本實用新型總體涉及磁懸浮領域，更具體地涉及磁斥型懸浮裝置。

背景技術：

由于懸吊式磁懸浮裝置的底座需要另行設計上方懸臂以懸吸懸浮體，因此底座結構復雜且視覺效果不佳。故而，目前市場上現有的磁懸浮裝置基本以磁斥型懸浮裝置為主，例如CN1729614B、CN100544183C、CN204993114U等。

CN1729614B公開的底座包含一組或兩組呈對稱布置的磁鐵以形成水平單軸控制磁場，另外可選擇性增設同向磁性的外圍環形磁鐵以增強防側翻能力。這種底座結構相對復雜且懸浮不穩定。

CN100544183C公開的底座包括單個環形磁鐵以形成水平雙軸控制磁場并且同時形成足夠的防側翻能力。這種底座雖然結構簡單且懸浮穩定，但懸浮高度不夠理想。

CN204993114U公開的底座包括環形磁鐵以及在環形磁鐵中央布設成反向磁性的柱形磁鐵。這種底座雖然顧及了懸浮高度，但卻給水平控制機構例如電磁鐵的布置造成了空間障礙。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種磁懸浮裝置，其能夠克服上述現有磁懸浮裝置的某種或某些缺陷。

本實用新型提供了一種磁斥型懸浮裝置，其包括：

包含第一磁體的懸浮體，其中第一磁體具有磁性相反的上表面和下表面；以及

包含第二磁體和斥力磁體的底座，用于將懸浮體懸浮于空中，其中第二磁體和斥力磁體均具有磁性相反的上表面和下表面，

其中第一磁體與斥力磁體的水平橫截面外輪廓均小于第二磁體的水平橫截面外輪廓，斥力磁體布置在第二磁體的中央位置，

正常工作狀態下，懸浮體懸浮在底座上方的基準位置，并且第一磁體的下表面磁性與第二磁體的上表面磁性相反但與斥力磁體的上表面磁性相同。

第一磁體、第二磁體以及斥力磁體可以是例如永久磁鐵，不再受限于柱形或環形磁鐵，只要各磁體自身上下表面(或頂面和底面)的磁性相反即可。本實用新型徹底擺脫了受底座磁體形狀限制的問題，其構思為：懸浮磁體與底座磁體相對面磁性相反以使懸浮磁體不會相對于底座磁體發生側翻，然后再提供斥力手段例如斥力磁鐵以使二者上下隔開一定距離。因此，對于本實用新型而言，打破了目前磁斥型懸浮思想的固有束縛，底座磁鐵不再受已有環形磁鐵或者分開散布磁體的結構限制，甚至是一整塊磁鐵餅就能作為底座懸浮結構，只要同時輔以相應的斥力手段以產生能夠使二者上下分開的趨勢即可。

根據本實用新型的磁懸浮裝置，第一磁體、第二磁體和斥力磁體中的至少一個可以具有基本圓柱形外輪廓，并且斥力磁體優選布置在第二磁體的中央位置。例如，第二磁體可以是圓餅或圓環(或環形磁鐵)，第一磁體可以是圓柱或圓環，斥力磁體也可以是圓柱或圓環。各磁體采用這種圓柱形外輪廓使得所形成的磁場更加均勻并因此更容易控制。

在進一步的優選實施例中，第一磁體、第二磁體和斥力磁體中的至少一個可以具有上下貫通孔。第一磁體和斥力磁體的上下貫通孔可以作為某種通道例如線路或安裝孔等；第二磁體的上下貫通孔則可以布置電磁控制機構或者斥力磁體以使裝置更加緊湊或小型化。在一個更優選的實施例中，斥力磁體可以為由多個同向柱形永磁體構成的環形陣列，例如四個尺寸相同的同向圓柱形永磁鐵所構成的方陣。

在本實用新型的可選實施例中，斥力磁體可以布置在第二磁體的上表面上。這種情況下，第二磁體的上表面可以是整個平面，在其上再布置斥力磁體以及電磁控制機構即可。這種結構使得制造以及組裝過程更加簡單方便。

在本實用新型的替代性實施例中，第二磁體可以為具有中央豎向孔的圓柱形磁體或磁體組，斥力磁體布置在中央豎向孔中。中央豎向 孔可以是上部開口的盲孔或貫通孔。這種結構可以降低整個底座的高度并便于固定斥力磁體。

