專利名稱：可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置的制作方法
可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁懸浮裝置，特別是涉及一種可用于磁懸浮地球儀、磁懸浮相框、磁懸 浮廣告展示架、磁懸浮佛像等工藝品的可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)型磁懸浮裝置一般為懸浮體旋轉(zhuǎn)檢測(cè)與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)分開。中國專 利CN1801595A和CN1599228A中，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用的方式都是檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)分開的。中國專利 CN101572521A中，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用的是由兩組線圈合并的感力合件，一組用于檢測(cè)，另一組用 于驅(qū)動(dòng)。它們均無法實(shí)現(xiàn)既做傳感器檢測(cè)又做旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。此外，在目前的磁懸浮裝置中，通常不帶斷電保護(hù)功能，因而在斷電時(shí)容易導(dǎo)致懸 浮體跌落受損。中國專利CN1476158A的裝置中雖具有斷電保護(hù)功能，但其斷電保護(hù)是通過 內(nèi)置電池實(shí)現(xiàn)的。在現(xiàn)有的磁懸浮產(chǎn)品中，即便有斷電時(shí)能吸起懸浮體的保護(hù)電路，也因未 設(shè)置浪涌保護(hù)電路，導(dǎo)致在開機(jī)時(shí)容易出現(xiàn)火花較大以及燒壞電源開關(guān)或電路的現(xiàn)象?，F(xiàn)有的磁懸浮產(chǎn)品，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，電磁鐵常因發(fā)熱較大而導(dǎo)致溫度較高，存在 功耗較大以及加速產(chǎn)品老化的問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在解決上述問題，而提供一種懸浮體可穩(wěn)定地懸浮于空中，并能作雙向 自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，還可對(duì)懸浮體進(jìn)行斷電保護(hù)，電磁鐵發(fā)熱量小，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁 懸浮裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置，該裝置包括支架；電磁鐵，其設(shè)于所述支架內(nèi)；懸浮體，其內(nèi)設(shè)有懸浮永磁體和旋轉(zhuǎn)永磁體，懸浮體的重力能夠被電磁鐵和懸浮 永磁體之間產(chǎn)生的磁吸力所平衡，從而，懸浮體能夠磁懸浮于該電磁鐵下方；位移傳感器，其設(shè)于所述支架內(nèi)，用于檢測(cè)懸浮體在豎直方向的位移；旋轉(zhuǎn)作用線圈，其設(shè)于所述支架內(nèi)，用于檢測(cè)懸浮體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又用于驅(qū)動(dòng)懸浮 體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，懸浮體在旋轉(zhuǎn)永磁體和旋轉(zhuǎn)作用線圈的磁力作用下可作雙向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)；控制電路，其設(shè)于所述支架內(nèi)，所述電磁鐵、位移傳感器及旋轉(zhuǎn)作用線圈均與該控 制電路連接，該控制電路用于使懸浮體能穩(wěn)定懸浮于空中，并作雙向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。所述支架為中空框架結(jié)構(gòu)或天花板結(jié)構(gòu)，所述懸浮體為球狀體、矩形框體或其它 藝術(shù)造型體，在懸浮體內(nèi)的頂部設(shè)有懸浮永磁體且按該懸浮永磁體的磁極方向豎直放置， 在懸浮體內(nèi)的頂部、底部或側(cè)面設(shè)有旋轉(zhuǎn)永磁體。