CN216290733U - 磁性悬浮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种磁性悬浮装置，其包括基座、控制器及具有上表面与下表面磁性相反的悬浮体，其中基座内设有至少三个绕中心位置均匀分布的中间包裹有磁铁的磁线圈，以对悬浮体产生上斥力、对悬浮体产生下吸力的吸力磁铁或铁磁性体，吸力磁铁或铁磁性体设置在磁线圈与中心位置之间的区域内以及位于中心位置的霍尔传感器；悬浮体悬浮于中心位置Z方向上的平衡位置时收到向下的重力、吸力磁铁或铁磁性件的磁吸力以及中间包裹有磁铁的磁线圈对其向上的磁斥力，当悬浮体发生水平方向的偏移时，中间包裹有磁铁的磁线圈通过控制器控制产生控制电流将其偏移修正，且在修正时悬浮体因受到向下的磁吸力使得其不易受到周围磁场变化的影响而发生翻转。

Description

磁性悬浮装置

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮设备技术领域，尤其涉及一种磁性悬浮装置。

背景技术

磁悬浮产品以两磁性件间的磁力作用使得产品非直接接触而产生奇妙梦幻的视角冲击，因此而深受人们喜欢，常常把磁悬浮产品做成工艺品、展示架、氛围装饰件。而常见的可分为上吸产品及下悬产品，上吸产品是利用磁性件间的磁吸力平衡掉悬浮磁性件的重力使其悬浮于固定磁性件下方，而相较于上吸产品，下悬产品更受人青睐，当把固定磁性件隐藏起来，就能看到凭空悬浮的梦幻景象，下悬产品是利用磁性件间的磁斥力平衡掉重力，因为除了考虑竖直方向上的平衡，还需要控制水平方向的偏移和翻转，因此技术难度更高。

中国专利CN1729614B“用于悬浮磁性元件的设备和方法”已经公开了将磁性件悬浮起来的技术方案，该技术方案中的磁悬浮设备包括用于产生提供与磁性元件相互作用的依赖位置势能的静磁场的装置，静磁场提供一个平衡位置，在平衡位置势能随磁性元件沿不稳定轴方向远离平衡位置的位移而减小，并且势能随磁性元件在任何垂直不稳定轴方向上远离平衡位置的位移而增加。设备还包括用于产生表示磁性元件在不稳定轴上的位置的反馈信号的装置和用于通过相应于反馈信号在平衡位置提供四极控制磁场将磁性元件引导到平衡位置的控制装置。但是磁性元件在悬浮中因为其竖直方向上除了重力外仅受到一个竖直向上的磁斥力，当向水平方向发生偏移时电磁线圈工作时磁性元件可能会发生翻转，稳定性不强。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提出一种磁性悬浮装置，旨在解决现有的磁悬浮设备稳定性不强的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种磁性悬浮装置，其包括基座、控制器及具有上表面与下表面磁性相反的悬浮体，基座内设有：

至少三个绕中心位置均匀分布的中间包裹有磁铁的磁线圈，以对悬浮体产生上斥力；

对悬浮体产生下吸力的吸力磁铁或铁磁性体，所述吸力磁铁或铁磁性体设置在磁线圈与所述中心位置之间的区域内；

以及位于中心位置的霍尔传感器；

上斥力和下吸力作用下使得悬浮体悬浮于中心位置竖直方向的平衡位置，霍尔传感器检测悬浮体在水平方向上相对平衡位置产生的偏移，并将偏移信息传递至控制器，以控制对应的磁线圈产生控制电流以修正其偏移；

水平方向上悬浮体中心点到悬浮体边缘的长度大于中心位置到吸力磁铁或铁磁性体边缘的长度，小于中心位置到磁线圈中磁铁中心点的长度。

优选地，所述吸力磁铁为饼状、块状、环状或沿中心位置向磁线圈延伸的发射状，所述铁磁性体为饼状、块状、环状或沿中心位置向磁线圈延伸的发射状。

优选地，基座内设有四个中间包裹有磁铁的磁线圈，两两相对的磁线圈连线相互垂直，磁线圈与所述中心位置之间的区域内设有吸力磁铁，磁线圈内的磁铁以及吸力磁铁上表面磁极与悬浮体下表面磁性相反，以分别对悬浮体产生上斥力和下吸力。

