專利名稱：一種排斥式磁懸浮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁懸浮系統(tǒng)，特別是涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定懸浮的排斥式磁懸浮系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁懸浮技術(shù)將電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、檢測技術(shù)等高新技術(shù) 有機地結(jié)合在一起，它利用電磁力將物體無機械接觸地懸浮起來，以滿足生產(chǎn)工藝和技術(shù) 向高速、精密化方向發(fā)展的需要。磁懸浮支撐由于無摩擦、無磨損、無需潤滑、壽命長、低功 耗、無噪音等優(yōu)點越來越受到重視。根據(jù)磁鐵“異性相吸、同性排斥”的特點，磁懸浮系統(tǒng)分為吸引式和排斥式兩類。 由于吸引式磁懸浮系統(tǒng)的易準確控制、易實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮等特征，多數(shù)磁懸浮系統(tǒng)的應用都 是采用這種方式。但吸引式磁懸浮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，且在單獨的磁力作外力情況下，不能實現(xiàn) 多自由度運動，在一定范圍內(nèi)限制了吸引式磁懸浮的應用。在多自由度磁懸浮系統(tǒng)中，大多 采用吸引力和排斥力相結(jié)合來實現(xiàn)。由于技術(shù)難題，目前只靠排斥力來實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮的系 統(tǒng)尚未見報道。從理論上講，排斥式磁懸浮系統(tǒng)能夠在無外力條件下實現(xiàn)多自由度運動，若 能夠?qū)ζ溥M行可靠的控制，那么對整個磁懸浮研究領(lǐng)域來講，都是革命性的突破。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有公知技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種可適用于超潔凈和 真空環(huán)境的具有高速、高精度定位功能的排斥式磁懸浮系統(tǒng)。本發(fā)明所研究的排斥式磁懸浮系統(tǒng)基于電磁懸浮的基本理論，通過控制磁陣的排 斥力及吸引力的大小和其分力的方向，從而實現(xiàn)排斥式磁懸浮系統(tǒng)的有效懸浮。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的排斥式磁懸浮系統(tǒng)，它包括固定裝置1和懸浮 部分2，所述固定裝置1包括固定平臺3和安裝于其上的磁化方向相同的永磁體4混合陣 列，固定平臺3作為安裝固定裝置1的基座，其上固定有圓筒狀骨架9，骨架9上繞制有螺 線管線圈5，永磁體4設(shè)在螺線管線圈5內(nèi)；懸浮部分2包括懸浮平臺6、附著在懸浮平臺6 下表面的永磁體陣列和安裝在懸浮平臺6上表面的傾角傳感器10，懸浮部分2下表面的永 磁體陣列由永磁體陣列7和永磁體陣列8組成，永磁體陣列7中所有永磁體的磁化方向與 螺線管線圈5內(nèi)的永磁體磁化方向相反，用于提供懸浮部分2的懸浮支撐力；永磁體陣列8 中所有永磁體的磁化方向與螺線管線圈5內(nèi)的永磁體磁化方向相同，用于輔助實現(xiàn)懸浮部 分2的穩(wěn)定懸??；傾角傳感器10用于測量懸浮平臺的水平傾角。進一步地，永磁體陣列7采用大小相等且磁化方向相同的永磁體，以懸浮部分的 中心為圓心，緊湊排列，布置為一標準圓環(huán)形狀；永磁體陣列8采用大小相等且磁化方向相 同的4塊永磁體構(gòu)成，以懸浮部分的中心為幾何中心，分別布置在懸浮部分的4個角上，成 標準的正方形分布。組成永磁體陣列8的4塊永磁體可以是4塊完全相同的小區(qū)域永磁體陣列。
