CN2569439Y

CN2569439Y - 大型磁悬浮装置的控制系统

Info

Publication number: CN2569439Y
Application number: CN 02215716
Authority: CN
Inventors: 唐建一
Original assignee: 唐建一
Current assignee: Ningbo Tianming Electronic Co Ltd
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2012-02-08

Abstract

本实用新型提供一种大型磁悬浮装置控制系统，包括浮体磁悬浮、旋转、入浮和断电保护等控制，解决了大型磁悬浮装置的重要关键问题，使大型化的磁悬浮装置达到实用性，商品化；使之可应用于大型的磁悬浮展示，如大型模型、大型广告、艺术造型、企业形象、标志物、磁悬浮教学、展览会、室内装饰等，具有科技性、新奇感、展示效果特好。具有广泛的开发前途和市场前景、良好的社会和经济效益。

Description

大型磁悬浮装置的控制系统

技术领域

本实用新型与磁悬浮装置有关，特别是一种大型磁悬浮装置的控制系统。

背景技术

本发明人曾于1999年12月29日申请并获得专利权的“磁悬浮装置”(专利号ZL99252312.5)和2000年10月13日申请的“磁悬浮装置及其控制系统”(专利申请号00115354.4)文献中对磁悬浮装置及其控制系统作了阐述，在控制系统的控制下，浮体在磁悬浮装置中不仅能悬浮起来，而且能稳定地自动旋转。

然而，磁悬浮装置的成功，市场立即提出了对大型磁悬浮装置的要求，因为大型磁悬浮装置可用于大型的磁悬浮模型展示、大型商品广告、科教演示(大型磁悬浮地球仪、天体模型等)、大型艺术造型(体育、工艺品)、大型企业形象、标志物、吉祥物、展览物、甚至是大型雕塑像、魔术等。用途广泛、市场很大、效益好、投资价值理想。

所谓大型磁悬浮装置是指它的整体较庞大，特别是其中的被“磁悬浮”的浮体的体积较大、重量较重，间隙较大(指浮体周围特别是它上方和下方的空间距离较大)。例如，浮体的体积可以在几个立方米以上，重量在十几公斤以上，浮体上方的间隙在二百毫米以上。如此庞大沉重的浮体，还需自动旋转。要完成如此巨大的工程，不仅要解决磁结构的重要问题，而且还有不少控制问题需要解决，包括浮体的磁悬浮控制、自动旋转控制、入浮升降控制和断电保护控制等。

因为：

对于大型浮体入浮就不能再像对待小型浮体那样，用手抱着浮体让它进入悬浮状态，而必须采用浮体入浮的升降控制分系统。

另外，由于浮体又大又重，使用中因故突然停电，势必造成浮体突然下落，可能摔坏或造成事故，对此不可避免的情况，过去的教训是惨重的，因为大型浮体为了减轻其重量，其结构多采用薄壳结构，造价高，往往经不起摔落，即使不彻底摔坏，仅仅是引起某种变形，这对装饰和艺术的浮体仍然是不允许的，因此，必须设法增添断电保护装置。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：

①为大型浮体提供入浮控制分系统，实现自动入浮；

②为大型浮体提供断电保护分系统，即使突然停电，浮体仍可照常工作；

③为大型浮体提供一种磁悬浮光电控制系统；

④为大型浮体旋转提供一种控制分系统。

提供一种大型磁悬浮装置的控制系统，使浮体自动入浮，稳定可靠地悬浮运转，而且操作简便。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种大型磁悬浮装置的控制系统，包括浮体磁悬浮控制系统、浮体旋转控制分系统，其特征在于还有浮体入浮控制分系统和断电保护分系统；

