具有全旋式球形浮子的磁悬浮装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种具有全旋式球形浮子的磁悬浮装置，其结构是在底座的顶部支撑连接有球形电磁笼，在球形电磁笼内设置有球形浮子；所述球形电磁笼包括笼体、悬浮控制组件、旋转控制线圈、高低位置检测组件和水平位置传感器等；所述笼体是由三个圆环体相互交连所组成的一个球形笼架，所述悬浮控制组件包括永磁体和垂直驱动线圈，所述旋转控制线圈有若干个，分布在所述笼体的三个圆环体的外圆面上；所述高低位置检测组件设置在球形笼架的下部交汇点上，所述水平位置传感器分别设置在球形笼架水平方向的四个交汇点上，用以检测球形浮子在球形电磁笼内的水平位置。本实用新型专利技术可模拟失重状态下球形浮子的各种转动姿态，以利于教学实验观察和科普展示。实验观察和科普展示。实验观察和科普展示。

【技术实现步骤摘要】
具有全旋式球形浮子的磁悬浮装置


[0001]本技术涉及一种物理教学用具，具体地说是一种具有全旋式球形浮子的磁悬浮装置。

技术介绍

[0002]现有的多数磁悬浮装置的浮子在Z轴的旋转方向是不受控制的，即多数是处于自由转动的状态。在很多情况下，要求磁悬浮产品必须是能够全面受控的。例如，在磁悬浮的教学观摩过程中，需要浮子既可以静止，也可以转动，甚至是移动。对于类似地球仪的磁悬浮展品，则需要能够以倾斜轴的方式展示转动状态。对于模拟在地面上滚动的球类，甚至还需要浮子能够完成多个不同方向的转动。而能够控制浮子旋转的磁悬浮装置一般是需要在浮子上安装永久磁体，有些还安置了多个永久磁体。从控制角度而言，在浮子上安装永久磁体，可使浮子受控悬浮或旋转，但永久磁体在浮子上的设置，也会成为浮子上的磁力“节点”，这反而限制了浮子在其他轴向的旋转。
[0003]对于演示类似球类滚动这样的物理现象而言，需要磁悬浮演示装置中的浮子能够至少在直角坐标系中的三个坐标轴上均可进行轴向旋转。如果能够将这三个轴向的转动合成为沿任意轴向的受控转动，则会起到更好的演示效果。然而目前市场上还没有这类可实现各向转动的磁悬浮产品能够用于教学研究和科普演示。

