一种全自由度磁悬浮装置的制作方法

1.本实用新型涉及磁悬浮技术领域，尤其是指一种全自由度磁悬浮装置。


背景技术：

2.目前市场上现有的磁悬浮系统以上拉和下推式为主。中国发明专利cn1819436a公开了一种磁斥型悬浮装置，包括磁性底座和悬浮体,其中所述悬浮体为单个永磁性悬浮体,在工作状态下,其重力能够被底座和悬浮体之间产生的磁斥力所平衡,从而悬浮于底座上方的预定基准位置,磁性悬浮体在悬浮时的下磁性端具有单一磁性,其中底座包含:一个环形永磁铁或排列成环形的多个永磁铁,基本水平设置在底座内,其上环形表面的磁性与磁性悬浮体下磁性端的磁性相反,由此磁性悬浮体能够悬浮于基准位置；以及悬浮体水平运动控制装置,设置在底座内,当底座上方悬浮的磁性悬浮体在水平方向上偏离基准位置时,控制磁性悬浮体返回基准位置。
3.但现有技术中的磁悬浮装置为上下磁悬浮，当整个磁悬浮装置转动时，磁性浮子即会脱离磁悬浮装置，无法实现全自由度磁悬浮。


技术实现要素：

4.为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种全自由度磁悬浮装置，包括：
6.基座；
7.环绕式磁铁，其设置在基座上，所述环绕式磁铁的中心设置有环形孔；
8.线圈，其设置在环形孔内，所述线圈具有三个；
9.磁性浮子，其位于环绕式磁铁的中心轴上，所述磁性浮子与环绕式磁铁表面的磁极相异；
10.所述环绕式磁铁与线圈配合以在磁性浮子处形成自锁平衡点。
11.作为优选的，三个所述线圈呈正三角形排布。
12.作为优选的，三个所述线圈的中部设置有霍尔传感组件，所述霍尔传感组件包括电路板和霍尔传感器，所述霍尔传感器设置在所述电路板上。
13.作为优选的，所述霍尔传感组件具有三组，所述霍尔传感组件与所述线圈一一对应设置。
14.作为优选的，所说霍尔传感器为线性霍尔传感器。
15.作为优选的，所述霍尔传感器位于线圈高度的一半处。
16.作为优选的，所述线圈为无芯线圈。
17.作为优选的，所述线圈为有芯线圈。
18.作为优选的，所述环绕式磁铁为环形磁铁。
19.本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
20.1、本实用新型中，通过三个线圈配合，实现磁性浮子的三角支撑，稳定性好。
21.2、本实用新型中，环绕式磁铁的设置，使得磁场的对称性好，磁悬浮稳定性更好。
22.3、本实用新型中，磁性浮子与环绕式磁铁相面对的表面磁极相异，由于环绕式磁铁的磁场分布，磁性浮子上方磁场方向向上，对磁性浮子呈相吸趋势，磁性浮子下方磁场方向向下，因此对磁性浮子呈相斥趋势，如此，环绕式磁铁中心对磁性浮子会存在一个自锁平衡点，从而实现全自由度磁悬浮。
附图说明
23.为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
24.图1为本实用新型的结构示意图一；
25.图2为本实用新型的结构示意图二；
26.图3为本实用新型电路板与霍尔传感器的结构示意图；
27.图4为本实用新型线圈与环绕式磁铁产生的磁场分布；
28.图5为环绕式磁铁的结构示意图一；
29.图6为环绕式磁铁的结构示意图二；
30.图7为环绕式磁铁的结构示意图三。
31.说明书附图标记说明：10、基座；20、环绕式磁铁；30、线圈；40、磁性浮子；50、电路板；51、霍尔传感器。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
33.参照图1-图4所示，本实用新型公开了一种全自由度磁悬浮装置，包括基座10、环绕式磁铁20、线圈30和磁性浮子40。
34.环绕式磁铁20设置在基座10上，环绕式磁铁20的中心设置有环形孔。线圈30设置在环形孔内，线圈30具有三个。磁性浮子40位于环绕式磁铁20的中心轴上，磁性浮子40与环绕式磁铁20表面的磁极相异。环绕式磁铁20与线圈30配合以在磁性浮子40处形成自锁平衡点。
35.参照图4所示，为全自由度磁悬浮装置的磁场分布图。磁性浮子40与环绕式磁铁20相面对的表面磁极相异，由于环绕式磁铁20的磁场分布，磁性浮子40上方磁场方向向上，对磁性浮子40呈相吸趋势，浮子下方磁场方向向下，因此对磁性浮子40呈相斥趋势。如此，环绕式磁铁20中心对浮子会存在一个自锁平衡点，此为全自由度磁悬浮技术的核心。
36.经受力分析可知，该装置可实现上、下、斜、侧悬浮多种状态，并且可连续变化，因此可实现全自由度的磁悬浮。
37.在另一实施例中，三个线圈30呈正三角形排布。通过三角形的布置，三个线圈30能够很好的对磁性浮子40进行悬浮支撑，稳定性更好。现有技术中的四线圈30磁悬浮装置，其四个线圈30为两两串联，即对角串联设置。区别与现有的四线圈30磁悬浮，本实用新型中的三个线圈30采用独立控制方法。
38.三个线圈30的中部设置有霍尔传感组件，霍尔传感组件包括电路板50和霍尔传感
器51，霍尔传感器51设置在电路板50上。霍尔传感组件具有三组，霍尔传感组件与线圈30一一对应设置。霍尔传感器51实时检测磁性浮子40位置的变化，实时反馈给单片机，并实时控制调节三组线圈30的磁场方向与电流大小，使磁性浮子40始终的平衡在中心区域。
39.所说霍尔传感器51为线性霍尔传感器51。霍尔传感器51位于线圈30高度的一半处。
40.线圈30可为无芯线圈30，也可为有芯线圈30。
41.环绕式磁铁20可为环形磁铁20，如此，磁场分布更为均匀，使得磁性浮子40实现全自由度的稳定悬浮。如图5所示，环绕式磁铁20可包括多个小磁铁，多个小磁铁环绕三个线圈30设置。如图6所示，环绕式磁铁20可包括两个半圆环的磁铁，两个半圆环的磁铁配合，形成环形结构。如图7所示，环绕式磁铁20也可由四个四分之一圆环组成。
42.本实用新型中，三个线圈30采用各自独立控制方法，当磁性浮子40在某个方向出现偏离，三个线性霍尔传感器51可分别检测到浮子的偏离方向与距离，该信息反馈给单片机进行处理计算，分别控制三个线圈30的磁场方向和电流大小的变化，使浮子调整到中心位置。
43.由于惯性以及各种干扰因素，会导致浮子不断地偏移中心点位，因此该悬浮系统为闭环控制平衡系统，线性霍尔传感器51实时检测浮子位置的变化，实时反馈给单片机，并实时控制调节三组线圈30的磁场方向与电流大小，使浮子始终的平衡在中心区域。
44.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。


