專利名稱：電磁懸浮實(shí)驗(yàn)和演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種排斥的電磁懸浮實(shí)驗(yàn)和演示儀
器o
背景技術(shù)：
目前，磁懸浮技術(shù)鵬越受到人們的重視，該技術(shù)在磁懸浮列車、磁懸浮軸承、 儲(chǔ)能飛輪、超凈加工室內(nèi)物體的磁懸浮搬運(yùn)系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)演示等方面具有廣闊的應(yīng) 用前景。；0^;f周知，7乂久磁體與永久磁體之間的懸浮是不穩(wěn)定的，要實(shí)現(xiàn)永磁體的 懸浮，必須對(duì)用于懸浮的磁鵬場進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過自動(dòng)控制電路對(duì)其變<城
行調(diào)節(jié)和控制，確保被懸浮磁體l 一直處在一種動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)，從而實(shí)lblc磁體
的穩(wěn)定懸浮。
懸浮分為超導(dǎo)磁懸浮、渦流懸浮、抗磁懸浮、7乂磁懸浮、電磁懸浮、電磁和永
磁構(gòu)成的混合型磁懸浮等多種。就電磁懸浮而言， 一種是電磁吸引式磁懸浮，它是 利用電磁鐵和永磁鐵或鐵磁性物質(zhì)產(chǎn)生相互吸弓i力的原理，aa磁體間的吸弓i力與
重力的平衡來實(shí)Il7lC磁鐵或鐵磁性物質(zhì)在電磁鐵下放的懸掛，目前報(bào)道較多的文章 和專利都屬于這一類，如磁懸浮地球儀；另一種是電磁推斥型磁懸浮，它是利用處 于被懸浮磁體1下方的7JC磁體和電磁鐵構(gòu)成的磁體陣列，產(chǎn)生一個(gè)適合于被懸浮磁
體l穩(wěn)定懸浮的磁場，通過該磁場對(duì)被懸浮永磁體的斥力作用而實(shí)現(xiàn)的。但后一種 懸浮的難度要比前一種懸浮的難度大得多，需要比前一種懸浮更復(fù)雜的磁路設(shè)計(jì)和
控制，而且需要多個(gè)磁體共同作用在懸浮體上，如專利申請(qǐng)?zhí)枮?00610061372.0
的"一種磁懸浮裝置"。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服戰(zhàn)電磁懸浮體的缺點(diǎn)，鵬一種設(shè)計(jì) 合理、結(jié)構(gòu)簡單、^f只小、演示直觀、演示效果好、便于實(shí)驗(yàn)研究的電磁懸浮實(shí)驗(yàn) 和演示裝置。
解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在底座上設(shè)置有磁體、控制器、支柱，控制器通過導(dǎo)線接與電源和磁體相連接，磁體和支柱上端設(shè)置有上蓋，在上蓋以及
磁體的上方懸浮有懸浮磁體，磁體包括由1個(gè)電磁鐵與0 2個(gè)組合永久磁體相互 吸附連為一體的1個(gè)組合磁體、2個(gè)7JC久磁體排列在底板上，電磁鐵通過導(dǎo)線與控 制器相連接。
本發(fā)明的組合磁體與相鄰2個(gè)永久磁體排列成等腰三角形。
本發(fā)明的組合磁體與2個(gè)永久磁體的磁場^jg相同，組合磁體和2個(gè)永久磁體 指向圓心端的磁極與懸浮磁體下端的磁極相同、或組合磁體和2個(gè)永久磁體背離圓 心端的磁極與懸浮磁體下端的磁極相反。
本發(fā)明的控制器為檢測(cè)電路的輸出端接放大電路，放大電路的輸出端接移相 電路，移相電路的輸出端接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端接電磁鐵。
本發(fā)明采用控制器對(duì)組合磁體的電^t行調(diào)節(jié)和控制，改變?cè)O(shè)置在底率上的電 磁鐵和永久磁體與懸浮永磁體之間的磁力大小和方向變化，實(shí)現(xiàn)懸浮磁體的穩(wěn)定懸 浮。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，可作為高等學(xué)校、中 學(xué)、科技館等教學(xué)和研究單位的演示實(shí)驗(yàn)儀器。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的剖視圖。
圖3是圖1的A-A剖視圖。
