[实用新型]一种磁悬浮旋转装置

说明书

技术领域

本实用新型属于磁悬浮技术领域，特别是涉及磁悬浮旋转装置。

背景技术

随着磁悬浮列车的问世，近年来磁悬浮相关技术的研究开发方兴未艾，其中出现了各种磁悬浮旋转装置，比如磁悬浮地球仪，磁悬浮礼品等等，用于科技馆展览，教育科研单位作为科研教学仪器或者产品广告展示，及具有科教、娱乐和商业价值。

例如，2002年8月20日公开的发明专利(公开号CN1437312)“大型磁悬浮装置的控制系统”，该装置的悬浮控制系统采用光电控制系统，即采用光电传感器作为检测悬浮物位移的传感器；旋转驱动装置为磁吸转盘式系统，即在浮体下部偏离中心的某一圆周上布设有两个以上的永磁体，在浮体下方的桌面相应的圆周上也布设多个极性相反的永磁体，桌面绕浮体重心轴线旋转时，借助磁力带动上方浮体旋转。上述专利所使用的光电传感器容易受外界可见光的干扰，对磁悬浮装置的工作条件有特殊要求，所以对系统的稳定悬浮是很大的不利因素；而且由于光电传感器包括光源和接收器两个部分，所以它的安放需要占用较大的空间；该专利的旋转驱动仅仅采用单个电磁线圈推动的方式，无法实现悬浮物旋转方向的自由变化。

2006年7月12日授权公告的实用新型专利(专利号ZL 200420061347.9)“磁悬浮展示装置”，该实用新型采用的是霍尔传感器，控制电路采用的是脉宽调制电路，功率放大电路由一只场效应管实现。该专利虽然使用了霍尔传感器和脉宽调制方式实现悬浮控制，比上述专利有了很大进步。但是由于没有采取任何控制策略，所以系统的稳定性也不会很好，难以克服系统的非线性。同时，本领域的技术人员众所周知的是，由于只有一个场效应管作开关器件，在开关器件关断的时候，线圈电流只能通过电阻和续流二极管消耗释放能量，所以功放电路的功耗仍然很大。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种悬浮更加稳定，悬浮控制电路简单，功耗小，旋转速度和方向可以自由变换的磁悬浮旋转装置，可以更好地满足自动控制、电气以及电力电子专业的学生进行教学、实验以及科研的需要。

为了解决上述问题，本磁悬浮旋转装置的悬浮控制电路采用比例微分控制器，更好地克服电磁力的非线性；本实用新型的功率放大电路采用H桥开关功放，H桥开关功放受控于脉宽调制电路，该开关功放由一个集成电路及其外围电路实现，简化了电路，而且功耗大大降低。本实用新型的旋转驱动装置由一个盘式永磁无刷电机实现，本领域的技术人员众所周知的是，永磁无刷电机调速性能好，结构灵活，功率消耗小，在电机控制器的作用下灵活地完成换向，调速。

本磁悬浮旋转装置如果需要较高的转速，就在支架的上隔板和下隔板的中心位置分别对称地布置一对电磁铁，在悬浮物的上下端分别对称地固定一对永久磁铁，在悬浮控制电路里面具有两个电路组成完全相同的第一开关功放和第二开关功放，两个开关功放受控于脉宽调制波，但是控制第二开关功放的脉宽波和控制第一开关功放的的脉宽波反相。当转轴向上运动的时候，上电磁铁的电流减小，下电磁铁的电流增大，意味着上电磁力减小，下电磁力增大，转轴被重新拉回平衡位置。反之，当转轴向下运动的时候，电磁力的作用正好相反，即下电磁铁磁力减小，上电磁铁磁力增大。上述这种差动控制的方式增大了悬浮物在垂直方向的刚度，使得悬浮更加稳定；而且由于上下永久磁铁和电磁铁之间的吸引力在水平方向的分力，给悬浮物在水平方向的运动加以约束，减少了悬浮物在转速较高的情况下在水平方向的摆动，使得悬浮物的悬浮旋转更加稳定。

如果在转速较低的情况下，只在上隔板布置一个上电磁铁，只在转轴的上端固定上永久磁铁，悬浮控制电路里面只有第一开关功放。

本实用新型和背景技术相比，由于加入了比例微分控制器和采用差动控制方式，使得悬浮更加稳定，开关功放采用H桥开关功放，并由一个集成电路及其外围电路实现，不但电路简单，而且功耗很低。旋转驱动装置由盘式永磁无刷电机实现，对电气自动化和电力电子专业的学生来说可以研究永磁无刷电机的控制技术，比如调速，换向和能量的双向变换等。总之，本实用新型的设计不但悬浮旋转性能有所提高，而且更好地适用于大专院校的教学，实验和演示的需要，激发学生的学习兴趣。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型磁悬浮旋转装置的第一种实施例的装置原理图。

图2为本实用新型磁悬浮旋转装置的第二种实施例的装置原理图。

图3为本实用新型的第一种实施例的磁悬浮控制电路图。

图4为本实用新型的第二种实施例的磁悬浮控制电路图。