CN1157842C

CN1157842C - 磁悬浮装置及其控制***

Info

Publication number: CN1157842C
Application number: CNB001153544A
Authority: CN
Inventors: 唐建一
Original assignee: Ningbo Tianming Electronic Co Ltd
Current assignee: Ningbo Tianming Electronic Co Ltd
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: CN1267121A

Abstract

一种带有电子线路的磁悬浮装置，包括支架、浮体、底座和电子线路，其特点是还有由棒形铁磁体及其套在其外的线圈构成的电磁器件，底座中心传感器、磁感应传感器和偏转力发生器，在包括电源、主控电路、同步脉冲偏转电路、温度补偿电路、手感补偿电路的电子线路的控制下，浮体不仅能稳定地悬浮，而且能自动旋转。在环境温度-25℃到+60℃内变化，受某些振动，浮体重量及形式有所改变时，仍有良好的适应性。

Description

磁悬浮装置及其控制***

技术领域

本发明涉及磁悬浮装置，特别是一种浮体可旋转的带有电子线路的磁悬浮装置。

背景技术

加拿大研制的“磁浮地球仪”，不能自动旋转，由于采用红外线测距方式来控制地球仪的浮空位置，效果差，成本高，浮空间距太小，且控制线路考虑不周，整机的稳定性差，因而很难商品化。新加坡的“悬浮相架”采用老式门框式的门架，内部结构不合理，控制线路设计不佳，外形和性能均不理想，也难以商品化。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述缺点并有独特的技术方案，提供一种带有电子线路的磁悬浮装置，使浮体不仅可以稳定地较好地悬浮，而且可以自动匀速旋转，当然浮体可以具有多种式样。

本发明是这样实现的。一种带有电子线路的磁悬浮装置，包括支架、浮体、底座和电子线路，其特点是：支架支持一电磁盒，该电磁盒内垂直安放着由一棒形铁磁体及套在其外的线圈构成的电磁器件；所说底座近台面的中央位置安装有中心传感器，偏离它的位置独立且靠近地安装偏转力发生器和磁感应传感器；在沿所说浮体重心线上，对应于该重心线穿过的该浮体的上端面和下端面的位置分别安装第一永磁体和第二永磁体，在浮体下端面偏离第二永磁体适当距离的对称位置分别安装第三永磁体和第四永磁体；当浮体上第一永磁体受电磁器件的吸引力而悬空时，上述安装应使电磁器件、第一永磁体、第二永磁体和中心传感器均位于浮体的重心线上，而且第三永磁体和第四永磁体与第二永磁体之间的中心距离应等于偏转力发生器与中心传感器之间的中心距离，而偏转力发生器与磁感应传感器靠近，即都应同时在第三永磁体和第四永磁体的磁作用范围内；所说的电子线路安装在底座内，包含有直流电源、主控电路、同步脉冲偏转电路、温度补偿电路、手感补偿电路。主控电路控制电磁盒内电磁器件的线圈的电流，同步脉冲偏转电路与磁感应传感器和偏转力发生器相连接。

所说的电磁器件的棒形铁磁体和线圈的两端还可以附有片状或扁平形铁磁体或永磁体。

所说电磁器件的棒形铁磁体对第一永磁体产生的静磁吸力Fz为电磁器件对第一永磁体的电磁力F_D的2-3倍。

所说的主控电路主要包括：主控信号形成电路、中间放大电路、工作点控制电路和功率放大及附属电路。

所说的主控信号形成电路是由运放集成电路IC₁接成LC振荡电路，电容C₇和中心传感器并联在IC₁的正输入端和输出端I之间，IC₁的负输入端通过R₆接地，IC₁的输出端I通过限压限流器W₄接地或通过BG₂组成的电路接地，输出端I脉冲波经电容C₈的耦合在电阻R₇上的j点形成锯齿脉冲电压，经二极管W₅与负载电阻R₈形成检波，再经电容C₉滤波，在k点形成有一定直流分量的脉冲波，并单端输入集成电路IC₂的正输入端，IC₂的负输入端与输出端相连，形成深度负反馈的电压跟随器方式。

所说的中间放大电路包括两部分：(1)电容C₁₀隔直耦合送具有电压并联负反馈的反相放大器的运放IC₃负输入端，IC₃的正输入端通过电阻R₉接地，电容C₁₁与电阻R₁₀并联后，一端接在IC₃负输入端和电容C₁₀的节点上，另一端接IC₃输出极与电阻R₁₁的节点，由电阻R₁₁输出微分放大信号；(2)电阻R₁₂接电容C₁₃、电阻R₁₃、电容C₁₂及IC₄负输入端的节点，电容C₁₂另一端接地，电容C₁₃和电阻R₁₃并联后，另一端接具有电压并联负反馈的反相放大器的运放IC₄输出端与电阻R₁₅、R₁₄及电容C₁₅的节点p，电容C₁₅另一端接地，由p点形成积分放大输出。