更進一步，所述的螺線管線圈5和永磁體4構(gòu)成的混合磁體陣列的陣列結(jié)構(gòu)為 “nXk”，其中“nXk”的組成陣列尺寸大于懸浮部分2的尺寸。


圖Ia為排斥式磁懸浮系統(tǒng)立體圖，b為排斥式磁懸浮系統(tǒng)側(cè)視圖 圖2為排斥式磁懸浮系統(tǒng)固定裝置結(jié)構(gòu)3為排斥式磁懸浮系統(tǒng)懸浮部分正投影圖 圖4為圓筒狀骨架、螺線管線圈和永磁體結(jié)構(gòu)示意圖本發(fā)明的優(yōu)點是相比現(xiàn)有公知技術(shù)，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、響應速度快、穩(wěn)定性高和 定位精確的特點，適合于微電子封裝及光刻設(shè)備等需要真空、超潔凈的環(huán)境。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。參見圖1 (a是立體圖、b是側(cè)視圖)，從圖上可以看出，本發(fā)明包括固定裝置1和 懸浮部分2。固定裝置1 (圖2)基部為固定平臺3，固定平臺3作為安裝固定裝置1的基座，在 其上固定有圓筒狀骨架9 (圖4)，骨架9上繞制有螺線管線圈5，每一個螺線管線圈5內(nèi)均 設(shè)有永磁體4，所有螺線管線圈5以陣列方式排列形成永磁體和螺線管線圈的混合陣列。懸浮部分2的下表面與固定裝置1螺線管線圈5的上表面相互平行。懸浮部分2 結(jié)構(gòu)見圖3，懸浮部分2包括懸浮平臺6、附著在懸浮平臺6下表面的永磁體陣列和安裝在 上表面中心的傾角傳感器10，懸浮平臺6下表面的永磁體陣列由永磁體陣列7和永磁體陣 列8組成。永磁體陣列7采用大小相等且磁化方向相同的永磁體，以懸浮部分2的中心為 圓心，緊湊排列，布置為一標準圓環(huán)形狀；永磁體陣列7中所有永磁體的磁化方向與螺線管 線圈5內(nèi)的永磁體磁化方向相反，用于實現(xiàn)懸浮部分2的穩(wěn)定懸浮。永磁體陣列8采用大 小相等且磁化方向相同的4塊永磁體構(gòu)成，以懸浮部分2的中心為幾何中心，分別布置在懸 浮部分2的4個角上，成標準的正方形分布；永磁體陣列8中所有永磁體的磁化方向與螺線 管線圈5內(nèi)的永磁體磁化方向相同，因此永磁體陣列7和永磁體陣列8的永磁體磁化方向 相反。這樣，在螺線管線圈5與懸浮部分2下表面的永磁體陣列8之間產(chǎn)生吸引力，用于提 供懸浮部分2水平運動和精確定位的電磁推力。傾角傳感器10安裝在懸浮平臺6的上表 面中心位置，用于測量懸浮平臺6的水平傾角，控制系統(tǒng)通過傾角值的改變來判斷懸浮平 臺6的懸浮狀態(tài)，從而調(diào)整螺線管線圈5內(nèi)的電流大小，達到懸浮部分2的穩(wěn)定懸浮和精確 定位。其中，在圓環(huán)半徑確定的情況下，組成永磁體陣列7的單體永磁體排列盡量靠近。 同時，組成永磁體陣列8的4塊單體永磁體，可由4塊完全相同的小區(qū)域永磁體陣列來構(gòu) 成，且小區(qū)域永磁體陣列內(nèi)的永磁體磁化方向與固定裝置1上螺線管線圈5內(nèi)的永磁體磁 化方向相同。當螺線管線圈5通電時，在螺線管線圈5與懸浮平臺6下表面的永磁體陣列7之間 產(chǎn)生排斥力，通過調(diào)整螺線管線圈5陣列的電流大小，便可將懸浮部分2懸浮起來。同時，在 螺線管線圈5與懸浮平臺6下表面的永磁體陣列8之間產(chǎn)生吸引力，該吸引力大小可通過4調(diào)整螺線管線圈5中的電流進行改變，以此來精確控制懸浮部分2的定位。但由于磁力線 是閉合回路，且內(nèi)部單體永磁體產(chǎn)生的磁場不可能完全相同，使得懸浮狀態(tài)無法穩(wěn)定下來， 會產(chǎn)生傾斜，甚至懸浮失敗。