RU2816409C1 - Levitiating suspension - Google Patents

Levitiating suspension Download PDF

Info

Publication number
RU2816409C1
RU2816409C1 RU2023109002A RU2023109002A RU2816409C1 RU 2816409 C1 RU2816409 C1 RU 2816409C1 RU 2023109002 A RU2023109002 A RU 2023109002A RU 2023109002 A RU2023109002 A RU 2023109002A RU 2816409 C1 RU2816409 C1 RU 2816409C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
suspension
ceiling
electromagnets
levitating
suspension according
Prior art date
Application number
RU2023109002A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Михайлович Амосков
Дарья Николаевна Арсланова
Александр Вячеславович Белов
Вячеслав Николаевич Васильев
Владимир Петрович Кухтин
Марина Викторовна Капаркова
Евгений Анатольевич Ламзин
Михаил Сергеевич Ларионов
Андрей Николаевич Неженцев
Игорь Юрьевич Родин
Сергей Александрович Смирнов
Сергей Евгеньевич Сычевский
Алексей Анатольевич Фирсов
Николай Александрович Шатиль
Original Assignee
Акционерное Общество "Нииэфа Им. Д.В. Ефремова"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Нииэфа Им. Д.В. Ефремова" filed Critical Акционерное Общество "Нииэфа Им. Д.В. Ефремова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2816409C1 publication Critical patent/RU2816409C1/en

Links

Abstract

FIELD: lifting devices.
SUBSTANCE: levitating suspension for moving under a ferromagnetic ceiling contains at least one electromagnet, at least one gap sensor and at least one linear electric motor. The suspension can be equipped with a lifting device and/or a video camera.
EFFECT: it is possible to move a levitating suspension, and therefore objects, devices and loads suspended from it, under the surface of a ferromagnetic ceiling without mechanical contact of the suspension with the ceiling.
18 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к устройству для перемещения объектов, устройств и грузов под потолком с использованием эффекта магнитной левитации. The invention relates to a device for moving objects, devices and loads under the ceiling using the effect of magnetic levitation.

Уровень техникиState of the art

Для перемещения грузов в помещениях используются различные кран-балки, например, такие как представленная в патенте CN214859926. Подъемное устройство, входящее в состав кран-балки, может перемещаться вдоль несущего рельса, установленного под потолком над теми местами, откуда и куда необходимо перемещать груз. Подъемное устройство может содержать электродвигатель, обеспечивающий перемещение вдоль несущего рельса за счет вращения ролика, прижимаемого к несущему рельсу, а также электродвигатель, обеспечивающий подъем и спуск груза, прикрепленного к тросу, за счет вращения барабана, на который наматывается или с которого сматывается трос. To move cargo indoors, various crane beams are used, for example, such as those presented in patent CN214859926. The lifting device, which is part of the crane beam, can move along a load-bearing rail installed under the ceiling above the places from where the load needs to be moved. The lifting device may contain an electric motor that provides movement along the supporting rail due to rotation of the roller pressed against the supporting rail, as well as an electric motor that provides lifting and lowering of the load attached to the cable due to the rotation of the drum on which the cable is wound or from which the cable is wound.

Недостатки кран-балки заключаются в следующем.The disadvantages of the beam crane are as follows.

1) Необходимость установки направляющего рельса;1) The need to install a guide rail;

2) Подъемное устройство может перемещаться только вдоль направляющего рельса;2) The lifting device can only move along the guide rail;

3) Невозможность проведения грузоподъемных операций и перемещения грузов между локациями, расположенными вдали от направляющего рельса кран-балки.3) The impossibility of carrying out lifting operations and moving cargo between locations located far from the guide rail of the crane beam.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

Задачей изобретения является обеспечение возможности перемещения объектов, устройств и грузов в помещениях под всей поверхностью потолка с помощью левитирующего подвеса, то есть без механического контакта подвеса с потолком. The objective of the invention is to provide the ability to move objects, devices and loads in rooms under the entire surface of the ceiling using a levitating suspension, that is, without mechanical contact of the suspension with the ceiling.

Задача изобретения решается с помощью левитирующего подвеса для перемещения под ферромагнитным потолком, содержащего по меньшей мере один электромагнит для обеспечения левитации, по меньшей мере один датчик зазора и по меньшей мере один индуктор линейного электродвигателя. Электромагнит, датчик зазора и индуктор линейного электродвигателя должны быть соединены друг с другом (предпочтительно механически). При этом индуктор (активная обмотка, первичный элемент, статор) линейного двигателя закреплен на самом левитирующем подвесе, а роль вторичного элемента (якоря) линейного двигателя в базовом варианте выполняет ферромагнитный потолок.The problem of the invention is solved using a levitating suspension for moving under a ferromagnetic ceiling, containing at least one electromagnet for providing levitation, at least one gap sensor and at least one linear motor inductor. The electromagnet, gap sensor and linear motor inductor must be connected to each other (preferably mechanically). In this case, the inductor (active winding, primary element, stator) of the linear motor is fixed on the levitating suspension itself, and the role of the secondary element (armature) of the linear motor in the basic version is played by the ferromagnetic ceiling.

В предпочтительном варианте подвес содержит по меньшей мере три электромагнита, соединенных друг с другом., и может содержать по меньшей мере два индуктора линейных электродвигателя, соединенных друг с другом. Электромагниты преимущественно образуют плоскость, т.е. лежат в вершинах треугольника. Индукторы линейных электродвигателей могут быть разнонаправленными.Preferably, the suspension contains at least three electromagnets connected to each other, and may contain at least two linear motor inductors connected to each other. Electromagnets predominantly form a plane, i.e. lie at the vertices of the triangle. Inductors of linear electric motors can be multidirectional.

В одном из вариантов подвес может содержать по меньшей мере три датчика зазора. В другом варианте подвес может дополнительно содержать по меньшей мере один датчик наклона. В предпочтительном варианте по меньшей мере один электромагнит, и по меньшей мере один индуктор линейного электродвигателя соединены друг с другом с помощью основания, выполненного с использованием немагнитного материала.In one embodiment, the suspension may contain at least three gap sensors. In another embodiment, the gimbal may further comprise at least one tilt sensor. In a preferred embodiment, at least one electromagnet and at least one linear motor inductor are connected to each other using a base made using a non-magnetic material.

Потолок может быть или полностью выполнен из листов стали или быть выложен из нескольких стальных «дорожек», где возможно движение. Стальной потолок притягивает электромагниты, а также, в базовом варианте, выполняет роль вторичного элемента линейных двигателей. В преимущественном варианте потолок дополняется снизу тонкой немагнитной пластиной из хорошего проводника (например, алюминия), лучше выполняющего функцию вторичного элемента линейного двигателя.The ceiling can either be made entirely of steel sheets or be laid out with several steel “tracks” where movement is possible. The steel ceiling attracts electromagnets and also, in the basic version, acts as a secondary element for linear motors. In the preferred embodiment, the ceiling is supplemented from below with a thin non-magnetic plate made of a good conductor (for example, aluminum), which better performs the function of a secondary element of a linear motor.

В преимущественном варианте подвес также содержит источник питания и/или контроллер, выполненный с возможностью обработки показаний датчика зазора и регулирования тока, подаваемого на электромагнит. В предпочтительном варианте количество датчиков зазора соответствует количеству электромагнитов и датчики зазора могут размещаться рядом с электромагнитами, например, на расстоянии от них не более размера электромагнита, или на электромагнитах. Контроллер предпочтительно может также управлять и индукторами линейных электродвигателей. Электромагниты предпочтительно являются гибридными электромагнитами, т.е. в дополнение к электромагнитным катушкам содержат постоянные магниты.In an advantageous embodiment, the suspension also contains a power source and/or a controller configured to process the readings of the gap sensor and regulate the current supplied to the electromagnet. In a preferred embodiment, the number of gap sensors corresponds to the number of electromagnets and the gap sensors can be placed next to the electromagnets, for example, at a distance from them no more than the size of the electromagnet, or on the electromagnets. The controller can preferably also control the inductors of linear motors. The electromagnets are preferably hybrid electromagnets, i.e. In addition to electromagnetic coils, they contain permanent magnets.

Подвес может быть снабжен грузоподъемным устройством и/или видеокамерой и/или другой полезной нагрузкой. Подвес также может иметь датчики зазора, определяющие расстояние между подвесом и стенами, и/или видеокамеры бокового обзора. Кроме того, подвес может быть снабжен элементами приема/передачи данных, например, по таким каналам, как ИК, радио, индукционный и др.The gimbal may be equipped with a lifting device and/or a video camera and/or other payload. The suspension may also have gap sensors that determine the distance between the suspension and the walls, and/or side-view video cameras. In addition, the gimbal can be equipped with elements for receiving/transmitting data, for example, through channels such as IR, radio, induction, etc.