优选地，相邻两磁线圈的间隙处设有辅助磁铁，辅助磁铁的上表面磁性与悬浮体上表面磁性相反。

优选地，所述磁铁为圆柱状、长条状或块状，磁线圈贴合磁铁设置。

优选地，所述控制器设置在基座内，或设置在基座外部与外接电源连接的电源适配器内。

与现有技术相比，本实用新型实的有益效果在于：

悬浮体悬浮于中心位置Z方向上的平衡位置时收到向下的重力、吸力磁铁(或铁磁性件)的磁吸力以及中间包裹有磁铁的磁线圈对其向上的磁斥力；当悬浮体发生水平方向的偏移时，中间包裹有磁铁的磁线圈通过控制器控制产生控制电流将其偏移修正，且在修正时悬浮体因受到向下的磁吸力使得其不易受到周围磁场变化的影响而发生翻转。

附图说明

图1为本实用新型磁性悬浮装置实施例结构示意图；

图2为本实用新型磁性悬浮装置实施例另一结构示意图；

图3为本实用新型磁性悬浮装置吸力磁铁为饼状的结构示意图；

图4为本实用新型磁性悬浮装置吸力磁铁为饼状的另一视角结构示意图；

图5为本实用新型磁性悬浮装置吸力磁铁为方环状的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件、零部件或具有相同或类似功能的元件、零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在一实施例中，如图1所示，该磁性悬浮装置包括基座(附图未示出)、控制器7及具有上表面与下表面磁性相反的悬浮体1，其中基座内设有至少三个绕中心位置均匀分布的中间包裹有磁铁2的磁线圈3，以对悬浮体1产生上斥力，为了使悬浮体1更加稳定，优先选择的包裹有磁铁2的磁线圈3数量为大于三且是二的倍数，使得在水平方向上X轴与Y轴间的磁力与中心位置对称相等，-X轴、+X轴、-Y轴及+Y轴上距离中心位置长度相同的位置上各包裹有磁铁2的磁线圈3对悬浮体1竖直方向上的磁力相同；对悬浮体1产生下吸力的吸力磁铁4或铁磁性体，吸力磁铁4或铁磁性体设置在磁线圈3与中心位置之间的区域内以及位于中心位置的霍尔传感器5。

上斥力和下吸力作用下使得悬浮体1悬浮于中心位置竖直方向的平衡位置，在竖直方向上，包裹有磁铁2的磁线圈3对悬浮体1的上斥力表示为F1，吸力磁铁4或铁磁性体对悬浮体1的下吸力表示为F2，除此之外，在竖直方向上悬浮体1还受到自身竖直向下的重力表示为G，即满足F1＝F2+G，此时悬浮体1竖直方向上受到外的外力总和为0，因此悬浮于平衡位置。悬浮体1若受到外界较小磁场的干扰也能迅速调节平衡位置或因外界磁场对悬浮体1的磁力远小于F2，在下吸力F2的加持下，外界磁场或磁线圈3产生的控制磁场对悬浮体1竖直方向上的磁力可忽略，因此该磁性悬浮装置的的悬浮体1悬浮稳定性强、不易发生翻转。

如图1、2所示，水平方向上悬浮体1中心点到悬浮体1边缘的长度大于中心位置到吸力磁铁4或铁磁性体边缘的长度，小于中心位置到磁线圈3中磁铁2中心点的长度。

在具体实施例中，基座内设有四个中间包裹有磁铁2的磁线圈3，两两相对的磁线圈3连线相互垂直，磁线圈3与中心位置之间的区域内设有吸力磁铁4，磁线圈3内的磁铁2以及吸力磁铁4上表面磁极与悬浮体1下表面磁性相反，以分别对悬浮体1产生上斥力和下吸力。

四个磁线圈3中的磁铁2的上表面磁性N与悬浮体1的下表面磁性S相反，因磁场线的走向已经磁场线闭合的原理，在中心位置的竖直方向对悬浮体1产生一个向上的磁斥力，此原理及技术在专利文献中已经公开，已为现有技术在此不做过多赘述。而中间位置的吸力磁铁4上表面与悬浮体1下表面磁性S相反，即磁力磁铁2上表面磁性为N，因此对悬浮体1产生一个向下的磁吸力，而除了磁吸磁铁2外，铁磁性体如铁、钴、镍或钆制体均可对悬浮体1起到一个向下的磁吸力，从经济角度和获得难易程度上优选铁制体。

霍尔传感器5检测悬浮体1在水平方向上相对平衡位置产生的偏移，并将偏移信息传递至控制器7，以控制对应的磁线圈3产生控制电流以修正其偏移。

霍尔传感器5优选为两颗或者四颗，当为两颗的时候，各霍尔传感器5分别连接两个上述包裹有磁铁2的磁线圈3，以检测悬浮体1相对于平衡位置向X轴、Y轴以及XY轴分割出的四个象限的偏移，并加以修正。当霍尔传感器5为四颗时，一一分别对应连接至各磁线圈3，相邻的两个磁线圈3控制XY轴分割出的一个象限内的偏移修正。