根據本實用新型的磁懸浮裝置，第一磁體與斥力磁體的水平橫截面外輪廓可以均小于第二磁體的水平橫截面外輪廓。這種第二磁體占地面積更大的結構使得防側翻效果更好。

在進一步的優選實施例中，第一磁體與斥力磁體可以均為圓柱形磁體，第二磁體則為具有上下貫通孔的圓柱形磁體。如上所述，這種結構所形成的磁場更加均勻且能夠縮短底座高度。

更進一步，懸浮體還可以具有圍繞第一磁體布置的輔助環形磁體，其具有磁性相反的上表面和下表面，并且輔助環形磁體的下表面磁性與第一磁體的下表面磁性相反。輔助環形磁體與第二磁體可以是單個環形磁體也可以是大致環形排列的多個分立磁體。工作狀態下輔助環形磁體與第二磁體的上表面至少部分相對或投影重合。這種結構有效提供了進一步的斥力，使得懸浮高度進一步增加。

根據本實用新型的磁懸浮裝置，第一磁體和斥力磁體中的至少一個可以為單個圓柱形永磁體或由至少兩個尺寸不同的圓柱形永磁體加合而成的異型柱永磁體。這種例如大圓柱再疊加小圓柱的磁體結構可以更加適配某種具體應用例如懸浮體具有球面弧度的情況。

根據本實用新型的磁懸浮裝置，懸浮體和底座中的至少一個還可以包括吸附板例如面積更大的鐵板，第一磁體和斥力磁體或第二磁體可以吸附在相應吸附板上。采用這種結構不但可以更加方便地安裝或固定相應磁鐵，同時還使得相應磁體的磁場借助這種大面積鐵板而能夠得以有效外延或增大。

根據本實用新型的磁懸浮裝置，底座還可以包括圍繞斥力磁體布置的輔助防翻轉磁體，輔助防翻轉磁體具有磁性相反的上表面和下表面，并且輔助防翻轉磁體的上表面磁性與第二磁體的上表面磁性一致。輔助防翻轉磁體可以是直接布置在第二磁體之上或之中的單個環或排列成環狀的多個磁柱。輔助防翻轉磁體其實可以構成第二磁體的一部分，或者二者合起來亦可稱作本實用新型意義下的“第二磁體”，只要整體上具有足夠的防側翻力即可。

根據本實用新型的磁懸浮裝置，底座通常還包括水平電磁控制系統或機構，用于實時控制懸浮體相對于底座沿水平方向的偏移。這種情況下，水平電磁控制系統可以包括至少兩組電磁鐵、與所述至少兩組電磁鐵相對應的至少兩個位移傳感器、以及控制電路，用以分別控制懸浮體在水平方向上偏離所述基準位置的至少兩個水平分量，即控制電路根據相應位移傳感器所檢測的懸浮體的水平偏移分量，控制相應組的電磁鐵產生相應糾偏電磁力以使懸浮體返回基準位置。應當理解，本實用新型的“基準位置”是指懸浮體相對于底座具有懸浮平衡位置，該懸浮平衡位置或基準位置通常位于底座上方，隨著底座的傾斜或平移也會隨之發生相應改變。此外，本實用新型的位移傳感器可以采用任何合適的傳感器例如霍爾傳感器或光學傳感器或雷達傳感器等。

在本實用新型的一個優選實施例中，第二磁體還可以具有圍繞中央豎向孔分布的至少一個外側豎向孔，底座還包括水平電磁控制系統，用于實時控制懸浮體相對于底座沿水平方向的偏移，其中水平電磁控制系統至少部分設置在所述至少一個外側豎向孔中。所述至少一個外側豎向孔可以是多個例如四個上部開口的盲孔或貫通孔，通常圍繞中央豎向孔均勻對稱布置，至少可以用于例如方便地安放相應的電磁鐵，以避免與斥力磁體發生占位干涉并降低底座整體高度。中央豎向孔以及外側豎向孔的形狀不受限制，但優選采用圓孔形狀。

在進一步的實施例中，第二磁體可以由圍繞斥力磁體布置的多個(例如四個)環形磁體組成，所述至少一個外側豎向孔由各環形磁體自身的中央孔提供，而中央豎向孔則由所述多個環形磁體之間所形成的間隙提供。這種例如四個(通常尺寸相同的)環形磁鐵共面兩兩接觸(四個環心形成例如平行四邊形或正方形)的結構非常實用：四者所共同圍成的間隙或空隙可以放置例如斥力磁體，各自的中央孔則可以放置例如電磁鐵。另外，這種多個共面陣列環形磁鐵結構也完全不同于現有的單個環形磁鐵結構，徹底顛覆了常規設計思想。