Задача изобретения также решается с помощью системы перемещения, состоящей из ферромагнитного потолка и левитирующего подвеса по любому из вышеописанных вариантов. Эта система может быть предназначена для перемещения объекта и левитирующий подвес может быть выполнен с возможностью прикрепления к нему перемещаемого объекта. В частном варианте под ферромагнитным потолком может быть установлена проводящая немагнитная пластина.The problem of the invention is also solved using a movement system consisting of a ferromagnetic ceiling and a levitating suspension according to any of the options described above. The system may be configured to move an object, and the levitating suspension may be configured to attach the object being moved to it. In a particular embodiment, a conductive non-magnetic plate can be installed under the ferromagnetic ceiling.

Основной технический результат заключается в обеспечении возможности перемещения левитирующего подвеса (а значит и подвешенных к нему объектов, устройств и грузов) под поверхностью потолка без механического контакта подвеса с потолком. Технический результат достигается благодаря тому, что левитирующий подвес снабжен:The main technical result is to provide the ability to move a levitating suspension (and therefore objects, devices and loads suspended from it) under the surface of the ceiling without mechanical contact of the suspension with the ceiling. The technical result is achieved due to the fact that the levitating suspension is equipped with:

1) электромагнитом и датчиком зазора, обеспечивающими левитацию подвеса под потолком, и1) an electromagnet and a gap sensor, ensuring levitation of the suspension under the ceiling, and

2) индуктором линейного электродвигателя, обеспечивающим перемещение левитирующего подвеса вдоль потолка, при этом роль вторичного элемента линейного двигателя выполняет ферромагнитный потолок (в базовом варианта) или проводящая немагнитная пластина (в предпочтительном варианте).2) an inductor of a linear electric motor, which ensures the movement of the levitating suspension along the ceiling, while the role of the secondary element of the linear motor is played by a ferromagnetic ceiling (in the basic version) or a conductive non-magnetic plate (in the preferred version).

Технический результат достигается только полной совокупностью признаков 1) и 2), также указанных в независимом пункте формулы изобретения. Для обеспечения возможности перемещения левитирующего подвеса под поверхностью потолка без механического контакта подвеса с потолком необходимо как обеспечить левитацию, так и само перемещение, что и обеспечивается всеми признаками, указанными в независимом пункте, совместно. The technical result is achieved only by the full set of features 1) and 2), also specified in the independent claim of the invention. To ensure the possibility of moving a levitating suspension under the surface of the ceiling without mechanical contact of the suspension with the ceiling, it is necessary to ensure both levitation and the movement itself, which is ensured by all the features specified in the independent paragraph, together.

Это означает, что без какого-либо признака из указанных в независимом пункте формулы изобретения технический результат будет недостижим, поскольку либо не обеспечивается левитация (без электромагнитов, притягивающихся в ферромагнитному потолку, и датчиков зазора, измеряющих расстояние до него), либо отсутствует возможность перемещения (если отсутствует линейный электродвигатель).This means that without any of the features specified in the independent claim of the invention, the technical result will be unattainable, since either levitation is not provided (without electromagnets attracted to the ferromagnetic ceiling and gap sensors measuring the distance to it), or there is no possibility of movement ( if there is no linear motor).

Дополнительный технический результат заключается в обеспечении возможности перемещения левитирующего подвеса (а значит и подвешенных к нему объектов, устройств и грузов) под поверхностью потолка в любых направлениях без механического контакта подвеса с потолком. Этот дополнительный технический результат достигается благодаря тому, что левитирующий подвес (система перемещения) может быть снабжен двумя или более линейными электродвигателями, обеспечивающими перемещение во всех направлениях и, в некоторых случаях, поворот левитирующего подвеса за счет создания линейными двигателями вращательного момента.An additional technical result is to provide the ability to move a levitating suspension (and therefore objects, devices and loads suspended from it) under the ceiling surface in any direction without mechanical contact of the suspension with the ceiling. This additional technical result is achieved due to the fact that the levitating suspension (movement system) can be equipped with two or more linear electric motors that provide movement in all directions and, in some cases, rotation of the levitating suspension due to the creation of rotational torque by the linear motors.

Кроме того, другой дополнительный технический результат достигается благодаря тому, что левитирующий подвес снабжен тремя или более электромагнитами и несколькими датчиками зазора (или одним датчиком зазора вместе хотя бы с одним датчиком наклона), которые обеспечивают свободную левитацию и помогают удержать плоскость подвеса параллельно потолку и не ограничивают возможность его перемещения какими-либо направлениями за счет того, что подвес поддерживается в левитирующем состоянии в плоскости параллельно потолку, в то время как в уровне техники подвес может перемещаться только однонаправленно.In addition, another additional technical result is achieved due to the fact that the levitating suspension is equipped with three or more electromagnets and several gap sensors (or one gap sensor together with at least one tilt sensor), which provide free levitation and help keep the plane of the suspension parallel to the ceiling and not limit the possibility of its movement in any direction due to the fact that the suspension is maintained in a levitating state in a plane parallel to the ceiling, while in the prior art the suspension can only move unidirectionally.

Дополнительные технические результаты достигаются только полной совокупностью признаков, указанных в независимом пункте 1 и зависимых пунктах 2-4 формулы изобретения. Три электромагнита, притягивающихся к ферромагнитному потолку и датчик зазора необходимы для обеспечения левитации подвеса, не ограниченной по возможным направлениям перемещения, а два разнонаправленных линейных электродвигателя необходимы для обеспечения перемещения левитирующего подвеса в любых направлениях. Следовательно, для обеспечения возможности перемещения левитирующего подвеса под поверхностью потолка в любых направлениях без механического контакта подвеса с потолком необходимо как обеспечить левитацию без ограничения по направлению перемещения, так и само перемещение в любых направлениях, что и обеспечивается всеми признаками, указанными в независимом пункте, совместно.Additional technical results are achieved only by the full set of features specified in independent claim 1 and dependent claims 2-4 of the claims. Three electromagnets attracted to the ferromagnetic ceiling and a gap sensor are necessary to ensure levitation of the suspension, not limited in possible directions of movement, and two multidirectional linear electric motors are necessary to ensure movement of the levitating suspension in any direction. Therefore, to ensure the possibility of moving a levitating suspension under the surface of the ceiling in any direction without mechanical contact of the suspension with the ceiling, it is necessary to both ensure levitation without limitation in the direction of movement, and the movement itself in any directions, which is ensured by all the features specified in the independent paragraph, together .

Это означает, что без какого-либо признака из указанного в независимом пункте 1 и зависимых пунктах 2-4 формулы изобретения дополнительный технический результат будет недостижим, поскольку либо не обеспечивается левитация (без электромагнитов, и датчика зазора), либо ограничивается возможность, устойчивость и скорость перемещения (если электромагнитов меньше трех), либо не обеспечивается перемещение в любом направлении (если отсутствуют линейные электродвигатели, или если линейных электродвигателей меньше двух).This means that without any feature specified in the independent claim 1 and dependent claims 2-4 of the claims, the additional technical result will be unattainable, since either levitation is not provided (without electromagnets and a gap sensor), or the possibility, stability and speed are limited movement (if there are less than three electromagnets), or movement in any direction is not provided (if there are no linear electric motors, or if there are less than two linear electric motors).

Краткое описание чертежаBrief description of the drawing

На фиг. 1 показан вид сверху левитирующего подвеса для движения под потолком с тремя линейными электродвигателями.In fig. Figure 1 shows a top view of a levitating suspension for moving under the ceiling with three linear electric motors.

На фиг. 2 показан вид сбоку левитирующего подвеса для движения под потолком.In fig. Figure 2 shows a side view of a levitating suspension for moving under the ceiling.

На фигурах обозначены:The figures indicate:

1. Электромагниты1. Electromagnets

2. Датчики зазора 2. Gap sensors

3. Обмотки индуктора линейных электродвигателей 3. Inductor windings of linear electric motors

4. Основание устройства4. Base of the device

6. Проводящая немагнитная (алюминиевая) пластина6. Conductive non-magnetic (aluminum) plate

7. Стальной (ферромагнитный) потолок7. Steel (ferromagnetic) ceiling

8. Блок управления устройством (плата микроконтроллера)8. Device control unit (microcontroller board)

9. Аккумуляторная батарея9. Battery

10. Грузоподъёмный механизм10. Lifting mechanism

11. Грейферное устройство11. Grab device

12. Полезный груз12. Payload

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Далее изобретение описано по отношению к фигурам, на которых представлен возможный вариант осуществления изобретения. Описываемые варианты, в т.ч. показанный на фигурах, не являются ограничивающими объем охраны изобретения и предназначены лишь для пояснения ее сущности. Объем охраны изобретения определяется последующей формулой изобретения.The invention is described below with reference to the figures, which show a possible embodiment of the invention. The described options, incl. shown in the figures do not limit the scope of protection of the invention and are intended only to explain its essence. The scope of protection of an invention is determined by the following claims.