所说的工作点控制电路采用非平衡电桥网络构成，即电阻R₁₇、R₁₈、R₁₉和R₂₀构成非平衡电桥，R₂₀是调节器，电桥的s和t双臂输出分别接具有负反馈的差动放大器的运放IC₅正、负输入端构成差动放大，电阻R₂₁并联在IC₅的负输入端和输出端之间，IC₅输出经电阻R₂₂形成工作点平台u。

所说的功率放大及附属电路是由电容C₃₀与电磁器件并联后接在三极管BG₁集电极与电源正极之间，三极管BG₁的发射极经电阻R₄₁接地，电阻R₄₀接在地与三极管BG₁的基极之间，R₄₀与BG₁基极的节点经电阻R₄₂接集成电路IC₈输出端，作为反相开环放大的运放IC₈的输出控制BG₁的基极电位，由电阻R₄₂与R₄₀的分压决定基极的电压和电流值，控制输出功率，IC₈负输入端的电压值由主控信号w的电压值决定，IC₈的正输入端通过电阻R₄₄接地，IC₉是差动放大减法电路，IC₉的正输入端接电阻R₄₇，电阻R₄₈与电容C₂₂的节点，电阻R₄₇的另一端接电源正极，电阻R₄₈与电容C₂₂的另一端接地，IC₉的负输入端接电阻R₄₆与电容C₂₁的节点，C₂₁的另一端接地，R₄₆的另一端接积分放大的输出端p点，IC₉的输出端通过电阻R₄₅接IC₈的负输入端和电阻R₁₁的节点。

所说的同步脉冲偏转电路以作为脉冲微分单稳态电路的集成运放电路IC₁₀组成RC单稳态电路，常态下IC₁₀输出低电平，磁感应传感器Z在浮体浮空并旋转时发出的信号，即正脉冲在电阻R₅₀分压和电容C₅₀滤波和整形下，在电阻R₅₁得到正电位脉冲，通过二极管W₅，在电阻R₅₂分压和电容C₅₂滤波下，向集成电路IC₁₀正输入端输入，电阻R₅₄和电容C₅₃形成RC延时电路，此单稳态电路随即输出一个正脉冲通过电阻R₅₆输向三极管BG₂基极，使三极管BG₂处于导通饱和态，其集电极“倒相”地发出“低脉冲”，处于集电极的偏转力发生器可得到一定的电功率，同步地发出偏转力，该偏转力的大小由限压限流电阻R₅₈所决定，偏转力施加给第三永磁体和第四永磁体的时间，由IC₁₀电路中R₅₄和C₅₃的值来调节，通常可调节R₅₄的值来改变。

所说的温度补偿电路包括两部分：(1)温度补偿，即在电源正极与地之间有串联电阻R₂₄、R_t和R₂₅，与热敏电阻R_t并联的是调节电位器R₂₃，R₂₃的滑动抽头接具有电压串联负反馈的同向放大的集成电路IC₆的正输入端，接地的R₂₆的另一端接电阻R2₇和IC₆负输入端的节点，R₂₇的另一端接IC₆的输出端并通过电阻R₂₈输入工作平台u。(2)二次控制，从主控电路的功放级的三极管BG₁的发射极采样点v的电压值即电阻R₃₁和R₃₂的分压的信号输入具有负反馈的差动放大的集成运放电路IC₇的正输入端，电阻R₃₃和R₃₄串连在地与电源正极之间，电阻R₃₆跨接在IC₇的输出端与负输入端、电阻R₃₃和R₃₄的节点之间，IC₇的输出端一方面通过C₂₀接地，另一方面通过电阻R₃₅和IC₅输向工作点平台u。

所说的二次控制，也可采用从功放电路中三极管BG₁的发射极的v点，经电阻R₃₉、R₃₈和电容C₃₁负反馈输入前置放大IC₈负输入端，与从BG₁发射极的r点经电阻R₁₇进入IC₅的负输入端的负反馈共同构成。

所说的手感补偿电路是这样构成的：接在电源正极与地之间的由电阻R₆₀、R₆₁、R₆₂、R₆₃串联电路在y点的分压输入作为电压跟随器的集成电路IC₁₁正输入端，IC₁₁的负输入端与输出端(z点)直接连起来，z点电位即是y点电位。此预先按手感系数调节好的电位，直接或间接地控制电压工作点调节平台u。这种控制作用和能力，受IC8的输出状态所控制，也即是，在电磁线圈中没有电流情况下，才起到手感控制作用，此情况仅发生在浮体入架操作时，使手工操作顺利、快捷。

