專利名稱：具有單電磁線圈的磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁懸浮應(yīng)用技術(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)中，一般的磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置都需要使用兩個(gè)電磁線圈，其中一個(gè)主線圈產(chǎn)生電磁場使物體懸浮，即提供懸浮力，再使用另一個(gè)偏置的電磁付線圈來產(chǎn)生周期變動(dòng)的磁場作用于懸浮物體上，即提供回轉(zhuǎn)力，從而使懸浮的物體能夠不停地旋轉(zhuǎn)。由于電磁付線圈需要偏置，故這種結(jié)構(gòu)不適用于對(duì)整體結(jié)構(gòu)有對(duì)稱性要求的場合。實(shí)際應(yīng)用中也有使用機(jī)械驅(qū)動(dòng)力來代替電磁付線圈功能的，但此時(shí)需增加電機(jī)，其結(jié)果使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用單個(gè)電磁圈使物體實(shí)現(xiàn)懸浮并同時(shí)旋轉(zhuǎn)的裝置，從而使其能應(yīng)用于對(duì)整體結(jié)構(gòu)有對(duì)稱性要求的場合。
本發(fā)明的單線圈磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置，包括有用以產(chǎn)生磁場的電磁線圈，它置于懸浮物體的近處，其特征在于，所述電磁線圈的鐵芯橫截面是矩形或近似矩形，所述的懸浮物體上設(shè)有橫截面為矩形或近似矩形的永磁鐵，在所述的電磁線圈的朝向懸浮物體的表面上設(shè)有兩個(gè)位置傳感器，它們是垂直方向傳感器和圓周方向傳感器，二者分別連接在電磁線圈的控制電路中，該控制電路由位置傳感器、信號(hào)處理電路、勵(lì)磁電流控制電路構(gòu)成；其中垂直方向傳感器經(jīng)前級(jí)放大電路、減法放大電路再連接到電磁線圈的電流控制電路中，其中圓周方向的傳感器經(jīng)前級(jí)放大電路、低通濾波電路、微分電路再連接到電磁線圈的電流控制電路中。所述的勵(lì)磁電流控制電路由電壓控制的可變倍數(shù)的放大器構(gòu)成。
本發(fā)明的單線圈磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置，所述的電磁線圈為矩形或近矩形，在接通電源后會(huì)產(chǎn)生一非對(duì)稱的磁場，同時(shí)由于在懸浮物體上的永磁鐵也為矩形或近矩形，因此在磁場力的作用下，懸浮物體上的永磁鐵存在著穩(wěn)定位置與不穩(wěn)定位置之分，并且總是存在著從不穩(wěn)定位置向穩(wěn)定位置轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。當(dāng)其從不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電磁力作正功，反之作負(fù)功。當(dāng)周期性地改變電磁線圈勵(lì)磁電流的大小來提供額外的能量時(shí)，則可帶動(dòng)懸浮物體轉(zhuǎn)動(dòng)并具有一定的旋轉(zhuǎn)速度。從而達(dá)到了使懸浮物體旋轉(zhuǎn)的目的。本裝置中還使用位置傳感器來判別懸浮物體的位置，并控制電流的大小，以控制其轉(zhuǎn)動(dòng)速度。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明大大簡化了實(shí)現(xiàn)磁懸浮物體旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，并且由于在旋轉(zhuǎn)物體上僅設(shè)有一個(gè)永磁鐵，能夠使整體結(jié)構(gòu)保持對(duì)稱，使其外形美觀。
本發(fā)明的單線圈磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置，能適用于各種要求懸浮并穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的場合，例如磁懸浮軸承、兒童玩具等。
下面通過實(shí)施例及其附圖作進(jìn)一步描述。


圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意框圖。