技术实现思路

[0004]本技术的目的就是提供一种具有全旋式球形浮子的磁悬浮装置，以解决现有的磁悬浮演示装置不能实现任意轴向受控转动的问题。
[0005]本技术是这样实现的：
[0006]一种具有全旋式球形浮子的磁悬浮装置，其结构是在底座的顶部支撑连接有球形电磁笼，在球形电磁笼内设置有球形浮子，球形浮子与球形电磁笼之间保持有工作间隙。
[0007]所述球形电磁笼包括笼体、悬浮控制组件、旋转控制线圈、高低位置检测组件和水平位置传感器；所述笼体是由三个圆环体相互交连所组成的一个球形笼架，三个圆环体的交汇点分布在球形笼架的上、下、前、后、左、右六个方位上，三个圆环体的过圆心轴线相互垂直相交于球形笼架的球心处；所述悬浮控制组件包括永磁体和垂直驱动线圈，所述永磁体设置在球形笼架的上部交汇点并向笼体的内侧伸出，所述垂直驱动线圈绕接在所述永磁体的外围；所述旋转控制线圈有若干个，分布在所述笼体的三个圆环体的外圆面上；所述高低位置检测组件设置在球形笼架的上部交汇点或下部交汇点的内表面上，用以检测球形浮子在球形电磁笼内的高低位置；所述水平位置传感器分别设置在球形笼架水平方向的四个交汇点上，用以检测球形浮子在球形电磁笼内的水平位置。
[0008]进一步地，所述球形浮子是用导磁并导电的材料所制成的球形壳体，球形浮子本身并不具备永磁特征。
[0009]进一步地，所述旋转控制线圈分为三组，笼体上的每个圆环体上均匀对称地设置
一组，三组旋转控制线圈在每个圆环体上的设置方式相同。
[0010]进一步地，所述高低位置检测组件包括高低位置传感器、一个旋转控制线圈以及穿接在该旋转控制线圈中的铁芯。
[0011]进一步地，所述笼体中的两个直立的圆环体分为上弧段和下弧段两部分，在上弧段的两端分别设有插头组件，在平置的圆环体上的四个交汇点的位置处分别设有插座组件，插头组件上的插接头插接在插座组件的插孔中，形成完整的圆环体。
[0012]进一步地，在所述插头组件中设置有旋转控制线圈，穿接在该旋转控制线圈中的铁芯的一端穿出插头组件的壳体，向笼体的内侧伸出。
[0013]进一步地，在所述插座组件中设置有旋转控制线圈，穿接在该旋转控制线圈中的铁芯的一端穿出插座组件的壳体，向笼体的内侧伸出。
[0014]在本技术中，球形浮子的表面就相当于金属盘片，若要浮子能够旋转，首先需要具备相应的旋转磁场。三个圆环体上的旋转磁场可以由安装其上的三组旋转驱动线圈予以提供。此时，呈悬浮态的球形浮子就处于一个旋转磁场中，受到磁场作用的安培力。此力将在浮子表面产生一个转动力矩，使得球形浮子能够按磁场旋转的方向转动起来。
[0015]鉴于每个圆环体上安装的旋转控制线圈均可提供一定的力矩，这些力矩既可以单独作用，使得球形浮子以某一坐标轴为旋转轴进行旋转；也可以按照一定比例综合作用，按照力矩的矢量合成方式为球形浮子形成一个新的转轴。所以，球形浮子在球形电磁笼中可以按照任意角度、任意方向以一定的速度旋转起来。在技术中，球形浮子的转速会受到旋转磁场的严格限制，而且总是低于旋转磁场的转速，其原理同异步电动机的工作原理。
[0016]本技术有助于实现在地面的自然重力环境中模拟一个失重状态下球形浮子的各种转动姿态，以利于进行自控、机电和物理类专业教学的实验观察；还可以应用在科技馆等场所，进行球类物体随意转动情况的科普展示。
附图说明
[0017]图1是本技术的结构示意图。
[0018]图2是球形电磁笼分解结构及其与球形浮子的位置关系示意图。
[0019]图3是笼体的三维标注方法示意图。
[0020]图4是插头组件的结构示意图。
[0021]图5是插座组件的结构示意图。
[0022]图中：1、底座，2、球形电磁笼，3、浮子球，4、悬浮控制组件，5、上笼体，6、下笼体，7、旋转驱动线圈，8、插头组件，9、插座组件，10、高低位置检测组件，11、铁芯，12、插接头，13、插孔，14、水平位置传感器。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本技术做进一步详述。
[0024]如图1所示，本技术包括底座1、球形电磁笼2和球形浮子3等部分，球形电磁笼2固定连接在底座1的上端，球形浮子3设置在球形电磁笼2之中。球形浮子3既可用软磁材料制成，也可用具有一定厚度、能够满足相应磁通条件和较低电阻率的导磁、导电金属薄壳制成。
[0025]如图2所示，球形电磁笼2包括笼体、悬浮控制组件4、旋转控制线圈7、高低位置检测组件10和水平位置传感器14（图5）等部分。图2中，笼体是由非导磁的三个圆环体相互交连所组成的一个球形笼架，三个圆环体的过圆心轴线相互垂直相交于球形笼架的球心处，三个圆环体之间形成的交汇点分布在球形笼架的上、下、前、后、左、右六个方位上。
[0026]对于封闭的笼体结构，本技术将笼体分解为上笼体5和下笼体6这两个组成部分，并在对接处通过插接配合的方式相互连接形成闭合的笼体。笼体的拆分方式是，将直立的两个圆环体分为上弧段和下弧段两部分，上弧段的两端分别设有插头组件8，下弧段的端部连接到平置的圆环体上，形成了前、后、左、右四个交汇点。在平置的圆环体上的这四个交汇点上分别设有插座组件9，插座组件9上的插孔朝上。插头组件8上的插接头12（图4）插接在插座组件9上的插孔13中，以实现笼体的闭合。图2中，由于插头组件8和插座组件9分别占用了笼体上的一个旋转控制线圈的布设位置，因此，在插头组件8和插座组件9中也就要分别设置一个旋转控制线圈。插头组件8中的旋转控制线圈中穿接的铁芯11的一端穿出插头组件8的壳体，向笼体的内侧伸出（图4）；插座组件9中的旋转控制线圈中穿接的铁芯11的一端穿出插座组件9的壳体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有全旋式球形浮子的磁悬浮装置，其特征是，在底座的顶部支撑连接有球形电磁笼，在球形电磁笼内设置有球形浮子，球形浮子与球形电磁笼之间保持有工作间隙；所述球形电磁笼包括笼体、悬浮控制组件、旋转控制线圈、高低位置检测组件和水平位置传感器；所述笼体是由三个圆环体相互交连所组成的一个球形笼架，三个圆环体的交汇点分布在球形笼架的上、下、前、后、左、右六个方位上，三个圆环体的过圆心轴线相互垂直相交于球形笼架的球心处；所述悬浮控制组件包括永磁体和垂直驱动线圈，所述永磁体设置在球形笼架的上部交汇点并向笼体的内侧伸出，所述垂直驱动线圈绕接在所述永磁体的外围；所述旋转控制线圈有若干个，分布在所述笼体的三个圆环体的外圆面上；所述高低位置检测组件设置在球形笼架的下部交汇点上，用以检测球形浮子在球形电磁笼内的高低位置；所述水平位置传感器分别设置在球形笼架水平方向的四个交汇点上，用以检测球形浮子在球形电磁笼内的水平位置。2.根据权利要求1所述的具有全旋式球形浮子的磁悬浮装置，其特征是，所述球形浮子是用导磁并导电的材料所制成的球形壳体。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张钊，展永霞，聂昆仑，原硕朋，张坤，赵晓晨，李斌，张立辉，窦红，
申请(专利权)人：河北腾云信息技术有限公司，
类型：新型
国别省市：