本发明是这样工作的。

本发明接通电源，它的电子线路开始工作，当把浮体用手引入电磁器件和底座台面上空时，电磁器件与浮体上的第一永磁体相互吸引产生足够的向上提拉力量与浮体的重力平衡而使浮体悬空，由中心传感器与浮体下端面的第二永磁体提供的吸力形成浮体在浮空时纵向定位的纠偏***，中心传感器探测浮体悬空时的“浮空”位置变化情况，给出相应的动态信号，该信号经电子线路和主控电路进行放大，控制并调整供给电磁器件的线圈一具有直流分量的脉动电流，调整电磁器件对浮体的磁作用力，使浮体能在平衡位置，处于一种动态平衡。例如发现浮体下落，中心传感器就发出一信号传输给控制线路，快速地加大电磁器件的电磁吸力，使浮体受到大一些的上拉吸力，制止浮体下落，但浮体受上拉力而终止下落时，由于加速度关系，会过分地上升一些，会引起浮体被上拉力继续吸上去而被动地吸至电磁器件，在这一事件尚未发生之时，该中心传感器也同样接受到浮体过分上升的信号，传输给控制线路，以急剧地减少电磁器件磁吸力，迫使浮体立即下降，下降后又继续上升，这样快速地上上下下，且升降幅度趋于极低值，才能真正地动态地保持浮体浮在指定的空间位置，达到视觉上的稳定的浮空。

由于电子线路中有稳定的直流电源，多种负反馈，包括级间负反馈和整体负反馈，还有温度补偿电路和手感补偿电路等，因而无论是供电电压变化，磁悬浮装置受震动，还是环境温度变化，都能有效地保证整机稳定地工作，因而浮体能稳定地悬浮。

由于磁感应传感器与偏转力发生器很靠近，当浮体转动使第三永磁体或第四永磁体接近偏转力发生器时，磁感应传感器受到第三永磁体或第四永磁体的磁场作用，即发出一个同步信号经触发电路形成同步脉冲电流通向偏转力发生器产生一个作用于浮体下端的第三永磁体或第四永磁体磁场力，脉冲地给浮体一个偏转力使浮体旋转，在目前装置情况下，浮体每旋转一周，偏转力发生器可给浮体两次补充旋转力，当这个补充的旋转力与浮体旋转所受的空气阻力平衡时，浮体的旋转速度即可实现稳定的平衡，同理，对于较轻的浮体也可只任选一个第三永磁体或第四永磁体，即可达到要求的浮体旋转速度，对于较重的浮体，要达到理想的旋转速度，可以增加偏转力发生器线圈的电流，或增加第三永磁体和第四永磁体的布位的数量，即在一周内增加补充旋转力的次数来解决。

实践证明本发明的优点是：

1、采用单边支架，可扩大视野，突出“浮空”效果，不但能美化造型，而且能节省材料，降低成本。

2、浮体自动地匀速旋转，而且转速是可调的，因而可以根据不同类别的浮体的需要来调整浮体旋转的角速度，浮空的总间隙可在2至6厘米，具有明显的浮空效果和动感，是一种很吸引人的工艺技术。

