高性能磁斥悬浮装置的制作方法

本发明涉及高性能磁斥悬浮装置，特别涉及利用磁悬浮技术在自由空间中定向控制磁性物体的装置。

背景技术：

现有的磁悬浮装置以美国专利us4585282为代表，在此类装置中磁体呈环形排列，另有一个磁性悬浮体置于环形磁体之上，线圈的形状呈四分之一圆周。此种装置的缺点在于悬浮的稳定性差，且悬浮的高度有限，该装置可承受的悬浮体的重量也比较轻。cn200610065336对其进行了进一步改进，采用的仍是环形永磁铁的排列方式，通过设置水平运动控制装置来保持磁性悬浮体不会上下翻转。但仍没有从根本上解决悬浮重量和稳定性的问题，一旦磁性悬浮体重量超过1公斤，前述专利装置必须通过增加磁性底座的永磁铁尺寸或数量来增强磁力，但这种无法提高悬浮高度，并且只能控制悬浮体自由水平旋转，无法控制整个装置在垂直方向上悬浮。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能够显著提高悬浮稳定性的磁斥悬浮装置。

为了实现上述目的，本发明提供了高性能磁斥悬浮装置，其所述磁性底座包含：磁体阵列和传感器，所述磁体阵列包含至少三个矩形永磁铁和同等数目的电磁铁，所述磁体阵列以传感器为中心围绕并且至少有一条边与传感器在同一个水平平面上，所述磁体阵列用于产生可保持磁性悬浮体平衡地悬浮于底座上方预定基准位置的动态磁场；所述矩形永磁铁的磁极的外圈磁场和中心磁场相反且矩形永磁铁的中心磁场与磁性悬浮体的磁性相同；所述传感器用于检测位置偏差，根据检测磁性悬浮体的当前位置和预定基准位置产生和传送控制信号。当所述底座上方悬浮的所述磁性悬浮体在水平或者垂直等多方向上偏离所述基准位置时，控制所述磁性悬浮体返回所述基准位置。

优选地，所述传感器通过电路控制相应的磁体阵列。

优选地，所述磁性悬浮体中心位置设置孔洞。

优选地，所述传感器为光学传感器，包括遮光件，光发射器，光接收器，控制电路和光电转换器；所述遮光件包括一个中心孔洞和至少三个围绕中心孔洞四周设置的孔洞，所述中心孔洞下方设置光发射器，其余孔洞下方均设置一个光接收器，所述中心孔洞位于所述磁性悬浮体正下方；所述光电转换器与光接收器相连，用于将所接收到的光转换为电流；所述控制电路与所述磁体阵列相连。工作时，所述光发射器通过所述遮光件的孔洞向磁性悬浮体发射红外线，红外线与磁性悬浮体的圆形孔洞接触，当所述磁性悬浮体偏离预定基准位置一侧时，该侧散射的红外线会增加，被遮光件中的对应一侧的孔洞下方的光接收器接收，从而检测到磁性悬浮体位置的偏差，与之相对应地，控制电路配合光电转换器改变电流来调节对应磁体阵列的磁性，进而改变的磁力将所述磁性悬浮体调整到预定基准位置。

优选地，所述传感器为光电传感器、超声波传感器、测距传感器、视觉/图像传感器、无线电传感器。

优选地，所述磁性悬浮体为永磁铁或海尔贝克永磁铁。

优选地，磁性阵列包含四个或八个或四十八个矩形永磁铁。

优选地，所述矩形永磁铁与传感器所在的水平平面呈一定角度放置，如同碗形。优选地，所述矩形永磁铁也可以替代为方形、菱形或不规则多边形。

优选地，所述底座上设置有风扇。

本发明的优点在于，采用矩形磁体阵列的特殊排列方式提供特殊的磁场结构，不仅可以显著增加悬浮稳定性，悬浮体的重量和悬浮高度，失稳过程慢，还可适用于传统结构所不能悬浮的海尔贝克悬浮体。进一步地，通过设置光学传感器，在该光学传感器中巧妙地设置遮光件，与传统的霍尔传感器相比，使得悬浮系统突破了传统悬浮高度25mm的技术瓶颈，悬浮体极微小的偏移都能以光速捕捉并迅速调整，大大提高了整个系统的稳定性。不仅如此，整个装置水平旋转无限接近90度，磁性悬浮体仍能够稳定悬浮。