在進一步的替代實施例中，所述至少一個外側豎向孔可以為在第二磁體上圍繞中央豎向孔開設的偏心孔。這種在環形磁鐵自身環體上再挖孔的設計思想同樣能夠有效避免例如斥力磁體與電磁鐵之間 的占位沖突。作為這種情況的一個可選擇性實例，偏心孔與中央豎向孔還可以相互連通或融合為一個異型孔例如四瓣梅花孔。相對于中央豎向孔與偏心孔之間互不連通的實例，這種四瓣梅花孔會更加節省材料并使得線路設計更加簡單：例如，這時水平電磁控制系統的所有位移傳感器甚至可以集成或設計為一個單體件并安放在中央豎向孔中，同時可以方便地實現傳感器、控制電路與電磁鐵之間的線路通信。

本領域技術人員可以理解，雖然為了簡明起見可能在本申請的說明書中沒有具體描述，但是除非存在明顯沖突本實用新型每個實施例的相關特征同樣可以適用于其它實施例。另外，本實用新型意義下的“磁體”和“磁鐵”這兩個術語含義基本相同，均表示磁性體。

附圖說明

圖1為根據本實用新型的磁懸浮裝置的一個實施例的結構示意圖；

圖2為圖1實施例的底座俯視示意圖；

圖3為本實用新型的磁懸浮裝置實施例的一個變型；

圖4為圖3實施例的底座俯視示意圖；

圖5為根據本實用新型的磁懸浮裝置的另一個實施例的結構示意圖；

圖6為圖5實施例的底座俯視示意圖；

圖7為根據本實用新型的磁懸浮裝置的又一個實施例的結構示意圖；

圖8為圖7實施例的底座俯視示意圖；

圖9是根據圖7實施例的一個變型；

圖10為圖9實施例的底座俯視示意圖；

圖11是根據圖5所示實施例的一個變型；

圖12為圖11實施例的底座俯視示意圖；

圖13示出了圖11所示實施例的磁鐵的變型；

圖14所示實施例的底座包括四個鄰近的環形磁鐵；

圖15為圖14實施例的底座俯視示意圖；

圖16所示實施例是圖17所示懸浮體的仰視示意圖；

圖17所示實施例是圖14所示實施例的改進；

圖18所示實施例是圖17所示底座俯視示意圖；圖19所示實施例是圖20所示懸浮體的仰視示意圖。

圖20所示實施例是圖14所示實施例的改進；

圖21所示實施例是圖20所示底座俯視示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本實用新型的實施例。

圖1至圖2是根據本實用新型的磁懸浮裝置的一個實施例的結構示意圖。該實施例的磁懸浮裝置包括底座10和懸浮體20。底座10包括圓板形永久磁鐵11和圓柱形永久磁鐵12，磁鐵12居中布置在磁鐵11的平整上表面上，磁鐵12上表面磁性為N，磁鐵11上表面磁性為S。懸浮體20包括較大的圓柱形永久磁鐵21和較小的圓柱形永久磁鐵22，磁鐵22居中吸附在磁鐵21上，二者的下表面磁性均為N。此外，懸浮體20還包括圓形鐵板23，磁鐵21居中吸附在鐵板23上。

根據上述圖1至圖2示布置結構，位于上方的包括磁鐵21和22的懸浮體20將不會相對于位于下方的包括磁鐵11的底座10產生側翻或翻轉趨勢，并且由于底座10中的磁鐵12可以產生足夠斥力，懸浮體20將不再相對于底座10形成吸附或靠近趨勢，即二者通過斥力以及重力作用的相互平衡將能夠上下保持一定距離。因此，除了懸浮體20相對于底座10的橫移或水平移動趨勢以外，上述圖1所示結構已經完全具備其它懸浮條件，即已經自我消除了豎直移動趨勢以及翻轉趨勢。而懸浮體相對于底座的僅存橫移趨勢的控制技術早已是本領域公知常識，亦如下所簡單舉例說明。