圖4是圖2中組合磁體5的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖2中控制器6的電氣原理方框圖。
圖6是圖2中控制器6的電子線路原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1
在圖l、 2、 3、 4中，本實(shí)施例的電磁懸浮實(shí)驗(yàn)和演示裝置由懸浮磁體l、上 蓋2、支柱3、底座4、永久磁體7、控制器6、組合磁體5聯(lián)接構(gòu)成。
,座4上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有1個(gè)組合磁體5、 2個(gè)永久磁體7，組 合磁體5通過導(dǎo)線接控制器6，組合磁體5與相鄰永久磁體7之間的夾角相等，本
4實(shí)施例組合磁體5和2個(gè)永久磁體7均布位于同一個(gè)圓周上，組合磁體5與相鄰永 久磁體7之間的夾角為120。，排列成等腰三角形，組合磁體5和2個(gè)7JC久磁體7 也可不均布位于同一個(gè)圓周上，組合磁體5和永久磁體7與底座4垂直排列，組合 磁體5的磁場強(qiáng)度與2個(gè)永久磁體7的磁場強(qiáng)度相同、上端的磁極相同。
本實(shí)施例的組合磁體5由鐵芯5-1、線圈骨架5-2、組合永久磁體5-3、線圈L 聯(lián)接構(gòu)成。在線圈骨架5-2內(nèi)安裝有鐵芯5-1，線圈骨架5-2上安裝有線圈L，構(gòu) 成電磁鐵，鐵芯5-1的下端面吸附1塊組合永久磁體5-3。
在底座4上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)M"控制器6，控制器6通過導(dǎo)線與電源 和組合磁體5相連接。在底座4的夕卜沿用膠粘接有支柱3，支柱3的皿為圓筒形 結(jié)構(gòu)，用非導(dǎo)磁材^將機(jī)玻璃制成，也可用其它非導(dǎo)磁材料制成，如塑料，膠木， 木質(zhì)材料，玻璃鋼等。在支柱3上端用螺紋緊固聯(lián)樹牛固定聯(lián)接有上蓋2，審恪上 蓋2所用的材料與支柱3的材料相同。在上蓋2的正上方以及組合磁體5與相鄰7JC 久磁體7所構(gòu)成圓周的圓心位置正上方懸浮有懸 M體1，懸浮磁體1的形狀為圓 柱體，懸 M體1的中心軸線位于組合磁體5與相鄰永久磁體7所構(gòu)成圓周的圓心 上，懸浮磁體1的半徑小于組合磁體5與相鄰永久磁體7所構(gòu)成圓周的半徑。當(dāng)固 定在底座4上的組合磁體5和永久磁體7豎直放置時(shí)，組合磁體5和相鄰永久磁 體7的磁極與懸浮磁體1的磁極相反，即組合磁體5和永久磁體7的上端為N極時(shí)， 懸浮磁體1的下端為N極；組合磁體5和永久磁體7的上端為S極時(shí)，懸浮磁體l 的下端為S極。懸 ，體1懸浮在組合磁體5和相鄰永久磁體7正上方位置，由控 制器6進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)處于平衡位置的懸浮磁體1向下偏移時(shí)，控制器6自動(dòng)增 加通過線圈的電流，產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場，將懸浮磁體1推回至l源來的平衡位置；當(dāng)位 于平衡位置的懸 M體1向上偏移時(shí)，控制器6自動(dòng)減小艦線圈的電流，降低組 合磁體5的磁場，使得懸浮磁體1受到的排斥力減小，自動(dòng)回至順、來的平衡位置。
在圖5中，本實(shí)施例的控制器6由檢測(cè)電路、放大電路、移相電路、驅(qū)動(dòng)電路 連接構(gòu)成。檢測(cè)電路的輸出端接放大電路，放大電路的輸出端接移相電路，移相電 路的輸出端接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路向電磁鐵輸出變化的電流，電磁鐵產(chǎn)生變化的磁 場，驅(qū)動(dòng)懸浮磁體1上下移動(dòng)，保持懸浮磁體1處在平衡位置。
在圖6中，本實(shí)施例的檢測(cè)電路由光電傳感器U1、發(fā)光二極管D1、發(fā)光二極 管D2、電阻R1、電阻R2、電阻R3連接構(gòu)成，光電傳感器Ul是紅外反射式光電傳
