專利名稱：一種磁懸浮方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁懸浮領域，特別是涉及一種利用磁場向心效應約束被懸浮物體的部分自由度的一種磁懸浮方法及裝置。
背景技術：
磁懸浮技術是利用電磁力平衡物體重力，將物體無接觸支承在空間的一項新興技術。磁懸浮產品以其特殊的優(yōu)越性能正受到各行各業(yè)的重視，現(xiàn)在其應用已經(jīng)涉及機械加工、鐵路交通、航空航天等軍用和民用行業(yè)。
根據(jù)磁懸浮原理，將一個物體以指定的狀態(tài)完全懸浮于指定的空間，需要約束該物體的6個自由度。采用部分電磁鐵約束被懸浮物體的部分自由度，剩余的自由度則由磁場的向心效應約束，以便制作出能夠擴大磁懸浮技術應用領域的且結構簡單的磁懸浮裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種利用控制電磁鐵的電流達到控制電磁鐵的磁力，同時利用電磁鐵磁場的向心效應，使被懸浮物體懸浮于空間指定位置的磁懸浮方法。還提供一種可以實現(xiàn)所述磁懸浮方法的裝置，并且該裝置結構簡單。
所述的向心效應是指在上述結構中，當懸浮盤片沿X或Y軸方向偏離磁場中心平衡位置時，因為磁力線的封閉性，在XY平面產生一個使盤片回復到平衡位置的力，該力平行于盤面，且始終指向平衡位置軸線，這種由垂直于磁場中心軸線的力所產生的效應稱為向心效應。
本發(fā)明解決其技術問題采用以下的技術方案本發(fā)明提供一種磁懸浮方法，其利用控制電磁鐵的電流達到控制電磁鐵的磁力，同時利用電磁鐵的磁場向心效應，使盤片懸浮于空間指定位置。具體方法是利用控制電磁鐵的電流來改變電磁鐵的磁力，以電磁力約束一個盤片沿Z軸方向移動和繞X、Y軸方向轉動的3個自由度，同時利用電磁鐵磁場的向心效應約束盤片沿X、Y軸方向的移動自由度，而盤片繞Z軸方向的轉動的自由度不約束，使盤片在空間指定位置的穩(wěn)定懸浮。
本發(fā)明還提供一種能夠實現(xiàn)上述磁懸浮方法的裝置，其結構是設有托板，其上面裝有沿托板中心圓周均勻布置的三個電磁鐵和三個位移傳感器，其下面以立柱與控制箱上部相連；電磁鐵的控制電線和位移傳感器的信號線與控制箱中的電路相連；盤片呈水平狀態(tài)懸浮在由托板、控制箱和立柱所圍的空間。
本發(fā)明的設計及工作原理是根據(jù)幾何學原理，不在同一直線上的三點可以確定一個平面。因此，在圖1、圖2和圖3所示的盤片平面內沿圓周方向均勻的布置了三個電磁鐵和三個非接觸式的位移傳感器，要求三個電磁鐵的鐵心端面在同一平面，三個位移傳感器的測試端也處在同一平面。這樣，當盤片處于位移傳感器的線性量程范圍內時，位移傳感器可以測量出盤片上3點的位置，位移傳感器將盤片的位置狀態(tài)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)測量的盤片位置信號，控制電磁鐵線圈的電流，從而控制相應電磁鐵的電磁力，使其與盤片受到的重力相平衡，進而將盤片控制在指定位置上。當懸浮的盤片受到外界干擾時，其位置發(fā)生了變化，該變化被相應的位移傳感器測出，并且反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)測量的盤片位置變化信號，改變電磁鐵線圈的電流，從而改變相應電磁鐵的電磁力，使將盤片重新回到指定位置上，進而實現(xiàn)盤片的穩(wěn)定懸浮。
本發(fā)明具有以下的主要優(yōu)點利用磁力的向心效應約束被懸浮物體的部分的自由度，在保證相同的懸浮效果的同時，減少了電磁鐵的數(shù)量，簡化了磁懸浮裝置的結構和控制系統(tǒng)，擴大了磁懸浮技術的應用領域。


圖1是磁懸浮裝置的結構圖。
