一種磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構的製作方法
2023-05-28 00:29:41 1
專利名稱：一種磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及磁懸浮技術領域，尤其涉及一種磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構。
背景技術：
無論主懸浮磁鐵是處於懸浮裝置上方還是下方，磁懸浮系統中浮體的懸浮都是通過浮體總重量P與浮體所受磁力F的平衡(P = F)實現的。而為了實現對浮體旋轉的有效控制及懸浮任意物體之目的，則提出了如下要求其一，是主懸浮磁鐵與磁鐵旋轉位置的標識及旋轉驅動的對象必須為一體，從而擺脫依靠被浮體的結構來安裝標識及被驅動對象， 從而實現懸浮任意物品的訴求；其二，是對主懸磁鐵旋轉位置的檢測，要避免懸浮主電磁線圈磁場的影響，避免主懸浮磁鐵強烈的磁場幹擾；其三，是對主懸浮磁鐵旋轉的控制必須遵循節能高效、力道平順，最終使主懸浮磁鐵得到的合力僅為正(反)向旋轉的驅動力。依照上述訴求，可以發現現有技術並沒有提出完全可行的解決方案，茲舉例分析如下。例如，申請號為「99252312. 5」的中國發明專利在於將浮體旋轉的檢測控制機構設置存在浮體(產品)的底部，以減少主懸浮電磁鐵線圈及磁鐵對旋轉測控系統的幹擾。但不難發現，當被懸浮產品的外型尺寸趨向於扁平時，主懸浮磁鐵及控制線圈對旋轉定位檢測及旋轉驅動的幹擾已經強烈影響兩者正常工作。再如，申請號為「200510061478. 6」的發明專利試圖通過懸浮體來實現主懸浮磁鐵與旋轉作用磁鐵的一體化，但為減少相互幹擾以實現旋轉位置檢測的需要，不得不在平面上拉開主懸浮磁鐵線圈與旋轉驅動電磁鐵及旋轉位置磁傳感器之間的距離，同時在磁浮體的平面上拉開主懸浮磁鐵與兩個被驅動旋轉磁鐵之間的距離。因此，該發明無法實現懸浮任意體積形狀的產品。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，可精準地有效控制浮體旋轉。為解決上述技術問題，本實用新型所提供的技術方案是一種磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，該磁懸浮裝置包括主電磁線圈和浮體，所述浮體設置含永磁材料的主懸浮磁鐵，包括至少一個紅外反射式光電位置檢測系統，它的紅外發射元件和紅外接收元件安裝於所述主電磁線圈的支架上，並朝向所述主懸浮磁鐵的第一端面；至少一個紅外定位標記，設置在所述主懸浮磁鐵的第一端面上，在所述主懸浮磁鐵旋轉到特定角度時可正對所述紅外反射式光電位置檢測系統的紅外發射元件和紅外接收元件；至少一對旋轉小磁鐵，軸對稱地設置在所述主懸浮磁鐵的第一端面上；[0011 ] 至少一對驅動電磁鐵，軸對稱地設置在所述主電磁線圈的支架上，並朝向所述主懸浮磁鐵的第一端面；並且，所述驅動電磁鐵到懸浮裝置對稱軸的距離與所述旋轉小磁鐵到懸浮裝置對稱軸的距離相等。較優地，所述紅外發射元件和紅外接收元件的安裝位置正對所述主懸浮磁鐵的第一端面的反射面邊緣。較優地，包括兩個紅外反射式光電位置檢測系統，兩者等半徑且相間約90°安裝。較優地，所述紅外發射元件為紅外二極體，所述紅外接收元件為紅外三極體，所述紅外發射二極體及所述紅外接收三極體加有幹擾隔離罩，控制發射及接收的角度。較優地，所述紅外定位標記為設置於一標示板上的刻度線，所述標示板設置於所述主懸浮磁鐵的第一端面上。較優地，所述旋轉小磁鐵通過固定支架緊貼安裝於所述主懸浮磁鐵的第一端面上。較優地，所述旋轉小磁鐵安裝於所述主懸浮磁鐵的第一端面接近外延壁面的位置上。較優地，包括兩對旋轉小磁鐵，等間隔90°地均勻分布在所述所述主懸浮磁鐵的
第一端面上。較優地，相鄰旋轉小磁鐵的極性相反設置。較優地，所述主電磁線圈設置懸浮距離自動控制系統。與現有技術相比，本實用新型的核心是，通過紅外反射式光電位置檢測系統檢測主懸浮磁鐵的旋轉角度，不受電磁幹擾影響，可保證主懸浮磁鐵空間旋轉角度定位準確；同時，在主電磁線圈支架對稱地上安裝驅動電磁鐵，在主懸浮磁鐵上對稱地安裝旋轉小磁鐵， 加上主懸浮磁鐵浮距自動控制系統的作用，保證主懸浮磁鐵只收到正(反)向旋轉合力，確保主懸浮磁鐵旋轉平穩也即浮體旋轉平穩；此外，將主懸浮磁鐵、紅外光電定位標記及旋轉小磁鐵整合於一體，產生出一個不依賴浮體的結構，有助於懸浮任意形狀物品。
