一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于永磁电动式磁悬浮技术领域，具体涉及一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置。所述测试装置包括包括悬浮体、供所述悬浮体在垂直和水平二个维度运动的悬浮体运动支架、悬浮力及驱动力采集单元；采用环形Halbach永磁阵列，利用机械旋转运动巧妙的将电动悬浮固有磁阻力转化为装置的驱动力；利用滑动组件搭建供悬浮体二维运动的支架，能够实现装置竖直方向和水平方向的自由移动，即满足悬浮‑驱动一体化演示与力采集功能；能够实现不同悬浮高度及不同转速下的动态悬浮和悬浮力、驱动力等数据采集，可作为电动悬浮力特性研究平台，造价低廉，操作便捷。

A Rotary Integrated Test Device for Permanent Magnet Electric Suspension and Drive

【技术实现步骤摘要】
一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置
本专利技术属于永磁电动式磁悬浮
，具体涉及一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置。
技术介绍
现有永磁电动悬浮技术主要应用于磁浮列车，其技术原理基于传统板式永磁电动悬浮结构演变。现有技术中公开的一种用于永磁电动式磁悬浮列车的静态悬浮装置(CN2015106009945)，包括安装在磁浮列车上的转向架、圆柱形永磁体组合结构以及与圆柱形永磁体模块相配合的半筒状槽型导轨。装置上的四个圆柱形永磁体结构两两相对分布在转向架两侧沿，每一侧搭载一个双轴伸电机用于驱动圆柱形永磁体旋转。双轴伸电机输出轴与半筒状导槽几何中心重合，固定机构将旋转双轴伸电机固定在转向架上，其中圆柱形永磁体结构采用径向和轴向的充磁方式。电机驱动圆柱形永磁体结构旋转，磁场与半筒状槽型导轨相互作用，利用楞次定律原理，磁力线被导轨上的闭合线圈切割，从而在闭合线圈中产生感生电流，感应电流产生的感应磁场与原磁场方向相反，相互排斥产生悬浮力。此外，在永磁体结构左右偏移的情况下，排斥力的合力既表现出垂向的悬浮力，同时也表现出横向的导向力。该方案的优势在于使永磁电动式悬浮列车实现可控制的静态悬浮，打破传统低速车轮支撑高速才能悬浮的磁悬浮运行模式。但是，该方案公开的静态悬浮装置存在以下技术问题：1)采用半筒状包裹式轨道导槽结构，不利于轨道散热，需设置制冷系统，增加了系统的自重与成本。2)装置采用双轴伸电机驱动，噪音和功率较大，电机发热严重。3)未利用电动悬浮固有磁阻力，需独立安装直线电机实现驱动；4)该装置仅适用于磁悬浮列车。现有技术还公开了一种用于磁浮列车的线圈式永磁电动悬浮装置(CN2016105630459)。该装置包括列车车体、轨道以及直线电机，轨道两侧分别安装一组线圈，轨道线圈由若干沿轨道延伸方向间隔设置的零磁通线圈构成，列车车体上横向间隔与线圈相对应的双边永磁阵列，双边永磁阵列包括位于零磁通线圈以上的上部直线型Halbach阵列和位于零磁通线圈以下的下部直线型Halbach阵列，零磁通线圈与上部直线型Halbach阵列底面之间存在上部气隙，与下部直线型Halbach阵列顶面之间存在下部气隙。该方案设计满足在没有复杂控制系统的情况下，实现列车自稳定悬浮，且悬浮刚度较大，阻力和能耗较低。但是，该方案公开的线圈式永磁电动悬浮装置存在以下技术问题：1)直线型双Halbach永磁阵列包裹式结构设计复杂，车体空间利用率低，且不易维修。2)装置不能实现静态悬浮，且涡流损耗对线圈的加工精度要求较高。3)该装置采用零磁通线圈结构，需沿线敷设，设计难度大、成本较高。4)该装置仅适用于磁悬浮列车。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置。改变了传统电动磁悬浮技术受固有磁阻力制约的现状，充分利用环形Halbach永磁阵列结构特点，通过机械旋转运动将固有磁阻力巧妙转化成行进方向的驱动力，实现永磁电动悬浮系统悬浮、驱动一体化测试及演示功能。