悬浮体可倾斜旋转的磁悬浮装置的制作方法

本发明总体涉及磁悬浮装置。

背景技术：

现有的磁悬浮装置，例如磁悬浮台灯、音箱或地球仪等，一般都包括功能性基座和悬浮体。基座和悬浮体都包含有磁组件，通过调控装置(通常设置在基座内)的实时调控，并借助基座和悬浮体的磁组件的相互作用(形成磁场作用力)，就能够将悬浮体悬浮在基座上方预定距离处，产生漂浮的奇幻视觉效果，从而深受人们的喜爱。

但是，现有的磁悬浮装置的悬浮体在悬浮过程中，仅能够相对基座水平自由转动，无法实现其它形式的转动，例如作为地球仪时的倾斜转动。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种磁悬浮装置，其悬浮体能够相对基座倾斜转动。

本申请中，术语“磁铁”或“磁体”指形成有n和s极的磁性部件，可单独构成或组合形成“磁组件”。“相对基本静止不动”是指二者相对静止不动或存在可控的微小扰动。

根据本发明的第一方面，提供了一种磁悬浮装置，包括：

具有下磁组件的基座；以及

具有上磁组件和可转动壳的悬浮体，其中下磁组件与上磁组件设置成能够提供悬浮体相对基座稳定悬浮时所需的磁平衡力，并且设置成在悬浮状态下相对彼此基本静止不动，

其中上磁组件和可转动壳相对可转动地设置。

根据本发明的一个实施例，上磁组件可以通过具有旋转中心线的轴承机构连接于可转动壳。轴承机构的旋转中心线可以与竖直垂线形成所需夹角，例如赤道倾斜角。

根据本发明的优选实施例，悬浮体还可以包括具有(旋转)输出轴和外壳的电机，其中电机的输出轴固定安装于上磁组件和可转动壳之一例如上磁组件，电机的外壳则固定安装于上磁组件和可转动壳之另一例如可转动壳。电极的输出轴相对上磁组件布置成，在悬浮状态下，电机的输出轴与竖直垂线形成所需夹角，例如悬浮体用作地球仪时的赤道倾角。

根据本发明的磁悬浮装置，优选下磁组件可升降地设置在基座内，并且悬浮体初始定位在基座的上表面。悬浮体的上磁组件相对基座的上表面以设定姿态被初始定位，例如上磁组件与基座的上表面之间可以通过穿过可转动壳的定位销结构实现初始定位。

根据本发明的可升降结构的具体实施例，基座还可以包括：相对基座不可位移地安装的螺纹柱，所述螺纹柱沿其高度或纵向的至少一部分上具有螺纹；以及用于承载基座的下磁组件的升降架，升降架设置有与螺纹柱的螺纹适配的螺纹部，使得当升降架的螺纹部与螺纹柱产生相对转动时升降架沿螺纹柱的高度方向产生相应位移。优选地，下磁组件具有环形磁铁，螺纹柱穿过环形磁铁的中空部分。基座还可以包括相对其固定安装且与螺纹柱相互平行间隔设置的至少一个导杆。优选导杆也穿过环形磁铁的中空部分。底座还可以包括驱动器例如电机，用于提供螺纹柱与升降架的螺纹部产生相对转动所需的驱动力。

由于上述升降结构简单且空间布局合理，因此使得加装其的基座仍然相对紧凑且性能可靠。

根据本发明的磁悬浮装置，悬浮体的可转动壳可以设计成地球仪形式，上磁组件位于可转动壳内部。

根据本发明的另一方面，还提供了一种使磁悬浮装置的悬浮体相对基座倾斜转动的方法，包括：

提供具有上磁组件和可转动壳的悬浮体，其中上磁组件与可转动壳设置成相对可转动；

提供具有下磁组件和调控系统的基座，上磁组件与下磁组件设置成能够提供悬浮体相对基座稳定悬浮时所需的磁平衡力，并且设置成在悬浮状态下相对彼此基本静止不动；

基于调控系统，使悬浮体相对基座稳定悬浮；以及

使可转动壳相对上磁组件转动。

本领域技术人员应当理解，本发明不同实施例之间可以互相引入彼此的特征或特征组合，除非明显不适用。

本发明通过限制上磁组件的水平自由转动，即相对下磁组件“定住”上磁组件，同时使悬浮体的壳体设置成相对上磁组件可转动，从而巧妙实现了悬浮体或其壳体在悬浮状态下的可控转动例如倾斜转动。

附图说明

图1为根据本发明的磁悬浮装置的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，本领域技术人员应该理解，实施例和附图只是为了更好地理解本发明，并不用来作任何限制。

参见图1，根据本发明的磁悬浮装置总体包括悬浮体f和基座b。这种磁悬浮装置的基本结构和工作原理还可参见申请人之前的专利cn1819436b(在此以参见方式引入其全文)。

图1所示悬浮体f为空心球体，具有球壳10和位于其中的磁组件20。磁组件20具有柱形磁铁21和通过固定架22对称分布在其两侧的偏置磁铁23。柱形磁铁21的底面还设置有定位孔210(其和偏置磁铁23的作用将会在后面提及)。

球壳10内还设置有电机24，电机24具有外壳25和旋转输出轴26。电机24的外壳25通过托架27固定于球壳10，输出轴26则借助夹具28固定于磁组件20的固定架22。夹具28相对固定架22的安装角度是可调节的，以使电机24的输出轴26的倾斜角度(悬浮体悬浮时相对竖直垂线的角度)是可调节的。电机24可以由自装电池为其供电或借助无线充电装置240通过基座b上的电路为其供电。

