动磁悬浮机构4做升降运动。
[0047]磁悬浮基座3与悬浮体I分别设置有可相互配合(或接合)的临界防水平偏移机构，以在悬浮体I位于磁悬浮基座上3时并且在磁悬浮机构4上升过程中悬浮体I处于悬浮临界点时防止悬浮体I产生过度水平偏移而导致悬浮体I无法正常悬浮在磁悬浮基座3上方。在图3示出的实施例中，临界防水平偏移机构包括设置在磁悬浮基座3上表面的接合凸起6和设置在悬浮体I下表面的接合凹槽7。在其它实施例中，也可以通过在悬浮体I下表面设置接合凸起、在磁悬浮基座3上表面设置接合凹槽来形成临界防水平偏移机构。在图3示出的临界防水平偏移机构中，接合凸起6优选具有圆锥形的外形，圆锥的直径可以为3-10mm，高度为3_5mm ;与其配合的接合凹槽7具有相应尺寸的圆锥形配合面。接合凸起6与接合凹槽7之间光滑接触。
[0048]在本发明的另一个实施例中，虽然没有进行图示，但是临界防水平偏移机构也可以采用下述结构:磁悬浮基座3顶面上形成(或具有)接合凹陷，其对应于悬浮体I自身所具有的外轮廓，从而悬浮体I能够以水平移动受限的方式接收在接合凹陷中。例如，磁悬浮基座3顶面具有圆柱状凹陷或凹槽，悬浮体I则为相应的半径稍小的圆柱状。
[0049]图4为悬浮体I自动悬浮过程示意图，图4(a)为初始状态，磁悬浮机构4处于低位，悬浮体I通过上述临界防水平偏移机构的配合而处于磁悬浮基座3上的初始位置。此时，磁悬浮机构4与悬浮体I之间的磁斥力小于悬浮体I的重力，设置在磁悬浮机构4内的水平电磁控制系统不工作。开启电机16，升降管11向上运动使得磁悬浮机构4向上运动，磁悬浮机构4与悬浮体I之间的磁斥力逐渐增加。图4(b)为临界状态，也即磁斥力开始等于悬浮体I的重力时，悬浮体I与磁悬浮基座3的摩擦力为零。此时，虽然水平电磁控制系统可以启动工作，但由于悬浮系统自身的不对称性误差所造成的水平分力的影响，仍然会使悬浮体I迅速偏离中心点而难以控制。本发明的临界防水平偏移机构的主要作用就是辅助平衡悬浮体I的自动悬浮，防止其自动悬浮过程中在临界状态时发生过度水平偏移。随着悬浮体I的向上浮起，临界防水平偏移机构彼此脱离接合，水平电磁控制系统开始正常工作。图4 (C)为悬浮状态，此时，磁悬浮机构4处于高位，悬浮体I处于磁悬浮机构4上方预定距离处的悬浮位置，电机16停止工作。此时，磁斥力等于悬浮体I的重力，水平电磁控制系统正常工作，相对于磁悬浮机构4，悬浮体I不会发生水平方向上的过度偏移，悬浮体I处于稳定悬浮状态。
[0050]通过上述升降管11的上升运动，从而实现了悬浮体I从初始位置自动悬浮到悬浮位置。并且在临界防水平偏移机构的过渡作用下，能够有效克服悬浮临界状态时悬浮体I在水平方向上的振荡偏移。与上述过程相反，当升降管11向下运动时，磁悬浮机构4从高位往低位运动。磁悬浮机构4与悬浮体I之间的磁斥力减小，悬浮体I在重力的作用下逐渐下落，最终实现悬浮体I从悬浮位置自动返回到初始位置。
[0051]在本发明的某些实施例中，移动式磁悬浮装置还可以包括控制器，与各移位机构的驱动电机连接，用来控制电机的运转。控制器还可以集成有磁悬浮控制电路或控制开关，用来控制磁悬浮机构4内的水平电磁控制系统工作。
[0052]在本发明的某些实施例中，自动磁悬浮装置还可以包括限位机构，用来对移位机构的运动进行限位。限位机构可以是设置在磁悬浮基座3上的限位挡块，限位挡块可以设置有触点开关，触点开关与控制器连接，当移位机构与限位挡块抵接时，触点开关能够发送电信号给控制器，控制器自动停止驱动电机的运行。