圖2是圖1的俯視圖。
圖3是磁懸浮裝置的外觀圖。
圖4是磁懸浮裝置的控制原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的是一種利用控制電磁鐵的電流達到控制電磁鐵的磁力，同時利用電磁鐵的磁場向心效應，使盤片懸浮于空間指定位置的方法，具體是利用控制電磁鐵的電流來改變電磁鐵的磁力，以電磁力約束一個盤片沿Z軸方向移動和繞X、Y軸方向轉動的3個自由度，同時利用電磁鐵磁場的向心效應約束盤片沿X、Y軸方向的移動自由度，而盤片繞Z軸方向的轉動的自由度不約束，使盤片在空間指定位置的穩(wěn)定懸浮。
下面結合實施例及附圖對本發(fā)明提供的磁懸浮裝置作進一步說明。
本發(fā)明提供的是一種利用控制電磁鐵的電流達到控制電磁鐵的磁力，同時利用電磁鐵的磁場向心效應，使盤片懸浮于空間指定位置的裝置。該裝置的結構如圖1和圖2所示設有托板8，其上面裝有沿托板中心圓周均勻布置的三個電磁鐵1和三個位移傳感器2，其下面以立柱4與控制箱5上部相連；電磁鐵的控制電線和位移傳感器的信號線與控制箱中的電路相連；盤片3呈水平狀態(tài)懸浮在由托板8、控制箱5和立柱4所圍的空間。
所述的托板8，其下面以四角分布的立柱4與控制箱5上部相連。四個立柱4可用φ16×5鋼管制造，中空部分用于電磁鐵及傳感器線路通道；即電磁鐵的控制電線和位移傳感器的信號線可由其內孔與控制箱5中的電路相連。
所述的三個電磁鐵1和三個位移傳感器2，它們可以沿托板8的中心圓周交錯排列，并且各自呈120度布置。所述的三個電磁鐵1，均由鐵芯10及線圈組成，鐵芯10可由非導磁性材質的夾緊塊9以螺釘固定在在托板8上。鐵芯10采用U形結構，可減少磁力線的開放空間，使磁能更集中；鐵芯呈倒U形安裝在托板8上，在圓周方向按120度以放射狀布置于一圓周上。或者，不少于三個電磁鐵1，按“不在一條直線上”的其它任何形式安裝在托板上。所述的三個或不少于三個電渦流、激光或者其它原理的位移傳感器2，可由傳感器支架11固定在托板上，還可按“不在一條直線上”的其他任何形式安裝在托板8上。
所述的托板8，其上裝有頂罩12(見圖3)，二者可由螺栓或嵌連方式相連。
例如，頂罩可通過M6圓頭螺栓連接在托板8上，將電磁鐵1、位移傳感器2等部件封住，這樣，一是可以保持結構的整體美觀性；二是起遮灰防潮作用。
控制箱5設有箱門6和手柄7?？刂葡鋬鹊碾娐吠F(xiàn)有技術，其組成一般包括(見圖4)信號處理模塊、電源、功率方法模塊，以及由數(shù)據(jù)采集和計算機組成的控制平臺。
下面結合附圖簡述本發(fā)明的工作過程根據(jù)幾何學原理，不在同一直線上的三點可以確定一個平面。因此，三個位移傳感器測量出盤片距電磁鐵端面的距離，如果測量出的三個點的距離一樣，說明盤片處于水平；此時，裝在控制箱5中的控制系統(tǒng)保持控制電流不變，則電磁力不變，盤片保持水平且與電磁鐵端面的距離也不變。假定其中某一個點的距離變大，說明該點遠離了電磁鐵端面，此時控制系統(tǒng)增大相應電磁鐵的電流，則電磁力相應增大，將盤片上遠離的一點拉回到原始位置，使盤片重新恢復水平且與電磁鐵端面的距離恢復初始值。
總之，位移傳感器2可以測量出盤片3上的三點位置，位移傳感器將盤片的位置狀態(tài)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)測量的盤片位置信號，控制電磁鐵1線圈的電流，從而控制相應電磁鐵的電磁力，使其與盤片受到的重力相平衡，進而將盤片控制在指定位置上。當懸浮的盤片受到外界干擾時，其位置發(fā)生了變化，該變化被相應的位移傳感器測出，并且反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)測量的盤片位置變化信號，改變電磁鐵線圈的電流，從而改變相應電磁鐵的電磁力，使將盤片重新回到指定位置上，進而實現(xiàn)盤片的穩(wěn)定懸浮。