所述的浮体入浮控制分系统实际上是浮体进入悬浮状态的升降机构及其自动控制电路，其机构由驱动机构、升降竖杆、托架和限位控制元器件组成，一驱动机构带动一竖杆并推动一托架的上升或下降，竖杆适当位置连接一横臂，该横臂可触及两个限位开关L₁和L₂的触点，其电路由限位开关L₁和L₂、托架停止按钮AN、托架升按钮AN₁和托架降按钮AN₂、接触器P₁和P₂及其常开触点p₁、p₂常闭触点p₁′、p₂′组成；这套机构可以做在浮体下方的台面位置，这样可以把原先座落在下台面上的浮体，由该托架的上升而把浮体送入中间部位的自动悬浮位置，浮体便自动悬浮，托架可以自动回落到下部原位。但如果浮体的起始原位是上吸在架体的上顶部，则上述这套装置必需装配在浮体上方的架体上顶部位置，托架向下方的运动可使浮体送到下方中间部位的自动悬浮位置，浮体便自动悬浮，托板可自动上升至上顶部原位。也有必需上、下都同时装配这两套机构，视需操作，控制方法相同；

所述的浮体入浮控制分系统的驱动机构也可为气动机构或油压机构；

所述的机构还可以是由一马达G通过减速箱J带动一套筒旋转，该套筒内设置一可上下移动的滑块，该滑块与一丝杆的下端固定连接，该丝杆穿过固定在下台面上的带内螺纹的支承而与一托架固定连接；这套较特殊的机构，可使贴附在此机构托架上的浮体，也随托架的升降的同时又具有轴向旋转，使浮体也同时在运动中旋转，则浮体在送到自动悬浮位置而进入自动悬浮时，带有一定的旋转速度，以促成和加速浮体的自动旋转。

所述的断电保护控制分系统是采用一不间断电源(UPS)作备用电源并和交流接触器P₃并联在供电的交流回路中；

所述的断电保护控制分系统是采用蓄电池组作备用电源；

所述的浮体磁悬浮控制系统是光电控制系统，该光电控制系统包括：

在控制电源的地线和正极之间串联有与地连接的电阻R₀、光电器件BPX和与正极连接的电阻R₁，其中BPX两端并联有电容C₁，并令电阻R₀和光电器件BPX的节点为A，电阻R₁与光电器件BPX的节点为a；集电元件IC₁的负向输入端接其输出端b，经电阻R₂和电容C₂并联电路后接集电元件IC₂的负向输入端c，IC₂的正向输入端通过电阻R₆接地，IC₂的负向输入端c和IC₂的输出端d之间接有电阻R₅和电容C₃的并联负反馈电路，IC₂的输出端d经电阻R₇接三极管BG₁的基极，其集电极经电阻R₁₁接控制电源正极，其发射极e一方面经电阻R₈接地，另一方面经电阻R₉接功率三极管BG₂的基极f，BG₂的发射极通过电阻R₁₀接地，电容C₄、二极管D₁和电磁器件Ec并联在BG₂的集电极g和大型直流电源DC正极之间，而直流电源DC的负极接地，节点c接电位器R₄的中间抽头，R₄的一端接地，另一端接负电源的负极；光电器件BPX设置在浮体的上部时，集成元件IC₁的正向输入点接在电阻R₁和光敏器件BPX的节点a处；当光电器件BPX设置在浮体的下部时，集成元件IC₁的正向输入点应接在光敏器件BPX和电阻R₀之间的节点A处；

所述的浮体旋转控制分系统为磁吸转盘式系统，即在浮体下部偏离中心的某一圆周上布设有两个以上的永磁体，在浮体下方桌面的圆周上也布设多个极性相反的永磁体，桌面绕浮体重心轴线旋转，借助磁吸力带动上方浮体旋转；

