[發明專利]旋轉磁懸浮裝置及陀螺磁懸浮方法

有效

• 申請號: 200910107071.0
• 申請日: 2009-05-07
• 公開（公告）號: CN101882903A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 洪證南
• 申請（專利權）人: 洪證南
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 郭偉剛

技術領域

本發明涉及磁懸浮技術，更具體地說，涉及一種旋轉磁懸浮裝置及陀螺磁懸浮方法。

背景技術

磁體的極性具有同性相斥，異性相吸的特性。利用磁體的該種特性，可使兩磁體之間具有相互作用，但沒有直接接觸，這種特性的廣泛應用就是磁懸浮。圖1所示的是一種利用磁懸浮技術的旋轉磁懸浮裝置，可用作陀螺儀。該裝置包括一在幾何中心是弱磁或無磁的磁底板1、托板2、磁性陀螺3，磁底板1與磁性陀螺3相對的磁極極性相同，利用磁體極性相同相互排斥的原理，磁底板1可將旋轉的磁性陀螺3托起，待陀螺3穩定后可將托板取走，使陀螺3不與托板接觸，減少陀螺3因受到摩擦而損失能量，使其旋轉時間更長久。該旋轉磁懸浮裝置是依賴磁斥力及自旋陀螺抗扭力(穩軸性)把陀螺浮起來。要把陀螺浮起來，陀螺得處于穩定平衡狀態，因此需要陀螺處于一個對稱磁場的中心，并借助陀螺的進動來追蹤底板向上的磁力線使陀螺本身穩定懸浮。若陀螺一旦偏離磁場的中心，陀螺則受到磁場不對稱的作用，會迅速向磁底板邊沿漂移，從而失去穩定性。由于只有圓盤形磁底板中心很小的區域范圍是穩定區域，因此該種旋轉磁懸浮裝置具有如下缺點：磁懸浮的平衡穩定區域十分狹窄，磁場強度與陀螺重量精度要求高，陀螺轉速受限制，不能太快，實現陀螺磁懸浮的操作技術要求高、不容易掌握，外部稍微的擾動會使陀螺逃逸出平衡穩定區，從而使陀螺易失去穩定性。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有旋轉磁懸浮裝置中的陀螺容易發生漂移而導致穩定性差的缺點，提供一種旋轉陀螺能夠自我調整、防止漂移逃逸、實現陀螺磁懸浮操作簡單易掌握、精度要求低、穩定性好，懸浮時間長的旋轉磁懸浮裝置，以及一種旋轉磁懸浮裝置實現陀螺磁懸浮的方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種旋轉磁懸浮裝置，包括兩磁極分別上下朝向的磁底板、兩磁極在其轉動軸心線上的磁性陀螺，在磁底板的上方設有磁極分別上下朝向的磁性裝置，所述磁性裝置在磁底板的上方圍成一容納陀螺的空間，所述磁性裝置與磁底板相鄰的磁極極性相同，所述磁性裝置與陀螺的磁極極性朝向相同。具有該種結構的旋轉磁懸浮裝置，陀螺的旋轉能夠使其具有穩軸性，而磁底板磁場對陀螺的排斥作用能夠克服陀螺的重力，使陀螺處于懸浮狀態；由于越靠近磁性裝置位置的磁場強度越大，因此當陀螺在磁性裝置內向任何一側漂移時，陀螺與磁性裝置在這一側的排斥作用得到加強，而相對一側的排斥作用力則會減弱，這樣使得磁性裝置對陀螺產生一個與陀螺漂移方向相反的作用力，阻止陀螺繼續向外漂移逃逸。由于陀螺不會發生逃逸，因此本發明中磁懸浮的平衡穩定區域寬廣，磁場強度與陀螺重量精度要求低，陀螺轉速受限制小，實現陀螺旋轉磁懸浮的操作簡單易掌握，抵抗外部擾動的能力強，穩定性好等優點。

在本發明所述的旋轉磁懸浮裝置中，所述磁底板是旋轉對稱的磁體，旋轉對稱的磁體能在其上方產生一個對稱的磁場，便于陀螺的穩定。

在本發明所述的旋轉磁懸浮裝置中，所述磁性裝置是繞磁底板中心旋轉對稱的磁性裝置，旋轉對稱且中心與磁底板的中心重合的磁性裝置其磁場與的磁場疊加后仍然為對稱的磁場，有利于將陀螺穩定在中心轉動，減少陀螺在磁性裝置內的漂移。

在本發明所述的旋轉磁懸浮裝置中，所述磁性裝置包括若干根繞磁底板中心線周向排布的磁柱，所述磁柱的磁極極性朝向相同。

在本發明所述的旋轉磁懸浮裝置中，所述各磁柱為相同的磁體。

在本發明所述的旋轉磁懸浮裝置中，所述磁柱由若干個相同的永磁體層疊構成，相鄰的兩永磁體的相臨磁極極性相異。采用這種結構，可通過增減層疊永磁體的個數而增減磁柱的長度，從而可實現調整陀螺的穩定范圍。

在本發明所述的旋轉磁懸浮裝置中，所述磁柱為電磁鐵。

在本發明所述的旋轉磁懸浮裝置中，所述磁性裝置為環狀永磁體。

在本發明所述的旋轉磁懸浮裝置中，所述環狀永磁體由若干個小磁環疊加而成，兩相鄰小磁環的相臨磁極極性相異。

在本發明所述的旋轉磁懸浮裝置中，所述磁底板為電磁鐵。

在本發明所述的旋轉磁懸浮裝置中，所述磁底板為是均勻磁化的永磁體。

在本發明所述的旋轉磁懸浮裝置中，所述磁性裝置與磁底板之間設置有水平的非鐵磁性電絕緣體托板。托板的作用是在陀螺達到磁懸浮之前托住陀螺，使陀螺可在托板上轉動并定位，非鐵磁性的托板不會被磁場磁化，避免對陀螺造成不良影響，而電絕緣體材質可避免陀螺在轉動的過程中產生電磁感應造成陀螺能量損失，托板可以是玻璃板、塑料板或木版等。托板可固定設置在磁性裝置之上。