專利名稱：鋼球磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種吸引鋼球的磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝 置。 '
背景技術(shù)：
磁懸浮技術(shù)越來越受到人們的重視，該技術(shù)已應(yīng)用于磁懸浮列車、磁懸浮軸承、 儲(chǔ)能飛輪、超凈加工室內(nèi)物體的磁懸浮搬運(yùn)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和演示等方面。磁懸浮 列車是利用車體與軌粒間的磁力抵消地球引九通過直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)列車
在軌道上的懸浮運(yùn)行。它與普通輪軌列車相比，具有低噪音、無污染、安全舒適和
高速高效的特點(diǎn)，是一種具有廣闊前景的新型^ax具，磁懸浮列車分為常導(dǎo)型和 超導(dǎo)型兩大類。常導(dǎo)型也稱常導(dǎo)磁吸型，.利用電磁鐵與軌道之間的電磁吸力將列車
懸起，懸浮的氣隙較小， 一般為10毫米左右，其速度可達(dá)每小時(shí)400 500公里。 超導(dǎo)型磁懸浮列車也稱超導(dǎo)磁斥型，禾擁超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場，在列車運(yùn)行時(shí)與 安裝在地面上的線圈相互作用，產(chǎn)生電磁斥力將列車懸起，懸浮高度一般為100 150毫米左右，運(yùn)行速度可達(dá)每小時(shí)500公里以上。
上述磁懸浮列車所存在的一個(gè)技術(shù)問題是常導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)是以電磁力實(shí)現(xiàn)懸 浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)功能的，其控制系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜。磁懸浮列車所存在的另一個(gè)技術(shù)問 題是需要低溫冷卻系統(tǒng)，操作不變，運(yùn)行成本高，雖然已有高M(jìn)導(dǎo)磁懸浮列， 型，但仍需低溫冷卻條件。
利用高M(jìn)導(dǎo)磁懸浮原理制作的磁懸浮列車模型已有報(bào)道，其中我國西南交通 大學(xué)研制的列車是世界上第一輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車系統(tǒng)。此高溫超導(dǎo)磁懸 浮實(shí)驗(yàn)車采用高，導(dǎo)±央材與軌間的電磁吸力將列車懸起，在液氮MS割牛下 (77K)，可以連續(xù)工作超過6小時(shí)，懸浮總重量530公斤，可載5人，懸浮凈高度 23毫米，穩(wěn)定性艦，懸浮剛度較高。該"車"的7JC磁導(dǎo)軌到長15. 5米，用直線 電機(jī)推進(jìn)，加速度l米/秒2，它是迄今為止世界上懸浮重量最大的載人"高溫超導(dǎo) 磁懸浮實(shí)驗(yàn)車"。但是這輛高鵬導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車制造工藝錢，耗資大，而且形
3體巨大，不能普及到一般的高校實(shí)驗(yàn)室和展覽館，因此很多人無法斜艮看到列車運(yùn)
行的演示。
形體較小的超導(dǎo)磁懸浮列車演^置目前國內(nèi)也有報(bào)道，例如陜西師范大學(xué)，北京
同方辰源禾根發(fā)展中心的THP-1型超導(dǎo)磁懸浮演示裝置，北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公 司的高溫超導(dǎo)磁懸浮演示裝置，北京特運(yùn)科技有限公司的超導(dǎo)磁懸浮車演示模型 等。這些模型裝置都是禾調(diào)超導(dǎo)體的抗磁性使高鵬導(dǎo)體懸浮在永磁軌iti:。 THP-1 型超導(dǎo)磁懸浮演^S是一臺高臨界,超導(dǎo)M懸浮列車物理課堂演^置，該 裝置為一個(gè)盛放高，超導(dǎo)體的列 型，在具有磁束縛的封閉磁軌iTt方懸浮， 或在磁軌道下方倒掛"懸掛"，并可在旋轉(zhuǎn)磁場加速裝置作用下，沿著長度約為 1.7m的封閉磁軌道，以懸浮或倒掛狀態(tài) 擦地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。高鵬導(dǎo)磁懸浮演示裝 置是一種適用于大、中、小學(xué)的物理學(xué)課堂演示以及科技館、少年宮等單位的展示、 教學(xué)用超導(dǎo)教學(xué)儀器。發(fā)明人所在的課題組研制的超導(dǎo)磁懸浮車演示模型綜合了超 導(dǎo)、儀表、電子、{鵬、磁路設(shè)計(jì)、直線電機(jī)原理、自動(dòng)控制等方面的知識，可以 加強(qiáng)學(xué)，現(xiàn)代科技的認(rèn)識并激發(fā)其對高新技術(shù)的興趣。