CN113182083B - 一种基于永磁电动悬浮式离心机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离心机技术领域，具体而言，涉及一种基于永磁电动悬浮式离心机，包括：离心机底座，离心机外壳，8字形线圈，直线电机，永磁体单元，支撑装置和加速装置。离心机外壳安装在离心机底座上，离心机外壳为两层结构设计；8字形线圈铺设在离心机外壳的其中一层上；直线电机铺设在离心机外壳的另外一层上；永磁体单元设置在8字形线圈和直线电机之间，永磁体单元设置为两个，两个永磁体单元相对称；支撑装置用于支撑永磁体单元进行圆周运动；加速装置用于在永磁体单元不能悬浮的情况下,实现永磁体单元的加速运行。本发明通过永磁体单元和8字形线圈的耦合关系实现悬浮导向功能，简化系统结构，易于调节控制。

Description

一种基于永磁电动悬浮式离心机

技术领域

本发明涉及离心机技术领域，具体而言，涉及一种基于永磁电动悬浮式离心机。

背景技术

传统离心机大多采用较复杂的机械结构来实现悬浮导向功能，通常包含电机、减速箱、传动装置、润滑装置、电气控制辅助系统等，其控制系统较复杂，并且由于是机械结构因此不可避免的出现摩擦磨损，因此工作过程中损耗较大，降低了设备的使用期限，并且设备还需要定期维护，增加了设备的使用成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于永磁电动悬浮式离心机，以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本申请实施例提供了一种基于永磁电动悬浮式离心机，所述离心机包括：离心机底座，离心机外壳，8字形线圈，直线电机，永磁体单元，支撑装置和加速装置。所述离心机外壳安装在离心机底座上，所述离心机外壳为两层结构设计；所述8字形线圈铺设在所述离心机外壳的其中一层上；所述直线电机铺设在所述离心机外壳的另外一层上；所述永磁体单元设置在所述8字形线圈和所述直线电机之间，所述永磁体单元设置为两个，两个所述永磁体单元相对称；所述支撑装置用于支撑所述永磁体单元进行圆周运动；所述加速装置用于在所述永磁体单元不能悬浮的情况下,实现所述永磁体单元的加速运行；其中，所述8字形线圈、直线电机和永磁体单元呈同心圆设置，所述永磁体单元中各永磁体的N极、S极交替排列。

可选的，所述离心机外壳包括外层和内层，所述外层高度高于内层，两层之间具有间隙，所述8字形线圈铺设在所述外层上，所述直线电机铺设在所述内层上，所述永磁体单元设置在所述间隙中。

可选的，所述离心机外壳包括外层和内层，所述外层高度高于内层，两层之间具有间隙，所述8字形线圈铺设在所述内层上，所述直线电机铺设在所述外层上，所述永磁体单元设置在所述间隙中。

可选的，所述支撑装置包括永磁体单元外壳，支撑杆底座、永磁体支撑杆和永磁体连接杆，所述永磁体单元放置在所述永磁体单元外壳里面，所述支撑杆底座安装在离心机底座的正中央，所述永磁体支撑杆安装在支撑杆底座上，所述永磁体连接杆安装在所述永磁体支撑杆上，且所述永磁体连接杆可在所述永磁体支撑杆上下往复运动，所述永磁体连接杆两端分别与所述永磁体单元外壳连接。

可选的，所述加速装置包括支撑轮和导轨，所述导轨为环形，所述导轨通过焊接安装在所述离心机底座上，所述导轨与所述离心机底座呈同心圆设置，所述支撑轮安装在所述永磁体单元外壳下端，所述支撑轮可来回收缩，所述支撑轮与所述导轨构成轮轨关系。

可选的，所述支撑装置包括永磁体单元外壳，支撑杆底座、永磁体支撑杆和永磁体连接杆，所述永磁体单元放置在所述永磁体单元外壳里面，所述支撑杆底座通过焊接安装在离心机底座的正中央，所述永磁体支撑杆通过焊接安装在支撑杆底座上，所述永磁体连接杆中间位置为圆环设置，通过所述圆环刚好套设在所述永磁体支撑杆上，所述永磁体连接杆两端设置有支撑块，所述支撑块与所述永磁体单元外壳通过螺栓进行连接。

可选的，所述永磁体支撑杆上设置限位块，所述限位块设置在所述永磁体连接杆下方，对所述永磁体连接杆进行限位。

可选的，当所述离心机处于静止状态时，所述永磁体单元的中心线与所述8字形线圈的中心线重合。

本发明的有益效果为：

1、本发明将永磁电动悬浮与离心机相结合，采用直线电机驱动，通过永磁体和8字形线圈的耦合关系实现悬浮导向功能，简化系统结构，省去了一系列的传动润滑装置，易于调节控制，方便安装维护。