所述的浮体旋转控制分系统为吹风式控制系统，即在浮体周侧的架壁上布设有一个以上的吹风口，当风吹浮体旁侧时，使浮体获得连续且匀速的旋转。

附图说明

图1是本实用新型大型磁悬浮装置控制系统浮体入浮控制分系统机械部分结构示意图。

图2是本实用新型大型磁悬浮装置控制系统浮体入浮控制分系统自动控制电路原理图。

图3是本实用新型大型磁悬浮装置控制系统浮体入浮控制分系统自动控制动力电路图。

图4是本实用新型大型磁悬浮装置控制系统浮体入浮控制分系统自动控制三相动力电路图。

图5是本实用新型大型磁悬浮装置控制系统浮体入浮控制分系统采用气动或油压机构的示意图。

图6是本实用新型大型磁悬浮装置控制系统断电保护分系统电路原理图之一。

图7是本实用新型大型磁悬浮装置控制系统断电保护分系统电路原理图之二。

图8是本实用新型大型磁悬浮装置控制系统磁悬浮控制分系统的光电器件BPX设置在浮体上端的结构示意图。

图9是本实用新型大型磁悬浮装置控制系统磁悬浮控制分系统的光电器件BPX设置在浮体下端的结构示意图。

图10是本实用新型大型磁悬浮装置控制系统磁悬浮控制分系统的电路原理图。

图11是本实用新型大型磁悬浮装置控制系统浮体自动旋转控制分系统之一磁吸转盘式控制系统示意图。

图12是本实用新型大型磁悬浮装置控制系统浮体自动旋转控制分系统之二——风吹式控制分系统示意图。

图13是本实用新型大型磁悬浮装置的结构示意图。

图中：

1-大功率电磁器件 2-箱架

21-箱架壁 5-台面

3-浮体 4-自动升降机构

41-竖杆 42-横臂

43-托架 44-丝杆

45-带内螺纹的支承 46-套筒式永磁体

47-滑块 48-套筒

51-偏转磁力发生器 52-磁感应器件

6-控制箱 G-电机

J-减速箱 F-光源

BPX-光电接收器 AN₁-托架升按钮

AN₂-托架降按钮 AN₀-托架停止按钮

L₁、L₂-限位控制元件 P₁、P₂-接触器

P₃、P₄-交流接触器

具体实施方式

本实用新型大型磁悬浮控制系统包括浮体磁悬浮控制分系统，浮体旋转控制分系统、浮体入浮控制分系统和断电保护分系统。

图1是本实用新型浮体入浮控制分系统机械部分结构示意图。图2、图3和图4分别是本实用新型浮体入浮控制分系统的自动控制电路图、动力电路图和三相动力电路图。浮体入浮控制分系统实际上是浮体3进入悬浮状态的升降机构及其自动控制电路的结合体，其机械结构由驱动机构、升降竖杆、托架和限位控制元件组成，如图1所示，包括一驱动机构带动一竖杆41并推动一装载浮体3的托架43的上升或下降，竖杆41适当位置连接一横臂42，该横臂42在上下运动过程中可分别触及两个限位控制元件L₁和L₂的触点，以改变电的连接关系。其电路由限位开关L₁和L₂、托架停止按钮AN₀、托架升按钮AN₁、托架降按钮AN₂、接触器P₁和P₂及其常开触点p₁、p₂，常闭触点p₁′、p₂′组成。电路连接关系如所图2所示，其工作原理如下：

当按下按钮AN₁时，可使接触器P₁吸合并“自锁”，其触点有多对，如果采用直流电机作驱动源(如图3所示)，接触器P₁的另一对常开触点P₁、P₁′闭合，可使电机G获得I₁电流而转动，使竖杆41上升，将浮体3由下台面5底端逐渐托起，当浮体3上升至正常悬浮位置时，托架竖杆41上的横臂42触及图1中的限位控制元件L₁，使L₁内部的一对触点迅速转换，即常开点变闭合，常闭点变断开，使接触器P₁断电，电机G停电，托架43及浮体3停止上升，此时浮体3应能自动进入悬浮态。由于L₁的上述触点转换，又使接触器P₂吸合并自锁，接触器P₂的常开触点p₂₁的闭合，又使电机G获得I₂电流，I₂的方向与I₁的方向相反，G的转动也反向，从此托架43开始下降，直至竖杆41的横臂42又触及限位控制元件L₂，L₂触点的动作，使交流接触器P₂断电，L₁触点恢复原状态，电机G停转，托架43下降停止，此位置即是原位，托架43回到了下台面5，完成了一次自动将浮体3送上悬浮状态位置的全过程，按钮AN₁的操作是升架，AN₂的操作是降架，AN₀是托架停止运动，利用三个按钮可操作托架41随意运动。

