一種磁懸浮平衡梁實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于磁懸浮實驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁懸浮平衡梁實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，磁懸浮技術(shù)在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，是目前高速機械系統(tǒng)中最具發(fā)展前途的高新技術(shù)，高速磁懸浮列車、磁懸浮軸承、磁懸浮工作平臺等都是基于這一原理。常見的磁懸浮技術(shù)主要包括主動電磁懸浮、永磁懸浮、超導(dǎo)懸浮，其中主動電磁懸浮和主動電磁-永磁混合磁懸浮最具工業(yè)應(yīng)用價值。
[0003]無論是主動電磁懸浮系統(tǒng)還是主動電磁-永磁混合磁懸浮系統(tǒng)，都是一種典型的機電一體化系統(tǒng)，是機械工程、電氣工程以及計算機控制的協(xié)調(diào)集成，涉及到機械、電磁學(xué)、電力電子、轉(zhuǎn)子動力學(xué)、控制理論、測試技術(shù)和計算機科學(xué)等多個學(xué)科。主動磁懸浮系統(tǒng)及主動電磁-永磁混合磁懸浮系統(tǒng)雖然能夠提供了一種無機械接觸的支承方式，但是其本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，必須對其特性進行控制，才可以達到系統(tǒng)穩(wěn)定工作的目的。
[0004]主動電磁懸浮及主動-永磁混合磁懸浮系統(tǒng)是控制理論及機電一體化課程中一個非常有擴展性的實驗裝置。但是，目前主動電磁懸浮及主動電磁-永磁混合磁懸浮系統(tǒng)大多是以磁懸浮球模型，其存在的問題包括:由于球與磁極間的間隙是非均由的，建立磁懸浮系統(tǒng)的力學(xué)模型十分困難；由于結(jié)構(gòu)的限制以及磁場的干擾，測量球與磁極間的間隙十分困難；系統(tǒng)的靈和性不大，不能夠開展一些復(fù)雜的實驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種磁懸浮平衡梁實驗裝置，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、靈活性大、裝配方便、模型簡單、直觀，并能夠進行多種磁懸浮實驗。
[0006]—種磁懸浮平衡梁實驗裝置，包括:底座、平衡梁、三角形支架、配重球、非接觸式位移傳感器、指示燈、電池組、控制器、功率放大器和兩個磁執(zhí)行器；其中:所述的底座、平衡梁、磁執(zhí)行器和三角形支架均為金屬材質(zhì)；
[0007]所述的平衡梁為中心對稱結(jié)構(gòu)，位于底座上方，平衡梁底面的對稱中心位置處垂直于長度方向上加工有一支撐槽，所述的配重球安放于平衡梁上；
[0008]所述的三角形支架和非接觸式位移傳感器均固定于底座上，三角形支架頂部尖角與所述的支撐槽配合，非接觸式位移傳感器用于測量平衡梁的位移；
[0009]所述的指示燈一端通過電池組接于平衡梁上，另一端接于底座上，形成串聯(lián)電路；所述的兩個磁執(zhí)行器分別對稱固定于底座上三角形支架的兩側(cè)且通過電磁作用給平衡梁施加外力；所述的控制器與非接觸式位移傳感器連接，其用于根據(jù)非接觸式位移傳感器輸出的位移信號計算出磁執(zhí)行器驅(qū)動電流的大小作為控制器的輸出；所述的功率放大器用于根據(jù)所述控制器的輸出為磁執(zhí)行器提供驅(qū)動電流。
[0010]進一步地，所述的三角形支架通過絕緣墊塊固定于底座上，使得三角形支架與底座之間處于絕緣狀態(tài)，平衡梁與底座之間可通過磁執(zhí)行器形成一導(dǎo)電回路。
[0011]進一步地，所述的支撐槽的截面為三角形、半圓形或弧形。
[0012]進一步地，所述的磁執(zhí)行器包括一組銜鐵、定子和線圈；所述的銜鐵安裝于平衡梁的下面，所述的定子安裝在與銜鐵對應(yīng)的底座上，所述的線圈繞置于定子上并接收功率放大器提供的驅(qū)動電流以使定子與銜鐵磁化產(chǎn)生電磁力；兩個磁執(zhí)行器的銜鐵分別對稱位于支撐槽左右兩側(cè)。