所示基座b为封闭盒体，其内设置有采用环形磁铁30形式的磁组件以及包含电磁线圈31和霍尔传感器(未示出)等在内的调控系统。基于调控系统的实时调控，悬浮体f的磁组件20与基座b的磁组件或环形磁铁30相互作用，以提供悬浮体f相对基座b悬浮时所需的磁平衡力，从而使得悬浮体f能够稳定悬浮在基座b的磁组件的上方预定高度。

偏置磁铁23用于使悬浮体f的磁组件20构造成相对基座b的磁组件在稳定悬浮时是基本静止不动的(竖向距离保持恒定，水平方向转动受限或不可自由转动)。作为替代实施例，偏置磁铁23也可以对称设置在基座b的环形磁铁30的上表面上。本领域技术人员应当理解，偏置磁铁23的设置仅仅是示例性的，还可以有其它形式的磁组件对配结构，只要能够悬浮体f的磁组件20构造成相对基座b的磁组件在稳定悬浮时是基本静止不动的即可。

如上所述，由于悬浮体f的磁组件20相对基座b的磁组件的水平旋转自由度被控制，即二者在悬浮状态相对彼此(基本)静止不动，因此就可以通过启动电机24工作来实现悬浮体f的球壳10的倾斜转动。具体工作原理为：如上所述由于在悬浮状态下磁组件20相对磁组件固定不动，因此电机24的输出轴26也随之固定不动，工作电机24的外壳25就会带动托架27并相应带动球壳10一起倾斜转动。

作为替代实施例，也可以将电机24的输出轴26固定于球壳10，同时将电机24的外壳25固定于磁组件20，尽管这种结构不如图1所示结构紧凑及安装方便。

另外，图1中还示出了设置在夹具28与外壳25围绕电机输出轴的那部分之间的两个轴承29。由于这种轴承结构的使用，进一步减小了电机24的外壳25相对转动时的摩擦力，即使电机24不工作而变成单纯的轴承机构时，也仍然能很轻松地转动球壳10。

此外，虽然没有示出，也可以采用轴承机构完全替代电机24：例如将轴承机构的内圈固定于磁组件20，外圈固定于球壳10。相比图1所示实施例的可自动旋转结构(由于电机的使用)，采用轴承机构的这种替代实施例更有利于手动转动球壳10，尤其是球壳10设计为地球仪时会更方便观察，尽管在视觉效果上有所折衷。当然，也可以采用其它任何合适的方式来使磁组件20和球壳10设置成相对可转动。

图1所示基座b还进一步包括用于举升磁组件30的升降机构40。如图所示，基座b包括底板41、固定在底板41上的竖向螺纹柱42以及通过其上固定安装的螺母43与螺纹柱42螺纹配合连接的升降架44。环形磁铁30以及电磁线圈31等安置在升降架44上。

所示螺纹柱42沿其长度方向或纵向具有螺纹，下端安装在基座b的底板41上，上端居中穿过环形磁铁30的中空(间隙)部分，中间部分则螺纹配合地穿过升降架44的螺母43。螺纹柱42的下端安装固定座45，二者通过紧固件46相对底板41可转动地固定在一起。具有水平输出轴的电机47固定安装在底板41上，电机47的输出轴安装有蜗杆48，蜗杆48与蜗轮49配合，蜗轮49与固定座45固定安装在一起。这样，通过电机47的旋转输出轴带动蜗杆48转动，蜗杆48带动蜗轮49转动，蜗轮49又带动螺纹柱42转动，最后借助螺纹柱42与升降架44的螺母43的螺纹配合作用，从而实现升降架44沿螺纹柱42的上下移动。

图1还示出了围绕螺纹柱42平行延伸且均匀分布的导向柱420，用于辅助引导升降架44沿螺纹柱42上下移动。每个导向柱420的下端同样分别安装在基座b的底板41上，上端分别穿过环形磁铁30的中空间隙部分，中间部分则分别滑动穿过升降架44。导向柱420兼具导向和防止升降架44“连轴转”的双重功能。

下面简要描述本发明的悬浮体f如何相对基座b实现自动悬浮。

首先，将悬浮体f初始定位在基座b的上表面：可以从基座b的上表面突伸一辅助定位销(未示出)，其穿过悬浮体f的球壳10而伸入磁组件20的定位孔210。定位销可以是设置在基座b上表面上的可缩入式部件，也可以是单独提供的辅助工具。球壳10可以预留一供定位销穿过的通孔。由于磁组件20在球壳10内会发生相对转动，因此需要以设定姿态对其进行初始定位，上述定位销结构仅是一种设定姿态的示例而已。

接下来，先将升降架44降至低位(其上的环形磁铁30与磁组件20或悬浮体f之间的距离大于上述预定悬浮高度)。

然后，启动电机47，使升降架44带动环形磁铁30以及电磁线圈31等一起上升，直至悬浮体f脱离基座b的上表面并到达所需高度。

当然，基座b也可以省略上述升降机构40，而采用手动对准方式来实现悬浮体f在基座b上方的悬浮。

本领域技术人员应当理解，上述各种方向术语包括“上”、“下”等仅用于结合附图所示实施例来说明而非限制本发明。