[发明专利]一种二自由度磁悬浮装置

说明书

本发明的一种二自由度磁悬浮装置涉及一种磁悬浮装置，是为了克服现有的下推式磁悬浮装置浮子难放置、稳定性不好且无法移动的问题，本装置包括浮子和磁性底座，浮子位于磁性底座上方的悬浮平面上；4个带磁芯励磁线圈和永磁体阵列均固定在底盘的上表面，永磁体阵列围绕4个带磁芯励磁线圈外侧分布；且4个带磁芯励磁线圈和永磁体阵列均以底盘上表面圆心为中心对称；浮子位置监测单元设于4个带磁芯励磁线圈的中心处；浮子平移控制单元，用于得到期望位置值；PD控制器，用于将期望位置值与当前位置值对比，生成位置偏差信号；将位置偏差信号输入至带磁芯励磁线圈改变带磁芯励磁线圈作用在浮子上的电磁合力。

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮装置，具体涉及一种可以在悬浮平面进行二自由度移动的悬浮装置。

背景技术

现有的下推式磁悬浮装置基本原理为浮子位于上方中心处，下方安装有励磁线圈和环形磁铁，环形磁铁产生斥力与浮子的重力平衡，励磁线圈产生的电磁合力可以控制悬浮子的稳定，以此可以使浮子稳定的悬浮在环形磁铁的中心位置，且具有一定的高度。

但是上述的下推式磁悬浮装置，虽然可以实现悬浮效果，但在放置浮子时，完全依靠个人感觉去放置，这样导致大部分人都很难放置成功。即使有一些磁悬浮装置在底板的四个方向安装有四个LED，当浮子位置放置不准确时会出现相对应方向的LED熄灭或发光现象，但这无法从根本上解决浮子难放置的问题。

并且上述的下推式磁悬浮装置的浮子只能置于平衡点，无法做二维平面运动，甚至在较大扰动的情况下就会掉落，导致悬浮失败，浮子与底部发生撞击，损坏装置。这样不仅视觉效果受到局限，缺乏与人的互动，同时也大大降低了下推式磁悬浮装置的稳定性和安全性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的下推式磁悬浮装置浮子难放置、稳定性不好且无法移动的问题，提供了一种二自由度磁悬浮装置。

本发明的一种二自由度磁悬浮装置，包括浮子，浮子为圆片状永磁体，磁悬浮装置还包括磁性底座，浮子位于磁性底座上方的悬浮平面上，浮子与磁性底座磁力互斥，使得浮子自身重力与所受斥力平衡；

磁性底座包括底盘、4个带磁芯励磁线圈、永磁体阵列、浮子位置监测单元、浮子平移控制单元和PD控制器；

4个带磁芯励磁线圈和永磁体阵列均固定在底盘的上表面，永磁体阵列围绕4个带磁芯励磁线圈外侧分布；且4个带磁芯励磁线圈和永磁体阵列均以底盘上表面圆心为中心对称；

浮子位置监测单元设于4个带磁芯励磁线圈的中心处，用于实时检测浮子在悬浮平面上的当前位置，并得到当前位置值；

浮子平移控制单元，用于得到期望位置值；

PD控制器，用于将期望位置值与当前位置值对比，生成位置偏差信号；

将位置偏差信号输入至带磁芯励磁线圈，用于改变带磁芯励磁线圈内电流大小和方向，进而改变带磁芯励磁线圈作用在浮子上的电磁合力；

电磁合力向是位于悬浮平面的电磁力，使得浮子能够在悬浮平面上做二自由度运动。

本发明的有益效果是：

1、本发明的磁悬浮装置在于采用了基于实践经验得出的更加合理的磁悬浮永磁阵列的布置方式，搭配PD控制器可以实现十分稳定的磁悬浮系统，同时兼具一定的鲁棒性；且悬浮中心点范围大，令浮子的放置更加容易；

2、本发明的磁悬浮装置设有浮子平移控制单元，作用是使得上方圆形永磁体浮子打破了传统磁悬浮装置只能在中心点悬浮的局限，可以在一定范围内实现二自由度平面运动。

附图说明

图1为本发明的一种二自由度磁悬浮装置的结构示意图；

图2为本发明的一种二自由度磁悬浮装置的部分结构示意图；不包括浮子和第三霍尔传感器；