5感器型號(hào)為FS-359F"043W。光電傳感器Ul設(shè)置在上蓋2上。發(fā)光二極管Dl的正極 通過電阻Rl接15V電源正極，發(fā)光二極管Dl的負(fù)極和發(fā)光二極管D2的正極接地， 發(fā)光二極管D2的負(fù)M過電阻R2接15V電源負(fù)極。光電傳感器Ul的輸入端iM; 電阻R3接15V電源正極、輸出端接放大電路、地端接地。光電傳感器U1向懸浮磁 體1發(fā)射光信號(hào)并接收反射回來的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出到放大電路。
本實(shí)施例的放大電路由集成電路U2A、電阻R4 電阻R9、電容C1、電容C2、 電位器VR1連接構(gòu)成，集成電路U2A ^ig算放大器型號(hào)為LM358P。集成電路U2A 的同相輸入端3腳通過電阻R7接集成電路Ul的輸出端并iiii電阻R8接地， 電路U2A的同相輸入端3腳通過電阻R7和電阻R5接15V電源正極、反相輸入端2 腳通過電阻R6和電阻R4接15V電源正極以及通過電阻R6接電位器VR1的一端并 通過電阻R9接輸出端1腳、正電源端4腳接電容C2的一端和15V電源負(fù)極、負(fù)電 源端8腳接電容Cl的一端和15V電源正極、輸出端接移相電路，電容C2和電容Cl 的另一端接地，電位器VR1的可調(diào)端和另一端接地。
本^i例的移相,由，電路U2B、電阻R10 電阻R12、電容C3、電位器VR2 連接構(gòu)成，集成電路U2B是運(yùn)算放大器型號(hào)為LM358P。電容C3的一端接集成電 路U2A的輸出端1腳以及通過電阻R10接電容C3的另一端，電容C3的另一端接集 成電路U2B的同相輸入端5腳和電位器VR2的一端，集成電路U2B的反相輸入端6 腳通過電阻R11接地并通過電阻R12接輸出端7腳、輸出端7腳接驅(qū)動(dòng)電路，電位 器VR2的可調(diào)端和另一端接地。
本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路由三極管Ql、發(fā)光二極管D3、 二極管D4、電阻R13、電 阻R14連接構(gòu)成。三極管Ql的基極通過電阻R13接集成電路U2B的輸出端7腳、 集電極接發(fā)光二極管D3的負(fù)極和二極管D4的正極并通過線圈L接15V電源正極、 鄉(xiāng)極接地，線圈L安裝在組合磁體5的線圈骨架5-2上，發(fā)光二極管D3的正極 通過電阻R14接15V電源正極，二極管D4的負(fù)極接15V電源正極。
本發(fā)明的控制器6的原理如下
光電傳感器Ul向懸纟M體1 ，光信號(hào)并接收反射回來的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)輸出到集成電路U2A的同相輸入端3腳，經(jīng)集成電路U2A放大后的信號(hào)被輸入到 移相電路，移相電路對(duì)光電傳麟U(xiǎn)l信號(hào)的相位進(jìn)行補(bǔ)償，通過調(diào)節(jié)電位器VR2 使得此處信號(hào)的相位與懸浮磁體1與光電傳感器Ul之間距離的變化相一致。移相后的信號(hào)先經(jīng)集成電路U2B進(jìn)行幅度放大，然后經(jīng)三極管Ql進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生 能夠驅(qū)動(dòng)線圈L的電流，該電M過線圈L產(chǎn)生變化的磁場，控制懸浮磁體l與光 電傳感器Ul之間的距離，使得懸浮磁體1穩(wěn)定地懸浮在平衡位置。^h控制過程 實(shí)際上是一個(gè)負(fù)反饋控制過程。 實(shí)施例2
在本實(shí)施例中，在底座4上用螺紋緊固聯(lián)樹牛固定聯(lián)蹄1個(gè)組合磁體5、 2 個(gè)永久磁體7，組合磁體5通過導(dǎo)線與控制器6和電源相連接，組合磁體5和2個(gè) 7乂久磁體7 i^J位于同—圓周上，組合磁體5與木齡卩永久磁體7之間的魏為120° ， 組合磁體5和2個(gè)永久磁體7也可不均布位于同一個(gè)圓周上，組合磁體5和永久磁 體7水平排列安裝在底座4上，組合磁體5的磁場強(qiáng)度與2個(gè)永久磁體7的磁場強(qiáng) 度相同，組合磁體5和2個(gè)7乂久磁體7指向圓心端的磁極與懸浮磁體1下端的磁極 相同，即組合磁體5和2個(gè)永久磁體7指向圓心端的磁極為N極，懸浮磁體1下端 的磁極為N極，組合磁體5和2個(gè)永久磁體7指向圓心端的磁極為S極，懸浮磁 體1下端的磁極為S極。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3
