專利名稱：一種下托型磁懸浮裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及磁懸浮裝置技術領域，更具體地說，是涉及一種下托型磁懸浮裝置。
背景技術：
現(xiàn)有技術中的下托型磁懸浮裝置通常包括磁性底座和懸浮體，所述磁性底座內設置有電磁鐵，并采用線性放大器驅動。這種結構方式的磁懸浮裝置存在以下缺陷在手動放置懸浮體的過程中，驅動元器件會急劇升溫，因此現(xiàn)有技術中的磁懸浮裝置通常需要安裝散熱器，而散熱器的設置不利于裝置的小型化，同時也會帶來生產(chǎn)成本的增加以及生產(chǎn)效率的下降。而且，所述懸浮體也難以保證永久旋轉。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種結構簡單的下托型磁懸浮裝置。為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是提供一種下托型磁懸浮裝置，包括懸浮體部分和底座部分，所述懸浮體部分包括懸浮體以及水平固定于所述懸浮體的懸浮永磁體，所述懸浮永磁體的磁極上下朝向；所述底座部分包括底座、環(huán)形永磁體、位移傳感器組件、電磁鐵組件以及控制電路，所述環(huán)形永磁體、位移傳感器組件、電磁鐵組件以及控制電路均固定于所述底座；所述環(huán)形永磁體水平設置，所述環(huán)形永磁體上表面的磁極與所述懸浮永磁體下表面的磁極相異；所述位移傳感器組件包括至少兩個位移傳感器，檢測所述懸浮體在水平面方向兩個維度的位移；所述電磁鐵組件包括至少兩個電磁鐵，控制所述懸浮體在水平面方向兩個維度的位移；所述控制電路與所述位移傳感器、電磁鐵連接，并根據(jù)所述位移傳感器檢測到的所述懸浮體的位移，來控制所述電磁鐵的磁場，使所述懸浮體穩(wěn)定懸浮于所述環(huán)形永磁體的上方；所述控制電路通過PWM信號驅動所述電磁鐵組件。進一步地，所述位移傳感器組件包括兩個位移傳感器，均為霍爾傳感器。更進一步地，所述兩個位移傳感器分別為檢測X軸方向磁場的X位移傳感器，以及檢測Y軸方向磁場的Y位移傳感器。再進一步地，所述X位移傳感器位于Y軸上，所述Y位移傳感器位于X軸上，所述兩個位移傳感器緊靠在所述環(huán)形永磁體的中心位置。進一步地，所述電磁鐵組件包括四個電磁鐵，所述四個電磁鐵分為兩組，均豎直設置于同一水平面上，且以環(huán)形永磁體的中軸線為中心，均勻對稱分布于環(huán)形永磁體內，同組的兩個電磁鐵磁極方向相反。進一步地，所述控制電路包括位移檢測電路、位移控制電路以及電磁鐵驅動電路， 其中，位移控制電路為單片機電路，并輸出PWM控制信號到電磁鐵驅動電路；位移檢測電路接收位移傳感器的檢測信號，對該信號處理后輸出到單片機；電磁鐵驅動電路的輸出端與電磁鐵連接。更進一步地，所述電磁鐵驅動電路是具有使能控制端的H橋驅動電路。進一步地，所述懸浮體為球體。進一步地，所述懸浮永磁體是圓柱形永磁體。與現(xiàn)有技術相比較，本實用新型有效解決了現(xiàn)有技術中電磁鐵驅動元器件發(fā)熱大的問題，因此不需安裝散熱器，從而縮小了電路體積，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，此外，本實用新型的懸浮體可永久旋轉。

圖1是本實用新型一較佳實施例的縱向剖視示意圖；圖2是圖1所示實施例中底座部分的俯視示意圖；圖3是圖1所示實施例的電路組成框圖；圖4是圖1所示實施例的電路原理圖；圖5是圖1所示實施例中懸浮體重心運動軌跡圖。
具體實施方式
為了使本實用新型所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖1及圖2，為本實用新型下托型磁懸浮裝置的一較佳實施例，所述下托型磁懸浮裝置包括懸浮體部分以及底座部分，所述懸浮體部分包括懸浮體10以及水平固定于所述懸浮體10底部的懸浮永磁體11。所述底座部分包括底座20、環(huán)形永磁體21、位移傳感器組件、電磁鐵組件以及控制電路22。所述環(huán)形永磁體21、位移傳感器組件、電磁鐵組件以及控制電路22均固定于所述底座20。懸浮體10是中空的球體，也可以是廣告品、佛像或其它藝術造型體。懸浮永磁體 11是圓柱形永磁體，其磁極上下朝向。