一种高温超导磁悬浮环形演示装置的制作方法

1.本实用新型涉及磁悬浮演示装置领域，具体而言，涉及一种高温超导磁悬浮环形演示装置。


背景技术：

2.在现有的磁悬浮演示装置中，主要有两种展示对象：一、演示常导磁悬浮原理；二、演示钉扎磁悬浮原理。在常导磁悬浮演示装置中，使用悬浮器电磁铁制作悬浮机构，并使模型在直线轨道上运行，其基本只能针对直线或简单曲线进行实验；在钉扎磁悬浮演示装置中，其一般是简单的环形构造，轨道结构简单，无法完成对复杂路线和复杂动作的演示，导致演示结果单一；此外，现有钉扎磁悬浮演示装置缺少主动驱动装置。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是：提供了一种高温超导磁悬浮环形演示装置，能够完成对复杂路线和复杂动作的演示。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：一种高温超导磁悬浮环形演示装置，包括永磁轨道，所述永磁轨道包括多层螺旋段、第一转接段、第二转接段和坡道段，所述多层螺旋段、所述第一转接段、所述第二转接段和所述坡道段依次围绕连接后形成环形闭合轨道；
5.驱动系统，所述驱动系统包括供电装置和驱动线圈，所述供电装置的输出端与驱动线圈的输入端电气连接，驱动线圈根据预设排布长度套接在所述坡道段上；以及
6.演示小车，所述演示小车上设置有驱动部和超导部，当演示小车的超导部进入超导悬浮状态后，所述驱动部与所述驱动线圈作用产生行波磁场，所述行波磁场用于驱动所述演示小车沿所述永磁轨道的预设方向进行运动。
7.进一步地，所述驱动部包括第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体固定连接在演示小车的第一外壁面上，所述第二永磁体固定连接在演示小车的第二外壁面上，所述第一外壁面和所述第二外壁面相对设置。
8.进一步地，所述超导部设置在所述演示小车内部的安装腔内，所述驱动部包括超导体和液氮填充层，所述超导体设置在液氮填充层的下方。
9.进一步地，在所述驱动线圈上设置有传感器安装部，所述传感器安装部朝靠近第二转接段的一侧设置，所述传感器安装部上连接有光电门式传感器，所述光电门式传感器、所述供电装置和所述驱动线圈电气连接。
10.进一步地，所述第一转接段为莫比乌斯扭转段，所述第二转接段为半圆环段。
11.进一步地，所述第一转接段为平面直线段，所述第二转接段为平面曲线段。
12.进一步地，包括支撑装置，所述支撑装置包括支撑柱和多个连接杆，所述支撑柱竖直设置，每个所述连接杆的一端与支撑柱的外壁面固定连接，每个所述连接杆的另一端与对应螺旋段的内壁面固定连接。
13.进一步地，所述多层螺旋段的层数设置为2至5层。
14.进一步地，所述坡道段包括第一坡道段和第二坡道段，所述第一坡道段的一端与所述第二转接段的一端固定连接，所述第一坡道段的另一端与所述第二坡道段的一端固定连接，所述第二坡道段的另一端与所述多层螺旋段的最顶层螺旋段固定连接。
15.进一步地，所述第一坡道段与水平面的夹角为第一锐角，所述第二坡道段与水平面的夹角为第二锐角，所述第一锐角大于所述第二锐角。
16.本实用新型的有益效果为：
17.本实用新型能够完成对复杂路线和复杂动作的演示，演示效果更加多样，如当进行转换悬浮运行方向与悬挂运行方向时，可将所述第一转接段设定为莫比乌斯扭转段，当需要考虑演示小车连续向上运行或连续向下运行时，可将多层螺旋段进行多层设置，并改变螺旋间距，当需要考虑演示小车在转换悬浮运行方向后在曲线轨道的运行时，可将所述第一转接段设定为莫比乌斯扭转段，将所述第二转接段设定为平面曲线段，在本实用新型中所述坡道段用于与驱动线圈进行电磁作用，驱动系统的引入，在主动驱动的基础上保证了演示小车的稳定运行。
18.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分需从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1为本实用新型的轴测结构示意图；
21.图2为本实用新型的俯视结构示意图；
22.图3为本实用新型中演示小车的驱动部结构示意图；
23.图4为本实用新型中演示小车的超导部结构示意图；
24.图中标记：
25.10、多层螺旋段；11、第一转接段；12、第二转接段；131、第一坡道段；132、第二坡道段；20、供电装置；21、驱动线圈；3、演示小车；31、第一永磁体；32、第二永磁体；33、超导体；34、液氮填充层；35、注液孔；4、光电门式传感器；51、支撑柱；52、连接杆。
具体实施方式
26.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.如图1 所示，一种高温超导磁悬浮环形演示装置，包括：
29.永磁轨道，所述永磁轨道包括多层螺旋段10、第一转接段11、第二转接段12和坡道段，所述多层螺旋段10、所述第一转接段11、所述第二转接段12和所述坡道段依次围绕连接后形成环形闭合轨道；