Для удобства восприятия левитирующее устройство изображено и описывается в рабочем положении, при котором электромагниты 1 и обмотки индуктора линейных двигателей 3, расположенные на основании 4 устройства, создают магнитное поле вверху в зазоре между основанием 4 и потолком 7. Постоянное магнитное поле электромагнитов обеспечивает притяжение к стальному потолку, противодействуя силе тяжести, а переменный (преимущественно – трехфазный) ток, генерируемый обмотками индуктора обеспечивает движение по схеме обычного асинхронного линейного двигателя. То есть, магнитные поля от электромагнитов и линейных электродвигателей направлены вверх, к ферромагнитному потолку. Этот вариант расположения, детально охарактеризованный в описании, не является ограничивающим, поскольку левитирующий подвес до эксплуатации (например, при хранении или транспортировке) может быть перевернут, располагаться вертикально или под наклоном или вдали от потолка, а перемещаться не магнитными силами, а другими силовыми воздействиями, например, человеком или механическим погрузчиком. Таким образом, настоящее изобретение в широком смысле относится к самым разным левитирующим подвесам, которые могут быть расположены любым образом и обладают всеми признаками, указанными в независимом пункте формулы изобретения.For ease of perception, the levitating device is depicted and described in the operating position, in which the electromagnets 1 and the inductor windings of the linear motors 3, located on the base 4 of the device, create a magnetic field at the top in the gap between the base 4 and the ceiling 7. The constant magnetic field of the electromagnets ensures attraction to the steel the ceiling, counteracting the force of gravity, and the alternating (mainly three-phase) current generated by the inductor windings ensures movement according to the circuit of a conventional asynchronous linear motor. That is, the magnetic fields from electromagnets and linear motors are directed upward, towards the ferromagnetic ceiling. This arrangement option, described in detail in the description, is not limiting, since the levitating suspension before operation (for example, during storage or transportation) can be inverted, positioned vertically or at an angle, or away from the ceiling, and moved not by magnetic forces, but by other force influences eg by a person or a mechanical forklift. Thus, the present invention in a broad sense relates to a variety of levitating suspensions, which can be arranged in any way and have all the features specified in the independent claim.

На фигурах показано преимущественное структурное устройство левитирующего подвеса. Показанное устройство для (левитирующего) перемещения под ферромагнитным (стальным) потолком 7, как еще может быть назван левитирующий подвес, содержит основание 4, выполненное с использованием немагнитного материала, три электромагнита 1, датчики зазора 2 и три линейных электродвигателя 3. Для повышения производительности линейных двигателей потолок 7 дополняется снизу тонкой немагнитной пластиной 6 из хорошего проводника (например, алюминий), выполняющего функцию вторичного элемента двигателей.The figures show the predominant structural design of the levitating suspension. The shown device for (levitating) movement under a ferromagnetic (steel) ceiling 7, as a levitating suspension can also be called, contains a base 4 made using non-magnetic material, three electromagnets 1, gap sensors 2 and three linear electric motors 3. To increase the performance of linear motors, the ceiling 7 is supplemented from below with a thin non-magnetic plate 6 made of a good conductor (for example, aluminum), which serves as a secondary element of the motors.

Немагнитная проводящая пластина 6 может собираться из нескольких немагнитных проводящих элементов, таких как балки, брусья, ячейки, отдельные пластинки и т.п., и для увеличения эффективности должна располагаться под потолком. The non-magnetic conductive plate 6 can be assembled from several non-magnetic conductive elements, such as beams, beams, cells, individual plates, etc., and should be located under the ceiling to increase efficiency.

Основание 4 левитирующего подвеса может быть выполнено с использованием любого немагнитного материала, обеспечивающего достаточную прочность конструкции. The base 4 of the levitating suspension can be made using any non-magnetic material that provides sufficient structural strength.

В одном из вариантов основание может быть выполнено в виде плоского листа, т.е. пластины. Такой лист (например, металлический) может быть профилированным в поперечном сечении, причем профиль может иметь часть для прикрепления линейных двигателей и часть (или несколько частей) для крепления элементов подвеса (электромагнитов, датчиков и т.п.). Кроме того, лист может иметь различные отверстия, вырезы, углубления и т.п.In one embodiment, the base can be made in the form of a flat sheet, i.e. plates. Such a sheet (for example, metal) can be profiled in cross section, and the profile can have a part for attaching linear motors and a part (or several parts) for attaching suspension elements (electromagnets, sensors, etc.). In addition, the sheet may have various holes, cutouts, recesses, etc.

В другом варианте основание может быть выполнено в виде объемного элемента. Для размещения и взаимодействия с линейными двигателями могут быть предусмотрены посадочные места с соответствующими способами крепления линейных двигателей и других элементов подвеса, например, электромагнитов. Некоторые части объемного элемента могут иметь плоские участки. В частных вариантах основание может иметь поверхности или общую форму, которые близки к плоским или в общем масштабе представляются плоскими, однако выступы, углубления или неровности поверхности в более близком рассмотрении будут делать пластину объемным элементом. Кроме того, основание может состоять из плоских участков, расположенных под наклоном или различными углами друг по отношению к другу, то есть основание может быть, например, изогнута и, таким образом, также являться объемным элементом.In another embodiment, the base can be made in the form of a volumetric element. To accommodate and interact with linear motors, mountings can be provided with appropriate methods for attaching linear motors and other suspension elements, for example, electromagnets. Some parts of the volumetric element may have flat areas. In particular embodiments, the base may have surfaces or an overall shape that are close to flat or appear flat on a general scale, but protrusions, depressions or surface irregularities on closer inspection will make the plate a three-dimensional element. In addition, the base can consist of flat sections located at an angle or at different angles with respect to each other, that is, the base can, for example, be curved and thus also be a three-dimensional element.

Основание 4 выполняет роль корпуса, к которому крепятся другие элементы устройства. К основанию 4 прикреплены электромагниты 1, на которые установлены датчики зазора 2. Электромагниты предназначены для притягивания подвеса снизу к ферромагнитному потолку 7. Потолок представляет собой элемент обстановки, расположенный над помещением или обслуживаемой территорией. The base 4 serves as a housing to which other elements of the device are attached. Electromagnets 1 are attached to the base 4, on which gap sensors 2 are installed. The electromagnets are designed to attract the suspension from below to the ferromagnetic ceiling 7. The ceiling is an element of furniture located above the room or serviced area.

Потолок может быть или полностью в виде стальной (ферромагнитной) пластины или собираться из нескольких ферромагнитных элементов, таких как балки, брусья, ячейки, отдельные пластинки и т.п. В других вариантах потолок может быть снабжен ферромагнитной пластиной и/или перечисленными ферромагнитными элементами. The ceiling can either be entirely in the form of a steel (ferromagnetic) plate or assembled from several ferromagnetic elements, such as beams, beams, cells, individual plates, etc. In other embodiments, the ceiling may be provided with a ferromagnetic plate and/or the listed ferromagnetic elements.

На фиг. 1 показано, что подвес имеет три электромагнита 1. Такое количество необходимо для обеспечения горизонтальной левитации подвеса (удержания плоскости параллельно потолку). Сам левитирующий подвес преимущественно является плоским, как минимум, в области, обращенной к потолку, где расположены электромагниты и линейные двигатели. Подвес может иметь выступы вверх и углубления в верхней своей части при рабочем расположении (то есть, под потолком), однако общая конфигурация подвеса имеет преимущественную плоскую составляющую.In fig. 1 shows that the suspension has three electromagnets 1. This number is necessary to ensure horizontal levitation of the suspension (holding the plane parallel to the ceiling). The levitating suspension itself is predominantly flat, at least in the area facing the ceiling where the electromagnets and linear motors are located. The suspension may have protrusions upward and recesses in its upper part in its operating position (that is, under the ceiling), however, the overall configuration of the suspension has a predominantly flat component.

Электромагниты 1 в подвесе, показанном на фигурах, прикреплены к основанию 4. В показанных на фигурах варианте выполнения подвеса электромагниты и другие элементы (датчики, линейные электродвигатели) соединены между собой посредством корпуса, в других вариантах они могут быть соединены между собой непосредственно или с помощью других элементов. В частности, датчики зазора 2 прикреплены к электромагнитам 1 непосредственно, хотя в других вариантах могут быть предусмотрены другие варианты расположения.Electromagnets 1 in the suspension shown in the figures are attached to the base 4. In the embodiment of the suspension shown in the figures, the electromagnets and other elements (sensors, linear motors) are connected to each other by means of a housing; in other embodiments, they can be connected to each other directly or using other elements. In particular, the gap sensors 2 are attached directly to the electromagnets 1, although in other embodiments other arrangements may be provided.

Электромагниты обеспечивают левитацию подвеса за счет магнитного поля, взаимодействующего с ферромагнитным потолком, и тем самым обеспечивающего силу притяжения электромагнитов, а значит и подвеса в целом к потолку. Electromagnets ensure levitation of the suspension due to the magnetic field interacting with the ferromagnetic ceiling, and thereby providing the force of attraction of the electromagnets, and therefore the suspension as a whole to the ceiling.