所述控制電路包括位移檢測(cè)電路、位移控制模塊、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路、旋轉(zhuǎn)控制模 塊、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路、旋轉(zhuǎn)檢測(cè)電路以及補(bǔ)償電路，其中位移傳感器、位移檢測(cè)電路、位移控 制模塊、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路以及電磁鐵依次連接；旋轉(zhuǎn)作用線圈、旋轉(zhuǎn)檢測(cè)電路、旋轉(zhuǎn)控制模塊以及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路依次連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端又與旋轉(zhuǎn)作用線圈連接，補(bǔ)償電路 的輸入端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路連接，補(bǔ)償電路的輸出端與旋轉(zhuǎn)檢測(cè)電路連接。所述位移控制模 塊是PID控制器，該P(yáng)ID控制器是電路或單片機(jī)。所述位移傳感器是霍爾傳感器，可以是一個(gè)傳感器，水平設(shè)置于電磁鐵底端，檢測(cè) 豎直方向的磁場(chǎng)，也可以是兩個(gè)傳感器，分別水平設(shè)置于電磁鐵頂端和底端，方向一致，檢 測(cè)豎直方向的磁場(chǎng)，兩個(gè)位移傳感器的輸出信號(hào)送到位移檢測(cè)電路做減法運(yùn)算，電磁鐵可 以由單向電流驅(qū)動(dòng)，也可以由雙向電流驅(qū)動(dòng)?？刂齐娐愤€包括斷電保護(hù)電路，該斷電保護(hù)電路由低壓檢測(cè)電路、浪涌保護(hù)電路、 儲(chǔ)能電容及斷電監(jiān)控模塊組成，其中，斷電監(jiān)控模塊是電路或單片機(jī)，儲(chǔ)能電容通過浪涌保 護(hù)電路與電源連接，斷電監(jiān)控模塊的輸入端通過低壓檢測(cè)電路與電源連接，斷電監(jiān)控模塊 的輸出端與電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路連接。旋轉(zhuǎn)作用線圈設(shè)有鐵芯、磁芯或硅鋼等軟磁材料制成的芯；旋轉(zhuǎn)控制模塊是電路 或單片機(jī)。旋轉(zhuǎn)永磁體按其磁極方向水平設(shè)置在懸浮體的底部中央；旋轉(zhuǎn)作用線圈按其磁極 方向水平設(shè)置在旋轉(zhuǎn)永磁體的下方。或者，旋轉(zhuǎn)永磁體按其磁極方向水平設(shè)置在懸浮體的 頂部，其位置偏離豎向中心線，其磁極方向與其旋轉(zhuǎn)的圓周方向一致；旋轉(zhuǎn)作用線圈按其磁 極方向水平設(shè)置在旋轉(zhuǎn)永磁體的上方，其磁極方向與旋轉(zhuǎn)永磁體旋轉(zhuǎn)的圓周方向一致。本發(fā)明的貢獻(xiàn)在于，其有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)分 離、懸浮體無良好的斷電保護(hù)措施及電磁鐵發(fā)熱大等問題。本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)作用線圈實(shí)現(xiàn) 了旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)，因而簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，提高了旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制的可靠性。同時(shí)，本發(fā)明 可使懸浮體穩(wěn)定地懸浮于空中，并能作雙向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，因此用于工藝品、禮品等極具觀賞 性。還由于設(shè)置了斷電保護(hù)電路，使得在斷電時(shí)也可將懸浮體吸到頂端而不會(huì)掉下，保證了 使用的安全性，而且該斷電保護(hù)電路中還含有浪涌保護(hù)電路，保證了電路開機(jī)時(shí)的可靠性。 另外，本發(fā)明通過雙向電流驅(qū)動(dòng)電磁鐵的方案，有效降低了功耗，減小了發(fā)熱，延長(zhǎng)了產(chǎn)品 的使用壽命。

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1控制電路框圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1位移檢測(cè)電路、低壓檢測(cè)電路及單片機(jī)電路原理圖。圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1雙向電流驅(qū)動(dòng)電路原理圖。圖5是本發(fā)明的實(shí)施例1旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路、旋轉(zhuǎn)檢測(cè)電路及補(bǔ)償電路原理圖。圖6是本發(fā)明的實(shí)施例1浪涌保護(hù)電路及儲(chǔ)能電容電路原理圖。圖7是本發(fā)明的實(shí)施例2支架整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明的實(shí)施例3整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明的單向電流驅(qū)動(dòng)電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下列實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步解釋和說明，對(duì)本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。