超導(dǎo)磁懸浮車演示模型由 環(huán)形軌道和超導(dǎo)小車模型組成，軌道由鐵環(huán)和吸附在其上的釹鐵硼(NdFeB)永久 磁鐵材料構(gòu)成，當(dāng)紀(jì)鋇銅氧(YBC0)超導(dǎo)材料被冷卻到液氮溫度時(shí)，車體就可以穩(wěn) 定地懸浮在軌道上方。此時(shí)只要沿軌道方向給車體一個(gè)很小的推動(dòng)力，懸浮車就將 沿軌道延伸方向運(yùn)動(dòng)。如果軌道磁場非常均勻(沒有磁阻尼的理想狀態(tài))，且車體 在封閉的真空環(huán)境中運(yùn)動(dòng)，車的運(yùn)動(dòng)速度將不會(huì)衰減。目前，已有的小型高M(jìn)導(dǎo) 磁懸浮實(shí)驗(yàn)車模型能夠讓人們在感知此類現(xiàn)象的同時(shí)，讓老師、學(xué)生和廣大群眾了 解與超導(dǎo)磁懸浮列車系統(tǒng)相關(guān)的各種技術(shù)。就這種小型高，導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車模型 也需要用液氮，由于液氮并不是在任何地方都有，即就是有，每次做實(shí)艦得去買， 因此對該類實(shí)驗(yàn)裝置的普及尚有難度，特別是在偏遠(yuǎn)地區(qū)。
在大專院校物理課的教學(xué)中，當(dāng)前迫切需要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種結(jié) 構(gòu)簡單、體積小、實(shí)驗(yàn)斜牛容易實(shí)現(xiàn)、成本低、演示直觀的磁懸浮教學(xué)實(shí)驗(yàn)演示儀 器0 "

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述電磁懸浮裝置的缺點(diǎn)，提供一種設(shè)計(jì) 合理、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、演示直觀、演示效果好、便于在常溫下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的鋼球磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。
解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在底座上設(shè)置有支柱，支柱上端外側(cè) 設(shè)置有輔助鋼球固定套以及位于輔助鋼球固定套與支柱外表面之間的輔助鋼球，輔 助鋼球固定套、支柱以及輔助鋼球的上端面設(shè)置有上表面與限位圈聯(lián)接的上蓋，穿 過上蓋的中心軸的一端設(shè)置在底座上，中心軸與上蓋、與底座之間設(shè)置有中心軸套， 磁體轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端設(shè)置在中心軸上、另一端設(shè)置在磁體上，磁體轉(zhuǎn)動(dòng)軸與磁體之間 設(shè)置有磁懶由套，在磁體和輔助鋼球的下方懸浮1 *浮鋼球，懸浮鋼球與輔助鋼 球之間保持有距離。
本發(fā)明的磁體為永久磁體或電磁鐵。 本發(fā)明的永久磁體或電磁鐵為圓盤形或圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明說的上蓋為非導(dǎo)磁上蓋；所說的支柱為非導(dǎo)磁筒形支柱。 本發(fā)明的支柱的橫截面與限位圈的底面和上蓋的形狀相^L
本發(fā)明的支柱的橫截面外形、限位圈的底面、上蓋的形狀為圓形或橢圓形。 本發(fā)明的懸浮鋼球和輔助鋼球?yàn)閷?shí)心鋼球或空心鋼球或?qū)嵭蔫F球或空心鐵球。
本發(fā)明將永久磁體與鋼球?qū)Υ艌鲇绊懡Y(jié)合在一起，在常溫情況下，實(shí)現(xiàn)了鋼球 的穩(wěn)定懸浮和懸浮運(yùn)動(dòng)，簡化了磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)、不需要tti可控制設(shè)備和控制元 件，降低了磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置的成本，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。本發(fā)明可用作與磁懸浮相 關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，可在高等學(xué)校、中學(xué)、科技館等作為磁懸浮原理的實(shí)驗(yàn) 和演示儀器。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的主視圖。
圖2是圖1的右視圖。
圖3是圖1的俯視圖。
圖4是圖2的A-A剖視圖。
圖5是圖3的B-B剖視圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例2中磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1 .
