CN110232854A - 一种电动悬浮原理演示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动悬浮原理演示装置，包括外部框架、两个圆筒式转盘和块状永磁体；外部框架内设有水平的连接板；圆筒式转盘设置在连接板上并由电机驱动旋转，绕转盘筒壁排布有多个8字形线圈，所述8字形线圈由两个中空的圆角矩形线圈交叉连接；块状永磁体放置于磁体安装盒中，磁体安装盒通过力传感器设置于连接板上，并位于两个圆筒式转盘之间。本发明可对电动悬浮进行原理演示验证，具有装配方便、灵活可调等优势；同时增大圆筒式转盘直径和提高电机转速可进一步模拟高速电动悬浮工况；也可通过电机、力传感器等设备对不同侧向悬浮气隙、不同悬浮高度、不同运行速度下的电磁力及其动态响应进行测试。
Description
技术领域
本发明涉及电动悬浮技术领域，具体为一种电动悬浮原理演示装置。
背景技术
磁悬浮列车作为一种新型轨道交通工具，它利用车辆与轨道之间无接触的电磁力实现列车的悬浮与导向，并通过直线电机实现列车的牵引制动。目前，根据悬浮原理的不同，磁悬浮主要分为电磁悬浮、电动悬浮以及超导悬浮。
电动悬浮是利用动生电原理实现列车悬浮的一种悬浮方式。车载磁体产生的磁场，在列车运动时切割安装在地面轨道上的导体板或线圈，从而在导体板或线圈中产生阻止磁通量变化的感应电流，感应电流与磁体磁场相互作用产生磁升力，磁升力随着列车速度的增加而增大，当列车达到一定速度后，磁升力与列车重力平衡实现车体起浮。电动悬浮可实现自稳定悬浮和导向，不需要复杂的控制系统，因此在高速磁悬浮列车领域，电动悬浮有显著的技术优势。
根据地面轨道形式的不同，电动悬浮可分为零磁通线圈型和导电板型。相对于损耗和磁阻较大的导电板型，8字形零磁通线圈型具有高浮阻比、大悬浮间隙、自稳定性好等优点，更适用于磁悬浮列车。
目前国内外主要针对电动悬浮的理论计算与实际应用进行研究，而对电动悬浮实验技术研究较少，用于演示电动悬浮原理、验证电动悬浮技术和测试电动悬浮性能的实验室装置有待开发。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于电动悬浮技术的验证及其原理的演示的电动悬浮原理演示装置。技术方案如下：
一种电动悬浮原理演示装置，包括外部框架、两个圆筒式转盘和块状永磁体；外部框架内设有水平的连接板；圆筒式转盘设置在连接板上并由电机驱动旋转，绕转盘筒壁排布有多个8字形线圈，所述8字形线圈由两个中空的圆角矩形线圈交叉连接；块状永磁体放置于磁体安装盒中，磁体安装盒通过力传感器设置于连接板上，并位于两个圆筒式转盘之间。
进一步的，所述圆筒式转盘上端通过固定环与固定于外部框架顶部的轴承座装配，下端通过转轴与固定于连接板上方的轴承座装配，且转轴通过联轴器与设置于连接板底部的电机连接。
更进一步的，所述圆筒式转盘包括上盖板、下盖板、线圈内挡板和线圈外挡板；所述8字形线圈固定于线圈内挡板外侧面的凸块结构上，线圈外挡板设置于8字形线圈外侧；线圈内挡板和线圈外挡板顶部和底部均通过凸形片状结构与上盖板和下盖板的条孔配合连接。
更进一步的，所述上盖板还设有用于安装凹形定位片的两个插孔，凹形定位片插入两个插孔，使两个圆筒式转盘呈对称关系，可对两个圆筒式转盘辅助定位。
更进一步的，所述上盖板和下盖板为镂空设计。
更进一步的，所述块状永磁体下方放置有多个用于调节起浮高度的高度调整片，高度调整片采用不导磁、不导电的透明材料制成。
更进一步的，所述连接板为多个相互分离且水平位置可调的平板，两个圆筒式转盘和力传感器分别设置于不同的平板上。
更进一步的，所述外部框架外侧装有防护玻璃。
更进一步的，所述磁体安装盒和圆筒式转盘均采用不导磁、不导电的透明材料制成。
本发明的有益效果是：本发明可对电动悬浮进行原理演示验证，具有装配方便、灵活可调等优势，有利于电动悬浮技术的研究和推广；同时，增大圆筒式转盘直径和提高电机转速可进一步模拟高速电动悬浮工况；另外，也可通过电机、力传感器等设备对不同侧向悬浮气隙、不同悬浮高度、不同运行速度下的电磁力及其动态响应进行测试。
附图说明
图1是本发明的总体结构立体示意图。
图2是本发明的总体结构正视示意图。
图3是本发明的圆筒式转盘（含8字形线圈）结构立体示意图。
图中：1-连接板；2-轴承座；3-固定环；4-转轴；5-联轴器；6-电机；7-磁体安装盒；8-块状永磁体；9-凹形定位片；10-调整片；11-力传感器；12-外部框架；13-防护玻璃；14-上盖板；15-下盖板；16-线圈内挡板；17-线圈外挡板；18-8字形线圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。图1、图2示出，一种电动悬浮原理演示装置，矩形块状永磁体8与高度调整片10置于磁体安装盒7中，磁体安装盒7通过螺纹与力传感器11连接，磁体安装盒7左右两侧均设装有8字形线圈18的圆筒式转盘，装置启动前，两个圆筒式转盘通过凹形定位片9连接，圆筒式转盘上下侧分别与固定环3和转轴4接触以实现轴向定位，圆筒式转盘的径向定位是由转轴4上下两侧的轴承座2实现，电机6通过联轴器5驱动转轴4，力传感器11、电机6、轴承座2都通过连接板1以螺纹连接方式与外部框架12相连。