Электромагниты обеспечивает компенсацию полного веса подвеса, в том числе с грузом или прикрепленными к нему устройствами, с обеспечением равновесного левитационного воздушного зазора между подвесом и потолком. Благодаря магнитному полю, генерируемому электромагнитами (электромагнитными катушками), входящими в состав подвеса, подвес притягиваются вверх к потолку. Величина магнитного поля, формируемого электромагнитами, зависящая от величины тока в электромагнитных катушках, регулируется так, чтобы подвес оказывался в подвешенном состоянии так, чтобы между ним (или электромагнитами, входящими в его состав) и потолком обеспечивался некоторый зазор, достаточный для левитации. Electromagnets provide compensation for the full weight of the suspension, including the load or devices attached to it, ensuring an equilibrium levitation air gap between the suspension and the ceiling. Thanks to the magnetic field generated by the electromagnets (electromagnetic coils) included in the suspension, the suspension is attracted upward to the ceiling. The magnitude of the magnetic field generated by the electromagnets, depending on the magnitude of the current in the electromagnetic coils, is adjusted so that the suspension is in a suspended state so that a certain gap is provided between it (or the electromagnets included in its composition) and the ceiling, sufficient for levitation.

Расстояние (зазор) между подвесом и потолком измеряется с помощью датчиком зазора и далее, на основании этих измерений, осуществляется регулирование силы тока в электромагнитах. При увеличении расстояния сила тока увеличивается, электромагниты генерируют более сильные магнитные поля и подвес сильнее притягивается к потолку, в результате чего расстояние между подвесом и потолком сокращается до заданной величины. При уменьшении расстояния сила тока уменьшается, электромагниты ослабляют генерируемые магнитные поля и подвес слабее притягивается к потолку, в результате чего расстояние между подвесом и потолком увеличивается до заданной величины. Так обеспечивается магнитная левитация подвеса.The distance (gap) between the suspension and the ceiling is measured using a gap sensor and then, based on these measurements, the current strength in the electromagnets is regulated. As the distance increases, the current strength increases, the electromagnets generate stronger magnetic fields and the pendant is more strongly attracted to the ceiling, as a result of which the distance between the pendant and the ceiling is reduced to a predetermined value. As the distance decreases, the current strength decreases, the electromagnets weaken the generated magnetic fields and the suspension is less attracted to the ceiling, as a result of which the distance between the suspension and the ceiling increases to a given value. This ensures magnetic levitation of the suspension.

Подвес имеет несколько датчиков зазора 2, что необходимо для измерения отклонений от заданной величины зазора между подвесом (в частности, его электромагнитами) и потолком в нескольких точках потолка, расположенных в плоскости, преимущественно параллельной плоскости потолка. Датчики зазора могут иметь принципы действия, известные в уровне техники. Например, это могут быть оптические, емкостные, ультразвуковые датчики зазора и других типов.The suspension has several gap sensors 2, which is necessary for measuring deviations from a given value of the gap between the suspension (in particular, its electromagnets) and the ceiling at several points on the ceiling located in a plane, mainly parallel to the plane of the ceiling. The gap sensors may have operating principles known in the art. For example, these can be optical, capacitive, ultrasonic gap sensors and other types.

На фиг. 1 показаны три датчика зазора 2, закрепленные на электромагнитах 1. Поскольку зазор измеряется преимущественно в вертикальном направлении, точки измерения зазора на потолке соответствуют местам расположения датчиков зазора в подвесе, и датчики зазора также должны быть расположены в плоскости или, точнее говоря, не на одной линии. Это связано с тем, что подвес имеет плоскую структуру, располагаемую параллельно плоскому потолку, и необходимо сохранять зазор между подвесом и потолком по всей плоскости.In fig. Figure 1 shows three gap sensors 2 mounted on electromagnets 1. Since the gap is measured primarily in the vertical direction, the gap measurement points on the ceiling correspond to the locations of the gap sensors in the suspension, and the gap sensors must also be located in a plane or, more precisely, not on one lines. This is due to the fact that the suspension has a flat structure, located parallel to the flat ceiling, and it is necessary to maintain a gap between the suspension and the ceiling along the entire plane.

Для обеспечения требуемого зазора между плоскостями подвеса и потолка достаточно трех датчиков зазора и трех электромагнитов, расположенных не на одной линии, т.е. в плоскости (в которой, в частности, лежит треугольник, в вершинах которого находятся датчики зазора, например, их средние или одинаковые точки или точки непосредственных датчиков физических полей, используемых для измерения зазоров), и трех электромагнитов, расположенных не на одной линии, т.е. в плоскости (в которой, в частности, лежит треугольник, в вершинах которого находятся электромагниты, например, их средние или одинаковые точки). To ensure the required gap between the planes of the suspension and the ceiling, three gap sensors and three electromagnets not located on the same line are sufficient, i.e. in a plane (in which, in particular, lies a triangle, at the vertices of which there are gap sensors, for example, their average or identical points or points of direct physical field sensors used to measure gaps), and three electromagnets not located on the same line, i.e. .e. in a plane (in which, in particular, lies a triangle, at the vertices of which there are electromagnets, for example, their middle or identical points).

В тех случаях, когда датчиков зазора больше трех, как минимум трое из них должны находиться не на одной линии, т.е. они между собой должны образовывать треугольник или, другими словами, линии, на которых попарно лежат датчики зазора, должны пересекаться, то есть образовывать между собой угол больше 0° и меньше 180°. Аналогично, когда электромагнитов больше трех, как минимум трое из них должны находиться не на одной линии, т.е. они между собой должны образовывать треугольник или, другими словами, линии, на которых попарно лежат электромагниты, должны пересекаться, то есть образовывать между собой угол больше 0° и меньше 180°. Точки в датчиках зазора и электромагнитах, через которые мысленно проводятся линии или прокладываются плоскости, определяются по правилам, описанным в предыдущем абзаце или другим образом, обеспечивающим аналогичность расположения точек.In cases where there are more than three gap sensors, at least three of them must not be on the same line, i.e. they must form a triangle with each other or, in other words, the lines on which the gap sensors lie in pairs must intersect, that is, form an angle between themselves greater than 0° and less than 180°. Likewise, when there are more than three electromagnets, at least three of them must not be on the same line, i.e. they must form a triangle with each other or, in other words, the lines on which the electromagnets lie in pairs must intersect, that is, form an angle between themselves greater than 0° and less than 180°. The points in the gap sensors and electromagnets through which lines are mentally drawn or planes are laid are determined according to the rules described in the previous paragraph or in another way that ensures the similarity of the location of the points.

В предпочтительном варианте, как это показано на фиг. 1, количество датчиков зазора соответствует количеству электромагнитов, что упрощает сам подвес и алгоритмы управления ввиду соответствия количеств датчиков зазора и электромагнитов, а также, предположительно, мест их расположения. Однако датчиков зазора может быть и больше, чем электромагнитов, что позволяет более точно регулировать левитацию подвеса и, в некоторых случаях, упрощает алгоритмы управления ввиду большего объема данных, отражающих положение левитирующего подвеса относительно потолка, т.к. требуемые значения зазоров могут измеряться или определяться по более простым закономерностям в случае подходящего размещения датчиков в подвесе.In a preferred embodiment, as shown in FIG. 1, the number of gap sensors corresponds to the number of electromagnets, which simplifies the suspension itself and control algorithms due to the correspondence of the numbers of gap sensors and electromagnets, as well as, presumably, their locations. However, there may be more gap sensors than electromagnets, which allows more precise adjustment of the levitation of the suspension and, in some cases, simplifies control algorithms due to the larger amount of data reflecting the position of the levitating suspension relative to the ceiling, because the required clearance values can be measured or determined using simpler patterns if the sensors are placed in the suspension appropriately.

В одном из вариантов датчики зазора могут размещаться рядом с электромагнитами, например, на электромагнитах или около них на расстоянии не более размера электромагнита. Это обеспечит довольно близкое соответствие значений зазоров, измеренных датчиками зазоров, значениям зазоров между электромагнитами и потолком. Это упростит алгоритмы управления левитирующим зазором, повысит точность позиционирования левитирующего подвеса относительно потолка и надежность подвешивания и перемещения груза ввиду снижения рисков падения подвеса или его прилипания к потолку благодаря повышенной точности позиционирования подвеса.In one embodiment, the gap sensors can be located adjacent to the electromagnets, for example, on or near the electromagnets at a distance no greater than the size of the electromagnet. This will ensure that the gap values measured by the gap sensors correspond fairly closely to the gap values between the electromagnets and the ceiling. This will simplify the levitating gap control algorithms, increase the positioning accuracy of the levitating suspension relative to the ceiling and the reliability of hanging and moving the load due to the reduced risk of the suspension falling or sticking to the ceiling due to the increased accuracy of the suspension positioning.

