以卧式转筒作为浮子的磁悬浮演示系统的制作方法

本技术涉及一种物理教学用具，具体地说是一种以卧式转筒及相关部件作为浮子的磁悬浮演示系统。

背景技术：

1、磁悬浮系统是利用磁力使物体处于无机械接触的悬浮状态。其相关产品应用广泛。目前在市面上的产品则是更多见于教学、科普和观赏等诸多领域。这些产品无论是静态悬浮还是可以旋转，其磁场轴向均多以立式为主。

2、cn204261350u号专利是在参照了门多西诺电机结构的基础上，公开了一种浮子可以按照水平轴向旋转的、具有比静止磁悬浮更具观赏性的玩具和科普装置，这种结构需要将悬浮体的一端以机械方式支撑在悬浮装置的托板上，以限制其轴向运动的自由度。但是，按照前述定义严格说来，该结构只能产生“半悬浮”的悬浮效果，并不能完整实现六自由度的磁悬浮状态。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就是提供一种以卧式转筒及相关部件作为浮子的磁悬浮演示系统，以解决现有此类磁悬浮演示装置需要在一个端面进行机械支撑的问题，并实现浮子的受控转动。

2、本实用新型是这样实现的：

3、一种以卧式转筒及相关部件作为浮子的磁悬浮演示系统，包括定子和浮子；

4、所述定子包括底座、分设在底座两端的电磁托举单元以及设置在底座中部并沿底座长向一字排列的旋转驱动线圈；

5、所述浮子包括横置的轴杆、分设在轴杆两端的悬浮磁体、穿接在轴杆中部的转筒、均布在转筒上的片状磁体、封接在转筒侧端口上的端盖以及设置在轴杆与端盖上的芯孔之间的轴承；

6、所述悬浮磁体与所述电磁托举单元上下相对，用以产生托举浮子的磁斥力；所述旋转驱动线圈通过变换的磁斥力推动转筒上的片状磁体，以产生使浮子旋转的驱动力。

7、进一步地，所述电磁托举单元包括托板、设置在托板上的托举磁体、设置在托板上的定位控制线圈以及设置在托板中心位置上的位置传感器；所述位置传感器与浮子上的所述悬浮磁体上下相对。

8、进一步地，每个电磁托举单元中的所述托举磁体有四个，分布在托板的四角位置；每个电磁托举单元中的所述定位控制线圈有四个，分设在托板每一边上两个托举磁体的中间，两个位置相对的定位控制线圈互联成组，并以托板中心位置上的位置传感器为对称分布。

9、进一步地，每组中的两个定位控制线圈按照串联或是并联的方式相接，但应保持其通电电流的方向相反，以在每组中的两个定位控制线圈中产生磁极相反、形成闭合回路的磁力线。

10、进一步地，所述位置传感器与四个定位控制线圈的距离保持相同。

11、进一步地，所述片状磁体以分组环绕的形式分布在转筒上，每组中的片状磁体在转筒上环绕成圈，沿转筒外圆的圆周均布；相邻两组片状磁体在转筒上呈交错分布；每组片状磁体与底座上的一个旋转驱动线圈上下相对。

12、浮子上的转筒是通过端盖和轴承与轴杆相连接，因此可以轴杆为轴自由转动。借鉴永磁无刷电机的旋转原理，在转筒中部分布有多组片状磁体，每组片状磁体均沿着圆周方向均布，每组片状磁体受到底座上的一个旋转驱动线圈的控制，以产生磁吸或磁斥力，各组片状磁体在各旋转驱动线圈呈规则变化的通电电流的驱动下，可使转筒绕轴杆旋转起来，即类似于电机中“转子”的工作状态。由此实现了水平轴向浮子的完全悬浮和受控旋转的效果。如果浮子的长度允许，还可以将转筒分为轴向分布的若干独立的子筒，在将其下方定子上的旋转驱动线圈进行相应的配置后，就可使每个子筒部分都成为一个相对独立的转筒，从而可以分别给予控制，进行协调旋转演示。

