[发明专利]一种磁悬浮平衡梁实验装置

说明书

技术领域

本发明属于磁悬浮实验技术领域，具体涉及一种磁悬浮平衡梁实验装置。

背景技术

近年来，磁悬浮技术在很多领域得到广泛的应用，是目前高速机械系统中最具发展前途的高新技术，高速磁悬浮列车、磁悬浮轴承、磁悬浮工作平台等都是基于这一原理。常见的磁悬浮技术主要包括主动电磁悬浮、永磁悬浮、超导悬浮，其中主动电磁悬浮和主动电磁-永磁混合磁悬浮最具工业应用价值。

无论是主动电磁悬浮系统还是主动电磁-永磁混合磁悬浮系统，都是一种典型的机电一体化系统，是机械工程、电气工程以及计算机控制的协调集成，涉及到机械、电磁学、电力电子、转子动力学、控制理论、测试技术和计算机科学等多个学科。主动磁悬浮系统及主动电磁-永磁混合磁悬浮系统虽然能够提供了一种无机械接触的支承方式，但是其本质上是不稳定的，必须对其特性进行控制，才可以达到系统稳定工作的目的。

主动电磁悬浮及主动-永磁混合磁悬浮系统是控制理论及机电一体化课程中一个非常有扩展性的实验装置。但是，目前主动电磁悬浮及主动电磁-永磁混合磁悬浮系统大多是以磁悬浮球模型，其存在的问题包括：由于球与磁极间的间隙是非均由的，建立磁悬浮系统的力学模型十分困难；由于结构的限制以及磁场的干扰，测量球与磁极间的间隙十分困难；系统的灵和性不大，不能够开展一些复杂的实验。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种磁悬浮平衡梁实验装置，结构简单、设计合理、灵活性大、装配方便、模型简单、直观，并能够进行多种磁悬浮实验。

一种磁悬浮平衡梁实验装置，包括：底座、平衡梁、三角形支架、配重球、非接触式位移传感器、指示灯、电池组、控制器、功率放大器和两个磁执行器；其中：所述的底座、平衡梁、磁执行器和三角形支架均为金属材质；

所述的平衡梁为中心对称结构，位于底座上方，平衡梁底面的对称中心位置处垂直于长度方向上加工有一支撑槽，所述的配重球安放于平衡梁上；

所述的三角形支架和非接触式位移传感器均固定于底座上，三角形支架顶部尖角与所述的支撑槽配合，非接触式位移传感器用于测量平衡梁的位移；

所述的指示灯一端通过电池组接于平衡梁上，另一端接于底座上，形成串联电路；所述的两个磁执行器分别对称固定于底座上三角形支架的两侧且通过电磁作用给平衡梁施加外力；所述的控制器与非接触式位移传感器连接，其用于根据非接触式位移传感器输出的位移信号计算出磁执行器驱动电流的大小作为控制器的输出；所述的功率放大器用于根据所述控制器的输出为磁执行器提供驱动电流。

进一步地，所述的三角形支架通过绝缘垫块固定于底座上，使得三角形支架与底座之间处于绝缘状态，平衡梁与底座之间可通过磁执行器形成一导电回路。

进一步地，所述的支撑槽的截面为三角形、半圆形或弧形。

进一步地，所述的磁执行器包括一组衔铁、定子和线圈；所述的衔铁安装于平衡梁的下面，所述的定子安装在与衔铁对应的底座上，所述的线圈绕置于定子上并接收功率放大器提供的驱动电流以使定子与衔铁磁化产生电磁力；两个磁执行器的衔铁分别对称位于支撑槽左右两侧。

进一步地，所述的磁执行器包括两组衔铁、定子和线圈；所述的两个衔铁分别安装于平衡梁某位置的上下面上，所述的两个与衔铁配合的定子通过支架安装在与衔铁对应的底座上，所述的两个线圈绕置于定子上并接收功率放大器提供的驱动电流以使定子与衔铁磁化产生电磁力；两个磁执行器的衔铁分别对称位于支撑槽左右两侧。

所述的磁执行器为由衔铁、定子和线圈组成的主动电磁结构或为由衔铁、定子、永磁体和线圈组成的主动电磁-永磁混合结构。

所述定子的截面为U形及E形。

所述的平衡梁顶面上平行于长度方向加工有与配重球匹配的配重滑道；所述配重滑道的长度小于平衡梁的长度，配重滑道的截面为三角形、四边形或圆形，配重球放置于配重滑道中，球的个数依据实验的难度进行选择。

所述的非接触式位移传感器可采用电涡流位移传感器、电感式位移传感器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器、光电式位移传感器及光学位移传感器等。

所述的控制器和功率放大器可采用模拟电路实现或采用数字电路实现。