30.驱动系统，所述驱动系统包括供电装置20和驱动线圈21，所述供电装置20的输出端与驱动线圈21的输入端电气连接，驱动线圈21根据预设排布长度套接在所述坡道段上；所述驱动线圈21主要由金属漆包线绕制而成，安装在坡道段上，且使所述坡道段处在驱动线圈21磁场的作用范围内；
31.以及演示小车3，所述演示小车3上设置有驱动部和超导部，当演示小车3的超导部进入超导悬浮状态后，所述驱动部与所述驱动线圈21作用产生行波磁场，所述行波磁场用于驱动所述演示小车3沿所述永磁轨道的预设方向进行运动。
32.所述多层螺旋段10的设置，为所述演示小车3提供了一个连续向上或连续向下的运动路线，展示了钉扎磁悬浮优良的导向悬浮一体化特性，并方便与其它分段路线进行组合。
33.所述永磁轨道主要由永磁体按照一定预设规则排列制成，其磁场保持连续，以使得演示小车3的超导部进入超导悬浮状态后，可以在永磁轨道上方沿轨道预设方向无摩擦阻力进行运行。
34.在本实用新型中，为明确所述驱动部的具体结构，如图3所示，所述驱动部包括第一永磁体31和第二永磁体32，所述第一永磁体31固定连接在演示小车3的第一外壁面上，所述第二永磁体32固定连接在演示小车3的第二外壁面上，所述第一外壁面和所述第二外壁面相对设置。
35.在供电装置20输出设定的电流给驱动线圈21后，当演示小车3的超导部进入超导悬浮状态后，所述第一永磁体31和所述第二永磁体32分别与所述驱动线圈21作用产生行波磁场，所述行波磁场用于驱动所述演示小车3沿所述永磁轨道的预设方向进行运动。此外，由于所述第一永磁体31和所述第二永磁体32相对设置，故该行波磁场能够保证演示小车在进入驱动线圈21作用范围和离开驱动线圈21作用范围的瞬间均有稳定的驱动力，不会造成驱动力的急剧变化。
36.在本实用新型中，为明确所述超导部的具体结构，如图4所示，所述超导部设置在所述演示小车3内部的安装腔内，所述驱动部包括超导体33和液氮填充层34，所述超导体33设置在液氮填充层34的下方。
37.所述液氮填充层34用于维持超导所需的温度。为方便进行液氮的注液操作，在演示小车3的顶部可设置注液孔35，所述注液孔35与演示小车3内部的安装腔连通，当注液完成后，需将所述注液孔35进行封闭。
38.为方便对所述演示小车3与所述驱动线圈21的位置进行判断，并对演示小车3进行驱动控制，如图2所示，在所述驱动线圈21上设置有传感器安装部，所述传感器安装部朝靠近第二转接段12的一侧设置，所述传感器安装部上连接有光电门式传感器4，所述光电门式传感器4、所述供电装置20和所述驱动线圈21电气连接。
39.当所述演示小车3经过光电门式传感器4时，所述光电门式传感器4上的探头检测到目标物体的出现，所述探头输出的电压等参数发生变化，并将检测信号反馈给供电装置20的控制部，供电装置20的控制部读取反馈信号并进行信号判断，当反馈信号满足预设信号要求时，即会判断出演示小车3通过了驱动线圈21的既定位置，并且供电装置20的控制部控制输入给驱动线圈21的电流大小，从而完成对演示小车3的驱动控制。
40.为明确所述第一转接段11和所述第二转接段12的一种具体组合形式，所述第一转接段11为莫比乌斯扭转段，所述第二转接段12为半圆环段。
41.当所述第一转接段11为莫比乌斯扭转段时，演示小车3能够实现转换悬浮运行方向与悬挂运行方向两种姿态。
42.为明确所述第一转接段11和所述第二转接段12的另一种具体组合形式，所述第一转接段11为平面直线段，所述第二转接段12为平面曲线段。
43.在本实用新型中，永磁轨道内可以根据展示要求进行组合。
44.为防止多层螺旋段10发生形变，本演示装置还包括支撑装置，所述支撑装置包括支撑柱51和多个连接杆52，所述支撑柱51竖直设置，每个所述连接杆52的一端与支撑柱51的外壁面固定连接， 每个所述连接杆52的另一端与所述多层螺旋段10的内壁面固定连接。
45.支撑装置的引入，可以保证多层螺旋段10的稳定性。
46.为一方面考虑加工材料（金属板与小型永磁体）的性能，另一方面考虑展示效果，所述多层螺旋段10的层数设置为2至5层。
47.为实现对演示小车3的分级提速，所述坡道段包括第一坡道段131和第二坡道段132，所述第一坡道段131的一端与所述第二转接段12的一端固定连接，所述第一坡道段131的另一端与所述第二坡道段132的一端固定连接，所述第二坡道段132的另一端与所述多层螺旋段10的最顶层螺旋段固定连接。
48.进一步地，为考虑演示小车3在分级提速中的提速分配，所述第一坡道段131与水平面的夹角为第一锐角，所述第二坡道段132与水平面的夹角为第二锐角，所述第一锐角大于所述第二锐角。此时，第一锐角的设置，可保证演示小车3在爬坡初期得到大的提速，在坡道末期设置第二锐角，可保证演示小车3在爬坡末期得到小的提速，此种提速分配的结合，有效结合了演示小车在不同坡道段的惯性作用，保证了演示小车3的稳定演示，节省了能耗。
49.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
50.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。