環(huán)形永磁體21水平設置，其直徑比懸浮永磁體11 的直徑大，其上表面的磁極與懸浮永磁體11下表面的磁極相異。由于在環(huán)形永磁體的磁路中，其中心的磁力線方向與其平面上的磁力線方向相反，因此，將懸浮體10置于環(huán)形永磁體21中心上方的某個位置時，兩者之間存在斥力，該斥力使懸浮體10能夠克服重力，懸浮于底座20上方，且不易翻轉，即懸浮體10在底座20上方有一個平衡點。但是，該平衡點是個非穩(wěn)定平衡點，因此需要控制電路22來保證懸浮體10的穩(wěn)定懸浮。位移傳感器組件包括位移傳感器SX和SY (即下述X位移傳感器和Y位移傳感器)， 均為霍爾傳感器。X位移傳感器位于Y軸上，檢測X軸方向磁場，Y位移傳感器位于X軸上， 檢測Y軸方向磁場，兩個位移傳感器緊靠在環(huán)形永磁體21的中心位置。位移傳感器組件通過檢測水平方向的磁場來檢測懸浮體10在水平面上兩個維度的位移。
4[0030]電磁鐵組件包括電磁鐵Ll L4，四個電磁鐵分為兩組，均豎直設置于同一水平面上，且以環(huán)形永磁體21的中軸線為中心，均勻對稱分布于環(huán)形永磁體21內。同組的兩個電磁鐵磁極方向相反。其中，電磁鐵Ll和L2為一組，控制懸浮體10在X軸方向的位移，電磁鐵L3和L4為一組，控制懸浮體10在Y軸方向的位移。控制電路22與位移傳感器SX SY、電磁鐵Ll L4連接，該控制電路根據(jù)位移傳感器SX SY檢測到的懸浮體10的位移，來控制電磁鐵Ll L4的磁場，使懸浮體10能夠穩(wěn)定地懸浮于環(huán)形永磁體21的上方?？刂齐娐?2包括位移檢測電路、位移控制電路以及電磁鐵驅動電路，其中，位移控制電路為單片機電路，該單片機通過編程實現(xiàn)PID(比例、積分、微分)控制，輸出PWM(脈寬調制)控制信號到電磁鐵驅動電路。下面以X軸的控制為例說明，電路組成框圖如圖3所示，電路原理圖如圖4所示， 位移檢測電路31接收位移傳感器SX的檢測信號，對該信號處理后輸出到單片機32的ADC 輸入端，單片機32通過該信號判斷出懸浮體10在X軸的移動情況，并計算出控制量，輸出 PWM控制信號到電磁鐵驅動電路33，使電磁鐵Ll L2對懸浮永磁體11產(chǎn)生牽引力，在懸浮體10偏離中心位置時，能將其拉回并穩(wěn)定懸浮在中心位置上。位移檢測電路31是反相放大電路，其中可調電阻Rl用于調整懸浮體10懸浮時的中心位置。單片機32內部集成了時鐘電路、復位電路、ADC模數(shù)轉換器、PWM信號發(fā)生器等硬件資源，在圖3中未畫出其它引腳。電磁鐵驅動電路33是具有使能控制端的H橋驅動電路，同組的兩個電磁鐵Ll L2串聯(lián)與該H橋驅動電路連接。當單片機32的A腳輸出高電平，B腳輸出低電平時，電磁鐵驅動電路33的輸出端M保持為低電平，輸出端N則輸出PWM波形，電磁鐵Ll L2的電流方向為N — M。反之，當單片機32的A腳輸出低電平，B腳輸出高電平時，電磁鐵驅動電路33的輸出端M輸出PWM波形，輸出端N則保持為低電平，電磁鐵Ll L2的電流方向為 M — N。因此，單片機32可通過A腳和B腳控制電磁鐵Ll L2對懸浮體10的牽引力的方向，通過PWM信號的占空比控制電磁鐵Ll L2對懸浮體10的牽引力的大小。由于驅動三極管Q3 Q6工作于截止區(qū)或飽和區(qū)，因此發(fā)熱很小，不需要安裝散熱器。手動將懸浮體10放置在底座20上方后，當懸浮體10靜止懸浮時，通過調整位移檢測電路中可調電阻和單片機程序控制，可以將懸浮體10的重心調整在環(huán)形永磁體21的中軸線上，即X-Y坐標原點。當懸浮體10以豎向中軸線為軸心做水平旋轉時，通過位移傳感器SX和SY可以檢測到，懸浮體10的重心會圍繞X-Y坐標原點做圓周運動，其運動軌跡如圖5所示。因此，只要單片機32根據(jù)該重心運動軌跡，通過電磁鐵Ll L4同步施以相應的牽引力，即可使懸浮體10保持旋轉。例如在K點，電磁鐵Ll L4在使懸浮體10保持穩(wěn)定懸浮的同時，再施以F方向的牽引力，就能使懸浮體10克服空氣阻力，永久保持旋轉狀態(tài)。懸浮體10的旋轉方向隨機，也可通過手動向左或向右撥轉來改變，懸浮體10的旋轉速度可由單片機32控制。通過本實施例分析可知，環(huán)形永磁體21用于為懸浮體10提供斥力，且使懸浮體 10不易翻轉，因此，可以采用三個以上永磁體均勻分布在中軸線周圍，形成環(huán)形，代替環(huán)形永磁體21。電磁鐵Ll L4用于控制懸浮體10在水平面上兩個維度的位移，因此，最少可使用兩個電磁鐵，如電磁鐵Ll和L3，豎直或水平設置，對懸浮體10的位移進行控制，也能夠使其懸浮在設定的平衡點上。如果將底座20以一定角度傾斜，懸浮體10在電路的控制下也可以保持穩(wěn)定懸浮。懸浮永磁體11可固定于懸浮體10內部，也可固定于懸浮體10外部，或者將懸浮體10直接放置于懸浮永磁體11上。環(huán)形永磁體、位移傳感器組件和電磁鐵