其中接触器P₁、P₂的常闭触点p₁′、p₂′串接在接触器P₁和P₂的电路中，可避免P₁和P₂同时通电，以免P₁、P₂同时吸合造成电源短路。

图6和图7分别是本实用新型断电保护分系统电路原理图之一、之二。所谓断电保持分系统，就是当磁悬浮装置突然停电而要停止工作时，瞬间让备用电源投入使用，保持整套磁悬浮装置继续正常工作的系统，其关键的应用部件就是交流接触器，并联在供电的交流回路中，它充当断电时发生信号的部件，同时并联一不间断电源UPS，如图6所示，当交流电源正常供电时，交流接触器P₃吸合，它的常开触点p₃₁吸合，常闭触点p₃₂断开，磁悬浮装置处于交流电正常供应状态，而UPS电源则处于充电备用状态，当外界交流电停电时，P₃也失电而释放，其触点恢复原状，即常开触点p₃₁断开，常闭触点p₃₂吸合，UPS投入供电，而且仅向磁悬浮装置供电，输出交流220V电能，直到外界交流电恢复供应为止，P₃吸合，UPS退出供电。

图7是采用备用蓄电池组作备用电源的电路原理图，断电信号和蓄电池供电仍由交流接触器P₄来控制，当正常外界交流电源供电时，P₄吸合，其常闭触点P₄₁、P₄₂、P₄₃、P₄₄都断开，因而蓄电池组不对外供电，而处于充电备用状态。当外界交流电源断开时，P₄释放，P₄₁、P₄₂、P₄₃、P₄₄都恢复常闭状态，蓄电池组投入向磁悬浮装置供应直流电，E₁、E₂直流电由图6中的W₁、W₂输入，是经过稳压的供应控制电路使用；另一组E₃、E₄不经过稳压，直接供电磁线圈1的大电流使用。

图8是本实用新型磁悬浮控制分系统——光电器件BPX设置在浮体3上端的结构示意图，图9是光电器件BPX设置在浮体3下端的结构示意图，图10是其相应的电路图。

当光电器件BPX设置在浮体上端时，图10中，集成元件IC₁的正端接在电阻R1和光敏器件BPX的节点a处，浮体3的最上部对发光体F投向BPX的光处于“半遮光”状态(如图8)。

当浮体3在悬浮位置上下位置变化时，会产生如下的一系列变化和控制作用：如果浮体3有下落趋势，浮体上端的下降，使光源F的光线较多地投向光敏器件BPX，它由于受到更多的光通量而减少了其内阻，参见图10，使

点的电位下降，则IC₁的输出的电位下降，通过R₂C₂耦合使集电元件IC₂的输入端的点电位下降，通过IC₂的反相放大，其输出端

的电位升高，通过电阻R₇，则三极管BG₁的基极电位升高，通过它的电流放大后，其发射极

电位升高，通过电阻R₉，大功率场效应三极管BG₂的基极电位升高、则它的集电极电位下降，意味着电磁器件获得较大的电流，产生较大的电磁吸力，对下方的浮体3上部产生更大的磁吸力，促进处于下降趋势中的此浮体产生额外的上升拉力而使浮体位置向上提升一些；当浮体过份地提升，会使BPX的光通量减少，内阻增加，点电位上升，最后