为了防止吸力磁铁4或铁磁性体受到相应的磁吸力而弹到悬浮体1上，将其用粘胶方式固定在基座内。除了粘胶方式，其他能使其固定在基座内的方式一样可行。

吸力磁铁4和铁磁性体为饼状、块状、环状或沿中心位置向磁线圈3延伸的发射状。在本实施例中，优选饼状和环状，饼状容易制得，如图3、4所示，饼状因其中间位置与霍尔传感器5，为了避开霍尔传感器5设置位置，可以将饼状吸力磁铁4设置在控制器7的下侧且同时水平方向上以中心位置点位圆心。而环状的中间留有空出位置以设置霍尔传感器5，缩小了其整体体积，更加精致。因为环形的吸力磁铁4的半径小于悬浮体1的半径，也即是前述的水平方向上悬浮体1中心点到悬浮体1边缘的长度大于中心位置到吸力磁铁4或铁磁性体边缘的长度，因此当吸力磁铁4的上表面磁性N与悬浮体1下表面的磁性S相反时，由磁体的异性相吸原理以对悬浮体1产生向下的磁吸力。环状吸力磁铁4为圆环状、方环状或其他中空状吸力磁铁4，如图5所示即为方环状吸力磁铁4。铁磁性体亦如此。

如图1所示，为了使悬浮体1的悬浮更加稳定，相邻两磁线圈3的间隙处设有辅助磁铁6，辅助磁铁6的上表面磁性N与悬浮体1上表面磁性S相反。辅助磁铁6的原理与前述磁线圈3内的磁铁2相同，向上的磁斥力增大，使悬浮体1更加稳定的同时也可以增大悬浮体1的重量。

磁线圈3中的磁铁2可以为圆柱状、长条状或块状，为了做到底座的精致，磁线圈3贴合磁铁2设置。

控制器7设置在基座内，外接电源连接到基座内时，与控制器7连接，再由控制器7分别连接至磁线圈3及霍尔传感器5，此处的控制器7为PCB板。除此之外，为了防止基座内的磁性件对控制器7产生干扰或者将该磁性悬浮装置做成超大体时，控制器7可以选择设置在基座外部与外接电源连接的电源适配器内或另连接控制器7，控制器7设置在电源适配器内时，可将电源适配器内间隔开，一侧放置电源适配器，一侧防止控制器7，电流从电源适配器流出，流向控制器7，再通过线路连接至基座内的磁线圈3及霍尔传感器5。

以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。

Claims (6)

1.一种磁性悬浮装置，包括基座、控制器及具有上表面与下表面磁性相反的悬浮体，其特征在于，基座内设有：

至少三个绕中心位置均匀分布的中间包裹有磁铁的磁线圈，以对悬浮体产生上斥力；

对悬浮体产生下吸力的吸力磁铁或铁磁性体，所述吸力磁铁或铁磁性体设置在磁线圈与所述中心位置之间的区域内；

以及位于中心位置的霍尔传感器；

上斥力和下吸力作用下使得悬浮体悬浮于中心位置竖直方向的平衡位置，霍尔传感器检测悬浮体在水平方向上相对平衡位置产生的偏移，并将偏移信息传递至控制器，以控制对应的磁线圈产生控制电流以修正其偏移；

水平方向上悬浮体中心点到悬浮体边缘的长度大于中心位置到吸力磁铁或铁磁性体边缘的长度，小于中心位置到磁线圈中磁铁中心点的长度。

2.根据权利要求1所述的磁性悬浮装置，其特征在于，所述吸力磁铁为饼状、块状、环状或沿中心位置向磁线圈延伸的发射状，所述铁磁性体为饼状、块状、环状或沿中心位置向磁线圈延伸的发射状。

3.根据权利要求1或2所述的磁性悬浮装置，其特征在于，基座内设有四个中间包裹有磁铁的磁线圈，两两相对的磁线圈连线相互垂直，磁线圈与所述中心位置之间的区域内设有吸力磁铁，磁线圈内的磁铁以及吸力磁铁上表面磁极与悬浮体下表面磁性相反，以分别对悬浮体产生上斥力和下吸力。

4.根据权利要求3所述的磁性悬浮装置，其特征在于，相邻两磁线圈的间隙处设有辅助磁铁，辅助磁铁的上表面磁性与悬浮体上表面磁性相反。

5.根据权利要求1所述的磁性悬浮装置，其特征在于，所述磁铁为圆柱状、长条状或块状，磁线圈贴合磁铁设置。

6.根据权利要求1所述的磁性悬浮装置，其特征在于，所述控制器设置在基座内，或设置在基座外部与外接电源连接的电源适配器内。

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