附图说明

图1是本发明外形示意图；

图2是本发明的一种实施例；

图3是本发明优选的一种实施例；

图4是本发明图3优选实施例的一种变形实施例；

图5是本发明的一种实施例。

其中，

1、磁性悬浮体；2、磁性底座；2-1、电磁铁；2-2、永磁铁；2-3、传感器；2-4、风扇；2-5、底板。

具体实施方式

实施例1:

图1和图2所示的是本发明的一个实施例，该高性能磁斥悬浮装置，包括磁性底座2和磁性悬浮体1，其所述磁性底座2包含磁体阵列和光传感器2-3，磁体阵列包含三个电磁铁2-1和三个矩形永磁铁2-2，所述磁体阵列围绕在以光传感器2-3为中心的同一个水平平面上，所述磁体阵列用于产生可保持磁性悬浮体1平衡地悬浮于底座上方预定基准位置的动态磁场；所述磁体阵列的外圈磁场和中心磁场相反且矩形永磁铁2-2的中心磁场与磁性悬浮体1的磁性相同；所述光传感器2-3用于检测位置偏差，根据检测磁性悬浮体的当前位置和平衡位置产生和传送控制信号。本实施例中的磁性悬浮体1为永磁铁，其中心设置有圆形孔洞。所述光学传感器2-3，包括遮光件，光发射器，光接收器，控制电路和光电转换器(本示意图中仅画出遮光件，其他省略)；所述遮光件包括一个中心孔洞和四个围绕中心孔洞四周设置的孔洞，所述中心孔洞下方设置光发射器，其余孔洞下方均设置一个光接收器，所述中心孔洞位于所述磁性悬浮体1正下方；所述光电转换器与光接收器相连，用于将所接收到的光转换为电流；所述控制电路与所述磁体阵列相连。

工作时，所述光发射器通过所述遮光件的孔洞向磁性悬浮体1发射红外线，红外线与磁性悬浮体1的圆形孔洞接触，例如当所述磁性悬浮体1偏离预定基准位置左侧时，左侧散射的红外线会增加，被遮光件中左侧孔洞下方的光接收器接收，控制电路配合光电转换器改变电流，使得左侧对应磁体阵列的磁性减少，右侧增大，进而改变的磁力将所述磁性悬浮体1拉回到预定基准位置。传感器还可以为光电传感器、超声波传感器、测距传感器、视觉/图像传感器、无线电传感器。

经过发明人的试验，此矩形磁体阵列提供特殊的磁场结构，可以提高悬浮稳定性，配合电磁传感器可以提高悬浮体的重量到6kg，悬浮高度达到5厘米，是传统悬浮装置的1.2倍，失稳过程慢；进一步地，与传统的霍尔传感器相比，光学传感器使得悬浮系统突破了传统悬浮高度25mm的技术瓶颈，悬浮体极微小的偏移都能以光速捕捉并迅速调整，大大提高了整个系统的稳定性。不仅如此，整个装置水平旋转无限接近90度，磁性悬浮体仍能够稳定悬浮。

实施例2：

图1和图3所示的是本发明的一个实施例，该高性能磁斥悬浮装置，包括磁性底座2和磁性悬浮体1，其所述磁性底座2包含：磁体阵列和光传感器2-3，所述磁体阵列包含四个电磁铁2-1四个矩形永磁铁2-2，所述矩形永磁铁2-2围绕在以光传感器2-3为中心的同一个水平平面上，所述磁体阵列用于产生可保持磁性悬浮体1平衡地悬浮于底座上方预定基准位置的动态磁场；所述磁体阵列的外圈磁场和中心磁场相反且矩形永磁铁2-2的中心磁场与磁性悬浮体1的磁性相同；所述光传感器2-3用于检测位置偏差，根据检测磁性悬浮体的当前位置和平衡位置产生和传送控制信号。本实施例中的磁性悬浮体1为永磁铁，其中心设置有圆形孔洞。磁性底座2上还设置有用于散热的风扇2-4。所述光学传感器2-3，包括遮光件，光发射器，光接收器，控制电路和光电转换器(本示意图中仅画出遮光件，其他省略)；所述遮光件包括一个中心孔洞和四个围绕中心孔洞四周设置的孔洞，所述中心孔洞下方设置光发射器，其余孔洞下方均设置一个光接收器，所述中心孔洞位于所述磁性悬浮体1正下方；所述光电转换器与光接收器相连，用于将所接收到的光转换为电流；所述控制电路与所述磁体阵列相连。

作为图3的一种变形，图4所示的装置，仅在电磁铁2-1和矩形永磁铁2-2位置摆放上有所不同。在图3所示的实施例中矩形永磁铁2-2置于电磁铁2-1内部，而在图4所示的实施例中矩形永磁铁2-2置于电磁铁2-1外部，经试验，两种摆放位置都可以产生可保持磁性悬浮体1平衡地悬浮于底座上方预定基准位置的动态磁场。