13、本实用新型在电气上是由两个相互独立的基本结构——悬浮结构和旋转结构——所构成。悬浮结构使用了间隔一定距离、相互独立的两个托举式磁悬浮节点，共同支撑一个水平轴向设置的圆筒体。浮子两端的悬浮磁体为永久磁体，并与轴杆固定连接。两个悬浮磁体各自受到底座上位置相对位置电磁托举单元中4个托举磁体所合成的中心磁场的托举，使其在重力方向上得以平衡；而悬浮磁体在水平方向的平衡，则是由电磁托举单元中的定位控制线圈来提供的。

14、本实用新型是一种以水平轴向卧式转筒作为浮子的磁悬浮演示系统，该演示系统中的浮子不仅能够稳定悬浮，而且还可以受控旋转；并且这个旋转还可以受到精确的控制。特别是相比于前述对比专利，本实用新型所述的悬浮托举部分和旋转驱动部分完全布置在同一个水平平面。因此，从水平方向的任何角度观看时，悬浮的浮子均无遮挡，具有更佳的学习意义和丰富多样的演示效果。

技术特征：

1.一种以卧式转筒作为浮子的磁悬浮演示系统，包括定子和浮子，其特征是：

2.根据权利要求1所述的以卧式转筒作为浮子的磁悬浮演示系统，其特征是，所述电磁托举单元包括托板、设置在托板上的托举磁体、设置在托板上的定位控制线圈以及设置在托板中心位置上的位置传感器；所述位置传感器与浮子上的所述悬浮磁体上下相对。

3.根据权利要求2所述的以卧式转筒作为浮子的磁悬浮演示系统，其特征是，每个电磁托举单元中的所述托举磁体有四个，分布在托板的四角位置；每个电磁托举单元中的所述定位控制线圈有四个，分设在托板每一边上两个托举磁体的中间，两个位置相对的定位控制线圈互联成组，并以托板中心位置上的位置传感器为对称分布。

4.根据权利要求3所述的以卧式转筒作为浮子的磁悬浮演示系统，其特征是，每组中的两个定位控制线圈按照串联或是并联的方式相接，但应保持其通电电流的方向相反，以在每组中的两个定位控制线圈中所产生的磁极相反，形成闭合的磁力线。

5.根据权利要求4所述的以卧式转筒作为浮子的磁悬浮演示系统，其特征是，所述位置传感器与四个定位控制线圈的距离保持相同。

6.根据权利要求1所述的以卧式转筒作为浮子的磁悬浮演示系统，其特征是，所述片状磁体以分组环绕的形式分布在转筒上，每组中的片状磁体在转筒上环绕成圈，沿转筒外圆的圆周均布；相邻两组片状磁体在转筒上呈交错分布；每组片状磁体与底座上的一个旋转驱动线圈上下相对。

技术总结
本技术涉及一种以卧式转筒作为浮子的磁悬浮演示系统，其结构包括定子和浮子；所述定子包括底座、分设在底座两端的电磁托举单元以及设置在底座中部并沿底座长向一字排列的旋转驱动线圈；所述浮子包括横置的轴杆、分设在轴杆两端的悬浮磁体、穿接在轴杆中部的转筒、均布在转筒上的片状磁体、封接在转筒侧端口上的端盖以及设置在轴杆与端盖上的芯孔之间的轴承；所述悬浮磁体与所述电磁托举单元上下相对，用以产生托举浮子的磁斥力；所述旋转驱动线圈通过变换的磁斥力推动转筒上的片状磁体，以产生使转筒旋转的驱动力。本技术中的浮子不仅能够稳定悬浮，而且还可具有受控旋转的效果，进而实现丰富多样的演示效果。

技术研发人员：张钊,展永霞,聂昆仑,张坤,赵晓晨,李斌,张立辉,窦红,常盼盼,张焕,原硕朋
受保护的技术使用者：河北腾云信息技术有限公司
技术研发日：20230519
技术公布日：2024/1/15