實(shí)施例1參閱圖1，本發(fā)明的可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置包括支架10、電磁鐵20、懸浮體30、 位移傳感器41和42、旋轉(zhuǎn)作用線圈50及控制電路60。如圖1，所述支架10為中空框架，其內(nèi)部設(shè)有電磁鐵20、位移傳感器41和42、旋轉(zhuǎn) 作用線圈50及控制電路60，且電磁鐵20、位移傳感器41和42、旋轉(zhuǎn)作用線圈50均與控制 電路60連接。所述懸浮體30為球狀體，如懸浮式地球儀；也可以是矩形框體，如放置相片用的 磁懸浮相框、磁懸浮廣告展示架等；還可以是其它藝術(shù)造型體，如磁懸浮佛像等。該懸浮體 30磁懸浮于電磁鐵20下方，并可雙向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在懸浮體30內(nèi)頂部設(shè)有懸浮永磁體31，其為圓柱形釹鐵硼強(qiáng)磁鐵，該懸浮永磁體 按其磁極方向豎直粘接固定于懸浮體30內(nèi)頂部中央；在懸浮體30內(nèi)底部設(shè)有旋轉(zhuǎn)永磁體 32，其為釹鐵硼強(qiáng)磁鐵，該旋轉(zhuǎn)永磁體32按其磁極方向水平粘接固定于懸浮體30內(nèi)底部中 央。在所述支架10內(nèi)底部，所述旋轉(zhuǎn)永磁體32的正下方，設(shè)有旋轉(zhuǎn)作用線圈50，其既 用于檢測(cè)懸浮體30的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又用于驅(qū)動(dòng)懸浮體30做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該旋轉(zhuǎn)作用線圈50設(shè) 有鐵芯或磁芯，其形狀為條形，按其磁極方向水平設(shè)置。電磁鐵20設(shè)置于支架10內(nèi)頂部，其中一個(gè)磁極方向朝下。該電磁鐵20由電磁鐵 芯和線圈構(gòu)成，其中，電磁鐵芯為鐵芯、磁芯或硅鋼等軟磁材料制成的芯，其使得即使在電 磁鐵20不通電的情況下，當(dāng)懸浮體30接近電磁鐵20時(shí)，置于懸浮體30頂部的懸浮永磁體 31也能對(duì)電磁鐵20產(chǎn)生吸力，懸浮體30越接近電磁鐵20，其產(chǎn)生的吸力就越大。同時(shí)懸浮 體30也受到自身重力的作用，兩種作用力之間會(huì)存在一個(gè)平衡點(diǎn)，即吸力與重力相等。由 于該平衡點(diǎn)是一個(gè)非穩(wěn)定平衡點(diǎn)，即受外界微小干擾時(shí)，如果懸浮體30向上偏離平衡點(diǎn)就 會(huì)被吸到電磁鐵20下，如果懸浮體30向下偏離平衡點(diǎn)就會(huì)跌落下來。因此，需要控制電路 60給電磁鐵20供電，使其對(duì)懸浮體30產(chǎn)生斥力或吸力，從而使懸浮體30能夠穩(wěn)定地懸浮 在設(shè)定的平衡點(diǎn)上。位移傳感器41和42為霍爾傳感器，分別水平設(shè)置于電磁鐵20的頂端和底端，方 向一致，用于檢測(cè)懸浮永磁體31豎直方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度，其兩路檢測(cè)信號(hào)被送到控制電路60 中做減法運(yùn)算，控制電路60由此判斷懸浮體30的位置。如圖2，控制電路60包括位移檢測(cè)電路61、位移控制模塊621、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路 63、旋轉(zhuǎn)控制模塊622、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路66、旋轉(zhuǎn)檢測(cè)電路68、補(bǔ)償電路67以及斷電保護(hù)電路， 其中，斷電保護(hù)電路包括低壓檢測(cè)電路64、浪涌保護(hù)電路65、儲(chǔ)能電容C3及斷電監(jiān)控模塊 623。位移控制模塊621、旋轉(zhuǎn)控制模塊622以及斷電監(jiān)控模塊623在單片機(jī)62中通過軟件 實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)位移傳感器41、42均與位移檢測(cè)電路61連接。如圖3，電阻R2 R5與運(yùn)算 放大器U4A組成減法器，電阻R6、R7、R26與運(yùn)算放大器U4B組成反相放大器，位移傳感器41 和42的兩路信號(hào)經(jīng)過位移檢測(cè)電路61的差分、放大后，送到單片機(jī)62的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入 口。