基于常导磁斥型原理的可控磁悬浮小车装置的制作方法

本实用新型涉及磁悬浮装置领域，具体是基于常导磁斥型原理的可控磁悬浮小车装置。

背景技术：

德国工程师赫尔曼·肯佩尔于1922年首先提出电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。磁悬浮列车主要包含两项基本技术，一项为电磁系统，用于使列车悬浮起来，另一项为直线电动机，用于牵引。如今，由于磁悬浮列车与传统铁路相比具有适于高速运行、稳定安全、污染小，易维护、有较高的运输效率等优点，在交通运输方面有着极大的应用。目前，根据磁悬浮列车所采用的电磁铁种类可以分为常导吸引型以及超导排斥型两种。但目前还没有一个直观的演示装置能使学生或大众了解高科技交通工具的特点和其工作原理。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供基于常导磁斥型原理的可控磁悬浮小车装置，它能够对常导磁斥型原理的磁悬浮工作原理进行直观演示，而且能够满足磁悬浮小车的速度、方向以及电磁铁结构工作状态的可控性。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

基于常导磁斥型原理的可控磁悬浮小车装置，包括车体、两侧动力强磁铁、轨道悬浮磁铁，所述车体底部两侧设有与轨道悬浮磁铁磁性相斥的悬浮磁铁块，所述车体内设有电磁铁结构，所述两侧动力强磁铁相对立一侧的极性相反，所述电磁铁结构所在的高度与两侧动力强磁铁所在高度相适应，所述两侧动力强磁铁、轨道悬浮磁铁均对称设置。

所述可控磁悬浮小车装置还包括跑道，所述两侧动力强磁铁等距设置在跑道内侧侧壁上，所述轨道悬浮磁铁在跑道底面对称设置。

所述电磁铁结构包括蓄电池、可控开关、铁芯以及缠绕在铁芯上的线圈，所述蓄电池、可控开关、铁芯、线圈串联连接，通电后铁芯两端的极性与相对应的两侧动力强磁铁极性相斥。

所述可控开关为继电器。

所述可控磁悬浮小车装置还包括霍尔传感器，所述霍尔传感器设置在车体的车头处，所述霍尔传感器与可控开关连接。

所述可控磁悬浮小车装置还包括降压稳压模块，所述降压稳压模块与可控开关、霍尔传感器连接。

所述可控磁悬浮小车装置还包括线路板，所述蓄电池、可控开关、铁芯、线圈、霍尔传感器、降压稳压模块之间的电路连线设置在线路板上。

对比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

根据磁体间同性相斥、异性相吸的相关原理，并结合电磁铁原理的相关知识，基于磁悬浮系统、以电流磁效应和霍尔效应为核心的动力系统以及导向系统，从而满足磁悬浮小车的速度、方向以及电磁铁结构工作状态的可控性，能够对常导磁斥型原理的磁悬浮工作原理进行直观演示。

附图说明

附图1是本实用新型原理演示状态图。

附图2是本实用新型中车体结构示意图。

附图中所示标号：

1、车体；2、两侧动力强磁铁；3、轨道悬浮磁铁；4、悬浮磁铁块；5、跑道；6、蓄电池；7、可控开关；8、铁芯；9、线圈；10、霍尔传感器；11、降压稳压模块；12、线路板。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

本实用新型所述是基于常导磁斥型原理的可控磁悬浮小车装置，主体结构包括车体1、两侧动力强磁铁2、轨道悬浮磁铁3，车体1上所需元件安放需保证各边质量均匀，避免出现轻重不一的情况，保证车体1的重力平衡。所述车体1底部两侧设有与轨道悬浮磁铁3磁性相斥的悬浮磁铁块4，轨道悬浮磁铁3对称排列规整、紧密，产生一个相对均匀的磁场，使车体1的悬浮磁铁块4受到较稳定的斥力，保证车体1在前进过程中能稳定悬浮。车体1的悬浮磁铁块4每侧至少两颗，呈对称分布，保证车体1所受斥力相对均匀，以实现车体1前后平衡，不易前倾后仰；同时左右两边悬浮磁铁块4放置情况一致，以实现小车左右平衡，不易左右侧翻。所述车体1内设有电磁铁结构，所述两侧动力强磁铁2相对立一侧的极性相反，所述电磁铁结构所在的高度与两侧动力强磁铁2所在高度相适应，所述两侧动力强磁铁2、轨道悬浮磁铁3均对称设置。车体1底部两侧的悬浮磁铁块4为永磁铁，悬浮磁铁块4和轨道悬浮磁铁3极性相同，利用永磁铁间的相互作用力，使车体1受到一个向上的斥力，在斥力的作用下，车体1将会自动调节距离，直到斥力与车体1总重力二力平衡，实现悬浮。此方法采用永磁铁产生斥力，与电磁铁轨道相比，所产生的斥力很大，可以承受较大的重量，同时无需提供电源，可以节省成本，并且在斥力与重力相互作用的情况下，即使小车重量发生改变，小车仍会自动调节距离，可实现静浮也可实现动浮，无需利用气隙传感器等复杂结构就可以使小车保持稳定，整个原理简单可行。