3、浮体可作多种多样的变换：

(1)工艺品类：花兰、透明工艺品、高档摆饰、礼品等；

(2)直接浮空的商品广告展示类；

(3)新型浮空玩具类；

(4)浮空地球仪、球类；

(5)台灯型浮空产品类。

(6)浮空纪念品

(7)浮空奖品

(8)浮空高档礼品等。

4、同一台磁悬浮装置可变换多种浮体，因而具有多功能的特点。

5、由于本发明具有良好的电子控制线路，使之可在炎热和酷冷的环境下，供电电压有所波动的地方以及整体装置受某些振动等情况下都能稳定地运转。

6、很明显，在所说底座和支架上引进美术设计，光彩投光设计与增加音响等，本发明即可演化成各种各样的艺术品，具有广泛的应用前景。

附图说明

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

图1本发明实施例一结构关系示意图。

图2本发明电子线路方框图。

图3主控信号形成电路图。

图4中间放大形成电路图。

图5工作点控制电路图。

图6功率放大及附属电路图。

图7同步脉冲偏转电路图。

图8温度补偿电路图。

图9手感补偿电路图。

图10本发明电路之一。

图11本发明电路之二。

具体实施方式

图1是本发明实施例一的结构关系示意图。本发明的带有电子线路的磁悬浮装置包括电磁盒1、支架2、浮体3、底座4和电子线路5五部分，所说的支架2为一中空的单边支架，由所说底座4向上引伸的支架2支撑一电磁盒1，该电磁盒1内垂直安放一电磁器件A，它是由一棒形铁磁体11和套在其外的线圈12及其两端贴着直径更大的片状铁磁体13所构成，所说的底座4是一箱体，在箱体内近台面的中央安放有中心传感器L，偏离中央一定距离独立且靠近地安装了偏转力发生器P和磁感应传感器Z，所说的中心传感器L的中芯是永磁体，***是线圈，所说的偏转力发生器P的***是线圈，中芯可为磁性体或空芯。底座4箱体内还安装了电子线路5的印刷电路板。在所说浮体3的上端面和下端面上浮体3重心线穿过的位置分别安装第一永磁体B和第二永磁体C，在浮体3下端面偏离第二永磁体C适当距离的对称位置分别安装第三永磁体D和第四永磁体E，当浮体3上第一永磁体B受电磁器件A的吸引力而悬浮时，上述元件的安装应使电磁器件A、第一永磁体B、第二永磁体C和中心传感器L均位于浮体3的重心线上，而且第三永磁体D或第四永磁体E与第二永磁体C之间的中心距离等于偏转力发生器P与中心传感器L之间的中心距离，而偏转力发生器P与磁感应传感器Z靠近，即都同时在第三永磁体D或第四永磁体E的磁作用范围内。

图2是本发明电子线路框图，图中：

A-电磁器件

L-中心传感器

P-偏转力发生器

Z-磁感应传感器

51-电源

52-主控电路

521-主控信号形成电路

522-中间放大电路

523-工作点控制电路

524-功率放大及附属电路

53-同步脉冲偏转电路

54-温度补偿电路

541-温度补偿电路

542-二次控制

55-手感补偿电路

电路设计是本发明成败的关键之一，本发明采用安全低电压供电，市电220或110伏经变压器变压，桥式整流，滤波，多种方式的稳压，得到对“零端”的直流电源，供集成电路IC及控制电路用，此电源应较稳定。

我们把根据中心传感器L对浮体3浮空位置变化的感应，严格控制电磁器件A的线圈12的电流，从而使浮体3稳定地浮空的控制电路称为主控电路52，它由主控信号形成电路521、中间放大电路522、工作点控制电路523和功率放大及附属电路524组成。

所说的主控信号形成电路521(见图3)由集成电路IC₁接成LC振荡电路，中心传感器L的电感量和振荡品质Q值是浮体3浮空位置变化的量度，电容C₇和中心传感器L并联在IC₁的正极输入端和输出端i之间，IC₁的负输入端通过R₆接地，IC₁的输出端通过限压限流器W₄接地，输出端I的脉冲波经电容C₈耦合在电阻R₇上的j点形成锯齿脉冲电压，经二极管W₅与负载电阻R₈形成检波，再经电容C₉滤波，在k点形成有一定直流分量的脉冲波，并单端输入集成电路IC₂，IC₂的负输入端与输出端相连，形成100％深度负反馈，可有效地提高n点输出的负载能力。

请参见图4所示，中间放大电路522由两部分组成：

微分放大电路，n点输出的具有一定直流分量的脉冲波信号的脉冲信号由电容C₁₀隔直耦合送集成电路IC₃的负输入端，IC₃的正输入端通过电阻R₉接地，电容C₁₁和电阻R₁₀并联后一端接IC₃负输入端和电容C₁₀的节点，另一端接IC₃的输出端与电阻R₁₁的节点，由电阻R₁₁输出微分放大信号；

积分放大电路的构成是：电阻R₁₂接电容C₁₃、电阻R₁₃、电容C₁₂及IC₄正输入端的节点，电容C₁₂另一端接地，IC4的负输入端通过电容C14接地，电容C₁₃和电阻R₁₃并联后另一端接IC₄输出端与电阻R₁₅、R₁₄及电容C₁₅的节点p，电容C₁₅另一端接地，由p点形成积分放大输出。

由n点输出的信号为有一定直流分量的尖脉冲波，其脉冲成分由微分放大后得到脉冲信号，其直流成分由积分放大输出直流信号，二者均供后级使用。

请参见图5，工作点控制电路523采用非平衡电桥网络构成，即电阻R₁₇、R₁₈、R₁₉和R₂₀构成非平衡电桥，R₂₀是调节器，电桥的s和t两臂输出分别接IC₅正、负输入端构成差动放大，电阻R₂₁并联在IC₅的负输入端和输出端之间，IC₅输出端经电阻R₂₂输出，构成工作点平台u。

请参见图6，功率放大及附属电路524是由电容C₃₀与电磁器件A的线圈12并联后串联在三极管BG₁的集电极与电源正极之间，BG₁的发射极经电阻R₄₁接地，电阻R₄₀与BG₁的基极的节点经电阻R₄₂接集成电路IC₈的输出端。

