁铁水平固定在悬浮体下方的底座内，能对环形永磁铁上方中心线处悬浮的悬浮永磁铁产生向上的磁斥力以平衡悬浮体的重力从而实现悬浮体在垂直方向的平衡，此时悬浮体只能在一个水平的平面内作二自由度的移动；另外悬浮永磁铁处于基本垂直平衡悬浮状态时，在环形永磁铁的作用下，悬浮体还不会在垂直平面内翻转。

本实用新型的电磁铁固定在底座内，优选为四个，在水平面内以环形永磁铁的轴线为中心而分布，再按中心对称地两两串联或并联成一组并使同一组电磁铁的同向端在通电后磁性相反，当其作用于电磁铁组上方的悬浮永磁铁时，会在悬浮永磁铁上合成一个水平力。合成的水平力可以控制悬浮体的一个水平自由度，这样两组相互垂直的电磁铁就可以控制水平面内的二个自由度，从而使悬浮体平衡于底座上方。

本实用新型的传感器控制系统是由固定在底座内、靠近电磁铁上端的、优选为每组两个共两组四个的相同的磁性传感器组成，每一组传感器对应一组电磁铁，以检测悬浮永磁铁在该组电磁铁对应方向上的位置信号，安装时每组传感器的排列方向需要对应于相应的电磁铁组的排列方向。

本实用新型的控制电路由传感器信号检测电路、与信号检测电路相接的放大电路、与放大电路相接的功放电路以及与上述各部份相接的电源电路组成。其中信号检测电路为减法电路，将每一组传感器中的两个传感器的输出信号相减而合成一个新的信号变化量，从而有效控制悬浮体的悬浮稳定性。

本实用新型的利用磁铁同极相斥，异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置利用环形磁铁中心磁力顶托的方式使物体悬浮并能够在不额外设置旋转机构的情况下使其在水平方向旋转，从而产生一种全新的悬浮效果。本实用新型的利用磁铁同极相斥，异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置的驱动控制电路可采用模拟电路来实现，包括用软件程序也可达到悬浮旋转的目的。关于供电方式我们采用市电及内置锂电池供电方式，在对广告性的产品进行展示时更加方便我们随意性的移动该装置可用作产品展示，玩具及家居摆设等，具有较强的观赏性。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的底座内的电磁线圈组的结构示意图；

图3是本实用新型底座内一组电磁铁线圈的连接示意图；

图4是本实用新型底座内控制电路的示意框图；

图5是本实用新型底座内控制电路的四个电路部分的示意框图。

具体实施方式

如图1所示意，本实用新型的利用磁铁同极相斥，异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置包括球形悬浮体1和平面底座2。悬浮体1的内壁固定有圆柱形永磁铁11。平面底座2内固定有水平放置的环形永磁铁3。如果平面底座2内的环形永磁铁3的上环形表面的磁性为S，那么在环形永磁铁3上方的中心线附近一定有由环形永磁铁3形成的磁性为N的区域。如图1所示，将悬浮体1放置在该磁性为N的区域内，并将固定在悬浮体1内的圆柱形永磁铁11的N极端，即圆柱形永磁铁11的下磁性端，也就是悬浮体1的下磁性端朝向环形永磁铁3，通过调节悬浮体1的位置，在该区域内的某点处，悬浮体1的重力会被磁斥力所平衡，从而产生悬浮效果。同时，悬浮体1不会产生垂向偏转运动。

由于圆柱形永磁铁11能够与环形永磁铁3相互作用从而平衡悬浮体1的重力，因此在悬浮体1内就无需另外设置悬浮时下表面磁性与环形永磁铁3上表面磁性相同的环形磁铁来平衡悬浮体1的重力，从而能够大大减小悬浮体1的体积和重量。

虽然这种磁斥力可以平衡悬浮体1的重力，但由于在实际悬浮过程中，悬浮体1还会在水平方向上前后左右运动，即在图1所示的X、Y方向产生运动，因此还必须控制悬浮体1在水平方向上的运动，即设置悬浮体水平运动控制装置。虽然这种控制悬浮体在水平方向上运动的技术对于本领域技术人员而言属于常规手段，但为了便于更好地理解本实用新型，以下作为示例描述了一种悬浮体水平运动控制装置。

