CN204857019U - 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、固定板、电磁铁和承载板。支撑架竖直设置，固定板水平固定在支撑架的顶端，电磁铁固定设置在固定板的下方，承载板固定在支撑架上、且位于电磁铁的下方。承载板与电磁铁之间形成悬浮空间，以供承载板上放置的悬浮球在电磁铁的电磁力作用下悬浮。磁悬浮实验装置使用电磁铁产生电磁力，吸引被测的悬浮球，从而使悬浮球克服重力在空间内保持悬浮状态，以完成磁悬浮实验。本实用新型提供的磁悬浮实验装置设计合理、结构简单、易于实现，且便于在各种环境或情况下进行实验。

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

本实用新型的一个目的旨在克服现有技术中的至少一个缺陷，提供一种设计合理、结构简单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实现不同悬浮高度的的悬浮实验。

本实用新型的又一个目的是要准确地检测悬浮球的位置，并稳定悬浮球的悬浮状态。

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：

竖直设置的支撑架；

固定板，水平固定在所述支撑架的顶端；

电磁铁，固定设置在所述固定板的下方；

承载板，固定在所述支撑架上、且位于所述电磁铁的下方，所述承载板与所述电磁铁之间形成悬浮空间，以供所述承载板上放置的悬浮球在所述电磁铁的电磁力作用下悬浮。

可选地，所述磁悬浮实验装置还包括：

用于向所述电磁铁输出电流的控制电路。

可选地，所述磁悬浮实验装置还包括：

传感器组件，设置在所述支撑架上，以感测所述悬浮球在竖直方向上的悬浮位置。

可选地，所述支撑架包括两个平行设置的支撑板，所述承载板的两端分别固定在两个所述支撑板上。

可选地，所述传感器组件包括：

光源，设置于其中一个所述支撑板的朝向所述电磁铁的内侧面；和

光传感器，设置于另一个所述支撑板的朝向所述电磁铁的内侧面，并与所述光源在水平方向上相对。

可选地，所述支撑架包括多个支撑柱，所述承载板固定在所述多个支撑柱上。

可选地，所述电磁铁的线圈与所述固定板之间设置有第一绝缘板，所述电磁铁的下端设置有第二绝缘板，所述电磁铁的铁芯上端穿过所述第一绝缘板中心的通孔固定在所述固定板上，所述电磁铁的铁芯下端穿过所述第二绝缘板中心的通孔与所述承载板相对。

可选地，所述磁悬浮实验装置还包括：

位于所述承载板中间的载盘，以盛装所述悬浮球；且

所述载盘与所述电磁铁的铁芯下端在竖直方向上正向相对。

可选地，所述磁悬浮实验装置还包括：

用于为所述支撑架提供底部支撑的底座箱体，所述支撑架由所述底座箱体的上表面竖直向上延伸。

可选地，所述控制电路设置于所述底座箱体的内部。

本实用新型的磁悬浮实验装置中，使用电磁铁产生电磁力，吸引被测的悬浮球，从而使悬浮球克服重力在空间内保持悬浮状态，以完成磁悬浮实验。本实用新型提供的磁悬浮实验装置设计合理、结构简单、易于实现，且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控制电路，以便向电磁铁输出大小不同的电流，以实现悬浮球不同悬浮高度的悬浮实验。

进一步地，本实用新型的磁悬浮实验装置还设有传感器组件，以检测悬浮球的悬浮位置，并可在悬浮球偏离设定的悬浮位置时向控制电路反馈偏差信号，通过控制电路调节电磁铁的电流大小，从而改变电磁铁产生的电磁力，使悬浮球恢复到设定的悬浮位置，使其悬浮状态更加稳定。

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，该实验装置通过电磁铁产生电磁力吸引悬浮球，使悬浮球在悬浮空间内悬浮，从而完成对磁悬浮技术的实验。