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，所述测试装置包括悬浮体、供所述悬浮体在垂直和水平二个维度运动的悬浮体运动支架、悬浮力及驱动力采集单元；所述悬浮体包括对称设置的两个环形Halbach永磁体阵列、分别用于驱动所述两个环形Halbach永磁体阵列的两个直流电机、和所述两个直流电机连接以保证两个直流电机同步转速的联轴器、用于固定安装所述两个直流电机的悬浮体支架；所述悬浮体运动支架包括测试装置基座、安装在所述测试装置基座上的水平滑轨、能够沿所述水平滑轨在水平方向往复运动的水平滑块、固定设置在所述水平滑块上的悬浮体基座、垂直固定设置在所述悬浮体基座上的垂直滑轨、能够沿所述垂直滑轨在竖直方向往复运动的垂直滑块；所述悬浮体支架固定安装在所述垂直滑块上；在所述测试装置基座的上部设置感应板底座、在所述感应板底座的上部设置感应板；所述环形Halbach永磁阵列在所述感应板上方且能够相对于所述感应板旋转，使感应板产生涡流，涡流场和永磁磁场之间产生排斥力，所述排斥力包括法向力和切向力，法向力表现为克服悬浮体自身重力的悬浮力，切向力表现为驱动悬浮体水平移动的驱动力；所述悬浮力及驱动力采集单元用于采集作用于所述悬浮体的悬浮力和驱动力。进一步地，所述悬浮力及驱动力采集单元包括悬浮力传感器和驱动力传感器；当水平滑块触碰到所述驱动力传感器，能够实现驱动力采集；当垂直滑块与悬浮力传感器接触，能够实现悬浮高度检测及悬浮力采集；通过将水平滑块固定能够测量不同悬浮高度下的悬浮力和驱动力数据。进一步地，所述环形Halbach永磁体阵列采用径向和切向的充磁方式；所述环形Halbach永磁体阵列包括铝合金轮毂和一定数量的永磁单体，所述永磁单体嵌设在所述铝合金轮毂的外沿，所述永磁单体构成四对极Halbach磁体环形阵列；所述环形Halbach永磁体阵列外沿包裹设置尼龙保护套。进一步地，所述感应板采用无磁良导体制备，具体地，无磁良导体可以采用铝、铜合金材料制备；所述感应板的厚度为：6mm～10mm；所述感应板底座采用空心铝材结构；所述感应板的表面和所述环形Halbach永磁体阵列之间的间隔，即初始悬浮高度为10mm～20mm。进一步地，所述环形Halbach永磁阵列采用直流电机驱动，采用直流电机PWM无极变速控制技术来控制转速，使两个环形Halbach永磁阵列能够持续加速或者减速以及保持恒定转速，以获取不同转速下的悬浮力和驱动力数据。进一步地，所述测试装置采用电子调速器通过脉宽调制输出三相脉冲直流驱动直流电机，实现匀速、加速、减速和制动功能。进一步地，所述测试装置还包括用于检测直流电机转速的霍尔传感器和微型磁体，所述霍尔传感器安装于悬浮支架的内侧，微型磁体安装在联轴器侧表面；所述霍尔传感器的正面与所述微型磁铁间隔3mm～5mm，能够实时检测直流电机的转速并通过数字设备实时显示。本专利技术的有益技术效果：本专利技术所述装置改变了传统电动磁悬浮技术受固有磁阻力制约的现状，充分利用环形Halbach永磁阵列结构特点，通过机械旋转运动将固有磁阻力巧妙转化成行进方向的驱动力，实现永磁电动悬浮系统悬浮、驱动一体化测试。本专利技术提供的旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置采用直线导轨与滑块模组搭建二维往复运动支架，能够实现悬浮体在竖直方向和水平方向的自由移动，将动态悬浮、驱动力测试及演示功能集一体，可视化程度高。本专利技术提供的旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置能够实现不同悬浮高度及不同相对转速下的动态悬浮和悬浮力、驱动力等数据采集，可作为电动悬浮力特性研究平台，造价低廉，操作便捷。本专利技术提供的旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置是面向新型地面交通的探索与电动悬浮基础性研究，装置采用双永磁阵列对称结构，为新概念磁悬浮交通模式提供技术储备，如磁悬浮汽车、磁悬浮列车、磁悬浮物流等。