在圖1 5中，本實(shí)施例的鋼球磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置由磁體轉(zhuǎn)動(dòng)軸1、永久磁 體2、限位圈3、上蓋4、輔助鋼球固定套5、支柱6、底座7、輔助鋼球8、懸浮鋼 球9、磁體軸套IO、中心軸ll、中心軸套12聯(lián)接構(gòu)成。
在底座7上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián),支柱6,本實(shí)施例的底座7為圓盤形 結(jié)構(gòu)，支柱6為圓筒形結(jié)構(gòu)，支柱6用非導(dǎo)磁材料有機(jī)玻璃制成，也可用其它非導(dǎo) 磁材料制成，如塑料，膠木，木質(zhì)材料，玻璃鋼等。在支柱6上端安裝有上蓋4， 本實(shí)施例的上蓋4為圓盤形結(jié)構(gòu)，上蓋4為有機(jī)玻璃非導(dǎo)磁上蓋4，也可用其它非 導(dǎo)磁材料制成，如塑料，膠木，木質(zhì)材料，玻璃鋼等。在支柱6上端外側(cè)和上蓋4 的下表面用膠粘賄一圈輔助鋼球8，輔助鋼球8排列成圓環(huán)狀，輔助鋼球8的外 部安裝有輔助鋼球固定套5，輔助鋼球固定套5用于防止輔助鋼球8掉落。輔助鋼 球固定套5的上端用膠與上蓋4下表面粘接。上蓋4的上表面用環(huán)氧樹l群占接有限 位圈3，限位圈3的皿為圓形結(jié)構(gòu)，中心軸11穿過上蓋4的中心孔、下端安裝在 底座7上，中心軸11與上蓋4之間、與底座7之間安裝有中心軸套12。
磁#^動(dòng)軸1的一端安裝在中心軸11的上端，磁體轉(zhuǎn)動(dòng)軸1的另一端安裝在 永久磁體2的中A，，磁體轉(zhuǎn)動(dòng)軸1與永久磁體2之間安裝有磁辦由套10，永久 磁體2位于輔助鋼球8的上方。本實(shí)施例的永久磁體2的靴為圓盤形結(jié)構(gòu)，也可 加工成圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。永久磁體2可沿著上蓋4上表面轉(zhuǎn)動(dòng)并圍繞磁體轉(zhuǎn)動(dòng)軸1旋轉(zhuǎn) 或平動(dòng)，永久磁體2和磁體轉(zhuǎn)動(dòng)軸1也可一起圍繞中心軸11作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或平移運(yùn) 動(dòng)。永久磁體2在上蓋4上圍繞中心軸11轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，限位圈3限制永久磁體2沿徑 向向中心位置移動(dòng)，限位圈3保證永久磁體2剛好處在輔助鋼球8的上方，永久磁 體2下方的排列成圓環(huán)形輔助鋼球8產(chǎn)生的吸弓|力，使得7JC久磁體2不會(huì)偏離限位 圈3。在永久磁體2和輔助鋼球8的下方懸浮1 ^ht浮鋼球9，懸浮鋼球9與輔助 鋼球8下表面之間保持有距離。本實(shí)施例的懸浮鋼球9和輔助鋼球8為實(shí)心鋼球， 也可采用空心鋼球，也可采用實(shí)心鐵球，還可采用空心鐵球。永久磁體2在上蓋4 上圍繞中心軸11轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)，懸浮鋼球9在穩(wěn)定懸浮的情況下隨著永久磁體2 的運(yùn)動(dòng)與7乂久磁體2等速同步圍繞中心軸11作圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)室溫下的磁懸浮運(yùn) 動(dòng)。由于永久磁體2的下方安裝有排列成圓環(huán)狀的輔助鋼球8，輔助鋼球8之間呈 現(xiàn)凹凸分布狀態(tài)，導(dǎo)致輔助鋼球8下方磁場分布呈周期性變化。當(dāng)懸浮鋼球9位于
6的情況下隨著永久磁體2的運(yùn)動(dòng)作波浪式圓周運(yùn)動(dòng)， 并繞其中心軸ll自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 實(shí)施例2
在圖6中，本實(shí)施例的磁體為電磁鐵，電磁鐵由繞組骨架14、繞組13、鐵 芯15聯(lián)接構(gòu)成。在繞組骨架14上裝有繞組13，繞組骨架14內(nèi)安裝有鐵芯15,鐵 芯15的中心加工有中心孔，用于安裝磁體轉(zhuǎn)動(dòng)軸l。繞組13與電源接通后，電磁 鐵將產(chǎn)生磁場，電磁鐵在上蓋4上圍繞中心軸11轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)，懸浮鋼球9在穩(wěn) 定懸浮的情況下隨著電磁鐵的運(yùn)動(dòng)與電動(dòng)磁鐵等速同步圍繞中心軸11作圓周運(yùn)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)室溫下的磁懸浮運(yùn)動(dòng)。當(dāng)ffiA繞組13的電流變化時(shí)，懸浮鋼球9的距離也會(huì) 隨之變化。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3
