CN204833859U - 磁悬浮实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种磁悬浮实验装置，包括支撑架、电磁铁承载架、电磁铁和磁吸部件。支撑架包括多根竖直设置的立柱和与立柱固定连接的相互平行的多根横梁。电磁铁承载架的第一端可枢转地连接至多个横梁中的第一横梁上，第二端搭接于多个横梁中的第二横梁上。电磁铁固定设置在电磁铁承载架的邻近第二横梁的区段上。磁吸部件固定连接至多根横梁中位于电磁铁上方的第三横梁和第四横梁上，并与电磁铁之间形成磁吸间隙。本实用新型提供的磁悬浮实验装置使磁吸部件固定不动，使电磁铁在其电磁力的作用下模拟悬浮，打破了现有的惯性思维，是一种全新的设计思路，且设计合理、实验效果直观、最接近实际磁悬浮列车的结构。

Description

磁悬浮实验装置

技术领域

本实用新型涉及科研实验装置技术，特别是涉及一种磁悬浮实验装置。

背景技术

磁悬浮技术起源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理。随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展。近年来，磁悬浮技术在很多领域得到了广泛的应用，例如磁悬浮列车、主动控制磁悬浮轴承、磁悬挂天平、磁悬浮小型传输设备、磁悬浮测量仪器、磁悬浮机器人手腕和磁悬浮教学系统等。

基于以上磁悬浮技术的广阔应用前景，在我国现有的研究方法主要从理论上进行研究，在此基础上进行仿真实验，为磁悬浮技术提供理论依据。但是在现有科研机构和大中院校中，缺乏针对磁悬浮技术的实验装置，因此无法满足磁悬浮实验的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在克服现有技术中的至少一个缺陷，提供一种实验效果直观、接近实际磁悬浮列车结构且易于实现的磁悬浮实验装置。

本实用新型的另一个目的是要准确地检测传感器距磁吸部件的垂直距离，保证磁悬浮实验装置的精准性和稳定性。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种磁悬浮实验装置，包括：

支撑架，包括多根竖直设置的立柱和与所述立柱固定连接的相互平行的多根横梁；

电磁铁承载架，其第一端可枢转地连接至所述多个横梁中的第一横梁上，第二端搭接于所述多个横梁中的第二横梁上；

电磁铁，固定设置在所述电磁铁承载架的邻近所述第二横梁的区段上；和

磁吸部件，固定连接至所述多根横梁中位于所述电磁铁上方的第三横梁和第四横梁上，并与所述电磁铁之间形成磁吸间隙。

可选地，所述电磁铁承载架的第二端设置有至少一个向下凸出的第一缓冲部，所述电磁铁承载架通过所述第一缓冲部搭接在所述第二横梁上。

可选地，所述磁悬浮实验装置还包括：

用于感测其距所述磁吸部件的垂直距离的涡流传感器，所述涡流传感器设置于所述电磁铁承载架的第二端，并朝向所述磁吸部件。

可选地，所述电磁铁承载架包括平行设置的两个悬臂；且

所述电磁铁位于所述两个悬臂之间，且所述电磁铁的两端分别固定在所述两个悬臂上。

可选地，所述磁吸部件为沿水平方向延伸的铁架，所述铁架的横截面呈U形，且所述U形的两端在竖直方向上分别与所述电磁铁的两极相对。

可选地，所述磁悬浮实验装置还包括：

用于盛装配重物的托盘，位于所述电磁铁的下方，且所述托盘通过拉板固定在所述两个悬臂上。

可选地，所述磁悬浮实验装置还包括：

主控板，与所述电磁铁电连接，以向所述电磁铁输出电流。

可选地，所述主控板固定连接在所述多根立柱中相邻设置的两根立柱上。

可选地，所述多根立柱包括排布成两排三列的六根立柱，所述第一横梁固定连接在所述三列立柱中的第一列立柱的顶端，所述第三横梁固定连接在所述三列立柱中的第二列立柱的顶端，所述第四横梁固定连接在所述三列立柱中的第三列立柱的顶端，所述第二横梁固定连接在所述第三列立柱的中间、且位于所述第四横梁的下方。