电流减少，吸力下降，浮体会下落一些。这样上上下下达到最终的“平衡”，使浮体悬浮在空间的应有位置。

光电器件也可以设置在浮体的下部(如图9所示)，此时，电路图(图10)上的IC₁的输入点应改接在BPX和接地电阻Ro之间的

(虚线表示)，控制结果也是相似的。R₄电位器用于预先手工调节“工作点”，也就是浮体正常悬浮时

的正常工作电流值。

但是，上述光电控制仅能使用在浮体的上端或下端的遮光部位的形态是比较规整的场合，最好是圆形顶端的情况，特别是旋转时也能使各部位的遮光状况是基本一致的情况，才能稳定地控制好，否则，上端或下端在各旋转角度时由于形状不同而遮光情况不一样，势必引起不同反响而最终难以运行。这就限制了某些形状的浮体的运用，或者需对浮体进行改装。

对于大型磁悬浮装置中浮体旋转控制分系统也可采用磁吸转盘式系统，如图11所示，在浮体3下部偏离中心某一圆周O上均匀布设有两个或两个以上永磁体N(S)，而在浮体3下方台面5上相对应的圆周O′上亦布设有多个极性相反的永磁体S(N)，而且桌面含有圆周O′的转盘在驱动器的推动下，可绕浮体3的重心轴线T旋转，借助永磁体N(S)和S(N)之间的磁吸力即可带动浮体3旋转。

此外，也可采用吹风式控制系统，其设计如图12所示，即在浮体3周侧的架壁上布设有一个以上的吹风口，图中只画了一个风口，当压缩空气或快速流动的气体由风口向浮体3旁侧劲吹时，可使浮体3获得一稳定的匀速的旋转，当风停时，浮体就会受空气阻力而停止转动。

图13是本实用新型大型磁悬浮装置实施例之一的结构示意图。由图可见大型磁悬浮装置由大功率电磁器件1、箱体(或房间)2、浮体3、入浮升降机构4、台面5、控制箱6组成，所说大功率电磁器件1安置在浮体3的上方；在箱体2的壁面21上设置有光源(发光体准直光学镜组)F和光电接收器BPX，以实现对浮体3的光电控制，其控制电路安放在控制箱6中；

该浮体3的入浮控制分系统的升降机构4是由一马达G通过减速箱J带动一套筒48，该套筒48内设置有一可上下移动的滑块47，该滑动47与一丝杆44的下端固定连接，该丝杆44穿过下台面5上的带有内螺纹的支承45而与一托架43固定连接。该升降机构4的特点是当马达通过减速箱J带动该套筒48旋转时，该套筒48内的滑块47亦将随着旋转运动，与之固定连接的丝杆44也跟着旋转，与丝杆44另一端固定连接的托架43亦会旋转，由于丝杆44穿过台面5上带有内螺纹的支承45而旋转的同时，该丝杆45会产生升或降的运动，该丝杆45带动滑块47在套筒48中上下运动。总之，该套升降机构4会使托架43边上升过程中同时旋转运动，故使浮体3在进入悬浮位置的同时，可获得旋转的初始动能。这套机构特别适用于采用偏转磁力发生器51和磁感应器件52组成的浮体的磁偏转系统。

该装置所有的控制电路都集中在一控制箱6中，可放置在箱中，也可放置在箱外，控制箱上设有相应的控制按钮，便于操作。本实施例的光电控制系统、浮体入浮的控制过程前面已分别叙述过，在此不再赘述。

Claims

1、一种大型磁悬浮装置的控制系统，包括浮体磁悬浮控制系统、浮体旋转控制分系统，其特征在于还有浮体入浮控制分系统和断电保护分系统。

2、根据权利要求1所述的大型磁悬浮装置的控制系统，其特征在于所述的浮体入浮控制分系统实际上是浮体(3)进入悬浮状态的升降机构及其自动控制电路，其机构由驱动机构、升降竖杆(41)、托架(43)和限位控制元件组成，驱动机构带动一升降竖杆(41)并推动一托架(43)的上升或下降，竖杆(41)适当位置连接一横臂(42)，该横臂(42)可触及两个限位开关L₁和L₂的触点，其电路由限位开关L₁和L₂、托架(43)、停止按钮AN₀、托架(43)升按钮AN₁和托架(43)降按钮AN₂、接触器P₁和P₂组成。