附图说明图1为本专利技术实施例中一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置结构示意图；图2为本专利技术实施例中环形Halbach永磁体阵列结构示意图；图3为本专利技术实施例中旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置控制及力采集示意图；附图标记：1.悬浮力传感器调节螺杆；2.垂直滑轨；3.三角固定支架；4.水平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，其特征在于，所述测试装置包括悬浮体、供所述悬浮体在垂直和水平二个维度运动的悬浮体运动支架、悬浮力及驱动力采集单元；所述悬浮体包括对称设置的两个环形Halbach永磁体阵列(9)、分别用于驱动所述两个环形Halbach永磁体阵列(9)的两个直流电机(14)、和所述两个直流电机(14)连接以保证两个直流电机同步转速的联轴器(13)、用于固定安装所述两个直流电机(14)的悬浮体支架(12)；所述悬浮体运动支架包括测试装置基座(7)、安装在所述测试装置基座(7)上的水平滑轨(4)、能够沿所述水平滑轨(4)在水平方向往复运动的水平滑块(8)、固定设置在所述水平滑块(8)上的悬浮体基座(10)、垂直固定设置在所述悬浮体基座(10)上的垂直滑轨(2)、能够沿所述垂直滑轨(2)在竖直方向往复运动的垂直滑块(15)；所述悬浮体支架(12)固定安装在所述垂直滑块(15)上；在所述测试装置基座(7)的上部设置感应板底座(6)、在所述感应板底座(6)的上部设置感应板(5)；所述环形Halbach永磁阵列(9)在所述感应板(5)上方且能够相对于所述感应板(5)旋转，使感应板产生涡流，涡流场和永磁磁场之间产生排斥力，所述排斥力包括法向力和切向力，法向力表现为克服悬浮体自身重力的悬浮力，切向力表现为驱动悬浮体水平移动的驱动力；所述悬浮力及驱动力采集单元用于采集作用于所述悬浮体的悬浮力和驱动力。...

【技术特征摘要】
1.一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，其特征在于，所述测试装置包括悬浮体、供所述悬浮体在垂直和水平二个维度运动的悬浮体运动支架、悬浮力及驱动力采集单元；所述悬浮体包括对称设置的两个环形Halbach永磁体阵列(9)、分别用于驱动所述两个环形Halbach永磁体阵列(9)的两个直流电机(14)、和所述两个直流电机(14)连接以保证两个直流电机同步转速的联轴器(13)、用于固定安装所述两个直流电机(14)的悬浮体支架(12)；所述悬浮体运动支架包括测试装置基座(7)、安装在所述测试装置基座(7)上的水平滑轨(4)、能够沿所述水平滑轨(4)在水平方向往复运动的水平滑块(8)、固定设置在所述水平滑块(8)上的悬浮体基座(10)、垂直固定设置在所述悬浮体基座(10)上的垂直滑轨(2)、能够沿所述垂直滑轨(2)在竖直方向往复运动的垂直滑块(15)；所述悬浮体支架(12)固定安装在所述垂直滑块(15)上；在所述测试装置基座(7)的上部设置感应板底座(6)、在所述感应板底座(6)的上部设置感应板(5)；所述环形Halbach永磁阵列(9)在所述感应板(5)上方且能够相对于所述感应板(5)旋转，使感应板产生涡流，涡流场和永磁磁场之间产生排斥力，所述排斥力包括法向力和切向力，法向力表现为克服悬浮体自身重力的悬浮力，切向力表现为驱动悬浮体水平移动的驱动力；所述悬浮力及驱动力采集单元用于采集作用于所述悬浮体的悬浮力和驱动力。2.根据权利要求1所述一种旋转式永磁电动悬浮、驱动一体化测试装置，其特征在于，所述悬浮力及驱动力采集单元包括悬浮力传感器(16)和驱动力传感器(11)；当水平滑块(8)触碰到所述驱动力传感器(11)，能够实现驱动力采集；当垂直滑块(15)与悬浮力传感器(16)接触，能够实现悬浮高度检测及悬浮力采...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓自刚，张帅，金利安，张泽，赵景忠，桑晓晨，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51