在以上的實(shí)施例1、 2中，支柱6的橫截面、限位圈3的底面、上蓋4的形狀 為橢圓形。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1、一種鋼球磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于在底座(7)上設(shè)置有支柱(6)，支柱(6)上端外側(cè)設(shè)置有輔助鋼球固定套(5)以及位于輔助鋼球固定套(5)與支柱(6)外表面之間的輔助鋼球(8)，輔助鋼球固定套(5)、支柱(6)以及輔助鋼球(8)的上端面設(shè)置有上表面與限位圈(3)聯(lián)接的上蓋(4)，穿過上蓋(4)的中心軸(11)的一端設(shè)置在底座(7)上，中心軸(11)與上蓋(4)、與底座(7)之間設(shè)置有中心軸套(12)，磁體轉(zhuǎn)動(dòng)軸(1)的一端設(shè)置在中心軸(11)上、另一端設(shè)置在磁體上，磁體轉(zhuǎn)動(dòng)軸(1)與磁體之間設(shè)置有磁體軸套(10)，在磁體和輔助鋼球(8)的下方懸浮1個(gè)懸浮鋼球(9)，懸浮鋼球(9)與輔助鋼球(8)之間保持有距離。
2、 按照權(quán)利要求1所述的鋼球磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所說的磁 體為永久磁體(2)或電磁鐵。
3、 按照權(quán)利要求2所述的鋼球磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所說的永 久磁體(2)或電磁鐵為圓盤形或圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。
4、 按照權(quán)利要求1所述的鋼球磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所說的上 蓋(4)為非導(dǎo)磁上蓋；所說的支柱(6)為非導(dǎo)磁筒形支柱。
5、 按照權(quán)利要求1或4所述的鋼球磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所說 的支柱(6)的橫截面與限位圈(3)的底面和上蓋(4)的形狀相似。
6、 按照權(quán)利要求1或4所述的鋼球磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所說 的支柱(6)的橫截面外形、限位圈(3)的底面、上蓋(4)的形狀為圓形或橢圓 形。
7、 按照權(quán)利要求5所述的鋼球磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所說的支 柱(6)的橫截面外形、限位圈(3)的底面、上蓋(4)的形狀為圓形或橢圓形。
8、 按照權(quán)利要求1或4所述的鋼球磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所說 的懸浮鋼球(9)和輔助鋼球(8)為實(shí)心鋼球或空心鋼球或?qū)嵭蔫F球或空心鐵球。
全文摘要
一種鋼球磁懸浮運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，在底座上設(shè)支柱，支柱上端外側(cè)設(shè)輔助鋼球固定套以及位于輔助鋼球固定套與支柱外表面之間的輔助鋼球，輔助鋼球固定套的上端面設(shè)上表面與限位圈聯(lián)接的上蓋，穿過上蓋的中心軸設(shè)在底座上，中心軸與上蓋、與底座之間設(shè)中心軸套，磁體轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端設(shè)在中心軸上、另一端設(shè)在磁體上，磁體轉(zhuǎn)動(dòng)軸與磁體之間設(shè)磁體軸套，磁體和輔助鋼球的下方懸浮1個(gè)懸浮鋼球，懸浮鋼球與輔助鋼球之間保持有距離。本發(fā)明將磁體與鋼球?qū)Υ艌鲇绊懡Y(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了鋼球的穩(wěn)定懸浮和懸浮運(yùn)動(dòng)，簡化了磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)、不需要任何控制設(shè)備和控制元件，降低了磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置的成本，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍?？勺鳛榇艖腋≡淼膶?shí)驗(yàn)和演示儀器。
文檔編號G09B23/18GK101494004SQ200910021159
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者楊萬民, 鈔曦旭 申請人:陜西師范大學(xué)