圖1至圖2所示結構還示出了橫移或水平移動控制機構，包括四個由鐵芯13和線圈14所組成的電磁鐵以及相應的傳感器15，四個電磁鐵圍繞磁鐵12均勻間隔布置在磁鐵11上表面(形成具有X軸和Y軸的十字架結構)。橫移控制機構通常還具有控制電路，為了簡明起見未在圖中示出。傳感器15實時監控或感測懸浮體20相對于底座10的橫向偏移或水平分量偏移并將感測結果實時反饋給控制電路，控制電路根據反饋結果實時控制相應的電磁鐵產生相應的糾偏電磁 力，從而完成橫移趨勢的消除，實現懸浮體20相對于底座10的穩定懸浮。

圖3至圖4是圖1至圖2所示實施例的一個變型。與圖1所示實施例的不同之處在于，圖3至圖4所示結構的磁鐵12不再是單個柱形磁鐵，而是四個分立磁鐵所形成的矩形陣列。這種方陣或環形陣列的斥力磁鐵可以提供更加穩定的斥力，同時還在其中提供了布置例如一體集成傳感器的空間。

圖5至圖6是根據本實用新型的磁懸浮裝置的另一個實施例的結構示意圖。與圖1至圖2所示實施例的不同之處在于，圖5至圖6所示結構的圓板形磁鐵11不再具有平整上表面，而是具有相應的盲孔16以分別容納電磁鐵以及磁鐵12。這種盲孔結構可以便于電磁鐵或磁鐵的安裝定位，并減小底座高度。

圖7至圖8是根據本實用新型的磁懸浮裝置的又一個實施例的結構示意圖。與圖1至圖2所示實施例的不同之處在于，圖7至圖8所示磁鐵11不再是圓板而是中間具有圓筒狀貫通孔17的圓環。四個傳感器15近距離圍繞實心圓柱磁鐵12布置，X軸與Y軸各兩個并對稱布置，四個電磁鐵遠距離圍繞磁鐵12，均位于貫通孔17內。此外，底座10還包括環形鐵板18，吸附在磁鐵11底部，外沿向外延伸超過磁鐵11外沿，內沿與磁鐵11內沿對齊。

圖9至圖10是根據圖7至圖8實施例的一個變型。與圖7至圖8所示實施例的不同之處在于，圖9至圖10所示磁鐵12不再是實心圓柱而是具有上下貫通孔120的空心圓柱。2個傳感器15布置在貫通孔120中，X軸與Y軸各一個。這兩個傳感器15既可以制成分立件，也可以制成一體集成件。

圖11至圖12是根據圖5至圖6所示實施例的一個變型。與圖5至圖6所示實施例的不同之處在于，在圖11至圖12中，磁鐵11上的盲孔16變為了相應的通孔，從而可以進一步減小底座高度。另外還附加了鐵板18，但鐵板18上僅僅開設有與四個電磁鐵(或通孔)對應的孔以避免對電磁鐵產生影響而不開設與磁鐵12相對應的孔。

圖13示出了圖11所示實施例的磁鐵11的變型，其中圖11所示磁鐵11上開設的5個分立通孔在圖7中互相連通，總體形成一個四 瓣梅花通孔。

圖14至圖15所示實施例有些近似圖11至圖12所示實施例。但是，在圖14至圖15中，底座10中的磁鐵11不再是單個磁鐵，而是由四個環形磁鐵11’互相鄰近而構成。各環形磁鐵11’自身的中央圓孔110’用以放置相應的電磁鐵，而由四個環形磁鐵11’所圍成的中空部分111’則用來放置磁鐵12。鐵板18上也僅僅開設有與四個圓孔110’對應的孔以避免對電磁鐵產生影響而不開設與中空部分111’相對應的孔。

圖16至圖18所示實施例是圖14至圖15所示實施例的改進。圖16至圖18所示懸浮體20還包括外圍磁鐵環，由多個分立圓柱形磁鐵24構成，磁鐵24下表面磁性為S。這種外圍磁鐵環進一步增強了斥力，甚至可以取代底座10中的磁鐵12。

圖19至圖21所示實施例是圖11至圖12所示實施例的改進。圖19至圖21所示懸浮體20也增加了由多個分立圓柱形磁鐵24構成的外圍磁鐵環。此外，底座10中還增加了由多個分立圓柱形磁鐵19所構成的磁鐵環，圍繞磁鐵12布置，但上表面磁性為S。

本領域技術人員應該理解，上述實施例僅用于說明而非限制本實用新型。例如，雖然所示磁鐵截面形狀為圓形或圓環形，但也可以采用任何其它合適的截面形狀例如方形截面等，只要其上下表面磁性相反即可；所有盲孔或通孔的截面形狀也均不限于圖示的圓形，可以采用任何其它合適截面形狀例如多邊形等。