多层共励磁斥型磁悬浮系统的制作方法

本发明涉及磁悬浮领域，特别是一种多层共励磁斥型磁悬浮装置，该装置具有能够在下推式磁悬浮装置的基础上，继续增加共励磁斥型悬浮装置，通过无线供电模块达到多层悬浮的功能。此外，本发明涉及一种用于制造多层共励磁斥型磁悬浮装置的解耦合结构。

背景技术：

下推式磁斥型磁悬浮装置多用于机械动力连接部减震及民用工艺品制作。由于现有下推式磁斥型磁悬浮装置全部采用单层悬浮的结构，这种单层悬浮结构局限了磁悬浮功能的发挥、大承重能力的施展以及视觉效果欠佳。

例如CN1729614B、CN100544183C、CN204993114U、CN205782311U以及CN2569440Y等专利，公开了一些不同改良版本的单层下推式磁悬浮装置，但上述这些现有磁悬浮装置均局限于单层磁斥型悬浮，并不能实现多层同悬、自由旋转的状态。

由于大承重下推式磁悬浮系统强大的磁场影响，导致磁耦合强度大，悬浮的汝铁硼永磁体与其电磁控制底座数据耦合极为稳定。若直接在原有永磁悬浮体基础上增加一套下推式磁悬浮系统，下方磁力线的干扰，使其上方霍尔传感器由于磁扰流，无法正常识别磁场中心基准，导致二重悬浮失败。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种多层共励磁斥型磁悬浮装置，同时提供了一种用于制造多层共励磁斥型磁悬浮装置的解耦合结构。能够使大承重下推式磁悬浮装置充分发挥其承重特性，实现多层悬浮、稳定悬浮、自由水平旋转。

本发明提供了一种多层共励磁斥型磁悬浮装置，其包括：

包含下层结构部分。其中最底层安装承载能力≥2kg的磁性底座，其上表面，安装24v高功率无线供电输入端，输入端上部悬浮永磁悬浮体。永磁体的重力与下方磁性底座产生磁斥力，并通过下方底座中的霍尔传感器进行电磁控制，进而实现平衡悬浮。在永磁悬浮体下方安装无线供电接收端。

其中大承重磁性底座包含：一个环形永磁铁，其上表面的磁极与永磁悬浮体下端磁极相反，由此永磁悬浮体能够悬浮于磁性底座中心基准位；以及包含一套悬浮体运动控制装置，安装于磁性底座环形永磁铁内，采用铜丝线圈制作而成，当磁性底座上方的永磁悬浮体在水平方向上偏离中心基准位置时，霍尔感应器感应磁斥力变化，传导信号给运动控制装置，从而使悬浮磁体返回中心基准位置。

包含中层解耦合结构部分。要实现多层共励磁斥磁悬浮，前提是必须掌握下推式磁悬浮系统的磁频高低及磁场类型，实验发现该磁悬浮类型属于低频静磁场形式悬浮系统。通过屏蔽体磁场强度计算公式B=2.5dHo/2t（Gs） 得出大承重下推式悬浮磁场屏蔽体磁场强度为2500Gs，从而通过强度进行磁通密度计算B=Ho/A（Gs），最后通过屏蔽体厚度计算公式t=Ad/μ（英寸）得出解耦合结构厚度。解耦合结构的材料可以包括：铁、陶瓷、铅、铝、铜、高密度塑料等六种。

包含上层结构部分。其中在瓷盆中塑料上方安装直径100mm厚度25mm的二层磁悬浮磁性底座，底座上部悬浮永磁悬浮体。

本发明的霍尔传感器控制系统安装在磁性底座环形槽内，靠近电磁铁内端，由3个相同的霍尔传感器组合而成，三向均布，其中2个传感器对应控制两组电磁铁，以检测悬永磁悬浮体在该组电磁铁对应中心上的位置信号，安装时每组传感器的排列方向需要对应于相应的电磁铁组的排列方向。其中1个传感器对应安装于底座中央位置，用于感知悬浮体高度，降低悬浮能耗。

本发明中二层悬浮磁性底座，采用无线供电的方式进行电力传输，无线供电模块采用输入端24V，输出端12V。使二层悬浮不受电线阻碍，实现双层自由水平悬浮、旋转。

本发明中多层共励悬浮系统，可在无线供电模块的驱动下，配合多层解耦合结构，不断增加悬浮层数，但不得大于下层磁性底座最大悬浮重量。

附图说明

以下参照附图，通过优先实施例对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明优选实施例的结构示意图；