IC₈的输出控制BG₁的基极电位，由电阻R₄₂与R₄₀的分电压决定基极电流值，控制输出功率，IC₈负输入端的电压值由主控信号w的电压值决定，IC₈的正输入端通过R₄₄接地。

IC₉是一个差动放大的减法电路，IC₉的正输入端接电阻R₄₇、电阻R₄₈与电容C22的节点，电阻R₄₇的另一端接电源正极，电阻R₄₈与电容C₂₂的另一端接地。IC₉的负输入端接电阻R₄₆与电容C₂₁的节点，C₂₁的另一端接地，R₄₆的另一端接至积分放大的输出端p点，IC₉的输出端通过电阻R₄₅接IC₈的负输入端和电阻R₁₁的节点。

图7所示为同步脉冲偏转电路图，集成电路IC₁₀组成RC单稳态电路，常态下IC₁₀输出低电平。磁感应传感器Z在浮体3浮空并稳定旋转时，探知浮体3下端面第三永磁体D或第四永磁体E而产生的信号，即正脉冲在电阻R₅₀分压，电容C₅₀滤波整形下，在电阻R₅₁得到正电位脉冲，通过二极管W₅在电阻R₅₂分压和电容C₅₂滤波下，向集成电路IC₁₀的正输入端输入，经过由电阻R₅₄与电容C₅₃跨接在IC₁₀的正输入端和输出端之间形成RC延时电路的延时，通过R₅₆向三极管BG₂基极输入一个正脉冲，使BG₂处于导通饱和状态，其集电极“倒相”地发出“低脉冲”，处于集电极的“偏转力发生器”P可得到一定的电功率，同步地发生偏转力，推动浮体3旋转，该偏转力的大小由限压限流电阻R₅₈控制，偏转力施加给第三永磁体D或第四永磁体E的时间，由R₅₄和C₅₃的时间常数来调节，通常可调节电阻R₅₄的值来改变。

为了使磁悬浮装置能在-20℃至+60℃的环境温度下能长期稳定地运转，必须解决电子线路中的温度飘移问题，直接耦合的多级高倍率直流放大状态下的显著的温飘是不可避免的，温飘影响的解决也可以有多种方案，例如电流负反馈方式，热敏电阻方式，既可分别使用，也可综合使用。图8是热敏电阻方式的温度补偿电路，即在电源正极与地之间串联电阻R₂₄，R_t和R₂₅，与热敏电阻R_t并联的是调节电位器R₂₃，R₂₃的滑动抽头接集成电路IC₆的正输入端，接地的电阻R₂₆的另一端接电阻R₂₇和IC₆负输入端的节点，R₂₇的另一端接IC₆的输出端并通过电阻R₂₈输入工作平台u。

电流负反馈方式的另一种使用，可以组成“二次控制”，主要是从三极管BG₁的发射极采样电压输入到前置放大级的输入端，或通过负反馈设法输入到电流工作点平台u。

本发明的带有电子线路的磁悬浮装置刚接通电源后，浮体3无论处于任何静态方位，均需用手工办法，将其置入支架中央的空间中，浮体才会处于浮空位置，为了快速并顺利地将浮体置于浮空位置，设计了一种手感补偿电路55如图9所示。接在电源正极与地之间的串联电阻R₆₀、R₆₁、R₆₂和R₆₃在y点的分压输入集成电路IC₁₁正输入端，IC₁₁的负输入端与输出端z点直接连起来，z点和y点的电位相同，通过电阻R₆₄输入电压工作点平台u点，其中R₆₀为热敏电阻，z点的输出电平由电位器R₆₂调节，以适应不同情况的需要。

图10是本发明电子线路的实施例之一的电路图。

由单组交流市电由a.b引进总电源，经过整流，滤波，稳压器W₁、W₂串并接组成的稳压电源，得到多组直流电源供各级使用。W₂也可用稳压二极管电路代替。

中心传感器L和电容C₇组成振荡电路，L检测浮体3的浮空位置变化由集成电路IC₁输出，经j、k各点元件的检波、整形，由IC₂输出端n输出具有一定直流分量的脉冲波，IC₂的连接法主要是为了提高电路的负载能力，以精确的主控信号供后级放大使用。n点输出的脉冲成分由电容C₁₀隔直耦合送IC₃进行微分放大，经电阻R₁₁直接送前置放大IC₈的负输入端，另一路将直流分量经R₁₂通向IC₄负输入端形成积分放大，在输出端p点的直流放大信号经R₁₄送IC₈的负输入端，IC₄的正输入端u成为电流工作点和电压工作点的控制和调节平台。IC₅是“工作点”的调节级，输入的一方面是“非平衡电桥”的调节器，另一方面受IC₇输出r点的反馈信号控制。线路中R_t为热敏电阻，形成温补电路，这是温补电路与工作点调节电路合并为一级的实用电路，IC₇组成“二次控制”反馈线路，一方面可以加深负反馈，以利“电流工作点”的稳定性，另一方面使浮体运行时有较好的受振动、受冲击以及浮体互换性的适应能力。

