[發明專利]平移式磁懸浮系統及其浮子平移控制方法

有效

• 申請號: 202110315121.5
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN112991890B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 周永學;張釗;周賽君;滿夢華;張婭;原碩朋;展永霞
• 申請（專利權）人: 河北騰云信息技術有限公司
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 李玉祥;胡澎

本發明涉及一種平移式磁懸浮系統及其浮子平移控制方法。所述平移式磁懸浮系統包括定子、浮子和控制系統；所述定子包括底板以及設置于其上的電磁單元；所述電磁單元包括三維磁性傳感器和勵磁線圈；在所述定子中設有電磁托盤和調磁單元；所述電磁托盤是合圍成一個正多邊形環圈或一個圓形環圈中的若干電磁單元的組合，組成電磁托盤的電磁單元在通入勵磁電流后即產生對浮子起支撐作用的托舉磁場；所述調磁單元是指分布在電磁托盤緊鄰的內層環圈上的若干電磁單元，在通入調制的勵磁電流后即能對浮子進行相對于電磁托盤中心的定中或調偏。本發明能使浮子保持穩定懸浮，并能夠在定子上方的一個平面內進行自由平移。

技術領域

本發明涉及一種磁懸浮系統，具體地說是一種平移式磁懸浮系統及其浮子平移控制方法。

背景技術

現有的磁懸浮教學和演示系統總體上可分為托舉和牽拉兩大類型。無論是那種類型，均為定點的。定子部分總是由一個固定的托舉或牽拉磁場、一個或數個調磁線圈以及一組三維磁性傳感器構成，形成一個固定的浮子定位中心。所有通過調磁線圈而使浮子產生的微小平移，均是圍繞著其定點平衡的目的來進行，無法產生明顯和可控的平移效果。懸浮的浮子或是處于靜止平衡狀態，或是處于圍繞磁場中心進行單一的軸向旋轉，而且這種旋轉往往是不可控的。

對于提高其展示或觀賞效果而言，需要磁懸浮系統的浮子具有盡可能的懸浮高度，以及在一定范圍內具有適當的、完全可控的運動功能。

目前，能夠在技術上以磁懸浮的方式在二維空間實現平移的裝置，就是磁懸浮平面電機。該類電機主要由定子和浮子兩部分構成，其浮子又分為動圈式和動鐵式兩種結構。無論哪種結構，均是由多個線圈組成的電磁驅動陣列和多個磁鋼體組成的Halbach磁鋼陣列構成。其浮子可在較低的懸浮高度（毫米級甚至更低）范圍內提供非常準確的移位功能。因其磁鋼的形狀、磁路的建立和裝配方式等諸多的相關因素非常復雜，導致整個磁懸浮系統的造價非常昂貴。所以，現有的磁懸浮平面電機大多局限應用于精密的機械加工和光刻機等工業領域。

CN107482955B描述了最為常見的一種由電磁驅動陣列作為定子、Halbach磁鋼陣列作為浮子的平面電機結構，并在傳統方式基礎上，對其定子線圈陣列的具體連接方法進行了較大的改進，但其包括浮子在內的整體結構仍然非常復雜。特別是與其定子線圈陣列相比，浮子面積過大而相對移動范圍較小，且懸浮高度有限。因此，此類相關技術暫時難以移植到磁懸浮教學和演示系統中來。

因此，現有的平面電機等相關技術雖各有特點，但并不適合磁懸浮演示的領域的具體要求，需要進行新型磁懸浮系統結構的開發和控制方式的完善。

發明內容

本發明的目的之一就是提供一種平移式磁懸浮系統，以解決現有磁懸浮演示系統中的浮子無法產生遠距離平移運動的問題。

本發明的目的之二就是提供一種平移式磁懸浮系統中的浮子平移控制方法，以實現浮子以相對較高的高度在磁懸浮系統中完成遠距離的穩定平移。

本發明的目的之一是這樣實現的：一種平移式磁懸浮系統，包括定子、浮子和控制系統；所述定子包括底板以及設置于其上并密集排布成幾何形的若干電磁單元；所述電磁單元包括三維磁性傳感器和勵磁線圈；在所述定子中設有電磁托盤和調磁單元；所述電磁托盤是合圍成一個正多邊形環圈或一個類圓形環圈中的若干電磁單元的動態組合，位于電磁托盤中心位置處的電磁單元用作為檢測和標識浮子位置的浮子定位傳感器，組成電磁托盤的電磁單元在通入勵磁電流后即產生對浮子起支撐作用的托舉磁場；所述調磁單元是指分布在電磁托盤緊鄰的內層環圈上的若干電磁單元，其中的每個電磁單元均以電磁托盤的中心點為對稱中心，與另一個電磁單元呈中心對稱分布；調磁單元中的電磁單元在通入調制的勵磁電流后即能對浮子進行相對于電磁托盤中心的定中或調偏。

本發明中的所述浮子為單體磁鋼結構，通過所述電磁托盤支撐在電磁托盤所在的電磁單元陣列的上方。