權利要求
1.一種磁懸浮方法，其特征是一種利用控制電磁鐵的電流達到控制電磁鐵的磁力，同時利用電磁鐵的磁場向心效應，使盤片懸浮于空間指定位置的方法，具體是利用控制電磁鐵的電流來改變電磁鐵的磁力，以電磁力約束一個盤片沿Z軸方向移動和繞X、Y軸方向轉動的3個自由度，同時利用電磁鐵磁場的向心效應約束盤片沿X、Y軸方向的移動自由度，而盤片繞Z軸方向的轉動的自由度不約束，使盤片在空間指定位置的穩(wěn)定懸浮。
2.一種磁懸浮裝置，其特征是一種利用控制電磁鐵的電流達到控制電磁鐵的磁力，同時利用電磁鐵的磁場向心效應，使盤片懸浮于空間指定位置的裝置，其結構是設有托板(8)，其上面裝有沿托板中心圓周均勻布置的三個電磁鐵(1)和三個位移傳感器(2)，其下面以立柱(4)與控制箱(5)上部相連；電磁鐵的控制電線和位移傳感器的信號線與控制箱中的電路相連；盤片(3)呈水平狀態(tài)懸浮在由托板(8)、控制箱(5)和立柱(4)所圍的空間。
3.根據(jù)權利要求2所述的磁懸浮裝置，其特征是所述的托板(8)，其下面以立柱(4)與控制箱(5)上部相連；所述電磁鐵的控制電線和位移傳感器的信號線通過呈中空結構的立柱(4)的內孔，與控制箱(5)中的電路相連。
4.根據(jù)權利要求2所述的磁懸浮裝置，其特征是所述的三個電磁鐵(1)和三個位移傳感器(2)，它們沿托板(8)中心圓周交錯排列，并且各自呈120度布置。
5.根據(jù)權利要求4所述的磁懸浮裝置，其特征是電磁鐵(1)由鐵芯(10)及線圈組成，并且由非導磁性材質的夾緊塊(9)以螺釘固定在在托板(8)上。
6.根據(jù)權利要求5所述的磁懸浮裝置，其特征是所述的鐵芯(10)采用U形結構，鐵芯呈倒U形安裝在托板(8)上，在圓周方向按120度以放射狀布置于一圓周上。
7.根據(jù)權利要求4所述的磁懸浮裝置，其特征是所述的三個位移傳感器(2)，采用電渦流位移傳感器，由傳感器支架(11)固定在托板(8)上，在圓周方向按120度布置于一圓周上。
8.根據(jù)權利要求7所述的磁懸浮裝置，其特征是不少于三個電渦流或者激光位移傳感器(2)，按“不在一條直線上”的形式安裝在托板(8)上。
9.根據(jù)權利要求4所述的磁懸浮裝置，其特征是所述的不少于三個電磁鐵(1)，按“不在一條直線上”的形式安裝在托板(8)上。
10.根據(jù)權利要求2、4、5、6、7、8或9所述的磁懸浮裝置，其特征是所述的托板(8)，其上裝有頂罩(12)，二者以螺栓或嵌連方式相連。
全文摘要
本發(fā)明提供了利用控制電磁鐵的電流來改變電磁鐵的磁力，以電磁力約束一個盤片沿Z軸方向移動和繞X、Y軸方向轉動的3個自由度，同時利用電磁鐵的磁場向心效應約束盤片沿X、Y軸方向的移動自由度，而盤片繞Z軸方向的轉動的自由度不約束，使盤片在空間指定位置的穩(wěn)定懸浮。本發(fā)明提供的磁懸浮裝置設有托板(8)，其上面裝有沿托板中心圓周均勻布置的三個電磁鐵(1)和三個位移傳感器(2)，其下面以立柱(4)與控制箱(5)上部相連；電磁鐵的控制電線和位移傳感器的信號線與控制箱中的電路相連；盤片(3)呈水平狀態(tài)懸浮在由托板(8)、控制箱(5)和立柱(4)所圍的空間。本裝置結構簡單，電磁鐵數(shù)量少，擴大了磁懸浮技術的應用領域。
文檔編號H02N15/00GK101072005SQ200710051750
公開日2007年11月14日 申請日期2007年3月27日 優(yōu)先權日2007年3月27日
發(fā)明者胡業(yè)發(fā), 王曉光, 周祖德, 王春麟, 吳華春, 劉明堯, 丁國平, 劉曉靜 申請人:武漢理工大學