組件可固定于控制電路的電路板上，而將電路板固定于底座，因此，上述的固定均為相對而 、
曰ο 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種下托型磁懸浮裝置，包括懸浮體部分和底座部分，其特征在于所述懸浮體部分包括懸浮體以及水平固定于所述懸浮體的懸浮永磁體，所述懸浮永磁體的磁極上下朝向；所述底座部分包括底座、環(huán)形永磁體、位移傳感器組件、電磁鐵組件以及控制電路，所述環(huán)形永磁體、位移傳感器組件、電磁鐵組件以及控制電路均固定于所述底座；所述環(huán)形永磁體水平設置，所述環(huán)形永磁體上表面的磁極與所述懸浮永磁體下表面的磁極相異；所述位移傳感器組件包括至少兩個位移傳感器，檢測所述懸浮體在水平面方向兩個維度的位移；所述電磁鐵組件包括至少兩個電磁鐵，控制所述懸浮體在水平面方向兩個維度的位移；所述控制電路與所述位移傳感器、電磁鐵連接，并根據(jù)所述位移傳感器檢測到的所述懸浮體的位移，來控制所述電磁鐵的磁場，使所述懸浮體穩(wěn)定懸浮于所述環(huán)形永磁體的上方；所述控制電路通過PWM信號驅動所述電磁鐵組件。
2.如權利要求1所述的下托型磁懸浮裝置，其特征在于，所述位移傳感器組件包括兩個位移傳感器，均為霍爾傳感器。
3.如權利要求2所述的下托型磁懸浮裝置，其特征在于，所述兩個位移傳感器分別為檢測X軸方向磁場的X位移傳感器，以及檢測Y軸方向磁場的Y位移傳感器。
4.如權利要求3所述的下托型磁懸浮裝置，其特征在于，所述X位移傳感器位于Y軸上，所述Y位移傳感器位于X軸上，所述兩個位移傳感器緊靠在所述環(huán)形永磁體的中心位置。
5.如權利要求1所述的下托型磁懸浮裝置，其特征在于，所述電磁鐵組件包括四個電磁鐵，所述四個電磁鐵分為兩組，均豎直設置于同一水平面上，且以環(huán)形永磁體的中軸線為中心，均勻對稱分布于環(huán)形永磁體內，同組的兩個電磁鐵磁極方向相反。
6.如權利要求1所述的下托型磁懸浮裝置，其特征在于，所述控制電路包括位移檢測電路、位移控制電路以及電磁鐵驅動電路，其中，位移控制電路為單片機電路，并輸出PWM 控制信號到電磁鐵驅動電路；位移檢測電路接收位移傳感器的檢測信號，對該信號處理后輸出到單片機；電磁鐵驅動電路的輸出端與電磁鐵連接。
7.如權利要求6所述的下托型磁懸浮裝置，其特征在于，所述電磁鐵驅動電路是具有使能控制端的H橋驅動電路。
8.如權利要求1所述的下托型磁懸浮裝置，其特征在于，所述懸浮體為球體。
9.如權利要求1所述的下托型磁懸浮裝置，其特征在于，所述懸浮永磁體是圓柱形永磁體。
專利摘要本實用新型公開了一種下托型磁懸浮裝置，包括懸浮體部分和底座部分，所述懸浮體部分包括懸浮體以及水平固定于所述懸浮體的懸浮永磁體，所述懸浮永磁體的磁極上下朝向，所述底座部分包括底座以及固定于所述底座的環(huán)形永磁體、位移傳感器組件、電磁鐵組件和控制電路；所述位移傳感器組件和電磁鐵組件分別用于檢測和控制懸浮體在水平面方向兩個維度的位移；所述控制電路通過PWM信號驅動所述電磁鐵組件。與現(xiàn)有技術相比較，本實用新型有效解決了現(xiàn)有技術中電磁鐵驅動元器件發(fā)熱大的問題，因此不需安裝散熱器，從而縮小了電路體積，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本；懸浮體還可做永久旋轉。本裝置可用于工藝品展示等。
文檔編號H02N15/00GK202103611SQ201120192790
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權日2011年6月9日
發(fā)明者黃培雄 申請人:黃培雄