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磁悬浮地球仪 原理

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磁悬浮地球仪 原理

发布日期:2018-05-30 作者: 点击:

 先从人们比较熟悉的 磁铁说起: 原理上  上下两块磁铁, 同极相对,只要让磁场方向和上方的磁铁几何重心在一条线上,并且磁力等于上方磁铁的重力时, 是可以使上面的磁铁悬浮在空中的某一点.   但操作起来,这几乎是不可能的. 因为普通磁铁如果稍微偏离平衡位置的话,力的变化会使它更加偏离平衡而不是回去,就像在桌子上立一根针一样。小时侯玩过磁铁的,应该都对这种现象不陌生.

    实际上:悬浮装置是一个相当复杂的闭环反馈伺服系统,它除了有电磁铁作为执行机构之外还必须有传感器以及反馈放大控制电路。在电磁铁的周围有4根缠绕着线圈的金属棒. 

    下面介绍工作过程:如果漂浮中的地球仪由于任何扰动偏离固定位置的话,传感器会自动测量出变化的大小,将这个误差放大以后通过一定的合适的算法(这是关键)变成执行控制信号来修正电磁铁的磁场大小甚至方向(通过分别改变4个电磁铁的磁场大小可以合成不同方向的磁场)来补偿让它向相反的方向运动回到平衡位置,使其能够稳定地悬浮在固定的位置。这个修正过程非常快也非常灵敏,所以看起来地球仪非常稳定并不抖动。所以这个系统的电路比较精密而且必须始终通电才能工作。

   原理介绍完毕, 详情 可以参照图片.




   上面说的主要是磁悬浮装置.  接下来分析下 悬浮地球仪.

 
  1. 电磁场 和磁铁磁场 提供浮力的比例.

      上面说到,磁铁可以提供浮力, 4个缠绕线圈的磁棒也能产生磁力,那分别产生多少浮力呢?  几乎100%的力都是有磁铁产品的,  磁棒只是产生一个修正,以维持其平衡.  所以此产品很省电,一个月用电量不到一度.
      那么, 可不可以加大电磁场 的浮力,以降低磁铁用量呢? 答案是肯定的. 事实上大多磁悬浮科研机构都是大比例的使用电磁能.   但是作为磁悬浮地球仪, 这样却是行不通的.   电能转化为磁力的过程会产生比较大的能量损失,作为一个长时间工作的观赏性用品, 如果大比例的使用电磁能, 会使悬浮地球仪成为一个吃电的电老虎, 其次:过大的电流,也会大大降低产品寿命.这也是盗版货的一大缺点. 成本低,质量差.


 2.  悬浮地球仪的供电方式---合适的算法

      目前几乎所有的悬浮地球仪 都是采用220V 家用电来供电.

      那么能不能用电池或者USB来供电呢?

      可以

      回到上文中的那个 "合适的算法" , 只要这个算法足够精细,那么只需要很少的电能,就能使系统正常工作. 这个"算法" 也就是磁悬浮地球仪的 关键技术所在. 目前国内最高水平的悬浮地球仪技术 掌握在深圳普天文科技 和深圳衡艺科技 手中. 普天文能购生产直径2M的悬浮地球仪, 衡艺的小尺寸精密悬浮装置,也达到了电池或者USB供电的水平.   但还是那个问题, 磁悬浮地球仪作为一个观赏性产品,外观最重要, 置入一个电池盒又会占据不少空间,这样的话,就不得不加大底座尺寸,严重影响美观. 使得直到现在也没有电池版本的悬浮装置问世. USB供电也是要用USB线,和家用220V供电方式类似.  现实意义也不大.

     
      这个 "合适和算法" 在这里就不过多解释了(其实我也不懂...), 河北11选5开奖结果 因为实在是太难理解了, 它不旦能使地球仪平稳的悬浮在空中,而且还能使地球仪转动, 转动倒不难理解, 4个磁棒通过变换磁力的大小,很容易实现,但既可以顺时针转,又可逆时针转...就不明白原因了..

      这个算法 的精确于否, 也直接决定了产品的寿命 和旋转的稳定性. 有些 地球仪 平稳的旋转,有些却是 转的摇头晃脑. 网上视频很多,大家有空时可以看看.
 


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