CN209514978U - 可移动磁悬浮演示实验教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可移动磁悬浮演示实验教具，包括微控制器、磁悬浮体、密闭的箱体、主体设置在箱体内的升降机构、设置在箱体下方的水平旋转机构，升降机构的底部固定在箱体内，顶部固定有升降台，升降机构使得升降台能够上下移动，升降台上固定有环形磁铁和四个电磁铁，四个电磁铁均布在环形磁铁内，四个电磁铁分为两组，相对的两个电磁铁的电磁线圈串联成为一组，在环形磁铁的中心与电磁铁之间设置有两个霍尔传感器，每个霍尔传感器设置在一个电磁铁旁，两个电磁铁和其对应的霍尔传感器的连线垂直相交；水平旋转机构与箱体固定连接并能够带动箱体水平旋转；微控制器分别与升降机构、水平旋转机构、两个霍尔传感器、两组电磁铁电连接。

Description

可移动磁悬浮演示实验教具

技术领域

本实用新型属于教学用具技术领域，具体涉及一种可移动磁悬浮演示实验教具。

背景技术

磁悬浮技术是指利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术，例如磁悬浮列车是由无接触的磁力支承、磁力导向和线性驱动系统组成的新型交通工具。在课堂教学中，需要使用教具给学生讲解磁悬浮原理。但是目前在磁悬浮教具技术领域，普遍存在演示模型的体积较大，且运行中需要人工介入、无法自由移动的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种设计小巧、便于演示及操作的可移动磁悬浮演示实验教具。

为此，本实用新型所采用的技术方案为：

一种可移动磁悬浮演示实验教具，包括微控制器、磁悬浮体、密闭的箱体、主体设置在箱体内的升降机构、设置在箱体下方的水平旋转机构，所述升降机构的底部固定在箱体内，顶部固定有升降台，升降机构使得升降台能够上下移动，升降台上固定有环形磁铁和四个电磁铁，所述四个电磁铁均布在所述环形磁铁内，四个电磁铁分为两组，相对的两个电磁铁的电磁线圈串联成为一组，在环形磁铁的中心与电磁铁之间设置有两个霍尔传感器，每个霍尔传感器设置在一个电磁铁旁，两个电磁铁和其对应的霍尔传感器的连线垂直相交；所述水平旋转机构与箱体固定连接并能够带动箱体水平旋转；所述微控制器分别与升降机构、水平旋转机构、两个霍尔传感器、两组电磁铁电连接。

在上述技术方案中，所述升降机构包括第一双向马达、升降杆、螺杆、导轨，所述第一双向马达固定在箱体的底板上，螺杆的底部与第一双向马达的输出轴固定连接，螺杆的中上部与升降杆的中下部螺纹连接，升降杆的顶部与升降台固定连接，所述导轨为容纳升降杆的圆筒。该升降机构结构简单、安装方便、成本低、容易从市面上购买得到其零部件。

在上述技术方案中，所述水平旋转机构包括第二双向马达、旋转轴和支撑座，所述第二双向马达固定在支撑座上，所述旋转轴的底部与第二双向马达的输出轴固定连接，旋转轴的顶部与箱体的底板固定连接。该水平旋转机构结构简单、安装方便、成本低、容易从市面上购买得到其零部件。

作为优选地，所述微控制器设置在箱体内，固定在箱体的底板上，电连接线不会干扰箱体移动，方便装置整体移动；箱体上设置有箱门，方便打开对箱体内部检修。

作为优选地，所述升降机构设置在靠近箱体侧壁处，方便观察箱体水平旋转时磁悬浮体的运动。

作为优选地，所述电磁铁和霍尔传感器粘贴固定在升降台上，方便装置的安装和更换损坏的零部件。

作为优选地，所述微控制器为Arduino的Analog Read控制器，此控制器价格便宜，应用广泛，容易购得。

本实用新型的有益效果是：通过设计移动部件带动磁悬浮体的移动，解决了移动式上推磁悬浮性能的实验装置空白，能够演示移动式磁悬浮的特性，本装置通过传感器检查磁悬浮体的位置，利用微控制器调节水平方向两组电磁铁的磁场强度，调整磁悬浮体的平衡位置，从而达到移动箱体时，磁悬浮体仍能稳定悬浮在底座上方的目的。本实用新型结构简单，设备体积小巧，制造成本低。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中升降台的俯视图。