位移控制模塊621是在單片機(jī)62中通過軟件算法實(shí)現(xiàn)的PID控制器，即比例、積分、微 分調(diào)節(jié)控制器，該P(yáng)ID控制器先從端口 SENS獲取位移信息，然后向電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路63輸出 控制量，用于調(diào)節(jié)電磁鐵20的驅(qū)動(dòng)電流，從而使懸浮體30能夠懸浮在電磁鐵20下方。電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路63為H橋驅(qū)動(dòng)電路，如圖4，H橋驅(qū)動(dòng)電路用于為電磁鐵20提供雙向電流，使 其對(duì)懸浮體30產(chǎn)生斥力或吸力。H橋驅(qū)動(dòng)電路的工作原理是公知技術(shù)，這里不做解析。本 例中，單片機(jī)62通過PWM信號(hào)來調(diào)節(jié)電磁鐵的電流大小。旋轉(zhuǎn)控制模塊622用于控制旋轉(zhuǎn)作用線圈50的工作狀態(tài)；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路66用于 為旋轉(zhuǎn)作用線圈50施加電流，使旋轉(zhuǎn)作用線圈50與旋轉(zhuǎn)永磁體32之間產(chǎn)生作用力，驅(qū)使 懸浮體30旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)節(jié)；旋轉(zhuǎn)檢測(cè)電路68用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)永磁體32與旋轉(zhuǎn)作用 線圈50相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；補(bǔ)償電路67用于減小旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路66對(duì)旋轉(zhuǎn)檢測(cè) 電路68的干擾。如圖5，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路66由電阻R8和續(xù)流二極管D2組成，電阻R8與旋轉(zhuǎn)作用線 圈50串聯(lián)，續(xù)流二極管D2與旋轉(zhuǎn)作用線圈50并聯(lián)，當(dāng)單片機(jī)的ROTATE端口輸出高電平時(shí)， 該端口輸出電流通過電阻R8驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)作用線圈50，使懸浮體30旋轉(zhuǎn)，當(dāng)單片機(jī)的ROTATE 端口輸出高阻態(tài)時(shí)，旋轉(zhuǎn)作用線圈50檢測(cè)磁場(chǎng)變化；所述旋轉(zhuǎn)檢測(cè)電路68由運(yùn)算放大器 U4C和U4D、電阻R9 R14以及電容C4組成，電阻R9和電阻RlO提供直流偏壓，電阻Rl 1、 電阻R12和運(yùn)算放大器U4C組成信號(hào)放大電路，該信號(hào)放大電路將輸出信號(hào)經(jīng)電阻R13傳 送給運(yùn)算放大器U4D輸入端，電阻R14和電容C4組成低通濾波器，從運(yùn)算放大器U4D的輸 入信號(hào)中提取直流電壓，用做運(yùn)算放大器U4D的基準(zhǔn)電壓，運(yùn)算放大器U4D對(duì)輸入信號(hào)波形 整形，輸出矩形波到單片機(jī)的DETECT端口 ；所述補(bǔ)償電路67由二極管D3和電阻R15組成， 在旋轉(zhuǎn)作用線圈50用于驅(qū)動(dòng)和用于檢測(cè)之間切換時(shí)，可減小運(yùn)算放大器U4D輸入信號(hào)電壓 的波動(dòng)，其中，二極管D3起到反向隔離的作用，如果使用獨(dú)立的單片機(jī)引腳與ROTATE引腳 保持同步輸出，則可以不需要二極管D3，補(bǔ)償效果是一樣的。如圖3，低壓檢測(cè)電路64由電阻R16和電阻Rl7組成，其對(duì)12V電源分壓后輸出低 壓檢測(cè)信號(hào)，送到單片機(jī)62的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入口 LVD，供斷電監(jiān)控模塊檢測(cè)。如圖6，浪涌 保護(hù)電路65由二極管電阻Rl和Dl并聯(lián)而成，儲(chǔ)能電容C3為容量較大的電解電容，用于電 源斷電時(shí)能夠繼續(xù)為控制電路60供電。本例中，控制電路60中的單片機(jī)62的型號(hào)為STC12C5A56S2(圖中，其它引腳未畫 出)，其內(nèi)部集成了時(shí)鐘振蕩電路、復(fù)位電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及PWM信號(hào)發(fā)生器等硬件資 源。