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。为了便于观察磁悬浮实验装置的具体结构，图2中省去了其中一个支撑板。磁悬浮实验装置10包括支撑架11、固定板12、电磁铁13和承载板14。支撑架11竖直设置。固定板12水平固定在支撑架11的顶端。电磁铁13固定设置在固定板12的下方，即电磁铁13可固定在固定板12上，且电磁铁13的主体位于固定板12的下方。电磁铁13的上端可直接通过螺钉固定在固定板12上。承载板14固定在支撑架11上、且位于电磁铁13的下方。承载板14与电磁铁13之间形成有悬浮空间，以供承载板14上放置的悬浮球15在电磁铁13的电磁力的作用下悬浮。即承载板14与电磁铁13在竖直方向上间隔一定距离设置，换句话说，承载板14在竖直方向上的高度低于电磁铁13的下端在竖直方向上的高度。二者的高度差值大于悬浮球15的直径，以使二者之间留有供悬浮球15悬浮的空间。

可见，本实用新型的磁悬浮实验装置使用电磁铁13产生电磁力，吸引被测的悬浮球15，从而使悬浮球15克服其重力在空间内保持悬浮状态，以完成磁悬浮实验。本实用新型实施例的磁悬浮实验装置设计合理、结构简单、易于实现，且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，磁悬浮实验装置10还包括用于向电磁铁13输出电流的控制电路16，以便向电磁铁13输出大小不同的电流，以实现悬浮球15的不同悬浮高度的的悬浮实验。

进一步地，磁悬浮实验装置10还包括传感器组件，其设置在支撑架11上，以感测悬浮球15在竖直方向上的悬浮位置。传感器组件可在悬浮球15偏离设定的悬浮位置时向控制电路16反馈偏差信号，通过控制电路16调节电磁铁13的电流大小，从而改变电磁铁13产生的电磁力，使悬浮球15恢复到设定的悬浮位置，使其悬浮状态更加稳定。

具体地，控制电路16可采用多种控制模式进行控制。传感器组件感测到的位置信号可作为调节电磁铁13的电磁力的反馈信号，或悬浮球15的实际位置和设定位置之间的偏差信号作为调节电磁铁13的电磁力的反馈信号。控制电路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，使悬浮球15克服其自身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。

在本实用新型的一些实施例中，支撑架11包括两个平行设置的支撑板111和112，承载板14的两端分别固定在两个支撑板111和112上。具体地，固定板12的两端分别固定在两个支撑板111和112的顶端，从而在固定板12和两个支撑板111和112之间限定有一固定的空间，电磁铁13和承载板14均位于该空间内。两个支撑板111和112的朝向该空间的表面为其内侧面。在本实用新型其他的实施方式中，固定板12和两个支撑板111和112也可一体成型。

进一步地，传感器组件可包括光源171和光传感器172。光源171设置于其中一个支撑板的朝向电磁铁13的内侧面，光传感器172设置于另一个支撑板的朝向电磁铁13的内侧面，并与光源171在水平方向上相对。具体地，光源171可固定在支撑板111的内侧面，光传感器172可固定在支撑板112的内侧面。光源171和光传感器172的高度高于承载板14的高度、且小于电磁铁13下端的高度。也就是说，光源171和光传感器172在竖直方向上的位置位于悬浮球15的悬浮空间内，以在悬浮球15处于预定位置悬浮时遮挡光源171的至少部分光线，从而使光传感器172根据其接收到的光线的强度判断悬浮球15是否位于设定的悬浮位置或与计算悬浮球15的实际悬浮位置与设定悬浮位置的偏差值。

本领域技术人员应理解，本实用新型实施例中的传感器组件并不限定为光感应位置传感器，在其他的实施方式中，传感器组件还可以包括其他类型的传感器，例如涡流传感器、激光测距传感器等。这些传感器均可通过直接或间接的方式测量悬浮球15在竖直方式上的悬浮位置。

在本实用新型的另一些实施例中，支撑架11可包括多个支撑柱，承载板14固定在多个支撑柱上，也可实现上述实施例的技术效果。

在本实用新型的一些实施例中，电磁铁13的线圈与固定板12之间设置有第一绝缘板131，电磁铁13的下端设置有第二绝缘板132。电磁铁13的铁芯上端穿过第一绝缘板131中心的通孔固定在固定板12上，电磁铁13的铁芯下端穿过第二绝缘板132中心的通孔与承载板14相对。也就是说，电磁铁13的线圈限定在第一绝缘板131和第二绝缘板132之间，从而达到对电磁铁13线圈的固定保护作用，且能够防止漏电事故发生。