图2为图1实施例的底座俯视示意图；

图3为本发明磁性底座控制电路示意图；

图4为本发明磁性底座供电电路示意图；

图5为本发明无线供电模块线圈示意图；

图6为本发明无线供电模块控制电路示意图。

其中，附图标记：1为磁性底座，2为控制电路板，3为铁片，4为环形永磁铁，5为无线供电输出线圈，6为电磁铁，7为永磁悬浮体，8为无线供电输入线圈，9为圆形铁片，10为瓷盆，11为高密度塑料，12为二层磁性底座，13为二层永磁悬浮体，14、15、16、17为线圈，18、19、20为霍尔传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1至图2是根据本发明的多层共励磁斥型磁悬浮装置的一个实施例的结构示意图及俯视图。该实施例的多层共励磁斥型磁悬浮装置包括上、中、下三大部分。其中下层结构部分包括磁性底座1、无线供电输出线圈5、无线供电输入线圈8及永磁悬浮体7。磁性底座1包括控制电路板2、铁片3、环形永磁体4、带铁芯的四个线圈14、15、16、17做组成的四组电磁铁6及无线供电输出线圈5。

磁性底座1内的环形永磁铁4的环形上表面的磁性为S，从而使得靠近磁性底座1上表面中心位置会形成磁性为N的区域。此时，将永磁悬浮体7磁性N极向下，放置于磁性底座1中心线上方，通过调节磁斥力大小，调节永磁悬浮体7的位置，从而产生悬浮效果。

图3至图4是根据本发明的多层共励磁斥型磁悬浮装置的一个实施例的磁性底座控制电路图及供电电路示意图。由于该大承重下推式磁斥悬浮系统，承载重量较大≥2kg，使得永磁悬浮体7在载物悬浮的过程是动态悬浮，所以在水平旋转的过程中，会出现前后左右上下微量偏移，若不及时进行微调，将会引起磁心线偏移，导致失败。即要对X、Y轴的微量偏移进行调节，方法是在磁性底座中心位置，均布安装带铁芯的四个线圈14、15、16、17，并分别串联为相互独立的两组线圈14、17和15、16，构成两组电磁铁。即线圈14、17控制X轴的偏移微调，线圈15、16控制Y轴的偏移微调。

在四个线圈中央位置，安装3个霍尔传感器18、19、20，其中18、19为一组，20为一组。霍尔传感器18、19通过感应永磁悬浮体7与磁性底座1的相互磁斥线性位置变化，进行及时的电型号反馈，从而通过控制四个线圈的励磁电流，实现永磁悬浮体7在X、Y轴方向上的微量移动。霍尔传感器20安装在中央靠近上方位置，用于感应永磁悬浮体7在载物重量变化，从而通过控制励磁电流调节适合不同重量物体悬浮的Z轴变化，并且节约能耗，延长了大承重条件下电气元件寿命。

另外，本发明多层共励磁斥型磁悬浮装置中层结构部分包括：圆形铁片9、瓷盆10、高密度塑料11。中层的3种材料是本发明所独有特征。将厚度4mm直径100mm的圆形铁片9安装于永磁悬浮体7之上，利用铁磁相吸及强力黏胶进行粘合紧固，从而实现首层磁力线阻隔，初步磁力解耦合。但单层圆形铁片对大承重磁悬浮系统磁阻隔效果并不明显，扰磁线性对二层磁性底座12仍然严重。从而通过多次实验发现采用陶瓷材料，塑型为盆状后形成瓷盆10，将外径110mm内径102mm高度35mm的瓷盆放置于圆形铁片9之上，同时，在瓷盆底部安装直径100mm厚度10mm的高密度塑料11，再将二层磁性底座12安置于瓷盆10中，磁阻隔效果成倍增强，效果明显，实现完全磁力解耦合。从而使二层磁性底座12中的霍尔传感器得以正常工作，感应二层永磁悬浮体的磁斥力变化，实现多层共励同时悬浮。

上层结构部分包括：二层磁性底座12及二层永磁悬浮体13两部分，其中上层结构部分与下层结构部分的大承重下推式磁悬浮元器件组合类似，而上层结构尺寸及重量需小于下层悬浮极限重量。且当上层结构再次增加无线供电模块后，又可继续向上添加悬浮系统，从而实现多层共励磁斥型磁悬浮系统。

图5至图6是根据本发明的无线供电模块线圈及控制电路结构示意图。该无线供电模块的采用“直流共振方式”方式进行无线传输，其振荡源由1/4个CD4011和晶振电路组成，线圈材料采用铜线绕组，无线供电模块采用输入端24V，输出端12V。