工作過程當(dāng)12V直流電源上電時(shí)，電流經(jīng)過電阻Rl給電容C3充電，由于電阻Rl起到了限 流的作用，因此在12V電源上電的瞬間，不會(huì)因過大的浪涌電流而在開關(guān)上產(chǎn)生較大火花， 以及導(dǎo)致對(duì)電源開關(guān)和電路造成損壞。上電工作后，手動(dòng)將懸浮體30移到電磁鐵20下方，置于懸浮體重力與電磁鐵吸力 相當(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)附近，平衡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的檢測(cè)電壓可通過電阻R26調(diào)節(jié)，控制電路60通過位移傳 感器41、42檢測(cè)懸浮體30的位置。當(dāng)懸浮體向上偏離平衡點(diǎn)時(shí)，電磁鐵20下端產(chǎn)生與懸 浮永磁體31上端磁極相同的磁場(chǎng)，也就是使懸浮電磁場(chǎng)對(duì)懸浮永磁體31產(chǎn)生斥力，使其下 移；當(dāng)懸浮體30向下偏離平衡點(diǎn)時(shí)，電磁鐵20下端產(chǎn)生與懸浮永磁體31上端磁極相異的 磁場(chǎng)，也就是使懸浮電磁場(chǎng)對(duì)懸浮永磁體產(chǎn)生吸力，使其上移。整個(gè)懸浮控制環(huán)路，由單片 機(jī)62進(jìn)行計(jì)算和控制。因此，在控制電路60及電磁鐵20的作用下，可松手放開懸浮體30， 懸浮體30可穩(wěn)定地懸浮于空中。通過調(diào)節(jié)電阻R26，電磁鐵20的工作電流可以變得非常
在懸浮體30懸浮于空中之后，可通過手動(dòng)撥轉(zhuǎn)懸浮體30，使其以豎向中心線為軸 心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)永磁體32進(jìn)入旋轉(zhuǎn)作用線圈50的感應(yīng)區(qū)域時(shí)，會(huì)在該區(qū)域產(chǎn)生變化的 磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)作用線圈50由此產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)在閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。 根據(jù)電磁學(xué)原理可知，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，也就是說 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙懸浮體30的運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，如果電路給旋轉(zhuǎn)作用線圈50施加與感 應(yīng)電流方向相反的電流，那么旋轉(zhuǎn)作用線圈50產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)驅(qū)使懸浮體30運(yùn)動(dòng)，從而使懸 浮體30能夠克服空氣阻力，一直旋轉(zhuǎn)下去。當(dāng)單片機(jī)62的ROTATE端口輸出高阻態(tài)時(shí)，旋轉(zhuǎn)作用線圈50 —直在檢測(cè)周圍磁場(chǎng) 的變化，由于其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)十分微弱，因此續(xù)流二極管Dl處于截止?fàn)顟B(tài)。前級(jí)運(yùn)算放大器 U4C組成的線性放大電路對(duì)微弱的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行反相放大，然后將信號(hào)送到后級(jí)運(yùn)算放 大器U4D作同相整形，輸出矩形波到DETECT端口。單片機(jī)62檢測(cè)到DETECT端口的方波信 號(hào)為低電平時(shí)，輸出遠(yuǎn)高于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的驅(qū)動(dòng)電壓到ROTATE端口，使旋轉(zhuǎn)作用線圈50產(chǎn)生 與感應(yīng)電流方向相反的驅(qū)動(dòng)電流，從而產(chǎn)生電磁場(chǎng)驅(qū)使懸浮體30朝原方向運(yùn)動(dòng)。單片機(jī)62 經(jīng)過一定延時(shí)后，或檢測(cè)到方波信號(hào)的高電平時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)，將ROTATE端口恢復(fù)到高阻態(tài)， 使旋轉(zhuǎn)作用線圈50又回到檢測(cè)工作狀態(tài)。懸浮體30具有雙向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的功能，旋轉(zhuǎn)方向取決于手動(dòng)撥轉(zhuǎn)的方向，也可隨時(shí) 手動(dòng)改變其自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的方向。