2、本发明永磁体采用N、S极交替排列，通过合理利用其产生的双面磁场，同时实现悬浮和驱动功能，使离心机整体结构在空间上排布更加方便合理、节省空间和成本。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中所述的一种基于永磁电动悬浮式离心机的结构示意图；

图2是本发明实施例中所述的一种基于永磁电动悬浮式离心机的剖视图；

图3是本发明实施例中所述的永磁体单元与8字形线圈作用示意图；

图4是本发明实施例中所述的永磁体单元与直线电机作用示意图；

图5是本发明实施例中所述的永磁体单元受力示意图；

图6是本发明实施例中所述的永磁体单元与8字形线圈中心线重合运行示意图；

图7是本发明实施例中所述的永磁体单元与8字形线圈中心线偏移运行示意图。

图中标记：1、离心机外壳；2、8字形线圈；3、永磁体单元；4、永磁体支撑杆；5、永磁体连接杆；6、直线电机；7、支撑轮；8、导轨；9、离心机底座；10、支撑杆底座。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号或字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1-4所示，本实施例提供了一种基于永磁电动悬浮式离心机，所述离心机包括：离心机底座9，离心机外壳1，8字形线圈2，直线电机6，永磁体单元3，支撑装置和加速装置。

所述离心机外壳1安装在离心机底座9上，所述离心机外壳1为两层结构设计；所述8字形线圈2铺设在所述离心机外壳1的其中一层上；所述直线电机6铺设在所述离心机外壳1的另外一层上；所述永磁体单元3设置在所述8字形线圈2和所述直线电机6之间，所述永磁体单元3设置为两个，两个所述永磁体单元3相对称；所述支撑装置用于支撑所述永磁体单元3进行圆周运动；所述加速装置用于在所述永磁体单元3不能悬浮的情况下,实现所述永磁体单元3的加速运行；其中，所述8字形线圈2、直线电机6和永磁体单元3呈同心圆设置，每个永磁体单元3中包括了多个永磁体，各永磁体的N极、S极交替排列。

在本实施例中，将永磁电动悬浮与离心机相结合，采用直线电机6驱动，通过永磁体单元3和8字形线圈2的耦合关系实现悬浮导向功能，简化系统结构，省去了一系列的传动润滑装置，易于调节控制，方便安装维护。并且永磁体单元3采用N、S极交替排列，通过合理利用其产生的双面磁场，同时实现悬浮和驱动功能，使离心机整体结构在空间上排布更加方便合理、节省空间和成本。

在本公开的一种具体实施方式中，所述离心机外壳1包括外层和内层，所述外层高度高于内层，两层之间具有间隙，所述8字形线圈2铺设在所述外层上，所述直线电机6铺设在所述内层上，所述永磁体单元3设置在所述间隙中。

在本实施例中，直线电机6，永磁体单元3和8字形线圈2三者之间必须保证同心圆关系，且为了利用永磁体单元3的双面磁场，8字形线圈2和直线电机6必须分别排列在永磁体单元3的外层和内层，其位置可以交换，本实施例中由于8字形线圈2尺寸较大所以放在外层便于整体空间的布置。

在本公开的一种具体实施方式中，所述离心机外壳1包括外层和内层，所述外层高度高于内层，两层之间具有间隙，所述8字形线圈2铺设在所述内层上，所述直线电机6铺设在所述外层上，所述永磁体单元3设置在所述间隙中。

在本公开的一种具体实施方式中，所述支撑装置包括永磁体单元外壳，支撑杆底座10、永磁体支撑杆4和永磁体连接杆5，所述永磁体单元3放置在所述永磁体单元外壳里面，所述支撑杆底座10安装在离心机底座9的正中央，所述永磁体支撑杆4安装在支撑杆底座10上，所述永磁体连接杆5安装在所述永磁体支撑杆4上，且所述永磁体连接杆5可在所述永磁体支撑杆4上下往复运动，所述永磁体连接杆5两端分别与所述永磁体单元外壳连接。

本实施例中，所述永磁体连接杆5可在所述永磁体支撑杆4上下往复运动，因此当永磁体单元3相对于8字形线圈2中心线向下偏移一定位移时，永磁体连接杆5也可以降低到相应的位置，提高整个离心机运行的可靠性。本实施例中，所述永磁体单元外壳可以为空心箱子，通过设置永磁体单元外壳可以对永磁体单元进行保护，防止永磁体单元的损坏，进而提高离心机的使用期限。

