CN215068881U

CN215068881U - 一种平稳可控的磁悬浮演示装置

Info

Publication number: CN215068881U
Application number: CN202120187886.0U
Authority: CN
Inventors: 古迪; 周青云; 黄楚仲; 钟婷婷; 吴红梅; 张周粮; 朱伟玲
Original assignee: Guangdong University of Petrochemical Technology
Current assignee: Guangdong University of Petrochemical Technology
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2031-01-25

Abstract

本实用新型公开了一种平稳可控的磁悬浮演示装置，包括凵型轨道，所述凵型轨道内悬空设置有等腰梯形车体，所述等腰梯形车体顶部通过平衡板设置有电路控制器，所述凵型轨道底部内壁、等腰梯形车体下底外壁、两腰内壁和上底内壁均设有永磁铁，设置在等腰梯形车体下底外壁和凵型轨道底部内壁的永磁铁极性相反。本实用新型的平稳可控的磁悬浮演示装置具有平稳可控和模拟演示效果好的特点。

Description

一种平稳可控的磁悬浮演示装置

技术领域

本实用新型涉及物理教学用具技术领域，具体是指一种平稳可控的磁悬浮演示装置。

背景技术

传统的汽车和列车依靠车轮在地面或铁轨上滚动而快速前进，当汽车和列车高速行驶时，车轮与地面或轨道的存在较大的摩擦阻力，因而将难以获得人们期望高的速度。为克服传统列车运行过程中所受摩擦阻力的问题，科学家探索了将列车与轨道脱离接触的技术——磁悬浮技术。磁悬浮列车利用电磁体“同性相斥”原理，改变了传统轨道车辆靠轮轨摩擦力推进的方式，采用电磁力悬浮车体、直线电机驱动技术，使在高速行驶时以不到几厘米的间隙悬浮在单轨导向路上，从而实现无接触的高速运行，这是对人类地面交通技术史上的一次重大突破，被誉为21世纪一种理想的交通工具。磁悬浮列车的突出优点是速度快、可达500 km/h、噪音小及安静舒适等优点。在物理课程和实验课程的教学中，由于磁悬浮列车模型较复杂且昂贵，所以较难在课堂上通过磁悬浮列车模型展示磁悬浮列车的技术。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种平稳可控的磁悬浮演示装置，具有平稳可控和模拟演示效果好的特点。

本实用新型可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种平稳可控的磁悬浮演示装置，包括凵型轨道，凵型轨道内悬空设置有等腰梯形车体，等腰梯形车体顶部通过平衡板设置有电路控制器，凵型轨道底部内壁、等腰梯形车体下底外壁、两腰内壁和上底内壁均设有永磁铁，设置在等腰梯形车体下底外壁和凵型轨道底部内壁的永磁铁极性相反。

本实用新型中，设计并制备了一种平稳可控的磁悬浮演示装置，该演示装置通过磁力克服重力使小车处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，且小车车身自带驱动电源和电路控制器，可使小车在直道、弯道、上坡、下坡等场景中平稳地加速，减速或反方向行驶，可作为一款有效的教学或科普展示用磁悬浮演示装置。

进一步地，平衡板的两侧设有侧向辅助轮。通过设置侧向辅助轮子，减少了等腰梯形车体转弯时的摩擦力，提高了小车转弯时的稳定性。

进一步地，凵型轨道包括两侧的侧向护栏和设置在两侧向护栏之间的轨道垫板。通过设置侧向护栏，能减少外界对系统的干扰。

进一步地，电路控制器内部设置有扇叶。通过设置扇叶，可以给等腰梯形车体提供动力，使等腰梯形车体水平滑行以及爬坡滑行。

进一步地，设置在凵型轨道底部内壁的永磁铁数量为两个以上，该两个以上的永磁铁均匀分布。

进一步地，设置在等腰梯形车体下底外壁和上底内壁的永磁铁居中设置。

进一步地，设置在等腰梯形车体两腰的永磁铁设置在两腰与下底的夹角处。

进一步地，扇叶为双螺旋桨设置，可以为等腰梯形车体提供足够的驱动力。

本实用新型一种平稳可控的磁悬浮演示装置，具有如下的有益效果：

第一、平稳可控，本实用新型平稳可控梯形磁悬浮演示装置。等腰梯形车体相比于矩形车体，有效克服矩形车体悬浮高度过高中心过高的缺陷，从而具有相对较好的稳定性，等腰梯形车体的永磁铁粘贴于两腰底部、上底内壁、下底外壁，侧面的永磁铁是用于悬浮，而底部有利于克服水平方向外力微扰的影响，有利于维持运行时水平方向的稳定性。等腰梯形车体车身设置了侧向辅助轮，减少了小车转弯时的摩擦力，提高了小车转弯时的稳定性；

第二、模拟演示效果好，该演示装置能在模拟现实场景的直道、弯道、上坡、下坡等场景中平稳可控地加速，减速地行驶，其中该磁悬浮演示装置在平直轨道的平均速度可达47.9 cm/s，可作为有效的教学或科普展示用磁悬浮演示小车，提高学生对磁悬浮技术的兴趣。