懸浮體30的旋轉(zhuǎn)速度可通過調(diào)節(jié)電阻Rl的大小來改變，也 可以通過調(diào)節(jié)每次驅(qū)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)度，或調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)的時(shí)間間隔長(zhǎng)度來改變。在工作中，單片機(jī)62—直在檢測(cè)LVD端口的電壓。電源斷電時(shí)，12V直流電源電壓 迅速下降，電容C3經(jīng)過二極管Dl為電路繼續(xù)供電。當(dāng)LVD端口的電壓低于設(shè)定的閥值時(shí)， 單片機(jī)62通過電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路63控制電磁鐵20將懸浮在空中的懸浮體30吸起。由于懸 浮永磁體31與電磁鐵20的鐵心之間存在吸力，因此，在電容C3放完電后，懸浮體30也會(huì) 一直被電磁鐵20吸住。由本實(shí)例可知，電磁鐵20與懸浮永磁體31之間存在兩種作用力，即電磁鐵芯與懸 浮永磁體31之間產(chǎn)生的吸力(以下稱之為永磁力)，以及電磁場(chǎng)與懸浮永磁體31之間產(chǎn)生 的吸力或斥力(以下稱之為電磁力)，永磁力主要用于克服懸浮體30的重力，電磁力主要用 于調(diào)節(jié)懸浮體30的位移，使之穩(wěn)定懸浮于電磁鐵20的下方。因此，電磁鐵20只要有一個(gè) 磁極方向朝下即可，其形狀可以是圓柱形，還可以是T形、E形等其它形狀。在懸浮體30旋轉(zhuǎn)時(shí)，只要旋轉(zhuǎn)永磁體32能夠使旋轉(zhuǎn)作用線圈50產(chǎn)生交變的感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)，那么，通過控制電路60給旋轉(zhuǎn)作用線圈50施加與感應(yīng)電流方向相反的電流，就能 驅(qū)使懸浮體30運(yùn)動(dòng)。因此，旋轉(zhuǎn)永磁體32和旋轉(zhuǎn)作用線圈50的形狀、個(gè)數(shù)、設(shè)置位置、設(shè) 置角度等因素，對(duì)本裝置并無太大影響。實(shí)施例2如圖7，支架10為天花板結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有電磁鐵20、位移傳感器41 42、旋轉(zhuǎn)作 用線圈50以及控制電路60，電磁鐵20、位移傳感器41 42以及旋轉(zhuǎn)作用線圈50均與控 制電路60連接。旋轉(zhuǎn)作用線圈50按其磁極方向水平設(shè)置，與旋轉(zhuǎn)永磁體32相近且方向一 致。電磁鐵20、位移傳感器41 42的設(shè)置方式均與實(shí)例1相同。懸浮體30頂部中央設(shè)置有懸浮永磁體31，懸浮體30頂部偏離中心線的位置水平設(shè)置有旋轉(zhuǎn)永磁體32。懸浮永磁體31的設(shè)置方式與實(shí)例1相同，旋轉(zhuǎn)永磁體32的磁極方 向與其旋轉(zhuǎn)的圓周方向一致。工作時(shí)，懸浮體30可懸浮于電磁鐵20的下方，并做雙向自動(dòng) 旋轉(zhuǎn)。整個(gè)裝置的工作原理與實(shí)例1相同，這里不再解析。在圖7中，如果圍繞中心線對(duì)稱設(shè)置多個(gè)旋轉(zhuǎn)作用線圈和/或多個(gè)旋轉(zhuǎn)永磁體，顯 然也是可以的。實(shí)施例3本實(shí)例對(duì)實(shí)例1做了簡(jiǎn)化，如圖8所示，僅在電磁鐵20的下端設(shè)置了位移傳感器 42，用于檢測(cè)豎直方向的磁場(chǎng)，并且采用單向電流驅(qū)動(dòng)電路為電磁鐵20提供電流，如圖9所示。圖8中，懸浮永磁體31粘接固定于懸浮體30頂部中央的表面，其磁極方向豎直。 旋轉(zhuǎn)永磁體32粘接固定于懸浮體30底部中央的表面，其磁極方向水平。電磁鐵20下端磁 極與懸浮永磁體31上端磁極相異，即電磁力只能是吸力。工作時(shí)，懸浮體30的重力由永磁力和電磁力共同克服，控制電路60通過加強(qiáng)或減 弱電磁力的方式調(diào)節(jié)懸浮體30的位移，使之穩(wěn)定懸浮于電磁鐵20的下方，并做雙向自動(dòng)旋 轉(zhuǎn)。整個(gè)裝置的工作原理與實(shí)例1基本相同，這里不再解析。
權(quán)利要求