在本實(shí)施例中，在底座4上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有1個(gè)組合磁體5、 2 個(gè)永久磁體7，組合磁體5通過導(dǎo)線與控制器6和電源相連接，組合磁體5和2個(gè) 永久磁體7安驗(yàn)同一個(gè)圓周上，組合磁體5與相鄰7乂久磁體7之間的夾角為135° ， 組合磁體5和2個(gè)永久磁體7也可不均布位于同一個(gè)圓周上，組合磁體5和永久磁 體7水平排列安裝,座4上，組合磁體5的磁場強(qiáng)度與2個(gè)永久磁體7的磁場強(qiáng) 度相同，組合磁體5和2個(gè)永久磁體7背離圓心端的磁極與懸浮磁體1的磁極相反， 即組合磁體5和2個(gè)永久磁體7背離圓心端的磁極為N極，懸浮磁體1下端的磁極 為S極，組合磁體5和2個(gè)7乂久磁體7背離圓心端的磁極為S極，懸浮磁體1下端 的磁極為N極。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例4
在本以上的實(shí)施例1 3中，組合磁體5由鐵芯5-l、線圈骨架5-2 、線圈L、 2塊組合永久磁體5-3聯(lián)接構(gòu)成。在骨架內(nèi)安裝有鐵芯5-l，骨架上安裝有線圈L, 構(gòu)成電磁鐵，在鐵芯5-l的上、下端面各吸附1塊組合永久磁體5-3。其它零部件 以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1、一種電磁懸浮實(shí)驗(yàn)和演示裝置，在底座(4)上設(shè)置有磁體、控制器(6)、支柱(3)，控制器(6)通過導(dǎo)線接與電源和磁體相連接，磁體和支柱(3上端設(shè)置有上蓋(2)，在上蓋(2)以及磁體的上方懸浮有懸浮磁體(1)，其特征在于所說的磁體包括由1個(gè)電磁鐵與0～2個(gè)組合永久磁體(5-3)相互吸附連為一體的1個(gè)組合磁體(5、2)個(gè)永久磁體(7)排列在底板上，電磁鐵通過導(dǎo)線與控制器(6)相連接。
2、 按照權(quán)利要求1所述的電磁懸浮實(shí)驗(yàn)和演示裝置，其特征在于所說的組 合磁體(5)與相鄰2個(gè)永久磁體(7)排列成等腰三角形。
3、 按照權(quán)利要求1或2所述的電磁懸浮實(shí)驗(yàn)和演示裝置，其特征在于所說 的組合磁體(5)與2個(gè)永久磁體(7)的磁場強(qiáng)度相同，組合磁體(5)和2個(gè)永 久磁體(7)指向圓心端的磁極與懸浮磁體(1)下端的磁極相同、或組合磁體(5) 和2個(gè)永久磁體(7)背離圓心端的磁極與懸浮磁體(1)下端的磁極相反。
4、 按照權(quán)利要求1所述的電磁懸浮實(shí)驗(yàn)和演示裝置，其特征在于所說的控制 器(6)為檢測(cè)電路的輸出端接放大電路，放大電路的輸出端接移相電路，移相 電路的輸出端接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端接電磁鐵。
全文摘要
一種電磁懸浮實(shí)驗(yàn)和演示裝置，在底座上設(shè)置有磁體、控制器、支柱，控制器通過導(dǎo)線接與電源和磁體相連接，磁體和支柱上端設(shè)置有上蓋，在上蓋以及磁體的上方懸浮有懸浮磁體，磁體包括由1個(gè)電磁鐵與0～2個(gè)組合永久磁體相互吸附連為一體的1個(gè)組合磁體、2個(gè)永久磁體排列在底板上的同一個(gè)圓周上，電磁鐵通過導(dǎo)線與控制器相連接。本發(fā)明采用控制器對(duì)組合磁體的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，改變?cè)O(shè)置在底座上的電磁鐵和永久磁體與懸浮永磁體之間的磁力大小和方向變化，實(shí)現(xiàn)懸浮磁體的穩(wěn)定懸浮。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，可作為高等學(xué)校、中學(xué)、科技館等教學(xué)和研究單位的演示實(shí)驗(yàn)儀器。
文檔編號(hào)G09B23/18GK101483017SQ200910021158
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者楊萬民, 辛云宏, 郭建中, 郭曉丹, 鈔曦旭 申請(qǐng)人:陜西師范大學(xué)