IC₁₁组成手感补偿电路，它的输出通过电阻R₆₄送入工作平台u，输出点z的电位送入工作平台u，主要是当用手把浮体3送入浮空位置之始，即可使工作平台u获得较好地适合于浮体运行时电压工作点的电位，这种补偿需在合理的“手感系数”的经验数据下达到最佳效果。

IC₈为功放电路中的前置放大级，它的输入受三方面控制：

1、微分放大输出w控制；

2、积分放大输入p通过R₁₄的控制；

3、受IC₉输出控制，IC₉又受积分放大输出的控制，p点输出信号，经R₄₆输入IC₉的负输入端，目的是使当浮体处于掉落在支架或底箱上时，使电磁器件A没有电流。

IC₈输出一方面经电阻R₄₂控制功放管BG₁，另一方面，经过“阀控电路”q，控制IC₁₁，使“手感补偿”仅在需要的场合起作用。

三极管BG₁为功放三极管，接成“共发射极”电路，集电极输出可控电流通向电磁器件A，形成可控电磁吸力，驱使浮体3浮空，发射极电阻R₄作为电流工作点取样信号反馈至IC₇，以能较好地稳定电流工作点。

图11是本发明实施例二电子线路的实用电路图。

在图11中与图10相比具有下列特点：

1、同步脉冲偏转电路53被予以简化，省用集成电路IC₁₀组成的“单稳态”电路，而采用图示(电源线路内)由R₇₁，R₇₂，R₇₃，C₇₁，二极管W₇，发光管LP₁和LP₂组成的线路，当磁感应传感器Z受感应时，有电流经R₇₂流向偏转力发生器P，产生偏转力，R₇₂是限流电阻，此时，电流经R₇₃通过发光二极管LP₂而发光，当磁感应传感器Z不受感应时，偏转力发生器P与LP₂均无电流，此时，仅有电流经R₇₁通过发光二极管LP₁而发光，显然，当LR₂发光时，LP₁的电流有旁路而基本上不亮，所以，LP₁与PL₂轮流发光，指示了该***的工作状态。此线路简单可靠，但磁感应传感器Z发出偏转力的延续时间、全靠磁感应传感器Z受感应的时间来控制，给有关结构的设计、布位、原件选择和总调带来了较高的要求，但这在大生产中可以解决。

2、省用IC₇组成的“二次控制”电路，采用的弥补方案是：在BG₁发射极电阻方面，增用R₃₉，在v点取出采样信号，经R₃₈与C₃₁反馈至IC₈的负输入端，这也是有一定深度的增加的负反馈线路，反馈深度由R₃₈和C₃₁来控制。这样，由r点和v点，同时向对应的控制级提供负反馈信号，形成总的很深的负反馈来稳定“工作点”。

3、由于如上采用双重深度负反馈，采样信号均来自于BG₁的发射极，而发射极电流正比于集电极电流，可以说，该采样信号也体现出了电磁器件A由于“温飘”而产生的功率电流的严重变化，经深度负反馈的补偿，此功率电流得到了良好的稳定性，也即“电流工作点”是十分稳定的(对“温飘”而言)，因此，在IC₅组成的“非平衡电桥”工作点控制和调节级中，也可以省用专用的电流工作点“温补电路”，具体地说，省用了热敏电阻R_t及调节电位器R₂₃，在节省器材及调节人工方面，均有成效。

4、在IC₁组成的LC振荡级中，“限压限流”元件W4用实用电路代替，它由BG₂，R₇₁，R₆₂组成，可起相似效果，成本降低，元件易购。

5、在“手感补偿电路”中，IC₁₁输出z点与IC₈输出点中间的元件q“阀控电路”采用BG₃与R₆₄组成的常用线路代替，同样有用，电磁器件A没有电流时，IC₈输出较低电位，BG₃导通，z点电位“嵌位”于u，起到按“手感系数”所要求的电压工作点的控制及调节。电磁器件A有电流，此作用消失。

本发明的带有电子线路的磁悬浮装置，不仅能使浮体稳定地悬浮，而且能匀速地旋转，本发明可演化出各种各样的艺术品，如悬浮的工艺品，直接浮空的商品广告、浮空玩具，浮空地球仪，浮空球类、浮空灯饰，浮空纪念品，大型浮空展示品，浮空奖品等，因而具有广泛的应用前景。