[0053]图5-6示出了本发明磁悬浮装置中的悬浮体和相应的磁悬浮机构的一个具体实施例。悬浮体中的磁铁2由两块圆柱形永磁体叠加而成，上方的永磁体201直径大于下方的永磁体202，这种布置方式非常适合于设置在球形悬浮体中。磁悬浮机构包括中心永磁体401、环形永磁铁402以及水平电磁控制系统。其中，中心永磁铁401为实心均匀圆柱形。当悬浮体正常悬浮在磁悬浮机构上方时，永磁体201和202的下表面磁性与中心永磁体401的上表面磁性相同并且与环形永磁体402的上表面磁性相反。中心永磁体401与永磁铁201和202的中心轴为同轴布置，从而中心永磁体401在Z轴方向上对悬浮体能够产生较大的磁斥力，从而能够将悬浮体悬浮在理想的预定高度。但在通常情况下，由于两个同极磁体之间会发生彼此的滑斥，仅依靠中心永磁体401的磁斥力很难将悬浮体悬浮起来。在本发明中，发明人在中心永磁铁401的外周还设置有环形永磁体402，环形永磁体402的上表面磁性与永磁体201和202的下表面磁性相反，在环形永磁体402的作用下，悬浮体不会在垂直平面内翻转。在优选情况下，在永磁体201的上表面设置有导磁片203，在中心永磁体401和环形永磁体402的下表面设置有导磁片403。通过导磁片203和403的导向作用，能够使悬浮体和磁悬浮机构之间的磁场作用更加集中，从而提高了效率。
[0054]在上述实施例中，水平电磁控制系统优选包括四个电磁铁411-414以及相对应的四个霍尔传感器(磁性传感器)422-424，四个电磁铁411-414在水平面内以环形永磁铁的轴线(X和Y轴)为中心而分布，再按中心对称地两两串联或并联成一组并使同一组电磁铁的同向端在通电后磁性相反，当其作用与电磁铁组上方的悬浮体的永磁铁2时，会在永磁铁2上合成一个水平力。合成的水平力可以控制悬浮体的一个水平自由度，这样两组相互垂直的电磁铁就可以控制水平面内的二个自由度，从而使悬浮体平衡于磁悬浮基座上方。具体的控制电路和控制原理已为本领域技术人员所公知，例如可以参见中国专利申请CN1819436A，在此以参见方式引入其全部内容。
[0055]图7-8示出了本发明磁悬浮装置中的悬浮体和相应的磁悬浮机构的另一个具体实施例。与图5-6所示出的实施例不同之处在于，中心永磁体401为空心圆柱形，并且霍尔传感器仅设置两个(422和423)，分别用来检测X轴和Y轴方向上的励磁电流。其中霍尔传感器422和423设置在中心永磁体401的中心孔中，从而减少元件数目并节省空间。
[0056]在本发明的磁悬浮装置中，悬浮体I可以制成各种日用品、装饰品或玩具等，例如可以是灯具、音箱、地球仪、陀螺、相框、茶具等等。在某些优选实施例中，本发明的移动式磁悬浮装置中的磁悬浮基座3优选具有封闭壳体，磁悬浮机构4和移位机构都设置在封闭壳体内，只将悬浮体I设置在封闭壳体外。从而在磁悬浮装置工作过程中，通过控制器从外面自动控制位于封闭壳体内的移位机构和磁悬浮机构4，人们从外面只会看到悬浮体I自动按预定轨迹进行运动。
[0057]下面介绍本发明的磁悬浮装置应用在茶艺演示领域的一个具体实例。将茶杯制成悬浮体，观赏者面前的桌子制成支架，支架内设置有磁悬浮基座和移位机构(外界不可视)，控制器设置在演示者一侧。当演示者向茶杯内沏好茶水后，启动控制器。先启动竖直分量移位机构，茶杯从桌面自动漂浮到空中。再启动水平分量移位机构，茶杯自动漂移到观赏者面前。观赏中从空中拿起茶杯进行品尝。通过该演示过程，能够给观赏者以神奇的美妙体验。