附图说明

附图1为本实用新型一种平稳可控的磁悬浮演示装置的分解结构示意图；

附图中的标记包括：1、等腰梯形车体；2、侧向辅助轮； 3、永磁铁；4、侧向护栏；5、轨道垫板；6、风扇叶；7、电路控制器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型产品作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型公开了一种平稳可控的磁悬浮演示装置，包括凵型轨道，凵型轨道内悬空设置有等腰梯形车体1，等腰梯形车体1顶部通过平衡板设置有电路控制器7，凵型轨道底部内壁、等腰梯形车体1下底外壁、两腰内壁和上底内壁均设有永磁铁3，设置在等腰梯形车体1下底外壁和凵型轨道底部内壁的永磁铁3极性相反。

如图1所示，平衡板的两侧设有侧向辅助轮2。凵型轨道包括两侧的侧向护栏4和设置在两侧向护栏4之间的轨道垫板5。电路控制器7内部设置有扇叶6。设置在凵型轨道底部内壁的永磁铁3数量为两个以上，该两个以上的永磁铁3均匀分布。设置在等腰梯形车体1下底外壁和上底内壁的永磁铁3居中设置。设置在等腰梯形车体1两腰的永磁铁3设置在两腰与下底的夹角处。

在本实用新型中，扇叶为双螺旋桨设置。具体可采用采用双螺旋桨鼓风机作为动力推进系统，其中，两个电动机驱动电源输出电压9 V,电机额定电压是7 V。通过遥控系统控制装有螺旋桨的电动机的转动，从而产生动力。高速旋转的螺旋桨能产生较强的气流（风力），气流向小车后方吹动时，根据反作用力原理推动小车整体向前进。此外，通过电路板控制小车。该电路板仅用于两电机独立驱动磁悬浮演示小车的两螺旋桨。前进时两电机同时正传，后退时两电机同时反转，减速时一个电机正传。从而有效地实现演示小车前进、后退、减速和停止的控制指令。

同时，在本实用新型中，凵型轨道包括了模拟现实场景的直道、弯道、上坡、下坡等场景。在轨道中均铺设了永磁铁，其中，永磁铁之间竖间隔0.6 cm，横间隔3.6 cm。模拟现实场景的的轨道可分为三部分，第一部分是长直轨道，包括两段长直轨道，第一段是小车起动段，为了小车平稳运行后爬坡和拐弯，第二段是让小车停止段；第二部分爬坡轨道，坡度最高高度2.0 cm，总弧长42 cm；第三部分拐弯轨道，外半径25 cm，内半径16 cm。轨道两侧均用合板围起。经过不断改良小车，使小车重心降低，稳定性提高。此外，可进一步设计，采用更多的轨道，可模拟成首尾相接的闭环轨道，以便演示小车在闭环轨道内持续循环地行驶。

本实用新型中，将磁悬浮演示装置的等腰梯形车体在轨道上模拟磁悬浮演示小车在平直轨道的速度，经过多次实验测量通过直轨道所用的时间，并求出了其平均速度。如下表1所示，磁悬浮演示小车通过长度为46.7 cm的直轨道所用的平均时间为0.974 s，其平均速度为47.9 cm/s，且多次实验的结果均接近于平均值。而且实验过程中磁悬浮演示小车行驶平稳可控，其具体模拟数据如下表所示：

表 1 . 磁悬浮演示装置在平直轨道速度表

测量次数	1	2	3	4	5	6	7	平均值
									位移/cm	46.7	46.7	46.7	46.7	46.7	46.7	46.7	46.7
时间/s	0.930	1.000	1.020	0.920	1.000	0.950	1.000	0.974
									平均速度(cm/s)	50.2	46.7	45.8	50.8	46.7	49.1	46.7	47.9

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语诸如 “上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

上述实施例仅为本实用新型的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种平稳可控的磁悬浮演示装置，包括凵型轨道，其特征在于：所述凵型轨道内悬空设置有等腰梯形车体，所述等腰梯形车体顶部通过平衡板设置有电路控制器，所述凵型轨道底部内壁、等腰梯形车体下底外壁、两腰内壁和上底内壁均设有永磁铁，设置在等腰梯形车体下底外壁和凵型轨道底部内壁的永磁铁极性相反。

2.根据权利要求1所述的平稳可控的磁悬浮演示装置，其特征在于：所述平衡板的两侧设有侧向辅助轮。

3.根据权利要求2所述的平稳可控的磁悬浮演示装置，其特征在于：所述凵型轨道包括两侧的侧向护栏和设置在两侧向护栏之间的轨道垫板。

4.根据权利要求3所述的平稳可控的磁悬浮演示装置，其特征在于：所述电路控制器内部设置有扇叶。

5.根据权利要求4所述的平稳可控的磁悬浮演示装置，其特征在于：设置在凵型轨道底部内壁的永磁铁数量为两个以上，该两个以上的永磁铁均匀分布。

6.根据权利要求5所述的平稳可控的磁悬浮演示装置，其特征在于：设置在等腰梯形车体下底外壁和上底内壁的永磁铁居中设置。

7.根据权利要求6所述的平稳可控的磁悬浮演示装置，其特征在于：设置在等腰梯形车体两腰的永磁铁设置在两腰与下底的夹角处。

8.根据权利要求7所述的平稳可控的磁悬浮演示装置，其特征在于：所述扇叶为双螺旋桨设置。