Claims

1、一种带有电子线路的磁悬浮装置，包括支架(2)、浮体(3)、底座(4)和电子线路(5)，其特征在于：该装置还包括

一电磁盒(1)，该电磁盒(1)内垂直安放着由一棒形铁磁体(11)及套在其外的线圈(12)构成的电磁器件(A)；

所述支架(2)为一中空的单边支架，支架(2)的一端从底座(4)上向上延伸，另一端支撑电磁盒(1)；

所说底座(4)是一箱体，在该底座(4)近台面的中央位置安装有中心传感器L，偏离它的位置独立且靠近地安装偏转力发生器P和磁感应传感器Z；

在沿所说浮体(3)重心线上，对应于该重心线穿过的该浮体(3)的上端面和下端面的位置分别安装第一永磁体(B)和第二永磁体(C)，在浮体(3)下端面偏离第二永磁体(C)适当距离的对称位置分别安装第三永磁体(D)和第四永磁体(E)；

当浮体(3)上第一永磁体(B)受电磁器件(A)的吸引力而悬空时，上述安装应使电磁器件(A)、第一永磁体(B)、第二永磁体(C)和中心传感器(L)均位于浮体(3)的重心线上，而且第三永磁体(D)和第四永磁体(E)与第二永磁体(C)之间的中心距离应等于偏转力发生器(P)与中心传感器(L)之间的中心距离，而偏转力发生器(P)与磁感应传感器(Z)靠近，即都应同时在第三永磁体(D)和第四永磁体(E)的磁作用范围内；

所说的电子线路(5)安装在底座(4)内，包含有直流电源(51)以及由它提供电源的主控电路(52)、同步脉冲偏转电路(53)、温度补偿电路(54)、手感补偿电路(55)，主控电路(52)控制电磁盒(1)内电磁器件(A)的线圈(12)的电流，同步脉冲偏转电路(53)与磁感应传感器(Z)和偏转力发生器(P)相连接。

2、根据权利要求1所述的带有电子线路的磁悬浮装置，其特征是所说的电磁器件(A)的棒形铁磁体(11)和线圈(2)的两端还可以附有片状或扁平形铁磁体或永磁体(13)。

3、根据权利要求1所述的带有电子线路的磁悬浮装置，其特征在于所说电磁器件(A)的棒形铁磁体(11)对第一永磁体(B)产生的静磁吸力Fz为电磁器件(A)对第一永磁体(B)的电磁力FD的2-3倍。

4、根据权利要求1所述的带有电子线路的磁悬浮装置，其特征在于所说的主控电路(52)主要包括：

主控信号形成电路(521)、中问放大电路(522)、工作点控制电路(523)和功率放大及附属电路(524)，主控信号形成电路(521)的输出信号通向中间放大电路(522)，中间放大电路(522)的输出通入工作点控制电路(523)，工作点控制电路(523)的输出通入功率放大及附属电路(54)。

5、根据权利要求4所述的带有电子线路的磁悬浮装置，其特征在于所说的主控信号形成电路(521)是由运放集成电路IC₁接成LC振荡电路，电容C₇和中心传感器(L)并联在IC₁的正输入端和输出端I之间，IC₁的负输入端通过R₆接地，IC₁的输出端I通过限压限流器W₄接地或通过BG₂组成的电路接地，输出端I脉冲波经电容C₈的耦合在电阻R₇上的j点形成锯齿脉冲电压，经二极管W₅与负载电阻R₈形成检波，再经电容C₉滤波，在k点形成有一定直流分量的脉冲波，并单端输入作为电压跟随时器的运放集成电路IC₂的正输入端，IC₂的负输入端与输出端相连，形成深度负反馈。

6、根据权利要求4所述的带有电子线路的磁悬浮装置，其特征在于所说的中间放大电路(522)包括两部分：

电容C₁₀隔直耦合送接成电压负反馈形式的反相放大器运放集成电路IC₃负输入端，IC₃的正输入端通过电阻R₉接地，电容C₁₁与电阻R₁₀并联后，一端接在IC₃负输入端和电容C₁₀的节点上，另一端接IC₃输出极与电阻R₁₁的节点，由电阻R₁₁输出微分放大信号；

电阻R₁₂接电容C₁₃、电阻R₁₃、电容C₁₂及IC₄负输入端的节点，电容C₁₂另一端接地，电容C₁₃和电阻R₁₃并联后，另一端接具有电压并联负反馈的反相放大器运放集成电路IC₄输出端与电阻R₁₅、R₁₄及电容C₁₅的节点p，电容C₁₅另一端接地，由p点形成积分放大输出。

