[发明专利]一种节能型永磁悬浮系统的悬浮力控制装置

说明书

技术领域

本发明属于永磁悬浮技术领域，具体地涉及一种由盘形永磁铁和一对铁轭构成的节能型永磁悬浮系统的悬浮力控制装置。 

背景技术

磁悬浮技术已被广泛的应用于社会的各个领域。应用的大部分磁悬浮系统是以电磁线圈为磁力发生源的电磁悬浮系统。但是电磁悬浮系统中，电磁线圈的尺寸受到能积比的限制，很难实现微型或小型装置的设计、应用。另外，电磁悬浮系统的能量损耗除小部分产生有效磁力外，大部分能量消耗在发热上。大量热量的产生使电磁悬浮系统的有效能量利用率非常低，并且不适用于一些对为温度有要求的应用场合。 

随着稀土永磁材料的出现，以永磁铁为磁力源的永磁悬浮系统在一定程度上弥补了电磁悬浮系统的不足。但是永磁悬浮系统无法实现从吸附位置浮起到悬浮位置的过程，一旦悬浮系统意外吸附就变成了不可控系统，无法主动返回悬浮状态。原因是永磁悬浮系统无法实现足够小的悬浮力使系统依靠重力回复到悬浮状态，即零悬浮力功能。此外，永磁悬浮系统无法灵活改变系统的磁极极性，使其作为组合驱动器在磁悬浮轴承及多自由度磁悬浮系统的应用中受到局限。 

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有的电磁悬浮和永磁悬浮系统存在的上述问题，提出的一种可实现零悬浮力、自由变换悬浮系统的磁极极性的节能型永磁悬浮系统的悬浮力控制装置，应用该悬浮力控制装置的永磁悬浮系统可解决上述问题，有效弥补现有磁悬浮系统的不足。 

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的： 

一种节能型永磁悬浮系统的悬浮力控制装置，其特征在于：该装置包括径向磁化的盘形永磁铁、在永磁铁背面驱动永磁铁旋转的回转电机、两个“F”形软磁材料的铁轭以及悬浮物；两个“F”形铁轭的圆弧开口向内相向对称设置，盘形永磁铁设置在两个铁轭之间的圆弧开口的中心位置并与铁轭之间保留气隙；悬浮物悬浮在两个“F”形铁轭的下方。

     盘形永磁铁能在回转电机的驱动下绕两铁轭圆弧中心旋转，铁轭与悬浮物之间的悬浮力大小由盘形永磁铁的转角控制，回转电机与两铁轭相对位置固定并固定于同一框架基础之上；回转电机只驱动永磁铁旋转，不支撑悬浮物重量。 

盘形永磁铁为钕铁硼材料的永磁铁，该盘形永磁铁在直径方向上对半磁化，一半为N极，一半为S极。 

回转电机为配有旋转编码器和谐波减速器的直流或交流伺服电机。 

F”形铁轭的上部为圆弧形的开口，下部为脚部，铁轭上部的圆弧形开口的圆弧半径尺寸为盘形永磁铁半径加上铁轭与盘形永磁铁之间的气隙长度，铁轭的厚度与盘形磁铁等厚。 

铁轭下部细长脚部的长度为50-80mm。 

盘形永磁铁绕两铁轭圆弧中心旋转的角度不小于360度，两铁轭显示的磁极极性能相互转变。 

盘形永磁铁与两铁轭之间的气隙长度为0.5-4mm。 

盘形永磁铁与两铁轭之间的气隙长度为1-2mm。 

两铁轭及悬浮物的材料为低磁阻的软磁性材料硅钢或坡莫合金。 

优点及效果： 

本发明提供一种节能型永磁悬浮系统的悬浮力控制装置，该装置包括径向磁化的盘形永磁铁、在永磁铁背面驱动永磁铁旋转的回转电机、两个“F”形软磁材料的铁轭以及悬浮物，两个“F”形铁轭的圆弧开口向内相向对称设置，盘形永磁铁（1）设置在两个铁轭之间的圆弧开口的中心位置并与铁轭之间保留气隙；悬浮物（4）悬浮在两个“F”形铁轭的下方。

本发明结构简单、紧凑，节能型永磁悬浮系统的悬浮力控制装置采用盘形永磁铁作为磁力源，利用软磁材料的导磁率远大于空气的导磁率的特性，控制系统中经过悬浮物的磁回路的磁通量，达到控制系统悬浮力的目的。为降低悬浮力控制装置中的漏磁，提高装置的控制特性，软磁材料应选用弱磁场导磁率高、磁阻系数小、饱和磁感应强度高的坡莫合金（铁镍合金）类材料。本发明可自由地变换系统的磁极极性；在不考虑装置中的漏磁的条件下，可实现零悬浮力功能；可比同等条件下的电磁悬浮系统节省能耗70%，实现节能悬浮。 

附图说明：

图1 为本发明的节能型永磁悬浮系统的悬浮力控制装置结构与磁力线示意图。

图中：1 、径向对半磁化的盘形永磁铁；2、左侧软磁性材料铁轭；3、 右侧软磁性材料铁轭；4、 软磁性材料悬浮物；带箭头的曲线代表磁力线，箭头代表磁力线由N极向S极流动的正方向。 

具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的描述：