可选地，所述磁悬浮实验装置还包括：

固定在所述第一横梁上的支座，所述支座上开设有供所述电磁铁承载架的枢转轴穿过的通孔。

本实用新型的磁悬浮实验装置中，使用电磁铁产生电磁吸力，电磁铁和磁吸部件之间相互吸引，使固定在电磁铁承载架上的电磁铁具有朝向磁吸部件移动的趋势，从而使电磁铁承载架在该电磁吸力作用下围绕枢转轴枢转，以模拟电磁铁的悬浮状态，从而完成磁悬浮实验。本实用新型提供的磁悬浮实验装置使磁吸部件固定不动，使电磁铁在其电磁力的作用下模拟悬浮，打破了现有的惯性思维，是一种全新的设计思路，且设计合理、实验效果直观、最接近实际磁悬浮列车结构、易于实现，便于在各种环境或情况下进行实验。

进一步地，本实用新型的磁悬浮实验装置还设有主控板和涡流传感器，涡流传感器可检测电磁铁距磁吸部件的垂直距离，并可在该垂直距离偏离预设的距离值时向主控板反馈偏差信号，通过主控板调节电磁铁的电流大小，从而改变电磁铁产生的电磁力，使电磁铁承载架恢复到其预定的枢转位置，保证磁悬浮实验的精准性和稳定性。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的磁悬浮实验装置的示意性结构图；

图2是根据本实用新型一个实施例的磁悬浮实验装置的示意性侧视图；

图3是根据本实用新型一个实施例的磁悬浮实验装置的示意性俯视图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供一种磁悬浮实验装置10，图1是根据本实用新型一个实施例的磁悬浮实验装置的示意性结构图，图2是根据本实用新型一个实施例的磁悬浮实验装置的示意性侧视图，图3是根据本实用新型一个实施例的磁悬浮实验装置的示意性俯视图。磁悬浮实验装置10包括支撑架11、电磁铁承载架12、电磁铁13和磁吸部件14。支撑架11包括多根竖直设置的立柱和与立柱固定连接的相互平行的多根横梁。电磁铁承载架12具有第一端和第二端，其第一端可枢转地连接至多个横梁中的第一横梁111上，第二端搭接于多个横梁中的第二横梁112上。电磁铁13固定设置在电磁铁承载架12的邻近第二横梁112的区段上。磁吸部件14固定连接至多根横梁中位于电磁铁13上方的第三横梁113和第四横梁114上，并与电磁铁13之间形成磁吸间隙。即磁吸部件14和电磁铁13之间形成有可供电磁铁13随电磁铁承载架12的枢转而移动的空间。

本领域技术人员应理解，上述的“横梁”用语是以图2中所示状态为准而言的，在本实用新型其他的实施例中以其他的附图为准时，横梁还可以被命名为其他的名字，例如纵梁。这里的“横”和“纵”并不表示对本实用新型技术方案的限制。

本实用新型实施例中的磁悬浮实验装置使用电磁铁13产生电磁吸力，电磁铁13和磁吸部件14之间相互吸引，使固定在电磁铁承载架12上的电磁铁13具有朝向磁吸部件14移动的趋势，从而使电磁铁承载架12在该电磁吸力作用下围绕枢转轴枢转，以模拟电磁铁13的悬浮状态，从而完成磁悬浮实验。本实用新型提供的磁悬浮实验装置10使磁吸部件14固定不动，使电磁铁13在其电磁力的作用下模拟悬浮，打破了现有的惯性思维，是一种全新的设计思路，且设计合理、实验效果直观、最接近实际的磁悬浮列车的结构、易于实现，便于在各种环境或情况下进行实验。

在本实用新型的一些实施例中，电磁铁承载架12的第二端设置有至少一个向下凸出的第一缓冲部(图中未示出)，电磁铁承载架12通过第一缓冲部搭接在第二横梁112上。当电磁铁13不通电时，电磁铁13和电磁铁承载架12的第二端在电磁铁13和电磁铁承载架12的重力作用下具有向下枢转的趋势。为了避免电磁铁13和电磁铁承载架12过度地向下枢转，电磁铁承载架12的第二端需要搭接在第二横梁112上，以限定电磁铁承载架12向下枢转的范围。进一步地，第一缓冲部能够避免电磁铁承载架12的第二端与第二横梁112接触时猛烈碰撞对器件造成损坏或产生较大的震动和/或噪音。第一缓冲部可以为弹性部件，例如橡胶，以更好地缓冲电磁铁承载架12的枢转带来的冲击力。