圖2是本發(fā)明所述的電磁線圈的控制電路的實(shí)施例示意框圖。
參見圖1，(1)為矩形永磁鐵，它放置在懸浮物體(2)上。在懸浮物體的上方近處，置有一個(gè)矩形的電磁線圈(5)，它與矩形永磁鐵(2)相對(duì)，但其初始狀態(tài)兩圈錯(cuò)位90°。在電磁線圈(5)的下部的中心處設(shè)有垂直方向的位置霍耳傳感器(4)，在電磁線圈(5)的下部的周邊處設(shè)有圓周方向的位置霍耳傳感器(3)。(6)為勵(lì)磁電流控制電路。(7)為圓周方向方向位置的信號(hào)處理電路。(8)為垂直方向位置的信號(hào)處理電路。
參見圖2，(4)為設(shè)在電磁線圈(5)的下部中心處的垂直方向位置霍耳傳感器，它輸出的電壓值的變化反應(yīng)了垂直方向的磁場強(qiáng)度。該電壓通過前級(jí)放大電路(9)進(jìn)行放大，再經(jīng)減法電路(10)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，確定合適的輸出電壓U1到電磁線圈的勵(lì)磁電流控制電路(6)中。當(dāng)懸浮物體的垂直方向位置與基準(zhǔn)電壓所決定的標(biāo)準(zhǔn)位置重合時(shí)，其輸出電壓為零；當(dāng)懸浮物體的垂直方向位置偏離基準(zhǔn)電壓所決定的標(biāo)準(zhǔn)位置時(shí)，其輸出電壓不為零，以增大或減小線圈的激磁電流，從而使懸浮物體回到標(biāo)準(zhǔn)位置處。設(shè)在電磁線圈(5)的下部周邊處的圓周方向位置霍耳傳感器(3)的輸出電壓經(jīng)前級(jí)放大電路(11)進(jìn)行放大，經(jīng)低通濾波電路(12)濾去高頻躁聲后，再經(jīng)微分電路(13)進(jìn)行微分，微分輸出電壓U2送到電磁線圈的勵(lì)磁電流控制電路(6)中。壓控電阻(14)是勵(lì)磁電流控制電路的反饋電阻，輸入電壓U1、U2共同改變反饋電阻的大小，從而達(dá)到改變電磁線圈中電流大小的目的。(15)是電路中所用直流電源的示意圖。
權(quán)利要求
1.一種單線圈磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置，包括有用以產(chǎn)生磁場的電磁線圈，它置于懸浮物體的近處，其特征在于，所述電磁線圈的鐵芯橫截面是矩形或近似矩形，所述的懸浮物體上設(shè)有橫截面為矩形或近似矩形的永磁鐵，在所述的電磁線圈的朝向懸浮物體的表面上設(shè)有兩個(gè)位置傳感器，它們是垂直方向傳感器和圓周方向傳感器，二者分別連接在電磁線圈的控制電路中，該控制電路由位置傳感器、信號(hào)處理電路、勵(lì)磁電流控制電路構(gòu)成；其中垂直方向傳感器經(jīng)前級(jí)放大電路、減法放大電路再連接到電磁線圈的電流控制電路中，其中圓周方向的傳感器經(jīng)前級(jí)放大電路、低通濾波電路、微分電路再連接到電磁線圈的電流控制電路中。所述的勵(lì)磁電流控制電路由電壓控制的可變倍數(shù)的放大器構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁懸浮應(yīng)用技術(shù)。它包括懸浮物體及產(chǎn)生磁場的電磁線圈,其電磁線圈的鐵芯橫截面是矩形或近似矩形,在懸浮物體上設(shè)有橫截面為矩形或近似矩形的永磁鐵,在電磁線圈的表面上設(shè)有測(cè)定垂直方向和圓周方向的兩個(gè)傳感器,它們分別連接在電磁線圈的控制電路中,該控制電路由位置傳感器、信號(hào)處理電路、勵(lì)磁電流控制電路構(gòu)成。相比現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明簡化了實(shí)現(xiàn)磁懸浮物體旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu),使整體結(jié)構(gòu)保持對(duì)稱,因而能適用于各種要求懸浮并穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的場合。
文檔編號(hào)H02N15/00GK1343037SQ00128909
公開日2002年4月3日 申請(qǐng)日期2000年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月13日
發(fā)明者馮志華, 孔凡讓, 耿鵬翮, 王建平, 劉志剛, 張平, 劉維來 申請(qǐng)人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)