所述可控磁悬浮小车装置还包括跑道5，所述两侧动力强磁铁2等距设置在跑道5内侧侧壁上，跑道5内侧侧壁能够对两侧动力强磁铁2进行限位固定。所述轨道悬浮磁铁3在跑道5底面对称设置。

所述电磁铁结构包括蓄电池6、可控开关7、铁芯8以及缠绕在铁芯8上的线圈9，所述蓄电池6、可控开关7、铁芯8、线圈9串联连接，通电后铁芯8两端的极性与相对应的两侧动力强磁铁2极性相斥。当电磁铁结构的铁芯8与两侧动力强磁铁2表现为相吸时，吸力的作用距离短，容易导致两侧动力强磁铁2瞬间与电磁铁铁芯8吸到一起，缺乏可重复性；而当电磁铁铁芯8与两侧动力强磁铁2表现为斥力时，两侧动力强磁铁2瞬间被电磁铁铁芯8弹开，假如此时继续把电磁铁铁芯8靠近两侧动力强磁铁2，两侧动力强磁铁2同样会弹开，说明具有可重复性，所以制作小车动力时采用斥力来推进。设想线圈9通电后，铁芯8与两侧动力强磁铁2相互排斥，排斥到一定距离后再次遇到两侧动力强磁铁2，也会继续排斥，如此周而往复保持车体1能持续向前动，这是整个动力系统的核心原理。

所述可控开关7为继电器。继电器时可控开关7的一个合理选择。

所述可控磁悬浮小车装置还包括霍尔传感器10，所述霍尔传感器10设置在车体1的车头处，所述霍尔传感器10与可控开关7连接。为了节约电量以及保证车体1运行效果，线圈9不可以一直通电，必须在恰当的时机恰当的位置通电。因为，线圈9在长时间通电时发热严重，能量损耗高且不利于线圈9长久使用，因此不宜对线圈9持续通电，间断通电明显能解决这个问题，通过对通电时序的控制，能较大程度地避免能量的损耗，霍尔传感器10的作用也在于此。所以为了控制线圈9的通断电的时机，选用霍尔传感器10作为感应元件。霍尔传感器10是一种常用的磁场测量器件,具有小型、坚固、结构简单、无触点、磁电转换惯性小等特点。当霍尔传感器10与两侧动力强磁铁2在指定的工作距离内，霍尔传感器10指示灯会发亮并接通相关的电路，否则就处于关闭状态。因为车体1所采用的霍尔传感器10感应到磁场时将输出一个低电平信号，因此继电器也低电平触发方式，每当车体1上的霍尔传感器10感应到磁场时，继电器将让线圈9导通产生磁场与轨道上的两侧动力强磁铁2相互作用，从而实现驱动车体1的目标。

所述可控磁悬浮小车装置还包括降压稳压模块11，所述降压稳压模块11与可控开关7、霍尔传感器10连接。降压恒压模块采用MP1584EN稳压模块，其具有体积小，稳压范围大的优点，经过调整，能够保证供给霍尔传感器10、继电器的电压稳定在5.25V，让器件稳定工作，本小车车体1所用的霍尔传感器10的工作电压均在5V左右。

所述可控磁悬浮小车装置还包括线路板12，所述蓄电池6、可控开关7、铁芯8、线圈9、霍尔传感器10、降压稳压模块11之间的电路连线设置在线路板12上。

工作原理：

如说明书附图图1所示。

当车体1运行至说明书附图图1中a状态时，霍尔传感器10检测到一定强度的感应磁场，继电器使电磁铁结构所在电路接通，铁芯8成为电磁铁，铁芯8两端极性与两侧动力强磁铁2相斥，铁芯8两端与两侧动力强磁铁2相斥产生的作用力为大小相等的F1和F2，F1和F2的合力F相当于车体1的牵引力，使小车运动。

当车体1运行至说明书附图图1中b状态时，霍尔传感器10就不能再检测到感应磁场，继电器使电磁铁结构所在电路断开，铁芯8没有极性成不再是电磁铁，小车依靠惯性继续运动。

当车体1依靠惯性运行至说明书附图图1中c状态时，霍尔传感器10再次检测到一定强度的感应到磁场，继电器再次使电磁铁结构所在电路接通，铁芯8成为电磁铁，铁芯8两端极性与两侧动力强磁铁2相斥，铁芯8两端与两侧动力强磁铁2相斥产生作用力F1和F2的合力F再次牵引小车运动。

通过霍尔传感器10的控制作用，对电磁铁结构如此往复的进行有效控制，就能使车体1一直前进。通过改变电磁铁结构的电流方向实现车体1的倒车。