在本公开的一种具体实施方式中，所述加速装置包括支撑轮7和导轨8，所述导轨8为环形，所述导轨8通过焊接安装在所述离心机底座9上，所述导轨8与所述离心机底座9呈同心圆设置，所述支撑轮7安装在所述永磁体单元外壳下端，所述支撑轮7可来回收缩，所述支撑轮7与所述导轨8构成轮轨关系。

本实施例中，所述导轨8与所述离心机底座9呈同心圆设置，因此可以实现永磁体单元3的加速运行，同时所述支撑轮7可来回收缩，当速度较低系统还不能实现悬浮功能时，将通过永磁体单元3下方的支撑轮7和轨道8间的轮轨关系来保证系统的正常加速运行，当永磁体单元3可实现悬浮后，所述支撑轮7则收缩回去。

在本实施例中支撑轮7还可以利用支撑轮架结构来替代，支撑轮架结构包括活塞杆和连杆，连杆包括第一连杆和第二连杆。活塞杆，第一连杆和第二连杆一端按一定位置关系活动连接在永磁体单元外壳下方，第一连杆和第二连杆的另一端活动连接在活塞杆上，活塞杆的另一端活动连接着第一支撑轮，活塞杆，第一连杆，第二连杆和第一支撑轮均可绕连接点转动；采用电源作为支撑轮架结构的动力源，通过控制第一连杆和第二连杆的转动，便可将运动传至活塞杆，实现活塞杆的收放。当第一支撑轮需要收回时，将电源接通，使连杆转动带动活塞杆收缩，使活塞杆收回到与永磁体单元外壳下表面平行的位置并保持固定不动。

在本公开的一种具体实施方式中，所述支撑装置包括永磁体单元外壳，支撑杆底座10、永磁体支撑杆4和永磁体连接杆5，所述永磁体单元3放置在所述永磁体单元外壳里面，所述支撑杆底座10通过焊接安装在离心机底座9的正中央，所述永磁体支撑杆4通过焊接安装在支撑杆底座10上，所述永磁体连接杆5中间位置为圆环设置，通过所述圆环刚好套设在所述永磁体支撑杆4上，所述永磁体连接杆5两端设置有支撑块，所述支撑块与所述永磁体单元外壳通过螺栓进行连接。

在本公开的一种具体实施方式中，所述永磁体支撑杆4上设置限位块，所述限位块设置在所述永磁体连接杆5下方，对所述永磁体连接杆5进行限位。

在本实施例中，当永磁体向下偏移一定位移后，此处的限位块将起到支撑永磁体连接杆5的作用，使永磁体单元3运动更加稳定安全。

在本公开的一种具体实施方式中，当所述离心机处于静止状态时，所述永磁体单元3的中心线与所述8字形线圈2的中心线重合。

上述实施例的工作原理为：离心机包括永磁体单元3、8字形线圈2和直线电机6，三者以同心圆关系排列，8字形线圈2和直线电机6排列在两侧，永磁体单元3排列在中间。其中永磁体单元3的磁化方向以N、S极交替排列，可利用磁体的双面磁场同时实现悬浮和驱动功能。一方面，永磁体单元3外侧磁场与8字形线圈2相互耦合实现悬浮。基于零磁通原理，当永磁体单元3中心线相对于8字形线圈2中心线偏移一定距离后，8字形线圈2上下环路的磁通不同，将在线圈中产生感应电流，并且上下环路的磁极相反，上环路的磁极与永磁体单元3磁极相反，对永磁体单元3产生吸引力；下环路的磁极与永磁体单元3磁极相同，对永磁体单元3产生排斥力。两个作用力叠加后对永磁体单元3产生一个总体作用力，在垂向表现为悬浮力，以平衡整体系统的重力；横向表现为导向力，可充当整体系统的向心力。另一方面，永磁体单元3内侧磁场与直线电机6持续相互作用实现加速推进。并且本方案技术将两个相对的永磁体单元3通过永磁体连接杆5相连接，对平衡整体系统的离心力起到显著作用，有效提高了系统稳定性。

离心机的运行过程：离心机的运行过程大致分为三个阶段，分别为轮轨加速阶段、悬浮加速阶段和平稳运行阶段。如图6所示，当离心机处于静止状态时，永磁体单元3中心线与8字形线圈2中心线重合，永磁体单元3内侧磁场与直线电机6相互作用实现推进，离心机开始逐渐加速，此时由于速度较低系统还不能实现悬浮功能，将通过永磁体单元3下方的支撑轮7和轨道8间的轮轨关系来保证系统的正常加速运行；随着速度上升达到悬浮速度时，将永磁体单元3下方的支撑轮7收回，如图7所示，此时永磁体单元3中心线将相对于8字形线圈2中心线向下偏移一定位移，同时限位块将永磁体固定在该高度上，产生悬浮力实现悬浮功能；当离心机达到其工作速度时，系统便进入平稳运行阶段。整个系统的受力分析图如图5所示，永磁体单元3外侧磁场和8字形线圈2作用产生的悬浮力F_l用以平衡整个系统的重力G，永磁体单元3内侧磁场与直线电机6作用产生的法向吸引力F_g克服系统的离心力F_r，使系统达到平衡。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于永磁电动悬浮式离心机，其特征在于，包括：