圖IA為本實用新型磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構實施例一的縱向剖面示意圖；圖IB為圖IA的F向視圖；圖IC為圖IA的G向視圖；圖2A為本實用新型磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構實施例二的縱向剖面示意圖；圖2B為圖2A的F向視圖；圖2C為圖2A的G向視圖；圖3A為本實用新型磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構實施例三的縱向剖面示意圖；圖:3B為圖3A的G向視圖；圖3C為圖3A的F向視圖。
具體實施方式
本實用新型的核心是，通過紅外反射式光電位置檢測系統檢測主懸浮磁鐵的旋轉角度，保證主懸浮磁鐵空間旋轉角度定位準確；在主電磁線圈支架對稱地上安裝驅動電磁鐵，在主懸浮磁鐵上對稱地安裝旋轉小磁鐵，保證主懸浮磁鐵也即浮體旋轉平穩。為了使本領域的技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。同時參見圖1A、圖1B、圖1C，表示一種下懸浮裝置(主懸浮磁鐵位於主控制機構下方)的浮體旋轉控制機構結構，其中的主電磁線圈1、導磁鐵芯2、懸浮距離傳感器3、浮體 5、主懸浮磁鐵11的設置與現有的磁懸浮裝置相同。而為了有效地實現浮體5的旋轉控制， 需注意以下問題首先，要實現穩定可靠地對主懸浮磁鐵11空間角度的定位檢測。主懸浮磁鐵11 的磁場強度非常大，影響範圍非常廣；同時，加之主懸浮磁鐵11距離控制主電磁線圈1比較近，主電磁線圈1也會產生巨大的變化磁場；因此，不適宜採用磁場感應的方法即通過磁電傳感器來檢測浮體5的旋轉角度，否則只能是事倍功半。其次，浮體5的旋轉控制必須遵循節能高效、力道平順的原則。主懸浮磁鐵11設置於浮體的上端面，由於主懸浮磁鐵浮距自控系統的作用，使主懸浮磁鐵11得到的合力僅為正(反)向旋轉的驅動力，最終保證浮體5旋轉平穩。再次，是主懸浮磁鐵11上的旋轉小磁鐵6安裝要合適，不能過分依賴於浮體5的結構，從而實現懸浮任意物品的要求。參見圖IB所示F向視圖、圖IC所示G向視圖，表示用紅外反射式光電位置檢測系統檢測主懸浮磁鐵4的定位方法，其中一對或兩對紅外發射接收二極體8、紅外接收三極體7 (或其它紅外元件)安裝在主懸浮磁鐵4上端面垂直的上方，其半徑大約在主懸浮磁鐵4反射面的邊沿附近，標示板表面刻蝕或噴塗有反差極大的紅外定位標記用黑白刻度線 10。紅外發射二極體8、紅外接收三極體7加有幹擾隔離罩，用以控制發射及接收的角度。 當紅外線由發射管垂直照射到刻度線10時，因反射率的極大差異，使紅外接收三極體7輸出二值化的標記界限信號，從而在1. 5cm 4cm的可能磁鐵懸浮距離內，紅外反射式光電位置檢測系統能準確區分出刻度線10的位置變化，從而實現對主懸浮磁鐵11的旋轉角度定位，也就是實現了浮體5的定位。當適當增加刻度線10的等分數量時，便可提高主懸浮磁鐵11的旋轉定位精度。主懸浮磁鐵11的旋轉控制方案是將一對磁能積遠較主懸浮磁鐵11小的旋轉小磁鐵6按軸對稱方式安裝在主懸浮磁鐵11上端面，具體通過固定支架9緊貼安裝在主懸浮磁鐵11上端面的兩側，並成為一個整體；在旋轉小磁鐵6相同直徑的上方，垂直設置有兩組旋轉驅動電磁鐵4。工作時，驅動電磁鐵4所產生磁力的方向或吸或拉指向兩顆旋轉小磁鐵 6，當光電發射接收檢測定位系統檢測到小磁鐵6靠近兩電磁鐵後，驅動電磁鐵4通過拉或推使旋轉小磁鐵6繞軸旋轉；由於旋轉驅動電磁鐵4及旋轉小磁鐵6的對稱設計，旋轉驅動電磁鐵4的線圈通電時對浮體5所產生的軸向吸力或推力都會被主懸浮電磁鐵11的浮距自動控制機構平穩吸收，因而旋轉驅動電磁鐵4僅對主懸浮磁鐵11產生旋轉推力。同時參見圖2A、圖2B、圖2C，為本實用新型另一種下懸浮裝置的應用案例。兩對極性各異的旋轉小磁鐵6按間隔90°均勻分布在主懸浮磁鐵11的外沿壁面上。旋轉驅動電磁鐵4通電時對相鄰兩隻旋轉小磁鐵6中的一隻施加的是吸力，另一隻施加的是推力。使用兩組旋轉小磁鐵6的方案較使用一組旋轉小磁鐵6的方案性能更佳一方面， 使驅動電磁鐵4對旋轉小磁鐵6的作用力時間增長，作用力變平穩；另一方面，也減少驅動電磁鐵4的能耗，提高了旋轉驅動的效率。相應地，本實施例中使用A、B兩套紅外反射式光電磁浮體旋轉位置檢測系統，兩者等半徑且相間約90°安裝。通過檢測主懸浮磁鐵11經過A、B兩個檢測系統的順序來出判斷主懸浮磁鐵11的旋轉方向，進而實現旋轉方向的任意控制。同時參見圖3A、圖3B、圖3C，為本實用新型實施例三的結構示意圖，它表示一種上懸浮裝置的浮體旋轉控制機構的應用實例。它的特點在於浮體5設置在主電磁線圈1的上方，其它與實施例一、實施例二相同，不再贅述。以上實施例中，由於將主懸浮磁鐵11、紅外光電定位標記及旋轉小磁鐵6整合於一體，滿足了設計訴求一的要求，從而產生出一個不依賴整個懸浮體結構，為便於主懸浮磁鐵11與浮體5聯接的一個實用方案。以上對本實用新型所進行了詳細介紹，文中應用具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下， 還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護範圍內。