В других вариантах датчики зазора могут располагаться между электромагнитами (в плоскости подвеса), а зазор для каждого электромагнита вычисляться с использованием значений зазоров, измеренных двумя или более датчиками зазора, расположенными с разных сторон электромагнита.In other embodiments, the gap sensors may be located between the electromagnets (in the plane of the suspension), and the gap for each electromagnet is calculated using the gap values measured by two or more gap sensors located on different sides of the electromagnet.

В случае применения электромагнитов в виде простых электромагнитных катушек, для обеспечения постоянной левитации подвеса в них будет протекать постоянный ток, обеспечивающий постоянное магнитное поле. Постоянный ток будет иметь достаточно большую величину, что будет приводить к повышенному расходу электроэнергии, а значит потребуется аккумулятор большой емкости. В преимущественном варианте для снижения расхода электроэнергии и упрощения требований к источнику питания электромагниты могут представлять собой гибридные электромагниты, т.е. в дополнение к электромагнитным катушкам они могут содержать постоянные магниты.In the case of using electromagnets in the form of simple electromagnetic coils, to ensure constant levitation of the suspension, a constant current will flow in them, providing a constant magnetic field. The direct current will be quite large, which will lead to increased energy consumption, which means a large-capacity battery will be required. In an advantageous embodiment, to reduce power consumption and simplify the requirements for the power source, the electromagnets can be hybrid electromagnets, i.e. in addition to electromagnetic coils, they may contain permanent magnets.

Величина магнитного поля, формируемого гибридными электромагнитами, зависит от величины коэрцитивной силы постоянных магнитов и величины тока электромагнитных катушек. Заданный зазор между подвесом и потолком по-прежнему обеспечивается изменением тока в электромагнитных катушках, однако характер подвешивания изменяется. В гибридных электромагнитах основная и постоянная сила притяжения обеспечивается с помощью постоянных магнитов, т.е. без энергозатрат. The magnitude of the magnetic field generated by hybrid electromagnets depends on the magnitude of the coercive force of the permanent magnets and the magnitude of the current of the electromagnetic coils. The specified gap between the suspension and the ceiling is still ensured by changing the current in the electromagnetic coils, but the nature of the suspension changes. In hybrid electromagnets, the main and constant force of attraction is provided by permanent magnets, i.e. without energy consumption.

Система управления гибридными электромагнитами формирует управляющие электрические токи в электромагнитных катушках таким образом, чтобы они во взаимодействии с ферромагнитным потолком, формировали результирующие электромагнитные силы, обеспечивающие гарантированные безопасные зазоры с учётом величины равновесного левитационного воздушного зазора, требуемого для работы описываемого изобретения. Таким образом, электромагнитные катушки в любой момент времени создают достаточную по величине и направлению дополнительную магнитную силу для компенсации недостаточных или избыточных сил притяжения постоянных магнитов к потолку, которые зависят от расстояний между постоянными магнитами и потолком. В результате получается, что подвес незначительно отклоняется от равновесного положения, в котором сила притяжения постоянных магнитов точно соответствует весу подвеса (с т.ч. с грузом), и тут же возвращается обратно в это положение с помощью электромагнитов.The control system for hybrid electromagnets generates control electric currents in electromagnetic coils in such a way that they, in interaction with the ferromagnetic ceiling, form the resulting electromagnetic forces that provide guaranteed safe gaps, taking into account the value of the equilibrium levitation air gap required for the operation of the described invention. Thus, the electromagnetic coils at any time create an additional magnetic force sufficient in magnitude and direction to compensate for insufficient or excessive forces of attraction of permanent magnets to the ceiling, which depend on the distances between the permanent magnets and the ceiling. As a result, it turns out that the suspension slightly deviates from the equilibrium position, in which the force of attraction of the permanent magnets exactly corresponds to the weight of the suspension (including the load), and immediately returns back to this position with the help of electromagnets.

Пондеромоторная сила, уравновешивающая вес подвеса, генерируется постоянными магнитами с высокой коэрцитивной силой, встроенными в гибридные электромагниты. Незначительное количество электрической энергии необходимо для питания гибридного электромагнита и стабилизации положения подвеса относительно потолка. Стабилизация при изменении веса осуществляется подбором такого зазора между потолком и гибридными магнитами, при котором сила тяжести компенсируется притяжением постоянных магнитов к потолку. Наличие гибридных электромагнитов особенно важно во время перемещения груза вдоль потолка ввиду возможного непредсказуемого изменения центра масс подвеса и отклонений от центра приложения магнитных сил электромагнитного подвеса. Компенсацию таких флуктуаций обеспечивают электромагнитные катушки гибридных электромагнитов. Для существенного сокращения потребляемой электрической энергии, необходимой для реализации указанного контроля положения транспортного средства, сердечники гибридных электромагнитов могут быть выполнены из магнитомягких материалов с высокой намагничивающей способностью.The ponderomotive force that balances the weight of the gimbal is generated by high coercivity permanent magnets built into the hybrid electromagnets. A small amount of electrical energy is needed to power the hybrid electromagnet and stabilize the position of the suspension relative to the ceiling. Stabilization when weight changes is carried out by selecting such a gap between the ceiling and hybrid magnets, in which the force of gravity is compensated by the attraction of permanent magnets to the ceiling. The presence of hybrid electromagnets is especially important when moving a load along the ceiling due to possible unpredictable changes in the center of mass of the suspension and deviations from the center of application of the magnetic forces of the electromagnetic suspension. Compensation for such fluctuations is provided by electromagnetic coils of hybrid electromagnets. To significantly reduce the consumed electrical energy required to implement the specified vehicle position control, the cores of hybrid electromagnets can be made of soft magnetic materials with high magnetizing ability.

Гибридные электромагниты включают в себя электромагниты и постоянные магниты, формирующие над подвесом магнитное поле, направленное в вертикальном направлении. Кроме того, гибридные электромагниты могут содержать сердечники или магнитопроводы для концентрации магнитного поля, предпочтительно вверх. Материал сердечников электромагнитных катушек должен обеспечивать малые потери при перемагничивании и не иметь высокой остаточной намагниченности.Hybrid electromagnets include electromagnets and permanent magnets that form a magnetic field above the suspension, directed in the vertical direction. In addition, hybrid electromagnets may contain cores or magnetic circuits to concentrate the magnetic field, preferably upward. The material of the cores of electromagnetic coils should provide low losses during magnetization reversal and not have high residual magnetization.

Для перемещения левитирующего подвеса в рабочем положении, то есть в положении левитации относительно потолка, в подвесе предусмотрены обмотки индуктора линейных электродвигателей, которые, совместно с неподвижным вторичным элементом (самим потолком в базовом и проводящей пластиной на нем в преимущественном вариантах), также могут называться линейными двигателями или электродвигателями. To move the levitating suspension in the operating position, that is, in the position of levitation relative to the ceiling, the suspension contains inductor windings of linear electric motors, which, together with a stationary secondary element (the ceiling itself in the basic version and the conductive plate on it in the preferred variants), can also be called linear engines or electric motors.

Линейный двигатель – это электродвигатель, у которого один из элементов магнитной системы (индуктор) разомкнут и имеет развёрнутую обмотку, создающую переменное магнитное поле, а другой (вторичный элемент) взаимодействует с ним и выполнен в виде ферромагнитного потолка или (в преимущественном варианте) в виде проводящей немагнитной пластины, обеспечивая линейное перемещение подвижной части двигателя, т.е. обмотки индуктора, прикрепленной в частном варианте к основанию, относительно потолка.A linear motor is an electric motor in which one of the elements of the magnetic system (inductor) is open and has a deployed winding that creates an alternating magnetic field, and the other (secondary element) interacts with it and is made in the form of a ferromagnetic ceiling or (preferably) in the form conductive non-magnetic plate, providing linear movement of the moving part of the motor, i.e. inductor winding, attached in a particular version to the base, relative to the ceiling.

В настоящем изобретении под линейным электродвигателем понимается индуктор линейного электродвигателя, который прикреплен к подвесу и взаимодействует с ферромагнитным потолком электромагнитным образом. В том случае, когда вместо термина «индуктор линейного электродвигателя» упомянут «линейный электродвигатель», необходимо понимать, что подразумевается его индуктор. Под осью индуктора далее понимается линия, вдоль которой направлен вектор тяги линейного двигателя.In the present invention, a linear motor refers to a linear motor inductor that is attached to a suspension and interacts with a ferromagnetic ceiling in an electromagnetic manner. In the case where “linear motor” is mentioned instead of the term “linear motor inductor”, it must be understood that its inductor is meant. The axis of the inductor is further understood as the line along which the thrust vector of the linear motor is directed.