工作时，所述光发射器通过所述遮光件的孔洞向磁性悬浮体1发射红外线，红外线与磁性悬浮体1的圆形孔洞接触，例如当所述磁性悬浮体1偏离预定基准位置左侧时，左侧散射的红外线会增加，被遮光件中左侧孔洞下方的光接收器接收，控制电路配合光电转换器改变电流，使得左侧对应磁体阵列的磁性减少，右侧增大，进而改变的磁力将所述磁性悬浮体1拉回到预定基准位置。传感器还可以为光电传感器、超声波传感器、测距传感器、视觉/图像传感器、无线电传感器。

经过发明人的试验，四个矩形磁体排列的磁体阵列提供更为稳定的磁场结构，配合电磁传感器可以提高悬浮体的重量到8kg，悬浮高度达到7厘米，是传统悬浮装置的1.5倍，失稳过程慢；进一步地，与传统的霍尔传感器相比，光学传感器使得悬浮系统突破了传统悬浮高度25mm的技术瓶颈，悬浮体极微小的偏移都能以光速捕捉并迅速调整，大大提高了整个系统的稳定性。不仅如此，整个装置水平旋转无限接近90度，磁性悬浮体仍能够稳定悬浮。

实施例3:

图1和图5所示的是本发明的一个优选实施例，该高性能磁斥悬浮装置，包括磁性底座2和磁性悬浮体1，其所述磁性底座2包含：磁体阵列和光传感器2-3，所述磁体阵列包含四个电磁铁和四个矩形永磁铁2-2，所述矩形永磁铁2-2呈碗形围绕在传感器2-3周围，矩形永磁铁2-2靠近光传感器2-3的一边固定于底座2-5上并且与光传感器2-3在同一个水平平面上，四个矩形永磁铁2-2相对于水平平面倾斜的角度相同，为45度，所述磁体阵列用于产生可保持磁性悬浮体1平衡地悬浮于底座上方预定基准位置的动态磁场；所述磁体阵列2-1的外圈磁场和中心磁场相反且矩形永磁铁2-1的中心磁场与磁性悬浮体1的磁性相同；所述传感器2-3用于检测位置偏差，根据检测磁性悬浮体1的当前位置和平衡位置产生和传送控制信号。本实施例中的磁性悬浮体1为海尔贝克永磁铁，其中心设置有圆形孔洞。所述传感器2-3包括遮光件，光发射器，光接收器，控制电路和光电转换器(本示意图中仅画出遮光件，其他省略)；所述遮光件包括一个中心孔洞和四个围绕中心孔洞四周设置的孔洞，所述中心孔洞下方设置光发射器，其余孔洞下方均设置一个光接收器，所述中心孔洞位于所述磁性悬浮体1正下方；所述光电转换器与光接收器相连，用于将所接收到的光转换为电流；所述控制电路与所述磁体阵列相连。

工作时，所述光发射器通过所述遮光件的孔洞向磁性悬浮体1发射红外线，红外线与磁性悬浮体1的圆形孔洞接触，例如当所述磁性悬浮体1偏离预定基准位置左侧时，左侧散射的红外线会增加，被遮光件中左侧孔洞下方的光接收器接收，控制电路配合光电转换器改变电流，使得左侧对应磁体阵列的磁性减少，右侧增大，进而改变的磁力将所述磁性悬浮体1拉回到预定基准位置。传感器还可以为光电传感器、超声波传感器、测距传感器、视觉/图像传感器、无线电传感器。

经过发明人的试验，四个矩形磁体以此方式排列可以提供特殊的磁场结构，可以匹配海尔贝克永磁体的磁场，而传统的磁悬浮装置无法悬浮海尔贝克永磁体，这种特殊的磁场结构还可以实现同一点面的多点悬浮。该磁铁阵列配合电磁传感器可以提高悬浮体的重量到10kg，悬浮高度达到9厘米，是传统悬浮装置的2倍，失稳过程慢；进一步地，与传统的霍尔传感器相比，光学传感器使得悬浮系统突破了传统悬浮高度25mm的技术瓶颈，悬浮体极微小的偏移都能以光速捕捉并迅速调整，大大提高了整个系统的稳定性。不仅如此，整个装置水平旋转无限接近90度，磁性悬浮体仍能够稳定悬浮。

以上详细描述了本发明的优选的具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的设计构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的设计构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内和/或由权利要求书所确定的保护范围内。