權利要求1.一種磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，該磁懸浮裝置包括主電磁線圈和浮體，所述浮體設置含永磁材料的主懸浮磁鐵，其特徵在於，包括至少一個紅外反射式光電位置檢測系統，它的紅外發射元件和紅外接收元件安裝於所述主電磁線圈的支架上，並朝向所述主懸浮磁鐵的第一端面；至少一個紅外定位標記，設置在所述主懸浮磁鐵的第一端面上，在所述主懸浮磁鐵旋轉到特定角度時可正對所述紅外反射式光電位置檢測系統的紅外發射元件和紅外接收元件；至少一對旋轉小磁鐵，軸對稱地設置在所述主懸浮磁鐵的第一端面上；至少一對驅動電磁鐵，軸對稱地設置在所述主電磁線圈的支架上，並朝向所述主懸浮磁鐵的第一端面；並且，所述驅動電磁鐵到懸浮裝置對稱軸的距離與所述旋轉小磁鐵到懸浮裝置對稱軸的距離相等。
2.如權利要求1所述的磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，其特徵在於，所述紅外發射元件和紅外接收元件的安裝位置正對所述主懸浮磁鐵的第一端面的反射面邊緣。
3.如權利要求1所述的磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，其特徵在於，包括兩套紅外反射式光電位置檢測系統，兩者等半徑且相間約90°安裝。
4.如權利要求1所述的磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，其特徵在於，所述紅外發射元件為紅外發射二極體，所述紅外接收元件為紅外接收三極體，所述紅外發射二極體及所述紅外接收三極體加有幹擾隔離罩，控制發射及接收的角度。
5.如權利要求1所述的磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，其特徵在於，所述紅外定位標記為設置於一標示板上的刻度線，所述標示板設置於所述主懸浮磁鐵的第一端面上。
6.如權利要求1所述的磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，其特徵在於，所述旋轉小磁鐵通過固定支架緊貼安裝於所述主懸浮磁鐵的第一端面上。
7.如權利要求1所述的磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，其特徵在於，所述旋轉小磁鐵安裝於所述主懸浮磁鐵的第一端面接近外延壁面的位置上。
8.如權利要求1所述的磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，其特徵在於，包括兩對旋轉小磁鐵，等間隔90°地均勻分布在所述所述主懸浮磁鐵的第一端面上。
9.如權利要求8所述的磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，其特徵在於，相鄰旋轉小磁鐵的極性相反設置。
10.如權利要求1 9任一項所述的磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，其特徵在於，所述主電磁線圈設置懸浮距離自動控制系統。
專利摘要本實用新型公開一種磁懸浮裝置的浮體旋轉控制機構，包括至少一個紅外反射式光電位置檢測系統，它的紅外發射元件和紅外接收元件安裝於主電磁線圈的支架上，並朝向主懸浮磁鐵的第一端面；至少一個紅外定位標記，設置在主懸浮磁鐵的第一端面上，在主懸浮磁鐵旋轉到特定角度時可正對紅外反射式光電位置檢測系統的紅外發射元件和紅外接收元件；至少一對旋轉小磁鐵，軸對稱地設置在主懸浮磁鐵的第一端面上；至少一對驅動電磁鐵，軸對稱地設置在主電磁線圈的支架上，並朝向主懸浮磁鐵的第一端面；並且，驅動電磁鐵到懸浮裝置對稱軸的距離與旋轉小磁鐵到懸浮裝置對稱軸的距離相等。
文檔編號H02N15/00GK202004697SQ20112000472
公開日2011年10月5日 申請日期2011年1月9日 優先權日2011年1月9日
發明者朱石雄 申請人:朱石雄