Обмотка индуктора линейного электродвигателя состоит из нескольких катушек, расположенных параллельно потолку 7. Катушки располагаются последовательно друг за другом вдоль линии, лежащей в плоскости, параллельной плоскости основания подвеса (или плоскости потолка в левитирующем состоянии) или близкой к ней. Расположение катушек вдоль линии означает, что вдоль линии расположены центры катушек и/или другие одинаковые их участки. Линия, вдоль которой расположены катушки, одновременно является и линией, вдоль которой будет перемещаться линейный электродвигатель вместе с левитирующим подвесом.The inductor winding of a linear electric motor consists of several coils located parallel to the ceiling 7. The coils are arranged sequentially one after another along a line lying in a plane parallel to the plane of the base of the suspension (or the plane of the ceiling in the levitated state) or close to it. The arrangement of the coils along the line means that the centers of the coils and/or other identical sections of them are located along the line. The line along which the coils are located is also the line along which the linear electric motor will move along with the levitating suspension.

На катушки линейного электродвигателя подаются такие токи, которые формируют магнитное поле, имеющее переменную (например, периодичную) вдоль линии расположения катушек структуру и перемещающееся вдоль этой линии относительно катушек и подвеса. Указанное магнитное поле вследствие своего перемещения и, следовательно, изменения его величины в конкретных точках вызывает вихревые токи в немагнитном проводящем элементе потолка и, далее, во взаимодействии магнитного поля с наведенными вихревыми токами создается пондеромоторная сила, толкающая подвес в направлении, лежащем на линии, в которой расположены катушки линейного электродвигателя.The coils of a linear electric motor are supplied with currents that form a magnetic field that has a variable (for example, periodic) structure along the line where the coils are located and moves along this line relative to the coils and the suspension. The specified magnetic field, due to its movement and, consequently, changes in its magnitude at specific points, causes eddy currents in the non-magnetic conductive element of the ceiling and, further, in the interaction of the magnetic field with the induced eddy currents, a ponderomotive force is created, pushing the suspension in the direction lying on the line in which the coils of the linear electric motor are located.

Благодаря одному линейному электродвигателю левитирующий подвес может перемещаться по одной линии в прямом или обратном направлении в зависимости от последовательностей токов, подаваемых в катушки электромагнитного двигателя. Для того, чтобы электродвигатель имел возможность перемещаться не только линейно, но мог достигнуть любой точки плоского потолка, в нем должно быть как минимум два линейных электродвигателя. В частном варианте, показанном на фигурах, левитирующий подвес содержит три линейных электродвигателя 3.Thanks to one linear electric motor, the levitating suspension can move along one line in the forward or reverse direction, depending on the sequence of currents supplied to the coils of the electromagnetic motor. In order for the electric motor to be able to move not only linearly, but to be able to reach any point on a flat ceiling, it must have at least two linear electric motors. In a particular version, shown in the figures, the levitating suspension contains three linear electric motors 3.

Для того, чтобы левитирующий подвес мог перемещаться в разных направлениях, оси индукторов линейных двигателей могут быть расположены преимущественно параллельно (однонаправленно, коллинеарно) и не на одной линии, в частности, со смещением от центра тяжести подвеса одного или обоих индукторов. Тогда, чисто поступательное движение подвеса (без вращения) может быть обеспечено только при определенном сочетании токов в обмотках, а чисто вращательное при другом сочетании, что можно использовать для установки нового направления поступательного движения. При всех других сочетаниях токов движение подвеса будет более сложно контролируемым.In order for the levitating suspension to move in different directions, the axes of the linear motor inductors can be located predominantly parallel (unidirectional, collinear) and not on the same line, in particular, offset from the center of gravity of the suspension of one or both inductors. Then, purely translational movement of the suspension (without rotation) can be ensured only with a certain combination of currents in the windings, and purely rotational with another combination, which can be used to set a new direction of translational movement. With all other combinations of currents, the movement of the suspension will be more difficult to control.

По разные стороны относительно центра тяжести могут быть смещены два параллельных индуктора. Тогда одинаковые токи в них обеспечат линейное движение, поскольку толкающие силы от индукторов будут однонаправленными, а обратные токи (по полярности или фазе) в них обеспечат вращательное движение, поскольку толкающие силы от индукторов будут противоположно (обратно) направленными.Two parallel inductors can be shifted on opposite sides relative to the center of gravity. Then equal currents in them will provide linear motion, since the pushing forces from the inductors will be unidirectional, and reverse currents (in polarity or phase) in them will provide rotational motion, since the pushing forces from the inductors will be opposite (reverse) directed.

В другом варианте ось одного из индукторов может проходить через центр тяжести подвеса для обеспечения линейного перемещения без другого индуктора. При включении дополнительного индуктора, расположенного параллельно основному, не на одной линии с ним и со смещением от центра тяжести, подвес будет поворачиваться. Особенно эффективно он будет поворачиваться, когда через дополнительный индуктор протекает ток, обеспечивающий толкание подвеса в направлении, обратном тому, в котором толкает основной подвес, поскольку такое противоположно направленные силу будут разворачивать подвес практически на месте. In another embodiment, the axis of one of the inductors can pass through the center of gravity of the gimbal to provide linear movement without the other inductor. When you turn on an additional inductor located parallel to the main one, not in line with it and offset from the center of gravity, the suspension will rotate. It will turn especially effectively when a current flows through the additional inductor, ensuring that the suspension is pushed in the direction opposite to that in which the main suspension is pushing, since such oppositely directed forces will rotate the suspension almost in place.

В другом варианте, для обеспечения перемещения левитирующего подвеса в разных направлениях, оси индукторов линейных двигателей могут проходить через центр тяжести подвеса и располагаться под углом друг к другу, то есть должны быть разнонаправленными. Тогда всегда отсутствует вращение подвеса, а вектор тяги, приложенный к подвесу есть векторная сумма вкладов каждого двигателя. Для двух двигателей оптимален угол 90° между осями, для трех - 120°, но работоспособность устройства сохраняется и при отклонении ±80° для двух и ±30° для трех двигателей.In another embodiment, to ensure the movement of the levitating suspension in different directions, the axes of the linear motor inductors can pass through the center of gravity of the suspension and be located at an angle to each other, that is, they must be multidirectional. Then there is always no rotation of the gimbal, and the thrust vector applied to the gimbal is the vector sum of the contributions of each engine. For two motors, the optimal angle is 90° between the axes, for three - 120°, but the functionality of the device is maintained even with a deviation of ±80° for two and ±30° for three motors.

Возможен также комбинированный вариант, когда оси части индукторов смещены от центра тяжести и расположены под углом друг к другу. Однако управление движением в такой системе будет более сложным.A combined option is also possible, when the axes of some of the inductors are shifted from the center of gravity and located at an angle to each other. However, motion control in such a system will be more complex.

В преимущественном варианте подвес также содержит источник питания, который может представлять из себя батарею химических элементов питания или перезаряжаемый аккумулятор. Это обеспечит автономность левитирующего подвеса. В частности, на фиг. 2 позицией 9 обозначена аккумуляторная батарея. In an advantageous embodiment, the suspension also contains a power source, which can be a battery of chemical batteries or a rechargeable battery. This will ensure the autonomy of the levitating suspension. In particular, in FIG. 2 position 9 indicates the battery.

В других вариантах электрическое питание может подводиться к левитирующему подвесу через токосъемники или подводящие провода или кабели, которые преимущественно являются изгибаемыми, что позволит снизить вес левитирующего подвеса ввиду отсутствия необходимости размещения на его борту батареи или аккумулятора, а также увеличить время его работы, поскольку в случае снабжения электропитанием от внешнего источника левитирующий подвес может работать непрерывно и все время без затрат времени на смену батареи или подзарядку аккумулятора.In other embodiments, electrical power can be supplied to the levitating suspension through current collectors or supply wires or cables, which are predominantly bendable, which will reduce the weight of the levitating suspension due to the absence of the need to place a battery or accumulator on board, and also increase its operating time, since in the case of By supplying power from an external source, the levitating gimbal can operate continuously all the time without wasting time on changing the battery or recharging the battery.

Левитирующий подвес предпочтительно содержит контроллер, обрабатывающий показания датчиков зазора и регулирующий ток (токи), подаваемый на электромагниты. В частности, на фиг. 2 позицией 8 обозначен блок управления устройством, который может представлять собой плату микроконтроллера, на которой и размещается контроллер. Благодаря наличию такого контроллера обеспечивается автономность левитирующего подвеса. The levitating suspension preferably includes a controller that processes the readings of the gap sensors and regulates the current(s) supplied to the electromagnets. In particular, in FIG. 2, position 8 denotes the device control unit, which can be a microcontroller board on which the controller is located. Thanks to the presence of such a controller, the autonomy of the levitating suspension is ensured.

В другом варианте данные от датчиков зазора могут передаваться на внешний контроллер или компьютер, где производится их обработка и определяются токи, которые необходимо подавать в электромагниты. Далее в левитирующий подвес могут подавать сами токи для подачи в электромагниты (например, по проводам) или вычисленные величины токов (или другие их параметры), которые затем могут формироваться в электромагнитах непосредственно в левитирующем подвесе. Использование внешнего контроллера или компьютера может снизить вес левитирующего подвеса и увеличить длительность его работы.In another embodiment, data from the gap sensors can be transmitted to an external controller or computer, where they are processed and the currents that need to be supplied to the electromagnets are determined. Next, currents themselves can be supplied to the levitating suspension for supply to electromagnets (for example, through wires) or calculated values of currents (or their other parameters), which can then be formed in electromagnets directly in the levitating suspension. Using an external controller or computer can reduce the weight of the levitating gimbal and increase its operating time.