[0013]進一步地，所述的磁執(zhí)行器包括兩組銜鐵、定子和線圈；所述的兩個銜鐵分別安裝于平衡梁某位置的上下面上，所述的兩個與銜鐵配合的定子通過支架安裝在與銜鐵對應(yīng)的底座上，所述的兩個線圈繞置于定子上并接收功率放大器提供的驅(qū)動電流以使定子與銜鐵磁化產(chǎn)生電磁力；兩個磁執(zhí)行器的銜鐵分別對稱位于支撐槽左右兩側(cè)。
[0014]所述的磁執(zhí)行器為由銜鐵、定子和線圈組成的主動電磁結(jié)構(gòu)或為由銜鐵、定子、永磁體和線圈組成的主動電磁-永磁混合結(jié)構(gòu)。
[0015]所述定子的截面為U形及E形。
[0016]所述的平衡梁頂面上平行于長度方向加工有與配重球匹配的配重滑道；所述配重滑道的長度小于平衡梁的長度，配重滑道的截面為三角形、四邊形或圓形，配重球放置于配重滑道中，球的個數(shù)依據(jù)實驗的難度進行選擇。
[0017]所述的非接觸式位移傳感器可采用電渦流位移傳感器、電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、霍爾式位移傳感器、光電式位移傳感器及光學(xué)位移傳感器等。
[0018]所述的控制器和功率放大器可采用模擬電路實現(xiàn)或采用數(shù)字電路實現(xiàn)。
[0019]本實用新型通過調(diào)整配重球大小、位置和多少來增大磁懸浮平衡梁實驗的難度，中心對稱的平衡梁在水平位置是一個穩(wěn)定的平衡點，但當在平衡梁上面的配重滑道中放置若干個平衡球后，這個位置就是一個不穩(wěn)定的平衡點；為了使平衡梁仍然保持在水平平衡位置，就需要對作用在平衡梁上的懸浮力進行在線控制，使平衡梁動態(tài)地保持在水平平衡位置。當平衡梁處于非水平平衡位置時，底座與金屬平衡梁之間的磁執(zhí)行器就處于接觸狀態(tài)，電路閉合，指示燈發(fā)亮；當平衡梁處于水平平衡位置時，底座與平衡梁之間的磁執(zhí)行器處于非接觸狀態(tài)，電路斷開，指示燈熄滅。
[0020]本實用新型除了通過觀察指示燈是否發(fā)光來判斷平衡梁是否處于水平平衡位置夕卜，還可以通過觀察平衡梁上面配重滑道中配重球是否處于給定的位置來判斷平衡梁是否處于水平平衡位置。故本實用新型實驗裝置是一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、靈活性大、裝配方便、模型簡單、直觀，并能夠進行多種的磁懸浮實驗裝置。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型磁懸浮平衡梁實驗裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖(左圖)及側(cè)視結(jié)構(gòu)圖(右圖)。
[0022]圖2為本實用新型磁懸浮平衡梁實驗裝置的控制結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為了更為具體地描述本實用新型，下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本實用新型的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0024]如圖1所示，本實用新型磁懸浮平衡梁實驗裝置，包括底座1、左端磁執(zhí)行器2、三角形支架3、絕緣墊塊4、接觸指示燈和電池組5、非接觸式位移傳感器6、右端磁執(zhí)行器7、平衡梁8和配重球9。
[0025]本實施方式中，底座1、左端磁執(zhí)行器2、三角形支架3、右端磁執(zhí)行器7、平衡梁8的材料都是金屬導(dǎo)體。
[0026]平衡梁8為中心對稱結(jié)構(gòu)，在平衡梁8底面的中部對稱中心位置垂直于長度方向上加工一個三角形的支撐槽10，三角形支架上部的尖角11與平衡梁8中部的支撐槽10相配合，平衡梁中部支撐槽10的底角大于三角形支架上部尖角11的角度，使平衡梁8在三角形支架上部尖角11的支撐下能夠在足夠的范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。
[0027]左端磁執(zhí)行器2及右端磁執(zhí)行器7分別對稱地安裝在平衡梁8底面支撐槽1