傾角傳感器10可以測量傾斜方向和傾角大小，控制系統(tǒng)接收 傾角傳感器信號，以此作基準來調(diào)整螺線管線圈5的電流大小，懸浮部分2隨著電流大小的 改變，將達到穩(wěn)定懸浮。同時，改變螺線管線圈5陣列內(nèi)不同單體組合的通電狀態(tài)，可以使 懸浮部分2隨著螺線管線圈5的通電路徑移動起來，加上四角吸引力的作用，可以推動懸 浮部分2在平面上做無接觸的自由運動。并且可達到在超潔凈工作環(huán)境中高精度定位的需 求。由于各線圈的電流是單獨調(diào)整的，故能將懸浮力和吸引力分別進行精確調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種排斥式磁懸浮系統(tǒng)，它包括固定裝置1和懸浮部分2，其特征在于所述固定裝 置1包括固定平臺3和安裝于其上的磁化方向相同的永磁體4混合陣列，固定平臺3作為 安裝固定裝置1的基座，其上固定有圓筒狀骨架9，骨架9上繞制有螺線管線圈5，永磁體4 設(shè)在螺線管線圈5內(nèi)；懸浮部分2包括懸浮平臺6、附著在懸浮平臺6下表面的永磁體陣列 和安裝在懸浮平臺6上表面的傾角傳感器10，懸浮部分2下表面的永磁體陣列由永磁體陣 列7和永磁體陣列8組成，永磁體陣列7中所有永磁體的磁化方向與螺線管線圈5內(nèi)的永 磁體磁化方向相反，用于提供懸浮部分2的懸浮支撐力；永磁體陣列8中所有永磁體的磁化 方向與螺線管線圈5內(nèi)的永磁體磁化方向相同，用于輔助實現(xiàn)懸浮部分2的穩(wěn)定懸??；傾角 傳感器10用于測量懸浮平臺的水平傾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排斥式磁懸浮系統(tǒng)，其特征在于所述的永磁體陣列7采用 大小相等且磁化方向相同的永磁體，以懸浮部分2的中心為圓心，緊湊排列，布置為一標準 圓環(huán)形狀；永磁體陣列8采用大小相等且磁化方向相同的4塊永磁體構(gòu)成，以懸浮部分2的 中心為幾何中心，分別布置在懸浮部分2的4個角上，成標準的正方形分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排斥式磁懸浮系統(tǒng)，其特征在于組成永磁體陣列8的4塊 永磁體是4塊完全相同的小區(qū)域永磁體陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的排斥式磁懸浮系統(tǒng)，其特征在于所述的螺線管線圈 5和永磁體4構(gòu)成的混合磁體陣列的陣列結(jié)構(gòu)為“nXk”，其中“nXk”的組成陣列尺寸大于 懸浮部分2的尺寸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種排斥式磁懸浮系統(tǒng)，它包括固定裝置1和懸浮部分2，固定裝置1包括固定平臺3和安裝于其上的螺線管線圈5陣列，螺線管線圈5內(nèi)設(shè)有磁化方向相同的永磁體。懸浮部分2包括懸浮平臺6和附著在其下表面的永磁體陣列，懸浮平臺6下表面的永磁體陣列由磁化方向相反的永磁體陣列7和永磁體陣列8組成。永磁體陣列7布置在懸浮平臺6正中間，成環(huán)形分布；永磁體陣列8布置在懸浮平臺6四角，成正方形分布。懸浮平臺6上表面的中心位置安裝有角度傳感器10，用以檢測懸浮平臺6的水平傾角。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、定位精度高、無摩擦等特點。
文檔編號H02N15/00GK102055382SQ20101059006
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者何培祥, 余玲, 王澤京, 祝冠宇, 肖帥飛, 高巖 申請人:西南大學