离心机底座(9)；

离心机外壳(1)，所述离心机外壳(1)安装在离心机底座(9)上，所述离心机外壳(1)为两层结构设计；

8字形线圈(2)，所述8字形线圈(2)铺设在所述离心机外壳(1)的其中一层上；

直线电机(6)，所述直线电机(6)铺设在所述离心机外壳(1)的另外一层上；

永磁体单元(3)，所述永磁体单元(3)设置在所述8字形线圈(2)和所述直线电机(6)之间，所述永磁体单元(3)设置为两个，两个所述永磁体单元(3)相对称；

支撑装置，所述支撑装置用于支撑所述永磁体单元(3)进行圆周运动；以及

加速装置，所述加速装置用于在所述永磁体单元(3)不能悬浮的情况下,实现所述永磁体单元(3)的加速运行；

其中，所述8字形线圈(2)、直线电机(6)和永磁体单元(3)呈同心圆设置，所述永磁体单元(3)中各永磁体的N极、S极交替排列。

2.根据权利要求1所述的基于永磁电动悬浮式离心机，其特征在于，所述离心机外壳(1)包括外层和内层，所述外层高度高于内层，两层之间具有间隙，所述8字形线圈(2)铺设在所述外层上，所述直线电机(6)铺设在所述内层上，所述永磁体单元(3)设置在所述间隙中。

3.根据权利要求1所述的基于永磁电动悬浮式离心机，其特征在于，所述离心机外壳(1)包括外层和内层，所述外层高度高于内层，两层之间具有间隙，所述8字形线圈(2)铺设在所述内层上，所述直线电机(6)铺设在所述外层上，所述永磁体单元(3)设置在所述间隙中。

4.根据权利要求1所述的基于永磁电动悬浮式离心机，其特征在于，所述支撑装置包括永磁体单元外壳，支撑杆底座(10)、永磁体支撑杆(4)和永磁体连接杆(5)，所述永磁体单元(3)放置在所述永磁体单元外壳里面，所述支撑杆底座(10)安装在离心机底座(9)的正中央，所述永磁体支撑杆(4)安装在支撑杆底座(10)上，所述永磁体连接杆(5)安装在所述永磁体支撑杆(4)上，且所述永磁体连接杆(5)可在所述永磁体支撑杆(4)上下往复运动，所述永磁体连接杆(5)两端分别与所述永磁体单元外壳连接。

5.根据权利要求1所述的基于永磁电动悬浮式离心机，其特征在于，所述加速装置包括支撑轮(7)和导轨(8)，所述导轨(8)为环形，所述导轨(8)通过焊接安装在所述离心机底座(9)上，所述导轨(8)与所述离心机底座(9)呈同心圆设置，所述支撑轮(7)安装在所述永磁体单元外壳下端，所述支撑轮(7)可来回收缩，所述支撑轮(7)与所述导轨(8)构成轮轨关系。

6.根据权利要求1所述的基于永磁电动悬浮式离心机，其特征在于，所述支撑装置包括永磁体单元外壳，支撑杆底座(10)、永磁体支撑杆(4)和永磁体连接杆(5)，所述永磁体单元(3)放置在所述永磁体单元外壳里面，所述支撑杆底座(10)通过焊接安装在离心机底座(9)的正中央，所述永磁体支撑杆(4)通过焊接安装在支撑杆底座(10)上，所述永磁体连接杆(5)中间位置为圆环设置，通过所述圆环刚好套设在所述永磁体支撑杆(4)上，所述永磁体连接杆(5)两端设置有支撑块，所述支撑块与所述永磁体单元外壳通过螺栓进行连接。

7.根据权利要求6所述的基于永磁电动悬浮式离心机，其特征在于，所述永磁体支撑杆(4)上设置限位块，所述限位块设置在所述永磁体连接杆(5)下方，对所述永磁体连接杆(5)进行限位。

8.根据权利要求1所述的基于永磁电动悬浮式离心机，其特征在于，当所述离心机处于静止状态时，所述永磁体单元(3)的中心线与所述8字形线圈(2)的中心线重合。

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