Контроллер, входящий в состав подвеса, предпочтительно может также управлять и линейными электродвигателями. Для этого он может определять величины токов и другие их параметры в обмотках индуктора линейных двигателей или их изменений в каждый момент времени с последующей передачей в цепи, формирующие токи для линейных электродвигателей, таким образом, чтобы обеспечить перемещение левитирующего подвеса в заданном направлении. В других вариантах реализации подвеса величины токов для катушек линейных электродвигателей могут определяться во внешнем контроллере или компьютере, а в подвес могут подавать рассчитанные значения или непосредственно токи для катушек линейных двигателей (например, по проводам), что снизит вес левитирующего подвеса и увеличит длительность его работы.The controller included in the gimbal can preferably also control linear motors. To do this, he can determine the magnitude of currents and their other parameters in the inductor windings of linear motors or their changes at each moment of time, with subsequent transmission to the circuits that form currents for linear electric motors, in such a way as to ensure movement of the levitating suspension in a given direction. In other embodiments of the suspension, the current values for the coils of linear motors can be determined in an external controller or computer, and the calculated values or currents for the coils of linear motors can be supplied directly to the suspension (for example, via wires), which will reduce the weight of the levitating suspension and increase the duration of its operation .

Подвес может быть снабжен грузоподъемным устройством 10, благодаря которому левитирующий подвес может поднимать и перемещать вдоль потолка полезный груз 12. Для захвата груза 12 может применяться грейферное устройство 11 или электромагнит (в том случае, когда груз имеет магнитящиеся элементы).The suspension can be equipped with a load-lifting device 10, thanks to which the levitating suspension can lift and move the payload 12 along the ceiling. To grab the load 12, a grab device 11 or an electromagnet can be used (in the case when the load has magnetic elements).

В другом варианте подвес может быть снабжен видеокамерой. В частности, видеокамера может быть установлена вместо грузоподъёмного механизма и иметь устройство поворота/наклона. Такое расположение видеокамеры на левитирующем подвесе позволит приближать ее к интересующей области съемки и обеспечивать съемку кадров, имеющих наиболее информативное или эстетичное расположение снимаемых объектов.In another embodiment, the gimbal can be equipped with a video camera. In particular, a video camera can be installed instead of a lifting mechanism and have a rotation/tilt device. This arrangement of the video camera on a levitating suspension will allow it to be brought closer to the area of interest and ensure the shooting of frames that have the most informative or aesthetic location of the objects being filmed.

Для предотвращения столкновений со стенами, другими подвесами или объектами, закрепленными на потолке/стенах (например, лампами, люстрами, светильниками), подвес также может иметь датчики зазора, определяющие расстояние между подвесом и стенами, и/или видеокамеры бокового обзора. To prevent collisions with walls, other hangers, or objects mounted on the ceiling/walls (e.g., lamps, chandeliers, fixtures), the hanger may also have clearance sensors that determine the distance between the hanger and the walls, and/or side-view cameras.

Кроме того, подвес может быть снабжен элементами приема/передачи данных, например, по таким каналам, как ИК, радио, индукционный и др. для обеспечения внешней обработки данных и/или внешнего управления. В частности, через такие элементы приема/передачи данных могут быть обеспечены каналы управления перемещением подвеса вдоль потолка (например, с управляющего пульта) и/или управления грузовым устройством и/или видеокамерами.In addition, the gimbal can be equipped with elements for receiving/transmitting data, for example, through channels such as IR, radio, induction, etc. to provide external data processing and/or external control. In particular, through such data reception/transmission elements, channels can be provided to control the movement of the suspension along the ceiling (for example, from a control panel) and/or control the cargo device and/or video cameras.

В базовом варианте левитирующий подвес для перемещения под ферромагнитным потолком может содержать один электромагнит, один датчик зазора и один линейный электродвигатель, соединенные друг с другом (преимущественно механически, в т.ч. жестко, например путем прикрепления друг к другу; соединение также может быть и электрическим). Электромагнит и линейный электродвигатель могут быть соединены друг с другом непосредственно или с помощью основания, выполненного с использованием немагнитного материала. Датчик зазора может быть прикреплен к электромагниту непосредственно или к основанию, к которому прикреплен электромагнит.In the basic version, a levitating suspension for moving under a ferromagnetic ceiling may contain one electromagnet, one gap sensor and one linear electric motor connected to each other (mainly mechanically, including rigidly, for example by attaching to each other; the connection can also be electric). The electromagnet and the linear motor can be connected to each other directly or through a base made using a non-magnetic material. The gap sensor can be attached to the electromagnet directly or to a base to which the electromagnet is attached.

Если электромагнитов несколько, то они также могут быть соединены между собой (механически и/или электрически) непосредственно или с помощью основания. Если индукторов линейных электродвигателей несколько, то они также могут быть соединены между собой (механически и/или электрически) непосредственно или с помощью основания. Если датчиков несколько, то они также могут быть соединены между собой (механически и/или электрически) непосредственно или с помощью основания.If there are several electromagnets, then they can also be connected to each other (mechanically and/or electrically) directly or using a base. If there are several inductors of linear electric motors, then they can also be connected to each other (mechanically and/or electrically) directly or using a base. If there are several sensors, they can also be connected to each other (mechanically and/or electrically) directly or using a base.

Возможности перемещения левитирующего подвеса (а значит и подвешенных к нему объектов, устройств и грузов) под поверхностью потолка без механического контакта подвеса с потолком обеспечивается благодаря тому, что левитирующий подвес снабжен:The ability to move the levitating suspension (and therefore objects, devices and loads suspended from it) under the surface of the ceiling without mechanical contact of the suspension with the ceiling is ensured due to the fact that the levitating suspension is equipped with:

1) электромагнитом и датчиком зазора, обеспечивающими левитацию подвеса под потолком, и1) an electromagnet and a gap sensor, ensuring levitation of the suspension under the ceiling, and

2) линейным электродвигателем, обеспечивающими перемещение левитирующего подвеса вдоль потолка.2) a linear electric motor that ensures the movement of the levitating suspension along the ceiling.

Возможности перемещения левитирующего подвеса под поверхностью потолка без механического контакта подвеса с потолком обеспечивается только совместно электромагнитом, датчиком зазора и линейным электродвигателем. Для обеспечения возможности перемещения левитирующего подвеса под поверхностью потолка без механического контакта подвеса с потолком необходимо как обеспечить левитацию, так и само перемещение, что и обеспечивается этими признаками совместно.The ability to move a levitating suspension under the ceiling surface without mechanical contact of the suspension with the ceiling is provided only jointly by an electromagnet, a gap sensor and a linear motor. To ensure the possibility of moving a levitating suspension under the surface of the ceiling without mechanical contact of the suspension with the ceiling, it is necessary to ensure both levitation and the movement itself, which is ensured by these features together.

В частности, электромагнит притягивается к ферромагнитному потолку, а датчик зазора измеряет зазор до потолка и ток, подаваемый на электромагнит, регулируется так, чтобы зазор между подвесом и потолком оставался в заданных пределах благодаря изменяющейся величине магнитного поля, формируемого электромагнитом. Одновременно с этим на индуктор линейного двигателя подают переменное напряжение, вследствие чего линейный двигатель формирует меняющееся электромагнитное поле, взаимодействующее с ферромагнитным потолком и вызывающее перемещение подвеса относительно потолка.Specifically, an electromagnet is attracted to a ferromagnetic ceiling and a gap sensor measures the gap to the ceiling and the current supplied to the electromagnet is adjusted so that the gap between the hanger and the ceiling remains within the specified limits due to the changing magnitude of the magnetic field generated by the electromagnet. At the same time, an alternating voltage is applied to the linear motor inductor, as a result of which the linear motor generates a changing electromagnetic field that interacts with the ferromagnetic ceiling and causes the suspension to move relative to the ceiling.

Как видно, для того, чтобы подвес левитировал и перемещался под ферромагнитным потолком, достаточно одного электромагнита и одного линейного электродвигателя. Большее количество электромагнитов (не менее трех) необходимо для удержания подвеса в левитирующем состоянии параллельно ферромагнитному потолку. В свою очередь, большее количество линейных необходимо для обеспечения возможности перемещения левитирующего подвеса под ферромагнитным потолком в любом направлении – для этого потребуется как минимум два разнонаправленных линейных электродвигателя.As you can see, in order for the suspension to levitate and move under the ferromagnetic ceiling, one electromagnet and one linear electric motor are enough. A larger number of electromagnets (at least three) are necessary to keep the suspension in a levitating state parallel to the ferromagnetic ceiling. In turn, a larger number of linear ones is necessary to ensure the ability to move the levitating suspension under the ferromagnetic ceiling in any direction - this will require at least two multidirectional linear electric motors.

