一种基于磁悬浮技术的抬升装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于高端装备制造领域与机械设计领域，具体地说，是一种基于磁悬浮技术的抬升装置，由一个环形永磁体构成主磁场，环形永磁体上方设置有4个主线圈，设定为线圈一至四，环形永磁体上缠绕有线圈五，线圈一的出线端与线圈二的出线端相连，线圈三的出线端与线圈四的出线端相连，还设置有三个驱动芯片，设定为驱动芯片一至三，驱动芯片一连接在线圈一和线圈二构成的回路上，驱动芯片二连接在线圈三与线圈四构成的回路上，驱动芯片三连接在线圈五的回路上，还设置有主控模块，主控模块与驱动芯片一至三相连，还设置有电源、浮子、五个霍尔元件和放大器。

A lifting device based on magnetic suspension technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁悬浮技术的抬升装置
本专利技术属于高端装备制造领域与机械设计领域，具体地说，是一种基于磁悬浮技术的抬升装置，包括该装置的硬件与软件设计。
技术介绍
抬升重物的装置是生产、制造、生活中必不可少的重要设备。现在主要的抬升装置有以下方案：(1)机械抬升装置机械抬升装置应用杠杆原理抬升重物，此外机械抬升装置大多数设计有锁紧齿轮。机械抬升装置结构简单、使用便捷，结合电动机可以节省人力。但是机械抬升装置不适用重载设备的抬升，此外金属传动与锁紧齿轮容易被磨损。(2)滑轮抬升装置滑轮抬升装置历史悠久，其采用滑轮的组合延长力臂减小抬升力。滑轮抬升装置结构复杂、需要吊装，结合电动机可以节省人力。但是滑轮抬升装置需要的安装空间较大。(3)液压抬升装置液压抬升装置应用液体压强抬升重物。液压抬升装置体积较小、结构简单、结合电动机可以节省人力。但是液压抬升装置抬升定位不精确，液压管壁易损会造成漏液。(4)电气抬升装置目前市场没有单独的电气抬升装置，但是电动机可以结合上述三种抬升装置极大的节省人力。表1现在现有抬升装置的优缺点对比由表1可见，机械抬升装置结构简单，但是容易磨损，可靠性较差，一般用于轻载抬升，常见案例：千斤顶；滑轮抬升装置结构复杂，但是可靠性较好，经过设计后可以抬升较重的货物，此外滑轮抬升装置需要较大的安装空间，常见案例：龙门吊；液压抬升装置需要有液压泵，结构并不复杂，体积较小，但是液压抬升装置容易出现漏液故障问题，此外随着抬升负载的变化，液位沉降不同，液压抬升装置与上两种装置相比精度较低。现有的三种抬升装置都可以结合电动机使其电气化，电气化后的抬升装置可以极大得节省人力。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术设计一种基于磁悬浮技术的抬升装置，这种装置响应快速、采用模块化设计思路、单个模块结构简单、整体系统易于快速检修、装置体积小巧。本专利技术采用的具体技术方案如下：一种基于磁悬浮技术的抬升装置，由一个环形永磁体或电磁铁构成主磁场，环形永磁体或电磁铁的上方设置有4个主线圈，设定为线圈一、线圈二、线圈三、线圈四，环形永磁体或电磁铁上缠绕有线圈五，线圈一至线圈五逆时针绕制而成，线圈一的出线端与线圈二的出线端相连，线圈三的出线端与线圈四的出线端相连，还设置有三个驱动芯片，设定为驱动芯片一、驱动芯片二、驱动芯片三，驱动芯片一连接在线圈一和线圈二构成的回路上，驱动芯片二连接在线圈三与线圈四构成的回路上，驱动芯片三连接在线圈五的回路上，还设置有主控模块，主控模块与驱动芯片一、驱动芯片二和芯片三相连，还设置有电源、浮子、五个霍尔元件和放大器，电源为驱动芯片和主控模块提供电力支持，浮子采用永磁材料制成用来放置重物，霍尔元件设置在线圈一至线圈四的中间位置和中间高度位置上，分别与线圈一至线圈五相连，放大器设置在霍尔元件和控制模块之间。本专利技术的进一步改进，驱动芯片采用高压、大电流驱动芯片L298N，主控模块采用Arduino单片机，放大器采用LM324放大器构建差分放大电路，霍尔元件采用源线性霍尔传感器AH49E，浮子的数量为若干个，放置在线圈一至线圈五的上方。在本专利技术中，抬升装置包含抬升永磁体，控制线圈1-5，其中控制线圈5绕制在抬升永磁体，用以提供抬升所需的磁力，通过控制线圈5的电流可以控制抬升的高度。控制线圈1-4，用以控制浮子的xy轴向移动及抑制绕xy轴的旋转角度θx、θy。控制模块根据计算实时生成PWM控制量，输出电流控制线圈1-5；抬升装置模块具有5个可独立控制的线圈1-5，用以控制浮子在xyz轴的位移量x、y、z，及绕xy轴的旋转角度θx、θy。霍尔传感器模块采用补偿差动设计。并排反向安装的线性霍尔传感器检测浮子轴向两端的变化量，差动计算浮子的轴向位置。相比单线性霍尔传感器设计，精度极大提升。本专利选择Arduino单片机，大电流驱动芯片L298N，有源线性霍尔传感器AH49E，LM324放大器设计了具体控制电流。本专利根据电学、力学公式，对悬浮控制浮子进行了数学建模，并根据平动、转动状态构建了其矩阵控制方程；根据其矩阵控制方程，设计其自适应反演控制器，并证明了所设计控制器的李雅普诺夫稳定性稳定性。本专利技术的进一步改进，设计了磁悬浮抬升装置的软件程序，其包括：主函数，ADC采样函数，PWM驱动输出函数。