技术特征：
1.一种全自由度磁悬浮装置，其特征在于，包括：基座；环绕式磁铁，其设置在基座上，所述环绕式磁铁的中心设置有环形孔；线圈，其设置在环形孔内，所述线圈具有三个；磁性浮子，其位于环绕式磁铁的中心轴上，所述磁性浮子与环绕式磁铁表面的磁极相异；所述环绕式磁铁与线圈配合以在磁性浮子处形成自锁平衡点。2.根据权利要求1所述的全自由度磁悬浮装置，其特征在于，三个所述线圈呈正三角形排布。3.根据权利要求1所述的全自由度磁悬浮装置，其特征在于，三个所述线圈的中部设置有霍尔传感组件，所述霍尔传感组件包括电路板和霍尔传感器，所述霍尔传感器设置在所述电路板上。4.根据权利要求3所述的全自由度磁悬浮装置，其特征在于，所述霍尔传感组件具有三组，所述霍尔传感组件与所述线圈一一对应设置。5.根据权利要求3所述的全自由度磁悬浮装置，其特征在于，所说霍尔传感器为线性霍尔传感器。6.根据权利要求3所述的全自由度磁悬浮装置，其特征在于，所述霍尔传感器位于线圈高度的一半处。7.根据权利要求1所述的全自由度磁悬浮装置，其特征在于，所述线圈为无芯线圈。8.根据权利要求1所述的全自由度磁悬浮装置，其特征在于，所述线圈为有芯线圈。9.根据权利要求1所述的全自由度磁悬浮装置，其特征在于，所述环绕式磁铁为环形磁铁。

技术总结
本实用新型涉及一种全自由度磁悬浮装置，包括：基座；环绕式磁铁，其设置在基座上，所述环绕式磁铁的中心设置有环形孔；线圈，其设置在环形孔内，所述线圈具有三个；磁性浮子，其位于环绕式磁铁的中心轴上，所述磁性浮子与环绕式磁铁表面的磁极相异；所述环绕式磁铁与线圈配合以在磁性浮子处形成自锁平衡点。其能够实现磁性浮子的全自由度悬浮，稳定性好。稳定性好。稳定性好。


技术研发人员：赵正东 丁强
受保护的技术使用者：无锡云创星空科技有限公司
技术研发日：2021.06.03
技术公布日：2022/1/11