Для обеспечения горизонтального положения подвеса токи, подаваемые на несколько электромагнитов, расположенных не на одной линии и образующих, тем самым треугольник, задающий плоскость подвеса, могут дополнительно к датчику зазора регулироваться с использованием показаний датчика наклона, которым может быть дополнительно снабжен подвес. В предпочтительном варианте подвес может содержать два или более разнонаправленных датчика наклона, чтобы можно было определять отклонение от плоскости, параллельной потолку (т.е. горизонтальной плоскости) в нескольких направлениях и затем увеличивать или уменьшать силу тока в соответствующих электромагнитах так, чтобы вернуть подвес в заданную плоскость.To ensure a horizontal position of the suspension, the currents supplied to several electromagnets located not on the same line and thereby forming a triangle defining the plane of the suspension can, in addition to the gap sensor, be adjusted using the readings of a tilt sensor, which can be additionally equipped with the suspension. Preferably, the pendant may include two or more multi-directional tilt sensors so that it can detect deviation from a plane parallel to the ceiling (i.e., the horizontal plane) in several directions and then increase or decrease the current in the corresponding electromagnets so as to return the pendant to given plane.

В другом варианте, описанном выше, подвес может содержать несколько датчиков зазора, расположенных предпочтительно около электромагнитов или на них и замеряющих зазор между подвесом и потолком рядом с электромагнитами. Это позволит упростить алгоритм регулирования токов электромагнитов, обеспечивающий нахождение подвеса на заданном расстоянии от потолка в плоскости, параллельной потолку. Количество датчиков зазора в таком варианте предпочтительно соответствует числу электромагнитов, что дополнительно упрощает алгоритм регулирования.In another embodiment, described above, the suspension may contain several gap sensors, preferably located near or on the electromagnets and measuring the gap between the suspension and the ceiling near the electromagnets. This will simplify the algorithm for regulating the electromagnet currents, ensuring that the suspension is located at a given distance from the ceiling in a plane parallel to the ceiling. The number of gap sensors in this embodiment preferably corresponds to the number of electromagnets, which further simplifies the control algorithm.

Вышеописанные варианты осуществления изобретения могут быть реализованы как по отдельности, так и в комбинации. Представленные примеры реализации даны лишь для упрощения понимания изобретения и не предназначены для ограничения объема охраны изобретения, определяемого формулой изобретения.The above-described embodiments of the invention can be implemented either individually or in combination. The presented examples of implementation are given only to simplify the understanding of the invention and are not intended to limit the scope of protection of the invention as defined by the claims.

Claims (18)

1. Левитирующий подвес для перемещения под ферромагнитным потолком, включающий в себя по меньшей мере один электромагнит, по меньшей мере один датчик зазора и по меньшей мере два индуктора линейных электродвигателей, соединенных друг с другом, причем индукторы линейных электродвигателей являются разнонаправленными.1. A levitating suspension for moving under a ferromagnetic ceiling, including at least one electromagnet, at least one gap sensor and at least two linear motor inductors connected to each other, wherein the linear motor inductors are multidirectional. 2. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что включает в себя по меньшей мере три электромагнита, соединенных друг с другом.2. The suspension according to claim 1, characterized in that it includes at least three electromagnets connected to each other. 3. Подвес по п. 2, отличающийся тем, что электромагниты образуют плоскость.3. Suspension according to claim 2, characterized in that the electromagnets form a plane. 4. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что включает в себя по меньшей мере три датчика зазора.4. Suspension according to claim 1, characterized in that it includes at least three gap sensors. 5. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что включает в себя по меньшей мере один датчик наклона.5. Suspension according to claim 1, characterized in that it includes at least one tilt sensor. 6. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один электромагнит, и по меньшей мере один индуктор линейного электродвигателя соединены друг с другом с помощью основания, выполненного с использованием немагнитного материала.6. The suspension according to claim 1, characterized in that at least one electromagnet and at least one linear motor inductor are connected to each other using a base made using a non-magnetic material. 7. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что включает в себя источник питания. 7. Suspension according to claim 1, characterized in that it includes a power source. 8. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что включает в себя контроллер, выполненный с возможностью обработки показаний датчика зазора и регулирования тока, подаваемого на электромагнит. 8. The suspension according to claim 1, characterized in that it includes a controller configured to process the readings of the gap sensor and regulate the current supplied to the electromagnet. 9. Подвес по п. 8, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью управления индуктором линейным электродвигателем. 9. Suspension according to claim 8, characterized in that the controller is configured to control the inductor with a linear electric motor. 10. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что количество датчиков зазора соответствует количеству электромагнитов. 10. Suspension according to claim 1, characterized in that the number of gap sensors corresponds to the number of electromagnets. 11. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что датчики зазора размещены рядом с электромагнитами или на электромагнитах. 11. Suspension according to claim 1, characterized in that the gap sensors are placed next to the electromagnets or on the electromagnets. 12. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что электромагниты являются гибридными электромагнитами.12. Suspension according to claim 1, characterized in that the electromagnets are hybrid electromagnets. 13. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что снабжен грузоподъемным устройством и/или видеокамерой. 13. Suspension according to claim 1, characterized in that it is equipped with a lifting device and/or a video camera. 14. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что включает в себя датчики зазора, определяющие расстояние между подвесом и стенами, и/или видеокамеры бокового обзора. 14. The suspension according to claim 1, characterized in that it includes gap sensors that determine the distance between the suspension and the walls, and/or side-view video cameras. 15. Подвес по п. 1, отличающийся тем, что включает в себя элементы приема/передачи данных.15. Suspension according to claim 1, characterized in that it includes elements for receiving/transmitting data. 16. Система перемещения, включающая в себя ферромагнитный потолок и левитирующий подвес по любому из п. 1-15.16. A movement system, including a ferromagnetic ceiling and a levitating suspension according to any of paragraphs 1-15. 17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что предназначена для перемещения объекта и левитирующий подвес выполнен с возможностью прикрепления к нему перемещаемого объекта.17. The system according to claim 16, characterized in that it is designed to move an object and the levitating suspension is configured to attach the moved object to it. 18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что под ферромагнитным потолком установлена проводящая немагнитная пластина.18. The system according to claim 17, characterized in that a conductive non-magnetic plate is installed under the ferromagnetic ceiling.
RU2023109002A 2023-04-10 Levitiating suspension RU2816409C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2816409C1 true RU2816409C1 (en) 2024-03-28

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1318505A1 (en) * 1986-02-24 1987-06-23 Опытно-Конструкторское Бюро "Роботы" Научно-Производственного Объединения "Ритм" Gripping device
US4792036A (en) * 1983-10-20 1988-12-20 Heidelberg Goetz Transporting device of the conveyor belt type
US5197391A (en) * 1990-11-20 1993-03-30 Sony Corporation Magnetically floating carrier system with carriage below rail support structure and load above support structure with balances between carriage and load

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4792036A (en) * 1983-10-20 1988-12-20 Heidelberg Goetz Transporting device of the conveyor belt type
SU1318505A1 (en) * 1986-02-24 1987-06-23 Опытно-Конструкторское Бюро "Роботы" Научно-Производственного Объединения "Ритм" Gripping device
US5197391A (en) * 1990-11-20 1993-03-30 Sony Corporation Magnetically floating carrier system with carriage below rail support structure and load above support structure with balances between carriage and load

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106415813B (en) Substrate transport vacuum platform
US7348691B2 (en) Magnetic levitation apparatus
US8169114B2 (en) Large gap horizontal field magnetic levitator
JP4587870B2 (en) Magnet unit, elevator guide device, and weighing device
US6684794B2 (en) Magnetically levitated transportation system and method
CN214274318U (en) Magnetic suspension vibration isolation system
JP2008259264A (en) Oscillation power generating set
CN110901965A (en) Guide control device and method for microgravity tower falling
RU2816409C1 (en) Levitiating suspension
RU2816413C1 (en) Levitating suspension with linear motor and rotary device
WO1998012737A1 (en) Magnetically levitated robot and method of increasing levitation force
JP2013123297A (en) Magnetic levitation device
US20110025153A1 (en) optimised levitation device
Wang et al. A magnetic levitation transport path
JP2625717B2 (en) Magnetic levitation transfer device
JP3209844B2 (en) Magnetic levitation transfer device
JP3730593B2 (en) AC magnetic levitation method with permanent magnet
JPS622803A (en) Levitation type conveyor
Ishino et al. Fabrication of power saving solar magnetic suspension system
JPH06101884B2 (en) Floating carrier
WO2023028949A1 (en) Magnetic bearing
JPH04197041A (en) Charger for portable electric device
EP0894660A1 (en) Self-regulating system of high speed ground transportation based on permanent magnets
CN116412211A (en) Single-degree-of-freedom compact symmetrical hybrid magnetic suspension system
JPS627301A (en) Levitating conveying apparatus