[0058]本领域技术人员应当理解，上述实施方式仅起解释本发明的作用，而不应当理解为对其作出的任何限制。例如环形永磁体402不局限于单个环形永磁体，还可以是在水平内环形分布的三个以上的柱形永磁体组或是一个环形永磁体与环形分布的柱形永磁体组在垂直方向叠加在一起的组合体。电磁铁也不局限于4个，能够分成两组(每组至少包含一个电磁铁)以上以控制水平方向上的两个自由度都是可以的，例如6个等，与此对应，能够控制悬浮体在水平方向上二维自由度运动的任何数目的传感器都是可以的。另外，电磁铁的布置方式还可以有多种，根据需要可以设置在环形永磁体402的内部、外部或上部，或与组成环形永磁体402的多个柱形永磁体在圆周方向上间隔排列。此外，电磁铁也不局限于带铁芯的线圈，同样可以采用无芯线圈来作为电磁铁。
【主权项】
1.一种移动式磁悬浮装置，包括:具有磁体的悬浮体；以及磁悬浮基座，包含:磁悬浮机构，用于将悬浮体悬浮于其上方预定距离处；以及移位机构，用于移位磁悬浮机构从而使处于悬浮状态的悬浮体发生相应位移。2.根据权利要求1所述的磁悬浮装置，移位机构包括:水平分量移位机构，用于使磁悬浮机构沿水平方向产生位移。3.根据权利要求1所述的磁悬浮装置，移位机构包括:竖直分量移位机构，用于使磁悬浮机构沿竖直方向产生位移。4.根据权利要求1所述的磁悬浮装置，其中磁悬浮基座具有第一临界防水平偏移机构，悬浮体具有第二临界防水平偏移机构，第一临界防水平偏移机构与第二临界防水平偏移机构被构造成相互配合以在悬浮体位于磁悬浮基座上时并且在磁悬浮机构上升过程中悬浮体处于悬浮临界点时防止悬浮体产生过度水平偏移而导致悬浮体无法正常悬浮。5.根据权利要求4所述的磁悬浮装置，其中第一临界防水平偏移机构为磁悬浮基座顶面上设置的接合凸起，第二临界防水平偏移机构为悬浮体的悬浮底面上设置的接合凹槽，接合凹槽用于接收接合凸起。6.根据权利要求5所述的磁悬浮装置，其中接合凸起为圆锥状或截头圆锥状，接合凹槽具有相应的圆锥状或截头圆锥状。7.根据权利要求4所述的磁悬浮装置，其中第一临界防水平偏移机构为磁悬浮基座顶面上所形成的接合凹陷，第二临界防水平偏移机构则由悬浮体自身所具有的外轮廓构成，从而悬浮体能够以水平移动受限的方式接收在接合凹陷中。8.根据权利要求1所述的磁悬浮装置，其中移位机构为运送小车，磁悬浮机构由运送小车携载。9.根据权利要求1所述的磁悬浮装置，其中移位机构为具有设定路径的导轨装置，用于使磁悬浮机构沿其设定路径移位。10.根据权利要求1所述的磁悬浮装置，还包括控制器，用于控制移位机构。
【专利摘要】移动式磁悬浮装置，包括：具有磁体的悬浮体；以及磁悬浮基座，其中磁悬浮基座包含：磁悬浮机构，用于将悬浮体悬浮于其上方预定距离处；以及移位机构，用于移位磁悬浮机构从而使处于悬浮状态的悬浮体发生相应位移。通过本发明的移动式磁悬浮装置，悬浮体能够按照预定轨迹在空中移动，能够大大拓展磁悬浮装置的应用领域。
【IPC分类】H02N15/00
【公开号】CN104901587
【申请号】CN201510337505
【发明人】王云川, 李才力, 李良清, 王晓冰
【申请人】肇庆市衡艺实业有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月16日