为了控制悬浮体1在水平方向上的运动，平面底座2内还设有由带铁芯4的四个线圈31、32、33、34所组成的电磁铁组。如图2所示，线圈31、32、33、34沿环形永磁铁3的内圆周表面均匀分布，并且分别串联成相互独立的两组线圈31、33以及32、34，即线圈组31、33和线圈组32、34分别沿图中所示的Y、X方向排列。通电后各组线圈例如线圈组31、33邻近悬浮体1或邻近柱形永磁铁11的一端(例如图3所示的上端)的磁性相反(参见图3)。

在底座2内靠近各线圈31、32、33、34顶端的位置还分别安装有四个霍尔元件传感器(磁性传感器)51、52、53、54。四个传感器51、52、53、54分成两组：51、53和52、54，分别控制两组线圈31、33和32、34的励磁电流，进而控制悬浮体1在Y和X方向上的自由移动。

另外，在底座内还安装有控制电路板6，其上的控制电路由两套完全相同且相对独立的控制电路12组成。参见图4，控制电路12分别控制线圈组31、33和线圈组32、34的励磁电流。参见图5，每个控制电路12包括四个电路部份8-11，现以线圈组31、33的控制电路12为例说明如下：

传感器组51、53的输出电压值分别接入信号检测电路部分8的减法电路的两个输入端，因此其输出电压值反应了悬浮体1在线圈组31、33连线方向上(即Y方向)的位置，该输出电压通过前级放大电路部分9进行放大，再经减法电路部分10与基准电压U0进行比较，确定合适的输出电压U1，并传输到功放电路部分11中。当悬浮体1在线圈组31、33连线方向(即Y方向)上的位置与基准电压U0所表示的基准位置重合时，其输出电压U1为零，当悬浮体1的位置偏离基准电压所表示的基准位置时，其输出电压U1不为零。该输出电压U1改变压控电阻13的阻值，即改变功放电路部分11的反馈电阻阻值，以增大或减小线圈31、33的励磁电流，从而使悬浮体1回到基准位置。当两组控制电路12同时工作时就可控制悬浮体1在悬浮水平面上的二维自由度(即Y和X方向)的运动，并由此达到完全控制悬浮体1的三维空间位置从而达到使悬浮体1悬浮的目的。

另外，由于本实用新型利用磁铁同极相斥，异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置所具有的独特结构特性-底座内水平设置的环形永磁铁上环形表面的磁性与所述永磁性悬浮体悬浮时的下磁性端的磁性相反，除了能够达到上述悬浮效果以外，在不需要额外设置旋转机构的情况下，悬浮时，悬浮体还能够在基准位置作自由水平旋转，从而具有独特的视觉效果。

Claims

1.一种利用磁铁同极相斥、异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置，包括磁性底座和悬浮体，其中所述悬浮体为单个永磁性悬浮体，所述永磁性悬浮体在悬浮时的下磁性端具有单一磁性，其特征在于，所述底座包含：一个环形永磁铁或排列成环形的多个永磁铁，水平设置在所述底座内，其上环形表面的磁性与所述永磁性悬浮体的所述下磁性端的磁性相反；悬浮体水平运动控制装置，设置在所述底座内，所述控制装置包括：水平设置在所述底座内的至少两组电磁铁，用以分别控制所述永磁性悬浮体在水平方向上偏离所述基准位置的至少两个自由度；以及设在所述底座内并与所述至少两组电磁铁分别对应连接的至少两组磁性传感器，当所述永磁性悬浮体在所述底座上方产生偏离所述基准位置的水平方向的位移时，所述至少两组磁性传感器分别产生相应的控制信号，用来分别控制各组电磁铁的励磁电流，从而通过所述电磁铁所产生的可控磁力使所述永磁性悬浮体返回所述基准位置。

2.根据权利要求1所述的利用磁铁同极相斥、异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置，其特征在于，在所述底座内设置两组电磁铁，每组包含两个沿所述环形的内圆周方向相对设置的电磁铁，通电后，同一组内的两个电磁铁的邻近所述悬浮体的一端的磁性相反：与此相应，在所述底座内设置两组磁性传感器，每组两个，分别与对应的电磁铁连接。

3.根据权利要求2所述的利用磁铁同极相斥、异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置，其特征在于，每组磁性传感器通过减法电路控制相应的一组电磁铁。

4.根据权利要求1-3之一所述的利用磁铁同极相斥、异性相吸以及电磁相结合的悬浮装置，其特征在于，所述悬浮体内部固定有一个柱形永磁铁。