3、根据权利要求2所述的大型磁悬浮装置的控制系统，其特征在于所述的浮体(3)入浮控制分系统的驱动机构也可为气动机构或油压机构。

4、根据权利要求2所述的大型磁悬浮装置的控制系统，其特征在于所述的机构是由一马达G通过减速箱J带动一套筒(48)旋转，该套筒(48)内设置一可上下移动的滑块(47)，该滑块(47)与一丝杆(44)的下端固定连接，该丝杆(44)穿过下台面(5)上的带内螺纹的支承(45)而与一托架(43)固定连接，这样可使托架带动浮体升降的同时，浮体也会随托架的轴向旋转而旋转，使浮体进入自动悬浮位置时也具有旋转的速度，以促成和加速浮体的自动旋转。

5、根据权利要求1所述的大型磁悬浮装置的控制系统，其特征在于所述的断电保护控制分系统是采用一不间断电源(UPS)作备用电源并和交流接触器P₃一起并联在供电的交流回路中。

6、根据权利要求5所述的大型磁悬浮装置的控制系统，其特征在于所述的断电保护控制分系统是采用蓄电池组作备用电源。

7、根据权利要求1所述的大型磁悬浮装置的控制系统，其特征在于所述的浮体磁悬浮控制系统是光电控制系统，该光电控制系统包括：

在控制电源的地线和正极之间串联有与地连接的电阻R₀、光电器件BPX和与正极连接的电阻R₁，其中BPX两端并联有电容C₁，并令电阻R₀和光电器件BPX的节点为A，电阻R₁与光电器件BPX的节点为a；集电元件IC₁的负向输入端接其输出端b，经电阻R₂和电容C₂并联电路后接集电元件IC₂的负向输入端c，IC₂的正向输入端通过电阻R₆接地，IC₂的负向输入端c和IC₂的输出端d之间接有电阻R₅和电容C₃的并联负反馈电路，IC₂的输出端d经电阻R₇接三极管BG₁的基极，其集电极经电阻R₁₁接控制电源正极，其发射极e一方面经电阻R₈接地，另一方面经电阻R₉接功率三极管BG₂的基极f，BG₂的发射极通过电阻R₁₀接地，电容C₄、二极管D₁和电磁器件Ec并联在BG₂的集电极和大型直流电源DC正极之间，而直流电源DC的负极接地，节点c接电位器R₄的中间抽头，R₄的一端接地，另一端接负电源的负极；光电器件BPX设置在浮体(3)的上部时，集成元件IC₁的正向输入点接在电阻R₁和光敏器件BPX的节点a处。

8、根据权利要求7所述的大型磁悬浮装置的控制系统，其特征在于所述的浮体悬浮控制分系统的光电器件设置在浮体(3)的下部时，集成元件IC₁的正向输入点应接在光敏器件BPX和接地电阻R₀之间的节点A处。

9、根据权利要求1所述的大型磁悬浮装置的控制系统，其特征在于所述的浮体旋转控制分系统为磁吸转盘式系统，即在浮体下部偏离中心的某一圆周上布设有两个以上的永磁体，在浮体下方桌面相应的圆周上也布设多个极性相反的永磁体，桌面绕浮体重心轴线旋转时，借助磁吸力带动上方浮体旋转。

10、根据权利要求1所述的大型磁悬浮装置的控制系统，其特征在于所述的浮体旋转控制分系统为吹风式控制系统，即在浮体周侧的架壁上布设有一个以上的吹风口，当风吹浮体旁侧时，使浮体获得连续且匀速的旋转。