在本实用新型的一些实施例中，电磁铁承载架12可包括平行设置的两个悬臂123和124，电磁铁13位于悬臂123和悬臂124之间，且电磁铁13的两端分别固定在悬臂123和悬臂124上，从而使电磁铁13的两极分别位于两个悬臂处。两个悬臂123和124之间间隔一定的距离，该距离能够使电磁铁13容纳于其中。具体地，在本实用新型的一些实施例中，悬臂123和悬臂124的第二端可分别设置一个向下凸出延伸的第一缓冲部。

进一步地，磁吸部件14可以为沿水平方向延伸的铁架，该铁架的横截面呈U形(参见图2)，且该U形的两端在竖直方向上分别于电磁铁13的两极相对。由此，当电磁铁13通电时，磁场在电磁铁13和磁吸部件14之间形成以磁力线闭合回路，减少了磁力线的发散，从而提高了电磁铁13的工作效率。

在本实用新型的一些实施例中，磁悬浮实验装置10还包括用于盛装配重物的托盘15，且托盘15通过拉板151固定在两个悬臂123和124上。具体地，在本实用新型实施例中，托盘15可为沿水平方向布置的长方形的板材，其两端分别通过一个拉板151固定连接至悬臂123和悬臂124，以随着电磁铁承载架12的枢转而移动。托盘15内可放置一定重量的配重物，以模拟磁悬浮列车中的负载。配重物的重量可以自由选择，以便于模拟列车在轻载、额定负载和重载等不同负载情况下的磁悬浮实验。

进一步地，磁悬浮实验装置10还包括用于感测其距磁吸部件14的垂直距离的涡流传感器17。涡流传感器17设置于电磁铁承载架12的第二端，并朝向磁吸部件14，以便检测涡流传感器17距磁吸部件14的垂直距离。具体地，悬臂123和悬臂124的邻近第二横梁112的端部之间可设置有用于安装涡流传感器17的承载板，涡流传感器17可垂直地固定在承载板上，以实时或周期性地检测涡流传感器17和位于涡流传感器17上方的磁吸部件14之间的垂直距离。

在本实用新型的一些实施例中，磁悬浮实验装置10还包括主控板16。主控板16与电磁铁13电连接，以向电磁铁13输出电流，通过改变该电流的大小实现电磁铁13的模拟悬浮。涡流传感器17与主控板16电连接，且用于感测涡流传感器距磁吸部件14的垂直距离。涡流传感器17可向主控板16传输涡流传感器距磁吸部件14的垂直距离信号，使主控板16根据该垂直距离信号输出预定大小的电流，使电磁铁13悬浮。

具体地，主控板16可采用多种控制模式进行控制。涡流传感器17感测到的距离信号可作为调节电磁铁13的电磁力的反馈信号。主控板16接收到反馈信号后通过改变电磁铁13的励磁电流调节电磁铁13产生的电磁力，使电磁铁13克服其自身的重力、电磁铁承载架12的重力、托盘15及其内的配重物的重力在悬浮空间中悬浮。

本领域技术人员应理解，电磁铁13的电磁力的大小与通向电磁铁13线圈的励磁电流的大小直接相关，本实用新型的磁悬浮实验装置无需对励磁电流进行测量，而直接利用传感器组件感测的位置信号或偏差信号作为电磁力的反馈信号，避免电流测量时存在误差对控制结果造成影响。

进一步地，主控板16可固定连接在多根立柱中相邻设置的两根立柱上，主控板16可竖直放置。在本实用新型其他的实施例中，主控板16还可固定在连接在相邻设置的多跟立柱中，且水平放置，即主控板16可通过三个以上的固定支点架设在多根立柱之间。