进一步地，磁悬浮实验装置10还包括位于承载板14中间的载盘18，以盛装悬浮球15。在电磁铁13不通电时，对悬浮球15不产生相应的电磁吸引力，此时，悬浮球15可放置在载盘18中。载盘18用于限制悬浮球15的位置，防止悬浮球15来回滚动，从而保证悬浮球15在竖直方向上大致与电磁铁13正向相对。

在本实用新型的一些实施例中，磁悬浮实验装置10还包括用于为支撑架11提供底部支撑的底座箱体19，支撑架11由底座箱体19的上表面竖直向上延伸。支撑架11的底部可延伸出具有螺丝孔的固定脚113，以便将支撑架11固定在底座箱体19上。

进一步地，控制电路16可设置于底座箱体19的内部。底座箱体19可为具有内部腔体的中空箱体，控制电路16设置于其内部腔体中。控制电路16与传感器组件和电磁铁13可通过导线连接，底座箱体19的表面开设有通孔，导线穿过该通孔引至底座箱体19的外部。底座箱体19内还可设置有电源模块和风扇，电源用于向控制电路供电，风扇用于箱体内的散热。底座箱体19的外表面还可设置有电源开关，以接通和关闭电源模块的电源。

在采用本实用新型实施例的磁悬浮实验装置10进行实验时，电磁铁13通电产生预定大小的电磁力，吸引位于电磁铁13下方的悬浮球15悬浮。通过传感器组件检测检测悬浮球15的悬浮位置，当悬浮球15偏离预定的悬浮位置时，例如悬浮球15距离电磁铁13的距离较大时，需要增大电磁铁13的电磁力，传感器组件发出位置信号或偏差信号至控制电路16，通过控制电路16增大通入电磁铁13线圈的电流来增大其电磁力；当悬浮球15距离电磁铁13的距离较小时，需要减小电磁铁13的电磁力，传感器组件发出位置信号或偏差信号至控制电路16，通过控制电路16减小通入电磁铁13线圈的电流来减小其电磁力。

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特定的附图为基准而言的，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：

竖直设置的支撑架；

固定板，水平固定在所述支撑架的顶端；

电磁铁，固定设置在所述固定板的下方；

承载板，固定在所述支撑架上、且位于所述电磁铁的下方，所述承载板与所述电磁铁之间形成悬浮空间，以供所述承载板上放置的悬浮球在所述电磁铁的电磁力作用下悬浮。

2.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：

用于向所述电磁铁输出电流的控制电路。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，还包括：

传感器组件，设置在所述支撑架上，以感测所述悬浮球在竖直方向上的悬浮位置。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，

所述支撑架包括两个平行设置的支撑板，所述承载板的两端分别固定在两个所述支撑板上。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，所述传感器组件包括：

光源，设置于其中一个所述支撑板的朝向所述电磁铁的内侧面；和

光传感器，设置于另一个所述支撑板的朝向所述电磁铁的内侧面，并与所述光源在水平方向上相对。

6.根据权利要求3所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，

所述支撑架包括多个支撑柱，所述承载板固定在所述多个支撑柱上。

7.根据权利要求1所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，

所述电磁铁的线圈与所述固定板之间设置有第一绝缘板，所述电磁铁的下端设置有第二绝缘板，所述电磁铁的铁芯上端穿过所述第一绝缘板中心的通孔固定在所述固定板上，所述电磁铁的铁芯下端穿过所述第二绝缘板中心的通孔与所述承载板相对。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，还包括：

位于所述承载板中间的载盘，以盛装所述悬浮球；且

所述载盘与所述电磁铁的铁芯下端在竖直方向上正向相对。

9.根据权利要求2所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，还包括：

用于为所述支撑架提供底部支撑的底座箱体，所述支撑架由所述底座箱体的上表面竖直向上延伸。

10.根据权利要求9所述的磁悬浮实验装置，其特征在于，

所述控制电路设置于所述底座箱体的内部。