7、根据权利要求4所述的带有电子线路的磁悬浮装置，其特征在于所说的工作点控制电路(523)采用非平衡电桥网络构成，即电阻R₁₇、R₁₈、R₁₉和R₂₀构成非平衡电桥，R₂₀是调节器，电桥的s和t双臂输出分别接作为差动放大器的运放集成电路IC₅正、负输入端构成差动放大，电阻R₂₁并联在IC₅的负输入端和输出端之间，IC₅输出经电阻R₂₂形成工作点平台u。

8、根据权利要求4所述的带有电子线路的磁悬浮装置，其特征在于所说的功率放大及附属电路(524)是由电容C₃₀与电磁器件(A)并联后接在三极管BG₁集电极与电源正极之间，三极管BG₁的发射极经电阻R₄₁接地，电阻R₄₀接在地与三极管BG₁的基极之间，R₄₀与BG₁基极的节点经电阻R₄₂接作为开环反相放大器的运放集成电路IC₈输出端，IC₈的输出控制BG₁的基极电位，由电阻R₄₂与R₄₀的分压决定基极的电压和电流值，控制输出功率，IC₈负输入端的电压值由主控信号w的电压值决定，IC₈的正输入端通过电阻R₄₄接地，IC₉是一个差动放大的减法电路，IC₉的正输入端接电阻R₄₇，电阻R₄₈与电容C₂₂的节点，电阻R₄₇的另一端接电源正极，电阻R₄₈与电容C₂₂的另一端接地，IC₉的负输入端接电阻R₄₆与电容C₂₁的节点，C₂₁的另一端接地，R₄₆的另一端接积分放大的输出端p点，IC₉的输出端通过电阻R₄₅接IC₈的负输入端和电阻R₁₁的节点。

9、根据权利要求1所述的带有电子线路的磁悬浮装置，其特征在于所说的同步脉冲偏转电路(53)以作为脉冲微分单稳态电路的集成运放电路IC₁₀组成RC单稳态电路，常态下IC₁₀输出低电平，磁感应传感器(Z)在浮体浮空并旋转时发出的信号，即正脉冲在电阻R₅₀分压和电容C₅₀滤波和整形下，在电阻R₅₁得到正电位脉冲，通过二极管W₅，在电阻R₅₂分压和电容C₅₂滤波下，向集成电路IC₁₀正输入端输入，电阻R₅₄和电容C₅₃形成RC延时电路，此单稳态电路随即输出一个正脉冲通过电阻R₅₆输向三极管BG₂基极，使三极管BG₂处于导通饱和态，其集电极“倒相”地发出“低脉冲”，处于集电极的偏转力发生器(P)可得到一定的电功率，同步地发出偏转力，该偏转力的大小由限压限流电阻R₅₈所决定，偏转力施加给第三永磁体(D)和第四永磁体(E)的时间，由IC₁₀电路中R₅₄和C₅₃的值来调节，通常可调节R₅₄的值来改变。

10、根据权利要求1所述的带有电子线路的磁悬浮装置，其特征在于所说的温度补偿电路(54)包括两部分：

温度补偿，即在电源正极与地之间有串联电阻R₂₄、R_t和R₂₅，与热敏电阻R_t并联的是调节电位器R₂₃，R₂₃的滑动抽头接具有电压负串联反馈的同向放大器的集成电路IC₆的正输入端，接地的R₂₆的另一端接电阻R₂₇和IC₆负输入端的节点，R₂₇的另一端接IC₆的输出端并通过电阻R₂₈输入工作平台u；

二次控制，从主控电路的功放级的三极管BG₁的发射极采样点v的电压值即电阻R₃₁和R₃₂的分压的信号输入具有负反馈的差动放大器的运放集成电路IC₇的正输入端，电阻R₃₃和R₃₄串连在地与电源正极之间，电阻R₃₆跨接在IC₇的输出端与负输入端、电阻R₃₃和R₃₄的节点之间，IC₇的输出端一方面通过C₂₀接地，另一方面通过电阻R₃₅和IC₅输向工作点平台u。

11、根据权利要求11所述的带有电子线路的磁悬浮装置，其特征在于所说的二次控制，也可采用从功放电路中三极管BG₁的发射极的v点，经电阻R₃₉、R₃₈和电容C₃₁负反馈输入前置放大IC₈负输入端作反相开环放大，与从BG₁发射极的r点经电阻R₁₇进入IC₅的负输入端的负反馈共同构成。

12、根据权利要求1所述的带有电子线路的磁悬浮装置，其特征在于所说的手感补偿电路(55)是这样构成的：电源与地之间串联电阻R₆₀、R₆₁、R₆₂、R₆₃，y点与地之间串联电阻R₆₂、R₆₃，电源在y点的分压输入到集成电路IC₁₁正输入端，IC₁₁用作电压跟随器，IC₁₁的负输入端与输出端z点直接连起来，z点和y点电位相同。