1.一種可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置，其特征在于，該裝置包括支架(10)；電磁鐵(20)，其設(shè)于所述支架(10)內(nèi)；懸浮體(30)，其內(nèi)設(shè)有懸浮永磁體(31)和旋轉(zhuǎn)永磁體(32)，懸浮體(30)的重力能夠 被電磁鐵(20)和懸浮永磁體(31)之間產(chǎn)生的磁吸力所平衡，從而，懸浮體(30)能夠磁懸 浮于電磁鐵(20)下方；位移傳感器，其設(shè)于所述支架(10)內(nèi)，用于檢測(cè)懸浮體(30)在豎直方向的位移；旋轉(zhuǎn)作用線圈(50)，其設(shè)于所述支架(10)內(nèi)，用于檢測(cè)懸浮體(30)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又用 于驅(qū)動(dòng)懸浮體(30)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，懸浮體(30)在旋轉(zhuǎn)永磁體(32)和旋轉(zhuǎn)作用線圈(50)的 磁力作用下可作雙向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)；控制電路(60)，其設(shè)于所述支架(10)內(nèi)，所述電磁鐵(20)、位移傳感器及旋轉(zhuǎn)作用線 圈(50)均與該控制電路(60)連接，該控制電路(60)用于使懸浮體(30)能穩(wěn)定懸浮于空 中，并作雙向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置，其特征在于，所述支架(10)為中空 框架結(jié)構(gòu)或天花板結(jié)構(gòu)，所述懸浮體(30)為球狀體、矩形框體或其它藝術(shù)造型體，在所述 懸浮體(30)內(nèi)的頂部設(shè)有懸浮永磁體(31)且按該懸浮永磁體(31)的磁極方向豎直放置， 在所述懸浮體(30)內(nèi)的頂部、底部或側(cè)面設(shè)有旋轉(zhuǎn)永磁體(32)。
3.如權(quán)利要求1所述的可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置，其特征在于，所述位移傳感器是霍 爾傳感器，所述控制電路(60)包括位移檢測(cè)電路(61)、位移控制模塊(621)、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電 路(63)、旋轉(zhuǎn)控制模塊(622)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路(66)、旋轉(zhuǎn)檢測(cè)電路(68)以及補(bǔ)償電路(67)， 其中位移傳感器、位移檢測(cè)電路(61)、位移控制模塊(621)、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路(63)以及電 磁鐵(20)依次連接；旋轉(zhuǎn)作用線圈(50)、旋轉(zhuǎn)檢測(cè)電路(68)、旋轉(zhuǎn)控制模塊(622)以及旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路(66)依次連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路(66)的輸出端又與旋轉(zhuǎn)作用線圈(50)連接，補(bǔ) 償電路(67)的輸入端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路(66)連接，補(bǔ)償電路(67)的輸出端與旋轉(zhuǎn)檢測(cè)電路 (68)連接。
4.如權(quán)利要求3所述的可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置，其特征在于，所述位移傳感器由一 個(gè)位移傳感器(42)組成，其水平設(shè)置于電磁鐵(20)底端，檢測(cè)豎直方向的磁場(chǎng)。
5.如權(quán)利要求3所述的可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置，其特征在于，所述位移傳感器由兩 個(gè)位移傳感器(41、42)組成，分別水平設(shè)置于電磁鐵(20)的頂端和底端，方向一致，檢測(cè)豎 直方向的磁場(chǎng)，兩個(gè)位移傳感器(41、42)的輸出信號(hào)送到位移檢測(cè)電路(61)做減法運(yùn)算； 所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路(63)是雙向電流驅(qū)動(dòng)電路。
6.如權(quán)利要求3所述的可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置，其特征在于，所述控制電路(60)還 包括斷電保護(hù)電路，該斷電保護(hù)電路由低壓檢測(cè)電路(64)、浪涌保護(hù)電路(65)、儲(chǔ)能電容 (C3)及斷電監(jiān)控模塊(623)組成，其中，斷電監(jiān)控模塊(623)是電路或單片機(jī)，儲(chǔ)能電容 (C3)通過浪涌保護(hù)電路(65)與電源連接，斷電監(jiān)控模塊(623)的輸入端通過低壓檢測(cè)電路 (64)與電源連接，斷電監(jiān)控模塊(623)的輸出端與電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路(63)連接；所述位移控 制模塊(621)是PID控制器，該P(yáng)ID控制器是電路或單片機(jī)。