在本实用新型的一些实施例中，参见图1，多根立柱包括排布成两排三列的六根立柱，第一横梁111固定连接在三列立柱中的第一列立柱的顶端，第三横梁113固定连接在三列立柱中的第二列立柱的顶端，第四横梁114固定连接在三列立柱中的第三列立柱的顶端，第二横梁112固定连接在第三列立柱的中间、且位于第四横梁114的下方。也就是说，第一横梁111与第一列立柱、第三横梁113与第二列立柱、第四横梁114与第三列立柱分别形成了三个在竖直方向延伸且相互平行的三个框架，每个框架均位于一平面中，第二横梁112位于第四横梁114与第三列立柱形成的框架中。第三横梁113与第二列立柱、第四横梁114与第三列立柱形成的两个框架在竖直方向上的高度相同，以使固定连接在第三横梁113和第四横梁114之间的磁吸部件14沿水平方向放置。第一横梁111与第一列立柱形成的框架在竖直方向上的高度小于第三横梁113与第二列立柱形成的框架在竖直方向上的高度，从而使电磁铁承载架12的第二端穿过第三横梁113与第二列立柱形成的框架中间延伸至第四横梁114与第三列立柱形成的框架。具体地，电磁铁承载架12的第一端可固定在第一横梁111的中间，磁吸部件14的两端可分别固定在第三横梁113的中间和第四横梁114的中间，从而使磁悬浮实验装置10大致呈对称结构，有利于磁悬浮实验装置10的摆放和实验过程中的稳定。

在本实用新型的一些实施例中，磁悬浮实验装置10还包括固定在第一横梁111上的支座18，支座18上开设有供电磁铁承载架12的枢转轴穿过的通孔。具体地，支座18可呈U形，其具有三个侧壁，位于U形中间的侧壁固定在第一横梁111上，位于U形两边的侧壁上相对开设有通孔。两个悬臂123和124可均呈片状，且两个悬臂123和124的固定端分别开设有通孔。两个悬臂123和124分别贴设于支座18的位于U形两边的侧壁的外表面，且使悬臂的通孔对准U形两边的侧壁上的通孔。电磁铁承载架12的枢转轴可以为插入支座18和悬臂中的螺钉，从而使电磁铁承载架12可围绕其枢转轴相对于第一横梁111枢转。

本领域技术人员应理解，本实用新型实施例中所称的“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“竖直”、“横向”、“长度”、“高度”、“宽度”、“厚度”等用于表示方位或位置关系的用语是以相应的附图和实际使用状态为基准而言的，这些用语仅是为了便于描述和理解本实用新型的技术方案，而不是指示或暗示所指的装置或不见必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种磁悬浮实验装置，其特征在于，包括：

支撑架，包括多根竖直设置的立柱和与所述立柱固定连接的相互平行的多根横梁；

电磁铁承载架，其第一端可枢转地连接至所述多个横梁中的第一横梁上，第二端搭接于所述多个横梁中的第二横梁上；

电磁铁，固定设置在所述电磁铁承载架的邻近所述第二横梁的区段上；和

磁吸部件，固定连接至所述多根横梁中位于所述电磁铁上方的第三横梁和第四横梁上，并与所述电磁铁之间形成磁吸间隙。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，

所述电磁铁承载架的第二端设置有至少一个向下凸出的第一缓冲部，所述电磁铁承载架通过所述第一缓冲部搭接在所述第二横梁上。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，还包括：

用于感测其距所述磁吸部件的垂直距离的涡流传感器，所述涡流传感器设置于所述电磁铁承载架的第二端，并朝向所述磁吸部件。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，

所述电磁铁承载架包括平行设置的两个悬臂；且

所述电磁铁位于所述两个悬臂之间，且所述电磁铁的两端分别固定在所述两个悬臂上。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，

所述磁吸部件为沿水平方向延伸的铁架，所述铁架的横截面呈U形，且所述U形的两端在竖直方向上分别与所述电磁铁的两极相对。

6.根据权利要求4所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，还包括：

用于盛装配重物的托盘，位于所述电磁铁的下方，且所述托盘通过拉板固定在所述两个悬臂上。

7.根据权利要求1所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，还包括：

主控板，与所述电磁铁电连接，以向所述电磁铁输出电流。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，

所述主控板固定连接在所述多根立柱中相邻设置的两根立柱上。

9.根据权利要求1所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，

所述多根立柱包括排布成两排三列的六根立柱，所述第一横梁固定连接在所述三列立柱中的第一列立柱的顶端，所述第三横梁固定连接在所述三列立柱中的第二列立柱的顶端，所述第四横梁固定连接在所述三列立柱中的第三列立柱的顶端，所述第二横梁固定连接在所述第三列立柱的中间、且位于所述第四横梁的下方。

10.根据权利要求1所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，还包括：

固定在所述第一横梁上的支座，所述支座上开设有供所述电磁铁承载架的枢转轴穿过的通孔。