图3是本实用新型微控制器与霍尔传感器、电磁铁、升降机构、水平旋转机构的电连接框图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本实用新型作进一步说明：

如图1-3所示的一种可移动磁悬浮演示实验教具，主要由微控制器1、磁悬浮体2、密闭的箱体3、主体设置在箱体3内的升降机构4、设置在箱体3下方的水平旋转机构5组成。用一个圆形磁铁作为磁悬浮体2。升降机构4的底部固定在箱体3内，顶部固定有升降台6，升降机构4使得升降台6能够上下移动，升降台6上固定有环形磁铁7和四个电磁铁8，四个电磁铁8均布在环形磁铁7内。用漆包线绕制四个电磁铁8。四个电磁铁8分为两组，相对的两个电磁铁8的电磁线圈串联成为一组，左边的电磁铁8和右边的电磁铁8串联成为一组，前面的电磁铁8和后面的电磁铁8串联成为一组。在环形磁铁7的中心与电磁铁之间设置有两个霍尔传感器9，霍尔传感器9为直插式霍尔传感器。每个霍尔传感器9设置在一个电磁铁8旁，两个电磁铁8和其对应的霍尔传感器9的连线垂直相交。电磁铁8和霍尔传感器9粘贴固定在升降台6上。

在本实施例中，如图2所示，四个电磁铁8由分别位于前、后、左、右位置的电磁铁84、电磁铁83、电磁铁81、电磁铁82组成；两个霍尔传感器9由分别位于后边、左边位置的霍尔传感器91、霍尔传感器92组成。霍尔传感器91设置在电磁铁83旁，霍尔传感器92设置在电磁铁81旁，霍尔传感器91和电磁铁83的连线与霍尔传感器92和电磁铁81的连线垂直相交。

水平旋转机构5与箱体3固定连接并能够带动箱体3水平旋转。微控制器1设置在箱体3内，固定在箱体3的底板上，箱体3上设置有箱门。微控制器1为Arduino的Analog Read控制器。微控制器1分别与升降机构4、水平旋转机构5、两个霍尔传感器、两组电磁铁电连接。

升降机构4设置在靠近箱体3侧壁处。升降机构4主要由第一双向马达10、升降杆11、螺杆12、导轨13组成。第一双向马达10固定在箱体3的底板上，螺杆12的底部与第一双向马达10的输出轴10a固定连接，螺杆12的中上部与升降杆11的中下部螺纹连接，升降杆11的顶部与升降台6固定连接，导轨13为容纳升降杆11的圆筒。

水平旋转机构5主要由第二双向马达14、旋转轴15和支撑座16组成。第二双向马达14固定在支撑座16上，旋转轴15的底部与第二双向马达14的输出轴14a固定连接，旋转轴15的顶部与箱体3的底板固定连接。