本专利技术的进一步改进，设计了分散型抬升浮子托盘，其使得重物重心处于水平线上，可以稳定抬升形状不规则物体或者重心偏上的物体。本专利技术的有益效果：①与上述三种现行主流方案相比，磁悬浮技术采用电能产生磁场托举或吸附永磁体制作的运载托盘，其具有体积小、结构简单、效率高等优点；②本专利所述的基于磁悬浮技术的抬升装置是一种模块化设备，整体系统易于快速检修；③相比整体式抬升托盘，本专利中采用分散式托盘设计，每个托盘都具有一个永磁体，励磁绕组可以单独控制每一个永磁体，即分散式托盘每个托盘不一定在同一水平线，因此适合抬升形状、重心不规则物品。附图说明图1磁悬浮抬升装置单元模块原理图；图2控制线圈绕制图；图3X轴负方向偏离的浮子所受力矩图；图4X轴正方向偏离的浮子所受力矩图；图5悬浮浮子受力分析图；图6霍尔传感器的安装位置；图7磁悬浮模块硬件拓扑图；图8差分放大原理图；图9驱动电路原理图；图10传感器电路原理图；图11浮子绕x轴旋转扰动示意图；图12基于自适应反演控制器的磁悬浮控制系统；图13主程序设计流程图；图14ADC采集程序设计流程图；图15PWM波输出程序设计流程图；图16分散型抬升浮子示意图。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不对本专利技术的保护范围构成限定。实施例：一种基于磁悬浮技术的抬升装置，由一个环形永磁体或电磁铁构成主磁场，环形永磁体或电磁铁的上方设置有4个主线圈，设定为线圈一、线圈二、线圈三、线圈四，环形永磁体或电磁铁上缠绕有线圈五，线圈一至线圈五逆时针绕制而成，线圈一的出线端与线圈二的出线端相连，线圈三的出线端与线圈四的出线端相连，还设置有三个驱动芯片，设定为驱动芯片一、驱动芯片二、驱动芯片三，驱动芯片一连接在线圈一和线圈二构成的回路上，驱动芯片二连接在线圈三与线圈四构成的回路上，驱动芯片三连接在线圈五的回路上，还设置有主控模块，主控模块与驱动芯片一、驱动芯片二和芯片三相连，还设置有电源、浮子、五个霍尔元件和放大器，电源为驱动芯片和主控模块提供电力支持，浮子采用永磁材料制成用来放置重物，霍尔元件设置在线圈一至线圈四的中间位置和中间高度位置上，分别与线圈一至线圈五相连，放大器设置在霍尔元件和控制模块之间。在本实施例中，驱动芯片采用高压、大电流驱动芯片L298N，主控模块采用Arduino单片机，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁悬浮技术的抬升装置，其特征在于，包括：抬升装置模块与控制模块，所述抬升装置由一个环形永磁体或电磁铁构成主磁场，所述环形永磁体或电磁铁的上方设置有4个主线圈，设定为线圈一、线圈二、线圈三、线圈四，所述环形永磁体或电磁铁上缠绕有线圈五，所述线圈一至线圈五逆时针绕制而成，所述线圈一的出线端与线圈二的出线端相连，所述线圈三的出线端与线圈四的出线端相连，还设置有三个驱动芯片，设定为驱动芯片一、驱动芯片二、驱动芯片三，所述驱动芯片一连接在所述线圈一和线圈二构成的回路上，所述驱动芯片二连接在所述线圈三与所述线圈四构成的回路上，所述驱动芯片三连接在所述线圈五的回路上，还设置有主控模块，所述主控模块与所述驱动芯片一、驱动芯片二和芯片三相连，还设置有电源、浮子、五个霍尔元件和放大器，所述电源为所述驱动芯片和所述主控模块提供电力支持，所述浮子采用永磁材料制成用来放置重物，所述霍尔元件设置在所述线圈一至线圈四的中间位置和中间高度位置上，设定为霍尔元件一至五，分别与所述线圈一至线圈五相连，所述放大器设置在所述霍尔元件和所述控制模块之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磁悬浮技术的抬升装置，其特征在于，包括：抬升装置模块与控制模块，所述抬升装置由一个环形永磁体或电磁铁构成主磁场，所述环形永磁体或电磁铁的上方设置有4个主线圈，设定为线圈一、线圈二、线圈三、线圈四，所述环形永磁体或电磁铁上缠绕有线圈五，所述线圈一至线圈五逆时针绕制而成，所述线圈一的出线端与线圈二的出线端相连，所述线圈三的出线端与线圈四的出线端相连，还设置有三个驱动芯片，设定为驱动芯片一、驱动芯片二、驱动芯片三，所述驱动芯片一连接在所述线圈一和线圈二构成的回路上，所述驱动芯片二连接在所述线圈三与所述线圈四构成的回路上，所述驱动芯片三连接在所述线圈五的回路上，还设置有主控模块，所述主控模块与所述驱动芯片一、驱动芯片二和芯片三相连，还设置有电源、浮子、五个霍尔元件和放大器，所述电源为所述驱动芯片和所述主控模块提供电力支持，所述浮子采用永磁材料制成用来放置重物，所述霍尔元件设置在所述线圈一至线圈四的中间位置和中间高度位置上，设定为霍尔元件一至五，分别与所述线圈一至线圈五相连，所述放大器设置在所述霍尔元件和所述控制模块之间。


2.根据权利要求1所述的基于磁悬浮技术的抬升装置，其特征在于，所述驱动芯片采用高压、大电流驱动芯片L298N。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王伟然，杨冠军，陈伟，宦键，杜昭平，智鹏飞，闫景昊，刘铮，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32