7.如權(quán)利要求3所述的可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)作用線圈(50)設(shè)有鐵芯、磁芯或硅鋼等軟磁材料制成的芯；所述旋轉(zhuǎn)控制模塊(622)是電路或單片 機(jī)。
8.如權(quán)利要求7所述的可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)控制模塊 (622)是單片機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路(66)由電阻(R8)和續(xù)流二極管(D2)組成，電阻(R8) 與旋轉(zhuǎn)作用線圈(50)串聯(lián)，續(xù)流二極管(D2)與旋轉(zhuǎn)作用線圈(50)并聯(lián)，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng) 信號(hào)(ROTATE)經(jīng)過電阻(R8)送到旋轉(zhuǎn)作用線圈(50)；所述旋轉(zhuǎn)檢測(cè)電路(68)由運(yùn)算放 大器(U4C、U4D)、電阻(R9 R14)和電容(C4)組成，運(yùn)算放大器(U4C)的正輸入端通過電 阻(R9)與電源(5V)連接，且通過電阻(RlO)與地(GND)連接，運(yùn)算放大器(U4C)的負(fù)輸入 端通過電阻(Rll)與旋轉(zhuǎn)作用線圈(50)連接，且通過電阻(R12)與其輸出端連接形成負(fù)反 饋；運(yùn)算放大器(U4C)的輸出端通過電阻(R13)與運(yùn)算放大器(U4D)的正輸入端連接，運(yùn)算 放大器(U4D)的負(fù)輸入端通過電阻(R14)與其正輸入端連接，且通過電容(C4)與地(GND) 連接，電阻(R14)和電容(C4)組成低通濾波器，運(yùn)算放大器(U4D)的輸出端(DETECT)與旋 轉(zhuǎn)控制模塊(622)連接；所述補(bǔ)償電路(67)由二極管(D3)和電阻(R15)串聯(lián)組成，其輸入 端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(ROTATE)連接，其輸出端與運(yùn)算放大器(U4D)的正輸入端連接。
9.如權(quán)利要求7所述的可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)永磁體(32) 按其磁極方向水平設(shè)置在懸浮體(30)的底部中央；所述旋轉(zhuǎn)作用線圈(50)按其磁極方向 水平設(shè)置在旋轉(zhuǎn)永磁體(32)的下方。
10.如權(quán)利要求7所述的可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)永磁體(32) 按其磁極方向水平設(shè)置在懸浮體(30)的頂部，其位置偏離豎向中心線，其磁極方向與其旋 轉(zhuǎn)的圓周方向一致；所述旋轉(zhuǎn)作用線圈(50)按其磁極方向水平設(shè)置在旋轉(zhuǎn)永磁體(32)的 上方，其磁極方向與旋轉(zhuǎn)永磁體(32)旋轉(zhuǎn)的圓周方向一致。
全文摘要
一種可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的磁懸浮裝置，該裝置包括支架；電磁鐵，其設(shè)于所述支架內(nèi)；懸浮體，其內(nèi)設(shè)有懸浮永磁體和旋轉(zhuǎn)永磁體；所述懸浮體能夠磁懸浮于該電磁鐵下方，并可雙向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)；位移傳感器，其設(shè)于所述支架內(nèi)；旋轉(zhuǎn)作用線圈，其設(shè)于所述支架內(nèi)，用于檢測(cè)懸浮體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又用于驅(qū)動(dòng)懸浮體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；控制電路，其設(shè)于所述支架內(nèi)，所述電磁鐵、位移傳感器及旋轉(zhuǎn)作用線圈均與該控制電路連接。該裝置的懸浮體可穩(wěn)定地懸浮于空中，并能作雙向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，還可對(duì)懸浮體進(jìn)行斷電保護(hù)，且控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該裝置還具有功耗低、發(fā)熱小、產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。該裝置可用作工藝品、展示架等。
文檔編號(hào)H02N15/00GK102118126SQ201110082749
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者黃培雄 申請(qǐng)人:黃培雄