外部框架12外侧设有防护玻璃13，且防护玻璃13为高强度、硬度的透明玻璃材料，具有安全防护与便于观测悬浮现象的作用，以达到更好的演示效果。
8字形线圈18是由两个中空的圆角矩形线圈焊接组成，两个线圈交叉连接，保证两个线圈中的感应电流流向相反。
磁体安装盒7、高度调整片10、圆筒式转盘都采用不导磁、不导电的透明材料，避免影响电动悬浮性能，并方便观测悬浮现象。
高度调整片10设有多个，当装置做演示效果时，高度调整片10置于矩形块状永磁体8下方，从而调节起浮高度。
本实施例连接板1为多个相互分离且水平位置可调的平板，两个圆筒式转盘和力传感器11分别设置于不同的平板上。可通过调整各平板之间的相对位置从而改变8字形线圈18与矩形块状永磁体8之间的气隙，并能确保矩形块状永磁体8置于两个圆筒式转盘的中心位置。
为等效块状永磁体8与8字形线圈18的相对运动，两个电机6要以相反的方向进行同步旋转，并在装置启动前，需要在两个圆筒式转盘间插入凹形定位片9，从而保证两个圆筒式转盘的初始位置呈对称关系，初始位置确定后，应将凹形定位片9取出。
如图3所示，圆筒式转盘由上盖板14、下盖板15、线圈内挡板16及线圈外挡板17组成，线圈内挡板16侧面设有方便8字形线圈18安装固定的凸块结构，线圈外挡板17可防止8字形线圈18由于离心力作用而沿圆筒式转盘径向移动，整个圆筒式转盘的装配由线圈内挡板16、线圈外挡板17上下侧的凸形片状结构与上盖板14、下盖板15的条孔配合实现，上盖板14设有用于插入凹形定位片9的条孔。此外，为了减轻圆筒式转盘的重量，需要在考虑满足机械强度的同时对上盖板14与下盖板15进行镂空设计。
装置做原理演示时，力传感器11可对矩形块状永磁体8受到的悬浮力进行测试，当悬浮力与矩形块状永磁体8的重力相等时，矩形块状永磁体8可实现悬浮，这便于演示者调整合适的起浮高度、矩形块状永磁体8与8字形线圈18之间的气隙以及电机转速。
Claims (9)
1.一种电动悬浮原理演示装置，其特征在于，包括外部框架（12）、两个圆筒式转盘和块状永磁体（8）；外部框架（12）内设有水平的连接板（1）；圆筒式转盘设置在连接板（1）上并由电机（6）驱动旋转，绕转盘筒壁排布有多个8字形线圈（18），所述8字形线圈（18）由两个中空的圆角矩形线圈交叉连接；块状永磁体（8）放置于磁体安装盒（7）中，磁体安装盒（7）通过力传感器（11）设置于连接板（1）上，并位于两个圆筒式转盘之间。
2.根据权利要求1所述电动悬浮原理演示装置，其特征在于，所述圆筒式转盘上端通过固定环（3）与固定于外部框架（12）顶部的轴承座（2）装配，下端通过转轴（4）与固定于连接板（1）上方的轴承座（2）装配，且转轴（4）通过联轴器（5）与设置于连接板（1）底部的电机（6）连接。
3.根据权利要求1所述电动悬浮原理演示装置，其特征在于，所述圆筒式转盘包括上盖板（14）、下盖板（15）、线圈内挡板（16）和线圈外挡板（17）；所述8字形线圈（18）固定于圈内挡板（16）外侧面的凸块结构上，线圈外挡板（17）设置于8字形线圈（18）外侧；线圈内挡板（16）和线圈外挡板（17）顶部和底部均通过凸形片状结构与上盖板（14）和下盖板（15）的条孔配合连接。
4.根据权利要求3所述电动悬浮原理演示装置，其特征在于，所述上盖板（14）还设有用于安装凹形定位片（9）的两个插孔，凹形定位片（9）插入两个插孔，使两个圆筒式转盘呈对称关系，可对两个圆筒式转盘辅助定位。
5.根据权利要求3所述电动悬浮原理演示装置，其特征在于，所述上盖板（14）和下盖板（15）为镂空设计。
6.根据权利要求1所述电动悬浮原理演示装置，其特征在于，所述块状永磁体（8）下方放置有多个用于调节起浮高度的高度调整片（10），高度调整片（10）采用不导磁、不导电的透明材料制成。
7.根据权利要求1所述电动悬浮原理演示装置，其特征在于，所述连接板（1）为多个相互分离且水平位置可调的平板，两个圆筒式转盘和力传感器（11）分别设置于不同的平板上。
8.根据权利要求1所述电动悬浮原理演示装置，其特征在于，所述外部框架（12）外侧装有防护玻璃（13）。
9.根据权利要求1所述电动悬浮原理演示装置，其特征在于，所述磁体安装盒（7）和圆筒式转盘均采用不导磁、不导电的透明材料制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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