本装置的工作原理如下：将磁悬浮体2放置在箱体3上方与升降台6相对应的位置处，离箱体3的顶板大约1cm处。相对的两个电磁铁8的电磁线圈是串联的，通电时极性相反。两个霍尔传感器9与对应的电磁铁8的连线相交处位于环形磁铁7的圆心，如图2所示，这样，当霍尔传感器91测量到磁悬浮体2向左偏离平衡位置时，微控制器1就通知电路让电磁铁81和82的电磁线圈通电，并且电磁铁81向右排斥磁悬浮体2，电磁铁82向右吸引磁悬浮体2，让它回到平衡位置。当霍尔传感器92测量到磁悬浮体2向前偏离平衡位置时，微控制器1就通知电路让电磁铁83和84的电磁线圈通电，并且电磁铁83向后排斥磁悬浮体2，电磁铁84向后吸引磁悬浮体2，让它回到平衡位置。当升降机构4的第一双向马达10旋转，带动螺杆12旋转，进一步地，升降杆11旋转，带动升降台6上升或下降，当升降台6缓缓上升，可上推磁悬浮体2的位置，实现垂直位置悬浮高度的调节及演示。当水平旋转机构5旋转，带动箱体3旋转，则磁悬浮体2也跟着箱体3移动位置，实现轴向旋转。微控制器1选用Arduino的AnalogRead，利用微控制器1来读取霍尔传感器9电路送出的电压值，然后通过PID控制算法来维持磁悬浮体2处于平衡位置时对应的霍尔传感器9的电压值。微控制器1连接驱动板，控制两组电磁铁8的电流，达到最终控制磁悬浮体2平衡位置的作用。微控制器1与升降机构4、水平旋转机构5电连接，当需要对磁悬浮体2进行上下、水平移动时，则通过相应的电机驱动板启动升降机构4的电机、水平旋转机构5的电机，实现垂直上下移动、水平旋转的目的。

Claims (7)

1.一种可移动磁悬浮演示实验教具，其特征在于：包括微控制器(1)、磁悬浮体(2)、密闭的箱体(3)、主体设置在箱体(3)内的升降机构(4)、设置在箱体(3)下方的水平旋转机构(5)，所述升降机构(4)的底部固定在箱体(3)内，顶部固定有升降台(6)，升降机构(4)使得升降台(6)能够上下移动，升降台(6)上固定有环形磁铁(7)和四个电磁铁(8)，所述四个电磁铁(8)均布在所述环形磁铁(7)内，四个电磁铁(8)分为两组，相对的两个电磁铁(8)的电磁线圈串联成为一组，在环形磁铁(7)的中心与电磁铁(8)之间设置有两个霍尔传感器(9)，每个霍尔传感器(9)设置在一个电磁铁(8)旁，两个电磁铁(8)和其对应的霍尔传感器(9)的连线垂直相交；所述水平旋转机构(5)与箱体(3)固定连接并能够带动箱体(3)水平旋转；所述微控制器(1)分别与升降机构(4)、水平旋转机构(5)、两个霍尔传感器(9)、两组电磁铁(8)电连接。

2.如权利要求1所述的可移动磁悬浮演示实验教具，其特征在于：所述升降机构(4)包括第一双向马达(10)、升降杆(11)、螺杆(12)、导轨(13)，所述第一双向马达(10)固定在箱体(3)的底板上，螺杆(12)的底部与第一双向马达(10)的输出轴(10a)固定连接，螺杆(12)的中上部与升降杆(11)的中下部螺纹连接，升降杆(11)的顶部与升降台(6)固定连接，所述导轨(13)为容纳升降杆(11)的圆筒。

3.如权利要求1所述的可移动磁悬浮演示实验教具，其特征在于：所述水平旋转机构(5)包括第二双向马达(14)、旋转轴(15)和支撑座(16)，所述第二双向马达(14)固定在支撑座(16)上，所述旋转轴(15)的底部与第二双向马达(14)的输出轴(14a)固定连接，旋转轴(15)的顶部与箱体(3)的底板固定连接。

4.如权利要求1所述的可移动磁悬浮演示实验教具，其特征在于：所述微控制器(1)设置在箱体(3)内，固定在箱体(3)的底板上，箱体(3)上设置有箱门。

5.如权利要求1所述的可移动磁悬浮演示实验教具，其特征在于：所述升降机构(4)设置在靠近箱体(3)侧壁处。

6.如权利要求1所述的可移动磁悬浮演示实验教具，其特征在于：所述电磁铁(8)和霍尔传感器(9)粘贴固定在升降台(6)上。

7.如权利要求1所述的可移动磁悬浮演示实验教具，其特征在于：所述微控制器(1)为Arduino的Analog Read控制器。